Tổng quan nghiên cứu

Nguồn nước ngầm tại khu vực ven biển tỉnh Kiên Giang, đặc biệt là thành phố Rạch Giá, đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng về chất lượng do ảnh hưởng của xâm nhập mặn và ô nhiễm ion I-. Theo phân tích, các chỉ tiêu như tổng chất rắn hòa tan (TDS), Clorua (Cl-), Iođua (I-), Sắt (Fe), Coliforms và độ cứng (CaCO3) vượt quá giới hạn cho phép theo QCVN 01:2009/BYT, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nước sử dụng trong sản xuất bún – một ngành nghề truyền thống và phổ biến tại địa phương. Mục tiêu nghiên cứu nhằm ứng dụng công nghệ thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO) để xử lý nước giếng, đảm bảo nguồn nước sạch, phù hợp cho sản xuất bún tại vùng ven biển Rạch Giá, Kiên Giang.

Nghiên cứu được thực hiện trong 6 tháng (từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2017) tại các cơ sở sản xuất bún ven biển Rạch Giá. Qua đó, đánh giá hiện trạng chất lượng nước ngầm, xây dựng mô hình xử lý nước bằng công nghệ RO, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý như độ cứng và áp suất màng, đồng thời phân tích chi phí – lợi ích của hệ thống. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm bún, mà còn giúp các cơ sở sản xuất tiết kiệm chi phí, ổn định nguồn nước sạch, đồng thời mở ra hướng xử lý nước ngầm ven biển hiệu quả, bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Công nghệ thẩm thấu ngược (RO): Là quá trình lọc nước qua màng bán thấm dưới áp suất cao hơn áp suất thẩm thấu, loại bỏ hiệu quả các ion hòa tan, vi khuẩn, tạp chất, đặc biệt là ion I- gây ảnh hưởng đến chất lượng bún. Màng RO có kích thước lỗ lọc khoảng 0,0001 micromet, cho phép nước tinh khiết đi qua, giữ lại các chất ô nhiễm.

  • Đánh giá chất lượng nước ngầm: Dựa trên các chỉ tiêu theo QCVN 01:2009/BYT như pH, TDS, độ cứng, Cl-, I-, Fe, Coliforms, nhằm xác định mức độ ô nhiễm và khả năng sử dụng nước trong sản xuất thực phẩm.

  • Ảnh hưởng của độ cứng và áp suất màng RO: Độ cứng nước ảnh hưởng đến hiện tượng tắc nghẽn màng, làm giảm lưu lượng nước qua màng; áp suất nước qua màng ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý và chất lượng nước đầu ra.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập mẫu nước ngầm tại các giếng khoan ven biển Rạch Giá, phân tích các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh theo tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT. Đồng thời khảo sát quy trình sản xuất bún tại các cơ sở địa phương.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng các thiết bị phân tích hiện đại để đo pH, TDS, độ cứng, Cl-, I-, Fe, Coliforms. Thực hiện thử nghiệm mô hình xử lý nước bằng hệ thống RO với các mức độ cứng khác nhau (3, 50, 100, 300 mg/l) và áp suất màng từ 3 đến 7 bar.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu kéo dài 6 tháng, từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2017, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình thực nghiệm, thử nghiệm và phân tích kết quả.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lấy mẫu nước từ nhiều giếng khoan đại diện cho vùng ven biển Rạch Giá, đảm bảo tính đa dạng về độ cứng và mức độ ô nhiễm. Mẫu nước được xử lý thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và mô hình thực nghiệm.

  • Phân tích chi phí – lợi ích: Tính toán chi phí đầu tư, vận hành hệ thống RO công suất 4,8 m³/ngày, so sánh với lợi ích kinh tế từ việc cải thiện chất lượng nước và sản phẩm bún.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng nước ngầm chưa đạt chuẩn: Kết quả phân tích cho thấy các chỉ tiêu TDS, Cl-, I-, Fe, Coliforms và độ cứng vượt giới hạn cho phép theo QCVN 01:2009/BYT. Cụ thể, độ cứng đo được lên đến 300 mg/l, Cl- và I- vượt mức 300 mg/l và 10 mg/l tương ứng, gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng bún (màu xanh, độ dai kém).

  2. Ảnh hưởng của độ cứng đến tắc nghẽn màng RO: Lưu lượng nước qua màng RO giảm rõ rệt khi độ cứng tăng từ 3 mg/l đến 300 mg/l. Ở độ cứng 3 mg/l, lưu lượng đạt mức tối ưu, trong khi ở 300 mg/l lưu lượng giảm khoảng 40%, cho thấy độ cứng là yếu tố chính gây nghẹt màng.

  3. Ảnh hưởng của áp suất màng đến hiệu quả xử lý: Áp suất nước qua màng RO ở mức 7 bar cho hiệu suất xử lý cao nhất, với các chỉ tiêu sau khi xử lý đạt: pH 6,87 (trong giới hạn 6,5-8,5), hiệu suất loại bỏ TDS 99,34%, độ cứng 100%, Cl- 99,02%, I- 94,12%, Fe 98,25%. Ở áp suất thấp hơn (3 bar), các chỉ tiêu Mn, Pb, Al, Hg, As, Coliforms đều không phát hiện hoặc rất thấp.

  4. Chất lượng bún sau xử lý nước RO: Mẫu bún sản xuất từ nước đã xử lý bằng công nghệ RO được theo dõi trong 24 giờ cho thấy đảm bảo tiêu chuẩn về màu sắc, độ dai và an toàn vệ sinh thực phẩm, khắc phục được hiện tượng đổi màu xanh do ion I-.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định công nghệ thẩm thấu ngược RO là giải pháp hiệu quả để xử lý nước ngầm ven biển nhiễm mặn và ion I-, phù hợp với yêu cầu sản xuất bún tại Kiên Giang. Việc khảo sát ảnh hưởng của độ cứng và áp suất màng giúp tối ưu hóa vận hành hệ thống, giảm thiểu hiện tượng tắc nghẽn màng, nâng cao hiệu suất xử lý.

So với các phương pháp truyền thống như chưng cất, trao đổi ion hay điện thẩm tách, công nghệ RO có ưu điểm vượt trội về khả năng loại bỏ triệt để các ion gây ô nhiễm, tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành hợp lý. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng RO trong xử lý nước ngầm ven biển.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ lưu lượng nước qua màng RO theo độ cứng, biểu đồ hiệu suất xử lý các chỉ tiêu theo áp suất màng, và bảng so sánh chất lượng nước trước và sau xử lý. Những biểu đồ này minh họa rõ ràng mối quan hệ giữa các yếu tố vận hành và hiệu quả xử lý, hỗ trợ cho việc đề xuất mô hình xử lý phù hợp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống xử lý nước RO tại các cơ sở sản xuất bún: Áp dụng mô hình RO với công suất phù hợp (khoảng 4,8 m³/ngày) để đảm bảo nguồn nước sạch, ổn định cho sản xuất. Thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng, do các cơ sở chủ động phối hợp với đơn vị cung cấp công nghệ.

  2. Kiểm soát và điều chỉnh độ cứng nguồn nước đầu vào: Áp dụng các biện pháp tiền xử lý như làm thoáng, trao đổi ion để giảm độ cứng xuống mức dưới 50 mg/l, hạn chế tắc nghẽn màng RO, kéo dài tuổi thọ thiết bị.

  3. Tối ưu áp suất vận hành màng RO: Vận hành hệ thống ở áp suất khoảng 7 bar để đạt hiệu suất xử lý tối ưu, đảm bảo chất lượng nước đầu ra theo tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT, đồng thời tiết kiệm năng lượng.

  4. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho người vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về vận hành, bảo dưỡng hệ thống RO, kiểm tra chất lượng nước định kỳ nhằm duy trì hiệu quả xử lý và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.

  5. Hỗ trợ tài chính và chính sách ưu đãi: Khuyến khích các cơ sở sản xuất bún ven biển tiếp cận nguồn vốn vay ưu đãi để đầu tư hệ thống xử lý nước RO, góp phần phát triển bền vững ngành nghề truyền thống.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các cơ sở sản xuất bún ven biển: Nghiên cứu cung cấp giải pháp xử lý nước ngầm hiệu quả, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm chi phí và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.

  2. Chuyên gia và nhà nghiên cứu kỹ thuật môi trường: Tài liệu tham khảo về ứng dụng công nghệ RO trong xử lý nước ngầm ven biển, phương pháp khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố vận hành đến hiệu quả xử lý.

  3. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và an toàn thực phẩm: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, quy chuẩn về chất lượng nước sử dụng trong sản xuất thực phẩm truyền thống.

  4. Nhà cung cấp và đơn vị thi công hệ thống xử lý nước: Tham khảo mô hình thiết kế, vận hành và phân tích chi phí – lợi ích để tư vấn, triển khai các dự án xử lý nước phù hợp với điều kiện thực tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ thẩm thấu ngược (RO) là gì và tại sao phù hợp cho xử lý nước ngầm ven biển?
    RO là phương pháp lọc nước qua màng bán thấm dưới áp suất cao, loại bỏ hiệu quả các ion hòa tan, vi khuẩn và tạp chất. Phù hợp với nước ngầm ven biển do khả năng loại bỏ ion mặn và ion I- gây ô nhiễm, đảm bảo nước sạch cho sản xuất bún.

  2. Độ cứng nước ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả màng RO?
    Độ cứng cao làm tăng nguy cơ tắc nghẽn màng RO, giảm lưu lượng nước qua màng và hiệu suất xử lý. Nghiên cứu cho thấy lưu lượng giảm khoảng 40% khi độ cứng tăng từ 3 mg/l lên 300 mg/l.

  3. Áp suất vận hành màng RO tối ưu là bao nhiêu?
    Áp suất khoảng 7 bar được xác định là mức tối ưu, cho hiệu suất xử lý TDS, độ cứng, Cl-, I-, Fe đạt trên 94%, đồng thời đảm bảo chất lượng nước đầu ra theo tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT.

  4. Nước sau xử lý RO có đảm bảo an toàn cho sản xuất bún không?
    Sau xử lý, nước đạt các chỉ tiêu về pH, TDS, độ cứng, ion Cl-, I-, Fe và không phát hiện Coliforms, giúp sản xuất bún có màu sắc, độ dai và an toàn vệ sinh thực phẩm, khắc phục hiện tượng đổi màu xanh do ion I-.

  5. Chi phí đầu tư và vận hành hệ thống RO có phù hợp với các cơ sở sản xuất bún nhỏ?
    Chi phí đầu tư hệ thống công suất 4,8 m³/ngày được tính toán hợp lý, cùng với chi phí vận hành thấp nhờ hiệu suất xử lý cao và tuổi thọ màng RO. Lợi ích kinh tế từ việc cải thiện chất lượng sản phẩm và tiết kiệm chi phí nước giúp các cơ sở dễ dàng tiếp cận.

Kết luận

  • Nguồn nước ngầm ven biển Rạch Giá, Kiên Giang hiện chưa đạt tiêu chuẩn sử dụng trong sản xuất bún do ô nhiễm ion I-, Cl-, Fe, độ cứng và Coliforms vượt mức cho phép.
  • Công nghệ thẩm thấu ngược (RO) được nghiên cứu và đề xuất là giải pháp hiệu quả, loại bỏ trên 94% các chỉ tiêu ô nhiễm, đảm bảo chất lượng nước sạch cho sản xuất bún.
  • Độ cứng nước và áp suất vận hành màng RO là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý và tuổi thọ màng, cần được kiểm soát chặt chẽ.
  • Mô hình xử lý nước RO được thiết kế phù hợp với quy mô các cơ sở sản xuất bún ven biển, đồng thời phân tích chi phí – lợi ích cho thấy tính khả thi và hiệu quả kinh tế.
  • Khuyến nghị triển khai hệ thống RO, kết hợp đào tạo vận hành và chính sách hỗ trợ nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và phát triển bền vững ngành nghề truyền thống tại Kiên Giang.

Hành động tiếp theo là triển khai thí điểm hệ thống RO tại các cơ sở sản xuất bún, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng công nghệ này cho các vùng ven biển khác có điều kiện tương tự. Để biết thêm chi tiết và tư vấn kỹ thuật, quý độc giả và các đơn vị liên quan vui lòng liên hệ với Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh.