پیمانکار رتبه یک تاسیسات

مدیر پروژه تهویه مطبوع – آیا می دانید مدیر پروژه تهویه مطبوع کیست؟
1397-11-14
دودکش خورشیدی-پیش بینی عملکرد دودکش خورشیدی با در نظر گرفتن پیکربندی اتاق و حفره
1397-11-16
Show all

تصفیه فاضلاب – آشنایی با روش جدید تصفیه و تولید انرژی سبز از فاضلاب

مترجم: حسین حاجی زین العابدینی
بهمن ماه 97

 

 

تصفیه فاضلاب

 

 

تنظیم تجربی دستگاه سلول H- فوتو-بیو-الکتروشیمیایی.

دکتر دانیل پویول از دانشگاه King Juan Carlos (KJCU)، اسپانیا بیان کرد: “یکی از مهم‌ترین مشکلات مربوط به تصفیه فاضلاب، تولید و انتشار حجم بالای کربن است. فرآیند زیستی تصفیه فاضلاب مبتنی بر نور که ما ارائه می کنیم می‌تواند روشی برای تولید انرژی سبز از فاضلاب باشد که حاوی صفر درصد کربن است.”

باکتری‌های فتوتراپی (نورپرورد) بنفش رنگ که می‌توانند انرژی حاصل از نور را ذخیره کنند، هنگام که با جریان الکتریکی تغذیه شوند، می‌توانند نزدیک به 100 درصد کربن را از هر نوع فاضلاب آلی بازیابی کنند، در‌حالی که گاز هیدروژن تولید می کنند که به‌عنوان سوخت مورد استفاده قرار می گیرد.

 

تصفیه فاضلاب

 

ترکیبات آلی فاضلاب‌های خانگی و فاضلاب‌های صنعتی منبع انرژی، پلاستیک های زیستی و حتی پروتئین برای خوراک حیوانات هستند – اما بدون یک روش استخراج کارآمد در فرایند تصفیه فاضلاب، آن‌ها را به‌عنوان آلاینده دور می ریزند. امروزه محققان راه‌حل های سازگار با محیط‌ زیست و مقرون‌ به‌ صرفه در این مورد یافته‌اند.

مقاله ای که در مرکز تحقیقات انرژی Frontiers منتشر شده است، اولین مقاله‌ای است که نشان می‌دهد باکتری‌های فتوتراپی بنفش رنگ – که می‌توانند انرژی حاصل از نور را ذخیره کنند – وقتی‌که با جریان الکتریکی تغذیه می‌شوند، می‌توانند نزدیک به 100 درصد کربن را از هر نوع فاضلاب مواد آلی بازیابی کنند، درعین‌حال گاز هیدروژن برای استفاده به‌عنوان سوخت تولید کنند.

 

تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب

 

 روش جدید تصفیه فاضلاب

هنگامی‌که در مورد فتوسنتز بحث می‌کنیم، رنگ سبز اهمیت می‌یابد؛ اما کلروفیل در برگها و درختان در فصل پاییز نیز وجود دارد، که در قسمت تحتانی برگ‌های با رنگ‌های زرد، نارنجی و قرمز وجود دارد. درواقع، رنگ‌دانه‌های فتوسنتز در همه انواع رنگ‌ها – و همه انواع موجودات زنده دیده می شود.

باکتری‌های فتوتروپیک بنفش رنگ را در نظر بگیرید. آن‌ها از نور خورشید با استفاده از انواع رنگ‌دانه‌های نارنجی، قرمز یا قهوه­ای همچنین بنفش انرژی تولید می کنند؛ اما این تنوع متابولیسم آن‌ها است، نه رنگشان که آن‌ها را برای دانشمندان بسیار جذاب کرده است.

پویول توضیح می دهد: “باکتری‌های فتوتراپی بنفش رنگ، به واسطه متابولیسم بسیار متنوع خود، ابزار ایده آلی برای بازیابی منابع از زباله های آلی هستند.”

باکتری‌ها می‌توانند از مولکول‌های آلی و گاز نیتروژن- به‌جای CO2 و H2O – استفاده کنند تا برای فرآیند فتوسنتز، کربن و الکترون و نیتروژن تولید کنند. این بدان معنی است که آن‌ها سریع‌تر از باکتری‌های فتوتروپی و جلبک‌های جایگزین رشد می‌کنند و می‌توانند گاز هیدروژن، پروتئین یا یک نوع پلی‌استر زیست‌ تخریب‌پذیر به‌ عنوان محصولات متابولیسم تولید کنند.

نوع محصول غالب متابولیک به شرایط محیطی باکتری- مانند شدت نور، درجه حرارت، نوع مواد آلی و نوترینت موجود- بستگی دارند.

پروفسور Abraham Esteve-Núñez از دانشگاه Alcalá اسپانیا اعلام کرده است که: “گروه ما این شرایط را تعیین می‌کند و فرایند متابولیسم باکتری‌های بنفش، بسته به منبع زباله‌های آلی و شرایط بازار برای کاربردهای مختلف را تغییر می دهد؛ اما آنچه در مورد روش ما منحصر به‌ فرد است، استفاده از جریان الکتریکی خارجی برای بهینه‌سازی خروجی باکتری‌های بنفش است.”

این مفهوم که به‌عنوان “سیستم بیو الکتروشیمیایی ” شناخته می‌شود، به این دلیل کارآمد است که مسیرهای مختلف متابولیک در باکتری‌های بنفش در یک چیز نقطه اشتراک دارند و آن  الکترون است. برای مثال، به منظور دریافت انرژی نور، یک منبع الکترون نیاز است، درحالی‌که در تبدیل نیتروژن به آمونیاک، الکترون‌های اضافی آزاد می شود که باید از بین بروند. با بهینه‌سازی جریان الکترون در باکتری ها، یک جریان الکتریکی – که از طریق الکترودهای مثبت و منفی فراهم می‌شود، مانند یک باتری – می‌تواند این فرآیندها را به صورتی مدیریت کند که نرخ سنتز به حداکثر مقدار ممکن برسد.

 

تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب

 

این گروه، در آخرین تحقیقات خود شرایط مطلوبی برای به حداکثر رساندن تولید هیدروژن با مخلوطی از گونه‌های باکتری فتوتروپی بنفش را تجزیه‌ و تحلیل کرد. گروه همچنین تأثیر یک جریان منفی – یعنی الکترون‌هایی که توسط الکترودهای فلزی در محیط رشد تأمین می‌شوند – بر رفتار متابولیکی باکتری‌ها را آزمایش کردند.

 

تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب

اولین یافته کلیدی گروه این بود که ترکیب مواد نوترینت که بالاترین میزان هیدروژن را تولید می‌کند، تولید CO2 نیز را کاهش می‌دهد.

پروفسور Esteve-Núñez گزارش داده است :” نشان داده می شود که باکتری‌های بنفش می‌توانند برای بازیابی و تهیه سوخت‌های آلی با ارزش از مواد معدنی موجود در فاضلاب – اسید مالیک و گلوتامات سدیم- و مقدار بسیار کمی کربن استفاده کنند.”

چیزی که در استفاده از الکترودها بیشتر قابل‌توجه بود این است که برای اولین بار مشخص شد باکتری‌های بنفش رنگ قادر به استفاده از الکترون از یک الکترود منفی یا “کاتد ” برای گرفتن  CO2 از طریق فتوسنتز هستند.

پروفسور Esteve-Núñez خاطرنشان کرد:” نتایج ثبت شده حاصل از سیستم بیو الکتروشیمیایی، یک برهم کنش واضح بین باکتری‌های بنفش رنگ و الکترودها را نشان داده اند: پلاریزاسیون منفی الکترود موجب مصرف مقدار مشخصی از الکترون‌ها شد که با کاهش تولید دی‌اکسید کربن همراه بود. این نتایج نشان می‌دهد که باکتری‌های بنفش رنگ از الکترودهای کاتدی برای جذب بیشتر کربن از ترکیبات آلی و از طریق فتوسنتز استفاده می‌کنند و بنابراین مقدار کمتری CO2 آزاد می‌کنند”.

بر اساس گفته این محققان، این اولین گزارش استفاده از کشت‌های مخلوط باکتری‌های بنفش رنگ در یک سیستم بیو الکتروشیمیایی و اولین نمایش از متابولیسم تغییر فتوتراپی به دلیل تعامل با کاتد بود.
جذب بیش ‌از حد  CO2  تولیدشده توسط باکتری‌های بنفش رنگ نه ‌تنها  برای کاهش انتشار کربن، بلکه برای پالایش زیست گاز از زباله های آلی و به‌عنوان سوخت می تواند مفید باشد. با این حال، پویول اذعان می‌کند که هدف واقعی این گروه در آینده مشخص می‌شود.

یکی از اهداف اصلی این مطالعه افزایش تولید زیست هیدروژن توسط اهدا الکترون‌ها از کاتد به متابولیسم باکتری‌های بنفش رنگ است. با این حال، به نظر می‌رسد که باکتری بنفش رنگ ترجیح می‌دهد از این الکترون‌ها بجای تولید H2 برای تثبیت  CO2  استفاده کند.

“ما اخیراً با تحقیقات بیشتر به دنبال دستیابی به اهداف بزرگتر هستیم و سال‌های بعد بازهم روی این مسئله کار خواهیم کرد و روی تنظیم متابولیسم تمرکز خواهیم کرد. ”

این پیشرفت ادامه دارد. امید است دانشمندان این مسئله را دنبال کنند؛ زیرا در این زمینه پتانسیل بسیار زیادی وجود دارد و مسائل برای بحث و بررسی فراوان است. این کار ارزشمند  و دارای نتایج بزرگی است.

منبع:

 

https://newenergyandfuel.com

یک دیدگاه