К Всемирному дню воды 22 марта Роспатент представил инновационные разработки российских ученых по очистке и охране водных ресурсов.
"С 2020 года отечественные инноваторы зарегистрировали более 1,5 тысячи технологий для очистки воды. Роспатент оказывает комплексную методологическую помощь изобретателям, которые создают актуальные значимые экологические технологии. Такие тематические разработки нередко становятся лауреатами конкурсов изобретателей и рационализаторов, которые поддерживает Роспатент", - сообщил руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности Юрий Зубов.
Научные разработки ведутся в областях поиска и локализации акваторий с загрязнением, физических методов первичной очистки, химических и биологических методов нейтрализации и деструкции нефтепродуктов. Также разрабатываются и испытываются комбинированные способы очистки.
Чтобы локализовать загрязнение акваторий, инноваторы применили в Черном море сразу несколько способов их выявления. В частности, это радиометрический способ измерения толщины слоя нефтепродуктов, созданный учеными Национального исследовательского Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского. Специалисты ФГУП "Росморпорт", в свою очередь, научились определять границы загрязнения даже в сложных погодных условиях с беспилотных авиасредств.
Для ликвидации нефтепродуктов физическим методом ученые Казанского национального исследовательского технического университета имени А.Н. Туполева - КАИ предлагают использовать сложные технологические машины, собирающие держащуюся у поверхности нефтяную пленку (Патент № RU213504).
Сотрудники Национального исследовательского Томского государственного университета создали ручные устройства (Патент № 157 536) по типу нефтесборщиков-скиммеров, или конструкции, в которых используется трикотажное полотно с сорбирующими материалами из целлюлозного наполнителя.
Свой вариант сорбирующего полотна (Патент № 213 970) разработали и ученые Волгоградского государственного технического университета. Кроме того, используются боновые заграждения в различных вариациях, в том числе устройства для локализации разлива нефтепродуктов с буровых платформ или с судна-перевозчика (Патент № 2787389).
Для очистки дна могут использоваться также установки для подъема нефтесодержащей смеси эрлифтным потоком, такое устройство разработали (Патент № 2570460) также в Томском государственном университете - оно позволяет поднимать смесь на поверхность водоема для последующего сбора и утилизации.
Перечисленные выше способы применяются в основном при высоких концентрациях загрязняющих веществ. Если же концентрация невысока, то лучше всего использовать химические и биологические методы, поясняют в Роспатенте.
Химический метод объединяет несколько различных путей ликвидации загрязнений. Один из них - диспергирование нефтепродукта, состав такой смеси (Патент № 2800052) придумали в Казанском национальном исследовательском технологическом университете. Благодаря ее применению загрязнитель эмульгируется и тонет.
Некоторые способы предлагают использование так называемых "химических пастухов". Например, такую композицию неионогенных поверхностно-активных веществ и разбавителей (Патент № 2828107) разработали в Институте нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН. Вещество сокращает площадь загрязнения и увеличивает толщину пленки, при этом не оказывая токсического действия на живой мир акватории.
А специалисты из ООО "Научно-Производственное Объединение "ЮНИСОЛ" предлагают превращать нефтяные пятна с помощью термоэластопласта (Патент № 2812772) в легкую резинообразную субстанцию, которую можно свободно извлечь из воды и даже свернуть в рулон.
Разработчики из Санкт-Петербургского горного университета также предлагают использовать плавучие сорбирующие субстанции (Патент № 2777158), например композицию из фосфатного стеклообразного удобрения, аммония фосфорнокислого и торфа низкой степени разложения.
Другие способы предполагают создание супергидрофобных сорбентов. Примером может служить сорбент, созданный специалистами Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Патент № 2805525). Такие вещества прекрасно впитывают нефть и нефтепродукты, при этом сам сорбент воду не впитывает и надолго остается плавучим, что позволяет собирать его из воды. Кроме того, такой сорбент можно внедрять в боновые заграждения, тем самым повышая их эффективность.
Для ликвидации загрязнений также широко применяются биогибридные конструкции, объединяющие несколько методов очистки.
В Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина создали композиционный материал (Патент № 2805525) - сополимер акрилонитрила с метилакрилатом, который содержит инкорпорированные фосфорсодержащие катиониты и/или азотсодержащие аниониты, клеточные стенки водных растений семейства рясковых (Lemnaceae) и иммобилизованные клетки бактерий-нефтедеструкторов. Аналогичные полимерные конструкции с микроводорослями применялись для очистки Черноморского побережья Краснодарского края.
Биологические методы также включают деградацию нефти с помощью культур микроорганизмов, таких как Candida maltosa и Dietzia maris (Патент № 2656146), - такой способ запатентовали ученые Научно-исследовательского института природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ.
Их коллеги из "ЛУКОЙЛа" зарегистрировали для подобных целей другой штамм микроводорослей Pseudomonas migulae (Патент № 2533800). Уральские биотехнологи предлагают препарат на основе микроводорослей Rhodococcus erythropolis и Pseudomonas fluorescens (Патент №2428471), а в Арктическом научно-проектном центре шельфовых разработок создали холодостойкий штамм микроводорослей Halomonas boliviensis (Патент № 2624056) для применения в зимнее время и в северных водах. Для северных широт ученые "ЛУКОЙЛа" также подготовили смеси из микроводорослей и грибков - бактериально-дрожжевые консорциумы (Патент № 2571180), которые можно применять даже в ледовых условиях. Экспериментальные работы показали, что штаммы обладают биодеструктивными свойствами в отношении нефти (то есть способны разрушать ее структуру) и при низких температурах, а значит, их можно эффективно использовать в условиях значительных колебаний суточных температур в зимнее время.
Для очистки литоральной зоны (зоны прилива-отлива) ученые предлагают применять биологические способы. Так, например, ученые Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии создали специальный препарат из культуры бактерий и микробных удобрений-носителей (Патент № 2319740) в виде высушенной биомассы микроорганизмов активного ила, права на который приобрело ООО "ЛУКОЙЛ-Коми".
Есть технологии и для глубокой очистки сточных вод. Например, московские ученые придумали, как очищать воду от органических соединений с помощью электролитно-плазменного воздействия (Патент № 2 855 874), отметили в Роспатенте.
"В очищаемую воду погружают электрод и противоэлектрод с разными площадями поверхности и подают электрический ток на электрод. Происходит формирование парогазовой оболочки на поверхности электрода с меньшей площадью с возникновением перенапряжения. В тот же момент происходит инициация высокотемпературных микроплазменных разрядов на поверхности электрода", - объяснили в ведомстве.
Таким образом, в водной среде происходит разрушение органических соединений в поле действия плазменных разрядов до уровня ниже предельно допустимой концентрации.
Изобретение может быть использовано для очистки бытовых сточных вод, заключили в Роспатенте.