Репортаж от Wedoany，Два исследовательских проекта Высшей школы биотехнологии Католического университета Португалии (Escola Superior de Biotecnologia da Universidade Católica Portuguesa) направлены на удаление микрозагрязнителей из сточных вод и биоремедиацию загрязнённых почв, основываясь на биотехнологиях, повышении ценности отходов и процессах с низким воздействием на окружающую среду. Проект AStUTe посвящён удалению микрозагрязнителей из сточных вод, а проект BioElectroSoil направлен на ускорение биоремедиации почв, содержащих стойкие соединения.
Эти два проекта курируются исследователями Центра биотехнологии и тонкой химии (Centro de Biotecnologia e Química Fine) Высшей школы биотехнологии Католического университета Португалии Катариной Л. Аморим и Ириной Сусаной Морейра. Катарина Л. Аморим отмечает, что проект AStUTe в основном исследует две стратегии: разработку полиспецифичных биологических инокулянтов для деградации микрозагрязнителей с целью усиления биоаугментации очистных систем, а также разработку адсорбционных материалов из отходов пищевой, сельскохозяйственной и агролесной промышленности для проектирования фильтрующих блоков. Этот подход сочетает биологические и физико-химические процессы. Проект уделяет особое внимание определённым приоритетным микрозагрязнителям, указанным в Директиве ЕС по очистке сточных вод, включая фармацевтические соединения и эндокринные разрушители, обнаруженные в сточных водах очистных сооружений, такие как диклофенак, венлафаксин, карбамазепин и β-эстрадиол. Катарина Л. Аморим указывает, что эндокринные разрушители, такие как 17β-эстрадиол, могут быть наиболее экологически значимыми микрозагрязнителями из-за их высокой биологической активности при чрезвычайно низких концентрациях и неблагоприятного воздействия на водные организмы.
Проект BioElectroSoil ускоряет биоремедиацию путём объединения электроактивных микроорганизмов с проводящими материалами, повышая биодоступность загрязнителей и стимулируя более медленные метаболические пути в естественных условиях. По словам Ирины Сусаны Морейра, такое сочетание позволяет разлагать стойкие соединения за более короткое время, с низким энергопотреблением и без использования агрессивных химических веществ. Исследование фокусируется на стойких органических загрязнителях, которые могут сохраняться в почве в течение нескольких лет или десятилетий даже после обычных мер вмешательства, особенно на PFAS (пер- и полифторалкильных веществах) и фенольных соединениях. Оба типа загрязнителей токсичны даже в низких концентрациях, влияют на водные и почвенные организмы и могут действовать как эндокринные разрушители.
В проекте BioElectroSoil биоэлектрохимические системы превращают почву в среду, где микроорганизмы могут более эффективно управлять потоками электронов, связанными с биохимическими превращениями. Система интегрирует проводящие материалы, создавая электронные сети внутри почвы, что ускоряет метаболические реакции даже в зонах с дефицитом кислорода или высокой нагрузкой загрязнителей. Основное преимущество по сравнению с обычной биоремедиацией заключается в ускорении биодеградации за счёт переноса электронов между микроорганизмами и проводящими материалами. Проект также направлен на разработку методов обработки на месте, применимых к анаэробным, уплотнённым или неоднородным почвам, что снижает потребность в выемке грунта, его транспортировке или использовании агрессивных химикатов. Для фенольных соединений электроактивные микроорганизмы могут ускорить разрыв ароматических структур. Для PFAS стратегия заключается в создании биоэлектрохимической микросреды, благоприятствующей реакциям дефторирования.
Повышение ценности отходов является общим элементом обоих проектов. В проекте AStUTe промышленные отходы используются для производства адсорбционных материалов, превращая низкоценные потоки в материалы с добавленной стоимостью. Разработка полиспецифичных биологических инокулянтов также осуществляется с использованием материалов, извлечённых из избыточной биомассы, образующейся на очистных сооружениях. В проекте BioElectroSoil циркулярная экономика интегрируется за счёт использования биоугля (biochar) в качестве проводящего материала, производимого из побочных продуктов агропромышленности и органических отходов. Работа системы на месте также позволяет избежать этапов, связанных с выемкой, транспортировкой и утилизацией загрязнённой почвы, сокращая количество отходов и выбросы от этих процессов. Для предприятий проект AStUTe может помочь некоторым отраслям промышленности превращать отходы в ресурсы, создавая новые цепочки создания стоимости. Для компаний в сфере водоочистки эти решения могут привести к появлению новых технологических продуктов, соответствующих экологическим нормам ЕС по удалению микрозагрязнителей. Что касается проекта BioElectroSoil, предприятия, занимающиеся обработкой загрязнённых почв, сталкиваются с возможностями, особенно в агропромышленном секторе, за счёт повышения ценности органических побочных продуктов путём производства биоугля; в городском и экологическом контексте — за счёт возможности восстановления деградированных почв без выемки грунта, что снижает затраты, выбросы и время вмешательства.
Оба проекта находятся на ранней стадии разработки. Проект AStUTe был запущен в октябре прошлого года, и основные усилия сосредоточены на разработке биологических инокулянтов и производстве адсорбционных материалов из отходов. Предварительные результаты по биологическим инокулянтам показывают, что иммобилизация штаммов, по-видимому, не снижает деградационную активность, а функциональность бактерий сохраняется в период хранения. Что касается адсорбентов, уже разработано несколько материалов с использованием отходов, не имеющих ценности, и ожидается начало испытаний по оценке их эффективности. Проект BioElectroSoil был запущен в сентябре и в настоящее время находится на начальном этапе. По словам Ирины Сусаны Морейра, в лабораторных условиях уже подтверждена биоэлектроактивность микробных сообществ и деградация целевых загрязнителей. Для проекта AStUTe следующими шагами являются оценка эффективности решений в сложных матрицах, оптимизация производственных процессов, а также изучение стабильности, долговечности и экономической целесообразности перед интеграцией в пилотные системы очистки сточных вод. Для проекта BioElectroSoil работа будет продвигаться к пилотным испытаниям на микроуровне с использованием реальных почв и сложных смесей загрязнителей. В течение трёхлетнего периода проекта не планируется проведение испытаний в реальном масштабе, однако исследование направлено на укрепление научной и технической базы, необходимой для будущих пилотных и полевых применений.
