Бактерии очистят воду: минус соль, плюс электричество

Подробности

Родительская категория: Новости

Использование бактерий для очистки сточных вод – идея не новая. Но теперь ученые пытаются «научить» их не только очищать воду, но и опреснять ее.

Чистая вода для питья, а также хозяйственных и индустриальных нужд в некоторых частях света стала дефицитным ресурсом, а ее доступность в будущем находится под вопросом. Большинство технологий опреснения воды используют либо процесс обратного осмоса – вода под большим давлением пропускается сквозь мембраны, пропускающие воду, но не соль; либо процесс электродиализа, использующий электричество, чтобы «извлечь» ионы из воды. Для обоих методов требуется большое количество электричества.

«Опреснение воды может идти и без использования электроэнергии или высокого давления, а в качестве топлива будет использоваться органический материал», – сообщают исследователи в недавнем отчете, созданном в результате исследования в области наук об окружающей среде и технологии.

«Используя для опреснения воды микробные топливные элементы, мы можем опреснять воду и производить электричество, одновременно извлекая органику из сточных вод», – сообщил Брюс Логан, профессор природообустройства из института штата Пенн.

Команда исследователей модифицировала микробные топливные элементы – устройства, в которых бактерии очищают сточные воды, одновременно вырабатывая электричество, таким образом, что теперь в них может использоваться соленая вода.

«Нашей основной целью было показать, что использование бактерий может быть достаточно эффективным в плане выработки электрического тока, – сказал Логан. – Однако пока требуется 200 миллилитров искусственных сточных вод (на самом деле, это просто раствор уксусной кислоты) для опреснения 3 миллилитров соленой воды. Пока система не готова к применению, она нуждается в оптимизации, но уже сейчас очевидно, что идея работает».

Типичный микробный топливный элемент состоит из двух отделений. Одно заполнено сточными водами или другими питательными веществами, другое – чистой водой, причем в каждой из секций находится по электроду. Бактерии, находящиеся в сточных водах, потребляют органические вещества и вырабатывают электричество.

Ученые из университета Цинхуа, Пекин, внесли изменения в традиционную конструкцию, добавив третье отделение между двумя существующими. Кроме того, были добавлены мембраны, пропускающие определенный вид ионов – либо только положительные, либо только отрицательные, но не оба сразу; они расположились между центральной секцией и электродами. Соленая вода, предназначенная для опреснения, помещается именно в эту центральную секцию.

Морская вода содержит около 35 грамм соли на литр, а слабоминерализированная вода – около 5 грамм. Соль не просто растворяется в воде, она диссоциирует на положительные и отрицательные ионы. Когда бактерия, находящаяся в ячейке, потребляет загрязненную воду, она выпускает заряженную частицу – протон – в воду. Эти протоны не могут миновать анионную мембрану, поэтому отрицательно заряженные ионы перемещаются из центральной камеры в отсек со сточной водой. В то же время положительно заряженные ионы перемещаются к другому электроду, при этом вода в среднем отсеке становится опресненной.

«Когда мы попытались использовать микробные топливные элементы, чтобы генерировать электричество, электропроводимость сточных вод оставляла желать лучшего. Если бы мы могли добавить немного соли, дело бы пошло лучше. Но если соленая вода уже имеется в избытке – почему бы не использовать именно ее, одновременно получая опресненную воду и очищая загрязненную воду».