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神奇細(xì)菌:邊凈水邊發(fā)電

2017-01-10 21:00:24史峰
科學(xué)大眾·小諾貝爾 2016年11期
關(guān)鍵詞:污水池希瓦細(xì)絲

史峰

紅菌凈化污水受挫

現(xiàn)在,被污染的水源越來(lái)越多,缺水現(xiàn)象日益嚴(yán)重。凈化污水,還水源“清白”的任務(wù)迫在眉睫。而目前用工業(yè)方法處理污水的成本高、效率低。有沒(méi)有一種辦法可以快速、高效、低成本凈化污水呢?

當(dāng)然有!科學(xué)家在細(xì)菌家族中發(fā)現(xiàn),紅菌(學(xué)名叫厭氧氨氧化菌)在污水里生活得挺歡實(shí),不僅不會(huì)被污水“嗆死”,反倒以污水中的有機(jī)廢物為食,可以高效地分解污水中的有機(jī)物,把原本發(fā)臭的污水凈化成清水。

利用細(xì)菌凈化污水的方法叫污水生物處理法,就是用數(shù)之不盡的細(xì)菌為“治污兵將”,讓它們“吃掉”水中的有機(jī)物。紅菌被引進(jìn)污水處理廠之后,立馬在污水處理行業(yè)里立下了戰(zhàn)功——污水處理廠不需要昂貴的設(shè)備,也不需要再向水體中投放各種凈化劑,只需要先蓄住污水,然后再向污水池里撒進(jìn)紅菌就行了。

用紅菌凈化水質(zhì),投資少、技術(shù)低,但這種辦法一直沒(méi)有大規(guī)模推廣。因?yàn)榧t菌在污水池里吃喝不愁,生長(zhǎng)繁殖很快,最終大量“過(guò)世”的紅菌會(huì)沉淀到污水池的底部。如果不把沉淀物燒掉,它們會(huì)成為新的污染物。但要燒掉這些污水沉淀物,需要大量電力,每處理1千克沉淀物,需要消耗1.5度電。沉淀物太多,所需電力的總價(jià)將非常昂貴。

紅菌們本來(lái)想治盡天下污水,因?yàn)樘柏澇浴?,結(jié)果把自己吃成了難以處理的污染物——除去舊污生新害,紅菌在治污道路上受到了重挫!

細(xì)絲菌“吃糖”發(fā)電成本高

花開兩朵,各表一枝。前面說(shuō)紅菌在凈化污水受挫,接下來(lái)要說(shuō)的是在發(fā)電界也很苦惱的細(xì)絲菌。

早在100年前,英國(guó)植物學(xué)家利用鉑作為電極放入大腸桿菌的培養(yǎng)液中,成功地制造出了世界上第一個(gè)細(xì)菌電池。細(xì)菌電池是利用細(xì)菌在分解糖類時(shí)能產(chǎn)生電流的特性而發(fā)明的。簡(jiǎn)單地說(shuō),咱們給細(xì)菌“吃糖”,細(xì)菌就會(huì)還咱們電力。不過(guò),大腸桿菌“吃糖”多,發(fā)電效率卻不是很高。于是,科學(xué)家決定棄用大腸桿菌,尋找“吃糖”少、發(fā)電多的勤勞細(xì)菌。

經(jīng)過(guò)不斷篩選,科學(xué)家終于從細(xì)菌家族中選拔出一種“吃糖”少、發(fā)電多的電力細(xì)菌,并稱它們?yōu)榧?xì)絲菌。據(jù)測(cè)定,細(xì)絲菌吃同樣的糖,發(fā)電量卻是大腸桿菌的數(shù)十倍。于是,科學(xué)家準(zhǔn)備用細(xì)絲菌電池給行星探測(cè)機(jī)器人供電。

這聽(tīng)起來(lái)很高端,細(xì)細(xì)琢磨一下,也有硬傷:細(xì)絲菌電池應(yīng)用范圍太窄,無(wú)法走入尋常百姓家。這是因?yàn)榧?xì)絲菌需要“吃糖”才能發(fā)電,要發(fā)大量的民用電,就意味著要消耗大量的糖,而且發(fā)出的電成本很高,民用接受不了,這也讓一直想“為人民服務(wù)”的細(xì)絲菌感到苦惱。

希瓦氏菌成功了

紅菌、細(xì)絲菌都受挫了,難道細(xì)菌們從此要淡出污水處理界和發(fā)電界了嗎?

小小細(xì)菌種類多,你們不行,看我的!這次,科學(xué)家從細(xì)菌家族中挑出一種喝臟水也能多發(fā)電的新菌種——希瓦氏菌。只要把希瓦氏菌投放在實(shí)驗(yàn)用污水池里,這個(gè)實(shí)驗(yàn)污水池就成了一個(gè)希瓦氏菌電池。接下來(lái),邊凈化、邊發(fā)電的模式就開啟了。

希瓦氏菌在污水池里急忙地分解著有機(jī)廢物,然后不遺余力地向外輸出電力。用希瓦氏菌做成的新一代細(xì)菌電池,一天能凈化2 250升污水,還能輸出不少電力。這些電力在滿足處理沉淀物需要的基礎(chǔ)上,還會(huì)有剩余,剩余電量給手機(jī)充電完全夠用。

實(shí)驗(yàn)室成果能經(jīng)受得住實(shí)用考驗(yàn)嗎?科學(xué)家在一家養(yǎng)豬場(chǎng)展開了實(shí)用檢驗(yàn),結(jié)果令人滿意——邊喝臟水邊發(fā)電的希瓦氏菌每天能處理600多升含有豬糞的污水。要知道,豬糞水可是相當(dāng)污的水呀。

接下來(lái),希瓦氏菌電池被建在了一家啤酒廠,檢驗(yàn)它凈化釀造廢水并發(fā)電的能力。結(jié)果也是相當(dāng)好:凈化后的釀造污水被循環(huán)利用,給啤酒廠節(jié)約了40%的用水量,發(fā)出的電力在處理完污水沉淀物后還有剩余。剩余電力用于車間生產(chǎn),又讓啤酒廠降低了15%的電力消耗。

科學(xué)家想要讓每個(gè)家庭以后都擁有希瓦氏菌電池,這樣洗澡水、洗菜水、馬桶水就可以居家凈化了。在居家凈化污水的同時(shí),細(xì)菌電池還會(huì)給每個(gè)家庭帶來(lái)電力回饋,讓我們用“自發(fā)電”照亮每個(gè)房間。

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