Đặt vấn đề Nước đóng vai trò rất quan trọng đối với sự sống của con người khi hơn 80% cơ thể con người chúng ta là nước. Để sống sót, con người phải uống từ 3 – 5 lít nước mỗi ngày để duy trì sự cân bằng nước trong cơ thể. Vì vậy, việc tiếp cận được với một nguồn nước sạch là điều vô cùng thiết yếu để con người có thể tồn tại và phát triển [1]. Những năm vừa qua, mặc dù được sự hỗ trợ rất nhiều từ những phúc lợi của chính phủ nhưng tình trạng thiếu hụt nước sạch ở Việt Nam vẫn rất nghiêm trọng, đặc biệt là ở những vùng thường xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai (bão, lũ).
Việt Nam là một quốc gia nhiệt đới gió mùa nằm trong khu vực Đông Nam Á, tiếp giáp biển Đông và có đường bờ biển rất dài. Địa hình của Việt Nam đa dạng với rất nhiều đồi núi, cao nguyên, đồng bằng châu thổ và đặc biệt có rất nhiều sông, suối [2]. Do sự đặc trưng về vị trí địa lý, điều kiện khí hậu và địa hình nên hàng năm Việt Nam phải gánh chịu rất nhiều thiệt hại do những cơn bão, lũ lụt, lũ quét…gây ra. Những năm gần đây, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu nên tình hình bão lũ diễn ra ngày càng phức tạp hơn, đỉnh điểm là năm 2017.
Theo thống kê của Ban chỉ đạo phòng chống thiên tai (BCĐ PCTT), năm 2017 có tới 16 cơn bão và 4 áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào khu vực Biển Đông, trong đó có 4 cơn bão ảnh hưởng trực tiếp đến Việt Nam gây ra rất nhiều thiệt hại về người và của. Bên cạnh đó, các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long hàng năm còn phải chịu ảnh hưởng nặng nề bởi những đợt lũ lớn liên tiếp, đặc biệt là đợt lũ lịch sử năm 2000. Trước tình hình đó, việc cung cấp một nguồn nước an toàn cho người dân sử dụng được xem là vấn đề cấp thiết và quan trọng nhất trong công tác khắc phục hậu quả thiên tai. Đã có rất nhiều biện pháp được đề xuất để giải quyết tình trạng trên và một trong số các biện pháp sử dụng phổ biến nhất là vận chuyển và phân phát nước uống đóng chai đến những nơi thiên tai.
Tuy nhiên, biện pháp này chỉ giải quyết được những tình huống khẩn cấp trong thời gian ngắn. Đối với những tình huống khẩn cấp kéo dài và nghiêm trọng thì cần phải có một giải pháp tối ưu hơn. Xử lý nước tại chỗ đang là định hướng phát triển cho những giải pháp hiện nay. Song, không phải giải pháp nào cũng phù hợp với điều kiện thiếu thốn trong trường hợp khẩn cấp.
Những giải pháp khả thi trong trường hợp này phải có những đặc điểm như: giá thành thấp, dễ sử dụng để phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của người dân ở những vùng sâu vùng xa; thiết kế gọn nhẹ, đơn giản để đảm bảo tính kỹ thuật 1 khi thường xuyên vận chuyển; hoạt động không cần năng lượng và ít sử dụng hóa chất để bảo vệ môi trường. Trước những khó khăn đó, nghiên cứu này được thực hiện với mong muốn đưa ra một giải pháp phù hợp để cung cấp một nguồn nước sạch và an toàn cho người dân ở những vùng thiên tai (bão, lũ) cũng như tạo tiền đề để phát triển hệ thống cấp nước đơn giản cho những vùng sâu, vùng xa. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu hướng tới mục tiêu xây dựng hệ thống cung cấp nước uống ở quy mô hộ gia đình cho những vùng thiên tai (bão, lũ) bằng việc sử dụng hệ thống màng vi lọc kết hợp với xúc tác quang. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.
Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài này bao gồm: - Nguồn nước mặt từ các sông khác nhau: Hậu, Đồng Nai, Sài Gòn. - Mô hình màng vi lọc sử dụng bơm tay. - Mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời. Phạm vi nghiên cứu Mô hình nghiên cứu đặt tại phòng 710 tòa nhà H2 thuộc cơ sở 2, trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia, thành phố Hồ Chí Minh.
Riêng mô hình màng có một khoảng thời gian được đưa xuống An Giang để chạy vận hành nước sông Hậu. Đề tài nghiên cứu được thực hiện từ tháng 08 năm 2018. Nội dung nghiên cứu Đề tài nghiên cứu chia là những nội dung sau: - Nội dung 1: Vận hành mô hình màng vi lọc: khảo sát thời gian rửa màng, phương pháp rửa màng và công suất xử lý của màng. Đánh giá hiệu quả loại bỏ độ đục, chất hữu cơ và vi sinh vật của màng.
- Nội dung 2: Khảo sát các thông số vận hành của mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời. - Nội dung 3: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời. - Nội dung 4: So sánh hiệu quả xử lý chất hữu cơ và vi sinh vật của mô hình xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời với mô hình lọc gốm bạc. 2 - Nội dung 5: Chạy thực nghiệm hệ thống màng vi lọc và xúc tác quang với nước sông trong điều kiện sau bão, lũ, mưa to.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1. Ý nghĩa khoa học - Số liệu và kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo trong việc phát triển hệ thống xử lý nước sông cấp nước cho hộ gia đình trong tình huống khẩn cấp. - Kết quả nghiên cứu cho thấy được khả năng loại bỏ tốt chất hữu cơ, độ đục và vi sinh vật của hệ thống màng vi lọc và hệ thống quang xúc tác mà không cần sử dụng điện và ít sử dụng hóa chất. - Khảo sát được các thông số vận hành, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của hệ thống màng vi lọc và hệ thống quang xúc tác.
Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu đưa ra được một giải pháp cấp nước cho người dân ở những vùng thiên tai, góp phần quan trọng trong việc bảo đảm sự an toàn sức khỏe cho con người và cộng đồng. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy tính khả thi, hiệu quả và phù hợp với điều kiện khẩn cấp khi sử dụng hệ thống màng vi lọc và xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời mà không cần sử dụng điện và ít hóa chất, qua đó, tiết kiệm được năng lượng và hóa chất. Nghiên cứu này cũng là cơ sở để định hướng phát triển ra một sản phẩm phù hợp với điều kiện thu nhập của người dân tại những vùng khó khăn thường xuyên bị ảnh hưởng bởi thiên tai. Tính mới của đề tài Nghiên cứu tạo ra được một hệ thống xử lý nước sông tại chỗ đơn giản, hiệu quả và không sử dụng năng lượng, ít hóa chất bằng việc kết hợp giữa công nghệ màng và quang xúc tác.
Công nghệ màng vi lọc sử dụng bơm tay được áp dụng để tiền xử lý nước sông. Quá trình xử lý bằng quang xúc tác dưới ánh sáng mặt trời được sử dụng như là quá trình xử lý bậc hai để loại bỏ chất hữu cơ và vi sinh vật. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về thiên tai và tình huống khẩn cấp 2.
Thiên tai Thảm họa là một sự kiện tự nhiên hoặc nhân tạo, gây ra những tổn hại to lớn về vật chất, làm gián đoạn kinh tế - xã hội và đe dọa đời sống con người một cách trực tiếp hoặc gián tiếp. Khi đối mặt với thảm họa, để bảo vệ bản thân và giảm thiểu những thiệt hại, con người cần có những hành động tích cực và phù hợp. Tuy nhiên, thảm họa có thể kéo dài và vượt qua khả năng kiểm soát của con người, gây ra những tình huống khẩn cấp [1]. Thiên tai là một thảm họa với nguyên nhân chính là do các sự kiện tự nhiên (bão, lũ lụt, động đất…) gây ra.
Thiên tai cũng dẫn đến những thiệt hại nặng nề về tài chính, môi trường và con người. Thiệt hại do thiên tai phụ thuộc vào khả năng ứng phó và khắc phục thảm họa của con người [3]. Trong những năm gần đây, nguyên nhân gây ra thiên tai không còn chủ yếu do các sự kiện tự nhiên nữa, một phần trong đó còn là hệ quả của biến đổi khí hậu toàn cầu mà con người là nguyên nhân chính. Các loại thiên tai được phân loại theo các yếu tố kiểm soát được thể hiện trong Bảng 2.
Phân loại thảm họa tự nhiên [4,5] Yếu tố kiểm soát Tên thiên tai Một số trận thiên tai Động đất, núi lửa, - Trận động đất ở Ấn Độ Dương năm 2004. lở đất, lở tuyết, hố - Vụ lở đá băng năm 2002 ở Kolka – Địa chất sụt, cát lún, sóng Karmadon. thần,… - Sóng thần ở Thái Lan năm 2004 do ảnh hưởng của trận động đất lớn. Lũ lụt, sét, gió bão, - Trận lũ lụt lịch sử Mozambique năm 2000 giông bão, mưa đá, nhấn chìm nhiều nơi trong 3 tuần.
lốc xoáy, bão tuyết, - Cơn bão lịch sử Linda năm 1997 đổ bộ Khí tượng, nước hạn hán… vào Nam Bộ Việt Nam. - Đợt hạn hán tồi tệ nhất lịch sử Trung Quốc ở Tứ Xuyên năm 2006. Cháy rừng, bão - Trận cháy rừng Victoria ở Australia năm lửa, dịch bệnh, bão 2009. Khác (sinh học, vũ từ, mưa sao trụ, lửa) - Các trận đại dịch lớn trong lịch sử thế băng,… giới như: đại dịch HIV/AIDS, đại dịch cúm gia cầm H5N1, đại dịch xuất huyết Ebola… 4 Những năm vừa qua, thảm họa tự nhiên trên thế giới diễn ra vô cùng phức tạp, để lại hậu quả rất lớn về người và của, đánh dấu sự chuyển biến bất thường của khí hậu toàn cầu.1 thể hiện các thảm họa tự nhiên năm 2017 của các quốc gia trên thế giới.
Có thể thấy rằng, lũ lụt và bão chính là hai thiên tai hay xảy ra nhất và cũng là nguyên nhân gây ra nhiều thiệt hại về người và của nhất. Cụ thể, bão và lũ đã gây ra gần 90% thiệt hại về kinh tế, 60% người tử vong và 85% người dân bị ảnh hưởng trong số 100% tổng thiệt hại do thiên tai trong năm 2017 [6]. Tần suất Số người chết Số người bị thương Thiệt hại kinh tế Lũ Bão Lở đất Động đất Cháy rừng Nhiệt độ cao Hạn hán Núi lửa Sạc lở Hình 2. Các thảm họa tự nhiên năm 2017 [6] Việt Nam là một trong số những quốc gia chiu ảnh hưởng lớn nhất từ thiên tai năm 2017 (Bảng 2.
Do đặc điểm về vị trí địa lý cũng như khí hậu nên hàng năm Việt Nam luôn phải gồng mình gánh chịu nhiều cơn bão, lũ lụt quét qua.
