Intelligente, l'ingegneria fondamentale potrebbe fare molto per prevenire le malattie trasmesse dall'acqua e l'esposizione a sostanze cancerogene presenti nell'acqua.

La maggior parte di noi è abituata ad aprire un rubinetto e l'acqua che esce. Raramente ci chiediamo se ciò accadrà o se l'acqua è abbastanza pulita da poterci fare il bagno o da bere. Sebbene il processo di mantenimento della qualità dell'acqua sia praticamente invisibile alla maggior parte di noi, la rimozione di batteri e contaminanti dall'acqua richiede un grande sforzo sia da parte dell'uomo che dei sistemi di trattamento.

Mohammad Alizadeh Fard, uno studente di dottorato nel dipartimento di ingegneria civile e ambientale di Michigan Tech, e Brian Barkdoll, professore di ingegneria civile e ambientale, stanno sviluppando low-tech, soluzioni convenienti per migliorare la qualità dell'acqua nei serbatoi comunali, e per rimuovere i microinquinanti dall'acqua utilizzando materiali rinnovabili.

La loro ricerca è stata pubblicata su tre riviste: Giornale di ingegneria idraulica , Journal of Molecular Liquids , e Colloidi e Superfici A —con un quarto articolo in attesa di revisione. Il loro lavoro dimostra che le soluzioni a problemi fastidiosi possono essere eleganti nella loro semplicità.

un elegante, Soluzione a bassa tecnologia

Nelle comunità di tutta la nazione, sono presenti grandi cisterne di accumulo idrico per uso potabile comunale. Molti di questi serbatoi hanno una linea per fornire acqua al serbatoio, e una linea fuori. Però, queste linee in entrata e in uscita sono spesso sul fondo del serbatoio. Sebbene i serbatoi vengano riempiti giornalmente, l'acqua nella parte superiore del serbatoio non viene mai utilizzata e diventa stagnante. Anche se molte acque comunali sono trattate con cloro, lo strato d'acqua superiore può diventare un terreno fertile per i batteri, alghe o malattie trasmesse dall'acqua, come giardia ed E. coli.

"Se l'acqua non si muove, (batteri e alghe) possono iniziare a crescere, " Barkdoll dice. "Potrebbe non essere originario della fonte d'acqua; potrebbe essere dall'aria. Oppure il cloro dell'acqua stagnante potrebbe esaurirsi dopo un po' di tempo. Vuoi che l'acqua continui a muoversi, soprattutto nelle regioni calde del Paese".

Ma se c'è un grande incendio nella comunità o nella campagna circostante, il serbatoio dell'acqua si abbassa notevolmente, e la gente poi beve l'acqua stagnante.

"Così, quando hai un fuoco, tutta l'acqua stagnante va a casa di tutti, " dice Barkdoll. "Dopo un incendio, la gente si ammala, questa è una cosa nota. Questo è il problema che stiamo cercando di risolvere".

Per rimediare al problema, Alizadeh Fard e Barkdoll hanno creato accessori simili a soffioni doccia che possono essere aggiunti a serbatoi d'acqua nuovi o esistenti a un costo minimo. Aggiunta di un irrigatore a tubo in PVC nella parte superiore del serbatoio, e un irrigatore inverso sul fondo del serbatoio, inietta acqua nell'impianto e mantiene tutta l'acqua in circolo. Alizadeh Fard e Barkdoll hanno pubblicato il loro articolo su questo sistema semplice ma efficace nel Journal of Hydraulic Engineering il 15 marzo. Sperano che sia una soluzione a bassa tecnologia facile da adottare per i responsabili della qualità dell'acqua.

Minaccia invisibile:microinquinanti

Ma i contaminanti organici non sono l'unica fonte di acqua contaminata. Pochi sistemi municipali sono attrezzati per gestire i microinquinanti, come i prodotti farmaceutici, ormoni, microplastiche, nanoparticelle in calze e pile sintetiche, e composti antimicotici, persino tipi di rifiuti industriali presenti in concentrazioni molto basse. Nonostante le piccole quantità, solo microgrammi, di questi inquinanti nell'acqua, hanno ancora effetti cancerogeni sugli esseri umani e sulle creature acquatiche. Il retrofit degli impianti di trattamento per filtrare i microinquinanti è costoso, portando Barkdoll e Alizadeh Fard a esplorare potenziali soluzioni.

"Questi contaminanti hanno effetti a lungo termine sulla salute, " Alizadeh Fard afferma. "La maggior parte dei nostri impianti di trattamento non è stata progettata per rimuoverli dall'acqua, quindi è importante trovare una soluzione affidabile per affrontare il problema".

I ricercatori hanno avuto l'idea di assorbire gli inquinanti dall'acqua. L'adsorbimento si verifica quando le molecole si attaccano essenzialmente a una superficie. Il primo metodo testato da Alizadeh Fard e Barkdoll consisteva nell'utilizzare nanoparticelle magnetiche rivestite di polimero per adsorbire il tonalide (usato per mascherare gli odori e spesso presente nei detersivi), Bisfenolo-A (meglio noto come BPA, utilizzato per rendere la plastica trasparente e resistente), Triclosan (un agente antibatterico e antimicotico utilizzato nei prodotti per la pulizia ora vietato), Metolaclor (un erbicida), Ketoprofene (un antinfiammatorio) ed estriolo (un integratore di estrogeni).

Le nanoparticelle magnetiche rivestite di polimero erano più efficaci nell'adsorbire Ketoprofene e BPA, rimuovendo gli inquinanti in 15 minuti con un'efficacia del 98 e 95 percento, rispettivamente, con solo 0,1 milligrammi di adsorbente.

Ma cosa succede una volta che le nanoparticelle hanno fatto il loro lavoro? Poiché l'adsorbente è magnetico, i ricercatori possono utilizzare i magneti per rimuovere le nanoparticelle dall'acqua.

Barkdoll e Alizadeh Fard affermano che uno dei componenti chiave del loro lavoro è che gli adsorbenti sono riutilizzabili una volta risciacquati con una soluzione di metanolo ricostituente. Nel laboratorio, le nanoparticelle rivestite di polimero sono state ripristinate e riutilizzate cinque volte prima di vedere una diminuzione dell'efficacia.

I ricercatori hanno anche utilizzato nanotubi di carbonio magnetici e carbone attivo come assorbenti. Durante le prove di laboratorio, le nanoparticelle rivestite di polimero si sono finora dimostrate le più efficienti.

Passi successivi:convalida empirica della ricerca

I ricercatori affermano che la fase successiva è l'ampliamento per l'uso negli impianti di trattamento delle acque. La rimozione dei microinquinanti dall'acqua utilizzando una tecnologia sostenibile e conveniente offre il potenziale per proteggere la salute umana e acquatica senza dover ristrutturare costosi impianti di trattamento.

Sfortunatamente, alcuni dei più grandi problemi dell'umanità sono quelli causati da loro stessi. Ma le tecnologie pionieristiche e di convalida per risolvere i problemi creati dall'uomo hanno una lunga provvidenza e senza dubbio continueranno.

"Gli ingegneri civili e ambientali dovranno gestire qualsiasi cosa la società ci passi, " Alizadeh Fard dice. "Dovremo rimuovere le nanoparticelle, e altre cose come gli oppioidi. È un argomento di cui dobbiamo discutere anche politicamente e socialmente".