Det har gått 30 år sedan ett pilotprojekt i Miami-Dade County fann att sprängning av avloppsvatten med elektroner kunde rensa upp det, ta bort alla typer av otäcka saker, från mikroorganismer till hårda kemikalier.

Allt som behövdes var någon oförskämd vetenskapsman eller ingenjör för att komma på en accelerator som var kostnadseffektiv, kompakt och användarvänlig nog att rengöra avloppsvatten i industriell skala.

Världen väntar fortfarande på det.

Många länder har gått framåt med att använda acceleratorer för miljösanering – ta bort giftiga färgämnen från avloppsvatten vid en textilfabrik i Sydkorea, till exempel, eller svaveldioxider och kväveoxider från rökgaser vid ett kraftverk i Polen. Men sådana enheter är fortfarande för stora och opålitliga. I det här landet, studier och teknikdemonstrationer fortsätter, men gör stegvisa framsteg.

Fysiker vid Jefferson Laboratory arbetar med två konstruktioner som de hoppas kan ändra på det.

Fay Hannon drömmer om en lågenergi, bärbar accelerator för miljösanering, medan Gianluigi "Gigi" Ciovati funderar på hur man använder en kommersiell kryokylare för att stabilisera en kraftfullare accelerator han designar.

"Jag tillhör en generation där miljöskydd verkligen tynger dig, sade Hannon. I det här fallet, avloppsvattenrening är inte min specialitet, men att tillhandahålla den resurs som kan göra det är."

Ursprungligen från England, Hannon betraktar sig själv som en elektroingenjör som blivit fysiker. Hon har varit på Jefferson Lab i 15 år och arbetat med en rad projekt.

"Jag har alltid varit intresserad av att saker fungerar snyggt och snyggt och att kunna förutsäga det, " Hon sa.

Nu försöker hon designa en snygg, snygg och förutsägbar accelerator.

"Det är väggkontakten, vad du drar från nätet för att driva detta, och hur mycket dos du får av det - det är det verkliga steget framåt som vi försöker göra, sa Hannon.

Charles Bott, chef för vattenteknologi och forskning vid Hampton Roads Sanitation District, har noterat. För några år sedan, Bott höll en presentation på labbet och fick reda på Hannon och Ciovatis arbete. Bott var bekant med olika demonstrationer och studier genom åren med användning av elektronstrålar för att rena avloppsvatten, men enheterna var alltid för stora och dyra.

Så HRSD skrev på för att rådfråga Hannons projekt, och Bott säger att han är exalterad över partnerskapet och "försiktigt optimistisk" om potentialen.

"Jag tycker att det är viktigt att notera att enligt min åsikt, detta kommer aldrig att vara konkurrenskraftigt med vår befintliga teknik för vatten- och avloppsvattenrening, "sa Bott." Det är att gå efter några mycket specifika föroreningar som är svåra för våra befintliga processer och teknik att hantera. "

En accelerator skulle med största sannolikhet förstärka – inte ersätta – nuvarande behandlingar, som sammanfogar "olika fysiska, kemiska och biologiska reningsprocesser på vilket sätt som helst för att uppfylla en uppsättning reningsmål till lägsta kostnad, " han sa.

Elektronstrålar fungerar genom att bryta ner vattenmolekyler till mindre laddade partiklar som effektivt kan bryta ner de flesta föroreningar.

Ett möjligt mål, Bott sa, skulle vara 1, 4-dioxan, en industriell kemikalie som finns i deodoranter, schampon, kosmetika, färgämnen, fetter, frostskyddsmedel och vätskor som används för att avisa flygplan. En annan skulle vara PFAS, eller per- och polyfluoralkylämnen, finns i vanliga konsumtionsvaror som köksredskap, livsmedelsförpackningar och fläckavvisande medel, samt brandskum.

Dricksvatten kan vara en källa till PFAS, vilket gör effektiv vattenbehandling till ett ännu större krav:EPA säger att PFAS hittades i blodet hos nästan alla som testades för dem.

Elektronstrålebestrålning används redan inom industrin och inom hälso- och sjukvården – för att pastörisera mat och laga hundmat, till exempel, och att sterilisera medicinsk utrustning och i diagnostik. Hannon samarbetar också med ScanTech Sciences, ett Georgien-baserat matpastöriseringsföretag, för att se om hennes design kunde sterilisera flytande förbrukningsmaterial.

"Vår design är faktiskt mycket mer effektiv än vad som finns där ute just nu, sa Hannon.

Hennes accelerator skulle mäta cirka 2 meter lång och passa in i en vanlig fraktbehållare - mycket mindre än Jefferson Labs massiva CEBAF -accelerator, som snabbar upp och leder elektroner runt en underjordisk racerbana som är nästan en mil lång, inne i en tunnel kantad med den flytande heliuminfrastrukturen som behövs för att hålla den underkyld. Hennes skulle fungera i rumstemperatur vid mycket lägre energier, vilket också skulle göra det säkrare att använda.

Hon föreställer sig att acceleratorn ska användas en dag för att behandla gråvatten vid mobila militära installationer, att städa upp hydrauliska sprickvätskor och avlägsnande dammar vid oljesandbrytning, att ta bort kvicksilver, kväveoxider och svaveldioxider från rökgaser, och att rena avloppsvatten ombord på kryssningsfartyg.

Eller det kan användas här av HRSD för att rensa upp avloppsvatten innan det injiceras under jorden för att fylla på Potomac-akvifären.

Hannon kommer att söka finansiering nästa år för att bygga en prototyp.

Ciovatis enhet är längre i utvecklingen. Hans är en högre makt, supraledande accelerator som skulle kräva kylning, men inte av dyrbart flytande helium. Istället, den skulle använda en kryokylare från hyllan, mycket billigare och används redan i enheter som MR -maskiner.

"Vi såg konvergensen av de olika teknologierna som en möjlighet att tillämpa vår teknik på ett mer direkt samhälleligt behov, ", sa Ciovati. "Vi såg precis de här pusselbitarna och bestämde oss för att det var värt att försöka sätta ihop dem."

Hans gaspedalen skulle vara relativt kompakt – cirka 6 meter lång, 2 meter bred och 2 { meter hög. Eftersom den skulle fungera med högre stråleffekt, det kan behandla tätare material som slam eller medicinskt avfall, och ett större flöde av föroreningar vid större avloppsrenings- eller kraftverk, han sa.

Det finns en bonus:Elektronerna utlöser en kemisk reaktion som omvandlar kväveoxider och svaveldioxider till ammoniumnitrat och ammoniumsulfat, som används för att tillverka gödningsmedel.

Ursprungligen från Italien, Ciovati har varit med i labbet i nästan 20 år. Han samarbetar i sin acceleratordesign med General Atomics, ett försvars- och teknikutvecklingsföretag baserat i Kalifornien.

Som en forskningsanläggning under Department of Energy, som finansierar detta arbete, Jefferson Lab förföljer branschpartners som kan hjälpa till att testa och snurra bort ny teknik till mainstream.

"Vi vill inte vara i branschen med att bygga acceleratorer själva, " sa Hannon. "Vi försöker tillhandahålla designen och byggstenarna och förbättringarna, och sedan skulle industrin ta upp tillverkningen och användningen av det."

©2019 Daily Press (Newport News, Va.)
Distribueras av Tribune Content Agency, LLC.