ĐẶT VẤN ĐỀ Nƣớc sạch là một nhu cầu cơ bản và thiết yếu của con ngƣời. Ngày nay, ô nhiễm nguồn nƣớc là một trong những vấn đề đƣợc quan tâm hàng đầu tại mỗi quốc gia đặc biệt là các nƣớc đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Phát triển các hệ thống cung cấp nƣớc sạch và nâng cao chất lƣợng nƣớc để cung cấp nƣớc sạch một cách an toàn đến ngƣời sử dụng là yêu cầu tất yếu nhƣng cũng đầy thách thức đối với các hệ thống cấp nƣớc. Từ rất lâu, con ngƣời đã biết đến những căn bệnh có liên quan đến nguồn nƣớc ô nhiễm nhƣ tiêu chảy, dịch tả, thƣơng hàn, kiết lỵ, giun sán, các bệnh ngoài da, v.
Các bệnh liên quan đến nguồn nƣớc là một trong những nguy cơ luôn tiềm ẩn và là nguyên nhân gây ảnh hƣởng lớn đến sức khỏe cộng đồng. Để kiểm soát các mối nguy cơ này, hầu hết các hệ thống xử lý nƣớc đều áp dụng công đoạn khử trùng để tiêu diệt vi khuẩn, mầm bệnh trong nƣớc và kiểm soát chất lƣợng nƣớc trên đƣờng ống phân phối, tránh nguy cơ tái nhiễm. Bên cạnh đó, tiền oxy hóa để kiểm soát rong tảo, loại bỏ sắt, mangan, ammonia và các thành phần ô nhiễm trong nƣớc thô cũng là công đoạn quan trọng đối với các hệ thống xử lý nƣớc. Hiện nay, có nhiều tác nhân oxy hóa mạnh đƣợc sử dụng để tiền oxy hóa và khử trùng nƣớc, nhƣng ở các nƣớc đang phát triển chủ yếu sử dụng chlorine là tác nhân chính do có hiệu quả oxy hóa/khử trùng cao, chi phí phù hợp và khả năng tồn tại lâu trên đƣờng ống.
Bên cạnh hiệu quả tích cực, việc sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh trong khử trùng cũng nhƣ trong quá trình tiền oxy hóa nguồn nƣớc cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ. Các tác nhân oxy hóa mạnh nhƣ chlorine có thể phản ứng với các hợp chất hữu cơ tự nhiên (Natural Organic Matters) trong nƣớc để hình thành các sản phẩm phụ không mong muốn đƣợc gọi chung là sản phẩm phụ của quá trình khử trùng (Disinfection By Products). Các chất này có khả năng tác động bất lợi đối với sức khỏe của con ngƣời nhƣ gây ung thƣ, rối loạn thần kinh, ảnh hƣởng đến sức khỏe sinh sản [1]. Thành phố Hồ Chí Minh, chất lƣợng nguồn nƣớc mặt phục vụ cho cấp nƣớc sinh hoạt và công nghiệp hiện tại đang suy giảm nhanh chóng do áp lực từ quá trình tăng dân số, đẩy mạnh các hoạt động sản xuất công nghiệp dọc theo lƣu vực các sông chính [2,3].
Đáng chú ý là ô nhiễm ammonia, sắt, mangan và hữu cơ tại các nguồn nƣớc mặt quan trọng (nhƣ sông Đồng Nai, sông Sài Gòn) ngày càng tăng cao, dẫn đến nhu cầu chlorine sử dụng trong quá trình oxy hóa sơ bộ ban đầu, khử trùng tại nhà máy và duy trì dƣ tại các nhà máy nƣớc trƣớc khi cấp vào mạng lƣới phân phối cũng gia tăng đáng kể [3]. Đi kèm với sự gia tăng về chi phí xử lý nƣớc sạch và các vấn đề khó khăn trong quản lý vận hành của hệ thống cấp nƣớc, thì nguy cơ tăng khả năng hình thành các sản Trang 1 phẩm phụ của quá trình khử trùng (DBPs) trong nƣớc sạch (gồm các nhóm chính nhƣ Trihalomethanes và Haloacetic acids) đang tăng lên [3]. Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng những công nghệ xử lý nƣớc mới có khả năng kiểm soát và xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm, đáp ứng đƣợc yêu cầu xử lý đối với các nguồn nƣớc đang biến đổi theo chiều hƣớng xấu đi (đặc biệt nguồn nƣớc sông Sài Gòn), đồng thời hạn chế các nguy cơ, rủi ro về chất lƣợng nƣớc sạch, đảm bảo tính an toàn cho hệ thống nƣớc cấp là yêu cầu vô cùng cần thiết.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Việc sử dụng chlorine trong xử lý nƣớc cấp ở giai đoạn oxy hóa sơ bộ và giai đoạn khử trùng là rất phổ biến (đặc biệt là tại Việt Nam) do chi phí giá thành rẻ, hoạt tính của chlorine cao, khử sắt, mangan và ammonia tốt, khử trùng hiệu quả và khả năng tồn tại dƣ lƣợng trên đƣờng ống giúp ngăn ngừa sự tái phát triển của vi sinh và tảo. Tuy nhiên, việc sử dụng chlorine với hàm lƣợng cao trong quá trình tiền oxy hóa và cả quá trình khử trùng cũng đem lại nhiều rủi ro.
Phản ứng giữa chlorine với các hợp chất hữu cơ tự nhiên trong nƣớc (NOMs) đã dẫn đến sự hình thành một số hợp chất hữu cơ có gốc halogen dễ bay hơi đã đƣợc xác định nhƣ trihalomethanes, haloacetic acids, haloacetonitriles, chlorophenols và chloral hydrate, v. Những DBPs này với độc tính cao, có khả năng gây nguy hiểm cho con ngƣời đang là một trong những mối quan tâm hàng đầu đối với sức khỏe cộng đồng bất chấp những lợi ích tích cực mang lại từ quá trình khử trùng [1]. Đặc biệt, khả năng hình thành các sản phẩm phụ của quá trình chlorine hóa cao khi sử dụng một lƣợng lớn chlorine (cho quá trình oxy hóa sơ bộ và quá trình khử trùng) trong điều kiện nguồn nƣớc ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng. Nguồn nƣớc sông Sài Gòn là một trong hai nguồn nƣớc mặt chủ yếu nƣớc phục cấp vụ ăn uống, sinh hoạt cho TP.Hồ Chí Minh.
Trong những năm gần đây, tình trạng ô nhiễm nguồn nƣớc sông Sài Gòn diễn biến theo chiều hƣớng phức tạp, trong đó các chỉ tiêu ô nhiễm nhƣ sắt, mangan, ammonia, vi sinh gây bệnh trong nguồn nƣớc luôn ở mức khá cao, đặc biệt là ô nhiễm hữu cơ ngày càng gia tăng với COD thƣờng xuyên vƣợt mức 10 mg/L và giá trị TOC luôn ở mức 4-5 mg/L [4]. Hàm lƣợng sắt, mangan và ammonia trong nƣớc thô cao nên nhu cầu sử dụng chlorine cho quá trình oxy hóa sơ bộ rất lớn, thậm chí có nhiều thời điểm vƣợt quá công suất hệ thống cung cấp chlorine của nhà máy nƣớc Tân Hiệp [5]. Điều này gây ra những khó khăn trong việc kiểm soát và duy trì ổn định chất lƣợng nƣớc sạch. Đồng thời, nhu cầu chlorine cao cùng với sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ tự nhiên (NOMs) trong nguồn nƣớc làm gia tăng khả năng hình thành các sản phẩm phụ của quá trình chlorine hóa tại Nhà máy nƣớc Tân Hiệp.
Thêm vào đó, việc sử dụng chlorine làm hóa chất khử trùng dẫn đến nguy cơ phát sinh thêm hàm lƣợng DBPs trong nƣớc sau xử lý. Trang 2 Mặc dù, theo các nghiên cứu khảo sát trƣớc đây cho thấy nồng độ các THMs trong nƣớc cấp ở Nhà máy nƣớc Tân Hiệp vẫn đáp ứng tiêu chuẩn Việt Nam nhƣng vẫn còn tƣơng đối cao so với các tiêu chuẩn tƣơng ứng của thế giới [7]. Hiện nay, cũng có một khoảng cách khá xa giữa tiêu chuẩn của Việt Nam và thế giới đối với nồng độ các DBPs trong nƣớc. Từ những vấn đề đã nêu trên, đề tài “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật giảm thiểu nguy cơ hình thành các sản phẩm phụ của quá trình khử trùng nhà máy nƣớc Tân Hiệp” đƣợc thực hiện nhằm tìm ra giải pháp tiền oxy hóa phù hợp để nâng cao hiệu quả xử lý nƣớc, giảm thiểu nguy cơ hình thành các sản phẩm phụ của quá trình khử trùng, góp phần nâng cao chất lƣợng và đảm bảo an toàn cho sức khỏe ngƣời sử dụng nƣớc.
Mục tiêu chính của nghiên cứu là giảm thiểu nhu cầu tiêu thụ chlorine trong quy trình xử lý nƣớc cấp của Nhà máy nƣớc Tân Hiệp thông qua việc giảm hàm lƣợng các tác nhân ô nhiễm tiêu thụ chlorine chủ yếu trong nƣớc thô nhƣ sắt, mangan và chất hữu cơ, đồng thời xác định đƣợc tác nhân oxy hóa phù hợp thay thế cho chlorine. Nồng độ chlorine sử dụng thấp và hàm lƣợng chất hữu cơ thấp sẽ thuận lợi cho việc kiểm soát sự hình thành các DBPs trong nƣớc cấp trên mạng lƣới phân phối, hạn chế đƣợc các nguy cơ về chất lƣợng nƣớc tác động đến sức khỏe cộng đồng.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Những mục tiêu chính của đề tài gồm có: 1 Đánh giá đƣợc hiệu quả xử lý các thành phần ô nhiễm nhƣ sắt, mangan, chất hữu cơ và tiềm năng hình thành THM đối với quá trình oxy hóa sơ bộ nguồn nƣớc thô sông Sài Gòn sử dụng tác nhân oxy hóa KMnO4 có kết hợp với keo tụ bằng PAC. 2 Đánh giá đƣợc hiệu quả xử lý các thành phần ô nhiễm nhƣ sắt, mangan, chất hữu cơ và tiềm năng hình thành THMs đối với quá trình oxy hóa sơ bộ nguồn nƣớc thô sông Sài Gòn sử dụng tác nhân oxy hóa ozone có kết hợp với keo tụ bằng PAC. 3 So sánh đƣợc hiệu quả xử lý các thành phần ô nhiễm nhƣ sắt, mangan, chất hữu cơ và tiềm năng hình thành THMs của các quá trình oxy hóa sơ bộ nguồn nƣớc thô sông Sài Gòn sử dụng tác nhân oxy hóa KMnO4 và ozone ở liều lƣợng phù hợp so với hiệu quả xử lý của quá trình tiền chlorine hóa hiện hữu tại Nhà máy nƣớc Tân Hiệp.
4 Đề xuất đƣợc phƣơng án tiền xử lý nƣớc thô phù hợp để giảm thiểu nguy cơ hình thành THMs cho nguồn nƣớc sông Sài Gòn.4 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Nguồn nƣớc thô sông Sài Gòn (chƣa qua chlorine hóa), đƣợc lấy trực tiếp từ trạm bơm nƣớc thô Hòa Phú, xã Hòa Phú, huyện Củ Chi. - Các tác nhân oxy hóa/khử trùng phổ biến nhƣ chlorine, ozone, kali permanganate (KMnO4).2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu đƣợc thực hiện trong thời gian 12 tháng, bắt đầu từ tháng 07/2012 đến tháng 07/2013 (thời gian thực nghiệm chính thức là 06 tháng từ tháng 12/2012 đến tháng 06/2013). - Nghiên cứu đƣợc thực hiện trên mô hình quy mô phòng thí nghiệm. - Mẫu nƣớc đầu vào cho các thí nghiệm là mẫu nƣớc thực đƣợc lấy trên sông Sài Gòn tại trạm bơm nƣớc thô Hòa Phú của Nhà máy nƣớc Tân Hiệp.
- Thí nghiệm tiền oxy hóa chỉ khảo sát ảnh hƣởng của các liều lƣợng chất oxy hóa khác nhau lên hiệu quả xử lý chất hữu cơ, sắt, mangan, THMFP, v. Thí nghiệm không khảo sát ảnh hƣởng của pH, độ kiềm, thời gian tiếp xúc phản ứng đến hiệu quả của quá trình tiền oxy hóa. - Thí nghiệm keo tụ tạo bông của các mẫu nƣớc sau tiền oxy hóa chỉ thực hiện với một liều lƣợng chất keo tụ (PAC) cố định theo liều lƣợng sử dụng thực tế tại nhà máy nƣớc Tân Hiệp và không khảo sát ảnh hƣởng của các yếu tố pH, độ kiềm lên quá trình keo tụ. Liều lƣợng PAC sử dụng đƣợc lấy theo liều lƣợng trung bình thực tế sử dụng tại Nhà máy nƣớc Tân Hiệp trong cùng thời gian thực hiện đề tài.
