Daggmaskar och små vattenloppor kan hjälpa till att leverera rent vatten till miljarder människor som bor i avlägsna områden i världen genom att äta upp avloppsvatten och andra föroreningar.

Uppskattningsvis 2,3 miljarder människor runt om i världen saknar grundläggande sanitet, medan 844 miljoner inte har tillgång till rent vatten, trots att båda anses vara viktiga mänskliga rättigheter. Även i Europa uppskattar uppskattningsvis 62 miljoner människor tillgång till tillräcklig sanitet och 14 miljoner är utan en grundläggande dricksvattenkälla.

Att rena avloppsvatten och tillhandahålla dricksvatten kräver ofta stora, dyra anläggningar som förbrukar avsevärda mängder energi för att hålla igång. Detta innebär att människor på avlägsna platser eller fattiga områden ofta lämnas utan sådana tjänster.

Men forskare tror att det kan vara möjligt att leverera prisvärd vattenrening till dessa platser med hjälp av små djur som slukar föroreningarna i vattnet. Forskare som arbetar med ett projekt som heter INNOQUA utvecklar biofilter som använder levande varelser för att filtrera vatten - daggmaskar och små kräftdjur som kallas Daphnia .

Dessa varelser slukar slammet och andra föroreningar, såsom ammonium, som en del av en serie vattenreningsmoduler som kan ställas in och lämnas att köra med litet behov av underhåll.

"De flesta kommer att ha en aning om vilken roll daggmaskar spelar i jorden, "sade Dr Eoghan Clifford, civilingenjör vid National University of Ireland, i Galway, och teknisk chef för INNOQUA-projektet. "De gör något liknande i avloppsvattentekniken vi använder."

I jord, daggmaskar mumsar sig igenom växtskräp och gödsel för att hjälpa till att bryta isär det, samtidigt som man extraherar kemikalier som kväve och fosfor från materialet.

INNOQUA-projektet använder istället daggmaskar för att bryta upp slammet som ofta täpper till filter vid avloppsreningsverk. Det försöker använda varelserna som en del av ett filter som innehåller flis och grus för att fånga fast material från råa avloppsvatten så att maskarna sedan kan bryta ner det.

Utsöndras

Bakterier som lever i flisen slutför sedan jobbet genom att ytterligare bryta ner materialet som maskarna utsöndrar.

"Masmarna bryter ner slammet och det fasta materialet, som förhindrar att systemet täpps igen, " förklarade Dr. Clifford. "Detta innebär att det kräver mycket lägre underhåll än andra typer av system. Detta är viktigt för småskaliga system på avlägsna platser."

INNOQUA-projektet syftar till att starta 11 demonstrationsprojekt i olika länder över hela världen för att testa hur dess djurbaserade filtersystem kommer att fungera i en mängd olika miljöer. En av dessa platser kommer att vara i ett avlägset samhälle nära höglandsbyn Littlemill, i Nairn, Skottland.

Skotskt vatten, som är en av partnerna i projektet, måste för närvarande skicka lastbilar hundratals mil för att samla upp slam från septiktankar i avlägsna samhällen. I vissa fall, dessa tankfartyg måste göra långa färjeresor för att nå ösamhällen där det inte finns någon lokal rening av avloppsvatten.

Man hoppas, dock, att filtersystemet som sätts upp av INNOQUA kommer att kunna rena det avloppsvatten som produceras av en gemenskap på 19 personer på platsen i Skottland.

Dr Clifford sa att tidiga resultat från ett prototypfilter som använder kommunalt avlopp i Galway har visat att daggmaskarna kan ta bort mer än 90 % av ammoniumet och över 95 % av det organiska kolet från avloppsvattnet, även om de nu testar gränserna för hur mycket avlopp systemet kan hantera samtidigt som det försöker minska dess storlek.

"Vi har blivit ganska förvånade över hur effektivt det här filtret har varit, ", sa han. "Men daggmasktekniken kommer i sig inte att behandla avloppsvatten till en återanvändbar standard, så det måste samarbetas med andra tekniker för att ytterligare behandla vattnet."

Det är här Daphnia – även känd som vattenloppor – kommer in. INNOQUAs vision är att flera olika vattenreningssystem ska användas tillsammans som moduler som kan kombineras för att rengöra vatten enligt de standarder som krävs i olika länder eller användningsområden.

Upphängd

Daphnia är små filtermatare som förbrukar material suspenderat i vatten, inklusive potentiellt skadliga bakterier. En prototyp av detta filter testas av University of Girona, Spanien, vid en reningsanläggning utanför byn Quart, bara ett par kilometer utanför själva Girona.

"De Daphnia ansvarar för att rensa ut partiklar efter att det mesta av kolet och kvävet har tagits bort, " sa Dr. Narcís Pous Rodríguez från universitetet i Girona, som leder testningen av Daphnia filtrera. "Vårt system kan för närvarande klara ett flödesområde på 700 till 3, 000 liter om dagen."

Demonstrationsplatser för projektet kommer att omfatta Irland, Skottland, Indien och Ecuador, presenterar ett brett spektrum av olika förhållanden. Daphnia är känsliga för temperatur så en lösning kan vara att installera filtret under jord i länder där de kan påverkas.

Efter Daphnia behandling, avloppsvatten kan behöva ytterligare behandling med ultraviolett ljus, till exempel, innan det kan anses säkert för återanvändning i de flesta länder.

Det kan också ofta finnas andra syntetiska kemikalier i avloppsvattnet som kan vara svåra att få bort utan dyra industriella processer. Föroreningar som polyklorerade bifenyler (PCB), som nu tros orsaka cancer hos människor, användes en gång i stor utsträckning i många konsumentprodukter som kylmedel, smörjmedel och tillsatser, men är långvariga när de väl läcker ut i miljön och har blivit en stor förorening i vattenförsörjning över hela världen.

Den vanligaste vägen för att förstöra PCB är att antingen förbränna förorenade jordar eller att behandla förorenat vatten med andra kemikalier för att bryta ner dem.

Men forskare som arbetar med ett projekt kallat Cryo-bacteria-reactor syftar till att använda levande organismer för att ta itu med dessa föroreningar. De har utvecklat en metod för att immobilisera bakterier i porösa strukturer så att de kan ta bort PCB ur vattnet när det filtreras genom materialet.

"Det har redan gjorts några försök att använda bakterier men som fria celler i slammet i vattenbehandlingssystem eller genom att använda bioreaktorer med immobiliserade bakterier, " sa Dr. Irina Savina, en kemist vid University of Brighton, STORBRITANNIEN, vem som leder projektet. "Det finns svårigheter att hålla den bakteriella biofilmen stabil i dessa befintliga system och de kan ofta vara relativt ineffektiva.

"Vi har kunnat producera ett tredimensionellt poröst material direkt från bakterier med en minimal mängd polymer."

För närvarande har Cryo-bacteria-reactor-teamet testat sin teknik med hjälp av bakterier som bryter ned kemikalier som de använder som modeller för PCB. De levande bakterierna fixeras på plats inuti ett svampliknande material som har porer på 20-150 mikrometer. De kunde biologiskt bryta ned relativt höga koncentrationer av de kemiska föroreningarna under 2,5 till 5 dagar för att lämna bara spårmängder efter sig.

Dessa bakteriesvampar kan återanvändas minst 10 gånger, enligt projektets forskning, medan de också kan frysas in för lagring, innan de senare aktiveras igen.

"Vi kan anpassa bioreaktorn för att använda lokala bakteriearter som har förmågan att hantera olika kemikalier, " sa Dr Savina. "Det ger oss ett miljövänligt sätt att ta bort föroreningar från vattnet."