may tinh bang

NDM

Từ năm 1980, vấn đề nước uống bổng trở thành đề tài về sức khỏe được quan tâm đặc biệt. Thứ nhất là do Chlor (hóa chất dùng để tiệt trùng) được chứng minh là chất dẫn xuất gây một số chứng bệnh ung thư như Chloroform (một loại Trihalométhane).

Mùi hôi của Chlor trong nước không những khó uống mà còn làm da bị khô, gây ngứa ngáy... thứ hai là các hóa chất từ các loại thuốc trừ sâu, diệt cỏ, phân bón không tan trong nước, dần dần trở thành nguồn ô nhiễm môi sinh gây nguy hiểm cho tính mạng con người. Đó là cơ hội cho các nhà nghiên cứu về kỹ thuật lọc nước trở thành những ông chủ giàu có với hàng nghìn sản phẩm được tung ra thị trường.

Ở Châu Âu và Mỹ, người ta không còn uống các loại nước cung cấp qua các đường ống đến vòi nước trong nhà, bắt đầu tìm mua các loại nước trong chai, đã qua xử lý về kỹ thuật theo tiêu chuẩn qui định về tính hóa lý và vi sinh, hay gắn các bộ phận lọc nhỏ ở gia đình nhằm mục đích ngăn chặn Trihalométhane (THM), và khử mùi Chlorine còn lại trong nước bằng than hoạt tính.

Hiện nay, nhiều kỹ thuật lọc nước từ cổ điển đến hiện đại đã được hình thành, tuy nhiên trong phạm vi bài viết này, chúng tôi không đề cập kỹ đến những kỹ thuật lọc nước qui mô, công nghệ tổng hợp mà chỉ gói gọn trong những kỹ thuật đang được phổ cập trong “cuộc sống công nghiệp” của từng gia đình.

1- PHƯƠNG PHÁP LỌC BẰNG VẬT LÝ HAY CƠ HỌC (PHYSICAL FILTRATION)
Nhằm mục đích loại trừ các tạp chất hửu cơ, chất bẩn và vi sinh trong nước, một trong những phương pháp đã có từ xưa là dùng than, cát và sỏi trong một bể lắng hay nhiều bể lắng lọc liên hoàn. Phương pháp này còn được gọi là phương pháp tạo lắng thật chậm, có khi còn dùng quạt thổi gió hay màn mưa nhân tạo đưa O2 vào để lắng phèn, khử mùi và dần dần loại trừ các tạp chất lơ lững trong nước. Thiết bị này thường được dùng ở các nhà máy cần lượng nước lớn hay các trạm xử lý trung tâm, nhưng khá cồng kềnh và tạo dòng chảy chậm từ bể lắng sang bể sạch có khi kéo dài hàng trăm mét. Đây là phương pháp xử lý nước rất cơ bản và có giá thành thấp nhât. Người ta đã đúc kết rằng, nếu làm đúng kỹ thuật bằng phương pháp lọc chậm này thì hàm lượng TOD giảm trên 90% và lượng vi khuẩn cũng có thể được tiệt trừ nhờ màng sinh học tự nhiên đạt đến mức 95-98%. Chính vì thế mà nhiều trung tâm xử lý nước lớn trên thế giới vẫn còn áp dụng phương pháp này kết hợp với xử lý bằng Chlor và than hoạt tính trong công đoạn sau (xem tài liệu phụ lục). Trên thực tế, chúng tôi cũng đã áp dụng mô hình kết hợp này cho những khu vực có hàm lượng phèn, tạp chất hữu cơ trong nước cao như Gò Vấp, Thủ Đức và một số điểm khác tại Tp. Hồ Chí Minh trong thời gian từ 21~45 ngày (hiện nay kỹ thuật đã được cải tiến để thời gian tạo màng sinh học tự nhiên còn 5-7 ngày). Khi màng sinh học tự nhiên hình thành thì khả năng ngăn chặn vi khuẩn, vi sinh đạt mức khá lý tưởng (giảm đến 92%) và hàm lượng phèn giảm được trên 75%. Điều đó làm tăng độ bền cho các công đoạn xử lý kế tiếp và tạo được một công suất lọc khá ổn định.

Ở vùng quê ngày trước, người ta còn dùng cói, rơm rạ hay đay làm vật liệu lọc có tác dụng lọc các chất lơ lửng, phù sa khá hiệu quả. Phụ vào các công đoạn này, người ta còn sử dụng vôi để tiệt trùng, cân đối lại độ pH cho nước ở vùng chua và cả những hóa chất tạo lắng bằng keo tụ nhằm làm sạch nước nhanh hơn so với phương pháp lắng chậm.

Nhiều dụng cụ xử lý nước ngày nay được thu nhỏ lại để người tiêu dùng có thể gắn vào nguồn nước máy ngay tại bếp bằng các loại ống lọc màng bằng sợi chỉ nhựa (PP cartridge) có độ lớn của lỗ lọc từ 1 mm (1/10.000 milimét) đến 10-50 mm. Các loại màng (ống lọc) này còn được chia làm nhiều lớp hay nhiều tầng, trong đó có cả lớp (hay tầng) than hoạt tính để khử mùi hay thêm một lớp diệt khuẩn. Loại cartridge này rất thuận tiện trong sử dụng và thay thế, gọn nhẹ và không chiếm chỗ so với những phương pháp cổ điển, tuy nhiên vấn đề còn lại là giá cả của ống lọc và giá mua bộ lọc ban đầu khá đắt, đặc biệt tuổi thọ của ống lọc tùy thuộc vào chất lượng của nước (độ bẩn, tạp chất) và không xử lý triệt để được các hóa chất độc hại phát sinh từ nguồn nước hay các loại vi khuẩn gây bệnh (Faecal Bacteria), trừ những sản phẩm có pha các hoạt chất sát trùng đặc biệt. Điều đáng lưu ý là có nhà sản xuất máy lọc nước giới thiệu sản phẩm của họ có thể xử lý 7.000-18.000 lít /ống nhưng không hề nói rõ nước sử dụng là nước loại gì, độ bẩn, tạp chất và phèn bao nhiêu vì thế có nơi chỉ dùng được vài tuần là phải thay thế ống lọc khác. Giá một ống lọc có khi lên đến 180.000đ-500.000đ, trong khi giá máy mua ban đầu là 1,2 đến 2 triệu đồng, người mua hoàn toàn lệ thuộc vào người cung cấp, nếu muốn tiếp tục sử dụng.

Hầu hết những sản phẩm này được sản xuất tại các nước tiên tiến như Mỹ (hay gần đây còn có sản phẩm của Đài Loan, Malaysia) và nguồn nước đưa vào máy là nước đã được xử lý tại các trạm cung cấp nước (đạt tiêu chuẩn về nước uống), hiệu quả cuối cùng khi qua các ống lọc gia đình chủ yếu là để khử mùi hôi của Chlore hay ngăn chặn các tạp chất còn sót lại như THM mà thôi. So với thu nhập bình quân của người ở Mỹ thì giá một ống lọc như vậy là không cao và họ có thể sử dụng.

Thực tế cho thấy đã có nhiều khách hàng vì không phân biệt được sự khác biệt này, nên sử dụng máy lọc được một thời gian ngắn lại phải trở về với phương pháp cổ truyền “đun sôi để nguội”!

Hiện nay ở Mỹ còn có những ống siêu lọc (micro filter) bằng sợi theo cấu tạo ma trận với lỗ lọc 0,2~0,4 mm có khả năng ngăn chặn vi trùng, vi khuẩn khá tốt và ứng dụng nguyên lý thẩm thấu ngược (reverse osmosis). Tuy nhiên cũng không chịu đựng nỗi trước chất lượng nguồn nước tại Tp. Hồ Chí Minh, rất dễ bị tắt nghẻn và phải thay thế sau thời gian sử dụng 2-3 tháng (với lưu lượng 3.000 lít theo lý thuyết nhưng chúng tôi thử dùng thì thấy “tuổi thọ” không đến 1.000 lít, tức chỉ tương đương 1/3).

Khác với loại ống lọc Cartridge kiểu Mỹ, Thụy Sĩ và Nhật Bản đã tung ra thị trường một loại ống lọc bằng sứ có pha Nitrate bạc để tiệt trùng . Kỹ thuật này được phát minh vào năm 1947 khi kỹ thuật tạo hình ống lọc sứ có lỗ thoát với độ lớn 0,2-0,4 micron được xác lập. Như chúng ta đều biết, vi trùng hay vi khuẩn có độ lớn bình quân từ 0,5-0,6 micron, vì vậy ống lọc này có thể ngăn chặn được chúng và để bảo đảm hơn, nhằm ngăn ngừa vi khuẩn phát triển len lõi vào bên trong ống lọc, họ đã trộn Nitrate bạc vào dung dịch sứ (trước khi nung) không để cho bạc có thể rơi rụng khi nước đi qua đồng thời phát huy hiệu quả sát trùng trực tiếp trong nước thay vì sử dụng các loại hóa chất Fluor, Iode hay Chlor có thể gây tác hại lâu dài khi không quản lý được nồng độ chặt chẽ. Thêm vào đó, phần ruột của ống là một lớp thạch anh tẩm Nitrate bạc nhằm tránh hiện tượng vi trùng chen lẫn từ vòi uống (đầu ra) trở lại ống lọc (tái nhiễm khuẩn), bảo đảm nguồn nước đã xử lý không bị nhiễm khuẩn trở lại.

Với ống lọc sứ pha Nitrate bạc, người ta có thể an tâm hơn và khá tiện dụng vì có thể vệ sinh ống lọc mỗi khi bị tắc nghẽn (do vi khuẩn hay chất bẩn bám đầy) thay vì phải bỏ đi hay thay thế ống lọc mới như loại Cartridge bằng sợi nhân tạo. Theo kết quả nghiên cứu của các nhà sản xuất (Katadyn Thụy sĩ và Roki Nhật bản) thì ống lọc sứ sẽ mất tác dụng khi phần sứ bọc bên ngoài bị mòn sau 3-5 năm sử dụng.

Về mặt thực tiễn, khó có thể ứng dụng ống lọc này cho các hệ thống xử lý nước có qui mô lớn vì việc vệ sinh ống không thể thực hiện dễ dàng, và giá thành khá đắt so với các giải pháp khác nhưng với loại gia đình thì loại ống lọc này khá lý tưởng và đã được Tổ chức sức khỏe Thế giới (WHO) cung cấp cho các bệnh viện, trạm xá ở một số nước trong chương trình y tế cộng đồng.

2- PHƯƠNG PHÁP LỌC VÀ TIỆT TRÙNG BẰNG QUANG HỌC
Một trong những phương pháp tiệt trùng bằng quang học là sử dụng đèn cực tím (UV) trong xử lý nước. Người ta xác nhận được rằng, tia UVc (có độ dài sóng 254 nano-mét) có khả năng diệt khuẩn rất tốt và giá khá rẽ, tuy nhiên dùng đèn cực tím có những khó khăn nhất định:

- Độ ổn định của dòng điện sử dụng (không dao động ± 5%)
- Hệ thống kiểm tra chặt chẽ để theo dõi đèn có hoạt động hay không (không được kiểm tra bằng mắt thường, có thể bị lòa, mù)
- Tuyệt đối không được ngắt điện trong khi sử dụng, nếu không sẽ bị nhiễm khuẩn trở lại (vì nước vẫn tiếp tục chảy)
- Nước qua ánh đèn phải được xử lý thật sạch, tránh hiện tượng bụi, cặn bám vào ống thủy tinh (quartz) bảo vệ đèn và việc kiểm tra độ dài sóng tỏa khắp dòng nước rất khó, phải lọc ở tốc độ thật chậm .

Tia cực tím UVc chỉ có tác dụng tiệt trùng, không có chức năng lọc nước (hoá lý), vì vậy thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm với lưu lượng bé hay trong những hệ thống lớn có đủ khả năng kiểm tra, theo dõi và độ ổn định về nguồn điện tuyệt đối. Hệ thống xử lý nước bằng tia UV thường được kết hợp với các bộ phận khác (sơ lọc và tinh lọc) mới phát huy được hiệu quả. Tuy nhiên như đã nói ở trên, sự dao động điện sẽ làm giảm tuổi thọ bóng đèn rất nhanh và không có gì đảm bảo nếu nước chảy bởi lưu lượng lớn không được kiểm soát. Tiệt trùng bằng tia UV trong những điều kiện đầy đủ là một phương pháp lý tưởng và không gây hại như trường hợp hóa chất, thường được ứng dụng ở các nước có nền công nghiệp tiên tiến. Tuy nhiên trong điều kiện về điện và nước của chúng ta hiện nay chưa ổn định thì hiệu quả sử dụng đèn cực tím không phát huy được và có khi gây hại.

3- PHƯƠNG PHÁP LỌC VÀ TIÊT TRÙNG BẰNG HÓA CHẤT
Một trong những hóa chất phổ biến được dùng trong công nghệ xử lý nước từ đầu thế kỷ này là Chlorine vì hóa chất này có khả năng diệt tất cả vi khuẩn trong nước, mặc dù những hóa chất khác tồn tại trong nước như Phénol phản ứng với Chlor có thể tạo ra mùi và vị nước khó uống. Chỉ với một lượng Chlorine 0,16 mg/l (ở độ pH=7) hay 0,45 mg/l (pH=9) là người ta cảm thấy nước có mùi khó chịu. Ngoài ra, các chất Ammoniac trong nước sẽ phản ứng với Chlorine tạo ra các loại Chloramine (Mono, Di và Trichlororamine) hay Phénol cũng làm cho nước bị nhiễm mùi. Tuy thế, ở các trạm xử lý nước công nghiệp, người ta vẫn sử dụng Chlorine và điều chỉnh nồng độ của nó theo hàm lượng vi khuẩn và các tạp chất (hóa học) khác có trong nước vì xử lý nước theo phương pháp này giá thành nước máy vẫn rẽ nhất.

Phản ứng của Chlorine + Ammonia trong nước:
NaCl + H2O ------------> NaOCl + H2
Cl2 + H2O ------------> HCl + HOCl
NH4 + HOCl -----------> NH2Cl + H2O + H+
Monochloroamine
NH2Cl + HOCl -----------> NHCl2 + H2O
Dichloroamine
NHCl2 + HOCl -----------> NCl3 + H2O
Trichloroamine


Vào những năm đầu thập niên 70, người ta phát hiện được nhiều chất dẫn xuất trong nước từ Chlorine và hàng loạt độc tố dẫn xuất từ Chlorine như Trihalomethane (THM). Trihalomethane là một hợp chất Carbon hữu cơ có công thức CHX3 mà X là một phân tử halogene (như Brom, Fluor hay Iod).

O O
|| ||
R-C-CH3 + 3OX (-) => R-C-O (-) + CHX3 + 2OH (-)
CHX3= trong đó X= Halogen

TRIHALOMETHANES (THM)
Có 4 loại THM chính trong nước uống, Chloroform (CHCl3), Bromo dichloromethane (CHBrCl2), Dibromochloro methane (CHBr2Cl) và Bromoform (CHBr3). Những hợp chất THM hay chất dẫn xuất từ Chlorine chỉ có thể tìm thấy trong nước uống khi nước ấy được diệt trùng bằng Chlorine mà thôi. Tùy theo nồng độ Chlorine, nhiệt độ của nước và pH mà THM sẽ phát sinh nhiều hay ít do các tạp chất hữu cơ phản ứng với Chlorine khi hàm lượng Chlorine quá liều. (Xem thêm bảng phụ lục về các chất dẫn xuất từ Chlor trong nước uống).

Ngoài yếu tố nồng độ Chlorine, THM lại tăng theo nhiệt độ và độ pH của nước, phát sinh ra nhiều độc tố khác (nếu nguồn nước đã bị nhiễm bẩn hóa chất hay thuốc trừ sâu...).

Đáng lo ngại nhất là Chloroform vì chỉ với 44gr Chloroform có thể giết chết được một người nặng 70kg và vì lượng Chloroform trong nước sẽ gây ra bệnh ung thư nếu nước uống này được sử dụng trong thời gian dài. WHO cho biết, nếu nước có phát sinh Chloroform thì những biến chứng về ung thư (bladder, intestinal và rectal) sẽ xảy ra.

Ngoài Chlorine, người ta còn sử dụng một số hóa chất tiệt trùng khác như Fluorine, Iodine nhưng đều phải có những biện pháp ngăn ngừa và kiểm tra nồng độ chặt chẻ hầu tránh những tác hại. Theo tiêu chuẩn phổ biến hàm lượng Fluoride chỉ được cho phép 0,6mg/l - 1mg/l, nhưng nếu dùng lâu ngày sẽ bị hư lớp men (enamel) trên răng. Hiện nay vẫn có những ý kiến phản đối việc sử dụng Fluor cho trẻ em vì các lý do:

1- Fluor là một hóa chất vô cơ cực độc
2- Phải được quản lý khi sử dụng như một loại thuốc độc bảng B hoặc như một chất tẩy rửa công nghiệp
3- Khó có thể kiểm tra được hàm lượng Fluor trong nước nếu sử dụng một cách thường xuyên, khó theo dõi và kiểm tra cơ thể đã hấp thụ bao nhiêu Fluor. Khó có thể nói nước dùng Fluor đã tiệt trùng là an toàn. Fluor còn có khả năng tiêu diệt cả những vi khuẩn cần thiết cho bộ máy tiêu hóa.

Thiết bị để thẩm định liều lượng Fluor hay Iod sử dụng theo thay đổi của độ nhiễm khuẩn, độ bẩn trong nước rất đắt tiền, lại lệ thuộc vào nhiều yếu tố bất xác định (uncertain factors) như nhiệt độ, độ bền, độ pH của nước trong từng lúc cho nên tránh dùng vẫn là biện pháp tốt hơn cả. Về mặt lý thuyết, Fluor, Iodine, Chlorine là những chất sát trùng rất hiệu quả nhưng trên thực tế, rất hiếm thấy những máy lọc nước sử dụng Iodine cho gia đình tại nhiều nước trên thế giới (Pháp, Mỹ, Nhật, Thụy Sĩ). Cobalt60, Iodine131 là những chất bức xạ b tai hại đến sức khỏe (a significant health risk) WHO định mức nồng độ b chỉ được 1,0 Bq/lít (1 ci tương đương với 3,7 x 1010 Bq) và việc theo dõi này vô cùng phức tạp, phải có trang thiết bị chuyên dùng đo nồng độ bức xạ do cơ quan nguyên tử lực quản lý. Tiêu chuẩn về độ phóng xạ a, b của Bộ Y tế Việt Nam đều giống với tiêu chuẩn nêu trên của WHO, trong khi đó Tiêu chuẩn Việt Nam của Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng là 3 pci/lít. WHO cho biết sử dụng Iodine là một biện pháp tiệt trùng tạm thời trong một thời gian rất ngắn, không nên dùng vào việc xử lý nước uống thường xuyên.

Ngoài các phương pháp sử dụng hóa chất để tiệt trùng nêu trên, Ozone (O3) cũng là một loại khí có khả năng diệt trùng hiệu quả nhờ tính oxít hóa mạnh mẽ của nó. Ozone hủy diệt tất cả các loại vi khuẩn trong nước (chỉ cần 1ppm (1 phần triệu) trong 10 phút là có thể sát khuẩn), nhưng Ozone lại gây ra mùi rất hăng, khó uống cho nên thường được dùng kèm theo bộ lọc than hoạt tính để khử bớt mùi này trong những trang thiết bị lọc nước hiện đại, nhưng việc kiểm soát nồng độ tương đối phức tạp và khá đắt tiền.

Hiện nay, phương pháp tiệt trùng bằng Ozone được áp dụng tại những trạm xử lý nước trung tâm ở những nước giàu có, nơi đó có điều kiện điều chỉnh và kiểm tra tự động như Nhật Bản và Thụy Sĩ chẳng hạn.