Vandrensning i et moderne byrensningsanlæg involverer fjernelse af uønskede kemikalier, suspenderede faste stoffer og gasser fra forurenet vand. arhendrix / Shutterstock.com
Mit team har opdaget en anden anvendelse til mikrobølgeovne, der vil overraske dig.
Biosolider - primært døde bakterier - fra kloakanlæg dumpes normalt til deponeringsanlæg. De er imidlertid rige på næringsstoffer og kan potentielt bruges som gødning. Men landmænd kan ikke bare erstatte den normale gødning, de bruger på landbrugsjord med disse biosolider. Årsagen er, at de ofte er forurenet med giftige tungmetaller som arsen, bly, kviksølv og cadmium fra industrien. Men at dumpe dem på lossepladserne spilder dyrebare ressourcer. Så hvad er løsningen?
Jeg er miljøingeniør og en ekspert i spildevandsrensning. Mine kolleger og jeg har fundet ud af, hvordan man behandler disse biosolider og fjerner tungmetaller, så de sikkert kan bruges som gødning.
Hvordan rensningsanlæg renser spildevand
Spildevand indeholder organisk affald såsom proteiner, kulhydrater, fedt, olier og urinstof, der stammer fra mad og menneskeligt affald, som vi skyller ned i køkkenvaske og toiletter. Inde i behandlingsanlæg nedbrydes bakterierne af disse organiske materialer og renser vandet, der derefter udledes til floder, søer eller oceaner.
Bakterierne gør ikke arbejdet for intet. De drager fordel af denne proces ved at formere sig, når de spiser på menneskeligt affald. Når vandet er fjernet fra affaldet, er det, der er tilbage, en fast klump af bakterier kaldet biosolider.
Dette kompliceres af det faktum, at spildevandsrensningsanlæg ikke kun accepterer spildevand til hjemmet, men også industrielt spildevand, inklusive væsken, der siver ud af fast affald i deponeringsanlæg - kaldet udvaskning - som er forurenet med giftige metaller, herunder arsen, bly, kviksølv og cadmium. Under spildevandsrensningsprocessen tiltrækkes tungmetaller til bakterierne og ophobes på deres overflader.
Hvis landmændene anvender biosolider på dette tidspunkt, vil disse metaller adskille sig fra biosoliderne og forurene afgrøden til konsum. Men at fjerne tungmetaller er ikke let, fordi de kemiske bindinger mellem tungmetaller og biosolider er meget stærke.
Gang Chen mikrobølger nogle biosolider, der adskiller det organiske materiale fra de giftige metaller. Gang Chen / FAMU-FSU College of Engineering, CC BY-SA
Mikrobølgereaffald frigiver tungmetaller
Konventionelt fjernes disse metaller fra biosolider ved hjælp af kemiske metoder, der involverer syrer, men dette er dyrt og genererer mere farligt affald. Dette er blevet praktiseret i mindre skala i nogle landbrugsområder.
Efter en omhyggelig beregning af energibehovet for at frigive tungmetaller fra de vedhæftede bakterier, søgte jeg rundt efter alle mulige energikilder, der kan give lige nok til at bryde bindingerne, men ikke for meget til at ødelægge næringsstofferne i biosoliderne. Det var, da jeg serendipitøst bemærkede mikrobølgeovnen i mit hjemmekøkken og begyndte at spekulere på, om mikrobølgeovn var løsningen.
Mit team og jeg testede, om mikrobølgeovn af biosoliderne ville bryde bindingerne mellem tungmetaller og bakteriecellerne. Vi opdagede, at det var effektivt og miljøvenligt. Arbejdet har været offentliggjort i Journal of Cleaner Production. Dette koncept kan tilpasses i en industriel skala ved hjælp af elektromagnetiske bølger til at fremstille mikrobølger.
Dette er en løsning, der skal være gavnlig for mange mennesker. For eksempel kunne ledere af spildevandsrensningsanlæg potentielt tjene indtægter ved at sælge biosolider i stedet for at betale bortskaffelsesgebyrer for det materiale, der skal dumpes til deponierne.
Biosolider efter indsamling fra et affaldsbehandlingsanlæg. Gang Chen / FAMU-FSU College of Engineering, CC BY-SA
Det er en bedre strategi for miljøet, fordi når biosolider deponeres på deponeringsanlæg, siver tungmetaller ind i deponeringslak, som derefter behandles i spildevandsrensningsanlæg. Tungmetallerne bevæger sig således mellem spildevandsrensningsanlæg og deponeringsanlæg i en uendelig sløjfe. Denne undersøgelse bryder denne cyklus ved at adskille tungmetaller fra biosolider og udvinde dem. Landmænd ville også drage fordel af billige organiske gødninger, der kunne erstatte de kemiske syntetiske, ved at bevare værdifulde ressourcer og beskytte økosystemet.
Er dette slutningen? Ikke endnu. Indtil videre kan vi kun fjerne 50% af tungmetaller, men vi håber at skifte dette til 80% med forbedrede eksperimentelle design. Mit team udfører i øjeblikket små laboratorie- og felteksperimenter for at undersøge, om vores nye strategi vil fungere i stor skala.
En lektion, jeg gerne vil dele med alle: Vær opmærksom. For ethvert problem kan løsningen være lige omkring dig, i dit hjem, på dit kontor, selv i de apparater, du bruger.
Om forfatteren
Gang Chen, professor i civil- og miljøteknik, FAMU-FSU College for Ingeniørvidenskab
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.
bøger_videnskab
