Theo trang tin Công nghệ nước trực tuyến Anh (WT), nhờ khoa học phát triển, hiện nay đang ra đời nhiều công nghệ xử lý nước tiên tiến, tạo ra nước có độ tinh khiết cao.
Công nghệ nano
Công nghệ nano liên quan đến việc ứng dụng vật liệu ở quy mô nguyên tử hoặc phân tử, hiệu quả cao và tiết kiệm chi phí khi so sánh với các phương pháp lọc nước truyền thống. Công nghệ nano được áp dụng trong quá trình xử lý nước bằng nhiều cách khác nhau: sử dụng nano kim loại gốc hóa trị không (nZVI hoặc NZVI), chất xúc tác quang cấu trúc nano, màng nano và chất hấp phụ nano.
Công nghệ nano thường được ứng dụng trong quá trình xử lý nước theo một số phương thức như sau:
Nano kim loại gốc hóa trị không:
Như nano sắt, nano bạc, nano đồng được dùng để cải tiến bề mặt của một số vật liệu lọc nước (phủ bề mặt) nhằm tăng hiệu quả lọc nước do các nano kim loại gốc có kích cỡ nhỏ, mật độ bao phủ trên diện tích bề mặt của vật liệu lọc lớn, giúp tăng hiệu quả hấp phụ. Bên cạnh đó, các nano kim loại gốc có tính khử cao (do hóa trị không) hiệu suất phản ứng với các chất ô nhiễm cao, đặc biệt là các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước.
Màng nano
Chế tạo màng kích cỡ nano, hiệu quả lọc cao do kích cỡ lỗ lọc nhỏ, chỉ khoảng 0,001 micro mét. Nó có thể lọc được các phân tử muối hóa trị thấp và các chất khoáng; được ứng dụng trong lọc cặn các protein, gelatin, công nghệ chế biến nước hoa quả, phân ly chất rắn hòa tan trong dung dịch và sản xuất nước sạch phục vụ sinh hoạt. Công nghệ lọc màng nano hiện nay chỉ thua màng lọc thẩm thấu ngược RO.
Hấp phụ trực tiếp
Các hạt nano được sử dụng trực tiếp trong nước như vật liệu hấp phụ (than hoạt tính nano), sau đó được thu hồi thông qua bể lắng (kết hợp keo tụ tạo bông) hoặc lọc.
Tỷ lệ bề mặt trên thể tích lớn của các hạt nano giúp tăng cường khả năng hấp phụ các hạt hóa học và sinh học, đồng thời cho phép tách các chất gây ô nhiễm ở nồng độ cực thấp.
Công nghệ ống nano âm học
Ðây là công nghệ rất mới do Trung tâm Vũ trụ Johnson của NASA phát minh. Nó sử dụng âm học thay cho áp lực để dẫn nước qua các ống nano carbon đường kính nhỏ. Công nghệ này dựa trên một màn hình phân tử điều khiển bằng âm thanh được tích hợp với các ống nano carbon, cho phép các phân tử nước đi qua đồng thời ngăn chặn bất kỳ phân tử lớn hơn và chất gây ô nhiễm nào. Nó tiêu thụ ít năng lượng hơn so với các hệ thống lọc truyền thống và tách nước ra khỏi các chất gây ô nhiễm thay vì loại bỏ các chất gây ô nhiễm khỏi nước.
Công nghệ lọc nước xúc tác quang
Xử lý nước bằng xúc tác quang đã trở nên nổi bật trong những năm gần đây do hiệu quả của nó trong việc xử lý nước bị ô nhiễm. Công nghệ sử dụng chất xúc tác quang và tia cực tím (UV) để loại bỏ các chất độc hại ra khỏi nước. Hãng Panasonic đã phát triển một công nghệ liên kết chất xúc tác quang (titanium dioxide) với chất hấp phụ thương mại và chất xúc tác gọi là zeolit, đảm bảo tách và thu hồi hiệu quả các chất xúc tác quang từ nước để tái sử dụng.
Titanium dioxide có thể khoáng hóa một loạt các hợp chất hữu cơ thành các sản phẩm cuối an toàn. Chất xúc tác sử dụng bức xạ UV từ ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo để tách các chất.
Công nghệ Aquaporin Inside
Một công ty ở Ðan Mạch đã phát triển công nghệ độc quyền dựa trên thiết kế màng xử lý nước mô phỏng sinh học. Aquaporin cho phép lọc nước nhanh và có chọn lọc cao qua màng tế bào; cho phép tế bào điều hòa thể tích và áp suất thẩm thấu bên trong phù hợp với sự chênh lệch áp suất thủy tĩnh và áp suất thẩm thấu. Kiến trúc riêng biệt của kênh aquaporin cho phép các phân tử nước đi qua và chặn tất cả các hợp chất khác.
Các màng mô phỏng sinh học tự nhiên cũng là cơ sở để phát triển các hệ thống màng mô phỏng sinh học nhân tạo. Công nghệ hiện đang được ứng dụng trong các hệ thống lọc và lọc nước công nghiệp và gia đình. Màng Aquaporin Inside là màng duy nhất trên thị trường sử dụng aquaporin để lọc nước uống. Màng có sẵn cho cả ứng dụng thẩm thấu thuận (FO) lẫn thẩm thấu ngược (RO).
Công nghệ lọc biến thiên tự động (AVF)
Ðây là quy trình đơn giản trong đó dòng chảy đi lên của chất ô nhiễm được làm sạch bằng dòng chảy đi xuống của phương tiện lọc. AVF sử dụng các bộ lọc dạng tầng giảm dần để làm sạch liên tục. Cấu hình hai bước tích hợp hai bộ lọc có thể hoạt động ở chế độ nối tiếp hoặc song song. Quá trình này tạo ra nguồn nước chất lượng cao tương đương chất lượng của công nghệ vi lọc nhưng chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với màng áp suất thấp. Nó không có các bộ phận chuyển động, tiêu thụ ít năng lượng, vừa giúp tiết kiệm chi phí vận hành lẫn bảo trì và có tuổi thọ cao.
Công nghệ loại bỏ "hóa chất vĩnh cửu" độc hại khỏi nước trong vài giây
Tạp chí Angewandte Chemie của Ðức số ra mới đây đăng nghiên cứu của Ðại học Queensland (UoQ) Úc đã phát triển thành công kỹ thuật mới để loại bỏ "hóa chất vĩnh cửu" gây độc hại khỏi nước trong vòng vài giây. Ðó là việc bổ sung dung dịch vào nước bị ô nhiễm để phủ các chất ô nhiễm, khiến chúng bị từ tính hóa sau đó hút, cô lập loại bỏ.
Các chất per- và polyfluoroalkyl (PFAS) là một nhóm hóa chất từng được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới từ những năm 50 ở thế kỷ trước nhờ đặc tính chống thấm nước và dầu của chúng. Tuy nhiên, hóa chất PFAS gần đây có liên quan đến một số vấn đề sức khỏe đáng lo ngại, tăng nguy cơ mắc bệnh tiểu đường và ung thư gan. Tệ hơn, theo một nghiên cứu gần đây đã phát hiện thấy nó còn có cả trong nước mưa ở hầu hết mọi nơi trên trái đất. Những phân tử ổn định này rất khó bị phá vỡ, khiến chúng mang biệt danh là “hóa chất vĩnh cửu”.
Chất xúc tác mới tách nước biển và tạo ra hydro cực kỳ hiệu quả trong phòng thí nghiệm, chống lại sự ăn mòn và tránh tạo ra clo đã được ứng dụng cho nghiên cứu này. Nhóm đề tài cho hay, nó dễ sản xuất ở quy mô lớn và đủ rẻ ở quy mô thương mại để giúp hydro xanh cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch. Thực chất phát minh của UoQ là tạo ra một giải pháp gọi là chất hấp thụ polyme flo hóa từ tính, khi được thêm vào nước bị ô nhiễm sẽ phủ các phân tử PFAS. Ðiều này làm cho chúng có từ tính, do đó, quá trình sử dụng nam châm để hút các chất ô nhiễm và tách chúng ra khỏi nước theo một quy trình tương đối đơn giản.
Trong các thử nghiệm với các mẫu nước nhỏ chứa PFAS, nghiên cứu nhận thấy kỹ thuật này có thể loại bỏ hơn 95% hầu hết các phân tử PFAS, bao gồm hơn 99% GenX - một hóa chất đặc biệt độc hại trong vòng 30 giây.
Theo nhóm nghiên cứu, giải pháp từ tính có lợi thế hơn so với các kỹ thuật khử PFAS hiện có. Bản thân giải pháp có thể tái sử dụng tới hơn 10 lần, nó có thể hoạt động nhanh hơn nhiều so với các giải pháp khác mà không cần thêm bất kỳ năng lượng nào để kích hoạt phản ứng.
Theo TS Cheng Zhang, đồng tác giả nghiên cứu ở UoQ, phương pháp mới giúp loại bỏ nhiều hóa chất độc hại nhanh hơn, rẻ hơn, sạch hơn và đơn giản hơn. Vì quy trình không cần điện nên nó có thể được sử dụng ở mọi nơi, kể cả vùng sâu, vùng xa xôi hẻo lánh không có lưới điện nên mang tính kinh tế - xã hội cao.
