Nghiên cứu đánh giá tiềm năng hình thành thms tại các nhà máy nước mặt ở Long Xuyên, An Giang

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu công nghệ môi trường nghiên cứu đánh giá tiềm năng hình thành thms tại một số nhà máy nước mặt ở, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Lê Hồng Ngọc
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Xuân Thành
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường
• Đề tài: Đánh Giá Tiềm Năng Hình Thành THMs Tại Một Số Nhà Máy Nước Mặt Ở Thành Phố Long Xuyên, An Giang
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành Trihalomethanes
• 2.3. Trihalomethanes tại Việt Nam và trên thế giới
• 2.4. Kiểm soát THMs trong nước cấp
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nội dung nghiên cứu
• 3.2. Phương pháp phân tích
• 3.3. Mô hình thực nghiệm
• 3.4. Tiến độ thực hiện đề tài
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Cấp nước tại Tp. Long Xuyên, An Giang
• 4.2. Chất lượng nước cấp Tp. Long Xuyên
• 4.3. Nguồn nước mặt tại Tp. Long Xuyên
• 4.4. Hiệu quả xử lý của các nhà máy nước mặt Tp. Long Xuyên
• 4.5. THMs trong nước cấp Tp. Long Xuyên
• 4.6. THMs trong quá trình xử lý nước mặt tại Tp. Long Xuyên
• 4.7. Tương quan giữa THMs với DOC, UVA254 và SUVA254
• 4.8. THMs hình thành trên mạng lưới cấp nước của Tp. Long Xuyên
• 4.9. Thực nghiệm ozone hóa
• 4.10. Giải pháp kiểm soát THMs trong nước cấp Long Xuyên
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC BÀI BÁO
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nước là yếu tố thiết yếu cho sự sống, tuy nhiên, tài nguyên nước mặt tại Việt Nam, đặc biệt ở Đồng Bằng Sông Cửu Long, đang phải đối mặt với nhiều thách thức. Ô nhiễm hữu cơ trong nguồn nước mặt là một vấn đề nghiêm trọng do tác động từ hoạt động nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt. Tình trạng ô nhiễm này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn tiềm ẩn nguy cơ hình thành các sản phẩm phụ độc hại như trihalomethanes (THMs). Nghiên cứu này nhằm khảo sát tiềm năng hình thành THMs tại các nhà máy nước mặt ở thành phố Long Xuyên, An Giang, từ đó đề xuất các giải pháp công nghệ phù hợp để kiểm soát chất lượng nước. Theo số liệu, nồng độ THMs trong nước thô tại Long Xuyên cao gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn an toàn của USEPA.

II. Tình hình ô nhiễm và tiềm năng hình thành THMs

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ chlorine trong nước thô sông Hậu cao, kết hợp với các chất hữu cơ, dẫn đến nguy cơ hình thành THMs. Việc sử dụng chlorine làm chất khử trùng trong quá trình xử lý nước là phổ biến, nhưng đồng thời cũng tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn. Kết quả khảo sát cho thấy, THMFP của nước đầu vào tại nhà máy Bình Đức và Xí nghiệp Long Xuyên lần lượt là 1198 µg/L và 2837 µg/L, cao hơn nhiều so với nhà máy Tân Hiệp. Điều này cho thấy sự cần thiết phải kiểm soát chặt chẽ quá trình xử lý nước để giảm thiểu sự hình thành THMs. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các yếu tố như nồng độ chlorine, thời gian tiếp xúc và chất hữu cơ có ảnh hưởng lớn đến quá trình hình thành THMs.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc khảo sát và phân tích các thông số chất lượng nước như pH, độ đục, TDS, nồng độ chlorine dư, và THMs. Các mẫu nước được lấy tại các nhà máy xử lý nước mặt và mạng lưới cấp nước trong cả mùa mưa và mùa khô. Việc phân tích được thực hiện theo các tiêu chuẩn hiện hành để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của dữ liệu. Kết quả khảo sát sẽ giúp đánh giá tình hình ô nhiễm và tiềm năng hình thành THMs, đồng thời đề xuất các giải pháp công nghệ nhằm cải thiện chất lượng nước. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị trong việc nâng cao nhận thức về ô nhiễm nước mà còn cung cấp cơ sở dữ liệu cho các nghiên cứu tiếp theo.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ THMs trong nước sau xử lý tại các nhà máy Long Xuyên vượt quá tiêu chuẩn an toàn của Mỹ nhưng thấp hơn tiêu chuẩn của Việt Nam. Điều này cho thấy cần có các biện pháp kiểm soát hiệu quả hơn trong quy trình xử lý nước. Việc áp dụng công nghệ ozone hóa đã được thử nghiệm và cho thấy khả năng giảm thiểu nồng độ THMs trong nước. Các giải pháp công nghệ như cải tiến quy trình khử trùng và kiểm soát chất lượng nước đầu vào là cần thiết để đảm bảo nước sạch và an toàn cho người dân. Nghiên cứu này góp phần làm rõ hơn thực trạng ô nhiễm nước và tiềm năng hình thành THMs tại Long Xuyên, từ đó nâng cao chất lượng nước cấp cho cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nguồn nước mặt tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long đang chịu áp lực ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng với nồng độ BOD5 dao động từ 5 đến 12 mg/L và COD trên sông Tiền, sông Hậu ghi nhận từ 8 đến 12 mg/L, vượt ngưỡng quy định loại A theo QCVN 08:2008/BTNMT. Quá trình khử trùng bằng chlorine truyền thống tại các nhà máy xử lý nước cấp phản ứng với hợp chất hữu cơ tự nhiên hình thành nên các sản phẩm phụ khử trùng, đặc biệt là nhóm trihalomethanes (THMs) bao gồm chloroform, bromodichloromethane, dibromochloromethane và bromoform. Đây là các tác nhân có nguy cơ gây ung thư và ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe sinh sản. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA) quy định giới hạn tổng THMs là 80 µg/L, trong khi Quy chuẩn Việt Nam QCVN 01:2009/BYT cho phép ngưỡng tối đa lên tới 460 µg/L (với riêng chloroform là 200 µg/L).

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ, nồng độ THMs thực tế và tiềm năng hình thành trihalomethanes (THMFP) qua các công đoạn xử lý tại thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang, đồng thời so sánh đối chiếu với dữ liệu từ Nhà máy nước Tân Hiệp (Thành phố Hồ Chí Minh). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hai cơ sở cấp nước chính gồm Nhà máy nước Bình Đức (công suất mở rộng 50.000 m³/ngày đêm) và Xí nghiệp cấp nước Long Xuyên (công suất 10.000 m³/ngày đêm), kết hợp khảo sát mạng lưới phân phối dài khoảng 9 km trong cả mùa khô và mùa mưa năm 2014. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp bộ dữ liệu nền tảng đầu tiên về ô nhiễm dạng vết và sản phẩm phụ khử trùng tại An Giang, định lượng rủi ro phơi nhiễm hóa chất qua đường nước ăn uống và thiết lập cơ sở khoa học để nâng cấp dây chuyền công nghệ cấp nước an toàn cho khu vực Tây Nam Bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận hành dựa trên lý thuyết động học hình thành sản phẩm phụ khử trùng (DBPs) và cơ chế oxy hóa hợp chất hữu cơ tự nhiên (NOMs) bằng chlorine. Phản ứng halogen hóa diễn ra khi acid hypochlorous (HOCl) tác dụng với các chuỗi polyphenol, acid humic, acid fulvic và sinh khối nội bào của tảo, tạo ra các hợp chất trung gian trichloromethyl trước khi thủy phân giải phóng chloroform (CHCl3) và các dẫn xuất brom hóa. Tốc độ và sản lượng hình thành THMs chịu sự chi phối chặt chẽ bởi pH, nhiệt độ phản ứng, thời gian tiếp xúc, liều lượng chlorine tự do và cấu trúc phân tử của chất hữu cơ.

Năm khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa bao gồm:

• Carbon hữu cơ hòa tan (DOC): Lượng carbon tồn tại trong các hợp chất hữu cơ qua màng lọc 0,45 µm, phản ánh trữ lượng chất nền phản ứng.
• Độ hấp thụ tử ngoại đặc trưng (SUVA254): Tỷ số giữa giá trị quang phổ UVA ở bước sóng 254 nm nhân 100 chia cho nồng độ DOC (đơn vị L/mg·m), biểu thị mức độ thơm hóa của phân tử hữu cơ. Khi SUVA < 2 L/mg·m, cấu trúc chủ yếu là hợp chất ưa nước phi humic.
• Tiềm năng hình thành Trihalomethanes (THMFP): Lượng THMs cực đại sinh ra sau khi mẫu nước được ủ với dư lượng chlorine từ 3 đến 5 mg/L ở nhiệt độ 25±2°C trong thời gian 7 ngày tại điều kiện pH trung tính.
• Tổng Trihalomethanes (TTHMs): Tổng nồng độ của 4 hợp chất chloroform, bromodichloromethane, dibromochloromethane và bromoform hiện diện tại thời điểm khảo sát.
• Tiền oxy hóa (Pre-oxidation): Quá trình xử lý hóa chất oxy hóa mạnh như ozone (O3) trước các bể lắng lọc nhằm bẻ gãy mạch phân tử hữu cơ phức tạp.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thiết lập cỡ mẫu thực địa toàn diện gồm 12 phiếu điều tra kỹ thuật và xã hội học, phân bổ tại 2 nhà máy cấp nước và 10 cụm dân cư đại diện thuộc các phường Bình Khánh, Mỹ Long, Mỹ Quý, Mỹ Phước, Mỹ Thới, Mỹ Thạnh. Phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng được áp dụng tại các công đoạn: nước thô sông Hậu, sau lắng keo tụ, sau bể lọc cát/than hoạt tính, sau khử trùng và 6 điểm nút trên mạng lưới đường ống chính dài 9 km dọc tuyến đường Trần Hưng Đạo. Đợt thu thập dữ liệu được thực hiện vào tháng 5 (chuyển giao mùa khô) và tháng 8 (cao điểm mùa mưa lũ) năm 2014.

Quy trình phân tích tuân thủ nghiêm ngặt theo Tiêu chuẩn Phương pháp Chuẩn (Standard Methods) và hướng dẫn của USEPA:

• Phân tích THMs và THMFP: Áp dụng phương pháp EPA 501.3 và EPA 5710B, chiết lỏng - lỏng bằng dung môi pentane (C5H12), tách chlorine dư tức thời bằng dung dịch Na2SO3 0,01 N. Mẫu được định lượng trên hệ thống sắc ký khí khối phổ (GC-MS) Shimadzu AOC-20i kết hợp đầu dò bắt giữ điện tử Ni63, sử dụng khí mang Helium qua cột mao quản 30 m x 0,25 µm với thang nhiệt độ từ 45°C đến 200°C.
• Phân tích DOC: Sử dụng thiết bị Shimadzu TOC-V-CPH sau khi lọc qua màng cellulose acetate 0,45 µm và hiệu chuẩn với dung dịch chuẩn Potassium hydrogen phthalate (KHP) từ 0,5 đến 10 mg/L.
• Đo UVA254: Thực hiện trên máy quang phổ tử ngoại khả kiến UV-VIS Varian Cary 50 tại bước sóng 254 nm.
• Thực nghiệm sục Ozone quy mô phòng thí nghiệm: Sử dụng mô hình phản ứng thể tích 1 lít với máy phát ozone công suất 400 mg/giờ, khảo sát các mốc thời gian tiếp xúc biến thiên từ 10, 20, 30, 40 đến 50 phút nhằm đánh giá động học phân hủy CODMn.

Lý do lựa chọn chuỗi phương pháp trên là nhằm đảm bảo giới hạn phát hiện vết ở mức µg/L, loại bỏ hoàn toàn các sai số do phản ứng tiếp diễn của chlorine dư trong quá trình bảo quản và vận chuyển mẫu từ An Giang về Thành phố Hồ Chí Minh trong khung thời gian chuẩn từ 48 đến 72 giờ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận 4 phát hiện cốt lõi mang tính bước ngoặt về chất lượng nước tại thành phố Long Xuyên:

1. Sự hiện diện của chlorine tự do và THMs ngay trong nước thô đầu vào: Khác biệt hoàn toàn với nguồn nước sông Sài Gòn tại Nhà máy Tân Hiệp (nồng độ chlorine tự do bằng 0), nước thô sông Hậu tại Xí nghiệp Long Xuyên và Nhà máy Bình Đức chứa chlorine tự do nền lần lượt là 0,36 mg/L và 0,08 mg/L. Điều này dẫn tới sự xuất hiện sẵn có của THMs trong nước thô với biên độ từ 36 đến 116 µg/L. Nguyên nhân xuất phát từ hoạt động nuôi trồng thủy sản thâm canh sử dụng chlorine khử trùng ao đầm với liều lượng từ 25 đến 30 g/m³ (tương đương 450 đến 735 kg/ha) và nước thải xả từ các nhà máy chế biến thủy sản dọc lưu vực sông Hậu.

2. Tiềm năng hình thành THMs (THMFP) ở mức đặc biệt cao: Giá trị THMFP trong nước thô tại Xí nghiệp Long Xuyên đạt tới 2837 µg/L và Nhà máy Bình Đức đạt 1198 µg/L. Khi so sánh đối chiếu, chỉ số này cao gấp từ 3,1 đến 7,3 lần so với Nhà máy nước Tân Hiệp (386 µg/L), phản ánh trữ lượng tiền chất hữu cơ sẵn sàng phản ứng tạo sản phẩm phụ độc hại là cực kỳ lớn.

3. Nồng độ THMs sau xử lý vượt tiêu chuẩn quốc tế: Nồng độ THMs đầu ra tại Xí nghiệp Long Xuyên dao động từ 67 đến 140 µg/L, và tại Nhà máy Bình Đức dao động từ 96 đến 176 µg/L. Mặc dù các giá trị này nằm trong ngưỡng cho phép của QCVN 01:2009/BYT (460 µg/L), chúng đã vượt quá giới hạn an toàn 80 µg/L của USEPA từ 1,2 đến 2,2 lần.

4. Hiệu suất khử chất hữu cơ hòa tan rất thấp qua dây chuyền truyền thống: Dù hiệu quả loại bỏ độ đục đạt mức rất cao từ 98,0% đến 98,6% và hiệu suất xử lý COD đạt 69,9% đến 90,9%, khả năng loại bỏ DOC của Xí nghiệp Long Xuyên chỉ đạt 11,8% và Nhà máy Bình Đức đạt 15,0%, thấp hơn đáng kể so với mức 30,1% của Nhà máy Tân Hiệp.

Thảo luận kết quả

Cơ chế phân tử đằng sau hiệu suất loại bỏ DOC thấp được làm sáng tỏ thông qua chỉ số SUVA254. Cả hai nguồn nước thô đều có giá trị SUVA254 rất thấp, lần lượt là 0,84 L/mg·m (Long Xuyên) và 0,69 L/mg·m (Bình Đức), tức đều dưới ngưỡng 1,0 L/mg·m. Điều này chứng minh rằng NOMs trong nước sông Hậu không phải là các hợp chất humic vòng thơm phân tử lớn dễ bị keo tụ bằng phèn nhôm, mà chủ yếu là acid fulvic, carbohydrate và đường phân tử nhỏ, ưa nước. Phân tích tương quan tuyến tính giữa DOC và UVA254 cho hệ số xác định R² = 0,6875, thể hiện mối tương quan thuận mức độ trung bình.

Dữ liệu quan trắc có thể được mô tả trực quan thông qua biểu đồ cột so sánh nồng độ THMs qua từng giai đoạn và đồ thị phân tán biểu diễn sự biến thiên THMs theo chiều dài mạng lưới 9 km. Tại Nhà máy Bình Đức, việc áp dụng tiền chlorine hóa với liều lượng từ 2 đến 4 g/m³ đã làm gia tăng nồng độ THMs ngay từ bể lắng (lên 140 µg/L ở đợt 2). Trên mạng lưới cấp nước, nồng độ THMs tiếp tục tích lũy và biến động mạnh theo thời gian lưu lưu chất trong đường ống do lượng chlorine dư tiếp tục phản ứng với lượng DOC còn tồn dư từ 2,05 đến 2,50 mg/L.

Thực nghiệm sục ozone nước thô chứng minh giải pháp tiền oxy hóa vượt trội: Khi thời gian tiếp xúc O3 tăng từ 10 lên 50 phút, chỉ số CODMn giảm mạnh theo đường tiệm cận lũy thừa, phá vỡ cấu trúc tiền chất hữu cơ, hạn chế tối đa nguy cơ hình thành THMs trước khi bổ sung chất khử trùng.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm kiểm soát rủi ro từ các sản phẩm phụ khử trùng và đảm bảo nguồn nước sạch bền vững cho thành phố Long Xuyên, bốn nhóm giải pháp hành động được đề xuất chi tiết:

1. Cải tiến công nghệ xử lý tại nhà máy nước:

   • Hành động: Bãi bỏ hoàn toàn giai đoạn tiền chlorine hóa tại Nhà máy Bình Đức; thay thế bằng công nghệ tiền ozone hóa kết hợp bể lọc than hoạt tính sinh học (O3/BAC).
   • Target metric: Nâng hiệu suất loại bỏ DOC lên trên 45%, giảm giá trị THMFP của nguồn nước sau lọc xuống dưới 400 µg/L và hạ nồng độ THMs thành phẩm xuống dưới 60 µg/L.
   • Chủ thể thực hiện: Công ty Cổ phần Điện Nước An Giang (POWACO).
   • Lộ trình: Vận hành thử nghiệm mô hình pilot trong 12 tháng, triển khai lắp đặt hoàn thiện toàn bộ hệ thống ozone hóa trong vòng 24 tháng.

2. Tối ưu hóa quy trình định lượng chlorine tự động:

   • Hành động: Ứng dụng hệ thống giám sát SCADA tích hợp cảm biến đo trực tuyến nồng độ TOC/DOC và chlorine dư tại điểm châm hóa chất để tự động điều chỉnh liều lượng khử trùng theo mùa.
   • Target metric: Duy trì nồng độ chlorine dư tự do ở cuối mạng lưới đạt chuẩn từ 0,2 đến 0,5 mg/L, giảm lượng chlorine tiêu thụ tổng thể từ 15% đến 25%.
   • Chủ thể thực hiện: Phòng Kỹ thuật và Vận hành Xí nghiệp cấp nước Long Xuyên và Nhà máy Bình Đức.
   • Lộ trình: Hoàn thành lắp đặt và hiệu chuẩn cảm biến trong thời gian 6 tháng.

3. Kiểm soát chặt chẽ nguồn thải nông nghiệp và công nghiệp chế biến:

   • Hành động: Thanh tra, ban hành quy chế bắt buộc các cơ sở nuôi tôm cá và nhà máy chế biến thủy sản phải xử lý triệt để lượng chlorine dư trong nước thải bằng chất khử (như thiosulfate hoặc sục khí) trước khi xả ra lưu vực sông Hậu.
   • Target metric: Giảm nồng độ chlorine dư tự do trong môi trường nước mặt tự nhiên tại các điểm thu nước thô về mức 0,00 mg/L, kiểm soát COD nguồn thải dưới 50 mg/L.
   • Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh An Giang phối hợp cùng Chi cục Thủy sản.
   • Lộ trình: Triển khai các đợt quan trắc định kỳ hàng quý, áp dụng chế tài xử phạt từ đầu năm tới.

4. Rà soát và cập nhật tiêu chuẩn chất lượng nước cấp quốc gia:

   • Hành động: Đánh giá rủi ro độc học dài hạn của các hợp chất THMs trên quy mô vùng để điều chỉnh giảm mức phơi nhiễm tối đa trong quy chuẩn cấp nước.
   • Target metric: Điều chỉnh hạ ngưỡng quy chuẩn TTHMs trong nước ăn uống từ 460 µg/L hiện hành xuống 80 - 100 µg/L để tiệm cận với tiêu chuẩn của WHO và USEPA.
   • Chủ thể thực hiện: Bộ Y tế phối hợp với Bộ Khoa học và Công nghệ.
   • Lộ trình: Xây dựng đề án sửa đổi quy chuẩn kỹ thuật quốc gia trong lộ trình 3 đến 5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng cao cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

• Kỹ sư công nghệ môi trường và cán bộ quản lý nhà máy cấp nước: Tiếp cận phương pháp kiểm soát sản phẩm phụ khử trùng DBPs, đánh giá chi tiết tính chất của NOMs đặc thù miền sông nước để tối ưu hóa liều lượng hóa chất keo tụ và khử trùng trong các trạm xử lý từ 5.000 đến 50.000 m³/ngày đêm.
• Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và y tế dự phòng (Sở Y tế, Sở TN&MT An Giang): Sử dụng các số liệu thực chứng về chlorine nền (0,08 - 0,36 mg/L) và THMs (vượt chuẩn USEPA 80 µg/L) để xây dựng hành lang pháp lý, quy hoạch vùng bảo vệ điểm lấy nước thô và ban hành chính sách quản lý nước thải nuôi trồng thủy sản.
• Các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học ngành Kỹ thuật Môi trường: Tham khảo quy trình phân tích sắc ký khí GC-MS, phương pháp ủ mẫu xác định THMFP theo chuẩn USEPA 5710B và các phương trình hồi quy mô tả động học suy giảm chất hữu cơ bằng ozone.
• Doanh nghiệp xuất nhập khẩu thủy sản và chế biến thực phẩm: Nhận thức rõ tác động của hóa chất khử trùng clo tồn dư đối với lưu vực tiếp nhận nước ngọt, từ đó nâng cấp quy trình tiền xử lý nước cấp và trung hòa nước thải sinh biến.

Câu hỏi thường gặp

Hợp chất Trihalomethanes (THMs) là gì và vì sao xuất hiện trong nước cấp?
THMs là nhóm hợp chất hữu cơ bay hơi gồm chloroform, bromodichloromethane, dibromochloromethane và bromoform, sinh ra do phản ứng giữa chlorine khử trùng với các hợp chất hữu cơ tự nhiên (NOMs). Tiếp xúc lâu dài với nồng độ THMs vượt ngưỡng 80 µg/L qua đường uống hoặc hô hấp khi tắm rửa làm tăng nguy cơ tổn thương gan, thận và ung thư bàng quang.

Tại sao tiềm năng tạo THMs tại Long Xuyên lại cao gấp nhiều lần so với Tân Hiệp (TP.HCM)?
Chỉ số THMFP tại Long Xuyên lên đến 2837 µg/L (gấp hơn 7 lần Tân Hiệp ở mức 386 µg/L) do nước sông Hậu tồn tại sẵn chlorine tự do nền từ 0,08 đến 0,36 mg/L từ nguồn thải thủy sản, kết hợp với hàm lượng NOMs ưa nước phân tử nhỏ phong phú phản ứng mạnh khi gặp môi trường chlorine hóa kéo dài.

Nước sinh hoạt tại thành phố Long Xuyên có đạt quy chuẩn an toàn hay không?
Nước sau xử lý tại hai nhà máy có nồng độ THMs từ 67 đến 176 µg/L, hoàn toàn đáp ứng Quy chuẩn Việt Nam QCVN 01:2009/BYT (giới hạn 460 µg/L). Tuy nhiên, mức này đã vượt quá ngưỡng an toàn nghiêm ngặt của USEPA (80 µg/L), tiềm ẩn rủi ro sức khỏe cộng đồng nếu sử dụng trực tiếp trong thời gian dài.

Công nghệ tiền ozone hóa có cơ chế loại bỏ tiền chất THMs như thế nào?
Ozone (O3) là chất oxy hóa cực mạnh, nhanh chóng phản ứng cắt đứt các liên kết đôi carbon và phân rã các phân tử hữu cơ phức tạp thành các phân tử mạch ngắn ít hoạt tính. Thực nghiệm cho thấy sục ozone từ 10 đến 50 phút giúp hạ thấp đáng kể chỉ số CODMn, triệt tiêu tiền chất trước khi nước tiếp xúc với chlorine.

Nồng độ THMs biến động như thế nào dọc theo mạng lưới đường ống 9 km?
Dọc theo tuyến ống phân phối chính 9 km từ nhà máy đến các hộ tiêu thụ, nồng độ THMs có xu hướng gia tăng và dao động phức tạp. Nguyên nhân là do chlorine dư tự do từ 0,3 đến 1,0 mg/L tiếp tục phản ứng với 2,05 - 2,50 mg/L DOC còn sót lại trong suốt thời gian lưu chuyển thủy lực của dòng nước.

Kết luận

Luận văn thạc sĩ đã mang lại những đóng góp khoa học và thực tiễn quan trọng trong lĩnh vực xử lý nước cấp tại Đồng bằng sông Cửu Long:

• Cung cấp bức tranh toàn cảnh đầu tiên về ô nhiễm vết THMs nền trong nước thô sông Hậu với nồng độ dao động từ 36 đến 116 µg/L.
• Định lượng chính xác tiềm năng hình thành THMFP ở mức rất cao (1198 đến 2837 µg/L), chỉ ra lỗ hổng ô nhiễm từ hoạt động dùng chlorine trong nuôi trồng thủy sản.
• Chứng minh tính chất hữu cơ đặc thù với SUVA254 < 1,0 L/mg·m giải thích sự bất lực của công nghệ keo tụ lắng lọc truyền thống khi chỉ khử được 11,8% - 15,0% DOC.
• Đánh giá rủi ro nồng độ THMs đầu ra (67 đến 176 µg/L) vượt chuẩn quốc tế USEPA 80 µg/L, cảnh báo về yêu cầu kiểm soát sản phẩm phụ khử trùng trên mạng lưới cấp nước 9 km.
• Đề xuất và kiểm chứng thành công công nghệ tiền ozone hóa xử lý nước thô nhằm phá vỡ tiền chất tạo THMs, tạo tiền đề nâng cấp công nghệ nước sạch vùng hạ lưu sông Mê Kông.

Trong vòng 12 đến 24 tháng tới, các đơn vị cấp nước tại Đồng bằng sông Cửu Long cần nhanh chóng triển khai các hệ thống quan trắc THMs định kỳ và nghiên cứu ứng dụng tích hợp công nghệ ozone hóa - than hoạt tính sinh học. Các nhà quản lý đô thị và doanh nghiệp cấp nước hãy chủ động chuyển đổi sang các giải pháp oxy hóa tiên tiến để đảm bảo an ninh nguồn nước và bảo vệ sức khỏe người dân một cách bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 MỞ ðẦU 1. ðẶT VẤN ðỀ Nước là yếu tố quan trọng nhất cho mọi sự sống trên trái ñất. Tuy nhiên, các tài nguyên nước trên trái ñất ñang phải ñối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng liên quan ñến việc biến ñổi nhanh cả về chất và lượng, bao gồm cả nước mặt, nước ngầm. Việt Nam nói chung và ðồng Bằng Sông Cửu Long (ðBSCL) nói riêng cũng không nằm ngoài xu hướng mang tính toàn cầu ñó.

Nguồn nước ðBSCL cũng ñang ñối mặt với nhiều vấn ñề lớn, ñặc biệt là nguồn nước mặt, nguồn nước cấp chính của ðBSCL. Mực nước trên các dòng sông chính bị suy giảm vào mùa khô, các nguồn nước mặt ñang ngày càng bị ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng, một phần do tác ñộng từ hoạt ñộng của các khu vực sống dọc theo sông trên thượng nguồn ñổ về, hệ thống lồng bè, ñăng quầng nuôi trồng thuỷ sản, hệ thống nhà trên kênh rạch. Bên cạnh ñó, các cơ sở, nhà máy công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp ñang hoạt ñộng thải nước thải chưa qua xử lý hay xử lý không hiệu quả vào nguồn nước mặt cũng là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Tình trạng mặn hóa, phèn hóa cục bộ diễn biến phức tạp, tác ñộng nhiều ñến chất lượng nước mặt.

Nguồn nước cấp ñầu vào cho các nhà máy và nhiều dự án nước sạch nông thôn không phát huy hiệu quả trong việc ñảm bảo nước sạch cung cấp cho người dân. Nguồn nước bị nhiễm bẩn sẽ gây ra nhiều bệnh tật như: các bệnh do virus, giun sán, côn trùng liên quan ñến nước, bệnh ngoài da, mắt, tiêu chảy. có thể gây tử vong cho con người. Theo số liệu quan trắc môi trường nước mặt ở các tỉnh ðBSCL qua các năm, chỉ tiêu BOD5 trong các dòng sông dao ñộng trong khoảng từ 5-12mg/l, chỉ tiêu COD ở hai trạm quan trắc trên sông Tiền và sông Hậu năm 2012 dao ñộng trong khoảng 8 – 12 mg/L (Sở Tài nguyên và Môi trường Tỉnh An Giang, 2013), trong khi theo QCVN08:2008/BTNMT quy ñịnh về chất lượng nước mặt, BOD5 loại A2 là 6mg/L, COD loại A1 là 10 mg/L.

Hiện tượng gia tăng ô nhiễm hữu cơ trong nguồn nước ñầu 12 vào, một số chất ô nhiễm có trong nước mặt ở dạng vết nhưng có khả năng gây rủi ro rất lớn cho sức khỏe con người: kim loại nặng, EDCs, PCBs. cũng là những nguyên nhân khiến quá trình xử lý nước mặt không hiệu quả, chất lượng nước cấp ñầu ra không ñảm bảo cho sức khỏe của người sử dụng, cùng với giai ñoạn khử trùng nước cấp bằng chlorine ñã hình thành sản phẩm phụ của quá trình khử trùng (DBPs), thường gặp là trihalomethanes và các axit halo acetid. Theo khảo sát, trihalomethanes (THMs) có mặt trong mọi nguồn nước cấp ñược khử trùng bằng chlorine. Mặc dù chúng ít tạo ra rủi ro sức khỏe nghiêm trọng nhưng là yếu tố tiềm tàng có thể gây ung thư cho con người, gây khuyết tật bẩm sinh, ảnh hưởng ñến khả năng sinh sản của con người.

Do vậy, ñây cũng là một trong những chỉ tiêu cần ñược chú ý trong chất lượng nước cấp. Nhiều nghiên cứu về khả năng hình thành THMs ñã ñược thực hiện trên thế giới. Tuy nhiên, Long Xuyên có những ñặc trưng riêng về tài nguyên nước mặt, ñịa hình, thổ nhưỡng, sông ngòi., những nghiên cứu cụ thể phù hợp với ñịa bàn này là rất cần thiết. Xuất phát từ thực tế trên, ñề tài “Nghıên cứu ñánh gıá tıềm năng hình thành THMs tạı một số nhà máy nước mặt ở thành phố Long Xuyên, An Gıang” ñược thực hiện nhằm ñánh giá ô nhiễm hữu cơ và tiềm năng hình thành THMs trong các nhà máy xử lý nước mặt tại thành phố Long Xuyên tỉnh An Giang, từ ñó ñề ra giải pháp phù hợp kiểm soát THMs trong công nghệ xử lý nước mặt tại ñây.

ðây ñược xem là khảo sát ban ñầu về THMs trên ñịa bàn Tp. Long Xuyên, An Giang, góp phần nâng cao nhận thức của mọi người về sự tồn tại của THMs hay sản phẩm phụ từ khử trùng trong nước cấp sau xử lý, và vấn ñề ô nhiễm dạng vết trong nước cấp, ñây cũng như một nghiên cứu mang tính tham khảo cho những nghiên cứu sâu hơn về sự hình thành THMs trên phạm vi rộng hơn của ðồng Bằng Sông Cửu Long. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ðề tài “Nghiên cứu, ñánh giá tiềm năng hình thành THMs tại một số nhà máy nước mặt Tp. Long Xuyên, An Giang” ñược thực hiện với mục tiêu sau ñây: - Khảo sát mức ñộ ô nhiễm hữu cơ và tiềm năng hình thành trihalomethanes trong các công ñoạn xử lý nước mặt tại Long Xuyên, An Giang.

Kết quả khảo sát ñược ñối chiếu với dữ liệu nhà máy nước Tân Hiệp, Tp. Hồ Chí Minh, từ ñó ñánh giá ñặc trưng của công nghệ xử lý nước mặt tại Long Xuyên, ñề xuất giải pháp công nghệ phù hợp kiểm soát THMs. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu thực hiện khảo sát các thông số hóa lý chất lượng nước trong các công ñoạn xử lý nước mặt, trên hệ thống cấp nước, bao gồm: pH, chlorine, nhiệt ñộ, ñộ ñục, NH3-N, NO2--N, NO3--N, TDS, CODMn, UVA254, THMs, THMFP, DOC) Việc khảo sát lấy mẫu ñược tiến hành trên ñịa bàn tỉnh An Giang, tại các ñiểm sau: − Nhà máy xử lý nước mặt Bình ðức; − Xí nghiệp cấp nước thành phố Long Xuyên; − Các hộ dân tại các phường: Bình Khánh, Mỹ Long, Mỹ Quý, Mỹ Phước, Mỹ Thới, Mỹ Thạnh. Thời gian thực hiện: từ tháng 02/2014 ñến tháng 12/2014.

14 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN Nguồn nước mặt chủ yếu của ðBSCL ñược lấy từ Sông Tiền và Sông Hậu, hai nguồn chính cung cấp nước cho các nhà máy xử lý nước mặt. Thành phần và chất lượng nước mặt chịu nhiều ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên, môi trường xung quanh và tác ñộng của con người khi khai thác và sử dụng nguồn nước. Trong nước mặt có thể tìm thấy các chất hòa tan dưới dạng ion và phân tử, có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ, các hệ keo, chất rắn lơ lửng, nhiều loại vi sinh vật (vi khuẩn, tảo). Những thành phần này có thể ñược loại bỏ dễ dàng bởi các quá trình xử lý nước mặt thông thường, qua xử lý hóa lý sơ bộ, lắng, lọc và khử trùng.

Bước quan trọng nhất trong xử lý nước cấp thông thường là khử trùng loại bỏ tác nhân gây bệnh. DBPs, aldehyde, chloramine, HAAS, THMs ñược hình thành bởi phản ứng phức tạp giữa các chất hữu cơ (axit humid, amino acid, carcbonhydrate) và chlorine, bromine có thể gây ung thư lên ñộng vật. Tuy nhiên, cũng như nhiều nguồn nước mặt trên thế giới thì việc xử lý nước mặt ở ðBSCL cũng gặp một số thách thức hiện nay. Các vấn ñề chủ yếu hiện nay trong xử lý nước cấp thường gặp là: - Ô nhiễm chất vô cơ dạng vết, chủ yếu từ hoạt ñộng công nghiệp, các kim loại Ag, As, Cr3+, Sn ñược loại bỏ hiệu quả 99% bằng giai ñoạn lắng thông thường.

Khi có thêm các kim loại Cd, Co, Cr (VI), Cu, Hg, Ni, Pb phải xử lý bổ sug bằng ozone kết hợp với lọc qua GAC (granular activated carbon), riêng ñối với Ni, Pb, Zn cần giai ñoạn lắng bậc 2 ở các mức pH khác nhau. - Ô nhiễm chất hữu cơ dạng vết (PCBs, EDCs, POPs.), dạng ô nhiễm này có thể loại bỏ hiệu quả với một quá trình xử lý hoàn thiện, tiền ozone hóa và lọc qua GAC. O3 + H2O2 có thể tạo gốc OH-, phân hủy hiệu quả 70-85% altrazine, và các hợp chất hữu cơ khác. Tỉ lệ giữa lượng H2O2 và O3 là 0.4gH2O2/gO3 Việc cải tiến công nghệ xử lý nước mặt ở ðBSCL hiện nay rất cần thiết, ñó là do: 15 − Các chất ô nhiễm ngày càng gia tăng trong nguồn nước tự nhiên, ñặc biệt là chất hữu cơ − Các phương pháp phân tích chỉ tiêu ñược nâng cao ñộ nhạy và ñộ chính xác Tiêu chuẩn nước cấp ñược nâng cao nhằm ñảm bảo sức khỏe cho người sử dụng, mọi người ñều có quyền ñược sử dụng nước sạch.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Tại Việt Nam, các nghiên cứu về THMs còn khá ít. Việc khảo sát THMs chỉ dừng lại ở một số tỉnh thành như Hà Nội, Hải Dương, Tp. Phủ Lý, Nam ðịnh, Huế và Tp. Hồ Chí Minh.

Ngoài việc khảo sát THMs trong nước mặt, nước ngầm, còn nghiên cứu về các giải pháp kỹ thuật trong việc thay thế phương pháp khử trùng, kiểm soát tiềm năng hình thành THMs và nghiên cứu phương pháp sử dụng sắc ký, khối phổ trong phân tích THMs. Cụ thể một số nghiên cứu như sau: Duong et al. (2001) ñã nghiên cứu về khả năng hình thành THMs do việc chlorine hóa nước ngầm chứa ammonium và bromide ở Hà Nội. Năm 2009 tại Huế, một nghiên cứu về sử dụng kỹ thuật không gian hơi kết hợp GC – ECD ñể xác ñịnh THMs trong nước máy tại Thừa Thiên Huế do Tu et al.

Trang et al. (2012) ñã ñánh giá tiềm năng hình thành THMs tại NM nước Tân Hiệp, từ ñó thực hiện khảo sát khả năng loại bỏ TOC, THMs và HAAs dùng ozone/UV – BAC. Cũng trong năm ñó, một nghiên cứu khác của Thanh et al. về THMs trong hệ thống cấp nước ở Tp.

Hồ Chí Minh. Một nghiên cứu khác về khả năng hình thành sản phẩm phụ chất khử trùng tại một số tỉnh phía Bắc của Nguyễn Văn Hà (Viện Công nghệ Môi trường) ñược thực hiện năm 2012, trong ñó có phát triển các hệ thống khử trùng thay thế chlorine với quy mô nhỏ ñã ñược áp dụng tại một xã ở huyện Ba Vì, Hà Nội. Một nghiên cứu của cùng tác giả trên 16 về phương pháp phân tích sắc ký, khối phổ ñể ñánh giá mức ñộ hình thành THMs trong nước sinh hoạt dùng nguồn nước sông. Thế giới ñã phát hiện ra THMs từ 1970, từ ñó ñến nay có khá nhiều nghiên cứu về THMs và các công nghệ trong việc kiểm soát THMs tại các quốc gia.

Các nước phát triển rất chú trọng ñến sản phẩm phụ của chất khử trùng (khảo sát sự hình thành THMs tại các vùng miền của Hoa Kỳ, Canada, Châu Âu. Tại Châu Á, các nước Nhật Bản, Hàn Quốc, Thái Lan, Iran, Trung Quốc, ðài Loan cũng ñã có khá nhiều nghiên cứu về THMs trong các con sông và các nhà máy xử lý nước mặt. Một số nghiên cứu ñiển hình sau: Năm 2007, H. Wong et al.

ñã so sánh hiệu quả loại bỏ NOMs và tiền chất hình thành THM trong hai nhà máy nước mặt ở Macao, nhà máy Ilha Verde và nhà máy Main Storage Reservoir. Năm 2010, Hassani et al.