Un filtro a carbone attivo, presente in molti sistemi di filtrazione domestici, può purificare l'acqua potabile, ma non può competere con le acque reflue che contengono esplosivi di livello militare. Per pulire le acque reflue dalla lavorazione e smilitarizzazione delle munizioni, una coppia di professori di ingegneria ambientale dell'Università del Delaware e un alunno di ingegneria UD stanno collaborando per testare una nuova tecnologia che utilizza nanoparticelle di ferro.

Attraverso una sovvenzione del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti (DOD), i professori Pei Chiu e Daniel Cha stanno lavorando con Brian Hubbard, un ambiente, responsabile della sicurezza e della salute sul lavoro con l'esercito degli Stati Uniti, per abbattere gli esplosivi nelle acque reflue. La borsa di studio triennale, iniziata nel 2019, proviene dal programma di certificazione della tecnologia di sicurezza ambientale del DOD (ESTCP). Hubbard, che ha ricevuto una laurea e un master in ingegneria ambientale dall'UD, è il ricercatore principale, e Cha e Chiu sono collaboratori del progetto. Diversi studenti, tra cui lo studente universitario di ingegneria ambientale Aidan Meese, partecipano anche loro al progetto.

Sviluppando e implementando nuove tecnologie di trattamento per le acque reflue contenenti composti di munizioni insensibili, i militari possono promuovere la tutela dell'ambiente e ridurre i costi.

armi più sicure, acqua più sporca

I composti esplosivi della vecchia scuola come il TNT esplodono facilmente e possono esplodere accidentalmente in presenza di vibrazioni o aumenti improvvisi di temperatura. La sensibilità di queste munizioni comporta dei rischi per le persone che le maneggiano, quindi oggi, i militari stanno producendo munizioni insensibili che sono più difficili da far partire. Le munizioni insensibili sono più sicure per gli utenti, sebbene siano più solubili in acqua delle loro controparti storiche. Questi materiali si dissolvono facilmente nell'acqua utilizzata nella produzione e nei processi correlati e possono esistere in acqua a concentrazioni molto più elevate.

"Gli attuali metodi di trattamento, come l'adsorbimento di carbone attivo, non sono molto efficaci nel rimuovere questi composti di munizioni altamente solubili, " disse Chiu. (L'adsorbimento è l'adesione in uno strato estremamente sottile di molecole, come gas, liquidi o sostanze disciolte, alle superfici di corpi solidi o liquidi con cui sono in contatto.) "Le tecnologie di trattamento tradizionali semplicemente non funzionano come hanno fatto per le munizioni del passato."

Un economico, un'efficace tecnologia di purificazione dell'acqua potrebbe avvantaggiare l'ambiente e le forze armate. "Processi come la produzione spesso generano acque reflue, ma se quell'acqua potesse essere trattata e riutilizzata?" ha detto Chiu. "Le operazioni dell'esercito potrebbero far risparmiare acqua e denaro e allo stesso tempo ridurre i rischi".

Cosa c'è di più, il carbone attivo non distrugge i composti delle munizioni. li assorbe, lasciando una seconda fonte di rifiuti, e potenziale responsabilità, avere a che fare con.

Il team di ricerca sta utilizzando particelle di ferro microscopiche, ferro zerovalente su scala nanometrica, per trattare quest'acqua. Invece di essere corroso dall'ossigeno nell'acqua, formazione di ruggine, le particelle di ferro a 25 nanometri sono corrose dai composti delle munizioni nelle acque reflue. Le nanoparticelle donano elettroni ai composti delle munizioni e, attraverso il trasferimento di elettroni, i composti di munizioni insensibili disciolti si decompongono. Il ferro zerovalente su scala nanometrica è stato utilizzato per il trattamento delle acque sotterranee, ma questa è la sua prima applicazione alle acque reflue di munizioni.

Il team ha raccolto campioni di acque reflue dalle strutture dell'esercito e, presso il laboratorio di UD, ha eseguito analisi della qualità dell'acqua e dei composti di munizioni utilizzando la cromatografia liquida ad alte prestazioni con un rivelatore a serie di diodi.

Dopo aver utilizzato nanoparticelle di ferro per distruggere i composti delle munizioni nelle acque reflue, il team aggiunge perossido di idrogeno per ossidare i residui in sottoprodotti innocui.

Questa è la bellezza della tecnologia. Lo stesso ferro viene utilizzato tre volte per tre scopi diversi. Primo, il ferro nano zero-valente distrugge istantaneamente i composti delle munizioni donando elettroni e diventa ferro bivalente. Il ferro bivalente attiva il perossido di idrogeno per ossidare i composti, e in questo passaggio, il ferro bivalente diventa ferro trivalente. Ferro trivalente, che è comunemente usato nel trattamento delle acque, può rimuovere particelle e residui e lucidare le acque reflue trattate per un potenziale scarico o riutilizzo.

"Con la nostra tecnologia, stiamo effettivamente distruggendo l'inquinamento, " disse Cha.

I primi risultati sperimentali sono promettenti e in corso e chiariranno le condizioni ottimali per i test sul campo. I test pilota sul campo inizieranno nella primavera del 2020.

"È un processo continuo, " disse Chiu. "Man mano che impariamo di più sulla chimica, saremo in grado di elaborare condizioni migliori e più efficienti per trattare queste acque reflue".

Il progetto comprenderà anche un'analisi dei costi. "Prevediamo che questo processo sarà molto più economico del carbone attivo, " disse Chiu.

Il team sospetta che la loro tecnologia possa essere versatile, pure, con applicabilità per il trattamento delle acque reflue industriali provenienti da industrie diverse da quelle militari, come i prodotti agrochimici e la produzione di prodotti di consumo.