Воздействие электрическим током на городские отходы помогает извлечь ценный фосфор для удобрений

Одно из самых ценных удобрений для человечества ускользает. Фосфор, который сегодня в основном добывается из невозобновляемых запасов фосфатной породы, в итоге обычно попадает в городские сточные воды. В лучшем случае очистные сооружения улавливают около 90% этого фосфора в виде «осадка» и преобразуют его в так называемый дигестат. Инженеры стремятся создать более устойчивый цикл повторного использования фосфора, но токсичные соединения в дигестате ограничивают возможность его переработки в удобрения — извлечь фосфор из твердых отходов сложно.

Лаборатория Чжэня (Джейсона) Хэ из Университета Вашингтона в Сент-Луисе разрабатывает технологии для извлечения ресурсов, таких как фосфор, из сточных вод. Команда исследовала использование электрохимических устройств для расщепления молекул воды и извлечения твердого, пригодного к использованию фосфора из дигестата. Это была первая попытка одновременного удаления и извлечения фосфора из твердых городских отходов без добавления химикатов, и она достигла цели с удивительной эффективностью.

Идея заключалась в использовании двух камер, работающих при разном уровне pH. Осадок поступает в анодную камеру, где ток переводит фосфаты в жидкий раствор. Затем богатую фосфором жидкость переносят в менее кислую катодную камеру, где свободные фосфаты, кальций и железо из исходного осадка объединяются в беловатые твердые частицы, которые выпадают в осадок. Протестировав прототип на реальном дигестате с очистных сооружений, команда определила условия, при которых устройство извлекало фосфор с эффективностью более 93% и осаждало примерно 99% его в твердую форму. В среднем за 42 цикла эффективность восстановления фосфора составила почти 80%.

Полученный конечный продукт имеет содержание фосфора, сопоставимое с высококачественной фосфатной породой, и его можно либо напрямую использовать, либо применять в качестве сырья для производства удобрений. Технология представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с существующими методами, поскольку позволяет работать с твердым веществом, которое проще транспортировать, в отличие от осадка, на 93–99% состоящего из воды.