Исследователи Южного научно-технологического университета в Шэньчжэне разработали систему для извлечения питательных веществ из человеческой мочи. В лабораторных опытах она удаляла из раствора 96% фосфатов, переводя их в осадок, и одновременно замедляла разложение мочевины — основного азотсодержащего компонента. Работа опубликована в Nature Communications.
Технология рассчитана на переработку мочи, собранной отдельно от остальных бытовых стоков. Такой подход позволяет работать с концентрированным источником питательных веществ. Однако при хранении мочевина разлагается под действием фермента уреазы. Это сопровождается образованием аммиака, появлением запаха и неконтролируемым выпадением минеральных осадков, которые могут засорять трубы.
Авторы объединили в одном реакторе два процесса: извлечение фосфора и сохранение мочевины в растворе. Между электродами нет разделительной мембраны. Центральный электрод окружён частицами волластонита — минерала, содержащего силикат кальция.
При пропускании тока рядом с центральным электродом образуется кислая среда, способствующая растворению минерала и высвобождению кальция. Возле другого электрода образуется щёлочь. В результате кальций связывается с фосфатами, формируя твёрдый осадок, который можно отделить от жидкости и использовать как сырьё для удобрений.
Одновременно электрохимические реакции превращают часть присутствующих в моче хлоридов в активные соединения хлора. Они подавляют активность уреазы и тем самым замедляют разложение мочевины. Повышение щёлочности раствора дополнительно поддерживает этот эффект.
Сначала исследователи проверили систему на искусственной моче, затем испытали её на реальных образцах, собранных в университете. Во втором случае использовали мочу, разбавленную водой вдвое. За шесть часов обработки содержание фосфатов снизилось на 96%. Мочевина оставалась стабильной десять дней; заметное разложение началось на двенадцатый день.
Результаты на искусственном растворе оказались более продолжительными: за 30 дней хранения в обработанном образце разложилось 6,6% мочевины, тогда как в необработанном — 92%. Авторы объясняют различие тем, что органические вещества и взвешенные частицы в реальной моче усложняют подавление микробной активности и ускоряют расход активного хлора.
Разработка пока прошла лишь лабораторную проверку.
