[탄자니아] 사람들을 위한 안전한 물
요약: 수력 공학자들과 광전지 전문가들이 오염된 염분이 섞인 물로부터 고품질의 식수를 만들기 위한 태양 여과 시스템을 개발하고 탄자니아에서 성공적으로 그것을 시험했다. 그 시험 결과들은 현재 분석되고 있다. 그 여과기는 효과적으로 원하지 않는 물질들과 세균, 바이러스들을 분리한다.
수력 공학자인 Andrea Schäfer와 광전지 전문가인 Bryce Richards가 오염된 물로부터 높은 품질의 식수를 만들어내는 태양 여과 시스템을 개발하고 탄자니아에서 그것을 성공적으로 시험했다. 그 시험 결과들은 현재 KIT(Karlsruhe Institute of Technology)에서 분석되고 있다. 이 여과기는 효과적으로 원하지 않는 물질들과 세균, 바이러스들을 분리해낸다. 종종 탄자니아에서 매우 높은 불소 농도는 세계 보건 기구(World Health Organization (WHO))가 정한 기준 아래로 줄어들었다. 이 시스템은 가장 작은 입자들과 용해된 오염물들의 분리를 위해서 두 개의 막 기술을 통합한다. 그것은 튼튼하고 자체적으로 이동 가능해서, 가난한 시골 지방들에서 물 공급을 위해 잘 맞는다.
우기를 벗어나면, Manyara 지역에 있는 탄자니아의 북부에 위치한 Mdori 지역은 매우 뜨겁고 건조하다. 물이 흔하지 않고, 근처에 있는 호수는 매우 높은 염 농도를 가진다. 천연 샘물로부터 물을 추출하기 위해서 판 우물은 염 농도가 매우 높고 리터당 60마이크로그램의 불소—WHO가 정한 한계 농도의 40배—인 물을 제공한다. 이 물은 휴대 가능하지 않다. 이 샘에서, 지금 KIT에서 일하고 있는 Andrea Schäfer와 Bryce Richards는 그들의 여과 시스템인 ROSI(Reverse Osmosis Solar Installation)를 시험했다.
이 시스템은 태양이나 풍력 발전을 가지고 작동할 수 있다. 그것은 거대분자 물질들, 입자들, 세균들, 그리고 바이러스들을 남기는 구멍 크기가 약 50나노미터인 초여과 막을 물로부터 녹아있는 분자들을 제거하기 위해서 구멍 크기가 1나노미터 이하인 나노여과(nanofiltration) 및 역삼투압을 위한 막과 통합한다. Andrea Schäfer와 Bryce Richards는 탄자니아에 있는 넬슨만델라아프리카과학기술연구소(Nelson Mandela African Institution of Science and Technology)에서 그들의 현장 시험을 계획하기 시작하기 전에, 호주에서 ROSI를 생각해냈고 스코틀랜드에서 그것을 더욱 더 개발해냈다. 올해 2월과 3월에 그들은 이 시스템을 Mdori와 같은 지역들에서 시험했다. 현재, Schäfer와 Richards는 KIT에서 그 시험 결과들을 평가하고 있다. 다음 단계에서, 이 시스템들을 선택된 지역들에 설치하게 될 것이다.
이 시스템은 전지없이 태양발전에 의해서 직접적으로 작동하기 때문에, 여과기의 거동은 빛 조건에 따라서 변한다: 태양 방사가 완전할 때, 여과 시스템은 물의 불소 농도를 WHO 한계인 리터당 1.5 밀리그램 아래로 낮춰준다. 그러나, 낮과 밤 사이의 변화와 Mdori 지역의 강한 일시적인 구름 형성의 결과로, 에너지 공급이 크게 달라진다. 태양 방사가 충분하지 않으면, 그것은 방해를 받는다. 물의 질에 대한 그러한 변동의 영향은 연구자들의 시험이 포함한 측면들 중의 하나이다. “사용 가능한 동력이 적으면, 압력이 줄어든다. 결과적으로, 더 적은 양의 물이 그 막들을 통과한다. 불소 농도는 짧은 시간 동안 증가한다”고 Andrea Schäfer는 설명했다. 그녀는 KIT의 기능성 접면연구소(Institute of Functional Interfaces (IFG))의 막 기술부를 책임지고 있다. “그러나, 불소와 다른 오염물들의 농도는 여과기가 다시 더 많은 물을 통과시키기 시작하면서 균형을 맞춘다. 그래서, 그 물은 완전히 안전하다”고 그녀는 덧붙였다.
KIT의 에너지를 위한 나노광학(Nanophotonics for Energy) 교수인 Bryce Richards와 Andrea Schäfer는 이제 탄자니아의 시골 지역들에서 시스템 제조와 설치, 운영을 보조할 회사들을 찾고 있다. 한 시스템은 약 50명에게 높은 품질의 식수와 가정용 물을 공급할 수 있다. “현재, 우리 것처럼 신뢰성과 지속가능성을 가지고 불소와 같은 오염물들을 제거하는 시스템이 없다”고 Schäfer는 말했다. 높은 불소 농도는 어린이들에서 치아 변색과 심각한 골격 변형을 일으킬지도 모른다. 물에서 세균과 바이러스를 제거하는 것도 중요하다. 아프리카의 많은 지역들에서, 설사병과 같이 실제로 잘 치료될 수 있는 질병들이 영양실조와 의료 관리의 부족으로 인해서 종종 어린이들에게 특히 치명적이다. 안전한 식수의 공급은 아프리카에서 사람들의 미래를 위해 중요한 역할을 할 것이다.
[그림] Manyara의 지역에 있는 Mdori마을의 주민들이 갓 여과된 물을 맛보고 있다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 6월 27일]
[원문보기]
Safe water for the people in Tanzania
Hydraulic engineer Andrea Schäfer and photovoltaics expert Bryce Richards have developed a solar filtration system to produce high-quality drinking water from polluted brackish water and tested it successfully in Tanzania. The test results are currently being analyzed at the KIT.
The filter effectively separates undesired substances, bacteria, and viruses. Fluoride concentration that often is extremely high in Tanzania is reduced below the limit given by the World Health Organization (WHO). The system combines two membrane techniques for the separation of smallest particles and dissolved contaminants. As it is robust and autonomously mobile, it is suited well for water supply in poor and rural areas.
Outside of the rainy season, the area of Mdori which is located in the north of Tanzania in the region of Manyara is extremely hot and dry. Water is scarce, the lake located nearby has an extremely high salt concentration. A well drilled to extract water from a natural spring supplies water with a high salt concentration and 60 µg of fluoride per liter -- 40 times the concentration limit given by the WHO -. This water is not potable. At this spring, Professor Andrea Schäfer and Professor Bryce Richards, who are now working at the KIT, tested their water filtration system ROSI (Reverse Osmosis Solar Installation).
The system can be operated with solar and/or wind power. It combines ultrafiltration membranes of about 50 nm in pore size to retain macromolecular substances, particles, bacteria, and viruses with membranes for nanofiltration and reverse osmosis with pore sizes below 1 nm to remove dissolved molecules from the water. Andrea Schäfer and Bryce Richards conceived ROSI in Australia and developed it further in Scotland before they started to plan their field tests at the Nelson Mandela African Institution of Science and Technology in Tanzania. In February and March this year, they tested the system at places like Mdori. Presently, Schäfer and Richards are evaluating the test results at the KIT. In the next phase, the systems will be installed at the locations selected.
As the system is run directly by solar power without batteries, the behavior of the filter changes as a function of the light conditions: Under full solar irradiation, the filtration system reduces the fluoride concentration of the water below the WHO limit of 1.5 mg/l. As a result of the change between day and night and strong temporary cloud formation in the region of Mdori, however, energy supply varies considerably. It is interrupted, if solar irradiation is insufficient. Influence of such fluctuations on water quality was one of the aspects covered by the tests of the researchers. "If less power is available,
pressure decreases. As a result, less water passes the membranes. The fluoride concentration increases for a short term," Professor Andrea Schäfer explains. She heads the Membrane Technology Division of the Institute of Functional Interfaces (IFG) of KIT. "The concentration of fluoride and other pollutants, however, is balanced as soon as more water passes the filter again. Hence, the water is completely safe."
Andrea Schäfer and Bryce Richards, Professor of Nanophotonics for Energy at the KIT, are now looking for companies to support system manufacture and installation and operation in rural regions of Tanzania. One system can supply about 50 people with high-quality drinking water and water for household use. "At the moment, no other system removes pollutants, such as fluoride, as reliably and sustainably as ours," Schäfer says. High fluoride concentrations may cause tooth discolorations and severe skeletal deformities in children. It is also important to remove bacteria and viruses from the water. In many areas of Africa, diseases that actually can be treated well, such as diarrheal diseases, are often fatal especially for children due to malnutrition and lacking medical care. Supply with safe drinking water will play a key role for the future of the people in Africa.
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