Sử dụng vi khuẩn xử lý nước thải và tạo ra điện

Thứ sáu, 11/08/2006 00:00

Hàng chục năm nay, các nhà khoa học đã biết được rằng vi khuẩn có thể được kích hoạt để tạo ra điện. Nhưng một nghiên cứu mới do Trường Đại học bang Pennsylvania, Hoa Kỳ đang đề xuất một khả năng hấp dẫn: sử dụng vi khuẩn vừa để tạo ra năng lượng và vừa để xử lý nước thải.

Bruce Logan là kỹ sư môi trường tại Khu Công viên của trường đại học trên đã phát hiện thấy rằng, bằng việc tạo ra cho vi khuẩn làm việc quá giờ, thì cộng đồng khoa học có thể bằng một giải pháp mà giải quyết được 2 vấn đề.
Nếu nhìn nhận một bức tranh lớn phổ biến trên toàn cầu về dịch bệnh và cần phải đảm bảo vệ sinh đối với hàng tỷ người thì hiện đang còn thiếu, mặc dù nhiều nền kinh tế đang phát triển quá mạnh. Logan cho rằng các quốc gia đang phát triển có thể quan tâm tới công nghệ này, bởi vì nó có hiệu quả về chi phí so với việc xây dựng các nhà máy phát điện riêng rẽ với các cơ sở xử lý nước thải.
Thiết bị mà Logan nghiên cứu chế tạo gọi là Buồng đơn catôt không khí ACSC và ngăn nhiên liệu vi sinh MFC. Buồng mở có kích thước 15 x 6,5 cm cho phép nước thải và chất đặc biệt chảy qua mà không bị cản lại. Ngược lại đối với hầu hết các MFC, thiết bị ACSC không yêu cầu ôxy đầu tiên phải hòa tan trong nước, mà sự cần thiết này dẫn đến tăng chi phí của các MFC khác. Trong 0,39 lít MFC, vi khuẩn ôxy hóa vật chất-nước thải và chất hữu cơ của người- và sau đó chuyển các electron điện tử tới anôt được tạo ra bởi 8 thanh graphit dài 150 mm đường kính 6,15 mm bố trí ở trên đỉnh và dưới đáy của MFC. Các điện tử chuyển động qua một chu trình và tại catôt trung tâm chúng kết hợp với các proton và ôxy tạo thành nước bay hơi vào không khí. Nghiên cứu của Logan phát hiện thấy rằng có sự chênh lệch đáng kể tạo ra dòng điện tử và vi khuẩn có thể cung cấp các điện tử để tạo ra điện.
Với ACSC MFC, không cần phải cho thêm gì để tạo ra ôxy hóa chất hữu cơ. Việc nghiên cứu do các nhà khoa học khác tiến hành nhằm tạo ra điện nhờ vi khuẩn, đã yêu cầu cho thêm các chất hóa học độc hại chi phí cao, có tác dụng như các chất điều đình để chuyển các điện tử từ ngăn nhiên liệu tới điện cực.
Các thử nghiệm ACSC MFC cho thấy khả năng phát điện đạt xấp xỉ 16 mW/m2, mặc dù những cải tiến gần đây đã làm tăng khả năng phát điện tới gần 150 mW/m2. Việc nghiên cứu hơn nữa nhằm làm tăng khả năng phát điện của mỗi ngăn nhiên liệu, mà lý tưởng mỗi ngăn có thể đạt tới công suất 1.000 mW/m2. Nếu thu gom nước thải từ thành phố có một trăm nghìn dân thì có thể tạo ra điện năng 2,3 MW đủ dùng cho gần 1500 ngôi nhà. Về lý thuyết, Logan đã nghiên cứu cho thấy rằng một cơ sở xử lý cần một bể chứa 11.250 m3 và có khả năng xử lý được 16,4 x 109 lít mỗi năm để cung cấp cho thành phố có quy mô như trên với mức 450 lít nước/ngày/người.
National Science Foundation đã cấp vốn 1 năm cho dự án nhằm xác định tính khả thi của công nghệ mới này. Logan hy vọng rằng việc thử nghiệm trên quy mô rộng lớn hơn sẽ được thực hiện trong tương lai gần, và nhấn mạnh rằng phòng thí nghiệm của ông vẫn còn chưa đạt kích thước tối ưu của ngăn nhiên liệu vi sinh MFC.

Đinh Bá Lô
Theo T/C Civil Engineering Mỹ