В сельских хозяйствах, на дачах и во многих других местах в условиях отсутствия централизованной канализации используются мобильные туалеты или выгребные ямы. Бороться с неприятным запахом в отхожих местах и во время перевозки их содержимого на станции для очистки помогают биоциды — химические вещества, которые останавливают размножение микроорганизмов. Однако биоциды могут навредить окружающей среде и помешать работе очистных сооружений. Кроме того, токсичные биоциды могут сделать отходы непригодными для переработки в удобрения, получать из них средства для восстановления плодородия почвы, а также биогаз и другие виды топлива. Решение этой проблемы российские ученые предложили в журнале Biology. Исследование проведено в рамках проекта научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего», который реализуется при поддержке национального проекта «Наука и университеты».
В России около 22,6% населения живут без централизованной канализации (по данным Росстата за 2019 год). В сельской местности их доля возрастает до 66,5%. Откачкой отходов из выгребных ям и мобильных туалетов, и их вывозом на очистные сооружения занимаются ассенизаторы. Предотвратить размножение микроорганизмов, вызывающих неприятный запах, при хранении и транспортировке отходов помогают биоциды — например, соединения четвертичного аммония и производные бигуанидов. Средства на основе этих соединений, например «Латрина», очень эффективны, но делают отходы токсичными, т.к. очень медленно разлагаются. Из-за этого они могут отравлять окружающую среду или убивать микроорганизмы в биологических системах очистки сточных вод. Сотрудники ФИЦ Биотехнологии РАН сравнили разные популярные биоциды и выбрали среди наиболее эффективных те, которые разрушаются на нетоксичные компоненты сразу после выполнения своей функции.
«В выгребных ямах и мобильных туалетах мочевина медленно разлагается, выпуская аммоний, что делает среду щелочной — значение ее pH может возрасти до 9-10. Биоциды, которые разлагаются в щелочной среде, позволяют убить двух «зайцев»: сначала они снижают активность вредных бактерий, а потом разрушаются и поэтому не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду. Результаты мы проверяли через 10 дней — столько времени, например, может занять полное наполнение туалетов на поездах дальнего следования», — рассказал Юрий Литти, к.б.н., заведующий лабораторией микробиологии антропогенных мест обитания ФИЦ Биотехнологии РАН.
Ученые выбрали шесть биоцидов, которые не имеют запаха, нетоксичны в используемых концентрациях и деградируют, когда значение pH превышает 7. Вместе со своими коллегами Юрий Литти протестировал действие этих биоцидов на микроорганизмы, а также поверил, насколько хорошо эти средства разлагаются в присутствии щелочи за десять дней.
Из шести часто используемых биоцидов четыре оказались более щадящими по отношению к окружающей среде: бронопол (30 мг/л), шаромикс (500 мг/л), перкарбонат натрия (6 г/л) и средство на основе 2,2-дибромо-3-нитрилопропионамида (500 мг/л). А вот популярные и эффективные средства, как, например, «Латрина», надолго оставались в окружающей среде и не разрушались. Цитрат серебра и натриевая соль дегидроацетовой кислоты из исследования исключили, хотя они тоже быстро разлагались в щелочной среде. Их требовалось слишком много, поэтому ученые решили, что при высокой стоимости эти варианты очень затратны для потребителей.
«В щелочной среде, когда значение pH достигало 9, минимальная концентрация бронопола, Шаромикса и 2,2-дибромо-3-нитрилопропионамида, необходимая для остановки роста вредных микроорганизмов, увеличилась от полутора до четырех раз. Это полезно для наших целей, потому что при разложении мочевины за время транспортировки величина рН только растет. В дальнейшем мы планируем более детально изучить, как выбранные биоциды работают не в лабораторных, а в реальных условиях. В случае успеха ассенизаторы будут знать, какие средства действуют лучше, и при этом наносят меньше вреда природе», — подытожил Юрий Литти.