De langzame zandfiltermethode wordt al eeuwenlang gebruikt om water te behandelen. Het is zo effectief dat de Wereldgezondheidsorganisatie het haar stempel van goedkeuring heeft gegeven:"Onder geschikte omstandigheden, langzame zandfiltratie is misschien niet alleen de goedkoopste en eenvoudigste, maar ook de meest efficiënte methode van waterbehandeling."

Echter, deze methode wordt veelal op grote schaal toegepast en is niet geschikt voor de duizenden Zuid-Afrikaanse huishoudens die dagelijks strijden om schoon drinkwater in huis.

Busisiwe Mashiane, een vierdejaars student scheikundige technologie aan de School of Chemical and Metallurgical Engineering bij Wits, onderzoekt en ontwikkelt een langzame zandfilter om aan de behoeften van Zuid-Afrikanen te voldoen.

"Veel Zuid-Afrikanen die in achtergestelde gemeenschappen in het hele land wonen, hebben niet alleen moeite om toegang te krijgen tot water, maar lopen ook veel gezondheidsrisico's door het gebrek aan toegang tot schoon drinkwater. ", legt Masiane uit.

"Ons doel is om een ​​goedkoop maar zeer efficiënt waterbehandelingssysteem te ontwikkelen dat rivierwater effectief kan behandelen en consumeerbaar kan maken. We willen ervoor zorgen dat, omdat mensen in deze gemeenschappen zich geen uitgebreide waterbehandelingsmethoden kunnen veroorloven, ons systeem kan helpen bij hun fundamentele mensenrecht om toegang te hebben tot schoon drinkwater."

Hoe het werkt

Een continue waterstroom uit een 25 liter tank komt in een reactortank (het zandbed). Van hieruit stroomt het water in een transparante sterlisatietank van 25 liter, waarna het schone water voor gebruik in een voorraadvat kan worden gedoseerd.

Het zandbed in de reactortank is opgebouwd uit lagen fijn grind, dan actieve kool, en tenslotte grof grind en fijn zand.

Een laag biologisch materiaal, genaamd de schmutzdecke, vormt zich bovenop het zand en de schmutzdecke in het water wordt verhinderd door het zand te stromen. Deze laag biologische stof zorgt ervoor dat het gefilterde water vrij is van schadelijke bacteriën en ziekteverwekkers, terwijl het zandbed de fysieke onzuiverheden uit het water haalt.

"Ons onderzoeksproject is gericht op het achterhalen van de mechanismen van de langzame zandfilter, om te zien hoe het functioneert onder verschillende omstandigheden, en om manieren te vinden om het te optimaliseren, " zegt Masiane, eraan toevoegend dat het plan in de toekomst is om het project uit het lab te halen en naar huizen te brengen waar het een verschil kan maken in het leven van mensen.

"We willen ontdekken wat de beperkingen zijn en uiteindelijk de beste manier vinden om het ontwerp te repliceren en de insteltijd gemakkelijk te verkorten - momenteel tussen de drie en vier maanden vanwege de noodzaak om te wachten tot de biologische laag is gevormd."

Onderzoek naar de link tussen ecosysteem en klimaat

Een hightech wetenschappelijke onderzoeksinstallatie, genaamd de Eddy Covariance Flux Tower werd in 2015 gebouwd in Agincourt, Mpumalanga, die de thuisbasis is van de Medical Research Council / Wits Rural Public Health and Health Transitions Research Unit.

"De Eddy Flux Tower is een apparaat dat de uitwisseling van energie en gassen tussen het landoppervlak en de atmosfeer meet, en dat op landschapsschaal – over een footprint van ongeveer een kilometer. De torens werden opgesteld om de uitwisseling van koolstofdioxide te meten, maar meet ook wateruitwisseling, " zegt professor Bob Scholes, wereldberoemde wetenschapper in systeemecologie (met betrekking tot Afrikaanse savannes) in de School of Animal, Plant- en Milieuwetenschappen bij Wits.

De Agincourt-toren maakt deel uit van een netwerk van torens in de dorpen Skukuza en Malopeni in het Laagveld. Het werd opgericht door een onderzoeksconsortium dat Wits University omvat, de Raad voor Wetenschappelijk en Industrieel Onderzoek (CSIR), en verschillende Zuid-Afrikaanse en Duitse universiteiten.

Het project onderzoekt de gekoppelde koolstof- en waterkringlopen van natuurlijke en verstoorde savanne-ecosystemen in zuidelijk Afrika. Het heeft tot doel de kennis te verdiepen over hoe de natuurlijke omgeving functioneert in plattelandsgemeenschappen in zuidelijk Afrika. Deze kennis is cruciaal om het verband tussen ecosystemen en klimaat te begrijpen, en hoe veranderingen in landgebruik het klimaat in de toekomst kunnen beïnvloeden.

"Deze torens bieden krachtige inzichten in een van de belangrijkste processen in de hydrologische cyclus, die de hoeveelheid water regelen die aquifers [een ondergrondse laag van waterdoorlatend gesteente] en rivieren voor menselijk gebruik binnenkomt, en hoe het zou kunnen veranderen met een veranderend klimaat, ’ zegt Scholes.

De fluxtoren herbergt een reeks geavanceerde apparatuur die wordt gebruikt om te meten hoeveel kooldioxide, waterdamp, en energie verplaatsen tussen het landoppervlak en de atmosfeer. Andere metingen, inclusief klimaatparameters (temperatuur, vochtigheid, regenval, luchtdruk), zijn gemaakt om meer informatie te krijgen over processen van het savanne-ecosysteem.

"Het onderzoek zou ons helpen de veranderingen in de concentraties van broeikasgassen te begrijpen en hoe deze de productiviteit van landbouw en ecosystemen beïnvloeden, ’ zegt Scholes.

De Skukuza-toren, opgericht in 2000, was de eerste in Afrika en vandaag zijn er ongeveer acht verspreid over het land. Nog eens zes torens zullen worden gebouwd via de South African Research Infrastructure Roadmap (SARIR) van het Department of Science and Technology, het eerste project in zijn soort in Zuid-Afrika. SARIR is een strategische interventie om onderzoeksinfrastructuur te bieden in het hele publieke onderzoekssysteem die voortbouwt op bestaande capaciteiten en rekening houdt met toekomstige behoeften.