秘鲁的实地研究表明,用牛奶蛋白制成的膜可以从自来水中去除足够多的砷,使其在建议的安全饮用范围内。不仅如此,这项技术成本低廉,能源需求最低。

污染是秘鲁的一个严重问题;在一些地区,地下水中的砷含量已导致饮用水中的砷浓度超过世界卫生组织规定的安全水平100倍。居住在这些地区的人们的头发和指甲中砷的存在表明他们已经接触这种毒素几十年了,增加了他们患各种癌症和其他疾病的风险。

在2016年,拉斐尔Mezzenga而且Sreenath Bolisetty来自瑞士苏黎世联邦理工学院的研究员开发了一种使用活性炭和牛奶蛋白纤维的过滤系统。他们利用加热和低pH值将乳清转化为纳米纤维。乳清是牛奶中的主要蛋白质,也是奶酪制造工业的副产品。乳清纳米纤维表面的氨基酸可用于结合金属或类金属离子,包括砷。因此,使用纳米纤维作为活性吸附剂的膜或颗粒介质可以作为过滤器来清洁受污染的水。

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来源:©Sreenath Bolisetty/ETH Zürich

研究小组在家庭(顶部)和社区过滤装置中测试了基于牛奶蛋白的系统

现在,苏黎世联邦理工学院的科学家们已经在各种现实生活场景中测试了他们的水过滤系统:只有膜系统或膜和颗粒相结合的家庭单元,以及基于社区的颗粒单元。这项研究涉及秘鲁三个砷污染程度不同的地区。在一些地区,水的高浊度意味着当膜被堵塞时必须更换,即使吸附位点没有饱和。因此,这些地区的用户需要使用砂过滤器对他们的水进行预处理。

“这项研究非常重要,因为它在该领域证明了这项技术可以有效地用于为生活在砷污染严重地区的人们提供安全饮用水。”Mezzenga说:“我们已经进行了几次任务,致力于筛查秘鲁砷地下水污染的总体情况,从而确定一些关键地区进行实地研究。”

对处理后的水进行分析表明,99.9%的砷被去除。“这项实地研究的结果表明,使用牛奶蛋白纳米纤维的过滤装置可以有效地将砷去除到低于世界卫生组织推荐的标准[10ppb],而且它有广阔的应用前景,”评论道海伦娜戈麦斯他是英国诺丁汉大学的环境工程师。“我们还必须记住,研究人员只分析了砷的浓度。水质还有许多其他重要参数——其他金属、持久性有机污染物和微生物。”

用氢氧化钠再生系统,然后用蒸馏水冲洗,结果表明,在受影响最严重的地区使用的膜可以重复使用。Mezzenga解释说:“饱和过滤器或颗粒介质必须根据每个国家的规定进行处理。”“如果有合适的焚化炉,焚烧是一个推荐的途径。以秘鲁为例,砷来自地下水,处理饱和膜的安全方法是经过规范的垃圾填埋。”

目前的水处理方法使用反渗透、交换树脂或超滤,但这些技术系统不适用于秘鲁等中等收入国家。Mezzenga对使过滤器更普及持乐观态度,从而使全世界都能获得安全饮用水,他说:“成本必须与任何现有的水净化技术相比具有竞争力,同时为安全饮用水提供更可持续的解决方案。”我可以说,这种方法不需要任何能量,因为这种技术只需要通过重力来过滤水,而不像反渗透那样需要大量能量。”