Nanoteknologi til rensing av vann



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

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.

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

Mobile renseløsninger vaskevann fra veitunneler

TRANSPORT GJENNOM CELLEMEMBRANEN

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

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

Orienteringom. Sina Shaddel

IFEA Sikkerhetssystemkonferansen

Sesjon: Forurensning inkludert grunnvann Avrenning fra veger

Fagtreff i Vannforening Miljødirektoratet, Oslo 3. februar 2013

MEMBRANFILTER TEORETISKE BETRAKTNINGER

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

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

Eksempel på beregning av helserisiko i forbindelse med mindre avløpsanlegg. Avløpskonferansen Ås den 26.april 2012 Razak Seidu og Arve Heistad, IMT

Forbehandling av drikkevann. Anniken Alsos

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

Avløpsnett fra kilde til resipient hvordan ivaretar vi alle ressursene?

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

Anders Høiby. Avløpsrensing

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

Teknologi for rensing av tunnelvaskevann - stasjonære systemer

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

Vannbehandling - for akvakultur

Filtralite Air. Filtralite Air LUFTBEHANDLING. Effektiv luktfjerning

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

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

Montering, Drift og Vedlikehold Kullfilter AK Innholdsfortegnelse

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

Kan vi forutsi metallers giftighet i ulike vanntyper?

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

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

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

Membranfiltrering i akvakultur

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

Fremtidens vannrenseteknologi i andre næringer

Desinfeksjon med klor

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

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

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

Bruk av regnbed for rensing av overvann i kaldt klima

Energieffektive renseanlegg

Sammensetning av sigevann fra norske deponier Presentasjon av funn gjort ved sammenstilling av data fra Miljødirektoratets database

Renseteknologi for sigevann Eksempler på nyere "konvensjonelle metoder"

John Morken Institutt for Matematiske realfag og teknologi

15 år som leverandør av norsk Resirkuleringsteknologi

Mikroplast i avløp hvor mye, og hvor tar det veien?

FLERVALGSOPPGAVER - CELLEMEMBRANEN

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

Rensing av vann fra gruveområder

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

Hva må man tenke på når man designer nytt renseanlegg?

Veivann og forurensning

Miljøeffekter av tunnelvaskevann Roger Roseth, Bioforsk

Presentasjon av renseløsninger for tunnelvaskevann

Vann, ph, jord og jordanalyser. Norsk Landbruksrådgivning Viken v/ Torgeir Tajet

Styrker og svakheter ved klorering som hygienisk barriere

Svartediket 8.april 2008.

RENT DRIKKEVANN. fra springen

Resirkulering status og driftserfaringer i Norge

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

Avløp. i spredt bebyggelse FAKTA. Minirenseanlegg og store avløpsrenseanlegg. om avløpsrensing

Fremtidens smoltproduksjon 3. konferanse om resirkulering av vann i akvakultur

Kjemiske bindinger. Som holder stoffene sammen

Mikroplast i avløp hvor mye, og hvor tar det veien?

Kartlegging i Glomma og Hvaler området: Har utslippene fra Borregaard noen betydning? Kjersti Garseg HMS sjef

Filter til de aller fleste applikasjoner.

Vannrenser AquaPro 512 RO benkemodell m/12-liters tank

Bærekraft. Hvordan arbeider leverandørene med dette? NORVAR fagtreff 3-4 Februar 2015

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

Teknologi for å oppnå rensekrav i sentral og lokal forskrift Avløpskonferansen og 14. mai 2014, Campus Ås

Agenda MT-Gruppen

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

Studieprogram Nanoteknologi

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

1. IVAR vannbehandlingsanlegg Langevatn, Snittverdier fra 2015

Automatiske filtere

Oslo for analyse, hvor de ble analysert etter akkrediterte metoder. Vannkjemiske resultater er presentert i tabell 1.

Kunstig våtmark som avløpsvannbehandling

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

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

Transport av ioner og næringsstoffer over cellemembranen

Direkte membranfiltrering - en konsept for fremtidig avløpsrensing i Norge?

Vannkvalitetsendringer fra kilde til tappekran

Vannprøver og Vanndirektivet. v/pernille Bechmann (M.Sc., Marint miljø)

En milepæl for slambehandling i havbruk

Hias IKS Avløp. Hias IKS, Sandvikavegen 136, 2312 Ottestad t: Avløp side 2 Avløp side 3

1. IVAR vannbehandlingsanlegg Langevatn, Snittverdier fra 2017

Klimaendringenes betydning for vannkvaliteten i ledningsnettet. Lars J Hem Oslo VAV/UMB

Industrikjemikalier MITCO AS invitert av

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

Nano og bærekraftig energiteknologi muligheter og utfordringer

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

Renseanlegg i spredt bebyggelse. COWI presentasjon

Forklaring på vannprøvene

Nanoteknologi Trusler for helse og miljø?

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

Transkript:

Nanoteknologi til rensing av vann - Kan nanoteknologi gi løsninger for framtidige utfordringer? av Christian Vogelsang

2

Globale utfordringer knyttet til drikkevanns- og avløpsvannrensing Drikkevann Nok vann med egnet kvalitet Økende grad av kildekontaminering; org/uorg miljøgifter, mikroorg, salt Ressursbruk og kostnader Forfall og vekst på ledningsnettet Operasjonell stabilitet Leveransesikkerhet under kriser Økte dokumentasjonskrav; produktkvalitet Avløpsvann Økt belastning pga befolkningsvekst Økte overløp ledningsnett pga fortetning, økt belastn. og nedbør Gamle og nye organiske miljøgifter; kroniske miljøeffekter Ressursbruk; materialer, energi Ressursgjenvinning; biogass, varme, fosfor Strengere resipientkrav; VD, rekreasjon Begrensende faktor Krav, behov Kostnader Effektivitet Marked 3

Viktigste kilder Nanotechnology in Water Treatment Applications. Caister Academic Press, UK, 2010 Wikipedia (engelsk) http://www.nanotechproject.org/ 4

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 kostander? Nanoteknologisk forskning er kun i startgropen 5

Oversikt Nanoteknologi? Status og eksempler Desinfisering Fysisk fjerning av mikroorganismer, tungmetaller og organiske miljøgifter Nedbrytning av organiske miljøgifter Desalinering Gjenvinning Overvåkning 6

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 7

Eksisterende og potensielle nanoteknologiske applikasjoner for vannrensing Nanoreactive membranes Passive nanostrukturer Nanostructured membranes CeO 2 -carbon nanotubes Aktive nanoenheter Komplekse nanomaskiner Produktive nanosystemer 8

Desinfisering Må konkurrere med klorering og UV-behandling 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 9

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 Drikkevannsdesinfisering kontinuerlig prosess; rapportert lange kontakttider (> 1 time) Fe-dopete nanofibere av TiO2 [Azad & Hershey, 2010] Dose = konsentrasjon x kontakttid = CT-verdi 10

Fysisk fjerning av mikroorganismer, tungmetaller og organiske miljøgifter Karbon nanorør Enkelt- eller multiveggete rør 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] 11 [Cloete et al, 2010]

Forbedring av dagens membranfiltreringsprosesser Mer energieffektiv filtrering; redusere trykktap & fouling Raskere, mer spesifikk absorbering, økt kapasitet 12

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,» 13

3 produkter fra Seldon Technologies Seldon Waterbox Seldon WaterStick Seldon WaterTap 14

Nanostrukturerte membraner Karbon nanorør: utfordring å lage større strukturer med kontrollert form, tetthet og dimensjon Nanocapillary array (NCA)-membraner Nanoreaktive membraner; med Al, Fe, TiO 2 -partikler oksidasjon med polyelektrolytter, polyaminer chelatorer for å fange/binde metallene, og senere recovery av metallkonsentrat 15

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] 16

Nedbrytning av organiske miljøgifter I dagens avløpsrenseanlegg; Ikke designet for fjerning av miljøgifter Upolare (log Kow>4) til slam, polare rett gjennom 0-100% nedbrytning: Transformering ikke mineralisering mer giftig? Begrenset dehalogenering Alternativ etterpolering; Ozonering; lite spesifikk mer giftig? Nanoteknologiske alternativer Nanoreaktive membraner Innstøping av enkelt-enzymer for stabilisering Fordeler: raskere, mer spesifikk, større kapasitet 17

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] 18

Avsalting av sjøvann >11.000 desalineringsanlegg; 20-50.000 m 3 /dag RO ressurs- og energikrevende: Forbehandling Drikkevann fra sjøvann krever 40-82 bar overtrykk Stor satsing på nanoteknologi: [Sung Jae Kim/Jongyoon Han, MIT] [Eric M.V. Hoek] Ionekonsentrasjonspolarisering Bærbar, batteridrevet Kanalisering (2.8 Å) via aquaporin-proteiner Sterkt hydrofobe Karbon nanorør 19

Nanozeolitter (Al/Si/O) Gjenvinning NanoChem; kommerialisert løsning for regenerering av ammonium fra NH 4 -rike kilder (bl.a. rejektvann slamavvanning, sigevann fra fyllinger) 20

Overvåkning Flere applikasjoner for spesifikk deteksjon av mikroorganismer, metaller og organiske forbindelser under utvikling; rask, presis respons The Ion Channel Switch TM 21

Takk for oppmerksomheten! Matt Groening, 22011