小兵立大功! 科學家發現低成本、有如Dyson吸塵器的「水蚤淨水法」

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英國伯明罕大學最新研究發現,水蚤是低成本、低碳的生物淨水器,可以有效過濾廢水中的藥物、農藥和工業化學品,讓全球越來越棘手的水資源危機看見一線生機。

全球水資源拉警報,英國伯明罕大學科學團隊發現神奇的淨水技術,關鍵就在於水蚤!這可不是科幻電影的劇情,而是革命性的科學研究成果。這些微小的生物變身高效能的生物淨水器,過濾掉廢水中的藥物、農藥和工業化學品,有望解決這個時代最棘手的水資源危機。

善用水資源的第一步 革新淨水技術

隨著都市化、人口成長和氣候變遷影響,水危機逐漸浮上檯面,而傳統的水處理技術也將越來越難以負荷用水需求。


隨著水危機問題浮上檯面,傳統的水處理技術將越來越難以負荷用水需求。照片來源:Michal Jarmoluk/Pixabay

雖然使用再生水是幫助水資源做最大限度利用的方式之一,但一篇刊登在環境科學期刊《全面科學環境》(Science of The Total Environment)的論文指出,除非有辦法消除再生水內的持久性有機汙染物(persistent chemical pollutants,POPs),否則再生水並不安全。不過,這麼做的成本很高昂,甚至可能產生有毒副產品,例如經過臭氧處理會產生溴酸鹽。

據科學新聞網站《Phy.org》報導,家庭和工業廢水中含有持久性有機汙染物,這不是一般廢水處理可以過濾掉的。當處理過的廢水排放至河流中,最終會流入水庫、灌溉系統和地下水,隨後進入食物鏈和水源,每年大約損害9200萬人的健康。


家庭和工業廢水中的部分汙染物難以透過傳統廢水處理設備完全過濾掉,排放至水道中可能造成影響。示意圖。照片來源:Frank J. Aleksandrowicz/EPA, Wikipedia(CC0)

英國科學家發現神奇的生物淨水法

科學家開始從自然界尋找解決方案,據《衛報》報導,伯明罕大學的研究團隊將目光落在水蚤(屬名:Daphnia)身上,這些小動物其實不是真的「跳蚤」,而是超過450種的微小甲殼類動物,這些生物能夠有效過濾水中的細小顆粒,攝取包括碎屑、藻類和細菌等物,讓水源變乾淨。

研究團隊挑選了四種水蚤進行實驗,用來過濾公共衛生人員最擔心的幾種汙染物,例如:雙氯芬酸(diclofenac,一種藥物)、草脫淨(atrazine,一種農藥)、重金屬砷和PFOS(全氟辛烷磺酸,一種工業化學品)。

據《Phy.org》報導,水蚤具有休眠幾個世紀的能力。為了找到可以處理不同汙染物的水蚤,研究團隊從河底的沉積物中取得休眠的水蚤胚胎,這些沉在湖底的胚胎有外殼包住,以等待更好的孵化條件來臨,研究團隊將胚胎復活,並選擇對化學汙染物耐受性不一的水蚤種類進行研究,測試他們的基因組成和生存技能。


英國伯明罕大學最新研究發現,水蚤可以有效過濾廢水中的藥物、農藥和工業化學品。照片來源:Hajime Watanabe/PLoS Genetics, Wikipedia(CC BY 2.5)

便宜的生物淨水器 適合資源有限的地區

據《衛報》報導,水蚤在實驗室中展現了強大的吸附能力,吸收了90%的雙氯芬酸、60%的砷、59%的草脫淨、50%的PFOS。伯明罕大學的環境教授,同時是論文作者之一的奧爾西尼(Luisa Orsini)說,去除50%的PFOS是非常出色的,因為傳統處理方式中沒有什麼方法能像這樣大量去除PFOS。

研究團隊逐步增加水量進行測試,先是在水族箱中,然後是在100公升的水中,如今已經在真正的廢水處理設施,淨化超過2000公升的水,下一步還會繼續升級,進一步淨化2100萬公升的水。

另一位研究作者,伯明罕大學機械工程教授迪恩(Karl Dearn)對《衛報》形容,這種生物淨水方法就像戴森(Dyson)吸塵器一樣,可以將廢水中的汙染物通通「吸除」。

印第安納大學環境毒理學家肖(Joseph R Shaw)表示,這種解決方案不僅便宜、也兼顧碳中和,適合開發中國家使用,因其往往缺乏先進的廢水處理廠和基礎設施。

然而,在利用生物解決環境問題時,仍需抱持謹慎態度。雖然水蚤有淨化廢水的莫大潛力,但真正推廣應用之前,還有待科學家要深入研究和評估,確認這種方法的長期潛在影響。

 

參考資料

  1. 衛報(The Guardian,2023年9月26日),Scientists use water fleas to filter pollutants out of wastewater
  2. Muhammad A., Iestyn S., Sophie B., et al.,(2023年)〈Harnessing water fleas for water reclamation: A nature-based tertiary wastewater treatment technology〉,DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.167224
  3. Phys.org(2023年9月25日),Water fleas may hold key to cleaner environment and better human health

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