Очищення води на сучасній міській очисній станції передбачає видалення небажаних хімічних речовин, завислих речовин та газів із забрудненої води. arhendrix / Shutterstock.com

Моя команда виявила ще одне використання мікрохвильових печей, яке вас здивує.

Біосоліди - насамперед мертві бактерії - з каналізаційних рослин зазвичай скидаються на сміттєзвалища. Однак вони багаті поживними речовинами і потенційно можуть використовуватися як добрива. Але фермери не можуть просто замінити звичайні добрива, які вони використовують на сільськогосподарському ґрунті, цими біосолями. Причина полягає в тому, що вони часто забруднюються такими важкими металами, як миш’як, свинець, ртуть та кадмій. Але скидання їх на сміттєзвалища витрачає дорогоцінні ресурси. Отже, яке рішення?

Я інженер-еколог та експерт з очищення стічних вод. Ми з колегами розібралися, як обробити ці біотверді та видалити важкі метали, щоб їх можна було безпечно використовувати як добриво.

Як очисні споруди очищають стічні води

Стічні води містять органічні відходи, такі як білки, вуглеводи, жири, олія та сечовина, які отримують з харчових та людських відходів, які ми змиваємо в кухонні мийки та туалети. Усередині очисних споруд бактерії розкладають ці органічні матеріали, очищаючи воду, яку потім скидають у річки, озера чи океани.

Бактерії не роблять роботу ні за що. Вони отримують користь від цього процесу, множившись під час обіду на людських відходах. Після того, як вода виводиться з відходів, залишається твердий грудок бактерій, що називається біосолідами.

Це ускладнюється тим, що очисні споруди приймають не тільки побутові стічні води, але й промислові стічні води, включаючи рідину, яка просочується твердими відходами на сміттєзвалища - звані вилугові -, які забруднені токсичними металами, включаючи миш’як, свинець, ртуть та кадмій. Під час процесу очищення стічних вод важкі метали притягуються до бактерій і накопичуються на їх поверхні.

Якщо фермери застосовують біотверді речовини на цьому етапі, ці метали відокремлюються від біотвердих речовин та забруднюють урожай для споживання людиною. Але видалити важкі метали непросто, оскільки хімічні зв’язки між важкими металами та біотвердістю дуже міцні.

Ганг Чен мікрохвильові печі, деякі біотверді, відокремлюючи органічний матеріал від токсичних металів. Gang Chen / Інженерний коледж FAMU-FSU, CC BY-SA

Мікрохвильові відходи виділяють важкі метали

Зазвичай ці метали вивозять з біотвердих речовин хімічними методами з участю кислот, але це дорого і створює більш небезпечні відходи. Це практикується невеликими масштабами в деяких сільськогосподарських галузях.

Після ретельного обчислення потреби в енергії для звільнення важких металів від приєднаних бактерій я обшукав усі можливі джерела енергії, які можуть забезпечити достатню кількість, щоб розірвати зв’язки, але не надто багато, щоб знищити поживні речовини в біотверді. Ось тоді я безтурботно помітив мікрохвильову піч на домашній кухні і почав замислюватися, чи не є мікрохвильова піч.

Ми з моєю командою перевіряли, чи мікрохвильова біологічна обробка порушить зв'язки між важкими металами та бактеріальними клітинами. Ми виявили, що це ефективно та екологічно. Робота була опубліковано в Журналі чистого виробництва. Цю концепцію можна адаптувати до промислового масштабу, використовуючи електромагнітні хвилі для отримання мікрохвиль.

Це рішення, яке повинно бути корисним для багатьох людей. Наприклад, менеджери очисних споруд можуть потенційно заробляти прибуток, продаючи біотверді речовини, замість того, щоб платити збори за утилізацію матеріалу, який буде скинутий на сміттєзвалища.

Біосоліди після збирання з очисних споруд. Gang Chen / Інженерний коледж FAMU-FSU, CC BY-SA

Це краща стратегія для навколишнього природного середовища, оскільки, коли біологічні тверді речовини відкладаються на сміттєзвалища, важкі метали потрапляють у стічні води, які потім обробляються на очисних спорудах. Таким чином, важкі метали переміщуються між очисними спорудами та полігонами у нескінченному циклі. Це дослідження порушує цей цикл, відокремлюючи важкі метали від біотвердих речовин та їх відновлення. Фермери також виграють від дешевих органічних добрив, які можуть замінити хімічні синтетичні, зберігаючи цінні ресурси та захищаючи екосистему.

Це кінець? Ще ні. Поки ми можемо видалити лише 50% важких металів, але ми сподіваємось перенести це значення на 80% за допомогою вдосконалених експериментальних конструкцій. Наразі моя команда проводить невеликі лабораторні та польові експерименти, щоб дослідити, чи буде наша нова стратегія працювати у великих масштабах.

Один урок, який я хотів би поділитися з усіма: Будьте уважні. Для будь-якої проблеми рішення може бути саме навколо вас, у вашому домі, офісі, навіть у техніці, якою ви користуєтесь.

Про автора

Ганг Чен, професор цивільної та екологічної інженерії, Інженерний коледж FAMU-FSU

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

книги_науки