На думку вчених, ціанобактерії, присутні на очисних спорудах, мають в чотири рази більшу енергетичну продуктивність, ніж водорості в лабораторії. Зображення: Chisholm Lab.

перетворюють

Карлос Кіроз-Аріта з Національної лабораторії Айдахо в США розробив новий спосіб вирощування ціанобактерій для отримання біоенергії, одночасно очищаючи воду з очисних споруд. Як ви пам’ятаєте в BioEnergy Research, наукове співтовариство зацікавилося виробництвом біопалива з водоростей, оскільки кількість водорості в десять разів перевищує кількість пальмової олії та 131 разів сої.

Ціанобактерія задушує водні шляхи по всьому світу, від лиманів у Флориді до басейну річки Міссісіпі та озер у Китаї.

А токсини, які виробляють ціанобактерії, шкідливі для людей, домашніх тварин та дикої природи. Ці фотосинтезуючі організми, також відомі як синьо-зелені водорості, процвітають на джерелах азоту та фосфору, включаючи стоки з очисних споруд та добрив, що вимиваються на вододілах ферм.

Але вчені давно бачили перевагу від цієї водної загрози. Вони могли б забезпечити чудове постачання біомаси для біопалива та енергії.

Ціанобактерії з стічних вод

"Ціанобактерії мають в чотири рази більше енергетичної продуктивності, ніж водорості в лабораторії", - пояснює Квіроз-Аріта. "Проблема в тому, що для вирощування такої кількості ціанобактерій потрібно багато води і багато поживних речовин".

Таким чином, цей дослідник почав думати про цвітіння ціанобактерій. "Немає сенсу використовувати більше води та більше добрив для виробництва біопалива", - попереджає він. "Якщо ми вирощуємо ціанобактерії на установці для очищення стічних вод, ми можемо не тільки використовувати ціанобактерії та водорості для вирощування біопалива, але й зменшити ріст водоростей та ціанобактерій за течією".

Дослідники працювали на водоочисному комплексі Форт Коллінз, щоб змоделювати найкращий підхід для вирощування ціанобактерій для отримання біоенергії зі стічних вод.

Як правило, стічні води на такій сучасній очисній станції проходять кілька різних процесів, перш ніж очищені стоки можуть бути безпечно скинуті.

Кіроз-Аріта стояв на тому етапі, коли центрифуга використовується для відокремлення твердих відходів від рідких відходів. Тверді відходи сушать і відправляють на звалище. У той час, як багаті на поживні речовини рідкі відходи, звані концентратами, повертаються назад до очисних споруд перед тим, як їх скидати.

"Установки для очищення стічних вод не можуть привернути увагу до навколишнього середовища", - говорить Кіроз-Аріта. “Це вбило б усе. Що вони роблять, це продовжують переробку центрату назад у процес насоса. Це процес, який споживає багато енергії для очищення азоту та фосфору, і в багатьох випадках цього недостатньо, щоб відповідати критеріям якості води ".

Виробляти біомасу

Саме на цьому етапі процесу очищення стічних вод оператори заводів могли б краще контролювати концентрацію поживних речовин для вирощування ціанобактерій.

Як тільки центрифуга відокремлює тверді речовини від концентрату, вона перекачується у фотобіореактор, де ціанобактерії вирощуються з використанням поживних речовин та сонячного світла. Це видаляє азот і фосфор з концентрату до рівнів, сумісних з водою з федеральними та державними стандартами якості. Ціанобактерії розмножуються, а потім інша центрифуга відокремлює біомасу.

Потім біомаса передається на інший пристрій, який використовує мікроби для перетворення біомаси в біогаз, який потім спалюється для отримання тепла та енергії. Отриманий вуглекислий газ перекачується назад у фотобіореактор, щоб допомогти у фотосинтезі та зменшити вуглецевий слід.

Оскільки ціанобактерії найкраще ростуть саме з потрібною кількістю поживних речовин, дослідники розпочали випробування різних концентрацій концентрату/стоку. "Ми виявили найкращу концентрацію загального азоту, сконцентровану для отримання найвищої швидкості росту та швидкості поглинання поживних речовин для цього штаму ціанобактерій", - говорить Квіроз-Аріта.

Пошук правильного рецепту отримання біоенергії на кожному очисному заводі залежить від її індивідуальних особливостей. Кожна рослина, ймовірно, потребуватиме власного інженерного та біологічного аналізу.