A través de una subvención del Departamento de Defensa de EE. UU., Los profesores de la UD Pei Chiu y Daniel Cha están trabajando con Brian Hubbard, un medio ambiente, oficial de seguridad y salud ocupacional del Ejército de los EE. UU., para descomponer explosivos en aguas residuales. Ilustración fotográfica de Joy Smoker.
Un filtro de carbón activado, que se encuentra en muchos sistemas de filtración domésticos, puede purificar su agua potable, pero no es rival para las aguas residuales que contienen explosivos de uso militar. Para limpiar las aguas residuales del procesamiento y desmilitarización de municiones, un par de profesores de ingeniería ambiental de la Universidad de Delaware y un alumno de ingeniería de la UD se están uniendo para probar una nueva tecnología utilizando nanopartículas de hierro.
A través de una subvención del Departamento de Defensa de EE. UU. (DOD), los profesores Pei Chiu y Daniel Cha están trabajando con Brian Hubbard, un medio ambiente, oficial de seguridad y salud ocupacional del Ejército de los EE. UU., para descomponer explosivos en aguas residuales. La subvención de tres años, que comenzó en 2019, proviene del Programa de Certificación de Tecnología de Seguridad Ambiental (ESTCP) del DOD. Hubbard, quien recibió una licenciatura y una maestría en ingeniería ambiental de la UD, es el investigador principal, y Cha y Chiu son colaboradores del proyecto. Varios estudiantes, incluido el estudiante de pregrado en ingeniería ambiental Aidan Meese, también están participando en el proyecto.
Desarrollando e implementando nuevas tecnologías de tratamiento para aguas residuales que contienen compuestos de municiones insensibles, los militares pueden promover la administración ambiental y reducir los costos.
Armas más seguras, agua más sucia
Los compuestos explosivos de la vieja escuela, como el TNT, detonan fácilmente y pueden explotar accidentalmente en presencia de vibraciones o aumentos repentinos de temperatura. La sensibilidad de estas municiones plantea riesgos para las personas que las manipulan, así que hoy, el ejército está produciendo municiones insensibles que son más difíciles de hacer estallar. Las municiones insensibles son más seguras para los usuarios, aunque son más solubles en agua que sus homólogos históricos. Estos materiales se disuelven fácilmente en el agua utilizada en la fabricación y los procesos relacionados y pueden existir en el agua en concentraciones mucho más altas.
"Los métodos de tratamiento actuales, como la adsorción de carbón activado, no son muy eficaces para eliminar estos compuestos de municiones altamente solubles, ", dijo Chiu. (La adsorción es la adhesión en una capa extremadamente delgada de moléculas, como gases, líquidos o sustancias disueltas, a las superficies de cuerpos sólidos o líquidos con los que están en contacto). "Las tecnologías de tratamiento tradicionales simplemente no funcionan tan bien como lo hicieron con las municiones del pasado".
Un económico La tecnología eficaz de purificación de agua podría beneficiar al medio ambiente y al ejército. "Procesos como la fabricación suelen generar aguas residuales, pero ¿y si esa agua pudiera ser tratada y reutilizada? ", dijo Chiu." Las operaciones del ejército podrían ahorrar agua y dinero y reducir los riesgos al mismo tiempo ".
Y lo que es más, el carbón activado no destruye los compuestos de las municiones. Los adsorbe, dejando una segunda fuente de residuos, y responsabilidad potencial, lidiar con.
El equipo de investigación está utilizando partículas de hierro microscópicas, Hierro de valencia cero a nanoescala, para tratar esta agua. En lugar de ser corroído por el oxígeno del agua, formando óxido, las partículas de hierro de 25 nanómetros son corroídas por los compuestos de municiones en las aguas residuales. Las nanopartículas donan electrones a compuestos de municiones y, mediante transferencia de electrones, los compuestos de municiones insensibles disueltos se descomponen. El hierro de valencia cero a nanoescala se ha utilizado para tratar las aguas subterráneas, pero esta es su primera aplicación a las aguas residuales de municiones.
El equipo recolectó muestras de aguas residuales de las instalaciones del Ejército y, en el laboratorio de la UD, realizó análisis de compuestos de municiones y calidad del agua mediante cromatografía líquida de alta resolución con un detector de diodos.
Después de usar nanopartículas de hierro para destruir los compuestos de municiones en las aguas residuales, el equipo agrega peróxido de hidrógeno para oxidar los residuos a subproductos inofensivos.
Ésta es la belleza de la tecnología. La misma plancha se usa tres veces para tres propósitos diferentes. Primero, el hierro nanovalente cero destruye instantáneamente los compuestos de las municiones al donar electrones y se convierte en hierro divalente. El hierro divalente activa el peróxido de hidrógeno para oxidar los compuestos, y en este paso, el hierro divalente se convierte en hierro trivalente. Hierro trivalente, que se usa comúnmente en el tratamiento del agua, puede eliminar partículas y residuos y pulir las aguas residuales tratadas para su posible descarga o reutilización.
"Con nuestra tecnología, en realidad estamos destruyendo la contaminación, "dijo Cha.
Los primeros resultados experimentales son prometedores y en curso y aclararán las condiciones óptimas para las pruebas de campo. Las pruebas piloto a escala de campo comenzarán en la primavera de 2020.
"Es un proceso continuo, ", dijo Chiu." A medida que aprendemos más sobre la química, podremos llegar a mejores y más eficientes condiciones para el tratamiento de estas aguas residuales ".
El proyecto también incluirá un análisis de costos. "Anticipamos que este proceso será mucho más económico que el carbón activado, "dijo Chiu.
El equipo sospecha que su tecnología podría ser versátil, también, con aplicabilidad para el tratamiento de aguas residuales industriales de industrias distintas a las militares, como agroquímicos y fabricación de productos de consumo.