Очистка промышленных сточных вод от соединений азота устроена так: микроорганизмы последовательно перерабатывают их, пока азот не переходит в газообразное состояние и затем попадает в атмосферу. Такой подход помогает уменьшить загрязнение воды, но требует большого количества энергии. Особенно это актуально для сточных вод пищевой и фармацевтической промышленности. Они содержат относительно небольшие концентрации соединений азота, а для их переработки на очистных сооружениях приходится постоянно подавать кислород. Аэрация становится одним из основных источников энергозатрат. Японские исследователи попытались остановить биологический процесс на промежуточной стадии и получить аммоний.
Для этого ученые изменили условия работы так называемого активного ила — сообщества микроорганизмов, которое используется на очистных сооружениях. Они снизили концентрацию растворенного кислорода и уровень pH. В результате микробное сообщество удалось постепенно перестроить с режима удаления азота на режим его восстановления. Эксперименты проводили на уменьшенных моделях реальных очистных сооружений с использованием сточных вод, имитирующих состав производственных потоков ферментационной промышленности.
Ученые смогли сделать так, чтобы основным продуктом переработки азота в сточных водах был аммоний. После этого его можно отделять и концентрировать с помощью дополнительных технологий. Полученный аммоний потенциально полезен как ресурс. Его соединения применяют в производстве удобрений, химической и фармацевтической промышленности. Исследователи также рассматривают возможность его использования в качестве энергетического ресурса.
Подход позволяет переосмыслить саму задачу очистки сточных вод. Сейчас очистные сооружения в основном работают по принципу разложения и удаления загрязняющих веществ. Новая технология предлагает извлекать из отходов полезные соединения. При этом разработка не требует полной перестройки существующих очистных сооружений. По задумке авторов, технология на основе микроаэробного активного ила может быть интегрирована в уже работающие системы очистки.
Для окружающей среды это также может иметь значение. Избыток соединений азота связан с эвтрофикацией водоемов, кислотными дождями и выбросами закиси азота — парникового газа, влияющего на изменение климата. Пока технология продемонстрирована на уменьшенных моделях очистных процессов. Следующим этапом станет проверка ее эффективности в условиях, максимально приближенных к промышленным масштабам.
Также недавно был найден способ превращать нитратные загрязнения в экологически чистый аммиак.