Ученые из Технологического университета Наняна, Сингапур (NTU Singapore), разработали инновационный метод солнечного батареи для трансформации осадка сточных вод -- побочного продукта лечения сточных вод -- в зеленый водород для чистой энергии и одноклеточного белка для кормления животных.
Опубликовано вПриродная вода, метод осадков-к питанию и топливо решает две насущные глобальные проблемы: управление отходами и создание устойчивых ресурсов. Это согласуется с целью NTU по решению самых больших задач Houmanity, такими как изменение климата и устойчивость.
По оценкам Организации Объединенных Наций, к 2050 году в городах будет проживать в городах в городах. Наряду с ростом городов и отраслей промышленности появляется увеличение осадка сточных вод, что, как известно, трудно обрабатывать и избавиться от его сложной структуры, состава и загрязнений, таких как тяжелые металлы и патогены.
По данным UN-Habitat, каждый год более 100 миллионов тонн осадка сточных вод генерируются во всем мире, что увеличивается ежегодно. Однако методы общих утилизаций --, такие как сжигание или свалки --, требуют много времени, энергоэлементарно и способствуют загрязнению окружающей среды.
Чтобы решить проблему нежелательного и трудного в обработке осадка сточных вод, исследователи NTU создали трехэтапный процесс на солнечной энергии, который интегрирует механические, химические и биологические методы.
Тесты подтверждения концепции показали, что процесс команды NTU является более эффективным, чем обычные методы, такие как анаэробное расщепление --, через которые бактерии разбивают органические отходы для получения биогаза и остатка, богатых питательными веществами. Он восстанавливает значительно больше ресурсов, полностью удаляет загрязнители из тяжелых металлов, имеет меньший запас окружающей среды и предлагает лучшую экономическую осуществимость.
Ведущий исследователь -доцент Ли Хонг из Школы машиностроения и аэрокосмической инженерии NTU (MAE) и Институт исследований энергетики сказал: «Наш метод превращает отходы в ценные ресурсы, снижая ущерб окружающей среде, создавая возобновляемые энергии и устойчивые продукты питания. Это демонстрирует циркулярную экономику и способствует более экологичному будущему».
Исследователь соавтор профессор Чжоу Ян из Школы гражданской и экологической инженерии NTU (CEE) и Наньянского института исследований в области окружающей среды и водных исследований (NEWRI) сказал: «Наш солнечный процесс демонстрирует, как мы можем решать множественные задачи сразу --, превращая сложные отходы в чистую энергию и пищовый белок. Механическая, химическая, и биологическая методика, и биологическая методика, и биологическая методика, и биологическая методика, и биологическая методика, и биологическая методика, и биологическая методика, и биологическая методика, и биологическая методика, и биологическая методика, и биологическая методика. Дефицит, предлагая новую устойчивую стратегию в области управления сточными водами ».
Трехэтапный процесс NTU
Процесс начинается с механического разрушения осадка сточных вод. Химическая обработка отделяет вредные тяжелые металлы от органических материалов, включая белки и углеводы.
Затем, электрохимический процесс с солнечной энергией использует специализированные электроды для преобразования органических материалов в ценные продукты, такие как уксусная кислота -- ключевой ингредиент для пищевой и фармацевтической промышленности -- и газового водорода, чистого источника энергии.
Наконец, свет активируется бактеRIAвводятся в обработанную жидкость. Эти бактерии превращают питательные вещества в одноклеточный белок, подходящий для корма для животных.
Экологически чистый, экономичный и масштабируемый
Лабораторные испытания показали, что новый метод восстанавливает 91,4 % органического углерода в осадках сточных вод и превращает 63 процента органического углерода в одноклеточный белок без привода вредных побочных продуктов. Для сравнения, традиционное анаэробное пищеварение обычно восстанавливается и превращает около 50 процентов органических материалов в осадках сточных вод.
Солнечный процесс достигает энергоэффективности 10 процентов, генерируя до 13 литров водорода в час, используя солнечный свет, что примерно на 10 процентов более энергоэффективно, чем обычные методы генерации водорода.
Процесс NTU снижает выбросы углерода на 99,5 процента и потребление энергии на 99,3 % по сравнению с традиционными методами. Это также устраняет вредные тяжелые металлы из осадка, который в противном случае был бы утилизирована без надлежащего лечения, что делает процесс экологически чистым выбором.
Первый автор, доктор Чжао Ху, научный сотрудник в школе MAE, сказал: «Мы надеемся, что предлагаемый наш метод показывает жизнеспособность устойчивого управления отходами и перемещать то, как осадок сточных вод воспринимается -- от отходов к ценному ресурсу, поддерживающему чистую энергию и устойчивое производство продуктов питания».
Исследовательская группа NTU добавила, что, хотя новый процесс является многообещающим, необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, можно ли его увеличить. Ключевой проблемой является стоимость использования электрохимического процесса для полного разрушения органических материалов и извлечения всех тяжелых металлов из отходов. Кроме того, проектирование сложной системы для очистки сточных вод добавляет к сложности.