211service.com
Lågenergivattenfiltrering
De flesta vattenfiltreringstekniker kräver mycket energi för att trycka vatten genom membran som så småningom blir nedsmutsade och måste bytas ut. Båda faktorerna gör vattenfiltrering kostsam för de flesta applikationer.
Spin cykel: Vattenrenaren som visas ovan separerar ut föroreningar med hjälp av centrifugalkraft.
Nu har forskare vid Palo Alto Research Center (PARC) kunnat övervinna dessa utmaningar genom att införliva vetenskapliga insikter från fysiken för tonerpartiklars rörelser i en lågenergivattenfiltreringsenhet som inte använder membran.
Det är alla goda nyheter för det hotande spöket att filtrera bräckt dricksvatten som hotar stora delar av utvecklingsvärlden och till och med vissa vattenstressade områden i utvecklade länder. Tidigare har dock ekonomin varit stötestenen för att skapa prisvärda vattenreningssystem. FN uppskattar att under de kommande åtta åren kommer omkring 900 miljoner människor att behöva en säker försörjning av dricksvatten.
PARC-forskare kallar sin enhet spiralkoncentratorn. Det är en spiralformad, 50 centimeter lång bit plastslang som är en millimeter i diameter. När vatten pumpas genom ena änden av anordningen pressas partiklar i vattnet upp mot slangens väggar. Partiklar så små som en mikron i storlek separeras ut med centrifugalkraft och shuntas bort från det rena vattnet via divergerande gafflar i spiralkoncentratorn.
Fördelen med detta tillvägagångssätt är att det inte kräver så mycket energi som det skulle göra för att trycka förorenat vatten genom ett membran. Sådana membran är vanligtvis byggda av harts och har många små hål perforerade i dem, i storlek från några mikrometer till några nanometer.
PARC-innovationen härrörde från ett tidigare kontraktsforskningsprojekt med den amerikanska armén. Syftet var att designa en anordning för att koncentrera biologiska faror som mjältbrand genom att koncentrera några delar per liter av föroreningar så att en sensor kunde upptäcka deras närvaro.
PARC-forskarna har stor erfarenhet av att studera partiklars fysik. Toner i kopieringsmaskiner består av elektronladdade miniatyrpartiklar. Att förstå fysiken för hur dessa laddade partiklar rör sig i både luft och vätska har varit ett nyckelområde för PARC-forskning. De lärdomar som forskarna lärde sig om partikeltoner användes för PARC:s system för detektering av biologiska ämnen och för vattenrenaren.
Renaren kräver ett konstant flöde av vatten så att partiklarnas rörelser överensstämmer med förutsagda mönster. Det flödet av vatten kan uppnås med en lågeffektspump som kan drivas av en panel av solceller.
Men eftersom spinnkoncentratorn kan separera partiklar som inte är mindre än en mikron i storlek, kan den inte ta bort bakterier. Scott Elrod, chef för hårdvarusystemlaboratoriet vid PARC, säger att mindre partiklar kan separeras ut genom att tillsätta alun till vattnet som filtreras. Alun används i vattenreningsverk för att kemiskt binda små partiklar till större, som sedan kan separeras ut med hjälp av gravitation. I fallet med spinnkoncentratorn kommer centrifugalkraften att ge hästkrafterna för att avlägsna dessa stelnade partiklar.
Elrod säger att under de kommande två månaderna förväntar sig forskarna att skala ner enheten till en parallell stapel med spinnkoncentratorer som är tillräckligt små för att säljas kommersiellt. De planerar också att testa systemet med större volymer vatten, för att nå den maximala volymen på 100 liter per minut filtreringshastighet. Forskare har redan gjort beräkningarna på papper som tyder på att det parallella schemat och vattenmängden borde kunna hanteras.