En av de stora utmaningarna för 21-talet är att tillhandahålla ren och prisvärd vatten för att kunna möta människornas behov. Vattenförsörjningssystem över hela värden kämpar med att hålla jämna steg med den snabbt växande efterfrågan som förvärras genom en dramatisk befolkningsökning, globala klimatförändringar och generella försämringar av vattenkvalitén. Behovet av teknologisk innovation för att möjliggöra en integrerad vattenförvaltning kan inte nog understrykas. Nanoteknologin utgör en stor potential för avancerad dricksvatten – och avloppsvattenrening för att kunna förbättra effektiviteten av reningssteg såväl som att utöka vattenförsörjning genom säker användning av okonventionella vattenkällor.
Av: Alexander Keucken
Den här studien omfattar tänkbara nanomaterial, egenskaper och mekanismer som möjliggör applikationer, fördelar och begränsningar jämfört med redan existerande behandlingsmetoder och barriärer samt forskningsbehov för kommersialisering. Genom att spåra dessa teknologiska framsteg till de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos nanomaterial, beskriver den aktuella översikten möjligheter och begränsningar för att dra nytta av dessa unika egenskaper för en hållbar vattenförvaltning.
Sammanfattning
Det ökande trycket på tillgängliga vattenresurser medför att användning av okonventionella vattentillgångar (t.ex. dagvatten, förorenat sötvatten, brackvatten, avloppsvatten och saltvatten) blir alltmer en norm, särskilt inom regioner med historisk vattenbrist. Samtidigt når dagens teknologier för dricksvatten- och avloppsvattenbehandling samt tillhörande infrastruktur sina gränser när det gäller tillhandahållande av adekvat vattenkvalité for att uppfylla hälso- och miljökrav.
De senaste framstegen inom nanoteknologi erbjuder ”leapfrogging” möjligheter d v s att utveckla nästa generations vattenförsörjningssystem utan att begå misstag kopplade till konventionella systemlösningar. Nuvarande reningsmetoder, distributionsnät samt gängse utsläppspraxis är starkt beroende av överföringsmöjligheter och centraliserade systemlösningar, vilket gör dem inte längre hållbara. De högeffektiva, modulbaserade och multifunktionella processer som möjliggörs genom nanoteknologi, förutses att åstadkomma högprestanda och prisvärda lösningar för vattenrening som är mindre beroende av storskalig infrastruktur.
I denna studie sker en kritisk granskning av de huvudsakliga användningsområdena av nanomaterial baserad på deras funktioner i enhetliga processlösningar. Däremot omfattar denna översyn vare sig den potentiella inverkan av nanomaterial på människors hälsa respektive ekosystem eller eventuella störningar i reningsprocesser.
I tabell 1 visas en sammanställning av de aktuella och potentiella applikationerna för nanoteknologi inom dricksvatten- och avloppsvattenrening (Illustration ej längre tillgänglig).
Som framgår av tabell 1, diskuteras i denna studie olika användningsområden baserade på nanomaterial för följande applikationer:
- Adsorption
- Membran
- Fotokatalys
- Desinfektion och kontroll av mikrobiell tillväxt
- Detektion och övervakning
Slutsatser
Globalt sett är nanoteknologi för dricksvatten- och avloppsvattenbehandling på frammarsch. De unika egenskaperna av nanomaterial och deras konvergens med dagens behandlingsmetoder ger stora möjligheter till att revolutionära den nuvarande standarden för vattenreningsmetoder. Även om många av de i denna artikel belysta nanoteknikerna fortfarande testas i labbskala, så finns det ändå tre kategorier som uppvisar lovade potential för fullskaliga applikationer inom snar framtid: nanoadsorbenter, modifierade membran med nanomaterial och nanofotokatalysatorer. Alla dessa tre kategorierna har redan resulterat i kommersiella produkter, fast utan användning i storskaliga vattenreningsprocesser. Många av de andra nanoteknikbaserade vattenreningsmetoderna har redan hittad sina nischer i applikationer för POU (Point of Use) – system.
Det svenska perspektivet
Pågående klimatförändringar, extrema vädersituationer, uppmärksammade vattenburna sjukdomsutbrott i norra Sverige och regeringens nyligen initierade utredningsuppdrag avseende trygg dricksvattenförsörjning, har understrukit behovet av paradigmenskifte inom vattensektorn både tekniskt och mentalt. Introduktionen av nanoteknologin inom vattenreningsprocesser kan utgöra en viktig byggsten i den framtida utvecklingen av hållbara vattentjänster. Användningen av nanoteknologi kräver dock samtidigt en omfattande riskanalys avseende hälso- och miljöaspekter, ett arbete som redan har startats av inte minst våra holländska kollegor för ett antal år sedan. Är nanoteknologi den heliga graalen för vattenbranschen – det återstår att se!
Källa: Xiaolei Qu, Pedro J.J. Alvarez, Qilin Li. Applications of nanotechnology in water and wastewater treatment. Water Research 47 (2013), 3931 – 3946
Hela artikeln finns att köpa här.
