211service.com
En tostrenget vandbehandlingsteknologi
En ny vandbehandlingsteknik, der kombinerer to dyre metoder, kan vise sig at være en billigere og mere effektiv måde at fjerne forurenende stoffer, der er svære at rengøre. Teknologien kombinerer fotokatalyse, som bruger lys til at nedbryde forurenende stoffer, og elektrokemisk oxidation, som bruger en elektrisk strøm til at gøre det samme.
Vanddetox: Spildevandsforurenende stoffer får en en-to-punch fra ny teknologi, der kombinerer UV-bestråling og elektrokemi.
Aicheng Chen , en lektor og Canada Research Chair for materiale- og miljøkemi ved Lakehead University i Ontario, har ansøgt om patent på processen og siger, at den kan kommercialiseres inden for to år. Chen kombinerede de to vandbehandlingsmetoder ved at skabe en elektrode med to formål. På den ene side er elektroden belagt med en fotokatalysator og på den anden side med en elektrokatalysator. Chen testede elektrodens evne til at fjerne to forskellige nitrophenoler - kemikalier, der ofte bruges til at fremstille lægemidler, pesticider, fungicider og farvestoffer, og som ofte findes i industrielt spildevand. Dobbeltfunktionselektroden fjernede mellem 85 og 90 procent af de notorisk svære at fjerne forurenende stoffer i løbet af tre timer, sammenlignet med kun 30 og 60 procent for begge teknikker alene. Chens resultater var offentliggjort i sidste måned i journalen Miljøvidenskab og -teknologi .
Fotokatalyse og elektrokemisk oxidation er begge blevet undersøgt grundigt for deres anvendelse i vandbehandling, men er ikke udbredt, fordi ingen af dem er effektive nok til at retfærdiggøre omkostningerne. I fotokatalyse rammer ultraviolet stråling en katalysator - ofte titaniumdioxid - der øger elektroner i materialet til en højere energitilstand. Dette efterlader til gengæld frie positivt ladede huller til at oxidere forurenende stoffer. Men fotokatalyse er ikke særlig effektiv, fordi elektronerne ofte blot binder sig til hullerne.
Elektrokemisk oxidation virker ved at føre en strøm gennem en katalysator i vand for at oxidere forurenende stoffer. Når den kombineres med fotokatalyse, øger denne proces effektiviteten delvist, fordi strømmen forhindrer elektronerne og hullerne, der genereres gennem fotokatalyse, i at rekombinere.
Den mest økonomiske og mest brugte vandbehandling anvender bakterier til at nedbryde forurenende stoffer. Men biologisk behandling er ikke altid den mest effektive, især for spildevand med høje koncentrationer af organiske eller giftige forbindelser, så vand skal behandles gentagne gange, ofte med kemikalier som klor, hvilket øger omkostningerne.
Biologisk rensning er ikke nyttig for alt spildevand, siger Chen. I vand med høje koncentrationer af forurenende stoffer, meget høj pH eller meget lav pH er det svært for bakterierne at overleve.
Ifølge en nylig rapport af Lux Research , forventes vandforbruget at vokse globalt til 40 procent i 2030, og vandrelaterede indtægter forventes at vokse fra omkring 500 milliarder dollars i 2007 til næsten 1 billioner dollars i 2030. Sådanne prognoser har ført til en bølge af interesse for nye, potentielt flere effektive vandbehandlingsteknologier i de senere år. Da efterspørgslen efter rent vand fortsætter med at vokse, leder forskere efter nye måder at behandle forurenet vand på; ifølge en anden Lux-rapport er der behov for en række muligheder, fordi antallet af vanskelige at fjerne forurenende stoffer, der findes i spildevand, også vokser.
Lux Research senioranalytiker Heather Landis siger, at Chens teknologi er unik og har potentiale. Andre virksomheder har brugt titaniumdioxid i fotokatalyse, men indtil videre har ingen kombineret fotokatalyse med elektrokemi, siger hun. Men ifølge Landis bliver Chen nødt til at demonstrere teknikken på spildevandsprøver, der indeholder flere forurenende stoffer, i modsætning til kun det forurenende stof nitrophenol.
Alexander Orlov , en assisterende professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved Stony Brook University i New York, siger, at Chens tilgang kunne finde nicheanvendelser, især til behandling af spildevand med høje koncentrationer af nitrophenoler. Men Orlov siger, at et potentielt problem kunne være med titaniumdioxid-katalysatoren, som har en tendens til at miste sin reaktivitet over tid. Yderligere test skal udføres for at demonstrere dets langsigtede levedygtighed, siger han. Mens Chen erkender, at dette kan være et problem, siger han, at titaniumdioxid generelt er en god katalysator, fordi det er kemisk inert såvel som ugiftigt. Chen eksperimenterer dog også med nanostrukturer af titaniumdioxid, som burde være mere modstandsdygtige i det lange løb.
Hvordan teknikken vil klare sig sammenlignet med biologisk behandling er endnu ukendt. Fordi biologisk behandling bruger bakterier og kræver meget lidt vedligeholdelse, er det relativt billigt. Chen siger, at biologisk behandling i det mindste vil være billigere i starten. Men fordi hans metode er overlegen til at fjerne nitrophenoler, mener han, at den kan bruges i forbindelse med biologisk rensning, især til behandling af stærkt forurenet industri- eller landbrugsspildevand. Chen siger, at hans tilgang også kunne have et ben op på typer af vandbehandling, der bruger kemiske behandlinger såsom klor, som er mindre miljøvenlige.
Næste trin er at teste metoden på andre forurenende stoffer, udføre en omkostningsanalyse og skalere processen op. Chen siger, at hans gruppe nu arbejder på at bygge et prototype rensningsanlæg, som skulle være færdigt ved udgangen af året.