Vedenpuhdistukseen nykyaikaisessa yhdyskuntajätevesien käsittelylaitoksessa poistetaan epätoivotut kemikaalit, suspendoituneet kiinteät aineet ja kaasut saastuneesta vedestä. arhendrix / Shutterstock.com
Tiimini on löytänyt toisen mikroaaltouunien käytön, joka yllättää sinut.
Jätevesilaitoksista peräisin olevat biosolidit - pääasiassa kuolleet bakteerit - päästetään yleensä kaatopaikoille. Ne ovat kuitenkin runsaasti ravinteita ja niitä voidaan mahdollisesti käyttää lannoitteina. Viljelijät eivät kuitenkaan voi korvata pelkästään maatalouden käyttämiä tavallisia lannoitteita näillä biosolideilla. Syynä on, että ne ovat usein saastuneita teollisuuden myrkyllisistä raskasmetalleista, kuten arseenista, lyijystä, elohopeasta ja kadmiumista. Mutta niiden kaatopaikka kaatopaikoille tuhlaa arvokkaita resursseja. Joten mikä on ratkaisu?
Olen ympäristöinsinööri ja jäteveden käsittelyn asiantuntija. Kollegani ja minä olemme keksineet, kuinka käsitellä näitä biosolideja ja poistaa raskasmetalleja, jotta niitä voidaan käyttää turvallisesti lannoitteena.
Kuinka puhdistamot puhdistavat jätevedet
Jätevesi sisältää orgaanisia jätteitä, kuten proteiineja, hiilihydraatteja, rasvoja, öljyjä ja ureaa, jotka ovat peräisin ruoka- ja ihmisjätteistä, joita huuhtelemme keittiön pesuallasissa ja käymälöissä. Puhdistuslaitosten sisällä bakteerit hajottavat nämä orgaaniset materiaalit puhdistaen veden, joka johdetaan sitten jokiin, järviin tai valtameriin.
Bakteerit eivät tee työtä turhaan. He hyötyvät tästä prosessista kertomalla, kun ruokailevat ihmisjätteisiin. Kun vesi on poistettu jätteistä, jäljelle jää kiinteä bakteeripala, jota kutsutaan biosolideiksi.
Tätä monimutkaistaa se, että jätevedenpuhdistamot hyväksyvät paitsi kotitalousjätevesien myös teollisuuden jätevedet, mukaan lukien kaatopaikoilla esiintyvän kiinteän jätteen sisältämä neste, nimeltään suotovesi, joka on saastunut myrkyllisillä metalleilla, kuten arseenilla, lyijyllä, elohopealla ja kadmiumilla. Jätevesien käsittelyprosessin aikana raskasmetallit houkuttelevat bakteereja ja kerääntyvät niiden pinnalle.
Jos viljelijät käyttävät biosolideja tässä vaiheessa, nämä metallit erottuvat biosolideista ja saastuttavat sadon ihmisravinnoksi. Mutta raskasmetallien poistaminen ei ole helppoa, koska kemialliset sidokset raskasmetallien ja biosolidien välillä ovat erittäin vahvat.
Gang Chen mikroaallottaa joitain biosolideja, erottaen orgaanisen materiaalin myrkyllisistä metalleista. Gang Chen / FAMU-FSU -tekniikan korkeakoulu, CC BY-SA
Mikroaaltojätteet vapauttavat raskasmetalleja
Tavanomaisesti nämä metallit poistetaan biosolideista kemiallisilla menetelmillä, joihin liittyy hapot, mutta tämä on kallista ja tuottaa vaarallisempia jätteitä. Tätä on harjoitettu pienessä mittakaavassa joillakin maatalouden aloilla.
Kun huolellinen laskelma energiantarpeesta vapauttaa raskasmetalleja kiinnittyneistä bakteereista, etsin ympäriltä kaikkia mahdollisia energialähteitä, jotka voivat tarjota juuri tarpeeksi katkaistakseen sidokset, mutta ei niin paljon tuhoamaan biosolidien ravintoaineet. Silloin huomasin suosiollisesti kodin keittiössä olevan mikroaaltouunin ja aloin miettiä, oliko mikroaaltouuni ratkaisu.
Ryhmäni ja minä testasimme, rikkoisivatko biosolidit mikroaaltouunilla raskasmetallien ja bakteerisolujen väliset siteet. Huomasimme, että se oli tehokas ja ympäristöystävällinen. Työ on ollut julkaistu lehdessä Cleaner Production. Tätä konseptia voidaan mukauttaa teollisuusmittakaavaan käyttämällä sähkömagneettisia aaltoja mikroaaltojen tuottamiseksi.
Tämän ratkaisun pitäisi olla hyödyllinen monille ihmisille. Esimerkiksi jätevedenpuhdistamojen johtajat voisivat mahdollisesti ansaita tuloja myymällä biokiintoaineita sen sijaan, että maksettaisiin kaatopaikalle vietävän materiaalin käsittelykustannuksia.
Biosolidit keräyksen jälkeen jätteenkäsittelylaitokselta. Gang Chen / FAMU-FSU -tekniikan korkeakoulu, CC BY-SA
Se on parempi strategia ympäristölle, koska kun biosolideja lasketaan kaatopaikoille, raskasmetallit vuotavat kaatopaikan suotoveteen, jota sitten käsitellään jätevedenpuhdistamoissa. Raskasmetallit liikkuvat siten jätevedenpuhdistamojen ja kaatopaikkojen välillä loputtomassa silmukassa. Tämä tutkimus katkaisee tämän syklin erottamalla raskasmetallit biosolideista ja ottamalla ne talteen. Viljelijät hyötyisivät myös halvoista orgaanisista lannoitteista, jotka voisivat korvata kemialliset synteettiset lannoitteet, mikä säästää arvokkaita resursseja ja suojelee ekosysteemiä.
Onko tämä loppu? Ei vielä. Toistaiseksi voimme poistaa vain 50% raskasmetalleista, mutta toivomme siirtävänmme tämän 80%: iin parannetuilla kokeellisilla malleilla. Tiimini tekee parhaillaan pieniä laboratorio- ja kenttäkokeita selvittääkseen, toimiiko uusi strategiamme laajassa mittakaavassa.
Yksi oppitunti, jonka haluaisin kertoa kaikille: Ole tarkkaavainen. Missä tahansa ongelmassa ratkaisu voi olla lähellä sinua, kotona, toimistossa, jopa käyttämissasi laitteissa.
kirjailijasta
Gang Chen, siviili- ja ympäristötekniikan professori, FAMU-FSU -tekniikan korkeakoulu
Tämä artikkeli julkaistaan uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.
books_science
