Учени от Nanyang Technological University, Сингапур (NTU Сингапур), са разработили иновативен метод със слънчева енергия за трансформиране на утайките от канализацията -- страничен продукт от обработка на отпадни води -- в зелен водород за чиста енергия и едноклетъчен протеин за хранене на животните.
Публикувано вПриродна вода, Методът на утайките и горивото се справя с две належащи глобални предизвикателства: управление на отпадъците и генериране на устойчиви ресурси. Това се привежда в съответствие с целта на NTU да се справи с най -големите предизвикателства на HUMANITY, като изменението на климата и устойчивостта.
Организацията на обединените нации изчислява, че около 2,5 милиарда повече хора ще живеят в градовете до 2050 г., заедно с растежа на градовете и индустриите, идва увеличаване на утайките от канализацията, което е известно трудно да се обработи и изхвърли поради сложната му структура, състав и замърсители като тежки метали и патогени.
Според UN-Habitat, над 100 милиона тона утайки от канализацията се генерират в световен мащаб всяка година, сума, която се увеличава годишно. Въпреки това, общите методи за изхвърляне -- като изгаряне или депо -- отнемат време, енергийно-неефективни и допринасят за замърсяването на околната среда.
За да се справят с проблема с нежеланите и трудни за лечение на утайки от канализацията, изследователите на NTU създадоха тристепенна слънчева захранване, който интегрира механичните, химичните и биологичните техники.
Тестовете за доказателство за концепцията разкриха, че процесът на екипа на NTU е по-ефективен от конвенционалните техники като анаеробно храносмилане --, чрез които бактериите разграждат органичните отпадъци, за да произвеждат биогази и богати на хранителни вещества остатъци. Той възстановява значително повече ресурси, напълно премахва замърсителите на тежки метали, има по -малък отпечатък на околната среда и предлага по -добра икономическа осъществимост.
Водещият доцент на изследователя Ли Хонг от Училището по механично и аерокосмическо инженерство на NTU (MAE) и Института за изследване на енергията казаха: „Нашият метод превръща отпадъците в ценни ресурси, намалявайки щетите от околната среда, като същевременно създава възобновяема енергия и устойчива храна. Това дава пример за кръговата икономика и допринася за по -екологично бъдеще.“
Co-lead researcher Professor Zhou Yan from NTU's School of Civil and Environmental Engineering (CEE) and Nanyang Environment and Water Research Institute (NEWRI) said, "Our solar-powered process demonstrates how we can tackle multiple challenges at once -- turning a difficult waste product into clean energy and nutritious protein. By integrating mechanical, chemical, and biological approaches, our method has successfully addressed pollution and resource недостиг, предлагащ нова устойчива стратегия в управлението на отпадъчните води. "
Тристепенен процес на NTU
Процесът започва с механично разрушаване на утайките от канализацията. Химическата обработка разделя вредните тежки метали от органичните материали, включително протеини и въглехидрати.
На следващо място, електрохимичният процес на слънчева енергия използва специализирани електроди за трансформиране на органичните материали в ценни продукти, като оцетна киселина -- ключова съставка за хранителни и фармацевтични индустрии -- и водороден газ, чист енергиен източник.
Накрая, светлоактивиран BacteРиасе въвеждат в преработения течен поток. Тези бактерии превръщат хранителните вещества в едноклетъчен протеин, подходящ за хранене на животни.
Екологичен, рентабилен и мащабируем
Лабораторните тестове показват, че новият метод възстановява 91,4 на сто от органичния въглерод в утайките на канализацията и превръща 63 на сто от органичния въглерод в едноклетъчен протеин, без да произвежда вредни странични продукти. За сравнение, традиционното анаеробно храносмилане обикновено се възстановява и преобразува около 50 на сто от органичните материали в утайките на канализацията.
Процесът на слънчева енергия постига енергийна ефективност от 10 на сто, генерирайки до 13 литра водород на час, използвайки слънчева светлина, което е около 10 на сто по-енергийно ефективен от конвенционалните методи за генериране на водород.
Процесът на NTU намалява въглеродните емисии с 99,5 %, а използването на енергия с 99,3 % в сравнение с традиционните методи. Той също така елиминира вредните тежки метали от утайките, които иначе биха били изхвърлени без подходящо лечение, което прави процеса в екологичен избор.
Първият автор, д -р Джао Ху, научен сътрудник в Училището на Мей, каза: „Надяваме се, че предложеният ни метод показва жизнеспособността на устойчиво управление на отпадъците и изместване на това как се възприема утайките от канализацията -- от отпадъци към ценен ресурс, който поддържа чиста енергия и устойчиво производство на храни.“
Изследователският екип на NTU добави, че докато новоразработеният процес е обещаващ, са необходими повече проучвания, за да се определи дали може да бъде мащабиран. Ключово предизвикателство е цената на използването на електрохимичен процес за напълно разграждане на органични материали и извличане на всички тежки метали от отпадъците. Освен това, проектирането на сложна система за съоръжение за пречистване на отпадъчни води допринася за трудността.