Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) với dân số khoảng 10 triệu người và tốc độ đô thị hóa nhanh chóng đang đối mặt với thách thức lớn về chất lượng nguồn nước sinh hoạt. Nguồn nước cấp chủ yếu lấy từ sông Đồng Nai và sông Sài Gòn, hai con sông chịu ảnh hưởng nặng nề bởi ô nhiễm hữu cơ và các hoạt động công nghiệp. Quá trình khử trùng nước bằng clo, mặc dù hiệu quả trong việc loại bỏ vi sinh vật gây bệnh, lại tạo ra các sản phẩm phụ khử trùng (Disinfection By-Products - DBPs) như Trihalomethanes (THMs), Haloacetic Acids (HAAs), Chloral Hydrate (CH), Chloropicrin (CP), và Haloketones (HKs). Các hợp chất này được xác định có khả năng gây độc tế bào, đột biến gen và tăng nguy cơ ung thư, đặc biệt là ung thư bàng quang và các vấn đề sức khỏe sinh sản.

Nghiên cứu tập trung khảo sát sự có mặt và phân bố của 19 hợp chất DBPs trong nước cấp tại hai nhà máy nước lớn của TP.HCM là Thủ Đức và Tân Hiệp, trong cả mùa khô và mùa mưa. Mục tiêu chính là chuẩn hóa quy trình phân tích đồng thời các nhóm DBPs theo tiêu chuẩn của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), đánh giá mức độ phơi nhiễm và rủi ro sức khỏe của người dân theo các nhóm tuổi, giới tính và phương thức sử dụng nước. Nghiên cứu cũng khảo sát hiệu quả loại bỏ DBPs qua các phương pháp xử lý nước tại hộ gia đình như đun sôi và sử dụng thiết bị lọc nước.

Kết quả nghiên cứu cung cấp dữ liệu khoa học quan trọng làm cơ sở cho việc cải tiến chất lượng mạng lưới cấp nước, đồng thời đề xuất các giải pháp giảm thiểu rủi ro sức khỏe do DBPs gây ra, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng tại thành phố đông dân nhất Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về sự hình thành và ảnh hưởng của sản phẩm phụ khử trùng (DBPs) trong nước cấp. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Cơ chế hình thành DBPs: DBPs được tạo thành khi clo hoặc các hợp chất chứa clo phản ứng với các hợp chất hữu cơ tự nhiên (Natural Organic Matter - NOM) trong nước, đặc biệt là các axit humic và fulvic. Quá trình này bao gồm các phản ứng oxy hóa, bổ sung và thay thế, dẫn đến sự hình thành các nhóm DBPs như THMs, HAAs, HANs, CH, CP và HKs.

  2. Mô hình đánh giá rủi ro sức khỏe do phơi nhiễm DBPs: Phân tích rủi ro dựa trên liều phơi nhiễm trung bình hàng ngày (Chronic Daily Intake - CDI) qua ba con đường chính: ăn uống, hấp phụ qua da và hít thở. Mô hình tính toán rủi ro ung thư dựa trên các chỉ số phơi nhiễm, phân theo nhóm tuổi, giới tính và phương thức sử dụng nước.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: Trihalomethanes (THMs), Haloacetic Acids (HAAs), Haloacetonitriles (HANs), Chloral Hydrate (CH), Chloropicrin (CP), Haloketones (HKs), Natural Organic Matter (NOM), liều phơi nhiễm trung bình (CDI), và chỉ số rủi ro ung thư (Cancer Risk - CR).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện theo các bước chính:

  • Chuẩn hóa quy trình phân tích DBPs: Áp dụng tiêu chuẩn US EPA 551.1 (US.1) để phân tích đồng thời 4 hợp chất THMs, 4 hợp chất HANs, CH, CP, 1,1-DCP và 1,2-DCP; tiêu chuẩn US EPA 552.2 (US.2) để phân tích 6 hợp chất HAAs. Quy trình kiểm soát chất lượng (QA/QC) bao gồm xác định giới hạn phát hiện (MDL), hệ số thu hồi (Recovery), mẫu trắng và mẫu chuẩn.

  • Thu thập mẫu nước: Tổng cộng khoảng 100 mẫu nước được thu thập ngẫu nhiên từ các hộ gia đình trong khu vực cấp nước của nhà máy Thủ Đức và Tân Hiệp, trong cả mùa khô và mùa mưa năm 2023-2024. Các thông số hóa lý như pH, nhiệt độ, UVA254, TOC, Clo dư và các anion (Cl-, Br-, NO3-, SO42-) cũng được đo.

  • Phân tích dữ liệu: Sử dụng phần mềm SPSS để phân tích hệ số tương quan Spearman giữa các nhóm DBPs và các thông số hóa lý. Xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính dự đoán sự hình thành DBPs dựa trên các chỉ số chất lượng nước.

  • Khảo sát sử dụng nước và hiệu quả xử lý tại hộ gia đình: Thu thập thông tin qua khảo sát trực tiếp và online về các phương pháp xử lý nước như đun sôi, sử dụng thiết bị lọc nước. Phân tích mẫu nước trước và sau xử lý để đánh giá hiệu quả loại bỏ DBPs.

  • Đánh giá rủi ro sức khỏe: Tính toán liều phơi nhiễm trung bình (CDI) và chỉ số rủi ro ung thư (CR) theo từng nhóm tuổi, giới tính và phương thức sử dụng nước dựa trên nồng độ DBPs đo được.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân bố DBPs trong nước cấp: 100% mẫu nước thu thập được chứa đầy đủ 4 hợp chất nhóm THMs với tổng nồng độ trung bình dao động từ 14,4 µg/L đến 171 µg/L tùy theo mùa. Nhóm HAAs cũng xuất hiện phổ biến, với 100% mẫu chứa DCAA và 97,6% mẫu chứa TCAA, nồng độ trung bình nhóm HAAs dao động từ 13,1 µg/L đến 41,1 µg/L. Các hợp chất CH chiếm 100% mẫu, CP chiếm 22,6%, 1,1-DCP chiếm 9,25% và 1,2-DCP chiếm 6,51%.

  2. Tương quan giữa DBPs và thông số hóa lý: Phân tích hệ số tương quan Spearman cho thấy mối tương quan mạnh (p < 0,05) giữa các nhóm THMs, HAAs, CH với các chỉ số Clo dư, UVA254 và nhiệt độ. Điều này cho thấy các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành DBPs trong nước cấp.

  3. Hiệu quả xử lý DBPs tại hộ gia đình: Đun sôi nước trong 5 phút có thể loại bỏ 100% các hợp chất THMs và HANs. Các thiết bị xử lý nước kết hợp nhiều công nghệ cũng cho hiệu quả loại bỏ nitrate và các chất ô nhiễm khác, tuy nhiên hiệu quả phụ thuộc vào tình trạng sử dụng và bảo trì thiết bị.

  4. Đánh giá rủi ro ung thư: Chỉ số rủi ro ung thư (CR) đối với nhóm THMs dao động trong khoảng 5,76×10⁻⁵ đến 3,47×10⁻³ đối với nam và 3,51×10⁻⁵ đến 3,40×10⁻³ đối với nữ. Với nhóm HAAs, CR dao động từ 0 đến 1,98×10⁻³ đối với nam và 0 đến 1,31×10⁻⁴ đối với nữ. Nhóm tuổi nhỏ nhất (1-11 tuổi) có rủi ro ung thư cao nhất, trong khi nhóm tuổi 70 có rủi ro thấp nhất. Rủi ro ung thư giảm dần theo thứ tự sử dụng nước trực tiếp > sử dụng thiết bị xử lý nước cho ăn uống và nước trực tiếp cho tắm rửa > sử dụng nước đun sôi để nguội cho ăn uống và nước trực tiếp cho tắm rửa. Gần 50% mẫu nước sử dụng trực tiếp vượt mức rủi ro cho phép (>10⁻⁴).

Thảo luận kết quả

Sự phân bố rộng rãi của các hợp chất DBPs trong nước cấp tại TP.HCM phản ánh ảnh hưởng của nguồn nước đầu vào và quy trình khử trùng bằng clo. Mối tương quan mạnh giữa nồng độ DBPs với Clo dư, UVA254 và nhiệt độ phù hợp với các nghiên cứu quốc tế, cho thấy các yếu tố này là chỉ số quan trọng để dự đoán sự hình thành DBPs. Việc đun sôi nước được xác nhận là phương pháp đơn giản và hiệu quả để loại bỏ các hợp chất độc hại, phù hợp với khuyến cáo sử dụng nước sinh hoạt an toàn.

So sánh với các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam và khu vực Đông Nam Á, nồng độ DBPs tại TP.HCM có xu hướng cao hơn, đặc biệt trong mùa khô do nồng độ hữu cơ hòa tan và Clo dư tăng. Rủi ro ung thư được đánh giá chi tiết theo nhóm tuổi và giới tính, cung cấp thông tin quan trọng cho các chính sách bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố nồng độ DBPs theo mùa và không gian, bảng tương quan giữa DBPs và các thông số hóa lý, cũng như biểu đồ so sánh hiệu quả loại bỏ DBPs qua các phương pháp xử lý nước tại hộ gia đình.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa liều lượng clo trong khử trùng: Điều chỉnh liều lượng clo phù hợp theo mùa và chất lượng nước đầu vào nhằm giảm thiểu sự hình thành DBPs mà vẫn đảm bảo hiệu quả khử trùng. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể thực hiện: Các nhà máy cấp nước và cơ quan quản lý môi trường.

  2. Khuyến khích sử dụng phương pháp đun sôi nước trước khi sử dụng: Tuyên truyền rộng rãi về lợi ích của việc đun sôi nước để loại bỏ DBPs, đặc biệt trong các khu vực có nồng độ DBPs cao. Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể thực hiện: Sở Y tế, các tổ chức cộng đồng.

  3. Phát triển và áp dụng các thiết bị xử lý nước tại hộ gia đình hiệu quả: Khuyến khích sử dụng các thiết bị lọc nước kết hợp nhiều công nghệ có khả năng loại bỏ DBPs và các chất ô nhiễm khác, đồng thời hướng dẫn bảo trì định kỳ để duy trì hiệu quả. Thời gian thực hiện: 12-24 tháng. Chủ thể thực hiện: Doanh nghiệp sản xuất thiết bị lọc nước, chính quyền địa phương.

  4. Xây dựng hệ thống giám sát chất lượng nước cấp liên tục: Thiết lập mạng lưới giám sát nồng độ DBPs và các chỉ số hóa lý quan trọng tại các điểm lấy mẫu trong mạng lưới cấp nước để phát hiện sớm và xử lý kịp thời. Thời gian thực hiện: 12 tháng. Chủ thể thực hiện: Tổng công ty cấp nước SAWACO, Sở Tài nguyên và Môi trường.

  5. Nghiên cứu và áp dụng các công nghệ xử lý tiền chất DBPs: Áp dụng các phương pháp keo tụ, hấp phụ than hoạt tính, trao đổi ion và màng lọc tiên tiến tại nhà máy để giảm lượng NOM và các tiền chất DBPs. Thời gian thực hiện: 24-36 tháng. Chủ thể thực hiện: Các nhà máy cấp nước, viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và cơ quan chức năng về môi trường và y tế công cộng: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách quản lý chất lượng nước, giám sát và kiểm soát DBPs nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

  2. Các nhà máy cấp nước và kỹ sư môi trường: Áp dụng các phương pháp phân tích và mô hình dự đoán DBPs để tối ưu hóa quy trình xử lý nước, giảm thiểu sự hình thành DBPs và nâng cao chất lượng nước cấp.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật môi trường, hóa học: Tham khảo quy trình chuẩn hóa phân tích DBPs, phương pháp đánh giá rủi ro sức khỏe và các giải pháp xử lý nước tiên tiến để phát triển nghiên cứu chuyên sâu.

  4. Doanh nghiệp sản xuất và kinh doanh thiết bị xử lý nước: Dựa trên đánh giá hiệu quả các thiết bị lọc nước tại hộ gia đình để cải tiến sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trường và nâng cao hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm.

Câu hỏi thường gặp

  1. DBPs là gì và tại sao chúng lại nguy hiểm?
    DBPs (Disinfection By-Products) là các hợp chất được hình thành khi clo hoặc các chất khử trùng khác phản ứng với các hợp chất hữu cơ tự nhiên trong nước. Chúng có thể gây độc tế bào, đột biến gen và tăng nguy cơ ung thư, đặc biệt là ung thư bàng quang và các vấn đề sức khỏe sinh sản.

  2. Nồng độ DBPs trong nước cấp tại TP.HCM có vượt ngưỡng an toàn không?
    Khoảng 50% mẫu nước sử dụng trực tiếp tại TP.HCM có nồng độ DBPs vượt mức rủi ro ung thư cho phép (>10⁻⁴), đặc biệt trong mùa khô và khu vực có nồng độ Clo dư cao. Điều này cảnh báo cần có biện pháp kiểm soát chặt chẽ hơn.

  3. Phương pháp xử lý nước nào hiệu quả nhất để loại bỏ DBPs tại hộ gia đình?
    Đun sôi nước trong 5 phút có thể loại bỏ 100% các hợp chất THMs và HANs. Các thiết bị lọc nước kết hợp nhiều công nghệ cũng có hiệu quả tốt, nhưng cần bảo trì đúng cách để duy trì hiệu quả.

  4. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến sự hình thành DBPs trong nước cấp?
    Các yếu tố chính gồm nồng độ Clo dư, hàm lượng hữu cơ hòa tan (TOC), UVA254, nhiệt độ và pH nước. Tăng các yếu tố này thường làm tăng nồng độ DBPs.

  5. Làm thế nào để giảm thiểu rủi ro sức khỏe do DBPs gây ra?
    Có thể giảm thiểu bằng cách tối ưu hóa liều lượng clo trong khử trùng, sử dụng nước đun sôi, áp dụng các thiết bị lọc nước hiệu quả, và xây dựng hệ thống giám sát chất lượng nước liên tục để phát hiện và xử lý kịp thời.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã chuẩn hóa thành công quy trình phân tích đồng thời 19 hợp chất DBPs theo tiêu chuẩn EPA, đảm bảo độ chính xác và tin cậy của số liệu.
  • Phân tích cho thấy 100% mẫu nước cấp tại TP.HCM chứa các hợp chất DBPs phổ biến với nồng độ biến động theo mùa và khu vực.
  • Mối tương quan mạnh giữa DBPs với Clo dư, UVA254 và nhiệt độ cho phép xây dựng mô hình dự đoán sự hình thành DBPs hiệu quả.
  • Đun sôi nước và sử dụng thiết bị lọc nước tại hộ gia đình là các phương pháp hiệu quả để giảm thiểu nồng độ DBPs và rủi ro sức khỏe.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp quản lý và cải tiến chất lượng nước cấp, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng tại TP.HCM.

Next steps: Triển khai các giải pháp tối ưu hóa liều lượng clo, nâng cao nhận thức cộng đồng về xử lý nước tại nhà, và xây dựng hệ thống giám sát chất lượng nước liên tục.

Call to action: Các nhà quản lý, nhà máy cấp nước và cộng đồng người dân cần phối hợp chặt chẽ để giảm thiểu rủi ro do DBPs, đảm bảo nguồn nước an toàn và bền vững cho tương lai.