Lavteknologisk, billige løsninger til forbedring af vandkvaliteten

Dygtig, grundlæggende teknik kan gå langt i retning af at forhindre vandbåren sygdom og udsættelse for kræftfremkaldende stoffer i vand.

De fleste af os er vant til at åbne en hane, og der kommer vand ud. Vi stiller sjældent spørgsmålstegn ved, om dette vil ske, eller om vandet er rent nok til at bade i eller drikke. Selvom processen med at opretholde vandkvaliteten praktisk talt er usynlig for de fleste af os, fjernelse af bakterier og forurenende stoffer fra vand kræver en stor indsats fra både mennesker og behandlingssystemer.

Mohammad Alizadeh Fard, en doktorand i Michigan Techs afdeling for civil- og miljøteknik, og Brian Barkdoll, professor i civil- og miljøteknik, udvikler lavteknologisk, billige løsninger til forbedring af vandkvaliteten i kommunale vandtanke, og at fjerne mikropollutanter fra vand ved hjælp af vedvarende materialer.

Deres forskning er blevet offentliggjort i tre tidsskrifter— Journal of Hydraulic Engineering , Journal of Molecular Liquids , og Kolloider og overflader A - med et fjerde papir, der afventer gennemgang. Deres arbejde viser, at løsninger på irriterende problemer kan være elegante i deres enkelhed.

En elegant, Lavteknologisk løsning

I lokalsamfund rundt om i landet, der er store vandopbevaringstanke til kommunal drikkebrug. Mange sådanne tanke har en linje ind for at forsyne tanken med vand, og en linje ud. Imidlertid, disse linjer ind og ud er ofte i tankens bund. Selvom tankene fyldes op dagligt, vandet øverst i tanken bruges aldrig og bliver stillestående. Selvom mange kommunale vandforsyninger behandles med klor, det øverste vandlag kan blive grobund for bakterier, alger eller vandbåren sygdom, såsom giardia og E. coli.

"Hvis vandet ikke bevæger sig, (bakterier og alger) kan begynde at vokse, "Barkdoll siger." Det er muligvis ikke oprindeligt fra vandkilden; det kan være fra luften. Eller kloren i det stillestående vand kunne bruges op efter noget tid. Du vil have vandet til at bevæge sig, især i varme regioner i landet. "

Men hvis der er en stor brand i samfundet eller det omkringliggende landskab, vandtanken trækkes markant ned, og folk drikker derefter det stillestående vand.

"Så, når du har ild, alt det stillestående vand går ud til alles hus, "Siger Barkdoll." Efter en brand, folk bliver syge, det er en kendt ting. Det er det problem, vi forsøger at løse. "

For at afhjælpe problemet, Alizadeh Fard og Barkdoll skabte brusehovedlignende tilbehør, der kan tilføjes nye eller eksisterende vandtanke til minimale omkostninger. Tilføjelse af en PVC-rørsprinkler øverst i tanken, og en omvendt sprinkler i bunden af ​​tanken, sprøjter vand ind i systemet og holder alt vandet i cirkulation. Alizadeh Fard og Barkdoll offentliggjorde deres artikel om dette enkle, men effektive system i Journal of Hydraulic Engineering 15. marts. De håber, at det vil være en lavteknologisk løsning let for vandkvalitetschefer at vedtage.

Usynlig trussel:Mikropollutanter

Men organiske forurenende stoffer er ikke den eneste kilde til forurenet vand. Få kommunale systemer er udstyret til at håndtere mikropollutanter - såsom lægemidler, hormoner, mikroplast, nanopartikler i strømper og syntetisk fleece, og svampedræbende forbindelser - også typer industriaffald, der findes i meget lave koncentrationer. På trods af de små mængder - kun mikrogram - af disse forurenende stoffer i vand, de har stadig kræftfremkaldende virkninger på mennesker og vanddyr. Det er dyrt at eftermontere renseanlæg til filtrering af mikropollutanter, førte Barkdoll og Alizadeh Fard til at undersøge potentielle løsninger.

"Disse forurenende stoffer har langsigtede virkninger på sundheden, "Siger Alizadeh Fard." De fleste af vores renseanlæg er ikke designet til at fjerne dem fra vand, så det er vigtigt at finde en pålidelig løsning til at løse problemet. "

Forskerne slog tanken om at adsorbere forurenende stoffer fra vand. Adsorption opstår, når molekyler i det væsentlige klæber til en overflade. Den første metode, Alizadeh Fard og Barkdoll testede, var at bruge polymerovertrukne magnetiske nanopartikler til at adsorbere Tonalide (bruges til at maskere lugte og findes ofte i vaskemidler), Bisphenol-A (bedre kendt som BPA, bruges til at gøre plast klart og sejt), Triclosan (et antibakterielt og svampedræbende middel, der bruges i rengøringsmidler, der nu er forbudt), Metolachlor (et herbicid), Ketoprofen (en antiinflammatorisk) og Estriol (et østrogentilskud).

De polymerovertrukne magnetiske nanopartikler var mest effektive til at adsorbere ketoprofen og BPA, fjernelse af forurenende stoffer på 15 minutter med 98 og 95 procent effektivitet, henholdsvis, med kun 0,1 milligram af adsorbenten.

Men hvad sker der, når nanopartiklerne har udført deres arbejde? Fordi adsorbenten er magnetisk, forskerne kan bruge magneter til at fjerne nanopartiklerne fra vandet.

Barkdoll og Alizadeh Fard siger, at en af ​​nøglekomponenterne i deres arbejde er, at adsorbenterne kan genbruges, når de er skyllet med en genoprettende methanolopløsning. I laboratoriet, de polymerovertrukne nanopartikler blev genoprettet og brugt igen fem gange, før de så nedsat effektivitet.

Forskerne har også brugt magnetiske kulnanorør og aktivt kul som absorbenter. Under laboratorieforsøgene de polymerovertrukne nanopartikler har hidtil vist sig at være de mest effektive.

Næste trin:Validering af forskningen empirisk

Forskerne siger, at den næste fase er at skalere op til brug i vandrensningsanlæg. Fjernelse af mikropollutanter fra vand ved hjælp af bæredygtig og overkommelig teknologi giver mulighed for at beskytte menneskers og vandmiljøet uden at dyrere eftermontering af renseanlæg.

Desværre, nogle af menneskehedens største problemer er deres egne. Men banebrydende og validering af teknologier til løsning af menneskeskabte problemer har lang forsyn og vil uden tvivl fortsætte.

"Civilingeniører og miljøingeniører bliver nødt til at håndtere det, samfundet rækker til os, "Siger Alizadeh Fard." Vi bliver nødt til at fjerne nanopartikler, og andre ting såsom opioider. Det er et emne, vi også skal diskutere politisk og socialt. "