5:12 пп - Пятница Март 5

Обработка сточных вод в микроволновой печи может сделать их безопасными для использования в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур.





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

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

Твердые биологические вещества — в основном мертвые бактерии — из очистных сооружений обычно выбрасываются на свалки. Однако они богаты питательными веществами и потенциально могут использоваться в качестве удобрений. Но фермеры не могут просто заменить обычные удобрения, которые они используют на сельскохозяйственных почвах, этими твердыми биологическими веществами. Причина в том, что они часто загрязнены токсичными тяжелыми металлами, такими как мышьяк, свинец, ртуть и кадмий из промышленности. Но выбрасывать их на свалки — пустая трата драгоценных ресурсов. Итак, каково решение?

Я инженер-эколог и эксперт по очистке сточных вод. Мы с коллегами выяснили, как обрабатывать эти твердые биологические вещества 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 мочевина, которые получаются из пищевых и человеческих отходов, которые мы смываем в кухонных раковинах и туалетах. Внутри очистных сооружений бактерии разлагают эти органические материалы, очищая воду, которая затем сбрасывается в реки, озера или океаны.

Бактерии не делают свою работу даром. Они извлекают выгоду из этого процесса, размножаясь, поскольку питаются отходами жизнедеятельности человека. После удаления воды из отходов остается твердый комок бактерий, называемый биологическими твердыми веществами.





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

Если фермеры применяют твердые биологические вещества на этой стадии, эти металлы отделятся от твердых биологических веществ и заразят урожай для потребления человеком. Но удалить тяжелые металлы непросто, потому что химические связи между тяжелыми металлами и твердыми биологическими веществами очень сильны.

Ганг Чен обжигает в микроволновке некоторые твердые биологические вещества, отделяя органический материал от токсичных металлов.
Ганг Чен / Инженерный колледж FAMU-FSU CC BY-SA

Отходы микроволнового производства выделяют тяжелые металлы

Обычно эти металлы удаляются из твердых биологических веществ с помощью химических методов с участием кислот, но это дорого и приводит к более опасным отходам. Это практиковалось в небольших масштабах на некоторых сельскохозяйственных полях.

После тщательного расчета энергии, необходимой для высвобождения тяжелых металлов из прикрепленных бактерий, я поискал все возможные источники энергии, которые могут обеспечить ровно столько, чтобы разрушить связи, но не слишком много, чтобы разрушить питательные вещества в твердых биологических веществах. Именно тогда я по счастливой случайности заметил микроволновую печь на моей домашней кухне и начал задаваться вопросом, было ли решение проблемы в микроволновой печи.

Моя команда и я проверили, может ли микроволновая печь разрушить связи между тяжелыми металлами и бактериальными клетками. Мы обнаружили, что это было эффективно и экологически безопасно. Работа опубликована в Journal of Cleaner Production. Эта концепция может быть адаптирована к промышленным масштабам, используя электромагнитные волны для производства микроволн.

Это решение, которое должно быть полезным для многих людей. Например, руководители очистных сооружений могут потенциально получать доход, продавая твердые биологические вещества, вместо того, чтобы платить плату за удаление материала, который будет сброшен на свалки.

Это лучшая стратегия для окружающей среды, потому что, когда твердые биологические вещества осаждаются на свалках, тяжелые металлы просачиваются в фильтрат свалки, который затем обрабатывается на очистных сооружениях. Таким образом, тяжелые металлы перемещаются между очистными сооружениями и свалками по бесконечному циклу. Это исследование разрывает этот круг, отделяя тяжелые металлы от твердых биологических веществ 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 мы можем удалить только 50% тяжелых металлов, но мы надеемся сместить это количество до 80% с помощью улучшенных экспериментальных схем. Моя команда в настоящее время проводит небольшие лабораторные и полевые эксперименты, чтобы выяснить, будет ли наша новая стратегия работать в больших масштабах. Один урок, которым я хочу поделиться со всеми: будьте наблюдательны. Решение любой проблемы может быть рядом с вами, в вашем доме, вашем офисе, даже в бытовой технике, которую вы используете.

Твердые биологические вещества после сбора на очистных сооружениях.
Ган Чен / Инженерный колледж FAMU-FSU CC BY-SA

[ Экспертиза в вашем почтовом ящике. Подпишитесь на информационный бюллетень The Conversation, чтобы каждый день получать дайджест академических обзоров сегодняшних новостей. ]

 Беседа

Ган Чен получает финансирование от Центра Хинкли по обращению с твердыми и опасными отходами.





Читайте также: