Naukowcy stworzyli reaktor hydrodynamiczny, który wykorzystuje kawitację pęcherzykową do usuwania PFAS z wody. Reaktor wykazał obiecujące wyniki w testach i może wkrótce zaoferować skalowalne, przyjazne dla środowiska rozwiązanie do uzdatniania wody.
Naukowcy z Oxford Brookes University opracowali innowacyjne podejście do rozwiązania jednego z najtrwalszych wyzwań środowiskowych na świecie: zanieczyszczenia światowych zasobów wody toksycznymi chemikaliami.
Opracowali nową maszynę zwaną reaktorem hydrodynamicznym, która wykorzystuje pęcherzyki, które tworzą się i zapadają pod wpływem zmian ciśnienia, w procesie zwanym kawitacją. Reaktor usuwa z wody toksyczne substancje per- i polifluoroalkilowe (PFAS), zwane także „wiecznymi chemikaliami”.
Substancje chemiczne PFAS zostały wynalezione w latach trzydziestych XX wieku i stosowane w produktach codziennego użytku, takich jak odzież wodoodporna, pudełka po pizzy, patelnie z powłoką zapobiegającą przywieraniu i dywany odporne na plamy. W latach 70. XX wieku pojawiły się obawy dotyczące toksyczności tych chemikaliów, co potwierdziły naukowcy na początku XXI wieku. Stwierdzono, że stanowią one zagrożenie dla zdrowia, które przedostało się do zasobów wody na całym świecie. Substancje chemiczne są powiązane z chorobami takimi jak wrzodziejące zapalenie jelita grubego, problemy z tarczycą, podwyższony poziom cholesterolu, uszkodzenie wątroby i rak.
Usuwanie chemikaliów PFAS ze źródeł wody stanowi globalne wyzwanie. Dostają się do źródeł wody poprzez ścieki przemysłowe, wysypiska śmieci zawierające zanieczyszczone produkty, ścieki bytowe, ścieki i ścieki rolnicze.
Wyzwanie polegające na usunięciu PFAS z wody
Profesor Iakovos Tzanakis, który specjalizuje się w materiałach inżynieryjnych w Oxford Brookes i jest jednym z głównych badaczy, powiedział: „Po przedostaniu się zanieczyszczonej wody do rzek, jezior i mórz ostatecznie przedostaje się ona do naszych publicznych zasobów wody, w tym do wody pitnej w gospodarstwach domowych. Naszym wyzwaniem było znalezienie sposobu skutecznego uzdatniania wody w celu usunięcia chemikaliów PFAS w sposób zrównoważony i na dużą skalę”.
W Wielkiej Brytanii Królewskie Towarzystwo Chemików uruchomiło program kampanię mającą na celu zmniejszenie poziomu PFAS w naszych wodociągach. UE planuje ograniczyć stosowanie chemikaliów PFAS za pomocą nowych przepisów wprowadzonych w 2024 r. W Ameryce ustanowiono również prawnie egzekwowalne poziomy PFAS w celu ochrony bezpieczeństwa publicznego.
Profesor Tzanakis powiedział: „Do tej pory metody usuwania PFAS z wody były kosztowne i czasochłonne przy użyciu środków chemicznych i ograniczały się do skali laboratoryjnej. Jednak badania, które przeprowadziłem z moim kolegą, dr Mortezą Ghorbani, pozwoliły zidentyfikować potencjalne rozwiązanie”.
Profesor Tzanakis i dr Ghorbani, członek Royal Society-Newton Fellow w Oxford Brookes, współpracowali z Uniwersytetem Sabanci (Turcja), producentem sprzętu AGD Beko (Turcja), Królewskim Instytutem Technologicznym KTH (Szwecja) i Szwedzkim Instytutem Badań nad Środowiskiem IVL w celu opracowania i przetestować reaktor kawitacji hydrodynamicznej.
Reaktor wykorzystuje szybko poruszającą się ciecz w małych przestrzeniach, aby utworzyć i wybić wiele małych pęcherzyków – proces, który pomaga oczyścić wodę.
Profesor Tzanakis powiedział: „Technologia ta może zrewolucjonizować oczyszczanie ścieków, czyniąc je bezpieczniejszym i bardziej zrównoważonym dla społeczności na całym świecie. Postępy w zielonej kawitacji hydrodynamicznej stanowią skalowalną alternatywę dla obecnych metod, przezwyciężając jej ograniczenia”.
Kiedy w oczyszczalni ścieków Hammarby Sjöstad w Szwecji testowano ekologiczny i energooszczędny reaktor kawitacji hydrodynamicznej, wyniki były znacznie lepsze niż oczekiwano.
Obiecujące wyniki testów
Reaktor osiągnął niemal 36% stopień degradacji 11 popularnych wariantów PFAS w zaledwie 30 minut i nie potrzebował dodatkowych środków chemicznych.
Doktor Ghorbani, który również jest powiązany z Uniwersytetem Sabanci, powiedział: „Wyniki były imponujące. Nie spodziewaliśmy się takiego poziomu przetworzenia PFAS w tak krótkim czasie. Obecnie dogłębnie badamy podstawowe mechanizmy usuwania PFAS na Uniwersytecie Oxford Brookes, aby lepiej kontrolować i optymalizować proces.
„Naszym kolejnym krokiem jest zwiększenie skali naszego reaktora w celu oczyszczania większych ilości ścieków zawierających PFAS. Naszym celem jest oczyszczanie ścieków zawierających PFAS w ilościach do 20 litrów. Reaktor do tego został już zbudowany. Następnie naszym celem jest oczyszczanie ścieków o objętości do 200 litrów w oczyszczalni ścieków w Szwecji.
„Naszym celem jest wzmocnienie tego obiecującego podejścia poprzez odkrycie skomplikowanej fizyki, która napędza technologię poprzez wykorzystanie różnych reaktorów w różnych krajach. Chcemy mieć pewność, że technologia ta będzie gotowa do faktycznego oczyszczania ścieków w najbliższej przyszłości i zgodnie ze strategią UE 2035, zgodnie z którą wszystkie odpady zawierające PFAS muszą zostać poddane oczyszczaniu”.
Odniesienie: „Usuwanie substancji per- i polifluoroalkilowych (PFAS) ze ścieków za pomocą kawitacji hydrodynamicznej na chipie” Farzada Rokhsara Talabazara, Christiana Baresela, Rezy Ghorbaniego, Iakovosa Tzanakisa, Ali Koşara, Dmitry’ego Grishenkowa i Mortezy Ghorbani, 28 czerwca 2024 r. , Dziennik inżynierii chemicznej.
DOI: 10.1016/j.cej.2024.153573
Badania te otrzymały już prestiżową nagrodę od British Council we współpracy z Uniwersytetem Sabanci, dzięki czemu zespół może kontynuować prace.
