Phương pháp mới lọc chì và kim loại nặng khỏi nước uống

Phương pháp mới vừa được công bố trên tạp chí Environmental Science and Technology – Water.

"Rất khó loại bỏ kim loại nặng độc hại và tồn tại lâu dài trong nhiều nguồn nước khác nhau," ​​nghiên cứu sinh Mohammad Alkhadra, thành viên nhóm nghiên cứu, nói. “Ngày nay có những phương pháp khác nhau, vì vậy vấn đề là tìm ra phương pháp nào chi phí thấp hơn và đáng tin cậy hơn.”

Thách thức lớn nhất trong việc loại bỏ chì là nồng độ chì thường rất nhỏ, bị lấn át bởi các nguyên tố hoặc hợp chất khác. Ví dụ, natri thường có trong nước uống với nồng độ vài chục phần triệu, trong khi chì chỉ cần vài phần tỷ cũng trở nên rất độc. Chì trong nước uống có thể gây tổn thương hệ thần kinh, gây ra các vấn đề về mạch máu, chức năng thận và chức năng của các tế bào máu. Hầu hết các quy trình hiện có, chẳng hạn như thẩm thấu ngược hoặc chưng cất, loại bỏ tất cả nguyên tố cùng một lúc, Alkhadra giải thích. Cách này không chỉ tốn nhiều năng lượng hơn mức cần thiết so với loại bỏ có chọn lọc một số nguyên tố, mà còn phản tác dụng vì một lượng nhỏ các nguyên tố như natri và magiê trong nước lại có lợi cho sức khỏe.

Nhóm MIT sử dụng một quy trình gọi là điện thẩm tách: sử dụng điện trường để tạo ra sóng xung kích bên trong một đường ống dẫn chứa nước bị ô nhiễm. Sóng xung kích được điều chỉnh đặc tính để nhắm mục tiêu đến các nguyên tử hoặc ion nhất định, ở đây là chì hoặc các kim loại nặng. Do đó, các nguyên tử hoặc ion mục tiêu sẽ bị kéo về một phía của dòng chảy, để lại dòng nước tương đối tinh khiết ở phía bên kia. Sau đó, dòng nước chứa các ion chì đậm đặc bị tách ra bởi một rào cản cơ học trong đường ống.

Về lý thuyết, “quy trình này có thể sẽ rẻ hơn nhiều, vì chỉ sử dụng năng lượng điện để lọc một chất mục tiêu nhất định, đó là chì. Quy trình này không lãng phí nhiều năng lượng để loại bỏ natri," giáo sư kỹ thuật hóa học Martin Bazan, một tác giả của nghiên cứu, cho biết. Thêm nữa, vì nồng độ chì rất thấp, "không cần nhiều năng lượng điện" để loại bỏ chúng.

Quy trình này vẫn có những hạn chế: mới chỉ được chứng minh ở quy mô phòng thí nghiệm nhỏ và ở tốc độ dòng chảy khá chậm. Nó còn cần được nghiên cứu thêm để có thể sử dụng ở quy mô công nghiệp, nhưng có thể đi vào ứng dụng thực tế trong vòng vài năm tới ở một số hệ thống nước gia đình, theo Bazant.

Ví dụ, một ngôi nhà có nguồn cung cấp nước bị nhiễm chì nặng có thể đặt một hệ thống này trong hầm để xử lý từ từ dòng nước từ nguồn, sau đó đưa nước không chứa chì vào bể chứa để dùng cho việc ăn uống. Lượng nước sử dụng cho các mục đích khác như xả nhà vệ sinh hoặc tưới cỏ thì không cần chạy qua hệ thống lọc chì. Đây có thể là biện pháp tạm thời cho những nơi như Flint hoặc Michigan, Mỹ, nơi nước thường bị ô nhiễm bởi các đường ống phân phối, và việc thay thế đường ống sẽ tốn kém và mất nhiều năm.

Quy trình này cũng có thể được điều chỉnh để sử dụng công nghiệp, chẳng hạn như làm sạch nước thải từ hoạt động khai thác hoặc khoan, như vậy nước đã lọc kim loại nặng được thải ra hoặc tái sử dụng một cách an toàn hơn. Thậm chí, quy trình này có thể thu hồi các kim loại gây ô nhiễm nước nhưng lại là kim loại có giá trị.

Trong các hệ thống lọc thông thường, chi phí chủ yếu dành để thay thế liên tục các vật liệu lọc, trong khi trong hệ thống này chỉ cần đầu tư một lần, và chi phí dành cho nguồn điện vận hành rất nhỏ. Tại thời điểm này, nhóm đã thử nghiệm hệ thống điện thẩm tách trong vài tuần, nhưng chưa ước tính được vòng đời thực tế của hệ thống.

“Vấn đề chính nằm ở khía cạnh kinh tế,” Bazant nói. Đây có thể là công việc của một công ty khởi nghiệp hơn là một phòng thí nghiệm nghiên cứu hàn lâm, Bazant nói thêm.