Filtration de l'eau à faible consommation d'énergie

La plupart des technologies de filtration de l'eau nécessitent beaucoup d'énergie pour pousser l'eau à travers les membranes qui finissent par s'encrasser et doivent être remplacées. Ces deux facteurs rendent la filtration de l'eau coûteuse pour la plupart des applications.

Cycle d'essorage: Le purificateur d'eau illustré ci-dessus sépare les contaminants à l'aide de la force centrifuge.

Désormais, les chercheurs du Palo Alto Research Center (PARC) ont pu surmonter ces défis en incorporant des connaissances scientifiques de la physique des mouvements des particules de toner dans un dispositif de filtration d'eau à faible énergie qui n'utilise pas de membranes.

C'est une bonne nouvelle pour le spectre imminent de la filtration de l'eau potable saumâtre qui menace une grande partie du monde en développement et même certaines zones de stress hydrique dans les pays développés. Dans le passé, cependant, l'économie a été la pierre d'achoppement pour la création de systèmes de traitement de l'eau abordables. Les Nations Unies estiment qu'au cours des huit prochaines années, quelque 900 millions de personnes auront besoin d'un approvisionnement sûr en eau potable.

Les chercheurs du PARC appellent leur appareil le concentrateur en spirale. Il s'agit d'un tube en plastique en forme de spirale de 50 centimètres de long et d'un millimètre de diamètre. Lorsque l'eau est pompée à travers une extrémité de l'appareil, les particules dans l'eau sont pressées contre les parois du tube. Des particules aussi petites qu'un micron sont séparées par la force centrifuge et éloignées de l'eau propre par des fourches divergentes dans le concentrateur en spirale.

L'avantage de cette approche est qu'elle ne nécessite pas autant d'énergie que pour pousser de l'eau contaminée à travers une membrane. De telles membranes sont généralement construites à partir de résine et comportent de nombreux petits trous perforés, dont la taille varie de quelques micromètres à quelques nanomètres.

L'innovation PARC est née d'un précédent projet de recherche sous contrat avec l'armée américaine. L'objectif était de concevoir un dispositif pour concentrer les risques biologiques comme l'anthrax en concentrant quelques parties par litre de contaminants afin qu'un capteur puisse détecter leur présence.

Les chercheurs du PARC ont beaucoup d'expérience dans l'étude de la physique des particules. Le toner des photocopieuses est composé de particules miniatures chargées d'électrons. Comprendre la physique de la façon dont ces particules chargées se déplacent dans l'air et dans les liquides a été un domaine clé de la recherche PARC. Les leçons que les chercheurs ont apprises sur le toner à particules ont été utilisées pour le système de détection d'agents biologiques de PARC et pour le purificateur d'eau.

Le purificateur nécessite un débit d'eau constant afin que les mouvements des particules se conforment aux modèles prédits. Ce débit d'eau peut être obtenu avec une pompe de faible puissance qui peut être entraînée par un panneau de cellules solaires.

Cependant, comme le concentrateur de spin peut séparer des particules d'au moins un micron, il ne peut pas éliminer les bactéries. Scott Elrod, directeur du laboratoire des systèmes matériels au PARC, explique que les particules plus petites pourraient être séparées en ajoutant de l'alun à l'eau filtrée. L'alun est utilisé dans les usines de traitement de l'eau pour lier chimiquement les petites particules aux plus grosses, qui peuvent ensuite être séparées par gravité. Dans le cas du concentrateur de spin, la force centrifuge fournira la puissance nécessaire pour éliminer ces particules figées.

Elrod dit qu'au cours des deux prochains mois, les chercheurs prévoient de réduire l'appareil en une pile parallèle de concentrateurs de spin suffisamment petits pour être vendus dans le commerce. Ils prévoient également de tester le système avec des volumes d'eau plus importants, pour atteindre le volume maximum de 100 litres par minute de débit de filtration. Les chercheurs ont déjà fait les calculs sur papier indiquant que le schéma parallèle et le volume d'eau devraient pouvoir être manipulés.

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