Российские исследователи из Лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований выявили, что обычные дрожжи могут быть использованы для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Они оказались эффективнее химических сорбентов и других микроорганизмов. Результаты работы опубликованы в журнале Materials.
В настоящее время большой проблемой является сброс загрязненных или плохо очищенных сточных вод с промышленных предприятий в природные воды. Это негативно влияет на водные и почвенные экосистемы. Среди прочих загрязнителей стоит выделить ионы тяжелых металлов, которые могут накапливаться в пищевой цепи и оказывать токсические эффекты. Для очистки обычно используют химические вещества, однако в ходе применения подобных методов тоже могут образовываться отходы. Кроме того, эти методы довольно дорогие и энергозатратные. Поэтому ученые активно занимаются разработкой более дешевых и экологичных методов очистки сточных вод от тяжелых металлов.
Отечественные ученые проверили, насколько эффективно различные микроорганизмы (дрожжи, бактерии, цианобактерии) способны очищать сточные воды от тяжелых металлов. К числу проверенных ионов относились цинк, никель, хром, стронций и т. д. Наибольшей эффективностью к сорбции тяжелых металлов обладали дрожжи Saccharomyces cerevisae, которые используются в хлебопечении и пивоварении. Они очень дешевые, безопасные и легкодоступные. Ученые проверили способность пекарских дрожжей поглощать ионы тяжелых металлов из модельных растворов и из сточных вод гальванического производства. Для этого использовались чувствительные методы нейтронно-активационного анализа и атомно-абсорбционной спектрометрии.
Один из модельных растворов в основном содержал цинк, а также примеси никеля, меди, стронция и бария. Ученые варьировали различные параметры для оценки эффективности очистки: время сорбции, температуру, исходную концентрацию цинка и кислотность среды (pH). Всего за 15–45 мин очистки при pH в диапазоне от 3 до 6 модельные стоки можно было очистить на 45–100% в зависимости от металла. Причем чем выше была исходная концентрация ионов цинка, тем активнее дрожжи их поглощали. Исследовав влияние времени на скорость поглощения ионов тяжелых металлов, ученые получили кинетические характеристики процесса и смогли описать механизмы, лежащие в его основе. Так, ионы металлов удалялись из воды за счет поверхностной адсорбции, хемосорбции и ионного обмена.
Что касается цинксодержащих сточных вод с производства, при изменении pH дрожжи смогли понизить содержание в них ионов меди, бария, стронция и никеля ниже ПДК. Однако для очистки от цинка потребовалось несколько этапов с разной концентрацией биосорбента. Это объясняется повышенной концентрацией ионов цинка по сравнению с другими металлами. Как выяснилось, эффективность поглощения тяжелых металлов дрожжами в основном определяется уровнем pH и дозировкой собственно биосорбента.
