来自圣彼得堡大学的化学家正在参与 OneDrop 国际项目。其目标是创建一个环境安全且具有经济效益的,基于电解装置的综合设备,该电解装置可产生液态高铁酸盐——它是有机污染物的强氧化剂。这项创新研发将有助于中和并净化工业废水,甚至获取饮用水。

“高铁酸盐——是高价铁化合物,具有非常高的氧化能力。相应的,大多数有机污染物会被它们氧化成水和二氧化碳。高铁酸盐的第二个作用——是凝结。重要的是,反应产物除了水和二氧化碳之外,还有氢氧化铁(III),也可用于水的净化。它会沉淀并去除多余杂质。

水净化后,氢氧化铁(III)可用于其他行业,直至冶金生产中的添加剂,”项目圣大方负责人、圣大分析化学教研室教授谢尔盖·叶尔马科夫(Сергей Ермаков)说道。

与此同时,高铁酸盐溶液有一个很大的缺点——它们不稳定,且会随着氢氧化铁(III)的形成而迅速分解。这使它们很难储存或运输。为了解决这个问题,来自俄罗斯和芬兰的科学家发起了一个国际项目,以建造一种移动式水处理设备。设备的“心脏”是电解装置,在其中生成高铁酸盐溶液。合成所需的只是钢电极、氢氧化钠溶液和电力来源。由此,该装置便会产生高铁酸盐,后者可用于水净化和污染物泄漏点的定位。

拉彭兰塔理工大学(芬兰)、圣彼得堡彼得大帝理工大学、俄罗斯 Omega 创新公司的代表参与了圣大项目的合作。芬兰城市货运、客运和小港口管理公司 Lappeenranta Free Zone Ltd.、拉彭兰塔港向项目组提供了污染物信息,并将使用项目研究成果。这项工作由“俄罗斯——东南芬兰 2014-2020”跨境合作项目资助(资助号 KS1648)。

“圣大科学家团队的主要任务——是开发用于水净化过程的分析控制,并能准确了解高铁酸盐产量的系统。我们研究氧化发生到什么程度,在用高铁酸盐处理水的过程中是否会出现任何有害物质。到目前为止,我们取得了非常好的结果。我们在圣大化学院使用特别挑选的污染物检验该设备,这些污染物被加入从谢列兹尼奥夫卡河中提取的水中。我们选择了这个特殊的水体,因为它在俄罗斯和芬兰很常见。分析过程中使用了光学和电化学传感器,以自动化模式进行。工作中最困难的分析部分是由圣大科学园进行的,”谢尔盖·叶尔马科夫解释道。

据他介绍,如果将过量的高铁酸盐引入污水处理系统,它仍然会变成氢氧化物,与氯不同,不会留下任何有害产物。事实是,当水被加氯时,会形成所谓的活性氯,这种物质对人来说非常危险——水管中的这些过程受到非常严格的控制。

有机污染物的氧化动力学(化学反应过程研究)由圣彼得堡国立大学的科学家与芬兰方面共同进行。疫情使得样本交换变得非常复杂,因此现在化学家主要是交换研究数据。

国际科学家小组的另一项任务——是找出高铁酸盐在去除药物残留方面的效果如何,这些残留在全球水域中逐年增多。事实是,人服用的药物残留物会从体内排出,进入水体,并可以在鱼类体内积聚。在给田地浇水时,药物分子会渗透到植物中,然后进入以植物为食的动物体内。最后,药物会返回人体。

不仅药物残留是危险的,它们随后转化的产物也是危险的,例如,其氧化产物最终会形成致癌物和其他有害物质。为了了解我们的设备对解决这个问题有多大帮助,我们用各种药物污染了水样,其中包括双氯芬酸(消炎药),这种药物足够持久,可以在天然水体中积聚。

初步结果表明,设备可以应对这一挑战。

——圣大分析化学教研室教授谢尔盖·叶尔马科夫

此外,该设备可以帮助解决各海域外来入侵物种的问题。当船只从一个港口航至另一个港口时,它会抽排压舱水以确保稳定。天然水中居住着微生物,包括所谓的入侵者——外来物种在更有利的条件下会迅速繁殖。“这违反了生态自然平衡。这就是拉彭兰塔港对运用该设备对来港船舶的压舱水进行消毒非常有兴趣的原因,”叶尔马科夫教授说道。

据他介绍,只需要极少量的高铁酸盐就可达到净化水的效果。即使是微波炉大小的原型设备,也可以花费不到一小时在一次循环中对大约 100-150 立方米的水进行消毒。在这个过程中,设备会不间断工作。

“当然,如果水被严重污染,则需要生产更多的高铁酸盐来清洁它。我们目前正在开发的控制系统将会把这些指标纳入考量,这意味着最终将提高这项创新技术的可靠性和易用性。

遗憾的是,由于疫情,安装工作被推迟了。但现在,得益于所有参与者的良好配合,我们已经非常接近终点线。我认为项目将在 2021 年底完成,”谢尔盖·埃尔马科夫说道。