Биологи РУДН предложили, как эффективно извлекать полезные вещества из сточных вод

Сточные загрязняют окружающую среду и могут вызывать зацветание природных водоемов. Кроме того, вместе с ними выбрасываются элементы, которые могли бы найти полезное применение. Поэтому для очистки сточных вод строят специальные искусственные сооружения, а на помощь нередко приходят биотехнологии. В этом случае разлагать загрязнители помогают микроорганизмы, в том числе микроводоросли, которые могут быть как в свободноплавающем состоянии, так и прикрепленными к различным фильтрам. Биотехнологи РУДН предложили новую конструкцию полимера для таких сооружений, который позволит в разы эффективнее извлекать нужные элементы из сточных вод, будет биоразлагаемым и не повредит клетки водорослей.

«Мы впервые успешно применили сшитые полимеры на основе хитозана, чтобы обездвижить одноклеточные водоросли и захватывать вырабатываемые ими питательные вещества. Такие полимеры помогли эффективно иммобилизовать водоросли, но не препятствовали их росту и фотосинтезу», — доктор биологических наук Алексей Соловченко, сотрудник РУДН.

Хитозан — вещество из панцирей ракообразных и клеточных стенок грибов-зигомицетов. Это соединение — полисахарид с аминогруппами, родственный хитину, которым укрепляют свой наружный скелет членистоногие. Хитозан не растворяется в воде — и поэтому подходит для длительного выращивания водорослей, — а также не разрушается и не разлагается раньше времени. Для изготовления описанных в статье полимеров — длинных разветвленных молекул с повторяющимися похожими звеньями-мономерами — требуется связать перекрестными сшивками молекулы хитозана и молекулы глутаральдегида — соединения, которое применяется для дезинфекции, консервации и фиксации в стоматологии, хирургии и других сферах медицины. Полимер из хитозана и глутаральдегида получился пористым и гидрофильным — впитывающим воду, и на протяжении семи дней росту водорослей не мешал.

Зеленые микроводоросли, которые были связаны этим полимером, относятся к штамму PPAS 2047 рода Lobosphaera, запатентованного авторами проекта. Биологи РУДН показали, что при очистке сточных вод на протяжении семидневного эксперимента стабильнее был комплекс из клеток этих микроводорослей с полимером на основе хитозана с молекулярной массой 600 kDa, чем 250 kDa. Способность извлекать питательные вещества у комплекса оказалась значительно выше, чем у взвеси водорослей в толще воды. Так, неорганические фосфаты водоросли поглощали в 16,7 раз быстрее, а неорганические нитраты — в 1,3 раза.

«Мы продемонстрировали, что полимеры на основе хитозана с перекрестными сшивками — это безопасные для окружающей среды материалы, которые ускоряют извлечение питательных веществ из сточных вод одноклеточными водорослями. Богатая полезными нутриентами биомасса микроводорослей, присоединенных к биоразлагаемому и нетоксичному носителю, может использоваться как удобрение, которое постепенно высвобождает и возвращает органику в поля», — доктор биологических наук Алексей Соловченко, сотрудник РУДН.

Результаты опубликованы в Journal of Water Process Engineering.