Израильские ученые разработали новый метод очистки сточных вод

​Технология дает возможность селективно очищать воду, сохраняя необходимые растениям минералы.​

Сельскохозяйственное орошение составляет 80% водопотребления в Соединенных Штатах, в Израиле этот показатель - чуть меньше 60%.

Поскольку вода является ограниченным ресурсом, использование "оборотной воды" (очищенных сточных вод) для орошения вносит значительный вклад в сбережение воды в хозяйстве в целом. Однако процесс очистки сточных вод под орошение не так прост. Для безопасного использования оборотной воды следует удалить из нее избыток натрия, но некоторые другие минералы, такие как кальций и магний, следует сохранить, поскольку они удобряют почву и помогают росту здоровых растений.

Напротив, высокое соотношение натрия к кальцию и магнию, также известное как коэффициент поглощения натрия (SAR), отрицательно влияет на проницаемость почвы, скорость инфильтрации воды, и повреждает посевы. Со временем это может вызвать засоление почвы, и такой ущерб трудно исправить. Современные методы очистки воды либо недостаточно селективны - они удаляют как нежелательные соли, так и желаемые минералы, и требуют последующей реминерализации воды - либо стоят слишком дорого и не поддаются точной настройке (динамическому регулированию для различных видов подаваемой воды либо требуемого сочетания минералов в очищенном продукте).

Фото: Технион

Емкостная деионизация - это новая технология очистки воды, направленная на исправление именно этой неселективности наиболее распространенных сегодня технологий обработки сточных вод. При емкостной деионизации используются два электрода, которые изготавливаются из активированного угля, недорогого и широко доступного материала. Когда на электроды поступает электрический заряд, соли и минералы из обрабатываемой воды мигрируют к электродам и собираются в их нанопорах -  микроскопических "карманах", каждый из которых подходит для конкретного вещества. Когда эти «карманы» заполнены, смена направления течения тока опустошает их, и электрод снова готов к использованию.

Проблема этого метода в том, что электроды быстро изнашиваются. И вот теперь профессор Мати Сасс (факультеты машиностроения и химического машиностроения Техниона) и его исследовательская группа (аспиранты Эрик Гайес и Амит Шукрун и магистрант Инке Чен) в сотрудничестве с профессором Чарльзом Дизендруком с химического факультета Техниона, сумели добиться прорыва​ в устранении этой помехи.

По разработанному израильскими исследователями методу обрабатываемая вода протекает через два пористых электрода. Путем сульфирования одного из электродов - дешевой и простой в реализации химической реакции - группа проф. Сасса смогла создать емкостную ячейку деионизации, которая оказалась гораздо более эффективной в снижении коэффициента поглощения натрия, чем ячейки с электродами, которые не обрабатывались подобным образом. Сульфированный электрод также оказался намного более стабильным, выдержав 1000 циклов очистки воды без значительного износа - рекордный срок службы для элемента этого типа.

Новый процесс оказался также более энергетически эффективным, и его эффективность может повышаться и далее с помощью уже существующих методов. Еще одно преимущество новой технологии - возможность легко настраивать ее, изменяя напряжение и время зарядки электродов. Это делает новый метод применимым для различных целей, а не только для очистки вод на орошение. Поскольку исследователям удалось улучшить практически все считавшиеся до сих пор проблемными аспекты принятых сегодня систем очистки воды, их результаты могут привести к целому ряду новых практических применений.

Источник: MFA
Фото: Технион