Kebanyakan orang berfikir sedikit sebanyak mengenai air buangan yang dihasilkan setiap hari dari pancuran, tab mandi, tenggelam, mesin basuh pinggan mangkuk dan tandas. Tetapi dengan teknik yang betul, ia boleh menjadi sumber yang berharga.

Secara purata, setiap orang Amerika menggunakan kira-kira 60 gelen air setiap hari untuk tujuan yang termasuk tandas penyiram, mandi dan cucian. Angka ini dengan mudah boleh berlipat ganda jika kegunaan luaran, seperti menyiram rumput dan kolam renang yang mengisi juga dimasukkan.

Kebanyakan air yang digunakan akhirnya akan menjadi air kencing yang mesti dirawat sebelum ia boleh dilepaskan ke alam semula jadi. Dan rawatan itu menggunakan banyak tenaga. Menurut Agensi Perlindungan Alam Sekitar Amerika Syarikat, kemudahan air dan air kumbahan dicatat lebih daripada satu pertiga anggaran tenaga perbandaran.

Penyelidikan saya memberi fokus Memulihkan sumber daripada air sisa. Proses ini sukar kerana air kumbahan mengandungi banyak jenis pencemar. Tetapi para penyelidik dalam bidang kami menjelajah banyak cara kreatif untuk menghasilkan produk berharga dari mereka.

Tenaga dari bahan organik

Jurutera air sisa Diehard memahami nilai air sisa yang mereka anggap sebagai aset dan bukan sisa. Itulah sebabnya sebahagian daripada mereka menyebutnya sebagai "air yang digunakan", dan merujuk kepada apa yang kebanyakan orang memanggil tumbuhan rawatan air kumbahan sebagai kemudahan pemulihan sumber air.

Malah, air kumbahan boleh mengandungi lebih daripada tiga kali jumlah tenaga yang diperlukan untuk merawatnya. Satu teknik mudah dan matang untuk memulihkan sebahagian daripada tenaga ini pencernaan anaerobik, suatu proses semula jadi di mana mikroorganisma memakan minyak dan bahan organik lain dalam air sisa dan menghasilkan biogas, sama seperti yis boleh memakan barli dan meludah bir. Biogas mengandungi kira-kira 50 peratus metana, yang boleh digunakan sebagai bahan api yang boleh diperbaharui untuk dandang, relau dan sistem pemanasan atau untuk menukar turbin dan menjana elektrik.

Teknik yang lebih maju, seperti proses hidroterma, mengambil enapcemar kumbahan - pepejal yang dikeluarkan dari air kumbahan semasa rawatan - dan mengubahnya menjadi bahan bakar biobased yang boleh digunakan untuk menggantikan petrol dan bahan api diesel. Proses ini pada masa ini peringkat demonstrasi.

Dalam tambahan kepada kumbahan kumbahan, ramai penyelidik - termasuk saya - sangat berminat dengan mikroalga. Microalgae adalah menjanjikan bahan bakar biofuel, dan sebahagian daripada mereka boleh tumbuh dalam air sisa. Rakan saya dan saya telah merangka sistem hidrotermal kepada Hidupkan mikroalga air limbah ke biofuel. Mereka masih diuji di makmal, tetapi kami berharap dapat membesarkannya dalam masa terdekat.

Nutrisi perlombongan dari air kumbahan

Air kumbahan juga mengandungi nutrien seperti nitrogen dan fosforus, yang merupakan elemen penting yang perlu tumbuh-tumbuhan. Dalam proses rawatan air sisa semasa, kami menggunakan tenaga untuk menukarkan ammonia dalam air kumbahan, yang datang kebanyakannya dari air kencing, ke dalam gas nitrogen. Walau bagaimanapun, industri kemudian menggunakan gas asli yang banyak untuk menukar gas nitrogen ke dalam ammonia, terutamanya untuk menghasilkan baja, melalui Proses Haber-Bosch.

Jelas, ia akan menjadi lebih cekap untuk mengekstrak ammonia secara langsung dari air kumbahan tanpa menukarnya. Salah satu cara adalah dengan menggunakan tandas-pembuangan air kencing, yang sudah ada boleh didapati secara komersial, Untuk air kencing berasingan dari sumber air sisa lain. Kemudian air kencing yang terkumpul dapat digunakan sebagai baja setelah membersihkannya untuk menghilangkan patogen.

Air kencing yang disuci juga mengandungi nutrien lain seperti fosforus dan kalium. The Institut Rich Earth, sebuah syarikat bukan berasaskan Vermont yang disokong oleh agensi-agensi dan yayasan persekutuan, sedang meneliti cara-cara untuk mengubah kencing manusia menjadi baja. Institut ini menguji air kencing yang dituai pada tanaman sebenar, dan telah mendapati bahawa ia berfungsi dengan berkesan.

Sebagai alternatif, kita boleh memulihkan nutrien ini struvite, atau magnesium ammonium fosfat, mineral yang mengandungi magnesium, nitrogen dan fosforus. Struvite secara semula jadi boleh dibentuk semasa proses rawatan air sisa, tetapi cenderung untuk menyimpan dalam tangki dan paip dan akan merosakkan peralatan jika dibiarkan tanpa pengawasan. Dengan mengawal pembentukan struvite, ia boleh dipulihkan dalam reaktor berasingan.

Penyelidik telah menguji struvite pulih pada tanaman di makmal dan mencapai hasil setanding dengan baja komersial. Teknik ini masih matang, tetapi syarikat sedang berkembang versi komersil untuk loji rawatan air kumbahan.

Lebih banyak kemungkinan

Mahu barangan yang lebih berharga? Air kumbahan adalah secara literal sebuah lombong emas. Ia mengandungi logam bernilai sehingga berjuta-juta dolar AS setiap tahun. Logam ini sering menjadi toksik kepada hidupan akuatik, jadi ia perlu dikeluarkan. Tetapi teknologi penyingkiran konvensional memerlukan banyak tenaga dan menghasilkan enap cemar toksik.

Para penyelidik sedang mengembangkan cara baru untuk menghapuskan dan menggunakan semula logam-logam ini, termasuk sistem membran yang boleh secara terpilih mengeluarkan logam berharga daripada air dan biosistem itu gunakan mikroorganisma untuk memulihkannya. Teknik-teknik ini berada pada tahap yang sangat awal dan tidak jelas sama ada mereka akan membuat rasa ekonomi, tetapi mereka berpotensi membuat air kumbahan lebih berharga.

Di samping itu, air kumbahan umumnya lebih panas daripada bekalan air semula jadi, terutamanya pada musim sejuk, jadi ia boleh berfungsi sebagai sumber haba. Teknik ini adalah yang mantap dan tidak terhad kepada skala komersial. Anda boleh memasang sistem pemulihan haba air longkang di rumah untuk menurunkan bil tenaga anda.

Kepada saya, ini hanya permulaan. Dengan teknik yang betul, "air sisa" boleh menawarkan kita lebih banyak - dan saya sangat menantikan hari ketika tidak ada "air sisa", hanya "air yang digunakan."

Pengarang Yalin Li, Ph.D. Calon / Penolong Penyelidik, Colorado School of Mines

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.