Специалисты Научно-исследовательского центра экологии и окружающей среды Центральной Азии Китайской академии наук улучшили биореактор, который очищает сточные воды и производит метан за счет анаэробных бактерий — микроорганизмов, которым не нужен кислород. Ученые превратили мембрану реактора во второй анод, чтобы она не так быстро загрязнялась.
Как авторы разработки объяснили в статье журнала Nature Communications, в обычных биореакторах мембраны, которые фильтруют поток сточных вод, быстро загрязняются. Чтобы решить эту проблему, специалисты создали систему из трех электродов: графитового катода и двух анодов, в роли одного из которых выступила сама мембрана. Второй анод изготовили из магния.
Исследования показали, что реактор позволяет восстановить и удалить из сточных вод углерод, азот и фосфор. Ионы магния, выделяемые магниевым анодом, соединяются с аммиаком, азотом и фосфатами с образованием струвита — мягкого минерала в виде желтоватых или коричнево-белых кристаллов. Струвит оседает на катоде и легко смывается потоком воды. Также ионы магния увеличивают размер хлопьев ила и мешают ему налипать на мембрану. Осевшие на ней загрязнения становятся мягкими и рыхлыми и тоже без труда удаляются.
Система из двух анодов и катода помогает бактериям эффективнее переносить электроны. Это позволяет получить больше метана и довести его чистоту до 94%. По словам ученых, если преобразовать этот газ в электричество, его хватит, чтобы реактор работал без внешних источников энергии.