Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ và màng mf để xử lý nước sông suối cấp cho sinh hoạt

Khóa luận nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ và màng MF trong xử lý nước sông suối phục vụ sinh hoạt, nâng cao chất lượng nước.

• Tác giả: Lò Văn Huynh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Hải
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Vật Liệu Lọc Hấp Phụ Và Màng MF Trong Xử Lý Nước Sông Suối
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa của đề tài
• 1.2.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Cơ sở khoa học của đề tài
• 2.1.1. Cơ sở lý luận của đề tài
• 2.1.2. Các tiêu chuẩn so sánh
• 2.1.3. Cơ sở thực tiễn
• 2.1.3.1. Hiện trạng môi trường nước trên thế giới
• 2.1.3.2. Hiện trạng môi trường nước ở Việt Nam
• 2.1.3.3. Sơ lược cơ bản của vùng Tây Bắc
• 2.1.3.4. Hiện trạng môi trường nước tỉnh Hà Giang
• 2.2. Tổng quan về vật liệu lọc hấp phụ và màng lọc MF
• 2.2.1. Tổng quan về vật liệu lọc hấp phụ
• 2.2.2. Tổng quan về màng lọc
• 2.2.2.1. Phân loại màng lọc
• 3. PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 3.1.3. Địa điểm nghiên cứu
• 3.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.3. Phương pháp nghiên cứu
• 3.3.1. Phương pháp thu thập, kế thừa số liệu thứ cấp
• 3.3.2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa
• 3.3.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích
• 3.3.4. Phương pháp phân tích mẫu nước
• 3.3.5. Phương pháp phân tích tổng hợp số liệu
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Sơ lược về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh Hà Giang
• 4.1.1. Điều kiện tự nhiên
• 4.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội
• 4.2. Hiện trạng chất lượng và các nguồn gây ảnh hưởng chính đến chất lượng nước suối Tà Vải
• 4.2.1. Hiện trạng chất lượng nguồn nước suối Tà Vải
• 4.2.2. Các nguồn gây ảnh hưởng chính đến chất lượng nước mặt suối Tà Vải
• 4.3. Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ đa năng Zeolit-Diatomit và sử dụng màng lọc để xử lý nước sông suối
• 4.3.1. Đặc điểm của vật liệu lọc Zeolit-Diatomit ( ODM-2F )
• 4.3.2. Nghiên cứu và lựa chọn màng lọc
• 4.3.2.1. Đặc điểm của màng lọc MF (Microfiltration)
• 4.3.3. Kết quả sau khi xử lý nước bằng bằng vật liệu lọc đa năng Zeolit- Diatomit kết hợp với màng lọc MF
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ và màng MF

Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ và màng MF trong xử lý nước sông suối là một lĩnh vực quan trọng trong khoa học môi trường. Nước sông suối thường bị ô nhiễm bởi nhiều yếu tố, từ hoạt động nông nghiệp đến công nghiệp. Việc áp dụng công nghệ lọc hiện đại không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn đảm bảo an toàn cho sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu này nhằm tìm ra giải pháp hiệu quả cho việc xử lý nước, đặc biệt là ở những vùng khó khăn như Hà Giang.

1.1. Ý nghĩa của việc xử lý nước sông suối

Việc xử lý nước sông suối có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Nước sạch không chỉ phục vụ cho sinh hoạt mà còn đảm bảo an ninh lương thực và phát triển kinh tế bền vững.

1.2. Các loại vật liệu lọc hấp phụ phổ biến

Các loại vật liệu lọc hấp phụ như than hoạt tính, zeolit và diatomit được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước. Mỗi loại vật liệu có những đặc tính riêng, phù hợp với từng loại ô nhiễm khác nhau.

II. Vấn đề ô nhiễm nước sông suối và thách thức trong xử lý

Ô nhiễm nước sông suối đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt ở các khu vực miền núi. Các yếu tố như khai thác khoáng sản, rác thải sinh hoạt và nông nghiệp đều góp phần làm giảm chất lượng nước. Việc xử lý nước trong bối cảnh này gặp nhiều thách thức, từ công nghệ đến chi phí. Cần có những giải pháp hiệu quả để khắc phục tình trạng này.

2.1. Nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước sông suối

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước sông suối bao gồm hoạt động khai thác khoáng sản, rác thải sinh hoạt và các chất thải từ nông nghiệp. Những yếu tố này làm tăng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước, ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

2.2. Hệ quả của ô nhiễm nước đối với sức khỏe

Ô nhiễm nước có thể dẫn đến nhiều bệnh tật, từ tiêu chảy đến các bệnh về da và đường hô hấp. Đặc biệt, trẻ em và người già là những đối tượng dễ bị tổn thương nhất.

III. Phương pháp xử lý nước sông suối bằng vật liệu lọc hấp phụ

Phương pháp xử lý nước sông suối bằng vật liệu lọc hấp phụ đã được nghiên cứu và áp dụng thành công. Các vật liệu như zeolit và diatomit không chỉ giúp loại bỏ các chất ô nhiễm mà còn cải thiện chất lượng nước. Việc kết hợp giữa vật liệu lọc và màng MF mang lại hiệu quả cao trong xử lý nước.

3.1. Quy trình xử lý nước bằng vật liệu lọc hấp phụ

Quy trình xử lý nước bằng vật liệu lọc hấp phụ bao gồm các bước như thu gom nước, xử lý sơ bộ, và lọc qua các lớp vật liệu. Mỗi bước đều có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng nước đầu ra.

3.2. Hiệu quả của màng MF trong xử lý nước

Màng MF có khả năng loại bỏ các hạt lơ lửng và vi sinh vật, giúp cải thiện chất lượng nước. Việc kết hợp màng MF với vật liệu lọc hấp phụ tạo ra một hệ thống xử lý hiệu quả hơn.

IV. Kết quả nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc và màng MF

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ và màng MF trong xử lý nước sông suối mang lại hiệu quả cao. Nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng, đảm bảo an toàn cho sinh hoạt. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn lớn.

4.1. Đánh giá chất lượng nước sau xử lý

Chất lượng nước sau khi xử lý bằng vật liệu lọc hấp phụ và màng MF được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh. Kết quả cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm giảm đáng kể.

4.2. Ứng dụng thực tiễn tại Hà Giang

Nghiên cứu đã được áp dụng thực tiễn tại tỉnh Hà Giang, nơi có nhiều nguồn nước sông suối. Kết quả cho thấy hệ thống xử lý này có thể cung cấp nước sạch cho người dân.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ và màng MF trong xử lý nước sông suối đã mở ra hướng đi mới cho việc cải thiện chất lượng nước. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ này để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về nước sạch.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong bảo vệ môi trường

Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Việc sử dụng công nghệ lọc hiện đại sẽ giảm thiểu ô nhiễm nước.

5.2. Định hướng phát triển công nghệ xử lý nước

Cần có những định hướng rõ ràng trong việc phát triển công nghệ xử lý nước, từ nghiên cứu đến ứng dụng thực tiễn. Điều này sẽ giúp nâng cao chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nước sạch là yếu tố thiết yếu duy trì sự sống của con người cũng như bảo đảm an sinh xã hội và phát triển kinh tế. Tuy nhiên, theo các thống kê toàn cầu, tài nguyên nước phân bố không đồng đều và thất thoát nghiêm trọng trong quá trình phân phối và khai thác. Tại Việt Nam, nghiên cứu nâng cao chất lượng nước cấp sinh hoạt cho cư dân và các lực lượng vũ trang đóng quân ở vùng núi cao biên giới là nhiệm vụ mang tính chiến lược.

Tỉnh Hà Giang là địa bàn miền núi biên giới phía Bắc có vị trí an ninh - quốc phòng trọng yếu. Mặc dù là một trong những khu vực có lượng mưa trung bình năm lớn nhất cả nước, địa hình Hà Giang bị chia cắt mạnh bởi các dãy núi đá tai mèo hiểm trở, dẫn đến khả năng sinh thủy tự nhiên rất thấp. Bốn huyện vùng cao núi đá phía Bắc của tỉnh gồm Đồng Văn, Mèo Vạc, Yên Minh và Quản Bạ thường xuyên đối mặt với tình trạng thiếu nước sinh hoạt nghiêm trọng trong mùa khô, kéo dài liên tục từ tháng 10 năm trước đến tháng 4 năm sau. Để có nước sinh hoạt, người dân địa phương thường phải di chuyển hàng chục kilômét và mất nhiều giờ hứng nước, lượng nước thu được chỉ đủ phục vụ ăn uống ở mức hạn chế.

Tại khu vực biên giới tỉnh Hà Giang, nguồn cấp nước chủ yếu phụ thuộc vào các khe suối tự nhiên. Các con suối này mang đặc điểm thủy văn phức tạp: lưu lượng dòng chảy nhỏ, biến động thất thường, chịu tác động mạnh bởi thời tiết, mưa bão và lũ quét. Chất lượng nước suối thay đổi đột ngột giữa ngày nắng và ngày mưa, đồng thời khó kiểm soát do một phần lưu vực bổ cập bắt nguồn từ ngoài lãnh thổ (Trung Quốc). Thêm vào đó, hoạt động khai thác khoáng sản tự phát và trái phép ở khu vực thượng nguồn làm gia tăng nồng độ chất rắn lơ lửng (SS), xyanua ($CN^-$) và các kim loại nặng như sắt ($Fe$), mangan ($Mn$), kẽm ($Zn$), đồng ($Cu$), chì ($Pb$), cadimi ($Cd$). Điều kiện địa hình dốc đứng, dân cư thưa thớt, không tập trung và nguồn điện lưới thiếu thốn gây khó khăn lớn cho việc xây dựng các công trình xử lý nước tập trung truyền thống.

Trên địa bàn huyện Vị Xuyên, suối Tà Vải là nguồn cấp nước mặt chính cho Trung đoàn 877 và Trường Quân sự tỉnh Hà Giang (thuộc Bộ Chỉ huy Quân sự tỉnh). Trung đoàn 877 có quân số khoảng 1.000 người, trong khi Trường Quân sự đào tạo từ 500 đến 800 chiến sĩ mới mỗi năm. Cả hai đơn vị đều đối mặt với tình trạng thiếu nước sinh hoạt do chỉ khai thác được từ các giếng khoan có trữ lượng hạn chế, chất lượng nước kém, thường có màu vàng và mùi tanh. Suối Tà Vải có lưu lượng dòng chảy tối thiểu đạt khoảng $2\text{ m}^3\text{/s}$, dòng chảy tương đối ổn định nhưng nước suối chứa nhiều tạp chất cơ học, chất hữu cơ, rác và xác thực vật mục. Nhu cầu đặt ra là phải có hệ thống xử lý nước suối với công suất ổn định khoảng $50\text{ m}^3\text{/h}$ phục vụ đời sống, sinh hoạt cho các đơn vị quân đội và dân cư lân cận.

Trước thực tiễn đó, khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lò Văn Huynh tập trung giải quyết bài toán cấp nước thông qua việc xác định các mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ và màng lọc MF để sử dụng trong công nghệ xử lý nước suối.
2. Đề xuất công nghệ xử lý nước suối bằng vật liệu lọc Zeolit - Diatomit kết hợp với màng lọc MF để cấp nước cho sinh hoạt.

Nhiệm vụ và yêu cầu nghiên cứu của đề tài gồm:

• Khảo sát, đánh giá hiện trạng chất lượng nguồn nước suối Tà Vải và xác định các nguyên nhân gây ô nhiễm nước mặt trong khu vực.
• Nghiên cứu đặc tính kỹ thuật của vật liệu lọc hấp phụ đa năng Zeolit - Diatomit (ODM-2F) và màng vi lọc MF (Microfiltration).
• Thiết lập quy trình công nghệ kết hợp vật liệu lọc hấp phụ và màng vi lọc, bảo đảm nước sau xử lý đạt các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt và nước ăn uống.
• Bảo đảm tính thực tiễn của giải pháp công nghệ, số liệu quan trắc và phân tích phải đạt độ chính xác khoa học.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Nguồn nước mặt suối Tà Vải (huyện Vị Xuyên, tỉnh Hà Giang); các đặc tính hóa lý, cấu trúc và khả năng xử lý tạp chất của vật liệu lọc hấp phụ Zeolit - Diatomit kết hợp màng lọc MF.
• Phạm vi nghiên cứu: Ứng dụng kỹ thuật lọc hấp phụ và lọc màng áp lực để xử lý nước sông suối phục vụ mục đích sinh hoạt.
• Địa điểm nghiên cứu: Địa bàn đóng quân của Trung đoàn 877 thuộc Bộ Chỉ huy Quân sự tỉnh Hà Giang và lưu vực suối Tà Vải thuộc xã Kim Thạch, huyện Vị Xuyên, tỉnh Hà Giang. Mẫu nước mặt phục vụ nghiên cứu thực nghiệm được thu thập vào ngày 24/09/2017.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng nội dung dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết về khoa học môi trường, kỹ thuật xử lý nước mặt, các công cụ pháp lý hiện hành và phương pháp thực nghiệm phân tích chuẩn hóa:

Khung lý thuyết và khái niệm khoa học:

• Khái niệm về tài nguyên nước mặt, sự ô nhiễm môi trường nước (sự biến đổi tiêu cực các tính chất lý - hóa - sinh của nước theo định nghĩa của Hiến chương Châu Âu về nước và giáo trình Khoa học môi trường).
• Cơ chế tác động và ý nghĩa môi trường của các thông số chất lượng nước: pH, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), độ đục, nhu cầu oxy sinh hóa ($BOD_5$), nhu cầu oxy hóa học (COD), oxy hòa tan (DO), amoni ($NH_4^+$), nitrat ($NO_3^-$), clorua ($Cl^-$), sắt tổng số ($Fe$), mangan ($Mn$) và các chỉ thị vi sinh đường ruột (Coliforms, Escherichia coli).
• Lý thuyết về hiện tượng hấp phụ và các nhóm vật liệu hấp phụ phổ biến trong xử lý nước: than hoạt tính (diện tích bề mặt $500\text{ - }1500\text{ m}^2\text{/g}$), silicagel (độ xốp $50\text{ - }60%$, bề mặt đạt $800\text{ m}^2\text{/g}$), nhôm oxit hoạt tính, sắt oxit và khoáng chất alumosilicat cấu trúc tinh thể rây phân tử (Zeolit và Diatomit).
• Lý thuyết về kỹ thuật lọc màng với động lực là áp suất: phân loại 4 quá trình lọc màng chính gồm vi lọc (MF - Microfiltration), siêu lọc (UF - Ultrafiltration), lọc nano (NF - Nanofiltration) và thẩm thấu ngược (RO - Reverse Osmosis). Trong đó, màng MF vận hành theo nguyên lý rây cơ học qua các lỗ màng xốp có kích thước từ $0,05\text{ đến }1,5\text{ }\mu\text{m}$ ($50\text{ - }5000\text{ nm}$), tổn thất áp lực $\Delta p$ từ $0,1\text{ đến }2\text{ bar}$, áp suất lọc $0,7\text{ - }1,7\text{ atm}$, khối lượng phân tử cắt (MWCO) từ $100\text{ - }500\text{ kDa}$, khả năng thấm riêng đạt trên $50\text{ L/(m}^2\cdot\text{h}\cdot\text{bar)}$, chuyên dùng loại bỏ cặn lơ lửng, huyền phù và các tế bào vi khuẩn.

Văn bản pháp luật và quy chuẩn kỹ thuật áp dụng:

• Luật Bảo vệ môi trường năm 2014 (được Quốc hội khóa XIII thông qua ngày 23/06/2014, có hiệu lực từ 01/01/2015).
• Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 (được Quốc hội khóa XIII thông qua ngày 26/12/2012, có hiệu lực từ 01/01/2013).
• Nghị định số 124/2011/NĐ-CP ngày 28/12/2011 của Chính phủ về sản xuất, cung cấp và tiêu thụ nước sạch.
• Nghị định số 201/2013/NĐ-CP quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tài nguyên nước.
• Quyết định số 09/2005/QĐ-BYT ngày 11/03/2005 của Bộ Y tế về Tiêu chuẩn vệ sinh nước sạch.
• Quyết định số 22/2006/QĐ-BTNMT ngày 18/12/2006 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về bắt buộc áp dụng TCVN về môi trường.
• Thông tư số 04/2009/TT-BYT ban hành QCVN 01:2009/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống.
• QCVN 02:2009/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt.
• QCVN 08-MT:2015/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (cột A1, A2).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích dữ liệu:

• Phương pháp thu thập và kế thừa số liệu thứ cấp: tổng hợp các tài liệu thống kê khí tượng - thủy văn từ chuỗi số liệu 35-50 năm (cập nhật đến 2013) của 5 trạm khí tượng và 32 trạm đo mưa tại Hà Giang; Báo cáo Hiện trạng môi trường tổng thể tỉnh Hà Giang giai đoạn 2011-2015 của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Giang (năm 2016); các số liệu kinh tế - xã hội năm 2016 của địa phương.
• Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa: khảo sát địa hình lưu vực suối Tà Vải, thiết lập 05 điểm lấy mẫu nước mặt đại diện vào ngày 24/09/2017:
  • Mẫu NM01: Thượng nguồn suối Tà Vải, gần Trường Tiểu học Kim Thạch, xã Kim Thạch, huyện Vị Xuyên.
  • Mẫu NM02: Điểm hợp lưu đầu tiên phía trước đập thủy lợi trên suối Tà Vải.
  • Mẫu NM03: Nhánh rẽ đầu tiên đổ vào dòng chính suối Tà Vải.
  • Mẫu NM04: Vị trí giữa đập thủy lợi suối Tà Vải.
  • Mẫu NM05: Đoạn suối Tà Vải chảy qua Bản Trang, xã Kim Thạch, huyện Vị Xuyên.
• Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu: tuân thủ nghiêm ngặt TCVN 6663-1:2008 (ISO 5667-1:2006) về hướng dẫn lấy mẫu nước sông suối và TCVN 5993-1995 (ISO 5667-3) về kỹ thuật bảo quản mẫu. Dụng cụ chứa và hóa chất bảo quản đạt độ tinh khiết phân tích; mẫu được bảo quản lạnh ở nhiệt độ $2\text{ - }5^\circ\text{C}$ hoặc giữ ở $-20^\circ\text{C}$ trước khi đưa vào phân tích.
• Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: toàn bộ mẫu được phân tích tại Phòng Phân tích môi trường thuộc Viện Kỹ thuật và Công nghệ Môi trường theo các tiêu chuẩn:
  • TCVN 6492:1999 (ISO 10523:1994) – Xác định trị số pH.
  • TCVN 6624:2000 (ISO 11923:1997) – Xác định chất rắn lơ lửng (TSS) bằng phương pháp lọc qua màng sợi thủy tinh.
  • TCVN 5988:1995 (ISO 6332:1988) – Xác định sắt bằng phương pháp trắc phổ dùng thuốc thử 1,10-phenanthroline.
  • TCVN 6193:1996 (ISO 8288:1986) – Xác định coban, niken, đồng, kẽm, cadimi và chì bằng phương pháp trắc phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS).
  • TCVN 6187-1:1996 (ISO 9308-1:1990) – Phát hiện và đếm vi khuẩn Coliforms bằng phương pháp màng lọc.
• Phương pháp tổng hợp và xử lý dữ liệu: đối chiếu, so sánh kết quả thực nghiệm với giới hạn tối đa cho phép quy định tại QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A1), xác định các chỉ tiêu vượt ngưỡng làm cơ sở tính toán công nghệ xử lý.

Nội dung chính theo từng phần của khóa luận

Bố cục khóa luận được cấu trúc thành 5 phần chuyên môn với các nội dung chi tiết:

Phần 1: Mở đầu

Tác giả nêu bật vai trò sống còn của tài nguyên nước và thực trạng khan hiếm nước sinh hoạt tại các khu vực núi đá tai mèo của tỉnh Hà Giang. Phần này làm rõ tính cấp thiết của việc bảo đảm nguồn nước sạch cho các đơn vị quân đội đóng quân vùng biên ải (Trung đoàn 877 và Trường Quân sự tỉnh Hà Giang) trong bối cảnh các nguồn nước suối biến động lớn về thành phần cặn lơ lửng, chất hữu cơ và kim loại nặng. Tác giả xác lập rõ 2 mục tiêu nghiên cứu, các yêu cầu kỹ thuật thực tiễn và khẳng định ý nghĩa khoa học của việc ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ Zeolit - Diatomit kết hợp màng MF nhằm tận dụng nguồn nước suối phục vụ sinh hoạt.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Phần tổng quan cung cấp cơ sở khoa học, cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn toàn diện về tài nguyên nước:

• Khái quát các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước mặt, nguồn gốc gây ô nhiễm tự nhiên và nhân tạo, các hệ thống văn bản quy chuẩn môi trường của Bộ Tài nguyên và Môi trường cùng Bộ Y tế.
• Phân tích hiện trạng tài nguyên nước trên thế giới và tại Việt Nam: Việt Nam có tổng lượng nước mặt sản sinh nội địa đạt 310 - 315 tỷ $\text{m}^3$ (chiếm 37%), lượng nước ngoại sinh chảy vào lãnh thổ đạt 520 - 525 tỷ $\text{m}^3$ (chiếm 63%). Tuy mạng lưới sông ngòi dày đặc với 2.372 con sông dài trên 10 km nhưng tài nguyên nước phân bố không đều theo thời gian và không gian, tiềm ẩn nguy cơ thiếu hụt nghiêm trọng trong mùa khô.
• Đánh giá tổng thể điều kiện tự nhiên vùng Tây Bắc và hiện trạng suy giảm chất lượng nước mặt tại tỉnh Hà Giang (dẫn chứng số liệu quan trắc sông Lô khu vực cửa khẩu Thanh Thủy và suối Đỏ có hàm lượng TSS, $Pb$, $Zn$, $Fe$ và Coliforms vượt nhiều lần QCVN 08:2008/BTNMT). Khảo sát nhu cầu nước sinh hoạt cấp thiết của Trung đoàn 877 và Trường Quân sự tỉnh Hà Giang với quy mô cần cấp bổ sung khoảng $50\text{ m}^3\text{/h}$.
• Tổng quan cấu trúc và cơ chế tách chất của các loại vật liệu hấp phụ (than hoạt tính, silicagel, nhôm oxit, khoáng zeolit, sắt oxit) và 4 quá trình lọc màng áp lực (MF, UF, NF, RO). Trọng tâm phân tích đặt vào màng vi lọc MF với khả năng loại bỏ cặn lơ lửng, huyền phù và vi sinh vật mà không cần sử dụng hóa chất keo tụ phức tạp.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết đối tượng nghiên cứu là nguồn nước suối Tà Vải (huyện Vị Xuyên) và mô hình công nghệ kết hợp vật liệu lọc hấp phụ đa năng Zeolit - Diatomit với màng lọc MF:

• Xác lập địa điểm thực hiện tại Trung đoàn 877 thuộc Bộ Chỉ huy Quân sự tỉnh Hà Giang.
• Xây dựng mạng lưới khảo sát thực địa gồm 05 điểm lấy mẫu nước mặt (NM01 đến NM05) đại diện cho các phân đoạn dòng chảy từ thượng nguồn, nhánh rẽ, đập thủy lợi đến vùng hạ lưu suối Tà Vải.
• Mô tả chi tiết quy trình thu mẫu, bảo quản lạnh theo TCVN 5993-1995 và áp dụng chuẩn hóa 5 quy trình TCVN/ISO phục vụ phân tích các chỉ tiêu hóa lý, kim loại và vi sinh vật tại phòng thí nghiệm của Viện Kỹ thuật và Công nghệ Môi trường.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Đây là phần thực nghiệm trọng tâm của khóa luận, bao gồm các phát hiện chính:

• Phân tích điều kiện tự nhiên, địa hình (chia 3 tiểu vùng sinh thái), chế độ khí hậu và lượng mưa tại Hà Giang. Khu vực Bắc Quang - Vị Xuyên là tâm mưa lớn nhất toàn quốc với lượng mưa đạt $4.800\text{ mm}$, mùa mưa tập trung từ tháng 4 đến tháng 10 (chiếm 83 - 94% tổng lượng mưa năm), độ ẩm trung bình $84\text{ - }86%$, nhưng mùa khô kéo dài gây thiếu nước cục bộ. Đánh giá sơ lược các chỉ tiêu phát triển kinh tế - xã hội tỉnh năm 2016.
• Đánh giá hiện trạng chất lượng nước suối Tà Vải thông qua phân tích mẫu nước tháng 09/2017: xác định các thông số vượt ngưỡng QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A1) gồm TSS, COD, $Fe$, $Mn$, $NO_3^-$, Coliforms và E. coli.
• Nhận diện các nguyên nhân gây ô nhiễm nước mặt: nguyên nhân khách quan do địa hình dốc, lũ quét gây xói mòn, suy giảm thảm thực vật rừng; nguyên nhân chủ quan do nước thải từ khai thác khoáng sản (quặng sắt, quặng mangan), canh tác nông nghiệp sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, chăn nuôi gia súc không xử lý phân chuồng, nước thải sinh hoạt đô thị và rác thải rắn chưa qua xử lý đổ thẳng ra nguồn tiếp nhận.
• Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc đa năng Zeolit - Diatomit (ký hiệu thương mại ODM-2F): vật liệu có bản chất khoáng xốp thiên nhiên biến tính, đóng vai trò hấp phụ khử sắt, mangan, kim loại nặng, giảm tải lượng hữu cơ và cặn lơ lửng trước khi qua màng.
• Lựa chọn và tích hợp màng vi lọc MF: sử dụng màng MF hoạt động ở dải áp suất thấp ($0,7\text{ - }1,7\text{ atm}$), kích thước lỗ màng $0,05\text{ - }1,5\text{ }\mu\text{m}$ để giữ lại toàn bộ cặn lơ lửng, huyền phù và vi khuẩn gây bệnh còn sót lại sau tầng hấp phụ, thiết lập dây chuyền công nghệ xử lý hoàn chỉnh đạt quy chuẩn nước cấp sinh hoạt.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được từ việc đánh giá chất lượng nguồn nước tự nhiên suối Tà Vải; khẳng định tính phù hợp và khả thi của sơ đồ công nghệ xử lý kết hợp vật liệu ODM-2F và màng vi lọc MF trong điều kiện vùng núi biên giới; đưa ra các kiến nghị đối với chính quyền địa phương và đơn vị quân đội nhằm kiểm soát nguồn thải đầu nguồn, duy trì vận hành hệ thống cấp nước ổn định $50\text{ m}^3\text{/h}$ cho Trung đoàn 877 và Trường Quân sự tỉnh Hà Giang.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã cung cấp số liệu thực nghiệm nguyên bản về chất lượng nước suối Tà Vải thông qua đợt khảo sát lấy mẫu ngày 24/09/2017. Kết quả phân tích tại 5 vị trí được tổng hợp và đối chiếu với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A1) như sau:

STT	Thông số	Đơn vị	NM01	NM02	NM03	NM04	NM05	QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A1)	Đánh giá hiện trạng
1	pH	-	6,88	6,77	7,30	6,80	6,94	6,0 - 8,5	Đạt quy chuẩn tại 5/5 vị trí
2	TSS	mg/L	96,0	109,0	101,0	111,3	91,0	20	Vượt ngưỡng 4,55 - 5,56 lần
3	COD	mg/L	15,0	26,0	23,68	21,0	27,8	10	Vượt ngưỡng 1,50 - 2,78 lần
4	$NH_4^+$	mg/L	< 0,03	< 0,03	< 0,03	< 0,03	< 0,03	0,3	Đạt quy chuẩn (< ngưỡng phát hiện)
5	Mn	mg/L	0,27	0,32	0,21	0,31	0,34	0,1	Vượt ngưỡng 2,10 - 3,40 lần
6	Fe	mg/L	0,56	0,64	0,36	0,53	0,66	0,5	Vượt ngưỡng tại 4/5 vị trí (trừ NM03)
7	$NO_3^-$	mg/L	5,20	3,60	4,90	3,40	2,45	2,0	Vượt ngưỡng 1,22 - 2,60 lần
8	$Cl^-$	mg/L	130,0	128,8	133,9	129,3	138,1	250	Đạt quy chuẩn tại 5/5 vị trí
9	Coliforms	MPN/100mL	230	4.300	2.400	460	4.300	2.500	Vượt chuẩn tại NM02 và NM05
10	E. coli	MPN/100mL	7	230	4	9	23	20	Vượt chuẩn tại NM02 và NM05

Từ kết quả phân tích trên, các kết luận chính về chất lượng nước nguồn được xác lập:

• Các chỉ tiêu pH, $Cl^-$ và $NH_4^+$ nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A1).
• Hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) ở mức rất cao ($91,0\text{ - }111,3\text{ mg/L}$), cao gấp từ 4,5 đến hơn 5,5 lần giới hạn quy định ($20\text{ mg/L}$).
• Nồng độ COD biến thiên từ $15,0\text{ đến }27,8\text{ mg/L}$, vượt giới hạn quy chuẩn ($10\text{ mg/L}$), phản ánh mức độ ô nhiễm chất hữu cơ và nguy cơ phú dưỡng hóa trong nguồn nước mặt.
• Ô nhiễm kim loại nặng thể hiện rõ ở hai chỉ tiêu $Fe$ và $Mn$: nồng độ $Mn$ dao động từ $0,21\text{ đến }0,34\text{ mg/L}$ (vượt từ 2,1 đến 3,4 lần quy chuẩn); hàm lượng $Fe$ tại 4 vị trí NM01, NM02, NM04, NM05 dao động từ $0,53\text{ đến }0,66\text{ mg/L}$ (vượt giới hạn $0,5\text{ mg/L}$).
• Mức độ nhiễm vi sinh vật phân bón và nước thải sinh hoạt thể hiện nghiêm trọng tại điểm NM02 (hợp lưu trước đập) và NM05 (Bản Trang) với lượng Coliforms đạt $4.300\text{ MPN/100mL}$ (vượt chuẩn $2.500\text{ MPN/100mL}$) và vi khuẩn chỉ thị phân E. coli đạt lần lượt $230\text{ MPN/100mL}$ và $23\text{ MPN/100mL}$ (vượt ngưỡng $20\text{ MPN/100mL}$).

Giải pháp kỹ thuật và đóng góp của đề tài:

• Lựa chọn giải pháp công nghệ tiền xử lý bằng vật liệu lọc hấp phụ đa năng ODM-2F (Zeolit kết hợp Diatomit hoạt hóa) nhằm loại bỏ hàm lượng sắt, mangan hòa tan và hấp phụ một phần chất hữu cơ mà không cần bổ sung hóa chất keo tụ phức tạp.
• Kết hợp cụm màng vi lọc MF với các thông số làm việc: dải mao quản $0,05\text{ - }1,5\text{ }\mu\text{m}$, áp suất vận hành thấp $0,7\text{ - }1,7\text{ atm}$, tổn thất áp lực $\Delta p$ từ $0,1\text{ đến }2\text{ bar}$, bảo đảm hiệu suất giữ lại tuyệt đối các hạt cặn lơ lửng, huyền phù và vi sinh vật gây bệnh (Coliforms, E. coli).
• Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước suối Tà Vải với công suất $50\text{ m}^3\text{/h}$, bảo đảm chất lượng nước sau xử lý đạt QCVN 02:2009/BYT về nước sinh hoạt và QCVN 01:2009/BYT về nước ăn uống, giải quyết trực tiếp bài toán thiếu nước sinh hoạt cho khoảng 1.000 cán bộ chiến sĩ Trung đoàn 877 và 500 - 800 học viên Trường Quân sự tỉnh Hà Giang.
• Đóng góp khoa học và thực tiễn: Khóa luận cung cấp cơ sở dữ liệu quan trắc thực nghiệm mới về chất lượng nguồn nước suối Tà Vải; chứng minh tính khả thi của mô hình xử lý nước mặt bằng vật liệu khoáng hấp phụ nội địa kết hợp công nghệ lọc màng áp lực thấp, phù hợp với điều kiện địa hình chia cắt hiểm trở và hạn chế về năng lượng điện tại các đồn trạm quân sự biên giới phía Bắc.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận thẳng thắn ghi nhận một số hạn chế gắn liền với điều kiện thực tế trong quá trình thực hiện:

• Dữ liệu quan trắc nước mặt suối Tà Vải mới chỉ được tiến hành qua một đợt khảo sát thực địa đơn lẻ vào ngày 24/09/2017 (05 mẫu nước). Bộ số liệu này chưa phản ánh đầy đủ quy luật biến động chất lượng nước theo mùa, đặc biệt là sự khác biệt giữa cao điểm mùa mưa lũ (tháng 6 - tháng 8) và mùa khô khắc nghiệt (từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau).
• Do thời gian thực tập và kinh nghiệm nghiên cứu của sinh viên còn hạn chế, các thử nghiệm về chu kỳ hoạt hóa, khả năng tái sinh của vật liệu hấp phụ ODM-2F cũng như hiện tượng bám bẩn màng lọc (membrane fouling) và quy trình rửa ngược màng MF trong điều kiện tải lượng hữu cơ, cặn lơ lửng tăng đột biến chưa được khảo sát chuyên sâu theo thời gian dài.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được đề xuất:

• Mở rộng tần suất quan trắc chất lượng nước suối Tà Vải theo các đợt định kỳ trong mùa khô và sau các trận lũ quét, bổ sung thêm các chỉ tiêu kim loại nặng đặc thù từ hoạt động khai khoáng thượng nguồn như $Pb$, $Zn$, $Cd$, $Cu$ và xyanua ($CN^-$).
• Tiến hành thực nghiệm xác định chính xác thời gian lưu biểu kiến, tốc độ lọc tối ưu, tuổi thọ làm việc và quy trình hoàn nguyên vật liệu Zeolit - Diatomit trên hệ thống pilot thực địa.
• Đánh giá chi tiết cơ chế suy giảm thông lượng thấm của màng lọc MF, tối ưu hóa chu kỳ rửa xuôi, rửa ngược bằng khí nén hoặc nước lọc nhằm hoàn thiện quy trình vận hành bảo dưỡng bền vững cho các đơn vị quân đội vùng sâu, vùng xa.

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận có giá trị ứng dụng và tham khảo học thuật rõ nét trong các lĩnh vực liên quan:

• Cung cấp tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên và cán bộ nghiên cứu chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Quản lý Tài nguyên Nước trong việc khảo sát hiện trạng môi trường nước mặt miền núi cao và thiết kế hệ thống cấp nước sinh hoạt phân tán.
• Là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cho cơ quan hậu cần, công binh của các đơn vị quân đội, đồn biên phòng đóng quân tại khu vực biên giới phía Bắc (đặc biệt là tỉnh Hà Giang) trong việc khắc phục tình trạng thiếu nước sinh hoạt mùa khô.
• Phần có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất:
  • Dữ liệu quan trắc thực địa chi tiết 10 thông số lý hóa, vi sinh tại suối Tà Vải, huyện Vị Xuyên.
  • Bảng đối chiếu so sánh thông số kỹ thuật, áp suất làm việc, kích thước mao quản và khối lượng phân tử cắt của các công nghệ lọc màng áp lực (MF, UF, NF, RO).
  • Mô hình kết hợp tầng lọc hấp phụ khoáng chất xốp đa năng ODM-2F (Zeolit kết hợp Diatomit) với màng vi lọc MF áp suất thấp nhằm xử lý đồng thời cặn cơ học, kim loại nặng ($Fe$, $Mn$) và vi sinh vật gây bệnh mà không phụ thuộc vào hóa chất xử lý phức tạp.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn nước suối Tà Vải được khảo sát tại những vị trí nào và thời điểm lấy mẫu ra sao?

Nguồn nước suối Tà Vải được thu thập vào ngày 24/09/2017 tại 05 vị trí đại diện dọc theo lưu vực thuộc huyện Vị Xuyên, tỉnh Hà Giang:

• Mẫu NM01: Điểm đầu nguồn suối Tà Vải, gần Trường Tiểu học Kim Thạch, xã Kim Thạch.
• Mẫu NM02: Điểm hợp lưu đầu tiên nằm phía trước đập thủy lợi.
• Mẫu NM03: Nhánh rẽ đầu tiên chảy vào dòng chính suối Tà Vải.
• Mẫu NM04: Giữa đập thủy lợi suối Tà Vải.
• Mẫu NM05: Đoạn suối chảy qua khu vực Bản Trang, xã Kim Thạch.

2. Các thông số chất lượng nước nào của suối Tà Vải vượt giới hạn cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A1)?

Kết quả phân tích 05 mẫu nước chỉ ra các thông số vượt ngưỡng gồm:

• Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Đạt từ $91,0\text{ đến }111,3\text{ mg/L}$ (giới hạn cho phép là $20\text{ mg/L}$, vượt từ 4,55 đến 5,56 lần).
• Nhu cầu oxy hóa học (COD): Dao động từ $15,0\text{ đến }27,8\text{ mg/L}$ (giới hạn là $10\text{ mg/L}$, vượt từ 1,5 đến 2,78 lần).
• Mangan tổng số ($Mn$): Dao động từ $0,21\text{ đến }0,34\text{ mg/L}$ (giới hạn là $0,1\text{ mg/L}$, vượt từ 2,1 đến 3,4 lần).
• Sắt tổng số ($Fe$): Vượt ngưỡng quy định ($0,5\text{ mg/L}$) tại 4/5 vị trí (NM01: $0,56\text{ mg/L}$; NM02: $0,64\text{ mg/L}$; NM04: $0,53\text{ mg/L}$; NM05: $0,66\text{ mg/L}$).
• Nitrat ($NO_3^-$): Dao động từ $2,45\text{ đến }5,20\text{ mg/L}$ (giới hạn là $2,0\text{ mg/L}$).
• Vi sinh vật: Coliforms tại NM02 và NM05 đạt $4.300\text{ MPN/100mL}$ (vượt chuẩn $2.500\text{ MPN/100mL}$); E. coli tại NM02 đạt $230\text{ MPN/100mL}$ và NM05 đạt $23\text{ MPN/100mL}$ (vượt giới hạn $20\text{ MPN/100mL}$).

3. Những nguyên nhân chính nào dẫn đến sự suy giảm chất lượng nước mặt tại suối Tà Vải?

Chất lượng nước suối bị suy giảm do sự kết hợp của các yếu tố khách quan và chủ quan:

• Nguyên nhân khách quan: Địa hình đồi núi dốc đứng làm tăng tốc độ xói mòn, rửa trôi đất đá khi mưa lũ; thảm thực vật rừng tự nhiên bị suy giảm làm giảm khả năng giữ nước và điều hòa dòng chảy; lượng mưa mùa mưa tập trung rất lớn (tâm mưa đạt $4.800\text{ mm}$).
• Nguyên nhân chủ quan: Hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản (đặc biệt là quặng sắt và mangan) ở vùng thượng nguồn xả thải nước đục chứa kim loại nặng; tàn dư phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật từ canh tác nông nghiệp; nước thải rửa chuồng trại chăn nuôi gia súc không qua xử lý; nước thải sinh hoạt của khu dân cư và rác thải rắn sinh hoạt vứt trực tiếp xuống suối.

4. Màng vi lọc MF được lựa chọn vận hành theo cơ chế và dải thông số kỹ thuật nào?

Màng vi lọc MF (Microfiltration) là màng lọc áp lực hoạt động theo nguyên lý rây cơ học qua các lỗ mao quản xốp. Các thông số vận hành kỹ thuật được tác giả xác lập gồm:

• Kích thước lỗ màng (mao quản): $0,05\text{ - }1,5\text{ }\mu\text{m}$ (tương đương $50\text{ - }5000\text{ nm}$).
• Áp suất lọc: $0,7\text{ - }1,7\text{ atm}$ (tổn thất áp lực $\Delta p$ từ $0,1\text{ đến }2\text{ bar}$).
• Khối lượng phân tử cắt (MWCO): $100\text{ - }500\text{ kDa}$.
• Khả năng thấm riêng của màng: Đạt trên $50\text{ L/(m}^2\cdot\text{h}\cdot\text{bar)}$.
• Chức năng: Loại bỏ triệt để các hạt cặn lơ lửng, huyền phù và giữ lại hầu hết các vi khuẩn có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rây, giảm thiểu việc dùng hóa chất khử trùng.

5. Mục tiêu cấp nước của nghiên cứu phục vụ đối tượng nào và lưu lượng yêu cầu là bao nhiêu?

Hệ thống xử lý được thiết kế nhằm phục vụ nhu cầu sinh hoạt cấp thiết của hai đơn vị quân đội thuộc Bộ Chỉ huy Quân sự tỉnh Hà Giang đóng tại khu vực: Trung đoàn 877 (quân số khoảng 1.000 người) và Trường Quân sự tỉnh Hà Giang (huấn luyện từ 500 đến 800 chiến sĩ mới mỗi năm), những nơi chỉ có 1 giếng khoan hạn chế trữ lượng và nước bị nhiễm phèn, mùi tanh. Lưu lượng cấp nước sạch ổn định được xác định là $50\text{ m}^3\text{/h}$ từ nguồn nước mặt suối Tà Vải (có lưu lượng dòng chảy tự nhiên tối thiểu đạt $2\text{ m}^3\text{/s}$).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lò Văn Huynh đã đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nguồn nước suối Tà Vải tại huyện Vị Xuyên, tỉnh Hà Giang, chỉ rõ mức độ ô nhiễm do chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, sắt, mangan và vi sinh vật dưới tác động tổng hợp của điều kiện tự nhiên khắc nghiệt và các hoạt động kinh tế - xã hội thượng nguồn. Trên cơ sở số liệu phân tích thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất giải pháp công nghệ kết hợp vật liệu lọc hấp phụ khoáng chất xốp Zeolit - Diatomit (ODM-2F) và màng vi lọc MF với công suất thiết kế $50\text{ m}^3\text{/h}$, bảo đảm chất lượng nước sau xử lý đạt quy chuẩn nước sinh hoạt. Công trình mang lại đóng góp thiết thực cho nhiệm vụ bảo đảm an ninh nguồn nước, cải thiện điều kiện sinh hoạt cho các đơn vị quân đội và nhân dân tại khu vực vùng cao biên giới Tây Bắc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Nước là khởi nguồn của sự sống trên trái đất, đồng thời cũng là nguồn để duy trì sự sống tiếp tục tồn tại nơi đây. Sinh vật không có nước sẽ không thể sống nổi và con người nếu thiếu nước cũng sẽ không tồn tại. Theo thống kê của Liên hiệp quốc, thì tình trạng thiếu nước nguyên nhân do nguồn tài nguyên nước trên thế giới phân bổ không đồng đều, gia tăng dân số nhưng nguồn nước lại giảm, sự lãng phí nước tăng cùng với mức sống của người dân tăng lên do sử dụng quá nhiều thiết bị gia dụng, nước bị thất thoát nghiêm trọng, chỉ số 55% lượng nước khai thác được sử dụng một cách thật sự, 45% còn lại bị thất thoát, rò rỉ trong các hệ thống phân phối hoặc bị bay hơi trong tưới tiêu. Nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên không thể thiếu được trong đời sống hàng ngày của con người cũng như trong các hoạt động kinh tế của xã hội.

Hiện nay, ngoài việc nghiên cứu sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng nước cấp sinh hoạt cần phải được chú trọng, đặc biệt là việc nước cấp sinh hoạt cho đồng bào và chiến sĩ vùng núi cao. Hà Giang là một tỉnh miền núi biên giới ở phía Bắc của Tổ quốc, có vị trí chiến lược đặc biệt quan trọng. Đây là một trong những nơi có lượng mưa lớn nhất trong cả nước, tuy nhiên, do địa hình chia cắt, núi đá tai mèo nên lượng nước sinh thủy thấp, do đó đây cũng là nơi có tới 4 huyện vùng cao núi đá là Đồng Văn, Mèo Vạc,Yên Minh và Quản Bạ thường xuyên thiếu nước về mùa khô. Địa hình phức tạp, nhiều dãy núi cao nguy hiểm, việc dẫn, giữ nước và khai thác tài nguyên nước trong khu vực tỉnh Hà Giang là tương đối khó khăn.

Thời gian thiếu nước sinh hoạt thường kéo dài từ tháng 10 cuối năm 2 trước đến tháng 4 năm sau. Để có nước sinh hoạt, người dân phải đi bộ hàng chục km và hứng nước nửa ngày mới đủ nước sinh hoạt dùng trong 4-5 ngày cho gia đình. Nước chủ yếu chỉ được dùng để uống và nấu ăn một cách rất hạn chế; nước sinh hoạt trong mùa khô càng thiếu thốn hơn. Đối với khu vực biên giới, nguồn cung cấp nước chính vẫn là nước suối với đặc điểm: lưu lượng dòng chảy nhỏ, không ổn định, bị tác động rõ rệt bởi các yếu tố lũ quét, mưa bão,.

Đặc biệt chất lượng nước luôn biến động giữa ngày mưa và không mưa, và khó kiểm soát do một phần lưu vực bổ cập nước từ nước ngoài. Các hoạt động khai thác khoáng sản trái phép vùng đầu nguồn các suối đã làm cho nồng độ nhiều chất ô nhiễm như SS, CN-, Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Cd,. tăng lên rõ rệt. Mặt khác địa hình núi cao, phân bố dân cư không tập trung và nguồn điện thiếu thốn.

Đây là những yếu tố rất bất lợi cho việc cung cấp nước khu vực biên giới phía Bắc, nhất là cho các đơn vị quân đội. Chính vì vậy, đề tài nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ và màng lọc MF để xử lý nước suối vùng biên giới Tây Bắc cấp nước cho sinh hoạt là rất cấp thiết, thiết thực đem lại những hiệu quả lớn, phát triển kinh tế, bảo vệ môi trường, đảm bảo an sinh xã hội, an ninh quốc phòng cho vùng Tây Bắc nói chung và lưu vực suối Tà Vải tỉnh Hà Giang nói riêng. Từ những vấn đề nêu trên được sự hướng dẫn trực tiếp của TS.Nguyễn Thanh Hải, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:“Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ và màng lọc MF để xử lý nước sông suối cấp cho sinh hoạt” mang tính cấp thiết. Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ và màng lọc MF để sử dụng trong công nghệ xử lý nước suối.

3 - Đề xuất công nghệ xử lý nước suối bằng vật liệu lọc Zeolit - Diatomit kết hợp với màng lọc MF để cấp nước cho sinh hoạt. Yêu cầu - Nghiên cứu được ứng dụng vật liệu lọc hấp phụ và màng lọc MF để xử lý nước sông suối cấp cho sinh hoạt. - Đề tài phải mang tính thực tiễn. - Số liệu phải chính xác, thiết thực.

Ý nghĩa của đề tài 1.Ý nghĩa khoa học Ứng dụng được vật liệu lọc hấp phụ và đề xuất công nghệ xử lý phù hợp nhằm tận dụng nguồn nước suối để có thể sử dụng cho mục đích sinh hoạt của người dân.2 Ý nghĩa thực tiễn Đưa ra cái nhìn khái quát về vật liệu lọc hấp phụ. Đề xuất công nghệ xử lý bằng vật liệu lọc Zeolit – Diatomit kết hợp với màng lọc MF đạt quy chuẩn về nước cấp cho sinh hoạt. 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa học của đề tài 2.

Cơ sở lý luận của đề tài 2. Khái niệm và ý nghĩa của tài nguyên nước a. Khái niệm tài nguyên nước Tài nguyên nước là các nguồn nước mà con người sử dụng hoặc có thể sử dụng vào những mục đích khác nhau. Nước được dùng trong các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, dân dụng, giải trí và môi trường.

Hầu hết các hoạt động trên đều cần nước ngọt. Nước bao phủ 71% diện tích của trái đất trong đó có 97% nước trên Trái đất là nước muối, chỉ 3% còn lại là nước ngọt nhưng gần hơn 2/3 lượng nước này tồn tại ở dạng sông băng và các mũ băng ở các cực. Phần còn lại không đóng băng được tìm thấy chủ yếu ở dạng nước ngầm và chỉ một tỷ lệ nhỏ tồn tại trên mặt đất và trong không khí. - Khái niệm nước mặt Tài nguyên nước mặt: Là nước phân bố trên mặt đất, nước trong các đại dương, sông, suối, ao hồ, đầm lầy.

Đặc điểm của tài nguyên nước mặt chịu ảnh hưởng lớn từ điều kiện khí hậu và các tác động khác do hoạt động kinh tế của con người, nước mặt dễ bị ô nhiễm và thành phần hóa lý của nước thường bị thay đổi, khả năng hồi phục trữ lượng của nước nhanh nhất ở vùng thường có mưa. Ý nghĩa của tài nguyên nước  Nước cung cấp vào hoạt động sản xuất đảm bảo an ninh lương thực cho xã hội: Nước tưới tiêu, nước canh tác…  Nước tạo ra năng lượng điện để cung cấp cho hoạt động nền kinh tế thông qua việc sử dụng động lực hay năng lượng dòng chảy của các con sông 5 làm quay các tuốc bin nước và máy phát điện, đây là nguồn năng lượng sạch và chiếm 20% lượng điện của thế giới, đồng thời hạn chế được giá thành nhiên liệu và chi phí nhân công.  Làm ổn định địa tầng. Khái niệm về môi trường, ô nhiễm môi trường, ô nhiễm môi trường nước.

Khái niệm môi trường “Môi trường là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật. Khái niệm ô nhiễm môi trường “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường và tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật”. Khái niệm ô nhiễm môi trường nước “Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi của các tính chất vật lý - hóa học - sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật. Làm giảm độ đa dạng sinh học trong nước.

Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất” (Hoàng Văn Hùng, 2008). Theo hiến chương châu Âu về nước đã định nghĩa: “Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã” (Lê Văn Khoa và cs, 2001). - Nguồn gốc gây ô nhiễm nước Nguồn gốc gây ô nhiễm nước có thể là do tự nhiên hay nhân tạo. 6 + Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: Là do mưa, tuyết tan, lũ lụt, gió bão,… hoặc do các sản phẩm hoạt động sống của sinh vật, kể cả xác chết của chúng.

+ Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: Từ sinh hoạt, từ các hoạt động công nghiệp. Các xu hướng chính thay đổi chất lượng nước khi bị ô nhiễm là: + Giảm độ pH của nước ngọt do bị ô nhiễm bởi: H2SO4, HNO3 từ khí quyển, tăng hàm Lượng SO42- và NO3- trong nước. + Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đi vào môi trường nước cùng với chất thải, từ khí quyển và từ các chất thải rắn. + Tăng hàm lượng các chất hữu cơ, trước hết là các chất khó bị phân hủy bằng con đường sinh học (các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu…) + Giảm nồng độ oxi hòa tan trong nước tự nhiên do các quá trình oxy hóa có liên quan với quá trình Eutrophication các nguồn chứa nước và khoáng các hợp chất hữu cơ.

+ Tăng hàm lượng các ion trong nước trước hết là NO3-, PO43-,… + Giảm độ trong của nước: Tăng khả năng nguy hiểm của ô nhiễm nước tự nhiên do các nguyên tố đồng vị phóng xạ. Khái niệm nước sạch “Nước sạch là nước đảm bảo các chỉ tiêu như: nước trong, không màu, không mùi lạ, không chứa các mầm bệnh và các chất độc hại. Khái niệm nước suối “Nước suối là nước thiên nhiên, chảy qua các tầng địa chất có chứa một số nguyên tố, khí tự nhiên hay hợp chất khoáng”. Các chỉ tiêu hóa lý 7 - Trị số pH : Là chỉ số đo độ hoạt động của các ion hiđrô (H+) trong dung dịch và vì vậy là độ axít hay bazơ của nó.

Trong các hệ dung dịch nước, hoạt độ của ion hiđrô được quyết định bởi hằng số điện ly của nước (Kw) = 1,008 × 10−14 ở 25 °C) và tương tác với các ion khác có trong dung dịch. Do hằng số điện ly này nên một dung dịch trung hòa có pH xấp xỉ 7. Các dung dịch nước có giá trị pH nhỏ hơn 7 được coi là có tính axít, trong khi các giá trị pH lớn hơn 7 được coi là có tính kiềm. - Fe : Trong nước sắt thường tồn tại ở dạng ion, sắt có hoá trị 2 (Fe2+) là thành phần của các muối hoà tan như: Fe(HCO3)2 ; FeSO4… hàm lượng sắt có trong các nguồn nước phân bố không đồng đều.