Tình trạng thiếu nước sạch hiện nay không còn là vấn đề của một hay một vài quốc gia riêng lẻ mà đã trở thành hiện tượng phổ biến ở hầu khắp các châu lục. Một trong các giải pháp được hướng tới để cải thiện tình trạng này là áp dụng các công nghệ kỹ thuật để quản lý và tiết kiệm nguồn nước.
Công nghệ lọc nước nano
Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), mỗi năm có tới 1,6 triệu người chết vì bệnh tiêu chảy do thiếu nước sạch và thiếu điều kiện vệ sinh cơ bản. Các nhà nghiên cứu Ấn Độ đã đề xuất giải quyết vấn đề dai dẳng trên bằng một hệ thống làm sạch nước ứng dụng công nghệ nano. Công nghệ này sử dụng các phân tử nano hỗn hợp để loại bỏ vi sinh vật, vi khuẩn và các tạp chất khác ra khỏi nước.
Công nghệ lọc nước nano. (Ảnh: Thalappil Pradeep/IIT Madras)
GS. Thalappil Pradeep thuộc Viện Công nghệ Madras (Ấn Độ) cho hay: “Công nghệ của chúng tôi có thể cứu sống nhiều người. Chỉ cần chi trả 2,5 USD, gia đình bạn sẽ được sử dụng nước sạch không chứa vi khuẩn suốt cả năm”.
Điều này cho thấy công nghệ lọc nước giá thành thấp cuối cùng đã trở thành hiện thực và hoàn toàn có thể áp dụng dưới hình thức thương mại.
Công nghệ màng hóa học
Màng lọc làm sạch nước là một phần thiết yếu trong quy trình xử lý nước hiện đại. Trên bề mặt màng có vô số lỗ siêu nhỏ rộng từ 10 – 20 nanômét, nhỏ hơn 3.000 lần so với tóc người.
Mặc dù công nghệ màng hóa học đã xuất hiện nhiều năm nhưng nó vẫn tiếp tục là đề tài nghiên cứu và phát triển. Công nghệ này đang ngày càng trở nên quan trọng nhờ tính toàn diện, độ bền và giá cả đang ngày càng được cải thiện.
Theo TS. Yannick Fovet, Giám đốc bộ phận phát triển toàn cầu về nước của Tập đoàn hóa chất BASF, thì “hóa học rõ ràng đang góp phần không nhỏ vào các giải pháp xử lý nước tiên tiến, ví dụ như giải pháp biến nước mặn thành nước ngọt phục vụ nhu cầu sinh hoạt của con người”.
Nhờ những đột phá mới mà trong vòng 5 năm qua, chi phí khử muối cho 1m3 nước mặn đã giảm từ 1 USD xuống 0,8 USD, rồi tiếp tục xuống còn 0,5 USD. Bên cạnh đó, công nghệ màng gốm mới cũng giúp giảm thiểu đáng kể chi phí sản xuất cũng như giá thành sử dụng.
Công nghệ khử muối trong nước biển
Tuy hé lộ nhiều triển vọng trong tương lai, công nghệ khử muối nước biển vẫn vô cùng tốn kém, thêm nữa lại tiêu tốn nhiều năng lượng – lên tới 4kWh/1m3 nước – do sử dụng phương pháp thẩm thấu ngược.
Công nghệ khử muối trong nước biển. (Ảnh: Peter Macdiarmid/Getty Images)
Tại Singapo, các nhà khoa học đang nghiên cứu phương pháp phỏng sinh học, nghĩa là mô phỏng quá trình sinh học của giống cây đước và nhóm cá rộng muối vốn sống được ở cả môi trường nước ngọt và nước mặn, để xem chúng làm cách nào lọc nước biển mà ít tốn năng lượng nhất.
Một hướng tiếp cận khác là sử dụng màng mô phỏng sinh học được tăng cường aquaporin – kênh protein đặc biệt gắn trong các tế bào màng đóng vai trò đưa nước chuyển động qua lại tế bào một cách chọn lọc và ngăn không cho muối đi qua.
Nếu khoa học có thể tìm ra cách mô phỏng hiệu quả những quá trình sinh học này, ông Harry Seah – Giám đốc công nghệ của PUB, cơ quan quản lý nước Singapo – tin rằng công nghệ khử muối trong nước biển tiêu tốn ngày càng ít chi phí và năng lượng sẽ sớm xuất hiện.
Công nghệ quản lý thông minh
Ước tính mỗi ngày chỉ riêng các quốc gia đang phát triển đã có đến 45 triệu mét khối nước bị thất thoát qua mạng lưới cấp nước. Rò rỉ nước không chỉ gây thiệt hại cho doanh nghiệp, mà còn làm tăng áp lực và tăng nguy cơ ô nhiễm lên nguồn nước vốn đang ngày một khan hiếm.
Nói về thực trạng này, Dale Hartley, Giám đốc phát triển kinh doanh của SebaKMT, cho biết: “Việc đầu tư hàng tỷ USD vào xây các bể chứa nước bổ sung, các nhà máy xử lý nước và các trạm bơm sẽ chẳng còn ý nghĩa gì với doanh nghiệp khi mà có tới 60% lượng nước sản xuất bị thất thoát”.
May mắn là công nghệ quản lý mới có thể giúp các doanh nghiệp cấp nước giảm tối đa sự thất thoát từ các mạng lưới cấp nước lớn. Đặc biệt, những công cụ điện tử như cảm biến áp suất, cảm biến âm thanh… được kết nối đồng bộ không dây với hệ thống kiểm soát tập trung điện toán đám mây cho phép các doanh nghiệp này phát hiện và xác định được vị trí rò rỉ nhanh hơn nhiều so với trước đây.
Mô hình sử dụng các cảm biến thông minh để quản lý hệ thống cấp nước của SebaKMT, (Ảnh: SebaKMT)
Công nghệ tưới tiêu thông minh
Khoảng 70% lượng nước ngọt trên thế giới được sử dụng trong nông nghiệp. Vì thế, áp dụng phương thức quản lý nước hiệu quả hơn thông qua lắp đặt hệ thống tưới tiêu chính xác, đồng thời tận dụng kỹ thuật điện toán và mô hình hóa là việc làm hết sức cần thiết và thực tế, hướng tiếp cận này đã bắt đầu mang lại lợi ích cho nông dân ở các nước phát triển.
Tuy nhiên, tiến bộ chỉ thực sự có được khi người ta biết kết hợp việc ứng dụng công nghệ đo đạc và phân tích mới với sự thay đổi tư duy đo đạc và dự báo trong thời buổi tài nguyên nước đang ngày một khan hiếm như hiện nay.
Công nghệ xử lý nước thải
Ngày nay, không ít đô thị trên thế giới, kể cả ở các nước phát triển, chưa có hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn, đa phần nước thải không được xử lý mà xả trực tiếp ra sông và cửa sông, hoặc được dùng làm nước tưới trong nông nghiệp.
Hệ thống xử lý nước thải HYBACS đang ngày càng chứng tỏ sự ưu việt. (Ảnh: Bluewater Bio)
Các công nghệ mới mặc dù mở ra triển vọng biến nước thải thành năng lượng và nước uống, song trước khi điều đó xảy ra thì ngoài việc tiếp tục nâng cấp và mở rộng các cơ sở hiện đang tồn tại, TS. David Lloyd Owen, cố vấn Bluewater Bio, cho rằng cần phải thu gọn hơn nữa các hệ thống xử lý nước thải để có thể xây các nhà máy mới ở khu vực thành thị vốn đông đúc, chật hẹp.
Các cơ sở tái chế lưu động
Khi công nghệ khai thác khí đá phiến bằng phương pháp phân rã thủy lực (hydraulic fracturing) phát triển, nhu cầu về các cơ sở xử lý nước có tính lưu động cao ngày một gia tăng. Theo đó, các dòng đầu tư đã được chuyển vào vào các hệ thống lọc thẩm thấu ngược có thể giúp các công ty xử lý một khối lượng nước để bơm xuống mặt đất và tách khí.
Ông Peter Adriaens, giáo sư trường Đại học Michigan (Mỹ), tin rằng khi những công nghệ này phát triển và có khả năng xử lý một lượng lớn nước thải, loài người sẽ dần từ bỏ các hệ thống xử lý nước thải tập trung cồng kềnh và chuyển sang dùng những hệ thống có thể biến nước thải thành nước sinh hoạt với giá thành rẻ hơn.