Доступное решения для улучшения качества воды

29.03.2018

Большинство из нас привыкли пользоваться водой из крана . Мы редко задумываемся, будет ли вода достаточно чистая, чтобы купаться или пить. Хотя процесс поддержания качества воды практически невидим для большинства из нас, удаление бактерий и загрязняющих веществ из воды требует больших усилий как от человека, так и от систем лечения.

Мохаммад Ализаде Фард, докторант кафедры гражданской и экологической инженерии штата Мичиган, и Брайан Баркдолл, профессор гражданской и экологической инженерии, разрабатывают низкотехнологичные и доступные решения для улучшения качества воды в муниципальных резервуарах для воды и для удаления микрозагрязнителей из воды используя возобновляемые материалы.

Их исследования были опубликованы в трех журналах - «Journal of Hydraulic Engineering», «Journal of Molecular Liquids», «Коллоиды и поверхности A» - с четвертым аналитическим обзором. Их работа доказывает, что решение проблемных проблем может быть элегантным по своей простоте.

Элегантное, низкотехнологичное решение

В общинах по всей стране существуют большие резервуары для хранения воды для муниципального использования питьевой воды. У многих таких танков есть линия для подачи воды в бак и линия. Однако эти линии внутри и снаружи часто находятся на дне резервуара. Хотя баки наполняются ежедневно, вода в верхней части резервуара никогда не используется и застаивается. Несмотря на то, что многие коммунальные водоподачи обрабатываются хлором, верхний слой воды может стать питательной средой для бактерий, водорослей или болезней, передающихся через воду, таких как лямблия и кишечная палочка.

«Если вода не движется, (бактерии и водоросли) могут начать расти», - говорит Барколл. «Это может быть не из источника воды, это может быть из воздуха, или хлор в застойной воде может быть использован через некоторое время. Вы хотите, чтобы вода продолжала двигаться, особенно в жарких регионах страны».

Но если в сообществе или окружающей сельской местности есть большой пожар, резервуар для воды значительно сокращается, и люди пьют застойную воду.

Чтобы исправить эту проблему, Ализаде Фард и Барколл создали душевые головки, которые можно было добавить в новые или существующие резервуары для воды за минимальные затраты. Добавление спринклера из ПВХ-труб в верхней части бака и обратного спринклера на дне бака, впрыскивает воду в систему и поддерживает циркуляцию воды. Ализаде Фард и Барколл опубликовали свою статью об этой простой, но эффективной системе в журнале «Гидравлическая техника» 15 марта. Они надеются, что это будет низкотехнологичное решение.

Невидимая угроза: микропотоки

Но органические загрязнители не являются единственным источником загрязненной воды. Несколько муниципальных систем оборудованы для обработки микропоглощающих веществ, таких как фармацевтические препараты, гормоны, микропластики, наночастицы в носках и синтетическом флизе, а также противогрибковые соединения - даже типы промышленных отходов, которые присутствуют в очень низких концентрациях. Несмотря на небольшое количество микрограммов этих загрязняющих веществ в воде, они по-прежнему оказывают канцерогенное воздействие на людей и водных существ. Доочистка очистных сооружений для фильтрации микрозагрязнителей является дорогостоящей, что приводит к тому, что Barkdoll и Alizadeh Fard изучают потенциальные решения.

«Эти загрязняющие вещества оказывают долгосрочное воздействие на здоровье», - говорит Ализаде Фард. «Большинство наших очистных сооружений не предназначено для их удаления из воды, поэтому важно найти надежное решение для решения этой проблемы».

Исследователи поразили идеей адсорбирования загрязняющих веществ из воды. Адсорбция происходит, когда молекулы прилипают к поверхности. Первым методом, которым были проверены Ализаде Фард и Барколл, было использование полимерных наночастиц с полимерным покрытием для адсорбирования Tonalide (используется для маскирования запахов и часто встречающихся в детергентах), бисфенола-A (более известного как BPA, используемого для получения прозрачных и твердых пластмасс), Triclosan (антибактериальный и противогрибковый агент, используемый в чистых продуктах, которые теперь запрещены), Metolachlor (гербицид), кетопрофен (противовоспалительный) и Estriol (дополнение к эстрогенам).

Магнитные наночастицы с полимерным покрытием были наиболее эффективными при адсорбции кетопрофена и BPA, удаляя загрязняющие вещества за 15 минут с эффективностью 98 и 95%, соответственно, всего лишь 0,1 миллиграмма адсорбента.

Но что происходит, когда наночастицы выполняют свою работу? Поскольку адсорбент является магнитным, исследователи могут использовать магниты для удаления наночастиц из воды.

Барколл и Ализаде Фард говорят, что одним из ключевых компонентов их работы является то, что адсорбенты могут повторно использоваться после промывки восстановительным раствором метанола. В лаборатории наночастицы с полимерным покрытием были восстановлены и снова использованы пять раз, прежде чем они увидели снижение эффективности.

Следующие шаги: проверка эмпирического исследования

Исследователи говорят, что следующая фаза - это расширение для использования на очистных сооружениях. Удаление микрозагрязнителей из воды с использованием технологий, которые являются устойчивыми и доступными, дает возможность защитить здоровье людей и водных организмов без дорогостоящей модернизации очистных сооружений.