L'acqua di scarico è una risorsa: contiene sostanze nutritive, energia e metalli preziosi e gli scienziati stanno imparando a recuperarli

La maggior parte delle persone pensa il meno possibile alle acque reflue prodotte quotidianamente dalle loro docce, vasche da bagno, lavelli, lavastoviglie e servizi igienici. Ma con le giuste tecniche, può diventare una risorsa preziosa.

In media, ogni americano usa circa 60 di galloni d'acqua al giorno per scopi che includono servizi igienici di lavaggio, la doccia e il bucato. Questa cifra può facilmente raddoppiare se sono inclusi anche gli usi esterni, come ad esempio l'irrigazione dei prati e il riempimento delle piscine.

La maggior parte dell'acqua usata alla fine diventerà l'acqua di scarico che deve essere trattato prima che possa essere scaricato nella natura. E quel trattamento usa molta energia. Secondo l'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti, le risorse idriche e le acque reflue rappresentano più di un terzo dei budget energetici comunali.

La mia ricerca si concentra su recupero delle risorse dalle acque reflue. Questo processo è difficile perché le acque reflue contengono molti tipi diversi di contaminanti. Ma i ricercatori nei nostri campi stanno esplorando molti modi creativi per realizzare prodotti di valore da loro.

Energia da materiali organici

Gli ingegneri delle acque reflue di Diehard comprendono il valore delle acque reflue, che considerano una risorsa anziché uno spreco. Ecco perché alcuni lo chiamano invece "acqua usata" e fanno riferimento a ciò che la maggior parte delle persone chiama impianti di trattamento delle acque reflue come strutture di recupero delle risorse idriche.

In effetti, le acque reflue possono contenere più di tre volte la quantità di energia necessaria per trattarla. Una tecnica semplice e matura per recuperare parte di questa energia è digestione anaerobica, un processo naturale in cui i microrganismi si nutrono di grasso e altri materiali organici nelle acque reflue e producono biogas, proprio come i lieviti possono consumare l'orzo e sputare la birra. Contiene il biogas circa 50 per cento di metano, che può essere utilizzato come combustibile rinnovabile per caldaie, fornaci e sistemi di riscaldamento o per trasformare turbine e generare elettricità.

Tecniche più avanzate, come processi idrotermali, raccogliere i fanghi di depurazione - i solidi rimossi dalle acque reflue durante il trattamento - e convertirli in carburanti a base biologica che possono essere utilizzati per sostituire benzina e gasolio. Questo processo è attualmente al fase di dimostrazione.

Oltre ai fanghi di depurazione, molti ricercatori - incluso me - sono molto interessati alle microalghe. Le microalghe sono promettenti materie prime per i biocarburantie alcuni di loro possono crescere nelle acque reflue. I miei colleghi e io abbiamo progettato sistemi idrotermali per trasformare le microalghe coltivate nelle acque reflue in biocarburanti. Sono ancora in fase di test in laboratorio, ma speriamo di ridimensionarli nel prossimo futuro.

Nutrienti minerari dalle acque reflue

Le acque reflue contengono anche sostanze nutritive come l'azoto e il fosforo, elementi essenziali che le piante devono coltivare. Negli attuali processi di trattamento delle acque reflue, utilizziamo energia per convertire l'ammoniaca nelle acque reflue, che viene principalmente da urina, in gas azoto. Tuttavia, le industrie utilizzano grandi quantità di gas naturale per riconvertire il gas di azoto in ammoniaca, prevalentemente per la produzione di fertilizzanti, attraverso il Processo di Haber-Bosch.

Chiaramente, sarebbe molto più efficiente estrarre direttamente l'ammoniaca dalle acque reflue senza convertirla. Un modo è usare i servizi igienici per la deviazione delle urine, che già esistono disponibili commercialmente, urina separata da altre fonti di acque reflue. Quindi l'urina raccolta potrebbe essere utilizzata come fertilizzante dopo averla disinfettata per rimuovere gli agenti patogeni.

L'urina disinfettata contiene anche altri nutrienti come il fosforo e il potassio. Il Rich Earth Institute, un'organizzazione no-profit con sede nel Vermont supportata da agenzie e fondazioni federali, sta studiando modi per trasformare l'urina umana in fertilizzante. L'istituto sta testando l'urina raccolta su colture reali e l'ha trovato funziona in modo efficace.

In alternativa, possiamo recuperare questi nutrienti come struviteo fosfato di magnesio e ammonio, un minerale che contiene magnesio, azoto e fosforo. Lo struvite può formarsi naturalmente durante i processi di trattamento delle acque reflue, ma tende a depositarsi in serbatoi e tubi e danneggerà l'attrezzatura se lasciata incustodita. Controllando la formazione di struvite, può essere recuperato in reattori separati.

I ricercatori hanno testato lo struvite recuperato sulle colture nei laboratori e raggiunto i rendimenti paragonabile ai fertilizzanti commerciali. La tecnica sta ancora maturando, ma le aziende si stanno sviluppando versioni commerciali per impianti di trattamento delle acque reflue.

Più possibilità

Vuoi cose più preziose? L'acqua di scarico è letteralmente una miniera d'oro. Contiene metalli valutato fino a milioni di dollari USA all'anno. Questi metalli sono spesso tossici per la vita acquatica, quindi devono essere rimossi. Ma le tecnologie di rimozione convenzionali richiedono molta energia e producono fanghi tossici.

I ricercatori stanno sviluppando nuovi modi per rimuovere e riutilizzare questi metalli, inclusi i sistemi a membrana che possono rimuovere selettivamente i metalli preziosi dall'acqua e biosistemi quello utilizzare i microrganismi per recuperarli. Queste tecniche sono in una fase molto precoce e non è ancora chiaro se avranno un senso economico, ma hanno il potenziale per rendere le acque reflue più preziose.

Inoltre, le acque reflue sono generalmente più calde delle riserve naturali di acqua, specialmente in inverno, quindi possono fungere da fonte di calore. Questa tecnica è consolidata e non è limitato a scala commerciale. Puoi installare sistemi di recupero del calore dell'acqua di scarico a casa per abbassare la bolletta energetica.

Per me questo è solo un inizio. Con le tecniche adeguate, "acque reflue" può offrirci molto di più - e non vedo l'ora che arrivi il giorno in cui non ci sono "acque reflue", solo "acque usate".The Conversation

Autore: Yalin Li, Dottorato Candidato / Assistente di ricerca, Colorado School of Mines

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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