Филтэрлэлтийн Ирээдүй: Филтрүүдийн Тренд ба Инновациуд

Усны менежментийг хувьсгал болгон өөрчилж буй ухаалаг, холбогдсон шүүлтийн системүүд

Өнөөгийн усны менежментийн системүүд нь өмнөх боломжоос хэтрэх үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд IoT технологи болон машин сургалтын алгоритмуудыг илүү их хэрэглэж байна. 2023 оны Усны технологийн институтын судалгаагаар эдгээр оюунлаг шүүлтүүр нь хотын ус цэвэрлэх станц дахь бохирдлыг зайлуулах үзүүлэлтийг 99,7% хэвээр үлдээхдээ энерги хэрэглээг 18-22 хувь хүртэл бууруулж чаддаг. Систем нь жижиг суулгасан сенсорууд урсгалын хурд болон шүүлтүүрийн бүтэн байдлыг хянах бөгөөд мэдээллийг хурдан 5G холболтоор төвлөрсөн компьютерт илгээж, тамган дээр шинжилгээ хийлгэдэг. Сүүлийн үеийн нэгэн сонирхолтой судалгаанаас харахад ирээдүйн тооцоологчид (edge computing) чухал дэд бүтцийн шийдвэрүүдийг шаардлагатай газарт нь гарган авах, холын cloud серверүүдийн тусламжгүйгээр секунд тутамд ойролцоогоор мянга гаруй өгөгдлийг боловсруулж чаддаг. Эдгээр шинэ системийг ялгагч зүйл бол хиймэл оюун ухаан хугацаа хугацаагаар элэгдэлтийн загварыг шинжилж, мембрануудын гэмтэл хоёр долоо хоногийн өмнөөс гурван долоо хоногийн өмнө хүртэл урьдчилан мэдээлж чаддаг явдал юм. Энэ урьдчилсан мэдээлэл нь хотын ажилчдад систем дээрх ачаалал бага байх үед засварын ажлыг цаг тухайд нь төлөвлөхөд хангалттай цагийг олгоно.

Шүүлтүүрийн үр дүнтэй ажиллагааг сайжруулах наноматериал болон дэвшилтэт мембран

Дараачийн үеийн шүүлтээр хэрэглэх нүүрстөрөгчийн нано хоолой ба графены оксид

2023 онд Water Research сэтгүүлд хэвлэгдсэн судалгаа нь 2 нм-ээс бага хэмжээтэй бараг бүх нано хэсгийг, нарийвчлабал 99.99%-ийг зайлуулж чадах, мөн энгийн полимер мембранаас 50%-иар илүү хурдан ус нэвтрүүлэх нүүрстөрөгчийн нано хоолой ба графены оксидын мембраныг олжээ. Эдгээр материалыг яагаад ийм үр дүнтэй болгож байна вэ? Атомын түвшиндх жижиг нүхнүүд нь усны молекулыг нэвтрүүлэхэд бага эсэргүүцэлтэй сийрэг шигээш болон шүүлтүүрийн үүрэг гүйцэтгэдэг. 2024 онд Journal of Membrane Science сэтгүүлд гарсан сүүлийн үеийн олдварууд энэхүү хандлагыг дэмжиж байна. Тухайн судалгаанд графены оксидоор хийсэн шүүлтүүр нь арчилгааны өндөр даралт шаардамгүйгээр микропластикийг бараг 99%-иар барих чадвартай байсан бөгөөд ердийн шүүлтийн системүүдтэй харьцуулахад даралтыг нийтдээ 23%-иар багасган ажилласан.

Материал	Хоосон орон	Эргүүлэх хурдны хамгийн их үзүүлэлт	Эрчим хүчний хэмнэлт
Нүүрстөрөгчийн нано хоолой	0.8–1.2 нм	850 л/м²/ц	35–40%
Графен оксид	0.5–0.9 нм	720 л/м²/ц	27–32%

Сонгомол бохирлогчийг зайлуулах зориулалттай инженерчилсэн наноматериал

Туннажийн гадаргуугийн хими шинж чанарыг тохируулах боломж нь нано материалуудад ионы харшлаас 92%-ийг, активжуулсан нүүрсний зөвхөн 67%-той харьцуулахад устгах боломжийг олгоно (Environmental Science & Technology, 2023). Энэ нарийвчлал нь вэдэлтгүй бөгөөд илүүдэл хэт ачаалал болохоос сэргийлж, сонгомжгүй орчинтой харьцуулахад шүүлтүүрийн амьдралыг 2–3 дахин сунгадаг.

Графены мембран ашиглан үйлдвэрийн бохирдлыг цэвэрлэх туршлагын жишээ

Германы нэг химийн үйлдвэр графиктай шүүлтүүр сууруулахад урвуу осмосын энерги зардлыг 38%-иар бууруулж, өдөрт 12,000 м³ боловсруулж, давсны 99.4%-ийг шүүж авч чадсан. Системийн өөрийгөө цэвэрлэх нано хоолойн давхарга нь химийн цэвэрлэлтийг долоо хоногт нэгээс улиралд нэг болгон бууруулсан.

Нано шүүлтүүрийн үйл ажиллагаа ба орчны аюулгүй байдлын тэнцвэрийг хангах

Нано материалууд нь шүүлтүүрийн үр дүнтэй ажиллах чадварыг сайжруулдаг боловч, амьдралын мөчлөгийн шинжилгээ нь традицион шүүлтүүртэй харьцуулахад 14% илүү их эnergy агууламжтай байдгийг харуулсан. Шинэ шилжингэнтэй инкапсуляци техник нь нано орчимд орохыг 99.98%-иар бууруулдаг (ACS Sustainable Chemistry, 2024) бөгөөд 2 нм-ийн шүүлтүүрийн заагийг алдагдуулахгүйгээр хоршлын асуудлыг шийдвэрлэдэг.

Байгаль орчинд эерэг нөлөө үзүүлэх, тэсвэртэй шүүлтүүрийн шийдлүүд өсөж байна

Дэлхийн усны шүүлтүүрийн зах зээл 2034 онд 35.18 тэрбум доллар хүрэхэд туслах болно (Globenewswire, 2025) бөгөөд хаягдал ба энерги хэрэглээг бууруулах экологийн хувьд илүү сайн шийдлүүдийн эрэлт нэмэгдэж байгаа нь үүнд голлоно. Үйлдвэрлэгчид одоо ашиглалтын чадавхийг байгаль орчны хариуцлагатай материалтай нэгтгэхийг эрхэмлэдэг бөгөөд эргэлтийн эдийн засгийн зарчимтой уялдан ажилладаг.

Биологийн задралт ба сэргээгдэх шүүлтүүрийн орчны шинэчлэлтүүд

Ургамалд суурилсан полимер болон будааны бүрхүү лугаа хөгжлийн бүтээгдэхүүнүүд нь уламжлалт пластик бүрэлдэхүүн хэсгийг орлох болсон. Эдгээр материал нь эвдрэлтэд илүү дасан зохицож, ердийн шүүлтүүртэй харьцуулахад 40%-иар хурдан задардаг бөгөөд бохирдлыг цэвэрлэх үзүүлэлт нь төстэй байдаг. 2024 оны судалгаагаар сэргээгдэх шүүлтүүр нь хотын системд микропластикийн ялгаралтыг 72%-иар бууруулдаг байв.

Кокосны бүрхүү ба бусад байгалийн материал ашигласны амьдралын мөчлөгийн давуу тал

Кокосны бүрхүүгээр хийсэн шүүлтүүр нь хураамжилж авснаас эхлээд биологийн задрал хүртэлх бүх мөчлөгийг бүрэн хангана. Түүний нүхтэй бүтэц нь 99,6% бутархайг зайлуулдаг бөгөөд идэвхжүүлсэн нүүрсний аналогтай харьцуулахад үйлдвэрлэхэд 30% бага энерги зарцуулдаг. Зүүн Өмнөд Азид хийсэн талын туршлагууд нь эдгээр шүүлтүүрүүд нь компостлогдохын өмнө 18 сар тасралтгүй ажиллаж чаддагийг харуулсан.

Туршлага: Кокосноос хийсэн шүүлтүүрийг ашиглан хөдөөгийн цэвэр усны систем

Суб-Сахарын Африк дахь туршилтын төслөөр 12 багшны нутагт 5,000 кокосны шувууны шүүлтүүр тарааж, 18 сарын дотор уснаас дамжин тархдаг өвчнийг 62%-иар бууруулсан. Эдгээр системүүд цахилгаан хэрэглэхгүй ажилладаг бөгөөд орон нутгийн материал хангамжийн замаар орлого олдог бөгөөд ашиглаж дууссан шүүлтүүрүүдийг хөрс сайжруулагч болгон дахин ашигладаг.

Шүүлтүүр үйлдвэрлэлд байгуулсан дугуй эдийн засгийн загвар

Онцын нийлүүлэгчид одоо шинээр шүүлтүүрийг задлах зориулалтаар зохион байгуулж, хэрэглээнд орох хэсгийн 92%-ийг дахин ашиглах боломжийг олгодог. Битүү тогтолцооны үйлдвэрлэлийн системүүд биологийн задралтай орчин болон 10 гаруй жил ашиглагдах модуль хаягалыг хослуулдаг. Энэ арга нь дунд зэргийн хэмжээний үйлдвэрийн газарт жилд 8.4 метрик тонн хаягдал бууруулдаг.

Нийлмэл болон модуль шүүлтүүрийн системүүд: Уян хатан, өндөр үр өгөөжтэй ашиглах зориулалт

Орчин үеийн гибрид шүүлтүүрийн системүүд нь усны бохирдлыг зөвхөн нэг технологиор арилгах боломжгүй байдаг тохиолдолд Урвуу осмос, Хэт ягаан туяа, мөн Нэвтрүүлэх шүүлтийн аргуудыг нэгтгэн ашигладаг. 2024 онд Усны чанарын ассоциацид хэвлүүлсэн судалгаагаар эдгээр нэгдсэн системүүд вирус, нян зэрэг хортой микроорганизмын ойролцоогоор 99.97%-ийг арилгадаг бөгөөд энэ нь энгийн нэг шатлалын шүүлтүүртэй харьцуулахад патогеныг зайлуулах үзүүлэлтээрээ ойролцоогоор 18 хувийн илүү үр дүнтэй байдаг. Энэ аргачлалын гол давуу тал бол түүний уян хатан байдал юм. Улирал солигдох, эсвэл орон нутгийн усанд шинэ бохирдуулагчид гарч ирэх үед үйлчилгээтэй хүмүүс системийн бүрдлийг хурдан сайжруулан тохируулж чаддаг тул устгах чадвар ихтэй, гэхдээ ихэнхдээ ашиглалтанд орохгүй байдаг, өртөг ихтэй, хуучин загварын байнгын суурилуулсан системүүдтэй харьцуулахад илүү тохиромжтой байдаг.

Бүрэн цэвэршүүлэх RO + UV + UF Олон давхарга хамгаалалтын систем

Одоогийн үед скейдэд суурилсан систем нь шорооноос цэвэрлэх, урвуу осмос, хэт ягаан туяагаар эмчлэх, эцэст нь нүүрсээр полировк хийх гэсэн дөрвөн шатны цэвэрлэлтийг нэгэн зэрэг хийж чаддаг бага зай эзлэх багцыг агуулдаг. Эдгээр систем нь 2019 онд байгаасан харьцахад ойролцоогоор 40 хувиар бага зай эзлэх болсон. Тэдгээрийг ийм үр дүнтэй болгож буй зүйл бол тусгай микропластик бодисын ойролцоогоор 97,3 хувийг, мөн вирусын бараг бүхий л хэлбэрийг зэрэг арилгаж чадах давхар арга юм. Энэ нь анхнаасаа эрсдэлтэй байдаг хүмүүсийг аюулгүй, эрүүл байлгахад маш чухал. Сүүлийн үеийн Бангладеш дахь туршилтын ажилд хэд хэдэн бүлгээр эдгээр гибрид шүүлтүүрийг суурилуулсан бөгөөд зөвхөн хагас жилийн дотор оронгийн хүмүүсийн суулгалтын тохиолдол ойролцоогоор гуравны хоёроор буурсан. Мөн сонирхолтой нь насагтнууд ухаалгаар удирддаг насосны менежментийн арга хэмжээнд зуучлан цахилгааны зардал хэмнэснээр жилийн зардлыг улирлын хэрэглээний хандлагаас хамааран жилдээ ойролцоогоор арван найман мянган доллар хэмнэсэн.

Яаралдага тохиолдол болон холын бүс нутагт зориулсан шилжилтийн модуль систем

Таван тонноос бага жинтэй контейнерт солир цахилгаан хангамжийн систем нь бохирдсон ураг асарсан уснаас цэвэрлэхэд цагт арван мянган литр хүртэл чадвартай. 2023 онд Мока циклон газар хүрэхэд эдгээр гар угаах боломжтой ус цэвэрлэх төхөөрөмжүүд нь гурван өдрийн дотор гэрээсээ хөөгдсөн ойролцоогоор дөчин таван мянган хүнд цэвэр усыг хүргэж өгсөн. Эдгээр системийг ийм үр дүнтэй болгож буй зүйл бол усны туяатай байдлыг хэмжих автомжуудтай ухаалаг дизайн юм. Эдгээр мэдрэгчид системийг ямар төрлийн бохирдлоор түгшсэнээс хамааран ялгаатай цэвэрлэх арга зам руу шилжүүлдэг. Ялангуяа гамшгийн үед усны урсгал нь ихэвчлэн голын бохир ус болон далайн давстай усыг холбодог тул аюулгүй ус шаардлагатай хүмүүсийн хувьд маш хүнд нөхцөл байдлыг үүсгэдэг тул энэ нь маш чухал.

Бодит тохиолдол: Гамшигийн бүсэд контейнерт ус цэвэрлэх технологи

2022–2023 онд циклоны эрсдэлтэй Өмнөд Зүүн Азийн нэгэн улс тав түрүүлэх хамт олон дунд 83 гаруй зууралтын төхөөрөмж сууруулав. Эдгээр системүүд шокод тэсвэртэй мембран, давхардуулсан цахилгаан хангамжийн системийн тусламжтайгаар бордооны үеэр 94% ажиллагааг хадгалж чадсан. Бодит цагт IoT-ээр хянах нь урьдчилан сэргийлэх засвар үйлчилгээг боломж болгож, харьцангуй газар хөдлөлтийн үед ашигладаг арга хэмжээнүүдтэй харьцуулахад шүүлтүүрийн солилтоос хэмнэсэн зардал 38% болов.

Сэргээн авах шүүлтүүрийн загварын тусламжтайгаар энерги хэмнэлт ба үргэлжлэх хугацааг нэмэгдүүлэх

Сэргээн нөхөх шүүлтүүрийн арга нь хэрхэн сайн ажиллах, орчин үеийн орчныг хэрхэн хамгаалах зэрэг хоёр хоорондын зөв тэнцвэрийг олж авахад томоохон эргэлт хийсэн гэж үзэж болно. Динамик урсгалын хяналт, урьдчилан сэргийлэх засвар үйлчилгээний алгоритм зэрэг онцлог шинж чанаруудын тусламжтайгаар ийм шинэ системүүд энерги зарцуулалтыг ойролцоогоор 30-аас 50 хувийн хооронд хэмнэж байна. Европын болон Азийн зарим улсууд энэхүү технологийг ашиглан ус цэвэрлэх төхөөрөмжүүдээ шинэчилж эхэлсэн. Эдгээр оюунлаг системүүдийн үр дүнтэй ажиллах гол шалтгаан нь ямар ч үед олдсон бохирдлын түвшинд тохируулан насосны хурдыг өөрчилж чаддагт оршдог. Иймээс олон ус цэвэрлэх станцад ихэвчлэн тохиолддог ачаалал буурах үед энерги хаягдахгүй болдог.

Томоохон шүүлтүүрийн цогц системд энерги хэрэглээг бууруулах

Үйлдвэрлэлийн төхөөрөмжүүд нь тогтмол хурдтай системүүдтэй харьцуулахад 18–22% энерги хэмнэдэг давлалтыг хянах хөдөлгүүрүүдийг нэвтрүүлж байна (Patsnap, 2023). Далайн усыг амтлагч үйлдвэрүүдийн 2023 оны судалгаа нь дахин сэргээгч шүүлтүүрүүд өөрсдөө тохируулдаг урат угаалтын мөчлөгтэй байхад жилдээ тус бүр $320,000-ийг энергийн зардал хэмнэсэн бөгөөд 99.6% итгэх боломжтой ажиллагааг хадгалж байсан.

Шинэчлэл	Эрчим хүчний хэмнэлт	Хэрэгжүүлэлтийн өртгийн буцах хугацаа
Хувьсах давтамжийн хөдөлгүүрүүд	18–22%	2.3 жил
Автомжуулсан урат угаалт	12–15%	1.8 жил
Дулаан сэргээх системүүд	9–11%	4.1 жил

Хөдөө аж ахуйд зориулсан өөрөө цэвэрлэгддэг, урт насалдаг керамик шүүлтүүрүүд

Тариалангийн системүүд одоо 7–10 жилийн нас байдаг нүхтэй керамик мембрануудыг ашиглаж байгаа бөгөөд энэ нь уламжлалт полимер шүүлтүүрүүдийн насны гурван дахин илүү. Эдгээр эрдэс суурьтай шүүлтүүрүүд энгийн урат угаалт хийх үед минералын хуралдлуудаас өөрсдөө чөлөөлөгддөг тул химийн цэвэрлэгчийн шаардлагагүйгээр урсгалын тогтвортой хурдыг хадгалж чаддаг. Калифорни мужийн нохойн хонины талбайд энэ технологийг ашигласан тариаланчид шүүлтүүрийг солох ажлын зардлыг 40% хэмнэсэн гэж мэдээлж байна.

Засвар үйлчилгээний зардлыг бууруулдаг материал технологийн шинэчлэл

Сэргээн нүхлэх шүүлтүүрийн талаарх 2023 оны салбарын тайлан нано давхарга бүхий нержисэвэр зэвэрдэггүй ган шүүлтүүр нь жижиг хэсгийг 85% барьж чадаж, 500-с дээш сэргээлтийн мөчлөгийг тэсвэрлэдэг болохыг илчилсэн. Энэхүү шинэлэг ололт нь биогаз үйлдвэрүүдийг жилийн шүүлтүүрийн зардлыг хагасаар бууруулах, илүү хатуу орчин үеийн эмиссийн нормыг хангах боломжийг олгосон.

НӨАТ-ын хэсэг

Ухаалаг холбогдсон шүүлтүүрийн систем гэж юу вэ?
Ухаалаг холбогдсон шүүлтүүрийн системүүд нь усны урсгалыг хянах, мембраныг гэмтэхээс өмнө цаг алдахгүй тодорхойлох зорилгоор IoT технологийг болон машин сургалтын алгоритмуудыг нэгтгэж, усны менежментийн үр ашигийг сайжруулдаг.

Наноматериалууд шүүлтүүрийн үр ашигийг хэрхэн сайжруулах вэ?
Нүүрстөрөгчийн нано хоолой, графенын исэл зэрэг наноматериалууд нь усны урсгалыг хурдасгаж, бага даралт ашиглан үр дүнтэй бохирдлыг зайлуулах боломжийг олгодог жижиг атомын түвшний нүхтэй байдлаараа шүүлтүүрийн үр ашигийг сайжруулдаг.

Эдгээр экологийн хувьд илүү тохиромжтой шүүлтүүрийн аргууд удаан хугацаанд тэсвэртэй юу?
Тийм, кокосны цэцгийн шинэчилсэн био задлагдах ба сэргээгдэх шүүлтүүрүүд нь дугуй эдийн засгийн зарчимтай нийцэж, хаягдал ба энерги хэрэглээг бууруулахад тусалдаг.

Гибрид шүүлтүүрийн системүүд хэрхэн ажилладаг вэ?
Гибрид системүүд усны чанарын өөрчлөлтөнд хурдан дасан тохируулах зорилгоор Урвуу осмос, Хэт ягаан туяа, Микрошүүлт гэх мэт олон шүүлтүүрийн технологийг нэгтгэсэн байдаг.

Сэргээгдэх шүүлтүүрийн загварчлал юуны дээр давуу талтай вэ?
Сэргээгдэх шүүлтүүрийн загварчлал нь динамик урсгалын хяналт, урьдчилан таамаглах засвар үйлчилгээний алгоритм зэрэг дэвшилтэт технологиудыг ашиглан энерги-ийн үр ашгийг сайжруулж, засвар үйлчилгээний зардлыг бууруулдаг.