Luận án tiến sĩ khoa học môi trường: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc đa năng kết hợp với màng lọc để xử lý nước suối Tà Vải, Hà Giang làm nước cấp cho sinh hoạt

Phongphet SISAVENGSOUK

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU LỌC ĐA NĂNG

KET HỢP VỚI MÀNG LOC DE XỬ LÝ NƯỚC SUOI TA VAI,HÀ GIANG LÀM NƯỚC CÁP CHO SINH HOẠT

LUẬN ÁN TIEN SĨ KHOA HỌC MOI TRƯỜNG

HÀ NỘI - 2022

Phongphet SISAVENGSOUK

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU LỌC ĐA NĂNG

KET HỢP VỚI MÀNG LOC DE XỬ LÝ NƯỚC SUỐI TA VAI,HA GIANG LAM NƯỚC CAP CHO SINH HOAT

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 9440301.01

LUẬN ÁN TIEN SĨ KHOA HỌC MOI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

HDC: PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải

HDP: TS Trần Công Việt

HÀ NỘI - 2022

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng

tôi, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải va TS Trần Công Việt.Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguôồn gốc rõ rang, đã công bố

theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong luận án do NCS tự tìm hiểu,

tham khảo, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn.

Các kết quả nghiên cứu của NCS chưa từng được công bố trong bat kỳ nghiên

cứu nào khác.

Tác giả luận án

Phongphet SISAVENGSOUK

LỜI CÁM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu làm Luận án Tiến sĩ này, NCS đãnhận được sự hướng dẫn giúp đỡ, quý báu của thầy cô, các nhà khoa học, các đồng

nghiệp, gia đình và bạn bè.

Trước hết NCS xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới tập thể cán bộ hướng dẫn

khoa học đứng đầu là PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải, Trưởng Khoa Môi trường,Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội và TS Trần CôngViệt đến từ Viện Kỹ thuật và Công nghệ Môi trường - Liên hiệp các Hội Khoa họcvà Kỹ thuật Việt Nam, đã tận tình giúp đỡ tạo điều kiện hết mức cho tôi, chỉ bảo,

hướng dẫn, đóng góp những ý kiến xác đáng, dé tôi hoàn thành nghiên cứu nay.

Đồng thời, tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Đảo tạo cùngvới các thầy cô giáo trong Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiênthuộc Đại học Quốc gia Hà Nội đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất dé tôi

hoàn thành luận án.

Tiếp theo, NCS xin chân thành cam ơn ThS NCS Đặng Xuân Thường, cùngvới nhóm thực hiện Đề tài Khoa học cấp Nhà nước về phát triển bền vững vùng TâyBắc, mã số: KHCN-TB/13-18 “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ màng lọc kết hợp vớivật liệu lọc đa năng dé xử lý nước suối vùng biên giới Tây Bắc dé cấp nước cho sinh

hoạt” ThS Đặng Xuân Thường, Viện Kỹ thuật và Công nghệ Môi trường chủ trì.

Xin cảm ơn Phòng phân tích chất lượng môi trường của Viện Kỹ thuật và Công nghệMôi trường, cùng cán bộ kỹ thuật của Công ty cổ phần Thương mại và Kỹ thuậtViệt - Sing đã cùng tôi nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt, chạy thử mô hình quy mô pilotxử lý nước thuộc nội dung luận án này.

Cuối cùng, xin cảm ơn Bồ, Mẹ, người thân trong gia đình và bạn bè đã luôn

động viên, giúp đỡ NCS về vật chat cũng như tinh than trong suốt thời gian qua.

Xin chân thành cảm on!

Tác giả luận án

Phongphet SISAVENGSOUK

Ký hiệu

KY HIEU VIET TAT

Tiéng Anh

Total Suspended solidsNatural organic matterMicro Filtration

Nano FiltrationReverse osmosis

Humic Acid

Chemical Oxygen Demand

Biological Oxygen DemandUnit of measurement length

Mang loc nano

Màng thâm thấu ngược

Axit humic

Nhu cau oxy héa hoc

Nhu cau oxy sinh héa sau 5 ngay

Don vi chiéu dai do luong

Kim loai nang

Nghiên cứu sinh

Tổng chất rắn hòa tan

Tài nguyên nước

Tiêu chuân Quốc gia

Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc giaVật liệu hấp phụ

Màng siêu lọc

3 DIEM MỚI CUA LUẬN ÁN -22-©5¿22k22E2E2212221 211211212 tre 11

4 Y NGHĨA KHOA HỌC VÀ THUC TIEN CUA LUẬN ÁN 115 KET QUA CHÍNH CUA LUẬN AN iveecceccsscsssssessesssessessessessssssessesssessesseess 12

Chương 1 TONG QUAN VAN DE NGHIÊN CỨU 2 22- 5522 sz2cs2 13

1.1 HIEN TRANG TÀI NGUYÊN NƯỚC MAT VÀ SỰ Ô NHIEM

)I€8/9)8)10/99 4 13

1.1.1 Hiện trạng tài nguyên nước mặt trên thế giới, Việt Nam và

1.1.2 Hiện trạng chat lượng nước và nguồn gây ô nhiễm suối Tà Vải 16

1.2 MOT SO PHƯƠNG PHAP XỬ LÝ NƯỚC MAT PHỤC VU CAP NƯỚC

0:i908300:8:/90.0 015 Ầ 22

1.2.1 Phương pháp lang/keo tụ ¿- ¿5c sS‡EEEEE2 1252212171212 xe 22

1.2.2 Phuong 0) 0n - 22

1.2.3 Phương pháp màng ÏỌC - óc 3c 1321121111513 rrrrei 231.2.4 Phương pháp trao đổi ion -¿- ¿5c + k‡Ex‡EE2E2E2EEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkerkee 271.2.5 Phương pháp hap phụ -2¿- +: ©5¿2+22E+22E+£EE+2EE+2EEtEEEerEvsrkrrrkerkeee 281.2.6 Phuong 000i á 11 - 291.3 GIỚI THIEU VE VAT LIEU HAP PHU 2-5: ©52+£+++£x+zxzzzzcseẻ 301.3.1 Can bang hap 0908 a3$ ÔÒỎ 30

1.3.2 Vật liệu loc đa năng OIDDM-2E - G2 11213121119 1119 111811 11 ng re 32

1.3.3 Một số ứng dụng của vật liệu lọc da năng ODM-2E -.‹ -«++ 34

1.4 CÔNG NGHỆ MÀNG LOC UFE - - St St 2EEEEE2EEEEEEE5E1E11151211151EE.Eee 36

1.4.1 Màng lọc UE 2c ©2+++<£EE2EE2E122112711271211711271.211 71111 .11.1xexee 36

1.4.2 Qúa trình ứng dụng màng ÌỌC +5 + + +19 1 9 rư 41

1.5 TIEU KET CHƯNG l 2-©5:©52©5£2SE‡EE2EE2EEEEEEEEEEESEEEEEerkrrkrrrrerree 47

Chương 2 DOI TƯỢNG, NOI DUNG VA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU 49

2.1 DOI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2-2 £+2E£+EE£EEE£EEE£EEt2EECEEEerkerrkerred 492.2 PHAM VI NGHIÊN CỨU -2- 2£ +¿22+2E£+EE£SEEEEEEEEE2EE2EE2EEEEEeerkrrred 49

2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2-22 £5£+SEEE£2EE£EE£EEEEEE2EEEEEEEErrkrrrrrree 49

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 2-22 5£+E2££££E££EEt2EEtEEEtrkeerkerred 50

2.4.1 Phương pháp tổng quan và kế thừa tài liệu : -¿ ¿-c5¿5cxz55+2 502.4.2 Phương pháp lay mau và phân tích mẫu - 2- 2 2 ++£z+£z+xz+x2 502.4.3 Phương pháp thực nghiệm - - 5c 22c 32213213 3 EErrrrrirerrrrrree 532.4.4 Các phương pháp phân tích, xử lý số liệu 2- 2 2 ++£z+sz+xe+x2 66

Chương 3 KET QUÁ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN . - 68

3.1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRANG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SUOI

TA VAI - /vcï 9c .Ẽ.Ẽ 68

3.2 NGHIÊN CỨU KHẢ NANG HAP PHU MỘT SO KIM LOẠI NANG

CUA VAT LIEU ODM-2F 22 2£ ©SE9EE£2EE£EEEEEEEEEE12712217112711211711 71 cre 783.2.1 Khao sát ảnh hưởng kích thước hat của vat liệu ODM-2F đến khả năng

hấp phụ kim loại nặng Cu(II); Mn(I); Pb(I); Zn(I]) 5 << <<+<++s<+2 783.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của vật liệu

ODM-2F 22 5¿221221921127121122112711271211211 T111 T11 11T T11 12 1 1u 813.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến kha năng hap phụ KLN của vật liệu

ODM-2E ¿2-21 221921127121121127112711211211 T1 .T1 T11 T11 T1 T11 11 11g 833.2.4 Khao sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hap phụ KLN

của vật liệu QÏ2MM-2ÌF - 1111111221111 111119211 111111101111 1kg kg 1k ky 843.3 ĐÁNH GIA KHẢ NĂNG XỬ LY CAC CHAT Ô NHIEM CÓ TRONG

NƯỚC SUOITA VAI - HA GIANG BANG VAT LIEU ODM-2E 88

3.4 DANH GIA KHẢ NANG LOC MÀNG UB ooeescsssessesssesssesssessssseessesssessseseeees 903.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của áp suất đến năng suất lọc của mang UF,

bang nurdc may PIN, X ÔỎ 91

3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của áp suất đến năng suất lọc của mang UF,

bang dung dịch mẫu giả định của từng hàm lượng -. :2 5222x252 923.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của độ đục đến mức độ tắc nghẽn màng lọc

theo thot ia oo cee e 97

3.4.4 Khảo sát khả năng tách loại của thành phan 6 nhiễm của mang lọc

với các ham lượng SS 50, 100, 150, 200, 250, 300 mg/L -‹ «+ 101

3.4.5 Khao sát khả năng rửa ngược của mang lọc E ‹++-««+++ 103

3.4.6 Thảo luận kết quả nghiên cứu màng lọc UE -. -: z5+¿ 1053.5 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUA XỬ LÝ CUA MÔ HÌNH CÔNG NGHỆ MANG

LOC UF KET HỢP VỚI VAT LIEU ODM-2F DẠNG (QUI MÔ PILOT) 1063.6 ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU LỌC

ĐA NANG KET HỢP VỚI MANG LOC DE XỬ LÝ NƯỚC SUOI TA VAI,

HÀ GIANG LAM NƯỚC CAP CHO SINH HOAT csscssesssessessesssessessessessseesess 122

PHAN KET LUẬN VA KIEN NGHD.o cccssccssssssssssssssssssssseessesssssessecsssesseessecs 124IL KẾT LUẬN oieceescssssssssssssssssssessssssssssecsusssssssssssesssecsustssessecsusssssssesssesssesssssessseesees 124

TL .4)186227 - :127Sä 125

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BÓ

CUA TÁC GIÁ LIÊN QUAN DEN LUẬN ÁN 5ccccccecteererxet 126

TÀI LIEU THAM KHẢO 2- 22 25S‡SE‡2E£2E£EEEEEEEEE211221271 21212221 xe 127

PHỤ LỤC

Hinks 1.5 Loc Chan 01 3 26

Hình 1.6 Anh minh họa vật liệu ODM-2P .ccccccccssesssessessesssessessessesssessesseesesseeses 33Hình 1.7 Xử lý nước uống 300 mÌ⁄h sử dụng siêu lọc trong nhà máy nước€0/1906111/75569)).2011077 À 42

Hình 1.8 Màng dạng mô đun sợi rỗng - ¿2 25 £+x+£++Ee£++Ezxerezxerszed 46Hình 1.9 Mô đun màng quấn xoắn Ốc - + 2 2 +E££E£EE£EEEEE2EEzErEerkeri 46Hình 2.1 Phân bố các điểm lấy mẫu nước suối Tà Vải -¿ 5+ ©5z+sz+cs+¿ 52Hình 2.2 Mô hình cột lọc dạng pilot sử dụng vật liệu ODM-2E - 56

Hình 2.3 Sơ đồ mặt cắt của thiết bị cột lọc hấp phụ - - se seseieeie 57Hình 2.4 Sơ đồ mô hình công nghệ UF xử lý hàm lượng cặn lơ lửng 59

Hình 2.5 Sơ đồ bản vẽ mô hình công nghệ loc UF dạng pilot - - 60

Hình 2.6 Sơ đồ mô hình thử nghiệm hệ thống xử lý nước suối Tà Vải 63

Hình 2.7 Sơ đồ mô hình thử nghiệm xử lý nước suối Tà Vải cap nước sinh hoạt 64

Hình 2.8 Mô hình thử nghiệm xử lý nước suối Tà Vải cấp nước sinh hoạt 65

Hình 3.1 Hình ảnh toàn bộ lòng hồ suối Tà Vải - Hà Giang 68

Hình 3.2 Chất lượng nước suối Tà Vải - Hà Giang theo mùa khô(thing 2002017 73

Hình 3.3 Chất lượng nước suối Tà Vải - Hà Giang theo mùa mưa0001/2002 77

Hình 3.4 Anh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của vật liệu ODM-2F(581840920000) GỒŨŨ 82

Hình 3.5 Ảnh hưởng của pH đến kha năng hap phụ của ODM-2E 83

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp phụ của ODM-2E 85

Hình 3.7 Đường tuyến tinh Langmuir của Cu(II), Mn(I), Pb(II), Zn(I]) 86

Hình 3.8 Đường tuyến tính Freundlich của Cu(I), Pb(I), MnŒI), Zn(II) §7

Hình 3.9 Ảnh hưởng của áp suất đến năng suất lọc của màng UF - 92Hình 3.10 Tổng hop các anh hưởng áp suất loc của các hàm lượng mau giả định

đến năng suất lọc của màng UF 2: + ©2£++£+Ek+EE+EE2EE£EEEEEEEEEEEEEEEEkrrkrrrrrrkee 96Hình 3.11 Kết quả tổng hợp năng suất lọc của mang UF theo thời gian 100

Hình 3.12 Hiệu quả xử lý của mang UF theo độ màu - ¿5+5 <+s++x5s2 108

Hình 3.13 Hiệu quả xử lý của mang UF theo COD (KMnỠ¿) - 108Hình 3.14 Hiệu qua xử lý của mang UF theo sắt (Fe) -¿-cz+cs+csze: 109Hình 3.15 Hiệu quả xử lý của màng UF theo mangan (MN) 109Hình 3.16 Hiệu quả xử lý của mang UF theo vi khuẩn (coliform) 110Hình 3.17 Trạm xử lý nước tại Trung Doan §77 - -cccscssevxeeessreses 111Hình 3.18 Hiệu quả xử ly cua mang UF theo độ màu - - s55 <+x++x5«2 113

Hình 3.19 Hiệu quả xử lý của màng UF theo độ đục - ‹-cc+xcsxse2 113

Hình 3.20 Hiệu quả xử lý của mang UF theo độ cứng -+++<+2 114

Hình 3.21 Hiệu qua xử lý của mang UF theo chi số Pecmanganat 114Hình 3.22 Hiệu quả xử lý của mang UF theo sắt (Fe) -: -¿z5z-: 115Hình 3.23 Hiệu quả xử lý của màng UF theo E.coli - s++s<+<x++++xs+2 115Hình 3.24 Hiệu quả xử lý của mang UF theo coliform - -¿ ++s<+x+sxs«2 116Hình 3.25 Hiệu quả xử lý của màng UF theo các thơng số chất ơ nhiễm 119Hình 3.26 Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ trạm xử lý nước suối thành nước

cấp cho sinh hoạt sử dụng liên hợp màng lọc-vật liệu lọc da năng ODM-2F 122

DANH MỤC BANG

Bang 1.1 Cac polyme ưa nước và ky nước có sẵn trên thị trường dé

SAN Xuất màng +-©k+Sk9E2E121121521111111112111111111111111111 1.1 1e 38Bảng 1.2 So sánh sỐ lượng hạt sau lọc của ống lọc và siêu lọc UF 42Bảng 2.1 Các điểm lấy mẫu khu vực nghiên cứu - suối Tà Vải - 51Bang 2.2 Phuong pháp phân tích các thông số trong môi trường nước mặt 53Bang 2.3 Thông số đánh giá chỉ tiêu chat lượng nước -¿ s¿sz5+¿ 61Bảng 2.4 Phương pháp phân tích một số chỉ tiêu theo QCVN 01-1:2018/BYT 66Bảng 3.1 Kết quả phân tích chất lượng nước suối Tà Vải-Hà Giang,

mẫu mùa khô, ngày 2 1/03/20 7 -¿- + £+E+S£+E£EE+E£EE+EEEEEEEEEEEEEEeEEEErkererrersred 70

Bảng 3.2 Kết quả đánh giá chất lượng nước suối Tà Vải - Hà Giang,

mẫu mùa mưa ngày 077/07/20 177 ¿5 25£+E+S£+E£EE+E£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrerkerrred 74Bảng 3.3 Ảnh hưởng của kích thước hạt ODM-2F đến hiệu suất hấp phụ Cu(I) 79

Bang 3.4 Ảnh hưởng của kích thước hạt ODM-2F đến hiệu suất hap phụ Mn(I]) 80Bang 3.5 Ảnh hưởng của kích thước hat ODM-2F đến hiệu suất hap phụ Pb(II) S0Bảng 3.6 Ảnh hưởng của kích thước hạt ODM-2F đến hiệu suất hap phụ Zn(ID) 81

Bang 3.7 Ảnh hưởng của thời gian hap phụ đến kha năng hap phụ Cu(II),

Mn(I) Pb(I) và Zn(II) của OIDM-2E 5 Sàn SH 91 91 91 9T nàn Hư 82

Bang 3.8 Ảnh hưởng của pH lên khả năng hap phụ của vật liệu ODM-2F 83Bảng 3.9 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ kim loại nặng của vật liệu

ODM-2F theo nồng độ ¿+52 SE2EE2EE2EEEEEEEEEEEE181121121121121 1111111111 yg 84Bang 3.10 Dung lượng hap phụ cực dai và hằng số Langmuir -. : 86Bang 3.11 Các hang số theo mô hình hap phụ Freundlich - 2 25: 87Bang 3.12 Kết quả phân tích mẫu nước suối Tà Vải sau cột loc ODM-2F,

với các dải tốc độ lọc khác nhau -.-: +:©+++t22E++ttEEkkttttkktrtttttrtrtrrrrrrirrrrrk 89Bảng 3.13 Hiệu suất xử lý nước của cột lọc theo tốc độ chảy eceeves 90Bảng 3.14 Kết quả năng suất lọc theo áp suất lọc - .: -¿¿ccs+2cx2cxscsce¿ 9]Bang 3.15 Kết quả năng suất lọc theo áp suất lọc ở hàm lượng 50 mg/L 93Bảng 3.16 Kết quả năng suất lọc theo áp suất lọc ở hàm lượng 100 mg/L 93Bang 3.17 Kết quả năng suất lọc theo áp suất lọc ở hàm lượng 150 mg/L 94

Bảng 3.18 Kết quả năng suất lọc theo áp suất lọc ở hàm lượng 200 mg/L 94Bang 3.19 Kết quả năng suất lọc theo áp suất lọc ở ham lượng 250 mg/L 95Bang 3.20 Kết quả năng suất lọc theo áp suất lọc ở hàm lượng 300 mg/L 95Bảng 3.21 Tong hợp kết quả năng suất lọc của mang UF khi lọc các mẫu

giả định khác nhau theo các giá trị áp suất lọc đặt vào khác nhau (L/m?.h) ¬— 96

Bảng 3.22 Kết quả năng suất lọc qua màng tại hàm lượng SS 50 mg/L

theo thd Sian 0117 5 98Bang 3.23 Kết qua năng suất loc qua màng tại hàm lượng SS 100 mg/L

theo thd Sian 01 98

Bang 3.24 Kết qua năng suất loc qua màng tai hàm lượng SS 150 mg/L

theo thd Sian 01 98

Bang 3.25 Kết qua năng suất loc qua màng tai hàm lượng SS 200 mg/L

theo thod Gian 01 99

Bang 3.26 Kết qua năng suất loc qua màng tai hàm lượng SS 250 mg/L

theo thời Ø1411 .- 5 TT TH TT TH TH TH HH HT TT TH TH HH TH 99

Bang 3.27 Kết quả năng suất lọc qua màng tại hàm lượng SS 300 mg/L

theo thời Ø1411 - dc HH HH HH HH HH HH TH 99

Bang 3.28 Kết quả tông hợp năng suất loc qua màng tai các dai hàm lượng

khác nhau theo thời Ø141 - - - 5E 1191199119 HH nọ nh Hư 100

Bảng 3.29 Kết quả chất lượng nước trước và sau lọc qua màng với các

hàm lượng SS 50, 100, 150, 200, 250 và 300 mg/ 5-55 S<c+csesserske 102

Bang 3.30 Kết quả rửa ngược màng lọc của từng hàm lượng dung dịch sét 104

Bảng 3.31 Kết quả phân tích đánh giá chất lượng nước suối Tà Vải, trước

và sau lọc qua mô hình kết hop (pilOt) -: 2 ¿++2++x++zx++zxzzx+zsezex 107Bang 3.32 Kết qua phân tích đánh giá hiệu quả chất lượng nước sau xử lý qua

mô hình xử lý kết hợp giữa vật liệu ODM-2F va màng loc UF, tại trạm xử lý

nước Trung Đoàn 877 theo ngày .- - - TH SH HH TH HH HH Hiệp 112Bảng 3.33 Kết quả đánh giá hiệu quả chất lượng nước sau xử lý, tại trạm xử lý

nước Trung Đoàn 877 theo thắng - - - + 1n SE 2 1111111 kg gh ệp 117

Bang 3.34 Kết quả phân tích mẫu nước sau xử lý tại trung đoàn 877,

¡02/02/0201 1000070n88 121

MỞ DAU

1 TINH CAP THIET CUA DE TÀI:

Nước là một thành phan quan trong của sinh quyền va đóng vai trò điều hòa

các yếu tố: Khí hậu, đất đai và sinh vật thông qua chu trình vận động của nó Trên

trái đất, các đại dương chiếm 71% diện tích bề mặt trái đất, trữ lượng tài nguyên

nước, có khoảng 1,5 tỷ kmỶ Nước nội địa chiếm 6,1% còn lại 93,9% là nước biểnvà đại đương Tài nguyên nước ngọt cần cho sự sống của loài người chiếm khoảng

1,88% thủy quyên nhưng phần lớn lại ở dạng đóng băng ở hai cực và nước ngầm.

Trên thực tế, lượng sử dụng được (Nước ngọt tầng mặt) chỉ chiếm khoảng 0,28%

Hàm lượng của các nguyên tố hóa học và các chất trong nước thiên nhiêndao động trong một giới hạn rất rộng Mỗi quốc gia có các quy chuẩn riêng chotừng loại nước QCVN 08-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về

chất lượng nước mặt, với các mức cho các mục đích khác Vì tầm quan trọng của

nước sạch, Liên Hiệp Quốc từ những năm 1980 đã dé ra thập kỷ nước uống, mở ranhiều hội nghị để cảnh báo và khuyến cáo các quốc gia cần quan tâm đến vấn đề

nước và nước sạch Từ năm 1992, Liên Hiệp Quốc đã chọn ngày 22/3 hàng năm là

ngày nước thế giới [28].

Ở Việt Nam, nhất là vùng đồng bằng Bắc bộ, nước ngầm thường bị nhiễmsắt, Asen và một số kim loại khác, nước thường bị 6 vàng và có mùi tanh không sửdụng trực tiếp được, nên người dân phải tiến hành xử lý [31] Cách xử lý đơn giản

là lọc cát.

Hiện nay, ở Việt Nam, công nghệ lọc màng xử lý nước cấp phục vụ chosinh hoạt ở qui mô công nghiệp Vì nhiều lý do công nghệ màng chưa được ápdụng rộng rãi, chủ yếu sử dụng ở qui mô hộ gia đình dưới dạng các thiết bị lọcnước có bán trên thị trường [33] Các thiết bị này được sử dụng ở những nơinguồn nước sinh hoạt bị 6 nhiễm hoặc chưa được cung cấp từ các nhà máy san

xuất nước tập trung Thiết bị này có công suất nhỏ (khoảng 10 - 15lit/h) điện

năng tiêu thụ thấp (dưới 25W/h), do nhu cầu sử dụng nước sạch của nhân dân,tập thể các cơ quan xí nghiệp, bệnh viện, trường học mà nhu cầu nước đóngchai ngày cảng tăng Do vậy, công nghệ lọc màng RO hiện nay được sử dụngnhiều đề sản xuất nước đóng chai đáp ứng nhu cầu của thị trường.

Ở Việt Nam, đặc biệt là các tỉnh miền núi phía Bắc, do đặc điểm địa hìnhcó độ đốc cao, dân cư phân bố phân tán, kinh tế chậm phát triển cho nên việc

cung cấp nước sạch gặp nhiều khó khăn Da phần người dân miền núi nhất làvùng sâu vùng xa, thường dùng trực tiếp nước sông, suối dé sinh hoạt, hoặc nước

ao, giếng đất đều chưa qua xử lý dé ăn uống [13] Điều này anh hưởng đến sức

khỏe và sản xuất.

Hà Giang là một trong các tỉnh miền núi khó khăn nhất về nước và nướcsạch Tỉnh có 4 huyện: Đồng Văn, Mèo Vạc, Yên Minh và Quảng Bạ nam ở vùng

cao nguyên đá Đồng Văn Trước đây, quanh năm thiếu nước đặt biệt là mùa khô,

gần đây nhờ dự án “Hồ treo” đã giải quyết cơ bản khó khăn về thiếu nước, nhưngcác nước hồ này không được xử lý nên không có nước sạch Ngay xã Ngọc Đườngthuộc thành phố Hà Giang cách trung tâm thành phố (cột mốc số 0) từ 1,5 - 2,0 km

theo đường chim bay, nguồn nước cấp sử dụng cho đơn vị bộ đội và người dân còn

bị ô nhiễm.

Đặc biệt chất lượng nước luôn biến động giữa ngày mưa và không mưa, vàkhó kiểm soát do một phần lưu vực bé cập nước từ nước ngoài Các hoạt động khai

thác khoáng sản vùng đầu nguồn các suối đã làm cho nồng độ nhiều chất 6 nhiễm

như: Các chất hữu co, chat ran lo lửng, Nitrat, Mn, Fe, Coliform va E.coli là cácyếu tố hạn chế Mặt khác địa hình núi cao, phân bố dân cư không tập trung và

nguồn điện thiếu thốn Đây là những yếu tố rất bat lợi cho việc cung cấp nước khuvực biên giới phía Bắc, nhất là cho các đơn vị quân đội.

Do vậy, cần thiết phải tìm kiếm một công nghệ xử lý nước mặt (nước suối)phù hợp với đặc điểm vùng cao, dan cư phân bố thưa thớt, khó có thể cung cấp theohệ thống nước sạch của các nha máy nước sạch có qui mô lớn Trên cơ sở đó, tôi

lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc đa năng kết hopvới mang lọc dé xử lý nưóc suối Tà Vải, Hà Giang làm nước cấp cho sinh hoạt”.

Việc nay, hi vọng được góp một phần sức lực nhỏ bé vào việc khắc phục tình trạngthiếu nước sạch ở vùng Tây Bắc Việt Nam nói chung và Hà Giang nói riêng.

Qua việc nghiên cứu này, bản thân tôi có thể làm chỗ dựa kiến thức và

công nghệ từ đó có thể áp dụng mô hình tương tự cho vùng miền núi của Lào khitôi về nước.

2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

a Mục tiêu nghiên cứu

Luận án tập trung vào giải quyết 3 vấn đề chính:

- Đánh giá hiện trạng và chất lượng nước suối Tà Vải, thành phố Hà Giang,

b Nhiệm vụ nghiện cứu

Áp dụng phương pháp lọc màng để xử lý nước mặt thành nước cấp cho sinh

hoạt có sử dụng vật liệu lọc ODM-2F dé tiến hành tiền xử lý trước khi lọc màng

nhằm tăng tuôi thợ của màng lọc.

Thiết kế mô hình lọc kết hợp (màng lọc UF - vật liệu lọc ODM-2F) phù hợp

với địa hình vùng Tây Bắc và lắp đặt thực tế 2 trạm xử lý tại Trung Đoàn 877 va

huyện Yên Minh tỉnh Hà Giang nhằm cung cấp nước sạch cho dân Hà Giang nóichung va Trung Đoàn 877 và thị tran Yên Minh.

10

3 DIEM MỚI CUA LUẬN ÁN

- Luận án đã xác định được khả năng hấp phụ một số kim loại nặng (Cu, Pb,

Zn, Mn) của vật liệu ODM-2F với các kích thước hạt khác nhau của vật liệu (<0,2mm, 0,2-0,5 mm, 0,5-1,5 mm và >1,5mm), trong đó vật liệu có kích thước <0,2 mmcho hiệu suất hấp phụ tốt nhất khi so sánh với các vật liệu còn lại với cùng điều kiện

về thời gian tương tác, pH và nồng độ KLN trong môi trường nước.

- Luận án đã đánh được khả năng lọc mang UF và hiệu quả xử lý của mô

hình kết hợp màng lọc UF và vật liệu ODM-2F để xử lý nước suối đảm bảo chấtlượng của nước sinh hoạt.

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THUC TIEN CUA LUẬN ÁNa Ý nghĩa khoa học

- Kết quả nghiên cứu của luận án, đã cung cấp b6 sung được các số liệu vềhiện trạng lưu lượng và đánh giá được chất lượng nước suối Tà Vải, tỉnh Hà Giang.

- Luận án đã bổ sung được cơ sở dit liệu khoa học về công nghệ xử lý nước

cấp cho sinh hoạt, phù hợp với QCVN01-1:2018/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc

gia về chất lượng nước sinh hoạt, bằng vật liệu lọc hấp phụ ODM-2F kết hợp với

màng loc UF, nhằm tận dụng nguồn nước dé có thé sử dụng cho mục đích sinhhoạt của người dân.

- Các kết quả nghiên cứu của đề tài là tài liệu tham khảo đối với nhữngnghiên cứu tiếp theo, trong đánh giá tác động môi trường, quy hoạch khu dân cư,khu công nghiệp liên quan đến việc sử dụng nguồn nước suối Tà Vai, Hà Giang.

b Ý nghĩa thực tiễn

- Luận án có ý nghĩa cung cấp thêm cơ sở dữ liệu về chất lượng nước khuvực suối Tà Vải, tỉnh Hà Giang dé góp phần hoạch định kế hoạch khai thác và sửdụng tài nguyên nước, cho người dân sinh sống xung quanh khu vực suối Tà Vải.

- Nghiên cứu đã đề xuất được một công nghệ kết hợp quá trình lọc màng và

hấp phụ kim loại nặng trong nước bang vật liệu lọc ODM-2F Kết quả nghiên cứumở ra hướng ứng dụng vật liệu ODM-2F trong xử lý nước cấp cho sinh hoạt vừađảm bảo được yêu cầu kỹ thuật, vừa đáp ứng được điều kiện thực tế của người dân

miên núi, với nhiêu khó khăn trong tiép cận nguôn nước sạch sinh hoạt.

11

- Ngoài suối Tà Vải, dé tài có thé được áp dung cho các vùng khác của cáctinh Miền núi phía Bắc và khu vực miền núi của Lào.

5 KÉT QUÁ CHÍNH CỦA LUẬN ÁN

- Đánh giá được hiện trang chất lượng nước suối Tà Vải - Hà Giang Trừ

các ngày mưa nước suối Tà Vải - Hà Giang tương đối trong, không mùi so với quy

chuẩn Việt Nam (QCVN 08-MT:2015/BTMT), nước suối Tà Vải bị ô nhiễm nhẹ,dùng được trong sinh hoạt (Cột A2) nhưng nếu dùng dé ăn uống cần phải xử lý một

số chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng va vi sinh vật (Cột A1).

- Nghiên cứu được đặc điểm hấp phụ một số kim loại nặng của vật liệuODM-2E với kích thước hạt khác nhau Nghiên cứu lựa chọn kích thước hạt vật liệulọc da năng dé xử lý nước suối Tà Vải - Hà Giang.

- Nghiên cứu và thí nghiệm ứng dụng công nghệ màng lọc UF có kết hợpvới vật liệu lọc đa năng ODM-2F trong xử lý nước suối Tà Vải - Hà Giang.

* Luận án được hoàn thành tai:

1 Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ môi trường, Khoa Môi trường,Trường Dai học Khoa học Tự Nhiên, DHQGHN.

2 Phòng phân tích môi trường Viện Kỹ thuật và Công nghệ Môi trường Liên hiệp các hội khoa học Việt Nam.

-12

Chương 1 TONG QUAN VAN DE NGHIÊN CỨU

1.1 HIEN TRANG TAI NGUYEN NƯỚC MAT VA SỰ Ô NHIEM NGUON NƯỚC1.1.1 Hiện trạng tài nguyên nước mặt trên thé giới, Việt Nam và CHDCND Lào

e Trên thế giới

Ngay từ những năm 1980, Liên Hiệp Quốc đã quan tâm đến và liên tục thôngbáo về nguy cơ thiếu nước và sự nhiễm ban nguồn nước Tài liệu nghiên cứu vềnước thế giới cho biết, trên Trái Đất chỉ có 2,5% nước ngọt còn 97,5% là nước mặn.

Trong số 2,5% nước ngọt, chỉ có 0,26% nam ở nước mặt như: sông, suối và ao hồ

phần còn lại ở dạng băng ở tại hai cực và nước ngầm [73].

Mức sử dụng nước từ năm 1990 đến năm 1995 tăng lên 6 lần nghĩa là gấp

đôi số tăng về dân số trong cùng thời kỳ Bước vào 3 thập kỷ đầu thế kỷ 21, năm2025 dân số thé giới ước tính là 8 tỷ 300 triệu người, tăng thêm gan 3 tỷ so với năm1997, lúc đó mức sử dụng nước sẽ tăng gấp đôi hay gấp bốn lần so với tăng dân số[32, 80], do nhu cầu về nước sinh hoạt, nước sản xuất nông nghiệp và sản xuất côngnghiệp tăng lên Vì vậy, nếu không có ý thức bảo vệ nguồn nước, tái tạo nguồnnước thì nguy cơ thiếu nước sẽ gây khó khăn lớn cho cuộc sống và sự phát triểnkinh tế của con người.

Theo đánh giá của Liên Hợp Quốc, hiện nay khoảng 40% dân số thế giớithiếu nước, 80 Quốc gia đang thiếu nước, 25 triệu người chết hàng năm do thiếu

nước sạch Nguy cơ bùng nổ chiến tranh do van dé nước giữa các quốc gia sẽ

nhiều hơn so với tranh chấp về dau lửa Vì vậy, trên thế giới đã t6 chức ra các ủyban liên Quốc gia về các dong sông dé bàn bạc việc sử dụng, bảo quan từ thượngnguồn đến cuối lưu vực Nhiều hiệp định liên Quốc gia về nước đã được ký kếtnhư ở vùng Trung cận đông và các nước láng giềng của Ấn Độ.

Nhiều năm nay, Liên Hiệp Quốc đã quan tâm đến vấn đề nước và đã đề ra

thập kỷ nước uống vào năm 1980, đã mở nhiều hội nghị dé cảnh báo và khuyến cáo

các quốc gia cần quan tâm đến vấn đề nước và nước sạch như hội nghị của LiênHiệp Quốc về nước năm 1977 tại Argentina, Hội nghị quốc tế về nước và môitrường Dublin năm 1992, Hội nghị thượng đỉnh về môi trường và phát trién ở Rio

13

de Janiero năm 1992, Hội nghị cấp bộ trưởng về nước uống và vệ sinh môi trườngtháng 3 năm 1994 tại Noord Wijk và từ năm 1992 Liên Hiệp Quốc đã chọn ngày22/3 hàng năm là ngày nước thế giới [8, 93].

Tai Việt Nam

Về nước ngầm, theo tài liệu của Cục địa chất thủy văn Việt Nam cho biết:

Nước ngầm của Việt Nam phong phú đủ cho nhu cầu hiện nay, nhưng phân bố

không đều Về mặt chất lượng nói chung tốt, trừ giải ven biên nước bi mặn, vùngđồng bằng Nam bộ nước bị nhiễm phèn, sắt, đồng băng Bắc bộ nhiễm sắt và canxi.Ở một số thành phố lớn như thủ đô Hà Nội các giếng khai thác nước ngầm như MaiDịch, Thượng Đình, Pháp Vân, tốc độ nhiễm ban hữu cơ rất nhanh va rất cao, nếuvẫn tiếp tục khai thác như hiện nay thì hiện tượng sụt lún của đất Hà Nội sẽ xảy ranhanh hơn nữa và sẽ có thảm họa sụt lún khó lường Nước mưa cũng rất đồi dào,

lưu lượng trung bình từ 1800 - 2200 mm/năm [48].

Việt Nam được thiên nhiên ưu đãi về nước ngầm và nước mặt nhưng thực téViệt Nam thiếu nước sạch ở mức nghiêm trong Nguyên nhân thiếu nước sạchmột phần là do kinh tế Việt Nam chưa phát triển, nhưng cơ bản là do người dânthiếu ý thức bảo vệ nguồn nước Phần lớn người dân có thói quen vắt tất cả cácchất thải sinh hoạt, sản xuất xuống các kênh rạch, ao, hồ dùng phân tươi dé

nuôi cá, bón rau hoa mau đã làm ô nhiễm các nguồn nước mặt và ké cả các giếng

khai thác nước ngầm Chúng ta đã làm biến dạng các dòng sông nhất là ở các đôthị, khu công nghiệp như sông Tô Lịch, Kim Ngưu các dòng sông lớn cũng đã

bắt đầu kêu cứu về nạn ô nhiễm do giao thông vận tải, chất thải công

nghiệp như sông Cầu, sông Chu, sông Hương, sông Đồng Nai, sông ThịVải và đa số các kênh rạch ở đồng bằng sông Cửu Long.

Trước năm 1945, dân số Việt Nam khoảng 25 triệu người, nan 6 nhiễmnguồn nước không quá quan trọng và tốc độ dòng chảy nhanh cũng là phương tiệnloại nguồn ô nhiễm Nhưng bây giờ, dân số gần 100 triệu người và thiếu ý thức bảo

vệ nguôồn nước vi vậy, van đề cung cấp nước phải đi đôi với xử lý nước thải sinhhoạt, nước thải sản xuât.

14

Nạn chặt phá rừng với tốc độ cao đã làm giảm độ rừng che phủ nên cường độlũ lụt ngày càng tăng và khốc liệt như ở miền Trung vừa qua Do sự phát triển thủyđiện ở thượng nguồn sông Mê Kông và sự biến đổi khí hậu đã gây nên hạn hán ở hạlưu sông Mê Kông và hiện tượng nước biến dâng đã gây ảnh hưởng xấu đến cáctỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long.

Nói về nước là nói về sự sống của trái đất, là máu sinh học của trái đất,nhưng nước cũng là nguồn gây tử vong cho một người, cho nhiều người và cho cảcộng đồng rộng lớn Vì vậy, nói đến nước là nói đến trồng rừng, nuôi rừng, phát

triển rừng để tái tạo nguồn nước, vừa hạn chế cường độ dòng lũ.

øe Tai CHDCND Lào

Cộng hòa Dân Chủ Nhân dân Lào có diện tích tự nhiên 237.800 km’, dân số

7.231 triệu người, mật độ dân số 30.91 người/km” là một nước nội dia nằm thuộc

bán đảo Đông dương ở khu vực Đông Nam Châu Á Địa hình chủ yếu là đồi núi,

khí hậu nhiệt đới gió mùa, cảnh quan rừng rậm Tổng lượng mưa trung bình hàngnăm trên 2000mm, tuy nhiên lượng mưa phân bố không đồng đều theo mùa và theo

khu vực Các khu vực như cao nguyên Bolovens ở tỉnh Champasak có lượng mưa

trung bình khoảng 3.700 mm/năm trong khi tại các khu vực thấp như LuongPrabang có lượng mưa trung bình khoảng 1.360mm/nam, theo thời gian, mùa muatập trung từ tháng 5-tháng 10 và mùa khô kéo dài từ tháng 12-4 năm sau (khô lạnh

từ tháng I1- 2 và khô nóng từ tháng 3-4) [53].

Về mạng lưới thủy văn, Sông Mê Kong là con sông lớn và quan trọng nhất

của Lào, chạy dài từ phía Bắc đến phía Nam đất nước Sông Mê Kong và các phụ

lưu của nó chiếm 90% diện tích của Lào và là nguồn cung cấp nước cũng như sinhkế quan trọng cho người dân [90] Có khoảng 39 phụ lưu chính trên lưu vực sông

Mekong Các sông chính có diện tích lưu vực lớn hơn 5000 km? là 11 sông sau: Lưu

vực sông Nam Ou nằm ở khu vực phía Bắc, CHDCND Lào; Nam Suang nằm ở khuvực phía Bắc; Nam Khan nằm ở tinh Lang Prabang; Nam Ngum nam ở Bắc Trung

Bộ; Nam Nhiep nằm ở Phonesavan của tỉnh Xiengkhuang; Nam San thuộc tỉnh

Bolikhamxay; Nam Theun/Kading nằm ở tỉnh Bolikhamxay; Sebangfay nămở tỉnhKhammouane; Sebanghieng nằm ở Savannaket Plain; Sedone năm ở phía Nam; và

15

Sêkong nằm ở phía Đông Nam của đất nước Tổng diện tích đầu nguồn của các phụ

lưu chính ước tính vào khoảng 183.000 km? Mặt khác, chỉ có 2 con sông chính là

sông Nam Mã và sông Nam Ka nằm ngoài lưu vực sông Mekong và được mở rộngở khu vực phía đông của các tỉnh Houaphan và Xiengkhuang Cả hai đều chảy quaViệt Nam trực tiếp ra Biển Đông Tổng diện tích đầu nguồn của cả hai con sông là

khoảng 13.000 km2 (Nguồn: Cục Khí tượng và Thúy văn Lào, 2018)

Hiện tại có khoảng 4/5 dân số Lào đang sinh sống tại các khu vực nông thônvà phụ thuộc vào sản xuất nông lâm và các nguồn tài nguyên của Sông Mê Kong

cũng những phụ lưu của nó, tỷ trong sản xuất nông nghiệp (năm 2011) đóng góp

khoảng 47% giá trị GDP của Lào Mặc dù tổng lượng nước phát sinh trên lãnh thổvà nguồn nước di chuyền qua nội địa lào trên sông Mê Kong khá đồi dào, tuy nhiên,do ảnh hưởng của các công trình thủy điện và tình trạng phá rừng bất hợp phápđang diễn ra mạnh nên tình trạng thiếu nước đã xảy ra đặc biệt là trong mùa khô tại

một số địa phương.

Về chất lượng nước, nhìn chung, chất lượng nước của các con sông ởCHDCND Lào và sông Mekong được đánh giá là tốt, dựa trên các tiêu chuẩn quốc

tế Mức độ oxy cao và nồng độ chất dinh dưỡng thấp Trầm tích là nguồn ô nhiễm

chính ảnh hưởng đến các con sông Tải lượng phù sa ở các phụ lưu thay đổi đáng kêtừ 41 tắn/km?/năm đến 345 tắn/km?/năm Các phụ lưu và sông có độ bồi lắng cao là

Sebanghieng, Sedone, Nam Ou, và các đoạn thượng và hạ lưu sông Mekong(Nghiên cứu ngành nước, ADB, 1998) Tuy nhiên, trước sức ép của tốc độ tăng dânsố, phát triển kinh tế - xã hội và đô thị hóa, chất lượng nước ngày càng bị suy giảmnghiêm trọng Trong khi đó, hầu hết người dân các bộ tộc Lào chủ yếu sử dụng

nước mặt trực tiếp làm nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống.

1.1.2 Hiện trạng chất lượng nước và nguồn gây ô nhiễm suối Tà Vải1.1.2.1 Điều kiện tự nhiên của tỉnh Hà Giang

Hà Giang là một tỉnh phía Bắc có diện tích tự nhiên 7945,8 km” Phía Bắc và

phía Tây có đường biên giới với nước Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa dài 274 km,phía Tây và Nam giáp tỉnh Lào Cai và Yên Bái, phía Đông giáp tỉnh Cao Bằng vàphía Nam giáp với tỉnh Tuyên Quang Hà Giang cách thủ đô Hà Nội 320 km về phía

16

Bắc theo quốc lộ 2, năm trong khu vực địa bàn vùng núi cao phía Bắc Việt Nam, có

độ cao trung bình từ (800 - 1200m) so với mực nước biển Địa hình Hà Giang có

thể được phân thành 3 vùng sinh thái [48]:

Vàng I: Là vùng cao núi đá còn gọi là cao nguyên Đồng Văn gồm 4 huyện:Quản Bạ, Yên Minh, Đồng Văn và Mèo Vạc Với 90% diện tích là núi đá vôi, ở đâycó những dải núi đá tai mèo sắc nhọn, những khe núi sâu và hẹp, nhiều vách núi

dựng đứng Ngày 3/10/2010 cao nguyên Đồng Văn gia nhập mạng lưới Công Viên

địa chất toàn cầu.

Vàng II: Là vùng cao núi đất phía Tây gồm các huyện Hoàng Su Phì, XínMan và Quang Bình Địa hình chủ yếu là núi đất sườn dốc, bi chia cắt bởi các khesuối Ngoài các núi cao Hà Giang còn có các thung lũng nhỏ hẹp tạo thành nhữngvùng ruộng bậc thang có diện tích từ 5 đến 10 ha.

Vàng III: Là vùng thấp núi đất, bao gồm các huyện còn lại kéo dài từ Bắc mêqua thành phố Hà Giang, Vị Xuyên đến Bắc Quang Địa hình chủ yếu là vùng thấp

núi đất, dốc thoai thoải tạo thành các vùng canh tác nông nghiệp có diện tích từ 50

ha trở lên Khu vực này có những dải rừng già xen kẽ các thung lũng tương đốibằng phẳng nam doc theo sông, suối.

Do vị trí địa lý và điều kiện địa hình, Hà Giang có độ âm trung bình thườngxuyên ở mức (80 - 87%), lượng mưa trung bình khoảng (1031 - 4846mm), tâm mưa

lớn nhất từ (4700 - 4800mm/năm), nam ở khu vực xã Tân Quang huyện Bắc Quang

và xã Quang Ngan huyện Vị Xuyên Tâm mưa lớn thứ hai đạt từ (2573 2594mm/năm), thuộc xã Tòng Bá huyện Vị Xuyên, thung lũng sông Nho Quế

-huyện Mèo Vac Sông Gam -huyện Yên Minh và sông Chay -huyện Xin Man có

lượng mưa nhỏ hơn 1500mm/năm Mùa mưa kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10, lượng

mưa chiếm khoảng (83 - 91%) tổng lượng mưa trong năm Mùa khô từ tháng 11 đến

tháng 3, tháng mưa ít nhất nhỏ hơn 5mm/tháng.

Hà Giang nằm trong vùng thượng du của 3 con sông lớn là sông Lô, sông

Gâm và sông Chảy.

Sự tăng dân số và tập trung dân cư là nguyên nhân chủ yếu làm tăng lượngnước thải sinh hoạt trên địa bàn tỉnh Hà Giang Tốc độ đô thị hóa cao kéo theo sự

tăng dân số ở khu vực đô thị lớn hơn vùng nông thôn Ví dụ, năm 2011 dân số khu

17

vực đô thị là 112.655 người, đến năm 2014 là 118.792 người Nước thải sinh hoạtchứa hàm lượng lớn các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng (chứa nitơ và phostpho), chứanhiều vi khuẩn gây bệnh và chat tây rửa khi đồ vào các kênh mương sẽ hủy hoại đời

sông các loài sinh vật thủy sinh, làm mat cân bằng môi trường nước Các hoạt độngsản xuất công nghiệp đã phát thải nhiều chất thải rắn, lỏng và khí gây ảnh hưởngxau đến môi trường nước Trong đó nước thải công nghiệp là đối tượng gây anhhưởng trực tiếp đến chất lượng nước mặt và thủy vực, làm suy giảm chất lượngnguồn nước Các ngành công nghiệp khai thác khoáng sản, chế biến nông lâm sản,

vật liệu xây dựng đã thải trực tiếp vào sông, suối làm cho độ đục, chất rắn lơ lửng,các thành phần chất hữu cơ (COD, BOD:) và kim loại nặng tăng [48, 76].

1.1.2.2 Đặc điểm lưu vực suối Tà Vải

Tình hình mưa lớn ở trên lưu vực suối Tà Vải thường diễn ra vào các thángmùa mưa do đó có nguy cơ cao xảy ra lũ quét, sạt lở đất tại khu vực vùng núi.Trước nguy cơ ảnh hưởng của mưa lũ, nguồn nước sẽ có sự thay đổi đột ngột nênchất lượng nước nguồn không ôn định, đồng thời công trình cấp nước dé bị hư hại,gây ảnh hưởng bắt lợi đến cấp nước sinh hoạt nông thôn khu vực xảy ra thiên tai.

Đặc điểm nước nước suối, mùa khô nước rất trong nhưng lưu lượng nhỏ Mùa

mưa lưu lượng lớn nhưng nước đục, có nhiều cát sỏi, mức nước lên xuống độtbiến Có thể sử dụng cấp nước cho các bản làng hoặc các đơn vị quân đội trongkhu vực [7] Nếu muốn sử dụng cấp nước lớn phải có công trình dự trữ và phòngchống phá hoại.

Rừng đầu nguồn và rừng phòng hộ là một yếu tô mang lại nhiều lợi ích cho

con người Trong đó rừng đóng vai trò trung gian dé lưu trữ nguồn nước, giảm tốcđộ dòng chảy mặt của nước Tuy nhiên thời gian gần đây, diện tích rừng bị thayđổi do đó làm ảnh hưởng đến cấp nước sạch nông thôn ở các khu vực Cùng với sựphát triển không kiểm soát của các ngành kinh tế như công nghiệp khai thác khoáng

sản, chế biến nông sản, tồn dư thuốc bảo vệ thực vật đó là hệ lụy môi trường ảnhhưởng đến nguồn nước, điều này như một cảnh báo đến an toàn, an ninh nguồn

nước bị đe dọa, và thậm chí rủi ro an toàn, an ninh nguồn nước còn đến từ nhữngcông trình hồ, đập vùng thượng nguồn [34].

18

Lưu vực suối Tà Vải: được xác định bởi diện tích tự nhiên, được bao bằng

đường chia nước xung quanh Hệ thống của suối Tà Vải gồm dòng chính là suối

Tà Vải và các suối nhánh nhỏ đều chảy đồ chung vào dòng chính này Diện tích

lưu vực xấp xi 30 km” Bên trong diện tích lưu vực này, tat cả dòng chảy mặt và

dòng ngầm đều đồ chung vào nhau và thoát ra ở cùng một điểm là cửa tràn tạithân đập chính.

Về cơ bản, địa hình lưu vực Tà Vải có thé chia làm 3 bậc: 150-180, 300-350

và trên 500 m Độ dốc sườn trung bình dao động trong khoảng 18-30” Thường gặp

các vách núi đá vôi cao từ 65 - 700 m, kéo dài 23 km ở xung quanh lưu vực, nhưvách Mỏ Neo - núi Den và Khudi Vau.

Với đặc điểm địa hình phân cắt mạnh, sườn dốc cao và ngắn như vậy, tronglưu vực tồn tại hệ thống mương xói, dong chảy tạm thời (chỉ có nước trong mùamưa) day đặc Điều này chi phối lưu tốc dòng trên các suối vào mùa mưa rất mạnh,

lũ dâng nhanh và rút cũng nhanh.

Phần lớn diện tích bề mặt lưu vực phủ bởi đá gốc hoặc lớp đất phong hóa bởrời nhưng rất mỏng, chiều dày trung bình từ 0,2 - 0,5m Trầm tích Đệ Tứ trên bềmặt thềm bậc 1, lộ ra thành một dai hẹp, chiều rộng 250 - 450m, kéo dai trên 4,5kmtừ bản Chang đến UBND xã Kim Thạch dọc theo nhánh suối chính ở phía Nam lưu

vực Thành phần của hệ tầng Đệ Tứ này là bồi tích, lũ tích, gồm chủ yếu: Cuội, sỏi,

cát, sét, mùn thực vật, dày 2 - 3m.

1.1.2.3 Các nguồn gây ô nhiễm

Do điều kiện cơ sở hạ tầng còn nhiều khó khăn, thiếu thốn và chịu ảnh hưởng

rất lớn của tập quán, thói quen lạc hậu đã gây ra nhiều tác động xấu đến môi trường

sông của người dân nơi đây, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm nguồn nước cung cấp nước

sinh hoạt cho người dân Những nguy cơ sức khỏe mà người dân miền núi ở đâyđang phải đối mặt trước tiên chính là những bệnh tật có liên quan đến điều kiện môitrường nước sinh hoạt bị ô nhiễm, trong đó người già và trẻ em là đối tượng dễ bịton thương nhất.

Việc đánh giá và dự báo ô nhiễm nước suối Tà Vải từ hoạt động sản xuất nông

nghiệp và hoạt động chăn thả gia súc theo tập tục địa phương là vô cùng cấp thiết,

là căn cứ đê đưa ra các giải pháp xử lý ô nhiêm nước suôi dùng cho sinh hoạt của19

người dân Nguồn nước suối Tà Vải chính xuất phát từ xã Kim Thạch, tỉnh HàGiang Suối uốn chảy theo hướng Đông Bắc - Tây Nam vượt khỏi miền núi dé vào

sông Miện, tỉnh Hà Giang Phần lớn nước tại khúc suối Tài Vải chủ yếu là nước

mưa chảy tràn, nước thải nông nghiệp và hoạt động chăn tha gia súc.- Dự báo ô nhiễm nước Suối Tà Vải từ rác thải sinh hoạt

Với dân số trong lưu vực suối Tà Vải khoảng 712 hộ, với khoảng 2.928người thì lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh khoảng 1.424 kg/ngày (định mứcthải 0,5 kg/người/ngày), đây là loại chất thải rắn chứa nhiều các chất hữu cơ dễ

phân huỷ [29, 45].

Chat thải rắn sinh hoạt có thành phần chính gồm các chất hữu cơ (chiếmkhoảng 70%), giấy vụn các loại, nylon, nhựa, kim loại, các vật dụng sinh hoạthàng ngày bị hư hỏng Rác thải hữu cơ khi phân huỷ sinh ra mùi hôi; rác thảisinh hoạt là môi trường sống và phát triển của các loài ruồi muỗi, chuột bọ và vikhuẩn gây bệnh.

Các loại nước thải phát sinh tại lưu vực suối Tà Vải phát sinh tác động chủ

yếu tới môi trường đất trong khu vực và đặc biệt xuống nguồn tiếp nhận là suối Tà

Vải Tuy nhiên, do lượng thải phát sinh khó xác định chính xác do chăn thả tự do,

do sản xuất nông nghiệp giữa mùa mưa và mùa khô.- Ô nhiễm nước mưa chảy tràn

Ô nhiễm do nước mưa chảy tràn: Vào mùa mưa, nước mưa chảy tràn quakhu vực dự án sẽ cuốn theo đất cát, các chất cặn bã, rác thải, phân gia súc rơi vãi

rơi rớt xuống kênh mương của khu vực làm tăng độ đục, có thé gây bồi lắng cục bộgây ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy, ứ đọng Nếu không được quản lý tốt, nướcthải dạng này cũng sẽ gây tác động tiêu cực đến nguồn nước mặt, nước ngầm và đời

sông thủy sinh trong khu vực [20, 39].

Trong thành phần của nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi chứa nhiều

chất hữu cơ và các vi sinh vật gây bệnh [44] Nếu nguồn nước này không được

kiểm soát sẽ là nguyên nhân gây ô nhiễm hữu cơ cho hệ thống các kênh mươngthoát nước lưu vực suối Tà Vải tiếp nhận, từ đó tác động đến môi trường sống của

hệ thủy sinh Các vi sinh vật gây bệnh có trong nước thải theo dòng nước phát tán đi

20

rất xa Đây là một trong những nguy cơ bùng phát dịch bệnh, đặc biệt là các bệnh vềđường tiêu hóa như tả, ly, thương hàn, đau mắt

- Ô nhiễm từ hoạt động sản xuất nông nghiệp

Dân cư trên địa bàn chủ yếu là dân tộc thiểu số, với lỗi sống còn mang đậm

nét bản sắc văn hoá dân tộc, với những thói quen canh tác còn lạc hậu chưa khoa

học, điển hình là hình thức canh tác làm nương rẫy của đồng bào dân tộc Mông ởtrên địa bàn [1 1, 39].

Hoạt động sản xuất làm nương tây thường chỉ canh tác một vài vụ, khi đất bạc

mau thì lại bỏ đi tìm các vùng đất khác chưa được khai phá dé canh tác Do thiếu dat dé

sản xuất người dân thường chặt phá rừng dé làm ray Nhu vậy, diện tích rừng đặc dụngvà rừng phòng hộ ngày càng bị thu hẹp, tài nguyên rừng bi suy giảm [2, 3, 4].

Qua quá trình nghiên cứu khảo sát hiện nay, bà con chủ yếu là trồng các loạicây như: Cây san, cây dong giéng, cây ngô, cây lúa là chủ yếu Hơn nữa trồng cáccây sẵn, dong giềng trên đất dốc dễ làm cho đất bị bạc màu, xói mòn, dẫn đến

không canh tác được Việc sử dụng các loại thuốc trừ cỏ, trừ sâu trên nương rẫy ở

những khu đầu nguồn rất dé ngắm xuống nguồn nước Khi phun xong, dụng cụ,

bình phun được rửa và đồ tuỳ tiện, thậm trí đồ luôn vào nguồn nước, điều này gây

ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt và sức khoẻ của người dân Vì vậy, cần phảinhận thức, thay đôi thói quen làm nương rẫy ở những khu đầu nguồn hoặc bỏ nương

ray chuyên sang lao động các lĩnh vực khác.

- Thói quen và tập quán sinh hoạt người dân bản địa

Chăn nuôi là một hình thức sản xuất không thé thiếu của các hộ nông dân sốngở vùng nông thôn này Phong tục tập quán cũng ảnh hưởng đến chăn nuôi của mỗidân tộc Việc nhốt gia súc, vật nuôi đưới gầm sàn của một số người dân đã dẫn tới giasúc, vật nuôi sẽ tuỳ tiện thai phân đưới gầm nhà [30, 41] Như vậy, sẽ bốc mùi hôithối lên trên nhà ảnh hưởng đến các thành viên trong nhà và sinh hoạt của gia đình,

tạo điều kiện cho ruồi, nhặng, muỗi phát triển Đây cũng chính là các côn trùng trung

gian truyền bệnh Từ đó dé gây ảnh hưởng đến sức khoẻ các thành viên trong nhà vamoi người xung quanh, đồng thời làm mat mĩ quan cho gia đình, và dé dẫn đến mắc

bệnh tật và dịch bệnh Đông thời, cũng là nguôn nguy cơ ô nhiễm nước ngâm, nước

21

mặt môi trường xung quanh khi không được thu gom và vệ sinh thường xuyên [40].

Đặc biệt, với điều kiện thời tiết tự nhiên, vào những ngày nắng nóng mùi hôi thối sẽbốc lên, gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh Vào những ngày mưa thì bị rửatrôi gây ảnh hưởng nguồn nước sinh hoạt và các mạch nước ngầm.

1.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHAP XỬ LÝ NƯỚC MAT PHỤC VU CAP NƯỚC

CHO SINH HOAT

1.2.1 Phương pháp lắng/keo tu

Nguyên lý của phương pháp lắng là sử dụng trọng lực để loại bỏ các hạt vậtchất rắn có trong nước Trong xử lý nước ăn uống, để tăng hiệu quả của phươngpháp lắng, người ta kết hợp phương pháp lắng với phương pháp keo tụ.

Phương pháp keo tụ trong quy trình xử lý nước được biết đến là quá trình

liên kết hoặc keo tụ các hạt rắn lơ lửng trong nước thành những hạt có kích thướclớn hơn và có khả năng lắng xuống đáy bề lắng [35] Chất keo tụ thường được sửdụng trong xử lý nước ăn uống bao gồm các loại phèn nhôm và phèn sắt hoặc hạt

polymer nhân tạo Sau quá trình keo tụ, các bông cặn có kích thước đủ lớn được tạothành, quá trình lắng tự diễn ra [33, 35, 43].

1.2.2 Phương pháp lọc

Rất nhiều thiết bị xử lý nước sử dụng phương pháp lọc dé loại bỏ các hạt vậtchất có trong nước Những hạt này bao gồm đất sét, phù sa, hạt hữu cơ, cặn lắng từ

các quá trình xử lý khác trong thiết bị, sắt, mangan và các vi sinh vật Phương pháp

lọc giúp làm trong nước và tăng hiệu quả của quá trình khử trùng [65, 12, 35].

a Lọc tự nhiên: Phương pháp xử lý phổ biến nhất trong lịch sử loài người làphương pháp lọc tự nhiên Quá trình lọc tự nhiên, rất đơn giản, sử dụng đất làm vậtliệu lọc, khi nước ngắm qua lớp đất, các chất bân có trong nước sẽ được đất giữ lại.Nước ngầm là kết quả lọc tự nhiên nước mưa qua đất Bên cạnh lọc tự nhiên, người

ta còn biết đến một loại hình lọc tự nhiên khác đó là lọc bằng bờ sông/bờ suối [10].b Lọc bờ sông/bờ suối: Luôn có sự tác động qua lại giữa nước bề mặt tự

nhiên và nước ngầm Khi sông đầy nước, nước từ sông một phần sẽ được tích trữtrong đất tại khu vực bờ sông và khu vực đồng bằng ngập lũ (floodplain) Khi mựcnước sông giảm xuông, nước lưu trữ ở khu vực bờ sông từ từ chảy ngược vào sông.

22

Lọc bờ sông tận dụng hiện tượng nước sông ngắm theo đất bờ sông vào các giếng

đào Đây là một trong các quá trình lọc của tự nhiên, trong đó các quá trình hóa - lý

- sinh học đóng một vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dòng nướcthấm qua [10].

Phương pháp lọc màng: Tách loc các phần tử chất ban qua màng có kích thước

lỗ rỗng từ một vài phần mudi micromet đến một vài phần mười nanomet dưới tác

dụng của gradient áp suất [70].

Tách bằng màng được thực hiện theo nguyên lý vật lý, có nghĩa là những

thành phần được tách không có bat kỳ thay đồi nào về hoá học hoặc nhiệt.

Siêu lọc (UF) là một quá trình phân tách bằng màng có kích thước lỗ trongkhoảng 0,1 - 0,001 micron Thông thường, siêu lọc sẽ loại bỏ các chất có trọng

lượng phân tử cao, vật liệu dạng keo, và các phân tử polyme hữu cơ và vô cơ Các

chất hữu cơ và ion có trọng lượng phân tử thấp như natri, canxi, magie clorua và

sunfat không bị loại bỏ [99].

Nước ton hóa trild Jon hóa tri cao Virus Vikhuan Chat lo lùng

Nước ion hóa tril Jon hóa tri cao Virus Vikhuan Chat lơ langSiêu lọc (UF)

Nước ion hoa tril fon héa tri cao Virus Fikiuan Chất lo lùng| Lọc nano (NF) ————

Nước ionhéatril Ton hóa frị cao Virus Vi khuan Chat lo lừngThẩm thấu ngược (RO)

Hình 1.3 Phân loại màng lọc [99].

1.2.3.1 Các hình thức lọc qua màng

Gồm có lọc trượt và lọc chặn [97].

a Lọc trượt

Dòng dung dịch đầu vào song song với phương tiếp tuyến bề mặt màng.

* Đặc điểm: Lọc trượt cần áp lực lớn, lọc trượt giảm tắc màng nhờ dòng quét,

nhưng dòng thải ra lớn, lọc trượt thuận lợi hơn cho việc rửa ngược màng.

° Áp dụng: cho nước có nhiều tạp chất, cho các dây chuyền lọc nước côngnghiệp, quy mô lớn.

24

* Đặc điểm: Ti lệ thu hồi cao gần như 100%, nhưng dé bị tắc màng do sự tập

trung chất trên bề mặt màng nhanh hơn.

« Áp dụng cho nước có thành phan ít tạp chất, các mô hình thí nghiêm, các

dây chuyền công suất nhỏ Phù hợp với màng có kích thước lỗ rỗng lớn và áp lựcvận hành thấp.

25

Mang nano NF: giữ lại ion hóa tri hai va cho lọt ion hóa tri một

Màng thâm thấu ngược RO: tách được tất cả mọi hợp chất trong nước

Áp lực trên màngMàng áp lực thấp

Màng áp lực cao

Vật liệu chế tạo màngMàng polyme

Màng gốm

Màng kim loại

Các dạng màngMàng sợi rỗng

Màng dạng phẳng

Màng dạng cuộn xoăn

26

e Cấu trúc- Xốp

- Không xốpf Thành phần- Đồng nhất

- Không đồng nhất

g Đặc tính bề mặt

- Ưa nước

- Ky nước

Phương pháp mang lọc thẩm thấu ngược RO (Reverse Osmosis): là một

trong những phương pháp màng lọc mang lại hiệu quả lọc cao Phương pháp RO sử

dụng hệ thống áp lực cao nên thường tiêu hao năng lượng lớn Vật liệu màng ởphương pháp này có lỗ xốp trên màng lọc có kích thước nhỏ hơn các loại màng lọckhác cho phép loại bỏ phần lớn các chất bân có trong nước [12].

Các phương pháp màng lọc khác như lọc nano (NE - nanofiltration), siêu lọc(UE - ultrafiltration), siêu vi lọc (ME - microfiltration) và thâm tách điện (ED -

electrodialysis) [75, 35] Luận án sẽ sử dụng mang UF trong nghiên cứu nên phan

giới thiệu về mang UF sẽ được trình bày ở phần muc 1.4.1.2.4 Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion dựa trên nguyên lý hấp phụ ion trái dấu của cáchạt mang điện Trong nước thường chứa các ion mang điện tích (-) gọi là anionvà hạt mang điện tích (+) gọi là cation Khi gặp điều kiện thuận lợi các ion mangđiện trái dấu tương tác với nhau và tạo thành hạt cặn có kích thước lớn hơn vàlắng xuống đáy [17] Trong tự nhiên, các loại keo, khoáng sét, vật liệu hiện cóđều có khả năng trao đổi ion.

Vật liệu sử dụng trong các bể trao đổi ion thường là các hạt nhựa, than hoạttính nhân tạo mang điện tích Các hạt nhựa mang điện tích có nhiệm vụ hút các hạt

mang điện tích trái dấu trong nước và tạo thành các bông cặn [26, 49].

Trong nước thường chứa các ion cùng dấu giữa tướng rắn và tướng lỏng

hoặc hai tưởng lỏng với nhau, khi tiép xúc với nhau Các ion có ái lực lớn với

27

tướng rắn sẽ đi từ tưởng lỏng vào tướng rắn và ngược lại ion có ái lực kém hơnsẽ đi từ bề mặt của tưởng ran vào trong lòng dung dịch.

Quá trình trao đổi ion được sử dụng dé loại bỏ các ion vô cơ còn sót lại sauquá trình lắng và lọc Phương pháp trao đổi ion có thể được sử dụng dé làm mềmnước, loại bỏ các ion canxi và magie Ngoài ra, phương pháp này còn được sử dụngdé loại bỏ các ion kim loại nặng trong nước như asen, chrom, các ion phi kim như

floride, nitrate, radium va uranium [18].1.2.5 Phương pháp hap phụ

Là phương pháp sử dụng các chất có hoạt tính bề mặt cao như than hoạt tính,dé hấp phụ các chat ban hữu cơ có trong nước [16] Đây cũng là phương pháp đượcsử dụng để loại bỏ các chất bân hữu cơ mà không loại bỏ được trong quá trình lắng

và lọc [23, 37] Bên cạnh loại bỏ các chat ban hữu co, phương pháp hấp phụ cònđược sử dụng dé loại bỏ màu, mùi và vị có trong nước.

Hấp phụ là sự tích lũy lên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn, lỏng - răn, khí- lỏng, lỏng - lỏng) Chất hấp phụ là chất mà phân tử ở lớp bề mặt có khả năng hútcác phân tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi

pha (thể tích) đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ Thông thường quá trình hấp

phụ là quá trình tỏa nhiệt Tùy theo bản chất lực tương tác giữa chất hấp phụ và chấtbị hấp phụ, người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vander Waals giữa phân tử chất bị hấp phụ vàbề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ Chính vì liên kết này yếu màquá trình giải hap phụ dé hoàn nguyên vật liệu hấp phụ và thu hồi các kim loại diễnra thuận lợi Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụkhông tạo thành hợp chất hóa học mà chất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặtphân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp

phụ không lớn.

Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa họcvới các phân tử chất bị hấp phụ Lực hấp phụ khi đó là lực liên kết hóa học thôngthường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị ), lực liên kết này bền khó bị phá vỡ,nhiệt hấp phụ hóa học lớn, do vậy rất khó cho quá trình giải hấp phụ.

28

Trong thực tế sự phân biệt này chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúngkhông rõ rệt Một số trường hợp tồn tại cả quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóahọc Ở vùng nhiệt thấp xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi nhiệt độ tăng thì khảnăng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hóa học tăng.

Một trong những cơ chế hấp phụ quan trọng là các ion kim loại tương tác vớicác bề mặt của chat hap phụ thông qua quá trình tạo phức hoặc trao đổi ion [5].

1.2.6 Phương pháp khử trùng

Nước nên được khử trùng trước khi sử dụng hoặc trước khi được phân phối

cho các hộ gia đình dé đảm bảo rằng các vi khuẩn có hại đều bị tiêu diệt Có thé khửtrùng nước bằng phương pháp vật lý hoặc hóa học.

sóng 254nm có tác dụng khử trùng cao Dé đảm bảo khử trùng tốt, nước phải trong

và đủ thời gian tiếp xúc.

Một phương pháp tận dụng tia tử ngoại tự nhiên đó là tia nang mặt trời Tainhững vùng nắng nóng có thé đựng nước trong chai nhựa/thủy tinh không mau,

trong suốt, dé dưới nắng ít nhất 30 phút Phương pháp đơn giản này có thể tiêu diệt

được các vi khuẩn có thé có trong nước dưới tác dụng của tử ngoại mặt trời.

+ Phương pháp hóa học: các hóa chất được sử dụng dé khử trùng nước bao

gồm bạc, iot, ozon, clo và các hợp chất khử trùng chứa clo (như cloramin hoặcclorine dioxide - ClO,) Trong hầu hết các nha máy nước ở Việt Nam, người ta khửtrùng bang clo hoặc các hợp chất của clo do hiệu quả tiêu diệt các vi khuân gây

bệnh cao Các hóa chất khử trùng trên được áp dụng tại các nhà máy nước dé khử

trùng nước trước khi phân phối đến các hộ gia đình, hoặc cũng có thể được các hộgia đình sử dụng dé khử trùng tại nhà [27].

29

1.3 GIỚI THIỆU VE VAT LIEU HAP PHU

1.3.1 Can bang hap phu [5, 59].

Hấp phụ là một quá trình thuận nghịch, các phan tử chat bi hấp phụ khi đãhấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang (hỗnhợp tiếp xúc với chất hấp phụ) Theo thời gian lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bềmặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyên ngược trở lại pha mang càng lớn.

Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ phản hap phụ thi quá trình

hấp phụ đạt cân bằng.

* Hiệu suất hap phụ được tinh theo công thức:

(Co —CÖ

Trong đó: H%: Hiệu suất hap phụ, tinh theo %

Co: Nong độ dung dịch ban dau (mg/L);

C;: Nồng độ dung dich sau hap phụ (mg/L);

m: Khối lượng vật liệu (g)

Co: Néng độ dung dich ban dau (mg/L);

C;: Nồng độ dung dich sau hap phụ (mg/L);

30

Trong vùng nồng độ cao: beg, >> 1 Thì q = GinaxMô tả vùng hấp phụ bão hòa.

Khi nồng độ chất bị hấp phụ năm giữa hai giới hạn trên thì đường đăng nhiệt

biểu diễn là một đoạn cong Dé xác định được các hang số trong phương trình dangnhiệt hap phụ Langmuir, đưa phương trình (c) về dạng phương trình đường thang:

phân tử hấp phụ trước chiếm các trung tâm hấp phụ mạnh có nhiệt hấp phụ lớn

hơn, về sau chỉ còn các nhiệt trung tâm hấp phụ thấp hơn Phương trình này đượcbiểu diễn bằng một hàm mũ:

Khi nghiên cứu khả năng hấp phụ trong pha lỏng, Freundlich, thiết lập đượcphương trình đăng nhiệt dựa trên cơ sở số liệu thực nghiệm:

q=kC!^ (5)

Trong đó: q: Đại lượng hap phụ cân bang (mg/g)

C: Nông độ chat bị hấp phụ trong dung dịch (q/L; mol/L);K: Hang số dang nhiệt hap phụ Freundlich.

n/1: Thông số cường độ Freundlich (q/L).

Trong quá trình hấp phụ, những phân tử bị hấp phụ sẽ ở lại trên bề mặt hạt

xúc tác một khoảng thời gian nhất định đề tiếp nhận năng lượng và thực hiện quá

trình giải hấp phụ Cả hai quá trình: hấp phụ và giải hấp phụ sẽ xảy ra đồng thời cho

đến khi hạt phản ứng đạt trạng thái can bang [5].

Logqe = logKp += logCe, (6)

Trong đó:

qe: là dung lượng hap phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g).,Ccb : là nồng độ hấp phụ cân bằng (mg/L).,

31

Kim loại nặng ton tại trong nước ở dạng các ion linh động nên có thé đượchấp phụ trên bề mặt hoặc có định chặt trong cấu trúc của vật liệu hấp phụ khi có sựtương tác của hai phần tử trái dấu bằng lực hút tĩnh điện, nhờ đó kim loại được tách

ra khỏi môi trường nước.

Hiệu quả xử lý sẽ phụ thuộc vào cấu trúc của vật liệu hấp phụ, điện tích bề

mặt, độ âm điện các cation kim loại nặng Cu”, Pb'', Mn””, Zn** mang diện

tích (+) nên nó có thể bị hấp phụ bởi bề mặt mang điện tích (-) thông qua sự hìnhthành các liên kết hóa học bền vững trên bề mặt Vì vậy, các vật liệu thích hợp nhấtdé hấp phụ bao gồm: đá ong zeolite, oxit và hydroxit sắt Ngược lại asen tồn tại

chủ yếu dưới dang anion nên có thể cố định trên các bề mặt mang điện tích (+) nên

các hợp chất của sắt là vật liệu phù hợp nhất dé xử lý asen.

Trong nước tương tác giữa một chat hap phụ và một chat bi hap phụ phức tạp

rất nhiều vì trong hệ ít nhất có ba thành phần gây tương tác là nước, chất hấp phụ vàchất bị hấp phụ.

So với hợp chất hấp phụ trong pha khí, hấp phụ trong môi trường nước

thường có tốc độ chậm hơn nhiều Đó là do tương tác giữa chat bị hap phụ với dung

môi nước và với bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân tử

bị chậm lại.

1.3.2 Vật liệu lọc đa năng ODM-2F

Cát thạch anh có khối lượng riêng: 3,6 - 4,2 g/em? , hình dạng của vật liệu lọc

ảnh hưởng tới độ xốp của tầng lọc, do đó ảnh hưởng tới sự hao hụt áp suất trong

tầng lọc và quá trình rửa ngược Hạt lọc có dạng hình cầu là tốt nhất, cát, hạt đá

Thành phần chủ yếu là thạch anh SiO, có tác dụng lọc nước từ cô xưa đã được áp

dụng vào trong việc xử lý lọc nước.

32

Vật liệu lọc đa năng ODM-2F là sản phẩm thiên nhiên thành phan chính làdiatomit, zeolite, bentonite, được hoạt hóa ở nhiệt độ cao và nghiên Thành phần

hóa học cơ bản:

* Đặc tính kỹ thuật

ODM-2F được đưa vào ứng dung từ những năm 1998 trong nhiều công

trình xử lý nước ở Liên bang Nga, Ukraina, Uzbekistan và nhiều quốc gia khác.

Sử dụng tại Việt Nam từ 2002 Hạt có độ đồng đều cao, có cấu trúc đồng nhất,tỷ trọng nhẹ.

ODM-2F có kích thước hạt 0,8 - 2,0 mm là sản phẩm thiên nhiên có thànhphần chính là diatomite, zeolite, bentonite được hoạt hóa ở nhiệt độ cao Hạt lọcODM-2F có cấu tạo đồng nhất từ trong ra ngoài và có tỷ trọng nhẹ (khác với các loạivật liệu khác có tỷ trọng khá nặng với cấu tạo kiều dùng hạt nhân trơ bọc chất tác dụng

bên ngoài) Nhờ có đặc tính là chất hấp phụ, giúp làm giảm hàm lượng dau (mỗi g hạthap thu khoảng 90 mg dau), hap thụ nên ODM-2F giữ vai trò xúc tác khi khử sắt (Fe <

35 mg/L khử arsen và khử Flo, vì tác dụng như hạt xúc tac Alumina) Ngoài ra, 2F còn có thé thay thế đồng thời cả cát thạch anh, hạt xúc tác và than hoạt tính trongquy trình công nghệ xử lý nước cấp và nước thải Với đặc tính ODM-2F có tỷ trọng

ODM-650 kg/m’, dién tich bé mat 120 - 180 m’/g, độ xốp 70%, độ ngậm nước 90 - 95%.

ODM-2F được ứng dung làm chat nâng và 6n định pH trong nước: 6,5 - 8,0 làm giảm

33

hàm lượng nitrogen (Nitrit, nitrat, amoni) photphat, có khả năng khử asen, Flo và khử

các kim loại nặng như đồng, chì, kẽm, crom, niken và các chất phóng xa, làm giảmhàm lượng dầu và một số các chất hữu cơ tan trong nước.

Vật liệu ODM-2F có thé thay thế đồng thời cả cát thạch anh, hạt xúc tác vàthan hoạt tính trong quá trình công nghệ xử lý phèn và nước thải San pham đượcchứng nhận an toàn trong sử dụng cấp nước sinh hoạt và ăn uống ODM-2F được

xem là vật liệu đa năng do:

e Nâng và ôn định pH của nước trong khoảng 6,5 - 8,5

e Xúc tác trong quá trình khử sắt (Fe < 35 mg/L)

e Giảm hàm lượng nitrogen (nitrat, nitrit, amoni), phosphat (20 - 50% tùy

theo tốc độ lọc: từ 4 - 7 m/giờ) có khả năng khử asen, Flo trong nước (tác dụng

tương tự hạt xúc tac alumina).

e Giảm hàm lượng một số hợp chất hữu cơ có trong nước Khử các kim loạinặng như đồng, kẽm, crom, niken giảm hàm lượng dầu (hấp phụ khoảng 90 mgdầu/g hạt), khử chất phỏng xạ.

* Uu điểm của vật liệu ODM-2F

Kết hợp nhiều công đoạn xử lý như xúc tác, tạo bông, lọc cặn trong cùng một

thiết bị Tăng độ an toàn cho chất lượng nước sau xử lý vận hành đơn giản, giá cảthấp hơn nhiều so với các loại chất hấp phụ khác.

Lượng nước rửa lọc thấp hơn các vật liệu khác, không cần sục gió.

Dé tăng hiệu quả xử ly với nguồn nước có độ pH thấp nên sử dụng kếthợp với hạt nâng pH (LS) Độ dày lớp hạt nâng pH (LS) được điều chỉnh theo độ

pH của nước nguồn và tốc độ lọc hoặc sử dụng kèm hóa chất có tính pH nhưNaOH, Na;COa, vôi.

1.3.3 Một số ứng dụng của vật liệu lọc đa năng ODM-2F

Với những đặc tính kỹ thuật của vật liệu lọc ODM-2F ta nhận thấy: Day làmột loại vật liệu lọc mạnh, đáp ứng được hầu hết các yêu cầu kỹ thuật trong xử lýnước ODM-2F tuy là vật liệu lọc mạnh hơn các vật liệu lọc truyền thống nhưng

không phải là có thể áp dụng trong bất kỳ trường hợp nào, nó cũng có những giới

hạn nhất định như nồng độ dầu trong nước chưa đến 20 ml/L, vận tốc lọc không

34

vượt quá 20 m/h Việc lựa chọn vật liệu lọc cũng còn phụ thuộc vào yếu tố địaphương, nếu địa phương có sẵn các vật liệu lọc truyền thong tốt khác như cát thạchanh hoặc than hoạt tính thì hoàn toàn có thé sử dụng những vật liệu này [51, 76].

Vật liệu ODM-2E là vật liệu lọc đa năng, có giá thành thấp, có độ xốp cao (70%) và

diện tích bề mặt (120-180m”/g) do đó có khả năng hấp phụ các kim loại tốt [37].

Mức phat thải các chất ô nhiễm vào nước của sản phẩm thải bỏ trung bình là1,41mg/L So sánh tổng thể khả năng rò rỉ các chat ô nhiễm từ cặn dau và chất happhụ thải ODM-2F, nồng độ trong môi trường nước giảm 1,5 - 3 lần [16] Do đó,mức độ tác động tiêu cực của chất thải đối với môi trường đã được giảm thiểu vàtrung hòa đồng thời hai loại chất thải phức hợp dầu khí: cặn dầu và vật liệu hấp thụ

đã qua sử dụng ODM-2E Dựa trên thành phần, sản phẩm khử nhiễm thu được có

thể được sử dụng trong như một chất phụ gia khoáng hữu cơ phức hợp trong sản

xuất đất sét mở rộng, hỗn hợp bê tông nhựa dé cải thiện các đặc tính kỹ thuật củasản phẩm tạo thành [59, 81] Chat hap phụ đã dành ODM-2F có thé được sử dụngtrong sản xuất gồm gach Do đó, sự phát triển của một phương pháp xử lý chất thảidầu ngành công nghiệp dầu khí không chỉ giải quyết các van đề môi trường mà còntrả lại chất thải cho luân chuyên tài nguyên, đảm bảo sự phát triển bền vững của dat

nước chúng ta hiện nay và các thế hệ tương lai [25, 76].

Trong công trình nghiên cứu [2], người ta chỉ ra rằng cấu trúc của hạt 2F được đặc trưng bởi vô số vùng khuyết tật dưới dạng các lỗ và chỗ lõm, có kíchthước hàng chục micromet (um) Điều này cho thấy các dấu hiệu có thé có về đặctính hấp phụ của vật liệu [104] Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu OMD-2F đã đượccông bố trong các công trình khoa học, ví dụ như nghiên cứu của

ODM-malmokongressbyra.se/ kongress/ download/ 1507_ A.%20 Benetti.pdf, và ®poop1OÓ.T' (1982 400 c.) vật liệu lọc đa năng ODM-2F [67, 105] được đưa vào ứng dụng

dé xử lý nước cấp và nước thải từ năm 1998 trong nhiều công trình lọc nước ở Nga,

Ukraina, Uzbekistan (tại các thành phố Matxcova, Perma, Yekaterinburg, Irkustsk,Omsk ) và ở một sé quéc gia khac [92].

Tại Việt Nam, vật liệu lọc ODM-2F được ứng dung từ năm 2002 chủ yếu dé

xử ly nước cap, các nghiên cứu ứng dụng về xử lý nước thải tuy có nhưng chưa phô

35