Однако в таких областях, как Окинава, Япония, с ограниченными земельными ресурсами и большим количеством свиноферм, количество производимых сточных вод превышает количество земель, доступных для обработки и переработки. Таким образом, существует большая потребность в поиске более эффективных, быстрых и дешевых методов очистки сточных вод, которые являются частью того, что положило начало отделу биологических систем в Окинавском институте науки и технологий аспирантуры (OIST). Используя многообещающую технологию очистки сточных вод, называемую микробным топливным элементом (MFC), установка стремится помочь острову — и, по доверенности, другим местам с аналогичными проблемами сточных вод — снизить нагрузку на сточные воды.В некотором смысле МФЦ представляет собой анаэробный контейнер с концентрированными бактериями, которые питаются биоразлагаемым материалом и бактериями, обнаруженными в сточных водах.
Он работает с помощью биоэлектрохимии, что означает, что энергия, используемая для работы ячейки, генерируется за счет передачи электронов от? -Бактерий к электродам внутри устройства — внешний источник энергии не требуется. Когда сточные воды проходят через МФЦ, «кормящие» бактерии переваривают органические соединения в сточных водах, и более чистая вода выходит с другой стороны.
Кроме того, в процессе переваривания выделяется энергия, которая преобразуется в полезную электроэнергию. Конечным результатом является устройство, которое очищает сточные воды и при этом вырабатывает электричество.«[Ячейки] неприхотливы в обслуживании, дешевы и не имеют большого количества движущихся частей», — объясняет Дэвид Симпсон, техник из подразделения биологических систем OIST. Это важно для тех, у кого нет времени или ресурсов для обслуживания дорогостоящего очистного оборудования — описание, которое подходит для изнуренных рабочих, таких как свиноводы.
«В идеале мы работаем над тем, чтобы поставить топливный элемент [там, где он вам нужен] и забыть о нем», — объясняет профессор Игорь Горянин, возглавляющий подразделение в OIST. «Он будет контролировать и очищать сточные воды самостоятельно».Исследователи OIST уже разработали МФЦ, способные функционировать в течение длительных периодов времени, не ломаясь и не вызывая «взрыва».
В статье, опубликованной в Scientifica, они также определили способ повышения производительности устройств. Перед запуском MFC его необходимо культивировать или засеять «переваривающими» бактериями. Для этого нужно сгребать ил, содержащий бактерии, в часть MFC, называемую анодом.
Здесь необходимые бактерии размножаются для дальнейшего использования при очистке сточных вод.В своем исследовании исследователи OIST предположили, что MFC будет лучше обрабатывать сточные воды, если анод подготовлен из шлама, который ранее контактировал с этим конкретным потоком отходов. Они проверили эту гипотезу на местной свиноферме, управляемой Исследовательским центром животноводства Окинавы в Накидзине, деревне в северной части острова. Они использовали отстой, собранный из резервуара для сточных вод свиней на этой ферме, а также отстой, собранный из реактора сточных вод на местной пивоварне.
Сравнивая производительность двух типов MFC, они обнаружили, что MFC из свиного ила очищает сточные воды свинофермы намного лучше, чем вода из местной пивоварни. Маркеры, которые исследователи использовали, чтобы судить об этом, были скоростью удаления химического потребления кислорода и летучих жирных кислот — загрязнителей воды, а также выработки электроэнергии.Помимо свинофермы, у подразделения есть МФЦ, размещенные на других объектах на Окинаве и по всему миру, включая винокурню Авамори на Окинаве, завод по производству виски в Шотландии и винодельню в Калифорнии, США. В Калифорнии очищенные сточные воды используются для орошения.
МФЦ на ликероводочном заводе Авамори работают около 5 лет. Симпсон объясняет, что в настоящий момент эти МФЦ на объекте Авамори очищают воду до уровня, позволяющего безопасно сливать воду в канализацию.
«[Мы можем] удалить органические вещества в высокой степени с эффективностью около 90%», — объясняет Симпсон. «Но при его обработке выделяются аммиак и фосфаты». Это химические вещества, которые могут вызвать недостаток кислорода в воде, а также вредное цветение водорослей. «Итак, мы пытаемся замкнуть петлю». Они работают над сбором питательных веществ — фосфатов и аммиака — в лабораторных условиях.В настоящее время подразделение работает с сотрудниками Исследовательского центра животноводства и пастбищ префектуры Окинавы и Научного центра окружающей среды Окинавы при финансовой поддержке правительства префектуры Окинава над разработкой решения для улавливания и удаления питательных веществ, что потенциально может привести к получению ценных и экологически безопасных побочных продуктов. удобрения.
«Идея очистки сточных вод состоит в том, чтобы в конечном итоге помочь странам, не имеющим доступа к чистой питьевой воде, — объясняет профессор Горянин, -… возможно, путем очистки воды для использования в питьевых колодцах».На данный момент исследователи OIST будут продолжать тестировать, запускать и оптимизировать свои МФЦ в надежде, что однажды они смогут облегчить бремя сточных вод в мире.