Lọc cát chìm - phương pháp tiếp cận mới để cung cấp nước nông thôn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lọc cát chìm - phương pháp tiếp cận mới để cung cấp nước nông thôn đánh giá hiệu quả phương pháp lọc cát chìm nhằm cải thiện chất lượng nước có thể cung cấp cho người dân ở vùng nông thôn, với tiêu chí thân thiện môi trường.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Lọc cát chìm - phương pháp tiếp cận mới để cung cấp nước nông thôn

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC TRÁI ĐẤT, MỎ, MÔI TRƯỜNG BỀN VỮNG LẦN THỨ V Doi: 10.15625/vap.2022.0168 LỌC CÁT CHÌM - PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN MỚI ĐỂ CUNG CẤP NƯỚC NÔNG THÔN Nguyễn Trường Thành1*, Kim Lavane1, Huỳnh Vương Thu Minh1, Nguyễn Võ Châu Ngân1, Trần Văn Tỷ2 1 Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ Khu 2, đường 3/2, Xuân Khánh, Ninh Kiều, Cần Thơ 2 Trường Bách khoa, Trường Đại học Cần Thơ TÓM TẮT Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá hiệu quả phương pháp lọc cát chìm nhằm cải thiện chất lượng nước có thể cung cấp cho người dân ở vùng nông thôn, với tiêu chí thân thiện môi trường. Kết quả cho thấy, thể tích nước sau lọc có thể cung cấp đủ cho 6 nhân khẩu của một gia đình trong một ngày ở vùng nông thôn với chất lượng nước sau lọc sử dụng được cho mục đích sinh hoạt thông thường, nếu cần cho nhu cầu ăn uống thì bắt buộc phải xử lý tiếp theo. Mặc dù, chất lượng nước sau lọc chưa cao, nhưng ưu điểm là không sử dụng hóa chất keo tụ hoặc đông tụ và vẫn sử dụng được cho mục đích sinh hoạt thông thường, thay vì người dân ở nông thôn phải sử dụng trực tiếp từ nước sông chưa qua xử lý. Kết quả nghiên cứu giúp giải quyết vấn đề nước sạch ở nông thôn, giúp người dân tiết kiệm chi phí trong sử dụng và nâng cao hiệu quả sử dụng nước sạch, đạt tiêu chí thân thiện môi trường. Từ khóa: Lọc cát chìm, nông thôn, nước sạch, xử lý nước. 1. MỞ ĐẦU Hiện nay, tỷ lệ dân cư nông thôn được sử dụng nước đạt tiêu chuẩn còn ở mức thấp, nhiều 0F 1 vùng dân cư người dân gặp khó khăn về nước sạch, phải mua nước từ xa về với giá cao [1]. Tỷ lệ người dân được tiếp cận với nguồn nước sạch đã cải thiện, nhưng vẫn có sự chênh lệch giữa khu vực thành thị và nông thôn [2]. Mục tiêu năm 2020, tất cả dân cư nông thôn sử dụng nước sạch đạt tiêu chuẩn quốc gia với số lượng ít nhất 60 lít/người/ngày [3]. Nhưng tính đến hết năm 2019, chiến lược cấp nước trên chỉ đạt 88,5 % dân số nông thôn được sử dụng nước hợp vệ sinh. Như vậy, vẫn còn 11,5 % người dân nông thôn chưa được tiếp cận tới nguồn nước hợp vệ sinh để sinh hoạt hàng ngày [4]. Tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) tỷ lệ dân cư nông thôn tập trung được sử dụng nước sạch từ hệ thống cấp nước vùng liên tỉnh, cấp nước đô thị đạt 20 % (năm 2020), mục tiêu năm 2025 đạt 30 % và năm 2030 đạt 35 %. Trong đó, tiêu chuẩn cấp nước khu vực dân cư nông thôn tập trung, liền kề đô thị 80 lít/người/ngày đêm (năm 2020), đến năm 2025 là 90 lít/người/ngày đêm và năm 2030 là 100 lít/người/ngày đêm [5]. Việc cung cấp nước sạch chỉ đảm bảo được cho 60 – 65 % dân số đô thị và đối với dân cư nông thôn tỷ lệ này thấp hơn rất nhiều [6]. Bên cạnh đó, cấp nước nông thôn vùng ĐBSCL hiện nay toàn vùng có 75,82 % dân số được sử dụng nước hợp vệ sinh và chỉ có 36,52 % dân số được sử dụng nước đạt QCVN 02:2009/BYT [1]. Ngoài ra, nước mưa được sử dụng ở hầu hết các vùng nông thôn vùng ĐBSCL, trong đó phổ biến ở các vùng ven biển, nguồn nước bị nhiễm mặn, nhiễm phèn, vùng dân cư ở phân tán, chưa có hệ thống cấp nước tập trung [7]. Người dân ở vùng nông thôn khó khăn trong việc tiếp cận nguồn nước sạch, hoặc phải sử dụng trực tiếp từ nước sông. Từ đó, mục tiêu của nghiên cứu này đánh giá * Tác giả liên hệ, địa chỉ email: ntthanh@ctu.edu.vn 141
Nguyễn Trường Thành, Kim Lavane, Huỳnh Vương Thu Minh, Nguyễn Võ Châu Ngân và Trần Văn Tỷ hiệu quả cải thiện chất lượng nước của phương pháp lọc cát chìm nhằm đưa ra giải pháp có thể cấp nước sinh hoạt cho dân cư vùng nông thôn phân tán hoặc vùng lũ. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng Nguồn nước mặt ở nông thôn đã có dấu hiệu suy giảm chất lượng và xảy ra ô nhiễm cục bộ chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, và vi sinh. Trong đó, các tỉnh phía Bắc thì ô nhiễm chỉ tiêu COD, BOD5, TSS, tổng coliform hay tại tỉnh Cà Mau có hàm lượng N-NH4+ vượt quy chuẩn QCVN 08:2008 (cột A1, B1) nhiều lần [8]. Ngoài ra, lưu vực sông Mê Kông có chất lượng khá tốt, có thể cấp cho sinh hoạt. Tuy nhiên, hầu hết các lưu vực sông đều có giá trị TSS và độ đục trong nước khá cao, ở mức vượt QCVN 08-MT:2015/BTNMT (A2), nhiều khu vực còn vượt mức B1 của QCVN nhiều lần, đặc biệt là vào mùa lũ [9]. 2.2. Khu vực nghiên cứu Mô hình lọc cát chìm được đặt trên sông Rạch Cam (tọa độ 10°04'09.1"N và 105°42'56.5"E) tại địa chỉ 372/17 khu vực Bình Yên, phường Long Hòa, Bình Thủy, Cần Thơ. Nguồn nước mặt của sông Rạch Cam nhận nguồn nước từ Sông Hậu (ngã ba Cồn Linh) chảy theo sông Bình Thủy vào đến sông Rạch Cam, nước lớn từ hướng Sông Hậu chảy vào và nước ròng chảy ra Sông Hậu (Hình 1a). Hình 1. Vị trí đặt mô hình lọc cát chìm (a), trạm đo mực nước trên Sông Hậu (b) và theo ngày 19/12/2021 (c) (Số liệu cập nhật từ trang web https://www.mrcmekong.org/) Trong thời gian nghiên cứu (12/2021) độ cao mực nước tại khu vực nghiên cứu được dự đoán thông qua độ cao mực nước trên Sông Hậu tại trạm đo Tân Châu và Châu Đốc. Qua diễn biến chế độ nước theo ngày cho thấy, độ cao mực nước trong tháng 12/2021 tại trạm Tân Châu cao nhất là 2,12 m và thấp nhất là 1 m và tại trạm Châu Đốc cao nhất là 2,27 m và thấp nhất là 1,02 m (Hình 1b). Đánh giá chất lượng nước sau lọc vào ngày 19/12/2021, khi đó mực nước tại trạm Tân Châu đạt 1,57 m và tại trạm Châu Đốc đạt 1,76 m (Hình 1b) và diễn biến mực nước theo giờ trong ngày 19/12/2021 được thể hiện ở Hình 1c, cho thấy chế độ thủy triều tại vùng nghiên cứu có chế độ bán nhật triều trong ngày. Do thủy triều nơi nghiên cứu có chế độ bán nhật triều, nên thời gian ngập nước của mô hình được xác định từ lúc triều xuống đến lúc triều lên và ngược lại. Theo ghi nhận thực tế trong thời điểm thí nghiệm (19/12/2021) thời gian triều xuống mất 3 giờ 45 phút và thời gian triều lên cũng mất 3 giờ 45 phút. 2.3. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng mô hình lọc cát chìm để lọc nước sông, mô hình được thiết kế bằng ống nhựa PVC với hai phần, phần chứa vật liệu lọc có chiều dài 2.000 mm, đường kính 300 mm, phần chứa nước 142
Lọc cát chìm - phương pháp tiếp cận mới để cung cấp nước nông thôn sau lọc có tổng chiều cao 2.450 mm, trong đó phần chứa nước cao 700 mm, tổng chiều cao an toàn 1.750 mm (Hình 2a). Công suất dự kiến 500 lít/ngày.đêm, đủ cung cấp nước cho hộ gia đình với 6 nhân khẩu, với lưu lượng lọc từ 1,23-1,26 lít/phút. (a) (b) Hình 2. Cấu tạo mô hình lọc cát chìm (a) và lớp vật liệu, phụ liệu (b) Cấu tạo bên trong cột lọc bao gồm lưới inox thô (10×10 mm), lưới inox mịn (0,037 mm), cát thô (1-2 mm) và cát mịn (cỡ hạt < 1 mm). Trong đó, lưới inox thô bên ngoài đến lớp lưới inox mịn, lớp cát thô và lớp cát mịn. Lưới inox thô có nhiệm vụ giữ lớp inox mịn, lớp inox mịn chặn lớp cát thô, lớp cát thô chặn lớp cát mịn để không bị trôi ra ngoài. Lớp cát mịn có nhiệm vụ lọc các chất bẩn có trong nguồn nước thô (Hình 2b). Độ ẩm của cát được xác định bằng cách sấy khô và tính 143
Nguyễn Trường Thành, Kim Lavane, Huỳnh Vương Thu Minh, Nguyễn Võ Châu Ngân và Trần Văn Tỷ toán là 10 % và độ rỗng của lớp vật liệu (cát) được tính bằng công thức: Φ = Vv/VT trong đó Vv là thể tích phần lỗ rỗng, VT là tổng thể tích của khối vật chất. Từ công thức tính độ rỗng và qua thực nghiệm, tính được độ rỗng của khối cát khi ngập nước Φ= 0,34. Từ kết quả này cho thấy độ rỗng của lớp cát (vật liệu lọc) rất nhỏ, phù hợp cho việc lọc các chất rắn có trong nước sông. Nước sông đi vào mô hình từ phía miệng cột lọc, sau khi qua 2 lớp lưới inox (thô và mịn) và lớp cát thô. Để đi hết chiều dài cột lọc, nước sông phải thẩm thấu và lan truyền từ đầu miệng cột lọc cho đến cuối cột lọc, sau đó nước sau lọc đi vào cột chứa nước. Trên thân cột lọc có ống thông khí nhằm cân bằng áp suất với khí quyển bên ngoài, giúp nước thẩm thấu dễ dàng trong mô hình, nước sau lọc được bơm chìm lấy ra ngoài (Hình 2b). Mô hình lọc cát chìm được đặt tại sông Rạch Cam có kích thước lòng sông (nơi đặt mô hình) như Hình 3a. Trong đó, chiều rộng sông 23 m, độ sâu lòng sông (nơi sâu nhất) 7 m tính từ mặt đất. Mô hình đặt cách bờ 3,5 m, nơi có độ sâu khoảng 2,2 m so với mặt đất, đáy cột thu nước của mô hình chạm đáy sông. Tại vị trí đặt mô hình, cột nước thấp nhất (Hmin) vào lúc nước ròng đạt 0,6 m, cách mặt dưới của ống lọc của mô hình 0,1 m. Tương tự, cột nước cao nhất (Hmax) vào lúc nước lớn đạt 1,7 m, cách mặt trên của ống lọc mô hình 0,7 m. Như vậy, tính từ mặt dưới cột lọc của mô hình trở lên mặt thoáng của sông khi nước lớn cao nhất thì mô hình luôn ngập nước 1 m. Đây cũng chính là độ ngập nước của mô hình (Hình 3b). (a) (b) Hình 3. Lòng sông nơi đặt mô hình (a) độ sâu ngập nước (b) 144
Lọc cát chìm - phương pháp tiếp cận mới để cung cấp nước nông thôn Mô hình được vận hành trong 10 ngày liên tục để rửa sạch cát, trước khi lấy mẫu chính thức liên tục theo giờ trong một chu kỳ con nước (triều xuống, triều lên) vào ngày 19/12/2021. 2.4. Phương pháp đánh giá chất lượng nước Mẫu nước được thu theo TCVN 6663-6:2008, chỉ tiêu pH được đo bằng máy Hanna HI8314, DO và nhiệt độ được đo bằng máy Hanna HI9142, độ đục đo bằng máy Hanna HI93703C. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu khác như TSS (SMEWW 2540.D), COD (SMEWW 5220.C), BOD5 (SMEWW-5210.D), N-NH4+ (TCVN 6179-1:1996), N-NO2- (SMEWW 4500-NO2-.B), N-NO3- (SMEWW 4500-NO3-.E), P-PO43- (SMEWW 4500-P.D) và tổng Coliform (TCVN 6187-2:96). Đánh giá chất lượng nước sông (đầu vào) và nước sau lọc (đầu ra) tại mỗi chu kỳ triều xuống và triều lên theo QCVN08-MT:2015/BTNMT để đưa ra nhận định ban đầu các mục đích sử dụng nước theo các phân hạng A1, A2, B1, B2. Ngoài ra, đánh giá chất lượng nước theo mức chất lượng của chỉ số chất lượng nước (VN_WQI) theo hướng dẫn của Tổng cục Môi trường (2019) ban hành kèm theo Quyết định số 1460/QĐ-TCMT. Theo hướng dẫn này để tính toán VN_WQI phải bao gồm tối thiểu 03/05 nhóm thông số, trong đó bắt buộc phải có nhóm IV. Trường hợp thủy vực chịu tác động của các nguồn ô nhiễm đặc thù bắt buộc phải lựa chọn nhóm thông số đặc trưng tương ứng để tính toán (thủy vực chịu tác động của ô nhiễm thuốc BVTV bắt buộc phải có nhóm II, thủy vực chịu tác động của kim loại nặng bắt buộc phải có nhóm III). Do đó, trong nghiên cứu này chỉ tập trung đánh giá theo nhóm I (pH), nhóm IV (nhóm thông số hữu cơ và dinh dưỡng) và nhóm V (nhóm thông số vi sinh), mà không kể nhóm II (nhóm thông số thuốc bảo vệ thực vật) và nhóm III (nhóm thông số kim loại nặng). Bên cạnh đó, chất lượng nước sau lọc của mô hình lọc cát chìm được so sánh với chất lượng nước cấp (hiện tại) tại nơi nghiên cứu. Cách tính toán thông số VN_WQI như sau: Bước 1: Tính toán giá trị WQISI các thông số BOD5, COD, N-NH4+, P-PO43- , TSS, độ đục và tổng Coliform theo (1), trong đó BPi, BPi+1, qi, qi+1 tra Bảng 1 theo QĐ 1460/QĐ-TCMT và Cp là giá trị của thông số quan trắc được đưa vào tính toán. q − qi +1 (1) WQI SI = i ( BPi +1 − C p ) + qi +1 BPi +1 − BPi Bước 2: Tính toán giá trị WQIDO theo (2) thông qua DObão hòa và DO%bão hòa Giá trị DO%bão hòa: DObaohoa = 14,652 − 0, 41022T + 0,0079910T 2 − 0,000077774T 3 Với T: nhiệt độ môi trường nước tại thời điểm quan trắc (đơn vị: oC) Giá trị DO%bão hòa: DO% bão hòa= DOhòa tan / DObão hòa*100 Với DOhòa tan: Giá trị DO quan trắc được (đơn vị: mg/l) Sau đó tính giá trị WQIDO: qi +1 − qi (2) WQI SI = (C p − BPi ) + qi BPi +1 − BPi Với Cp: giá trị DO%bão hòa và BPi, BPi+1, qi, qi+1 là các giá trị tương ứng với mức i, i+1 tra Bảng 3 theo QĐ 1460/QĐ-TCMT. Nếu DO%bão hòa < 20 hoặc DO%bão hòa > 200, thì WQIDO = 10; Nếu 20 < DO%bão hòa < 88, thì WQIDO tính theo công thức 2 và tra Bảng 3 theo QĐ 1460/QĐ-TCMT; Nếu 88 ≤ DO%bão hòa ≤ 112, 145
Nguyễn Trường Thành, Kim Lavane, Huỳnh Vương Thu Minh, Nguyễn Võ Châu Ngân và Trần Văn Tỷ thì WQIDO = 100; Nếu 112 < DO%bão hòa < 200, thì WQIDO tính theo công thức 1 và tra Bảng 3 theo QĐ 1460/QĐ-TCMT. Bước 3: Tính toán WQI đối với thông số pH Nếu giá trị pH < 5,5 hoặc pH > 9, thì WQIpH = 10; Nếu 5,5 < pH < 6, thì WQIpH tính theo công thức 2 và tra Bảng 4 theo QĐ 1460/QĐ-TCMT; Nếu 6 ≤ pH ≤ 8,5, thì WQIpH bằng 100; Nếu 8,5 < pH < 9, thì WQIpH được tính theo công thức 1 và tra Bảng 4 theo QĐ 1460/QĐ-TCMT. Bước 4: Tính toán WQI Sau khi tính toán WQI đối với từng thông số nêu trên, tính toán WQI cuối cùng theo công thức 3 đối với thủy vực cần chú ý vấn đề ô nhiễm hữu cơ, nên tính toán WQI với trọng số của nhóm thông số (nhóm IV trọng số 2 và nhóm V trọng số 1). n m (3) (∏ WQI II ) 1/ n (∏ WQI III ) 1/ m WQI I 1 k 1 l WQI = 100 x i =1 100 x i =1 100 x [( ∑ IV l ∑ k i =1 WQI ) 2 x i =1 WQIV ]1/3 Trong đó: WQII: Kết quả tính toán đối với thông số nhóm I; WQIII: Kết quả tính toán đối với các thông số nhóm II; WQIIII: Kết quả tính toán đối với các thông số nhóm III; WQIIV: Kết quả tính toán đối với các thông số nhóm IV và WQIV: Kết quả tính toán đối với thông số nhóm V. Do trong nghiên cứu này không kể nhóm II và III nên công thức 3 trở thành: WQI I 1 k 1 l (4) WQI = 100 x [( k ∑ WQI 2 i =1 IV 1/3 ) x l ∑ WQI i =1 V ] Bước 5: So sánh WQI với Bảng 1, các mức đánh giá chất lượng nước. Bảng 1. So sánh chỉ số chất lượng nước Khoảng giá trị Chất lượng Màu sắc Phù hợp với mục đích sử dụng WQI nước 91 - 100 Rất tốtXanh nước biển Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt 76 - 90 Tốt Xanh lá cây Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng cần các biện pháp xử lý phù hợp 51 - 75 Trung bình Vàng Sử dụng cho mục đích tưới tiêu và các mục đích tương đương khác 26 - 50 Kém Da cam Sử dụng cho giao thông thủy và các mục đích tương đương khác 10 - 25 Ô nhiễm nặng Đỏ Nước ô nhiễm nặng, cần các biện pháp xử lý trong tương lai < 10 Ô nhiễm rất Nâu Nước nhiễm độc, cần có biện pháp khắc phục, xử lý nặng (Nguồn: [10]) 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN a. Chất lượng nguồn nước mặt tại khu vực nghiên cứu Kết quả đánh giá chất lượng nước sông ở khu vực nông thôn tại nơi nghiên cứu theo QCVN08-MT:2015/BTNMT ở chu kỳ con nước triều xuống và triều lên được thể hiện qua Bảng 2. Nhìn chung, chất lượng nước sông vào lúc nước triều lên đạt loại B2 đến B1. Tuy nhiên, chất lượng 146
Lọc cát chìm - phương pháp tiếp cận mới để cung cấp nước nông thôn nước được cải thiện hơn vào lúc con nước triều xuống đạt loại B2 đến A1. Đặc biệt, chỉ tiêu N-NH4+ và N-NO2- không đạt quy chuẩn ở cả hai kỳ chu kỳ con nước từ triều lên đến triều xuống. Bảng 2. Chất lượng nước sông vào triều xuống và triều lên QCVN08-MT:2015/BTNMT (*) Chất lượng nước sông (đầu vào) A B Triều xuống Triều lên STT Thông số Đơn vị So Trung Trung So sánh A1 A2 B1 B2 sánh bình bình (*) (*) 1 Đạt B1, Đạt B1, pH - 6-8,5 6-8,5 5,5-9 5,5-9 5,67 5,55 B2 B2 2 Độ đục NTU - - - - 9,47 - 13,31 - 3 Nhiệt độ o C - - - - 31,27 - 31,29 - 4 DO mg/l ≥6 ≥5 ≥4 ≥2 5,25 Đạt A2 4,74 Đạt B1 5 TSS mg/l 20 30 50 100 47,50 Đạt B1 59,60 Đạt B2 6 BOD5 mg/l 4 6 15 25 25,31 Đạt B2 54,50 Đạt B2 7 COD mg/l 10 15 30 50 148,00 Đạt B2 152,00 Đạt B2 Không Không 8 N-NH4+ mg/l 0,3 0,3 0,9 0,9 1,18 1,10 đạt đạt Không Không 9 N-NO2- mg/l 0,05 0,05 0,05 0,05 0,21 0,31 đạt đạt 10 N-NO3 - mg/l 2 5 10 15 1,04 Đạt A1 1,90 Đạt A1 11 P-PO43- mg/l 0,1 0,2 0,3 0,5 0,36 Đạt B2 0,21 Đạt B1 MPN/ 12 Coliform 2.500 5.000 7.500 10.000 1400 Đạt A1 5400 Đạt B1 100 ml Ghi chú: Trung bình: giá trị trung bình giữa các lần phân tích (*) A1 - Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (sau khi áp dụng xử lý thông thường), bảo tồn động thực vật thủy sinh và các mục đích khác như loại A2, B1 và B2. A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2. B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2. B2 - Giao thông thuỷ và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp. Các chỉ tiêu lý học như pH, DO đạt loại B2 đến A2. Giá trị TSS đạt 59,60 mg/l vào lúc triều lên (loại B2) nhưng giảm vào lúc triều xuống (47,50 mg/l), tăng lên loại B1, điều này tương ứng với việc giảm mạnh của độ đục từ lúc triều lên sang lúc triều xuống (từ 13,31 NTU xuống 9,47 NTU). Độ đục của nước sông gây ra bởi các hạt phù sa, dòng chảy làm xáo trộn các lớp bùn đất hai bờ và đáy sông. Ngoài ra, các hoạt động giao thông trên sông cũng làm cho độ đục tăng lên. Các chỉ tiêu hóa học và dưỡng chất cho thấy, giá trị BOD5 dao động 25,31-54,50 mg/l đạt loại B2. Tương tự như vậy giá trị COD dao động 148,00-152,00 mg/l cũng đạt loại B2. Mặc dù cùng đạt loại B2, nhưng giá trị COD của nước sông lúc triều lên cao hơn lúc triều xuống. Do sự xáo trộn của dòng chảy lúc nước triều lên làm tăng độ đục và các bùn cặn, nên giá trị COD cao hơn lúc nước triều xuống. Dưỡng chất nitơ ở dạng N-NH4+ và N-NO2- của cả lúc nước triều xuống và triều lên đều không đạt QCVN08-MT:2015/BTNMT. Tuy nhiên, nitơ ở dạng N-NO3- đạt loại A1. Giá trị phốt pho ở dạng P-PO43- khá cao (0,36 mg/l, loại B2) lúc nước triều xuống và 0,21 mg/l (loại B1) lúc nước triều lên. Số lượng các tế bào vi khuẩn hình thành khuẩn lạc hữu hiệu trên 100 ml đơn vị thể tích mẫu quan sát là rất lớn (5.400 MPN/100 ml) vào lúc triều lên (loại B1) nhưng giảm đáng kể vào lúc triều xuống (1.400 MPN/100ml) làm cho chất lượng nước sông tăng lên loại A1. 147
Nguyễn Trường Thành, Kim Lavane, Huỳnh Vương Thu Minh, Nguyễn Võ Châu Ngân và Trần Văn Tỷ Đánh giá chung, chất lượng nước sông ở vùng nông thôn không thể sử dụng trực tiếp, đặc biệt là ô nhiễm nitơ ở dạng N-NH4+ và N-NO2-, đây là dưỡng chất cung cấp cho tảo phát triển gây hiện tượng phú dưỡng hóa, điều này chứng tỏ chất hữu cơ tích tụ trong nước sông quá nhiều. Chúng đến từ các chất thải hữu cơ mà con người xả trực tiếp ra môi trường tiếp nhận, không qua xử lý, trong đó N-NO2- là chất đáng lo ngại khi mà chất này có gây bệnh xanh da do thiếu máu ở trẻ em (nếu hấp thu vào cơ thể). Tuy nhiên, một điều nổi bật nhất cho thấy nitơ ở dạng N-NO3- đạt loại A1 được ghi nhận. Từ kết quả đánh giá chất lượng nước sông nông thôn theo QCVN08-MT:2015/BTNMT ở Bảng 2 cho thấy, đa số các chỉ tiêu của nước sông chỉ đạt loại B2 sử dụng cho giao thông thuỷ và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp. Theo kết quả chỉ số chất lượng nước (WQI) của từng thành phần lúc nước triều lên và lúc nước triều xuống thể hiện ở Hình 4. Chỉ số WQI của 03 thành phần BOD5, COD và N-NH4+ của nước sông lúc triều lên và triều xuống đều nhỏ hơn 25, tra Bảng 1 cho thấy chất lượng nước kém (tương ứng chỉ sử dụng cho giao thông thủy và các mục đích tương đương khác). Chỉ số WQITSS (đạt mức 45) của nước lúc triều lên và WQIP-PO43- của nước lúc triều xuống (đạt mức 43) cho chất lượng nước kém, cũng chỉ sử dụng cho giao thông thủy. Chỉ số WQI của các chỉ tiêu pH, DO, Coliform và P-PO43- của nước lúc triều lên dao động từ 55-73, cho chất lượng nước trung bình (sử dụng cho mục đích tưới tiêu), cùng mức chất lượng này, ở con nước lúc triều xuống chỉ tiêu WQI của TSS, pH, và DO đạt từ 53-72. Chỉ riêng chỉ số WQIđộ đục của nước lúc triều lên đạt mức 43, cho chất lượng nước kém (sử dụng giao thông thủy). Ngược lại, chỉ số WQIđộ đục và WQIColiform của nước lúc triều xuống đạt mức 78 và 100, lần lượt tương ứng, cho chất lượng từ tốt đến rất tốt (sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng cần các biện pháp xử lý phù hợp). Như vậy, theo chỉ số chất lượng nước từng thành phần thì có chỉ tiêu đạt chất lượng tốt có thể sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt, có chỉ tiêu đạt chất lượng kém cho thấy nước ô nhiễm nặng. Để tính tổng thể chất lượng nước bao gồm 12 chỉ tiêu (Bảng 2) cần quy chuẩn các thông số về một mức chất lượng theo công thức 4 và so sánh với Bảng 1. Từ đó, tính ra chỉ số WQI của nước lúc triều lên đạt mức 26, cho chất lượng nước kém (sử dụng giao thông thủy). Tương tự, vào lúc nước triều xuống thì chỉ số WQI đạt mức 40, chỉ số có tăng so với lúc triều lên, nhưng cũng vẫn cho chất lượng nước kém, cũng sử dụng giao thông thủy. (a) (b) Hình 4. Chỉ số WQI thành phần của nước sông lúc triều lên (a) và lúc triều xuống (b) Tóm lại, từ kết quả đánh giá chất lượng nước sông ở khu vực nông thôn tại nơi nghiên cứu theo QCVN08-MT:2015/BTNMT và theo chỉ số chất lượng nước WQI, cho thấy chất lượng nước chỉ sử dụng cho giao thông thủy, kể cả khi nước lớn đầy sông. Chất lượng nước sông hiện tại không thể phục vụ trực tiếp cho sinh hoạt mà cần phải có biện pháp xử lý trước khi sử dụng. 148
Lọc cát chìm - phương pháp tiếp cận mới để cung cấp nước nông thôn b. Thể tích nước sau lọc của mô hình lọc cát chìm Nước sau lọc được bơm chìm bơm từ bộ phận chứa nước của mô hình và được đo bằng ống đong. Trong một chu kỳ con nước, sau mỗi 45 phút lọc, thể tích nước sau lọc được ghi nhận một lần (Hình 5). Kết quả cho thấy ở chu kỳ nước triều xuống, sau 45 phút đầu thể tích nước sau lọc đạt 0,07 m3, thể tích nước sau lọc giảm dần theo thời gian. Ở chu kỳ con nước triều lên, ban đầu cột nước cao 1m, với độ cao cột nước này tạo áp lực đến tốc độ lọc của vật liệu lọc, nên thể tích thu được cao hơn. Khi mực nước xuống dần (triều xuống) dẫn đến áp lực cột nước cũng giảm dần làm cho thể tích nước sau lọc cũng giảm dần. Từ sau 90 phút đến 225 phút thể tích nước sau lọc dao động 0,050-0,057 m3. Thể tích trung bình sau 3 giờ 45 phút lọc đạt 0,285 m3. Điều ngược lại, ở chu kỳ con nước triều lên, mực nước lên cao dần bắt đầu từ điểm dưới của cột lọc cho đến khi đạt cột nước cao nhất (1 m, khi nước đứng dòng để chuyển sang triều xuống trở lại). Chính vì thế mà áp lực cột nước cũng tăng dần theo làm cho tốc độ lọc tăng dần. Sau 45 phút lọc đầu tiên, thể tích nước sau lọc đạt 0,045 m3, nhưng khi cột nước cao nhất ở 225 phút (nước lớn đầy) thì thể tích nhận được 0,065 m3. Từ 90 phút đến 180 phút thể tích nước sau lọc dao động 0,050-0,057 m3. Thể tích trung bình sau 3 giờ 45 phút lọc đạt 0,278 m3. Hình 5. Thể tích nước sau lọc theo thời gian Qua kết quả cho thấy, thể tích nước sau lọc ở chu kỳ con nước từ triều xuống đạt cao hơn từ triều lên. Lý do, khi ở chu kỳ nước triều xuống, cột nước ban đầu cao và độ đục ít nên vật liệu lọc ít bị nghẹt, chính vì thế tốc độ lọc nhanh hơn. Ngược lại, khi ở chu kỳ con nước triều lên, cột nước ban đầu thấp và độ đục cao nên gây nghẹt vật liệu lọc nhiều hơn làm cho tốc độ lọc chậm hơn. Sau 3 giờ 45 phút lọc ở chu kỳ nước triều xuống đạt 0,285 m3 và sau 3 giờ 45 phút ở chu kỳ nước triều lên đạt 0,278 m3. Như vậy, trong một ngày tổng thể tích nước sau lọc của mô hình đạt 0,563 m3, tương đương 563 lít. Theo tiêu chuẩn dùng nước tính theo đầu người đối với điểm dân cư nông thôn (TCVN 12286:2018), tính đến năm 2020 thì tiêu chuẩn cấp nước là 100 L/người.ngày. Từ đó, thể tích nước sau lọc của mô hình lọc cát chìm cung cấp được cho 5,63 người/ngày. Nếu với nhân khẩu trung bình ở nông thôn là 6 người/hộ thì mô hình này đủ cung cấp nước sạch cho mỗi gia đình trong ngày. c. Chất lượng nước sau lọc Đánh giá chất lượng nước theo QCVN08-MT:2015/BTNMT Nhìn chung, chất lượng nước sau lọc vào lúc nước triều xuống và triều lên đạt loại từ A2 đến A1 (Bảng 3). Tuy nhiên, các chỉ tiêu chất lượng nước được cải thiện hơn vào lúc triều xuống. Trong đó, chỉ tiêu BOD5 của cả hai chu kỳ con nước chỉ đạt loại A2, cho thấy mô hình còn hạn chế loại bỏ 149
Nguyễn Trường Thành, Kim Lavane, Huỳnh Vương Thu Minh, Nguyễn Võ Châu Ngân và Trần Văn Tỷ các hợp chất hữu cơ dạng hòa tan. Các chất hữu cơ dưới dạng không tan (rắn lơ lửng, phù sa) thì được loại bỏ tốt hơn. Mặc dù, số lượng các tế bào vi khuẩn hình thành khuẩn lạc hữu hiệu trên 100 ml đơn vị thể tích mẫu quan sát còn tồn tại, dao động từ 390-400 MPN/100 ml) nhưng vẫn đạt loại A1. Ưu điểm của mô hình lọc cát chìm là không sử dụng hóa chất keo tụ/đông tụ để kết tủa các hợp chất hữu cơ dạng hòa tan, chính vì thế mà chất lượng nước sau lọc vẫn chưa cao như các biện pháp xử lý nước mặt thông thường có sử dụng hóa chất. Tuy nhiên, chất lượng vẫn sử dụng được cho mục đích sinh hoạt thông thường, thay vì người dân ở nông thôn phải sử dụng trực tiếp từ nước sông chưa qua xử lý. Bảng 3. Chỉ tiêu chất lượng nước sau lọc QCVN08-MT:2015/BTNMT Nước sau lọc qua mô hình lọc cát chìm (*) ST Triều xuống Triều lên Thông số Đơn vị A B T Trung So sánh Trung So sánh A1 A2 B1 B2 bình (*) bình (*) 1 6- 6- 5,5- Đạt B1, pH - 5,5-9 5,88 Đạt B1, B2 5,87 8,5 8,5 9 B2 2 Độ đục NTU - - - - 10,6 - 10,5 - 3 Nhiệt độ o C - - - - 31,8 - 31,2 - 4 DO mg/l ≥6 ≥5 ≥4 ≥2 6,34 Đạt A1 5,77 Đạt A2 5 TSS mg/l 20 30 50 100 13,5 Đạt A1 14,4 Đạt A1 6 BOD5 mg/l 4 6 15 25 6 Đạt A2 6,1 Đạt A2 7 COD mg/l 10 15 30 50 22,43 Đạt B1 26,4 Đạt B1 8 N-NH4+ mg/l 0,3 0,3 0,9 0,9 0,1 Đạt A1 0,1 Đạt A1 9 N-NO2- mg/l 0,05 0,05 0,05 0,05 0,04 Đạt A1 0,08 Đạt A1 10 N-NO3- mg/l 2 5 10 15 0,5 Đạt A1 0,81 Đạt A1 11 P-PO43- mg/l 0,1 0,2 0,3 0,5 0,20 Đạt A2 0,1 Đạt A1 MPN/ 2.50 5.00 7.50 10.00 12 Coliform 390 Đạt A1 400 Đạt A1 100 ml 0 0 0 0 Ghi chú: Trung bình: giá trị trung bình giữa các lần phân tích (*) A1 - Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (sau khi áp dụng xử lý thông thường), bảo tồn động thực vật thủy sinh và các mục đích khác như loại A2, B1 và B2. A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2. B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2. B2 - Giao thông thuỷ và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp. Đánh giá chất lượng nước theo chỉ số WQI Nhìn chung, mỗi chỉ số WQI thành phần cho chỉ số chất lượng nước sau lọc khác nhau, nhưng đa số đều có chất lượng nước từ tốt đến rất tốt (Hình 6). Qua kết quả cho thấy, chỉ số WQI của 03 thành phần BOD5, COD và P-PO43- của nước sau lọc lúc triều xuống, dao động từ 63-75, cho chất lượng nước trung bình. Trong khi đó, cùng chất lượng, nhưng chỉ số WQI thành phần của COD, BOD5 ở nước triều lên đạt 56 và 75 lần lượt tương ứng. Các chỉ số WQI của các thành phần còn lại của cả hai chu kỳ con nước đều đạt chất lượng rất tốt. Ngoại trừ, chu kỳ con nước triều lên có chỉ số WQIDO và WQIpH của nước sau lọc (83-87), chất lượng tốt và ở chu kỳ con nước triều xuống chỉ riêng WQIpH đạt 88. 150
Lọc cát chìm - phương pháp tiếp cận mới để cung cấp nước nông thôn (a) (b) Hình 6. Chỉ số WQI thành phần của nước sau lọc lúc triều xuống (a) và lúc triều lên (b) Chỉ số WQI tổng của nước sau lọc ở chu kỳ con nước triều xuống đạt 81, có chất lượng tốt, chỉ số WQI tổng của nước sau lọc ở chu kỳ con nước triều lên đạt 80, cũng cho chất lượng tốt. Như vậy, chất lượng nước sau lọc của mô hình lọc cát chìm đối với nước sông ở khu vực nông thôn cho chất lượng nước tốt, có thể sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt, nhưng cần thêm các biện pháp xử lý phù hợp. So sánh chất lượng nước sau lọc với nước cấp hiện tại Bảng 4. So sánh chỉ tiêu chất lượng nước sau lọc với nước máy STT Thông số Đơn vị Nước sau lọc (Triều lên) Nước sau lọc (Triều xuống) Nước cấp 1 pH - 5,87 5,88 5,88 2 Độ đục NTU 10,5 10,6 0,83 3 Nhiệt độ o C 31,2 31,8 27,8 4 DO mg/l 5,77 6,34 6,92 5 TSS mg/l 14,4 13,5 3,5 6 BOD5 mg/l 6,1 6 3,65 7 COD mg/l 26,4 22,43 7,21 8 N-NH4+ mg/l 0,1 0,1 0,04 9 N-NO2- mg/l 0,08 0,04 0,01 10 N-NO3- mg/l 0,81 0,5 0,01 11 P-PO43- mg/l 0,1 0,00 0,05 12 Coliform MPN/100 ml 400 390 40 Qua Bảng 4 cho thấy chất lượng nước sau lọc của mô hình lọc cát chìm có độ đục còn khá cao so với nước máy hiện tại. Do nước máy hiện tại được xử lý bằng hóa chất keo tụ/đông tụ các hạt phù sa, các chất huyền phù gây màu trong nước và được loại ra khỏi nguồn nước. Chính vì thế mà nước sau xử lý có độ trong cao hơn so với mô hình lọc cát chìm. Bên cạnh đó, các chất hữu cơ hòa tan vẫn được loại bỏ tốt hơn, cũng như chỉ tiêu vi sinh được giảm thiểu bằng các loại hóa chất khử trùng. Tuy vậy, với mục đích sử dụng cho việc tắm giặt ở nông thôn thì nước sau lọc của mô hình lọc cát chìm vẫn có thể sử dụng tốt. 151
Nguyễn Trường Thành, Kim Lavane, Huỳnh Vương Thu Minh, Nguyễn Võ Châu Ngân và Trần Văn Tỷ Hiệu suất xử lý của mô hình lọc cát chìm Qua Bảng 5 cho thấy, đa số hiệu suất loại bỏ các chỉ tiêu từ 71,58-92,59 %, riêng chỉ tiêu P- PO43- và N-NO3- chỉ đạt từ 44,44-57,37 %. Đặc biệt, hiệu quả loại bỏ chỉ tiêu vi sinh khá cao (92,59 %) vào lúc triều lên, cũng như hiệu suất loại bỏ N-NH4+ trên 90 % vào lúc triều lên và triều xuống. Bên cạnh đó, hiệu suất loại bỏ chỉ tiêu BOD5 và COD trên 80 %. Bảng 5. Hiệu suất xử lý STT Thông số Đơn vị Nước sông (đầu vào) Nước sau lọc qua mô hình lọc cát chìm Triều Triều Triều xuống Triều lên xuống lên Trung Trung Trung Hiệu suất Trung Hiệu suất bình bình bình xử lý (%) bình xử lý (%) 1 TSS mg/l 47,5 59,6 13,5 71,58 14,4 75,84 2 BOD5 mg/l 25,31 54,5 6 76,29 6,1 88,81 3 COD mg/l 148 152 22,43 84,84 26,4 82,63 4 N-NH4+ mg/l 1,18 1,1 0,1 91,53 0,1 90,91 5 N-NO2- mg/l 0,21 0,31 0,04 80,95 0,08 74,19 6 N-NO3- mg/l 1,04 1,9 0,5 51,92 0,81 57,37 7 P-PO43- mg/l 0,36 0,21 0,2 44,44 0,1 52,38 8 Coliform MPN/100 ml 1400 5400 390 72,14 400 92,59 4. KẾT LUẬN Chất lượng nước sông ở khu vực nông thôn tại nơi nghiên cứu, có chất lượng nước chỉ phục vụ cho giao thông thủy, kể cả khi nước lớn đầy sông cũng không thể phục vụ trực tiếp cho sinh hoạt mà cần phải có biện pháp xử lý trước khi sử dụng. Ưu điểm của mô hình lọc cát chìm là không sử dụng hóa chất keo tụ/đông tụ để kết tủa các hợp chất hữu cơ dạng hòa tan. Thể tích nước sau lọc của mô hình lọc cát chìm có thể cung cấp nước sạch đủ cho 6 nhân khẩu/hộ trong ngày với chất lượng nước sau lọc tốt, có thể sử dụng cho mục đích tắm giặt, thay vì người dân ở nông thôn phải sử dụng trực tiếp từ nước sông chưa qua xử lý. Nếu cần chất lượng nước cao hơn, cần có biện pháp xử lý tiếp theo để phục vụ cho sinh hoạt. Lời cảm ơn Tác giả xin cảm ơn nhóm sinh viên: Huê Thị Kha Thi và Lê Hồng Thư đã hỗ trợ bố trí thí nghiệm, phân tích mẫu và kinh phí từ đề tài TSV2021-100. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. 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 - số 43 (12/2013). 2. Unicef (2020). Tóm tắt chính sách về nước sạch & vệ sinh môi trường tại Việt Nam. 3. Thủ tướng Chính phủ (2000). Quyết định số 104/2000/TTg ngày 25 tháng 8 năm 2000 Về việc phê duyệt Chiến lược quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn đến năm 2020. 4. Trung tâm Quốc gia Nước sạch và Vệ sinh môi trường nông thôn (2020). Chiến lược quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn đến 2030, tầm nhìn đến 2045. 152
Lọc cát chìm - phương pháp tiếp cận mới để cung cấp nước nông thôn 5. Thủ tướng Chính phủ (2016). Quyết định số 2140/QĐ-TTg ngày 08 tháng 11 năm 2016 Phê duyệt quy hoạch cấp nước vùng Đồng bằng sông Cửu Long đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050. 6. Bộ Tài nguyên và Môi trường và Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2013). Kế hoạch Đồng bằng sông Cửu Long Tầm nhìn và chiến lược dài hạn nhằm phát triển Đồng bằng sông Cửu Long an toàn, trù phú và bền vững. 7. Đoàn Thu Hà và Nguyễn Hoàng Hồ (2014). “Đề xuất giải pháp thu trữ nước mưa hộ gia đình vùng Đồng bằng sông Cửu Long”. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật thủy lợi và Môi trường – số 44 (3/2014). 8. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2014). Báo cáo môi trường Quốc gia 2014. Môi trường nông thôn. 9. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2018). Báo cáo môi trường Quốc gia 2018. Môi trường nước các lưu vực sông. 10. Tổng cục Môi trường (2019). Quyết định số 1460/QĐ-TCMT ngày 12 tháng 11 năm 2019 Về việc ban hành hướng dẫn kỹ thuật tính toán và công bố chỉ số chất lượng nước Việt Nam (VN_WQI). SUBMERGED SAND FILTER - A NEW APPROACH FOR RURAL WATER SUPPLY Nguyen Truong Thanh1*, Kim Lavane1, Huynh Vuong Thu Minh1, Nguyen Vo Chau Ngan1, Tran Van Ty2 1 College of Environment and Natural Resources, Can Tho University Campus 2, 3/2 Street, Xuan Khanh, Ninh Kieu, Can Tho city 2 College of Engineering, Can Tho University ABSTRACT 2 1F The objective of the study was to evaluate the effectiveness of the submerged sand filtration method in order to improve water quality for rural water supply in an environmentally friendly approach. The results showed that the volume of filtered water can provide enough domestic water use for a rural family with 6 members per day; if for drinking water use, water needed further treatment. Although the water quality did not reach drinking water standard, submerged sand filters did not use coagulant or coagulant aid; and can still be used for domestic purposes, instead of being used directly river water. The research results solve the problem of clean water in rural areas, save treatment costsand improve the efficiency of using clean water. Keywords: Clean water, submerged sand filter, rural area, water treatment. * Corresponding author, email address: ntthanh@ctu.edu.vn 153