Vattenrening i en modern stadsreningsverk innebär att oönskade kemikalier, suspenderade fasta ämnen och gaser tas bort från förorenat vatten. arhendrix / Shutterstock.com

Mitt team har upptäckt en annan användning för mikrovågsugnar som kommer att överraska dig.

Biosolider - främst döda bakterier - från avloppsanläggningar dumpas vanligtvis till deponier. De är dock rika på näringsämnen och kan potentiellt användas som gödselmedel. Men jordbrukare kan inte bara ersätta de normala gödningsmedel som de använder på jordbruksmark med dessa biosolider. Anledningen är att de ofta är förorenade med giftiga tungmetaller som arsenik, bly, kvicksilver och kadmium från industrin. Men att dumpa dem i deponierna slösar bort värdefulla resurser. Så vad är lösningen?

Jag är en miljöingenjör och en expert på avloppsrening. Mina kollegor och jag har kommit fram till hur vi ska behandla dessa biosolider och ta bort tungmetaller så att de säkert kan användas som gödselmedel.

Hur reningsverk renar avloppsvatten

Avloppsvatten innehåller organiskt avfall som proteiner, kolhydrater, fetter, oljor och urea, som härrör från mat och mänskligt avfall som vi spolar ner i diskbänkar och toaletter. Inuti behandlingsanläggningar sönderdelas bakterierna av dessa organiska material och rengör vattnet som sedan släpps ut i floder, sjöar eller hav.

Bakterierna gör inte jobbet för ingenting. De drar nytta av denna process genom att multiplicera när de äter på mänskligt avfall. När vatten har tagits bort från avfallet, är det kvar en fast klump av bakterier som kallas biosolider.

Detta kompliceras av det faktum att avloppsreningsverk inte accepterar inte bara bostadsavloppsvatten utan också industriellt avloppsvatten, inklusive vätskan som sipprar ut från fast avfall i deponier - kallad lakvatten - som är förorenad med giftiga metaller inklusive arsenik, bly, kvicksilver och kadmium. Under reningsprocessen dras tungmetaller till bakterierna och ackumuleras på ytorna.

Om jordbrukarna tillämpar biosoliderna i detta skede kommer dessa metaller att skilja sig från biosoliderna och förorenar grödan för konsumtion. Men att ta bort tungmetaller är inte lätt eftersom de kemiska bindningarna mellan tungmetaller och biosolider är mycket starka.

Gang Chen har mikrovågor med några biosolider och separerar det organiska materialet från de giftiga metallerna. Gang Chen / FAMU-FSU College of Engineering, CC BY-SA

Mikroavfallsavfall släpper tungmetaller

Konventionellt avlägsnas dessa metaller från biosolider med kemiska metoder som involverar syror, men detta är kostsamt och genererar farligare avfall. Detta har praktiserats i liten skala i vissa jordbruksfält.

Efter en noggrann beräkning av energibehovet för att frigöra tungmetallerna från de bifogade bakterierna sökte jag efter alla möjliga energikällor som kan ge tillräckligt för att bryta bindningarna men inte för mycket för att förstöra näringsämnena i biosoliderna. Det var när jag serendipitously märkte mikrovågsugnen i mitt hemkök och började undra om mikrovågsugn var lösningen.

Mitt team och jag testade om mikrovåg av biosolider skulle bryta bindningarna mellan tungmetaller och bakteriecellerna. Vi upptäckte att det var effektivt och miljövänligt. Arbetet har varit publicerad i Journal of Cleaner Production. Detta koncept kan anpassas till en industriell skala genom att använda elektromagnetiska vågor för att producera mikrovågorna.

Detta är en lösning som bör vara till nytta för många människor. Till exempel skulle chefer för avloppsreningsverk potentiellt kunna tjäna intäkter genom att sälja biosolider istället för att betala avfallsavgifter för materialet som ska dumpas till deponierna.

Biosolider efter insamling från en avfallsbehandlingsanläggning. Gang Chen / FAMU-FSU College of Engineering, CC BY-SA

Det är en bättre strategi för miljön, eftersom när biosolider deponeras i deponier, sipprar tungmetallerna in i urfallslakan, som sedan behandlas i avloppsreningsverk. Tungmetallerna rör sig således mellan avloppsreningsverk och deponier i en oändlig slinga. Denna forskning bryter denna cykel genom att separera tungmetallerna från biosolider och utvinna dem. Jordbrukarna skulle också kunna dra nytta av billiga organiska gödselmedel som skulle kunna ersätta de kemiska syntetiska sådana, spara värdefulla resurser och skydda ekosystemet.

Är detta slutet? Inte än. Hittills kan vi bara ta bort 50% av tungmetaller men vi hoppas kunna flytta detta till 80% med förbättrade experimentella konstruktioner. Mitt team genomför för närvarande små laboratorie- och fältförsök för att undersöka om vår nya strategi kommer att fungera i stor skala.

En lektion jag skulle vilja dela med alla: Var uppmärksam. För alla problem kan lösningen vara precis omkring dig, i ditt hem, på ditt kontor, även i de apparater du använder.

Om författaren

Gang Chen, professor i civil- och miljöteknik, FAMU-FSU College of Engineering

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

books_science