Очистка промышленных сточных вод с высокой соленостью (1–3,5% NaCl) обычно требует комбинации физико-химических и биологических методов.

Перед биологической обработкой важно быстро оценить биохимическую потребность в кислороде (БПК) — это показатель, который говорит, насколько загрязнения могут быть разложены микроорганизмами.

Обычно для измерения БПК в городских стоках используют микробные электрохимические сенсоры (МЭС), где работают электрогенные бактерии.

Но в соленой воде эти бактерии повреждаются, и сенсоры могут давать сбой.

Электрогенные бактерии — микроорганизмы, способные передавать электроны наружу клетки, например, на электроды. Это позволяет создавать биосенсоры и даже получать электричество из органических отходов.

Команда профессора Синя Вана решила выяснить, как бактерии реагируют на разный уровень соли. Они проверили, насколько стабильно МЭС работают при разной солености, и можно ли с их помощью быстро замерять БПК в соленых стоках. Заодно изучили, как бактерии приспосабливаются к соли.

Высокая концентрация соли тормозит рост и обмен веществ бактерий, из-за чего эффективность очистки падает, — объясняет Ван. — Мы тестировали систему при 2,5%, 3%, 3,5% и 4% NaCl. Чем выше соленость, тем хуже бактерии справлялись: их активность снижалась, а ток падал более чем на 94%.

Выяснилось, что при 3,5% и 4% NaCl ток не превышал 20 А/м³ — это предел, за которым бактерии уже не могут нормально работать. «Оптимальный уровень соли — не больше 3%, — говорит Ван. — Если держать соленость в этих рамках, сенсор стабильно работает, хотя со временем точность измерения БПК немного снижается. Вероятно, из-за накопления биопленки».

При 3% NaCl показатели БПК падали на 19–27%, но при меньшей солености изменений почти не было. Со временем бактерии адаптировались: через 120 дней их сообщество изменилось, и устойчивость к соли выросла.

Микробные электрохимические сенсоры точно измеряют биохимическую потребность в кислороде даже в соленой воде, если концентрация соли не превышает 3%, — подчеркивает Ван. — Это подтверждает, что метод подходит для промышленных стоков.

Исследование, опубликованное в журнале Water & Ecology, предлагает надежный способ быстро оценивать БПК в соленой воде. Это важно для контроля качества воды и совершенствования технологий очистки.

Польза исследования

• Упрощение контроля: если метод внедрят на производствах, можно будет быстро оценивать, подходят ли стоки для биологической очистки, без долгих лабораторных анализов.
• Экономия ресурсов: снижение риска поломки биореакторов из-за неправильной оценки БПК.
• Адаптация технологий: понимание механизмов устойчивости бактерий к соли поможет улучшить другие биосенсоры.

Исследование не учитывает влияние других солей (например, сульфатов или хлоридов калия), которые часто встречаются в реальных стоках. Возможно, в промышленных условиях результаты будут хуже.

Ранее мы опубликовали 10 инновационных трендов в сфере очистки сточных вод.