NTU 的太陽能工藝將污水污泥轉(zhuǎn)化為清潔能源和動物飼料，減少廢物和碳排放，同時提高資源回收率

新加坡南洋理工大學(xué) （NTU Singapore）的科學(xué)家們開發(fā)了一種開創(chuàng)性的太陽能工藝，將污水污泥（廢水處理的副產(chǎn)品）轉(zhuǎn)化為用于清潔能源的綠色氫氣和用于動物飼料的單細胞蛋白。

這種創(chuàng)新的污泥轉(zhuǎn)化為食物和燃料的方法發(fā)表在《自然水》雜志上，它解決了兩個關(guān)鍵的全球挑戰(zhàn)：廢物管理和可持續(xù)資源生產(chǎn)。這與 NTU 對解決氣候變化和環(huán)境可持續(xù)性等重大問題的承諾相一致。

根據(jù)聯(lián)合國的數(shù)據(jù)，到 2050 年，全球城市人口預(yù)計將增長 25 億人。這種快速的城市化，加上工業(yè)擴張，將導(dǎo)致污水污泥產(chǎn)量的顯著增加。由于其成分復(fù)雜，包括重金屬、病原體和其他污染物，因此管理這些廢物尤其具有挑戰(zhàn)性。

根據(jù)聯(lián)合國人居署的數(shù)據(jù)，全球每年產(chǎn)生超過1億噸污水污泥，而且這個數(shù)字每年都在增加。然而，常見的處置方法（如焚燒或填埋）耗時、能源效率低下，并且會導(dǎo)致環(huán)境污染。

為了解決不需要和難以處理的污水污泥問題，南洋理工大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一個集成了機械、化學(xué)和生物技術(shù)的三步太陽能工藝。

新加坡南洋理工大學(xué)的研究人員

概念驗證測試表明，NTU 團隊的工藝比厭氧消化等傳統(tǒng)技術(shù)更有效，厭氧消化通過厭氧消化，細菌分解有機廢物以產(chǎn)生沼氣和營養(yǎng)豐富的殘留物。它回收的資源明顯更多，完全去除重金屬污染物，對環(huán)境的影響更小，并提供更好的經(jīng)濟可行性。

來自南洋理工大學(xué)機械與航空航天工程學(xué)院 （MAE） 和能源研究所 的首席研究員李洪副教授說：“這一方法將廢物轉(zhuǎn)化為有價值的資源，減少對環(huán)境的破壞，同時創(chuàng)造可再生能源和可持續(xù)食品。這是循環(huán)經(jīng)濟的典范，并為更綠色的未來做出了貢獻。”

學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院 （CEE） 和南洋環(huán)境與水研究所 （NEWRI） 的聯(lián)合首席研究員周 Yan 教授說：“太陽能工藝展示了我們?nèi)绾瓮瑫r應(yīng)對多種挑戰(zhàn)，將困難的廢物轉(zhuǎn)化為清潔能源和營養(yǎng)蛋白質(zhì)。通過整合機械、化學(xué)和生物方法，我們的方法成功地解決了污染和資源稀缺問題，為廢水管理提供了一種新的可持續(xù)策略。

南洋理工大學(xué)的三步流程

該過程從機械分解污水污泥開始。化學(xué)處理將有害的重金屬與有機物質(zhì)（包括蛋白質(zhì)和碳水化合物）分離出來。

接下來，太陽能電化學(xué)工藝使用專用電極將有機材料轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品，例如乙酸（食品和制藥行業(yè)的關(guān)鍵成分）和氫氣（一種清潔能源）。

最后，將光活化細菌引入加工后的液體流中。這些細菌將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為適合動物飼料的單細胞蛋白質(zhì)。

環(huán)保、經(jīng)濟高效且可擴展

實驗室測試表明，新方法可以回收污水污泥中 91.4% 的有機碳，并將 63% 的有機碳轉(zhuǎn)化為單細胞蛋白質(zhì)，而不會產(chǎn)生有害的副產(chǎn)品。相比之下，傳統(tǒng)的厭氧消化通常可以回收和轉(zhuǎn)化污水污泥中約 50% 的有機物質(zhì)。

太陽能工藝的能源效率為 10%，利用陽光每小時產(chǎn)生高達 13 升的氫氣，這比傳統(tǒng)的制氫方法的能源效率高出約 10%。

與傳統(tǒng)方法相比，NTU 流程減少了 99.5% 的碳排放量和 99.3% 的能源使用。它還消除了污泥中的有害重金屬，否則這些重金屬會在沒有適當(dāng)處理的情況下被丟棄，使該工藝成為一種環(huán)保的選擇。

研究團隊希望將提出的方法能展示可持續(xù)管理廢物的可行性，并改變?nèi)藗儗ξ鬯勰嗟目捶ā獜膹U物到支持清潔能源和可持續(xù)食品生產(chǎn)的寶貴資源。

NTU 研究團隊補充說，雖然新開發(fā)的工藝前景廣闊，但需要更多的研究來確定它是否可以擴大規(guī)模。一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是使用電化學(xué)工藝完全分解有機材料并從廢物中提取所有重金屬的成本。此外，為廢水處理設(shè)施設(shè)計復(fù)雜的系統(tǒng)是挑戰(zhàn)之一。