Tài liệu Nghiên cứu đánh giá tiềm năng hình thành thms tại một số nhà máy nước mặt ở thành phố long xuyên, an giang

ðẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ HỒNG NGỌC NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ TIỀM NĂNG HÌNH THÀNH THMs TẠI MỘT SỐ NHÀ MÁY NƯỚC MẶT Ở THÀNH PHỐ LONG XUYÊN, AN GIANG Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường Mã số: 608506 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014 Công trình ñược hoàn thành tại: Trường ðại học Bách Khoa – ðHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Bùi Xuân Thành Cán bộ chấm nhận xét 1: ................................................................................. Cán bộ chấm nhận xét 2: ................................................................................. Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ tại Trường ðại học Bách Khoa, ðHQG Tp. HCM ngày 20 tháng 12 năm 2014 Thành phần hội ñồng ñánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. ............................................................................... 2. ............................................................................... 3. ............................................................................... 4. ............................................................................... 5. ............................................................................... Xác nhận của Chủ tịch Hội ñồng ñánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn ñã ñược sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ðỒNG TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN 1 ðẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ðộc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ HỒNG NGỌC MSHV: 12250616 Ngày, tháng, năm sinh: 04 – 06 – 1989 Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường Mã số: 608506 I. TÊN ðỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ TIỀM NĂNG HÌNH THÀNH THMs TẠI MỘT SỐ NHÀ MÁY NƯỚC MẶT Ở THÀNH PHỐ LONG XUYÊN, AN GIANG NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát hiện trạng ô nhiễm hữu cơ và tiềm năng hình thành trihalomethanes trong nước tại các nhà máy xử lý nước mặt và trên mạng lưới cấp nước của Tp. Long Xuyên, An Giang. Kết quả khảo sát ñược so sánh, ñối chiếu với dữ liệu của nhà máy nước Tân Hiệp, Tp. Hồ Chí Minh. - Khảo sát khả năng khử chất hữu cơ bằng thực nghiệm ozone hóa ñối với nước ñầu vào của các nhà máy xử lý nước mặt Tp. Long Xuyên, An Giang. II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18 – 08 – 2014 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07 – 12 – 2014 IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS Bùi Xuân Thành Tp. HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ðÀO TẠO TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN 2 LỜI CẢM ƠN Lời ñầu tiên tôi xin trân trọng gửi ñến quý Thầy, Cô và gia ñình lời cảm ơn sâu sắc nhất, những người ñã ủng hộ và giúp ñỡ tôi trong quá trình tôi thực hiện ñề tài. Trước hết, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành ñến quý Thầy, Cô Khoa Môi trường ðại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh ñã truyền ñạt cho tôi những kiến thức khoa học hữu ích trong suốt thời gian học tập tại trường. Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc ñến PGS. TS. Bùi Xuân Thành, TS. ðinh Quốc Túc, Ths. Nguyễn Thành Tín, Thái Minh Quân và các em sinh viên, những người ñã dành thời gian và tâm huyết ñể hỗ trợ tôi hoàn thành ñề tài. Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành ñến Công ty Cổ phần ðiện Nước An Giang (POWACO), Xí nghiệp cấp nước Tp. Long Xuyên, Nhà máy nước Bình ðức ñã dành thời gian giúp ñỡ nhóm nghiên cứu lấy mẫu và hỗ trợ cho tôi những số liệu cần thiết cho quá trình làm luận văn. Tôi xin cám ơn gia ñình và bạn bè, những người ñã giúp ñỡ, tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện luận văn. Một lần nữa, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành trước những sự giúp ñỡ quý báu ñó. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2014 Học viên thực hiện Lê Hồng Ngọc 3 TÓM TẮT LUẬN VĂN Chlorine là một chất khử trùng sử dụng phổ biến trong xử lý nước cấp ở Việt Nam, vì ưu thế giá thành và hiệu quả khử trùng nổi trội so với các chất khử trùng khác. Tuy nhiên, phản ứng giữa chlorine và các chất hữu cơ có thể tạo thành sản phẩm phụ sau khử trùng (PCBs), ñặc biệt là trihalomethanes (THMs), nhóm chất có thể gây rủi ro cho sức khỏe con người như ung thư và khuyết tật bẩm sinh… THMs có bốn loại: chloroform, bromodichloromethane, dibromochloromethane, và bromoform. USEPA ñã thiết lập một ngưỡng tối ña gây ñộc ñối với tổng trihalomethanes là 80 µg/L. Ngưỡng phơi nhiễm tối ña trong nước cấp của Việt Nam là 460 µg/L, trong ñó CHCl3 là 200 µg/L. Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng ñến quá trình hình thành THMs là nồng ñộ chlorine, thời gian tiếp xúc, chlorine dư, bromide, ammonia, pH, nhiệt ñộ, nồng ñộ và cấu tạo của các chất hữu cơ NOMs. Nghiên cứu thực hiện khảo sát sự ô nhiễm hữu cơ và tiềm năng hình thành THMs trong công nghệ xử lý nước mặt Tp. Long Xuyên, An Giang. Kết quả khảo sát ñược ñối chiếu với dữ liệu nghiên cứu trước ñây của nhà máy nước mặt Tân Hiệp ở Tp. Hồ Chí Minh, từ ñó ñánh giá ñặc trưng của công nghệ xử lý nước mặt tại Long Xuyên, ñề xuất giải pháp công nghệ phù hợp kiểm soát THMs. Ngoài ra, nghiên cứu còn tiến hành thực nghiệm ozone hóa ñối với nguồn nước ñầu vào của hai nhà máy ở Tp. Long Xuyên nhằm khảo sát khả năng xử lý CODMn ñối với hai nguồn nước ñầu vào từ sông Hậu, góp phần làm giảm khả năng hình thành THMs. Các mẫu nước ñược lấy ở các công ñoạn xử lý nước mặt tại hai nhà máy nước mặt Tp. Long Xuyên và trên mạng lưới cấp nước trong mùa mưa và mùa khô. Các thông số phân tích bao gồm pH, ñộ ñục, TDS, chlrorine dư tự do, tổng chlorine, ammonia, nitrite, nitrate, CODMn, cacbon hữu cơ hòa tan (DOC), SUVA254, THMs và THMFP. Kết quả cho thấy DOC nước ñầu vào dao ñộng 2.9 – 3.2 mg/L. Nồng ñộ chlorine trong nước thô sông Hậu cao kết hợp với chất hữu cơ ñã gây ra rủi ro tạo thành THMs cao, nước thô của Nhà máy Tân Hiệp không có chlorine. Như vậy THMFP của nước ñầu vào Nhà máy Bình ðức, Xí nghiệp Long Xuyên lần lượt là 1198 µg/L và 2837 µg/L cao gấp 3 – 7 lần so với Nhà máy Tân Hiệp. Tổng THMs của nước thô khoảng 36 – 116 µg/L. THMs của nước ñầu ra vượt quá tiêu chuẩn THMs trong nước cấp của Mỹ (80 µg/L) nhưng lại nhỏ hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn của Việt Nam. Trên mạng lưới cấp nước của cả hai nhà máy, các giá trị THMs dao ñộng theo chiều dài ñường ống. 4 ABSTRACT Chlorine is commonly used as pre-oxidation chemical and disinfectant in most of WTPs in Vietnam because it is relatively inexpensive and extremely efficient. However, reactions between natural organic matters (NOMs) and chlorine may conduct to the formation of THMs and other chlorinated by products. The high THMs concentration in the drinking water is considered a serious health risk. Being exposed to THMs in long term might increase the risk of cancer and adverse reproductive outcomes. Species of THMs which are comprised of chloroform (CHCl3), bromodichloromethane (CHBrCl2), dibromochloromethane (CHBr2Cl) and bromoform (CHBr3) are considered the most conventional issue of researches. The US Environmental Protection Agency (USEPA) has set a maximum contaminant level (MCL) of 80 µg/L for TTHM. In Vietnam, the standard level of TTHM in tap water is 460 µg/L (CHCl3 of 200 µg/L). Previous studies have shown the importance of several parameters for the formation of THMs such as chlorine concentration, contact time, residual chlorine, bromide, ammonia, pH, temperature, content and type of NOMs. This study aims to survey the organic contamination and THMs forming potential in raw surface water and water treatment processes in Long Xuyen City, An Giang province, Vietnam. The results are compared with those of Tan Hiep Water Treatment Plant in Ho Chi Minh City. In addition, the pre-ozonation test is conducted for raw surface water to evaluate the reduction of organic matters (i.e., reduction of THMs formation). The water samples were implemented at various points of water treatment plants and networks in both dry and rainy seasons. The analytical parameters include pH, turbidity, TDS, residual free chlorine, total chlorine, ammonia, nitrite, nitrate, CODMn, dissolved organic carbon (DOC), SUVA254, THMs and THMFP. The results showed that DOC of water sources ranged from 2.9 – 3.2 mg/L. High chlorine content in raw water of two WTPs combined with organic contaminants of Hau River caused high risk of THMs formation (Tan Hiep WTP has no chlorine in raw water). THMFP of Long Xuyen WTP (2837 µg/L) and Binh Duc WTP (1198 µg/L) are higher than Tan Hiep WTP (3 – 7 times). Total THMs of raw water in two WTPs are ranged 36 – 116 µg/L. THMs of product waters are over that of American drinking water quality standard (80 µg/L) but less than that of Vietnamese drinking water quality standard. On the distribution network of both plants, THMs values were fluctuating with the length of pipelines. 5 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan: - Luận văn này là sản phẩm nghiên cứu của tôi - Số liệu trong luận văn ñược ñiều tra, khảo sát và phân tích một cách trung thực - Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Học viên thực hiện Lê Hồng Ngọc 6 MỤC LỤC Danh mục chữ viết tắt .......................................................................................... 8 Danh mục bảng biểu ............................................................................................ 9 Danh mục hình ảnh .............................................................................................. 10 CHƯƠNG 1. MỞ ðẦU ...................................................................................... 11 1.1. ðặt vấn ñề ..................................................................................................... 11 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................... 13 1.3. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................... 13 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN .............................................................................. 14 2.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .................................................... 15 2.2. Trihalomethanes............................................................................................. 17 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình hình thành Trihalomethanes .................. 19 2.4. Trihalomethanes tại Việt Nam và trên thế giới .............................................. 21 2.5. Kiểm soát THMs trong nước cấp .................................................................. 22 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................... 27 3.1. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 27 3.2. Phương pháp phân tích .................................................................................. 31 3.3. Mô hình thực nghiệm .................................................................................... 34 3.4. Tiến ñộ thực hiện ñề tài ................................................................................. 35 7 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 36 4.1. Cấp nước tại Tp. Long Xuyên, An Giang ..................................................... 36 4.2. Chất lượng nước cấp Tp. Long Xuyên .......................................................... 40 4.2.1. Nguồn nước mặt tại Tp. Long Xuyên ......................................................... 40 4.2.2. Hiệu quả xử lý của các nhà máy nước mặt Tp. Long Xuyên ....................... 44 4.3. THMs trong nước cấp Tp. Long Xuyên ......................................................... 47 4.3.1. THMs trong quá trình xử lý nước mặt tại Tp. Long Xuyên ......................... 47 4.3.2. Tương quan giữa THMs với DOC, UVA254 và SUVA254 ............................ 49 4.3.3. THMs hình thành trên mạng lưới cấp nước của Tp. Long Xuyên ............... 51 4.4. Thực nghiệm ozone hóa ................................................................................ 53 4.5. Giải pháp kiểm soát THMs trong nước cấp Long Xuyên .............................. 55 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................... 58 DANH MỤC BÀI BÁO ...................................................................................... 59 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................... 60 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 62 8 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DBPs Sản phẩm phụ của chất khử trùng DOC Carbon hữu cơ hòa tan ðBSCL ðồng bằng sông Cửu Long EDCs Các chất biến ñổi nội tiết GAC Granular Activated Carbon KPH Không phát hiện LX Long Xuyên NM Nhà máy NMBð Nhà máy nước Bình ðức NOMs Chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên NW Mạng lưới PCBs Polychlorua biphenyls POPs Các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy SUVA ðộ hấp thụ tia UV ñặc trưng THMs Trihalomethanes THMFP Tiềm năng hình thành THMs TOC Tổng carbon hữu cơ TP Thành phố TTHMs Tổng các trihalomethanes USEPA Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ UVA ðộ hấp thụ tia UV WHO Tổ chức y tế thế giới XNLX Xí nghiệp cấp nước Tp. Long Xuyên 9 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Các thông số phân tích chất lượng nước Bảng 3.2: Tiến ñộ thực hiện luận văn Bảng 4.1: Giá nước tại An Giang và Tp. Hồ Chí Minh Bảng 4.2: Chất lượng nước thô ñầu vào của ba nhà máy xử lý nước mặt Bảng 4.3: Chất lượng nước sau xử lý của các nhà máy xử lý nước mặt Bảng 4.4: Hiệu quả xử lý của hai NM nước mặt Tp. Long Xuyên Bảng 4.5: THMs qua các giai ñoạn xử lý của hai NM Tp. Long Xuyên trong hai ñợt Bảng 4.6: THMs trên mạng lưới cấp nước tại Tp. Long Xuyên Bảng 4.7: Giá trị CODMn (mg/L) sục ozone ñợt 1 Bảng 4.8: Giá trị CODMn (mg/L) sục ozone ñợt 2 10 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3.1: Nội dung nghiên cứu Hình 3.2: Khoảng cách lấy mẫu trên mạng lưới trong hai ñợt Hình 3.3: Các ñiểm lấy mẫu tại Tp. Long Xuyên, An Giang Hình 3.4: Bảo quản mẫu Hình 3.5: Mô hình thực nghiệm ñợt 1 Hình 3.6: Mô hình thực nghiệm với O3 ñợt 2 Hình 4.1: Nhà máy nước mặt Long Xuyên (10,000 m /ngày ñêm) Hình 4.2: Nhà máy nước mặt Bình ðức (50,000 m /ngày ñêm) Hình 4.3: Nhà máy nước mặt Tân Hiệp (300,000 m /ngày ñêm) Hình 4.4: Biểu ñồ biểu diễn TSS trên sông Hậu tại Tp. Long Xuyên, từ 2009 – 2012 Hình 4.5: COD trên sông Hậu tại Tp. Long Xuyên, từ 2009 – 2012 Hỉnh 4.6: COD nước sông Sài Gòn, từ 2005 ñến 2007 Hỉnh 4.7: DOC tại các nhà máy xử lý nước mặt ñợt 2 Hỉnh 4.8: Tương quan giữa DOC và UVA254 trong mẫu nước tại Tp. LX Hình 4.9: THM và ∆THMFP trong nước thô của hai NM nước mặt Tp. LX ñợt 2 Hình 4.10: THMs tại các giai ñoạn xử lý trong NM nước mặt Hình 4.11: Tương quan giữa THMs và DOC hiện hữu Hình 4.12: Tương quan giữa THMs và UVA254 hiện hữu Hình 4.13: Tương quan giữa THMs và SUVA254 hiện hữu Hình 4.14: THMs theo khoảng cách lấy mẫu trên mạng lưới ñợt 2 Hình 4.15: THMs trong hai ñợt lấy mẫu tại Tp. Long Xuyên, An Giang Hình 4.16: Hiệu quả khử CODMn tại XNLX ñợt 1 Hình 4.17: Hiệu quả khử CODMn tại NMBð ñợt 1 Hình 4.18: Hiệu quả xử lý CODMn nước thô bằng ozone theo thời gian (ñợt 2) Hình 4.19: ðề xuất sơ ñồ công nghệ xử lý nước mặt Tp. Long Xuyên 3 3 3 11 CHƯƠNG 1 MỞ ðẦU 1.1. ðẶT VẤN ðỀ Nước là yếu tố quan trọng nhất cho mọi sự sống trên trái ñất. Tuy nhiên, các tài nguyên nước trên trái ñất ñang phải ñối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng liên quan ñến việc biến ñổi nhanh cả về chất và lượng, bao gồm cả nước mặt, nước ngầm... Việt Nam nói chung và ðồng Bằng Sông Cửu Long (ðBSCL) nói riêng cũng không nằm ngoài xu hướng mang tính toàn cầu ñó. Nguồn nước ðBSCL cũng ñang ñối mặt với nhiều vấn ñề lớn, ñặc biệt là nguồn nước mặt, nguồn nước cấp chính của ðBSCL. Mực nước trên các dòng sông chính bị suy giảm vào mùa khô, các nguồn nước mặt ñang ngày càng bị ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng, một phần do tác ñộng từ hoạt ñộng của các khu vực sống dọc theo sông trên thượng nguồn ñổ về, hệ thống lồng bè, ñăng quầng nuôi trồng thuỷ sản, hệ thống nhà trên kênh rạch. Bên cạnh ñó, các cơ sở, nhà máy công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp ñang hoạt ñộng thải nước thải chưa qua xử lý hay xử lý không hiệu quả vào nguồn nước mặt cũng là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Tình trạng mặn hóa, phèn hóa cục bộ diễn biến phức tạp, tác ñộng nhiều ñến chất lượng nước mặt. Nguồn nước cấp ñầu vào cho các nhà máy và nhiều dự án nước sạch nông thôn không phát huy hiệu quả trong việc ñảm bảo nước sạch cung cấp cho người dân. Nguồn nước bị nhiễm bẩn sẽ gây ra nhiều bệnh tật như: các bệnh do virus, giun sán, côn trùng liên quan ñến nước, bệnh ngoài da, mắt, tiêu chảy... có thể gây tử vong cho con người. Theo số liệu quan trắc môi trường nước mặt ở các tỉnh ðBSCL qua các năm, chỉ tiêu BOD5 trong các dòng sông dao ñộng trong khoảng từ 5-12mg/l, chỉ tiêu COD ở hai trạm quan trắc trên sông Tiền và sông Hậu năm 2012 dao ñộng trong khoảng 8 – 12 mg/L (Sở Tài nguyên và Môi trường Tỉnh An Giang, 2013), trong khi theo QCVN08:2008/BTNMT quy ñịnh về chất lượng nước mặt, BOD5 loại A2 là 6mg/L, COD loại A1 là 10 mg/L. Hiện tượng gia tăng ô nhiễm hữu cơ trong nguồn nước ñầu 12 vào, một số chất ô nhiễm có trong nước mặt ở dạng vết nhưng có khả năng gây rủi ro rất lớn cho sức khỏe con người: kim loại nặng, EDCs, PCBs... cũng là những nguyên nhân khiến quá trình xử lý nước mặt không hiệu quả, chất lượng nước cấp ñầu ra không ñảm bảo cho sức khỏe của người sử dụng, cùng với giai ñoạn khử trùng nước cấp bằng chlorine ñã hình thành sản phẩm phụ của quá trình khử trùng (DBPs), thường gặp là trihalomethanes và các axit halo acetid. Theo khảo sát, trihalomethanes (THMs) có mặt trong mọi nguồn nước cấp ñược khử trùng bằng chlorine. Mặc dù chúng ít tạo ra rủi ro sức khỏe nghiêm trọng nhưng là yếu tố tiềm tàng có thể gây ung thư cho con người, gây khuyết tật bẩm sinh, ảnh hưởng ñến khả năng sinh sản của con người. Do vậy, ñây cũng là một trong những chỉ tiêu cần ñược chú ý trong chất lượng nước cấp. Nhiều nghiên cứu về khả năng hình thành THMs ñã ñược thực hiện trên thế giới. Tuy nhiên, Long Xuyên có những ñặc trưng riêng về tài nguyên nước mặt, ñịa hình, thổ nhưỡng, sông ngòi..., những nghiên cứu cụ thể phù hợp với ñịa bàn này là rất cần thiết. Xuất phát từ thực tế trên, ñề tài “Nghıên cứu ñánh gıá tıềm năng hình thành THMs tạı một số nhà máy nước mặt ở thành phố Long Xuyên, An Gıang” ñược thực hiện nhằm ñánh giá ô nhiễm hữu cơ và tiềm năng hình thành THMs trong các nhà máy xử lý nước mặt tại thành phố Long Xuyên tỉnh An Giang, từ ñó ñề ra giải pháp phù hợp kiểm soát THMs trong công nghệ xử lý nước mặt tại ñây. ðây ñược xem là khảo sát ban ñầu về THMs trên ñịa bàn Tp. Long Xuyên, An Giang, góp phần nâng cao nhận thức của mọi người về sự tồn tại của THMs hay sản phẩm phụ từ khử trùng trong nước cấp sau xử lý, và vấn ñề ô nhiễm dạng vết trong nước cấp, ñây cũng như một nghiên cứu mang tính tham khảo cho những nghiên cứu sâu hơn về sự hình thành THMs trên phạm vi rộng hơn của ðồng Bằng Sông Cửu Long. 13 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ðề tài “Nghiên cứu, ñánh giá tiềm năng hình thành THMs tại một số nhà máy nước mặt Tp. Long Xuyên, An Giang” ñược thực hiện với mục tiêu sau ñây: - Khảo sát mức ñộ ô nhiễm hữu cơ và tiềm năng hình thành trihalomethanes trong các công ñoạn xử lý nước mặt tại Long Xuyên, An Giang. Kết quả khảo sát ñược ñối chiếu với dữ liệu nhà máy nước Tân Hiệp, Tp. Hồ Chí Minh, từ ñó ñánh giá ñặc trưng của công nghệ xử lý nước mặt tại Long Xuyên, ñề xuất giải pháp công nghệ phù hợp kiểm soát THMs. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu thực hiện khảo sát các thông số hóa lý chất lượng nước trong các công ñoạn xử lý nước mặt, trên hệ thống cấp nước, bao gồm: pH, chlorine, nhiệt ñộ, ñộ ñục, NH3-N, NO2--N, NO3--N, TDS, CODMn, UVA254, THMs, THMFP, DOC) Việc khảo sát lấy mẫu ñược tiến hành trên ñịa bàn tỉnh An Giang, tại các ñiểm sau: − Nhà máy xử lý nước mặt Bình ðức; − Xí nghiệp cấp nước thành phố Long Xuyên; − Các hộ dân tại các phường: Bình Khánh, Mỹ Long, Mỹ Quý, Mỹ Phước, Mỹ Thới, Mỹ Thạnh. Thời gian thực hiện: từ tháng 02/2014 ñến tháng 12/2014. 14 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN Nguồn nước mặt chủ yếu của ðBSCL ñược lấy từ Sông Tiền và Sông Hậu, hai nguồn chính cung cấp nước cho các nhà máy xử lý nước mặt. Thành phần và chất lượng nước mặt chịu nhiều ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên, môi trường xung quanh và tác ñộng của con người khi khai thác và sử dụng nguồn nước. Trong nước mặt có thể tìm thấy các chất hòa tan dưới dạng ion và phân tử, có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ, các hệ keo, chất rắn lơ lửng, nhiều loại vi sinh vật (vi khuẩn, tảo)... Những thành phần này có thể ñược loại bỏ dễ dàng bởi các quá trình xử lý nước mặt thông thường, qua xử lý hóa lý sơ bộ, lắng, lọc và khử trùng. Bước quan trọng nhất trong xử lý nước cấp thông thường là khử trùng loại bỏ tác nhân gây bệnh. DBPs, aldehyde, chloramine, HAAS, THMs ñược hình thành bởi phản ứng phức tạp giữa các chất hữu cơ (axit humid, amino acid, carcbonhydrate) và chlorine, bromine có thể gây ung thư lên ñộng vật. Tuy nhiên, cũng như nhiều nguồn nước mặt trên thế giới thì việc xử lý nước mặt ở ðBSCL cũng gặp một số thách thức hiện nay. Các vấn ñề chủ yếu hiện nay trong xử lý nước cấp thường gặp là: - Ô nhiễm chất vô cơ dạng vết, chủ yếu từ hoạt ñộng công nghiệp, các kim loại Ag, As, Cr3+, Sn ñược loại bỏ hiệu quả 99% bằng giai ñoạn lắng thông thường. Khi có thêm các kim loại Cd, Co, Cr (VI), Cu, Hg, Ni, Pb phải xử lý bổ sug bằng ozone kết hợp với lọc qua GAC (granular activated carbon), riêng ñối với Ni, Pb, Zn cần giai ñoạn lắng bậc 2 ở các mức pH khác nhau. - Ô nhiễm chất hữu cơ dạng vết (PCBs, EDCs, POPs...), dạng ô nhiễm này có thể loại bỏ hiệu quả với một quá trình xử lý hoàn thiện, tiền ozone hóa và lọc qua GAC. O3 + H2O2 có thể tạo gốc OH-, phân hủy hiệu quả 70-85% altrazine, và các hợp chất hữu cơ khác. Tỉ lệ giữa lượng H2O2 và O3 là 0.4gH2O2/gO3 Việc cải tiến công nghệ xử lý nước mặt ở ðBSCL hiện nay rất cần thiết, ñó là do: 15 − Các chất ô nhiễm ngày càng gia tăng trong nguồn nước tự nhiên, ñặc biệt là chất hữu cơ − Các phương pháp phân tích chỉ tiêu ñược nâng cao ñộ nhạy và ñộ chính xác Tiêu chuẩn nước cấp ñược nâng cao nhằm ñảm bảo sức khỏe cho người sử dụng, mọi người ñều có quyền ñược sử dụng nước sạch. 2.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Tại Việt Nam, các nghiên cứu về THMs còn khá ít. Việc khảo sát THMs chỉ dừng lại ở một số tỉnh thành như Hà Nội, Hải Dương, Tp. Phủ Lý, Nam ðịnh, Huế và Tp. Hồ Chí Minh. Ngoài việc khảo sát THMs trong nước mặt, nước ngầm, còn nghiên cứu về các giải pháp kỹ thuật trong việc thay thế phương pháp khử trùng, kiểm soát tiềm năng hình thành THMs và nghiên cứu phương pháp sử dụng sắc ký, khối phổ trong phân tích THMs. Cụ thể một số nghiên cứu như sau: Duong et al. (2001) ñã nghiên cứu về khả năng hình thành THMs do việc chlorine hóa nước ngầm chứa ammonium và bromide ở Hà Nội. Năm 2009 tại Huế, một nghiên cứu về sử dụng kỹ thuật không gian hơi kết hợp GC – ECD ñể xác ñịnh THMs trong nước máy tại Thừa Thiên Huế do Tu et al. thực hiện. Trang et al. (2012) ñã ñánh giá tiềm năng hình thành THMs tại NM nước Tân Hiệp, từ ñó thực hiện khảo sát khả năng loại bỏ TOC, THMs và HAAs dùng ozone/UV – BAC. Cũng trong năm ñó, một nghiên cứu khác của Thanh et al. về THMs trong hệ thống cấp nước ở Tp. Hồ Chí Minh. Một nghiên cứu khác về khả năng hình thành sản phẩm phụ chất khử trùng tại một số tỉnh phía Bắc của Nguyễn Văn Hà (Viện Công nghệ Môi trường) ñược thực hiện năm 2012, trong ñó có phát triển các hệ thống khử trùng thay thế chlorine với quy mô nhỏ ñã ñược áp dụng tại một xã ở huyện Ba Vì, Hà Nội. Một nghiên cứu của cùng tác giả trên 16 về phương pháp phân tích sắc ký, khối phổ ñể ñánh giá mức ñộ hình thành THMs trong nước sinh hoạt dùng nguồn nước sông. Thế giới ñã phát hiện ra THMs từ 1970, từ ñó ñến nay có khá nhiều nghiên cứu về THMs và các công nghệ trong việc kiểm soát THMs tại các quốc gia. Các nước phát triển rất chú trọng ñến sản phẩm phụ của chất khử trùng (khảo sát sự hình thành THMs tại các vùng miền của Hoa Kỳ, Canada, Châu Âu...). Tại Châu Á, các nước Nhật Bản, Hàn Quốc, Thái Lan, Iran, Trung Quốc, ðài Loan cũng ñã có khá nhiều nghiên cứu về THMs trong các con sông và các nhà máy xử lý nước mặt. Một số nghiên cứu ñiển hình sau: Năm 2007, H. Wong et al. ñã so sánh hiệu quả loại bỏ NOMs và tiền chất hình thành THM trong hai nhà máy nước mặt ở Macao, nhà máy Ilha Verde và nhà máy Main Storage Reservoir. Năm 2010, Hassani et al. ñã khảo sát, ñánh giá về sự thay ñổi nồng ñộ THMs trong các giai ñoạn xử lý của nhà máy nước mặt Sangar và trên mạng lưới cấp nước Rasht (RWDS) ở tỉnh Guilan, Iran trong sáu tháng năm 2007. ðồng thời bằng phương pháp Pearson, tác giả ñã xây dựng ñược mối tương quan giữa THM, sự hình thành THM với các biến ñộc lập: TOC, pH, nhiệt ñộ, chlorine dư. Durmishi H. Bujar et al. (2013) nghiên cứu xác ñịnh sự thay ñổi nồng ñộ THMs theo mùa và các thông số hóa lý trong nước cấp thành phố Tetova trong mùa thu năm 2011 ñể ñánh giá về chất lượng nước cấp và tác ñộng của nó lên sức khỏe người dân trong khu vực. V.Reguero et al. (2013) so sánh khả năng loại bỏ tiền chất hình thành THM giữa các phương pháp lọc cacbon hoạt tính, ozone hóa và bể phản ứng màng quang ñiện cực nhúng chìm SMPR kết hợp với xúc tác TiO2/UV cho nước ñược chlorine hóa. … 17 → Như vậy, tại ðBSCL nói chung , tỉnh An Giang nói riêng chưa có bất kỳ khảo sát hay nghiên cứu về THMs trong nước mặt và nước cấp tại ñây. ðiều này cho thấy tính cần thiết ñể thực hiện ñề tài này. 2.2. TRĐHALOMETHANES Trihalomethanes (THMs) thuộc nhóm các sản phẩm từ chất khử trùng DBPs. Các DBPs có thể gây ung thư, ñột biến, quái thai ñối với con người, ñộng vật. THMs lần ñầu tiên ñược tìm thấy trong nước cấp sau giai ñoạn chlorine hóa bởi Rook et at. vào năm 1974. THMs có thể phát triển khối u ở ñộng vật (NCI, 1976). Sau những phát hiện này, các quốc gia bắt ñầu ñề cập ñến giới hạn khả năng hình thành THMs trong các nhà máy xử lý bằng cách tối ưu quá trình xử lý và khử trùng nước cấp. Trihalomethanes (THMs) là các hợp chất hữu cơ bay hơi chiếm tỉ trọng nhỏ trong tổng halogen hữu cơ hình thành từ quá trình chlorine hóa. Phần còn lại chiếm tỉ trọng lớn là các hợp chất không bay hơi, rất khó nhận biết. Các phân tử THMs có kích thước rất nhỏ, khó loại bỏ bằng quá trình xử lý thông thường. Trihalomethanes gồm có các dạng phổ biến sau: chloroform CHCl3, bromodichloromethane CHBrCl2, chlorodibromomethane CHBr2Cl, bromoform CHBr3. Chloroform chiếm chủ yếu vì ba loại THMs kia chỉ có mặt khi trong nước có sự hiện diện của bromide (Richardson et al., 2007). Vài nghiên cứu gần ñây cho thấy ngoài việc phơi nhiễm THMs qua ñường tiêu hóa, còn bị phơi nhiễm qua da và hô hấp (tắm, rửa) (Leavens et al., 2007). Chloroform (CHCl3) trước ñây thường ñược sử dụng trong sản xuất chlorodifluoromethane, dùng như dung môi, chất tẩy rửa, chất tạo khói, trong y học dùng làm chất gây mê và biệt dược. Hiện nay, CHCl3 ñã bị cấm sử dụng ở nhiều nước. Ngưỡng gây ñộc CHCl3 2.4mg/l trong nước và 420 mg/m3 trong không khí (Budavari et al., 1989; ATSDR, 1993). Chloroform phân phối khắp các cơ quan trong cơ thể và tập trung lượng lớn ở mô mỡ, máu, gan, thận, phổi và hệ thần kinh. Sự phân bố trong cơ thể 18 phụ thuộc vào con ñường phơi nhiễm; mô tế bào gan nhận một lượng lớn CHCl3 qua con ñường hô hấp hoặc hấp thụ qua da nhiều hơn con ñường tiêu hóa chloroform. CHCl3 chưa chuyển hóa ñược tích lũy ở mô mỡ. CHCl3 chuyển hóa có thể tạo phản ứng giữa phosgene với protein gây tổn thương hoặc làm chết tế bào. ðộ ñộc phụ thuộc vào sự thay ñổi, giới tính và tuyến phơi nhiễm. Chloroform tạo ra các dấu hiệu giống nhau khi gây ñộc trên người và ñộng vật, liều lượng gây tử vong trung bình cho người lớn khoảng 45g. Chloroform tích lũy trong cơ thể theo thời gian dài có thể gây ung thư. Brominated THMs (CHBr3, CHBr2Cl, CHBrCl2) ñược sử dụng như tác chất phòng thí nghiệm, chất hóa học tổng hợp các hợp chất hữu cơ và dung môi ñể tách khoáng. Chúng cũng từng ñược dùng làm dung môi cho chất béo, keo, nhựa và chất chống cháy. Bromoform ñược dùng làm thuốc trị ho hoặc thuốc giảm ñau. Ngưỡng gây ñộc của CHBr3 trong nước là 0.3mg/l (Hansch & Leo, 1985; Budavari et al., 1989). THMs ñi vào cơ thể người chủ yếu bằng con ñường hô hấp và uống nước. TTHMs là tổng các trihalomethanes có mặt trong nước ở bất kỳ thời gian nào. Theo Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ USEPA, mức ñộ giới hạn cho phép MCL (Maximum Contaminant Level) của TTHM trong nước cấp là 80 µg/l, theo WHO thì giới hạn của CH3Cl trong nước cấp là 30 µg/l. Các chất có khả năng tạo THMs là các chất hữu cơ phản ứng dễ dàng với chlorine tạo thành các halogen hữu cơ (humic, fulvic) hoặc do cơ chế chuyển hóa nội bào/ ngoại bào của tảo. Sinh khối tảo là một trong những nguồn hình thành THMs quan trọng. Axit Humic gồm các chuỗi polyphenolic nuclei và alicyclic diketone. THMFP là lượng THMs lớn nhất ñược hình thành bởi các NOMs trong nước ở ñiều kiện tối ưu (có dư lượng Cl2 và thời gian tiếp xúc từ 03 – 05 ngày).