Ett av de största hoten mot miljön idag är avloppsvatten från produktionsaktiviteter. Jordbruksmetoder, som grisuppfödning, producera en stor mängd avloppsvatten som innehåller organiska föroreningar, illaluktande gaser, och andra ämnen som skadar vattenförsörjningen. Vanliga metoder för behandling och återvinning av sådant avloppsvatten inkluderar luftning, applicera det som gödningsmedel på andra jordbruksområden eller begränsa det till specialiserade dammar och våtmarker för att genomgå naturliga reningsprocesser.

Dock, i områden som Okinawa, Japan, med begränsade markresurser och många grisodlingar, mängden avloppsvatten som produceras uppväger den mark som finns tillgänglig för behandling och återvinning. Som sådan, det finns ett stort behov av att hitta bättre, snabbare, och billigare metoder för avloppsvattenrening, som är en del av det som föddes Biologiska systemenheten vid Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST). Med hjälp av en lovande teknik för avloppsvattenrening, kallas en mikrobiell bränslecell (MFC), Enheten syftar till att hjälpa ön - och genom ombud, andra platser med liknande avloppsvattenfrågor - minska avloppsbördan.

En MFC är, på sätt och vis, en anaerob behållare med koncentrerade bakterier som livnär sig på biologiskt nedbrytbart material och bakterier som finns i avloppsvatten. Det fungerar via bio-elektrokemi, vilket betyder att energin som används för att driva cellen genereras från elektronöverföring från? bakterierna till elektroder i enheten - ingen extern energikälla behövs. När avloppsvatten passerar genom en MFC, "matande" bakterierna smälter de organiska föreningarna i avloppsvattnet och renare vatten kommer ut på andra sidan. Dessutom, smältningsprocessen driver ut energi som omvandlas till användbar el. Slutresultatet är en enhet som rengör avloppsvatten och genererar elektricitet samtidigt.

"[Cellerna har] lågt underhåll, låg kostnad, och har inte många rörliga delar, "förklarar David Simpson, en tekniker vid OIST Biological Systems Unit. Detta är viktigt för dem som inte har tid eller resurser att underhålla dyr behandlingsutrustning - en beskrivning som passar räkningen för fördrivna arbetare som grisodlare.

"Helst vad vi arbetar för är att sätta bränslecellen [där du behöver den] och glömma den, "förklarar professor Igor Goryanin, som leder enheten på OIST. "Det kommer att övervaka och behandla avloppsvattnet av sig självt."

OIST -forskarna har redan utvecklat MFC:er med förmågan att fungera under långa perioder utan att bryta ner eller "skaka". Nu, i ett papper publicerat i Scientifica , de har också identifierat ett sätt att stärka enheternas prestanda. Innan du kör en MFC, det måste först odlas, eller ympat, med de "smältande" bakterierna. Att göra detta, en skottar slam som innehåller bakterier in i en del av MFC som kallas anoden. Här, de önskade bakterierna förökas för senare användning vid avloppsrening.

I deras studie, OIST -forskarna antog att en MFC kommer att bli bättre på att behandla avloppsvatten om anoden är beredd med slam som har varit i kontakt med just det avfallsflödet. De testade denna hypotes på en lokal grisodling som förvaltas av Okinawa Animal Husbandry Research Center i Nakijin, en by i norra delen av ön. De använde slam som samlats upp från en tank för mottagning av svinvatten på denna gård, samt slam som samlats upp från en avloppsreaktor på ett lokalt bryggeri. Vid jämförelse av produktiviteten för de två typerna av MFC:er, de fann att svineslammet MFC behandlade grisbruksavloppsvattnet mycket bättre än det från det lokala bryggeriet. Markörerna som forskarna använde för att bedöma detta var avlägsnande av kemiskt syrebehov och flyktiga fettsyror - föroreningar av vattenförsörjningen - samt elproduktion.

Förutom grisgården, enheten har MFC -enheter placerade på andra platser i Okinawa och runt om i världen - inklusive ett Awamori -destilleri i Okinawa, ett whiskydestilleri i Skottland, och en vingård i Kalifornien, Förenta staterna. I Kalifornien använder de det renade avloppsvattnet för bevattning. MFC:erna på Awamori -destilleriet har funnits i cirka 5 år. Simpson förklarar att just nu, dessa MFC på Awamori -platsen rengör vattnet till en nivå som möjliggör säker utsläpp i avlopp.

"[Vi kan] ta bort organiska ämnen i hög grad, med cirka 90 procents effektivitet, "Simpson förklarar." Men behandling av det frigör ammoniak och fosfater. "Det här är kemikalier som kan orsaka syreförlust i vatten samt skadliga algblomningar." Så vi försöker stänga öglan. "De arbetar för att skörda näringsämnen - fosfat, ammoniak - i laboratorieskala.

Enheten arbetar för närvarande med kollaboratörer i Okinawa Prefectural Livestock and Grassland Research Center och Okinawa Environment Science Center, med finansiering från Okinawa Prefecture Government, att utveckla en lösning för att fånga upp och ta bort näringsämnen, kan leda till värdefulla och hållbara biprodukter för gödselmedel.

"Tanken med avloppsrening är att så småningom hjälpa de länder utan tillgång till rent dricksvatten, "Professor Goryanin förklarar, "kanske genom att rengöra vatten som ska användas i dricksbrunnar."

Tills vidare, OIST -forskarna kommer att fortsätta testa, springa, och optimera sina MFC med hopp om att de en dag kan lindra jordens avloppsvatten.