За 1,2 минуты без добавления реагентов: мембрана удаляет почти весь аммонийный азот из сточных вод

Аммиак в сточных водах — одна из главных проблем для канализационных станций. Попадая в реки и водоёмы, он поглощает кислород, провоцирует бурный рост водорослей (так называемую эвтрофикацию) и уничтожает водную жизнь. Обычно для его удаления используются отдельные биологические, химические или физические ступени очистки, что делает процесс сложным и дорогостоящим.

Как работает мембрана

Ядро технологии — электрореактивная мембрана RuO₂@PbO₂-M. Её создают методом электроосаждения с шаблоном, объединяя диоксид рутения (RuO₂) и диоксид свинца (PbO₂) в пористую структуру, которая одновременно служит фильтром и электрокатализатором.

Принцип работы прост: когда сточная вода проходит через мембрану, на аноде образуются высокоактивные хлорид-оксирадикалы (·ClO). Эти короткоживущие частицы мгновенно атакуют аммонийный азот и превращают его в безвредный газообразный азот N₂ — тот самый, которым на 78% состоит воздух. Одновременно те же радикалы разрушают органические молекулы-загрязнители.

Реактивные частицы генерируются прямо в процессе работы, внутри самой мембраны — а значит, никаких дополнительных химических добавок в воду вносить не нужно.

Что показали испытания

Результаты превзошли ожидания:

• степень удаления аммонийного азота — почти 100% за 1,2 минуты;
• снижение общего азота (TN) — 99,6% при непрерывной работе свыше 70 часов;
• снижение химического потребления кислорода (ХПК, показатель органического загрязнения) — 68%.

Семьдесят часов непрерывной работы показывают лабораторную стабильность установки, но не доказывают её пригодность для длительной промышленной эксплуатации. Снижение ХПК означает, что система воздействует не только на азот, но и на сопутствующие органические примеси.

Роль рутения в этой системе принципиальна: он повышает так называемый потенциал выделения кислорода — то есть подавляет паразитную реакцию, при которой электрическая энергия уходила бы в никуда на образование кислорода. Результат — больше доступной энергии направляется именно на окисление загрязнителей.

Хлорид-ионы, которые уже содержатся в большинстве промышленных сточных вод, дополнительно поддерживают процесс: они участвуют в образовании реактивных хлорных частиц. Оптимальные условия работы: плотность тока 20 мА/см², концентрация хлорида 100 мг/л, кислая среда.

Применение в промышленности

Чтобы проверить систему против смешанных загрязнителей, содержащих и углерод, и азот, исследователи использовали ацетаминофен (парацетамол) в качестве модельного вещества. Система успешно удалила оба элемента — что указывает на применимость технологии для сложных промышленных стоков, а не только для «чистого» аммиака.

Читайте также: Пористые углеродные электроды помогают очищать воду.

Объединение деазотирования и декарбонизации в одном процессе потенциально позволяет убрать несколько ступеней очистки сразу. Если мембрана докажет долговечность и эффективность в масштабах реальных очистных сооружений, она может стать быстрым и энергоэффективным способом решения одной из самых острых проблем в управлении водными ресурсами.