Membersihkan air limbah dengan buangan kolam

Pengolahan Air Selokan Grey Water Dalam Bentuk Ecotech Garden (Juni 2019).

Anonim

Sebuah gumpalan alga meraup dari air mancur di South Street hampir dua tahun yang lalu, telah menjadi unggulan dari hal-hal hijau yang diklaim peneliti Drexel University lebih efektif dalam menangani air limbah daripada banyak proses yang digunakan di fasilitas kota saat ini. Alga adalah bahan fungsional dari sistem bioreaktor yang dirancang oleh para insinyur lingkungan Drexel untuk menghilangkan beberapa bahan kimia dari air limbah sekaligus - memintas proses yang biasanya membutuhkan banyak langkah, bahan yang mahal, dan banyak waktu.

Fasilitas pengolahan air kota menempatkan air limbah — yaitu, setiap air yang dikumpulkan oleh sistem pembuangan limbah, semuanya dari rumah tangga ke saluran jalan — melalui tantangan proses yang secara fisik dan kimia menyaring atau menetralkan bit yang dianggap berbahaya bagi manusia atau merusak lingkungan sebelum dikembalikan ke sungai atau sungai terdekat.

Christopher Sales, PhD, asisten profesor di College of Engineering dan anggota tim peneliti di Institut AJ Drexel untuk Energi dan Lingkungan, bertujuan untuk meningkatkan pengolahan air limbah dengan sedikit bantuan dari ganggang dan hubungan simbiosisnya dengan bakteri untuk buang nitrogen berlebih dari air.

"Salah satu komponen yang paling memakan waktu dan mahal untuk pengolahan air limbah saat ini adalah membersihkan air dari nutrisi seperti nitrogen dan fosfor, yang sering membuat jalan mereka menjadi air dari toilet dan wastafel rumah tangga kami, " kata Sales. "Ini merupakan langkah penting karena pelepasan spesies nitrogen berlebih ke pasokan air dapat menyebabkan pertumbuhan cepat cyanobacteria dan ganggang - dan menciptakan mekar alga besar seperti yang ada di Danau Erie musim panas lalu yang menyebabkan kontaminasi seluruh pasokan air Toledo, Ohio. "

Pada tahun 2006, Sales, bersama dengan rekan dari University of Pennsylvania, mengembangkan perangkat pengolahan air, yang disebut bioreaktor dengan kepadatan tinggi, yang dapat mengolah campuran padat mikroorganisme — disebut lumpur aktif — yang digunakan untuk menghilangkan senyawa karbon organik oksigen dari air limbah. Sejak saat itu, Penjualan dan labnya di Drexel telah menambahkan alga ke dalam campuran untuk meningkatkan kemampuan pemindahan nitrogen reaktor dan memungkinkan untuk pemulihan sumber daya yang berpotensi berharga: biomassa alga.

Perkembangan ini cukup signifikan karena teknik penghilangan nitrogen yang dominan saat ini melibatkan proses multi-langkah yang mendorong air melalui sebanyak empat tangki yang berbeda dan membutuhkan periode waktu untuk bakteri penghilangan nitrogen untuk mengendap di luar air.

Pada langkah pertama dari proses yang terlibat ini, oksigen digelembungkan ke dalam air untuk mengubah nitrogen terlarut menjadi sepupu kimia, nitrat. Air kemudian dicampur dengan bakteri yang menggunakan nitrat untuk respirasi dan membuangnya ke atmosfer sebagai gas nitrogen - seperti manusia menghirup oksigen dan menghembuskan karbon dioksida. Kemudian, setelah bakteri telah melakukan pekerjaannya, air dipompa ke tangki lain sampai mereka telah keluar dan limbah yang diolah dapat dilepaskan ke dalam tubuh air terdekat. Proses ini intensif energi dan membutuhkan fasilitas yang besar untuk menampung tangki untuk nitrifikasi, denitrifikasi dan pengendapan.

"Proses nitrifikasi membutuhkan sejumlah besar energi karena tangki bakteri nitrifikasi perlu terus-menerus diangin-anginkan untuk menyediakan oksigen guna menggerakkan konversi amonium menjadi nitrat, " kata Sales. "Demikian pula, pabrik pengolahan air limbah sering perlu menambahkan bahan kimia, seperti metanol, untuk menyediakan bakteri denitryfing dengan cukup makanan untuk mengubah nitrat dari proses nitrifikasi menjadi gas nitrogen."

Sebaliknya, bioreaktor penjualan bekerja dengan terus-menerus mengalirkan air ke lingkungan ganggang dan bakteri-sarat, mengeluarkan nitrogen dengan menyimpannya dalam ganggang yang dapat dengan mudah dipisahkan dari air dalam reaktor baru mereka. Data-nya, dilaporkan dalam edisi terbaru Journal of Visualized Experiments (JoVE), menunjukkan bahwa ia dapat menghapus hingga 80 persen nitrogen dari aliran limbah.

Selain itu, sistem Penjualan tidak memerlukan tangki pengendapan terpisah karena aliran reaktor dirancang untuk secara alami mempromosikan pengendapan biomassa. Pemisahan ini, Penjualan berspekulasi, suatu hari nanti bisa membuat alga yang dibudidayakan di bioreaktor ini menjadi sumber bahan bakar biofuel yang menarik karena tidak akan membutuhkan banyak energi untuk mengeringkan sebagai alga yang tumbuh di kolam.

Prototipe skala laboratorium tampak seperti eksperimen kimia yang agak rumit — yang pada dasarnya memang demikian. Sebuah silinder 1000-mililiter yang diisi dengan gradien cairan hijau adalah inti dari sirkuit pipa yang dimulai di kendi air dari air limbah sintetis, umpan melalui pompa, gelas yang menggelembung dan akhirnya melalui labu ganggang dan bakteri sebelum dikosongkan ke dalam ember sebagai "limbah yang diolah."

Air limbah memasuki bioreaktor dengan konsentrasi amonia dan nitrat yang tinggi karena keberadaannya dalam air limbah mentah dan olahan. Sebuah komunitas mikroba beragam, terdiri dari sekitar 350 spesies yang berbeda, dapat memetabolisme amonia menjadi nitrat atau mengubah sel-sel alga mati menjadi karbon dioksida. Ganggang menggunakan produk sampingan ini untuk tumbuh dan melakukan fotosintesis, yang pada gilirannya menghasilkan oksigen yang membantu bakteri berkembang. Dengan demikian siklus menghilangkan nitrogen dari air limbah sementara juga menumbuhkan tanaman alga dan bakteri yang sehat.

"Air limbah kami sebenarnya adalah lingkungan yang sempurna untuk ganggang dan bakteri untuk berkembang dalam lingkaran kehidupan simbiotik, " kata Jacob Price, seorang peneliti doktor di laboratorium Sales. "Nitrat adalah bahan umum dalam pupuk. Tanaman menggunakannya, bersama dengan karbon dioksida dan cahaya, melalui proses fotosintesis dan fiksasi karbon, untuk pertumbuhan bahan bakar. Hasil sampingan dari fotosintesis adalah oksigen, yang digunakan oleh organisme - seperti bakteri - untuk proses kehidupan yang sepadan. Ini adalah hubungan alami yang indah yang dapat kita gunakan untuk membersihkan air kita. "

menu
menu