Важным направлением современной экологии и промышленности становится разработка решений по максимальному использованию природных ресурсов и безопасной переработке отходов. При поддержке Минобрнауки России ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) реализуют проект, который не только решает сложную задачу очистки сточных вод от токсичного фенола, но и обеспечивает получение ценного промышленного сырья — фенолята натрия для производства смол, пластиков и лекарственных средств.
Фенол: промышленный вызов для окружающей среды
Фенол — органическое соединение, широко используемое в производстве пластмасс, смол, лекарственных препаратов и дробильно-строительных материалов. Однако его высокая токсичность остается острым экологическим вызовом. Промышленные предприятия, особенно нефтеперерабатывающие и химические комбинаты, зачастую сбрасывают значительные объемы фенола вместе со сточными водами. В нефтепереработке наблюдается до 185 мг/л фенола на каждый литр стоков, в химическом производстве показатели достигают 6000 мг/л. Такие значения превышают допустимые предельно согласованные нормы и затрудняют применение традиционных методов очистки.
Ограничения традиционных методов очистки сточных вод
Стандартные методы обращения с фенолсодержащими стоками включают фильтрацию, обработку хлором и озонирование, а также биологическую очистку с использованием микроорганизмов. Однако эти подходы далеко не совершенны: физико-химические методы требуют высокого энергопотребления и зачастую уничтожают фенол, делая невозможным его повторное использование. В то же время биометоды не справляются с высокой концентрацией токсинов, так как бактерии погибают в агрессивной среде.
Еще одним способом считается экстракция — извлечение целевого вещества с помощью специальных растворителей. В классических технологиях используются небезопасные для экологии летучие экстрагенты, такие как метилтретбутиловый эфир. Однако они представляют риск вторичного загрязнения и могут воспрепятствовать дальнейшему биологическому обезвреживанию стоков.
Инновационное решение от ПНИПУ: этиловые эфиры карбоновых кислот
Специалисты ПНИПУ предложили альтернативу существующим системам: использование экологичных этиловых эфиров карбоновых кислот, получаемых из масел и жиров растительного происхождения. Эти соединения нетоксичны, негорючи, обладают малой растворимостью в воде, что полностью исключает дополнительное загрязнение слитых вод и не наносит вреда полезным микроорганизмам, используемым на этапах биологической доочистки.
Методика основана на добавлении выбранного экстрагента-«уловителя» к сточным водам. После интенсивного перемешивания значительная часть фенола быстро переходит в органическую фазу. Затем смесь разделяют, водная фаза отправляется на биологическую доочистку, а экстрагент с фенолом — на регенерацию и дальнейшую переработку.
За счет десятков лабораторных экспериментов было определено, что смесь этилбутирата и этилолеата демонстрирует выдающуюся эффективность: ее коэффициент извлечения фенола в 1,7 раза превосходит традиционные растворители. Проще говоря, того же результата можно достичь, используя значительно меньшее количество растворителя, что положительно влияет на себестоимость и экологическую безопасность процесса.
Высокая степень очистки и экономическая выгода
Уже на первой ступени такой экстракции удается абсорбировать до 90–92% фенола, снижая его содержание с опасных 3000 мг/л до безопасного уровня в 200–300 мг/л. Для стоков с низкой степенью загрязнения достаточно сопоставления экстрагента 1:20, а для высококонцентрированных — пропорцию можно увеличить до 1:10 или 1:5. Эффективность методики позволяет круто повысить экологическую безопасность промышленных предприятий и оптимизировать производственные расходы.
Экономический аспект решения не менее важен: теперь компании могут не только избегать штрафов за превышение сбросов и затраты на утилизацию токсичных продуктов, но и извлекать выгоду, «возвращая» фенол обратно в цикл промышленного потребления в виде товарного продукта.
Фенолят натрия — новый ценный продукт промышленности
Одной из ключевых инноваций новой технологии стало превращение извлеченного фенола в востребованное сырье. После отделения фенола из экстрагента к раствору добавляют щелочь, благодаря чему формируется фенолят натрия — вещество, используемое при производстве смол, синтетических каучуков, антисептиков, фармацевтических препаратов и красителей. Это превращает опасный отход в ценное сырье, что соответствует принципам концепции «замкнутого цикла» и устойчивого развития.
Таким образом, новая методика, опробованная и внедряемая в ПНИПУ при содействии Минобрнауки России, закрывает полный цикл обращения с фенолом: от эффективного и экологически безопасного извлечения до перехода в полезную продукцию, востребованную рынком. Такой подход не только способствует поддержанию чистоты водоемов и окружающей среды, но и приносит дополнительную прибыль компаниям, работающим в самых разных отраслях тяжелой промышленности, нефтехимии и фармацевтике.
Вклад в устойчивое развитие и перспективы применения
Инновация, появившаяся на базе научного центра «Рациональное недропользование», нацелена на тиражирование среди различных промышленных предприятий Российской Федерации. Подобные решения представляют собой удачный пример сочетания отечественного научного потенциала с реальными экономическими выгодами для бизнеса, а также с заботой об окружающей среде.
Применение этиловых эфиров карбоновых кислот может стать новым стандартом отраслевой экологической политики при обращении с опасными промпродуктами. Благодаря высокой эффективности и безопасности метода появляется реальная возможность кардинально снизить объемы выбросов фенола в водоемы страны и одновременно получить востребованное и ценное сырье для дальнейшей переработки.
Итоги: позитивные изменения для природы и промышленности
Будущее, в котором промышленные стоки не являются источником угрозы для рек и населенных пунктов, вполне реально. Предложенная ученым ПНИПУ экотехнология позволяет перевести экологическую проблему в разряд новых возможностей: облегчить максимальное соблюдение стандартов очистки, внедрить экологичное производство, а также получать дополнительную прибыль, реализуя фенолят натрия. Это решение иллюстрирует идею эффективной экономики замкнутого цикла, поддерживает развитие инноваций, соответствующих международным стандартам охраны окружающей среды, и укрепляет репутацию отечественной науки и промышленности.
