University of Virginia ingenjör Jim Smith och Dr. Rebecca Dillingham, meddirektörer för PureMadi, visas med ett av de keramiska vattenfilter som deras företag tillverkar och distribuerar i Sydafrika för samhällen med liten tillgång till rent vatten. University of Virginia Mat och skydd är avgörande för att leva, men ingen kan överleva mycket länge utan vatten. Det är därför, sedan historiens början, civilisationer har levt nära rikliga källor till H20.
Men det räcker inte bara att ha gott om det. Samma vatten som ger liv kan också göra människor sjuka eller till och med döda dem, om den innehåller farliga ämnen eller sjukdomsframkallande mikrober. Och eftersom människor använder vatten för aktiviteter som bevattning av grödor, tvätt och avfallshantering, vattenkällor nära en mänsklig befolkning kan lätt bli förorenade [källa:Hassan].
Som ett resultat, människor har försökt rena vatten i tusentals år. Så långt tillbaka som 1500 f.Kr. Egyptierna använde det kemiska alunet för att filtrera suspenderat sediment ur dricksvattnet. Men det var inte förrän i slutet av 1800 -talet och början av 1900 -talet som forskare kom på att mikrober orsakade sjukdomar och att vatten kunde behandlas med klor eller ozon för att eliminera dem [källa:Environmental Protection Agency].
Medan vattnet som kommer ur kranarna i de flesta länder nu är rent och säkert, cirka 11 procent av världens befolkning - 783 miljoner människor - har fortfarande inte tillgång till dricksvatten, enligt en FN -studie från 2012. Så forskare utvecklar nya metoder för att få vatten och rena det. Här är 10 av de mest lovande teknikerna.
Innehåll
En avsaltningsanläggning i Oman. Avsaltningsprocessen är dyr men den nya processen med DCMD lovar att göra den billigare och effektivare. Franz Aberham/Photographer's Choice/Getty Images Om vi kunde utnyttja de stora oceanerna som en dricksvattenkälla, alla skulle ha mer än tillräckligt. Men det betyder att ta bort saltet, vilket är ineffektivt och kostsamt med befintlig teknik. Det är därför en ny process, utvecklad av New Jersey Institute of Technology kemiteknisk professor Kamalesh Sirkar, har ett så bländande löfte. I Sirkars system för direktkontaktmembrandestillation (DCMD), uppvärmt havsvatten rinner över ett plastmembran som innehåller en serie ihåliga rör fyllda med kallt destillerat vatten. DCMD -rören har små porer, som är utformade så att de kan penetreras av vattenånga som samlas på dem, men inte med salt. Ångan diffunderar genom porerna och dras av, att kondenseras igen till flytande vatten.
Enligt Sirkar, hans system är extremt effektivt - det kan producera 80 liter (21 gallon) dricksvatten per 100 liter (26 gallon) havsvatten, ungefär dubbelt så mycket som befintlig avsaltningsteknik kan producera. En potentiell nackdel med DCMD är att det kräver en stadig, billig värmekälla för att förhindra att vattentemperaturen på vardera sidan av membranet utjämnas. Men det finns möjlighet att DCMD-system en dag kan återvinna spillvärme från landbaserade fabriker och oljeborrningsverksamhet till havs, vilket gör det till en win-win för alla [källa:Greenmeier].
Detta Doulton stengods vattenfilter, ca. 1880, skapades som svar på allmänhetens medvetenhet om förorenat dricksvatten i Storbritannien. I dag, Royal Doulton -företaget är mer känt för sitt fina porslin men tillverkar fortfarande keramik- och kolfilter. Doulton USA Lerkeramikfilter fungerar på ett sätt som liknar avsaltningstekniken som beskrivs i föregående avsnitt. I grund och botten, vatten rinner genom lera som innehåller många riktigt små hål, som är tillräckligt stora för att låta vattenmolekyler dock, men för liten för bakterier, smuts, och andra dåliga saker [källa:Doulton USA]. Den första enheten utvecklades av en brittisk keramiker, Henry Doulton, tillbaka i början av 1800 -talet för rening av vatten från Themsen, som var så förorenad med råavlopp att kolera och tyfus var ständiga faror [källa:Brodrick].
Sedan Doulton, andra uppfinnare har gjort förbättringar av hans grundkoncept, som att lägga till silverbeläggningar för att döda bakterier, så att dagens keramiska filter gör ett ännu bättre jobb med att bli av med farliga patogener. Den riktigt revolutionerande utvecklingen, fastän, är att humanitära icke-statliga organisationer har inrättat fabriker för att tillverka och ge bort ett stort antal billiga keramiska filter i utvecklingsländerna.
En studie från 2006 visade att kambodjaner som använde de enkla filtren, som är bärbara och kräver ingen energi för att köra, minskade förekomsten av diarrésjukdomar med 46 procent, och E.coli -kontaminering i deras vatten med 95 procent från 2003 års priser [källa:Resource Development International - Kambodja]
En nackdel med dessa keramiska filter är filtreringshastigheten. Vattnet rinner ut lerfiltret med en hastighet av bara 2 liter (2,11 liter) per timme. Men processen måste vara långsam för att ge silverlösningen tid att döda patogener. Filtret tar inte heller bort skadliga kemikalier som arsenik.
Tridax procumbens är medlem i daisy -familjen och en utbredd ogräs. Det är också känt som tridax daisy eller rock knappar och ser mycket ut som denna växt. MARTIN GERTEN/AFP/Getty Images I USA., vattenföretag lägger till en liten mängd fluor - mellan 0,8 och 1,2 milligram per liter - till dricksvatten som ett sätt att skydda tänderna mot sönderfall. Men i vissa delar av världen, inklusive Indien, Mellanöstern och några afrikanska länder, vatten har redan mycket naturligt förekommande fluor, och nivåerna kan vara så höga att de är hälsofarliga. I en indisk by, till exempel, en naturligt förekommande nivå på 5 till 23 milligram (.00017 till .008 ounces) per liter har fått invånarna att drabbas av allvarlig anemi, stela leder, njursvikt och färgade tänder [källa:Världshälsoorganisationen].
Lyckligtvis, Indiska forskare erbjöd en möjlig lösning i en artikel från International Journal of Environmental Engineering från mars 2013. Forskarna har utvecklat ett filtersystem som använder en vanlig medicinsk ört, Tridax procumbens, för att absorbera överskott av fluor från dricksvatten. Plantan, som också har använts för att extrahera giftiga tungmetaller från vatten, drar till sig fluorjoner när vatten passerar genom det vid en temperatur av cirka 27 grader Celsius (80,6 grader Fahrenheit). Filtret kan eventuellt ge en billig, lättanvänt sätt att göra vattnet säkert på platser där tillförseln innehåller för mycket fluor. Men det kan också användas av människor i USA och andra länder som inte gillar tanken på att fluor tillsätts i vattnet [källa:Science Daily].
Lager vid floden Elbe i Hamburg, Tyskland vid den tidpunkt då invånarna drabbades av en koleraepidemi som dödade 7, 500. Hulton Archive/Getty Images Sand och grus har använts för att rena vatten i tusentals år, och 1804, en skott vid namn John Gibb konstruerade och byggde det första filtret som silade vatten genom sandkorn för att ta bort större partiklar av förorening. Hans teknik fungerade så bra att ganska snart, London och andra storstäder i Europa använde det för att få flodvattnet att se klarare ut och smaka bättre.
I slutet av 1800 -talet, forskare kom på att filtrering gjorde att vatten också var säkrare att dricka, eftersom partiklarna som stoppades av filtreringen var de som hjälpte till att överföra de mikrober som orsakade vattenburna sjukdomar. Värdet av filtrering demonstrerades 1892, när staden Hamburg, som fick sitt dricksvatten från floden Elbe, drabbades av en koleraepidemi som dödade 7, 500 personer, medan grannstaden Altona, där vatten från samma flod filtrerades, flydde nästan orörd [källa:Huisman och Wood].
Men nyligen, forskare har kommit på hur man kan belägga sandkorn med grafitoxid för att skapa "supersand" som enligt uppgift kan filtrera skadliga ämnen som kvicksilver från vatten fem gånger så effektivt som vanlig sand. Arbetet fortsätter att hitta sätt att få supersand att absorbera ännu mer föroreningar, och så småningom använda den i utvecklingsländer där vattenförsörjningen är farligt förorenad [källa:Science Daily].
En kemiprofessor har utvecklat ett system för att ta bort arsen från dricksvatten med hjälp av hackade dryckesflaskor som dessa. Hans-Peter Merten/The Image Bank/Getty Images Om du har sett 1940 -talets filmiska svarta komedi "Arsenic and Old Lace, "där ett par välmenande spinnare tar på sig att sätta ensamma gubbar ur deras elände genom att ge dem flädervin spetsat med arsenik, du vet att den senare substansen är ganska dåliga saker. När det förorenar dricksvatten, arsenik kan orsaka urinblåsa, lung- och hudcancer, samt skada nervsystemet, hjärta och blodkärl [källa:National Resources Defense Council].
Tyvärr, nästan 100 miljoner människor i utvecklingsländer idag utsätts för farligt höga halter av arsenik i deras vatten, och de har inte råd med komplexet, dyra reningsmetoder som används i USA för att bli av med det. Dock, en ny teknik kan erbjuda en lösning. Monmouth University (N. J.) kemiprofessor Tsanangurayi Tongesayi har utvecklat ett billigt arseniskt avlägsnande system där hackade bitar av vanliga plastflaskor är belagda med cystein , en aminosyra. När plastbitarna tillsätts i vatten, cystein binder till arsenik, ta bort det och göra vattnet drickbart. I tester, han har kunnat ta vatten som innehåller farliga arsenikhalter på 20 delar per miljard, och minska den till 0,2 delar per miljard, som uppfyller U.S. Environmental Protection Agency's standard [källa:Science Daily]
Invånarna tvättar sina kläder och hämtar dricksvatten vid en allmän pump i Gabon. Många människor i Afrika lider av diarré orsakad av att dricka förorenat vatten men sol och salt har visat sig vara bra desinfektionsmedel för det. WILFRIED MBINAH/AFP/Getty Images I fattiga länder där människor inte har råd att bygga dyra vattenreningsverk, de förlitar sig ibland på en gratis resurs - solljus. En kombination av värme och ultraviolett strålning från solen kommer
torka bort de flesta mikrober som orsakar diarré, en sjukdom som tar livet av 4, 000 barn i Afrika varje dag. En komplikation:För att processen ska fungera, vattnet måste vara klart, vilket är ett problem på landsbygden där människor får sitt vatten från floder, vattendrag och borrhål som ger vatten fyllt med suspenderade lerpartiklar.
Men Joshua Pearce, docent i materialvetenskap och teknik vid Michigan Technological University, och kollegan Brittney Dawney från Queens University i Ontario har en lösning. I en artikel från 2012 i Journal of Water, Sanitet och hygien för utveckling, de föreslog en soldesinfektionsplan som först behandlar vattnet med en process som kallas flockning , i vilken en liten mängd bordsalt tillsätts i vattnet för att dra ut leran. Även om det resulterande dricksvattnet har högre halter av salt än amerikanerna är vana vid, det har fortfarande mindre i det än Gatorade. "Jag har druckit detta vatten själv, "Pearce sa i en intervju." Om jag var någonstans utan rent vatten och jag hade barn med diarré, och detta kan rädda deras liv, Jag skulle använda den, ingen fråga "[källor:Science Daily, Dawney och Pearce].
SteriPEN vattenreningssats. SteriPEN För resenärer i utvecklingsländer, exponering för osäkert vatten kan vara en stor risk. Vore det inte bra om du bara kunde doppa en trollstav i vatten och rena den? Nu, väsentligen, du kan. En handhållen enhet som heter SteriPEN, marknadsförs av Maine-baserat företag som heter Hydro Photon, använder ultraviolett ljus för att utrota sjukdomsframkallande mikroorganismer. Enheten använder samma reningsteknik som används på flaskvattenverk, men det har miniatyriserats, så att den bara väger 184 gram och passar in i en ryggsäck. Stick ner den i en liter ström eller dammvatten i 90 sekunder, och voila - det är säkert att dricka [källa:Stone]. Sådana bärbara vattenreningssystem kan förstöra bakterier, virus och protozoer, såsom giardia och cryptosporidium, som kan orsaka sjukdom [källa:New York Times].
Den stora marknaden för SteriPENS är backpackers och resenärer, men de används också av den amerikanska militären. SteriPEN har också donerat några av enheterna till viltvakter som måste arbeta i avlägsna vildmarksområden där de inte har tillgång till kranvatten [källa:Stone]. En varning med ultraviolett rening:Vatten som är grumligt måste först förfiltreras för att ta bort partiklar som är i suspension [källa:Centers for Disease Control and Prevention].
MadiDrop -tabletten är utformad för att sänkas ner i vatten, dödar 99,9 procent av alla patogener. Den är lättare att transportera och billigare än blomkrukfiltren men tar inte bort sediment. University of Virginia Filter är ett bekvämt, billigt sätt att rena vatten i utvecklingsländer. Men en University of Virginia-baserad ideell humanitär organisation som heter PureMadi-"Madi" är det sydafrikanska ordet Tshivenda för "vatten"-har kommit med en ytterligare lättanvänd teknik som kan rena en behållare med vatten helt enkelt genom att fördjupad i den [källa:Samarrai]. MadiDrop är en liten keramisk skiva, ungefär lika stor som en hamburgerpatty, som innehåller nanopartiklar av silver eller koppar som dödar mikrober. Nanopartiklar är i grunden verkligen, riktigt små föremål speciellt utformade av forskare för att bete sig som en enda enhet [källor:Samarrai, Mandal].
MadiDrop är billigare, lättare att använda, och lättare att transportera än de större keramiska blomkrukfiltren (bilden på första sidan) som PureMadi redan tillverkar i en afrikansk fabrik, enligt James Smith, en civil- och miljöingenjör som är en av projektets ledare. Den enda nackdelen, på nytt, är att MadiDrop inte tar bort suspenderade partiklar som gör vattnet grumligt. Så idealiskt, användare kommer att lägga vatten genom en tvåstegsreningsprocess, genom att först använda blomkrukfiltret för att bli av med sediment och sedan utrota mikroberna med MediDrop [källa:Samarrai].
Flygfoto över flamingos över sjön Bogoria, Kenya. Denna saltlösning, alkalisk sjö är rik på cynobakterier som lockar till sig ett stort antal flamingos, ibland 1 miljon åt gången. Martin Harvey/Gallo Images/Getty Images Många av oss tänker förmodligen på alger som de grova sakerna som vi måste rensa ur våra tankar då och då, men de kan också vara ett allvarligt hot mot hälsan. Blommar av blågröna alger, kallas cyanobakterier, finns i både färskt och saltvatten över hela världen. De producerar toxiner som kallas mikrocystiner som lätt intas av människor som dricker, simma eller bada i vatten som är förorenat med dem. När mikrocystiner kommer in i din kropp, de kan attackera dina leverceller. Det är uppenbarligen inte något du vill att ska hända.
Tyvärr, konventionella metoder för vattenrening, såsom sandfiltrering och klorering, bli inte av med dessa små hot. Det är därför en ny reningsmetod utvecklad av forskare vid Skottlands Robert Gordon University har så mycket löfte. Forskarna har identifierat mer än 10 olika bakteriestammar som gillar att ha mikrocystiner till lunch, och kan metabolisera dem så att de bryts ner till ofarliga, giftfria material. Om algdödande bakterier införs i vattenkällor, de ska kunna bli av med mikrocystinerna och göra vattnet säkert att dricka utan att använda potentiellt skadliga kemikalier [källa:Science Daily].
En 3D -bild av en kolnanorör. Filter framställda av detta kan ta bort sediment, bakterier och till och med spåra giftiga element från vatten med en snabbare flödeshastighet än konventionella filter Andrey Prokhorov/E+/Getty Images Vi har redan nämnt en innovativ ny enhet, MadiDrop, som använder silver eller koppar nanopartiklar för att döda bakterier. Men nanoteknik - det vill säga konstruktionen av verkligen, riktigt små föremål och strukturer, mindre än bredden på ett människohår - har mycket mer potential att hjälpa till att städa upp världens dricksvatten. Forskare vid Indiens D.J. Sanghvi College of Engineering säger att filter tillverkade av kolnanorör och aluminiumfibrer, till exempel, kan ta bort inte bara sediment och bakterier, men även spår av giftiga element som arsenik.
En fördel med att använda nanofilter , som de kallas, är att de är mer effektiva än konventionella vattenfiltreringssystem, och kräver inte så mycket vattentryck. Men även om deras porer är mycket mindre än konventionella filter, de har en liknande eller snabbare flödeshastighet [källa:Science Daily].
Vid Massachusetts Institute of Technology, forskare tittar till och med på att använda nanoteknik för avsaltning. De experimenterar med att använda ark grafen , en form av kol som bara är en enkel atom tjock, för att filtrera havsvatten. Med nanoteknik, det är möjligt att skapa ark fyllda med små hål, bara en miljarddels meter tjock, som kan blockera saltpartiklar men låter vattenmolekyler passera genom [källa:Chandler].
Författarens anmärkning:10 innovationer inom vattenrening
Jag växte upp det som tidigare kallades Steel Valley i västra Pennsylvania, där floden som vi var beroende av för dricksvatten förorenades med allt från tungmetaller och syror från bandgruvor till råavlopp. Men på något sätt, när det kom ur våra kranar, vattnet såg kristallklart ut och smakade OK. Jag har alltid undrat över det, och undrade vilken genomarbetad teknik som krävdes för att göra den drickbar. Att undersöka den här artikeln var intressant för mig, eftersom jag fick lära mig både historien om vattenrening, och vilka nyligen genomförda innovationer kan säkerställa att människor över hela världen har tillgång till rent vatten.
relaterade artiklar
Källor
