Mikroba penghasil elektron memberi daya pada pengolahan air limbah yang berkelanjutan
Engine

Mikroba penghasil elektron memberi daya pada pengolahan air limbah yang berkelanjutan


Sistem pengolahan air limbah bioelektrokimia yang dapat dialihkan diuji pada skala percontohan di fasilitas pengolahan air limbah di Moskow, Idaho. Kredit: Universitas Negeri Washington

Peneliti WSU telah mengembangkan sistem pengolahan air limbah berkelanjutan yang mengandalkan komunitas mikroba penghasil elektron untuk membersihkan air.

Pekerjaan ini suatu hari nanti dapat mengurangi ketergantungan pada proses intensif energi yang digunakan untuk memindahkan dan mengolah air limbah, yang menyumbang sebanyak dua persen dari total konsumsi energi listrik di Amerika Serikat.

Dipimpin oleh Abdelrhman Mohamed, rekan penelitian pascadoktoral, dan Haluk Beyenal, Profesor Terhormat Paul Hohenschuh di Sekolah Teknik Kimia dan Bioteknologi Gene dan Linda Voiland, para peneliti melaporkan pekerjaan mereka di jurnal, Bioelektrokimia.

Dalam pengolahan air limbah, aerasi merupakan prosedur intensif energi dan diperlukan untuk menghilangkan kontaminan. Pompa bekerja terus menerus untuk mencampur udara ke dalam air, menambahkan oksigen yang kemudian digunakan bakteri untuk mengoksidasi bahan organik dan kontaminan. Dalam pekerjaan mereka, para peneliti menggunakan sistem sel bahan bakar mikroba unik yang mereka kembangkan sebagai pengganti aerasi eksternal.

“Jika kita memotong penggunaan energi bahkan dengan persentase kecil di AS, itu adalah miliaran dolar untuk biaya tahunan,” kata Mohamed. “Biaya energi adalah satu bagian tetapi itu juga berarti mengurangi emisi lingkungan juga.”

Sel bahan bakar mikroba bekerja dengan membuat mikroba mengubah energi kimia menjadi listrik dengan cara yang mirip dengan baterai. Mereka tidak menghasilkan banyak listrik, jadi mereka telah digunakan dalam aplikasi berdaya rendah terutama di daerah terpencil di mana baterai tidak memungkinkan.

Dalam kasus pengolahan air limbah, sel bahan bakar mikroba dapat mengisi peran yang dimainkan oleh aerasi dan oksigen — menerima elektron yang dihasilkan oleh bakteri sebagai produk dari kerja metabolisme mereka.

Selain untuk menggantikan oksigen, sistem ini juga dapat menghasilkan listrik dalam jumlah kecil, yang dapat digunakan untuk melakukan aerasi tambahan.

“Kami mencoba memikirkannya dalam dua langkah,” kata Mohamed. “Kami menurunkan biaya energi karena Anda tidak perlu menganginkan dan menambahkan oksigen, tetapi bagian kedua adalah kami menghasilkan sedikit daya yang dapat kami gunakan untuk beberapa aplikasi berguna di pabrik pengolahan air limbah itu sendiri.”

“Ini seperti kita mencelupkan ganda,” tambah Beyenal. “Kami menggunakan elektroda dan kemudian akseptor elektron untuk mendorong pertumbuhan mikroba. Di sisi lain, kami memperoleh sedikit listrik untuk pompa dan untuk menganginkan. Dengan pendekatan ini, sistem ini lebih kuat dan dapat mengolah air limbah lebih cepat.”

Sel bahan bakar telah digunakan secara eksperimental dalam sistem pengolahan air limbah dalam kondisi ideal, tetapi dalam dunia nyata dan berbagai kondisi, sel tersebut sering gagal.

“Sel bahan bakar mikroba kekurangan regulasi internal yang mengendalikan potensi anoda dan katoda, dan juga potensi sel,” kata Mohamed. “Ini dapat menyebabkan kegagalan sistem.”

Dalam sistem yang dikembangkan tim WSU, para peneliti menambahkan elektroda ekstra yang memungkinkan kontrol tambahan ke sistem sel bahan bakar mereka. Sistem dapat dialihkan. Ia dapat bekerja dengan sendirinya sebagai sel bahan bakar mikroba, tidak menggunakan energi saat perlahan membersihkan limbah, atau dapat dialihkan ke yang menggunakan jumlah energi yang lebih kecil daripada aerasi dan yang membersihkan lebih intensif. Mohamed menemukan perangkat elektronik portabel murah yang mengontrol elektroda.

Para peneliti dapat mengoperasikan sistem mereka selama satu tahun di laboratorium tanpa kegagalan serta pada skala percontohan di fasilitas pengolahan air limbah uji di Moskow, Idaho. Fasilitas pengolahan skala percontohan dimiliki dan dioperasikan oleh Profesor Teknik Lingkungan Universitas Idaho, Erik R. Coats, yang merupakan kolaborator dalam proyek tersebut. Sistem membuang limbah dengan kecepatan yang sebanding dengan aerasi.

Sistem tersebut berpotensi dapat digunakan sepenuhnya secara terpisah dari jaringan listrik, dan para peneliti berharap suatu saat dapat digunakan untuk fasilitas pengolahan air limbah skala kecil, seperti untuk pembersihan di sekitar operasi ternak atau di daerah yang sangat pedesaan.

“Seiring waktu, kami telah membuat banyak kemajuan,” kata Mohamed, yang pertama kali tertarik pada sel bahan bakar mikroba saat menjadi sarjana di WSU. “Masih ada tantangan yang perlu kami atasi untuk melihat ini sebagai aplikasi nyata, tetapi sangat menarik melihat lapangan bergerak secara signifikan selama periode waktu tertentu.”

“Ini adalah sistem yang sulit untuk dibangun,” tambah Beyenal. “Saya pikir semuanya sangat mudah ketika saya menulis proposal, tetapi ini membutuhkan banyak waktu dan banyak penemuan baru. Tidak ada yang seperti ini di pasar.”


Peneliti mengembangkan pembersihan sampah unik untuk daerah pedesaan


Informasi lebih lanjut:
Abdelrhman Mohamed dkk, sistem pengolahan air limbah bioelektrokimia sel bahan bakar potensiostatik / mikroba skala besar, Bioelektrokimia (2020). DOI: 10.1016 / j.bioelechem.2020.107724

Disediakan oleh Washington State University

Kutipan: Mikroba penghasil elektron memberi daya pada pengolahan air limbah berkelanjutan (2020, 17 Desember) diambil pada 17 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-electron-producing-microbes-power-sustainable-wastewater.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Lagu togel