23
CHƯƠNG 3. TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SỬ DỤNG VÀ DÙNG TRONG THẬN NHÂN TẠO
3.1. Các chỉ tiêu về Lý học
3.1.1. Nhiệt độ(0C).
- Nhiệt độ của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xử lý nước.
- Nhiệt độ của nguồn nước mặt dao động rất lớn (từ 4 ÷ 400C) phụ thuộc vào thời tiết và độ sâu nguồn nước.
- Nước ngầm có nhiệt độ tương đối ổn định (từ 17 ÷ 270C) 3.1.2. Hàm lượng cặn toàn phần Total Solid – TS.
- Bao gồm tất cả các chất vô cơ và hữu cơ có trong nước, không kể các chất khí.
- Cặn toàn phần được xác định bằng cách đun cho bốc hơi mẫu nước và sấy khô ở nhiệt độ (từ 105 ÷ 1100C) đến khi trọng lượng không đổi. Đơn vị đo: mg/l
3.1.3. Hàm lượng cặn không tan TSS.
- Được xác định bằng cách lọc một đơn vị thể tích nước nguồn qua giấy lọc, rồi đem sấy khô ở nhiệt độ (từ 105 ÷ 1100C).
- Hàm lượng cặn của nước thường nhỏ và tương đối ổn định (<20mg/l), trong khi lượng cặn trong nước song thường thay đổi rất mạnh theo mùa, thậm chí theo thời gian trong 1 ngày tuỳ thuộc vào lưu lượng dòng chảy, lượng mưa, thậm chí theo các nguồn nước thải từ hoạt động sống của con người (nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt) chảy vào song. Đơn vị đo: mg/l
3.1.4. Hàm lượng cặn hoà tan TDS.
- Là tổng hàm lượng của tất cả các ion trong nước còn gọi là tổng khoáng hoá. Đơn vị đo: mg/l.
- Nước sử dụng cho ăn uống theo QCVN-01:2009/BYT có TDS< 1000mg/l
3.1.5. Độ màu của nước.
- Độ màu của nước thường do các chất bẩn gây nên: các chất keo sắt, mangan thường làm cho nước có màu nâu đỏ; các chất mung humic gây màu vàng; các loại thuỷ sinh (rêu, tảo) tạo màu xanh lá cây; nước thải sinh hoạt, công nghiệp làm cho nước có màu đen, xanh….
- Đơn vị đo độ màu thường dùng là độ theo thang màu Pt-Co (TCU). Độ màu biểu kiến của nước do các chất lơ lửng gây ra, chúng có thể loại bỏ bằng
24
phương pháp lọc cơ sở, trong khi độ màu thật tạo ra bởi các chất hào tan chỉ loại bỏ được bằng phương pháp xử lý hoá-lý kết hợp. Nước sử dụng cho ăn uống theo tiêu chuẩn QCVN-01:2009/BYT có độ màu< 15 TCU
3.1.6. Độ đục của nước.
- Thể hiện khả năng truyền ánh sáng qua nước.
- Nước có chứa nhiều chất cặn lơ lửng, sẽ ngăn cản quá trình truyền ánh sáng, vì vậy chúng sẽ có độ đục cao. Đơn vị đo độ đục là NTU.
- Nước sông bình thường có độ đục 20-100 NTU, vào mùa lũ độ đục có thể lên đến 500-600 NTU. Nước sử dụng cho ăn uống theo tiêu chuẩn QCVN- 01:2009/BYT có độ đục<2NTU, nước dùng trong thận nhân tạo cần độ đục <1 NTU
3.1.7. Mùi vị của nước.
- Nước có mùi là do trong nước có các chất khí, các muối khoáng hoà tan, các chất hữu cơ và vi trùng, nước thải công nghiệp chảy vào, các hoá chất hoà tan…. Mùi vị của nước được xác định theo cảm quan.
3.1.8. Độ dẫn điện EC.
- Nước tinh khiết có độ dẫn điện kém, tuy nhiên do nước tự nhiên có chứa nhiều ion khác như Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Cl-, SO42-, NO3-,….. nên khả năng dẫn điện của nước thiên nhiên sẽ cao hơn.
- Độ dẫn điện của nước phản ánh tổng hàm lượng các ion có trong nước (TDS). Công thức thực nghiệm về mối liên quan giữa độ dẫn điện và độ tổng khoáng hoá như sau:
TDS = k x EC
Trong đó: - TDS: độ tổng khoáng hoá, tính bằng mg/l - EC: độ dẫn điện, tính bằng µS/cm
- k: hệ số, k=0,5-0,7
- Nước cấp cho lọc thận nhân tạo thường < 25µS/cm
3.2. Các chỉ tiêu về Hóa học.
3.2.1. Độ pH.
- Được đặc trưng bởi nồng độ ion H+ trong nước (pH = -lg[H+]). Tính chất của nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH.
+ Khi pH = 7 nước có tính trung bình + Khi pH < 7 nước mang tính axit
25
+ Khi pH > 7 nước có tính kiềm
- Trong quá trình xử lý nước bằng quá trình keo tụ bằng phèn nhôm hay PAC, pH tối ưu cho quá trình keo tụ nằm trong khoảng 6,8 – 7,2
3.2.2. Độ cứng của nước.
- Là chỉ số biểu thị nồng độ của ion canxi và magie có trong nước
- Nước có độ cứng cao gây trở ngịa cho sinh hoạt, sản xuất: giặt quần áo tốn xà phòng, thức ăn nấu chín lâu, gây đóng cặn nồi hơi, giảm chất lượng sản phẩm….
- Trong quá trình lọc màng RO, nước có độ cứng cao có thể gây tắc màng, do đó cần có những biện pháp khống chế thích hợp. Độ cứng thường được đo bằng đơn vị mgCaCO3/l hay mg/l
3.2.3. Độ oxi hoá.
- Là lượng oxi cần thiết để oxi hoá hết cá hợp chất hữu cơ có trong nước. Chỉ tiêu oxi hoá là đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước.
- Độ oxi hoá của nguồn nước càng cao, chứng tỏ nước bị nhiễm bẩn và chứa nhiều vi trùng. Đơn vị đo mg/l O2 hay KMnO4
3.2.4. Hàm lượng Clor dư:
- Hay còn gọi hàm lượng Clor haotj tính/Clor tự do có trong nước. Do Clor hoạt tính có tính oxy hoá cáo, nên chúng thường oxy hoá các chất hữu cơ, ion có tính khử như: Fe(II), Mn(II) và tiêu diệt các vi khuẩn trong nước. Đơn vị đo: mg/l
- Theo QCVN 01:2009/BYT, trong nước sinh hoạt, để đảm bảo nước không bị ô nhiễm vi sinh, hàm lượng clorine tổng 0,3-0,5 mg/l. Hàm lượng clorine tổng trong nước > 0,1 mg/l sẽ làm hỏng màng RO. Do đó cần loại bỏ hàm lượng clorine tỏng trong nước vào hệ thống RO< 0,1 mg/l.
3.2.5. Hàm lượng sắt:
- Sắt tồn tại trong nước dưới dạng sắt (II) hoặc sắt (III). Trong nước ngầm sắt thường tồn tại dưới dạng sắt (II) hoà tan của các muối bicarbonate, sunfate, clorua….
- Khi tiếp xúc với oxi hoặc các chất oxi hoá, sắt (II) bị oxy hoá thành sắt (III) và kết tủa thành bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ
- Khi trong nước có hàm lượng sắt >0,5 mg/l, nước có mùi tanh khó chiu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hư hỏng sản phầm của ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp và kết tủa làm giảm tiết diện đường ống
26
- Đơn vị đo: mg/l. Theo QCVN 01:2009/BYT hàm lượng Mn cho nước sử dụng cho ăn uống <0,3mg/l
- Nước cấp cho hệ thống lọc nước RO cầm có hàm lượng Fe,Mn< 0,1 mg/l
3.2.6. Các chất chứa Nitơ:
- Tồn tại trong nước thiên nhiên dưới dạng nitrit (HNO2), nitrat (HNO3), và ammoniac (NH3)
- Các hợp chất chứa nitơ có trong nước chứng tỏ nước đã bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt.
- Khi mới bị nhiễm bẩn trong nước có cả nitric, nitrat và ammoniac. Sau một thời gian, ammoniac và nitric bị oxy hoá thành nitrat.\
- Việc sử dụng các loại phân bón nhân tạo cũng làm tăng hàm lượng ammoniac trong thiên nhiên. Đơn vị đo: mg/l
3.2.7. Hàm lượng Clorua (mg/l)
- Tồn tại trong nước thiên nhiên dưới dạng các muối natri, canxi, magie và acid HCL. Đơn vị đo: mg/l
- Hàm lượng ion Cl- có trong nước (>250 mg/l) làm cho nước có vị mặn. Các nguồn nước có hàm lượng lên tới 500 ÷ 1000mg/l có thể gây nên bệnh thận 3.2.8. Các chất hoà tan (mg/l)
- Các chất khí O2, CO2, H2S trong nước thiện nhiên dao động rất lớn. Khí H2S làm cho nước có mùi trứng thối khó chịu và ăn mòn kim loại
- Nước ngầm có hàm lượng oxy hoà tan thấp hoặc không có, do các phản ứng oxy hoá khử xảy ra trong lòng đất đã tiêu hao hết oxy.
- Khí CO2 hoà tan đóng vai trò quyết định trong sự ổn định của nước thiên nhiên. Nước nhiễm bẩn hữu cơ có hàm lượng oxt hoá thấp.
3.2.9. Fluoride.
- Là muối của axit HF acid có thể có trong tự nhiên hay trong một số hệ thống xử lý nước thành phố người ta có thể thêm vào với nồng độ nhỏ, mục đích ngăn ngừa sâu răng. Fluoride được xem là chất độc trong nước lọc thận và được coi liên quan đến bệnh xương của bệnh nhân chạy thận nhân tạo.
27
3.3. Các chỉ tiêu về Vi sinh.
3.3.1. Vi khuẩn (Bacteria).
- Vi khuẩn là vi sinh vật đơn bào sinh sản vô tính. Chúng có thể được chia làm 2 loại: hiếu khí (cần oxy) và kỵ khí (không cần oxy).
- Bacteria cso thể sống ở rất nhiều môi trường. Ví dụ pseudomonads, có thể phát triển mạnh trong môi trường có rất ít chất dinh dưỡng.
- Các vi sinh này thường tạo ra chất nhớt và là vấn đề lớn đối với hệ thống xử lý nước. Loại vi sinh khác bám chặt vào các bề mặt, sản sinh ra chất nhầy (gelatin) giúp bảo vệ vi sinh khỏi các chất diệt khuẩn.
- Sự phối hợp vi khuẩn và lớp màng bảo vệ chúng tạo thành biofilm. Nồng độ vi sinh trong nước là colony forming units (cfu)/ml
3.3.2. Nấm (Fungus).
- Là thực vật ký sinh không tạo chất diệp lục và sống dựa trên cơ thể sống khác 3.3.3. Endotoxin
- Bacterial lipopolysaccharide, là một chất tách ra từ thành tế bào của xác vi khuẩn gram âm.
3.4. Các chỉ tiêu chuẩn nước sử dụng cho Lọc máu và các trị liệu liên quan TCVN 9856:2013 (ISO 13959:2009) quan TCVN 9856:2013 (ISO 13959:2009)
* Nước đầu vào các hệ thống xử lý nước ở các bệnh viện và các cơ sở y tế thông thường được lấy từ nguồn nước do nhà máy nước cung cấp và đạt tiêu chuẩn QCVN01:2009/BYT. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống.
* Nước thành phẩm của hệ thống xử lý đạt tiêu chuẩn TCVN 9856:2013 (ISO 13959:2009): Nước dùng trong lọc máu và các trị liệu liên quan.
* Bảng sau đây liệt kê và so sánh các chỉ tiêu hóa lý, vi sinh của 2 tiêu chuẩn
Bảng 3.1 So sánh giá trị của các thông số chất lượng nước của 2 tiêu chuẩn QCVN:200/BYT và TCVN 9856:2013 STT THÔNG SỐ ĐVT QCVN 01:2009/BYT TCVN 9856:2013 GHI CHÚ A HÓA LÝ
A.1 Các chất có độc tính đã biết trong lọc máu
1 Nhôm (Al) mg/l 0.2 0.01
28 3 Đồng (Cu) mg/l 1.0 0.1 4 Florua (F) mg/l 1.5 0.2 5 Chì (Pb) mg/l 0.01 0.005 6 Nitrar (NO3) mg/l 50 2 7 Sulfate (SO4) mg/l 250 100 8 Kẽm (Zn) mg/l 3 0.1
A.2 Các chất điện giải thường có trong dung
dịch thẩm tách 1 Canxi (Ca) mg/l 2 Độ cứng < 300 magCaCO3/l 2 Mange (Mg) mg/l 4 3 Natri (Na) mg/l 200 70 4 Kali (K) mg/l - 8
A.3 Các vi lượng trong nước thẩm tách
1 Antimon (Sb) mg/l 0.005 0.006 2 Arsenic (As) mg/l 0.01 0.005 3 Bari (Ba) mg/l 0.7 0.1 4 Berilli (Be) mg/l - 0.0004 5 Cadimi mg/l 0.003 0.01 6 Thuỷ ngân (Hg) mg/l 0.001 0.0002 7 Selen (Se) mg/l 0.01 0.09 8 Bạc (Ag) mg/l - 0.005 9 Thalium (Tl) mg/l - 0.002
A.4 Các thông số liên quan đến quá trình
tiền xử lý 1 pH - 6.5-8.5 - 2 Độ đục NTU 2 3 Độ màu TCU 15 - 4 Độ cứng mgCa CO3/l 300 5 Amoni (NH4) mg/l 3 - 6 Clorua mg/l 250/300 - 7 Sắt tổng (Fe) mg/l 0.3 - 8 Mangan tổng (Mn) mg/l 0.3 - 9 TDS mg/l 1000 B VI SINH
29 1 Coliforms CFU/1 00ml 0 2 E.coli CFU/1 00ml 0 3 Vi khuẩn CFU/ ml 100 Ngưỡng tác động < 50 CFU/ml 4 Endotoxin EU/10 0ml - 0.25 Ngưỡng tác động < 0.125 EU/ml Nhận xét:
- Các giá trị trên bảng là giá trị giới hạn cao nhất cho phép. Trong thực tế, nước cấp vào các hệ thống xử lý nước có thể có chất lượng nước tốt với các giá trị các thông số hóa lý thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT, do đó để thiết kế hệ thống xử lý nước hiệu quả, tiết kiệm cần lấy mẫu phân tích để có số liệu thực tế
- Khi so sánh giá trị của các chỉ tiêu của 02 tiêu chuẩn, chúng ta thấy hầu hết các chỉ tiêu, nước sử dụng cho lọc máu đều yêu cầu khắt khe hơn nước sử dụng cho ăn uống rất nhiều, ví vậy xử lý RO là biện pháp bắt buộc của hệ thống xử lý nước sử dụng cho lọc máu
3.5. Công nghệ xử lý và phân phối nước.
Bảng 3.2Vai trò các thiết bị xử lý nước
STT THÔNG SỐ XỬ LÝ THIẾT BỊ XỬ LÝ NƯỚC BỒN LỌC THAN HOẠT TÍNH LÀM MỀM UV VI LỌC 0.2 µ RO A HÓA LÝ
A.1 Các chất có độc tính đã biết trong lọc máu
1 Nhôm (Al) X 2 Clorine tổng X 3 Đồng (Cu) X 4 Florua (F) X 5 Chì (Pb) X 6 Nitrar (NO3) X 7 Sulfate (SO4) X 8 Kẽm (Zn) X
30
A.2 Các chất điện giải thường có trong dung dịch thẩm tách
1 Canxi (Ca) X X
2 Mange (Mg) X X
3 Natri (Na) X
4 Kali (K) X
A.3 Các vi lượng trong nước thẩm tách
1 Antimon (Sb) X 2 Arsenic (As) X 3 Bari (Ba) X X 4 Berilli (Be) X 5 Cadimi X 6 Thuỷ ngân (Hg) X 7 Selen (Se) X 8 Bạc (Ag) X 9 Thalium (Tl) X
A.4 Các thông số liên quan đến quá trình tiền xử lý
1 pH 2 Độ đục X 3 Độ màu X X 4 Độ cứng X X 5 Amoni (NH4) X 6 Clorua X 7 Sắt tổng (Fe) X 8 Mangan tổng (Mn) X 9 TDS X 10 Hợp chất hữu cơ X X B VI SINH 1 Coliforms X X X X 2 E.coli X X X X 3 Vi khuẩn X X X X 4 Endotoxin X X
31
- Nhận xét:
* Quá trình RO xử lý hầu hết các chỉ tiêu hóa lý trong nước thô để sản xuất nước đạt tiêu chuẩn yêu cầu nước lọc máu. Tuy nhiên để hệ thống RO hoạt động ổn định và hiệu quả, cần có quá trình tiền xử lý loại bỏ các yêu tố bất lợi như: cặn lơ lửng, Fe, Mn, độ cứng, chlorine, chất hữu cơ. Vì vậy vai trò của các thiết bị: lọc cặn, lọc than hoạt tính, làm mềm trong hệ thống xử lý chung cũng rất quan trọng
* Các thiết bị UV, vi lọc 0.2µ là bắt buộc trong hệ thống phân phối nước gián tiếp để tiệt trùng và nội độc tố trong nước cấp đến máy lọc máu
* Chất lượng nước thô thay đổi, rất khác biệt tại từng địa điểm cụ thể. Ngay tại 1 địa điểm, chất lượng nước thô cũng có thể thay đổi theo mùa hay theo nguồn nước cấp,... vì vậy việc xác định chính xác tính chất nước thô để tính toán thiết kế thiết bị phù hợp là rất quan trọng. Ngoài ra, trong quá trinhg vận hành, cũng cần nắm rõ tính chất nước nguồn để có quy trình vần hành phù hợp.
32
CHƯƠNG 4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC RO
4.1. Hệ thống tiền lọc
4.1.1. Chức năng, nhiệm vụ
- Với hệ thống tiền lọc, tiền xử lý nước cấp đầuvào, trước khi qua bồn chứa và đẩy áp qua màng RO, có chức năng ngăn chặn các hợp chất hữu cơ, vô cơ, hoá chất tẩy và làm mềm nước giúp cải thiện chất lượng nước, tăng hiệu suất của nước thành phẩm sau màng RO
4.1.2. Nguyên lý hoạt động
- Hệ thống tiền lọc được kết nối từ các cột lọc với nhau (cột lọc thô, cột than hoạt tính, cột Cation), qua máy bơm áp lực cao, nước đầu nguồn sẽ được lọc qua lần lượt từng cột tiền lọc để ra được nước đạt tiêu chuẩn sử dụng cho các hoạt động.
- Nước đầu nguồn được sử dụng từ nguồn nước sinh hoạt cấp từ các nhà máy nước địa phương hoặc từ các nguồn nước ngầm, qua bơm áp cấp vào cột lọc thô, trong cột lọc được sử dụng các vật liệu lọc cát thạch anh, nước khi điqua vật liệu lọc này sẽ loại bỏ được các chất hữu cơ, vô cơ, các cặn bẩn có trong nước.
- Nước sau khi được loại bỏ các chất cặn bẩn, hữu cơ, vô cơ này sẽ đi qua cột than hoạt tính. Trong quá trình sử lý nước đầu nguồn, người ta thường sử dụng các hoá chất để khử trùng cho nguồn nước cụ thể là hoá chất Chlorine và Chloramine. Nước đi qua cột than này sẽ được hấp thụ hết nồng độ hoá chất còn