Исследователи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне разработали специализированные гранулы на основе биоугля для очистки сельскохозяйственных дренажных вод от соединений фосфора. Проблема избыточного вымывания питательных веществ остается одной из наиболее острых для штатов Среднего Запада США. Развитая система подземного дренажа, необходимая для аэрации почвы, одновременно способствует попаданию удобрений в открытые водоемы, что провоцирует цветение токсичных водорослей и угрожает качеству питьевой воды.
Для решения этой задачи ученые создали гранулы из смеси древесных опилок, бентонитовой глины и известкового шлама. Полученный материал, прошедший термическую обработку в среде с низким содержанием кислорода, обладает высокой пористостью и способен химически связывать фосфаты. В ходе эксперимента, продолжавшегося почти год, образцы размещали на выходах дренажных систем в полевых условиях центральной части Иллинойса. Гранулы подвергались воздействию реальных стоков, содержащих не только минеральные вещества, но и продукты жизнедеятельности скота, а также остатки агрохимикатов.
Результаты испытаний показали, что в естественной среде эффективность биоугля оказалась ниже, чем в идеализированных лабораторных тестах. На процесс поглощения фосфора существенно влияют колебания температуры, интенсивность осадков и присутствие в воде сторонних ионов и микроорганизмов. Ключевым фактором стала кислотность среды: уровень pH определяет растворимость фосфатов и меняется под воздействием самого биоугля, что требует постоянного мониторинга при использовании таких фильтров.
Помимо очистки стоков, исследователи изучили возможность вторичного использования отработанных гранул в качестве удобрений пролонгированного действия. Тесты на кукурузных полях подтвердили, что насыщенный фосфором биоуголь способен постепенно отдавать питательные вещества почве. Это потенциально позволяет снизить потребность в синтетических минеральных добавках. Однако авторы работы указывают на необходимость обязательного анализа состава грунта перед внесением гранул, чтобы не допустить чрезмерного накопления фосфора в земле.
Ведущий автор исследования Агнес Миллимуно подчеркнула, что для полноценного внедрения технологии требуются долгосрочные наблюдения в различных климатических зонах и на разных типах почв. Это позволит точнее прогнозировать поведение материала в сложных экосистемах. Работа, опубликованная в журнале Water Environment Research, проводилась при финансовой поддержке Министерства сельского хозяйства США и Агентства по охране окружающей среды.