Thiết bị lọc nước sinh hoạt vùng nông thôn Việt Nam sử dụng vật liệu lọc lõi sứ xốp và than hoạt tính từ trấu
Hiện nay, theo báo cáo thống kê của Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trường vẫn còn khoảng 17,2 triệu người, chủ yếu ở khu vực nông thôn đang sử dụng nguồn nước sinh hoạt chưa được kiểm nghiệm và chưa qua xử lý. Thực tế, chất lượng nước sử dụng cho mục đích sinh hoạt ở vùng nông thôn đang có dấu hiệu bị ô nhiễm. Ở nông thôn, nguồn nước mưa được sử dụng chính, nhưng chất lượng có nguy cơ nhiễm kim loại nặng do khói bụi công nghiệp. Nguồn nước mặt ở nhiều tỉnh khu vực phía Bắc và vùng Đồng bằng sông Cửu Long đang có hiện tượng ô nhiễm cục bộ như COD, BOD5, DO, NH4+, TSS, Coliform…[1], [2]. Nguồn nước ngầm ở một số địa phương phía Bắc đang bị ô nhiễm kim loại nặng như Mangan, hay ô nhiễm đặc thù Asen…, ở một số địa phương Bắc Trung Bộ có hàm lượng NH4+ trong nước ngầm vượt ngưỡng cho phép [3].
Trong khi đó, phương pháp xử lý nước của người dân tại nhiều vùng nông thôn còn hết sức đơn giản. Theo kháo sát của nhóm nghiên cứu tại một số xã thuộc tỉnh Hà Giang, Hưng Yên, Hải Dương, Bắc Ninh, Nam Định, Quảng Bình, Bến Tre và Sóc Trăng nguồn nước mưa, nước ngầm được người dân sử dụng chính cho mục đích sinh hoạt. Tuy nhiên, do nguồn nước mưa thu hứng chưa đúng cách và sử dụng trực tiếp không qua xử lý nên chất lượng nước chưa đảm bảo, đồng thời lượng nước không đủ để sử dụng trong thời gian dài. Bên cạnh đó, nguồn nước ngầm từ giếng đào, giếng khoan chỉ được xử lý sơ bộ bằng bể lọc cát, sỏi nên chất lượng nước chưa đảm bảo.
Việc các nguồn nước ở nhiều vùng nông thôn đang bị ô nhiễm. Cùng với việc sử dụng nước sinh hoạt chỉ bằng phương pháp lọc thô sơ về lâu dài sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân. Trước thực tế đó, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu và sản xuất thiết bị lọc nước vùng nông thôn sử dụng vật liệu lõi sứ xốp và than hoạt tính.
2. Phương pháp
– Phân tích tính chất của vật liệu lọc
Diện tích bề mặt riêng của lõi lọc sứ xốp và than hoạt tính được phân tích bằng phương pháp Brunauer-Emmet-Teller (BET). Cấu trúc của vật liệu được quan sát thông qua ảnh chụp từkính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope-SEM).
– Thu thập thông tinbằngphiếu điều tra
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát sơ bộ các thiết bị lọc nước bán trên thị trường, đồng thời tìm hiểu phương pháp xử lý nước vànhu cầu sử dụng thiết bị lọc nước của người dân vùng nông thôn.
– Thực nghiệm đánh giá hiệu quả của thiết bị lọc nước
Thiết bị lọc nước được lắp đặt ở một số hộ gia đình tại Hưng Yên, Bắc Ninh, Nam Định. Hiệu quả của thiết bị được đánh giá thông qua các chỉ số: tốc độ lọc, tuổi thọ của vật liệu, chất lượng nước sau khi lọc.Trong đó, tốc độ lọc được tính bằng công thức V= Q/t, tốc độ lọc của thiết bị được theo dõi khi đã lọc được 200 lít, 400 lít và 600 lít.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Hoàn thiện quy trình sản xuất than hoạt tính từ trấu và lõi sứ xốp
Trong khuôn khổ DA SXTN cấp Nhà nước mã số KC.08.DA.02/11-15, Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường cùng các tổ chức phối hợp đã nghiên cứu và chế tạo được lò sấy nung sản xuất đồng thời than hoạt tính và bột SiO2(Oxit Silic) từ nguyên liệu trấu. Việc chế tạo thành công lò sấy nung là một thành tựu của dự án, là cơ sở để sản xuất vật liệu lọc than hoạt tính và lõi sứ xốp từ quy mô nhỏ lẻ ra sản xuất quy mô công nghiệp.
a. Vật liệu lọc than hoạt tính
Than hoạt tính từ trấu được sản xuất qua quá trình than hóa và hoạt hoá. Nhiệt độ than hóa trấu thích hợp trong khoảng 4500C ÷ 5200Cở điều kiện thiếu oxy và được hoạt hóa ở nhiệt độ 900oC. Sản phẩmthu được là than hoạt tính thành phẩm. Tính diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính thành phẩm bằng phương pháp BET; diện tích trung bình đạt450 m2/g.
b. Vật liệu lọc sứ xốp
Vật liệu lọc sứ xốp được sản xuất từ nguyên liệu trấu qua một loạt các quá trình. Trước hếtchiết tách SiO2, sấy nung để thu được bột SiO2. Tiếp theo, bột SiO2 được phối trộn với chất phụ gia theo các tỷ lệ nhất định, sau đó đổ khuôn và nung ở nhiệt độ 12000C để thu được lõi sứ xốp thành phẩm [4]. Xác định diện tích bề mặt riêng bằng phương pháp BET; vật liệu lọc có kích thước lỗ lọc trung bình đạt 19 nanomet.
Việc sản xuất lõi sứ xốp và than hoạt tính từ nguyên liệu trấu có ý nghĩa quan trọng đối với lĩnh vực khoa học, kinh tế-xã hội và môi trường, góp phần tận dụng nguồn phụ phẩm từ nông nghiệp,chủ động được về công nghệ và dây chuyền sản xuất vật liệu lọc có nguồn gốc trong nước, tạo ra được sản phẩm có giá thành phù hợp với người tiêu dùng, đặc biệt với người dân vùng nông thôn.
3.2. Thiết bị lọc nước sinh hoạt vùng nông thôn
Trên cơ sở vật liệu lọc nước sứ xốp, than hoạt tính từ trấu và căn cứ trên kết quả phân tích chất lượng nước từ các đợt khảo sát, dự án đã sản xuất, lắp đặt các thiết bị lọc nước quy mô hộ và cụm hộ gia đình phù hợp với các nguồn nước vùng nông thôn.
a. Thiết bị lọc nước quy mô hộ gia đình
Thiết bị lọc nước hộ gia đình có thể xử lý đối với nguồn nước đầu vào là nước mặt, nước ngầm và nước mưa. Thiết bị lọc nước có 3 cấp lọc. Cấp lọc thứ nhất: lọc cặn, chất rắn lơ lửng (lõi sứ xốp); Cấp lọc thứ hai: xử lý các ion kim loại nặng(lõi trao đổi ion); Cấp lọc thứ ba: khử mùi, hấp phụcác thành phần ô nhiễm dạng vết(lõi than hoạt tính). Mỗi nguồn nước khác nhau sẽ sử dụng các lõi lọc phù hợp, ví dụ: trường hợp nguồn nước bị nhiễm Asen, cấp lọc thứ 2 sẽ được thay thế bằng vật liệu xử lý Asen. Thiết bị không sử dụng điện, không dùng hóa chất, không có nước thải, gọn nhẹ và dễ dàng bảo trì, thay thế. Công suất trung bình của thiết bị đạt 40 lít/giờ.
b. Thiết bị lọc nước quy mô cụm hộ gia đình
Hệ thống thiết bị lọc nước quy mô cụm hộ xử lý được nguồn nước đầu vào như: Nước mặt (ao, hồ, sông, suối) và nước ngầm.Hệ thống thiết bị gồm các bộ phận chính: (1) Bơm cấp nước; (2) Các cấp lọc: cấp lọc thứ nhất sử dụng vật liệu lọc cát dễ hoàn nguyên để lọc các loại cặn bẩn có kích thước lớn;Cấp lọc thứ 2 sử dụng lõi sứ xốp chặn cặn, chất rắn lơ lửng có kích thước > 20 nanomet;Cấp lọc thứ 3 sử dụng vật liệu trao đổi ion để hấp phụ ion kim loại nặng; Cấp lọc thứ 4 sử dụng than hoạt tính từ trấu để khử mùi, hấp phụ các thành phần ô nhiễm dạng vết; (3) Bộ phận khử trùng để diệt khuẩn; (4) Hệ thống điều khiển, van khóa thuận tiện khi sử dụng. Thiết bị đạt công suất trung bình 2,2 m3/giờ.
3.3. Ứng dụng thiết bị lọc xử lý nước sinh hoạt vùng nông thôn
a. Thiết bị quy mô hộ gia đình
Để tiến hành theo dõi đánh giá hiệu quả xử lý của thiết bị lọc, Dự án triển khai lắp đặt thiết bị xử lý nước ngầm tại hộ ông Ngô Bá Hoài, xã Đông Phong, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh và thiết bị xử lý nước mưa tại hộ gia đình ông Nguyễn Quang Đông, xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên.
Đối với thiết bị lọc tại hộ gia đình ông Hoài, lượng nước ước tính trung bình sử dụng cho mục đích ăn uống khoảng 20 lít/ngày (gia đình có 5 người). Kết quả theo dõi cho thấy, khi lượng nước qua lọc đạt khoảng 400 lít, tốc độ lọc có biểu hiện chậm, nguyên nhân do các cặn bẩn bị giữ lại tại lõi sứ xốp. Lúc này, cần tháo lõi lọc sứ xốp để vệ sinh nhằm hoàn nguyên hiệu quả lọc.Kết quả phân tích mẫu nước sau 6 tháng lắp đặt thiết bị, các thông số đều đạt QCVN 02:2009/BYT về chất lượng nước sinh hoạt, bảng 1.
Kết quả theo dõi thiết bị lọc nước xử lý nước mưa tại hộ gia đình ông Đông cho thấy, với lượng nước sử dụng trung bình khoảng 16 lít/ngày (gia đình có 4 người). Tốc độ lọc đảm bảo trong khoảng lưu lượng nước qua lọc trung bình 600 lít và sau khi vệ sinh lõi lọc thiết bị có thể sử dụng với vận tốc như ban đầu. Chất lượng nước sau 6 tháng lắp đặt thiết bị đạt QCVN 02:2009/BYT, bảng 2.
b. Thiết bị quy mô cụm hộ gia đình
Dự án đã triển khai thử nghiệm thiết bị quy mô cụm hộ gia đìnhxử lý nguồn nước đầu vào là nước mặt trên sông Tân Hưng (huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên). Công suất trung bình của thiết bị đạt 2,2 m3/giờ. Mẫu nước sau lọc được kiểm chứng tại phòng thí nghiệm tổng hợp thuộc Viện và đối chứng tại Trung tâm phân tích và môi trườngkết quả cho thấy chất lượng nước sau lọc đạt QCVN02:2009/BYT. Thiết bị đang đượchợp tác xã dịch vụ nông nghiệp Phú Thịnh quản lý và sử dụng.
c. Thiết bị lọc nước được trưng bày tại các triển lãm khoa học công nghệ
Thiết bị lọc nước – sản phẩm của dự án đã tham gia các triển lãm công nghệ và nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học và người tiêu dung như: Triển lãm Quốc tế về Môi trường 2015, Hội chợ công nghệ và thiết bị quốc tế Việt Nam 2015 (Techmart), Hội nghị Tổng kết công tác bảo vệ môi trường trong nông nghiệp giai đoạn 2011-2015.
4. Kết luận
Việc chế tạo được lò sấy nung đã giúp dự án làm chủ được công nghệ sản xuất. Việcsản xuất lõi sứ xốp và than hoạt tính từ trấu là cơ sở khoa học tốt để triển khai dự án sản xuất.Sử dụng vật liệu sứ xốp và than hoạt tínhđể lọc nước đem lại lợi ích kinh tế lớn bởi trấu là nguồn nguyên liệu dồi dào, giá thành rẻ, hơn nữa lại là một giải pháp tích cực về bảo vệ môi trường vì hiện nay người dân không sử dụng trấu để đun nấu như trước nên trấu trở thành rác thải gây ô nhiễm môi trường do khi đốt trấu sinh ra khí CO2, gây hiệu ứng nhà kính.Giá thành thiết bị lọc nước quy mô hộ gia đình– sản phẩm của Dự án có giá thấp hơn so với các thiết bị trên thị trường và phù hợp với thu nhập của người dân vùng nông thôn.Bên cạnh đó tính cạnh tranh nổi bật của dòng sản phẩm này là rất bền (lõi lọc sứ xốp có thể sử dụng trong 2 năm), chi phí thay thế lõi lọc rẻ, các thao tác lắp đặt, vận hành, thay thế đơn giản.Việc sử dụng thiết bị lọc nước tại các hộ gia đình góp phần chủ động về mặt cấp nước sạch cho sinh hoạt, mang lại nhiều lợi ích về sức khoẻ, giảm áp lực lên các công trình cấp nước tập trung.
Tài liệu tham khảo
- Bộ Tài nguyên và Môi trường (2014), Báo cáo môi trường Quốc gia-Môi trường Nông thôn.
- Đoàn Thu Hà (2013), Đánh giá hiện trạng cấp nước nông thôn vùng Đồng bằng Sông Cửu long và đề xuất giải pháp phát triển, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường.
- Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia,BộTN&MT, 2012, Thông báo diễn biến tài nguyên nước dưới đất năm 2012 và dự báo xu thế diễn biến tài nguyên nước dưới đất từ tháng 6 đến tháng 9 năm 2013.
- Nguyễn Trọng Việt (2006), Chế tạo sứ xốp lọc nước từ trấu, Hải Dương.
Trần Hưng1, Phạm Đình Kiên1, Nguyễn Quang Vinh1, Ngô Minh Đức1.
Nguyễn Trọng Việt2.
1. Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường
2. Công ty Cổ phần xây lắp điện nước và dịch vụ hàng hải
(Nguồn tin: Nilp.vn)
