工程師在飲用水處理中堵塞了孔

在大學校園邊緣的一條碎石路上 - 隔壁的流浪狗拿著筆 - 是一個繁忙的測試地點，用於飲用水處理中最新的技術。

在大型棚屋中，馬薩諸塞大學阿默斯特大學工程師David Reckhow已經開始了運動。比起建築物的空間，更多的人希望使用他的實驗室測試新的水處理技術。

這實驗室是一個振興的成功故事。在1970年代，當《清潔水法》對水污染施加了新的限制時，馬薩諸塞州阿默斯特的灰色建築是一個測試這些污染控制措施的地方。但是資金是善變的，多年來，該建築陷入了失修。 2015年，Reckhow使該網站重新栩栩如生。他和一組研究人員清理了垃圾，毆打了吞噬建築物的雜草，並安裝了價值數十萬美元的監視設備，其中大部分捐贈或購買了二手車。

Reckhow說：“我們認識到飲用水技術有很多需求。”研究人員，學生和初創公司都希望訪問測試方法，以消毒飲用水，過濾污染物或檢測水質的滑動。在十月的一個星期一下午，實驗室很忙。學生在主房間的大桌子上處理數據。小型技術測試，利用電化學清潔水裂，並掛上跟踪水質的監視器。在實驗室長凳上，坐在研究生的低成本複製品中，是一件昂貴的監視設備。當供水中的消毒化學物質的副產品達到危險水平時，該設備會提醒水處理廠。在一個附屬的車庫中，兩家初創公司正在進行對新型膜的大規模測試，這些膜過濾污染物。

停在棚子後面是幾乎可以滾動的新人。從2019年開始，移動水創新實驗室將向當地社區採用有希望的新技術進行測試。 Reckhow說，這很重要，因為飲用水處理廠的水質種類繁多。他說，現場測試是知道新方法是否有效的唯一方法，尤其是對於沒有長期記錄的新技術。

該設施的受歡迎程度反映了美國的持續關注：如何確保可以負擔得起的清潔，安全的飲用水。儘管美國飲用水受到嚴格的監管，而且總體上非常乾淨，但最近引人注目的污染案例，但例如密歇根州弗林特的2014年領導危機。（（SN：3/19/16，p。 8），在系統中暴露了弱點，並動搖了人們對自來水的信任。

挖出來

在2013年和2014年，有42次飲用水相關的暴發導致1,000多次疾病和13例死亡，基於報告前往美國疾病控制和預防中心。罪魁禍首是軍團菌根據2017年11月發布的數據，細菌和某種形式的化學，毒素或寄生蟲。

但是，這些數字僅講述了故事的一部分。美國環境保護局通過1974年安全飲用水法規進行調節的許多污染物只有在隨著時間的流逝發生時才會引起問題；暴露後，污染物等污染物的影響不會立即出現。 EPA規則違規的記錄指出，2015年，送達2100萬人研究人員在2月份的一項研究中報導了不符合標準的飲用水系統國家科學院論文集。該報告追踪了1982年至2015年飲用水侵害趨勢。

加利福尼亞大學伯克利分校的環境工程師戴維·塞德拉克（David Sedlak）說，當前的技術可以消除大多數污染物。這些包括微生物，砷，硝酸鹽和鉛。 “然後有些很難降解或轉化，例如工業化學物質稱為PFA。

尤其是較小的社區，不能總是負擔得起頂級設備或基礎設施大修更換鉛管。因此，Reckhow的設施正在測試方法，以幫助社區以負擔得起的方式解決水質問題。

一些研究人員正在添加技術來處理新的，潛在的有害污染物。其他人則正在設計與現有水基礎設施合作或清理污染物的方法。

您的水如何處理？

典型的飲用水處理廠通過一系列步驟。

首先，將凝結劑添加到水中。這些化學物質將沉積物匯合在一起，這些沉積物會烏雲水或使其味道有趣，因此它們更大，更易於去除。溫和的搖動或旋轉的水，稱為絮凝，有助於形成這些團塊（1）。接下來，水流入大型水箱中靜置一段時間，以便沉積物可以掉到底部（2）。然後，清潔的水通過膜移動，過濾較小的污染物（3）。通過化學物質或紫外線消毒可殺死有害細菌和病毒（4）。然後水準備分發（5）。

在基本的水處理過程中，有很大的變化空間。在不同階段添加的化學物質會觸發反應，將矮胖的有毒有機分子分解成較小的有害物質。通過電荷分離污染物的離子交換系統可以清除使水“硬”以及鉛和砷等重金屬以及硝酸鹽以及硝酸鹽以及硝酸鹽等離子等離子。城市根據當地供水的精確化學品質進行混合併匹配這些策略，調整化學品和優先處理治療組件。

一些水公用事業正在通過安裝諸如反滲透的技術來簡化處理過程，該技術通過將水分子通過有選擇性滲透性的膜迫使水分子迫使水分子消除了幾乎所有東西，並具有極小的孔。反滲透可以替代水處理過程中的許多步驟或減少添加到水中的化學物質數量。但是，安裝和操作是昂貴的，使許多城市都無法觸及。

我們中有14％的居民從井和其他不受《安全飲用水法》監管的井中獲得水。這些人面臨與市政供水系統相同的污染挑戰，但沒有監管監督，社區支持或資金。

弗吉尼亞理工大學的工程師馬克·愛德華茲（Marc Edwards）說：“當涉及到私人井中……您是一個人。 Edwards和Virginia Tech的同事Kelsey Pieper收集了來自弗吉尼亞州2,000多口井的水質數據在2012年和2013年。有些很好，但有些人的潛在客戶水平超過100億。當水平高於其15 ppb閾值時，EPA要求城市採取步驟控制腐蝕並通知公眾有關污染的措施。研究人員在2015年報告了這些發現水與健康雜誌。

為了消除鉛和其他污染物，良好的用戶通常依靠使用點的處理。水龍頭上的過濾器消除了最多但不是全部污染物。有些人春季趨於昂貴的反滲透系統。

新技術解決方案

這三種新的水清水方法不需要昂貴的基礎設施大修。

鐵礦覆蓋許多基地

Reckhow在Umass Amherst的團隊是測試鐵酸鹽，鐵的離子，作為多個水處理步驟的替代。首先，鐵甲殺死水中的細菌。接下來，它將基於碳的化學污染物分解為較小的，較小的有害分子。最後，它使像錳這樣的離子降低在水中，它們更容易過濾，Reckhow及其同事在2016年報告期刊 - 美國水協會。金斯敦金斯頓大學的環境工程師約瑟夫·古德威爾（Joseph Goodwill）說，憑藉其多方面的影響，鐵酸酯可以潛在地簡化飲用水處理過程或減少化學物質（例如氯）的使用，這些化學物質可能會產生危險的副產品。

萊克（Reckhow）說，對於沒有基礎設施，專業知識或金錢來實施臭氧治療之類的較小飲用水系統可能是一種有用的消毒劑。

明年年初，在他的移動水處理實驗室的首次航行中，Reckhow計劃在馬薩諸塞州小鎮格洛斯特（Gloucester）測試Ferrate方法。

在36英尺高的拖車中，是一堆吱吱作響的塑料管和儲罐。設置通過相同的一系列步驟（淨化，過濾和消毒）在標準的飲用水處理廠發現的途徑。有了兩組一切，科學家可以並排進行實驗，將新技術的性能與標準方法進行比較。領導預告片設計的UMass Amherst研究工程師Patrick Wittbold說，研究人員可以看到新技術是否比現有選擇更好。

充電的膜

濾膜往往會被小顆粒堵塞。伊利諾伊大學芝加哥大學的工程師布萊恩·卓別林（Brian Chaplin）說：“那是膜治療的阿喀琉斯'腳跟。”解開過濾器浪費能量並增加成本。卓別林認為，電力可能會解決這個問題並帶來一些副作用。

他的團隊測試了由氧化鈦或二氧化鈦製成的電化學膜，該膜既過濾水又充當電極。發生在電動膜上的化學反應會使硝酸鹽變成氮氣或分裂水分子，從而產生可氧化水中污染物的反應離子。這些反應還防止顆粒粘在膜上。像苯這樣的大碳基分子變得較小，有害。

卓別林說，在實驗室測試中，膜有效地過濾和破壞了污染物。在一次測試中，膜在溶液中將67％的硝酸鹽轉化為其他分子。成品低於EPA的監管硝酸鹽極限他及其同事在7月份報導環境科學技術。卓別林希望在未來兩年內將膜轉移到試點測試中。

消除PFA

稱為PFA的工業化學品提出了兩個挑戰。只有較大的有效通過顆粒活性碳去除，許多家用水過濾器中的活性材料。戈爾登科羅拉多州礦業的環境工程師克里斯托弗·希金斯（Christopher Higgins）說，較小的PFA保留在水中。另外，過濾還不夠，因為厚實的化學物質很難分解以確保安全處置。

希金斯（Higgins）和同事蒂莫西·斯特拉斯曼（Timothy Strathmann）也在科羅拉多州礦業學院（Colorado School of Colorado Mines），正在努力摧毀PFA的過程。首先，一個帶有微小孔的專門濾鏡將分子從水中抓住。然後，將亞硫酸鹽添加到污染物的濃縮混合物中。當用紫外線擊中時，亞硫酸鹽會產生反應性電子，從而破壞PFAS分子中堅硬的碳氟鍵。在30分鐘內，紫外線輻射和亞硫酸鹽的組合幾乎完全摧毀了一種PFA，其他研究人員在2016年報導環境科學技術。

很快，希金斯和斯特拉特曼將在科羅拉多州的彼得森空軍基地測試該過程近200個美國網站之一已知被PFA污染的地下水。清理這些地點會從地下水中去除污染物，這些污染物也可能餵食井或城市水系統。