Студентка Ксения Колыхматова и биотехнолог Ольга Бахирева из Пермского Политехнического университета разработали биосорбент, который позволяет эффективно очищать воду от ионов марганца, снижая их концентрацию до допустимой нормы.
В настоящее время существует множество методов очистки воды от марганца, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, область применения и эффективность очистки. Однако использование этих методов не всегда обеспечивает достижение предельно допустимой концентрации, поэтому требуется дополнительная очистка. Для этой цели, а также для очистки воды с низким уровнем марганца, можно использовать биосорбционный метод, при котором в качестве поглотителей тяжелых металлов выступает биомасса микроорганизмов.
Биологический метод является эффективным и экологически безопасным, поскольку после очистки биосорбент можно использовать, например, в качестве удобрения в сельском хозяйстве.
По словам доцента кафедры химии и биотехнологии Пермского Политехнического университета Ольги Бахиревой, для создания биосорбента они изолировали культуру микроорганизмов из загрязненной почвы и изучили ее чувствительность к ионам марганца. Таким образом, были определены границы устойчивости культуры к высоким концентрациям загрязняющего вещества. Оказалось, что микроорганизмы устойчивы к действию данных ионов в диапазоне концентраций от 5 до 200 мг/л.
Ученые отмечают, что скорость роста бактерий в питательной среде, содержащей марганец в концентрации 100 мг/л, замедляется из-за накопления вредного вещества в клетках.
Для использования бактерий в технологическом процессе часто проводят их нанесение на поверхность материала, обладающего сорбционной активностью. В данном случае исследователи выбрали вермикулит в качестве такого материала.
Вермикулит — это природный дешевый и доступный материал, который широко используется в различных сферах человеческой деятельности. Например, его применяют в строительстве в качестве изоляционного материала, а также в сельском хозяйстве и садоводстве для улучшения почвы. Одним из важных свойств вермикулита является его способность собирать на своей поверхности различные тяжелые металлы, что облегчает его использование для очистки воды.
Ученые внесли биомассу микроорганизмов, пропуская суспензию клеток через колонку, заполненную вермикулитом. Затем полученный биосорбент был промыт несколько раз физиологическим раствором для подготовки к дальнейшей работе.
Для изучения эффективности поглощения ионов марганца исследователи провели эксперимент с вермикулитом в чистом виде и с полученным биосорбентом. Для этого через поглотитель пропускали раствор, содержащий 100 мг/л исследуемых ионов. До достижения предельно допустимой концентрации (0,1 мг/л) через колонку с вермикулитом прошло 62 мл исходного раствора, а с биосорбентом - 80 мл. Полная динамическая обменная емкость вермикулита составила 4,57 мг/г, а вермикулита с клетками бактерий - 5,49 мг/г. Это означает, что нанесение биомассы микроорганизмов на поверхность вермикулита повышает его сорбционные свойства.
Полученный учеными биосорбент является перспективным материалом для удаления ионов марганца из водной среды и может быть использован в технологических схемах комплексной очистки марганцесодержащих вод.