Værdi fra spildevand? Ny teknologi gør svineavl mere miljøvenlig

Enhver, der bor i Okinawa, en subtropisk ø i Japan, har en påskønnelse af intensiteten af ​​sin svineopdrætsindustri. Gårdene har stor betydning for øens økonomi og kultur. Ifølge Japans kabinetskontor, fra 2018, der var over 225, 000 grise i Okinawa. Svinekød er en fast bestanddel i den lokale kost og findes i mange retter på traditionelle restauranter. Men tilstedeværelsen af ​​svinefarmene har en anden, mindre velkommen, stød - den lugtagtige slags. Kør gennem nogle særligt gårdfyldte områder med bilens vinduer trukket ned, og du er sikker på at blive fyldt med fortrydelse.

Denne lugt er, i hvert fald delvist, forårsaget af et biprodukt fra svineopdrættet. På tværs af Okinawa, store mængder spildevand produceres af gårdene. Nu, forskere fra Biological Systems Unit ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har skabt et nyt system til behandling af dette spildevand, som de med succes har testet på en lokal svinefarm i Okinawa.

"Vores nye system bruger to forskellige kamre, " forklarede Dr. Anna Prokhorova, hovedforfatter til et papir for nylig offentliggjort i Bioressourceteknologi . "I det ene kammer, svinespildevand i fuld styrke behandles for at fjerne lugt, bakterier, og organisk stof, hvorimod i det andet kammer, overskydende nitrat og fosfat fjernes fra spildevand, der allerede er renset gennem det traditionelle beluftningssystem. Så vidt vi ved, dette er det første system, der med succes behandler to forskellige typer spildevand på samme tid."

Dette er en skarp kontrast til det traditionelle beluftningssystem, der i øjeblikket anvendes af landmænd, som hovedsageligt behandler organisk materiale i spildevandet og også omdanner den tilstedeværende ammonium til nitrat, men som ikke behandler nitratet yderligere. I Japan, nitratudledningsgrænsen for husdyrindustrien vil snart blive sænket til en femtedel af det nuværende niveau (som i dag ligger på 500 milligram nitrat-nitrogen pr. liter) for at være på linje med andre industrier. Mere end 35% af gårde i Okinawa vil sandsynligvis overstige denne forestående ændring.

"Dette er af stor bekymring, fordi nitratforurening kan have katastrofale konsekvenser for både menneskers sundhed og miljøet, " sagde Dr. Mami Kainuma, gruppeleder i Biologisk Systemsenhed. "Når nitrat indtages af mennesker, det omdannes til nitrit, som påvirker blodets evne til at transportere ilt og kan føre til methæmoglobinæmi eller blue baby syndrome."

Dette nye system var afhængig af eksistensen af ​​et rigt samfund af bakterier for at begynde processen. I det første kammer - anodekammeret - reagerede bakterierne med de tilstedeværende organiske molekyler, frigivelse af elektroner i processen. Disse elektroner blev derefter overført til det andet kammer - katodekammeret - via elektroderne. Katodekammeret indeholdt spildevand, der allerede havde gennemgået beluftningsprocessen og dermed havde høje niveauer af nitrat. Bakterier på overfladen af ​​katodekammeret accepterer disse elektroner og brugte dem til at drive omdannelsen af ​​nitrat til nitrogengas. Fordelen ved dette system er, at nitratfjernelsen kan ske i spildevand med lavt indhold af organisk stof, såsom det allerede gennemluftede vand.

Efter at have afprøvet dette system i laboratoriet, forskerne etablerede et indledende piloteksperiment på en af ​​svinefarmene i Okinawa Prefecture Livestock and Grassland Research Center ved at arbejde med Okinawa Prefecture Environment Science Center og Okidoyaku. Der havde de adgang til både beluftningstank og råspildevand. Projektet blev finansieret af Okinawa-præfekturets regering og overvåget i over et år. På grund af den integrerede rolle, som bakteriesamfundene spillede, forskerne analyserede også, hvilke arter der var til stede, hvordan sammensætningen af ​​samfundet ændrede sig over tid, og hvilke arter der var ansvarlige for hvert trin.

Det langsigtede forsøg viste, at de dominerende nitrat-fjernende bakterier var dem, der kan modtage elektroner til at vokse. Under behandlingen, deres aktivitet blev stimuleret af påført potentiale til elektroden i et område på -0,4V – -0,6V, hvilket førte til en mere effektiv rensning af spildevandet. Sådanne bakteriesamfund voksede med over 60% i alt i katodekammeret, og fortsatte med at udvise stærk aktivitet, fører til en høj grad af nitratreduktion. En anden stor fordel var, at som det organiske stof og, i særdeleshed, de flygtige fedtsyrer blev nedbrudt i råt spildevand, lugten blev mindsket, og antallet af patogener reduceret.

"Vi er meget tilfredse med resultaterne indtil videre. Det er meget mere effektivt, end vi havde forventet, " sagde Dr. Prokhorova. "Dette system er skalerbart, lavpris, let at samle, og lav vedligeholdelse. Vi håber, at inden for de næste par år, det vil blive brugt af landmænd i Okinawa og andre steder med lignende problemer, såsom landdistrikter på fastlandet i Japan og Sydøstasien."