Iedereen die in Okinawa woont, een subtropisch eiland in Japan, heeft waardering voor de intensiteit van zijn varkenshouderij. De boerderijen hebben een groot effect op de economie en cultuur van het eiland. Volgens het Japanse kabinet, vanaf 2018, er waren meer dan 225, 000 varkens in Okinawa. Varkensvlees is een nietje in het lokale dieet en is te vinden in veel gerechten in traditionele restaurants. Maar de aanwezigheid van de varkenshouderijen heeft nog een andere, minder welkom, impact-de geur-y soort. Rijd door een aantal bijzonder met boerderijen gevulde gebieden met de ramen van de auto opengedraaid en je zult zeker spijt krijgen.

Deze geur is althans gedeeltelijk, veroorzaakt door een bijproduct van de varkenshouderij. aan de overkant van Okinawa, grote hoeveelheden afvalwater worden geproduceerd door de boerderijen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Biological Systems Unit van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hebben een nieuw systeem ontwikkeld voor de behandeling van dit afvalwater, die ze met succes hebben getest op een lokale varkensboerderij in Okinawa.

"Ons nieuwe systeem gebruikt twee verschillende kamers, " verklaarde Dr. Anna Prokhorova, hoofdauteur van een artikel dat onlangs is gepubliceerd in Bioresource-technologie . "In de ene kamer, varkensafvalwater op volle sterkte wordt behandeld voor het verwijderen van geur, ziekteverwekkers, en organische stof, terwijl in de andere kamer, overtollig nitraat en fosfaat wordt verwijderd uit afvalwater dat al is gezuiverd via het traditionele beluchtingssysteem. Voor zover wij weten, dit is het eerste systeem dat met succes twee verschillende soorten afvalwater tegelijkertijd behandelt."

Dit staat in schril contrast met het traditionele beluchtingssysteem dat momenteel door boeren wordt gebruikt, dat voornamelijk organische stof in het afvalwater behandelt en ook het aanwezige ammonium omzet in nitraat, maar het nitraat niet verder behandelt. In Japan, de nitraatlozingslimiet voor de veehouderij wordt binnenkort verlaagd tot een vijfde van het huidige niveau (vandaag 500 milligram nitraatstikstof per liter) om in lijn te zijn met andere industrieën. Meer dan 35% van de boerderijen in Okinawa zal deze op handen zijnde verandering waarschijnlijk overschrijden.

"Dit is een grote zorg omdat nitraatverontreiniging rampzalige gevolgen kan hebben voor zowel de menselijke gezondheid als het milieu. " zei Dr. Mami Kainuma, groepsleider in de eenheid Biologische Systemen. "Als nitraat door mensen wordt ingenomen, het wordt omgezet in nitriet, wat van invloed is op het vermogen van het bloed om zuurstof te vervoeren en kan leiden tot methemoglobinemie of het blauwe baby-syndroom."

Dit nieuwe systeem vertrouwde op het bestaan ​​van een rijke gemeenschap van bacteriën om het proces te starten. In de eerste kamer - de anodekamer - reageerden de bacteriën met de aanwezige organische moleculen, daarbij elektronen vrijgeven. Deze elektronen werden vervolgens via de elektroden overgebracht naar de tweede kamer - de kathodekamer. De kathodekamer bevatte afvalwater dat al door het beluchtingsproces was gegaan en dus een hoog nitraatgehalte had. Bacteriën op het oppervlak van de kathodekamer nemen deze elektronen op en gebruikten ze om de omzetting van nitraat in stikstofgas mogelijk te maken. Het voordeel van dit systeem is dat de nitraatverwijdering kan plaatsvinden in afvalwater met een laag organisch stofgehalte, zoals het reeds beluchte water.

Na het succesvol testen van dit systeem in het laboratorium, in samenwerking met het Okinawa Prefecture Environment Science Center en Okidoyaku hebben de onderzoekers een eerste pilot-experiment opgezet op een van de varkenshouderijen in Okinawa Prefecture Livestock and Grassland Research Center. Daar hadden ze toegang tot zowel de beluchtingstank als het ongezuiverde afvalwater. Het project werd gefinancierd door de prefectuur van Okinawa en werd meer dan een jaar gecontroleerd. Vanwege de integrale rol die de bacteriële gemeenschappen speelden, de onderzoekers analyseerden ook welke soorten aanwezig waren, hoe de samenstelling van de gemeenschap in de loop van de tijd veranderde, en welke soorten verantwoordelijk waren voor elke stap.

Het langetermijnexperiment toonde aan dat de dominante nitraatverwijderende bacteriën degenen waren die elektronen kunnen ontvangen om te groeien. Tijdens de behandeling, hun activiteit werd gestimuleerd door potentiaal op de elektrode in een bereik van -0,4V – -0,6V, wat leidde tot een efficiëntere behandeling van het afvalwater. Dergelijke bacteriële gemeenschappen groeiden in totaal met meer dan 60% in de kathodekamer, en bleef sterke activiteit vertonen, wat leidt tot een hoge mate van nitraatreductie. Een ander groot voordeel was dat als de organische stof en, vooral, de vluchtige vetzuren werden afgebroken in ruw afvalwater, de geur werd minder, en het aantal ziekteverwekkers verminderd.

"We zijn erg blij met de resultaten tot nu toe. Het is veel efficiënter dan we hadden verwacht, " zei Dr. Prokhorova. "Dit systeem is schaalbaar, goedkoop, eenvoudig te monteren, en weinig onderhoud. We hopen dat, in de komende jaren, het zal worden gebruikt door boeren in Okinawa en andere locaties met vergelijkbare problemen, zoals plattelandsgemeenschappen op het vasteland van Japan en Zuidoost-Azië."