ديفيد ريكهاو مهندس في جامعة ماساتشوستس أمهيرست. سقيفة كبيرة في ضواحي المدينة أصبحت معمله على مستوى عالمي. هذا هو السبب وراء رغبة العديد من الخبراء في استخدام هذا المعمل - أكثر من مساحة المبنى. يريد هؤلاء الأشخاص اختبار تقنياتهم الجديدة لتنقية مياه الشرب.
لمعالجة شعبية المختبر ، سيطرح ملحقًا جديدًا العام المقبل - واحد على عجلات. سيأخذ مختبر ابتكار المياه المتنقل هذا تقنيات جديدة واعدة وبأسعار معقولة للمجتمعات المحلية لاختبارها.
يتم تنظيم مياه الشرب في الولايات المتحدة بشكل كبير. بشكل عام ، تميل أيضًا إلى أن تكون نظيفة جدًا. ومع ذلك ، تصدرت العديد من حالات التسمم المائي الأخيرة عناوين الصحف الوطنية. ربما كانت أزمة الرصاص الأكثر شهرة في عام 2014 في فلينت بولاية ميشيغان. الرصاص معدن ثقيل سام استخدم في العديد من أنابيب المياه في جميع أنحاء البلاد. أظهرت الدراسات أنه يمكن أن يمرض الناس ويقلل بشكل دائم معدل ذكاء الطفل النامي. أدى التغيير في كيفية معالجة مياه الشرب في فلينت إلى تعرض ما يقدر بنحو 99000 من سكان المدينة - وكثير منهم من الأطفال - إلى مستويات مرتفعة من الرصاص.
أشارت مثل هذه الأحداث إلى نقاط الضعف المستمرة في كيفية معالجة بعض المياه. كما زعزع ثقة كثير من الناس في مياه الحنفية.
لم تكن فلينت أزمة مياه منعزلة. في الفترة من 2013 إلى 2014 فقط ، سجلت المراكز الأمريكية لمكافحة الأمراض والوقاية منها ، 42 حالة تفشي تسمم بمياه الشرب. أدت هذه الفاشيات إلى إصابة أكثر من 1000 شخص. مات ثلاثة عشر. وكان أكبر المذنبين الليجيونيلا البكتيريا وبعض أشكال المواد الكيميائية أو السم أو الطفيليات. أبلغ مركز السيطرة على الأمراض عن هذه البيانات في 10 تشرين الثاني (نوفمبر) 2017 التقرير الأسبوعي للاعتلال والوفيات .
ستة أشياء لا ينبغي أن تلوث مياه الشرب
لكن هذه الأرقام تخبرنا فقط بجزء من القصة. تتسبب العديد من الملوثات التي تنظمها وكالة حماية البيئة الأمريكية في حدوث مشكلات فقط عندما يتعرض الناس لها لأشهر إلى سنوات. على سبيل المثال ، لا تميل تأثيرات الرصاص إلى الظهور على الفور. قامت إحدى الدراسات في فبراير الماضي بمسح السجلات من عام 1982 إلى عام 2015 لمياه الشرب التي لا تلبي معايير وكالة حماية البيئة. (كانت تلك هي السنوات الأخيرة التي توفرت عنها البيانات). ووجدت أن 21 مليون شخص تم خدمتهم من خلال أنظمة مياه الشرب التي فشلت في المعايير الأمريكية. أبلغ الباحثون عن النتائج التي توصلوا إليها في Proceedings of the National Academy of Sciences .
كل هذا يساعد في تفسير سبب الاهتمام الكبير بطرق تطهير مياه الشرب بشكل أفضل ، وتصفية السموم واكتشاف وقت حدوث الانزلاق في معالجة المياه.
الشرح:كيف يتم تنقية المياه للشرب
يقول ديفيد سيدلاك إن التكنولوجيا الحالية يمكنها إزالة معظم الملوثات. إنه مهندس بيئي يعمل في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي. وتشمل تلك الملوثات الميكروبات والزرنيخ والنترات والرصاص. لكنه يشير إلى الآخرين ، "من الصعب للغاية تحطيمهم أو تغييرهم". وتشمل هذه المواد الكيميائية الصناعية ، مثل تلك المستخدمة في صنع علاجات مقاومة الماء والبقع للأقمشة والمزيد.
لا تستطيع المجتمعات الصغيرة ، على وجه الخصوص ، دائمًا تحمل تكلفة المعدات المتطورة لسحب الملوثات الصعبة. لا يستطيع الكثيرون أيضًا تحمل تكاليف استبدال الأنابيب التي بها تسريب أو رصاص. لذلك تختبر منشأة Reckhow طرقًا جديدة وبأسعار معقولة لمساعدة مثل هذه المجتمعات.
يضيف بعض الباحثين تقنيات للتعامل مع الملوثات الجديدة والتي يحتمل أن تكون ضارة. يقوم البعض الآخر بتصميم مناهج تعمل مع أنظمة المياه الحالية. لا يزال البعض الآخر يهدف إلى تنظيف الملوثات من مصدرها.
حلول تقنية جديدة
يختبر فريق Reckhow في UMass Amherst حشيش حديدي كبديل لعدة خطوات لمعالجة المياه. كشكل مشحون كهربائيًا من الحديد ، فرات هو أيون. هذه المادة تقتل البكتيريا في الماء. ولكن كان لها أيضًا فائدة إضافية. يقسم الملوثات التي أساسها الكربون إلى مواد كيميائية أقل ضررا.
أخيرًا ، يجعل Ferrate أيونات المنغنيز المعدني أقل قابلية للذوبان في الماء. يقول ريكهاو وزملاؤه إن ذلك سيسهل عليهم التصفية. لقد وصفوا العلاج في بحث نُشر عام 2016 في Journal – American Water Association .
يقول جوزيف جودويل ، مع فوائده العديدة ، قد يساعد سمك الفرشاة في تبسيط معالجة مياه الشرب. إنه مهندس بيئي يعمل في جامعة رود آيلاند في كينغستون. قد تقلل الفرات أيضًا من الحاجة إلى المطهرات. وأشار إلى أن بعضًا من هذه المواد ، مثل الكلور ، يمكن أن ينتج عنه منتجات ثانوية خطيرة.
تستخدم بعض محطات معالجة المياه غاز الأوزون لتفكيك الملوثات. لكنها مكلفة. يجب أن تكون تكلفة Ferrate أقل ، مما يجعلها جذابة لمحطات تنظيف المياه الأصغر حجمًا ، كما يقول Reckhow. في أوائل العام المقبل ، يخطط مختبره المتنقل لمعالجة المياه لاختبار معالجة المياه الحديدية في بلدة جلوستر الصغيرة بولاية ماساتشوستس.
بريان شابلن مهندس في جامعة إلينوي في شيكاغو. وأشار إلى أن بعض أغشية ترشيح المياه يمكن أن تنسد بجزيئات صغيرة. يؤدي فك انسداد المرشح إلى إهدار الطاقة. كما أنه يزيد من تكلفة معالجة المياه. يقترح "تشابلن" أن الكهرباء قد تحل هذه المشكلة وتقدم بعض الفوائد الجانبية.
اختبر فريقه غشاء خاص مشحون كهربائيًا مصنوعًا من أكسيد التيتانيوم أو ثاني أكسيد التيتانيوم. لا يقوم هذا الغشاء الكهروكيميائي بتصفية الماء فحسب ، بل يعمل أيضًا كقطب كهربائي. يمكن للتفاعلات الكيميائية التي تحدث على مثل هذا الغشاء المشحون أن تحول النترات - وهي مادة ملوثة - إلى غاز نيتروجين. أو قد يشق الغشاء جزيئات الماء ، ويولد أيونات تفاعلية يمكنها قتل الميكروبات المعدية في الماء. تمنع التفاعلات أيضًا الجسيمات من الالتصاق بالغشاء. المواد الكيميائية الكبيرة القائمة على الكربون ، مثل البنزين ، أصبحت الآن أصغر حجمًا وأقل ضررًا.
يقول تشابلن:في الاختبارات المعملية ، نجحت هذه الأغشية الجديدة في تصفية وتدمير الملوثات. في أحد الاختبارات ، حول غشاء 67 بالمائة من النترات إلى جزيئات أخرى. كانت المياه النهائية أقل من الحد التنظيمي لوكالة حماية البيئة للنترات البالغ 10 أجزاء في المليون. أبلغ هو وزملاؤه عن النتائج التي توصلوا إليها في تموز (يوليو) الماضي في علوم وتكنولوجيا البيئة . يتوقع "تشابلن" نقل الغشاء إلى اختبارات تجريبية خلال العامين المقبلين.
تمثل المواد الكيميائية الصناعية المعروفة باسم PFAs تحديين. فقط الأكبر منها يتم إزالته بشكل فعال بواسطة الكربون المنشط ، وهو مادة الترشيح في العديد من فلاتر المياه المنزلية. ستبقى الجزيئات الأصغر في الماء ، كما يشير كريستوفر هيجينز. إنه مهندس بيئي في مدرسة كولورادو للمناجم (CSM) في جولدن. علاوة على ذلك ، فإن التصفية ليست حلاً بسيطًا لهذه الملوثات. بعد كل شيء ، بمجرد إزالتها ، لا يزال من الصعب تفكيكها للتخلص الآمن.
يقول العلماء:الجريان السطحي
لذلك يعمل هو وزميله في CSM Timothy Strathmann على عملية لتدمير PFAs. أولاً ، يستخدمون مرشحًا متخصصًا به ثقوب صغيرة لانتزاع الجزيئات من الماء. ثم يضيفون الكبريتيت إلى المزيج المركز من PFAs. عندما يصطدم لاحقًا بالأشعة فوق البنفسجية ، يولد الكبريتيت إلكترونات تفاعلية. هذه تكسر روابط الكربون والفلور القوية في جزيئات PFA. في غضون 30 دقيقة ، دمر مزيج الأشعة فوق البنفسجية والكبريتيت نوعًا واحدًا من مادة PFA الكيميائية بشكل شبه كامل.
قريباً ، سيختبر هيغينز وستراثمان العملية في قاعدة بيترسون الجوية في كولورادو. إنه واحد من حوالي 200 موقع أمريكي معروف باحتوائها على مياه جوفية ملوثة بالمياه الجوفية. سيؤدي تنظيف هذه المواقع إلى إزالة الملوثات قبل استخدامها لتغذية الآبار أو أنظمة مياه المدينة.
