Биологи МГУ научили "северные" микроводоросли очищать сточные воды
Сотрудники биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова доказали, что сточные воды в условиях северного климата можно очищать с помощью микроводорослей, а биомасса водорослей пригодна для переработки в биотопливо. Об оптимальном способе очистки сточных вод от органических соединений, а также азота и фосфора, ученые сообщили в публикации, выпущенной журналом Algal Research.
Водорослевые пруды для очистки сточных вод люди создавали с древних времен, особенно в странах, где есть избыток солнечной энергии, но нет стационарных очистных сооружений. В Индии при деревнях и поселках используют водорослевые пруды для очистки, а когда они появились, никто точно не знает. Научное обоснование этой методики впервые выдвинул Билл Освальд более полувека назад. В последнее десятилетие разработка технологий очистки сточных вод стала популярным трендом: ежегодно на эту тему выходит несколько десятков научных публикаций.
Системы выращивания микроводорослей ученые делят на два типа: открытые (пруды, лагуны и т. п.) и закрытые (фотобиореакторы). Никто ранее не рассматривал использование закрытых культивационных систем для очистки сточных вод, поскольку поддерживать внутри них оптимальную для микроводорослей температуру технически сложно и весьма затратно. Российские биологи с коллегами из Университета Турку (Финляндия) первыми предложили адаптировать фотобиореакторы для северного климата.
Фотобиореакторы представляют собой сосуды с суспензией клеток микроводорослей, где поддерживают требуемые условия: равномерное освещение, постоянную температуру и концентрацию углекислого газа, кислорода и питательных веществ. Более того, необходимо постоянно перемешивать суспензию со скоростью, при которой клетки не будут оседать на дно сосуда. Форма и конструкция разных фотобиоректоров различаются: они могут быть плоскими, трубчатыми, спиральными.
На выходе из реактора специалисты проверяют эффективность очистки. Параметров эффективности два: полнота извлечения загрязнителей и скорость - время, за которое содержание загрязнителей в среде падает до приемлемого уровня (предельно допустимой концентрации - ПДК).
Для исследования ученые использовали штамм микроводорослей Chlorella vulgaris UHCC0027, выделенный в юго-западных областях Финляндии в местах его природного распространения. Фотобиореакторы с такими водорослями можно использовать без дополнительного подогрева, потому что все биологические процессы эффективно протекают в системе при температуре окружающей среды - в этом основное достижение исследования.
"Руководящий принцип получения и отбора штаммов для целей биоочистки прост: мы выделили самые перспективные организмы из очистных сооружений и расположенных рядом с ними территорий. Забавно, что в нашей работе неплохо показала себя водоросль из коллекции северных видов, но ничуть не хуже оказалось "дикое" водорослевое сообщество из самих сточных вод, которое в итоге не уступило "монокультуре" по эффективности очистки", - рассказывает участник исследования, доктор биологических наук Алексей Соловченко.
Кроме того, биомасса микроводорослей, растущих на сточных водах, оказалась пригодной к переработке в биодизельное топливо с минимальной коррекцией - добавлением дизельного топлива и присадок. На основе полученных знаний можно будет создавать более совершенные биотехнологии для очистки сточных вод и получения биотоплива в условиях северного климата.
