Spildevand indeholder næringsstoffer, energi og ædle metaller - videnskabsmænd lærer, hvordan de kan genvinde dem

De fleste tænker så lidt som muligt på det spildevand, der produceres dagligt fra deres brusere, badekar, dræn, opvaskemaskiner og toiletter. Men med de rigtige teknikker, det kan blive en værdifuld ressource.

Gennemsnitlig, hver amerikaner bruger omkring 60 liter vand om dagen til formål, der inkluderer toiletskylning, gå i bad og vaske tøj. Dette tal kan nemt fordobles ved udendørs brug, såsom vanding af græsplæner og opfyldning af svømmebassiner, er også inkluderet.

Det meste af det brugte vand vil med tiden blive til spildevand, der skal renses, før det kan udledes i naturen. Og den behandling bruger meget energi. Ifølge U.S. Environmental Protection Agency, vand- og spildevandsanlæg udgør mere end en tredjedel af de kommunale energibudgetter.

Min forskning fokuserer på genvinding af ressourcer fra spildevand. Denne proces er vanskelig, fordi spildevand indeholder mange forskellige typer forurenende stoffer. Men forskere inden for vores felter udforsker mange kreative måder at lave værdifulde produkter ud fra dem.

Energi fra organiske materialer

Diehard spildevandsingeniører forstår værdien af ​​spildevand, som de betragter som et aktiv frem for et spild. Det er derfor, nogle af dem kalder det "brugt vand" i stedet, og henvise til det, de fleste mennesker kalder spildevandsrensningsanlæg som faciliteter til genvinding af vandressourcer.

Faktisk, spildevand kan indeholde mere end tre gange den mængde energi, der er nødvendig for at behandle det. En enkel og moden teknik til at genvinde en del af denne energi er anaerob fordøjelse, en naturlig proces, hvor mikroorganismer lever af fedt og andre organiske materialer i spildevand og producerer biogas, ligesom gær kan æde byg og spytte øl ud. Biogas indeholder cirka 50 procent metan, som kan bruges som vedvarende brændsel til kedler, ovne og varmesystemer eller til at dreje turbiner og generere elektricitet.

Mere avancerede teknikker, såsom hydrotermiske processer, tage spildevandsslam – de faste stoffer, der fjernes fra spildevandet under behandling – og omdanne det til biobaserede brændstoffer, der kan bruges til at erstatte benzin og diesel. Denne proces er i øjeblikket på demonstrationsstadiet.

Ud over spildevandsslam, mange forskere – inklusive mig – er meget interesserede i mikroalger. Mikroalger er lovende råstoffer til biobrændstoffer, og nogle af dem kan vokse i spildevand. Mine kolleger og jeg har designet hydrotermiske systemer til at omdanne spildevandsdyrkede mikroalger til biobrændstoffer. De bliver stadig testet i laboratoriet, men vi håber at opskalere dem i den nærmeste fremtid.

Udvinding af næringsstoffer fra spildevand

Spildevand indeholder også næringsstoffer som nitrogen og fosfor, som er væsentlige elementer, som planter har brug for for at vokse. I de nuværende spildevandsbehandlingsprocesser, vi bruger energi til at omdanne ammoniak i spildevandet, som hovedsageligt kommer fra urin, til nitrogengas. Imidlertid, industrier bruger derefter store mængder naturgas til at omdanne nitrogengas tilbage til ammoniak, hovedsagelig til fremstilling af gødning, gennem Haber-Bosch-processen.

Klart, det ville være meget mere effektivt at udvinde ammoniakken direkte fra spildevandet uden at omdanne det. En måde er at bruge urin-dirigerende toiletter, som allerede er kommercielt tilgængelige, at adskille urin fra andre spildevandskilder. Derefter kunne den opsamlede urin bruges som gødning efter desinficering for at fjerne patogener.

Desinficeret urin indeholder også andre næringsstoffer som fosfor og kalium. Rich Earth Institute, en Vermont-baseret nonprofit støttet af føderale agenturer og fonde, forsker i måder at omdanne menneskelig urin til gødning. Instituttet tester høstet urin på rigtige afgrøder, og har fundet ud af, at det virker effektivt.

Alternativt vi kan genvinde disse næringsstoffer som struvit, eller magnesiumammoniumphosphat, et mineral, der indeholder magnesium, nitrogen og fosfor. Struvit kan naturligt dannes under spildevandsbehandlingsprocesser, men har en tendens til at aflejre sig i tanke og rør og vil beskadige udstyret, hvis det efterlades uden opsyn. Ved at kontrollere dannelsen af ​​struvit, det kan genvindes i separate reaktorer.

Forskere har testet genvundet struvit på afgrøder i laboratorier og opnået udbytter, der kan sammenlignes med handelsgødning. Teknikken modnes stadig, men virksomheder er ved at udvikle kommercielle versioner til spildevandsrensningsanlæg.

Flere muligheder

Vil du have flere værdifulde ting? Spildevand er bogstaveligt talt en guldmine. Den indeholder metaller til en værdi af op til millioner af amerikanske dollars om året. Disse metaller er ofte giftige for vandlevende organismer, så de skal fjernes. Men konventionelle fjernelsesteknologier kræver meget energi og producerer giftigt slam.

Forskere udvikler nye måder at fjerne og genbruge disse metaller, herunder membransystemer, der selektivt kan fjerne ædelmetaller fra vand og biosystemer, der bruger mikroorganismer til at genvinde dem. Disse teknikker er på et meget tidligt stadie, og det er endnu ikke klart, om de vil give økonomisk mening. men de har potentiale til at gøre spildevand mere værdifuldt.

Ud over, spildevand er generelt varmere end naturlige vandforsyninger, især om vinteren, så det kan fungere som varmekilde. Denne teknik er veletableret og er ikke begrænset til kommerciel skala. Du kan installere dræn-vand varmegenvindingssystemer derhjemme for at sænke din energiregning.

Til mig, dette er kun en begyndelse. Med de rette teknikker, "spildevand" kan tilbyde os meget mere – og jeg glæder mig meget til den dag, hvor der ikke er "spildevand, " bare "brugte vand."

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.