AP23489574 – Модифицированная фильтрующая установка на основе активированного угля для эффективного удаления органических веществ и микропластика при медленной фильтрации повторно используемой воды

Цель – Целью проекта является разработка и апробация передовой технологии очистки воды, способной удалять растворенные органические вещества РОВ и микропластик (MП), включая микроволокна (MВ), из повторно используемой воды.

Актуальность: Повторное использование воды является одним из ключевых решений глобального дефицита водных ресурсов, что особенно актуально для Казахстана, где в 2023 году создано Министерство водных ресурсов и ирригации. Основными загрязнителями повторно используемой воды являются растворённые органические вещества (РОВ) и микропластик, содержащие опасные компоненты и прекурсоры побочных продуктов дезинфекции. Их необходимо максимально удалять до традиционной очистки питьевой воды. В Казахстане реализуются проекты по строительству и модернизации очистных сооружений с внедрением автоматизированных систем для повторного использования воды. В этой связи предлагается технология универсального мультифункционального фильтра для оптимизации существующих систем очистки. Университет Сатбаева располагает доказательством концепции полупромышленной установки медленной фильтрации на уровне TRL4 с перспективой внедрения на реальных сооружениях (TRL6). В качестве сорбента используется мультимедийный фильтр на основе песка и модифицированного активированного угля, включая уголь с оксидом железа (FexO), обеспечивающий снижение содержания РОВ и микропластика. Ожидается, что фильтр будет снижать концентрацию загрязнителей до 50% за цикл и эффективно работать в широком диапазоне pH. Результаты исследования планируется публиковать в журналах первого квартиля, представлять на конференциях и использовать для подготовки молодых исследователей и развития научного сотрудничества.

Научный руководитель: Доктор Ph.D., Профессор, Азат Сейтхан

Ожидаемые и достигнутые результаты: Максимальная сорбционная способность активированных углей определена в лабораторных условиях, а также приобретено оборудование для медленной фильтрации сточных вод. Эксперименты с образцами 0,5 М WN–KOH–FeCl и 1 М WN–KOH–FeCl показали, что первый обладает более высокой сорбционной способностью, снижая оптическую плотность раствора метиленового синего до 0,051 при концентрации 400 ppm за 90 минут. Образец 1 М эффективен лишь при более низких концентрациях (10–200 ppm), что указывает на его меньшую эффективность. Для моделирования микропластика использовали суспензию ПЭТ с карбоксиметилцеллюлозой, которую фильтровали через различные колонки с песком, цеолитом и модифицированными сорбентами. Установлено, что фильтры с модифицированным активированным углём обеспечивают более высокую степень удаления микропластика. Отбор сточных вод проводился в Алматинской области до и после биологической очистки. Получен патент РК №10022 на способ получения композитной диатомитовой мембраны. Опубликованы научная статья и глава в международной книге. Оптимизированы параметры синтеза активированных углей из агроотходов, включая температуру карбонизации (500 °C) и активации (800 °C), а также соотношение с КОН 1:2. Установлено, что модификация FeCl₃ (0,5 М) улучшает сорбционные свойства, тогда как повышение концентрации до 1 М снижает эффективность. Синтезированные материалы рекомендованы для очистки воды от органических загрязнений и микропластика. Разработана и внедрена полупромышленная установка очистки сточных вод производительностью до 20 м³/сутки. Технология включает стадии биологической очистки, мембранного биореактора (MBR), обратного осмоса и медленной фильтрации с модифицированным углём FeₓO. Система полностью автоматизирована на базе PLC Siemens и обеспечивает стабильные показатели качества воды (ХПК ≈ 15 мг/л, БПК₅ ≈ 25 мг/л). Проведены монтаж, пусконаладка и испытания, подтвердившие надежность и эффективность работы установки. Установка введена в опытную эксплуатацию на предприятии ТОО «ЛУКОЙЛ Лубрикантс Центральная Азия» и используется для оптимизации очистки сточных вод.

Список публикаций с ссылками на них

1. Sapargali I.O., Bekseitova K.S., Zhantikeev U.E., Nurgaliyev N.N., Azat S. A comprehensive method for microplastic removal in water using sorbents // Bulletin of Shakarim University. Technical Sciences. – 2025. – No. 1(17). – DOI: https://doi.org/10.53360/2788-7995-2025-1(17)-51
2. Mussa N., Amantaiuly K., Azat S., Amrousse R., Toshtay K. Modification of diatomite mineral sorbent for the cleanup of petroleum spills on water surfaces // Eurasian Chemico-Technological Journal. – 2025. – Vol. 27. – P. 101–110. – DOI: https://doi.org/10.18321/ectj1658
3. Dai G., Xu X., Seitkhan Azat. Prospects and applications of metal–organic frameworks (MOFs) for efficient degradation of toxic organic dyes in aqueous media // Colloids and Nanotechnologies in Industry 2025: Proceedings of the International Scientific and Technical Conference. – Almaty, 2025. – P. 18–23.
4. Jia L., Seitkhan A., Adam M.R. Green synthesis of rice husk-based SiO₂@Fe₃O₄ magnetic nanocomposites: a sustainable adsorbent for water treatment // Colloids and Nanotechnologies in Industry 2025: Proceedings of the International Scientific and Technical Conference. – Almaty, 2025. – P. 328–333.
5. Qu Z., Seitkhan A., Binti Yusof N.N. Adsorption of heavy metals on magnetic zeolites: a review // Colloids and Nanotechnologies in Industry 2025: Proceedings of the International Scientific and Technical Conference. – Almaty, 2025. – P. 351–353.
6. Guo X., Seitkhan A. Sustainable synthesis of TiO₂/SiO₂ nanocomposites from titanium powder and mining waste for photocatalytic applications // Colloids and Nanotechnologies in Industry 2025: Proceedings of the International Scientific and Technical Conference. – Almaty, 2025. – P. 375–379.
7. Sultakhan Sh., Baibotayeva A., Azat S. Transforming waste into solutions: novel water treatment technologies for a sustainable future // XVI International Symposium on Combustion and Plasma Chemistry. Physics and Chemistry of Carbon and Nanoenergetic Materials: Book of Abstracts of International Symposium. – Almaty, 2025. – P. 81.
8. Khalkhabay S., Sultakhan Sh., Seitkhan A., Kuldeyev E. Slow sand filtration for water treatment // Mabrouk A., Bachar A., Azat S., Amrousse R. Innovative Materials for Industrial Applications: Synthesis, Characterization and Evaluation. – Hershey, PA: IGI Global, 2025. – P. 75–91.
9. Алсар Ж.Т., Гаджимурадова А.М., Тыныштыкбаев К.Б., Серик Н.Г., Сейтхан А., Кульдеев Е.И., Инсепов З.А. Способ получения композитной диатомитовой мембраны для медленной фильтрации воды: патент на полезную модель № 10022 Республики Казахстан, опубл. 05.01.2025. – Казахстан, 2025.