เครื่องกรองน้ำ

ในความเป็นจริง ทีมงานของ MIT ได้ค้นพบว่าระบบการกรองที่ใช้เทคโนโลยีต่ำนี้สามารถผลิตน้ำดื่มได้ถึงสี่ลิตรต่อวัน ซึ่งเพียงพอที่จะดับความกระหายของคนทั่วไป ในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารPLoS ONE ในสัปดาห์นี้ นักวิจัยแสดงให้เห็นว่ากระพี้ชิ้นเล็กๆ สามารถกรองแบคทีเรียE. coliออกจากน้ำ ได้มากกว่า 99 เปอร์เซ็นต์ พวกเขากล่าวว่าขนาดของรูขุมขนในกระพี้ซึ่งมีเนื้อเยื่อ xylem ที่พัฒนาขึ้นเพื่อขนส่งน้ำเลี้ยงตามความยาวของต้นไม้ ยังช่วยให้น้ำไหลผ่านได้ในขณะที่ปิดกั้นแบคทีเรียส่วนใหญ่ Rohit Karnik ผู้เขียนร่วม รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลของ MIT กล่าวว่า กระพี้เป็นวัสดุที่ดี มีต้นทุนต่ำ และมีประสิทธิภาพสำหรับการกรองน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชุมชนในชนบทที่ระบบการกรองขั้นสูงไม่สามารถเข้าถึงได้ Karnik กล่าวว่า "เยื่อกรองในปัจจุบันมีรูพรุนระดับนาโน ซึ่งไม่ใช่สิ่งที่คุณสามารถผลิตในโรงรถได้ง่ายๆ" Karnik กล่าว "แนวคิดคือเราไม่จำเป็นต้องสร้างเมมเบรน เพราะมันหาได้ง่าย แค่เอาไม้มาทำตัวกรอง" ผู้เขียนร่วมของหนังสือพิมพ์ ได้แก่ Michael Boutilier และ Jongho Lee จาก MIT, Valerie Chambers จาก Fletcher-Maynard Academy ใน Cambridge, Mass. และ Varsha Venkatesh จาก Jericho High School ใน Jericho, NY แตะที่การไหลของน้ำนม ปัจจุบันมีเทคโนโลยีการทำน้ำให้บริสุทธิ์จำนวนมากในท้องตลาด แม้ว่าหลายเทคโนโลยีจะมีข้อเสีย: ระบบที่อาศัยการบำบัดด้วยคลอรีนทำงานได้ดีในระดับมาก แต่มีราคาแพง การต้มน้ำเพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนต้องใช้เชื้อเพลิงจำนวนมากในการให้ความร้อนแก่น้ำ ตัวกรองแบบเมมเบรน แม้ว่าจะสามารถกำจัดจุลินทรีย์ได้ แต่ก็มีราคาแพง ต้องใช้ปั๊ม และอาจอุดตันได้ง่าย กระพี้อาจเป็นทางเลือกที่มีต้นทุนต่ำและมีขนาดเล็ก ไม้ประกอบด้วย xylem ซึ่งเป็นเนื้อเยื่อที่มีรูพรุนซึ่งนำน้ำเลี้ยงจากรากของต้นไม้ไปยังมงกุฎผ่านระบบของหลอดเลือดและรูพรุน ผนังของภาชนะแต่ละอันมีรอยพรุนด้วยรูเล็กๆ ที่เรียกว่าเยื่อหลุม ซึ่งน้ำนมสามารถจับตัวเป็นก้อนได้ โดยไหลจากภาชนะหนึ่งไปยังอีกภาชนะหนึ่งขณะที่มันป้อนโครงสร้างตามความยาวของต้นไม้ รูพรุนยังจำกัดการเกิดโพรงอากาศ เครื่องกรองน้ำ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ฟองอากาศสามารถเติบโตและแพร่กระจายในไซเล็ม และทำให้ต้นไม้ตายได้ในที่สุด รูพรุนเล็กๆ ของ xylem สามารถดักจับฟองอากาศ ป้องกันไม่ให้กระจายเข้าไปในเนื้อไม้ "พืชต้องคิดหาวิธีกรองฟองออกแต่ปล่อยให้น้ำนมไหลผ่านได้ง่าย" Karnik ตั้งข้อสังเกต "มันเป็นปัญหาเดียวกันกับการกรองน้ำที่เราต้องการกรองจุลินทรีย์ออกแต่ต้องรักษาอัตราการไหลให้สูง ดังนั้นมันจึงเป็นเรื่องบังเอิญที่ดีที่ปัญหาจะคล้ายกัน" เห็นสีแดง เพื่อศึกษาศักยภาพในการกรองน้ำของกระพี้ นักวิจัยได้เก็บกิ่งของสนขาวและลอกเปลือกนอกออก พวกเขาตัดกระพี้ไม้เป็นส่วนเล็กๆ ขนาดยาวประมาณหนึ่งนิ้วและกว้างครึ่งนิ้ว และติดตั้งแต่ละอันในท่อพลาสติก ปิดผนึกด้วยอีพ็อกซี่และยึดด้วยแคลมป์ ก่อนทำการทดลองกับน้ำปนเปื้อน กลุ่มได้ใช้น้ำผสมกับอนุภาคหมึกสีแดงขนาดตั้งแต่ 70 ถึง 500 นาโนเมตร หลังจากที่ของเหลวทั้งหมดผ่านเข้าไป นักวิจัยก็ผ่ากระพี้ออกเป็นครึ่งหนึ่งตามยาว และสังเกตพบว่าสีย้อมสีแดงส่วนใหญ่อยู่ในชั้นบนสุดของไม้ ในขณะที่น้ำกรองหรือน้ำที่ผ่านการกรองนั้นใส การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่ากระพี้สามารถกรองอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 70 นาโนเมตรได้โดยธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ในการทดลองอื่น ทีมงานพบว่ากระพี้ไม่สามารถแยกอนุภาคขนาด 20 นาโนเมตรออกจากน้ำได้ ซึ่งบ่งชี้ว่ามีการจำกัดขนาดของอนุภาคที่กระพี้ไม้สนสามารถกรองได้ การเลือกพืชที่เหมาะสม ในที่สุด ทีมงานได้ไหลน้ำที่ปน เปื้อนเชื้อ E. coli ที่ไม่ได้ ใช้งานผ่านตัวกรองไม้ เมื่อพวกเขาตรวจสอบ xylem ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์ พวกเขาเห็นว่ามีแบคทีเรียสะสมอยู่รอบ ๆ เยื่อหลุมในช่วงสองสามมิลลิเมตรแรกของไม้ เมื่อนับจำนวนเซลล์แบคทีเรียในน้ำกรอง นักวิจัยพบว่ากระพี้สามารถกรองเชื้ออีโคไล ออก จากน้ำ ได้มากกว่า 99 เปอร์เซ็นต์ Karnik กล่าวว่า กระพี้สามารถกรองแบคทีเรียได้เกือบทุกชนิด โดยชนิดที่เล็กที่สุดวัดได้ประมาณ 200 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม ตัวกรองอาจไม่สามารถดักจับไวรัสส่วนใหญ่ซึ่งมีขนาดเล็กกว่ามากได้ Karnik กล่าวว่ากลุ่มของเขาวางแผนที่จะประเมินศักยภาพการกรองของกระพี้ชนิดอื่นๆ โดยทั่วไป ต้นไม้ที่ออกดอกมีรูพรุนที่เล็กกว่าต้นสน ซึ่งบ่งชี้ว่าพวกมันอาจสามารถกรองอนุภาคที่เล็กกว่าออกไปได้ อย่างไรก็ตาม ภาชนะในต้นไม้ดอกมักจะยาวกว่ามาก ซึ่งอาจใช้งานไม่ได้สำหรับการออกแบบเครื่องกรองน้ำขนาดกะทัดรัด นักออกแบบที่สนใจใช้กระพี้เป็นวัสดุกรองจะต้องหาวิธีทำให้ไม้ชื้นหรือทำให้แห้งโดยที่ยังรักษาฟังก์ชัน xylem ไว้ ในการทดลองอื่นๆ กับกระพี้แห้ง Karnik พบว่าน้ำไหลผ่านได้ไม่ดีหรือไหลผ่านรอยแตก แต่ไม่ได้กรองสารปนเปื้อนออก Karnik กล่าวว่า "มีความแตกต่างกันอย่างมากระหว่างพืช "อาจมีพืชที่ดีกว่านี้อีกมากที่เหมาะกับกระบวนการนี้ ตามหลักการแล้ว ตัวกรองควรเป็นไม้แผ่นบางๆ ที่คุณสามารถใช้ได้สองสามวัน จากนั้นทิ้งมันไปและเปลี่ยนใหม่โดยแทบไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย มันคือลำดับความสำคัญ ราคาถูกกว่าเมมเบรนระดับไฮเอนด์ในตลาดปัจจุบัน"