Почему именно ПАВ?
В современных синтетических моющих средствах основными действующими компонентами являются поверхностно-активные вещества. Это чрезвычайно активные химические соединения, которые, с одной стороны, помогают быстрее справиться с грязью и жиром, а с другой — загрязняют окружающую среду. Например, попадая с хозяйственно-бытовыми (серыми) и промышленными стоками в водоёмы, фосфаты, содержащиеся в стиральных порошках, вызывают бурный рост водорослей. Те, разлагаясь, в большом количестве выделяют метан, аммиак и сероводород, уничтожая всё живое в воде.
— Информируя людей о возможности недорого очищать воду до пригодного для вторичного использования уровня, например для полива сада и огорода, мытья машины, мы сможем повлиять на их мнение о ценности воды и необходимости снижения её потребления. Так мы хотим повысить интерес людей к данной экологической проблеме и, как результат, снизить негативную нагрузку на окружающую среду, — рассказывает про основную цель проекта Полина.
Она акцентирует внимание, что у всех имеющихся на сегодня проектов по вторичному использованию серых стоков имеется ряд недостатков, главным из которых является накопление ПАВ в сточной воде, что приводит к большому пенообразованию. К таким методам можно отнести флотацию — очистку сточных вод, предполагающую вывод на её поверхность различных взвесей и других веществ. Для этого применяются баллоны с воздухом либо реагенты, многие из которых не предназначены для использования в частных домах.
— Ещё один метод — коагуляция, для которой необходимы два резервуара и опять же химические реагенты, центрифугирование и гиперфильтрация. Они требуют значительных затрат электроэнергии и специального оборудования, — поясняет школьница.
Бактерии против загрязнителей воды
Очистить сточные воды от ПАВ и решить проблему пенообразования Полина попробовала в своём проекте «Микробиологическая очистка «серых» бытовых сточных вод от некоторых пенообразующих ПАВ», который на VII Международной олимпиаде экологических проектов в Кении завоевал Гран-при и золотую медаль.
По её мнению и мнению научного руководителя, решить проблему пенообразования можно, используя бактериальную очистку воды, при которой не только элиминируются (разрушаются бактериями) молекулы ПАВ, но и выделяются вещества, способствующие пеногашению (спирты, органические кислоты, слизи и т.д.).
Кроме того, бактерии способны связывать неорганические фосфаты, которыми так богаты стиральные порошки, минерализировать органические остатки и тем самым способствовать естественной очистке воды.
Во многие синтетические моющие средства добавляют SLS, которые в обиходной речи называют сульфатами.
SLS (sodium lauryl sulfate — лаурилсульфат натрия) — продукты нефтепереработки, которые в обиходной речи называются сульфатами. Это поверхностно-активные вещества, которые обладают эффективными чистящими свойствами и вызывают обильное пенообразование.
По словам Полины, исследователи хотели найти бактерии, питающиеся такими веществами и способные погасить пенообразование.
— Мы хотели изучить, как штаммы (чистые культуры. — Прим. ред.) бактерий, которые используют для питания и жизнедеятельности SLS, погашают образование пены от растворов ПАВ, — уточняет она.
Для достижения поставленной цели необходимо было исследовать подходящие почвенные бактерии: охарактеризовать их по ряду признаков, идентифицировать и отобрать наиболее активные. И в конечном итоге испытать отобранные штаммы в модельном эксперименте.
Работа над проектом
Первый этап был связан с поиском бактерий. Их выделяли из почвы и кухонной губки, а затем в лаборатории филиала БГУ определяли их вид. Далее исследовалась способность бактерий к биоразложению SLS и уменьшению уровня пены в растворах ПАВ. Всё это изучалось под микроскопом с проверкой на схожесть с родственными патогенными штаммами. К слову, ни один из отобранных для очистки сточных вод штаммов не был патогенным, то есть не вызывал инфекции и болезни.
Второй этап состоял из опытной части. Эксперимент проводился в 5 трёхлитровых сосудах, наполненных реальными жидкими «серыми» стоками, образующимися после мытья посуды с моющим средством и умывания с жидким мылом. В 4 опытные банки добавлялась суспензия бактерий, а один сосуд оставался контрольным — без бактерий. Учёт пенообразования проводился во всех банках ежедневно в течение 10 дней. При этом взбивалась пена и отбирались пробы, которые сравнивались с двумя контролями — исходным уровнем пены и уровнем пены из сосуда, куда бактерии не заселялись.
— По результатам 10-дневного эксперимента я выявила, что наиболее эффективным оказался штамм F3. У него резкое снижение пенообразования было обнаружено уже на 2-е сутки. По предварительной оценке его характеристик данный штамм относится к роду Pseudomonas, предположительно P. putida — широко представленному виду почвенных непатогенных бактерий, — делится результатами юная исследовательница.
Результат — биопрепарат для очистки стоков от SLS
По словам Полины, очистка и повторное использование сточных вод, несомненно, имеют практическую значимость для нашей страны, так как позволят сэкономить водные ресурсы и защитить окружающую среду от попадания в неё вредных веществ.
Однако осталось ещё много вопросов. Например, неизвестно, что дальше происходит с продуктами разложения. Используются ли они другими бактериями в качестве источника углерода и энергии или утилизируются иным образом?
Поэтому исследование продолжат коллеги Полины из объединения «Генетика и селекция» под руководством Ивана Русских.
— Полученные результаты представляются нам очень интересными и перспективными для дальнейшего изучения, — убеждена Полина Костеневич.
И отмечает, что отобранные штаммы в будущем могли бы стать основой для создания биопрепарата, добавление которого в очистные сооружения позволит улучшить очистку сточных вод от SLS.
— Данный способ прост для использования обычными людьми и экономически выгоден: в среднем стоимость одной баночки биопрепарата, по нашим подсчётам, не превысит 2 долларов, — резюмирует школьница.
