Mange små vandsystemer i USA kæmper med desinfektion overholdelse, en ny undersøgelse af Ohio State engineering professor Natalie Hull fundet. Kredit: Ohio State University
Folk, der får deres vand fra landdistrikterne, små vandsystemer er på en større sundhedsrisiko for eksponering for bakterier og andre skadelige patogener, ifølge en nylig undersøgelse i tidsskriftet AWWA Water Science.
"En masse små vandsystemer i USA kæmper med desinfektion overholdelse," sagde Natalie Hull, ledende forfatter af undersøgelsen og adjunkt i The Ohio State University Department of Civil, Environmental og Geodetic Engineering. "Disse sundhedsrelaterede desinfektionskrænkelser påvirker i uforholdsmæssig grad små systemer, så vi er interesserede i at finde en mere tilgængelig, bæredygtig vandbehandlingsløsning."
I 2015 alene, næsten 21 millioner amerikanere påberåbt samfund vandsystemer, der overtrådte sundheds-baserede kvalitetsstandarder.
Undersøgelsen, der blev offentliggjort i juli, fandt, at desinfektion af ultraviolet (UV) lys via lysemitterende dioder (lysdioder) kan være en bæredygtig behandlingsmulighed for små vandsystemer.
"Disse lysdioder vi studerede er virkelig små, ligesom dem i din telefon eller anden elektronik, bortset fra at de udsender UVC bestråling, som er germicidal og virkelig effektiv til desinfektion," Hull sagde. "På grund af deres lille størrelse og lave strømkrav er vi i stand til at designe reaktorer i alle former og størrelser, herunder til små systemer."
I modsætning til den traditionelle klorproces, som mange systemer bruger i dag, uv-desinfektion kræver ingen kemiske tilføjelser, forårsager ingen smag eller lugt spørgsmål, har ingen skadelig virkning fra overdosering og ikke forårsager rør korrosion.
Til undersøgelsen gennemførte teamet en årelang implementering af den første kommercielt tilgængelige UV LED-vandbehandlingsreaktor i et lille system i bjergene i Colorado. Måling af nøgleindikator bakterier, forskerne sammenlignede resultater fra UV-lysdioder til traditionelle klor desinfektion. UV-reaktoren klarede sig lige så godt som klorsystemet til desinfektion af indikatororganismerne, hvilket betyder, at det kunne være en farbar vej til kommunal vandbehandling.
Natalie Hull arbejder i laboratoriet med graduate forskning assistent Judith Straathof. Kredit: Ohio State University
"Det er virkelig spændende, fordi det koster mindre end $ 25 i elektricitet til at køre denne enhed for hele året," sagde Hull. "Det var at behandle en halv liter i minuttet, på denne strømningshastighed, det er ikke nok til at levere vand til en hel by endnu, men det er mere end nok vand til at levere en hel husstand i år."
Ifølge Hull, vandbehandling processer i de industrialiserede samfund har ikke ændret sig meget siden begyndelsen af 1900-tal.
"Vi optimerer vores behandlinger, som vi bedre forstår nye kemiske forurenende stoffer, såsom farmaceutiske kemikalier, tungmetaller, pesticider og plast, og de virkninger, de kan have på vores sundhed," sagde hun. "Vi har udviklet mere avancerede behandlinger, men de fokuserer meget på at bekæmpe kemikalierne i vores vand. Et område, som vi halter bagefter i, er at se på mikrobiomet i vores drikkevandsbehandlings- og distributionssystemer."
De næste skridt vil omfatte detaljeret analyse af vand- og slangeprøver. Ved hjælp af state-of-the-art DNA sekventering teknikker, vil hendes team sammenligne mikrobielle samfund i vand og biofilm prøver mellem de to desinfektion praksis: UV versus klor.
"Selv om nogle er kendt om, hvordan klor påvirker mikrobielle samfund, lidt vides om, hvordan UV påvirker mikrobielle samfund," sagde hun.
Holdet vil også afgøre, hvordan de mikrobielle samfund blev påvirket over tid af faktorer som temperatur og turbiditet, eller uklarhed, og hvordan deres resultater flugter med målinger af indikatorbakterier, som coliforme bakterier og E. coli, og den samlede mikrobielle aktivitet. Derudover vil de sammenligne de høj-throughput sekventering data typisk leveres af kommercielle laboratorier til data fra en håndholdt DNA sequencer i deres laboratorium.
"Ikke alene ser vi på en mere tilgængelig vandbehandling teknologi, men vi ser på en mere tilgængelig overvågning teknologi så godt," sagde hun.
