Fra langsomme sandfiltre og til tårne, der måler energi og gasser

Den langsomme sandfiltermetode er blevet brugt i århundreder til at behandle vand. Det er så effektivt, at Verdenssundhedsorganisationen har givet det sit godkendelsesstempel:"Under passende omstændigheder, langsom sandfiltrering kan ikke kun være den billigste og enkleste, men også den mest effektive metode til vandbehandling."

Imidlertid, denne metode er for det meste blevet brugt i stor skala og er ikke egnet til de tusindvis af sydafrikanske husstande, der dagligt kæmper for at få rent drikkevand i deres hjem.

Busisiwe Mashiane, en fjerde års kemiingeniørstuderende på School of Chemical and Metallurgical Engineering på Wits, forsker og udvikler et langsomt sandfilter, der opfylder sydafrikanernes behov.

"Mange sydafrikanere, der bor i ugunstigt stillede samfund over hele landet, har ikke kun svært ved at få adgang til vand, men står også over for mange sundhedsrisici på grund af manglen på adgang til rent drikkevand, " forklarer Mashiane.

"Vores mål er at udvikle et billigt, men yderst effektivt vandbehandlingssystem, der kan behandle flodvand effektivt og gøre det forbrugeligt. Vi ønsker at sikre, at fordi folk i disse samfund ikke har råd til komplicerede vandbehandlingsmetoder, vores system kan hjælpe med deres grundlæggende menneskeret til at have adgang til rent drikkevand."

Hvordan det virker

En kontinuerlig vandstrøm fra en 25 liters tank føres ind i en reaktortank (sandbedet). Herfra løber vandet ind i en 25 liters gennemsigtig steriliseringstank, hvorefter det rene vand kan dispenseres i en opbevaringsbeholder til brug.

Sandbedet i reaktortanken består af lag af fint grus, derefter aktivt kul, og til sidst groft grus og fint sand.

Et lag af biologisk stof, kaldet schmutzdecke, dannes oven på sandet, og schmutzdecke i vandet forhindres i at strømme gennem sandet. Dette lag af biologisk materiale sikrer, at det filtrerede vand er fri for skadelige bakterier og patogener, mens sandbedet fjerner de fysiske urenheder fra vandet.

"Vores forskningsprojekt er rettet mod at finde ud af mekanismerne bag det langsomme sandfilter, for at se, hvordan det fungerer under forskellige forhold, og finde måder at optimere det på, " siger Mashiane, tilføjer, at planen fremover er at tage projektet ud af laboratoriet og ind i hjem, hvor det kan gøre en forskel i folks liv.

"Vi ønsker at opdage, hvad dets begrænsninger er og til sidst finde den bedste måde at replikere designet og nemt skære ned på opsætningstiden - i øjeblikket mellem tre til fire måneder på grund af behovet for at vente på, at det biologiske lag dannes."

Forsker i sammenhængen mellem økosystem og klima

En højteknologisk videnskabelig forskningsinstallation, kaldet Eddy Covariance Flux Tower blev opført i 2015 i Agincourt, Mpumalanga, som er hjemsted for Medical Research Council/Wits Rural Public Health and Health Transitions Research Unit.

"Eddy Flux Tower er et stykke udstyr, der måler udvekslingen af ​​energi og gasser mellem jordoverfladen og atmosfæren, og gør det i landskabsskala - over et fodaftryk på omkring en kilometer. Tårnene blev sat op til at måle kuldioxidudveksling, men også måle vandudskiftning, " siger professor Bob Scholes, verdenskendt videnskabsmand i systemøkologi (vedrørende afrikanske savanner) i School of Animal, Plante- og miljøvidenskab hos Wits.

Agincourt-tårnet er en del af et netværk af tårne ​​i landsbyerne Skukuza og Malopeni i Lowveld. Det blev opført af et forskningskonsortium, der omfatter Wits University, Rådet for Videnskabelig og Industriel Forskning (CSIR), og forskellige sydafrikanske og tyske universiteter.

Projektet undersøger de koblede kulstof- og vandkredsløb i naturlige og forstyrrede savanne-økosystemer i det sydlige Afrika. Det har til formål at uddybe viden om, hvordan det naturlige miljø fungerer i landdistrikterne i det sydlige Afrika. Denne viden er afgørende for at forstå sammenhængen mellem økosystemer og klima, og hvordan ændringer i arealanvendelsen kan påvirke klimaet i fremtiden.

"Disse tårne ​​giver kraftfuld indsigt i en af ​​nøgleprocesserne i det hydrologiske kredsløb, som kontrollerer mængden af ​​vand, der kommer ind i grundvandsmagasiner [et underjordisk lag af vandbærende permeabel sten] og floder til menneskelig brug, og hvordan det kan ændre sig med et skiftende klima, " siger Scholes.

Fluxtårnet rummer en række sofistikeret udstyr, der bruges til at måle, hvor meget kuldioxid, vanddamp, og energi bevæger sig mellem jordoverfladen og atmosfæren. Andre mål, herunder klimaparametre (temperatur, fugtighed, Regn, atmosfærisk tryk), er lavet for at få mere information om processer i savannens økosystem.

"Forskning vil hjælpe os med at forstå ændringer i drivhusgaskoncentrationer, og hvordan de påvirker landbrugets og økosystemernes produktivitet, " siger Scholes.

Skukuza tårnet, opført i 2000, var den første i Afrika og i dag er der omkring otte spredt rundt i landet. Yderligere seks tårne ​​vil blive opført gennem Department of Science and Technologys South African Research Infrastructure Roadmap (SARIR), det første projekt af sin art i Sydafrika. SARIR er en strategisk intervention til at levere forskningsinfrastruktur på tværs af hele det offentlige forskningssystem, der bygger på eksisterende kapaciteter og tager hensyn til fremtidige behov.