Hiện nay, ô nhiễm kim loại nặng được coi là cảnh báo nghiêm trọng nhất đối với hệ sinh thái trên Trái đất. Kim loại nặng có thể tồn tại trong các thành phần khác nhau của môi trường do đặc tính không phân hủy của nó. Thông qua việc xâm nhập vào chuỗi thức ăn, kim loại nặng làm tăng thêm mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người và hệ sinh thái. Kim loại nặng tồn tại trong môi trường đất có thể do quá trình tự nhiên như núi lửa, xói mòn đất và phân hủy đá; trong khi các hoạt động của con người như khai thác khoáng sản, chôn lấp, luyện kim, sản xuất hàng điện tử, sử dụng thuốc nhuộm, sản xuất nông nghiệp, hoạt động giao thông,… lại là nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng. Các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học đã được thực hiện ở nhiều quy mô khác nhau nhằm giảm thiểu tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất, trong đó xử lý ô nhiễm bằng thực vật (phytoremediation) được coi là một trong những phương pháp xử lý sinh học hiệu quả, tiết kiệm và thân thiện với môi trường, đồng thời có thể thu hồi kim loại nặng sau quá trình xử lý.

Than sinh học (TSH) là một sản phẩm giàu carbon thu được do nhiệt phân sinh khối các sản phẩm từ thực vật, động vật, kể cả các loại phân chuồng,… được đốt trong điều kiện ít hoặc không có oxygen; hay than sinh học là sản phẩm bởi sự phân hủy các chất hữu cơ dưới điều kiện giới hạn oxygen và nhiệt độ thấp (< 700°C); Than sinh học là sản phẩm bởi nhiệt phân sinh khối chất thải dưới điều kiện giới hạn oxygen; Than sinh học được định nghĩa là vật liệu giàu carbon, cấp hạt mịn, xốp được sản xuất tương tự.

Sắt là một trong những kim loại được tìm thấy nhiều nhất trong môi trường và trong tất cả các sinh vật sống. Sắt đóng một vai trò quan trọng như một phần của hemoglobin trong quá trình lưu trữ và vận chuyển oxy, điện tử, các phản ứng enzyme, hô hấp ti thể, protein và tổng hợp DNA. Trong tự nhiên, sắt tồn tại chủ yếu ở 2 trạng thái oxy hoá là Fe2+ và Fe3+. Nếu cơ thể thừa hoặc thiếu sắt đều gây các vấn đề không tốt cho sức khoẻ. Do đó, việc xác định Fe3+ trong nhiều mẫu là cần thiết. Nhiều phương pháp khác nhau như phổ hấp thụ nguyên tử, phổ khối plasma kết hợp cảm ứng và phép đo phổ phát xạ nguyên tử, huỳnh quang và sắc ký ion đã được sử dụng rộng rãi để phát hiện các ion Fe3+. Tuy nhiên, các phương pháp này đòi hỏi thiết bị đắt tiền và hoạt động phức tạp, điều này hạn chế ứng dụng của chúng để phân tích nhanh và phân tích tại hiện trường. Để khắc phục những nhược điểm này, các cảm biến màu dựa trên vật liệu nano kim loại quý đã được phát triển để phát hiện Fe3+ và ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm.

Hiện nay trên thế giới nói chung có nhiều công bố về phương pháp sử dụng sóng cao tần để phá hủy cũng như thu hồi cáu cặn, như của Leonard D.Tijing, sử dụng trường điện tần số radio tạo ra giữa 2 điện cực graphit có tác dụng làm giảm cặn canxi cacbonat bám trong hệ thống làm mát.

Hiện nay, với sự tiến bộ không ngừng của khoa học và công nghệ, nhu cầu về điện năng đang ngày càng tăng cao. Ngoài ra, chúng ta đang đối mặt với những vấn đề ngày càng trầm trọng về môi trường và sự biến đổi khí hậu. Một trong những giải pháp hiệu quả để giải quyết những vấn đề này là việc tích hợp các nguồn phân tán (DG) vào lưới điện hiện tại, và điều này đã giúp hình thành và phát triển của lưới điện nhỏ (MG). MG là một mạng điện quy mô nhỏ, bao gồm các phụ tải điện, các nguồn điện truyền thống, nguồn năng lượng tái tạo (RES) và các bộ lưu trữ năng lượng. Ngoài ra, MG có thể hoạt động ở chế độ nối lưới hoặc độc lập tùy thuộc vào đặc điểm kỹ thuật và kinh tế. Ưu điểm của lưới điện nhỏ là vận hành linh hoạt, khả năng hoạt động độc lập và chi phí vận hành thấp hơn so lưới điện truyền thống. Do đó, việc lập kế hoạch vận hành ngày tới (UC) của MG giúp tối đa hóa lợi ích mà lưới điện này mang lại về mặt kinh tế và môi trường.

Nước thải phát sinh từ các hoạt động của con người như công nghiệp, thương mại, dân dụng và nông nghiệp,... được coi là một nguồn gây ô nhiễm lớn đối với môi trường. Để giảm thiểu tác động tiêu cực và bảo vệ chất lượng môi trường nước, việc xử lý nước thải trước khi thải ra là cần thiết. Quá trình này thường được thực hiện tại nhà máy xử lý nước thải WWTP (Wastewater treatment plants) thông qua quá trình xử lý bùn hoạt tính sinh học. WWTP là một hệ thống lớn, phức tạp, có độ trễ và tính phi tuyến tính, mà trong đó các quá trình sinh lý và sinh hóa bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của lưu lượng nước thải đầu vào.

Tại Việt Nam, tình hình ô nhiễm nước mặt ngày càng trở lên phổ biến do chúng tiếp nhận nước thải không qua xử lý từ các nguồn sinh hoạt, công nghiệp,. Ô nhiễm nước mặt gây nhiều vấn đề như mất vệ sinh và mĩ quan (màu đen, mùi hôi thối), suy giảm chất lượng hệ sinh thái thuỷ sinh (phú dưỡng, độc chất) và từ đó ảnh hưởng đến sinh hoạt và sản xuất của con người. Xử lý ô nhiễm nước mặt đòi hỏi biện pháp quản lý tổng hợp, trong đó ứng dụng các biện pháp sinh thái ngày càng được chú ý.

Ô nhiễm nguồn nước ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn, trong đó ô nhiễm thuốc dệt nhuộm sẽ gây mất mỹ quan và ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái. Crystal violet (CV) là thuốc nhuộm cation được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp dệt nhuộm, khi tiếp xúc trực tiếp có thể gây nguy hại cho sinh vật và con người như đột biến, nhiễm trùng máu, và ung thư.

Việt Nam là một trong những quốc gia có tiềm năng về nước mặt thuộc loại cao trên thế giới với mạng lưới sông ngòi dày đặc. Hiện trên cả nước có 108 lưu vực sông với 13 lưu vực sông lớn và quan trọng; 3.140 con sông với khoảng trên 2.300 con sông có chiều dài hơn 10 km. Tổng lượng dòng chảy trung bình hàng năm của nước ta khá lớn, vào khoảng 847 km3.

Hiện nay, nguồn cung cấp nước sạch đang giảm liên tục khiến cho việc thiếu nước sạch trở thành thách thức toàn cầu. Căng thẳng về nước cũng có thể do khí hậu và thiên tai dẫn đến phá hủy hồ chứa nước, suy giảm chất lượng nước sông, ô nhiễm nước ở các sông đô thị do khả năng tự làm sạch tương đối thấp, và xả thải không kiểm soát của các thành phố và nước thải công nghiệp không được xử lý thích hợp. Thống kê cho thấy nhu cầu sử dụng nước sạch trên toàn cầu đã tăng gấp sáu lần trong 100 năm qua và đang tiếp tục tăng với tốc độ khoảng 1%/năm kể từ những năm 1980. Dự báo đến khoảng năm 2030, có khoảng 60 quốc gia lâm vào tình trạng thiếu nước trầm trọng do nhu cầu về nguồn nước của con người sẽ vượt ngưỡng cung tới 40%. Và tới năm 2050, tình trạng thiếu nước sạch được cho là sẽ đe dọa hơn một nửa dân số toàn cầu. Vào năm 2021, hơn 2 tỷ người sống ở các quốc gia bị căng thẳng về nước, dự kiến tình trạng này sẽ trở nên trầm trọng hơn ở một số khu vực do biến đổi khí hậu và tăng trưởng dân số. Vào năm 2022, trên toàn cầu có ít nhất 1,7 tỷ người sử dụng nguồn nước uống bị nhiễm phân. Ô nhiễm vi sinh vật trong nước uống do ô nhiễm phân có nguy cơ lớn nhất đối với an toàn nước uống. Trong khi các rủi ro hóa học quan trọng nhất trong nước uống phát sinh từ asen, florua hoặc nitrat, các chất gây ô nhiễm mới nổi như dược phẩm, thuốc trừ sâu, chất per- và polyfluoroalkyl (PFAS) và vi nhựa gây ra mối lo ngại cho công chúng.