利用細菌來產(chǎn)電和降解有機廢物，一項歐洲研究項目正在研發(fā)新的、環(huán)境友好的方式來處理小型社區(qū)的廢水。
它看起來更像個公園，但其實是一個實驗污水廠，地點位于西班牙塞維利亞附近的Carrión de los Céspedes，離小鎮(zhèn)中心不遠。然而這里的空氣聞起來不像是污水處理廠。污水通過天然的方式得到凈化，用的就是地底下的微生物——一種結(jié)合了傳統(tǒng)和最新研究結(jié)果的方法。
歐洲iMETland項目的研究員在這里用能夠產(chǎn)電降解有機物的細菌來處理污水。
有些微生物會長出能導電的線(wires)，充當類似通氣管的作用，使得細菌能夠進入地下沉積物的更深處，它們就是通過這電化學的方式在沒有氧氣的環(huán)境下生存下來的。
電活性細菌的來源 | 圖源：slidesharecdn.com
這些所謂的電活性細菌(electroactive bacteria) 凈化廢水的效率比傳統(tǒng)方法快10倍以上。這就是為什么，這個實驗濕地用導電性材料，而不是碎石來填充。在擔當結(jié)構(gòu)性支持以外，還能加速處理污水的代謝過程。
“最終的結(jié)果是得到凈化的干凈出水、無需能耗，而且么有殘留污染，”研究員Abraham Esteve-Nú?ez接受采訪時如是說。他是IMDEA Agua的一名環(huán)境生物技術研究員，同時也是iMETland 的項目協(xié)調(diào)官.
Abraham Esteve-Nú?ez
iMETland 項目協(xié)調(diào)官
“最終的結(jié)果是得到凈化的干凈出水、無需能耗，而且么有殘留污染?！?/p>
西班牙Cadiz大學綜合水資源管理碩士項目的學生參考該污水廠的合照 | 圖源：iMETland
零能耗項目
這個反應系統(tǒng)的流程大致如下：附近小鎮(zhèn)的污水收集至一個化糞池，然后流經(jīng)這個生物濾池(biofilter)，經(jīng)過這個生物反應器的出水能夠用于農(nóng)業(yè)灌溉。整套系統(tǒng)的日處理量為25m3。這已經(jīng)足夠覆蓋一個小型社區(qū)的需求了(小編覺得這里的小型也只是歐洲的小型農(nóng)村，按照每人日平均200L的用量，這也只是125人的規(guī)模，放在中國使用還是需要多加幾條線)。
反應系統(tǒng)流程圖 | 圖源：iMETland
更重要的是，這套系統(tǒng)不需要任何外界能源，這在一些沒有電網(wǎng)基礎設施的發(fā)展中國家來說似乎蠻有吸引力。
西班牙的這個實驗污水廠是由Centre for New Water Technologies (CENTA)來運行的，它是一個非營利性研究機構(gòu)。類似的項目在墨西哥、阿根廷和丹麥同時進行。
Juan José Salas Rodríguez
CENTA研究部主管
“這項技術可以用于世界各地，不僅僅是在塞維利亞附近的這個小鎮(zhèn)?！?/p>
他還說：“類似技術已經(jīng)證實在非常寒冷的氣候下它還能夠順利運作，不會有什么大問題。別忘了這些能凈化污水的微生物是存貨在泥土下，所以能夠用于低溫地區(qū)，達到同樣的凈化效果?！?/p>
關于這項技術的更多細節(jié)，大家可以參考上邊這篇科學文獻，另外我也拷貝粘貼一下它的摘要：
文獻原文摘要
In this work, we present for the first time the concept of integrating microbial electrochemical technologies (MET) with natural wastewater treatment biofilters used in constructed wetlands (CW) to form METlands. In order to validate this technology, three lab-scale horizontal subsurface flow (HSSF) biofilters, two hosting electroconductive materials and one gravel biofilter (control) were operated for 525 days to define the best design and operational conditions to maximize the removal of wastewater pollutants. Organic loading rates tested ranged from 2 to 24 g BOD5 m?2 d?1 at hydraulic retention times (HRT) from 4 days to as low as 0.5 day, respectively. The electroconductive biofilter showed the best COD and BOD removal rates per volume of bed, achieving mean values of 213 g COD m?3 d?1 and 119 g BOD m?3 d?1 at the lowest HRT (0.5 d). Ammonia and total nitrogen maximum removal efficiencies at 3.4 days of HRT were 97 and 69%, respectively, in the electroconductive biofilter. Bacterial communities were studied by 16S rDNA Illumina sequencing with the aim of understanding the role of the electrically conductive material in ing microbial populations. Deltaproteobacteria (a known electroactive taxon) were enriched in the presence of an electrically conductive bed. Geobacter and Geothrix were the dominant genera in the deeper zone of the electrically conductive bed where oxidation of organic matter occurred. The results suggest that the enhancement in biodegradation rate will significantly reduce the area requirements of classical CW.
效率測試
丹麥團隊合照
而在丹麥，這個歐洲研究項目的科學家則在對不同電導材料進行測試，目標是找到最便宜又最高效的材料。
“我們現(xiàn)在用的材料是石油行業(yè)的殘留物(residue)。細菌附著在它表面，它的導電性使其能傳送電流，幫助降解有機物，”Aarhus大學水生生態(tài)學研究員Carlos A. Arias接受采訪時解釋他的研究工作。
Carlos A. Arias
Aarhus大學水生生態(tài)學研究員
“我們現(xiàn)在用的材料是石油行業(yè)的殘留物(residue)。細菌附著在它表面，它的導電性使其能傳送電流，幫助降解有機物?！?/p>
Aarhus大學研究團隊的實驗室現(xiàn)場 | 圖源:Denis Loctier
科學家用特殊的玻璃電極來測量這些電活性細菌在不同深度產(chǎn)生的電量。另外他們也用不同的水樣進行測試，以此來測試污染物的去除情況。
他們還將進行一系列的后續(xù)研究來為這種快速凈化污水的技術找出最合適的材料。他們希望這項有可能是污水處理界巨大突破的技術最終能引起全球范圍的關注。
Carlos Arias展示他們采用的電導材料
iMETland項目介紹
iMETland是H2020的項目之一，關于歐洲科研計劃“地平線H2020”我們奧氏部落已經(jīng)有過好幾篇報道了。iMETland由西班牙的 IMDEA Water牽頭，共有4個歐盟國家再加上墨西哥和阿根廷兩國的11個組織機構(gòu):
西班牙
Foundation CENTA,
Aqua-Consult Ingenieros
PriceWaterhouseCoopers
Piroeco Bioenergy
英國
Aston University
丹麥
Aarhus Universitet
Kilian Water
比利時
European research media center
youris.com
阿根廷
INTEMA
墨西哥
IMTA
成員合影
紅面包霉菌的電顯微鏡圖 | visembryo.com/story2043.html
當年的Nature如今看來顯得很樸素啊
這個項目的技術亮點就是運用上述的電活性細菌來凈化小型社區(qū)的生活污水，主要有四大亮點：
生物濾池的高效表現(xiàn)
零能耗運行成本
ICT自動化遠程控制
景觀美化
這個項目的結(jié)束日期為2017年10月31日，如果到時有任何后續(xù)新聞，小編再為大家送上相關更新。
來源:奧尼卡水處理創(chuàng)新部落 作者:瓦村農(nóng)夫
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