Hầu hết chúng ta đều quen bật vòi và nước chảy ra. Chúng ta hiếm khi đặt câu hỏi liệu điều này sẽ xảy ra hay liệu nước có đủ sạch để tắm hoặc uống. Mặc dù hầu hết chúng ta không thể thấy được quá trình duy trì chất lượng nước nhưng việc loại bỏ vi khuẩn và chất gây ô nhiễm khỏi nước đòi hỏi rất nhiều nỗ lực của cả con người và các hệ thống xử lý.
Mohammad Alizadeh Fard, nghiên cứu sinh thuộc Khoa Công nghệ môi trường và Kỹ thuật môi trường của Michigan Tech, và Brian Barkdoll, giáo sư về kỹ thuật dân dụng và môi trường, đang phát triển các giải pháp công nghệ thấp và giá cả phải chăng để cải thiện chất lượng nước trong các bể chứa nước ở thành phố và loại bỏ các chất vi lượng khỏi nước sử dụng các vật liệu tái tạo.
Nghiên cứu của họ đã được xuất bản trong ba tạp chí – Tạp chí Kỹ thuật Thủy lực, Tạp chí Chất lỏng phân tử, và Chất keo và bề mặt- với một bài báo thứ tư đang chờ xem xét. Công việc của họ chứng minh rằng các giải pháp phức tạp vấn đề có thể được giải quyết trong sự đơn giản của họ.
Giải pháp đơn giản, công nghệ thấp
Tại các cộng đồng trên toàn quốc, có các bể chứa nước lớn để sử dụng cho mục đích sử dụng nước ở thành thị. Nhiều bể như vậy có một đường dây để cung cấp cho bể nước, và một đường ra ngoài. Tuy nhiên, các đường dây trong và ngoài thường xuyên ở đáy bể. Mặc dù bồn chứa được đổ đầy hàng ngày, nước ở đầu bể không bao giờ được sử dụng và trở nên ứ đọng. Mặc dù nhiều nguồn cấp nước của thành phố được xử lý bằng clo, lớp nước trên có thể trở thành nơi sinh sản cho vi khuẩn, tảo hoặc bệnh do nước như giardia và E. coli.
“Nếu nước không di chuyển, (vi khuẩn và tảo) có thể bắt đầu phát triển”, Barkdoll nói. “Nước có thể không phải là nguồn gốc từ nguồn nước, nó có thể là từ không khí, hoặc clo trong nước triền miên có thể được sử dụng sau một thời gian. Bạn muốn nước được giữ lại, đặc biệt là ở những vùng nóng của đất nước.”
Nhưng nếu có một đám cháy lớn trong cộng đồng hay vùng nông thôn xung quanh, thì bể nước sẽ bị hút xuống đáng kể và mọi người uống nước đọng.
Barkdoll nói: “Vì vậy, khi bạn có một đám cháy, tất cả nước đọng trong nhà của mọi người đều đi ra. “Sau khi hoả hoạn, mọi người bị bệnh, đó là một điều được biết đến. Đó là vấn đề chúng tôi đang cố gắng khắc phục.”
Để khắc phục sự cố, Alizadeh Fard và Barkdoll đã tạo ra các đầu đính kèm vòi hoa sen có thể được thêm vào các bồn chứa nước mới hoặc hiện có với chi phí tối thiểu. Thêm một vòi phun nước PVC ở đầu bể, và vòi phun ngược ở đáy bể, bơm nước vào hệ thống và giữ cho nước tuần hoàn. Alizadeh Fard và Barkdoll xuất bản bài báo về hệ thống đơn giản nhưng hiệu quả này trong Tạp chí Thủy lực Kỹ thuật vào ngày 15 tháng 3. Họ hy vọng nó sẽ là một giải pháp công nghệ thấp dễ dàng cho các nhà quản lý chất lượng nước để áp dụng.
Mối đe dọa không nhìn thấy: Các chất vi lượng
Nhưng chất gây ô nhiễm hữu cơ không phải là nguồn duy nhất của nước bị ô nhiễm. Rất ít hệ thống đô thị được trang bị để xử lý các chất vi lượng – chẳng hạn như dược phẩm, hormon, chất dẻo, hạt nano trong vớ và lông cừu tổng hợp, và các hợp chất chống nấm – thậm chí các loại chất thải công nghiệp có nồng độ rất thấp. Mặc dù một lượng nhỏ – chỉ là microgram – của các chất gây ô nhiễm trong nước, chúng vẫn có những tác động gây ung thư trên người và sinh vật dưới nước. Việc trang bị lại các nhà máy xử lý để lọc các chất vi lượng rất đắt, dẫn đến Barkdoll và Alizadeh Fard khám phá các giải pháp tiềm năng.
“Những chất gây ô nhiễm này có tác động lâu dài đến sức khoẻ”, Alizadeh Fard nói. “Hầu hết các nhà máy xử lý của chúng tôi không được thiết kế để loại bỏ chúng khỏi nguồn nước, vì vậy điều quan trọng là phải tìm ra giải pháp đáng tin cậy để giải quyết vấn đề.”
Các nhà nghiên cứu đã nhắm vào ý tưởng hấp thụ các chất gây ô nhiễm từ nước. Sự hấp phụ xảy ra khi các phân tử dính vào bề mặt. Phương pháp thứ nhất mà Alizadeh Fard và Barkdoll đã thử nghiệm là sử dụng các hạt nano từ tính được phủ polyme để hấp phụ Tonalide (được sử dụng để khử mùi hôi và thường được tìm thấy trong chất tẩy rửa), Bisphenol-A (được biết đến như BPA, dùng làm chất dẻo), Triclosan (một chất chống vi khuẩn và chống nấm được sử dụng trong sản phẩm làm sạch hiện đang bị cấm), Metolachlor (thuốc diệt cỏ), Ketoprofen (thuốc chống viêm) và Estriol (một chất bổ sung estrogen)
Các hạt nano từ tính được phủ polyme có hiệu quả nhất ở việc hấp thụ Ketoprofen và BPA, loại bỏ các chất ô nhiễm trong 15 phút với hiệu quả 98 và 95%, chỉ với 0,1 mg chất hấp phụ. Nhưng điều gì xảy ra khi các hạt nano đã được sử dụng? Bởi vì chất hấp phụ là từ tính, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng nam châm để loại bỏ các hạt nano khỏi nước.
Barkdoll và Alizadeh Fard nói rằng một trong những thành phần chính trong công việc của họ là các chất hấp thụ có thể tái sử dụng được sau khi rửa bằng dung dịch methanol phục hồi. Trong phòng thí nghiệm, các hạt nanô phủ polyme đã được phục hồi và sử dụng lại 5 lần trước khi thấy hiệu quả của nó giảm đi. Các nhà nghiên cứu cũng đã sử dụng các ống nano carbon từ tính và than hoạt tính làm chất hấp thụ. Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, các hạt nanô phủ polyme đã được chứng minh là hiệu quả nhất.
Các bước tiếp theo: Nghiên cứu thực nghiệm
Các nhà nghiên cứu cho biết giai đoạn tiếp theo là mở rộng quy mô sử dụng cho các nhà máy xử lý nước. Loại bỏ các vi chất tổng hợp từ công nghệ sử dụng nước bền vững và giá cả phải chăng mang lại tiềm năng bảo vệ sức khoẻ con người và thủy sản mà không cần tốn thêm trang thiết bị xử lý.
Alizadeh Fard nói: “Các kỹ sư dân sự và môi trường sẽ phải xử lý bất cứ đối tượng nào. “Chúng ta sẽ phải loại bỏ các hạt nano, và những thứ khác như opioid. Đây cũng là một chủ đề chúng ta phải thảo luận về chính trị và xã hội.”
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180320123443.htm
