将植物转化为燃料的生物精炼厂产生的废水充满了传统废水系统无法有效处理的有机物质，因此管理成本高且耗能大。

然而，这些丰富的有机材料是一种未开发的化学能源，可以作为有价值的产品回收，包括沼气，一种清洁燃烧的可再生燃料。

能源部高级生物能源和生物产品创新中心(CABBI)的研究人员进行的一项研究发现，从废水中回收资源可以显着提高第二代生物精炼厂的经济和环境可持续性，支持向可持续的植物性生物燃料过渡和生物制品行业。

CABBI团队设计了一种工艺，可以同时处理废水和回收沼气能量，这可以为生物精炼厂创造收入，同时与传统处理系统相比，它可以降低成本和温室气体排放。

这项发表在ACSSustainableChemistry&Engineering上的工作汇集了来自CABBI所有三个主题(原料生产、转化和可持续性)的研究人员，他们正在开发以植物为基础的石油替代品，用于燃料和化学产品。

通过“植物工厂”模式，他们旨在直接在植物叶和茎中生产生物燃料、生物化学品和基础分子;开发独特的工具、酵母和加工方法，将它们转化为高价值的生物产品，如生物柴油、有机酸、润滑剂和酒精;评估CABBI原料、生物燃料和生物产品的经济和生态可持续性，从田间到生物精炼厂再到生物经济。

废水研究由伊利诺伊大学香槟分校的两名CABBI可持续性研究人员领导：JeremyGuest，土木与环境工程(CEE)副教授;可持续发展、能源与环境研究所(iSEE)的研究科学家YalinLi。

CABBI的合著者包括伊利诺伊州转化研究员、科学与技术副主任兼农业与生物工程(ABE)教授VijaySingh;和原料生产研究员FredyAltpeter，佛罗里达大学食品与农业科学研究所农学教授。

加工芒草、玉米秸秆或其他非食品原料的第二代生物精炼厂有潜力生产生物燃料和生物产品，其环境影响远低于化石燃料或使用玉米和其他可食用作物的第一代生物精炼厂。但这些第二代生物精炼厂仍面临财务障碍，阻碍了它们在现实世界中的成功部署。

如果管理不当，生物精炼厂可能需要大量的水并产生大量废水。根据之前的CABBI研究，为了从植物生物质中生产燃料和有价值的生物化学品，生物精炼厂每生产一升生物燃料最多可使用10升水。由此产生的废水含有高浓度的有机物质——糖、残余发酵产物、工艺副产物或其他化学物质——使其难以再利用。

但这些先前的分析通常基于传统的、低速率的废水处理技术，这些技术昂贵、耗能，并且需要巨大的物理足迹——根据工厂的规模，这可能相当于30个足球场或更多.低速率常规处理系统使用大型好氧反应器，曝气时消耗大量电力，并将废水中的有机物质转化为二氧化碳，而不会产生有价值的产品。

CABBI团队设计了一种以厌氧为主的高速废水处理工艺，该工艺在很大程度上消除了曝气，节省了电力，并采用了新兴技术，包括内循环和厌氧膜生物反应器，以将有机材料中的嵌入能量回收为沼气。

在他们的设计中，他们使用了Altpeter集团为CABBI的燃料原料项目种植的甘蔗和油甘蔗加工产生的废水的实验数据。该过程提取植物油，然后通过酵母发酵从植物糖中产生乙醇。提取乙醇后，Singh小组提供了用过的发酵液，来自智利天主教大学的合作者确定了可以从实际样品中产生多少甲烷。

使用他们的开源软件BioSTEAM，研究人员随后模拟了将新的废水处理工艺集成到七个生物精炼厂设计中，涵盖了广泛的原料和生物燃料/生物产品。通过BioSTEAM启用的技术经济分析和生命周期评估(TEA-LCA)，他们发现新工艺可以显着降低生物精炼厂的资本成本和能源使用，提高其财务可行性并减少对环境的影响。

该过程可以有效地将生物炼油厂废水中的有机污染物转化为沼气，同时实现能源回收和废水处理。与传统处理系统相比，它将减少能源消耗、运营成本和温室气体排放。

“通过适当的管理流程，废水可以成为生物精炼厂的潜在收入来源，同时提高生物燃料和生物产品的环境可持续性，”李说。

本研究中设计的废水处理工艺可以显着提高第二代生物精炼厂的财务可行性，同时减少其对环境的影响，从而促进社会向循环生物经济的过渡——以及CABBI支持可行、可持续的国内生物燃料和生物制品行业的使命植物生物量。