GIÚP BẢO VỆ SỰ TRONG LÀNH CỦA CÁC DÒNG SÔNG (TINA ARROWOOD – NHÀ KHOA HỌC, KỸ SƯ)
Lớn lên ở phía bắc Wisconsin, tôi có duyên với sông Mississippi. Khi còn nhỏ, tôi sẽ cạnh tranh với chị gái mình để trở thành người đầu tiên đánh vần "M-i-s- s-i-s-s-i-p-p-i (Mississippi)." Ở trường tiểu học, tôi đã biết về những nhà thám hiểm ban đầu và cuộc phiêu lưu của họ, Marquette và Joliet, và cách họ khám phá vùng Trung Tây Hoa Kỳ qua Great Lakes, sông Mississippi và các nhánh của nó, và sẽ thông thương đến Vịnh Mexico. Tuyến đường được vẽ như Bản đồ. Là một sinh viên tốt nghiệp, tôi may mắn được biết sông Mississippi nằm ngay bên ngoài cửa sổ phòng nghiên cứu của tôi tại Đại học Minnesota. Trong 5 năm đó, tôi đã có cơ hội tìm hiểu về sông Mississippi, và tôi phát hiện ra những đặc tính không thể so sánh được của nó là đến một lúc nào đó nó có thể nhấn chìm bờ của nó, và ngay sau đó, những bờ khô lại hiện ra rõ ràng.
Ngày nay, với tư cách là một nhà hóa học hữu cơ vật lý, tôi đang làm việc để sử dụng những gì tôi đã học được để bảo vệ các con sông như Mississippi khỏi độ mặn do con người gây ra. Vì muối có thể gây ô nhiễm sông nước ngọt. Độ mặn của các sông nước ngọt chỉ 0,05%, và nước có độ mặn trong khoảng này là an toàn để uống. Nhưng hầu hết nước trên Trái đất đến từ đại dương của chúng ta, có độ mặn hơn 3%, và nếu bạn uống nước biển, bạn sẽ bị ốm rất nhanh. Vì vậy, nếu bạn muốn so sánh tất cả nước đại dương trên hành tinh với lượng nước sông, giả sử chúng ta đặt nước đại dương vào một bể bơi cỡ Olympic, và lượng nước sông trên hành tinh tương đương với một gallon. Vì vậy không khó để hình dung đây là một nguồn tài nguyên vô cùng quý giá.
Nhưng chúng ta có đang coi nó như một nguồn tài nguyên quý giá không? Hay chúng ta coi nó như một tấm thảm cũ ở cổng, dùng tốt nhất để đánh giày? Đối xử với những dòng sông như những tấm thảm cũ có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng, hãy cùng xem. Hãy xem một thìa cà phê muối có tác dụng gì, nếu chúng ta cho một thìa cà phê muối vào một bể bơi cỡ Olympic chứa đầy nước biển, nước biển vẫn là nước biển, nhưng thêm một thìa cà phê muối tương tự vào một gallon nước sạch trong sông, toàn bộ bể nước quá mặn để uống cùng một lúc. Vấn đề là các con sông có quá ít nước so với đại dương, chúng dễ bị tổn thương bởi hoạt động của con người, và chúng ta cần phải cẩn thận trong việc bảo vệ chúng.
Gần đây, tôi đã tìm hiểu các tài liệu về các vấn đề sức khỏe sông ngòi trên khắp thế giới và tôi hoàn toàn mong đợi sẽ thấy những con sông "ốm yếu" ở những khu vực khan hiếm nguồn nước và phát triển công nghiệp hóa nặng nề. Tôi đã thấy nó ở miền bắc Trung Quốc và Ấn Độ. Nhưng điều làm tôi ngạc nhiên là trong một bài báo gần đây vào năm 2018, người ta đã đề cập đến việc có 232 địa điểm lấy mẫu sông ở Hoa Kỳ, lấy mẫu sông trên khắp Hoa Kỳ và những địa điểm này cho thấy rằng 37% địa điểm được tìm thấy có độ mặn quá mức. Đáng ngạc nhiên hơn nữa, các địa điểm có độ mặn tăng cao nhất là ở miền đông Hoa Kỳ, không phải miền Tây Nam khô cằn. Các tác giả của bài báo này suy đoán rằng nguyên nhân có thể là do địa phương sử dụng muối để giải quyết các vấn đề đóng băng trên đường, và một nguồn khác có thể là nước thải công nghiệp nhiễm mặn.
Như bạn thấy, hoạt động của con người có thể biến những con sông sạch thành nước giống nước biển hơn. Vì vậy chúng ta phải hành động càng sớm càng tốt. Tôi có một đề xuất.
Chúng ta có thể lập kế hoạch ba bước để ngăn chặn ô nhiễm sông, và nếu những người xả nước công nghiệp có thể thực hiện bước ngăn chặn này, chúng ta có thể làm cho các dòng sông trở nên an toàn hơn. Điều này bao gồm, đầu tiên, giới thiệu các phương pháp thu hồi và tái sử dụng nước, do đó làm giảm việc khai thác nước sông. Thứ hai, chúng ta phải chiết xuất muối từ nước công
nghiệp và tái sử dụng nó ở nơi khác. Thứ ba, chúng ta cần chuyển đổi người tiêu dùng muối mỏ hiện nay sang người tiêu dùng muối tái chế. Phương pháp tiếp cận ba bước này đã được thực hiện, và miền bắc Trung Quốc và Ấn Độ đang sử dụng cơ chế này để cải tạo các con sông. Nhưng những gì tôi đang làm là sử dụng cơ chế phòng ngừa này để bảo vệ các dòng sông của chúng ta để chúng không cần phải được khắc phục sau thực tế. Tin tốt là chúng ta có thể làm được điều đó bằng công nghệ màng mỏng.
Lớp màng này giữ cho muối và hơi ẩm thoát ra ngoài. Màng đã tồn tại trong nhiều năm, sử dụng vật liệu cao phân tử để phân tách các chất theo thể tích và cả điện tích. Màng dùng để tách muối ra khỏi nước, thường là bằng điện tích. Những tấm phim này vốn mang điện tích âm và có thể giúp đẩy lùi các ion clorua tích điện âm trong muối hòa tan. Như tôi đã đề cập trước đó, các màng này đã tồn tại trong nhiều năm và hiện chúng đang lọc 25 triệu gallon nước mỗi phút. thậm chí nhiều hơn nữa. Nhưng họ có thể làm được nhiều hơn thế.
Các màng này dựa trên nguyên tắc thẩm thấu. Thẩm thấu là một quá trình tự nhiên xảy ra trong cơ thể chúng ta - đó là về cách các tế bào hoạt động. Thẩm thấu là có hai không gian khác nhau ngăn cách hai dung dịch muối có nồng độ khác nhau, một bên có độ mặn thấp và một bên có độ mặn cao. Hai không gian được ngăn cách bởi một màng bán thấm. Trong quá trình thấm tự nhiên, nước sẽ chảy tự nhiên qua màng, từ nơi có nồng độ mặn thấp sang nơi có nồng độ mặn cao, cho đến khi nồng độ hai bên đạt trạng thái cân bằng.
Thẩm thấu ngược đảo ngược quá trình này. Để thực hiện việc đảo ngược, chúng ta sẽ tạo áp lực lên đầu có nồng độ cao, và làm như vậy sẽ khiến nước chảy theo hướng ngược lại. Đầu có nồng độ cao sẽ có hàm lượng muối tăng lên, và nồng độ sẽ cao hơn, và đầu có nồng độ thấp sẽ trở thành nước tinh khiết. Sử dụng phương pháp thẩm thấu ngược, chúng ta có thể chuyển 95% nước công nghiệp thành nước sạch, chỉ để lại 5% hỗn hợp muối đậm đặc. Và hỗn hợp 5% muối cao này không hề lãng phí. Các nhà khoa học cũng đã phát triển các màng được thiết kế để cho phép một số muối đi qua và những loại khác thì không. Sử dụng các màng này hay còn gọi là màng lọc nano, dung dịch nồng độ cao 5% này có thể chuyển hóa thành dung dịch muối tinh khiết, vì vậy nhìn chung, với công nghệ thẩm thấu ngược và màng nano, chúng ta có thể chuyển hóa nước thải công nghiệp thành nước và muối, do đó bước đầu tiên và bước thứ hai của cơ chế bảo vệ sông có thể được thực hiện.
Tôi đã giới thiệu cơ chế này cho một số người sử dụng nước công nghiệp và câu trả lời thông thường là, "Được rồi, nhưng ai muốn muối của tôi?" Đó là lý do tại sao bước thứ ba rất quan trọng, chúng ta phải sử dụng muối mỏ để tiêu dùng, tức là người tiêu dùng sử dụng muối tái chế, vậy những người tiêu dùng này là ai? Vào năm 2018, tôi thấy rằng 43% người tiêu thụ muối ở Hoa Kỳ sử dụng muối này để giữ cho các con đường không bị đóng băng. 39% được sử dụng bởi ngành công nghiệp hóa chất.
Hãy xem xét cả hai ứng dụng. Tôi bị sốc khi thấy một triệu tấn muối đã được sử dụng trên các con đường ở Pennsylvania vào mùa đông năm 2018-2019. Một triệu tấn muối đủ để lấp đầy 2/3 tòa nhà Empire State. Điều đó có nghĩa là một triệu tấn muối được khai thác từ trái đất, được sử dụng trên các con đường của chúng ta, và sau đó trôi vào các con sông của chúng ta. Vì vậy, đề xuất của tôi là ít nhất chúng ta có thể loại bỏ những muối đó ra khỏi nước thải công nghiệp nhiễm mặn, giữ cho những muối đó ra khỏi các con sông của chúng ta và sử dụng chúng trên các con đường của chúng ta. Vì vậy, ít nhất là vào mùa xuân,
khi băng tan, khi có dòng chảy mặn cao, các dòng sông của chúng ta sẽ có hình dạng tốt hơn và đàn hồi hơn.
Là một nhà hóa học, tôi càng vui mừng hơn khi có cơ hội đưa khái niệm về muối mạch vòng vào ngành công nghiệp hóa học. Ngành công nghiệp clor-kiềm là một nguồn lý tưởng, là nguồn cung cấp nhựa epoxy, cũng như polyurethane và các dung môi khác nhau, cũng như nhiều sản phẩm hữu ích trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Ngành công nghiệp sử dụng muối natri clorua làm nguyên liệu chính. Vì vậy, suy nghĩ của tôi là - đầu tiên, hãy nói về nền kinh tế tuyến tính.
Trong một nền kinh tế tuyến tính, mọi người tìm kiếm muối từ mỏ, nó trải qua quá trình clor-kiềm này, nó được tạo thành các hóa chất cơ bản, và sau đó nó được chuyển đổi thành các sản phẩm mới khác hoặc các sản phẩm chức năng hơn, nhưng trong quá trình chuyển đổi, muối được thường được tái sinh dưới dạng các sản phẩm phụ, và các muối này cũng đi vào nước thải công nghiệp. Vì vậy, chúng tôi có thể giới thiệu một vòng lặp để thu hồi nước và muối từ nước thải công nghiệp và gửi nó đến đầu trước của quá trình clor-kiềm. Đây là muối tuần hoàn.
Vậy điều này sẽ có tác động lớn như thế nào? Để tôi lấy một ví dụ. 50%
propylene oxide trên thế giới được sản xuất bằng quá trình clor-kiềm, có nghĩa là thế giới sản xuất khoảng 5 triệu tấn propylene oxide mỗi năm. Vì vậy, năm triệu tấn muối được khai thác từ trái đất được chuyển đổi thành propylene oxide thông qua quá trình clor-kiềm, và trong quá trình này, năm triệu tấn muối sẽ kết thúc trong nước thải. Năm triệu tấn muối đủ để lấp đầy ba Tòa nhà Empire State, và đó chỉ là nguồn cung cấp cho một năm. Vì vậy, bạn có thể thấy lý do tại sao tuần hoàn muối có thể giúp các con sông của chúng ta chống lại việc thải muối dư thừa.
Bạn có thể tự hỏi, "Trời ơi, những tấm màng này ở đó nhiều năm rồi, tại sao mọi người không tái chế nước thải? Nguyên nhân cơ bản là tái chế nước thải đòi hỏi vốn đầu tư. Thứ hai, giá trị của nước ở những khu vực này bị đánh giá thấp , không được tái chế kịp thời. Nếu chúng ta không lập kế hoạch cho sự bền vững của nước ngọt, chúng ta sẽ phải đối mặt với hậu quả nghiêm trọng Chỉ cần hỏi nhà sản xuất hóa chất lớn nhất thế giới, năm ngoái, họ là do mực nước sông Rhine ở Đức thấp, bị thiệt hại 280 triệu đô la Mỹ, bạn cũng có thể hỏi người dân Cape Town, Nam Phi, họ đã phải đối mặt với một đợt hạn hán ngày càng
nghiêm trọng hơn qua từng năm, đến nỗi tất cả nước dự trữ bị cạn kiệt, và thậm chí hạn chế xả nước trong nhà vệ sinh. , để tiết kiệm nước.
Vì vậy, chúng ta có thể thấy rằng bây giờ chúng ta có một giải pháp, đó là màng lọc, và bằng cách này bạn có thể có nước tinh khiết, bạn có thể có muối tinh, một mũi tên trúng hai đích. Hãy bảo vệ những dòng sông của chúng ta cho các thế hệ mai sau.