Bei der Wasserreinigung in einer modernen kommunalen Kläranlage werden unerwünschte Chemikalien, Schwebstoffe und Gase aus kontaminiertem Wasser entfernt. arhendrix / Shutterstock.com
Mein Team hat eine andere Verwendung für Mikrowellenherde entdeckt, die Sie überraschen wird.
Biofeststoffe - in erster Linie tote Bakterien - aus Kläranlagen werden in der Regel auf Deponien abgeladen. Sie sind jedoch reich an Nährstoffen und können möglicherweise als Düngemittel verwendet werden. Die Landwirte können jedoch nicht einfach die normalen Düngemittel, die sie auf landwirtschaftlichem Boden verwenden, durch diese Biosolids ersetzen. Der Grund dafür ist, dass sie häufig mit giftigen Schwermetallen wie Arsen, Blei, Quecksilber und Cadmium aus der Industrie kontaminiert sind. Aber sie auf die Deponien zu werfen, verschwendet wertvolle Ressourcen. Also, was ist die Lösung?
Ich bin ein Umweltingenieur und ein Experte für Abwasserbehandlung. Meine Kollegen und ich haben herausgefunden, wie diese Biosolids behandelt und Schwermetalle entfernt werden können, damit sie sicher als Düngemittel verwendet werden können.
Wie Kläranlagen Abwasser reinigen
Abwasser enthält organische Abfälle wie Proteine, Kohlenhydrate, Fette, Öle und Harnstoff, die aus Lebensmitteln und menschlichen Abfällen stammen, die wir in Küchenspülen und Toiletten entsorgen. In Kläranlagen zersetzen Bakterien diese organischen Stoffe und reinigen das Wasser, das dann in Flüsse, Seen oder Ozeane eingeleitet wird.
Die Bakterien machen die Arbeit nicht umsonst. Sie profitieren von diesem Prozess, indem sie sich beim Verzehr von menschlichem Abfall vermehren. Sobald das Wasser aus dem Abfall entfernt ist, verbleibt ein fester Klumpen von Bakterien, die als Biosolids bezeichnet werden.
Dies wird durch die Tatsache erschwert, dass Abwasserbehandlungsanlagen nicht nur Abwässer aus Privathaushalten, sondern auch Industrieabwässer aufnehmen, einschließlich der Flüssigkeit, die auf Deponien aus festen Abfällen austritt, die als Sickerwasser bezeichnet werden und mit giftigen Metallen wie Arsen, Blei, Quecksilber und Cadmium kontaminiert sind. Während des Abwasserbehandlungsprozesses werden Schwermetalle von den Bakterien angezogen und sammeln sich auf ihren Oberflächen an.
Wenn die Landwirte die Biosolids in diesem Stadium anwenden, werden diese Metalle von den Biosolids getrennt und kontaminieren die Ernte für den menschlichen Verzehr. Das Entfernen von Schwermetallen ist jedoch nicht einfach, da die chemischen Bindungen zwischen Schwermetallen und Biosoliden sehr stark sind.
Gang Chen Mikrowellen einige Biofeststoffe, die das organische Material von den giftigen Metallen trennen. Gang Chen / FAMU-FSU Hochschule für Technik, CC BY-SA
Mikrowellenabfälle setzen Schwermetalle frei
Herkömmlicherweise werden diese Metalle unter Verwendung chemischer Verfahren, die Säuren beinhalten, aus Biosoliden entfernt, was jedoch kostspielig ist und gefährlicheren Abfall erzeugt. Dies wurde in geringem Umfang in einigen landwirtschaftlichen Bereichen praktiziert.
Nach einer sorgfältigen Berechnung des Energiebedarfs für die Freisetzung der Schwermetalle aus den anhaftenden Bakterien suchte ich nach allen möglichen Energiequellen, die gerade ausreichen, um die Bindungen aufzubrechen, aber nicht zu viel, um die Nährstoffe in den Biosoliden zu zerstören. Da bemerkte ich zufällig die Mikrowelle in meiner Wohnküche und begann mich zu fragen, ob Mikrowellen die Lösung waren.
Mein Team und ich testeten, ob durch Mikrowellen die Bindungen zwischen Schwermetallen und Bakterienzellen zerstört werden. Wir haben festgestellt, dass es effizient und umweltfreundlich ist. Die Arbeit war veröffentlicht im Journal of Cleaner Production. Dieses Konzept kann im industriellen Maßstab angepasst werden, indem elektromagnetische Wellen zur Erzeugung der Mikrowellen verwendet werden.
Dies ist eine Lösung, die für viele Menschen von Vorteil sein sollte. Beispielsweise könnten Manager von Kläranlagen möglicherweise Einnahmen durch den Verkauf der Biosolids erzielen, anstatt Entsorgungsgebühren für das auf die Deponien zu deponierende Material zu entrichten.
Biosolids nach Sammlung in einer Abfallbehandlungsanlage. Gang Chen / FAMU-FSU Hochschule für Technik, CC BY-SA
Dies ist eine bessere Strategie für die Umwelt, da bei der Deponierung von Biosoliden die Schwermetalle in Deponiesickerwasser gelangen, das dann in Kläranlagen behandelt wird. Die Schwermetalle bewegen sich somit in einem Endloskreislauf zwischen Kläranlagen und Deponien. Diese Forschung unterbricht diesen Kreislauf, indem sie die Schwermetalle von den Biosoliden trennt und sie zurückgewinnt. Landwirte würden auch von billigen organischen Düngemitteln profitieren, die die chemisch-synthetischen ersetzen, wertvolle Ressourcen schonen und das Ökosystem schützen könnten.
Ist das das Ende? Noch nicht. Bisher können wir nur 50% der Schwermetalle entfernen, aber wir hoffen, dies durch verbesserte experimentelle Designs auf 80% zu verschieben. Mein Team führt derzeit kleine Labor- und Feldexperimente durch, um zu untersuchen, ob unsere neue Strategie in großem Maßstab funktionieren wird.
Eine Lektion, die ich mit allen teilen möchte: Sei aufmerksam. Für jedes Problem ist die Lösung möglicherweise nur in Ihrer Nähe, in Ihrem Zuhause, in Ihrem Büro, selbst in den Geräten, die Sie verwenden.
Über den Autor
Gang Chen, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen, FAMU-FSU Hochschule für Ingenieurwissenschaften
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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