Inovativní techniky pro odstraňování znečištění vody předznamenávají čistírnu odpadních vod budoucnosti. Zde jsou některé procesy prezentované 8. a 9. července na konferenci Engineering Goes Green. (CNRS)

Článek mě zaujal, tak bych se o něj s vámi rád podělil,

S pozdravem,

f.

Voda, která představuje nejméně 65 % našeho těla, je nezbytná pro naše přežití, ale také pro přežití zvířat, rostlin a životního prostředí. Naše domácí a průmyslové aktivity (textil, farmacie atd.) jej však kontaminují množstvím škodlivin, které čističky nedokážou eliminovat. A všechny tyto škodliviny se pak hromadí v řekách, oceánech a v našich kohoutcích! V zájmu zachování kvality vody a řešení rostoucího nedostatku tohoto životně důležitého přírodního zdroje vyvíjí několik týmů CNRS inovativní techniky odstraňování znečištění vody. Výzva je dvojí: zlepšit stávající systémy čištění a doplnit je novými, schopnými ničit znečišťující látky, které se dnes obtížně eliminují.

Ve Francii více než 20.000 5 čistíren čistí XNUMX miliard metrů krychlových odpadních vod. Voda prochází různými úpravami, lišícími se v závislosti na typu dotčených znečišťujících látek: organická hmota pocházející z živých bytostí, těžké kovy, pesticidy atd. Nejpoužívanější technika k odstranění organické hmoty spočívá v její degradaci bakteriemi: jedná se o aktivovaný kal. proces. „Tento proces je sám o sobě velmi účinný a zahrnuje energeticky velmi náročné rozvodny: míchání a provzdušňování nádrží, kde se vyvíjejí bakterie atd. ", hlásí Naoufel Haddour z laboratoře Ampère v Lyonu

Biopalivový článek pro soběstačné čistírny odpadních vod

Aby to fyzikální chemik a jeho kolegové napravili, vyvíjejí techniku, která nejen degraduje organickou hmotu pomocí bakterií – jako proces aktivovaného kalu –, ale také vyrábí elektřinu! Jedná se o koncept mikrobiálního palivového článku nebo biopalivového článku. „Tento typ systému by mohl pomoci čistírnám odpadních vod vyrábět vlastní provozní elektřinu a být tak soběstačné,“ zdůrazňuje Naoufel Haddour. Dost na to, abyste odpadní vodu využívali moudře!

Mikrobiální baterie konkrétně obsahuje kladnou elektrodu (katodu), zásobovanou kyslíkem; a záporná elektroda (anoda) zakončená biofilmem osídleným „elektroaktivními“ bakteriemi, to znamená schopnými podílet se na výrobě elektřiny. Dvě elektrody, které jsou propojeny vnějším elektrickým obvodem, jsou ponořeny do vody, která má být odstraněna. « Živením se organickou hmotou ji bakterie znehodnocují. Přitom oni z odtrhnout elektrony (záporně nabité elementární částice), které pak odevzdávají anodě. Tyto elektrony jsou přeneseny na katodu prostřednictvím vnějšího okruhu interagovat s oxidantem, konkrétně chemickou molekulou, která zachycuje elektrony. Cette chemická reakce, známé jako „oxidoredukce“, vede k pohybu elektronů mezi dvěma elektrodami. Což odpovídá elektrickému proudu », vysvětluje Naoufel Haddour.

Pokročilá oxidace, zabiják mikropolutantů

Kromě snížení spotřeby elektrické energie v čistírnách odpadních vod bude další velkou výzvou do budoucna schopnost vypořádat se s typem znečišťujících látek, které nemohou být degradovány bakteriemi a které jsou stále více znepokojivé pro zdravotnické orgány: mikropolutanty. Různými „moderními“ aktivitami (farmaceutický průmysl, kosmetika atd.) jsou tyto sloučeniny odmítány ve velmi nízkých koncentracích v odpadních vodách, řádově v nanogramech (1X10^-9 g) na litr až mikrogramů (1X10^-6 g) na litr. Mezi nimi: zbytky léků, barvy, změkčovadla (ftaláty atd.) a dokonce i pesticidy. Tyto látky se staly zvláště toxické pro lidské zdraví a životní prostředí, protože se nakonec nahromadily ve vodách.

Řešením, jak tyto molekuly zničit, je vytvořit chemické druhy schopné s nimi reagovat a degradovat je: hydroxylové radikály (označované HO•). HO• se skládá z atomu vodíku, atomu kyslíku a volného elektronu (označeno tečkou) a je po fluoru druhým nejsilnějším oxidantem na Zemi!

Existuje však také čtvrtá technika, která je založena na ještě působivějším fyzikálním jevu: hydrodynamické kavitaci. « Ta spočívá ve vytváření a implozi parních bublin v kapalině, což je – důležitý bod - nevyhřívané, při pokojové teplotě. To je možné, když je kapalina vystavena dostatečně vysokému poklesu tlaku. : pod 20 milibarů pro vodu při pokojové teplotě. Imploze bublin je tak prudká, že může rozbít molekuly vody (H₂O) v bublinách páry, v atomu vodíku (H) a v radikálech HO• », vyvíjí Frédéric Ayela v laboratoři geofyzikálních a průmyslových toků

Mnoho výzev k překonání

Pochopili jsme: hledání čistší vody je v plném proudu. To znamená, že než budou všechny výše popsané techniky začleněny do čistíren odpadních vod, bude třeba překonat mnoho problémů. Zejména bude nutné prokázat účinnost těchto procesů pro úpravu velkých objemů vody s vědomím, že dosud « osvědčily se zejména pro malé objemy, několik mililitrů nebo desítek mililitrů, zatímco čistírna odpadních vod zpracuje několik set tisíc metrů krychlových za den " ilustruje Naoufel Haddour. « Pokud se nám podaří najít potřebné finance na pokračování naší práce, za necelých pět let bychom mohli dospět k demonstrátoru schopnému zpracovat několik stovek litrů za hodinu, zatímco v současnosti je to jen několik litrů za hodinu. " podotýká Frédéric Ayela.

Kromě toho, « bude také nutné zajistit, aby tyto procesy neprodukovaly molekuly. filles » toxičtější než výchozí molekuly mikropolutantů », dodává Olivier Aubry. Další výzva: snížení výrobních nákladů těchto systémů hrou na použité materiály, « například nalezením alternativy k diamantu s příměsí boru používanému v našem systému », ilustruje Emmanuel Mousset. Nakonec bude klíčové určit, zda bude stačit jeden cyklus čištění nebo zda jich bude potřeba několik a kolik jich potom... Kvalita vody pro další generace bude záviset na schopnosti výzkumníků překonat všechny tyto překážky.

Zdroj: Lejournal.cnrs.fr

Doplňující informace: