Oczyszczanie wody w nowoczesnej miejskiej oczyszczalni ścieków polega na usuwaniu niepożądanych chemikaliów, zawiesin i gazów z zanieczyszczonej wody. arhendrix / Shutterstock.com
Mój zespół odkrył inne zastosowanie kuchenek mikrofalowych, które Cię zaskoczy.
Biosolidy - głównie martwe bakterie - z oczyszczalni ścieków są zwykle zrzucane na wysypiska śmieci. Są jednak bogate w składniki odżywcze i mogą być potencjalnie wykorzystywane jako nawozy. Ale rolnicy nie mogą po prostu zastąpić zwykłych nawozów, których używają na glebie rolniczej, tymi biosolidami. Powodem jest to, że często są one zanieczyszczone toksycznymi metalami ciężkimi, takimi jak arsen, ołów, rtęć i kadm z przemysłu. Ale wyrzucanie ich na wysypiska śmieci marnuje cenne zasoby. Więc jakie jest rozwiązanie?
Jestem inżynierem środowiska oraz ekspert w dziedzinie oczyszczania ścieków. Razem z kolegami wymyśliliśmy, jak traktować te biosolidy i usuwać metale ciężkie, aby można je było bezpiecznie stosować jako nawóz.
Jak oczyszczalnie oczyszczają ścieki
Ścieki zawierają odpady organiczne, takie jak białka, węglowodany, tłuszcze, oleje i mocznik, które pochodzą z żywności i odpadów ludzkich, które spłukujemy w zlewach kuchennych i toaletach. W oczyszczalniach bakterie rozkładają te materiały organiczne, czyszcząc wodę, która jest następnie odprowadzana do rzek, jezior lub oceanów.
Bakterie nie działają bez powodu. Korzystają z tego procesu, mnożąc się, jedząc ludzkie odpady. Po usunięciu wody z odpadów pozostaje stała bryła bakterii zwana biosolidami.
Komplikuje to fakt, że oczyszczalnie ścieków przyjmują nie tylko ścieki z gospodarstw domowych, ale również ścieki przemysłowe, w tym ciecze, które sączy się z odpadów stałych na składowiskach odpadów - zwanych odciekami - które są zanieczyszczone toksycznymi metalami, w tym arsenem, ołowiem, rtęcią i kadmem. Podczas procesu oczyszczania ścieków metale ciężkie są przyciągane przez bakterie i gromadzą się na ich powierzchniach.
Jeśli rolnicy zastosują biosolid na tym etapie, metale te odseparują się od biosolidów i skażą plony do spożycia przez ludzi. Ale usuwanie metali ciężkich nie jest łatwe, ponieważ wiązania chemiczne między metalami ciężkimi a biosolidami są bardzo silne.
Gang Chen mikrofaluje niektóre biosolidy, oddzielając materiał organiczny od toksycznych metali. Gang Chen / FAMU-FSU College of Engineering, CC BY-SA
Odpady mikrofalowe uwalniają metale ciężkie
Konwencjonalnie, metale te są usuwane z biosolidów metodami chemicznymi obejmującymi kwasy, ale jest to kosztowne i generuje bardziej niebezpieczne odpady. Zostało to praktykowane na małą skalę na niektórych polach uprawnych.
Po dokładnym obliczeniu zapotrzebowania na energię do uwolnienia metali ciężkich z przyczepionych bakterii, szukałem wszystkich możliwych źródeł energii, które mogą zapewnić wystarczającą ilość energii do zerwania wiązań, ale nie za dużo do zniszczenia składników odżywczych w biosolidach. Właśnie wtedy przypadkowo zauważyłem kuchenkę mikrofalową w mojej domowej kuchni i zacząłem się zastanawiać, czy mikrofalówka jest rozwiązaniem.
Mój zespół i ja sprawdziliśmy, czy mikrofalowanie biosolidów zerwie wiązania metali ciężkich z komórkami bakteryjnymi. Odkryliśmy, że jest wydajny i przyjazny dla środowiska. Praca została opublikowany w Journal of Cleaner Production. Tę koncepcję można dostosować do skali przemysłowej, wykorzystując fale elektromagnetyczne do wytwarzania mikrofal.
Jest to rozwiązanie, które powinno być korzystne dla wielu osób. Na przykład osoby zarządzające oczyszczalniami ścieków mogłyby potencjalnie zarabiać na sprzedaży biosolidów zamiast płacenia opłat za unieszkodliwianie odpadów zrzucanych na wysypiska.
Biosolidy po pobraniu z zakładu przetwarzania odpadów. Gang Chen / FAMU-FSU College of Engineering, CC BY-SA
Jest to lepsza strategia dla środowiska, ponieważ gdy biosolid osadza się na wysypiskach, metale ciężkie przedostają się do odcieków ze składowisk odpadów, które są następnie oczyszczane w oczyszczalniach ścieków. Metale ciężkie przemieszczają się zatem między oczyszczalniami ścieków a składowiskami w nieskończonej pętli. Badania te przerywają ten cykl, oddzielając metale ciężkie od biosolidów i odzyskując je. Rolnicy skorzystaliby również z tanich nawozów organicznych, które mogłyby zastąpić chemiczne nawozy syntetyczne, zachowując cenne zasoby i chroniąc ekosystem.
Czy to jest koniec? Jeszcze nie. Do tej pory możemy usunąć tylko 50% metali ciężkich, ale mamy nadzieję, że zwiększymy to do 80% dzięki ulepszonym projektom eksperymentalnym. Mój zespół prowadzi obecnie małe eksperymenty laboratoryjne i terenowe, aby sprawdzić, czy nasza nowa strategia będzie działać na dużą skalę.
Jedna lekcja, którą chciałbym podzielić się ze wszystkimi: Bądź spostrzegawczy. W przypadku każdego problemu rozwiązanie może znajdować się wokół ciebie, w domu, biurze, a nawet w urządzeniach, których używasz.
O autorze
Gang Chen, profesor inżynierii lądowej i środowiska, Wyższa Szkoła Inżynierska FAMU-FSU
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
książki_nauka
