211service.com
Niskoenergetyczna filtracja wody
Większość technologii filtracji wody wymaga dużej ilości energii, aby przepchnąć wodę przez membrany, które ostatecznie ulegają zabrudzeniu i wymagają wymiany. Oba czynniki powodują, że filtracja wody jest kosztowna w większości zastosowań.
Cykl wirowania: Przedstawiony powyżej oczyszczacz wody oddziela zanieczyszczenia za pomocą siły odśrodkowej.
Teraz naukowcy z Palo Alto Research Center (PARC) byli w stanie sprostać tym wyzwaniom, wprowadzając naukowe spostrzeżenia z fizyki ruchów cząstek tonera do niskoenergetycznego urządzenia do filtracji wody, które nie wykorzystuje membran.
To dobra wiadomość dla nadchodzącego widma filtrowania słonawej wody pitnej, która zagraża większości krajów rozwijających się, a nawet niektórym obszarom ubogim w wodę w krajach rozwiniętych. W przeszłości jednak ekonomia była przeszkodą w tworzeniu niedrogich systemów uzdatniania wody. Organizacja Narodów Zjednoczonych szacuje, że w ciągu najbliższych ośmiu lat około 900 milionów ludzi będzie potrzebować bezpiecznego zaopatrzenia w wodę pitną.
Naukowcy z PARC nazywają swoje urządzenie koncentratorem spiralnym. Jest to spiralny, 50-centymetrowy kawałek plastikowej rurki o średnicy jednego milimetra. Gdy woda jest pompowana przez jeden koniec urządzenia, cząsteczki wody są dociskane do ścianek rurki. Cząsteczki o wielkości zaledwie jednego mikrona są oddzielane przez siłę odśrodkową i odprowadzane z czystej wody za pomocą rozbieżnych widełek spiralnego koncentratora.
Zaletą tego podejścia jest to, że nie wymaga tak dużo energii, jak przepychanie zanieczyszczonej wody przez membranę. Takie membrany są zwykle zbudowane z żywicy i mają w nich wiele małych otworów o wielkości od kilku mikrometrów do kilku nanometrów.
Innowacja PARC wywodzi się z wcześniejszego kontraktowego projektu badawczego z armią amerykańską. Celem było zaprojektowanie urządzenia do koncentracji zagrożeń biologicznych, takich jak wąglik, poprzez koncentrację kilku części na litr zanieczyszczeń, aby czujnik mógł wykryć ich obecność.
Naukowcy z PARC mają duże doświadczenie w badaniu fizyki cząstek. Toner w kopiarkach składa się z miniaturowych, naładowanych elektronami cząstek. Zrozumienie fizyki poruszania się tych naładowanych cząstek zarówno w powietrzu, jak iw cieczy było kluczowym obszarem badań PARC. Lekcje, które naukowcy wyciągnęli na temat tonera cząsteczkowego, zostały wykorzystane w systemie wykrywania czynników biologicznych PARC oraz w oczyszczaczu wody.
Oczyszczacz wymaga stałego natężenia przepływu wody, aby ruchy cząstek były zgodne z przewidywanymi wzorcami. Taki przepływ wody można osiągnąć za pomocą pompy o małej mocy, która może być napędzana panelem ogniw słonecznych.
Jednakże, ponieważ koncentrator spinowy może oddzielać cząstki o wielkości nie mniejszej niż jeden mikron, nie może usunąć bakterii. Scott Elrod, kierownik laboratorium systemów sprzętowych w PARC, mówi, że mniejsze cząsteczki można oddzielić poprzez dodanie ałunu do filtrowanej wody. Ałun jest stosowany w oczyszczalniach wody do chemicznego wiązania małych cząstek z większymi, które można następnie oddzielić grawitacyjnie. W przypadku koncentratora wirowego siła odśrodkowa zapewni moc do usunięcia zakrzepłych cząstek.
Elrod mówi, że w ciągu najbliższych dwóch miesięcy naukowcy spodziewają się zmniejszyć urządzenie do równoległego stosu koncentratorów spinów, które są na tyle małe, aby można je było sprzedawać komercyjnie. Planują również przetestować system z większymi objętościami wody, aby osiągnąć maksymalną objętość filtracji 100 litrów na minutę. Naukowcy wykonali już obliczenia na papierze, wskazując, że schemat równoległy i objętość wody powinny być w stanie poradzić sobie.