MDPI AG

Sự thiếu hụt nước sạch để uống là một trong những vấn đề sức khỏe quan trọng trong thời hiện đại. Các loại thuốc nhuộm công nghiệp là một trong những hóa chất chính khiến nước không an toàn cho việc uống. Trong số các loại thuốc nhuộm này, methylene blue (MB) có độc tính, khả năng gây ung thư và không phân hủy sinh học, có thể gây ra mối đe dọa nghiêm trọng cho sức khỏe con người và an toàn môi trường. Nó thường được thải vào các nguồn nước tự nhiên, gây ra mối nguy hiểm cho con người và các sinh vật sống. Do đó, cần phát triển công nghệ thân thiện với môi trường và hiệu quả để loại bỏ MB khỏi nước thải. Phân hủy quang học là một quy trình oxy hóa tiên tiến được sử dụng rộng rãi để loại bỏ MB. Quy trình này có lợi thế là phân hủy hoàn toàn thuốc nhuộm thành các hợp chất đơn giản và không độc hại, với tiềm năng giảm chi phí xử lý. Bài đánh giá này cung cấp nền tảng hướng dẫn cho những độc giả làm việc trong lĩnh vực nghiên cứu phân hủy thuốc nhuộm. Chúng tôi không chỉ đề cập đến các nguyên lý cơ bản của quy trình mà còn đưa ra một loạt công trình đã được công bố trước đây về các hệ thống quang xúc tác tiên tiến (xúc tác đơn thành phần và đa thành phần). Nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào các thông số quan trọng có thể ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy quang học của MB, chẳng hạn như loại và tải trọng xúc tác quang, thời gian phản ứng chiếu xạ, pH của môi trường phản ứng, nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm, các tác nhân thu giữ gốc tự do và các chất oxy hóa. Cơ chế phân hủy quang học, các đường phản ứng, các sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối cùng của MB cũng được tóm tắt. Một cái nhìn tổng quát về các triển vọng trong tương lai để sử dụng MB ở quy mô công nghiệp cũng được cung cấp. Bài báo này xác định các chiến lược để phát triển các hệ thống phân hủy quang học MB hiệu quả.

Chưng cất màng là một quá trình sử dụng sự khác biệt về áp suất hơi để thẩm thấu nước qua một màng đa lỗ và từ chối các thành phần không bay hơi khác có trong nước vào. Bài tổng quan này xem xét các quá trình chuyển giao nhiệt và khối lượng cơ bản trong chưng cất màng, những tiến bộ gần đây trong công nghệ màng, cấu hình mô-đun, cũng như ứng dụng và kinh tế của chưng cất màng. Nó cũng xác định những lĩnh vực có thể dẫn đến những cải tiến công nghệ trong chưng cất màng cũng như những đặc điểm ứng dụng cần thiết cho việc triển khai thương mại.

Việc nhận thức về các vấn đề bền vững liên quan đến tiêu thụ tài nguyên nước đang thu hút sự chú ý trong bối cảnh nóng lên toàn cầu và những phức tạp trong việc sử dụng đất. Những mối quan ngại này làm gia tăng thách thức trong việc hiểu biết đúng mức các hoạt động nhân tạo và quy trình tự nhiên, cũng như cách mà chúng ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống nước mặt và nước ngầm. Đặc điểm của tài nguyên nước gây ra khó khăn trong việc đánh giá toàn diện về các loại nguồn, con đường, và hành vi của các chất ô nhiễm. Khi mà hành vi và dự đoán của các chất ô nhiễm đã được biết đến rộng rãi trong tài nguyên nước vẫn còn là một thách thức, một số vấn đề mới liên quan đến các chất ô nhiễm kim loại nặng đã phát sinh. Mục tiêu chính của bài đánh giá này là tập trung vào việc xả thải một số chất ô nhiễm thiết yếu từ các hoạt động nhân tạo được phân loại dựa trên các lĩnh vực sử dụng đất như ứng dụng công nghiệp (chất thải rắn/lỏng, hợp chất hóa học, hoạt động khai thác, tràn và rò rỉ), phát triển đô thị (chất thải sinh hoạt, thực hành sử dụng đất, và các yếu tố khác), và thực hành nông nghiệp (thuốc trừ sâu và phân bón). Hơn nữa, các chất ô nhiễm quan trọng được phát thải từ các quy trình tự nhiên được phân loại dựa trên biến đổi khí hậu, thiên tai, các yếu tố địa chất, đất/mô và trao đổi hyporheic trong môi trường thuỷ sinh cũng được thảo luận. Ngoài ra, nghiên cứu này đề cập đến các chất vô cơ chính (nito, flo và nồng độ kim loại nặng). Nghiên cứu này cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của nghiên cứu xuyên ngành và giao tiếp xuyên biên giới để đạt được chất lượng nước bền vững bằng cách sử dụng khoa học chính xác, pháp luật có thể thích ứng và hệ thống quản lý.

Sự phát thải kháng sinh vào môi trường, cũng như những hậu quả của việc tồn tại các dư lượng kháng sinh kháng khuẩn trong hệ sinh thái, đã trở thành chủ đề của nhiều nghiên cứu trên toàn thế giới. Việc lạm dụng và sử dụng sai kháng sinh là một hiện tượng toàn cầu phổ biến, làm gia tăng đáng kể mức độ kháng sinh trong môi trường và tốc độ lây lan của chúng. Ngày nay, có thể khẳng định rằng việc sản xuất và sử dụng hàng loạt kháng sinh vì những mục đích không phải điều trị y tế có tác động đến cả môi trường và sức khỏe con người. Bài tổng quan này nhằm theo dõi các con đường phân bố kháng khuẩn trong môi trường và xác định các hiệu ứng sinh học của nồng độ dưới ngưỡng ức chế của chúng trong các khoang môi trường khác nhau; đồng thời đánh giá nguy cơ sức khỏe cộng đồng liên quan và các can thiệp chính sách của chính phủ cần thiết để đảm bảo hiệu quả của các kháng sinh hiện có. Sự gia tăng gần đây trong sự quan tâm đối với vấn đề này là do sự tăng vọt đáng kể về số lượng nhiễm trùng do vi khuẩn kháng thuốc gây ra trên toàn cầu. Nghiên cứu của chúng tôi phù hợp với phương pháp tiếp cận Sức khỏe Một Thế giới toàn cầu.

Biến đổi khí hậu và đô thị hóa đang kết hợp lại để thách thức cơ sở hạ tầng thoát nước đô thị do những tác động tiêu cực của chúng đến các hiện tượng thời tiết cực đoan và môi trường của các khu vực đô thị. Các hệ thống thoát nước bền vững đã thu hút được sự quan tâm ngày càng tăng của công chúng trong những năm gần đây, nhờ vào những tác động tích cực của chúng về chất lượng và khối lượng nước, cũng như những tiện ích giải trí bổ sung được cảm nhận trong cảnh quan đô thị. Bài báo này xem xét tiến bộ gần đây trong phát triển thoát nước bền vững dựa trên tài liệu từ các lĩnh vực chuyên môn khác nhau. Sau khi trình bày các yếu tố chính và tiêu chí thiết kế thoát nước bền vững, các thiết bị và ví dụ về hệ thống thoát nước bền vững được giới thiệu. Các phương pháp mô hình tiên tiến và các công cụ hỗ trợ quyết định để đánh giá các phương án bền vững được thảo luận và so sánh. Bài báo cũng khám phá một số hạn chế và khó khăn trong việc áp dụng các giải pháp sáng tạo và đề xuất một cách tiếp cận tích hợp và liên ngành cho thiết kế thoát nước bền vững.

Vào ngày 13 tháng 1 năm 2011, lũ lụt nghiêm trọng đã xảy ra trên hầu hết lưu vực sông Brisbane, đặc biệt nghiêm trọng tại Toowoomba và lưu vực suối Lockyer (nơi có 23 người chết đuối), lưu vực sông Bremer và tại Brisbane, thủ phủ bang Queensland. Khoảng 56.200 yêu cầu bồi thường đã được các công ty bảo hiểm tiếp nhận với tổng số tiền bồi thường lên tới 2,55 tỷ đô la. Bài báo này đề cập đến các yếu tố thời tiết và khí hậu có liên quan đến lũ lụt cũng như trải nghiệm lũ lụt lịch sử của Brisbane. Chúng tôi xem xét lịch sử thời gian của việc xả nước từ đập Wivenhoe, nơi bị cáo buộc đã làm trầm trọng thêm thiệt hại ở hạ lưu. Đập này được xây dựng để ứng phó với tình trạng lũ lụt tồi tệ hơn vào năm 1974 và hiện nay đóng vai trò là nguồn cung cấp nước chính cho Brisbane. Trong phân tích của chúng tôi, các điều hành viên của đập đã đưa ra những quyết định không tối ưu bằng cách bỏ qua dự báo về lượng mưa tiếp theo và giả định một kịch bản 'không có mưa'. Cũng có nhiều câu hỏi được đặt ra về khả năng bảo hiểm cho lũ lụt ven sông và quyết định của chính phủ Queensland không bảo hiểm cho cơ sở hạ tầng của mình. Những câu hỏi này và những câu hỏi khác đã dẫn đến các cuộc điều tra từ Chính phủ Liên bang và Bang. Chúng tôi lập luận rằng bảo hiểm là một hình thức chuyển giao rủi ro cho rủi ro còn lại sau các nỗ lực quản lý rủi ro và không thể tự mình là giải pháp cho quy hoạch sử dụng đất kém. Với điều này trong tâm trí, chúng tôi thảo luận về nhu cầu về mức phí bảo hiểm liên quan đến rủi ro để khuyến khích hành vi giảm nhẹ rủi ro lũ lụt từ tất cả các bên và về tính minh bạch trong việc cung cấp các bản đồ lũ lụt. Các ví dụ về quản lý rủi ro lũ lụt tốt từ trận lũ này được mô tả.

Thông tin chính xác về nước mặt đô thị là rất quan trọng để đánh giá vai trò của nó trong các dịch vụ hệ sinh thái đô thị trong bối cảnh tồn tại của con người và biến đổi khí hậu. Việc chiết xuất chính xác các thủy vực đô thị từ hình ảnh là có ý nghĩa lớn đối với quy hoạch đô thị và phát triển kinh tế - xã hội. Trong bài báo này, một kiến trúc học sâu mới được đề xuất cho việc chiết xuất các thủy vực đô thị từ hình ảnh viễn thám độ phân giải cao. Đầu tiên, một thuật toán phân cụm tuyến tính lặp đơn giản thích ứng được áp dụng để phân đoạn hình ảnh viễn thám thành các siêu điểm ảnh chất lượng cao. Sau đó, một kiến trúc mạng nơ-ron tích chập (CNN) mới được thiết kế để có thể chiết xuất các đặc trưng cấp cao hữu ích của các thủy vực từ dữ liệu đầu vào trong một bối cảnh đô thị phức tạp và đánh dấu siêu điểm ảnh là một trong hai loại: điểm ảnh có nước hoặc không có nước. Cuối cùng, một hình ảnh độ phân giải cao của các siêu điểm ảnh đã được chiết xuất nước được tạo ra. Kết quả thí nghiệm cho thấy phương pháp được đề xuất đạt được độ chính xác cao hơn trong việc chiết xuất nước từ các hình ảnh viễn thám độ phân giải cao so với các phương pháp truyền thống, và độ chính xác tổng thể trung bình đạt 99,14%.

Mô hình hóa dòng chảy là một trong những thách thức quan trọng trong lĩnh vực thủy văn học. Có nhiều phương pháp khác nhau, từ mô hình dựa trên lý thuyết vật lý cho đến mô hình hoàn toàn dựa trên dữ liệu. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một phương pháp dựa trên dữ liệu sử dụng mạng Nơ-ron Dài Ngắn (LSTM) tiên tiến nhất. Mô hình được đề xuất đã được áp dụng tại lưu vực Hồ Poyang (PYLB) và hiệu suất của nó được so sánh với Mạng Nơ-ron Nhân tạo (ANN) và Công cụ Đánh giá Nước & Đất (SWAT). Chúng tôi trước tiên kiểm tra tác động của số bước thời gian trước đó (kích thước cửa sổ) trong độ chính xác mô phỏng. Kết quả cho thấy kích thước cửa sổ không thích hợp lớn sẽ làm giảm hiệu suất mô hình một cách đáng kể. Đối với PYLB, kích thước cửa sổ 15 ngày có thể là phù hợp cho cả độ chính xác và hiệu quả tính toán. Chúng tôi sau đó đã đào tạo mô hình với 2 tập dữ liệu đầu vào khác nhau, bao gồm tập dữ liệu chỉ có lượng mưa và tập dữ liệu tất cả các biến khí tượng sẵn có. Kết quả cho thấy mặc dù LSTM với dữ liệu lượng mưa là đầu vào duy nhất có thể đạt được kết quả mong muốn (với NSE dao động từ 0.60 đến 0.92 trong giai đoạn thử nghiệm), nhưng hiệu suất có thể được cải thiện đơn giản bằng cách cung cấp cho mô hình nhiều biến khí tượng hơn (với NSE dao động từ 0.74 đến 0.94 trong giai đoạn thử nghiệm). Hơn nữa, kết quả so sánh với ANN và SWAT cho thấy ANN có thể đạt hiệu suất tương đương với SWAT trong hầu hết các trường hợp, trong khi hiệu suất của LSTM thì tốt hơn nhiều. Kết quả của nghiên cứu này nhấn mạnh tiềm năng của LSTM trong mô hình hóa dòng chảy, đặc biệt là cho các khu vực mà dữ liệu địa hình chi tiết không có sẵn.

Many countries and regions around the world are facing a continuously growing pressure on their limited freshwater resources, particularly those under hot and arid climates. Higher water demand than availability led to over-abstraction and deterioration of the available freshwater resources’ quality. In this context, wastewater, if properly treated, can represent a new water source added in the local water balance, particularly in regions of Colorado, California, Australia, China and in the wide region of the Middle East, which is characterized as one of most water-stressed regions in the world. This article summarizes the status of wastewater treatment and management in the Middle East and discusses the challenges, the various barriers and also the opportunities that arise by introducing the sustainable technology of Constructed Wetlands in the region. Furthermore, the aim of the article is to provide a better insight into the possibility and feasibility of a wider implementation of this green technology under the hot and arid climate of Middle East by presenting several successful case studies of operating Constructed Wetlands facilities in the region for the treatment of various wastewater sources.