Tidak kira di mana anda berada di dunia, Profesor Karl Linden mahu anda dapat menghidupkan paip dan menerima air minuman bersih. Ia adalah asas, tetapi penting, keperluan yang masih hilang dari paya besar negara-negara A.S. dan berpendapatan rendah dan sederhana.
"Orang berhak mendapat teknologi yang boleh dipercayai, dipercayai apabila ia datang kepada sesuatu yang penting sebagai air," kata Linden, Profesor Mortenson Endowed dalam Pembangunan Mampan di CU Boulder. "Sumber air semakin parut dan kita perlu memikirkan generasi akan datang pilihan rawatan yang cekap dan berpatutan."
Pertubuhan Kesihatan Sedunia menganggarkan bahawa kira-kira 785 juta orang tidak mempunyai akses kepada penapisan air minuman asas, menyebabkan mereka terdedah kepada patogen seperti kolera dan disenteri. Masalah ini dijangka berkembang dalam beberapa dekad akan datang berikutan pertumbuhan penduduk dan peningkatan tekanan terhadap ketersediaan air.
Teknologi rawatan, sementara itu, tidak banyak berubah dalam lebih satu abad. Penapisan berasaskan pasir atau karbon dan bahan kimia pembasmi kuman biasanya digunakan di kedua-dua kemudahan perbandaran dan kehidupan seharian, dari penapis Brita isi rumah kepada tablet klorin. Kedua-dua kaedah ini mempunyai batasan mereka, bagaimanapun: Penapisan mahal untuk dihantar kepada masyarakat luar bandar pada skala dan bahan kimia boleh menambah rasa yang tidak menyenangkan.
Karl Linden melihat budaya bakteria di makmalnya. Karl Linden memeriksa peralatan untuk membasmi air minumanTop: Karl Linden (kiri) memeriksa budaya bakteria dengan pelajar siswazah Tara Randall dan rakan penyelidikan pascadoktoral Ben Ma di makmalnya; bahagian bawah: Linden dan Randall menyemak alat untuk membasmi air minuman. (Kredit: Casey Cass)
Linden, ahli Jabatan Kejuruteraan Awam, Alam Sekitar dan Seni bina yang telah meneliti rawatan air selama beberapa dekad, tertumpu kepada penyelesaian yang berbeza: pembasmian kuman ultraviolet. Sinaran UV boleh menghapuskan patogen berbahaya seperti E. coli dan Giardia pada skala saat berbanding minit, tanpa kesan sampingan yang berbahaya. Dan walaupun ia bukan idea baru-bandar besar seperti New York sudah menggunakan UV dalam utiliti mereka-ia adalah salah satu yang sejarah sukar untuk dibawa turun ke tahap pengguna individu.
"UV telah wujud selama beberapa dekad, dan digunakan dalam rawatan air perbandaran dan perindustrian di seluruh dunia, tetapi potensinya untuk inovasi dan aplikasi selanjutnya telah diperlahankan kerana penggunaan lampu wap merkuri yang berbahaya, besar," kata Linden. "Tetapi kami berminat dengan sumber UV baru dengan seni bina unik yang akan membolehkan kami memajukan teknologi yang memberangsangkan ini."
Air luar bandar
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, Linden dan rakan-rakannya telah menumpukan penyelidikan mengenai diod pemansuhan cahaya UV, yang lebih kecil (milimeter lebar), lincah dan lebih tahan lama. TUDM UV boleh disingkirkan selari, dengan diod panjang gelombang pemancing berbilang untuk membolehkan pelbagai aplikasi diperkemas.
Satu lagi faedah: LED UV adalah "segera-on" dan tidak memerlukan masa pemanasan sebelum mereka mula zapping bahan cemar, membolehkan pengguna menjimatkan wang dengan hanya menjalankan peranti apabila mereka perlu. Air yang ditarik dari periuk, sebagai contoh, akan diminum serta-merta selepas rawatan UV cepat tanpa rasa off-putting klorin.
Linden dan pelajar-pelajarnya baru-baru ini menamatkan pengajian tahun pertama seumpamanya di Jamestown, Colorado, membandingkan pembasmian kuman UV LED kepada rawatan klorin yang ditubuhkan di bandar ini. Mereka mendapati bahawa untuk sebuah bandar sekitar 500 orang tanpa loji air yang besar, teknologi UV menyediakan keupayaan pembasmian kuman yang sama berkesan tanpa bahan kimia tambahan. Teknologi baru hanya berharga beberapa dolar sebulan dalam elektrik dan boleh lari terus dari kuasa solar.
"Kecil-kecilan, sistem luar bandar adalah tempat semula jadi untuk bermula dengan ini," kata Linden. "Mereka mempunyai majoriti pelanggaran kesihatan kerana mereka biasanya tidak mempunyai jurutera dan kakitangan rawatan air yang berdedikasi. Mereka mungkin bergantung pada sistem yang tidak selalu beroperasi dengan betul. Jadi kami merasakan teknologi ini adalah penyelesaian yang hebat kerana ia boleh dikendalikan dari jauh, autonomi dan dikuasakan oleh solar untuk mengurangkan cabutan tenaga."
Pada awal tahun ini, Linden memperoleh Anugerah Inovasi Penyelidikan Dr. Pankaj Parekh atas pencapaiannya dalam kemajuan sains air.
Rawatan yang berlangsung
Pada tahun-tahun akan datang, langkah-langkah seterusnya boleh melibatkan mengintegrasikan UV LED terus ke dalam infrastruktur. Linden membayangkan faucets dengan diod yang dibina terus ke paip, mengaktifkan serta-merta apabila anda menghidupkan air. Kumpulan makmalnya telah mula melihat cara-cara untuk membina diod ke dalam paip untuk mewujudkan rangkaian sistem luas titik pembasmian kuman, mengurangkan pertumbuhan biofilm dalam tetapan berisiko tinggi seperti hospital.
"Kami benar-benar merasakan teknologi ini mampan dan bersedia untuk merevolusikan bidang ini," kata Linden. "Kami mahu bekerjasama secara langsung dengan lebih banyak pengurus air untuk memikirkan penambahbaikan ini, mencuba perkara-perkara baru dan muktamad merapatkan penyelidikan kepada aplikasi praktikal."
Di seluruh negara, momentum di sekeliling isu ini adalah membina. Kejatuhan ini, Jabatan Tenaga A.S. mengumumkan pewujudan Hab Penyahgatan Tenaga-Air $ 100 juta, perkongsian antara disiplin yang akan memberi tumpuan kepada penyelidikan dan pembangunan peringkat awal untuk rawatan air yang cekap tenaga dan kos yang kompetitif. Usaha ini akan diketuai oleh Perikatan Nasional untuk Inovasi Air, di mana CU Boulder adalah rakan akademik pengasas.
Linden, yang akan mengetuai usaha CU Boulder di bawah Hab, mengatakan bahawa anugerah berprestij itu menekankan minat yang diperbaharui dalam menangani keselamatan air, yang sentiasa menjadi panggilannya.
"Saya rasa seperti saya dalam misi untuk menolak masyarakat ke dalam pendekatan rawatan generasi akan datang," katanya. "Beberapa inovasi sudah mengambil pegangan dan mendapat daya tarikan. Tetapi kami mempunyai begitu banyak kemajuan dalam masyarakat dan teknologi seperti remote sensing, analisis data dan pemantauan masa nyata bahawa kami belum mengambil kesempatan penuh lagi untuk keselamatan air."
Linden juga merupakan penyiasat utama bagi Pusat Mortenson CU Boulder dalam Kejuruteraan Global pada 5 tahun, $ 15.3 juta projek Perkongsian Pembelajaran Sistem BASUH Mampan, yang memberi tumpuan kepada mengekalkan kejayaan pelaksanaan sistem air oleh organisasi seperti USAID dalam jangka masa panjang.
"Di banyak negara sumber rendah kita melihat sepupu tangan atau sistem air dimasukkan ke dalam dan rawatan akan ditubuhkan dan ia berfungsi untuk sementara waktu, tetapi akhirnya ia pecah dan kemajuan hilang," kata Linden. "Jadi mengapa itu, dan apa yang boleh dilakukan mengenai perkara itu? Itulah apabila kita perlu berfikir lebih holistik tentang sistem yang tersedia untuk menyokong perkhidmatan air mampan jangka panjang, dan teknologi yang lebih baik, bersepadu dan inovatif, seperti apa yang kita usahakan di Pusat Mortenson, adalah salah satu aspek penyelesaian."
Matlamat akhir? Membawa penyelesaian air ke dalam kehidupan seharian dengan lancar di seluruh dunia.
"Anda menghidupkan paip dan air keluar dan ia sudah dirawat dan anda tidak perlu memikirkannya," katanya. "Itulah grail suci."
