Det Rene Vand - Fremtidens vandbehandling

Transkript

1 Det Rene Vand - Fremtidens vandbehandling Anyone who can solve the problems of water will be worthy of two Nobel prizes - One for peace and one for science John F. Kennedy H E N R I K T Æ K K E R M A D S E N A D J U N K T A A L B O R G U N I V E R S I T E T S E K T I O N F O R B Æ R E D Y G T I G B I O T E K N O L O G I

2 Hvorfor overhovedet vand??? 2

3 D E N B L Å Saltvand 97,5% Ferskvand 2,5% P L A N E T Is & sne 70,0% Grundvan d 29,7% Floder & søer 0,3% 3

4 Det hydrologiske kredsløb 4

5 The World s Water Crisis * D e t globale p e r s p e k t i v e n m æ n g d e m æ s s i ge k r i s e FN estimerer, a t v i b r u g e r 5 4 % af de tilgængelig e v a n d ressourcer (baseret på rapport at S h i k lomanov, ) * Ikke blot en fancy overskrift, men titlen på det første kapitel i den første udgave af FN s World Water Development Rapport 5

6 Den Menneskelige Faktor Produkt Liter vand i produktionen 1 liter øl L mælk hvedefranskbrød kg sukker kg ris bomulds t-shirt par jeans kg oksekød

7 Den Menneskelige Faktor 7

8 Den danske vandkrise - Pesticidforurening 90% Andel af vandprøver med fund af pesticider på globalt plan 99% Andel af danske børn med pesticider i deres urin 25% Andel af dansk drikkevand, hvori der findes pesticider Steder i Danmark hvor der er fundet pesticider i grund- og drikkevand (små private boringer er ikke vist) 70% Andel af drikkevandet i Esbjerg som må hentes 40 km væk på grund af pesticidforurening af det lokale grundvand

9 Den danske vandkrise - Hormonforstyrrende stoffer : Steder med observerede hormonelle påvirkninger C a s e : Ve j l e Å l e k vabber i Ve j l e Fjord (bl.a.) er blevet o b s e r v e r e t t i l a t b l i v e f ø d t m i s d a n n e d e o g u n d e r g å h o r m o n r e l a t e r e d e f o randringer Stof Udslip pr. dag Blommeprotein Intersex E1 36 g 10 ng/l 30 ng/l E2 340 g 5 ng/l 10 ng/l E3 69 g 500 ng/l 1000 ng/l EE2 3,2 g 0,1 ng/l 0,1 ng/l NP 0,1-2,73 ton 5 µg/l µg/l BPA 2 kg µg/l µg/l Det aktive stof i P-piller Phtalater??? Perflour???

10 Vand Et fokusområde for dansk eksport Vand- og miljøteknologi er danske spidskompetencer på det globale marked.. Eksporten af vand- og miljøydelser er i god vækst og må forventes at komme til at udgøre en betydelig del af fremtidig dansk eksport Udenrigsministeriet I forhold til vandløsninger forventes en af de store globale udfordringer at blive knaphed på ferskvand. Rensning af drikke- og spildevand vil være helt centralt Vækstteam for vand, bio og miljøløsninger 10

11 Hvor gode er vi så? - Nuværende vandværksteknologi 11

12 Effekt af nuværende vandværksteknologi Fjernelse a f p e s t i c ider i s a n d f i ltre Ens værdier for alle fire pesticider gennem filtreringsprocessen INGEN FJERNELSE Fra Kowalski K. & Madsen H. T., Comparison of sand and membrane filtration as non-chemical pre-treatment strategies for pesticide removal with nanofiltration/low pressure reverse osmosis membranes, Water Science and Technology: Water Supply

13 NEWater Inspiration fra andre E r f a r i n g e r f r a S i n g a pore L i l le l a n d ( ø ), u d e n naturlige s ø e r e l l e r g r u n d v a n d smagasiner o g de s a m l e r derfor alt d e t v a n d d e k a n og det har medført behov f o r a v a n c e r e d e vandbehandlingsteknikker. M e m b r a n f i l t r e r i ng REGN HAV Behandling af spildevand Genindvinding af spildevand Opsamling af regnvand Afsaltning Opsamling af spildevand Behandling til drikkevand Forsyning til befolkning og industri 13

14 Membranfiltering Hvordan fungerer det? Filtrering baseret på størrelse Membrankategorier Permeate Feed Kun partikler, der er mindre end membranens porer, kan passere Typisk størrelse på et pesticid Materialer fra Madsen HT (2014). Membrane filtration in Water Treatment Removal of Micropollutants. In: Søgaard EG, editor. Chemistry of Advanced Environmental Purification Processes of Water. 1st ed. Elsevier; p

15 Anvendelighed af eksisterende membraner Filtrering af fire pesticider DEIA Pesticid Transformations Produkter BAM Atrazin Pesticider Bentazon NF LPRO RO Fra Madsen HT and Søgaard EG (2014). Separation and Purification Technology, 125,

16 Ændring i adsorptionskapacitet Forbedring af membraner B r u g af adsorbenter i membranen 100% pesticider Koncept 98-99% pesticider 1-2% pesticider Langtids adsorptionsevne Adsorbent 0% pesticider SEM billeder af faktisk membran (venstre) og polymeropløsninger med forskellige adsorbenter (højre) 16

17 Fremtiden for vandbehandling - Designet vand Blødgøring Desinficering Pesticidfjernelse Omvendt osmose membraner Koncentrat ( 10%) Designet vand ( 3-5 bar) Renset vand ( 90%) 0.2 kwh/m 3 Energiforbrug for membran 17

18 Næste generation af membranteknologi: - Biomimetiske osmosemembraner The Tao of Water Treatment 18

19 Osmosis Princippet Ferskvand Saltvand Tid Natural process Zero energy required 19

20 S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 20

21 orking with ature Den biomimetiske tilgang Aquaporiner i en naturlig membran Effekt af aquaporiner på membranflux Bedste membran på markedet 1437 Ingen aquaporiner Stigende mængde af aquaporin proteiner 21

22 Potentielle anvendelsesområder - Vandbehandling i rummet 22

23 Potentielle anvendelsesområder - Vandbehandling i rummet F o r d e l e v e d Space o s m o s i s Lav vægt Intet behov f o r tunge h ø j t r yk s p u m p e r K a n drives u d e l u k kende af s o l e n e r g i U d f o r d r i n g e r Ingen tyngdekraft. E ff e k t på p rocessen? Den danske astronaut, Andreas Mogensen, i gang med at lave eksperimenter med zero gravity filtration ombord på ISS 23

24 Tilbageholdelse (%) Potentielle anvendelsesområder - Selvdrevne spildevandsanlæg 100 Osmosemembran Havvand som den drivende kraft DEIA BAM Atrazine 145 Da 190 Da 216 Da Osmose membraner kan udgøre en fuldstændig barrier, der fjerner: Bakterier & virus Medicinrester & pesticider Mikroplastik Næringsstoffer. 24

25 Potentielle anvendelsesområder - Brug af havvand til vanding: Fertigation Hav- eller brakvand Fortyndet gødning, klar til brug Salt-brine Koncentret gødning Muliggør brug af lavkvalitetsvand I landbruget, hvilket nedsætter belastningen af drikkevandsressourcerne. Tommelfinger regel: 1 kg gødning kan 25 ekstrahere L vand fra havvand (mere hvis det er brakvand).

26 Concentration Potentielle anvendelsesområder - Avanceret dosering af medicin Osmotisk doseringssystem Traditional Osmotic pump Osmotisk motor Medicin reservoir Membran Stempel Udsendelse af medicin Pumpehastigheden kan kontrolleres ved at styre mængden af aquaporiner i membranen 0 0 Time Koncentration af medicin i kroppen over tid som funktion af forskellige doseringsmetoder

27 Potentielle anvendelsesområder - Energiproduktion: Blå energi 27

28 Potentielle anvendelsesområder - Energiproduktion: Blå energi Fortyndet saltvand Energigenerering Draw (høj salinitet) Fortyndet saltvand Feed (lav salinitet) Udnytter forskelle i osmotisk tryk til at udvinde energi fra vandkilder. Når en flod løber ud i havet genereres, 0.8 kwh per kubikmeter flodvand Den årlige energiproduktion fra en flod som Rhinen kunne være 19,520 GWh 28

29 Saltkraft på Aalborg Universitet Verdens første hypersalte saltkraftværk 10 mio DKK EUDP projekt Pilotanlæg Osmotic power generation from geothermal wells Aalborg Universitet Applied Biomimetic Danfoss Sønderborg Fjernvarme Hofor/HGS Dansk Fjernvarmes Geotermiselskab 29