Spildevandsbehandlingssystem genvinder elektricitet, filtrerer vand

Hvorvidt spildevand er fyldt med "affald" er et spørgsmål om perspektiv.

"Hvorfor er det spild?" spurgte Zhen (Jason) He, professor ved Institut for Energi, Environmental &Chemical Engineering i McKelvey School of Engineering ved Washington University i St. Louis.

"Det er organiske materialer, " Han sagde, og de kan give energi på en række måder. Så er der den anden værdifulde ressource i spildevand.

Vand.

Hans laboratorium har udviklet et system, der genopretter begge, filtrering af spildevand, mens der skabes elektricitet. Resultater fra bench-scale forsøg blev publiceret i og vist som en forsideartikel i tidsskriftet Miljøvidenskab:Vandforskning og -teknologi .

Affaldsmaterialerne i spildevandet er fyldt med organiske materialer, som til bakterier, er mad.

"Bakterier elsker dem og kan omdanne dem til ting, vi kan bruge, " Han sagde. "Biogas er den primære energikilde, vi kan genvinde fra spildevand; den anden er bioelektricitet."

Der findes allerede måder at udnytte bakterier til at producere energi fra spildevand, men sådanne metoder gør det ofte på bekostning af vandet, som kunne filtreres og på anden måde bruges - hvis ikke til at drikke - til "gråvand"-formål såsom kunstvanding og toiletskyl.

Hans laboratorium tog de to processer – filtrering og energiproduktion – og kombinerede dem, at integrere filtreringssystemet i anodeelektroden i et mikrobielt elektrokemisk system.

Systemet er sat op som en typisk mikrobiel brændselscelle, et bakteriebatteri, der bruger elektrokemisk aktive bakterier som en katalysator, hvor en traditionel brændselscelle ville bruge platin. I denne type system, bakterierne er knyttet til elektroden. Når spildevand pumpes ind i anoden, bakterierne "spiser" de organiske materialer og frigiver elektroner, skabe elektricitet.

For at filtrere det samme vand, imidlertid, kræver et andet system.

Hans laboratorium kombinerede systemerne, udvikle en permeabel anode, der fungerer som et filter.

Anoden er en dynamisk membran, lavet af ledende, kulstof klud. Sammen, bakterierne og membranen bortfiltrerer 80% til 90% af organiske materialer - der efterlader vandet rent nok til at blive frigivet til naturen eller yderligere behandlet til ikke-drikkevand.

Han brugte en blandet kultur af bakterier, men de skulle dele én egenskab – bakterierne skulle være i stand til at overleve i et miljø uden ilt.

"Hvis der var ilt, bakterier ville bare dumpe elektroner til ilten ikke elektroden, " sagde han. "Hvis du ikke kan trække vejret med elektroden, du vil omkomme."

For at finde de rigtige bakterier, Han holder sig for det meste til naturen.

"Det er ikke 100 procent naturligt, men vi vælger dem, der kan overleve i denne tilstand, " sagde han. "Det er mere som 'konstrueret udvælgelse' '" de bakterier, der overlevede og respirerede med elektroden, blev udvalgt til systemet.

Mængden af ​​produceret elektricitet er ikke nok til, sige, magt en by, men det er i teorien nok til at hjælpe med at udligne den betydelige mængde energi, der bruges i et typisk amerikansk vandbehandlingsanlæg.

"I USA, omkring 3% til 5% af elektriciteten bruges til vand- og spildevandsaktivitet, " sagde han. I betragtning af brugen af ​​et lokalt kommunalt anlæg, Han mener, at hans system kan reducere energiforbruget betydeligt.

"Typisk, processen bruger omkring 0,5 KWH elektricitet per kubikmeter, " sagde han. Baseret på forsøg på bænkskala, "Vi kan reducere det til det halve, eller mere af det."

Men det primære mål med Hes system er ikke elproduktion, det er spildevandsrensning og næringsgenvinding.

"Bakterier kan omdanne disse organiske materialer til ting, vi kan bruge, " Han sagde. "Vi kan også genvinde næringsstoffer som nitrogen eller fosfor til gødning. Vi kan bruge det til at fodre planter. Det er kun når vi ikke bruger det, så bliver det affald.

"Spildevand er en ressource på det forkerte sted."