Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu hệ thống cấp nước cho hộ gia đình ở những vùng thiên tai

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HÙNG THẮNG

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CẤP NƯỚC

CHO HỘ GIA ĐÌNH Ở NHỮNG VÙNG THIÊN TAI

STUDY ON THE HOUSEHOLD WATER SUPPLY SYSTEM IN DISASTER AREAS

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 8520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 09, năm 2020

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HÙNG THẮNG – 1870063

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CẤP NƯỚC

CHO HỘ GIA ĐÌNH Ở NHỮNG VÙNG THIÊN TAI

STUDY ON THE HOUSEHOLD WATER SUPPLY SYSTEM IN DISASTER AREAS

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 8520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 09, năm 2020

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch hội đồng: GS.TS Nguyễn Văn Phước 2 Cán bộ phản biện 1: PGS.TS Đặng Viết Hùng 3 Cán bộ phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Trung Thành 4 Ủy viên hội đồng: TS Nguyễn Thái Anh

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Hùng Thắng MSHV: 1870063 Ngày, tháng, năm sinh: 19/01/1995 Nơi sinh: Đồng Tháp

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số : 8520320

I.TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CẤP NƯỚC CHO HỘ GIA ĐÌNH Ở NHỮNG VÙNG THIÊN TAI

II.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Vận hành mô hình màng vi lọc: khảo sát thời gian rửa màng, phương pháp rửa màng và công suất xử lý của màng Đánh giá hiệu quả loại bỏ độ đục, chất hữu cơ và vi sinh vật của màng

- Khảo sát thông số vận hành mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời - Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời

- So sánh hiệu quả xử lý chất hữu cơ và vi sinh vật giữa mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời và mô hình lọc gốm bạc

- Chạy thực nghiệm hệ thống màng vi lọc và xúc tác quang với nước sông trong điều kiện sau bão, lũ, mưa to

III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/08/2019

IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/06/2020 V.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Thị Thủy

Tp.HCM, ngày 24 tháng 08 năm 2020

TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGHUYÊN

iv

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý Thầy, Cô trong Khoa Môi trường và Tài Nguyên trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã tận tâm truyền đạt kiến thức quý báu và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại trường Thứ hai, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Thị Thủy, người đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này Đồng thời, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Nhật Huy, người đã tận tâm giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập tại trường Tiếp theo, tôi xin cảm ơn thầy Lâm Phạm Thanh Hiền cũng như các bạn sinh viên, học viên trong phòng thí nghiệm đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm nghiên cứu tại đây Cuối cùng là lời biết ơn sâu sắc nhất dành cho gia đình tôi, nơi đã luôn luôn ủng hộ và là điểm tựa vững chắc nhất của tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu Mặc dù đã cố gắng để hoàn thành luận văn nghiên cứu này, nhưng do nhiều điều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được những góp ý quý báu từ quý Thầy Cô

Xin chân thành cảm ơn Chúc sức khỏe và hạnh phúc

Học viên

Nguyễn Hùng Thắng

v

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Thiên tai xảy ra luôn đem lại những hậu quả nghiêm trọng Do vậy, việc cung cấp một nguồn nước sạch trong các tình huống khẩn cấp luôn là ưu tiên hàng đầu Trong nghiên cứu này, công nghệ lọc màng và quang xúc tác đã được ứng dụng để tạo ra một giải pháp cung cấp nguồn nước an toàn trong tình huống khẩn cấp mà không cần sử dụng điện, hóa chất Hệ thống chia làm hai giai đoạn xử lý tương ứng với hai phần chính, bao gồm lọc màng sử dụng sức người và xúc tác quang dưới điều kiện ánh sáng mặt trời Nguồn nước đầu vào được sử dụng trong nghiên cứu là các nguồn nước sông Hậu, Đồng Nai và Sài Gòn Các chỉ tiêu được đánh giá bao gồm: độ đục, chất hữu cơ,

tổng Coliform và E.Coli Lượng nước màng vi lọc có thể xử lý trong 4 giờ hoạt động

liên tục dao động từ 45 - 85 L, có thể cung cấp cho hộ gia đình từ 3 - 5 người sử dụng trong một ngày Ngoài ra, màng lọc đã cho thấy khả năng xử lý độ đục rất tốt với giá trị đầu ra nằm trong khoảng từ 0,04 – 0,25 NTU, hiệu suất xử lý trên 99,4% Chất hữu

cơ cũng được màng loại bỏ xấp xỉ 50% Tổng Coliform và E.Coli đã bị loại bỏ đáng kể

(trên 99,995%) mặc dù vẫn còn phát hiện ở các mẫu nước sau màng, với nồng độ tổng

Coliform dao động từ 2 – 37 CFU/100mL và E.Coli dao động từ 0 – 3 CFU/100mL Ở

bước tiếp theo, màng mỏng Ag – TiO2 – SiO2 phủ lên bề mặt hạt kính cường lực bằng phương pháp sol – gel được sử dụng làm vật liệu xúc tác cho mô hình quang xúc tác nhằm loại bỏ vi sinh vật và một phần chất hữu cơ còn lại trong nước sau lọc màng Ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy và chiều cao lớp nước tới hiệu quả xử lý của mô hình này đã được khảo sát Kết quả cho thấy, lưu lượng dòng chảy tốt nhất cho quá trình là 2 L/h tương ứng với thời gian lưu nước 6,5 phút, chiều cao mực nước cho hiệu quả tối ưu là 2 mm Các yếu tố như nồng độ chất hữu cơ đầu vào, cường độ ánh sáng và cường độ bức xạ có ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của mô hình Từ 12 đến 14 giờ trong ngày, quá trình quang xúc tác có thể tiêu diệt gần như hoàn toàn vi khuẩn và loại bỏ chất hữu cơ xuống dưới 2 mg/L Giá trị cường độ ánh sáng cần thiết để xử lý chất hữu cơ đạt dưới 2 mg/L là 20 klux (UV ≈ 12 W/m2) với nguồn nước sông Hậu, Đồng Nai và 80 klux (UV ≈ 30 W/m2) với nguồn nước sông Sài Gòn Khi thí nghiệm với các mẫu nước sông Đồng Nai, Sài Gòn, Hậu trong những ngày bão, mưa to, hệ thống vẫn

cho thấy khả năng xử lý hiệu quả khi loại bỏ độ đục, chất hữu cơ, tổng Coliform và E.Coli đạt theo chỉ tiêu cấp nước trong tình huống khẩn cấp Do đó, hệ thống xử lý

trên với thiết kế đơn giản, không cần tốn năng lượng và hóa chất sẽ là một giải pháp đầy hứa hẹn để cung cấp một nguồn nước an toàn trong các tình huống khẩn cấp

vi

ABSTRACT

Natural disasters always bring serious issues; therefore, providing clean water in emergencies is always a top priority In this work, the combination of membrane and photocatalysis was studied to propose a new solution to supply safe water in emergencies without the requirement of chemicals and electricity The system consists of membrane filtration unit using human power and solar photocatalytic unit The raw water used in this study was taken from Hau, Dongnai, and Saigon rivers Water characteristics were monitored based on turbidity, natural organic matters (NOMs),

total Coliform, and E Coli Total amount of treated water in 4 hour of continuous

operation of membrane filtration unit was in range of 45 – 85 L, providing sufficiently water for 3 – 5 persons in a family for a day For water quality, the membrane unit removed most of turbidity (99.4%) and resulted in the output of 0.04 – 0.25 NTU

Organic matter was removed ca 50% by the membrane Total Coliform and E Coli

were significantly eliminated by 99.995%, though was still found in the permeate, with

total Coliform of 2 - 37 CFU/100mL and E Coli of 0 - 3 CFU/100mL In the next step,

Ag – TiO2 – SiO2 thin film coated on the surface of glass beads by sol - gel method was used as photocatalytic disinfection unit under solar irradiation to remove bacteria and part of organic matter from the filtered water The effect of flow rate and water height on the treatment efficiency of this unit for the filtered water was investigated The results showed that good efficiencies in bacteria and organic removal were archived at a flow rate of 2 L/h, corresponding to the hydraulic retention time of 6.5 min, at the water height of 2 mm Input organic matter concentration, light intensity and radiation intensity were the factors that affected to the treatment efficiency of the unit This study pointed out that the photocatalytic treatment operated at 12:00 to 14:00 could result in the almost completely destroying of bacteria and reducing organic matter concentration less than 2 mg/L The light intensity required to remove organic matter less than 2 mg/L was 20 Klux (UV ≈ 12 W/m2) for the permeate from Hau and Dongnai rivers, and was 80 Klux (UV≈ 30 W/m2) for that from Saigon river Especially, the application of the system for the water samples taken on rainy and stormy days still resulted in the effluents met quality standards for emergencies Hence, this simply designed system without the requirement of electricity and chemicals would be a promising solution for water supply during emergency situations

vii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu hệ thống cấp nước cho hộ gia đình ở những

vùng thiên tai” là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện Các kết quả nghiên cứu có

tính độc lập riêng, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Các số liệu trong luận văn có tính trung thực, rõ ràng, minh bạch và có tính kế thừa, phát triển từ các công trình nghiên cứu đã được công bố khác Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Học viên thực hiện

- Nguyễn Hùng Thắng

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Nội dung nghiên cứu 2

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

2.1.3 Nguồn nước có thể dùng trong các tình huống khẩn cấp 7

2.2 Tiêu chuẩn, quy định về cấp nước trong tình huống khẩn cấp 8

2.2.1 Quy định, hướng dẫn của Việt Nam về xử lý nước trong ngập lụt 9

ix

2.2.2 Các tiêu chuẩn chất lượng nước trong tình huống khẩn cấp 10

2.3 Một số phương pháp xử lý nước trong tình huống khẩn cấp 12

2.4 Tổng quan những nghiên cứu có liên quan 14

2.6.3 Các phương pháp làm tăng hoạt tính quang hóa của TiO2 26

2.6.4 Cơ chế diệt khuẩn của TiO2 và nano Bạc 28

2.6.6.4 Độ kết tinh của tinh thể 31

2.6.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác trong nước 31

2.6.7.1 Ảnh hưởng của pH 31

2.6.7.2 Thành phần các chất hữu cơ tự nhiên 32

x

2.6.8 Một số nghiên cứu về quá trình quang xúc tác dưới ánh sáng mặt trời 33

2.7 Các hệ thống cấp nước trong tình huống khẩn cấp tại Việt Nam 34

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

3.1 Hóa chất, thiết bị và mô hình thí nghiệm 35

3.1.1 Mẫu nước sông 35

3.2 Nội dung nghiên cứu 43

3.2.1 Sơ đồ tổng quát nghiên cứu 43

3.2.2 Các nội dung nghiên cứu 43

3.2.2.1 Nội dung 1: Vận hành mô hình màng vi lọc: khảo sát thời gian rửa màng, phương pháp rửa màng và công suất xử lý của màng Đánh giá hiệu quả loại bỏ độ đục, chất hữu cơ và vi sinh vật của màng 43

3.2.2.2 Nội dung 2: Khảo sát các thông số vận hành của mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời 45

3.2.2.3 Nội dung 3: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời 46

3.2.2.4 Nội dung 4: So sánh hiệu quả xử lý chất hữu cơ và vi sinh vật của mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời với mô hình lọc gốm bạc 47

3.2.2.5 Nội dung 5: Chạy thực nghiệm hệ thống màng vi lọc và xúc tác quang với nước sông trong điều kiện sau bão, lũ, mưa to 47

3.3 Phương pháp nghiên cứu 47

3.3.1 Phương pháp lý thuyết 47

3.3.2 Phương pháp phân tích 47

xi

3.3.2.1 Phương pháp phân tích Coliforms và E.Coli 47

3.3.2.2 Phương pháp phân tích chỉ tiêu Pecmanganat 48

3.3.2.3 Phương pháp đo đạc bằng thiết bị 48

3.3.3 Phương pháp xử lý và trình bày số liệu 48

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 49

4.1 Khảo sát các thông số vận hành của hệ thống màng vi lọc 49

4.1.1 Khảo sát thông số lưu lượng, áp suất 49

4.1.2 Hiệu quả làm sạch màng, công suất xử lý thực tế của màng 50

4.1.3 Hiệu quả xử lý nước sông Hậu của màng theo 2 mùa 52

4.2 Khảo sát các thông số vận hành của hệ thống xúc tác quang 54

4.2.1 Chiều cao mực nước 55

4.2.2 Lưu lượng dòng chảy 56

4.2.3 Lượng xúc tác 58

4.2.4 Điều kiện ánh sáng – xúc tác 59

4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của mô hình xúc tác quang 61

4.3.1 Ảnh hưởng của các khoảng thời gian trong ngày 61

4.3.2 Mối liên hệ giữa cường độ ánh sáng, cường độ bức xạ và hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ 63

4.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ đầu vào đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ 65

4.4 So sánh hiệu quả xử lý chất hữu cơ và vi sinh vật của mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời với mô hình lọc gốm bạc 66

4.5 Chạy thực nghiệm hệ thống màng vi lọc và xúc tác quang với nước sông trong điều kiện sau bão, lũ, mưa to 68

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

5.1 Kết luận 73

5.2 Kiến nghị 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO ix

PHỤ LỤC xiv

xii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Phân loại thảm họa tự nhiên [4,5] 4

Bảng 2.2 Những quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi thiên tai năm 2017 [6] 6

Bảng 2.3 Cách xử lý và đặc điểm cần lưu ý của các nguồn nước khác nhau [40] 8

Bảng 2.4 Hướng dẫn về cung cấp nước trong các tình huống khác nhau [1] 11

Bảng 2.5 Một số ví dụ về hướng dẫn xử lý nguồn vi khuẩn trong các tình huống khẩn cấp [40] 11

Bảng 2.6 Tóm tắt ưu – nhược điểm của các phương pháp [8 – 13] 12

Bảng 2.7 Các thiết bị ứng dụng trong tình huống khẩn cấp [13,17,35,43] 15

Bảng 2.8 Những ưu điểm và nhược điểm của các loại polymer và ceramic [15] 20

Bảng 2.9 Một số phương pháp làm sạch hóa học thực tế được sử dụng [16] 23

Bảng 2.10 Tính năng và vai trò của các vật liệu nano 30

Bảng 2.11 Thông số thiết bị [46] 34

Bảng 3.1 Thiết bị và dụng cụ trong mô hình thí nghiệm 36

Bảng 3.2 Thiết bị và dụng cụ trong thí nghiệm phân tích 36

Bảng 3.3 Thông số vật lý của hạt kính phủ xúc tác 38

Bảng 3.4 Thông số thiết kế của hai mô hình màng vi lọc 39

Bảng 3.5 So sánh thông số giữa hai hệ thống 40

Bảng 3.6 Tiêu chuẩn cấp nước trong tình huống khẩn cấp và bình thường 44

Bảng 3.7 Điều kiện thí nghiệm nội dung 2 45

Bảng 3.8 Các thông số điều kiện thí nghiệm nội dung 4 47

Bảng 4.1 Sự thay đổi hiệu quả làm sạch hóa học theo thời gian hoạt động 51

xiii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Các thảm họa tự nhiên năm 2017 [6] 5

Hình 2.2 Quy trình xử lý nước uống trong ngập lụt theo Cục Quản lý Môi trường Y tế [45] 9

Hình 2.3 Sơ đồ lựa chọn phương pháp xử lý nước trong điều kiện bão, lũ theo Hội Chữ thập đỏ Việt Nam [44] 10

Hình 2.4 Phạm vi áp dụng của các quá trình màng 17

Hình 2.5 Hai chế độ dòng chảy của màng 18

Hình 2.6 Độ bền vật lý của các loại polymer [15] 20

Hình 2.7 Đặc điểm của các loại cấu hình màng 21

Hình 2.8 Các dạng thù hình của TiO2 25

Hình 2.9 Quá trình quang xúc tác trên TiO2 26

Hình 2.10 Quá trình quang hóa trên TiO2 - Ag , λ>450 nm 28

Hình 2.11 Cơ chế diệt khuẩn của xúc tác TiO2 28

Hình 2.12 Cơ chế diệt khuẩn của Bạc nano 29

Hình 2.13 Thành phần của chất hữu cơ tự nhiên NOM trong nước mặt [33] 32

Hình 2.14 Thiết bị lọc nước trong tình huống khẩn cấp 34

Hình 3.1 Vị trí lấy mẫu nước sông 35

Hình 3.2 Ảnh TEM (a), SEM (b) vật liệu xúc tác quang 38

Hình 3.3 Màng sợi rỗng PVDF 38

Hình 3.4 Hệ thống màng vi lọc với bơm điện được vận hành tại An Giang 39

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mô hình màng vi lọc 39

Hình 3.6 Chi tiết hệ thống màng vi lọc 41

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý mô hình quang xúc tác 42

Hình 3.8 Sơ đồ tổng quát 43

Hình 4.1 Lưu lượng nước qua màng trong quá trình vận hành thực tế 49

Hình 4.2 Áp suất nước qua màng trong quá trình vận hành thực tế 49

Hình 4.3 Tổng lượng nước qua màng thu được 51

xiv

Hình 4.4 Độ đục trong quá trình hoạt động của màng 52

Hình 4.5 Độ đục và Pecmanganat trước và sau màng vi lọc trong hai mùa 54

Hình 4.6 Tổng Coliform và E.Coli trước và sau màng vi lọc trong hai mùa 54

Hình 4.7 Ảnh hưởng của chiều cao mực nước đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ 55

Hình 4.8 Ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ 57

Hình 4.9 Ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy đến hiệu quả xử lý vi sinh vật 57

Hình 4.10 Ảnh hưởng của lượng xúc tác đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ 58

Hình 4.11 Ảnh hưởng của lượng xúc tác đến hiệu quả xử lý vi sinh vật 59

Hình 4.12 Ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng – xúc tác đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ 60

Hình 4.13 Ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng – xúc tác đến hiệu quả xử lý vi sinh vật 60

Hình 4.14 Cường độ ánh sáng, cường độ bức xạ và hiệu quả xử lý chất hữu cơ ở các khoảng thời gian trong ngày 61

Hình 4.15 Hiệu quả xử lý Coliforms và E.Coli ở các khoảng thời gian trong ngày 62

Hình 4.16 Mối liên hệ giữa Lux và UV trong ánh sáng mặt trời 64

Hình 4.17 Mối liên hệ giữa hiệu quả xử lý chất hữu cơ và cường độ ánh sáng (Sông Sài Gòn, 2,8 – 3,5 mg/L) 64

Hình 4.18 Mối liên hệ giữa hiệu quả xử lý chất hữu cơ và cường độ ánh sáng (Sông Hậu – Đồng Nai, 2 – 2,8 mg/L) 65

Hình 4.19 Ảnh hưởng của nồng độ chất hữu cơ đầu vào 66

Hình 4.20 Hiệu quả xử lý của mô hình xúc tác quang và thiết bị lọc gốm bạc với nước sông Hậu 67

Hình 4.21 Hiệu quả xử lý của mô hình xúc tác quang và thiết bị lọc gốm bạc với nước sông Sài Gòn 68

Hình 4.22 Hiệu quả xử lý độ đục và chất hữu cơ (Pecmanganat) của mô hình với nước sông Sài Gòn ngày bão và ngày bình thường 70

Hình 4.23 Hiệu quả xử lý Coliforms và E.Coli của mô hình với nước sông Sài Gòn ngày bão và ngày bình thường 70

xv

Hình 4.24 Hiệu quả xử lý Độ đục và chất hữu cơ (Pecmangnat) của mô hình với nước sông Đồng Nai ngày bão và ngày bình thường 71

Hình 4.25 Hiệu quả xử lý Coliforms và E.Coli của mô hình với nước sông Đồng Nai

ngày bão và ngày bình thường 71Hình 4.26 Hiệu quả xử lý Độ đục và chất hữu cơ (Pecmanganat) của mô hình với nước sông Hậu, Đồng Nai những ngày mưa to 72

Hình 4.27 Hiệu quả xử lý Coliforms và E.Coli của mô hình với nước sông Hậu, Đồng

Nai những ngày mưa to 72

xvi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DOC Dissolved Organic Carbon Cacbon hữu cơ hòa tan DOM Dissolved Organic Matter Chất hữu cơ hòa tan

PVDF Poly Vinylidene Fluoride

SODIS Solar Disinfection Khử trùng ánh sáng mặt trời

UNICEF United Nations Children’s Found Quỹ Nhi đồng Liên Hiệp Quốc

WHO World Health Organization Tổ chức Y tế thế giới

1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Nước đóng vai trò rất quan trọng đối với sự sống của con người khi hơn 80% cơ thể con người chúng ta là nước Để sống sót, con người phải uống từ 3 – 5 lít nước mỗi ngày để duy trì sự cân bằng nước trong cơ thể Vì vậy, việc tiếp cận được với một nguồn nước sạch là điều vô cùng thiết yếu để con người có thể tồn tại và phát triển [1] Những năm vừa qua, mặc dù được sự hỗ trợ rất nhiều từ những phúc lợi của chính phủ nhưng tình trạng thiếu hụt nước sạch ở Việt Nam vẫn rất nghiêm trọng, đặc biệt là ở những vùng thường xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai (bão, lũ)

Việt Nam là một quốc gia nhiệt đới gió mùa nằm trong khu vực Đông Nam Á, tiếp giáp biển Đông và có đường bờ biển rất dài Địa hình của Việt Nam đa dạng với rất nhiều đồi núi, cao nguyên, đồng bằng châu thổ và đặc biệt có rất nhiều sông, suối [2] Do sự đặc trưng về vị trí địa lý, điều kiện khí hậu và địa hình nên hàng năm Việt Nam phải gánh chịu rất nhiều thiệt hại do những cơn bão, lũ lụt, lũ quét…gây ra Những năm gần đây, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu nên tình hình bão lũ diễn ra ngày càng phức tạp hơn, đỉnh điểm là năm 2017 Theo thống kê của Ban chỉ đạo phòng chống thiên tai (BCĐ PCTT), năm 2017 có tới 16 cơn bão và 4 áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào khu vực Biển Đông, trong đó có 4 cơn bão ảnh hưởng trực tiếp đến Việt Nam gây ra rất nhiều thiệt hại về người và của Bên cạnh đó, các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long hàng năm còn phải chịu ảnh hưởng nặng nề bởi những đợt lũ lớn liên tiếp, đặc biệt là đợt lũ lịch sử năm 2000

Trước tình hình đó, việc cung cấp một nguồn nước an toàn cho người dân sử dụng được xem là vấn đề cấp thiết và quan trọng nhất trong công tác khắc phục hậu quả thiên tai Đã có rất nhiều biện pháp được đề xuất để giải quyết tình trạng trên và một trong số các biện pháp sử dụng phổ biến nhất là vận chuyển và phân phát nước uống đóng chai đến những nơi thiên tai Tuy nhiên, biện pháp này chỉ giải quyết được những tình huống khẩn cấp trong thời gian ngắn Đối với những tình huống khẩn cấp kéo dài và nghiêm trọng thì cần phải có một giải pháp tối ưu hơn

Xử lý nước tại chỗ đang là định hướng phát triển cho những giải pháp hiện nay Song, không phải giải pháp nào cũng phù hợp với điều kiện thiếu thốn trong trường hợp khẩn cấp Những giải pháp khả thi trong trường hợp này phải có những đặc điểm như: giá thành thấp, dễ sử dụng để phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của người dân ở những vùng sâu vùng xa; thiết kế gọn nhẹ, đơn giản để đảm bảo tính kỹ thuật

2

khi thường xuyên vận chuyển; hoạt động không cần năng lượng và ít sử dụng hóa chất để bảo vệ môi trường Trước những khó khăn đó, nghiên cứu này được thực hiện với mong muốn đưa ra một giải pháp phù hợp để cung cấp một nguồn nước sạch và an toàn cho người dân ở những vùng thiên tai (bão, lũ) cũng như tạo tiền đề để phát triển hệ thống cấp nước đơn giản cho những vùng sâu, vùng xa

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu hướng tới mục tiêu xây dựng hệ thống cung cấp nước uống ở quy mô hộ gia đình cho những vùng thiên tai (bão, lũ) bằng việc sử dụng hệ thống màng vi lọc kết hợp với xúc tác quang

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài này bao gồm:

- Nguồn nước mặt từ các sông khác nhau: Hậu, Đồng Nai, Sài Gòn - Mô hình màng vi lọc sử dụng bơm tay

- Mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

Mô hình nghiên cứu đặt tại phòng 710 tòa nhà H2 thuộc cơ sở 2, trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia, thành phố Hồ Chí Minh Riêng mô hình màng có một khoảng thời gian được đưa xuống An Giang để chạy vận hành nước sông Hậu Đề tài nghiên cứu được thực hiện từ tháng 08 năm 2018

1.4 Nội dung nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu chia là những nội dung sau:

- Nội dung 1: Vận hành mô hình màng vi lọc: khảo sát thời gian rửa màng, phương pháp rửa màng và công suất xử lý của màng Đánh giá hiệu quả loại bỏ độ đục, chất hữu cơ và vi sinh vật của màng

- Nội dung 2: Khảo sát các thông số vận hành của mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời

- Nội dung 3: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời

- Nội dung 4: So sánh hiệu quả xử lý chất hữu cơ và vi sinh vật của mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời với mô hình lọc gốm bạc

- Kết quả nghiên cứu cho thấy được khả năng loại bỏ tốt chất hữu cơ, độ đục và vi sinh vật của hệ thống màng vi lọc và hệ thống quang xúc tác mà không cần sử dụng điện và ít sử dụng hóa chất

- Khảo sát được các thông số vận hành, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của hệ thống màng vi lọc và hệ thống quang xúc tác

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu đưa ra được một giải pháp cấp nước cho người dân ở những vùng thiên tai, góp phần quan trọng trong việc bảo đảm sự an toàn sức khỏe cho con người và cộng đồng Kết quả nghiên cứu đã cho thấy tính khả thi, hiệu quả và phù hợp với điều kiện khẩn cấp khi sử dụng hệ thống màng vi lọc và xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời mà không cần sử dụng điện và ít hóa chất, qua đó, tiết kiệm được năng lượng và hóa chất Nghiên cứu này cũng là cơ sở để định hướng phát triển ra một sản phẩm phù hợp với điều kiện thu nhập của người dân tại những vùng khó khăn thường xuyên bị ảnh hưởng bởi thiên tai

1.6 Tính mới của đề tài

Nghiên cứu tạo ra được một hệ thống xử lý nước sông tại chỗ đơn giản, hiệu quả và không sử dụng năng lượng, ít hóa chất bằng việc kết hợp giữa công nghệ màng và quang xúc tác Công nghệ màng vi lọc sử dụng bơm tay được áp dụng để tiền xử lý nước sông Quá trình xử lý bằng quang xúc tác dưới ánh sáng mặt trời được sử dụng như là quá trình xử lý bậc hai để loại bỏ chất hữu cơ và vi sinh vật

4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về thiên tai và tình huống khẩn cấp

2.1.1 Thiên tai

Thảm họa là một sự kiện tự nhiên hoặc nhân tạo, gây ra những tổn hại to lớn về vật chất, làm gián đoạn kinh tế - xã hội và đe dọa đời sống con người một cách trực tiếp hoặc gián tiếp Khi đối mặt với thảm họa, để bảo vệ bản thân và giảm thiểu những thiệt hại, con người cần có những hành động tích cực và phù hợp Tuy nhiên, thảm họa có thể kéo dài và vượt qua khả năng kiểm soát của con người, gây ra những tình huống khẩn cấp [1]

Thiên tai là một thảm họa với nguyên nhân chính là do các sự kiện tự nhiên (bão, lũ lụt, động đất…) gây ra Thiên tai cũng dẫn đến những thiệt hại nặng nề về tài chính, môi trường và con người Thiệt hại do thiên tai phụ thuộc vào khả năng ứng phó và khắc phục thảm họa của con người [3] Trong những năm gần đây, nguyên nhân gây ra thiên tai không còn chủ yếu do các sự kiện tự nhiên nữa, một phần trong đó còn là hệ quả của biến đổi khí hậu toàn cầu mà con người là nguyên nhân chính Các loại thiên tai được phân loại theo các yếu tố kiểm soát được thể hiện trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Phân loại thảm họa tự nhiên [4,5]

Địa chất

Động đất, núi lửa, lở đất, lở tuyết, hố sụt, cát lún, sóng thần,…

- Trận động đất ở Ấn Độ Dương năm 2004 - Vụ lở đá băng năm 2002 ở Kolka – Karmadon

- Sóng thần ở Thái Lan năm 2004 do ảnh hưởng của trận động đất lớn

Khí tượng, nước

Lũ lụt, sét, gió bão, giông bão, mưa đá, lốc xoáy, bão tuyết, hạn hán…

- Trận lũ lụt lịch sử Mozambique năm 2000 nhấn chìm nhiều nơi trong 3 tuần

- Cơn bão lịch sử Linda năm 1997 đổ bộ vào Nam Bộ Việt Nam

- Đợt hạn hán tồi tệ nhất lịch sử Trung Quốc ở Tứ Xuyên năm 2006

Khác (sinh học, vũ trụ, lửa)

Cháy rừng, bão lửa, dịch bệnh, bão từ, mưa sao

băng,…

- Trận cháy rừng Victoria ở Australia năm 2009

- Các trận đại dịch lớn trong lịch sử thế giới như: đại dịch HIV/AIDS, đại dịch cúm gia cầm H5N1, đại dịch xuất huyết Ebola…

5

Những năm vừa qua, thảm họa tự nhiên trên thế giới diễn ra vô cùng phức tạp, để lại hậu quả rất lớn về người và của, đánh dấu sự chuyển biến bất thường của khí hậu toàn cầu Hình 2.1 thể hiện các thảm họa tự nhiên năm 2017 của các quốc gia trên thế giới Có thể thấy rằng, lũ lụt và bão chính là hai thiên tai hay xảy ra nhất và cũng là nguyên nhân gây ra nhiều thiệt hại về người và của nhất Cụ thể, bão và lũ đã gây ra gần 90% thiệt hại về kinh tế, 60% người tử vong và 85% người dân bị ảnh hưởng trong số 100% tổng thiệt hại do thiên tai trong năm 2017 [6]

Hình 2.1 Các thảm họa tự nhiên năm 2017 [6]

Việt Nam là một trong số những quốc gia chiu ảnh hưởng lớn nhất từ thiên tai năm 2017 (Bảng 2.2) Do đặc điểm về vị trí địa lý cũng như khí hậu nên hàng năm Việt Nam luôn phải gồng mình gánh chịu nhiều cơn bão, lũ lụt quét qua Các cơn bão đi qua thường kèm theo mưa to và lũ quét, làm hư hỏng mạng lưới điện, internet, cấp nước… và phá hủy nhiều cơ sở hạ tầng khác Những đợt lũ sẽ làm tăng đáng kể hàm lượng cặn lơ lững, vi sinh vật và nhiều thành phần phức tạp khác trong nguồn nước mặt Điều này dẫn đến chất lượng nguồn nước bị giảm và gây ra nhiều dịch bệnh nguy hiểm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người dân trong khu vực Do vậy, vấn đề cần quan tâm nhất ở Việt Nam là làm sao để cung cấp được một nguồn nước sạch và an toàn cho người dân sử dụng khi bão, lũ xảy ra

6

Bảng 2.2 Những quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi thiên tai năm 2017 [6]

Số người bị ảnh hưởng

(Triệu)

Quốc gia

Thiệt hại về tiền (tỷ USD)

2.1.2 Tình huống khẩn cấp

Tình huống khẩn cấp được định nghĩa là một tình huống bất lợi, gây khó khăn, cản trở hoặc đau khổ đến con người phát sinh ra từ một thảm họa Tình huống khẩn cấp sẽ tiếp tục phát triển và gây nhiều thiệt hại hơn nếu không được ngăn chặn và khắc phục kịp thời

Xử lý nước trong tình huống khẩn cấp: là việc xử lý và lưu chứa nước trong các tình huống thiên tai, thảm họa như bão, lũ, lụt, động đất, sóng thần , khi hệ thống cung cấp nước sạch bị phá hủy và nguồn nước bị ô nhiễm nặng nề, đặc biệt là ô nhiễm vi sinh vật gây bệnh [44]

Theo “Hướng dẫn xử lý nước sinh hoạt tại hộ gia đình trong tình huống khẩn cấp”,

trong tình huống khẩn cấp, mục tiêu xử lý nước nhiễm bẩn là xử lý vi sinh vật gây bệnh và chất rắn lơ lửng Ô nhiễm vi sinh vật trong nước xảy ra khi chất thải của con người, động vật và các chất ô nhiễm khác đi vào nguồn nước (như sông, hồ, ao hoặc giếng nước ngầm) Đây là vấn đề rất thường gặp trong các tình huống khẩn cấp như lũ lụt, động đất, sóng thần…Ô nhiễm vi sinh vật trong nước có thể làm cho người uống nước chưa được tiệt trùng bị tiêu chảy Các vi sinh vật đường nước gây ra bệnh tiêu

chảy là: (1) vi khuẩn - chủ yếu là nhóm Coliform (ví dụ E coli, Salmonella và Shigella), (2) ký sinh trùng đơn bào (ví dụ Giardia và Cryptosporidium), (3) vi rút (ví dụ Norwalk và Rotavirus) Chất rắn lơ lửng trong nước (kết hợp của các trầm tích khác

7

nhau gồm bùn và chất hữu cơ) cũng phổ biến trong các nguồn nước bị ô nhiễm Tùy thuộc vào nguồn gốc của chúng, các chất rắn lơ lửng có thể tạo ra nguy cơ sức khỏe ngoài việc tạo ra màu đục của nước và mùi hôi Sông, hồ, ao, giếng, suối bị ô nhiễm thì thường xuyên có một lượng lớn chất rắn lơ lửng

2.1.3 Nguồn nước có thể dùng trong các tình huống khẩn cấp

Khi thiên tai xảy ra, hoạt động của các nhà máy cấp nước cũng bị gián đoạn do các cơ sở vật chất cần thiết bị phá hủy Do đó, con người sẽ không còn nguồn nước sạch để sử dụng nữa Thật không may, cơ sở vật chất của nước ta còn chưa đủ sức để chống chọi với những cơn bão, lũ diễn ra với quy mô lớn cũng như nhu cầu nước uống trong những tình huống khẩn cấp thường vượt quá khả năng cung cấp của các cơ quan cứu trợ hoặc chính quyền địa phương Mặc khác, các tiêu chuẩn cấp nước của nước ta thường hướng đến quan điểm sử dụng lâu dài và chưa có những hướng dẫn cụ thể về cấp nước tạm thời trong các tình huống khẩn cấp Do đó, việc tìm ra một nguồn nước thay thế phù hợp để đảm bảo cung cấp nước an toàn cho người dân sử dụng là một điều tất yếu phải thực hiện

Các biện pháp như: sử dụng nguồn nước cấp lưu trữ sẵn, phân phát nước uống đóng chai hoặc sử dụng một số nguồn nước có trong nhà như: nước đá, bể nước nóng, nước còn lại trong đường ống… là những biện pháp thường được sử dụng trong trường hợp này [7] Tuy nhiên, những nguồn nước này là có hạn chế, chỉ thích hợp sử dụng tạm thời trong thời gian ngắn và không phù hợp để sử dụng trong các đợt bão, lũ lớn Trước tình hình này, việc xem xét những nguồn nước sẵn có trong bão lũ là một định hướng khả thi Mặc dầu vậy, cần lưu ý rằng thiên tai sẽ làm biến đổi chất lượng nguồn nước bằng nhiều cách khác nhau Do đó, để đảm bảo an toàn cho sức khỏe người sử dụng, việc xác định các đặc điểm của nguồn nước cấp và xem xét những tình huống khẩn cấp xảy ra để lựa chọn một nguồn nước phù hợp là một điều quan trọng trong phát triển chiến lược phân phối nước lâu dài Bảng 2.3 trình bày các nguồn nước có thể sử dụng trong bão, lũ và những lưu ý khi sử dụng chúng

Trong các nguồn nước được đề cập, nguồn nước mưa có thể được tính đến trong trường hợp các cơn bão, lũ nhỏ và chỉ cung cấp nước trong một khoảng thời gian ngắn Các nguồn nước ngầm, nước giếng gần như bị nhấn chìm hoàn toàn trong cơn lũ và gần như con người không có cách nào để tiếp cận đến chúng Mặc khác, các đợt bão, lũ lớn cũng làm cho các nguồn nước sông, suối, ao, hồ sẽ bị hòa trộn lại với nhau và tạo thành một nguồn nước động duy nhất Điều này giúp nguồn nước mặt dễ dàng

8

được tận dụng hơn vì chúng luôn có sẵn Tuy nhiên, cần phải tìm ra phương pháp xử lý nước cho phù hợp để đảm bảo an toàn cho người dân khi sử dụng

Bảng 2.3 Cách xử lý và đặc điểm cần lưu ý của các nguồn nước khác nhau [40]

Nước mưa

Không cần thiết xử lý nếu vật hứng nước hoặc đồ dùng nước đã

đúng cách

Lượng nước không chắc chắn có nhiều nếu hạn hán kéo dài Đòi hỏi thiết bị xây dựng đặc

biệt và chuyên môn cao

Luôn luôn phải xử lý

Lượng nước có thể thay đổi theo mùa

Phải kiểm soát đầu vào nguồn nước

Ao, hồ

2.2 Tiêu chuẩn, quy định về cấp nước trong tình huống khẩn cấp

Nước được sử dụng để uống hoặc sinh hoạt cần phải đáp ứng được các tiêu chuẩn nước uống của quốc gia hay quốc tế Nhìn chung, nước cấp cho người dân sử dụng phải đạt được hai yêu cầu cơ bản là lượng và chất Về lượng, cần phải xem xét những tình huống xảy ra nằm trong trường hợp nào để đưa ra lượng nước thích hợp cần phải cung cấp, nhưng phải đảm bảo cung cấp đủ lượng nước tối thiểu cho sự sinh tồn trong tình huống khẩn cấp Về chất, thông số này mang tính chất linh hoạt, tùy theo từng tình huống khẩn cấp nhất định mà có những yêu cầu về chất lượng nước cấp thích hợp Vì vậy, cần có sự cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo sự cân bằng giữa rủi ro và lợi ích ngắn hạn và dài hạn đối với sức khỏe của con người trong tình huống khẩn cấp

9

2.2.1 Quy định, hướng dẫn của Việt Nam về xử lý nước trong ngập lụt

Trong điều kiện phải đối mặt thường xuyên với tác động của những cơn bão lũ Việt Nam đã đưa ra những quy định, hướng dẫn cụ thể về các phương pháp ứng phó và cách khắc phục hậu quả cho những tình huống khẩn cấp sau bão lũ

Theo “Hướng dẫn xử lý nước sinh hoạt tại hộ gia đình trong tình huống khẩn cấp” và “Sổ tay Hướng dẫn xử lý nước và vệ sinh môi trường trong mùa bão lụt” , việc lựa

chọn biện pháp xử lý nước phụ thuộc vào địa điểm và tình hình thực tế Thông thường, trong những tình huống khẩn cấp thì khó có biện pháp nào là đúng hoàn toàn và hoàn hảo Quy trình xử lý nước ăn uống trong tình huống khẩn cấp thông thường gồm 3 bước chính:

- Bước 1: Xác định nguồn ô nhiễm, tình trạng ô nhiễm của nguồn nước

- Bước 2: Làm trong nước: là phương pháp sử dụng hóa chất hoặc các vật liệu lọc để loại bỏ độ đục, độ màu có trong nước Hóa chất thường được sử dụng trong trường hợp này là hóa chất làm tăng khả năng keo tụ tạo bông: phèn chua Ngoài ra có thể sử dụng phương pháp lọc bằng cát, lọc bằng vải bông để loại bỏ một lượng nhất định các chất rắn lơ lững

- Bước 3: Khử khuẩn: là bước nhất thiết phải được thực hiện trước khi được sử dụng cho mục đích ăn uống Có 3 biện pháp khử khuẩn có thể được sử dụng gồm: đun sôi, khử khuẩn bằng ánh sáng mặt trời và khử khuẩn bằng hóa chất Khử khuẩn có thể ảnh hưởng đến mùi vị của nước Đun sôi sẽ làm nước có vị nhạt Khử khuẩn bằng ánh sáng mặt trời làm nóng nước Khử khuẩn bằng hóa chất tạo cho nước có mùi vị khó chịu khi sử dụng

Hình 2.2 Quy trình xử lý nước uống trong ngập lụt theo Cục Quản lý Môi trường Y tế [45]

10

Hình 2.3 Sơ đồ lựa chọn phương pháp xử lý nước trong điều kiện bão, lũ theo Hội Chữ thập đỏ Việt Nam [44]

2.2.2 Các tiêu chuẩn chất lượng nước trong tình huống khẩn cấp

Tại Việt Nam, chưa có những tiêu chuẩn, quy chuẩn rõ ràng về chất lượng nguồn nước được sử dụng trong tình huống khẩn cấp mà chỉ có quy chuẩn cấp nước cho mục đích ăn uống và sinh hoạt trong điều kiện bình thường (QCVN 1-01: 2018/ BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt) Trên thế giới, các tiêu chuẩn cấp nước lại tùy thuộc vào tính chất của tình huống khẩn cấp Đối với cấp nước trong một thời gian ngắn hạn, để đảm bảo sinh tồn thì chỉ cần chú trọng đến lượng nước tối thiểu dùng cho ăn uống và có thể bỏ qua một số chỉ tiêu

11

hóa học nhưng vẫn phải đảm bảo tiêu diệt mầm bệnh trước khi sử dụng Tuy nhiên, đối với cấp nước trong thời gian dài thì cần phải đảm bảo tuân thủ nghiêm ngặt các chỉ tiêu về nước uống để tránh sự tổn hại về sức khỏe mãn tính có thể xảy ra Bảng 2.4 đưa ra hướng dẫn về chất lượng nước uống trong tình huống khẩn cấp Bảng 2.5 cho

thấy một số ví dụ về hướng dẫn xử lý E.Coli trong các tình huống khẩn cấp theo

WHO

Bảng 2.4 Hướng dẫn về cung cấp nước trong các tình huống khác nhau [1]

Chỉ tiêu

Cung cấp để đảm bảo sinh tồn trong tình huống khẩn cấp

Cung cấp dài hạn sau tình huống

khẩn cấp

Cung cấp cho sự phát triển

Lượng nước cho một người (L/người/ngày)

Lượng Clo tự do tại điểm lấy mẫu

nước (mg/L)

0,3 – 1,0 0,2 – 0,5 Nếu nước được khử trùng bằng clo: 0,2 Độ dẫn điện

6 – 8: quá trình keo tụ với nhôm sunfat < 8: để khử trùng

Tốt hơn hết là < 8 để cho quá trình khử trùng bằng clo

Nếu không thể, sử dụng nguồn nước tốt

nhất có sẵn và áp dụng khử trùng bằng

ánh sáng mặt trời

Luôn luôn khử trùng nguồn nước

cung cấp Nếu không thể: <10

E.Coli/100 mL (áp

dụng khử trùng bằng ánh sáng mặt

trời)

Không thermotolerant

Coliform/100 mL

(trong trường hợp này, áp dụng khử trùng bằng ánh sáng

mặt trời cho nước uống)

Bảng 2.5 Một số ví dụ về hướng dẫn xử lý nguồn vi khuẩn trong các tình huống khẩn cấp [40]

12

Nhiều hơn 100 E.Coli/100mL Không thể sử dụng nếu chưa xử lý

2.3 Một số phương pháp xử lý nước trong tình huống khẩn cấp

Do đặc điểm nguồn nước sau bão, lũ có nồng độ chất rắn lơ lửng và vi sinh vật thay đổi đột biến nên các biện pháp lắng, lọc và các phương pháp khử trùng nhanh thường được áp dụng Các quá trình này rất đơn giản và không cần phải tốn kém quá nhiều nên rất phù hợp với điều kiện thiếu thốn trong tình huống khẩn cấp

Phương pháp lưu trữ và lắng có khả năng xử lý các hạt rắn lơ lững rất tốt Tuy nhiên, quá trình lắng diễn ra rất chậm Mặt khác, quá trình lắng không loại bỏ hoàn toàn vi khuẩn do vậy cần phải có quá trình khử trùng nước trước khi sử dụng, đặc biệt nên khử trùng bằng Clo để làm giảm màu sắc, mùi vị của nước sau lắng [8] Các phương pháp lọc thường được sử dụng nhiều hơn do tính đa dạng và linh hoạt Có rất nhiều phương pháp lọc được nghiên cứu và phát triển từ cổ điển đến hiện đại như: lọc thô, lọc cát chậm, lọc màng, lọc gốm …[10] Trong đó, quá trình lọc màng và lọc gốm là hai quá trình tiên tiến nhất hiện nay với các đặc điểm và tính chất phù hợp với yêu cầu trong tình huống khẩn cấp

Khử trùng là một công đoạn vô cùng quan trọng trong việc xử lý nước cấp cho mục đích ăn uống Công đoạn này thường nằm cuối cùng trong quy trình xử lý nước Theo bề dày của lịch sử, từ truyền thống đến hiện đại, các phương pháp khử trùng nước ngày càng được cải tiến, hoàn thiện hơn Mặc dù rất đa dạng như vậy nhưng mục đích chính của khử trùng nước vẫn là loại bỏ hoàn toàn các vi sinh vật gây bệnh có trong nước và bảo vệ sức khỏe của người sử dụng Có rất nhiều phương pháp khử trùng có thể áp dụng trong tình huống khẩn cấp như: đun sôi, chưng cất bằng năng lượng mặt trời, khử trùng bằng ánh sáng mặt trời (SODIS), khử trùng bằng hóa chất…[13] Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có các ưu - nhược điểm riêng nên cần lựa chọn phương pháp khử trùng phù hợp để đảm bảo tính an toàn cho người sử dụng

Bảng 2.6 Tóm tắt ưu – nhược điểm của các phương pháp [8 – 13]

Lưu trữ và lắng Chi phí thấp, đơn giản, dễ áp dụng

Không loại bỏ hoàn toàn những mầm bệnh có trong nước, cần

quá trình hậu xử lý, thời gian lắng lâu

Lọc thô Chi phí thấp, đơn giản, dễ áp dụng

Chỉ xử lý một phần độ đục và vi sinh vật, quá rườm rà vì nhiều

13

công đoạn xử lý, cần quá trình hậu xử lý

Lọc cát chậm Xử lý rất hiệu quả với vi sinh vật, đơn giản, chi phí thấp

Phạm vi áp dụng hẹp đối với độ đục, đòi hỏi kỹ thuật vận hành, thời gian xử lý chậm và

cần có quá trình tiền xử lý trước

Lọc màng Hiệu quả xử lý rất tốt đối với cả các chất tan và không tan trong

nước, đa dạng loại màng nên việc lựa chọn màng phù hợp dễ dàng hơn, cơ chế hoạt động đơn

giản, có thể được dùng để tiền xử lý hoặc hậu xử lý đều được,

thời gian xử lý nhanh

Đòi hỏi kỹ thuật vận hành, cần áp lực để hoạt động, cần lưu ý

tình trạng tắc màng

Lọc gốm Loại bỏ mầm bệnh rất tốt, đơn giản, dễ sử dụng, chi phí thấp

Phạm vi áp dụng hẹp với độ đục, cần quá trình tiền xử lý, dễ vỡ, chỉ thích hợp với quy mô hộ gia đình do thời gian lọc chậm Đun sôi Rất đơn giản, dễ sử dụng, có thể

loại bỏ tạm thời hầu hết các vi sinh vật

Cần nhiên liệu đốt, nước sau xử lý có thể bị tái nhiễm, chỉ phù

hợp với quy mô hộ gia đình Chưng cất bằng

năng lượng mặt trời

Xử lý hiệu quả với độ đục và vi sinh vật gây bệnh, dễ áp dụng

Phạm vi áp dụng hẹp với điều kiện ánh sáng mặt trời, có thể lẫn các chất hữu cơ dễ bay hơi trong nước, tốn nhiều thời gian xử lý nên chỉ phù hợp với quy

mô hộ gia đình Khử trùng bằng

ánh sáng mặt trời

Đơn giản, dễ sử dụng, chi phí thấp, có khả năng xử lý tốt với các vi sinh vật gây bệnh, có thể kết hợp với chất xúc tác tạo ra

quá trình quang xúc tác giúp tăng mạnh hiệu quả cũng như

thời gian xử lý

Phạm vi áp dụng hẹp với ánh sáng mặt trời, SODIS cần thời gian xử lý lâu nên chỉ áp dụng với quy mô hộ gia đình, nước

sau xử lý có thể tái nhiễm

cho sức khỏe người sử dụng trong một số trường hợp

14

Bảng 2.6 trình bày ưu – nhược điểm của từng phương pháp xử lý thường dùng trong các tình huống khẩn cấp của thiên tai Có thể thấy rằng, công nghệ màng lọc là phương án phù hợp cho quá trình loại bỏ độ đục, vi sinh vật và một phần chất hữu cơ có trong nước sông Sau đó, có thể áp dụng phương pháp khử trùng bằng ánh sáng mặt trời kết hợp với xúc tác để tăng hiệu quả loại bỏ vi sinh vật Tuy nhiên, đối với quá trình màng cần lưu ý vấn đề áp lực qua màng và tắc màng, đối với quá trình khử trùng bằng xúc tác quang cần kiểm nghiệm tính khả thi khi áp dụng trong điều kiện ánh nắng ở Việt Nam Bên cạnh đó, bộ lọc gốm cũng có thể được xem xét như một phương án khử trùng thay thế vì thiết bị này đơn giản, rẻ tiền và đã được UNICEF công nhận cho sử dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới

2.4 Tổng quan những nghiên cứu có liên quan

Tại Việt Nam, nghiên cứu về lĩnh vực xử lý nước trong tình huống khẩn cấp vẫn chưa được quan tâm nhiều Khi các tình huống khẩn cấp xảy ra, phần lớn các cách khắc phục điều là mang nước cứu trợ từ bên ngoài đến với những vùng chịu ảnh hưởng của thiên tai Cách khắc phụ này chỉ mang tính chất tạm thời và không hiệu quả Ngoài ra, trong một số tình huống không thể nhận viện trợ từ bên ngoài, các phương pháp xử lý tại chỗ như lắng phèn, đun sôi, khử trùng bằng các viên hóa chất thường được người dân sử dụng Những phương pháp này thì lại không đảm bảo an toàn cho người dân khi sử dụng lâu dài Song, những năm gần đây, do sự phát triển mạnh của công nghệ màng lọc và vật liệu nano nên Việt Nam đã có những nghiên cứu khả quan và có thể áp dụng trong tình huống khẩn cấp Điển hình là thiết bị sử dụng vật liệu Nano để xử lý nước có nhiễm Asen phục vụ cấp nước sinh hoạt nông thôn Thiết bị này đã được nghiên cứu thử nghiệm tại một số vùng bị nhiễm Asen nặng như khu vực Hà Tây cũ [46] Thiết bị đơn giản, phù hợp với điều kiện khu vực nông thôn và tình huống khẩn cấp Tuy nhiên, đây là thiết bị được chuyển giao công nghệ từ Liên Bang Nga nên cần một thời gian thử nghiệm dài và điều quan trọng là thiết bị này chỉ nhắm đến mục tiêu xử lý nước bị nhiễm Asen chứ chưa bao quát các nguồn nước thuộc khu vực khác Bên cạnh đó, công nghệ lọc màng gốm có phủ nano bạc bằng phương pháp khử in-situ của Trần Thị Ngọc Dung (2015) Công nghệ này tạo ra một thiết bị lọc bằng gốm, bên trong có lớp than hoạt tính và các hạt nano bạc Lớp than hoạt tính góp phần tạo nên độ xốp của thiết bị, nano bạc có tính diệt khuẩn rất cao nên đóng vai trò chính trong việc tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh Thiết bị này đã cho thấy khả năng loại bỏ vi sinh vật rất tốt khi có thể loại bỏ hoàn toàn các vi sinh vật (tổng

Coliform và E Coli) với nồng độ lên đến 107 CFU/100mL [12] Tuy nhiên, thiết bị này

Bảng 2.7 Các thiết bị ứng dụng trong tình huống khẩn cấp [13,17,35,43]

Nghiên cứu của Opalium (2007)

Hệ thống xử lý nước khẩn cấp dựa

trên màng UF với quy mô nhỏ có tên

gọi là Opaforce

Hệ thống lọc cát, siêu lọc (mô đun sợi rỗng polyethersulfone với kích thước lỗ 0,01μm)

và chorination

Xử lý nước mặt với nồng độ chất

hữu cơ tự nhiên cao Nghiên cứu của

Frechen (2007)

Hệ thống màng MF được sử dụng để xử

lý nước cấp cho tình huống khẩn cấp phản ứng

nhanh

Màng MF là màng vi lọc sợi rỗng, vận hành

ở áp suất cố định là 150 mbar Khi bị tắc nghẽn, màng được làm

sạch bằng dung dịch NaOCl 500ppm

Loại bỏ gần như hoàn toàn độ đục

và vi sinh vật

(Coliform và E Coli) trong nước

mặt Nghiên cứu của Yi

He (2009)

Hệ thống màng UF

di động Hệ thống bơm xe đạp được sử dụng để vận chuyển và tạo áp lực

nước qua màng UF Hệ thống di động một

cách linh hoạt, cung cấp 800 L/h

Có khả năng xử lý tốt với độ đục,

độ màu, vi sinh vật gây bệnh trong nước mặt

Nghiên cứu của Wenten (2010)

Hệ thống màng UF sợi rỗng

Các mô-đun màng UF sợi rỗng nhỏ được vận hành bằng bơm tay đã

Xử lý độ đục và vi sinh vật trong

nước mặt

16

được sử dụng để cấp nước trong tình huống

khẩn cấp ở Indonesia Nghiên cứu của

C.Ray và Babbar (2013)

Hệ thống lọc cát chậm và hệ thống lọc RO

Hệ thống không dùng năng lượng điện Lọc cát chậm dùng trọng lực và lọc RO sử dụng

bơm xe đạp

Có khả năng loại bỏ trên 99% vi sinh vật gây hại

Nghiên cứu của Setiawan và Ananto (2015)

Hệ thống sử dụng màng MF và UF di động

Thiết kế dạng mô-đun nhỏ gọn và nhẹ nhàng, dễ dàng di động Công

suất: 150 L/h

Khả năng xử lý độ đục, độ màu và vi sinh vật

2.5 Tổng quan về công nghệ màng

2.5.1 Giới thiệu

Các quá trình màng nói chung đều được đặc trưng bởi việc sử dụng lớp film (màng) bán thấm và một động lực để giúp nước qua màng Động lực ở đây có thể là sự chênh lệch về áp suất, nhiệt độ, nồng độ hoặc sử dụng năng lượng từ điện năng Hầu hết các quá trình màng đều được điều khiển bằng áp suất và thường được gọi là các quá trình lọc màng So với những phương pháp xử lý nước thông thường, ưu điểm chính của quy trình màng là nước có thể được xử lý trong một giai đoạn và không cần sử dụng hóa chất Trong một thời gian dài, sự phát triển trong lĩnh vực màng cho đến nay đã làm giảm đáng kể chi phí và nhu cầu sử dụng năng lượng Do đó, công nghệ này đã trở thành một sự thay thế tiềm năng và cạnh tranh so với những công nghệ khác Bên cạnh đó, các hệ thống màng được xây dựng ở dạng mô-đun, cho phép điều chỉnh quy mô một cách dễ dàng [14] Quá trình lọc màng theo cơ chế rây – sàng nên khả năng xử lý nước đạt hiệu quả rất cao và hiệu quả loại bỏ phụ thuộc vào kích thước lỗ màng Quá trình lọc màng có thể chia làm bốn nhóm chính theo kích thước lỗ: vi lọc (MF), siêu lọc (UF), lọc nano (NF) và thẩm thấu ngược (RO) Phạm vi áp dụng của các quá trình được thể hiện trong Hình 2.4

Màng UF với kích thước lỗ rất nhỏ trong khoảng từ 30 – 300 nm có khả năng loại bỏ hoàn toàn một số lượng lớn vi sinh vật gây bệnh như: Cryptosporidia , Giardia và tổng vi sinh vật Tuy nhiên, cần phải chú ý đến động lực để giúp nước qua màng nếu sử dụng quy trình màng này Tương tự, màng NF và RO thường được dùng để loại bỏ các chất ô nhiễm vô cơ từ nước Hầu hết các màng NF đều có hiệu quả trong việc loại bỏ các ion hóa trị hai (khả năng lưu giữ > 90%), nhưng màng RO được yêu cầu cho

17

các ion đơn trị Ví dụ, khử mặn nước biển hoặc nước lợ hiện đang được thực hiện với màng RO Cuối cùng là màng MF, màng này thường được sử dụng để loại bỏ các chất lơ lững có trong nước Loại màng này có thể loại bỏ được một phần vi sinh vật hoặc không thể loại bỏ tùy vào kích thước lỗ được sử dụng Với kích thước lỗ ở dạng micromet nên áp lực nước qua màng đòi hỏi thấp hơn so với các quy trình màng khác Do đó, màng này hoàn toàn có thể áp dụng để xử lý nước ở những điều kiện hạn chế về năng lượng Tuy nhiên, tất cả các quà trình màng đều có điểm hạn chế cần lưu ý là sự tắt nghẽn màng Các biện pháp có thế áp dụng cho MF và UF để khắc phục tình trạng trên thường là súc rửa màng thường xuyên (khoảng 30 phút trong các ứng dụng quy mô lớn) và làm sạch hóa học Trong trường hợp của NF và RO, tiền xử lý thường được sử dụng và áp dụng cơ chế dòng chảy chéo Các biện pháp phòng ngừa ô nhiễm như vậy đòi hỏi phải kiểm soát và điều chỉnh quy trình tự động, dẫn đến tăng chi phí đầu tư [14]

Hình 2.4 Phạm vi áp dụng của các quá trình màng

Hệ thống lọc màng có thể được vận hành theo hai chế độ dòng chảy khác nhau (Hình 2.5) Chế độ dòng chảy song song với bề mặt màng (lọc ngang) sẽ hạn chế sự tắt nghẽn màng nhưng cho hiệu suất thấp hơn và phải tuần hoàn lại dòng nước chưa được xử lý Chế độ dòng chảy vuông góc với bề mặt màng (lọc ép) sẽ cho hiệu suất cao hơn rất nhiều nhưng lại nhanh chóng nghẹt màng và phải có quá trình rửa ngược Ngoài ra, màng lọc còn có thể được phân loại dựa trên hướng của dòng chảy là từ trong ra ngoài

18

hoặc từ ngoài vào trong Tuy nhiên, đối với màng sợi rỗng thì nguyên lý từ ngoài vào trong vẫn là tốt nhất vì đảm bảo có khả năng hoạt động ổn định của màng

Hình 2.5 Hai chế độ dòng chảy của màng

a) Cơ chế lọc ép (b) Cơ chế lọc ngang

2.5.2 Thông số vận hành màng

Thông lượng (J) và áp suất xuyên màng (TMP) là hai thông số quan trọng trong thiết kế và vận hành hệ thống màng Thông lượng màng được định nghĩa là lượng nước đi qua màng trên một đơn vị diện tích màng trong một đơn vị thời gian (L/m2/h) Áp suất xuyên màng là sự chênh lệch giữa áp suất ở dòng chảy trung bình và áp suất trong dòng thẩm thấu qua màng (kPa) Hai thông số này luôn được quan tâm theo dõi xuyên suốt quá trình vận hành màng để xem xét mức độ tắc nghẽn màng Mối quan hệ giữa hai thông số này như sau:

TMPJ =

(2.1) [42] Trong đó: J: thông lượng nước qua màng (L/m2/h)

TMP: áp suất xuyên màng (kPa) µ: độ nhớt (Pa.s)

Màng rỗng: đây là loại màng thường được áp dụng, nước sẽ thấm qua màng chủ yếu do chảy xuyên qua các lỗ màng Loại màng này thường được dùng để xử lý các hạt keo và các hạt phân tử lớn có trong nước Một trong những điển hình tiêu biểu của loại màng này là màng sợi rỗng

Màng đặc: không thấy dược lỗ màng ngay cả khi quan sát ở độ phóng đại cao Loại màng này được áp dụng để loại bỏ các phân tử nhỏ có trong nước (ví dụ: khử mặn)

Màng đối xứng: màng này có cấu tạo đồng nhất trên toàn bộ chiều dày của màng Màng bất đối xứng: có cấu tạo gồm hai lớp Một lớp màng mỏng để xử lý chất ô nhiễm và một lớp màng dày hơn rất nhiều để làm đỡ cho lớp màng mỏng Loại màng này có độ bền cơ học cao và khả năng loại bỏ chất ô nhiễm tốt

2.5.3.2 Tính chất hóa học của màng

Màng có hai tính chất cần lưu ý: tính chất hóa học chung (do tính chất hóa học của chất cấu tạo màng) và tính chất hóa học ở bề mặt màng (tính ưa nước và kị nước) Màng được làm bằng các vật liệu polymer hữu cơ thường được sử dụng nhất trong xử lý nước Ngoài ra, màng ceramic cũng được sử dụng trong các ứng dụng đặc thù vì có độ bền cao, chống oxy hóa và có thể sử dụng trong môi trường có nhiệt độ, pH khắc nghiệt Tuy nhiên, loại màng này đắt tiền hơn nhiều so với màng polymer

Polymer có rất nhiều loại khác nhau như Poly (acrylonitrile) (PAN), Poly (sulfone) (PS), Cellulose acetate (CA), polyethylen (PE) và Poly (vinylidene fluoride) (PVDF) Trong số các polymer này, PVDF có tính linh hoạt hơn các loại khác trong khi PS và PVDF được coi là các polymer bền nhất nhất (Bảng 2.8 và Hình 2.6) Do đó PS và PVDF ngày nay đứng đầu trong các họ polymer được sử dụng cho màng trong ngành công nghiệp nước [15]

20

Hình 2.6 Độ bền vật lý của các loại polymer [15]

PVDF là polymer bán tinh thể có hai pha: (i) pha tinh thể cung cấp sự ổn định nhiệt tốt hơn và (ii) pha vô định hình cung cấp sự linh hoạt đối với màng Những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng, PVDF có độ bền về mặt hóa học rất tốt PVDF có thể chịu đựng được axit, bazơ nhưng nó chỉ có thể chịu được giới hạn ăn da pH=11 Màng PVDF cũng có khả năng chịu Clo cao Do đó, Clo cũng là một trong những phương pháp làm sạch sạch màng bằng phương pháp hóa học [15]

Bảng 2.8 Những ưu điểm và nhược điểm của các loại polymer và ceramic [15]

PAN

Là màng ưa nước, kháng hóa chất, clo tốt và giúp

trong nước tốt

Màng kị nước có sức kháng thấp cho sự tắc

nghẽn màng

MF, UF, NF, RO

PS Kháng hóa chất cao, độ bền cơ học cao

Màng kị nước có sức kháng thấp cho sự tắc

nghẽn màng

MF, UF

CA Chống tắt nghẽn màng tốt

Kháng hóa chất thấp, độ bền cơ học kém và dễ

dàng bị vi khuẩn tấn công

MF, UF, RO

Ceramic Độ bền cao, chống các

tác nhân vật lý, hóa học Giá cao, dễ vỡ và nặng nề MF, UF Ngoài ra, cấu hình màng cũng tác động không nhỏ đến độ bền cũng như hiệu quả xử lý của màng Hình 2.7 cho thấy đặc điểm định tính của các loại cấu hình màng Có thể thấy rằng, màng sợi rỗng (Hollow fiber) có khá nhiều mặt vượt trội hơn so với các loại

21

còn lại Màng sợi rỗng thường được sản xuất dưới dạng mô-đun, một mô-đun màng chứa hàng triệu sợi rỗng bó lại với nhau Chính vì thế, màng sợi rỗng thường được sử dụng rất rộng rãi bởi tính linh hoạt trong vấn đề lựa chọn quy mô, công suất Tuy nhiên, màng sợi rỗng dễ bị tắt nghẽn và khó làm sạch được ở những không gian nhỏ giữa các sợi Vì vậy, nếu chọn loại màng này cần lưu ý để lựa phương pháp làm sạch màng cho phù hợp

Hình 2.7 Đặc điểm của các loại cấu hình màng

2.5.4 Sự tắc nghẽn màng và phương pháp làm sạch màng

2.5.4.1 Sự tắc nghẽn màng

Khi màng hoạt động một thời gian, hiện tượng tắc nghẽn màng sẽ diễn ra Sự tắc nghẽn màng được định nghĩa là quá trình mà trong đó các hạt vi mô, hạt keo, các phân tử chất tan hoặc vi khuẩn sẽ lắng đọng trên bề mặt màng và trong các lỗ màng làm cho các lỗ thoát bị chặn hoặc là nhỏ lại Kết quả là sức cản của màng ngày càng tăng, điều này làm giảm hiệu suất và tăng áp lực xuyên màng Các tình trạng tắc màng có những đặc điểm sau: suy giảm dần dòng chảy qua màng, giảm dần tỷ lệ chắn chất rắn, tăng dần TMP và chênh lệch áp suất trên màng [16]

Theo nghiên cứu của Zondervan (2007), sự tắc nghẽn màng xảy ra có thể do hai nguyên nhân Nguyên nhân thứ nhất là do sự tương tác vật lý và tĩnh điện xảy ra giữa chất hữu cơ và vô cơ có trong nước, từ đó gây ra nghẽn màng Nguyên nhân thứ hai được xác định là do sự phát triển mạnh mẽ của vi sinh vật tại bề mặt màng, các vi sinh sẽ tiết ra các chất ngoài tế bào để tự bảo vệ tế bào, vô tình chất đó làm tắt nghẽn màng Dựa trên cường độ bám dính của các hạt với bề mặt màng, sự tắc nghẽn màng có thể được phân loại thành sự tắc nghẽn có thể đảo ngược và sự không thể đảo ngược Sự tắc nghẽn có thể đảo ngược được định nghĩa là lỗi có thể được loại bỏ bằng một lực mạnh (ví dụ: rửa ngược) Sự tắc nghẽn không thể đảo ngược được gây ra bởi sự hấp thụ và không thể được loại bỏ bằng phương pháp làm sạch vật lý Từ việc phân loại này, màng làm sạch có thể được thực hiện cả về vật lý, sinh học hoặc hóa học Làm

22

sạch vật lý có hiệu quả trong việc loại bỏ lớp cặn bám trên bề mặt màng; làm sạch hóa học được áp ḍng để loại bỏ sự ô nhiễm không thể đảo ngược gây ra bởi các khoáng chất, chất vô cơ, chất hữu cơ và vi sinh vật; trong khi làm sạch sinh học có hiệu quả trong việc loại bỏ các chất bẩn trên và bên trong màng bằng chất diệt khuẩn như vi sinh vật và enzyme [16]

Nói chung, để tìm ra phương pháp phù hợp để làm sạch màng, luôn cần phải tìm hiểu bản chất của nước cấp, các loại chất bẩn và mức độ bẩn, cũng như tính chất của màng Tuy nhiên, cần xem xét giới hạn của các thiết bị có thể tiếp cận, năng lượng điện cũng như hóa chất trong việc lựa chọn phương pháp làm sạch trong trường hợp khẩn cấp

2.5.4.2 Làm sạch vật lý

Làm sạch vật lý là sử dụng các lực vật lý bên ngoài để loại bỏ những chất ô nhiễm bám trên bề mặt màng Có rất nhiều phương pháp làm sạch vật lý như: sử dụng dòng chảy áp suất cao, xả nước làm sạch trực tiếp ở áp lực thấp, làm sạch điện li, làm sạch bằng nước nóng, làm sạch bằng dòng rửa ngược [16] Tuy nhiên, để phù hợp với loại màng vi lọc sợi rỗng (PVDF) và những điều kiện hạn chế trong tình huống khẩn cấp thì nên lựa chọn phương pháp xả nước rửa trực tiếp ở áp lực thấp Phương pháp này rất đơn giản và dễ thực hiện Người rửa có thể nhúng toàn bộ màng vào trong nước hoặc dùng nước xối vào màng rồi tác động cơ học nhẹ vào màng như: giũ, chà… để loại bỏ những chất bám trên bề mặt màng

2.5.4.3 Làm sạch hóa học

Trong trường hợp màng bị tắc nghẽn nghiêm trọng, các chất ô nhiễm đã bít kín các lỗ màng, làm cho các phương pháp rửa vật không thể xử lý được thì nên tiến hành quá trình làm sạch bằng hóa học Làm sạch hóa học được chia làm hai loại là: làm sạch trực tiếp và làm sạch gián tiếp

- Làm sạch trực tiếp là trộn thuốc thử hóa học vào trong dòng nước sạch và cho vận hành màng để thuốc thử hóa học có thể tác động làm sạch từ bên trong màng

- Làm sạch gián tiếp là ngâm màng vào trong dung dịch hóa học đã pha sẵn trong một khoản thời gian nhất định Quá trình làm sạch gián tiếp bắt buộc phải ngưng hoạt động của màng một thời gian

Bảng 2.9 đưa ra các phương pháp làm sạch hóa học thường được sử dụng Đối với màng vi lọc PVDF, các nghiên cứu chỉ ra rằng NaOCl, NaOH và HCl và dung dịch citric là các tác nhân hóa học thường được sử dụng nhất

23

Tuy nhiên, dù là chọn phương pháp làm sạch nào thì điều quan trọng nhất là phải chọn chính xác loại thuốc thử hóa học, nồng độ thuốc thử, trình tự vận hành và khoảng thời gian làm sạch tùy theo đặc điểm của từng loại màng [16]

Bảng 2.9 Một số phương pháp làm sạch hóa học thực tế được sử dụng [16]

Vi sinh vật, vi khuẩn, tảo

NaClO 500 – 5000 ppm, dưới 10000 ppm khi sử dụng ngắn hạn

1,5% H2O2

Vô cơ không hòa tan (oxit, hydroxit, muối không hòa tan, hợp

chất phức tạp)

HCl: nồng độ dưới 10% HNO3: nồng độ dưới 10% Axit oxalic: nồng độ dưới 4% Axit citric: nồng độ dưới 10%

Axit xitric có nồng độ 2%, pH = 7 (NH3)

Dầu 0,02% - 0,1% natri dodecylbenzen -esulfonate

Các chất hoạt động bề mặt khác

2.5.5 Động lực cho quá trình màng

Để phù hợp với những điều kiện hạn chế trong tình huống khẩn cấp cần phải tìm ra một nguồn động lực thay thế cho điện năng Đã có rất nhiều nghiên cứu về nguồn động lực thay thế cho điện năng sử dụng cho quá trình màng Trong đó, đáng chú ý là các phương pháp sử dụng trọng lực, năng lượng gió, năng lượng mặt trời cũng như sức người để vận hành hệ thống bơm tay và bơm xe đạp

Phương pháp trọng lực có thiết kế đơn giản và dễ dàng áp dụng trong nhiều điều kiện khác nhau bởi trọng lực luôn luôn tồn tại Tuy nhiên, giá trị áp suất do trọng lực tạo ra rất thấp, hiệu suất không cao nên người ta thường sử dụng động lực của con người để hỗ trợ Trong các khu vực có nguồn cung cấp năng lượng gió hoặc mặt trời dồi dào, có thể thực hiện chuyển từ gió, mặt trời thành điện năng để phục vụ cho quá trình tạo áp qua màng Song, vấn đề thách thức nhất đối với các hệ thống như vậy là sự