Многоступенчатая очистка производственных сточных вод, содержащих этиленгликоль (ЭГ): интеграция растворительсодержащей экстракции, коагуляции/осаждения и обесцвечивания для улучшенной ремедиации сточных вод

Почему грязная заводская вода касается нас всех

Во многих отраслях прозрачная, сладковатая жидкость — этиленгликоль — не даёт двигателям и механизмам перегреваться или замерзать. Но когда большие объёмы этого холодильного агента попадают в сточные воды, он превращается в упорный загрязнитель, трудноудаляемый и опасный для рек, озёр и подземных вод. В этом исследовании рассматривается новый пошаговый подход к очистке сточных вод, богатых этиленгликолем, с одновременным восстановлением части химического вещества для повторного использования, что даёт практический путь к более чистой промышленности и безопасной воде.

Скрытая угроза в антифризах и реагентах для удаления наледи

Этиленгликоль широко используется в антифризах, авиационных реагентах для удаления наледи и системах охлаждения на предприятиях. Он легко растворяется в воде и имеет очень высокую «химическую потребность в кислороде» — то есть способен отбирать у рек и озёр кислород, необходимый рыбе и другой живности. Традиционные станции очистки, особенно те, что в основном полагаются на микробные процессы для разложения загрязнений, часто испытывают трудности с такими сильными и сложными стоками. Сточные воды, изученные в работе, поступали из крупной промышленной зоны в пустыне с множеством типов заводов и содержали смесь этиленгликоля, масел, моющих средств, солей и окрашенных органических веществ — намного сложнее, чем аккуратные смеси, используемые во многих лабораторных исследованиях.

Трёхступенчатая линия очистки для тяжёлых сточных вод

Исследователи предложили многоступенчатую «линию очистки и восстановления» вместо одной универсальной операции. Сначала применяли растворитель дихлорметан (ДХМ) в этапе фазового разделения. Вместо того чтобы извлекать чистый этиленгликоль, ДХМ разрывал и уносил скопления, содержащие гликоль, переплетённый с другими органическими веществами и ПАВ. Это позволило удалить примерно три четверти общей органической нагрузки и выделить фракцию, богатую этиленгликолем, которую при желании можно доочистить и вновь использовать. Затем добавляли коагулянт — наилучшие результаты показал хлорид железа — чтобы мелкие взвеси и мутные частицы слипались и осаждались. Наконец, частично очищенная вода проходила этап полировки через фильтрационную ступень из наночастиц алюминия и обычного фильтрующего материала, которая удаляла оставшийся цвет и значительную часть растворённого загрязнения.

Наночастицы как финишный фильтр

В основе ступени полировки лежат наночастицы алюминия в нулевой степени окисления (nZVAl) — крошечные зерна реакционноспособного металла с огромной удельной поверхностью. Эти частицы действуют как мощные микроскопические губки для окрашенных и растворённых органических соединений. В тщательно контролируемых экспериментах команда регулировала pH, дозу, скорость смешивания и время контакта для достижения наилучших результатов. Было обнаружено, что умеренное количество nZVAl, применённое при pH, близком к нейтральному заряду его поверхности, за считанные минуты удаляет более 90% окрашенности, а окончательный фильтрующий слой, содержащий nZVAl вместе с другими материалами, доводит удаление окраски до 100%. По отслеживанию скорости исчезновения окраски из воды авторы показали, что процесс следует сложной многоступенчатой схеме, а не простой одностадийной реакции, что отражает разнообразие поверхностей и центров связывания на наночастицах.

От опытного блока к реальному влиянию

Важно, что систему испытывали не только в пробирках, но и на пилотной установке, обрабатывавшей реальные промышленные сточные воды. К концу цепочки очистки уровни органического загрязнения, взвешенных веществ, масел и большинства металлов опустились ниже местных пределов сброса в канализацию, и когда‑то бурые воды стали прозрачными. Распространённая альтернатива — передовые окислительные методы на основе химии Фентона — показала себя менее эффективной для этой сложной смеси и породила большие объёмы железосодержащих осадков. Многоступенчатая система, напротив, сохранила умеренные объёмы осадка и сократила потребление химикатов, выполняя основную работу уже на первом этапе разделения.

Чище вода без разрушения бюджета

Чтобы понять, реалистична ли такая система для промышленности, команда оценивала эксплуатационные затраты на кубометр обработанной воды. С учётом рециркуляции растворителя и скромного кредита за частично восстановленный этиленгликоль чистая стоимость очистки оказалась сопоставимой с существующими методами для высококонцентрированных промышленных стоков. Иными словами, предприятия могли бы существенно улучшить экологические показатели — снизив окрашенность и органическое загрязнение до низких уровней и сохранив ценное химическое вещество — без разрушительных дополнительных расходов. Для неспециалиста главный вывод прост: сочетая продуманное разделение, традиционную химию и нанотехнологии, возможно превратить одни из самых грязных промышленных вод в гораздо более безопасный поток и подтолкнуть промышленность к более цикличному, менее расточительному использованию ресурсов.

Цитирование: Mahmoud, A.S., Khamis, E., Mahmoud, M.S. et al. Multistage treatment of industrial ethylene glycol (EG) effluent: integrating chemical extraction, coagulation/precipitation, and decolouration for enhanced wastewater remediation. Sci Rep 16, 4088 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35153-w

Ключевые слова: сточные воды с этиленгликолем, очистка промышленных стоков, полировка наночастицами, растворитель‑основное разделение, циркулярная экономика