Een actief koolfilter, dat in veel huishoudelijke filtersystemen voorkomt, kan uw drinkwater zuiveren, maar het is geen partij voor afvalwater dat explosieven van militaire kwaliteit bevat. Om afvalwater van munitieverwerking en demilitarisering te zuiveren, een paar hoogleraren milieutechniek van de Universiteit van Delaware en een UD-ingenieurs-alumnus werken samen om een ​​nieuwe technologie te testen met behulp van ijzeren nanodeeltjes.

Door een subsidie ​​van het Amerikaanse ministerie van Defensie (DOD), professoren Pei Chiu en Daniel Cha werken samen met Brian Hubbard, een milieu, veiligheids- en bedrijfsgezondheidsfunctionaris bij het Amerikaanse leger, explosieven in afvalwater af te breken. De driejarige subsidie, die in 2019 begon, komt van DOD's Environmental Security Technology Certification Program (ESTCP). Hubbard, die een bachelor- en masterdiploma in milieutechniek heeft behaald aan de UD, is de hoofdonderzoeker, en Cha en Chiu werken samen aan het project. Meerdere studenten, waaronder student milieutechniek Aidan Meese, doen ook mee aan het project.

Door nieuwe behandelingstechnologieën te ontwikkelen en te implementeren voor afvalwater dat ongevoelige munitieverbindingen bevat, het leger kan milieubeheer bevorderen en de kosten verlagen.

veiliger wapens, vuiler water

Old-school explosieve verbindingen zoals TNT ontploffen gemakkelijk en kunnen per ongeluk afgaan in aanwezigheid van trillingen of plotselinge temperatuurstijgingen. De gevoeligheid van deze munitie brengt risico's met zich mee voor mensen die ermee omgaan, dus vandaag, het leger produceert ongevoelige munitie die moeilijker te ontsteken is. Ongevoelige munitie is veiliger voor gebruikers, hoewel ze beter in water oplosbaar zijn dan hun historische tegenhangers. Deze materialen lossen gemakkelijk op in water dat wordt gebruikt in de productie- en aanverwante processen en kunnen in veel hogere concentraties in water voorkomen.

"De huidige behandelmethoden, zoals adsorptie van actieve kool, zijn niet erg effectief in het verwijderen van deze zeer oplosbare munitieverbindingen, " zei Chiu. (Adsorptie is de adhesie in een extreem dunne laag moleculen - zoals gassen, vloeistoffen of opgeloste stoffen - naar de oppervlakken van vaste lichamen of vloeistoffen waarmee ze in contact zijn.) "Traditionele behandelingstechnologieën werken gewoon niet zo goed als voor de munitie uit het verleden."

Een goedkope, effectieve waterzuiveringstechnologie kan het milieu en het leger ten goede komen. "Processen zoals productie genereren vaak afvalwater, maar wat als dat water zou kunnen worden behandeld en hergebruikt?', zei Chiu. 'De operaties van het leger kunnen water en geld besparen en tegelijkertijd de risico's verminderen.'

Bovendien, actieve kool vernietigt geen munitieverbindingen. Het adsorbeert ze, een tweede afvalbron achterlatend, en mogelijke aansprakelijkheid, omgaan met.

Het onderzoeksteam gebruikt microscopisch kleine ijzerdeeltjes, nulwaardig ijzer op nanoschaal, om dit water te behandelen. In plaats van te worden aangetast door zuurstof in water, roestvorming, de 25 nanometer ijzerdeeltjes worden aangetast door munitieverbindingen in afvalwater. De nanodeeltjes doneren elektronen aan munitieverbindingen en, door elektronenoverdracht, de opgeloste ongevoelige munitieverbindingen breken af. Nulwaardig ijzer op nanoschaal is gebruikt voor de behandeling van grondwater, maar dit is de eerste toepassing op het afvalwater van munitie.

Het team verzamelde afvalwatermonsters van legerfaciliteiten en, in het laboratorium van UD, voerde analyses van de waterkwaliteit en munitieverbindingen uit met behulp van hoogwaardige vloeistofchromatografie met een diode-array-detector.

Na het gebruik van ijzeren nanodeeltjes om de munitieverbindingen in het afvalwater te vernietigen, het team voegt waterstofperoxide toe om de residuen te oxideren tot onschadelijke bijproducten.

Dit is het mooie van de technologie. Hetzelfde strijkijzer wordt drie keer gebruikt voor drie verschillende doeleinden. Eerst, het nano nulwaardige ijzer vernietigt munitieverbindingen onmiddellijk door elektronen te doneren en wordt tweewaardig ijzer. Tweewaardig ijzer activeert waterstofperoxide om de verbindingen te oxideren, en in deze stap, tweewaardig ijzer wordt driewaardig ijzer. Driewaardig ijzer, die vaak wordt gebruikt in waterbehandeling, kan deeltjes en resten verwijderen en het behandelde afvalwater polijsten voor mogelijke lozing of hergebruik.

"Met onze technologie we zijn eigenlijk de vervuiling aan het vernietigen, " zei Cha.

Vroege experimentele resultaten zijn veelbelovend en aan de gang en zullen optimale omstandigheden voor veldtesten ophelderen. Pilottests op veldschaal beginnen in het voorjaar van 2020.

“Het is een continu proces, "zei Chiu. "Naarmate we meer leren over de chemie, we zullen betere en efficiëntere voorwaarden kunnen bedenken om dit afvalwater te zuiveren."

Het project omvat ook een kostenanalyse. "We verwachten dat dit proces veel goedkoper zal zijn dan actieve kool, ' zei Chiu.

Het team vermoedt dat hun technologie veelzijdig kan zijn, te, met toepasbaarheid voor de behandeling van industrieel afvalwater van andere industrieën dan het leger, zoals landbouwchemicaliën en de productie van consumentenproducten.