Forskere designer acceleratorer, der en dag kan hjælpe med at rense miljøet

Det er 30 år siden et pilotprojekt i Miami-Dade County fandt ud af, at sprængning af spildevand med elektroner kunne rense det, fjernelse af alle slags grimme ting, fra mikroorganismer til hårde kemikalier.

Det eneste, der var brug for, var en uforfærdet videnskabsmand eller ingeniør til at komme med en accelerator, der var omkostningseffektiv, kompakt og brugervenlig nok til at rense spildevand i industriel skala.

Verden venter stadig på det.

Mange lande er gået fremad med at bruge acceleratorer til miljøsanering - fjernelse af giftige farvestoffer fra spildevand på en tekstilfabrik i Sydkorea, for eksempel, eller svovldioxider og nitrogenoxider fra røggasser på et kraftværk i Polen. Men sådanne enheder er stadig for store og upålidelige. I dette land, undersøgelser og teknologiske demonstrationer fortsætter, men gør fremskridt.

Fysikere ved Jefferson Laboratory arbejder på to designs, de håber kunne ændre det.

Fay Hannon drømmer om en lavenergi, bærbar accelerator til miljøoprydning, mens Gianluigi "Gigi" Ciovati finder ud af, hvordan man bruger en kommerciel kryokøler til at stabilisere en mere kraftfuld accelerator, han designer.

"Jeg er af en generation, hvor miljøbeskyttelse virkelig vejer dit sind, "sagde Hannon." I dette tilfælde, spildevandsrensning er ikke mit speciale, men det er den ressource, der kan gøre det. "

Oprindeligt fra England, Hannon betragter sig selv som en elektrisk ingeniør, der er blevet fysiker. Hun har været på Jefferson Lab i 15 år og arbejdet på en række projekter.

"Jeg har altid været interesseret i, at tingene fungerer pænt og pænt og kan forudsige det, " hun sagde.

Nu forsøger hun at designe en flot, pæn og forudsigelig accelerator.

"Det er vægstikket, hvad du trækker fra nettet for at betjene dette, og hvor meget dosis du får af det - det er det virkelige skridt fremad, som vi prøver at gøre, "Sagde Hannon.

Charles Bott, direktør for vandteknologi og forskning i Hampton Roads Sanitation District, har lagt mærke til. For et par år siden, Bott holdt en præsentation på laboratoriet og lærte om Hannon og Ciovatis arbejde. Bott var bekendt med forskellige demonstrationer og undersøgelser gennem årene ved hjælp af elektronstråler til at rense spildevand, men enhederne var altid for store og dyre.

Så HRSD underskrev for at rådføre sig med Hannons projekt, og Bott siger, at han er begejstret for partnerskabet og "forsigtigt optimistisk" om potentialet.

"Jeg synes, det er vigtigt at bemærke, at efter min mening, dette vil aldrig være konkurrencedygtigt med vores eksisterende teknologier til behandling af vand og spildevand, "sagde Bott." Det er at gå efter nogle meget specifikke forurenende stoffer, der er svære for vores eksisterende processer og teknologier at håndtere. "

En accelerator vil højst sandsynligt forøge - ikke erstatte - nuværende behandlinger, som samler "forskellige fysiske, kemiske og biologiske behandlingsprocesser på hvilken som helst måde det tager at opfylde et sæt behandlingsmål til den laveste pris, " han sagde.

Elektronstråler virker ved at nedbryde vandmolekyler til mindre ladede partikler, der effektivt kan nedbryde de fleste forurenende stoffer.

Et muligt mål, Bott sagde, ville være 1, 4-Dioxan, et industrikemikalie, der findes i deodoranter, shampoo, kosmetik, farvestoffer, fedt, frostvæske og væsker, der bruges til at afisere fly. En anden ville være PFAS, eller per- og polyfluoralkylstoffer, findes i almindelige forbrugsvarer som køkkengrej, mademballage og pletafvisende midler, samt brandslukningsskum.

Drikkevand kan være en kilde til PFAS, hvilket gør effektiv vandbehandling til en endnu større nødvendighed:EPA siger, at PFAS blev fundet i blodet af næsten alle, der blev testet for dem.

Elektronstrålebestråling bruges allerede i industrien og i sundhedsvæsenet - til at pasteurisere mad og tilberede hundefoder, for eksempel, og at sterilisere medicinsk udstyr og i diagnostik. Hannon samarbejder også med ScanTech Sciences, et Georgia-baseret fødevarepasteuriseringsfirma, for at se, om hendes design kunne sterilisere flydende forbrugsstoffer.

"Vores design er faktisk meget mere effektivt end det, der er lige nu, "Sagde Hannon.

Hendes accelerator ville blive cirka 2 meter lang og passe ind i en standard forsendelsescontainer - langt mindre end Jefferson Labs massive CEBAF -accelerator, som fremskynder og leder elektroner rundt om en underjordisk væddeløbsbane, der er næsten en kilometer lang, inde i en tunnel beklædt med den flydende heliuminfrastruktur, der er nødvendig for at holde den underkølet. Hendes ville operere ved stuetemperatur ved meget lavere energier, hvilket også ville gøre det mere sikkert at bruge.

Hun forestiller sig, at acceleratoren en dag skal indsættes til behandling af gråvand ved mobile militære installationer, at rydde op i hydrauliske fraktureringsvæsker og afskæringsdamme ved minedrift i oliesand, at fjerne kviksølv, nitrogenoxider og svovldioxider fra røggasser, og at rense spildevand ombord på krydstogtskibe.

Eller det kan bruges lige her af HRSD til at rense spildevand, før det injiceres under jorden for at genopbygge Potomac Aquifer.

Hannon vil forfølge finansiering næste år til at bygge en prototype.

Ciovatis enhed er videre under udvikling. Hans er en højere effekt, superledende accelerator, der ville kræve afkøling, men ikke ved dyrt flydende helium. I stedet, det ville bruge en krystal-køler på hylden, langt billigere og allerede brugt i enheder som MR -maskiner.

"Vi så konvergensen mellem de forskellige teknologier som en mulighed for at anvende vores teknologi til et mere direkte samfundsmæssigt behov, "Sagde Ciovati." Vi så lige disse brikker i puslespillet og besluttede, at det var værd at prøve at sammensætte dem. "

Hans accelerator ville være relativt kompakt - cirka 6 meter lang, 2 meter bred og 2 {meter høj. Fordi det ville fungere ved større stråleeffekt, det kan behandle tættere materialer som slam eller medicinsk affald, og en større strøm af forurenende stoffer ved større spildevandsrensnings- eller kraftværker, han sagde.

Der er en bonus:Elektronerne udløser en kemisk reaktion, der omdanner nitrogenoxider og svovldioxider til ammoniumnitrat og ammoniumsulfat, som bruges til fremstilling af gødning.

Oprindeligt fra Italien, Ciovati har været i laboratoriet i næsten 20 år. Han samarbejder med sit acceleratordesign med General Atomics, et forsvars- og teknologiudviklingsfirma med base i Californien.

Som forskningsfacilitet under Department of Energy, som finansierer dette arbejde, Jefferson Lab forfølger branchepartnere, der kan hjælpe med at teste og afbryde nye teknologier i mainstream.

"Vi ønsker ikke selv at bygge acceleratorer, "sagde Hannon." Vi forsøger at levere designet og byggestenene og forbedringerne, og så ville industrien tage fremstillingen og brugen af ​​det. "

© 2019 Daily Press (Newport News, Va.)
Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.