دانشمندان دانشگاه فناوری نانیانگ ، سنگاپور (NTU سنگاپور) ، یک روش نوآورانه خورشیدی برای تبدیل لجن فاضلاب ایجاد کرده اند {1}}} یک محصول جانبی تصفیه فاضلاب {3}}}}} به هیدروژن سبز برای انرژی پاک و پروتئین تک سلولی برای خوراک حیوانات.
منتشر شده درطبیعت، روش لجن به مواد غذایی و سوخت ، دو چالش جهانی را برطرف می کند: مدیریت زباله و تولید منابع پایدار. این با هدف NTU از پرداختن به بزرگترین چالش های انسانی ، مانند تغییرات آب و هوا و پایداری ، هماهنگ است.
سازمان ملل متحد تخمین می زند كه حدود 2.5 میلیارد نفر دیگر تا سال 2050 در شهرها زندگی می كنند. همراه با رشد شهرها و صنایع ، افزایش لجن فاضلاب به وجود می آید كه به دلیل ساختار پیچیده ، ترکیب و آلاینده های آن مانند فلزات سنگین و پاتوژن ها ، پردازش و دفع آن بسیار دشوار است.
به گفته Un-Habitat ، هر سال بیش از 100 میلیون تن لجن فاضلاب در سطح جهان تولید می شود ، مبلغی که سالانه در حال افزایش است. با این حال ، روشهای دفع متداول -- مانند سوزاندن یا دفن زباله {3}}} وقت گیر ، صرفه جویی در انرژی است و به آلودگی محیط زیست کمک می کند.
برای مقابله با مشکل ناخواسته و دشوار برای درمان لجن فاضلاب ، محققان NTU یک فرآیند خورشیدی سه مرحله ای ایجاد کردند که تکنیک های مکانیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی را ادغام می کند.
آزمایش های اثبات مفهوم نشان داد که فرآیند تیم NTU از تکنیک های معمولی مانند هضم بی هوازی {2}}} که از طریق آن باکتری ها زباله های آلی را تجزیه می کنند تا بیوگاز و باقیمانده غنی از مواد مغذی را تجزیه کنند ، کارآمدتر است. این منابع به طور قابل توجهی بیشتر بازیابی می کند ، آلاینده های فلزات سنگین را کاملاً از بین می برد ، دارای یک اثر محیطی کوچکتر است و امکان سنجی اقتصادی بهتری را ارائه می دهد.
پروفسور لی هونگ ، محقق اصلی ، از دانشکده مهندسی مکانیکی و هوافضا NTU (MAE) و موسسه تحقیقات انرژی گفت: "روش ما زباله ها را به منابع ارزشمند تبدیل می کند ، در حالی که انرژی تجدید پذیر و مواد غذایی پایدار را کاهش می دهد ، آسیب های زیست محیطی را کاهش می دهد.
محقق همکار استاد ژو یان از دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست NTU (CEE) و انستیتوی تحقیقات محیط زیست و آب نانیانگ (NewRI) گفت: "فرایند انرژی خورشیدی ما نشان می دهد که چگونه می توانیم به یکباره با چالش های چندگانه روبرو شویم -- تبدیل به یک محصول زباله دشوار به انرژی پاک و با استفاده از یکپارچه سازی پروتئین ، و با یکپارچه سازی پروتئین های بیولوژیکی. کمبود ، ارائه یک استراتژی پایدار جدید در مدیریت فاضلاب. "
روند سه مرحله ای NTU
این فرآیند با شکستن مکانیکی لجن فاضلاب آغاز می شود. یک درمان شیمیایی فلزات سنگین مضر را از مواد آلی از جمله پروتئین ها و کربوهیدرات ها جدا می کند.
در مرحله بعد ، یک فرآیند الکتروشیمیایی با انرژی خورشیدی از الکترودهای تخصصی برای تبدیل مواد آلی به محصولات با ارزش ، مانند اسید استیک {1}} یک ماده اصلی برای صنایع غذایی و دارویی -- و گاز هیدروژن ، منبع انرژی پاک استفاده می کند.
سرانجام ، باکته فعال شده با نورریابه جریان مایع فرآوری شده معرفی می شوند. این باکتری ها مواد مغذی را به پروتئین تک سلولی مناسب برای خوراک دام تبدیل می کنند.
سازگار با محیط زیست ، مقرون به صرفه و مقیاس پذیر
آزمایشات آزمایشگاهی نشان داد که روش جدید 91.4 درصد از کربن آلی را در لجن فاضلاب بازیابی می کند و 63 درصد از کربن آلی را به پروتئین تک سلولی تبدیل می کند بدون اینکه محصولات جانبی مضر تولید شود. در مقایسه ، هضم بی هوازی سنتی به طور معمول حدود 50 درصد از مواد آلی را در لجن فاضلاب بازیابی و تبدیل می کند.
فرآیند خورشیدی با استفاده از نور خورشید تا 13 لیتر هیدروژن در ساعت ، تا 13 لیتر هیدروژن در ساعت تولید می کند که حدود 10 درصد از انرژی بیشتری نسبت به روشهای تولید هیدروژن معمولی تولید می کند.
فرآیند NTU انتشار کربن را 99.5 درصد و مصرف انرژی با 99.3 درصد در مقایسه با روشهای سنتی کاهش می دهد. همچنین فلزات سنگین مضر را از لجن از بین می برد ، که در غیر این صورت بدون درمان مناسب دفع می شود و این روند را به یک انتخاب سازگار با محیط زیست تبدیل می کند.
نویسنده اول ، دکتر ژائو هو ، همکار پژوهش در دانشکده MAE ، گفت: "ما امیدواریم که روش پیشنهادی ما زنده بودن مدیریت زباله ها را به طور پایدار نشان دهد و تغییر کند که چگونه لجن فاضلاب {0}} از زباله به یک منبع ارزشمند که از انرژی پاک و تولید مواد غذایی پایدار پشتیبانی می کند ، تغییر می دهد."
تیم تحقیقاتی NTU افزود: در حالی که فرآیند تازه توسعه یافته امیدوار کننده است ، مطالعات بیشتری برای تعیین اینکه آیا می توان آن را افزایش داد ، لازم است. یک چالش مهم هزینه استفاده از یک فرآیند الکتروشیمیایی برای تجزیه کامل مواد آلی و استخراج تمام فلزات سنگین از زباله است. علاوه بر این ، طراحی یک سیستم پیچیده برای یک مرکز تصفیه فاضلاب به مشکل می افزاید.