Более 2 миллиардов человек во всем мире не имеют доступа к безопасной, незагрязненной питьевой воде. Около 418 миллионов из них проживают в странах Африки.

Проблема наиболее остра в сельских общинах , где основными источниками воды для людей являются реки, озера и вырытые вручную колодцы, которые часто загрязнены вредными патогенами. Это загрязнение вызвано ненадлежащими санитарными условиями, открытой практикой дефекации и сельскохозяйственными стоками, и оно имеет ужасные последствия.

Водные заболевания, такие как холера, тиф и диарея, ежегодно уносят сотни тысяч жизней африканцев. Дети особенно уязвимы для этих заболеваний из-за их развивающейся иммунной системы. И цикл водных заболеваний не только влияет на здоровье : он также увековечивает бедность, поскольку больные дети не могут посещать школу, а взрослые не могут работать, что препятствует экономическому прогрессу.

Существующие решения для очистки воды часто не оправдывают ожиданий. Традиционные методы, такие как кипячение или хлорирование, могут быть трудоемкими, требовать топлива или химикатов и могут изменить вкус воды , из-за чего люди реже принимают меры предосторожности.

Системы фильтрации, хотя и доказали свою эффективность , могут быть дорогими и требовать регулярного обслуживания . Это делает их недоступными для многих сельских общин .

Необходимость простого, доступного и устойчивого решения очевидна. А что, если часть этого решения прямо сейчас лежит в кухонном ящике в виде рулона алюминиевой фольги?

Я инженер-эколог. Вместе с коллегами я разработал фольгу, покрытую специальным материалом, который называется слоистый двойной гидроксид (СДГ). Этот материал действует как магнит, притягивая и удерживая микробы.

В ходе лабораторных испытаний мы обнаружили, что фольга LDH чрезвычайно эффективна, удаляя более 99% бактерий E. coli, распространенного индикатора загрязнения воды, из образцов воды в течение нескольких часов. Мы обнаружили, что ее эффективность также выходит за рамки E. coli, воздействуя на широкий спектр патогенов, передающихся через воду, включая бактерии, вирусы и паразитов. Это означает, что фольга LDH обеспечивает комплексную защиту от различных заболеваний.

Наше изобретение не предназначено для использования в качестве отдельного решения, и, конечно, потребуются дальнейшие испытания, особенно в полевых условиях. Однако мы считаем, что оно может стать ценным дополнением к существующим методам очистки воды. Его можно использовать вместе с традиционными методами, такими как кипячение или фильтрация, обеспечивая дополнительный уровень защиты и комплексную безопасность воды.

Как это работает

Это не совсем новая идея; уже было известно, что слоистый двойной гидроксид может улавливать загрязняющие вещества. Наша инновация заключалась в том, чтобы превратить его в простую, удобную в использовании фольгу.

Волшебство фольги LDH заключается в ее способности адсорбировать или захватывать вредные патогены из воды. Представьте себе губку, впитывающую воду — это абсорбция, когда одно вещество переходит в другое. Адсорбция, с другой стороны, похожа на прилипание магнитов к холодильнику; вещества прилипают к поверхности другого материала.

Наука, стоящая за этим процессом, завораживает. Поверхность LDH заряжена положительно, в то время как большинство микробов имеют отрицательный заряд на своей поверхности. Это создает электростатическое притяжение, притягивающее микробы к фольге LDH, как железные опилки к магниту. Другие химические и физические силы способствуют тому, что патогены прикрепляются к поверхности LDH, обеспечивая их эффективное удаление из воды.

Мы протестировали фольгу LDH в лаборатории, добавив бактерии в чистую воду, а затем окунув фольгу в нее, чтобы посмотреть, сколько бактерий она может удалить. Оказалось, что фольга действительно хорошо справилась со своей задачей — она удалила более 99% бактерий в течение 3–24 часов в зависимости от конкретного типа используемой фольги LDH, поскольку разные составы демонстрировали немного различающиеся скорости адсорбции.

Преимущества, адаптированные для Африки

Мы считаем, что фольга LDH идеально подходит для использования в африканских странах по нескольким причинам.

Во-первых, это простота и доступность. Процесс производства удивительно прост и недорог. Мы подсчитали, что стоимость производства фольги LDH для использования в течение одного года составляет приблизительно 6,93 долл. США на человека. Это делает ее пригодной для местного производства даже в отдаленных районах с ограниченными ресурсами. Это не только обеспечивает доступность, но и дает возможность сообществам взять на себя ответственность за безопасность своей воды, способствуя самодостаточности и снижая зависимость от внешней помощи.

Во-вторых, он прост в использовании. Это ключевое преимущество в ситуациях, когда технические знания и сложные инструкции могут стать барьерами для внедрения. Его простая конструкция и эксплуатация делают его доступным для всех, независимо от уровня образования или происхождения.

Она также может использоваться повторно, что важно в условиях ограниченных ресурсов. После использования фольгу можно регенерировать несколько раз, повторно погружая ее в простые щелочные растворы, такие как раствор карбоната натрия, обычно известный как стиральный порошок или кальцинированная сода, которая является легкодоступной и недорогой щелочной солью. Это способствует устойчивости и снижает воздействие на окружающую среду, связанное с одноразовыми растворами для очистки воды .

Мы также учли культурную чувствительность и адаптивность. Дизайн и реализация фольги LDH могут быть адаптированы к культурному контексту и конкретным потребностям различных африканских общин.

Одним из практических примеров этого является использование морской воды в качестве щелочного раствора при его производстве, особенно для прибрежных сообществ с легким доступом к этому ресурсу. Это в первую очередь вопрос географии и доступных ресурсов, но это также связано с культурной приспособляемостью. Прибрежные сообщества часто имеют тесную связь с морем и его ресурсами. Аналогично, использование удобрений в качестве источника магния (магний является ключевым компонентом производства фольги LDH) найдет отклик у сельскохозяйственных сообществ, где эти материалы являются обычными и знакомыми.

Дорога вперед: совместное путешествие

Хотя фольга LDH имеет огромные перспективы, ее широкое внедрение потребует совместных усилий.

Необходимы дальнейшие исследования и разработки для оптимизации его производительности, устранения любых потенциальных ограничений и обеспечения его долгосрочной эффективности в различных африканских условиях. Мы опубликовали наше исследование в формате открытого доступа, используя лицензию Creative Commons ( CC BY 4.0 ), чтобы гарантировать, что все наши данные общедоступны и что другие смогут протестировать фольгу LDH в определенных условиях, повторить наши результаты и развить наши существующие исследования.

Полевые испытания в различных сообществах будут иметь решающее значение для сбора отзывов пользователей, оценки его практичности и выявления любых культурных или логистических соображений. Более того, партнерство с местными организациями, правительствами и НПО будет иметь важное значение для производства, распространения и обучения по его правильному использованию. Путь к чистой воде для всех — это общая ответственность. Мы считаем, что фольга LDH представляет собой мощный инструмент в этом начинании.