211service.com
Energiezuinige waterfiltratie
De meeste waterfiltratietechnologieën vereisen veel energie om water door membranen te duwen die uiteindelijk vervuild raken en moeten worden vervangen. Beide factoren maken waterfiltratie voor de meeste toepassingen kostbaar.
Draaicyclus: De hierboven getoonde waterzuiveraar scheidt verontreinigingen af met behulp van centrifugale kracht.
Nu zijn onderzoekers van het Palo Alto Research Center (PARC) in staat geweest om die uitdagingen het hoofd te bieden door wetenschappelijke inzichten uit de fysica van tonerdeeltjesbewegingen op te nemen in een energiezuinig waterfiltratie-apparaat dat geen membranen gebruikt.
Dat is allemaal goed nieuws voor het dreigende spook van het filteren van brak drinkwater dat een groot deel van de ontwikkelingslanden bedreigt en zelfs sommige gebieden met waterschaarste in ontwikkelde landen. In het verleden was de economie echter het struikelblok voor het creëren van betaalbare waterbehandelingssystemen. De Verenigde Naties schatten dat de komende acht jaar zo'n 900 miljoen mensen een veilige drinkwatervoorziening nodig zullen hebben.
PARC-onderzoekers noemen hun apparaat de spiraalconcentrator. Het is een spiraalvormig, 50 centimeter lang stuk plastic buis met een diameter van één millimeter. Terwijl water door het ene uiteinde van het apparaat wordt gepompt, worden deeltjes in het water tegen de wanden van de slang gedrukt. Deeltjes zo klein als één micron worden door centrifugaalkracht gescheiden en via divergerende vorken in de spiraalconcentrator van het schone water weggeleid.
Het voordeel van deze aanpak is dat er niet zoveel energie voor nodig is als om verontreinigd water door een membraan te duwen. Dergelijke membranen zijn meestal gemaakt van hars en hebben veel kleine gaatjes erin geperforeerd, variërend in grootte van enkele micrometers tot enkele nanometers.
De PARC-innovatie kwam voort uit een eerder contractonderzoeksproject met het Amerikaanse leger. Het doel was om een apparaat te ontwerpen om biologische gevaren zoals miltvuur te concentreren door enkele delen per liter verontreinigingen te concentreren, zodat een sensor hun aanwezigheid kon detecteren.
De PARC-onderzoekers hebben veel ervaring met het bestuderen van de fysica van deeltjes. Toner in kopieermachines bestaat uit miniatuur, met elektronen geladen deeltjes. Het begrijpen van de fysica van hoe deze geladen deeltjes in zowel lucht als vloeistof bewegen, was een belangrijk gebied van PARC-onderzoek. De lessen die de onderzoekers leerden over deeltjestoner werden gebruikt voor het detectiesysteem voor biologische agentia van PARC en voor de waterzuiveraar.
De luchtreiniger vereist een constante stroomsnelheid van water, zodat de bewegingen van de deeltjes zich conformeren aan de voorspelde patronen. Die waterstroom kan worden bereikt met een pomp met laag vermogen die kan worden aangedreven door een paneel van zonnecellen.
Omdat de spinconcentrator echter deeltjes van maximaal één micron kan scheiden, kan hij geen bacteriën verwijderen. Scott Elrod, manager van het hardwaresysteemlaboratorium bij PARC, zegt dat kleinere deeltjes kunnen worden afgescheiden door aluin toe te voegen aan het water dat wordt gefilterd. Aluin wordt in waterzuiveringsinstallaties gebruikt om kleine deeltjes chemisch te binden aan grotere, die vervolgens door zwaartekracht kunnen worden afgescheiden. In het geval van de spinconcentrator zal de middelpuntvliedende kracht de paardenkracht leveren om die gestolde deeltjes te verwijderen.
Elrod zegt dat de onderzoekers in de komende twee maanden verwachten het apparaat te verkleinen tot een parallelle stapel spinconcentrators die klein genoeg zijn om commercieel te worden verkocht. Ze zijn ook van plan om het systeem te testen met grotere hoeveelheden water, om het maximale volume van 100 liter per minuut filtratiesnelheid te bereiken. Onderzoekers hebben de berekeningen al op papier gedaan en geven aan dat het parallelle schema en het watervolume moeten kunnen worden verwerkt.