Восстановление азота и фосфора из отходов промышленности и сельского хозяйства получило внимание из-за необходимости реализации концепции устойчивого развития общества, основанной на экономике замкнутого цикла. Эти элементы являются биогенными, жизненно необходимыми для роста растений. Запасы фосфора ограничены, а процесс получения азота энергозатратен.

Потенциальными источниками вторичного сырья становятся водные отходы многих производств, в том числе водные отходы индустрии удобрений, фармацевтической продукции, производства полупроводников, сельского хозяйства. Рецикл азота и фосфора позволяет не только уменьшить расходование невозобновляемых минеральных ресурсов, но и ослабить насыщение природных водоемов биогенными элементами, переизбыток которых приводит к заболачиванию водоемов и уменьшению количества питьевой воды.

Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха разработали новый подход, который повысил эффективность извлечения аммония, одной из форм азота, и фосфата, одной из форм фосфора, из водных отходов производства до 98–99 процентов.Традиционный метод не позволяет достичь таких результатов. Кроме этого, технология пермских ученых позволит производить отечественное удобрение пролонгированного действия на основе струвита, фосфатного минерала, и поспособствует импортозамещению зарубежных аналогов.

Исследование опубликовано в «Журнале прикладной химии».

Модифицированная учеными Пермского Политеха технология проста в реализации, отличается высокой скоростью процесса, позволяет одновременно извлекать аммоний и фосфат из стоков без использования избытка реагентов.

Струвит, полученный по технологии ученых Пермского Политеха / ©Пресс-служба ПНИПУ

«Поскольку традиционные стоки имеют в своем составе преимущественно аммоний и в меньшей доле фосфат, недостающее для осаждения струвита количество фосфата и в полном объеме магний необходимо вводить в сток дополнительно. Мы предложили модифицировать смесь солей магния и фосфата, которые предназначены для использования в качестве реагентов для приготовления струвита, предварительно переработав их в жидкоподобную форму активного аморфного промежуточного продукта. Это позволило провести глубокую очистку водных отходов от аммония и фосфатов», – рассказывает кандидат технических наук, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ Ирина Пермякова.

Проведя серию экспериментов, ученые смогли заменить реагенты реактивной квалификации на более доступные сырьевые источники магния и фосфора, что позволит в перспективе снизить стоимость получаемого удобрения на основе струвита. При использовании активного промежуточного продукта пермским ученым удалось повысить степень извлечения аммония и фосфата из водных растворов до 98–99 процентов.

Результаты исследования будут полезны для предприятий, имеющих водные отходы с примесями фосфатов и аммония. Из этих отходов предприятия смогут сделать струвит и продавать его как минеральное удобрение.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и в рамках Программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030».