p Até o ano de 2025, estima-se que cerca de 2 bilhões de pessoas viverão em áreas de escassez de água. Essas projeções apontam para a necessidade de tecnologias avançadas de tratamento de água e esgoto para fornecer opções para uma demanda cada vez maior de água. p Uma das etapas da descontaminação da água é a filtração, para remover patógenos prejudiciais como bactérias, vírus e outras partículas indesejadas. Projetos de pesquisa em andamento na Texas A&M University estão se baseando em trabalhos anteriores para melhorar os métodos de filtração a fim de fornecer eficiência de custos, água potável limpa.

p Dr. Shankar Chellam, J. Walter "Deak" Porter '22 e James W. "Bud" Porter '51 Professor no Departamento de Engenharia Civil de Zachry, recebeu recentemente duas bolsas da National Science Foundation para resolver os desafios de filtração. 1, um projeto colaborativo com a Dra. Ruth Baltus da Clarkson University, busca entender os fatores que permitem que partículas mais complexas, como vírus, atravessem a membrana do filtro. O outro, um projeto colaborativo com o Dr. Nick Cogan da Florida State University, é determinar uma solução para limpar o entupimento associado a esses filtros.

p A prevenção da contaminação da água potável por vírus é de suma importância para a saúde pública. Embora tecnologias como micro e ultrafiltração possam remover diretamente parasitas difíceis de desinfetar, como Giardia e Cryptosporidium, junto com a maioria das bactérias e outros materiais, esses métodos não são eficazes na remoção de vírus e algumas bactérias. Modelos de filtração anteriores consideravam partículas de uma forma mais simples, como esferas e cápsulas. Com essas formas em mente, os filtros foram projetados para fornecer a taxa de rejeição final. Contudo, vírus e bactérias vêm em muitas formas e tamanhos. Alguns até têm uma "cabeça" e uma "cauda" que podem dar a eles uma vantagem de escorregar pelo filtro.

p "Pense no filtro como uma pista de obstáculos, "disse Chellam." A maioria dos contaminantes são rejeitados quando passam pelo filtro. Contudo, alguns são capazes de manobrar através do filtro devido a uma forma mais flexível ou capacidade de deformar ou quebrar. "

p À medida que o filtro é usado, ele fica endurecido com partículas. As atuais respostas de desobstrução para regenerar o filtro resultam em um alto custo em tempo, despesas de mão-de-obra ou materiais.

p A principal solução que a equipe está buscando é solidificar ou eliminar os vírus, aumentando seu tamanho para filtrá-los melhor, o que afeta simultaneamente a quantidade de entupimento do filtro. Em resposta ao problema de entupimento, a equipe planeja estudar um processo de retrolavagem para limpar o filtro entupido. A equipe irá inverter periodicamente a direção do fluxo de água para remover as partículas originalmente depositadas na superfície do filtro. Os resultados do trabalho da equipe serão úteis para as comunidades municipais e industriais de tratamento de água, onde essas soluções reduziriam os custos de capital e energia.

p A equipe também estudará a mecânica por trás dos vírus que passam pelos poros do filtro. Embora esta parte do trabalho possa não oferecer uma solução para o problema, ele irá contribuir para a compreensão fundamental da mobilidade e filtração do vírus. Este projeto específico se concentrará na melhor maneira de impedir partículas de diferentes formatos, como vírus de cauda, vírus filamentosos flexíveis e bactérias deformáveis, através das membranas.

p Um aspecto importante da pesquisa é que os experimentos serão projetados para imitar sistemas complexos que representam sistemas do mundo real. Por meio de esforços experimentais e teóricos integrados, a equipe se esforça para desenvolver uma compreensão melhorada dos fatores que permitem que as partículas sejam transportadas através dos filtros.

p Uma vez que os métodos pesquisados ​​provem ser eficazes e apontam para uma verdadeira compreensão de como os patógenos são filtrados, então as membranas de filtro podem ser implementadas de forma otimizada. Se e quando eles forem, eles funcionarão melhor do que os existentes, filtros de areia convencionais na melhoria da saúde pública e prevenção de contaminação em processos industriais e biotecnológicos. Isso eliminará a necessidade de adotar uma abordagem conservadora de usar um filtro de membrana mais apertado com poros muito pequenos, o que aumenta desnecessariamente o custo.

p Essas duas concessões também têm implicações para a purificação de água "distribuída", que descreve o tratamento no local em vez de um tratamento centralizado, por exemplo, em situações de emergência após furacões ou inundações. Embora a tecnologia de filtração por membrana ainda não esteja muito difundida devido aos custos relativamente altos e à falta de um sistema simplificado, método adotável, uma conclusão bem-sucedida na pesquisa permitirá que mais tecnologia avançada seja implementada para aplicações municipais e industriais.

p Os resultados gerados a partir deste projeto serão importantes para um design mais otimizado de sistemas de micro e ultrafiltração e para aplicações práticas relacionadas ao tratamento de água e esgoto e alimentos, operações biotecnológicas e farmacêuticas. Impactos educacionais mais amplos incluem o desenvolvimento de atividades de divulgação científica voltadas para a ciência, tecnologia, engenharia e matemática (STEM) no ensino fundamental.