De flesta tänker så lite som möjligt på avloppsvattnet som produceras dagligen från deras duschar, badkar, sänkor, diskmaskiner och toaletter. Men med rätt teknik, det kan bli en värdefull resurs.

I genomsnitt, varje amerikan använder cirka 60 liter vatten per dag för ändamål som inkluderar spolning av toaletter, duscha och tvätta. Denna siffra kan lätt fördubblas om den används utomhus, som att vattna gräsmattor och fylla pooler, ingår också.

Det mesta av det använda vattnet kommer så småningom att bli avloppsvatten som måste renas innan det kan släppas ut i naturen. Och den behandlingen går åt mycket energi. Enligt U.S. Environmental Protection Agency, vatten- och avloppsanläggningar står för mer än en tredjedel av den kommunala energibudgeten.

Min forskning fokuserar på att återvinna resurser från avloppsvatten. Denna process är svår eftersom avloppsvatten innehåller många olika typer av föroreningar. Men forskare inom våra områden undersöker många kreativa sätt att göra värdefulla produkter av dem.

Energi från organiska material

Inbitna avloppsingenjörer förstår värdet av avloppsvatten, som de ser som en tillgång snarare än ett slöseri. Det är därför några av dem kallar det "använt vatten" istället, och hänvisar till det de flesta kallar reningsverk för vattenresurser som återvinningsanläggningar för vattenresurser.

Faktiskt, avloppsvatten kan innehålla mer än tre gånger den mängd energi som behövs för att behandla det. En enkel och mogen teknik för att återvinna en del av denna energi är anaerob matsmältning, en naturlig process där mikroorganismer lever av fett och andra organiska material i avloppsvatten och producerar biogas, precis som jäst kan äta upp korn och spotta ut öl. Biogas innehåller ungefär 50 procent metan, som kan användas som ett förnybart bränsle för pannor, ugnar och värmesystem eller att vända turbiner och generera elektricitet.

Mer avancerade tekniker, såsom hydrotermiska processer, ta avloppsslam – de fasta ämnen som tas bort från avloppsvattnet under rening – och omvandla det till biobaserade bränslen som kan användas för att ersätta bensin och diesel. Denna process är för närvarande på demonstrationsstadiet.

Förutom avloppsslam, många forskare - inklusive jag - är mycket intresserade av mikroalger. Mikroalger är lovande råvaror för biobränslen, och några av dem kan växa i avloppsvatten. Jag och mina kollegor har designat hydrotermiska system för att förvandla avloppsvattenodlade mikroalger till biobränslen. De testas fortfarande i labbet, men vi hoppas kunna skala upp dem inom en snar framtid.

Bryt näringsämnen från avloppsvatten

Avloppsvatten innehåller även näringsämnen som kväve och fosfor, som är väsentliga element som växter behöver för att växa. I nuvarande processer för avloppsvattenrening, vi använder energi för att omvandla ammoniak i avloppsvattnet, som mest kommer från urin, till kvävgas. Dock, industrier använder sedan stora mängder naturgas för att omvandla kvävgas tillbaka till ammoniak, främst för att producera gödselmedel, genom Haber-Bosch-processen.

Klart, det skulle vara mycket effektivare att direkt utvinna ammoniaken från avloppsvattnet utan att omvandla det. Ett sätt är att använda urinavledande toaletter, som redan finns kommersiellt tillgängliga, för att separera urin från andra avloppskällor. Sedan kunde den uppsamlade urinen användas som gödningsmedel efter att ha sanerat den för att avlägsna patogener.

Sanerad urin innehåller också andra näringsämnen som fosfor och kalium. Rich Earth Institute, en Vermont-baserad ideell organisation som stöds av federala myndigheter och stiftelser, forskar på sätt att göra urin till gödselmedel. Institutet testar skördad urin på riktiga grödor, och har upptäckt att det fungerar effektivt.

Alternativt vi kan återvinna dessa näringsämnen som struvit, eller magnesiumammoniumfosfat, ett mineral som innehåller magnesium, kväve och fosfor. Struvit kan naturligt bildas under avloppsvattenreningsprocesser, men tenderar att deponera i tankar och rör och kommer att skada utrustningen om den lämnas utan uppsikt. Genom att kontrollera bildandet av struvit, den kan utvinnas i separata reaktorer.

Forskare har testat återvunnen struvit på grödor i laboratorier och uppnått skördar som är jämförbara med handelsgödsel. Tekniken håller på att mogna, men företag utvecklar kommersiella versioner för avloppsreningsverk.

Fler möjligheter

Vill du ha mer värdefulla saker? Avloppsvatten är bokstavligen en guldgruva. Den innehåller metaller värda upp till miljontals US-dollar per år. Dessa metaller är ofta giftiga för vattenlevande organismer, så de måste tas bort. Men konventionell borttagningsteknik kräver mycket energi och producerar giftigt slam.

Forskare utvecklar nya sätt att ta bort och återanvända dessa metaller, inklusive membransystem som selektivt kan ta bort ädelmetaller från vatten och biosystem som använder mikroorganismer för att återvinna dem. Dessa tekniker är i ett mycket tidigt skede och det är ännu inte klart om de kommer att vara ekonomiskt vettiga, men de har potential att göra avloppsvattnet mer värdefullt.

Dessutom, avloppsvatten är i allmänhet varmare än naturligt vatten, speciellt på vintern, så det kan fungera som en värmekälla. Denna teknik är väletablerad och är inte begränsad till kommersiell skala. Du kan installera värmeåtervinningssystem för avloppsvatten hemma för att sänka din energiräkning.

Till mig, Detta är bara en början. Med rätt teknik, "avloppsvatten" kan erbjuda oss mycket mer – och jag ser mycket fram emot dagen då det inte finns något "avloppsvatten, " bara "använt vatten."

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.