Ценность из сточных вод? Новая технология делает свиноводство более экологичным

Жители субтропического японского острова Окинава хорошо знакомы с масштабами местной свиноводческой отрасли, которая оказывает большое влияние на экономику и культуру острова. По данным Управления кабинета министров Японии, по состоянию на 2018 год на Окинаве насчитывалось более 225 000 свиней. Однако присутствие ферм имеет и менее приятный побочный эффект — характерный запах, источником которого, в частности, являются большие объемы производимых хозяйствами сточных вод. Исследователи из Подразделения биологических систем Окинавского института науки и технологий (OIST) разработали и успешно протестировали на местной свиноферме новую систему для очистки этих стоков.

Система использует две разные камеры для одновременной обработки двух типов сточных вод. В одной камере обрабатываются неочищенные стоки для удаления запаха, патогенов и органических веществ. Во второй камере из уже прошедшей традиционную аэрацию воды удаляются избыточные нитраты и фосфаты. Это контрастирует с традиционной аэрационной системой, которая в основном перерабатывает органику и преобразует аммоний в нитрат, но не удаляет последний. В Японии вскоре планируется ужесточить лимит сброса нитратов для животноводческой отрасли в пять раз (с нынешних 500 мг нитратного азота на литр). Более 35% ферм на Окинаве, вероятно, превысят этот новый предел, что вызывает серьёзную озабоченность из-за пагубного влияния нитратов на здоровье человека и окружающую среду.

В основе новой системы лежит работа сообществ бактерий. В анодной камере бактерии взаимодействуют с органическими молекулами, высвобождая электроны. Эти электроны по электродам передаются в катодную камеру с уже аэрированной водой, содержащей много нитратов. Бактерии на поверхности катода используют электроны для преобразования нитратов в газообразный азот. Преимущество системы в том, что удаление нитратов может происходить в воде с низким содержанием органики. Годовой пилотный эксперимент на ферме показал, что доминирующие бактерии, удаляющие нитраты, активизировались при подаче потенциала в диапазоне -0,4В – -0,6В, что повысило эффективность очистки. Их общее количество в катодной камере выросло более чем на 60%. Кроме того, при разложении органики и летучих жирных кислот в сырых стоках уменьшался запах и снижалось количество патогенов.

«Эта система масштабируема, имеет низкую стоимость, проста в сборке и обслуживании. Мы надеемся, что в ближайшие годы её будут использовать фермеры на Окинаве и в других регионах с аналогичными проблемами, например, в сельских сообществах материковой Японии и Юго-Восточной Азии», — отметила ведущий автор исследования доктор Анна Прохорова.