Бактерии для удаления фосфора из сточных вод в условиях потепления

Учёные из Сингапурского центра экологической инженерии наук о жизни (SCELSE) в Наньянском технологическом университете (NTU Singapore) и Национальном университете Сингапура разработали метод удаления фосфора из сточных вод при более высоких температурах, чем позволяют существующие технологии. В основе метода — способность бактерий накапливать это химическое вещество.

Современные методы удаления фосфора плохо работают при температуре выше 25°C, что характерно для тёплых стран. Из-за глобального потепления эта проблема затронет всё больше регионов.

Новая разработка SCELSE, основанная на использовании бактерий, поможет «застраховать» процесс удаления фосфора на будущее, так как учёные доказали её эффективность при 30°C и 35°C. Это особенно актуально для Сингапура, где на водоочистных сооружениях присутствуют разнообразные микробные сообщества.

Метод использует бактерии рода Candidatus Accumulibacter, безвредные для человека и окружающей среды. Они поглощают фосфат из сточных вод и запасают его внутри клеток в виде гранул полифосфата. Технология применима как в лабораторных реакторах, так и на полноразмерных очистных сооружениях.

Удаление фосфора критически важно, так как его сброс в пресные водоёмы вызывает цветение водорослей. Это резко снижает уровень кислорода в воде при отмирании водорослей и может приводить к выбросу токсинов, губительных для водных организмов. В Сингапуре сточные воды очищают на заводах у побережья перед сбросом в море.

В отличие от других методов (например, с использованием коагулянтов на основе железа или алюминия, которые производят большой объём инертного осадка), разработка SCELSE не требует химикатов.

Бактериальная технология расширяет температурный диапазон усиленного биологического удаления фосфора до 35°C. Это «защищает» процесс от последствий глобального потепления, в то время как другие биологические методы эффективны только при более низких температурах.

Результаты исследования опубликованы в журнале Water Research в июне.

Ключевые детали метода:

• Исследователи обогащали бактерии из сточных вод в экспериментальных реакторах при 30–35°C и нейтральном уровне pH.
• За шестичасовой цикл бактерии полностью поглощали фосфор.
• В ходе испытаний продолжительностью более 300 дней в лаборатории была продемонстрирована стабильная и эффективная работа системы при ежедневном поступлении новых порций сточных вод.

Цитаты авторов:

• Проф. Стефан Вертц (SCELSE, NTU): «Мы показали, что фосфор можно стабильно удалять на заводах по регенерации воды в Сингапуре, даже с учётом ожидаемого роста глобальных температур воды. Используя стратегию медленного питания и достаточное количество углерода в биореакторах, мы ограничили скорость поглощения углерода конкурирующими бактериями. Это позволило Accumulibacter процветать и обеспечило стабильный и эффективный процесс... Это поможет Сингапуру и другим странам с высокой температурой воды подготовиться к последствиям изменения климата».
• Д-р Рохан Уильямс (SCELSE): «Мы обнаружили, что штаммы Accumulibacter в реакторах были тесно связаны с теми, что обычно встречаются в умеренных системах. Это говорит о том, что выбранная стратегия успешно сохранила микробиологическое разнообразие, необходимое для стабильного процесса».
• Д-р Гуанлэй Цю (бывший научный сотрудник SCELSE): «Параллельная работа биологических реакторов при разных температурах дала ключ к механистическому пониманию и выявлению скрытых изменений в микробном сообществе».

Дальнейшие планы:

Учёные продолжат исследования для повышения эффективности метода. Они также рассматривают возможность использования бактерий для улавливания и хранения фосфора — ресурса, который, по мнению некоторых экспертов, может быть истощён в мировом масштабе в течение 50–100 лет.

Проф. Вертц добавил: «Почти весь фосфор, который используют сегодня фермеры и который мы потребляем с пищей, добывается из нескольких источников фосфатных пород... Наше решение может не только помочь защитить от потепления процесс биологического удаления фосфора, но также запасать этот элемент и затем возвращать его в сельскохозяйственные системы».