Các nhà khoa học Mỹ thử nghiệm cảm biến tảo thời gian thực, tiên tiến tại nhà máy xử lý nước

Các nhà khoa học Mỹ thử nghiệm cảm biến tảo thời gian thực, tiên tiến tại nhà máy xử lý nước

    Các nhà khoa học Mỹ thử nghiệm cảm biến tảo thời gian thực, tiên tiến tại nhà máy xử lý nước

    Tiến sĩ Thomas Bridgeman, giáo sư sinh thái học và giám đốc Trung tâm UToledo Lake Erie, bên phải, và Tiến sĩ Kuo-Pei Tsai, một cộng sự nghiên cứu sau tiến sĩ, đọc dữ liệu từ hệ thống giám sát tảo trực tuyến đang được thử nghiệm trong nước thô của thành phố trạm bơm để bảo vệ nguồn cung cấp nước uống công cộng trong mùa tảo gây hại. Nhà cung cấp hình ảnh: Daniel Miller, Đại học Toledo

    UToledo first in US to test advanced, real-time algae sensor at water treatment plant
    Khi mối nguy hiểm rình rập các vùng nước trên toàn cầu, nơi tảo độc nở rộ, một bồn chứa bằng nhựa nhỏ ở Toledo được bịt kín để bảo vệ khỏi nước bắn, nhện và phân chim có thể chứa một công nghệ thay đổi trò chơi trong cuộc chiến chống lại các vấn đề môi trường đang gia tăng.

    Các nhà khoa học về tảo tại Đại học Toledo đang thử nghiệm một cảm biến quang học thời gian thực tại Nhà máy xử lý nước Toledo như một phần của quá trình giám sát nguồn nước của nó để bảo vệ nguồn cung cấp nước uống công cộng trong mùa tảo có hại.

    Cứ sau 15 phút, thiết bị lấy một ngụm nước hồ Erie chảy vào nhà máy, đọc mẫu và đưa dữ liệu đo lên mạng để các nhà nghiên cứu và quản lý công trình cấp nước có thể truy cập từ xa.

    Giá trị lớn nhất của nó là khả năng cho biết liệu các sinh vật đơn bào nhỏ bé được gọi là vi khuẩn lam tạo ra các vụ nở hoa có hại cho tảo ở Hồ Erie có mong manh và bắt đầu vỡ ra hay không. Nếu các tế bào bị vỡ ra, chúng sẽ giải phóng độc tố. Độc tố hòa tan khó loại bỏ hơn đối với các nhà máy xử lý nước vì nó có thể đi qua các bộ lọc và phải được loại bỏ bằng các biện pháp hóa học trước khi đưa nước ra khỏi cây cho vòi của chúng ta.

    Kể từ tháng 7, các nhà khoa học của UToledo đã kiểm tra dây và ống dẫn của thiết bị để đảm bảo rằng nó hoạt động bình thường. Họ cũng đang thực hiện các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm tại Trung tâm UToledo Lake Erie cho thấy công nghệ đang hoạt động theo cách mà nó mong đợi.

    Tiến sĩ Thomas Bridgeman, giáo sư sinh thái học và giám đốc Trung tâm UToledo Lake Erie cho biết: “Công việc của chúng tôi vào mùa hè này với thiết bị PhycoSens là thử nghiệm đầu tiên của hệ thống giám sát tảo trực tuyến này tại một nhà máy nước uống ở Hoa Kỳ. "Nếu chúng tôi cho thấy thành công tại Nhà máy xử lý nước Toledo và trong toàn khu vực để phát hiện và thông báo ngay lập tức về việc giải phóng chất độc, thì nó có thể được nhân rộng ra toàn quốc. Cho đến nay, nó đang cho thấy nhiều hứa hẹn."

    Việc triển khai thử nghiệm hệ thống cảm biến giám sát tiên tiến là một phần của dự án UToledo trị giá 1,4 triệu đô la do Quân đoàn Kỹ sư của Quân đội Hoa Kỳ tài trợ, đã bắt đầu hơn một năm trước và tập trung vào việc phát hiện sớm và quản lý sự nở hoa của tảo có hại.

    Kể từ khi cuộc khủng hoảng nước ở Toledo năm 2014 khiến nửa triệu cư dân không có nước máy an toàn trong ba ngày, các nhà nghiên cứu đã làm rõ hơn rằng vấn đề không chỉ là kích thước và sự xuất hiện của tảo nở hoa mà còn là điều gì đang xảy ra trong các tế bào.

    Các thiết bị của Bridgeman do công ty bbe Moldaenke của Đức sản xuất sử dụng cảm biến quang học để đo theo thời gian thực số lượng và loại tảo nào đi vào nhà máy xử lý nước, bao gồm cả vi khuẩn lam. Quan trọng hơn, các cảm biến có thể đưa ra cảnh báo về việc các tế bào vi khuẩn lam đang vỡ ra và rò rỉ các chất bên trong của chúng, bao gồm bất kỳ chất độc nào mà chúng có thể chứa, vào nước.

    Bridgeman cho biết: “Việc giải phóng một lượng lớn chất độc có thể xảy ra trong vài giờ, và điều quan trọng là những người vận hành nhà máy nước phải có thông tin này để họ có thể điều chỉnh mức độ xử lý của mình một cách nhanh chóng, trước khi chất độc hòa tan có thể đi qua nhà máy”, Bridgeman nói. "Dữ liệu được tạo ra sau mỗi vài phút, điều này làm cho nó trở thành một công cụ cảnh báo sớm hữu ích cho tình hình tảo đang thay đổi nhanh chóng."

    Đáng chú ý đối với các nhà nghiên cứu là dữ liệu được thu thập vào cuối tháng 7 cho thấy đỉnh điểm của sự nở hoa và sự suy giảm của nó.

    Bridgeman cho biết: “Cho đến nay chúng tôi vẫn chưa phát hiện thấy bất kỳ sự vỡ tế bào nào tại nhà máy xử lý nước hoặc gần nơi lấy nước ra trong hồ bằng cách sử dụng cảm biến tự động, đó là một tin tốt”, Bridgeman nói. "Tuy nhiên, các nhân viên của UToledo trên tàu nghiên cứu của chúng tôi đang lấy mẫu nước trong hồ trên khắp lưu vực phía tây của Hồ Erie — không phải gần nơi lấy nước — đã phát hiện ra hiện tượng vỡ tế bào bằng cách sử dụng phiên bản thủ công của cùng một thiết bị trong mùa này."

    Bridgeman nói rằng các sự kiện vỡ tế bào dẫn đến giải phóng một lượng lớn chất độc hòa tan không xảy ra hàng năm ở Hồ Erie.

    UToledo first in US to test advanced, real-time algae sensor at water treatment plant

    Tiến sĩ Kuo-Pei Tsai, một cộng sự nghiên cứu sau tiến sĩ tại Trung tâm UToledo Lake Erie, làm việc tại trạm bơm nước thô của thành phố với bồn chứa bằng nhựa chứa công nghệ thay đổi cuộc chơi trong cuộc chiến chống tảo độc. Nhà cung cấp hình ảnh: Daniel Miller, Đại học Toledo


    Bridgeman cho biết: “Nó đã xảy ra vào năm 2019 và có thể là vào năm 2014 nhưng không ở mức độ lớn vào mùa hè này, ít nhất là không gần nơi lấy nước của nhà máy xử lý nước ra trong hồ,” Bridgeman nói.

    Phòng thí nghiệm của Nhà máy xử lý nước Toledo sử dụng tối đa dữ liệu.

    Jeff Martin, nhà hóa học trưởng tại Nhà máy xử lý nước Toledo cho biết: “Các cảm biến quang học thử nghiệm đang được thử nghiệm tại trạm bơm nước thô là một nguồn hữu ích cho cả sự thay đổi và mức độ nghiêm trọng của mức độ tảo đến từ hồ. 

    . "Chúng tôi đã không có quyền truy cập từ xa vào dữ liệu cho đến một phần của mùa hoa nở do các vấn đề về máy tính, nhưng kể từ đó nó đã trở thành một công cụ được hoan nghênh trong các quyết định điều trị."

    Bridgeman đã nghiên cứu sự nở hoa có hại của tảo trong hai thập kỷ. Phòng thí nghiệm của ông là một trong những địa điểm quan trọng để theo dõi và đưa ra cảnh báo sớm về hiện tượng tảo nở hoa có hại ở lưu vực phía tây của Hồ Erie.

    Ông cho biết trong khi các công cụ mới có thể phát hiện tình trạng sức khỏe hoặc sinh lý của vi khuẩn lam, chúng không cung cấp các chỉ số độc tố thực tế, khiến chúng trở thành một vũ khí bổ sung trong kho vũ khí của người quản lý công trình cấp nước để điều chỉnh hiệu quả và tiết kiệm việc điều trị nhằm duy trì an toàn nước uống.

    Bridgeman cho biết: “Việc đo lường chất độc vẫn cần một cuộc thử nghiệm riêng biệt, khá tốn thời gian. "Do đó, các phép đo quang học nhanh sẽ được phối hợp với các phép đo chất độc hóa học chậm hơn để cung cấp một bức tranh toàn cảnh về những gì đang xảy ra trong nước hồ đang xâm nhập vào nhà máy nước."

    Thiết bị này sẽ được đưa ra khỏi nhà máy xử lý nước để phân tích vào tháng 10 và sau đó nhóm của ông sẽ nghiên cứu kết quả và có khả năng đưa nó trở lại nhà máy vào mùa hè năm sau.

    Các bài kiểm tra giám sát thiết bị của Bridgeman là một phần của dự án lớn hơn, trên phạm vi rộng được tài trợ bởi Quân đoàn Kỹ sư Hoa Kỳ, cũng bao gồm các giảng viên trong Trường Cao đẳng Kỹ thuật UToledo.

    Tiến sĩ Youngwoo Seo, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường và kỹ thuật hóa học, dẫn đầu dự án kéo dài ba năm nhằm cải thiện chất lượng nước từ nguồn đến vòi.

    Một số công nghệ và kỹ thuật đang được UToledo thử nghiệm là mới đối với các nhà máy xử lý nước ở Tây bán cầu.

    Dự án có hai phần khác nhau làm việc cùng nhau:

    Cảm biến giám sát tiên tiến và phân tích di truyền phân tử để tăng cường khả năng phát hiện tảo có hại sớm và khả năng chẩn đoán tình trạng thời gian thực; và
    Các phương pháp xử lý sinh học lấy cảm hứng từ thiên nhiên kết hợp với chất diệt tảo để tấn công vi khuẩn lam và phân hủy độc tố mà nó tạo ra.
    Tiến sĩ Dae-Wook Kang, trợ lý giáo sư về kỹ thuật dân dụng và môi trường, dẫn đầu phương pháp tiếp cận phân tử để phát triển một phương pháp phát hiện mạnh mẽ và phân tích của ông sẽ giúp hiểu rõ hơn điều gì kích hoạt sản sinh gen độc tố của vi khuẩn lam.

    Seo tập trung vào giảm thiểu và phương pháp xử lý để loại bỏ độc tố. Phòng thí nghiệm của ông đang nghiên cứu sự suy thoái sinh học của vi khuẩn lam và độc tố của chúng bằng cách sử dụng vi khuẩn và vi rút tự nhiên từ hồ và các phương pháp điều trị hóa học được NSF phê duyệt.

    Zalo
    Hotline