Araştırmacılar, inorganik parçacıklar içeren özel olarak tasarlanmış bir zar kullanarak atık sudan fosfat ve amonyum gibi değerli besinleri çıkarmak ve geri kazanmak için bir yöntem geliştirdiler. Atık suyu bir sıkıntı yerine bir kaynak olarak konumlandıran araştırma, tarımsal gübre üretimi için malzemeler sağlayarak potansiyel olarak döngüsel bir ekonomiye katkıda bulunabilir ve bu besinlerin küresel gıda arzını tehdit edebilecek yaklaşan kıtlığını azaltabilir.
Toronto Üniversitesi Mühendislik Doktorası aday Sara Abu-Obaid (ChemE), atık su yönetimi sektöründe köklü bir değişikliğin geciktiğine inanıyor.
“Atık suyu bir baş belası olarak görmekten, onun bir kaynak olarak potansiyelini kabul etmeye geçmemiz gerekiyor” diyor. “Bize, döngüsel bir ekonomiye doğru ilerlemek için toplanıp kullanılabilecek su, besin, enerji ve diğer değerli şeyleri sağlayabilir.”
Profesör Ramin Farnood’un (ChemE) rehberliğinde, Abu- Obaid, yakın zamanda Kimya Mühendisliği dergisinde yayınlanan bir çalışmanın yazarıdır. Bu araştırma, atık sudan fosfat ve amonyum çıkarmak için çevre dostu bir yöntem sunarken aynı zamanda bu besinlerin gelecekte yeniden kullanılmasına olanak tanır.
Yeni yönteminde, fosfat ve amonyum alımı için inorganik parçacıklar içeren gelişmiş membranlar kullanılıyor. atık sudan. Yöntem, bu maddeleri uygun maliyetli bir şekilde geri kazanarak, tarımsal gübre üreticileri tarafından kullanılabilecek yeni bir malzeme kaynağı oluşturur.
Banyo, tuvalet, çamaşır ve diğer kaynaklardan gelen kullanılmış su, kanalizasyona akar. çevreyi etkilemeden doğaya güvenli bir şekilde boşaltılabilmesi için temizlendiği atık su arıtma tesislerine götüren kanalizasyonlara.
Arıtma sürecinin temel hedefleri arasında katıların, organik maddelerin, patojenlerin ve besinlerin uzaklaştırılması yer alır. , ev ürünlerinden ve dışkıdan elde edilenler gibi – vücuttan atılan atık madde. Bu besinler arasında, tarımsal gübrelerdeki iki temel bileşen olan fosfat ve amonyum yer alır.
Sara Abu-Obaid (ChemE PhD adayı), değerli metalleri geri kazanmak için inorganik partiküller içeren zarları kullanan yeni bir çözüm tasarladı. atık sudan gelen besinler. Kredi: Safa Jinje
Fosfor bitki yaşamının gelişmesi için gerekli olsa da, çok fazla kimyasal ötrofikasyona neden olabilir. Bu karmaşık süreç, bir ortam besinler açısından aşırı zenginleştiğinde başlar ve alglerin büyümesinde bir patlamaya yol açar. Bu zararlı alg patlamaları, sudaki oksijenin mevcudiyetini tüketerek suda yaşayan organizmaların boğulduğu ‘ölü bölgeler’ yaratır. Amonyuma uzun süreli maruz kalma, sudaki yaşam için de toksik olabilir.
Mevcut atık su arıtma tesisleri, arıtma işlemi sırasında fosfat ve amonyumu gidermek için süreçler oluşturmuştur. Tipik olarak, bir kimyasal arıtma, fosfatı suyun dibine çöken katı bir forma dönüştürür, daha sonra çamur olarak toplanır ve bir çöp sahasına gönderilir. Amonyum geleneksel olarak, bakterilerin onu tüketip nitrata ve ardından nitrojen gazına dönüştürdüğü biyolojik arıtma kullanılarak uzaklaştırılır.
“Bunlar, gübrelerdeki temel bileşenler olan iki yüksek değerli üründür, ancak mevcut atık su arıtma süreçleri, bu besinleri atık olarak değerlendiriyoruz” diyor Abu-Obaid.
“Benim çözümüm, besinleri sudan tamamen çıkarmak ve böylece su, gübre üretimi için bir kaynak olarak kullanılabilir.”
Birçok bilim adamı, tarımsal fosfor tüketiminin mevcut oranının, küresel olarak gıda arzını kesintiye uğratacak kritik kıtlıklara yol açabileceği konusunda uyardı. Abu-Obaid’in yeni yöntemi, atık suyu bu besinler için geçerli bir kaynak haline getirerek arzı artırmaya yardımcı olabilir.
Su filtrasyonu için kullanılan pek çok membran, hedef maddelerini sudan süzmek için dikkatle tasarlanmış gözeneklere dayanırken, Abu- Obaid’in yaklaşımı farklı. Zarı, fosfat ve amonyum adsorpsiyonu için yüksek afinitelere sahip akaganit ve zeolit 13X’ten yapılmış küçük parçacıklar içerir.
“Ayrılmak istediğimiz şeyleri, boyut dışlama yoluyla veya büyük basınçlar uygulayarak ortadan kaldırmıyoruz” diyor. Abu-Obaid. “Daha doğrusu, uzaklaştırmayı yapan zar içindeki parçacıklardır ve onları yerinde tutmak zarın görevidir.”
Parçacıklar bu işi kendi başlarına yapabilse de, Abu-Obaid şöyle diyor: Zorluk, onları atık sudan uzaklaştırmakta ve yıkanma korkusunda yatmaktadır. Bunları yerinde tutmak için bir zar kullanılması, iki fazlı bir işlem olasılığını ortaya çıkarır: ilk olarak, parçacıklar atık sudan amonyum ve fosfatı adsorbe eder, ardından zarlar, aynı anda besin maddelerini geri kazanmak ve parçacıkları yeniden oluşturmak için bir sodyum hidroksit çözeltisi kullanılarak yıkanır. .
Çalışmada, membranlar, dinamik su akışı koşulları altında fosfat ve amonyum iyonlarını yakalayabilmiş ve bunun sonucunda, sentetik atık sudan amonyumun %84’ü ve fosfatın %100’ü giderilmiştir. diğer rakip iyonlar.
Abu-Obaid, deneylerinin yöntemin bu uygulama için büyük bir potansiyele sahip olduğunu gösterdiğine inanmakla birlikte, bu tür sistemlerin büyük ölçekli uygulamalarına yönelik tasarım hususlarını araştırmak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğunu düşünüyor. .
“Bu, daha çok boyut dışlama tipi filtrelemede kullanılan, membran teknolojisinin geleneksel olmayan bir kullanımıdır” diyor.
“Nedenini açıklamak da zor olabilir. bu teknolojiyi, mevcut tedarik zincirlerini tehdit edecek kadar kıt olmayan besin maddelerini geri kazanmak için kullanıyoruz. Ancak, konunun ilerisinde olmanın ve gelecek için potansiyel sürdürülebilir kaynaklar oluşturmanın fayda sağlayabileceğine inanıyoruz.”
O zamana kadar Abu-Obaid, diğer yenilikçi teknolojilerle birlikte bu yeni çözümün besin maddelerini geri kazanmasını umuyor. atık su, daha fazla destek alabilir.
“Atık su yönetiminde daha sürdürülebilir bir gelecek yaratmak için bu teknolojinin faydasını göstermek için daha fazla tekno-ekonomik çalışmaya, uzun vadeli istikrara ve pilot çalışmalara ihtiyacımız var” diyor. .
Referans: “Atık sudan besin geri kazanımı için emici membranlar: Su arıtma zorlukları için yeni bir çözüm” yazan Sara Abu-Obaid, Shahram Tabe, Mohtada Sadrzadeh ve Ramin R. Farnood, 18 Nisan 2023, Kimya Mühendisliği Dergisi .
DOI: 10.1016/j.cej.2023.143057