Исследователи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне представили прорывную систему очистки воды, которая способна значительно сократить загрязнение от сельскохозяйственных стоков. Новая технология эффективно борется с двумя главными виновниками ухудшения качества воды — азотом и фосфором, которые вызывают цветение водорослей и наносят серьезный ущерб пресноводным экосистемам.
Существующие биореакторы на основе древесной щепы успешно справляются с удалением азота, превращая вредные нитраты в безопасный азотный газ. Однако они практически бессильны против фосфора, а на начальном этапе работы могут даже повышать его концентрацию в воде. Чтобы решить эту проблему, ученые дополнили традиционный биореактор инновационным модулем на основе «дизайнерского биоугля».
Система работает в два этапа: сначала вода из дренажной системы фермы проходит через слой древесной щепы, где бактерии нейтрализуют соединения азота. Затем она поступает в специальный канал, заполненный гранулами биоугля, который связывает растворенный фосфор, превращая его в стабильные минеральные соединения. Этот обогащенный фосфором биоуголь впоследствии можно использовать как экологически чистое удобрение, возвращая питательные вещества обратно в почву.
Сам биоуголь создается путем термической обработки смеси известкового шлама — промышленного отхода от очистки воды — и мелких древесных опилок. Полученный порошок затем гранулируется, что позволяет ему оставаться в фильтрующем канале и не вымываться потоком воды, обеспечивая стабильную и эффективную очистку.
В ходе годичных полевых испытаний гибридная система показала впечатляющие результаты. Уровень нитратного азота в стоках снизился на 58%, а аммонийного — на 72%. Эффективность удаления фосфора варьировалась в зависимости от сезона и концентрации, но достигала 92%. Это знаменует собой важный шаг в разработке комплексных технологий для управления питательными веществами в сельском хозяйстве.
Экономический анализ показал, что при масштабировании системы с одного до десяти гектаров ее стоимость значительно снижается, делая технологию финансово привлекательной для широкого внедрения. Возможность повторного использования биоугля в качестве удобрения и потенциальное участие в рынках углеродных кредитов создают для фермеров дополнительные стимулы.
Хотя первые результаты внушают оптимизм, в настоящее время проводятся более масштабные коммерческие испытания для подтверждения эффективности системы в различных условиях. Эта разработка не просто предлагает решение проблемы загрязнения воды, но и открывает путь к регенеративному сельскому хозяйству, где отходы становятся ценными ресурсами, а агросектор функционирует в гармонии с природными экосистемами.