Устойчивое решение – раскрытие скрытого потенциала сточных вод

Исследователи разработали метод извлечения и восстановления ценных питательных веществ, таких как фосфаты и аммоний, из сточных вод с использованием специально разработанной мембраны, содержащей неорганические частицы. Исследование, которое позиционирует сточные воды как ресурс, а не как помеху, потенциально может способствовать экономике замкнутого цикла, предоставляя материалы для производства сельскохозяйственных удобрений и смягчая надвигающуюся нехватку этих питательных веществ, которая может угрожать глобальному снабжению продовольствием.

Инженерный университет Торонто, доктор философии кандидат Сара Абу-Обейд (ChemE) считает, что фундаментальный сдвиг в секторе управления сточными водами назрел.

• «Нам нужно перейти от восприятия сточных вод как неприятности к признанию их потенциала в качестве ресурса», — говорит она.
• «Он может обеспечить нас водой, питательными веществами, энергией и другими ценными вещами, которые можно собирать и использовать для перехода к экономике замкнутого цикла».

Под руководством профессора Рамина Фарнуда (ChemE) Абу-Обейд является ведущим автором исследования, недавно опубликованного в журнале Chemical Engineering. Это исследование представляет экологически чистый метод извлечения фосфатов и аммония из сточных вод, а также позволяет повторно использовать эти питательные вещества в будущем.

В ее новом методе используются усовершенствованные мембраны, включающие неорганические частицы, для поглощения фосфатов и аммония из сточных вод. Извлекая эти вещества рентабельным способом, этот метод создает новый источник материалов, который могут использовать производители сельскохозяйственных удобрений.

Использованная вода от купания, туалета, прачечной и других источников стекает в канализацию, которая ведет к очистным сооружениям, где она очищается, чтобы ее можно было безопасно сбросить в природу без воздействия на окружающую среду.

Основные цели процесса лечения включают удаление твердых веществ, органических веществ, патогенов и питательных веществ, таких как те, которые получены из бытовых продуктов и экскрементов — отходов, выделяемых из организма.

Среди этих питательных веществ есть фосфат и аммоний, два основных компонента сельскохозяйственных удобрений.

Хотя фосфор необходим для процветания растений, слишком большое его количество может вызвать эвтрофикацию. Этот сложный процесс начинается, когда окружающая среда чрезмерно обогащается питательными веществами, что приводит к взрывному росту водорослей. Эти вредоносные цветения водорослей истощают кислород в воде, создавая «мертвые зоны», в которых задыхаются водные организмы. Длительное воздействие аммония также может быть токсичным для водных организмов.

Сара Абу-Обейд (кандидат химических наук) разработала новое решение, в котором используются мембраны с неорганическими частицами для извлечения ценных питательных веществ из сточных вод. 1 кредит

На современных очистных сооружениях установлены процессы удаления фосфатов и аммония в процессе очистки. Как правило, химическая обработка превращает фосфат в твердую форму, которая оседает на дне воды, где затем собирается в виде шлама и отправляется на свалку. Аммоний традиционно удаляется с помощью биологической очистки, когда бактерии потребляют его и превращают в нитраты, а затем в газообразный азот.

• «Это два ценных продукта, которые являются ключевыми ингредиентами удобрений, но в современных процессах очистки сточных вод эти питательные вещества рассматриваются как отходы», — говорит Абу-Обейд.
• «Мое решение состоит в том, чтобы полностью извлекать питательные вещества из воды, чтобы ее можно было использовать в качестве источника для производства удобрений».

Многие ученые предупреждают, что нынешний уровень потребления фосфора в сельском хозяйстве может привести к критической нехватке, что приведет к нарушению поставок продовольствия во всем мире. Новый метод Абу-Обейда может помочь увеличить предложение, превратив сточные воды в жизнеспособный источник этих питательных веществ.

В то время как многие мембраны, используемые для фильтрации воды, полагаются на тщательно спроектированные поры для фильтрации целевых веществ из воды, подход Абу-Обейда отличается. Ее мембрана содержит крошечные частицы из акаганеита и цеолита 13X с высоким сродством к адсорбции фосфатов и аммония.

• «Мы не удаляем то, что хотим удалить, исключая размеры или оказывая сильное давление», — говорит Абу-Обейд.
• «Скорее, частицы внутри мембраны удаляют частицы, и задача мембраны — удерживать их на месте».

Хотя частицы могут выполнять свою работу сами по себе, Абу-Обейд говорит, что сложность будет заключаться в их удалении из сточных вод и страхе перед их выщелачиванием. Использование мембраны для их удержания на месте открывает возможность двухэтапной операции: сначала частицы поглощают аммоний и фосфат из сточных вод, затем мембраны промываются раствором гидроксида натрия для одновременного извлечения питательных веществ и регенерации частиц.

В ходе исследования мембраны смогли улавливать ионы фосфатов и аммония в условиях динамического потока воды, что привело к удалению 84 % аммония и 100 % фосфатов из синтетических сточных вод — даже в присутствии других конкурирующих ионов.

Хотя Абу-Обейд считает, что ее эксперименты показали, что этот метод имеет большой потенциал для этого применения, она видит необходимость в дальнейших исследованиях для изучения проектных соображений для крупномасштабного применения таких систем.

• «Это нетрадиционное использование мембранной технологии, которая чаще используется для фильтрации по размеру», — говорит она.
• «Также может быть сложно обосновать, почему мы используем эту технологию для извлечения питательных веществ, которые еще не настолько дефицитны, чтобы угрожать существующим цепочкам поставок. Но мы считаем, что можем извлечь выгоду, если опередим проблему и создадим потенциальные устойчивые источники на будущее».

До тех пор Абу-Обейд надеется, что это новое решение, наряду с другими инновационными технологиями извлечения питательных веществ из сточных вод, может получить большую поддержку.

• «Нам нужны дальнейшие технико-экономические исследования, долгосрочная стабильность и пилотные исследования, чтобы продемонстрировать полезность этой технологии для создания более устойчивого управления сточными водами в будущем», — говорит она.

Источник

Метки: Химическая Инженерия