Mikroföroreningar lägger en avsevärd belastning på våra vattendrag, men att ta bort dem från avloppsvattnet kräver avsevärda tekniska resurser. Nu, ETH-forskare har utvecklat ett tillvägagångssätt som möjliggör ett effektivt avlägsnande av dessa problematiska ämnen.

I vår vardag, vi använder alla en mängd kemiska ämnen, inklusive kosmetika, mediciner, P-piller, växtgödsel och rengöringsmedel – som alla bidrar till att göra våra liv enklare. Dock, användningen av sådana produkter har en negativ inverkan på miljön, eftersom många av dem inte helt kan avlägsnas från avloppsvattnet vid dagens vattenreningsverk. Som mikroföroreningar, de hamnar i slutändan i miljön, där de lägger en belastning på fauna och flora i våra vattendrag.

Som en del av en översyn av vattenskyddslagen, riksdagen beslutade därför 2014 att införa ett ytterligare reningssteg till utvalda vattenreningsverk senast 2040 i syfte att avlägsna mikroföroreningar. Även om finansieringen för detta i princip är säkerställd, projektet innebär en utmaning för anläggningsoperatörer eftersom det endast är möjligt att ta bort de kritiska ämnena med hjälp av komplexa procedurer, som vanligtvis är baserade på ozon, aktivt kol eller ljus.

Nanopartiklar bidrar till nedbrytning

Nu, forskare vid ETH Zürichs Institute of Robotics and Intelligent Systems har utvecklat ett elegant tillvägagångssätt som skulle kunna göra det lättare att avlägsna dessa ämnen. Använda multiferroiska nanopartiklar, de har lyckats framkalla nedbrytning av kemikalierester i förorenat vatten. Här, nanopartiklarna är inte direkt involverade i den kemiska reaktionen utan fungerar snarare som en katalysator, påskynda omvandlingen av ämnena till ofarliga föreningar.

"Nanopartiklar som dessa används redan som katalysator i kemiska reaktioner inom många industriområden, " förklarar Salvador Pané, som har spelat en nyckelroll i att främja denna forskning i sin egenskap av senior vetenskapsman. "Nu, vi har lyckats visa att de också kan vara användbara för rening av avloppsvatten."

En minskning med 80 procent

För sina experiment, forskarna använde vattenlösningar som innehöll spårmängder av fem vanliga mediciner. Experimenten bekräftade att nanopartiklarna kan minska koncentrationen av dessa ämnen i vatten med minst 80 procent. Fajer Mushtaq, en doktorand i gruppen, understryker vikten av dessa resultat:"Dessa ämnen inkluderade också två föreningar som inte kan avlägsnas med den konventionella ozonbaserade metoden."

"Anmärkningsvärt nog, vi kan justera den katalytiska uteffekten av nanopartiklarna med hjälp av magnetfält, " förklarar Xiangzhong Chen, en postdoc som också deltog i projektet. Partiklarna har en koboltferritkärna omgiven av ett vismutferritskal. Om ett externt växelmagnetfält appliceras, vissa områden på partikelytan antar positiva elektriska laddningar, medan andra blir negativt laddade. Dessa laddningar leder till bildandet av reaktiva syreämnen i vatten, som bryter ner de organiska föroreningarna till ofarliga föreningar. De magnetiska nanopartiklarna kan sedan enkelt avlägsnas från vattnet med hjälp av magnetfält, säger Chen.

Positiva svar från industrin

Forskarna tror att det nya tillvägagångssättet är lovande, med hänvisning till dess enklare tekniska implementering än den för ozonbaserad avloppsvattenrening, till exempel. "Avloppsvattenindustrin är mycket intresserad av våra resultat, säger Pané.

Dock, det kommer att dröja innan metoden kan tillämpas i praktiken, eftersom det hittills endast har undersökts i laboratoriet. I alla fall, Mushtaq säger att ett BRIDGE-projekt som finansierats gemensamt av Swiss National Science Foundation och Innosuisse redan har godkänts i syfte att stödja metodens överföring till praktiska tillämpningar. Dessutom, planer finns redan på att etablera ett spin-off företag, där forskarna avser att utveckla sin idé till marknadsmognad.