麻省理工学院工程师从树枝中制造低成本过滤器以净化饮用水

木质组织水过滤

裸子植物Sapwood中的木质组织可用于水过滤(如顶部所示)。Xylem由导管组成,导管由膜互连,该膜滤除水中存在于水中的污染物(底部)。信贷:礼貌:N.R.富勒斯,Sayo Studio

在印度测试的原型显示承诺作为低成本,自然过滤选项。

诸如松树和银杏等缠绕树的内部含有被称为木质的秸秆样导管的沙普伍德,其通过树干和树枝抽水。Xylem导管通过作为天然筛的薄膜互连,从水和SAP滤出气泡。

麻省理工学院工程师一直在调查Sapwood的天然过滤能力,并先前从Sapwood枝的去皮横截面上制造了简单的过滤器,展示低科技设计有效过滤细菌。

现在,同一团队已经提升了该技术,并表明它在现实世界的情况下工作。他们制造了新的木质滤波器,可以过滤出诸如的病原体大肠杆菌在实验室测试中和轮状病病毒,并表明过滤器可以从受污染的弹簧,水龙头和地下水中去除细菌。它们还开发了简单的技术来扩展过滤器的保质期,使木质磁盘能够在干燥形式储存至少两年后净化水。

研究人员将其技术与印度进行了技术,在那里他们制造了来自本土树木的木质滤波器,并使用本地用户测试过滤器。基于反馈,该团队开发了一种简单的过滤系统的原型,配备可更换的木质滤波器,可以每小时1升的速率净化水。

他们的结果于2021年3月25日发布自然通信据表明,Xylem滤光器有可能用于社区环境,以从受污染的饮用水中去除细菌和病毒。

研究人员正在探索选项,使木质滤波器以大规模提供,特别是在受污染的饮用水是疾病和死亡的主要原因的区域。该团队推出了一个开源网站,具有从各种树类型设计和制造木质滤波器的指导方针。该网站旨在支持企业家,组织和领导人向更广泛的社区介绍技术,并激励学生用木质滤波器进行自己的科学实验。

“因为原材料广泛可用,制造过程简单,可以想象涉及采购,制造和分配木质滤波器的社区,”麻省理工学院的教育教育教授Rohit Karnik说。“对于唯一选择未过滤的水的地方,我们预计木门过滤器会改善健康,并使水饮用水。”

Karnik的研究共同作者是领导作者Krithika Ramchander和Luda Wang的MIT MITCHING ENGINENTION,MEGHA HEGDE,ANISH ANTONY,KENDRA LEITH和MIT D-LAB的艾米史密斯。

清除方式

在他们对Xylem的事先研究中,Karnik和他的同事发现木质材料的自然过滤能力也具有一些自然局限性。当木材干燥时,分支的筛子膜开始粘在墙壁上,降低过滤器的渗透,或使水流过的能力。过滤器随着时间的推移,滤镜也会出现“自我阻断”,建立堵塞导管的木质物质。

令人惊讶的是,两个简单的治疗克服了两个局限性。通过将Sapwood的小横截面浸泡在热水中浸泡一小时,然后将它们浸入乙醇中并让它们干燥,ramchander发现该材料保留了其渗透,有效地过滤水而不堵塞。通过根据其树式定制滤光片的厚度,也可以提高其过滤。

研究人员从麻省理工学院校园周围的树枝切成了小横截面,并表明所得过滤器保持与商业过滤器相当的渗透率,即使在储存长达两年后,也显着延长了过滤器的保质期。

研究人员还测试了过滤器去除污染物等污染物的能力大肠杆菌和轮状病毒 - 腹泻病的最常见原因。经处理的过滤器除以污染物的99%以上,水处理水平符合“双星综合保护“由世界卫生组织设定的类别。

“我们认为这些过滤器可以合理地解决细菌污染物,”克拉曼德说。“但是有砷和氟化物的化学污染物,我们还不知道效果,”她指出。

奠基

在实验室的结果鼓励,研究人员搬到了现场测试他们在印度的设计,这是一个经历了世界上水病疾病的最高死亡率的国家,以及安全可靠的饮用水无法进入更多超过1.6亿人。

两年多,工程师,包括MIT D-LAB的研究人员,在山地和城市地区工作,由当地非政府组织Himmotthan社会,Shramyog,人民科学研究所和Essmart提供了促进。他们用本土杉树制造过滤器并测试它们,以及由美国银杏树制成的过滤器,与当地饮用水来源。这些测试证实,过滤器有效地去除了当地水中发现的细菌。研究人员还举行了采访,焦点小组和设计研讨会,以了解当地社区的当前水实践,以及对水处理解决方案的挑战和偏好。他们还聚集了关于设计的反馈。

“与人群很高的事情是这个过滤器是每个人都认识来的自然材料,”Hegde说。“我们还发现,低收入家庭的人们宁愿每天支付较小的金额,而频率较大。这是使用现有过滤器的障碍,因为更换成本太多了。“

随着印度超过1000名潜在用户的信息,他们设计了一个简单的过滤系统的原型,配备了顶部的插座,用户可以填充水。水通过木质滤波器向下流动1米长的管,并通过阀门控制的喷口输出。根据家庭的需求,可以每天或每周换出木质过滤器。

该团队正在探索在更大的秤上生产木质滤波器的方法,具有当地可用的资源,并以鼓励人们作为日常生活的一部分练习水净化的方式 - 例如,通过提供更换过滤器,以实惠的,付费 -你去包。

“木质过滤器由廉价且丰富的材料制成,可在当地商店提供,人们可以购买他们需要的东西,而无需提前投资,因为其他水过滤器墨盒的典型典型的投资,”Karnik说。“现在,我们已经表明,木质滤波器提供了现实的性能。”

Abdul Latif Jameel水和食品系统实验室(J-WAFS)在麻省理工学院和工厂技术和设计中得到了支持该研究。

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