L'ingegnere dell'Università della Virginia Jim Smith e la dottoressa Rebecca Dillingham, co-direttori di PureMadi, sono mostrati con uno dei filtri per l'acqua in ceramica che la loro azienda produce e distribuisce in Sud Africa per le comunità con scarso accesso all'acqua pulita. Università della Virginia Cibo e riparo sono fondamentali per vivere, ma nessuno può sopravvivere a lungo senza acqua. Ecco perchè, dall'inizio della storia, civiltà hanno vissuto vicino a abbondanti fonti di H20.
Ma non basta averne in abbondanza. La stessa acqua che dà la vita può anche far ammalare le persone o addirittura ucciderle, se contiene sostanze pericolose o microbi che causano malattie. E poiché le persone usano l'acqua per attività come l'irrigazione delle colture, lavaggio e smaltimento rifiuti, le fonti d'acqua vicine a una popolazione umana possono facilmente contaminarsi [fonte:Hassan].
Di conseguenza, gli esseri umani hanno cercato di purificare l'acqua per migliaia di anni. Già nel 1500 a.C., Gli egiziani usavano l'allume chimico per filtrare i sedimenti sospesi dalla loro acqua potabile. Ma non è stato fino alla fine del 1800 e all'inizio del 1900 che gli scienziati hanno capito che i microbi causavano malattie e che l'acqua poteva essere trattata con cloro o ozono per eliminarli [fonte:Environmental Protection Agency].
Mentre l'acqua che esce dai rubinetti nella maggior parte dei paesi ora è pulita e sicura, circa l'11% della popolazione mondiale - 783 milioni di persone - non ha ancora accesso all'acqua potabile, secondo uno studio delle Nazioni Unite del 2012. Quindi gli scienziati stanno sviluppando nuovi metodi per ottenere l'acqua e purificarla. Ecco 10 delle tecnologie più promettenti.
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Un impianto di desalinizzazione in Oman. Il processo di desalinizzazione è costoso ma il nuovo processo di DCMD promette di renderlo più economico ed efficiente. Franz Aberham/La scelta del fotografo/Getty Images Se potessimo sfruttare i vasti oceani come fonte di acqua potabile, tutti ne avrebbero più che a sufficienza. Ma questo significa togliere il sale, che è inefficiente e costoso utilizzando la tecnologia esistente. Ecco perché un nuovo processo, sviluppato dal professore di ingegneria chimica del New Jersey Institute of Technology Kamalesh Sirkar, ha una promessa così abbagliante. Nel sistema di distillazione a membrana a contatto diretto (DCMD) di Sirkar, l'acqua di mare riscaldata scorre attraverso una membrana di plastica contenente una serie di tubi cavi riempiti con acqua distillata fredda. I tubi del DCMD hanno piccoli pori, progettati in modo che possano essere penetrati dal vapore acqueo che si accumula su di essi, ma non dal sale. Il vapore si diffonde attraverso i pori e viene aspirato, per essere nuovamente condensato in acqua liquida.
Secondo Sirkar, il suo sistema è estremamente efficiente:può produrre 80 litri (21 galloni) di acqua potabile per 100 litri (26 galloni) di acqua di mare, circa il doppio di quanto può produrre la tecnologia di desalinizzazione esistente. Un potenziale svantaggio di DCMD è che richiede un costante, fonte di calore economica per evitare che la temperatura dell'acqua su entrambi i lati della membrana si equalizzi. Ma c'è la possibilità che i sistemi DCMD possano un giorno riciclare il calore di scarto dalle fabbriche a terra e dalle operazioni di trivellazione petrolifera offshore, rendendolo un vantaggio per tutti [fonte:Greenmeier].
Questo filtro per l'acqua in gres Doulton, circa. 1880, è stato creato in risposta alla consapevolezza pubblica dell'acqua potabile contaminata in Gran Bretagna. Oggi, la società Royal Doulton è meglio conosciuta per la sua porcellana fine, ma produce ancora filtri in ceramica e carbone. Doulton USA I filtri in argilla ceramica funzionano in modo simile alla tecnologia di desalinizzazione descritta nella sezione precedente. Fondamentalmente, l'acqua scorre attraverso l'argilla che contiene molti fori davvero minuscoli, che sono abbastanza grandi da permettere alle molecole d'acqua, ma troppo piccolo per i batteri, sporco, e altre cose cattive [fonte:Doulton USA]. Il primo tale dispositivo è stato sviluppato da un vasaio britannico, Henry Doulton, già agli inizi del 1800 per depurare l'acqua prelevata dal Tamigi, che era così contaminato da liquami grezzi che il colera e il tifo erano pericoli continui [fonte:Brodrick].
Da Doulton, altri inventori hanno apportato miglioramenti al suo concetto di base, come l'aggiunta di rivestimenti in argento per uccidere i batteri, in modo che i filtri ceramici di oggi facciano un lavoro ancora migliore nell'eliminare i pericolosi agenti patogeni. Lo sviluppo veramente rivoluzionario, anche se, è che le organizzazioni umanitarie non governative hanno creato fabbriche per produrre e distribuire un gran numero di filtri ceramici economici nei paesi in via di sviluppo.
Uno studio del 2006 ha scoperto che i cambogiani che usavano i semplici filtri, che sono portatili e non richiedono energia per funzionare, ridotto l'incidenza della malattia diarroica del 46 per cento, ed E.coli contaminazione nelle loro acque del 95% rispetto ai tassi del 2003 [fonte:Resource Development International – Cambogia]
Uno svantaggio di questi filtri ceramici è la velocità di filtrazione. L'acqua fuoriesce dal filtro in argilla ad una velocità di soli 2 litri (2,11 quarti) all'ora. Ma il processo deve essere lento per dare alla soluzione d'argento il tempo di uccidere i patogeni. Il filtro inoltre non rimuove sostanze chimiche dannose come l'arsenico.
Il tridax procumbens è un membro della famiglia delle margherite e un'erba molto diffusa. È anche conosciuto come la margherita tridax o i bottoni del cappotto e assomiglia molto a questa pianta. MARTIN GERTEN/AFP/Getty Images Negli Stati Uniti., le aziende idriche aggiungono una piccola quantità di fluoro - tra 0,8 e 1,2 milligrammi per litro - all'acqua potabile come un modo per proteggere i denti dalla carie. Ma in alcune parti del mondo, compresa l'India, il Medio Oriente e alcuni paesi africani, l'acqua ha già molto fluoro naturale, e i livelli possono essere così alti da essere pericolosi per la salute. In un villaggio indiano, Per esempio, un livello naturale da 5 a 23 milligrammi (da .00017 a .008 once) per litro ha causato ai residenti una grave anemia, articolazioni rigide, insufficienza renale e denti macchiati [fonte:Organizzazione mondiale della sanità].
Fortunatamente, Ricercatori indiani hanno offerto una possibile soluzione in un articolo del marzo 2013 dell'International Journal of Environmental Engineering. I ricercatori hanno sviluppato un sistema di filtri che utilizza una comune erba medicinale, Tridax procumbens, per assorbire il fluoro in eccesso dall'acqua potabile. La pianta, che è stato utilizzato anche per estrarre metalli pesanti tossici dall'acqua, attira gli ioni fluoruro quando l'acqua lo attraversa a una temperatura di circa 27 gradi Celsius (80,6 gradi Fahrenheit). Il filtro potrebbe potenzialmente fornire un economico, modo facile da usare per rendere sicura l'acqua nei luoghi in cui la fornitura contiene un eccesso di fluoro. Ma può anche essere usato da persone negli Stati Uniti e in altri paesi a cui non piace l'idea che il fluoro venga aggiunto alla loro acqua [fonte:Science Daily].
Magazzini sul fiume Elba ad Amburgo, La Germania nel periodo in cui i residenti soffrirono di un'epidemia di colera che uccise 7 persone, 500. Archivio Hulton/immagini Getty Sabbia e ghiaia sono state utilizzate per purificare l'acqua per migliaia di anni, e nel 1804, uno scozzese di nome John Gibb progettò e costruì il primo filtro che filtrava l'acqua attraverso granelli di sabbia per rimuovere le particelle di contaminazione più grandi. La sua tecnologia ha funzionato così bene che ben presto, Londra e altre grandi città europee lo usavano per rendere l'acqua del fiume più chiara e con un sapore migliore.
Alla fine del 1800, gli scienziati hanno scoperto che il filtraggio rendeva anche l'acqua più sicura da bere, poiché le particelle fermate dal filtraggio erano quelle che aiutavano a trasmettere i microbi che causavano malattie trasmesse dall'acqua. Il valore del filtraggio è stato dimostrato nel 1892, quando la città di Amburgo, che prendeva l'acqua potabile dal fiume Elba, ha subito un'epidemia di colera che ha ucciso 7, 500 persone, mentre la vicina città di Altona, dove veniva filtrata l'acqua dello stesso fiume, sfuggito quasi intatto [fonte:Huisman e Wood].
Ma recentemente, i ricercatori hanno scoperto come rivestire i granelli di sabbia con ossido di grafite per creare "super sabbia" che, secondo quanto riferito, può filtrare sostanze nocive come il mercurio dall'acqua cinque volte più efficacemente della normale sabbia. Il lavoro continua a trovare modi per fare in modo che la super sabbia assorba ancora più contaminazione, e infine utilizzarlo nei paesi in via di sviluppo dove le riserve idriche sono pericolosamente inquinate [fonte:Science Daily].
Un professore di chimica ha ideato un sistema per rimuovere l'arsenico dall'acqua potabile usando bottiglie per bevande come queste. Hans-Peter Merten/The Image Bank/Getty Images Se hai visto la commedia nera cinematografica degli anni '40 "Arsenico e vecchi merletti, " in cui una coppia di zitelle ben intenzionate si incarica di mettere fuori dalla loro miseria vecchi solitari dando loro vino di sambuco corretto con arsenico, sai che quest'ultima sostanza è roba piuttosto brutta. Quando contamina l'acqua potabile, l'arsenico può causare la vescica, cancro ai polmoni e alla pelle, oltre a danneggiare il sistema nervoso, cuore e vasi sanguigni [fonte:National Resources Defense Council].
Sfortunatamente, quasi 100 milioni di persone nei paesi in via di sviluppo oggi sono esposte a livelli pericolosamente alti di arsenico nelle loro acque, e non possono permettersi il complesso, costosi metodi di purificazione utilizzati negli Stati Uniti per sbarazzarsene. Però, una nuova tecnologia può offrire una soluzione. Il professore di chimica della Monmouth University (N.J.) Tsanangurayi Tongesayi ha sviluppato un sistema economico per la rimozione dell'arsenico in cui pezzi sminuzzati di normali bottiglie di plastica per bevande sono rivestiti con cisteina , un amminoacido. Quando i pezzi di plastica vengono aggiunti all'acqua, la cisteina si lega all'arsenico, rimuovendolo e rendendo potabile l'acqua. Nei test, è stato in grado di prendere acqua contenente pericolosi livelli di arsenico di 20 parti per miliardo, e ridurlo a 0,2 parti per miliardo, che soddisfa lo standard dell'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti [fonte:Science Daily]
I residenti si lavano i vestiti e vanno a prendere l'acqua potabile a una pompa pubblica in Gabon. Molte persone in Africa soffrono di diarrea causata dal bere acqua contaminata, ma si è scoperto che il sole e il sale sono buoni disinfettanti. WILFRIED MBINAH/AFP/Getty Images Nei paesi poveri dove le persone non possono permettersi di costruire costosi impianti di trattamento delle acque, a volte si affidano a una risorsa gratuita:la luce del sole. Una combinazione di calore e radiazioni ultraviolette del sole sarà
eliminare la maggior parte dei microbi che causano la diarrea, un disturbo che costa la vita a 4, 000 bambini in Africa ogni giorno. Una complicazione:affinché il processo funzioni, l'acqua deve essere limpida, che è un problema nelle zone rurali dove le persone prendono l'acqua dai fiumi, ruscelli e pozzi che producono acqua piena di particelle di argilla in sospensione.
Ma Joshua Pearce, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso la Michigan Technological University, e la collega Brittney Dawney della Queens University in Ontario hanno una soluzione. In un articolo del 2012 sul Journal of Water, Sanificazione e Igiene per lo Sviluppo, hanno proposto un regime di disinfezione solare che tratta prima l'acqua con un processo chiamato flocculazione , in cui una piccola quantità di sale da cucina viene aggiunta all'acqua per estrarre l'argilla. Mentre l'acqua potabile risultante ha livelli di sale più elevati di quelli a cui sono abituati gli americani, ha ancora meno di Gatorade. "Ho bevuto quest'acqua io stesso, " Pearce ha detto in un'intervista. "Se fossi da qualche parte senza acqua pulita e avessi bambini con la diarrea, e questo potrebbe salvare le loro vite, lo userei, nessuna domanda" [fonti:Science Daily, Dawney e Pearce].
Il kit per il purificatore d'acqua SteriPEN. SteriPEN Per i viaggiatori nei paesi in via di sviluppo, l'esposizione ad acqua non sicura può essere un grosso rischio. Non sarebbe fantastico se potessi semplicemente immergere una bacchetta magica nell'acqua e purificarla? Ora, essenzialmente, Puoi. Un dispositivo portatile chiamato SteriPEN, commercializzato dalla società con sede nel Maine chiamata Hydro Photon, utilizza la luce ultravioletta per sradicare i microrganismi che causano malattie. Il dispositivo utilizza la stessa tecnologia di purificazione utilizzata dagli impianti di acqua in bottiglia, ma è stato miniaturizzato, in modo che pesa solo 6,5 once (184 grammi) e si inserisce in uno zaino. Attaccalo in un litro di acqua di ruscello o stagno per 90 secondi, e voilà - è sicuro da bere [fonte:Stone]. Tali sistemi portatili di purificazione dell'acqua possono distruggere i batteri, virus e protozoi, come giardia e cryptosporidium, che può causare malattie [fonte:New York Times].
Il grande mercato per SteriPENS sono backpackers e viaggiatori, ma sono anche usati dall'esercito americano. SteriPEN ha anche donato alcuni dei dispositivi ai guardiani del gioco che devono lavorare in aree remote e selvagge dove non hanno accesso all'acqua del rubinetto [fonte:Stone]. Un avvertimento con la purificazione ultravioletta:l'acqua torbida deve essere prima prefiltrata per rimuovere le particelle in sospensione [fonte:Centers for Disease Control and Prevention].
Il tablet MadiDrop è progettato per essere immerso in acqua, uccidendo il 99,9 per cento di tutti gli agenti patogeni. È più facile da trasportare ed economico rispetto ai filtri per vasi da fiori ma non rimuove i sedimenti. Università della Virginia I filtri sono un comodo, modo economico per purificare l'acqua nei paesi in via di sviluppo. Ma un'organizzazione umanitaria senza scopo di lucro con sede all'Università della Virginia chiamata PureMadi - "Madi" è la parola sudafricana Tshivenda per "acqua" - ha escogitato un'ulteriore tecnologia facile da usare che può purificare un contenitore d'acqua semplicemente essere immerso in esso [fonte:Samarrai]. Il MadiDrop è un piccolo disco di ceramica, delle dimensioni di un hamburger, che contiene nanoparticelle di argento o rame che uccidono i microbi. Nanoparticelle sono fondamentalmente davvero, oggetti davvero minuscoli appositamente progettati dagli scienziati per comportarsi come una singola unità [fonti:Samarrai, Mandal].
Il MadiDrop è più economico, più facile da usare, e più facili da trasportare rispetto ai filtri per vasi da fiori in ceramica più grandi (nella foto nella prima pagina) che PureMadi sta già realizzando in una fabbrica africana, secondo James Smith, un ingegnere civile e ambientale che è uno dei leader del progetto. L'unico lato negativo, ancora, è che MadiDrop non rimuove le particelle sospese che rendono l'acqua torbida. Quindi idealmente, gli utenti sottoporranno l'acqua a un processo di purificazione in due fasi, utilizzando prima il filtro del vaso di fiori per eliminare i sedimenti e quindi sradicando i microbi con MediDrop [fonte:Samarrai].
Vista aerea di fenicotteri sul lago Bogoria, Kenia. Questa soluzione salina, lago alcalino è ricco di cinobatteri che attirano un gran numero di fenicotteri, a volte 1 milione alla volta. Martin Harvey/Gallo Images/Getty Images Molti di noi probabilmente pensano alle alghe come a quella roba disgustosa che ogni tanto dobbiamo pulire dai nostri acquari, ma possono anche rappresentare una seria minaccia per la salute. fioriture di alghe azzurre, chiamati cianobatteri, si trovano sia in acqua dolce che salata in tutto il mondo. Producono tossine chiamate microcistine che sono facilmente ingerite da chi beve, nuotare o fare il bagno in acqua che ne è contaminata. Una volta che le microcistine entrano nel tuo corpo, possono attaccare le cellule del fegato. Ovviamente non è qualcosa che vuoi che accada.
Sfortunatamente, metodi convenzionali di trattamento delle acque, come la filtrazione a sabbia e la clorazione, non liberarti di queste minuscole minacce. Ecco perché un nuovo metodo di purificazione sviluppato dai ricercatori della Robert Gordon University in Scozia ha così tante promesse. I ricercatori hanno identificato più di 10 diversi ceppi di batteri a cui piace mangiare microcistine a pranzo, e sono in grado di metabolizzarli in modo che si scompongano in innocui, materiali non tossici. Se i batteri alghe-killer vengono introdotti in sorgenti d'acqua, dovrebbero essere in grado di eliminare le microcistine e rendere l'acqua sicura da bere senza utilizzare sostanze chimiche potenzialmente dannose [fonte:Science Daily].
Un'immagine 3D di un nanotubo di carbonio. I filtri ricavati da questo potrebbero rimuovere i sedimenti, batteri e persino tracce di elementi tossici dall'acqua con una portata più rapida rispetto ai filtri convenzionali Andrey Prokhorov/E+/Getty Images Abbiamo già menzionato un nuovo dispositivo innovativo, il MadiDrop, che utilizza nanoparticelle di argento o rame per uccidere i batteri. Ma la nanotecnologia, cioè l'ingegneria di davvero, oggetti e strutture davvero piccoli, più piccolo della larghezza di un capello umano - ha molto più potenziale per aiutare a ripulire l'acqua potabile del mondo. I ricercatori dell'India's D.J. Il Sanghvi College of Engineering afferma che i filtri realizzati con nanotubi di carbonio e fibre di allumina, Per esempio, potrebbe essere in grado di rimuovere non solo sedimenti e batteri, ma anche tracce di elementi tossici come l'arsenico.
Un vantaggio dell'utilizzo nanofiltri , come vengono chiamati, è che sono più efficienti dei sistemi di filtrazione dell'acqua convenzionali, e non richiedono tanta pressione dell'acqua. Ma anche se i loro pori sono molto più piccoli dei filtri convenzionali, hanno una portata simile o più veloce [fonte:Science Daily].
Al Massachusetts Institute of Technology, i ricercatori stanno persino valutando l'utilizzo della nanotecnologia per la desalinizzazione. Stanno sperimentando l'uso di fogli di grafene , una forma di carbonio dello spessore di un solo atomo, per filtrare l'acqua di mare. Con le nanotecnologie, è possibile creare fogli pieni di minuscoli buchi, appena un miliardesimo di metro di spessore, che può bloccare le particelle di sale ma consentire il passaggio delle molecole d'acqua [fonte:Chandler].
Nota dell'autore:10 innovazioni nella purificazione dell'acqua
Sono cresciuto in quella che era conosciuta come la Steel Valley nella Pennsylvania occidentale, dove il fiume da cui dipendevamo per l'acqua potabile era inquinato di tutto, dai metalli pesanti e dagli acidi dalle miniere a cielo aperto ai liquami. Eppure in qualche modo, quando è uscito dai nostri rubinetti, l'acqua sembrava cristallina e aveva un sapore OK. Sono sempre stato perplesso per questo, e si chiedeva quale tecnologia elaborata fosse necessaria per renderlo potabile. La ricerca di questo articolo è stata interessante per me, perché ho avuto modo di conoscere sia la storia della purificazione dell'acqua, e quali recenti innovazioni possono garantire che le persone in tutto il pianeta abbiano accesso all'acqua pulita.
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Fonti
