Với tình trạng thiếu nước toàn cầu ảnh hưởng đến 2 tỷ người trên toàn thế giới, việc tìm kiếm các công nghệ mới, tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm chi phí để cải thiện chất lượng nước và cung cấp nước uống an toàn cho mọi người có nhu cầu trở nên quan trọng hơn bao giờ hết.
Nhưng với mối lo ngại ngày càng tăng về hóa chất và các chất gây ô nhiễm có hại khác, việc loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh qua nước là không đủ. Chúng ta cũng cần cân nhắc đến dấu chân môi trường khi nói đến thiết kế bộ lọc nước.
Hãy cùng tìm hiểu những công nghệ và cải tiến mới nhất trong lĩnh vực lọc nước, bao gồm những công nghệ lọc nước gia đình tốt nhất mà bạn có thể sử dụng tại nhà.
Nội dung bài viết
Những tiến bộ công nghệ mới nhất trong hệ thống lọc nước là gì?
Theo nhiều nghiên cứu con người đã lọc nước uống trong hàng thiên niên kỷ, mặc dù các phương pháp lọc và khử trùng hiện đại không xuất hiện cho đến đầu những năm 1900. Những tiến bộ mới nhất trong quá trình lọc nước thậm chí còn tiến xa hơn nữa, và thậm chí có khả năng biến nước thải và nước biển thành nước uống.
Dưới đây chỉ là ba trong số những cải tiến mới nhất trong công nghệ lọc nước:
Khử muối
Khử muối là quá trình loại bỏ muối khỏi nước biển để nước có thể uống được. Phương pháp này đặc biệt quan trọng ở những khu vực có nguồn cung cấp nước hạn chế, bao gồm Trung Đông và Tây Nam Hoa Kỳ. Ví dụ, San Diego lấy một số nước máy từ Nhà máy khử muối Carlsbad, bổ sung cho nguồn nước mặt của thành phố.
Lọc nano
Lọc nano liên quan đến việc sử dụng màng xốp để lọc các hạt nano nhỏ có thể đi qua các bộ lọc khác. Bằng cách sử dụng ống nano carbon và các công nghệ lọc tiên tiến khác, lọc nano hiệu quả hơn siêu lọc và thẩm thấu ngược trong việc loại bỏ kim loại nặng và mầm bệnh.
Xử lý nước thải
Các nhà máy xử lý nước thải được sử dụng để làm sạch nước bị ô nhiễm để nước có thể an toàn khi thải ra môi trường, sử dụng để tưới tiêu hoặc thậm chí để uống. Chương trình tái sử dụng nước của Singapore, NEWater, là một trong những chương trình tiên tiến nhất, nhưng các hệ thống xử lý nước tương tự đang ngày càng phổ biến trên toàn thế giới.
Ứng dụng công nghệ nano cải thiện hiệu quả lọc nước như thế nào?
Hệ thống lọc nước thường dựa trên một trong ba phương pháp sau:
-
- Lọc vật lý sử dụng một rào cản như màng bán thấm để lọc các chất cặn bã và các chất gây ô nhiễm không mong muốn khác.
- Lọc sinh học là phương pháp sử dụng vật chất sống dưới dạng màng sinh học hoặc than hoạt tính sinh học (BAC) để phân hủy các hợp chất hữu cơ.
- Lọc hóa học sử dụng hóa chất để làm sạch và khử trùng nước, nhưng điều này có thể tạo ra nồng độ cao các sản phẩm phụ khử trùng.
- Công nghệ nano là một hình thức lọc vật lý sử dụng màng có lỗ chân lông cực nhỏ để lọc các chất ô nhiễm và tạp chất đi qua các quy trình xử lý khác.
Một số loại công nghệ nano chồng chéo với các phương pháp lọc sinh học và hóa học. Ví dụ, chất xúc tác nano có thể được sử dụng để thúc đẩy quá trình oxy hóa nâng cao, trong khi nanocellulose là “vật liệu sinh học bền vững có nguồn gốc từ thiên nhiên” có thể được sử dụng để khiến các hạt nhỏ kết tụ lại với nhau, giảm nhu cầu về chất đông tụ hóa học.
Những tiến bộ trong công nghệ màng lọc đang cải thiện quy trình lọc nước như thế nào?
Những tiến bộ trong công nghệ màng lọc giúp cải thiện quá trình lọc nước bằng cách giúp loại bỏ dễ dàng hơn một số loại chất gây ô nhiễm nhất định. Bộ lọc than hoạt tính đã có hiệu quả trong việc giữ lại các chất gây ô nhiễm hóa học – bao gồm clo và các sản phẩm phụ khử trùng khác – do có diện tích bề mặt xốp cao có thể hấp thụ các chất gây ô nhiễm.
Những cải tiến như than hoạt tính dạng hạt (GAC) và than hoạt tính sinh học (BAC) tiến thêm một bước nữa, loại bỏ các chất ô nhiễm vi mô , “hấp thụ vào than hoạt tính và cũng có thể phân hủy sinh học, kéo dài tuổi thọ của bộ lọc”.
Những công nghệ mới này đã chứng minh được hiệu quả trong việc loại bỏ các hóa chất độc hại (PFAS) cũng như các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) có hại cho sức khỏe con người.
Cảm biến thông minh và thiết bị IoT đóng vai trò gì trong hệ thống lọc nước hiện đại?
Các phương pháp lọc tiên tiến không phải là công nghệ và cải tiến mới duy nhất trong lọc nước đang có tác động. Các cảm biến thông minh và thiết bị Internet vạn vật (IoT) cũng có thể đóng vai trò trong việc cải thiện chất lượng nước và hỗ trợ bảo tồn nước .
Cảm biến thông minh cải thiện hiệu suất lọc nước bằng cách theo dõi thông tin như lưu lượng và mức độ ô nhiễm của bộ lọc nước gia đình bạn, hiện tượng rò rỉ. Chúng có thể cảnh báo bạn khi đến lúc thay bộ lọc để đảm bảo chất lượng nước và kéo dài tuổi thọ của bộ lọc.
Các thiết bị Internet vạn vật (IoT) là những thiết bị được kết nối với Internet, cho phép bạn lên lịch hoạt động và thậm chí điều khiển chúng từ xa.
Cùng nhau, các công cụ này cho phép bạn thực hành quản lý nước thông minh, cho dù bạn đang nấu ăn bằng nước lọc hay tưới vườn bằng nước mưa. Bằng cách thu thập dữ liệu bằng cảm biến thông minh, bạn có thể tối ưu hóa việc sử dụng nước để giảm mức tiêu thụ.
Trí tuệ nhân tạo được sử dụng như thế nào để tối ưu hóa quá trình lọc nước?
Trí tuệ nhân tạo (AI) đưa việc quản lý nước thông minh lên một tầm cao mới bằng cách áp dụng những cải tiến tiên tiến hơn vào quá trình lọc nước. Các giải pháp AI bao gồm:
-
- Phân tích dự đoán, sử dụng thông tin thời gian thực để tính toán lịch trình thay thế bộ lọc tối ưu của bạn, dự đoán các vấn đề bảo trì sắp tới, v.v.
- Học máy, có thể được sử dụng để phân tích các mẫu nước và nhận dạng các chất ô nhiễm cụ thể mà các công nghệ kiểm tra nước truyền thống có thể bỏ sót
- Mô phỏng, chẳng hạn như động lực học chất lưu tính toán (CFD), có thể mô phỏng cách nước sẽ chảy qua bộ lọc hoặc nhà máy xử lý nước
Trí tuệ nhân tạo có thể giúp các công ty cung cấp nước thành phố giảm chi phí, theo dõi chất lượng nước uống và ứng phó với các mối lo ngại về ô nhiễm theo thời gian thực – đồng thời cung cấp thông tin chính xác và cá nhân hóa hơn cho người tiêu dùng.
Vật liệu phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường được kết hợp vào thiết kế bộ lọc nước như thế nào?
Uống nước lọc thường thân thiện với môi trường hơn uống nước đóng chai, nhưng vẫn có thể tạo ra một số chất thải, chẳng hạn như bộ lọc nước đã qua sử dụng và các thành phần nhựa chứa chúng. Tùy thuộc vào tần suất bạn thay bộ lọc, lượng chất thải này có thể tăng lên.
Tin tốt là nhiều bộ lọc nước được làm từ vật liệu thân thiện với môi trường hoặc phân hủy sinh học. Ví dụ, than dừa là nguồn tài nguyên tái tạo được sử dụng để làm bộ lọc than hoạt tính, có thể loại bỏ clo, VOC và thuốc trừ sâu.
Một điều khác cần cân nhắc là bộ lọc nước của bạn sử dụng bao nhiêu năng lượng. Bộ lọc thẩm thấu ngược cần điện để bơm nước, nhưng bạn có thể kiểm tra áp suất nước và lưu lượng nước để đảm bảo nó hoạt động ở mức tối ưu.
Các lựa chọn khác là bộ lọc nước theo trọng lực cho phép nước chảy tự nhiên qua cát hoặc carbon, và bộ lọc gốm được làm bằng gốm thay vì nhựa.
Những cải tiến nào đang được thực hiện trong lĩnh vực lọc nước di động?
Nhiều cải tiến trong lọc nước đang diễn ra tại các nhà máy xử lý nước, nhưng bộ lọc nước di động cũng có một số tiến bộ. Bộ lọc nước di động có nhiều loại, từ bình lọc nước đến hệ thống di động được thiết kế cho nhà xe hoặc sử dụng ngoài lưới điện.
Một số cải tiến quan trọng nhất trong công nghệ lọc nước di động liên quan đến cứu trợ thiên tai. Một thiết bị được phát triển tại UT Austin sử dụng ống tiêm để đưa nước bẩn vào màng hydrogel nanocellulose có thể loại bỏ tới 100% các hạt.
Ống hút lọc nước và bình đựng nước rất được người đi bộ đường dài và cắm trại ưa chuộng, mặc dù cần lưu ý rằng chúng có thể không được thiết kế để loại bỏ tất cả các chất gây ô nhiễm. Các bộ lọc nước di động tốt nhất có thể loại bỏ các tác nhân gây bệnh cũng như kim loại nặng và các chất gây ô nhiễm khác có thể có trong sông và suối.
Hệ thống lọc nước bằng năng lượng mặt trời cải thiện khả năng tiếp cận nguồn nước sạch ở vùng sâu vùng xa như thế nào?
Hệ thống lọc nước năng lượng mặt trời cũng có vai trò trong việc cung cấp nước uống ở những vùng xa xôi và ứng phó với các thảm họa thiên nhiên và nhân đạo. UNICEF hợp tác với các cộng đồng ở Malaysia để lắp đặt các hệ thống nước năng lượng mặt trời do cộng đồng cùng sở hữu và vận hành.
Các hệ thống này sử dụng tấm pin mặt trời để cung cấp điện năng cần thiết để bơm nước vào bể chứa, sau đó nước được phân phối đến các hộ gia đình thông qua mạng lưới phân phối địa phương.
Một cách tiếp cận khác sử dụng công nghệ bốc hơi năng lượng mặt trời, có thể tạo ra nước uống từ nước biển và các nguồn nước ngọt bị ô nhiễm. Một thiết bị như vậy “có thể loại bỏ hơn 95% chất gây ô nhiễm trong vòng 60 phút dưới một mặt trời để ứng dụng thực tế”.
Những đột phá gần đây trong công nghệ khử muối để cung cấp nước sạch là gì?
Những tiến bộ trong quá trình bốc hơi năng lượng mặt trời và các phương pháp khử muối khác có thể cách mạng hóa cách chúng ta nghĩ về nước muối. Theo MIT News, các kỹ sư đã “phát triển một thiết bị chạy bằng năng lượng mặt trời giúp tránh được các vấn đề tắc nghẽn muối của các thiết kế khác”.
Một nhóm riêng đang phát triển “ hydrogel DNA thông minh” có thể khử muối nước biển bằng cách sử dụng ít năng lượng hơn đáng kể so với công nghệ thẩm thấu ngược hiện có.
Những sáng kiến này sẽ góp phần giải quyết tình trạng thiếu nước trên Trái Đất.
Bạn có cần công nghệ lọc nước tiên tiến tại nhà không?
Một số tiến bộ quan trọng nhất trong lọc nước là mở rộng khả năng khử muối và làm sạch nước của các nhà máy xử lý nước. Những cải tiến này thậm chí có thể loại bỏ được những chất gây ô nhiễm đáng lo ngại nhất, chẳng hạn như hóa chất vĩnh cửu.
Tuy nhiên, không phải tất cả các hệ thống nước thành phố đều sử dụng công nghệ mới nhất và việc lắp đặt bộ lọc nước tổng tiên tiến cho gia đình như các bộ lọc tổng DROP Mỹ, lọc tổng Bodyguard Penguin Mỹ của chúng tôi có thể giảm mức độ ô nhiễm và cải thiện hương vị nước.
