Làm sạch nước tại một nhà máy xử lý nước thải đô thị hiện đại liên quan đến việc loại bỏ các hóa chất không mong muốn, chất rắn lơ lửng và khí từ nước bị ô nhiễm. arhendrix / Shutterstock.com
Nhóm của tôi đã phát hiện ra một cách sử dụng khác cho lò vi sóng sẽ làm bạn ngạc nhiên.
Biosolids - chủ yếu là vi khuẩn chết - từ các nhà máy xử lý nước thải thường được đổ vào bãi rác. Tuy nhiên, chúng rất giàu chất dinh dưỡng và có khả năng có thể được sử dụng làm phân bón. Nhưng nông dân không thể chỉ thay thế các loại phân bón thông thường mà họ sử dụng trên đất nông nghiệp bằng các loại nhựa sinh học này. Lý do là chúng thường bị nhiễm các kim loại nặng độc hại như asen, chì, thủy ngân và cadmium từ công nghiệp. Nhưng việc vứt chúng vào bãi rác đang lãng phí tài nguyên quý giá. Vậy giải pháp là gì?
Tôi là kỹ sư môi trường và một chuyên gia về xử lý nước thải. Các đồng nghiệp của tôi và tôi đã tìm ra cách xử lý các chất sinh học này và loại bỏ kim loại nặng để chúng có thể được sử dụng một cách an toàn làm phân bón.
Nhà máy xử lý nước thải sạch như thế nào?
Nước thải chứa chất thải hữu cơ như protein, carbohydrate, chất béo, dầu và urê, có nguồn gốc từ thực phẩm và chất thải của con người chúng ta xả xuống bồn rửa trong nhà bếp và nhà vệ sinh. Bên trong các nhà máy xử lý, vi khuẩn phân hủy các vật liệu hữu cơ này, làm sạch nước sau đó được thải ra sông, hồ hoặc đại dương.
Các vi khuẩn không làm việc gì. Họ được hưởng lợi từ quá trình này bằng cách nhân lên khi họ dùng bữa trên chất thải của con người. Một khi nước được loại bỏ khỏi chất thải, những gì còn lại là một khối vi khuẩn rắn gọi là bioolids.
Điều này phức tạp bởi thực tế là các nhà máy xử lý nước thải không chỉ chấp nhận nước thải sinh hoạt mà cả nước thải công nghiệp, bao gồm cả chất lỏng thấm ra chất thải rắn trong bãi chôn lấp - được gọi là nước rỉ rác - bị nhiễm kim loại độc hại bao gồm asen, chì, thủy ngân và cadmium. Trong quá trình xử lý nước thải, kim loại nặng bị thu hút bởi vi khuẩn và tích tụ trên bề mặt của chúng.
Nếu nông dân áp dụng các chất sinh học ở giai đoạn này, các kim loại này sẽ tách ra khỏi chất sinh học và làm ô nhiễm cây trồng cho con người. Nhưng loại bỏ kim loại nặng không dễ dàng vì liên kết hóa học giữa kim loại nặng và chất sinh học rất mạnh.
Gang Chen lò vi sóng một số chất sinh học, tách vật liệu hữu cơ khỏi các kim loại độc hại. Gang Chen / FAMU-FSU College of Engineering, CC BY-SA
Chất thải vi sóng giải phóng kim loại nặng
Thông thường, các kim loại này được loại bỏ khỏi các chất sinh học bằng phương pháp hóa học liên quan đến axit, nhưng điều này rất tốn kém và tạo ra chất thải nguy hiểm hơn. Điều này đã được thực hiện ở quy mô nhỏ trong một số lĩnh vực nông nghiệp.
Sau khi tính toán cẩn thận nhu cầu năng lượng để giải phóng các kim loại nặng từ vi khuẩn đính kèm, tôi đã tìm kiếm tất cả các nguồn năng lượng có thể cung cấp vừa đủ để phá vỡ các liên kết nhưng không quá nhiều để phá hủy các chất dinh dưỡng trong các chất sinh học. Đó là khi tôi tình cờ nhận thấy lò vi sóng trong nhà bếp của mình và bắt đầu tự hỏi liệu lò vi sóng có phải là giải pháp hay không.
Nhóm của tôi và tôi đã kiểm tra xem liệu vi sóng sinh học có phá vỡ liên kết giữa kim loại nặng và tế bào vi khuẩn hay không. Chúng tôi phát hiện ra nó là hiệu quả và thân thiện với môi trường. Công việc đã được được công bố trên Tạp chí Sản xuất sạch hơn. Khái niệm này có thể được điều chỉnh theo quy mô công nghiệp bằng cách sử dụng sóng điện từ để tạo ra sóng vi ba.
Đây là một giải pháp nên có lợi cho nhiều người. Ví dụ, các nhà quản lý của các nhà máy xử lý nước thải có khả năng kiếm được doanh thu bằng cách bán các chất sinh học thay vì trả phí xử lý cho vật liệu được đổ vào các bãi chôn lấp.
Biosolids sau khi thu thập từ một cơ sở xử lý chất thải. Gang Chen / FAMU-FSU College of Engineering, CC BY-SA
Đó là một chiến lược tốt hơn cho môi trường bởi vì khi các chất sinh học được lắng đọng trong các bãi chôn lấp, các kim loại nặng thấm vào nước rỉ rác, sau đó được xử lý trong các nhà máy xử lý nước thải. Do đó, các kim loại nặng di chuyển giữa các nhà máy xử lý nước thải và bãi chôn lấp trong một vòng lặp vô tận. Nghiên cứu này phá vỡ chu trình này bằng cách tách các kim loại nặng ra khỏi chất sinh học và thu hồi chúng. Nông dân cũng sẽ được hưởng lợi từ phân bón hữu cơ giá rẻ có thể thay thế các chất tổng hợp hóa học, bảo tồn các nguồn tài nguyên quý giá và bảo vệ hệ sinh thái.
Đây có phải là kết thúc không? Chưa. Cho đến nay chúng tôi chỉ có thể loại bỏ 50% kim loại nặng nhưng chúng tôi hy vọng sẽ thay đổi 80% với các thiết kế thử nghiệm được cải tiến. Nhóm của tôi hiện đang tiến hành các thí nghiệm nhỏ trong phòng thí nghiệm và thực địa để khám phá liệu chiến lược mới của chúng tôi có hoạt động trên quy mô lớn hay không.
Một bài học tôi muốn chia sẻ với mọi người: Hãy quan sát. Đối với bất kỳ vấn đề, giải pháp có thể chỉ là xung quanh bạn, trong nhà, văn phòng của bạn, thậm chí trong các thiết bị bạn đang sử dụng.
Lưu ý
Gang Chen, Giáo sư Kỹ thuật Xây dựng & Môi trường, Đại học Kỹ thuật FAMU-FSU
Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.
sách_science
