211service.com
En tvådelad vattenbehandlingsteknik
En ny vattenreningsteknik som kombinerar två dyra metoder kan visa sig vara ett billigare och effektivare sätt att ta bort svårstädade föroreningar. Tekniken kombinerar fotokatalys, som använder ljus för att bryta ned föroreningar, och elektrokemisk oxidation, som använder en elektrisk ström för att göra detsamma.
Vatten detox: Avloppsvattenföroreningar får en en-två-punch från ny teknik som kombinerar UV-bestrålning och elektrokemi.
Aicheng Chen , en docent och Canada Research Chair i material- och miljökemi vid Lakehead University, i Ontario, har ansökt om patent på processen och säger att den kan kommersialiseras inom två år. Chen kombinerade de två vattenbehandlingsmetoderna genom att skapa en elektrod med dubbla ändamål. På ena sidan är elektroden belagd med en fotokatalysator och på den andra med en elektrokatalysator. Chen testade elektrodens förmåga att ta bort två olika nitrofenoler – kemikalier som ofta används för att tillverka läkemedel, bekämpningsmedel, fungicider och färgämnen och som ofta finns i industriellt avloppsvatten. Elektroden med dubbla funktioner tog bort mellan 85 och 90 procent av de notoriskt svåra att ta bort föroreningar under tre timmar, jämfört med endast 30 och 60 procent för endera tekniken. Chens resultat var publicerades förra månaden i journalen Miljövetenskap och teknik .
Fotokatalys och elektrokemisk oxidation har båda studerats omfattande för deras användning vid vattenbehandling men används inte i stor utsträckning eftersom ingen av dem är tillräckligt effektiv för att motivera kostnaden. Vid fotokatalys träffar ultraviolett strålning en katalysator - ofta titandioxid - som ökar elektronerna i materialet till ett högre energitillstånd. Detta lämnar i sin tur fria positivt laddade hål för att oxidera föroreningar. Men fotokatalys är inte särskilt effektivt eftersom elektronerna ofta helt enkelt återbinder till hålen.
Elektrokemisk oxidation fungerar genom att en ström passerar genom en katalysator i vatten för att oxidera föroreningar. När den kombineras med fotokatalys ökar denna process effektiviteten delvis eftersom strömmen hindrar elektronerna och hålen som genereras genom fotokatalys från att rekombinera.
Den mest ekonomiska och vanligaste vattenbehandlingen använder bakterier för att bryta ner föroreningar. Men biologisk rening är inte alltid den mest effektiva, särskilt för avloppsvatten med höga koncentrationer av organiska eller giftiga föreningar, så vatten måste behandlas upprepade gånger, ofta med kemikalier som klor, vilket ökar kostnaden.
Biologisk rening är inte användbar för allt avloppsvatten, säger Chen. I vatten med höga koncentrationer av föroreningar, mycket högt pH eller mycket lågt pH är det svårt för bakterierna att överleva.
Enligt en färsk rapport av Lux Research , beräknas vattenanvändningen växa globalt till 40 procent år 2030, och vattenrelaterade intäkter beräknas växa från cirka 500 miljarder dollar 2007 till nästan 1 biljon dollar år 2030. Sådana prognoser har lett till ett ökat intresse för nya, potentiellt fler effektiv vattenreningsteknik de senaste åren. Eftersom efterfrågan på rent vatten fortsätter att växa, letar forskare efter nya sätt att behandla förorenat vatten; enligt en annan Lux-rapport behövs en rad alternativ eftersom antalet svåra att ta bort föroreningar som finns i avloppsvattnet också växer.
Lux Research senioranalytiker Heather Landis säger att Chens teknologi är unik och har potential. Andra företag har använt titandioxid i fotokatalys, men hittills har ingen kombinerat fotokatalys med elektrokemi, säger hon. Men enligt Landis kommer Chen att behöva demonstrera tekniken på avloppsvattenprover som innehåller flera föroreningar, i motsats till bara föroreningen nitrofenol.
Alexander Orlov , en biträdande professor i materialvetenskap och teknik vid Stony Brook University i New York, säger att Chens tillvägagångssätt kunde hitta nischapplikationer, särskilt för att behandla avloppsvatten med höga koncentrationer av nitrofenoler. Orlov säger dock att ett potentiellt problem kan vara med titandioxidkatalysatorn, som tenderar att förlora sin reaktivitet med tiden. Ytterligare tester kommer att behöva göras för att påvisa dess långsiktiga livskraft, säger han. Medan Chen erkänner att detta kan vara ett problem, säger han att titandioxid totalt sett är en bra katalysator eftersom den är kemiskt inert och ogiftig. Chen experimenterar dock också med nanostrukturer av titandioxid, som borde vara mer motståndskraftiga på lång sikt.
Hur tekniken kommer att klara sig jämfört med biologisk behandling är fortfarande okänt. Eftersom biologisk behandling använder bakterier och kräver lite underhåll, är det relativt låg kostnad. Chen säger att biologisk behandling åtminstone till en början blir billigare. Men eftersom hans metod är överlägsen när det gäller att ta bort nitrofenoler, tror han att den skulle kunna användas i samband med biologisk rening, särskilt för att behandla kraftigt förorenat industri- eller jordbruksavloppsvatten. Chen säger att hans tillvägagångssätt också skulle kunna ha ett steg upp på typer av vattenbehandling som använder kemiska behandlingar som klor, som är mindre miljövänliga.
Nästa steg är att testa metoden på andra föroreningar, göra en kostnadsanalys och skala upp processen. Chen säger att hans grupp nu arbetar med att bygga en prototypreningsanläggning, som ska vara färdig i slutet av året.