Pionierskie filtry na bazie drewna do uzdatniania wody pitnej

Studenci AGH rozwijają autorską technologię naturalnych filtrów na bazie drzewa do uzdatniania wody pitnej. Swoją technologię planują przetestować w Ghanie. Tymczasem czekają na przyznanie patentu.

Młodzi badacze koncentrują się na opracowaniu naturalnych filtrów przeznaczonych do usuwania zanieczyszczeń mikrobiologicznych oraz nieorganicznych, przede wszystkim bakterii grupy coli oraz metali ciężkich, takich jak ołów. Punktem wyjścia było dla nich wykorzystanie materiałów łatwo dostępnych i przyjaznych dla środowiska. Kluczową rolę odgrywa drewno, a dokładniej jego aktywna warstwa, czyli układ naczyń i porów, który umożliwia zatrzymywanie cząstek i mikroorganizmów. Uzupełnieniem są materiały mineralne o wysokich właściwościach sorpcyjnych, takie jak diatomit, które odpowiadają za wiązanie metali ciężkich.

– Nasz filtr bazuje na połączeniu drewna z materiałami sorbującymi. Wcześniej były znane właściwości sorbujące różnych skał, ale nikt nie połączył tego z właściwościami drewna, które potrafi zmniejszyć ilość bakterii po ich przefiltrowaniu – tłumaczy Natalia Malcherek z koła naukowego Tryton Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.

Przydała się spektrometria absorpcji atomowej i spektrofotometria UV-VIS

Projekt rozpoczął się od przygotowania materiałów i ich charakterystyki. Studenci analizowali różne gatunki drewna, oceniając ich strukturę, przepuszczalność oraz zdolność do usuwania zanieczyszczeń. Równolegle przygotowywali komponenty mineralne, które mogą zwiększyć efektywność sorpcji. Następnie projektowali i budowali prototypy filtrów, testując różne konfiguracje warstw, proporcje materiałów oraz warunki przepływu.

W trakcie prowadzonych prac kluczowym etapem były badania laboratoryjne, które pozwalały dokładnie ocenić skuteczność filtrów. W zakresie analiz mikrobiologicznych badacze sprawdzali redukcję bakterii grupy coli, co jest podstawowym wskaźnikiem bezpieczeństwa wody pitnej. Badania te prowadzili w kontrolowanych warunkach. Pozwala to porównać efektywność różnych wariantów filtrów i określić, które rozwiązania najlepiej eliminują zagrożenia biologiczne.

Studenci i studentki prowadzili także analizy chemiczne ukierunkowane na metale ciężkie. Do oznaczania stężeń pierwiastków, np. ołowiu, wykorzystywali spektrometrię absorpcji atomowej (AAS). Jest to bardzo czuła metoda instrumentalna. Pozwala wykrywać nawet śladowe ilości metali w próbkach wody poprzez pomiar absorpcji promieniowania przez wolne atomy danego pierwiastka. Dzięki temu mogli precyzyjnie określić, w jakim stopniu filtr redukuje stężenie zanieczyszczeń.

Uzupełniająco badacze zastosowali także spektrofotometrię UV-VIS, która pozwala analizować inne składniki chemiczne wody oraz monitorować zmiany zachodzące w trakcie filtracji.

Współpraca i testy w Ghanie

Eksperymenty przeprowadzono zarówno na roztworach modelowych, gdzie można precyzyjnie kontrolować skład i stężenia zanieczyszczeń, jak i na próbkach rzeczywistych pobieranych z naturalnych źródeł, w tym z Rudawy i Wisły. Takie działania pozwalały młodym naukowcom zweryfikować działanie filtrów w warunkach bardziej zbliżonych do rzeczywistych i ocenić ich potencjał aplikacyjny.

Studenci duży nacisk kładli na optymalizację oraz testowanie różnych wariantów konstrukcyjnych filtrów, przy zmianie parametrów przepływu, doborze materiałów oraz ich układu. Analizowali nie tylko skuteczność usuwania zanieczyszczeń, ale również trwałość filtrów, ich wydajność oraz możliwość wielokrotnego użycia. Ich celem było stworzenie rozwiązania, które będzie jednocześnie skuteczne, proste i możliwe do zastosowania w praktyce, także w warunkach ograniczonych zasobów.

Ważnym wyróżnieniem dla zespołu jest otrzymane zaproszenie do współpracy międzynarodowej od prof. Alberta Ahenkana, który pracuje na University of Ghana. We wrześniu studenci planują wyjechać do Akry, gdzie przeprowadzą testy filtrów w warunkach rzeczywistych oraz podejmą współpracę naukową z miejscowymi badaczami.

– Projekt „HydroWood” to dla nas przede wszystkim intensywne przeprowadzanie badań obejmujące projektowanie eksperymentów, obsługę specjalistycznej aparatury, analizę wyników i ich interpretację. Jednocześnie rozwijamy technologię, która w przyszłości może znaleźć zastosowanie jako niskokosztowa i ekologiczna metoda uzdatniania wody pitnej, odpowiadająca na realne wyzwania związane z dostępem do bezpiecznej wody – podsumowuje Julia Czerska z „Trytona”.

Projekt realizuje studenckie koło naukowe Tryton, działające na Wydziale Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH. Opiekunem koła jest mgr inż. Eugeniusz Świstuń, a badania prowadzone są w ramach programu „TURBOgrant” fundacji Orlen. W skład zespołu badawczego wchodzą: Julia Czerska, Agnieszka Dudek, Zofia Fabrowska, Maciej Gołębiewski, Natalia Malcherek, Weronika Nowicka, Dagmara Wardawy, Maria Warych oraz Dominika Tworzydło.

Rozwiązanie zgłoszono do ochrony patentowej w Urzędzie Patentowym RP. Aktualnie wniosek jest w trakcie procedowania.

Źródło: Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Czytaj także: AGH uruchamia źródło promieniowania rentgenowskiego dorównujące intensywnością synchrotronom