İçme Sularını Kirleten Ağır Metalleri Temizlemek için Oldukça Verimli Yeni Bir Yöntem Bulundu
Fotoğraf: Mühendisler, ağır metallerden dolayı kirlenmiş suyu arıtmak için nispeten düşük maliyetli, enerji açısından verimli bir yaklaşım geliştirdiler.
MIT’deki mühendisler, şu anda kullanılan diğer sistemlere göre enerji açısından çok daha verimli olduğunu düşündükleri, suyu kirleten kurşun veya diğer ağır metalleri arındırmak için yeni bir yaklaşım geliştirdiler. Ancak geliştirme aşamasında olan başka yöntemlerde var. Neticede, endüstriyel işlemlerden, kurşun ve bazı kimyasallardan dolayı kirlenmiş suları evde kullanmak için arıtabilirler.
Bu yeni sistemin ilk bulguları, aynı araştırma ekibi üyelerinin altı yıl önceki birçok uygulama çalışmalarının sonucuna dayanmaktadır. İlk olarak tuzlu suyu veya deniz suyunu tuzdan arındırmak için ve daha sonra nükleer santrallerin soğutma suyundan radyoaktif bileşiklerin çıkarılması için uyarlanmıştır. Yeni sistemin son hali ise evde kullanılacak su kaynaklarının arıtılması için geliştirilmiş ilk yöntemdir.
Bulgular, 22 Eylül 2021’de Çevre Bilimi ve Teknolojisi – Su dergisinde, MIT lisansüstü öğrencileri Huanhuan Tian, Mohammad Alkhadra ve Kameron Conforti ve kimya mühendisliği profesörü Martin Bazant’ın bir makalesinde yayınlandı.
Alkhadra, “Kalıcı olan ve birçok farklı su kaynağında bulunan zehirli ağır metali arındırmak herkesin de bildiği gibi zor” diyor. “Açıkçası bugün bu işlevi yapan rakip yöntemler var, bu yüzden hangi yöntemin bunu daha düşük maliyetle ve daha güvenilir bir şekilde yapabileceği ise asıl mesele.”
Kurşunu çıkarmadaki en büyük zorluk, kurşunun genellikle az yoğunlukta bulunması ve böylece diğer elementler veya bileşenlerin altında kalmasıdır. Örneğin, sodyum tipik olarak içme suyunda milyonda onlarca parça konsantrasyonunda bulunurken, kurşun milyarda sadece birkaç parçada oldukça toksik olabilir. Alkhadra, ters ozmoz veya damıtma gibi mevcut süreçlerin çoğunun bir kerede her şeyi ortadan kaldırdığını açıklıyor. Bu sadece seçici bir uzaklaştırma için gerekenden çok daha fazla enerji harcamakla kalmaz, aynı zamanda sağlıklı bir içme suyu için sodyum ve magnezyum gibi düşük miktarlardaki elementler gerekli olduğunda ters etki yapar.
Şok elektrodiyalizi adı verilen yeni yaklaşıma göre kontamine suyu taşıyan elektrik yüklü ve gözenekli bir malzeme içinde şok dalgası üretmek için bir elektrik alanı kullanılır.
Şok dalgası, voltaj arttıkça bir taraftan diğerine yayılır; metal iyonlarının tükendiği bir bölgeyi geride bırakır ve besleme akışını tuzlu su ve temiz olan akışa ayırır. İşlem, çıkan temiz akıştan gelen kurşunun yüzde 95 oranında azalmasıyla sonuçlanır.
Prensip olarak, “bu işlemi çok daha ucuz hale getiriyor” diyor Bazant, “çünkü ayırma yapmak için harcadığınız elektrik enerjisi, gerçekten öncü olan yüksek değerli hedefin peşinden gidiyor. Sodyumu uzaklaştırmak için çok fazla enerji harcamış olmuyorsunuz.” Kurşun bu kadar düşük konsantrasyonda mevcut olduğundan “bu iyonların çıkarılmasında çok fazla akım yoktur; bu nedenle çok uygun maliyetli bir yol olabilir.”
Sadece küçük laboratuvar ölçeğinde ve oldukça yavaş akış hızlarında gösterilmesine rağmen yöntemin sınırlamaları vardır. Süreci evde kullanım için pratik hale getirmek, daha fazla araştırma gerektirecek ve daha büyük ölçekli endüstriyel kullanımlar içinde daha uzun sürecektir. Ancak Bazant, bazı ev tabanlı sistemler için birkaç yıl içinde pratik olabileceğini söylüyor.
Örneğin su kaynağı aşırı derecede kurşunla kirlenmiş bir evin bodrum katında, akan suyu yavaş bir şekilde işleyen, bir tankı içme veya yemek yapımında kullanılmak üzere kurşunsuz suyla dolduran ve suyun çoğunu tuvalet sifonunda kullanılmak ve çimleri sulamak üzere saklayan bir sistem olabilir. Bu gibi kullanımlar çoğunlukla dağıtım borularının kirlettiği suyun, boruların değiştirilmesi yoluyla iyileştirilmesinin uzun yıllar alacağı Flint, Michigan gibi yerlerde geçici bir önlem olarak uygulanabilir.
Bu süreç, madencilik veya sondaj işlemlerinde üretilen temizleme suyu gibi bazı endüstriyel kullanımlar için de adapte edilebilir. Böylece arıtılmış su güvenli bir şekilde bertaraf edilebilir veya yeniden kullanılabilir. Bazı durumlarda da suyu kirleten metallerin geri kazanılması için bir yol sağlayabilir. Bu metaller ancak sudan ayrılırlarsa aslında değerli bir ürün olabilir; Örneğin, araştırmacılar bu tür bazı minerallerin yarı iletkenleri, ilaçları veya diğer yüksek teknoloji ürünlerini işlemek için kullanılabileceğini söylüyor.
Bazant, böyle bir sistemin ekonomisini mevcut yöntemlerle doğrudan karşılaştırmanın zor olduğunu söylüyor çünkü filtrasyon sistemlerinde maliyetler esas olarak hızla tıkanan ve kullanılamaz hale gelen filtre malzemelerinin değiştirilmesine yönelikken, bu sistemde maliyetler çoğunlukla çok küçük olarak devam eden enerji girişi içindir. Bu noktada, şok elektrodiyaliz sistemi birkaç hafta boyunca çalıştırıldı; ancak böyle bir sistemin günümüz dünyasındaki ömrünü tahmin etmek için çok erken, diyor.
Sistemin büyüyüp ticari bir hale gelmesi biraz zaman alacak ancak “teknik açıdan bunun nasıl yapılabileceğini gösterdik” diyor Bazant. “Asıl mesele ekonomi tarafında olacak” diye ekliyor. Bu, en uygun kullanımı bulmayı ve bu kullanımları karşılayacak özel konfigürasyonlar geliştirmeyi içeriyor. “Bunu nasıl büyüteceğimize dair makul bir düşüncemiz de var. Dolayısıyla bu, akademik bir araştırma laboratuvarından ziyade hem büyüyen hem de gelişen girişimci bir şirket için rol kaynağına sahip olabilir”, diye ekliyor.
Kurşunu içme suyundan arındırmak için “Bence bu heyecan verici bir sonuç çünkü bu önemli uygulamayı gerçekten ele alabileceğimizi gösteriyor.” Örneğin, artık ters ozmoz kullanarak deniz suyunun tuzdan arındırma işlemini gerçekleştiren yerler olduğunu söylüyor. Ancak, tuzu yeterli seviyede arındırmak için, daha sonra kurşun gibi düşük seviyeli fakat oldukça toksik kirleticileri arındırmak için bu pahalı sistemi arka arkaya iki kez kullanmaları gerekiyor. Bu yeni süreç, çok daha düşük bir enerji harcamasıyla ikinci ters ozmoz turunun yerine kullanılabilir.
Araştırma, bir MathWorks Mühendislik Bursu ve Xylem, Inc. tarafından finanse edilen MIT’nin Abdul Latif Jameel Su ve Gıda Sistemleri Laboratuvarı tarafından verilen bir bursdan destek aldı.
Kaynak: scitechdaily.com
