Presentasjon 7. november under VA-dagene Innlandet 2012, Hamar. Nanoteknologi. - fremtidens teknologi innen VA? av Christian Vogelsang

Like dokumenter
Nanoteknologi til rensing av vann

Prinsipp; analytten bestemmes som følge av for eksempel måling av spenning, strøm, motstandmålinger. Det finnes flere metoder blant annet:

2-Trinns Renseløsning - Pilotprosjekt Bjørnegårdstunnelen. Thomas Meyn Institutt for bygg- og miljøteknikk

OPS/Norenvi. Bruken av passivt vannbehandligssystemer for behandling av sigevann fra deponier, og forslag til alternativ bruk av deponier.

Nanopartikler En ny type miljøgifter? Erik J Joner Seniorforsker ved Bioforsk Jord & Miljø

Mobile renseløsninger vaskevann fra veitunneler

Vannbehandling - for akvakultur

AFM aktivt glass Geir Kjærland, Daglig leder i Klart Vann AS

IFEA Sikkerhetssystemkonferansen

Montering, Drift og Vedlikehold Kullfilter AK Innholdsfortegnelse

Nye teknologier for regulering og rensing overvann. Daglig leder Finn Staff. ECOfilters a.s.

Avrenning fra veger. Jørn Arntsen. Statens vegvesen Vegdirektoratet. Nasjonal vannmiljøkonferanse 10/

Forbehandling av drikkevann. Anniken Alsos

Filtralite Pure. Filtralite Pure DRIKKEVANN. Filtering the water for tomorrow

Hva analyserer vi på og hvorfor? Annie E. Bjørklund Bergen Vann KF

(13) Vannbehandling med: Avansert oksidasjon OBM - prosessen

Generering av miljøgifter i sigevann; prosesser, transport og in situ rensing

V A N N R E N S I N G. Tilgang til rent vann gjennom kjemisk felling.

Membranfiltrering i akvakultur

Vannforsyningens ABC. Tidligere avdelingsdirektør v/folkehelseinstituttet Nå: Pensjonist Truls Krogh

V A N N R E N S I N G. Tilgang til rent vann gjennom kjemisk felling.

RENT DRIKKEVANN. fra springen

Nanomaterialer i svanemerkede produkter. v/ Ingvild Kvien Bengtsson, fagrådgiver i Miljømerking

Kan vi forutsi metallers giftighet i ulike vanntyper?

Oxyl-Pro. Kraftig og miljøvennlig desinfeksjon for alle typer vannsystemer. Forebygging av Legionella Mo i Rana Distribueres i Norge av:

Renseteknologi for sigevann Eksempler på nyere "konvensjonelle metoder"

Membranfilter som hygienisk barriere eller ikke?

Fjerning av jern og mangan i drikkevannsbehandling. Erling Rost, siviling. Sterner Aquatech AS

Fremtidens vannrenseteknologi i andre næringer

Membranteknologi og aktuelle prosesser for primærrensning, separasjon av bioslam og etterpolering

Teknologi for rensing av tunnelvaskevann - stasjonære systemer

TRANSPORT GJENNOM CELLEMEMBRANEN

MEMBRANFILTER TEORETISKE BETRAKTNINGER

Filter til de aller fleste applikasjoner.

Sesjon: Forurensning inkludert grunnvann Avrenning fra veger

Moldeprosessen Kritiske kontrollpunkt, instrumentering og kontrollprogram Molde - 7 desember 2011

Nano og bærekraftig energiteknologi muligheter og utfordringer

Karbonfibre og rør kan forsterke allergiske responser i mus

Er løst, naturlig organisk materiale (humus) et forurensningsproblem?

Presentasjon av renseløsninger for tunnelvaskevann

Studieprogram Nanoteknologi

A T. RZ o. Brosjyre RENDESIGN LIVSSTIL TEKNOLOGI. Scandinavian Design OZZOWATER.COM

DRIKKEVANNSKVALITET OG KOMMENDE UTFORDRINGER - problemoversikt og status

Membranfiltrering aktuell teknologi som smittebarriere mot Moritella viscosa i lukkede oppdrettssystemer

RENT VANN. verdens største utfordring! Gøril Thorvaldsen, Avd. Vann og Miljø. Teknologi og samfunn

Fremtidens smoltproduksjon 3. konferanse om resirkulering av vann i akvakultur

Anders Høiby. Avløpsrensing

John Morken Institutt for Matematiske realfag og teknologi

Hva ble konsekvensene for oss og hvilke tanker har man for å skaffe tannlegene trygt vann dersom en liknende situasjon skulle oppstå på nytt?

1. IVAR vannbehandlingsanlegg Langevatn, Snittverdier fra 2017

Prinsipper, anvendelser og utviklingstrender i membranteknologi

NIVA-rapport: Problemkartlegging innen vannområde Stryn - marin del. Foreløpig rapport pr

Definisjoner (II) Definisjoner (I) Nanopartikler, helse og yrkeshygiene. Ulike typer nanopartikler. Nanopartikler. Nanopartikler ultrafine partikler

URBAN MINING GJENNVINNING AV METALLER FRA EE-AVFALL. Rolf Tore Ottesen Norges geologiske undersøkelse

HumusTek 1 og LavFos 2. RFF FoU prosjekter i VA-teknologi

Er dagens vannbehandlingsanlegg gode nok? Desinfeksjon. v/truls Krogh, Nasjonalt Folkehelseinstitutt

PUST INN. PUST UT. Her er fremtidens luftrensing for bygg og industri.

Bruk av regnbed for rensing av overvann i kaldt klima

Hvordan hindre spredning av PFAS i vannfase - Eksempler fra virkeligheten. Eivind Bøe M.Sc. Toksikologi Daglig leder

Biosan Rapide WT. Hva er Biosan Rapide WT? den nyeste serien av bakteriedrepende luktkontrollprodukter utviklet av Genesis Biosciences

MARK skruekompressor serie MSM N 2. med dobbelt uttak TRYKKLUFT + NITROGEN

1. IVAR vannbehandlingsanlegg Langevatn, Snittverdier fra 2015

(Ce-H2O-O2), cerium-fluor (CeF4), cerium-sulfat [Ce(SO4)2],

Nanojern for behandling av forurenset grunn

Norsk vannforening: Fagtreff: Er dagens vannbehandlingsanlegg gode nok? Oslo, 21. februar 2009

Hygieneaspekter i forbindelse med utslipp av avløpsvann og drikkevannsforsyning i spredt bebyggelse

Konferanse om bærekraftig utvikling

Kartlegging av vannrenseutstyr for husholdningsformål

Ozon og biofilter et alternativ til memranfiltering. Quality Hotel Alexandra Molde 09.Mai 2006 Bjarne E. Pettersen Daglig leder Sterner AquaTech AS

Vannrenser AquaPro 512 RO benkemodell m/12-liters tank

Ionekromatografi. Rolf D. Vogt & Hege Orefellen Kjemisk Institutt, Universitetet i Oslo. Bestemmelse av hovedioner i Naturlig vann ved bruk av

Filtralite Air. Filtralite Air LUFTBEHANDLING. Effektiv luktfjerning

Langsiktig kompetansebygging er et konkurransefortrinn. Energiforskningskonferansen 22. mai 2014

Vannrenser AquaPro DIY 412 RO benkemodell m/12-liters tank

Dette er nanopartiklene

Korrosjon. Øivind Husø

Nye trender for desinfeksjon av drikkevann

Resirkulering status og driftserfaringer i Norge

Begrepslæring og underveisvurdering i utforskende aktiviteter. Berit Haug og Marianne Ødegaard Naturfagkonferansen, Oslo

PFAS hvorfor og hvordan

FLERVALGSOPPGAVER - CELLEMEMBRANEN

Svartediket 8.april 2008.

Rensing av vann fra gruveområder

Veivann og forurensning

Automatiske filtere

Kunstig våtmark som avløpsvannbehandling

Miljøeffekter av tunnelvaskevann Roger Roseth, Bioforsk

Bioresten fra biogassanlegg Hva kan den brukes til? Avfallsforum Rogaland Erik Norgaard, HØST

Hydro-Elektrik AS Bergen Norge Vannbehandlingsteknologi og systemer. Copyright: Hydro-Elektrik AS

Automatisk overvåking av metaller i vann

Til: Fritz Hafner Fra: Ola Nordal Kopi: Olav Turøy Dato: Oppdrag: UNDERSØKELSER OG FOTODOKUMENTASJON AV AVFALLSMASSER, SLETTEBAKKEN

Studie av overføring av kjemisk energi til elektrisk energi og omvendt. Vi snakker om redoks reaksjoner

Nanoprodukter og forbrukerrettigheter

Nyhet! TECElogo alupex push-in system TECElogo nordic push-in system. 1 fitting - 2 systemer

AEROGUARD MINI LUFTRENSER. Bruksanvisningen DIN PARTNER FOR ET SUNT LIV SIDEN 1901

Vannrenser AquaPro DIY 404 RO benkemodell m/4-liters tank

Hvorfor er det behov for et kurs om driftserfaringer og forbedringspotensialer?

Her ser vi i hvilken rekkefølge rensetrinnene kommer i. 300 liter vann i sekundet kom inn den dagen.

Nanoteknologi Trusler for helse og miljø?

Transkript:

Presentasjon 7. november under VA-dagene Innlandet 2012, Hamar Nanoteknologi - fremtidens teknologi innen VA? av Christian Vogelsang

2

Viktigste kilder Nanotechnology in Water Treatment Applications. Caister Academic Press, UK, 2010 Wikipedia (engelsk) http://www.nanotechproject.org/ 3

Oppsummering og konklusjon Det har pågått en relativt stor satsing på ny nanoteknologisk vannrensing siden 80-90-tallet Nanoteknologiske applikasjoner kan muligvis bidra til mer effektive rensesystemer; raskere, lavere energiforbruk, mer spesifikke, høyere kapasitet Utfordringer: mangler foreløpig metoder for å ta de mer avanserte teknologiske nyutvinningene i praktisk bruk; effektiv utnyttelse av potensialet og oppskalering + potensielle kostnader og kostnytte Nanoteknologisk forskning er kun i startgropen 4

Hva er det med nanoteknologi? Skala-avhengige fenomener <100 nm (quantum size and surface effects): Ekstremt overflate-til-volumforhold; påvirker bl.a. adsorpsjon og reaksjonshastighet Ikke-løselige forbindelser blir løselige (Au); katalytiske egenskaper Stabile metaller blir kraftig reaktive (Al) Opake stoffer blir gjennomsiktige (Cu) Mekanisk styrke Mange av de samme fenomenene som gjør nanopartiklene til en potensiell trussel 5

Eksisterende og potensielle nanoteknologiske applikasjoner for vannrensing Nanoreactive membranes Nanostructured membranes CeO 2 -carbon nanotubes 6

Å bygge med legoklosser Passive nanostrukturer Aktive nanoenheter Komplekse nanomaskiner Produktive nanosystemer Lavere produksjonskostander Ingen biprodukter 7

Bruksområder for nanoteknologi innen drikkevannsbehandling Desinfisering Fysisk fjerning av tungmetaller og organiske miljøgifter Nedbrytning av organiske miljøgifter Desalinering Overvåkning Marked (BBC Research Report 2012): gamle produkter (RO, nanofiltrering, ultrafiltrering): $1.4 mrd. 2010, $2.1 mrd. 2015 nye produkter: $45 mill. 2010, $112 mill. 2015 8

Desinfisering Hvorfor interessant? Stort privat marked; enkle/bærbare løsninger Krisehåndtering Aktuelt på større anlegg? Konkurrerer med/forbedrer: tradisjonell membranfiltrering klorering og UV-behandling 9

Effekt av sølv-nanopartikler mye studert og brukt kommersielt (>10-20 ulike produkter?) Mest effektivt <10 nm; trenger å penetrere celleveggen Inkorporert i keramiske membraner eller til aktivt kull; trenger forbehandling Mest effektivt mot G- bakterier Eks. Katadyn (USA/Korea) Basert på filterpatronsystem: 1. Forfilter; større partikler 2. Aktivt kullfilter I; klorrester 3. Aktivt kullfilter II; lukt, smak 4. Keramisk filter med nanosølv; desinfisering og partikler >0,2 µm MARATHON Hot&Cold Water Purifiers 10

TiO 2 -mediert fotokatalytisk desinfisering Mye studert siden 1980-tallet, men fortsatt ikke fullt forstått; cellemembranen angripes av H 2 O 2 /OH TiO 2 i form av partikler eller nanofibere TiO 2 dopet med Pt, Ag, Fe(III): UV-aktivert TiO 2 dopet med C, N, S: synlig lys-aktivert! S-dopet: effektiv mot enkelte G+ bakterier Men: Ønsker ikke sølvnanopartikler eller TiO 2 i drikkevannet Løsning: TiO 2 -coating av f.eks membraner Men: Redusert tilgjengelig overflate for TiO 2 og redusert lystilgang Fe-dopete nanofibere av TiO2 [Azad & Hershey, 2010] NB: Ingen desinfeksjonsrest på nettet! 11

Nanotech Tea Bag Purifies Drinking Water for Less Than a Penny [Sør-Afrika] Teposen belagt med TiO 2 - nanofibre innsatt med et antimikrobielt stoff Aktivt kull i posen 12

Fysisk fjerning av tungmetaller og organiske miljøgifter Hvorfor interessant? Tungmetaller (As) og organiske miljøgifter (pesticider, algetoksiner) en utfordring mange steder i verden Kostbart og vanskelig å fjerne med tradisjonelle metoder Konkurrerer med adsorpsjon til aktivt kull og ozonering-biofiltrering 13

Karbon nanorør Enkelt- eller multiveggete rør, evt. med ½ fulleren i enden Fått mye oppmerksomhet: 2-4x større absorpsjonskapasitet enn aktivt kull God effekt: Tungmetaller; As, Cd, Cr, Cu, Pb Organiske miljøgifter; THM, nitrofenol og klorofenoler, trikloroetylen, sprøytemidler, algetoksiner (4x AC), Utfordringer: kostbare, lav løselighet, vanskelig isolering/regenerering etterpå [Wei-xian Zhang, 2005] 14 [Cloete et al, 2010]

Forbedring av dagens membranfiltreringsprosesser Mer energieffektiv filtrering; redusere trykktap & fouling Raskere, mer spesifikk absorbering, økt kapasitet 15

Eksempel:Seldon Technologies (USA) Basert på Nanomesh ; patentert filterteknologi med karbon nanorør Hovedapplikasjoner: rensing av grunnvann, drivstoff og luft Påvist å fjerne eller betydelig redusere: «lead, chromium, endotoxins, chloroform, arsenic, copper, radioactive isotopes, dioxin, guardia lambia, chlorine, selenium, carbon tetrachloride, fenamiphos, cryptosporidium, cadmium, thallium, benzene, MTBE, perchlorate, acrylonitrile, volatile organic compounds (VOCs), total organic compounds (TOCs), bis- 2-ethylhexyl phalathate, acrolein, fenamiphos, vinyl chloride, uranium, nicotine, parquets, xylenes, mercury, small organic compounds, trichloroethylene, phenol, titanium, antimony, macromolecules,» 16

3 produkter fra Seldon Technologies Seldon Waterbox Seldon WaterStick Seldon WaterTap 17

Nanostrukturerte membraner Karbon nanorør: utfordring å lage større strukturer med kontrollert form, tetthet og dimensjon Nanocapillary array (NCA)-membraner (ladete kapillærer) Nanoreaktive membraner; med Al, Fe, TiO 2 -partikler oksidasjon med polyelektrolytter, polyaminer chelatorer for å fange/binde metallene, og senere recovery av metallkonsentrat 18

Eks.: Nano-jernmembraner 10-100 nm Fe-partikler; 10-50 m 2 /g Adsorpsjon av tungmetaller (As, Pb, Cd) Porøse partikler; større overflate + forbedret gjennomstrømning Dendrimerer og membraner Lipofilt indre, hydrofilt ytre Adsorpsjon av metaller og organiske miljøgifter separering ved UF + recovery av dendrimer i trinn 2 [Wei-xian Zhang, 2005] Dendrimer-koating av porer i TiO 2- keramiske filtere Lipofil Hydrofil Christian [Cloete Vogelsang et al, 2010] 05.03.2012 [Wikipedia] 19

Nedbrytning av organiske miljøgifter I dagens vannverk; Ikke designet for fjerning av miljøgifter Ozonering/biofiltrering: 0-100% nedbrytning, transformering ikke mineralisering mer giftig? Begrenset dehalogenering Nanoteknologiske alternativer Nanoreaktive membraner Innstøping av enkelt-enzymer for stabilisering Fordeler: raskere, mer spesifikk, større kapasitet 20

Eks.: Nanoreaktive membraner Nano-jernmembraner (Fe o ) og redoks-reaktive membraner (Pt/Fe, Ni/Fe, Pd/Fe) >100 forbindelser testet så langt; deklorinering, debrominering og delvis mineralisering Økende oksidlag en utfordring Løsning [Cloete et al, 2010] [Wei-xian Zhang, 2005] 21

Avsalting av sjøvann Hvorfor interessant? Sjøvann en evigvarende vannressurs >11.000 desalineringsanlegg; 20-50.000 m 3 /dag Hovedutfordring: RO ressurs- og energikrevende: Forbehandling Drikkevann fra sjøvann krever 40-82 bar overtrykk 22

Stor satsing på nanoteknologi: [Eric M.V. Hoek] [Sung Jae Kim/Jongyoon Han, MIT] Ionekonsentrasjonspolarisering Bærbar, batteridrevet Kanalisering (2.8 Å) via aquaporin-proteiner Sterkt hydrofobe karbon nanorør 23

Hvorfor interessant? Overvåkning Økt krav til og behov for overvåkning Spesifikk deteksjon av sykdomsfremkallende mikroorganismer og miljøgifter Lav deteksjonsgrense [IWA, aug. 2012] 24

Flere applikasjoner for spesifikk deteksjon av mikroorganismer, metaller og organiske forbindelser under utvikling; rask, presis respons The Ion Channel Switch TM 25

Takk for oppmerksomheten! [Matt Groening, 2011] 26