211service.com
Dwustopniowa technologia uzdatniania wody
Nowa technika uzdatniania wody, która łączy dwie drogie metody, może okazać się tańszym i wydajniejszym sposobem usuwania trudnych do oczyszczenia zanieczyszczeń. Technologia łączy fotokatalizę, która wykorzystuje światło do rozkładania zanieczyszczeń, oraz utlenianie elektrochemiczne, które wykorzystuje do tego samego prąd elektryczny.
Detoks wodny: Nowa technologia łącząca napromieniowanie UV i elektrochemię daje zanieczyszczenia ściekom podwójnie.
Aicheng Chen , profesor nadzwyczajny i Kanada Research Chair w dziedzinie chemii materiałów i środowiska na Uniwersytecie Lakehead w Ontario, złożył wniosek o patent na ten proces i twierdzi, że może on zostać skomercjalizowany w ciągu dwóch lat. Chen połączył te dwie metody uzdatniania wody, tworząc elektrodę o podwójnym przeznaczeniu. Elektroda pokryta jest z jednej strony fotokatalizatorem, az drugiej elektrokatalizatorem. Chen przetestował zdolność elektrody do usuwania dwóch różnych nitrofenoli – substancji chemicznych, które są często używane do produkcji leków, pestycydów, fungicydów i barwników i które powszechnie występują w ściekach przemysłowych. Elektroda dwufunkcyjna usunęła od 85 do 90 procent notorycznie trudnych do usunięcia zanieczyszczeń w ciągu trzech godzin, w porównaniu z zaledwie 30 i 60 procentami w przypadku każdej techniki. Wyniki Chena były opublikowany w zeszłym miesiącu w dzienniku Nauka o środowisku i technologia .
Fotokataliza i utlenianie elektrochemiczne były szeroko badane pod kątem ich zastosowania w uzdatnianiu wody, ale nie są szeroko stosowane, ponieważ żadne z nich nie jest wystarczająco wydajne, aby uzasadnić koszty. W fotokatalizie promieniowanie ultrafioletowe uderza w katalizator – często dwutlenek tytanu – podnosząc elektrony w materiale do stanu wyższej energii. To z kolei pozostawia wolne dodatnio naładowane dziury do utleniania zanieczyszczeń. Ale fotokataliza nie jest zbyt wydajna, ponieważ często elektrony po prostu ponownie wiążą się z dziurami.
Utlenianie elektrochemiczne polega na przepuszczaniu prądu przez katalizator w wodzie w celu utlenienia zanieczyszczeń. W połączeniu z fotokatalizą proces ten zwiększa wydajność po części dlatego, że prąd zapobiega rekombinacji elektronów i dziur powstałych w wyniku fotokatalizy.
Najbardziej ekonomiczne i powszechnie stosowane uzdatnianie wody wykorzystuje bakterie do rozkładania zanieczyszczeń. Ale oczyszczanie biologiczne nie zawsze jest najskuteczniejsze, szczególnie w przypadku ścieków o wysokim stężeniu związków organicznych lub toksycznych, więc wodę trzeba uzdatniać wielokrotnie, często za pomocą chemikaliów, takich jak chlor, co zwiększa koszty.
Oczyszczanie biologiczne nie jest przydatne dla wszystkich ścieków, mówi Chen. W wodzie o wysokim stężeniu zanieczyszczeń, bardzo wysokim pH lub bardzo niskim pH bakterie mają trudności z przetrwaniem.
Według niedawnego raportu autorstwa Badania Lux prognozuje się, że zużycie wody wzrośnie na całym świecie do 40 procent do 2030 r., a przychody związane z wodą wzrosną z około 500 miliardów dolarów w 2007 r. do prawie 1 biliona dolarów do 2030 r. Takie prognozy doprowadziły do gwałtownego wzrostu zainteresowania nowymi, potencjalnie większymi wydajne technologie uzdatniania wody w ostatnich latach. Ponieważ zapotrzebowanie na czystą wodę stale rośnie, naukowcy szukają nowych sposobów uzdatniania zanieczyszczonej wody; według innego raportu Lux, potrzebny jest szereg opcji, ponieważ rośnie również liczba trudnych do usunięcia zanieczyszczeń znajdujących się w ściekach.
Starszy analityk Lux Research, Heather Landis, twierdzi, że technologia Chena jest wyjątkowa i ma potencjał. Inne firmy stosowały dwutlenek tytanu w fotokatalizie, ale jak dotąd nikt nie połączył fotokatalizy z elektrochemią, mówi. Ale według Landisa Chen będzie musiał zademonstrować tę technikę na próbkach ścieków, które zawierają wiele zanieczyszczeń, a nie tylko zanieczyszczający nitrofenol.
Aleksander Orłow , adiunkt na wydziale inżynierii materiałowej i inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Stony Brook w Nowym Jorku, mówi, że podejście Chena może znaleźć niszowe zastosowania, w szczególności do oczyszczania ścieków z wysokimi stężeniami nitrofenoli. Jednak Orłow mówi, że jednym z potencjalnych problemów może być katalizator z dwutlenku tytanu, który z czasem traci swoją reaktywność. Trzeba będzie przeprowadzić dalsze testy, aby wykazać jego długoterminową rentowność, mówi. Chociaż Chen przyznaje, że może to stanowić problem, mówi, że ogólnie dwutlenek tytanu jest dobrym katalizatorem, ponieważ jest chemicznie obojętny i nietoksyczny. Jednak Chen eksperymentuje również z nanostrukturami dwutlenku tytanu, które na dłuższą metę powinny być bardziej odporne.
Wciąż nie wiadomo, jak ta technika będzie sobie radzić w porównaniu z oczyszczaniem biologicznym. Ponieważ oczyszczanie biologiczne wykorzystuje bakterie i wymaga niewielkiej konserwacji, jest stosunkowo tanie. Chen mówi, że leczenie biologiczne przynajmniej na początku będzie tańsze. Ale ponieważ jego metoda jest skuteczniejsza w usuwaniu nitrofenoli, uważa, że można ją stosować w połączeniu z oczyszczaniem biologicznym, zwłaszcza do oczyszczania silnie zanieczyszczonych ścieków przemysłowych lub rolniczych. Chen mówi, że jego podejście może również pomóc w uzdatnianiu wody przy użyciu środków chemicznych, takich jak chlor, które są mniej przyjazne dla środowiska.
Następnym krokiem jest przetestowanie metody na innych zanieczyszczeniach, przeprowadzenie analizy kosztów i zwiększenie skali procesu. Chen mówi, że jego grupa pracuje obecnie nad budową prototypu oczyszczalni, która powinna zostać ukończona do końca roku.