Những phương pháp lọc nước phổ biến
Vietsciences-Hồng Lê Thọ         23/02/2008

 

Những bài cùng tác giả

Bài 1 : Nước và sắc đẹp
Bài 2 : Nước trong cơ thể sống
Bài 3 : Những phương pháp lọc nước phổ biến
Bài 4 : Vai trò của nước trong mỹ phẩm
Bài 5 : Nước và cơ thể - Một mối quan hệ kỳ diệu
Bài 6 : Nước và huớng phát triển của kỹ thuật xử lý -Từ cách nhìn của một nhà sản xuất Nhật Bản

 

  

         Từ năm 1980, vấn đề nước uống bỗng 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 Trihalomethane). 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 Trihalomethane (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 hữu 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 lửng 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 lâu ngày hơn so với điều kiện sử dụng ở Việt Nam.

         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 nổi trước chất lượng nguồn nước tại Tp. Hồ Chí Minh, rất dễ bị tắt nghẽn 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 tiển, 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 TIÊT 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 rẻ, 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 rẻ 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).

 

R-CO-CH3 + 3 OX-  ®  R-COO-  + CHX3 + 2 OH-


 

         TRIHALOMETHANE (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 vi chỉ với 44gr Chloroform có thể giết chết được một người nặng 70 kg và vi 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 oxyd 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.

4- PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION

         Ngày trước, một trong những phương cách để làm mềm nước là bỏ vôi hay xút vào bồn xử lý nước thô nhưng bất tiện là nhiều cặn bã lắng đọng, phải thường xuyên theo dõi để rút bớt đi.

         Những phương pháp xử lý nước bằng cơ học hay hoá chất không xử lý được những ion vô cơ hay những chất hữu cơ không bị phân hủy bởi tác động của vi sinh. Để trừ khử những ion vô cơ này thông thường người ta dùng những hạt nhựa trao đổi ion để hấp thụ và hoán chuyển. Phương pháp này thường được áp dụng để làm mềm nước, tức gạt bớt  hàm lượng Calcium, Magnesium hoặc Nitrate trong nước.

         Những ion Natrium trong hạt nhựa sẽ thay thế Calcium và Magnesium tạo ra một loại nước mềm theo phản ứng như sau:

Ca ++  /  Mg ++  +  Na2- Zeolite   ®    Ca / Mg (Zeolite) + 2Na+

 

         Để loại trừ Calcium, Magnesium người ta dùng một loại muối Aluminium (Sodium Aluminosilicates) có trong thiên nhiên gọi là Zéolite hay hạt nhựa nhân tạo (Cation exchange resin). Sau khi hạt nhựa đã hút được Calcium và Magnesium, trở nên bảo hòa, mất tác dụng, thì dùng nước muối để tái sinh nhựa trở lại để sử dụng theo phản ứng:

 

Ca / Mg (Zeolite)  +  2NaCl  ®      Na2- Zeolite  +    CaCl2 / MgCl2

 (Nhựa thải ra)    ®   (Nhựa trao đổi Ion tái sinh) +  (Thải ra ngoài)

 

          Ngày nay các nhà sản xuất hạt nhựa trao đổi Ion nhân tạo từ nguyên lý nói trên đã trừ khử được cả những Anion vô cơ trong nước như Nitrates, Sulphate, Chlorides, Silicates và Carbonates bằng những hạt nhựa Anion mạnh theo phản ứng sau:  

    CaNO3     +      R-Cl      ®     RNO3   +   CaCl

    MgNO3    +      R-Cl      ®     RNO3   +    MgCl

                                                 (Anion exchange resin)

                            

         Đây là một phương pháp khá kinh tế và thuận lợi trong công nghệ xử lý nước công nghiệp, đặc biệt có hiệu quả đối với các nhà máy dùng nước làm nguyên liệu như trong linh vực y dược, nước uống có pha các loại Vitamin và mỹ phẩm. Cần lưu ý thêm là các hạt nhựa trao đổi Ion không có khả năng diệt khuẩn nhưng lại có tác dụng tích cực loại trừ các chất phèn, muối khoáng dư thừa trong nước, đặc biệt là các loại nước giếng có hàm lượng muối khoáng quá mức cho phép. Cho nên hệ lọc sử dụng phương pháp này thường được gọi là máy làm mềm nước (Water Softener) hay khử Ion (Deionizer). Hiện nay các nhà sản xuất đã cho ra đời các loại máy khử Ion kèm theo hệ rửa ngược tự động để tái sinh hạt nhựa bị bảo hòa trong ống lọc.

 

4- PHƯƠNG PHÁP TINH LỌC THẨM THẤU NGƯỢC

         (REVERSE OSMOSIS - RO)

         Các phương pháp lọc và tiệt trùng nước đơn lẻ nêu trên đều có những phần không hoàn thiện, đặc biệt là độ an toàn của nước về mặt hóa lý, vi sinh không cao, nhất là việc quản lý nồng độ hóa chất tương đối phức tạp, khó có thể áp dụng được trong qui mô nhỏ (trừ trường hợp dùng lõi lọc bằng sợi hay sứ pha nitrate bạc), hoặc giá thành quá cao.

         Nhằm khắc phục những nhược điểm ấy, phương pháp thẩm thấu ngược (reverse osmosis) được sáng chế từ khi sợi thủy tinh nhân tạo (fiber) ra đời, ứng dụng nguyên lý vận động của nước, thẩm thấu từ vùng nước loãng (hay dung dịch loãng) sang vùng nước đậm đặc qua một màng thẩm thấu dưới một áp lực khá cao. Màng thẩm thấu này được đặt ở giữa vùng nước sạch (trong) và vùng nước nhiễm bẩn hay nước mặn; nước trong sẽ di chuyển sang vùng nước mặn (đậm đặc) cho đến khi cả hai bên cân bằng và chỉ có nước đi qua màng thẩm thấu; hóa chất, vi sinh trong nước được giữ lại từ 85-100%. Vận động qua lại của nước từ bẩn sang sạch bằng áp lực máy bơm được lặp đi lặp lại nhờ chênh lệch áp suất, tạo ra nguồn chảy ngược, vì nước sạch (pure water) di chuyển từ vùng đậm đặc (muối hay nhiễm bẩn) sang vùng nước loãng và sạch dần (tinh khiết dần dần) theo chu kỳ qua lại của thẩm thấu (xuôi và ngược). Nên lưu ý phương pháp thẩm thấu ngược không phải là phương pháp lọc bằng màng, tức không phải qua những khoảng hở giữa các phân tử của chất liệu làm màng như các loại sợi Cellulose Acetate, Triacetate hay Polyamide polymers.Với nguyên lý này, nước lọc từ hệ thống R O được xem là nước siêu lọc vì tất cả hóa chất, vi sinh đều bị ngăn chặn. Phương pháp này được áp dụng trong công nghệ sản xuất y dược phẩm, hay lọc thận nhân tạo. Ở một số nước giàu có, người ta áp dụng nguyên lý này để lọc nước biển sang nước ngọt, đặc biệt cho những tàu thuyền đánh cá xa bờ hay căn cứ ở hải đảo.

 

 

*                       *

    *  

 

         Chúng ta vừa khảo sát qua những phương pháp lọc và tiệt trùng nước, rõ ràng là mỗi hệ thống hay trang thiết bị xử lý nước này không có loại nào hoàn hảo có thể giải quyết tất cả cùng một lúc để tạo ra một nguồn nước an toàn mà thông thường là một sự kết hợp nhiều kỹ thuật khác nhau, theo từng công đoạn riêng biệt, để thiết kế thành một hệ thống hoàn chỉnh.

         Những vấn đề cần lưu ý:

1- Phương pháp lọc nước R O là một phương pháp hiện đại nhất nhưng giá thành một lít nước xử lý bằng R O gấp 5 - 10 lần các phương pháp khác, đồng thời lượng nước xử lý rất thấp, không có hiệu quả kinh tế.

2- Nếu nguồn nước xử lý đã “ổn định” về hoá lý và vi sinh (tức là nước đầu vào lúc nào cũng giống nhau) thì chỉ cần một chủng loại máy lọc nước nào đó, thí dụ nếu nước đô thị ở Mỹ đạt tiêu chuẩn về nước uống do USEPA qui định thì vấn đề xử lý nước ở gia đình không có gì phức tạp, chỉ cần có bộ phận xử lý mùi Chlorine bằng than hoạt tính, nếu cẩn thận thì thêm bộ tiệt trùng bằng tia cực tím (UV) vì nguồn điện không bao giờ bị ngắt quảng và độ dao động điện hầu như không đáng kể. Sản xuất đại trà một sản phẩm trên một thị trường có cùng qui cách sẽ tạo ra một giá thành hạ và việc quản lý chất lượng hầu như không thành vấn đề.

3- Phải dựa vào chất lượng nước để có thiết kế hay kết hợp các công đoạn lọc nước đạt tối ưu về kỹ thuật cũng như giá cả. Nếu nguồn nước (đầu vào) lại tùy thuộc vào nhiều yếu tố bất xác định, thay đổi liên tục về độ phèn, độ pH, độ nhiễm bẩn và nhiễm khuẩn và điện bị dao động thường xuyên thì không thể đem “nguyên si” một hệ thống xử lý nước tại Mỹ hay tại bất cứ nơi nào khác đặt vào là có thể sử dụng được. Điều đó đã giải thích tại sao một vài ống lọc của nước ngoài khi đưa vào Hà Nội hay Tp. Hồ Chí Minh lại bị tắc nghẽn trong một vài tuần (là phải bỏ), thậm chí có khi lượng E. Coli đầu vào lại ít hơn đầu ra của máy vì chính các ống lọc này là cái “ổ” giúp vi khuẩn sinh sôi nảy nở, nhất là vào mùa hè.

4- Ống lọc sẽ được gọi là hỏng, phải bỏ đi khi nước ở đầu ra không sạch và nhiễm bẩn như nước ở đầu vào, hoặc tệ hơn là không thoát nước đồng thời lại không thể vệ sinh để sử dụng trở lại !

5- Tính năng kỹ thuật của hệ thống có phù hợp với yêu cầu và trình độ quản lý của người sử dụng hay không. Nếu một hệ thống xử lý bằng hóa chất để tiệt trùng mà không có bộ phận theo dõi để điều chỉnh nồng độ thích hợp sẽ gây hại cho sức khỏe, hay hệ thống sử dụng tia UV mà dòng điện luôn dao động, bị ngắt quảng sẽ mất tác dụng tiệt trùng. Cho nên ngoài yếu tố giá thành của máy, phải chọn loại nào dễ quản lý, không bị ràng buộc về trình độ chuyên môn đồng thời yếu tố an toàn của hệ thống cao nhất.

         Tóm lại, những yếu tố cấu thành một hệ thống xử lý nước cho một nơi nào đó đòi hỏi phải được khảo sát kỹ chất lượng nước ngay từ đầu vào để ứng dụng kỹ thuật thích hợp, tối ưu nhất. Không thể có “một loại máy cho muôn nơi” mặc dù những nhà sản xuất bao giờ cũng tự nhận sản phẩm của mình là “tốt nhất” hay “hiện đại nhất”, trong khi nguồn nước hoàn toàn khác nhau !

 

Phụ Lục
 

PHÂN LOẠI CÁC LOẠI NƯỚC KHOÁNG



1- Nước khoáng là loại nước uống lấy nước từ lòng đât làm nguyên liệu, trong đó có hàm lượng khoáng chất thiên nhiên, có loại được pha thêm Calcium hay CO2 và hội đủ các điều kiện sau:
- Mùi vị: Không khác thường
- Màu: dưới 5
- Bẩn: dưới 2
 

2- Đối với nước khoáng có gaz (CO2) là loại phải có áp lực CO2 trung bình chứa dưới 1 kgf/cm2 (20°C) không thanh trùng hay sát trùng, nguồn nước phải là nước khoáng từ lòng đất (mỏ), không được lấy nước sông ngòi hay ao hồ để xử lý; không được có xử lý nào khác ngoài những công đoạn trầm lắng (tụ), lọc, cho gaz CO2 hay thoát khí
 

3- Nước thiên nhiên (Natural water) là loại nước ngầm lấy từ một nguồn nào đó, không áp dụng bất cứ một cách xử lý hóa lý nào khác ngoài phương pháp xử lý như trầm lắng, lọc, gia nhiệt để thanh trùng
 

4- Nước khoáng thiên nhiên (Natural mineral water) là loại nước thiên nhiên lấy từ khoáng (mỏ) hay được “khoáng hóa” (có các hàm lượng khoáng thiên nhiên, khí CO2) tự nhiên
 

5- Nước khoáng (Mineral water) là loại nước lấy nước khoáng thiên nhiên làm nguyên liệu có điều chỉnh độ khoáng để ổn định chất lượng hay là một hỗn hợp (pha chế) nhiều loại nước khoáng thiên nhiên lại với nhau
 

6- Nước uống trong chai (Bottled water) là loại nước không thuộc phạm trù (3) , (4), (5) nêu trên


Theo tiêu chuẩn của USEPA

 

CÁC LOẠI NƯỚC KHOÁNG NƯỚC NGUỒN XỬ LÝ
1- Natural water
(Nước thiên nhiên)
L’ eau de source		 Nước ngầm ở một nguồn nước riêng biệt Trầm, lắng, lọc, thanh trùng bằng nhiệt
2- Natural mineral water
(Nước khoáng thiên nhiên)
L’ eau minérale naturelle
 		 Nước từ mỏ ngầm có khoáng
 		  
3- Mineral water
(Nước khoáng)
L’eau minérale		 Nước từ khoáng Trầm, lắng, lọc, gia nhiệt, hỗn hợp nhiều nguồn nước khoáng, điều chỉnh hàm lượng khoáng




TÓM TẮT CÔNG NGHÊ XỬ LÝ NƯỚC

YẾU TỐ GÂY ẢNH HƯỞNG ĐỐI VỚI CHẤT LƯỢNG NƯỚC ẢNH HƯỞNG CHUNG CÔNG NGHÊ XỬ LÝ HIÊU QUẢ
Độ cứng (do Calcium và Magnesium) - (Carbonate hay Bicarbonate) Chất cặn trong ống dẫn, ống dẫn có gia nhiệt, gây ra chất nhờn, rỉ bám ở đầu vòi, làm mục, vàng áo quần (khi dùng nước để giặt) Trao đổi Ion (hạt nhựa)
 
Sắt, Mangan Đóng váng, thay đổi màu của nước, tạo rỉ cặn đỏ vàng, cam hay bùn đen ở trong vòi, đường ống Nếu nồng độ dưới 2 ppm thì có thể xử lý bằng hạt nhựa trao đổi Ion. Tốt nhất là áp dụng phương pháp thông gió (aeration) bằng cách thổi không khí vào nước hay dùng ống lọc oxyd sắt bằng hạt nhựa hay bằng cát
Vi khuẩn sắt, Mangan và lưu huỳnh Tạo lớp bùn nhớt bám trong ống, máy hay cặn trong bồn chứa Nếu mức độ thấp có thể sử dụng phương pháp lọc oxyd hóa sắt. Tốt nhất là dùng Chlor sau đó lọc lại
Khí Hydrogen Sulfide (H2S) Mùi tanh như trứng gà bị ung, gây ăn mòn ống dẫn, tạo ra mùi tanh khó chịu trong thức ăn, nước uống Tốt nhất là phương pháp thông gió (O2) hay dùng Chlor
Độ bẩn Những chất lơ lửng trong nước có thể là bùn, cát, đất sét, hợp chất hữu cơ Phương pháp lọc tạp chất và rữa ngược, nếu lưu lượng ít thì dùng ống lọc sợi hay lọc bằng cát
Nước có tính Acid (pH thấp) Sẽ tấn công vào hệ ống dẫn, kim loại, tạo ra cặn đỏ, xanh. Làm mục áo quần trong khi giặt Tốt nhất là trung hòa bằng vôi
Mùi, vị và màu (do tạp chất hữu cơ) Làm nước uống có mùi khó chịu, tạo ra lớp cặn trong nước Tùy vào đặc tính của chất lơ lửng. Có thể dùng phương pháp thông gió (O2) , than hoạt tính hay Chlorine để xử lý
Tannin, Acid Humic Biến đổi nước sang màu vàng nhạt, tạo cặn và giảm độ ngon của thức ăn hay nước uống Nhựa trao đổi Ion hay chất oxyd hóa, sau đó lọc lại
 
Vi khuẩn gây bệnh Có thể mang theo các chứng bệnh về đường ruột hay truyền nhiễm, rối loạn tiêu hóa Dùng Chlor hay các ống vi lọc. Phương pháp dùng Nitrate bạc, Iodine, O3 hay tia tử ngoại có thể ngăn chặn hay tiệt trùng
Hoạt chất hữu cơ trong thuốc trừ sâu hay phân bón Có thể bị nhiễm độc hay gây các chứng bệnh hiểm nghèo Thông thường dùng than hoạt tính để hấp thụ, có thể áp dụng phương pháp oxyd hóa hay điện giải
Nitrate, Chloride và Sulfate Khả năng gây bệnh và có hại đến sức khỏe Dùng Ion đặc biệt để khử, hay phương pháp thẩm thấu ngược
Muối Natrium Gây ra mùi, Xút hay Alkali, rất khó chịu Phương pháp khử Ion, thẩm thấu ngược hay chưng cất



HIÊU QUẢ CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC NƯỚC BẰNG CÁT

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ XỬ LÝ HIÊU QUẢ
Lọc cát chậm theo tỷ trọng
 		 Chảy thật chậm qua 3 ngăn Không hạn định độ bẩn tối đa, số Coliform Max. MPN 5.000 - 20.000/100ml
BOD giảm 90-95%
Chất cặn được giữ lại 85-95%
Giảm vi khuẩn 95-98%
Ngăn chặn chất bề mặt 90-99%
Giảm vi khuẩn 99%
Giảm cặn 95-100%
Giảm màu 30%
Mùi và vị được tốt
Giảm sắt, phèn 60%
Lọc cát nhanh (theo tỷ trọng) Độ bẩn 40 mg/lít Giảm vi khuẩn 95%
Giảm độ bẩn 90%
Lọc cát (nhanh) và hóa chất làm lắng Độ bẩn 50mg/lít, Coli form có hàm lượng MPN 5.000/100ml
 		 Giảm vi khuẩn 90-99%
Giảm cặn 100%
Màu giảm ít hơn 5mg/lít
Alkali tăng 7,7mg /lít /gr.Alum
CO2 tăng 6,8mg /lít/gr. Alum
Giảm được phèn sắt
Mùi vị tốt hơn
Lọc cát và hóa chất làm lắng, thêm Chlorine và than hoạt tính Không hạn định độ bẩn, số Coliform MPN 5.000 - 20.000/100ml
 		 Gần như diệt khuẩn 100%, giảm 100% độ bẩn Màu sắt gần bằng 0. Phèn giảm nhiều và bớt mùi, vị của hóa chất




*Phương pháp lọc nước bằng công nghệ NANO sẽ có bài viết riêng

 

       (1*)- Total Oxygen Demand : Yêu cầu tổng hợp của Oxygen (dưỡng khí) trong nước.

 

            ©  http://vietsciences.free.fr  và http://vietsciences.org Hồng Lê Thọ