Huruvida avloppsvattnet är fullt av "avfall" är en fråga om perspektiv.

"Varför är det slöseri?" frågade Zhen (Jason) He, professor vid institutionen för energi, Environmental &Chemical Engineering vid McKelvey School of Engineering vid Washington University i St. Louis.

"Det är organiska material, " Han sa, och de kan ge energi på ett antal sätt. Sedan finns det den andra värdefulla resursen i avloppsvatten.

Vatten.

Hans labb har utvecklat ett system som återställer båda, filtrering av avloppsvatten samtidigt som elektricitet skapas. Resultat från tester i bänkskala publicerades i och presenterades som en framsidesartikel i tidskriften Miljövetenskap:Vattenforskning &-teknik .

Avfallsmaterialen i avloppsvattnet är fulla av organiskt material som, till bakterier, är mat.

"Bakterier älskar dem och kan omvandla dem till saker vi kan använda, "Han sade. "Biogas är den primära energikällan som vi kan återvinna från avloppsvatten; den andra är bioelektricitet."

Det finns redan sätt att utnyttja bakterier för att producera energi från avloppsvatten, men sådana metoder gör det ofta på bekostnad av vattnet, som skulle kunna filtreras och på annat sätt användas — om inte för att dricka — för "gråvatten"-ändamål såsom bevattning och toalettspolning.

Hans labb tog de två processerna – filtrering och energiproduktion – och kombinerade dem, integrera filtreringssystemet i anodelektroden i ett mikrobiellt elektrokemiskt system.

Systemet är uppbyggt som en typisk mikrobiell bränslecell, ett bakteriebatteri som använder elektrokemiskt aktiva bakterier som en katalysator där en traditionell bränslecell skulle använda platina. I denna typ av system, bakterierna är fästa på elektroden. När avloppsvatten pumpas in i anoden, bakterierna "äter" det organiska materialet och frigör elektroner, skapa elektricitet.

För att filtrera samma vatten, dock, kräver ett annat system.

Han labb kombinerade systemen, utveckla en permeabel anod som fungerar som ett filter.

Anoden är ett dynamiskt membran, gjord av ledande, kolduk. Tillsammans, bakterierna och membranet filtrerar bort 80 % till 90 % av det organiska materialet – som lämnar vattnet tillräckligt rent för att släppas ut i naturen eller behandlas vidare för icke-drickbart vatten.

Han använde en blandad kultur av bakterier, men de var tvungna att dela en egenskap – bakterierna måste kunna överleva i en miljö utan syre.

"Om det fanns syre, bakterier skulle bara dumpa elektroner till syret inte elektroden, " sa han. "Om du inte kan andas med elektroden, du kommer att gå under."

För att hitta rätt bakterier, Han ställer sig mest till naturen.

"Det är inte 100 procent naturligt, men vi väljer ut de som kan överleva i detta tillstånd, " sa han. "Det är mer som 'konstruerat urval, "Bakterierna som överlevde och respirerade med elektroden valdes ut för systemet.

Mängden elektricitet som skapas räcker inte till säga, driva en stad, men det är i teorin tillräckligt för att hjälpa till att kompensera för den betydande mängd energi som används i ett typiskt amerikanskt vattenreningsverk.

"I USA., cirka 3 % till 5 % av elen används för vatten- och avloppsvattenverksamhet, " sa han. Med tanke på användningen av en lokal kommunal anläggning, Han tror att hans system kan minska energiförbrukningen avsevärt.

"Vanligtvis, processen förbrukar cirka 0,5 KWH el per kubikmeter, " sa han. Baserat på experiment i bänkskala, "Vi kan minska det med hälften, eller mer av det."

Men det primära målet med Hes system är inte elproduktion, det är rening av avloppsvatten och återvinning av näringsämnen.

"Bakterier kan omvandla dessa organiska material till saker vi kan använda, ”Han sade. ”Vi kan dessutom återvinner växtnäring gillar kväve eller phosphorus för fertilizer. Vi kan använda den för att mata växter. Det är bara när vi inte använder det, då blir det avfall.

"Avloppsvatten är en resurs på fel plats."