Công nghệ giúp xử lý nước ô nhiễm tại Nam Phi

Giáo sư hóa học Philiswa Nomngongo (Đại học Johannesburg) chia sẻ với tạp chí The Conversation về loạt thiết bị được sản xuất bằng công nghệ nano và công dụng của chúng trong hoạt động xử lý nước.

Công nghệ nano

Đây là ngành khoa học kỹ thuật chuyên thiết kết vật liệu hoặc thiết bị mới sở hữu đặc tính vật lý và hóa học độc đáo do kích thước nhỏ bé của chúng. Tất cả đòi hỏi thao tác với phân tử hay nguyên tử ở cấp độ nano.

Tình trạng ô nhiễm nước tại Nam Phi

Như nhiều nước đang phát triển khác, ô nhiễm nước tại Nam Phi đem lại mối đe dọa đáng kể đến sức khỏe lẫn kinh tế. Một báo cáo năm 2023 công bố bởi Bộ Nước và Vệ sinh Nam Phi cho biết 46% nước của quốc gia này bị ô nhiễm bởi vi khuẩn hoặc mầm bệnh, gần 68% công trình xử lý nước thải sắp hư hỏng. Tình trạng ô nhiễm chủ yếu do xử lý nước thải không tốt, nước từ hoạt động nông nghiệp cùng công nghiệp hòa vào nguồn nước, chất thải không được xử lý đúng cách trôi ra sông, hoạt động công nghiệp thải kim loại nặng vào nước, kim loại nặng ngoài tự nhiên, nước sạch không đủ.

Các chất gây ô nhiễm mới nổi cũng khiến tình hình thêm trầm trọng. Chúng bao gồm dược phẩm cùng sản phẩm chăm sóc cá nhân như xà phòng hay dầu gội, thuốc trừ sâu, xyanotoxin do tảo lam tạo ra, hóa chất gây rối loạn nội tiết.

Nước ô nhiễm dẫn đến bệnh tật. Bệnh tật ảnh hưởng đến giáo dục và gây căng thẳng cho hệ thống y tế, thậm chí làm gia tăng bất bình đẳng giữa người có nước sạch với người không có.

Công nghệ nano có thể giúp gì?

Kiểm soát chất lượng nước vô cùng quan trọng. Để tìm ra giải pháp, trước hết ta cần biết vấn đề là gì. Đa số trường hợp ô nhiễm nước tại Nam Phi đều bắt nguồn từ kiểm soát không chặt chẽ. Vì vậy nhóm của giáo sư Nomngongo sử dụng công nghệ nano thực hiện công tác xác định vấn đề ở các nguồn nước khác nhau.

Vật liệu cực nhỏ có thể được biến đổi bằng thành phần sinh học (enzyme hoặc DNA) nhằm phát hiện và phân tích thứ gì gây ô nhiễm.

Ngoài ra màng tạo thành từ công nghệ nano sẽ lấy mẫu nước cũng như giữ lại tạp chất. Sau đó vật liệu quang xúc tác gặp ánh sáng thì kích hoạt phản ứng hóa học phân hủy chất ô nhiễm.

Loạt thách thức chính khi ứng dụng là chi phí thiết lập hệ thống công nghệ nano, xây dựng công nghệ đủ sức hoạt động ở quy mô lớn cũng như tích hợp vào mạng lưới xử lý nước hiện có. Một số vật liệu nano rất đắt tiền. Không những vậy hiện tại còn chưa biết vật liệu nano trong môi trường nước bền đến mức nào. Thời gian, hóa chất, thay đổi về mức độ axit lẫn nhiệt độ nước đều có thể khiến chúng kém hiệu quả hơn. Vật liệu nano nếu vỡ ra cũng là chất gây ô nhiễm.

Công nghệ nano đã được sử dụng thành công tại Trung Quốc và Ấn Độ. Mỹ, Đức, Thụy Sĩ, Pháp cũng cân nhắc dùng công nghệ cho hệ thống nước. Tại Nam Phi, nhóm của giáo sư Nomngongo đang tìm cách sản xuất vật liệu nano từ nguyên liệu thô giá rẻ dồi dào như chất thải nông nghiệp hay chất thải nhựa.