Сьогодні ми знаємо, що відкрити кран і налити склянку води вже не є таким невинним жестом, як колись здавалося: Мікропластик проник у кругообіг води...у їжі та навіть у повітрі, яким ми дихаємо. З огляду на цю ситуацію, не дивно, що зростає інтерес до простих, недорогих і, якщо можливо, природних рішень для їх зменшення.
У цьому контексті неочікуваний головний герой набирає популярності: Moringa oleifera, дуже поширена рослина в тропічних регіонах і широко відома як морінга або біла акація. Її насіння, яке століттями використовувалося для очищення води традиційним способом, у нещодавньому дослідженні продемонструвало дивовижну здатність видаляти мікропластик з питної води з ефективністю, майже ідентичною хімічним коагулянтам поширені, такі як сульфат алюмінію.
Що таке мікропластик і чому він викликає занепокоєння у водопровідній воді?
Мікропластик – це дуже дрібні фрагменти пластикувід частки мікрометра до приблизно 5 міліметрів. Цей крихітний розмір дозволяє їм залишатися в навколишньому середовищі протягом тривалого часу, легко переміщатися між екосистемами та, що тут важливо, проходять через багато звичайних систем очищення води.
Мікропластик було виявлено в річки, озера, океани, підземні води та питна водаВони також містяться в їжі та повітрі, що робить їх практично повсюдним забруднювачем. Хоча їхній вплив на здоров'я все ще ретельно вивчається, існують причини для занепокоєння щодо його потенційних наслідківяк через сам пластик, так і через хімічні добавки та речовини, які можуть адсорбуватися на його поверхні.
Серед різних видів пластику полівінілхлорид (ПВХ) виділяється як один з... більш проблематичними через їх потенційну мутагенну та канцерогенну природуКрім того, він становить близько 12,8% світового виробництва пластику та часто зустрічається у поверхневих водах і навіть у воді, вже очищеній для споживання.
Для оцінки технологій лікування дослідники зазвичай працюють з штучно зістарений мікропластикУ дослідженні, заснованому на Moringa olifera, частинки ПВХ піддавалися впливу ультрафіолетового випромінювання протягом сотень годин (720 годин в одному з досліджень), щоб імітувати природний знос, якого вони зазнають у навколишньому середовищі. Це старіння змінює характеристики поверхні пластику, що впливає на його поведінку під час використання. коагуляція та фільтрація.
У воді ці частинки зазвичай проявляють негативний електричний заряд на його поверхніЦей заряд змушує їх відштовхуватися один від одного, а також запобігає їхньому легкому прилипанню до фільтрувальних матеріалів, таких як пісок. Ось чому багато мікропластику проходять через фільтри водоочисних споруд, якщо не застосовуються спеціальні додаткові обробки.
Морінга олійна: поширена рослина з дивовижними властивостями
Морінга олійна походить з Індійського субконтиненту, хоча сьогодні Його успішно культивують у більшості тропічних і субтропічних регіонів.Він широко відомий як морінга або біла акація і використовується не лише для екологічних цілей: його листя та насіння Їх споживають як їжу завдяки своїй високій харчовій цінності.
Роками різні наукові групи вивчали його насіння на предмет його здатності Очищення та дезінфекція води в невеликих масштабахЦе те, чим сільські громади займалися з давніх часів. Фактично, існують історичні згадки про його використання для очищення води. цивілізації, такі як грецька, римська чи єгипетськащо дає уявлення про те, наскільки глибоко вкорінені ці традиційні знання.
Насіння морінги містить позитивно заряджені білкиПри екстракції в сольовому розчині отримують препарат, який діє як природний коагулянтКоли ці білки контактують з водою, вони нейтралізують негативні заряди зважених забруднювачів, включаючи багато мікропластиків, і спонукають їх до злипання у більші агрегати.
Дослідники з Інституту науки і технологій Університету штату Сан-Паулу (ICT-UNESP) у Сан-Жозе-дус-Кампус, Бразилія, разом зі співробітниками з інших центрів глибше дослідили цей потенціал. Їхня робота, опублікована в журналі ACS Omega, демонструє, що сольовий екстракт насіння морінги олійної Він може грати дуже схожу роль, як сульфат алюмінію, коагулянт, широко використовуваний на очисних спорудах питної води.
За даними команди дослідників під керівництвом дослідниці Габріель Батісти та професора Адріано Гонсалвеса душ Рейса, екстракт морінги не тільки відповідає, але й... За певних умов лужності він навіть перевищує врожайність. хімічного коагулянту у видаленні мікропластику, зберігаючи при цьому високу ефективність у зменшенні каламутності води.
Як морінга діє проти мікропластику: ключ — коагуляція
Щоб зрозуміти, чому морінга так добре працює, корисно розглянути роль коагуляція у водоочищенніКоли вода містить дуже дрібні частинки, такі як мікропластик або дисперсні органічні речовини, вони, як правило, залишаються у зваженому стані через свої електричні заряди та малий розмір, що ускладнює їх уловлювання простим фільтром.
Коагуляція складається з додати агент, здатний нейтралізувати поверхневі заряди цих частинок. У присутності коагулянту вони перестають відштовхуватися одна від одної та починають зближуватися та з'єднуватися, утворюючи більші агломерати або флокулиПісля того, як ці «грудки» утворилися, їх набагато легше утримувати за допомогою піщаних фільтрів або інших фільтрувальних матеріалів.
У дослідженні з Moringa olifera вчені підготували екстракт з мелене насіння, змішане з сольовим розчиномЦей екстракт, багатий на катіонні білки, додавали до водопровідної води, в якій вони попередньо розчинялися. старі мікропластики ПВХ та гумінові кислоти, останній як представник природної органічної речовини, яка зазвичай знаходиться в річках та водосховищах.
Використані частинки ПВХ мали середній розмір приблизно від 15 до 18,8 мікрометрів (D50)значно нижчий за ту, яку можна було б утримати за допомогою простої фільтрації без допомоги коагулянтів. Концентрацію мікропластику було встановлено приблизно до 15 міліграмів на літр, а гумінової кислоти – приблизно до 10 міліграмів на літр, що є умовами, що відтворюють вода з низьким рівнем каламутності, подібна до тієї, що надходить на багато водоочисних споруд.
Процес обробки проводився за допомогою системи Jar Test, лабораторного інструменту, який Він імітує, у малому масштабі, операції коагуляції, флокуляції та фільтрації. з водоочисної станції. Це дозволило провести паралельне порівняння ефективності екстракту морінги з сульфатом алюмінію в контрольованих умовах.
Дизайн дослідження: оцінювалися дозування, pH та типи фільтрації
Однією з головних цілей роботи було визначити оптимальне поєднання дозування коагулянту та умов pH Щоб досягти максимального видалення мікропластику при збереженні низького рівня каламутності води, були протестовані різні дози екстракту морінги та сульфату алюмінію, а також різні значення pH, щоб побачити, як вони впливають на процес.
Результати показали, що найкращою комбінацією у представленому сценарії була 30 міліграмів на літр сольового екстракту насіння морінги y 9 міліграмів на літр сульфату алюмініюпрацює в рН 6,0За цих умов обидва коагулянти продемонстрували дуже високу ефективність з точки зору видалення мікропластику та зменшення каламутності води.
Використовуючи скануючу електронну мікроскопію (СЕМ) для безпосереднього підрахунку частинок до та після обробки, команда спостерігала, що Екстракт морінги зміг усунути приблизно 98,5% мікропластику. присутнього ПВХ, тоді як сульфат алюмінію досяг приблизно 98,7%Іншими словами, рослинний метод – це наблизило його до галузевого стандарту надзвичайно з точки зору ефективності.
Щодо каламутності, яка вимірює кількість зважених частинок, що каламутять воду, Обидва методи лікування перевищили 98% зниженняЦі дані важливі, оскільки візуальна прозорість води є одним з основних параметрів, які контролюються в процесі очищення, поряд з іншими хімічними та мікробіологічними показниками.
Ще одним ключовим аспектом дослідження було порівняння двох поширених схем лікування: пряма фільтраціящо включає стадії коагуляції, флокуляції та фільтрації; та онлайн-фільтраціящо обходить флокуляцію та переходить безпосередньо від коагуляції до фільтрації. Це порівняння дозволяє нам визначити, чи можливо це спростити процес без втрати здатності до видалення мікропластику.
Пряма фільтрація проти вбудованої фільтрації: що насправді змінюється
При прямій фільтрації коагулянт наноситься першим, і йому дають час... під час флокуляції утворюються більші флокуляції а потім вода пропускається через фільтр, зазвичай піщаний фільтр. На відміну від цього, онлайн-фільтрація пропускає флокуляціюВода коагулює та фільтрується негайно, з коротшим часом контакту.
Дослідники зауважили, що Розміри агрегатів мікропластику варіювалися залежно від того, чи була включена флокуляція, чи ні.Після лише коагуляції агрегати розташовувалися навколо 43-46 мкм, тоді як після додавання стадії флокуляції вони зросли приблизно до діапазону 61-66 мкмІншими словами, флокули були більшими, коли частинкам надавали додатковий час для подальшого об'єднання.
Дивовижним було те, що, незважаючи на ці відмінності в розмірі флокулівВбудована фільтрація досягла продуктивності, дуже подібної до прямої фільтрації, у видаленні мікропластику. Іншими словами, Додавання флокуляції не було обов'язковим досягти ефективності близької до 98,5-98,7% у цьому експериментальному сценарії.
Цей висновок має дуже цікаві практичні наслідки, особливо для невеликі або обмежені ресурсами об'єктиЯкщо добре налаштована вбудована система фільтрації пропонує порівнянні результати без необхідності будівництва та експлуатації флокуляційних резервуарів, тоді... зменшити інвестиційні витрати, займаний простір та складність експлуатації, що є надзвичайно важливим у сільській місцевості або в містах зі скромнішою інфраструктурою.
Крім того, дослідження показало, що екстракт морінги Він підтримував стабільну продуктивність у ширшому діапазоні pH (приблизно від 5,0 до 8,0), тоді як сульфат алюмінію продемонстрував найкращі показники в діапазоні pH 5,0-7,0. Така гнучкість pH забезпечує додаткову свободу дій при проектуванні та експлуатації систем очищення з меншою потребою в хімікатах для попереднього налаштування.
Результати випробувань на реальній воді та в річках
Окрім випробувань із синтетичною водою, команда UNESP… тестування екстракту насіння морінги у справжній воді, взятій з річки Параїба-ду-Сул, джерело водопостачання для міста Сан-Жозе-дус-Кампус. Ці випробування є важливими, оскільки поведінка коагулянту може змінитися за наявності складнішої суміші забруднювачі, природні органічні речовини та коливання якості типовий для річки.
Перші результати в цих реальних умовах свідчать про те, що морінга Він також ефективний для обробки природних водних умов.підтримуючи належне видалення мікропластику та зменшуючи каламутність. Незважаючи на це, дослідники наполягають на необхідності проводити подальші дослідження та масштабування підтвердити життєздатність методу в різних типах джерел та в довгостроковій перспективі.
Наразі здається очевидним, що цей рослинний коагулянт може відігравати особливо цінну роль у невеликі громади, сільська місцевість та децентралізовані системи очищення де доступ до традиційних хімікатів обмежений або занадто дорогий. У цих контекстах наявність місцевого ресурсу, такого як морінга, може мати вирішальне значення між тим, чи мати його, чи ні. питна вода прийнятної якості.
Вони також починають досліджувати, як морінгу можна інтегрувати в існуючі схеми лікуванняпоєднуючи це з іншими фізичними та хімічними процесами. Таким чином, їх можна було б розробити гібридні стратегії які використовують сильні сторони кожного підходу для адаптації до потреб кожної рослини та кожного типу води.
Хоча дослідження зосереджувалися переважно на ПВХ, цей підхід відкриває шлях для подальшого аналізу його ефективність проти інших видів мікропластику, а пізніше й нанопластикуякі є ще меншими та складнішими. Це вимагатиме спеціальних досліджень, але поточні результати забезпечують міцну основу для подальшого прогресу.
Переваги для навколишнього середовища та здоров'я порівняно з традиційними коагулянтами
Одна з найбільших переваг Moringa olifera полягає в тому, що вона пропонує більш стійка альтернатива коагулянтам на основі алюмінію та залізаЦе найпоширеніші сполуки в промисловості. Ці сполуки не є біорозкладними та можуть залишати певні залишки. залишкова токсичність в утвореному шламі та стали предметом посиленої перевірки з боку регуляторних органів та органів охорони здоров'я.
На відміну від цього, насіння морінги є біорозкладний, відновлюваний та рослиннийЯк сільськогосподарський ресурс, його виробництво може бути інтегроване в агролісівницькі системи або місцеві культури, створюючи економічні можливості в сільській місцевості. Це є значною перевагою в регіонах, де імпорт хімічної продукції є дорогим або складним.
З точки зору здоров'я, зменшення залежності від коагулянтів на основі алюмінію може зменшити ризики, пов'язані з надмірним впливом цього елементащо за певних умов може викликати занепокоєння. Хоча рівні, що використовуються для очищення води, контролюються, наявність життєздатної альтернативи збільшує запас міцності та диверсифікує доступні варіанти.
Ще однією перевагою є те, що використання морінги може зменшити глобальний екологічний слід очищення води. Оскільки це коагулянт біологічного походження, його життєвий цикл, як правило, менш енергоємний та викидомісткий, за умови, що його вирощування здійснюється сталим чином та адаптується до місцевого середовища.
Підсумовуючи, порівняно із синтетичними коагулянтами, морінга поєднує технічна ефективність, зменшення впливу на навколишнє середовище та потенційні соціально-економічні вигодищо допомагає пояснити, чому це викликає такий великий інтерес у сучасному контексті пошуку зелених рішень.
Менш приємна сторона: розчинена органічна речовина та масштабованість
Однак картина не ідеальна. Самі дослідники зазначають, що Використання екстракту морінги може збільшити вміст розчиненого органічного вуглецю (DOC) в очищеній воді. Це пояснюється тим, що частина органічної речовини з насіння потрапляє у воду під час процесу, що може вимагати коригування пізніші стадії лікування щоб забезпечити, щоб кінцева якість залишалася в межах бажаних стандартів.
У контекстах, де контролюються дуже суворі параметри органічні речовини та побічні продукти дезінфекціїЦе збільшення ХСК може вимагати додаткової обробки або ретельної оптимізації дози, щоб уникнути небажаних ефектів. Цікаво, що ситуація з хімічними коагулянтами також не ідеальна: сульфат алюмінію та інші металеві сполуки також можуть змінити частку природної органічної речовини у воді та збільшити вартість деяких етапів лікування.
Важливим аспектом дослідження є те, що, незважаючи на це збільшення розчиненого органічного вуглецю, екстракт морінги впорався зменшити питоме поглинання ультрафіолетового випромінювання (SUVA) приблизно на 88%Цей показник пов'язаний з ароматичною фракцією природних органічних речовин, яку особливо важко усунути та яка пов'язана з утворенням побічних продуктів дезінфекції. Таке значне зниження SUVA свідчить про те, що морінга Це також допомагає видалити деякі з цих «складних» органічних речовин.що є позитивним моментом.
Ще одна проблема, на яку звернули увагу експерти, пов'язана з масштабованість методуПриблизні розрахунки показують, що одне зернятко морінги може містити приблизно 10 літри водиЦе вимагає наявності значної кількості насіння для задоволення потреб великої міської очисної споруди, яка переробляє тисячі або мільйони літрів на день.
Тому багато фахівців вважають, що найбільш реалістичним застосуванням морінги є, принаймні поки що, невеликі системи водопостачання, громадські рослини, надзвичайні ситуації та побутові засоби очищенняУ цих випадках співвідношення між доступністю насіння, об'ємом води та логістичними витратами є набагато більш обґрунтованим.
Такі установи та експерти, як дослідник Метью Кампен з Університету Нью-Мексико, припускають, що підхід на основі морінги може являти собою більш стійке та економічне рішення Для багатьох місць, за умови проведення подальших досліджень, які детально аналізують його життєздатність у великих масштабах, його поведінку порівняно з іншими типами мікропластику та можливе розширення методу на навіть менші нанопластики.
Регуляторний контекст та роль технологій лікування
Занепокоєння щодо мікропластику спонукало такі установи, як Спільний дослідницький центр (JRC) Європейської Комісії працювати над узгодженими методологіями відбору проб, аналізу та звітності про його присутність у питній воді. Донедавна різноманітність підходів ускладнювала порівняння результатів між дослідженнями та регіонами.
Згідно з даними, зібраними самим JRC, у багатьох випадках Виявлений рівень мікропластику у питній воді становить менше кількох десятків частинок на літрБули опубліковані дослідження з нижчими діапазонами, близько 0,6 частинок на літр за певних умов. Однак ці показники значною мірою залежать від мінімального виміряного розміру та методу відбору проб, тому Їх нелегко інтерпретувати без контексту.
Переглянута Директива Європейського Союзу щодо питної води зосереджена на Нові забруднювачі, такі як мікропластикі прагне зміцнити довіру до водопровідної води як кращого варіанту порівняно з бутильованою. Це має подвійний позитивний ефект: зменшити кількість пластикових відходів та обмежує вплив речовин, які можуть вивільнятися з контейнерів та кришок під час їх тривалого зберігання або впливу тепла.
У цьому сценарії такі технології, як коагуляція морінгою, можуть бути ще один елемент у рамках ширшої стратегії для забезпечення безпечної води. Вони допомагають зменшити мікропластикове навантаження та в поєднанні з іншими етапами очищення можуть бути адаптовані до різних контекстів та рівнів нормативних вимог.
Однак міжнародні організації наполягають на тому, що, якими б ефективними не були системи лікування, справжнє рішення полягає в зменшити використання пластику біля джерелаЗменшення використання одноразової упаковки, покращення збору та переробки, запобігання втратам промислових пелет та мінімізація потрапляння відходів у річки та моря – все це є надзвичайно важливим. Фільтрація необхідна, але вона не може стати приводом для продовження безконтрольного забруднення.
Морінга та відповідальне споживання: від лабораторії до повсякденного життя
Дослідження Moringa olifera показує, що звичайна рослина може стати неочікуваний союзник у боротьбі з мікропластикомособливо там, де технологічні ресурси обмежені. Але його реальний вплив залежатиме від того, як він буде інтегрований у конкретні системи обробки та від рішень, які ми приймаємо як суспільство щодо використання пластику.
Для багатьох сільських громад у тропічних регіонах можливість приготувати домашній екстракт насіння морінги відносно простим способом Покращення якості води шляхом зменшення каламутності та мікропластику є дуже цінним інструментом. Однак, його завжди має супроводжувати... основні гігієнічні заходи, захист від інших забруднювачів та мінімальні технічні консультації, щоб процес був безпечним та ефективним.
У містах зі складнішими системами постачання, морінга (Догляд за морінгою в міських умовах) може функціонувати як додатковий або резервний коагулянтЦі системи інтегровані в певні етапи обробки або використовуються в ситуаціях, коли використання алюмінію та заліза необхідно обмежити. Тут враховуються такі фактори, як вартість, логістика, нормативні акти та технічна експертиза кожного оператора.
Як споживачі, одна з рекомендацій, яку повторюють багато державних органів, полягає в тому, Обирайте воду з-під крана, коли вона безпечна та добре контрольованаЦе зменшує обсяг пластикових пляшок, які ми виробляємо та викидаємо, а також може зменшити вплив речовин, пов'язаних з упаковкою, яка тижнями знаходиться в жарких або погано провітрюваних місцях.
Дослідження технологій, таких як морінга, не замінюють потреби в змінити звички та політику щодо пластикуАле це додає корисні інструменти до арсеналу боротьби із забрудненням. Рослина, яка росте в багатьох садах і городніх городах по всьому світу, стає дуже цікавим засобом, який робить просту дію наповнення склянки води вдома трохи чистішою та безпечнішою, як для нашого здоров'я, так і для навколишнього середовища.
