Zrozumienie, jak usunąć szkodliwe zanieczyszczenia z wody, jest kluczowym wyzwaniem w naukach o środowisku. Ostatnie badanie przeprowadzone przez profesora Shlomo Nir, José Manuel Jiménez-Barrera i dr Tomás Undabeytia bada nowy sposób skuteczniejszego oczyszczania wody. Badania, opublikowane w czasopiśmie Water, podkreślają, w jaki sposób niektóre bakterie i enzymy, wyspecjalizowane białka, które pomagają przyspieszyć naturalne reakcje chemiczne, mogą pomóc rozbić zanieczyszczenia, podczas gdy woda przechodzi przez systemy filtracyjne, które zostały zaprojektowane w celu usunięcia zanieczyszczeń w miarę przepływu wody przez różne materiały.
Profesor Nir z Hebrajskiej Uniwersytetu Jerozolimy, wraz ze swoimi kolegami z Instituto de Recursos Naturales y Agrobiologia, opracował model symulacji i przewidywania, jak dobrze ten proces działa. „Łącząc naturalne procesy rozpadu z filtracją i modelowaniem, możemy stworzyć system, który stale usuwa zanieczyszczenia, dzięki czemu oczyszczanie wody są znacznie bardziej wydajne i podatne na planowanie” – wyjaśnił profesor NIR. Ich podejście zapewnia poprawę istniejących metod.
Badanie koncentrowało się na usunięciu różnych zanieczyszczeń powszechnie występujących w wodzie, takich jak chemikalia z leków, produktów kosmetycznych i odpadów przemysłowych. Jeden kluczowy przykład obejmował filtr, w tym węgiel aktywny, porowaty materiał, który zatrzymuje zanieczyszczenia i zapewnia powierzchnię dla bakterii do wzrostu, oznaczała biofilm, który wspiera bakterie zdolne do rozkładania toksycznych związków. Te toksyny, niebezpieczne nawet w niewielkich ilościach, zostały pomyślnie usunięte przez długi czas. Naukowcy wykazali również, że ich metoda może poradzić sobie z jeszcze wyższym poziomem zanieczyszczenia bez utraty skuteczności.
Kolejną główną zaletą tych badań jest potencjalne zastosowanie w oczyszczalniach ścieków, obiektach oczyszczających wodę przed jej dostarczaniem do środowiska. Jeśli zakłady leczenia przyjmą tę metodę filtracji, mogą znacznie poprawić swoją zdolność do oczyszczania wody przed wypuszczeniem jej do środowiska. „To podejście nie tylko sprawia, że wodę pitną jest bezpieczniejsza, ale także pomaga zmniejszyć wpływ ścieków na naturalne ekosystemy” – zauważył profesor Nir.
Oprócz stosowania bakterii w badaniu badano również systemy filtracyjne, które opierają się na enzymach – białkach, które przyspieszają reakcje chemiczne. Enzymy te są aktywne w specjalnych filtrach, co pozwala im rozbić zanieczyszczenia w kontrolowany i wydajny sposób. Ta metoda może być szczególnie przydatna do usuwania zanieczyszczeń, które są trudne do wyeliminowania za pomocą konwencjonalnych zabiegów. Modelowanie filtracji, eksperymentalnie potwierdzone, wskazuje, że usuwanie zanieczyszczeń w systemach filtracji enzymu jest początkowo napędzane głównie przez adsorpcję, przy minimalnej degradacji. Stężenie wschodzącego zanieczyszczenia wzrasta z czasem, aż do osiągnięcia stanu ustalonego, w którym usuwanie punktu odbywa się wyłącznie poprzez degradację.
Powyższy rysunek pokazuje schematyczny schemat niektórych zgłoszonych procesów, który obejmuje układ enzymatyczny do usuwania zanieczyszczeń w postaci filtracji stycznej, a drugi w postaci stałej filtracji złoża przy użyciu różnych rodzajów filtrów (tworzenie biofilmu, a następnie kolejny filtr do usunięcia zanieczyszczeń, metabolitów i bakterii wydanych z biofilmu). Dolna część reprezentuje sugestię dodania do filtra GAC w serii filtra miceli, który jest potężny w usuwaniu bakterii wodnych i innych mikroorgsanizmów, jako lekarstwo na od czasu do czasu ucieczkę zanieczyszczeń z filtra GAC.
Badanie to podkreśla potrzebę łączenia technik biologicznych i chemicznych w celu poprawy oczyszczania wody. W miarę jak przepisy dotyczące bezpieczeństwa wody stają się surowsze, zaawansowane metody filtracji, takie jak ta, mogą odgrywać kluczową rolę w zapewnieniu dostępu do czystej i zrównoważonej wody.
Referencje dziennika
Undabeytia T., Jiménez-Barrera JM, Nir S. „Usunięcie pojawiających się zanieczyszczeń przez degradację podczas filtracji: przegląd procedur eksperymentalnych i modelowania”. Woda, 2024, 16, 110. DOI: https://doi.org/10.3390/w16010110
Nowe wyniki
S. NIR rozszerzył program degradacji podczas filtracji na dowolną liczbę zanieczyszczeń. Dało to symulacje i prognozy dotyczące usuwania rozpuszczonej materii organicznej (DOM) z wody Kinneret w pełnym roku pilotażowym. Filtracja przez filtr GAC wykazywał stan ustalony w miesiącach 5-12 i duża zdolność usuwania 129 m3/kg GAC.
Referencje dziennika
ML Kummel, OB Zusman, S. Nir i YG Mishael, „Dom usuwanie z jeziora Kinneret przez kolumny adsorpcji i biodegradacja: badanie pilotażowe i modelowanie”. Environ.sci: Water Res. I Technol. 2024. Doi: https://doi.org/10.1039/d4ew00407h
O autorach
Shlomo Nir jest emerytowanym profesorem na Hebrajskim Uniwersytecie Jerozolimy (Huji). 1969 Ph.D-teoretyczna fizyka. Praca: spektroskopia atomowa; Obliczenia poziomów energii. 1970 Fellow, Inst. Life Sciences, Huji. 1970-1980. RPMI, Buffalo NY. Naukowiec z badań nad rakiem I-IV i Assoc. Prof. Biophysics; University of NY, Buffalo. 1980 Assoc. Prof. Huji; Dept Gleby and Water Sciences.1985 Profesor. 2003 Profesor Emeritus. Ostatnie badania głównie dotyczące oczyszczania wody. Opracowane modele dla: 1. Jednoczesna adsorpcja kilku kationów (w tym organicznych kaonów) na powierzchnie, równania elektrostatyczne i specyficzne wiązanie w układzie zamkniętym: zastosowane do błon biologicznych i gliny oraz rozszerzone na kationy organiczne. 2. Agregacja cząstek, zasięg i kinetyka. 3. Fuzja błonowa i endocytoza 4. Tworzenie porów przez peptydy. 5. Kinetyka filtracji dla rozwiązania z kilkoma zanieczyszczeniami. Model dał symulacje i prognozy dotyczące usuwania chemikaliów i bakterii do skal laboratoryjnych i pilotażowych. 6. Degradaion podczas filtracji. Model, który przewiduje zjawiska w stanie ustalonym, zastosowano w (i) usunięciu ze stawów rybnych związków poza smakiem (ii) Bardzo wydajne oczyszczanie wody pitnej jeziora. Ostatnio program został rozszerzony, aby poradzić sobie z kilkoma zanieczyszczeniami w roztworze i dał symulację i prognozę usuwania Lowcost DOM z wody jeziornej w skali pilotażowej. Zaprojektowane kompleksy glinki organowej, które usuwają z wody skutecznie chemikalia i mikroorganizmy. Opublikowano 265 artykułów w czasopismach i książkach, 4 książki, 6 patentów.
Tomás undabeytia: Institute of Natural Resources and Agrobiology-Sppinish Research Council (IRNAS-CSIC). Stałe naukowe stanowiska naukowców. Pola badawcze koncentrujące się na dynamice zanieczyszczeń w systemie wody glebowej, rozwiązując następujące tematy: (i) wpływ metali śladowych na adsorpcję i mobilność zanieczyszczeń organicznych w glebie i odwrotnie; (ii) wpływ poprawek organicznych na mobilność agrochemikaliów; (iii) rozwój metodologii odzyskiwania gleb zanieczyszczonych pestycydami i innymi organicznymi i nieorganicznymi chemikaliami; (iv) opracowanie kontrolowanych preparatów uwalniania pestycydów (CRF); oraz (v) opracowanie i badanie systemów oczyszczania wody dla trwałych związków organicznych i patogennych mikroorganizmów. Wskaźniki: H-Indeks, 31; 72 publikacje; 4 patenty.
