新设备可以按下按钮从海水中饮用水

其他单元很难小型化,因为它们需要高压泵才能通过过滤器推出水。

麻省理工学院研究人员已经开发了一个便携式淡化单元,重量少于10公斤,可以去除颗粒和盐以产生饮用水。

手提箱大小的设备比手机充电器需要更少的操作功率,也可以由小型便携式太阳能电池板驱动,该太阳能电池板可在线购买,价格约为50美元。它会自动产生超过世界卫生组织质量标准的饮用水。该技术被包装到一个用一个按钮的按钮运行的用户友好设备中。

用户友好的单元重量小于10公斤并且不需要使用过滤器,可以由小型便携式太阳能电池板供电。
(照片:M。ScottBrauer)

与其他需要水通过过滤器的便携式淡化单元不同,该设备利用电源从饮用水中去除颗粒。消除对更换过滤器的需求大大减少了长期维护要求。

这可以使该部门能够部署在偏远和严重的资源有限的地区,例如小岛上的社区或船上货船上的社区。它也可以用来帮助逃离自然灾害的难民或进行长期军事行动的士兵。

“这确实是我和我的小组经历的10年旅程的结晶。我们在个人淡化过程背后的物理学工作了多年,但是将所有这些进步推入盒子,建立系统并在海洋中展示它,这对我来说是一次非常有意义且有意义的经历。”电气工程和计算机科学和生物工程学教授,以及电子研究实验室(RLE)的成员。

RLE的研究科学家Junghyo Yoon加入汉的纸上。Hyukjin J. Kwon,前博士后;东北大学的博士后Sungku Kang;和美国陆军战斗能力发展司令部(DevCom)的埃里克·布拉克(Eric Brack)。该研究已在线发布环境科学技术。视频缩略图

无滤波器技术

Yoon解释说,市售的便携式淡化单元通常需要高压泵才能通过过滤器推出水,而Yoon解释说,在不损害设备的能源效率的情况下,很难微型化。

相反,他们的单位依赖于一种称为的技术离子浓度极化(ICP),这是10年前由Han的小组开创的。ICP工艺没有过滤水,而是将电场应用于位于水通道上方和下方的膜上。这些膜在流过的过程中积极或负电荷的颗粒(包括盐分子,细菌和病毒)。带电的颗粒被漏斗到最终排出的第二流中。

该过程可以去除溶解和悬浮固体,从而使清洁的水通过通道。由于它仅需要一个低压泵,因此ICP比其他技术使用的能量少。

但是ICP并不总是清除漂浮在通道中间的所有盐。因此,研究人员合并了第二个被称为电透析的过程,以去除其余的盐离子。

Yoon和Kang使用机器学习来找到ICP和电透析模块的理想组合。最佳设置包括一个两阶段的ICP工艺,第一阶段的水流过六个模块,然后在第二阶段穿过三个模块,然后进行一次电透析过程。这种在确保过程保持自我清洁的同时最小化的能量使用。

Yoon解释说:“虽然确实可以在离子交换膜上捕获一些带电的颗粒,但如果它们被困,我们只是扭转了电场的极性和带电的颗粒的极性。”

他们缩小并堆叠了ICP和电透析模块,以提高其能源效率,并使它们能够安装在便携式设备中。研究人员为非塞子设计了该设备,只有一个按钮可以启动自动脱盐和净化过程。一旦盐度水平和颗粒的数量减少到特定阈值,该设备将通知用户水是可饮用的。

研究人员还创建了一个智能手机应用程序,该应用程序可以无线控制该设备,并报告有关功耗和水盐度的实时数据。

海滩测试

在使用具有不同盐度和浊度(浑浊)水平的水进行实验室实验之后,他们在波士顿的卡森海滩进行了测试。

Yoon和Kwon将盒子放在岸边,将饲料管扔进水中。在大约半小时内,该设备在塑料饮水杯中充满了透明,可饮用的水。

“即使在第一次奔跑中,这也是成功的,这是令人兴奋和令人惊讶的。但是我认为我们成功的主要原因是我们一路上取得的所有这些小进步的积累。”汉说。

最终的水超过了世界卫生组织的质量准则,该单元将悬浮固体的量减少至少10倍10倍。其原型以每小时0.3升的速度产生饮用水,仅需每升20瓦小时。

Yoon说:“目前,我们正在推动我们的研究扩大生产率。”

汉说,设计便携式系统的最大挑战之一是工程设计一种直观的设备,任何人都可以使用。

Yoon希望通过他计划启动以商业化该技术来提高设备更加用户友好,并提高其能源效率和生产速度。

在实验室中,汉希望将过去十年中所学到的课程应用于超出淡化的水质问题,例如快速检测到饮用水中的污染物。

他说:“这绝对是一个令人兴奋的项目,我为我们到目前为止取得的进步感到自豪,但是仍然有很多工作要做。”

例如,虽然“使用电动膜过程的便携式系统是离网,小规模的脱盐的原始和令人兴奋的方向”,但污垢的影响,尤其是在水具有高浊度的情况下,可以显着提高维护要求和维护要求和能源成本,工程教授兼纽约大学阿布扎比水研究中心主任尼达尔·希拉尔(Nidal Hilal)指出,他没有参与这项研究。

他补充说:“另一个限制是使用昂贵的材料。”“看到具有低成本材料的类似系统将很有趣。”

这项研究部分由Devcom士兵中心,Abdul Latif Jameel Water和食品系统实验室(J-WAFS),东北大学实验AI Postdoc奖学金计划和Roux AI研究所提供资金。

经许可重新出版麻省理工学院新闻。阅读来源文章

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