Решение проблемы нитратов в сельском хозяйстве путём их преобразования в воздух

Концентрации нитратов в грунтовых водах Германии являются одними из самых высоких в Европейском союзе. Основная причина — переудобрение полей отходами животноводства. Ежегодно на немецкие поля выливается 200 миллионов тонн жидкого навоза, что приводит к превышению допустимого уровня нитратов на трети точек контроля качества грунтовых вод. Исследователи из Карлсруэского технологического института (KIT) совместно с Фондом охраны окружающей земли Рейнланд-Пфальц и инженерной компанией разрабатывают простой процесс для крупномасштабной очистки загрязнённых дренажных вод с сельхозугодий.

Согласно директивам ЕС, к началу 2015 года грунтовые воды Германии должны были достичь «хорошего состояния» с концентрацией нитратов ниже 50 мг на литр. Однако, как показывает четырёхгодичный отчёт правительства, удобрения по-прежнему негативно влияют на качество воды, и улучшений почти не наблюдается. Ситуация ещё хуже на сохранившихся болотах, играющих важную роль в водном балансе и связывании парниковых газов: «Большая часть болот повреждена», — отмечает Виктория Грисмайер из Института прикладной биологии (IAB) KIT.

Чтобы предотвратить попадание загрязнённых вод в грунтовые воды или прилегающие охранные зоны, биолог исследует революционный метод фильтрации. «Метод должен быть технически простым, не трудоёмким и работать автономно», — описывает она требования. На испытательной площадке на северо-западе Рейнланд-Пфальца болото Мюрмес отгорожено от окружающих полей подземным резервуаром. В нём содержатся микроорганизмы, преобразующие нитраты из поступающей воды в атмосферный азот (N₂). «Он выделяется в виде газа и не влияет на климат», — поясняет Грисмайер.

«Принцип денитрификации не нов для очистных сооружений, — продолжает исследовательница. — Но наша установка на открытой местности работает полностью автономно, без добавления искусственного источника углерода, такого как метанол». Бактериям в условиях ограниченного доступа кислорода требуется лишь натуральная «пища», например, древесная щепа, солома или зелёные отходы, которые нужно пополнять с большими интервалами. Другие возможные методы удаления нитратов, такие как нанофильтрация или электродиализ, не являются биологическими. Их применение в полевых условиях связано с большими затратами.

При умеренном притоке и концентрациях нитратов 100–150 мг/л (что в три раза превышает предельное значение) испытательная установка площадью 180 м² успешно удаляла все нитраты из воды. По словам Грисмайер, необходимы дальнейшие испытания, чтобы определить масштабы строительства таких сооружений для решения немецкой нитратной проблемы и выявить побочные продукты процесса.