Nghiên cứu, chế tạo thiết bị xử lý nước ứng dụng công nghệ lọc nano

Hoạt động Nghiên cứu KHCN

Việt Nam là một nước mà phần lớn dân cư sống ở vùng nông thôn đang trong tình trạng thiếu nước sạch. Thực tế hiện nay cho thấy, trong số 80% dân số sống ở nông thôn thì chỉ có 60% hộ dân được sử dụng nước sạch). Nước sử dụng cho sinh hoạt bao gồm: nước mặt (chiếm 70%) và nước ngầm (chiếm 30%), nhưng nguồn nước ngầm và nước mặt nước ta phân bố không đồng đều và phụ thuộc vào lượng mưa hàng tháng nên đa phần khu vực miền núi, miền Trung rất thiếu nước, đặc biệt là vào mùa khô. Người dân thuộc các tỉnh vùng núi phía Bắc như: Bắc Kạn, Lào Cai, Hà Giang và vùng Tây Nguyên, Bình Thuận, Ninh Thuận, được tiếp cận với nguồn nước sạch chỉ trên 28% và thường xuyên thiếu nước sinh hoạt 1-2 tháng trong mùa khô. Do đó, nhiệm vụ xử lý và cung cấp nước sạch là một vấn đề xã hội nổi bật đang được quan tâm đặc biệt.

Các khu vực khai thác và chế biến khoáng sản tập trung chủ yếu tại các vùng núi, vùng sâu, vùng xa. Phần lớn các khu vực này đều chưa có cơ sở hạ tầng cấp nước sạch phục vụ nhu cầu ăn uống và sinh hoạt. Nguồn nước sử dụng để sinh hoạt và ăn uống chủ yếu là nước khe núi và nước ngầm, hầu hết được sử dụng trực tiếp mà không qua xử lý. Do biến đổi khí hậu cũng như nhu cầu sử dụng ngày càng tăng, các nguồn nước sạch từ khe núi ngày càng cạn kiệt, không đủ đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày. Chất lượng nước ngầm cũng bị suy giảm, nhất là mức độ ô nhiễm các hợp chất hữu cơ, hiện tượng sụt, lún đất, hạ thấp mực nước cũng đã xuất hiện ở nhiều nơi và đang có chiều hướng gia tăng. Việt Nam đang đối mặt với những thách thức lớn về ô nhiễm nước ngầm tầng nông do sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu trong nông nghiệp, hoạt động khai thác, chế biến khoáng sản và chất thải. Hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản ở thượng nguồn, đặc biệt là vàng sa khoáng, đã gây ô nhiễm nghiêm trọng hầu hết các sông, suối. Chất lượng nguồn nước mặt tại các vùng tập trung nhiều hoạt động khoáng sản bị ô nhiễm nghiêm trọng, nhiều khu vực không đủ tiêu chuẩn cấp cho tưới tiêu. Do vậy, nhu cầu cung cấp nước sạch cho sinh hoạt và ăn uống tại các khu vực này ngày càng trở nên cấp bách.
Theo kết quả điều tra của Trung tâm Môi trường Công nghiệp – Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, hầu hết các doanh nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản tại các khu vực miền núi đều rất khó khăn trong việc tìm nguồn cung cấp nước sạch cho cán bộ công nhân viên. Nhiều doanh nghiệp phải bỏ ra chi phí rất lớn để mua và vận chuyển nước sạch từ khu dân cư để phục vụ nhu cầu ăn uống. Hệ thống cung cấp nước sạch do Nhà nước đầu tư tại các khu dân cư miền núi ngày càng xuống cấp và thường xuyên trong tình trạng thiếu nước.
Từ thực tế nêu trên, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim đã thực hiện đề tài cấp Bộ: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị ứng dụng công nghệ vật liệu lọc Nano để xử lý nước tự nhiên phục vụ ăn uống và sinh hoạt cho các vùng khai thác và chế biến khoáng sản”.
1. Mục tiêu của đề tài
- Chế tạo thiết bị xử lý nước phục vụ nhu cầu ăn uống và sinh hoạt cho các vùng khai thác và chế biến khoáng sản.
- Xây dựng quy trình công nghệ và thiết kế, chế tạo thiết bị ứng dụng vật liệu lọc công nghệ Nano xử lý nước phục vụ nhu cầu ăn uống và sinh hoạt cho các vùng khai thác và chế biến khoáng sản.
- Làm giảm áp lực về nhu cầu nước sạch tại các vùng khai thác và chế biến khoáng sản, giảm chi phí đầu tư cho việc cung cấp nước sạch của doanh nghiệp. Thiết bị này sử dụng các vật liệu lọc truyền thống kết hợp vật liệu lọc Nano, tuổi thọ vật liệu lọc cao, chi phí đầu tư và vận hành thấp, phù hợp với các vùng khai thác và chế biến khoáng sản. Giảm bớt nhu cầu nhập khẩu các thiết bị lọc Nano đắt tiền.
2. Thực nghiệm và kết quả nghiên cứu
Từ số liệu thống kê kết quả quan trắc chất lượng nguồn nước và kết quả phân tích chất lượng các mẫu nước nêu trên, nhóm thực hiện đề tài đã xác định các chỉ tiêu ô nhiễm chính trong nguồn nước cần phải xử lý, bao gồm 15 thông số là: pH, độ đục, độ cứng, TDS, SO42-, S2-, Ni, Fe, Mn, Pb, Zn, As, Cd, Cu, Coliform. Từ đó, đưa ra giải pháp công nghệ và chế tạo mô hình thí nghiệm để nghiên cứu.
Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý bằng mô hình thí nghiệm cho thấy, tất cả các các chỉ tiêu ô nhiễm đã xác định đều được xử lý hiệu quả. Chất lượng nguồn nước đầu ra đạt QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước ăn uống và QCVN 02:2009/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước sinh hoạt.
Từ các kết quả nghiên cứu, nhóm thực hiện đề tài đã đề xuất giải pháp công nghệ xử lý đảm bảo việc cung cấp nguồn nước hợp vệ sinh phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và ăn uống tại các vùng khai thác và chế biến khoáng sản. Đồng thời, dựa trên điều kiện thực tế về xử lý nước, đề xuất 02 mô hình công nghệ như sau:
A. Mô hình công nghệ xử lý nước quy mô công trình

B. Mô hình công nghệ xử lý nước quy mô thiết bị
Để đơn giản hóa việc thiết kế và chế tạo thiết bị, thuận tiện cho việc vận hành, Nhóm nghiên cứu đề xuất không tích hợp công đoạn xử lý độ đục và các tạp chất lơ lửng vào trong thiết bị, tức là thiết bị sẽ không bao gồm mô-đun phản ứng và mô-đun lắng.
Đề xuất này cũng dựa trên thực tế là hầu hết các cơ sở khai thác và chế biến khoáng sản đều có bể chứa nước đã qua xử lý sơ bộ bằng lọc cát, nguồn nước đầu vào đã có độ trong nhất định. Hơn nữa, việc xử lý độ đục bằng lọc cát thô khá đơn giản và dễ xây dựng trên thực tế. Mô hình công nghệ xử lý nước quy mô thiết bị được thể hiện trong hình sau:

Từ các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, Nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành thiết kế, chế tạo bộ thiết bị xử lý nước hoàn chỉnh với công suất thiết kế 500 l/h. Kết quả vận hành thử nghiệm thiết bị cho thấy, thiết bị vận hành tốt, hiệu quả xử lý cao. Thiết bị này phù hợp với các doanh nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản quy mô vừa và nhỏ (khoảng 100 người), hoặc các cụm dân cư phân tán tại các vùng sâu, vùng xa thiếu nước sạch.