Projekti / Programi
Kavitacija - rešitev za problematiko mikroplastike?
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.13.07 |
Tehnika |
Procesno strojništvo |
Vodna moč |
| 2.04.03 |
Tehnika |
Materiali |
Polimerni materiali |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T270 |
Tehnološke vede |
Okoljska tehnologija, nadzor onesnaženja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
mikroplastika, kavitacija, degradacija, okolje, onesnaževanje
Raziskovalci (9)
Organizacije (2)
Povzetek
Trenutno, najbolj pereč svetovni problem je kontaminacija površinskih voda z mikroplastiko. Srečujemo se pred največjim okoljskim problemom – onesnaževanje s plastičnimi odpadki. Prvi plastični izdelki so bili narejeni v 50ih letih prejšnjega stoletja in od takrat svetovna proizvodnja najrazličnejših plastičnih izdelkov konstantno narašča in je v letu 2015 dosegla 320 milijonov ton. Skupaj z množično proizvodnjo in uporabo se povečuje tudi obremenitev okolja, kjer se kopičijo plastični odpadki, najbolj zaskrbljujoči pa so najmanjši odpadki, ki jih s prostim očesom težko opazimo, to je mikroplastika. Izraz mikroplastika se je v literaturi prvič pojavil leta 2004. Leta 2008 je bila določena velikost delcev, ko je bilo predlagano, da izraz mikroplastika obsega majhne plastične delce pod 5 mm v premeru. Danes izraz mikroplastika vključuje razgrajene plastične odpadke, sintetična vlakna, delce pnevmatik, delci, ki se uporabljajo v izdelkih za osebno higieno in številne druge oblike. Kritična podskupina mikroplastike so vlakna iz tekstilnih materialov, ki izvirajo iz (domačih)pralnih strojev in se skozi komunalne čistilne naprave (ČN) stekajo v reke in oceane. Poroča se, da lahko eno samo pranje 5 kg poliestrskih tkanin sprosti več milijonov mikrovlaken, odvisno od programa pranja in vrste uporabljenega detergenta.
Do sedaj se je znanstvena skupnost osredotočala le na zaznavanje mikroplastike v okolju in njene učinke na vodne ekosisteme. Nobenih znanstvenih zapisov, ki bi obravnavali kako mikroplastiko vsaj delno razgraditi pred vstopom v naravno okolje, npr. na iztokih iz čistilnih naprav, pa ni mogoče najti. Ker konvencionalne-biološke ČN niso zasnovane tako da bi mikroplastiko zadržale ali jo razgradile, je potrebno obstoječi čistilni proces nadgraditi. Kavitacija, ki je napredni oksidacijski proces, je ena izmed obetavnih tehnologij čiščenja, ki bi se lahko uporabljala za ta namen. Gre za fizikalni pojav, ki opisuje spremembo agregatnega stanja iz kapljevite faze v plinasto fazo in nazaj v homogeno kapljevino pri približno konstantni temperaturi. Kavitacija se v kapljevini kaže kot nastanek in kolaps majhnih parnih mehurčkov, ki nastanejo zaradi lokalnega padca tlaka. Ob kolapsu kavitacijskih mehurčkov lahko prihaja do ekstremnih pojavov, ki vodijo v tvorbo pretežno OH radikalov. Kavitacija se najpogosteje pojavlja na vodnih turbinskih strojih, ventilih in nekaterih delih sistema za vbrizgavanje goriva v motorjih z notranjim zgorevanjem in je nezaželen pojav. Kljub temu se kavitacija danes uspešno uporablja za čiščenje površin, v farmacevtski in živilski industriji, za medicinske namene in pripravo nanodelcev.
V okviru predlaganega interdisciplinarnega projekta bo ekipa strojnih in kemijskih inženirjev uporabila napredno tehnologijo – kavitacijo, za izvedbo (enega) prvih poskusov z mikroplastiko. Danes je vrhunska znanost »state of the art« zaznavanje mikroplastike v okolju, s predlaganim projektom pa bomo premaknili mejo vrhunske znanosti na raven, kjer bomo raziskali potencialne mehanizme razgradnje mikroplastike. Glede nato, da se lahko kavitacija pojavi le v kapljevini, se zdi idealna tehnologija za tretiranje mikroplastike predno le ta vstopi v vodno okolje (npr. na iztokih ČN). Na ta način bi lahko dosegli razgradnjo mikroplastike vsaj do neke mere kar bi olajšalo in pospešilo njeno popolno razgradnjo v naravnem okolju.
Predlagani projekt je namenjen obravnavi kemičnega in mehanskega razpada na laboratorijski ravni, enega trenutno najbolj kritičnih onesnažil na svetu, mikroplastike. Glavni cilj je raziskati učinke kavitacije na sintetična mikrovlakna, ki izhajajo iz oblačil in sferičnih kapsul iz tekstilnih mehčalcev. Oba sta ena izmed kritičnih onesnaževalcev in prihajata iz domačih pralnih strojev.
Pomen za razvoj znanosti
Da bi zagotovili celovito zaščito vodnih virov je potrebno preprečiti vstop mikroplastike v okolje in s tem omejiti potencialne škodljive učinke in hkrati pripravili strožjo zakonodajo glede izpustov odpadnih voda iz čistilnih naprav. Torej so raziskave na področju izboljšav in nadgradnje konvencionalnih čistilnih naprav zelo smiselna. Izboljšave konvencionalnega biološkega čiščenja se lahko doseže z vpeljavo abiotskih tehnologij, ki lahko dosežejo učinek na degradacijo mikroplastike. Raziskave razgradnje mikroplastike so trenutno zelo aktualne, zato bi bila učinkovita tehnologija, kot je optimizirana uporaba kavitacije, zelo dobrodošla, da bi jo združili s konvencionalnimi čistilnimi procesi.
Predlagani projekt je namenjen laboratorijski obravnavi kemične in mehanske razgradnje, enega od trenutno najbolj kritičnih onesnaževalcev na svetu. Obstoječi napredni oksidacijski proces - kavitacijo bomo prilagodili na način, da bomo oksidirali in razgradili mikroplastiko do stopnje, ki bi bila primerna za lažjo popolno razgradnjo v ČN in / ali naravi. Glavni cilj predlaganega projekta je raziskava učinkov, ki jih bo imela kavitacija na mikrovlakna, ki se sproščajo iz sintetičnih oblačil in mikro sferičnih kapsul iz mehčalcev za tekstil. Oba tipa mikroplastike sta kritična onesnaževalca, ki prihajata iz domačih pralnih strojev.
Danes je vrhunska znanost “state of the art” zaznavanje mikroplastike v okolju, s predlaganim interdisciplinarnim projektom pa bomo vrhunsko znanost premaknili na raven, kjer bomo raziskovali potencialne mehanizme razgradnje mikroplastike.
Jasno je, da postaja področje kavitacije vedno bolj zanimivo zaradi njene uporabe kot orodje v številnih procesih, predvsem za čiščenje različnih vrst voda in s tem ko bo razumevanje samega fenomena in njegovih mehanizmov pri čiščenju, mešanju, homogeniziranju itd. napredovalo, se bodo lahko izboljšali tudi številni procesi in razvile nove možnosti uporabe kavitacije v industriji.
Pomen za razvoj Slovenije
To secure integrity of water resources, to prevent the entry and potential adverse effects of microplastics in the environment and to prepare for more severe future legislation regarding WW discharges, investigation of novel non-biological techniques as a precaution seems reasonable. Improvement of conventional biological WWT can be obtained by adopting abiotic technologies that may prove the effect on microplastic degradation. The research of microplastic degradation is currently extremely topical, therefore an efficient technology, such as optimised use of cavitation, would be very welcome to be combined with conventional WWT processes.
The proposed project aims to address the break-up, chemical and mechanical, of one of the world’s currently most critical pollutant for the first time ever on the laboratory scale. We will adapt an existing advanced oxidation process - cavitation in a way that will degrade and oxidise the microplastic litter to a degree that could be more easily “devoured” in WWTP and/or nature. The main objective of the proposed project is the investigation of the effects, cavitation will have on microfibres released from synthetic textiles and micro spherical capsules from textile softeners, which both are critical pollutants that come from the domestic washing machines.
Nowadays, state of the art (SOTA) is detection of microplastics in the environment but with the proposed interdisciplinary project we will move SOTA to the level, where the potential mechanisms for microplastics degradation will be investigated.
It is clear that the scope of cavitation becomes increasingly interesting because of its use as a tool in many processes, especially for the treatment of various types of water and thus when the understanding of the phenomenon itself, and its mechanisms for cleaning, mixing, homogenization, etc. advanced, many processes can be improved and new opportunities can develop for the use of cavitation in the industry.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
