Su Arıtmada 10 Yenilik

Yemek ve barınak yaşamak için çok önemlidir, ancak kimse susuz çok uzun süre yaşayamaz. Bu nedenle, tarihin başlangıcından beri, medeniyetler bol miktarda H20 kaynaklarının yakınında yaşamışlardır.

Ama sadece bol miktarda olması yeterli değil. Hayat veren aynı su , içinde tehlikeli maddeler veya hastalığa neden olan mikroplar içeriyorsa, insanları da hasta edebilir, hatta öldürebilir. İnsanlar bitkileri sulamak, yıkamak ve atıkları atmak gibi faaliyetler için suyu kullandıklarından, bir insan popülasyonuna yakın su kaynakları kolayca kirlenebilir [kaynak: Hassan ].

Sonuç olarak, insanlar binlerce yıldır suyu arıtmaya çalışıyorlar. MÖ 1500'lere kadar Mısırlılar , kimyasal şapı içme suyundan asılı tortuları filtrelemek için kullandılar. Ancak 1800'lerin sonları ve 1900'lerin başlarına kadar, bilim adamları mikropların hastalıklara neden olduğunu ve onları ortadan kaldırmak için suyun klor veya ozonla tedavi edilebileceğini anladılar [kaynak: Çevre Koruma Ajansı ].

2012 Birleşmiş Milletler araştırmasına göre, çoğu ülkede musluklardan çıkan su şu anda temiz ve güvenli olsa da, dünya nüfusunun yaklaşık yüzde 11'i - 783 milyon insan - hala içme suyuna erişemiyor. Bu yüzden bilim adamları su elde etmek ve arıtmak için yeni yöntemler geliştiriyorlar. İşte en umut verici teknolojilerden 10 tanesi.

1. Doğrudan Temaslı Membran Tuzdan Arındırma
2. Seramik Su Filtreleri
3. Bitkisel Defloridasyon
4. "Süper Kum"
5. Plastik Şişelerle Arseniği Çıkarma
6. Arıtma için Tuz
7. SteriPEN
8. MadiDrop Seramik Su Arıtma Diskleri
9. Toksin Yiyen Bakteriler
10. Nanoteknoloji

Geniş okyanusları içme suyu kaynağı olarak kullanabilirsek , herkes fazlasıyla yeterli olacaktır. Ancak bu, mevcut teknolojiyi kullanarak verimsiz ve maliyetli olan tuzu ortadan kaldırmak anlamına gelir. İşte bu yüzden New Jersey Institute of Technology kimya mühendisliği profesörü Kamalesh Sirkar tarafından geliştirilen yeni bir proses, böylesine göz kamaştırıcı bir vaatte bulunuyor. Sirkar'ın doğrudan temaslı membran distilasyon (DCMD) sisteminde, ısıtılmış deniz suyu, soğuk distile su ile doldurulmuş bir dizi içi boş tüp içeren plastik bir membrandan akar. DCMD'nin tüpleri, üzerlerinde biriken su buharı tarafından nüfuz edebilecek şekilde tasarlanmış küçük gözeneklere sahiptir, ancak tuzla değil. Buhar, gözeneklerden yayılır ve tekrar sıvı suya yoğunlaştırılmak üzere çekilir.

Sirkar'a göre, sistemi son derece verimli - 100 litre (26 galon) deniz suyu başına 80 litre (21 galon) içme suyu üretebiliyor, bu da mevcut tuzdan arındırma teknolojisinin üretebileceğinin yaklaşık iki katı . DCMD'nin potansiyel bir dezavantajı, membranın her iki tarafındaki su sıcaklığının eşitlenmesini önlemek için sabit, ucuz bir ısı kaynağı gerektirmesidir. Ancak, DCMD sistemlerinin bir gün kıyıdaki fabrikalardan ve açık denizdeki petrol sondaj operasyonlarından gelen atık ısıyı geri dönüştürebilmesi ve onu herkes için bir kazan-kazan haline getirmesi olasılığı vardır [kaynak: Greenmeier ].

Kil seramik filtreler, önceki bölümde açıklanan tuzdan arındırma teknolojisine benzer bir şekilde çalışır. Temel olarak su, su moleküllerine izin verecek kadar büyük, ancak bakteri, kir ve diğer kötü şeyler için çok küçük olan çok sayıda gerçekten küçük delikler içeren kilden akar [kaynak: Doulton ABD ]. Bu tür ilk cihaz, 1800'lerin başlarında, kolera ve tifonun sürekli tehlikeler oluşturduğu ham lağım suyu ile kirlenmiş olan Thames nehrinden çekilen suyu arıtmak için İngiliz çömlekçi Henry Doulton tarafından geliştirildi [kaynak: Brodrick ].

Doulton'dan bu yana, diğer mucitler, bakterileri öldürmek için gümüş kaplamalar eklemek gibi temel konseptinde iyileştirmeler yaptılar , böylece bugünün seramik filtreleri tehlikeli patojenlerden kurtulmak için daha da iyi bir iş çıkarıyor. Gerçekte devrim niteliğindeki gelişme, insani yardım amaçlı sivil toplum kuruluşlarının, gelişmekte olan dünyada çok sayıda ucuz seramik filtre yapmak ve dağıtmak için fabrikalar kurmasıdır.

2006 çalışmada, taşınabilir ve çalıştırmak için hiçbir enerji gerektiren basit filtreleri, kullanılan Cambodians bulundu 46 oranında ishal hastalığının insidansını azalttığını ve 2003 oranları [kaynağından 95 oranında kendi suyunda E.coli kirlenme: Kaynak Development International - Kamboçya ]

One drawback with these ceramic filters is the speed of filtration. The water seeps out the clay filter at a rate of just 2 liters (2.11 quarts) per hour. But the process needs to be slow in to give the silver solution time to kill pathogens. The filter also does not remove harmful chemicals like arsenic.

In the U.S., water companies add a small amount of fluoride -- between 0.8 and 1.2 milligrams per liter -- to drinking water as a way to protect teeth from decay. But in some parts of the world, including India, the Middle East and some African countries, water already has a lot of naturally-occurring fluoride, and the levels can be so high that they're dangerous to health. In one Indian village, for example, a naturally occurring level of 5 to 23 milligrams (.00017 to .008 ounces) per liter has caused residents to suffer severe anemia, stiff joints, kidney failure and stained teeth [source: World Health Organization].

Fortunately, Indian researchers offered a possible solution in a March 2013 International Journal of Environmental Engineering article. The researchers have developed a filter system that uses a common medicinal herb, Tridax procumbens, to absorb excess fluoride from drinking water. The plant, which has also been used to extract toxic heavy metals from water, attracts fluoride ions when water passes through it at a temperature of about 27 degrees Celsius (80.6 degrees Fahrenheit). The filter potentially could provide an inexpensive, easy-to-use way of making water safe in places where the supply contains excessive fluoride. But it also may be used by people in the U.S. and other countries who don't like the idea of fluoride being added to their water [source: Science Daily].

Sand and gravel have been used to purify water for thousands of years, and in 1804, a Scotsman named John Gibb designed and built the first filter that strained water through grains of sand to remove bigger particles of contamination. His technology worked so well that pretty soon, London and other big cities in Europe were using it to make river water look clearer and taste better.

1800'lerin sonlarında bilim adamları, filtrelemenin suyu içmeyi daha güvenli hale getirdiğini keşfettiler, çünkü filtrelemenin durdurduğu parçacıklar su kaynaklı hastalıklara neden olan mikropların bulaşmasına yardımcı olan parçacıklardı. İçme suyunu Elbe Nehri'nden alan Hamburg şehri, 7.500 kişiyi öldüren bir kolera salgını yaşarken, aynı nehirden gelen suyun filtrelendiği komşu Altona kentinde 1892'de filtrelemenin değeri kanıtlandı. neredeyse el değmeden kaçtı [kaynak: Huisman ve Wood ].

Ancak son zamanlarda araştırmacılar, sudan cıva gibi zararlı maddeleri sıradan kumdan beş kat daha etkili bir şekilde filtreleyebilen "süper kum" oluşturmak için kum tanelerini grafit oksitle nasıl kaplayacaklarını buldular . Süper kumun daha fazla kirlenmeyi emmesini sağlamanın yollarını bulmaya ve sonunda onu su kaynaklarının tehlikeli bir şekilde kirletildiği gelişmekte olan ülkelerde kullanmaya devam ediyor [kaynak: Science Daily ].

Birkaç iyi niyetli huysuzcunun, arsenikle bağlanmış mürver şarabı vererek yalnız yaşlı erkekleri sefaletinden kurtarmayı üstlendiği 1940'ların sinematik kara komedisi "Arsenic and Old Lace" i izlediyseniz, bilirsiniz. ikinci maddenin oldukça kötü şeyler olduğu. Arsenik içme suyunu kirlettiğinde mesane, akciğer ve cilt kanserine neden olabileceği gibi sinir sistemine, kalbe ve kan damarlarına da [kaynak: Ulusal Kaynaklar Savunma Konseyi ] zarar verebilir .

Ne yazık ki, bugün gelişmekte olan ülkelerde neredeyse 100 milyon insan, sularında tehlikeli derecede yüksek seviyelerde arseniğe maruz kalıyor ve ABD'de ondan kurtulmak için kullanılan karmaşık, pahalı arıtma yöntemlerini karşılayamıyorlar. Ancak yeni bir teknoloji bir çözüm sunabilir. Monmouth Üniversitesi (NJ) kimya profesörü Tsanangurayi Tongesayi, doğranmış normal plastik içecek şişelerinin sistein ile kaplandığı ucuz bir arsenik temizleme sistemi geliştirdi.bir amino asit. Plastik parçalar suya eklendiğinde sistein arseniğe bağlanarak arseniği uzaklaştırır ve suyu içilebilir hale getirir. Testlerde, milyarda 20 parça tehlikeli arsenik seviyeleri içeren suyu alıp, bunu ABD Çevre Koruma Ajansı'nın [kaynak: Science Daily ] standardına uygun olan milyarda 0,2 parçaya düşürmeyi başardı.

İnsanların pahalı su arıtma tesisleri inşa edemediği yoksul ülkelerde, bazen ücretsiz bir kaynağa, yani güneş ışığına güvenirler . Güneşten gelen ısı ve ultraviyole radyasyon kombinasyonu

Afrika'da her gün 4.000 çocuğun hayatına mal olan bir hastalık olan ishale neden olan mikropların çoğunu yok edin. Bir komplikasyon: İşlemin işe yaraması için suyun berrak olması gerekiyor ki bu, insanların sularını nehirlerden, derelerden ve sondaj deliklerinden askıya alınmış kil parçacıklarıyla dolu su elde ettiği kırsal alanlarda bir sorundur.

Ancak Michigan Teknoloji Üniversitesi'nde malzeme bilimi ve mühendisliği doçenti olan Joshua Pearce ve Ontario'daki Queens Üniversitesi'nden meslektaşı Brittney Dawney'nin bir çözümü var. Journal of Water, Sanitation and Hygiene for Development'da 2012 tarihli bir makalede, suyu ilk önce flokülasyon adı verilen ve içinde az miktarda sofra tuzu içeren bir işlemle işleyen bir güneş dezenfeksiyon rejimi önerdiler.kili çıkarmak için suya eklenir. Ortaya çıkan içme suyu Amerikalıların alıştığından daha yüksek tuz seviyelerine sahipken, yine de Gatorade'den daha az tuz içeriyor. Pearce bir röportajda "Bu suyu kendim içtim," dedi. "Temiz suyum olmayan bir yerde olsaydım ve ishalli çocuklarım olsaydı ve bu onların hayatlarını kurtarabilirdi, hiç şüphesiz kullanırdım" [kaynaklar: Science Daily , Dawney ve Pearce ].

Gelişmekte olan ülkelerdeki gezginler için güvenli olmayan suya maruz kalmak büyük bir risk olabilir. Sihirli bir asayı suya daldırıp arındırsanız harika olmaz mıydı? Şimdi, esasen yapabilirsiniz. Maine merkezli Hydro Photon adlı şirket tarafından pazarlanan SteriPEN adlı bir el cihazı, hastalığa neden olan mikroorganizmaları ortadan kaldırmak için ultraviyole ışık kullanıyor . Cihaz, şişelenmiş su tesisleri tarafından kullanılan aynı arıtma teknolojisini kullanıyor, ancak minyatürleştirildi, böylece sadece 6,5 ons (184 gram) ağırlığında ve bir sırt çantasına sığacak şekilde. 90 saniye boyunca bir litre akarsu veya gölet suyuna yapıştırın ve işte - içmek güvenlidir [kaynak: Stone]. Bu tür taşınabilir su arıtma sistemleri, hastalığa neden olabilecek giardia ve cryptosporidium gibi bakterileri, virüsleri ve protozoaları yok edebilir [kaynak: New York Times ].

SteriPENS için büyük pazar sırt çantalı gezginler ve gezginlerdir, ancak bunlar aynı zamanda ABD ordusu tarafından da kullanılmaktadır. SteriPEN ayrıca bazı cihazları , musluk suyuna [kaynak: Stone ] erişemeyecekleri uzak vahşi alanlarda çalışmak zorunda olan oyun bekçilerine bağışladı . Ultraviyole arıtma ile ilgili bir uyarı: Süspansiyondaki parçacıkları [kaynak: Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri ] çıkarmak için önce bulanık olan su önceden filtrelenmelidir .

Filtreler, gelişmekte olan ülkelerde suyu arıtmanın uygun ve ucuz bir yoludur. Ancak, Virginia Üniversitesi merkezli, kâr amacı gütmeyen bir insani yardım kuruluşu olan PureMadi - "Madi", Tshivenda Güney Afrika'da "su" anlamına gelir - basitçe bir su kabını saflaştırabilen, kullanımı kolay ek bir teknoloji geliştirdi. içine daldırılmış olmak [kaynak: Samarrai ]. MadiDrop, mikrop öldürücü gümüş veya bakır nanopartiküller içeren, yaklaşık bir hamburger köftesi büyüklüğünde küçük bir seramik disktir . Nanoparçacıklar temelde bilim adamları tarafından tek bir birim olarak davranmaları için özel olarak tasarlanmış gerçekten çok küçük nesnelerdir [kaynaklar: Samarrai , Mandal ].

MadiDrop, PureMadi'nin bir Afrika fabrikasında halihazırda ürettiği daha büyük seramik saksı filtrelerinden (ilk sayfada resmedilmiştir) daha ucuz, daha kolay ve taşınması daha kolaydır. projenin liderleri. Tek dezavantajı, MadiDrop'un suyu bulanıklaştıran asılı parçacıkları kaldırmamasıdır. Bu nedenle ideal olarak, kullanıcılar önce çökeltiden kurtulmak için saksı filtresini kullanarak ve ardından MediDrop [kaynak: Samarrai ] ile mikropları ortadan kaldırarak suyu iki aşamalı bir arıtma sürecinden geçirirler .

Birçoğumuz muhtemelen algleri, ara sıra balık tanklarımızdan temizlemek zorunda olduğumuz iğrenç şeyler olarak düşünürüz, ancak bunlar aynı zamanda sağlık için de ciddi bir tehdit olabilir. Siyanobakteriler adı verilen mavi-yeşil alg çiçeklenmeleri, tüm dünyada hem tatlı hem de tuzlu suda bulunur. Mikrosistin adı verilen ve kendileriyle kirlenmiş suda içen, yüzen veya yıkanan insanlar tarafından kolayca yutulan toksinler üretirler . Mikrokistinler vücudunuza girdiğinde, karaciğer hücrelerinize saldırabilirler . Açıkçası bu, olmasını isteyeceğiniz bir şey değil.

Ne yazık ki, kum filtreleme ve klorlama gibi geleneksel su arıtma yöntemleri bu küçük tehditlerden kurtulmuyor. Bu nedenle, İskoçya'nın Robert Gordon Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni bir arıtma yönteminin çok fazla umut vaat ediyor. Araştırmacılar, öğle yemeğinde mikrokistin yemeyi seven ve onları zararsız, toksik olmayan maddelere dönüşmeleri için metabolize edebilen 10'dan fazla farklı bakteri türü belirlediler. Eğer yosunlar -killer bakteriler su kaynaklarının içine konmakta, bunlar Mikrosistin kurtulmak mümkün ve potansiyel olarak zararlı kimyasallar [kaynak: kullanmadan içecek su kasa yapmalıdır Science Daily ].

Bakterileri öldürmek için gümüş veya bakır nanopartiküller kullanan yenilikçi bir cihaz olan MadiDrop'tan daha önce bahsetmiştik. Ancak nanoteknoloji - yani, insan saçı genişliğinden daha küçük olan, gerçekten çok küçük nesnelerin ve yapıların mühendisliği - dünyanın içme suyunun temizlenmesine yardımcı olmak için çok daha fazla potansiyele sahiptir. Hindistan'daki DJ Sanghvi Mühendislik Koleji'ndeki araştırmacılar, örneğin karbon nanotüpler ve alümina liflerinden oluşturulan filtrelerin yalnızca tortu ve bakterileri değil, arsenik gibi toksik elementlerin izlerini bile temizleyebileceğini söylüyor.

Nano filtreleri kullanmanın bir avantajı, geleneksel su filtreleme sistemlerinden daha verimli olmaları ve çok fazla su basıncına ihtiyaç duymamalarıdır. Ancak gözenekleri geleneksel filtrelerden çok daha küçük olsa da, benzer veya daha hızlı bir akış hızına sahiptirler [kaynak: Science Daily ].

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde araştırmacılar, tuzdan arındırma için nanoteknolojiyi kullanmaya bile bakıyorlar. Deniz suyunu filtrelemek için sadece tek atom kalınlığındaki bir karbon formu olan grafen tabakalarını kullanmayı deniyorlar . Nanoteknoloji ile, bir metrenin milyarda biri kalınlığında, küçük deliklerle dolu tabakalar oluşturmak mümkündür, bu da tuz parçacıklarını bloke edebilir, ancak su moleküllerinin [kaynak: Chandler ] geçmesine izin verebilir .

Yazarın Notu: Su Arıtmada 10 Yenilik

Batı Pennsylvania'da Çelik Vadisi olarak bilinen yerde büyüdüm, burada içme suyu için bağımlı olduğumuz nehrin ağır metaller ve asitlerden maden ocaklarından ham lağıma kadar her şeyle kirlendiği yerde büyüdüm. Yine de bir şekilde, musluklarımızdan çıktığında, su kristal berraklığında görünüyordu ve tadı güzeldi. Bu konuda hep şaşkınım ve içilebilir hale getirmek için hangi ayrıntılı teknolojinin gerekli olduğunu merak ettim. Bu makaleyi araştırmak benim için ilginçti, çünkü hem su arıtma tarihini hem de gezegendeki insanların temiz suya erişimini sağlayan en son yenilikleri öğrenmem gerekiyordu.

İlgili Makaleler

Kaynaklar