211service.com
Lavenergi vandfiltrering
De fleste vandfiltreringsteknologier kræver meget energi for at skubbe vand gennem membraner, der til sidst bliver tilsmudsede og skal udskiftes. Begge faktorer gør vandfiltrering dyr til de fleste applikationer.
Spin cyklus: Vandrenseren vist ovenfor udskiller forurenende stoffer ved hjælp af centrifugalkraft.
Nu har forskere ved Palo Alto Research Center (PARC) været i stand til at overvinde disse udfordringer ved at inkorporere videnskabelig indsigt fra fysikken i tonerpartikelbevægelser i en lavenergi-vandfiltreringsenhed, der ikke bruger membraner.
Det er alle gode nyheder for det truende spøgelse med at filtrere brakvand, der truer store dele af udviklingslandene og endda nogle vandstressede områder i udviklede lande. Tidligere har økonomien dog været anstødsstenen for at skabe overkommelige vandbehandlingssystemer. FN anslår, at omkring 900 millioner mennesker i løbet af de næste otte år vil få brug for en sikker forsyning af drikkevand.
PARC-forskere kalder deres enhed for spiralkoncentratoren. Det er et spiralformet, 50 centimeter langt stykke plastikslange, der er en millimeter i diameter. Når vandet pumpes gennem den ene ende af enheden, presses partikler i vandet op mod slangens vægge. Partikler så små som en mikron i størrelse udskilles ved centrifugalkraft og shuntet væk fra det rene vand via divergerende gafler i spiralkoncentratoren.
Fordelen ved denne tilgang er, at det ikke kræver så meget energi, som det ville at skubbe forurenet vand gennem en membran. Sådanne membraner er typisk bygget af harpiks og har mange bittesmå huller perforeret i dem, der varierer i størrelse fra nogle få mikrometer til nogle få nanometer.
PARC-innovationen udsprang af et tidligere kontraktforskningsprojekt med den amerikanske hær. Målet var at designe en enhed til at koncentrere biofarer som miltbrand ved at koncentrere få dele pr. liter forurenende stoffer, så en sensor kunne registrere deres tilstedeværelse.
PARC-forskerne har masser af erfaring med at studere partiklernes fysik. Toner i kopimaskiner består af miniature, elektronladede partikler. At forstå fysikken i, hvordan disse ladede partikler bevæger sig i både luft og væske, har været et nøgleområde i PARC-forskningen. De erfaringer, forskerne lærte om partikeltoner, blev brugt til PARC's system til påvisning af biologiske agens og til vandrenseren.
Renseren kræver en konstant strømningshastighed af vand, så partiklernes bevægelser stemmer overens med forudsagte mønstre. Den strøm af vand kan opnås med en laveffektpumpe, der kan drives af et panel af solceller.
Men fordi spin-koncentratoren kan adskille partikler, der ikke er mindre end en mikron i størrelse, kan den ikke fjerne bakterier. Scott Elrod, leder af hardwaresystemlaboratoriet hos PARC, siger, at mindre partikler kunne udskilles ved at tilsætte alun til vandet, der filtreres. Alun bruges i vandbehandlingsanlæg til kemisk at binde små partikler til større, som derefter kan udskilles ved hjælp af tyngdekraften. I tilfælde af spin-koncentratoren vil centrifugalkraften levere hestekræfterne til at fjerne de størknede partikler.
Elrod siger, at forskerne i løbet af de næste to måneder forventer at nedskalere enheden til en parallel stak af spin-koncentratorer, der er små nok til at blive solgt kommercielt. De planlægger også at teste systemet med større mængder vand for at nå det maksimale volumen på 100 liter per minut filtreringshastighed. Forskere har allerede lavet beregningerne på papir, der indikerer, at parallelskemaet og vandmængden burde kunne håndteres.