专家:向啤酒废水里“撒尿拉屎”,不仅能发电,还可以治污!
发布时间:2023-10-26 17:12:11 来源:环保水圈 作者:本站编辑 浏览次数:

青岛啤酒火了,以一种意想不到的方式火了。近日,一段“疑似青岛啤酒三厂有人在原料仓小便”的视频在全网疯转,引发广泛关注。

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网传视频截图

网友们直呼:“太臆怪人!以前啤酒下肚是酣畅淋漓的感觉,现在只剩大叔酣畅淋漓的背影。”

尽管青岛啤酒已多次道歉,并有内部知情人称“不是原料仓库,也不是青啤员工”,但网友们依然不买账,品牌口碑一落千丈

事实上,啤酒与尿(人体排泄物)并非首次“联袂”,二者在环保领域的合作向来“亲密无间”——

◎ 在新加坡,水务局推出了一种新型啤酒,其主要原材料为尿液(利用从尿液、污水中回收的水源净化酿造啤酒)。

◎ 在瑞士,啤酒厂将尿液粪便中的大肠杆菌用以废水发电和处理(通过提取尿液、粪便中的大肠杆菌进行改造,增强其EET能力)。


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“啤酒”+“尿”,法力无边

处理有机废物的同时还能发电


早在1911年,英国真菌学家迈克尔·克雷塞·波特(Michael Cressé Potter)就发现,啤酒酵母可以发电。但遗憾的是,绝大多数的微生物只能在特定化学物质存在的情况下才能发电,并且效率极低,无法实际应用。

直到最近,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的一组研究人员找到了利用微生物燃料电池的“关键钥匙”——大肠杆菌

众所周知,大肠杆菌生活在人和动物肠道内,随尿液粪便(约占1/3)等排泄物散布在周围环境中。与其它微生物不同的是,研究人员发现大肠杆菌可以在各种各样的来源上生长,能够在包括(啤酒)废水在内的各种环境中发电。

为了增强大肠杆菌的发电能力,研究人员还对大肠杆菌进行了改造(在大肠杆菌内创建了完整的EET途径),使其与传统方法相比,电流产生量增加了3倍。

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该研究发表在《Joule》杂志上

不过更令人惊喜的是,大肠杆菌除了用于废水发电,其在大规模废物处理方面也发挥着巨大潜力——经过改造的大肠杆菌更适合处理工业废水。

研究小组在瑞士一家啤酒厂收集的废水样本上测试了他们的大肠杆菌系统,经过改造的大肠杆菌能够以这些废物为食,并以指数方式繁殖,在50个小时内吞噬了这些废水,而作为比较物的希瓦氏菌则无法消化混合的废水。

对此,来自EPFL的化学工程专家阿登梅斯·贝格哈森表示:“我们在处理有机废物的同时还能生产电力,绝对是一举两得。”

需要特别说明的是,把“啤酒废水+大肠杆菌”作为资源化途径及治污技术,目前尚处在试验阶段,研究人员还需要进一步测试他们改造的大肠杆菌是否能够处理工业批量。

下面,环保水圈将围绕“啤酒废水”,进一步谈谈其丰富多彩的资源化途径。其中,啤酒废水作为外加碳源,已具备较强的可行性和一定的实操积累↓↓↓


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“啤酒”+“污水”,实现“碳源自由”
与传统外加碳源效果相当,且成本很低

众所周知,市政污水多采用活性污泥法进行处理,主要工艺形式有AAO、SBR等。这些工艺处理效果是较好,但由于市政污水的C/N低,常出现碳源不足的问题。

传统解决方法为投加乙酸、甲醇或者葡萄糖作为外加碳源,保证系统高效的脱氮除磷效果。但这无疑由增加了污水处理厂的运营成本。

以啤酒废水作为外加碳源,既处理了废水,由省去了污水处理厂购置碳源的成本。啤酒废水CODcr—般为1000mg/L~2500mg/L,BOD5为700mg/L~1500mg/L,pH值为6.0~8.0,不含有毒有害成分,具有良好的可生化性能等特点,并且由于其具有较高的含碳量,使得利用啤酒废水作为污水处理的补充碳源具有了一定的可行性。

◎ 有研究者通过向低C/N城市生活污水中投加啤酒废水,提高可利用碳源的数量,该方法可显著提高AAO系统的脱氮除磷效率,且利用率高、无副产物产生。

研究结果显示,啤酒废水较佳投量(以COD计)为70mg/L,此时COD、总氮、氨氮和磷的去除率均较高,依次为94.95%、82.39%、98.25%、72.25%。

值得一提的是,若啤酒废水投加量过大,将不利于系统的正常运行。因此,在实际运行中,需合理地控制啤酒废水的投加量,以满足不同的脱氮除磷要求。

◎ 也有研究者以啤酒废水、甲醇和乙酸钠作为外加碳源,分别比较了其在SBR法处理污水的过程中的硝化和反硝化特性。结果表明,碳源量越充足,反硝化效果越好。3种外加碳源中,反硝化速率从高到低依次为乙酸钠、啤酒废水、甲醇。 

◎ 还有研究者以生活污水为研究对象,探究了啤酒废水、葡萄糖和甲醇3种外加碳源对SBR法处理效果的影响。研究结果表明,在投加0.125g葡萄糖时,TN的去除率最高为65%,其次是0.1mL 的甲醇,TN去除率为56%,啤酒废水效果较差,TN去除率仅为54.8%。但TP的去除率从高到低依次为啤酒废水、甲醇和葡萄糖。

不难看出,啤酒废水作为外加碳源与传统外加碳源效果相当,且啤酒废水成本很低,完全可以替代传统的外加碳源。


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产气发电、培养微生物、生产降解生物塑料
啤酒废水更多资源化途径↓↓↓

从上文可以看出,啤酒废水作为外加碳源已具有可行性和可操作性,但啤酒废水的产量远大于污水处理厂所需要的外加碳源量,仍然有大量的啤酒废水得不到利用。

因此,啤酒废水的资源化途径仍需要进一步丰富和拓展。通过与大量同行交流,水圈还了解到啤酒废水资源化的方法还有这些——

◎ 利用啤酒废水发酵产氢和甲烷

根据厌氧发酵的三阶段理论可知,第二阶段和第三阶段分别为产氢产乙酸段和产甲烷段,因此控制反应条件使厌氧发酵维持在特定阶段,就可以获得大量的氢气或者甲烷,氢气和甲烷可以用来燃烧发电,实现热电联产。

目前,已有污水处理厂采用这种方式实现能源的自给自足并且有能量富余。但要注意的是,厌氧发酵产甲烷或氢气需要严格控制pH和温度,后续气体的收集和储存对相关设备的要求也较为严格。

◎ 利用啤酒废水培养光合细菌

在污水处理中,光合细菌可以利用废水中的有机物、氮和磷进行生长与繁殖。其含有大量具有高附加值的产品,如单细胞蛋白、类胡萝卜素、辅酶Q等,这些产品都可以被应用于农业、化妆品行业以及医疗行业中。

需要说明的是,利用光合细菌对啤酒废水处理的同时进行光合细菌的培养繁殖,成功实现了啤酒废水的资源化利用。

但光合细菌处理啤酒废水的水力停留时间长,即实际应用时构筑物占地面积较大,基建费用高。同时,光合细菌处理啤酒废水对环境条件的要求较为严格,工艺操作较为烦琐。

◎ 利用啤酒废水培养微藻 

目前使用啤酒废水培养的微藻种类主要有螺旋藻和小球藻。微藻对环境的适应能力强,繁殖速度快,同时其具有较高的含油率,藻类油脂可以用来加工成生物柴油。 

值得注意的是,虽然微藻处理系统能够在净化啤酒废水的同时实现资源的回收利用,但是废水处理效率较低。

◎ 利用啤酒废水生产可降解生物塑料

聚羟基脂肪酸酯是由微生物在外界营养条件不均衡时作为细胞内储能物质而产生的一种聚酯,其物理化学性质和传统的石化塑料相似,被称为可降解生物塑料。

研究表明,与石化塑料相比,每生产1kg聚羟基脂肪酸酯,平均可减少2kg二氧化碳排放量并节约30MJ石化资源。

传统聚羟基脂肪酸酯生产采用纯菌和单一底物进行发酵,成本高昂,因此采用混合菌,以废水为底物发酵生产聚羟基脂肪酸酯。啤酒废水COD含量高,可生化性良好,是生产聚羟基脂肪酸酯的良好底物。

来源:cnBeta、网络等。


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