De meeste mensen denken zo min mogelijk aan het afvalwater dat dagelijks door hun douches wordt geproduceerd, badkuipen, zinkt, vaatwassers en toiletten. Maar met de juiste technieken het kan een waardevolle hulpbron worden.

Gemiddeld, elke Amerikaan gebruikt ongeveer 60 gallons water per dag voor doeleinden zoals het doorspoelen van toiletten, douchen en de was doen. Dit cijfer kan gemakkelijk verdubbelen bij gebruik buitenshuis, zoals het besproeien van gazons en het vullen van zwembaden, zijn ook inbegrepen.

Het meeste gebruikte water wordt uiteindelijk afvalwater dat moet worden gezuiverd voordat het in de natuur kan worden geloosd. En die behandeling kost veel energie. Volgens het Amerikaanse Environmental Protection Agency, water- en afvalwatervoorzieningen zijn goed voor meer dan een derde van de gemeentelijke energiebudgetten.

Mijn onderzoek richt zich op het terugwinnen van grondstoffen uit afvalwater. Dit proces is moeilijk omdat afvalwater veel verschillende soorten verontreinigingen bevat. Maar onderzoekers in onze vakgebieden onderzoeken veel creatieve manieren om er waardevolle producten van te maken.

Energie uit organische materialen

Diehard afvalwateringenieurs begrijpen de waarde van afvalwater, die ze eerder als een troef dan als een verspilling beschouwen. Daarom noemen sommigen het in plaats daarvan "gebruikt water", en verwijzen naar wat de meeste mensen afvalwaterzuiveringsinstallaties noemen als voorzieningen voor het terugwinnen van waterbronnen.

In feite, afvalwater kan meer dan drie keer de hoeveelheid energie bevatten die nodig is om het te zuiveren. Een eenvoudige en volwassen techniek om een ​​deel van deze energie terug te winnen is anaërobe vertering, een natuurlijk proces waarbij micro-organismen zich voeden met vet en andere organische materialen in afvalwater en biogas produceren, net zoals gist gerst kan opeten en bier kan uitspugen. Biogas bevat ongeveer 50 procent methaan, die kan worden gebruikt als hernieuwbare brandstof voor ketels, ovens en verwarmingssystemen of om turbines te draaien en elektriciteit op te wekken.

Meer geavanceerde technieken, zoals hydrothermische processen, zuiveringsslib – de vaste stoffen die tijdens de zuivering uit afvalwater worden verwijderd – omzetten in biobased brandstoffen die kunnen worden gebruikt ter vervanging van benzine en diesel. Dit proces bevindt zich momenteel in de demonstratiefase.

Naast zuiveringsslib, veel onderzoekers – waaronder ikzelf – zijn erg geïnteresseerd in microalgen. Microalgen zijn veelbelovende grondstoffen voor biobrandstoffen, en sommige kunnen in afvalwater groeien. Mijn collega's en ik hebben hydrothermische systemen ontworpen om microalgen uit afvalwater om te zetten in biobrandstoffen. Ze worden nog steeds getest in het laboratorium, maar we hopen ze in de nabije toekomst op te schalen.

Nutriënten winnen uit afvalwater

Afvalwater bevat ook voedingsstoffen zoals stikstof en fosfor, wat essentiële elementen zijn die planten nodig hebben om te groeien. In de huidige afvalwaterzuiveringsprocessen we gebruiken energie om ammoniak om te zetten in het afvalwater, die meestal uit urine komt, in stikstofgas. Echter, industrieën gebruiken vervolgens grote hoeveelheden aardgas om stikstofgas weer om te zetten in ammoniak, voornamelijk voor de productie van kunstmest, via het Haber-Bosch-proces.

Duidelijk, het zou veel efficiënter zijn om de ammoniak direct uit het afvalwater te halen zonder het om te zetten. Een manier is om urine-omleidende toiletten te gebruiken, die al in de handel verkrijgbaar zijn, om urine te scheiden van andere bronnen van afvalwater. Dan kan de verzamelde urine worden gebruikt als meststof nadat deze is ontsmet om ziekteverwekkers te verwijderen.

Gezuiverde urine bevat ook andere voedingsstoffen zoals fosfor en kalium. Het Rijke Aarde Instituut, een in Vermont gevestigde non-profitorganisatie die wordt ondersteund door federale agentschappen en stichtingen, doet onderzoek naar manieren om menselijke urine om te zetten in mest. Het instituut test geoogste urine op echte gewassen, en heeft geconstateerd dat het effectief werkt.

Alternatief, we kunnen deze voedingsstoffen terugwinnen als struviet, of magnesiumammoniumfosfaat, een mineraal dat magnesium bevat, stikstof en fosfor. Struviet kan zich van nature vormen tijdens afvalwaterzuiveringsprocessen, maar heeft de neiging zich in tanks en leidingen af ​​te zetten en zal de apparatuur beschadigen als deze onbeheerd wordt achtergelaten. Door de vorming van struviet te beheersen, het kan worden teruggewonnen in afzonderlijke reactoren.

Onderzoekers hebben teruggewonnen struviet getest op gewassen in laboratoria en hebben opbrengsten behaald die vergelijkbaar zijn met commerciële meststoffen. De techniek is nog aan het rijpen, maar bedrijven ontwikkelen commerciële versies voor afvalwaterzuiveringsinstallaties.

Meer mogelijkheden

Wil je meer waardevolle spullen? Afvalwater is letterlijk een goudmijn. Het bevat metalen met een waarde tot miljoenen Amerikaanse dollars per jaar. Deze metalen zijn vaak giftig voor in het water levende organismen, dus ze moeten worden verwijderd. Maar conventionele verwijderingstechnologieën vergen veel energie en produceren giftig slib.

Onderzoekers ontwikkelen nieuwe manieren om deze metalen te verwijderen en opnieuw te gebruiken, waaronder membraansystemen die selectief edele metalen uit water kunnen verwijderen en biosystemen die micro-organismen gebruiken om ze terug te winnen. Deze technieken bevinden zich in een zeer vroeg stadium en het is nog niet duidelijk of ze economisch zinvol zullen zijn, maar ze hebben het potentieel om afvalwater waardevoller te maken.

In aanvulling, afvalwater is over het algemeen warmer dan natuurlijke watervoorzieningen, vooral in de winter, zodat het als warmtebron kan dienen. Deze techniek is goed ingeburgerd en is niet beperkt tot commerciële schaal. Om uw energierekening te verlagen, kunt u thuis afvoerwater-warmteterugwinningssystemen installeren.

Naar mij, dit is nog maar een begin. Met de juiste technieken, "afvalwater" kan ons veel meer bieden - en ik kijk erg uit naar de dag dat er geen "afvalwater, "gewoon" water gebruikt.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.