Vannrensing ved et moderne byrenseanlegg innebærer fjerning av uønskede kjemikalier, suspendert faststoff og gasser fra forurenset vann. arhendrix / Shutterstock.com
Teamet mitt har oppdaget en annen bruk av mikrobølgeovner som vil overraske deg.
Biosolider - først og fremst døde bakterier - fra kloakkanlegg blir vanligvis dumpet til deponier. Imidlertid er de rike på næringsstoffer og kan potensielt brukes som gjødsel. Men bønder kan ikke bare erstatte vanlig gjødsel som de bruker på jordbruksjord med disse biosolidene. Årsaken er at de ofte er forurenset med giftige tungmetaller som arsen, bly, kvikksølv og kadmium fra industrien. Men å dumpe dem på søppelfyllingen sløser med dyrebare ressurser. Så hva er løsningen?
Jeg er miljøingeniør og en ekspert på rensing av avløpsvann. Mine kolleger og jeg har funnet ut hvordan vi skal behandle disse biosolidene og fjerne tungmetaller slik at de trygt kan brukes som gjødsel.
Hvordan renseanlegg renser avløpsvann
Avløpsvann inneholder organisk avfall som proteiner, karbohydrater, fett, oljer og urea, som stammer fra mat og menneskelig avfall vi skyller ned i kjøkkenvasker og toaletter. Inne i renseanlegg dekomponerer bakterier disse organiske materialene, og renser vannet som deretter slippes ut til elver, innsjøer eller hav.
Bakteriene gjør ikke arbeidet for ingenting. De drar nytte av denne prosessen ved å multiplisere når de spiser på menneskelig avfall. Når vann er fjernet fra avfallet, er det en fast klump med bakterier som kalles biosolider.
Dette kompliseres av at avløpsanlegg ikke bare tar imot avløpsvann fra hjemmet, men også industrielt avløpsvann, inkludert væsken som siver ut av fast avfall i søppelfyllinger - kalt utvasking - som er forurenset med giftige metaller inkludert arsen, bly, kvikksølv og kadmium. Under renseprosessen tiltrekkes tungmetaller til bakteriene og samler seg på overflatene.
Hvis bønder bruker biosolider på dette stadiet, vil disse metallene skille seg fra biosolidene og forurense avlingen til konsum. Men å fjerne tungmetaller er ikke lett fordi de kjemiske bindingene mellom tungmetaller og biosolider er veldig sterke.
Gang Chen mikrobølger noen biosolider, og skiller det organiske materialet fra de giftige metaller. Gang Chen / FAMU-FSU College of Engineering, CC BY-SA
Mikrobølgeavfall frigjør tungmetaller
Konvensjonelt blir disse metaller fjernet fra biosolider ved bruk av kjemiske metoder som involverer syrer, men dette er kostbart og genererer farligere avfall. Dette har blitt praktisert i liten skala i noen landbruksfelt.
Etter en nøye beregning av energibehovet for å frigjøre tungmetallene fra de vedlagte bakteriene, søkte jeg rundt etter alle mulige energikilder som kan gi akkurat nok til å bryte bindingene, men ikke for mye til å ødelegge næringsstoffene i biosolidene. Det var da jeg serendipitøst la merke til mikrobølgeovnen på hjemmekjøkkenet mitt og begynte å lure på om mikrobølgeovn var løsningen.
Teamet mitt og jeg testet om mikrobølgeovn av biosolidene ville bryte båndene mellom tungmetaller og bakteriecellene. Vi oppdaget at det var effektivt og miljøvennlig. Arbeidet har vært publisert i Journal of Cleaner Production. Dette konseptet kan tilpasses i industriell skala ved å bruke elektromagnetiske bølger for å produsere mikrobølgene.
Dette er en løsning som burde være gunstig for mange mennesker. For eksempel kan forvaltere av renseanlegg potensielt tjene inntekter ved å selge biosolider i stedet for å betale avhåndsgebyr for materialet som skal dumpes til deponiene.
Biosolider etter innsamling fra et avfallsbehandlingsanlegg. Gang Chen / FAMU-FSU College of Engineering, CC BY-SA
Det er en bedre strategi for miljøet fordi når biosolider blir deponert i søppelfyllinger, siver tungmetallene ut i søppelfyllingen, som deretter behandles i renseanlegg. Tungmetallene beveger seg dermed mellom renseanlegg og deponier i en endeløs sløyfe. Denne forskningen bryter denne syklusen ved å skille tungmetallene fra biosolider og utvinne dem. Bønder ville også ha fordel av billig organisk gjødsel som kan erstatte de kjemiske syntetiske stoffene, bevare verdifulle ressurser og beskytte økosystemet.
Er dette slutten? Ikke ennå. Så langt kan vi bare fjerne 50% av tungmetaller, men vi håper å skifte dette til 80% med forbedret eksperimentell design. Teamet mitt utfører for tiden små laboratorie- og felteksperimenter for å utforske om vår nye strategi vil fungere i stor skala.
En leksjon jeg vil dele med alle: Vær observant. For ethvert problem kan løsningen være rundt deg, hjemme, på kontoret, selv i apparater du bruker.
om forfatteren
Gang Chen, professor i samfunns- og miljøteknikk, FAMU-FSU College of Engineering
Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.
books_science
