Полны ли сточные воды «отходами» – вопрос перспективы

9 Июня 2021  «Почему это пустая трата?» – спросил Жень Хе, профессор факультета энергетики, окружающей среды и химической инженерии инженерной школы МакКелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Это органические материалы, и они могут давать энергию разными способами. Ещё один ценный ресурс –сточные воды. Его лаборатория разработала одну систему, которая восстанавливает и то, и другое, фильтруя сточные воды и производя электричество. Результаты лабораторных испытаний были опубликованы 6 мая 2021 года и представлены на обложке журнала Environmental Science: Water Research & Technology. Отходы в сточных водах полны органических материалов, которые для бактерий являются продуктами питания. Бактерии любят их и могут превращать их в вещи, которые мы используем. Биогаз – это основной источник энергии, извлекаемый из сточных вод, второй – биоэлектричество. Уже существуют способы использовать бактерии для производства энергии из сточных вод, но такие методы часто делают это за счет воды, которую можно фильтровать и использовать иным образом: если не для питья – для целей «серой воды» (орошение и канализация). Лаборатория взяла два процесса – фильтрацию и производство энергии – и объединила их, интегрировав систему фильтрации в анодный электрод микробной электрохимической системы. Система устроена как типичный микробный топливный элемент, бактериальная батарея, в которой в качестве катализатора используются электрохимически активные бактерии, тогда как в традиционном топливном элементе используется платина. В системе этого типа бактерии прикрепляются к электроду. Когда сточные воды закачиваются в анод, бактерии «съедают» органические материалы и высвобождают электроны, создавая электричество. Однако для фильтрации той же воды требуется другая система. Учёные объединили системы, разработав проницаемый анод, который действует как фильтр. Анод представляет собой динамическую мембрану из токопроводящей углеродной ткани. Вместе бактерии и мембрана отфильтровывают от 80% до 90% органических материалов, благодаря чему вода остается достаточно чистой, чтобы её можно было выпустить в природу или подвергнуть дальнейшей обработке для непитьевого использования. Он использовал смешанную культуру бактерий, но у них была одна общая особенность: бактерии должны были выжить в среде с нулевым содержанием кислорода. Если бы был кислород, бактерии просто сбрасывали бы электроны к кислороду, а не к электроду. Это не на 100% естественно, но изобретатели выбирают тех, кто может выжить в этом состоянии, а это больше похоже на «инженерный отбор». Вырабатываемого количества электроэнергии недостаточно, например, для снабжения города энергией, но теоретически его достаточно, чтобы компенсировать значительное количество энергии, потребляемой типичной водоочистной станцией в США. В Америке от 3% до 5% электроэнергии используется для водоснабжения и водоотведения, в то время как новая система может значительно снизить потребление энергии, учитывая её использование на местном муниципальном предприятии. Обычно процесс потребляет около 0,5 кВт/ч электроэнергии на кубический метр. Но основная цель системы школы МакКелви – не производство электроэнергии, а очистка сточных вод и восстановление питательных веществ, ведь сточные воды – это ресурс, который находится в неправильном месте.