Плазма поможет повысить урожайность пшеницы и очистить воды от органических загрязнителей | Новости науки
Новый способ очистки сточных вод предложили российские ученые. С помощью холодной плазмы импульсного разряда они разложили на простые компоненты 95% распространенных органических загрязнителей — фенола и метилэтилкетона.
В процессе очистки плазма генерируется над поверхностью воды в виде светящегося кольца фиолетового цвета. Очистное оборудование достаточно компактно и легко транспортируется к месту работы — в поле или на промышленное предприятие. Для работы с ним персоналу не потребуются специальные технические компетенции.
Еще одно перспективное применение плазменных технологий — активация грунтовой или родниковой воды для полива растений. Как показали эксперименты, проведенные сотрудниками Сибирского ботанического сада ТГУ, полив пшеницы активированной водой существенно улучшил прорастание семян, значительно повысил урожайность и содержание белка в зерне.
Ученые из Института сильноточной электроники СО РАН создали установки для исследования способов и режимов активации и очистки воды с помощью плазмы импульсных разрядов. Эта работа ведется совместно с Институтом электротехники Китайской академии наук и Университетом Западного Мыса (ЮАР) при содействии ТГУ и ИХН СО РАН в рамках трехгодичного гранта Минобрнауки России на проведение научных исследований с организациями стран БРИКС. Руководит проектом зав. лабораторией оптических излучений Дмитрий Сорокин.
Быстро и доступно — так можно коротко описать запатентованный способ получения активированной воды с помощью электрического барьерного разряда. В ИСЭ СО РАН предложили способ стимуляции роста растений, в котором используется не дистиллированная, а обычная грунтовая вода, родниковая или речная, применяемая для полива в сельском хозяйстве.
«В отличие от дистиллированных, природные воды содержат в себе различные соли. При воздействии плазмы они служат отличным материалом для образования азот- и кислородсодержащих активных частиц, способных придавать воде полезные свойства. Активированная плазмой вода начинает не окисляться, а очень быстро защелачивается, поэтому важно начать полив на этой стадии, положительно влияющей на рост растений», — пояснил ведущий научный сотрудник лаборатории оптических излучений Эдуард Соснин.
Полевые испытания прошли на экспериментальном участке Сибирского ботанического сада ТГУ. Здесь на одной делянке ученые высадили пшеницу и поливали ее активированной водой в течение недели, на другой поливы производили обычной водой. В результате на первой делянке существенно улучшилось прорастание семян, значительно повысились урожайность пшеницы и содержание белка в ней.
Другое направление проекта — это определение эффективного способа и режима очистки вод от ядовитых органических загрязнителей — фенола и метилэтилкетона — с помощью холодной плазмы импульсного разряда в воздухе. Как пояснил старший научный сотрудник Дмитрий Белоплотов, формирование однородной холодной плазмы в воздухе происходит в условиях высокого перенапряжения за счет подачи импульсов напряжения более короткой (на два порядка) длительности, генерируемых наносекундной высоковольтной техникой.
Научный коллектив протестировал три способа воздействия плазмы на воду: первый, когда разряд реализуется непосредственно в воде, при втором производится разбрызгивание капель воды в активную зону разряда и, наконец, третий способ, показавший наибольшую эффективность, когда плазма формируется над поверхностью воды.
Испытав разные режимы работы при третьем способе, ученые выяснили, что первостепенное значение имеет не мощность разряда, а длительность процесса обработки. Под действием сильных окислителей, образующихся в холодной воздушной плазме, а также при взаимодействии этой плазмы с водой, фенол и метилэтилкетон, являющиеся распространенными органическими загрязнителями сточных вод, распадаются на простые компоненты. В ходе исследований было показано, что степень разложения этих загрязнителей достигает 95%. Химический анализ исследуемых вод проводился в Институте химии нефти СО РАН.
Созданные по итогам научных исследований установки, предназначенные для активации и очистки вод, довольно компактные. Однако когда необходимо получить воду для нужд сельского хозяйства, их можно будет масштабировать. Активация воды неравновесной низкотемпературной плазмой происходит в небольшом пузырьке воздуха, а для очистки плазма генерируется над поверхностью воды в виде красивого светящегося кольца фиолетового цвета. Такое оборудование можно будет легко транспортировать в поле или на промышленное предприятие. Будет несложно научить пользоваться им персонал, не обладающий специальными техническими компетенциями, уточняют исследователи.
По заказу Университета Западного мыса (ЮАР) ученые разработали модуль на основе ультрафиолетовых эксиламп, который станет одной из частей комплекса для очистки вод от отходов фармацевтического производства при помощи диэлектрического барьерного разряда. Научный коллектив из Института электротехники Китайской академии наук изучает процессы электроразрядной очистки вод от загрязняющих воду водорослей.