Καινοτόμο «φίλτρο» Ελλήνων ερευνητών καθαρίζει το νερό με ρεύμα και... οξυζενέ

του Νίκου Αβουκάτου

Τα υπολείμματα γεωργικών φαρμάκων, οι διαλύτες, τα συντηρητικά, οι φαρμακευτικές ουσίες, τα προϊόντα προσωπικής φροντίδας, και άλλα βιομηχανικά χημικά προκαλούν τη ρύπανση του νερού. Οι επιπτώσεις στο περιβάλλον και στον άνθρωπο από τους συνθετικούς οργανικούς ρύπους ανησυχούν τους ερευνητές που προβληματίζονται για την εκτεταμένη ρύπανση των επιφανειακών και υπόγειων υδροφορέων.

Ήδη γίνεται έρευνα και αναπτύσσονται αποτελεσματικές, οικονομικές και φιλικές προς το περιβάλλον τεχνολογίες για την παραγωγή ασφαλούς και καλής ποιότητας πόσιμου νερού και την προστασία του περιβάλλοντος.

Με αυτά τα κίνητρα διαμορφώθηκαν οι στόχοι του ερευνητικού έργου «ΝΗΡΟΝ» κατά το οποίο αναπτύχθηκε μια νέα διάταξη σε μορφή «φίλτρου» με ιδιαίτερα καινοτομικά χαρακτηριστικά και πλεονεκτήματα έναντι τόσο των συμβατικών όσο και άλλων προηγμένων τεχνολογιών επεξεργασίας του νερού.

«Το καινοτόμο αυτό "φίλτρο" εκμεταλλεύεται την επιτόπια (in situ) ηλεκτροχημική παραγωγή, πάνω σε καταλυτικά νανοσωματίδια, βραχύβιων αλλά ισχυρά οξειδωτικών ελευθέρων ριζών που επιτυγχάνουν την οξείδωση/αποδόμηση των επικίνδυνων για την ανθρώπινη υγεία τοξικών οργανικών ρύπων του νερού», οι ερευνητές Δρ. Κωνσταντίνος Πλάκας  και Δρ. Στέλλα Σκλαρή.

Λαμβάνοντας υπόψη τη μηδαμινή έως ελάχιστη απομάκρυνση των τοξικών οργανικών μικρορυπαντών με χρήση συμβατικών τεχνολογιών, όπως η κροκίδωση/ συσσωμάτωση, η συμβατική διήθηση με αμμόφιλτρα και η απολύμανση με χρήση χλωρίου, εφαρμόζονται σήμερα νέες προηγμένες μέθοδοι επεξεργασίας του πόσιμου νερού με χαρακτηριστικούς αντιπροσώπους την προσρόφηση σε φίλτρα/κλίνες ενεργού άνθρακα, την οζόνωση και τη χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας (Ultra violet – UV), μεμονωμένα ή σε συνδυασμό με άλλα οξειδωτικά μέσα (π.χ. υπεροξείδιο του υδρογόνου-Η2Ο2, υπερμαγγανικό κάλιο-KMnO4, διοξείδιο του χλωρίου-ClO2, κ.ά.).

Τα εγγενή, ωστόσο, προβλήματα των παραπάνω μεθόδων απορρύπανσης του νερού (π.χ. κορεσμός και εξουδετέρωση του ενεργού άνθρακα από προσροφημένα οργανικά συστατικά, μεταφορά και αποθήκευση επικίνδυνων οξειδωτικών), τα περιβαλλοντικά μειονεκτήματα και το σημαντικό κόστος (συχνή χρήση χημικών, αναγέννηση ή αντικατάσταση ενεργού άνθρακα, σημαντικό κόστος παραγωγής όζοντος) έχει οδηγήσει τη σύγχρονη έρευνα στη βελτιστοποίηση των υπαρχουσών τεχνολογιών (υβριδικά συστήματα επεξεργασίας νερού-hybrid systems) αλλά και στην ανάπτυξη νέων, περισσότερων φιλικών προς το περιβάλλον.

Η electro-Fenton, η νέα διάταξη σε μορφή «φίλτρου» που αναπτύχθηκε, στηρίζεται στη χρήση επάλληλων ζευγών πορωδών ηλεκτροδίων με τη βοήθεια των οποίων παράγεται, με την επιβολή συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος μικρής τάσης, υπεροξείδιο του υδρογόνου (του κοινού «οξυζενέ»). Η παραγωγή υπεροξειδίου του υδρογόνου συνοδεύεται από την παραγωγή ισχυρών οξειδωτικών (ρίζες υδροξυλίου) μέσω καταλυτικών αντιδράσεων (τύπου Fenton) με καθηλωμένα καταλυτικά νανοσωματίδια σιδήρου στα πορώδη ηλεκτρόδια (κάθοδοι). Οι παραγώμενες ρίζες καταστρέφουν με τη σειρά τους προσροφημένους ή/και τους διερχόμενους μέσα από τα πορώδη ηλεκτρόδια οργανικούς μικρορύπους του νερού.

Άτιτλο

Σε αντίθεση με τα ενιαία ή διαχωρισμένα ηλεκτροχημικά κελιά που έχουν προταθεί στο παρελθόν, το νερό δεν έρχεται απλά σε επαφή με τα ηλεκτρόδια αλλά διέρχεται/διηθείται διαμέσου των πορωδών ηλεκτροδίων εξασφαλίζοντας με αυτό τον τρόπο την ομοιόμορφη κατανομή των ρύπων και των παραγόμενων ελεύθερων ριζών και την άμεση αντίδραση μέσα στο "φίλτρο", με αποτέλεσμα τη μεγιστοποίηση της απόδοσης της διεργασίας για δεδομένο χρόνο παραμονής του νερού σε αυτό. Τα βασικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά των ηλεκτροδίων (αριθμός, πάχος και επιφάνεια) μπορούν εύκολα να προσαρμοστούν στις απαιτήσεις σχεδιασμού συσκευών για πρακτικές εφαρμογές.

Συνοπτικά, η καινοτόμος διάταξη EF παρουσιάζει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά πρωτοτυπίας και πλεονεκτήματα, όπως:

  • η δημιουργία των αναγκαίων οξειδωτικών “μέσων” για την electro-Fenton αντίδραση "επιτόπου", δηλαδή πάνω στα ειδικά πορώδη αγώγιμα ηλεκτρόδια του “φίλτρου”, η οποία καθιστά περιττή τη χρήση των δαπανηρών και επικίνδυνων οξειδωτικών (O3, H2O2) και άλλων χημικών,
  • οι μειωμένες ενεργειακές ανάγκες λόγω της χρήσης χαμηλής τάσης ρεύματος DC,
  • οι υψηλές αποδόσεις ρεύματος για την καταστροφή ενός ή περισσοτέρων ρύπων,
  • η μηδενική δημιουργία δευτερογενούς ρύπανσης,
  • ο ευχερής έλεγχος και αυτοματισμός της διεργασίας, καθώς και
  • η δυνατότητα προσαρμογής των συστημάτων σε μεταβλητές ανάγκες παραγωγής πόσιμου νερού (αύξηση/μείωση της δυναμικότητας με την προσθήκη/αφαίρεση “φίλτρων”).

«Το νέο "φίλτρο", επειδή προβλέπεται να καταστρέφει όλα τα είδη οργανικών μορίων, αναμένεται να εξασφαλίζει μια πιο αξιόπιστη λύση (σε σχέση με την επικρατούσα σήμερα τεχνολογία) για την προστασία της ανθρώπινης υγείας από τους ετερόκλητους τοξικούς μικρο-ρυπαντές του νερού», σημειώνει ο κ. Πλάκας.

Στα πλαίσια του ερευνητικού έργου «ΝΗΡΟΝ», έχει ήδη αποδειχθεί η αποτελεσματικότητα του «φίλτρου» για αντιμετώπιση διαφόρων τυπικών οργανικών μικρο-ρυπαντών του νερού (φαρμακευτικές ουσίες δικλοφενάκη, σουλφαμεθοξαζόλη, καρβαμαζεπίνη, ιβουπροφένη) σε εργαστηριακή κλίμακα.

Παράλληλη πειραματική δραστηριότητα σε πιλοτική κλίμακα αποσκοπεί στη διερεύνηση της αποδοτικότητας, ενεργειακής κατανάλωσης, αξιοπιστίας καθώς και άλλων χαρακτηριστικών αυτής της τεχνολογίας, υπό συνθήκες συνεχούς λειτουργίας που προσομοιάζουν πρακτικές εφαρμογές.

Για το ερευνητικό έργο «ΝΗΡΟΝ», συνεργάστηκαν δύο Εργαστήρια του Ινστιτούτου Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων (ΙΔΕΠ) του Εθνικού Κέντρου Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης και η εταιρεία ΤΕΜΑΚ ΑΕΤΕ ενώ  χρηματοδοτήθηκε από το Υπουργείο Παιδείας Δια Βίου Μάθησης και Θρησκευμάτων (ΓΓΕΤ) στα πλαίσια της Δράσης Εθνικής Εμβέλειας "Συνεργασία"-2009. Επιστημονικός υπεύθυνος του έργου ήταν ο Καθ. Αναστάσιος Καράμπελας.

Αν σας άρεσε το άρθρο, Μοιραστείτε το!

Κάνετε το σχόλιό σας

Ερώτημα ασφαλείας (CAPTCHA) * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.