Очистка воды на современных городских очистных сооружениях включает в себя удаление нежелательных химикатов, взвешенных веществ и газов из загрязненной воды. arhendrix / Shutterstock.com

Моя команда обнаружила еще одно применение для микроволновых печей, которое вас удивит.

Биологические вещества - в основном мертвые бактерии - из сточных вод обычно сбрасываются на свалки. Тем не менее, они богаты питательными веществами и потенциально могут быть использованы в качестве удобрений. Но фермеры не могут просто заменить обычные удобрения, которые они используют на сельскохозяйственной почве, этими биосолидами. Причина в том, что они часто загрязняются токсичными тяжелыми металлами, такими как мышьяк, свинец, ртуть и кадмий в промышленности. Но сваливать их на свалку - это тратить драгоценные ресурсы. Итак, каково решение?

Я инженер-эколог и эксперт по очистке сточных вод. Я и мои коллеги выяснили, как обрабатывать эти биосолиды и удалять тяжелые металлы, чтобы их можно было безопасно использовать в качестве удобрения.

Как очистные сооружения очищают сточные воды

Сточные воды содержат органические отходы, такие как белки, углеводы, жиры, масла и мочевину, которые получены из пищевых и человеческих отходов, которые мы смываем в кухонных раковинах и туалетах. Внутри очистных сооружений бактерии разлагают эти органические вещества, очищая воду, которая затем сбрасывается в реки, озера или океаны.

Бактерии не делают работу даром. Они извлекают выгоду из этого процесса, размножаясь, поскольку они обедают на человеческих отходах После удаления воды из отходов остается твердый комок бактерий, называемый биосолидами.

Это осложняется тем фактом, что очистные сооружения принимают не только бытовые, но и промышленные сточные воды, в том числе жидкость, которая просачивается из твердых отходов на свалках, называемых фильтратом, которые загрязнены токсичными металлами, включая мышьяк, свинец, ртуть и кадмий. В процессе очистки сточных вод тяжелые металлы притягиваются к бактериям и накапливаются на их поверхностях.

Если фермеры применяют биозолиды на этой стадии, эти металлы отделятся от биозолидов и загрязнят культуру для потребления человеком. Но удаление тяжелых металлов нелегко, потому что химические связи между тяжелыми металлами и биосолидами очень прочны.

Бригада Чэнь разогревает некоторые биологические вещества, отделяя органический материал от токсичных металлов. Ган Чен / Инженерный колледж ФАМУ-ФГУ, CC BY-SA

Микроволновые отходы выпускают тяжелые металлы

Обычно эти металлы удаляются из биосолидов с использованием химических методов с участием кислот, но это является дорогостоящим и создает более опасные отходы. Это практиковалось в небольших масштабах в некоторых сельскохозяйственных областях.

После тщательного расчета потребности в энергии для высвобождения тяжелых металлов из прикрепленных бактерий, я искал все возможные источники энергии, которые могут обеспечить достаточно для разрушения связей, но не слишком для разрушения питательных веществ в биосолидах. Именно тогда я по счастливой случайности заметил микроволновую печь на моей домашней кухне и начал задаваться вопросом, было ли решение для микроволновой печи.

Мы с моей командой проверили, не нарушит ли микроволновая печь биосолиды связь между тяжелыми металлами и бактериальными клетками. Мы обнаружили, что это было эффективно и безвредно для окружающей среды. Работа была опубликовано в журнале чистого производства, Эта концепция может быть адаптирована к промышленному масштабу с использованием электромагнитных волн для создания микроволн.

Это решение, которое должно быть полезным для многих людей. Например, руководители предприятий по очистке сточных вод могут потенциально получать доход, продавая биозолиды, вместо того, чтобы платить плату за утилизацию материала, который должен быть сброшен на свалки.

Биосолиды после сбора из очистных сооружений. Ган Чен / Инженерный колледж ФАМУ-ФГУ, CC BY-SA

Это лучшая стратегия для окружающей среды, потому что, когда биологические твердые вещества откладываются на свалках, тяжелые металлы просачиваются в сточные воды со свалок, которые затем обрабатываются на очистных сооружениях. Таким образом, тяжелые металлы перемещаются между очистными сооружениями и полигонами в бесконечной петле. Это исследование нарушает этот цикл, отделяя тяжелые металлы от биосолидов и восстанавливая их. Фермеры также выиграют от дешевых органических удобрений, которые могут заменить химические синтетические, сохраняя ценные ресурсы и защищая экосистему.

Это конец? Еще нет. Пока что мы можем удалить только 50% тяжелых металлов, но мы надеемся сместить это до 80% с помощью улучшенных экспериментальных конструкций. Моя команда в настоящее время проводит небольшие лабораторные и полевые эксперименты, чтобы выяснить, будет ли наша новая стратегия работать в широком масштабе.

Один урок, которым я хотел бы поделиться со всеми: быть наблюдательным. Для любой проблемы, решение может быть рядом с вами, в вашем доме, в офисе, даже в приборах, которые вы используете.

Об авторе

Ганг Чен, профессор гражданского и экологического проектирования, Инженерный колледж ФАМУ-ФГУ

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

books_science