Of afvalwater vol "afval" is, is een kwestie van perspectief.

"Waarom is het afval?" vroeg Zhen (Jason) He, hoogleraar bij de afdeling Energie, Milieu- en chemische technologie aan de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis.

"Het zijn organische materialen, " Hij zei, en die kunnen op verschillende manieren energie leveren. Dan is er nog de andere waardevolle hulpbron in afvalwater.

Water.

Zijn lab heeft één systeem ontwikkeld dat beide herstelt, afvalwater filteren en tegelijkertijd elektriciteit opwekken. Resultaten van proeven op laboratoriumschaal werden gepubliceerd in en werden als voorpaginaartikel in het tijdschrift gepubliceerd Milieuwetenschappen:wateronderzoek en -technologie .

De afvalstoffen in afvalwater zitten vol met organische stoffen die, aan bacteriën, zijn voedsel.

"Bacteriën houden van ze en kunnen ze omzetten in dingen die we kunnen gebruiken, " Hij zei. "Biogas is de primaire energiebron die we uit afvalwater kunnen terugwinnen; de andere is bio-elektriciteit."

Er bestaan ​​al manieren om te profiteren van bacteriën om energie te produceren uit afvalwater, maar dergelijke methoden gaan vaak ten koste van het water, die kunnen worden gefilterd en anders worden gebruikt - zo niet om te drinken - voor "grijs water" -doeleinden zoals irrigatie en toiletspoeling.

Zijn lab nam de twee processen - filtratie en energieproductie - en combineerde ze, integratie van het filtratiesysteem in de anode-elektrode van een microbieel elektrochemisch systeem.

Het systeem is opgezet als een typische microbiële brandstofcel, een bacteriële batterij die elektrochemisch actieve bacteriën als katalysator gebruikt waar een traditionele brandstofcel platina zou gebruiken. In dit type systeem, de bacteriën zitten vast aan de elektrode. Wanneer afvalwater in de anode wordt gepompt, de bacteriën "eten" de organische materialen en geven elektronen af, elektriciteit creëren.

Om datzelfde water te filteren, echter, vereist een ander systeem.

Hij heeft de systemen gecombineerd, het ontwikkelen van een permeabele anode die als filter fungeert.

De anode is een dynamisch membraan, gemaakt van geleidend, koolstof doek. Samen, de bacteriën en het membraan filteren 80% tot 90% van de organische materialen eruit, waardoor het water schoon genoeg is om in de natuur te worden vrijgegeven of verder te worden behandeld voor niet-drinkbaar water.

Hij gebruikte een gemengde cultuur van bacteriën, maar ze moesten één kenmerk delen:de bacteriën moesten kunnen overleven in een zuurstofvrije omgeving.

"Als er zuurstof was, bacteriën zouden gewoon elektronen naar de zuurstof dumpen, niet naar de elektrode, " Hij zei. "Als je niet kunt ademen met de elektrode, je zult omkomen."

Om de juiste bacteriën te vinden, Hij richt zich vooral op de natuur.

"Het is niet 100 procent natuurlijk, maar we selecteren degenen die in deze toestand kunnen overleven, " Hij zei. "Het is meer als 'engineered selection, '" De bacteriën die wel overleefden en ademen met de elektrode werden geselecteerd voor het systeem.

De hoeveelheid opgewekte elektriciteit is niet voldoende om, zeggen, macht een stad, maar het is in theorie voldoende om de aanzienlijke hoeveelheid energie die in een typische Amerikaanse waterzuiveringsinstallatie wordt gebruikt, te compenseren.

"In de VS, ongeveer 3% tot 5% van de elektriciteit wordt gebruikt voor water- en afvalwateractiviteiten, " Hij zei. Gezien het gebruik door een plaatselijke gemeentelijke fabriek, Hij gelooft dat zijn systeem het energieverbruik aanzienlijk kan verminderen.

"Typisch, het proces verbruikt ongeveer 0,5 KWH elektriciteit per kubieke meter, " Hij zei. Gebaseerd op experimenten op bankschaal, "We kunnen het met de helft verminderen, of meer van dat."

Maar het primaire doel van He's systeem is niet de productie van elektriciteit, het is afvalwaterzuivering en terugwinning van nutriënten.

"Bacteriën kunnen die organische materialen omzetten in dingen die we kunnen gebruiken, " Hij zei. "We kunnen voedingsstoffen zoals stikstof of fosfor ook terugwinnen voor kunstmest. We kunnen het gebruiken om planten te voeden. Alleen als we het niet gebruiken, dan wordt het afval.

"Afvalwater is een hulpbron op de verkeerde locatie."