NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO TRONG LỌC NƯỚC, CẤP NƯỚC SINH HOẠT CHO VÙNG NGẬP LŨ HUYỆN NHO QUAN, NINH BÌNH

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước, cấp nước sinh hoạt cho vùng ngập lũ huyện Nho Quan, Ninh Bình” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn được làm dựa trê

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

HÀ THỊ PHÚ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO TRONG LỌC NƯỚC, CẤP NƯỚC SINH HOẠT CHO VÙNG NGẬP LŨ

HUYỆN NHO QUAN, NINH BÌNH

MÃ SỐ: 60.58.70

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2014

Để hoàn thành tốt khóa học này tôi đã nhận được sự động viên giúp đỡ tận tình của gia đình, các thầy cô, các cơ quan, đồng nghiệp và bạn bè

Qua luận văn này, trước tiên cho tôi gửi lời cảm ơn TS Lê Xuân Quang người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ và cung cấp những tài liệu, thông tin cần thiết

để tác giả hoàn thành luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo và cán bộ khoa Kỹ thuật tài nguyên nước - Trường Đại học Thủy lợi đã giúp đỡ, động viên tôi rất nhiều trong suốt thời gian học tập

Tôi xin trân trọng cảm ơn các cơ quan, đơn vị đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong quá trình điều tra thu thập tài liệu cho luận văn này

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè - những người luôn ở bên động viên tôi trong học tập và trong cuộc sống

Trân trọng cảm ơn!

Hà nội, ngày 22 tháng 5 năm 2014

Tác giả luận văn

Hà Thị Phú

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước,

cấp nước sinh hoạt cho vùng ngập lũ huyện Nho Quan, Ninh Bình”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn được làm dựa trên các số liệu, tư liệu được thu thập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của các cơ quan nhà nước … Những kết quả nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức

kỷ luật nào của Nhà trường

Hà nội, ngày 22 tháng 5 năm 2014

Tác giả luận văn

Hà Thị Phú

LỜI CẢM ƠN 1

BẢN CAM KẾT 2

DANH M ỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 8

MỞ ĐẦU 1

I Tính cấp thiết của Đề tài 1

II Mục đích nghiên cứu 3

III P hạm vi nghiên cứu 3

IV Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

V Những kết quả đạt được 4

VI Cấu trúc của luận văn 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 Tổng quan về lý thuyết công nghệ Nano 6

1.1.1 Khái niệm 6

1.1.2 Phân loại vật liệu Nano 6

1.1.3 Cơ sở khoa học của công nghệ Nano 7

1.1.4 Hướng ứng dụng chung 8

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước trên thế giới 9

1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước ở Việt Nam 11

1.4 Tổng quan về nhu cầu nước sinh hoạt cho vùng thường xuyên ngập lũ 13

1.5 Nhận xét, đánh giá 15

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO TRONG LỌC NƯỚC, CẤP NƯỚC SINH HOẠT CHO VÙNG LŨ 16

2.1 Đánh giá nguồn nước sinh hoạt và các phương pháp xử lý nước sinh hoạt truyền thống 16

2.1.1 Các giải pháp xử lý nước trong vùng lũ 16

2.1.2 Công nghệ cấp nước nhỏ lẻ quy mô hộ gia đình 17

2.1.4 Công nghệ cấp nước tập trung quy mô lớn 28

2.1.5 Công nghệ cấp nước nổi 29

2.2 Cơ sở khoa học trong việc ứng dụng công nghệ Nano trong cấp nước sinh hoạt 30

2.3 Giới thiệu công nghệ Nano trong lọc nước cấp nước sinh hoạt 31

2.3.1 Giới thiệu vật liệu Nano 31

2.3.2 Tính chất chung 31

2.3.1 Đặc điểm của vật liệu lọc Nano 31

2.4 Nghiên cứu lựa chọn dây chuyền công nghệ và khả năng xử lý 37

2.5 Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước cho vùng lũ 41

2.6 Nhận xét, đánh giá 42

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO TRONG LỌC NƯỚC, CẤP NƯỚC SINH HOẠT VÙNG NGẬP LŨ HUYỆN NHO QUAN, NINH BÌNH 44

3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, hiện trạng sử dụng nước sạch, vệ sinh môi trường vùng nghiên cứu 44

3.1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội 44

3.1.2 Hiện trạng sử dụng nước sạch, vệ sinh môi trường vùng nghiên cứu 48

3.2 Xác định nhu cầu cấp nước vùng nghiên cứu 54

3.3 Phương pháp và giải pháp công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt vùng nghiên cứu 56

3.3.1 Các căn cứ lựa chọn 56

3.3.2 Thử nghiệm đối chứng giải pháp công nghệ 56

3.3.3 Phương án và giải pháp công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt vùng nghiên cứu 60

3.4 Giải pháp thiết kế các hạng mục công trình hệ thống cấp nước sinh hoạt vùng ngập lũ huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình 62

3.4.1 Căn cứ thiết kế 62

3.4.2 Những yêu cầu thiết kế 63

3.4.4 Giải pháp thiết kế và kết cấu công trình 65

3.5 Quản lý vận hành hệ thống cấp nước sinh hoạt ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước vùng ngập lũ huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình 68

3.6 Nhận xét, đánh giá 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 74

Hình 2.1: Lu chứa nước mưa 18

Hình 2.2: Bể chứa nước mưa 19

Hình 2.3: Hình ảnh một số loại thiết bị chứa nước trên thị trường hiện nay 20

Hình 2.4: Mô hình thí điểm áp dụng Công nghệ trữ nước sinh hoạt bằng bồn chứa nhựa dẻo tại Phố Ngọc, xã Trung Minh, TP Hòa Bình, tỉnh Hòa Bình 21

Hình 2.5: Giếng đào hộ gia đình 22

Hình 2.6: Kết cấu giếng đào 23

Hình 2.7: Giếng khoan 24

Hình 2.8: Thiết bị xử lý nước mặt bằng xô chậu 25

Hình 2.10: Cách bố trí các lớp vật liệu trong lu lọc 26

Hình 2.11: Chuyển giao công nghệ chế tạo lõi lọc bằng vật liệu Nano dạng màng (Cộng hòa Liên bang Nga) cho Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường - Tháng 3 năm 2008 30

Hình 2.12: Nghiên cứu chế tạo thiết bị lọc bằng vật liệu Nano 30

Hình 2.13: Các module thiết bị xử lý nước lưu động công suất lớn 39

Hình 3.1: Vị trí huyện Nho Quan trên bản đồ tỉnh Ninh Bình 45

Bảng 1.1: Ứng dụng vật liệu Nano trong khoa học kỹ thuật và đời sống 9 Bảng 1.2: Các bệnh, nhóm bệnh liên quan tới dùng nước không hợp vệ sinh 14 Bảng 3.1: Bảng kết quả phân tích chất lượng nước giếng đào dùng cho sinh hoạt xã Lạc Vân 48 Bảng 3.2: Bảng kết quả phân tích chất lượng nước mặt tại vùng nghiên cứu xã Lạc Vân 50 Bảng 3.3: Bảng kết quả phân tích chất lượng nước ngầm tại khu vực nghiên cứu xã Lạc Vân 51 Bảng 3.4: Bảng kết quả phân tích chất lượng nước ngầm tại khu vực nghiên cứu xã Lạc Vân 53 Bảng 3.5: Tính toán nhu cầu cấp nước vùng nghiên cứu 55 Bảng 3.6: Bảng kết quả phân tích chất lượng xác định hiệu quả thiết bị xử lý nước mặt 57 Bảng 3.7: Bảng kết quả phân tích chất lượng xác định hiệu quả thiết bị đợt 2 58

BĐKH : Biến đổi khí hậu

MT : Môi trường

VSMTNT : Vệ sinh môi trường nông thôn

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

WHO : Tổ chức Y tế thế giới (World Health Organization)

Formatted: Font: Times New Roma

13 pt, Not Highlight

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của Đề tài

Nước là một nguồn tài nguyên quý của mỗi Quốc gia, nước không thể thiếu được trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày cũng như trong quá trình sản xuất công nghiệp, nông nghiệp Tổng thư ký Liên hợp quốc, ông Ban Ki-Moon đã phát biểu

nhân dịp Ngày nước thế giới 2013 và Năm quốc tế hợp tác vì nước: “Nước là cốt lõi hạnh phúc của nhân loại và hành tinh Chúng ta cần nước cho sức khỏe, cho an ninh lương thực và cho phát triển kinh tế Nước nắm giữ chìa khóa phát triển bền vững Chúng ta phải cùng nhau hành động để bảo vệ và quản lý thật công phu nguồn tài nguyên kém bền vững và hữu hạn này Mỗi năm lại có thêm nhiều áp lực mới lên tài nguyên nước Một phần ba dân số của thế giới đang sinh sống tại các nước mà hiện nay đã ở vào tình trạng căng thẳng về nước từ mức trung bình đến mức cao” Vì vậy, bảo vệ và cải thiện nguồn nước là nhiệm vụ cấp thiết được đặt

ra

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu diễn ra ngày càng nhanh hơn, cùng với sự phát triển kinh tế quá nóng dẫn đến những nguy cơ về ô nhiễm, cạn kiệt nguồn nước, vấn đề bảo vệ tài nguyên nước, khai thác hợp lý, tiết kiệm tài nguyên nước càng trở nên có ý nghĩa quan trọng Trước sức ép ngày càng lớn về nguồn nước, nhiều quốc gia trên thế giới đã và đang hoạch định các thể chế quản lý để đảm bảo việc kiểm soát tốt hơn nguồn tài nguyên vô giá này và làm cho nguồn nước ngày càng sạch hơn Các giải pháp nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ nhằm khai thác, sử dụng nước tiết kiệm, cải thiện chất lượng nguồn nước cũng đang được chú trọng

Theo báo cáo kết quả thực hiện chương trình mục tiêu quốc gia nước sạch và

vệ sinh môi trường nông thôn giai đoạn 2006-2010, tính đến cuối năm 2010, cả nước có 52,1 triệu người dân nông thôn được sử dụng nước hợp vệ sinh, tăng 13,3 triệu người so với cuối năm 2005, tỷ lệ tương ứng tăng từ 62% lên 83%; trung bình tăng 4,2%/năm (tương đương với tốc độ tăng của giai đoạn 1999-2005) Trong đó,

tỷ lệ số dân nông thôn được sử dụng nước sinh hoạt đạt QCVN 02/BYT trở lên là

42% Để từng bước hiện thực hóa Chiến lược Quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn đến năm 2020, tiếp theo các kết quả đạt được từ chương trình mục tiêu quốc gia nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn giai đoạn 2006-2010, chương trình mục tiêu quốc gia nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn giai đoạn 2012-2015 đã được chính phủ phê duyệt tại quyết định số 366/QĐ-TTg ngày 31/3/2012, chương trình đề ra mục tiêu cụ thể đến cuối năm 2015, có 85% dân số nông thôn được sử dụng nước sinh hoạt hợp vệ sinh, trong đó 45% sử dụng nước đạt quy chuẩn QCVN 02-BYT với số lượng ít nhất là 60 lít/người/ngày; 100% các trường học mầm non và phổ thông, trạm y tế xã ở nông thôn đủ nước sạch

Để đạt được mục tiêu trên, nhiều giải pháp, công nghệ trong cấp nước và vệ sinh môi trường được chú trọng nghiên cứu, ứng dụng Một trong các giải pháp, công nghệ được quan tâm gần đây là ứng dụng vật liệu Nano trong lọc nước cấp nước sinh hoạt nông thôn cho các vùng ngập lũ, vùng nước ô nhiễm asen Đây là công nghệ mới và hiện đại nhất hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới Đối thoại toàn cầu về “Công nghệ Nano và người nghèo: Cơ hội và rủi ro” tổ chức tại Chennai Ấn

Độ ngày 10-12/11/2006 đã vẽ lên một bức tranh tổng thể về hiện trạng và các thành tựu ứng dụng công nghệ Nano trong xử lý nước tại các quốc gia trên thế giới

Thông điệp tại đối thoại là: “Công nghệ Nano đang trở thành một lĩnh vực khoa học công nghệ đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết một số bất cập của các thiết bị xử lý nước truyền thống ”, các nhà khoa học đã khuyến nghị rằng “Vật liệu Nano có thể làm cho các công nghệ này rẻ hơn, bền hơn và xử lý nước hiệu quả hơn phù hợp với điều kiện các nước đang phát triển”

Ở Việt Nam, lũ lụt gây thiệt hại ngày càng tăng, mưa lũ còn gây ô nhiễm môi trường, nhất là môi trường nước Tỉnh Ninh Bình có 2 huyện thuộc vùng phân lũ nặng nhất là Nho Quan và Gia Viễn Trong 50 năm qua, kể từ khi hệ thống sông Hoàng Long được hình thành, những người dân sống ở vùng phân lũ thuộc hai huyện Nho Quan và Gia Viễn (Ninh Bình) đã trải qua 20 lần bị xả lũ Trong đó Nho Quan là huyện thường xuyên chịu ảnh hưởng nặng nề của phân lũ sông Hoàng Long Theo thống kê, cứ mỗi lần phân lũ, toàn huyện có 17 xã ngập, trong đó có 7

xã ngập toàn diện có độ sâu từ 2,5÷3m so với nền nhà; có 20.331 hộ và 89.300 người chịu ảnh hưởng do ngập lũ Ðối với người dân vùng lũ lụt, sau nước rút, môi trường sống, nhất là nguồn nước bị ô nhiễm nặng Do đó việc nghiên cứu ứng dụng các công nghệ Nano trong lọc nước, cấp nước sinh hoạt cho vùng thường xuyên ngập lũ huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình là rất cần thiết và cấp bách

II Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước, cấp nước sinh hoạt vùng ngập lũ huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình

III P hạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: Vùng thường xuyên ngập lũ huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình

IV Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Tiếp cận đáp ứng nhu cầu: tính toán, đánh giá nhu cầu nước sinh hoạt

4.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp điều tra, thu thập các số liệu, tài liệu có liên quan

- Phương pháp phân tích, xử lý, đánh giá số liệu

- Phương pháp thống kê và phân tích hệ thống

- Phương pháp kế thừa: kế thừaKế thừa các kết quả nghiên cứu trước đó về cấp nước sinh hoạt cho vùng lũ, các công nghệ lọc nước Nano

- Phương pháp chuyên gia: tham khảo các chuyên gia

V Những kết quả đạt được

Ứng dụng được công nghệ Nano trong lọc nước, cấp nước sinh hoạt cho vùng ngập lũ huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình

VI Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 84 trang, 9 bảng biểu, 12 hình ảnh, được viết trong 3 chương ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị Cấu trúc chi tiết của luận văn như sau:

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan

1.1 Tổng quan về lý thuyết công nghệ Nano

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước trên thế giới

1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nano cấp nước sinh hoạt trong nước

1.4 Nhu cầu nước cho sinh hoạt vùng thường xuyên ngập lũ

2.4 Nghiên cứu lựa chọn dây chuyền công nghệ và khả năng xử lý

2.5 Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước cho vùng lũ 2.6 Nhận xét, đánh giá

Chương 3 Ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước, cấp nước sinh hoạt vùng ngập lũ huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình

3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, hiện trạng sử dụng nước sạch, vệ sinh môi trường vùng nghiên cứu

3.2 Xác định nhu cầu cấp nước vùng nghiên cứu

3.3 Phương pháp và giải pháp công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt vùng nghiên cứu 3.4 Giải pháp thiết kế các hạng mục công trình hệ thống cấp nước sinh hoạt cho vùng ngập lũ Nho Quan, Ninh Bình

3.5 Quản lý vận hành hệ thống cấp nước sinh hoạt ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước, vùng ngập lũ Nho Quan, tỉnh Ninh Bình

3.6 Nhận xét, đánh giá

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về lý thuyết công nghệ Nano

1.1.1 Khái niệm

Công nghệ Nano (tiếng Anh: Nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan

đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô Nanomet (nm, 1 nm = 10-9

m) Ranh giới giữa công nghệ Nano và khoa học Nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng đều có chung đối tượng là vật liệu Nano Công nghệ Nano bao gồm các vấn

đề chính sau đây:

- Cơ sở khoa học Nano

- Phương pháp quan sát và can thiệp

- Chế tạo vật liệu Nano

- Ứng dụng vật liệu Nano

1.1.2 Phân loại vật liệu Nano

Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: Rắn, lỏng, khí

Về hình dáng vật liệu, người ta phân chia thành các loại sau:

- Vật liệu Nano không chiều

- Vật liệu Nano một chiều

- Vật liệu Nano hai chiều

Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc Nano hay Nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có Nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau

1.1.3 Cơ sở khoa học của công nghệ Nano

Tính chất chung: Vật liệu Nano có 3 tích chất như sau:

Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử:

Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể

bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên Nhưng các cấu trúc Nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên

tử

Hiệu ứng bề mặt

Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu

có kích thước Nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối

Kích thước tới hạn

Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị

thay đổi Người ta gọi đó là kích thước tới hạn Vật liệu Nano có tính chất đặc biệt

là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu Ví dụ điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích

thước vĩ mô mà ta thấy hàng ngày Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ

hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thường có giá trị

từ vài đến vài trăm nm, thì định luật Ohm không còn đúng nữa Lúc đó điện trở của vật có kích thước Nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử Không phải bất cứ vật liệu nào có kích thước Nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó được nghiên cứu

Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm Chính vì thế mà người ta

gọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học Nano và công nghệ Nano

Có 3 cơ sở khoa học để nghiên cứu công nghệ Nano:

- Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử

Nhờ vào kích thước nhỏ, những cấu trúc Nano có thể đóng gói chặt lại và do

đó làm tăng tỷ trọng gói Tỷ trọng gói cao có nhiều lợi điểm: tốc độ xử lý dữ liệu

và khả năng chứa thông tin gia tăng Tỷ trọng gói cao là nguyên nhân cho những tương tác điện và từ phức tạp giữa những vi cấu trúc kế cận nhau Đối với vi cấu trúc, đặc biệt là những phân tử hữu cơ lớn, những khác biệt nhỏ về năng lượng giữa những cấu hình khác nhau có thể tạo được các thay đổi đáng kể từ những tương tác

đó Vì vậy mà chúng có nhiều tiềm năng cho việc điều chế những vật liệu với tỷ trọng cao và tỷ số của diện tích bề mặt trên thể tích cao, chẳng hạn như bộ nhớ Những phức tạp này hoàn toàn chưa được khám phá và việc xây dựng những kỹ thuật dựa vào những vi cấu trúc đòi hỏi sự hiểu biết sau sắc khoa học căn bản tìm ẩn trong chúng Những phức tạp này cũng mở đường cho sự tiếp cận với những hệ thống không tuyến tính phức tạp mà chúng có thể phô bày ra những lớp biểu hiện trên căn bản khác với những lớp biểu hiện của cả hai cấu trúc phân tử và cấu trúc ở quy mô micromet

Khoa học Nano là một trong những biên giới của khoa học chưa được thám hiểm tường tận Nó hứa hẹn nhiều phát minh kỹ thuật lý thú nhất

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước trên thế giới

Theo đánh giá tổng hợp của các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu về vật liệu Nano, có 10 ứng dụng hàng đầu của vật liệu Nano trong khoa học kỹ thuật và đời sống, được thống kê ở Bảng 1.1

Bảng 1.1: Ứng dụng vật liệu Nano trong khoa học kỹ thuật và đời sống

1 Dự trữ, sản xuất và chuyển biến năng lượng

2 Tăng sản lượng nông nghiệp

10 Phát hiện và kiểm soát sâu bệnh

Ứng dụng vật liệu Nano trong xử lý nước có vai trò quan trọng và mở ra nhiều

cơ hội được sử dụng nước sạch cho người dân các nước đang phát triển Hiện nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu, phát triển công nghệ xử lý nước bằng vật liệu Nano và đã có một số sản phẩm điển hình ra đời và được ứng dụng khá rộng rãi:

1 Xốp Nano giữ nước mưa do Viện Công nghệ Massachusetts (Hoa Kỳ) sản xuất: Hợp chất polymer và các hạt Nano thủy tinh được phủ trên bề mặt như vải để hút nước Xốp Nano hoạt động hiệu quả hơn so với vật liệu truyền thống Xốp Nano dùng để giữ nước mưa ở các nước: Trung Quốc, Neepal và Thái Lan

2 Hạt Nano từ tính xử lý asen do Đại học Rice (Hoa Kỳ) sản xuất: Các hạt Nano từ tính gồm các ion oxit lơ lửng trong nước liên kết với asen, sau đó loại bỏ bằng một nam châm Ấn Độ, Bangladesh và các nước đang phát triển khác có hàng nghìn trường hợp nhiễm độc asen mỗi năm là do các giếng nước bị ô nhiễm asen

3 Màng khử mặn do Đại học California, Los Angeles và NanoH2O sản xuất: Hợp chất polyme và hạt Nano hút các ion nước và đẩy muối hòa tan Màng khử mặn

đã có mặt trên thị trường, cho phép khử mặn với chi phí năng lượng thấp hơn so với phương pháp thẩm thấu

4 Màng lọc Nano do Công ty Saehan (Hàn Quốc) sản xuất: Màng lọc Nano được sản xuất từ polyme có kích thước lỗ từ 0,1÷10 Nano mét Màng lọc Nano được thử nghiệm xử lý nước uống ở Trung Quốc và khử mặn nước ở Iran đòi hỏi ít năng lượng hơn phương pháp thẩm thấu ngược

5 Que nước trong lưới Nano do Phòng thí nghiệm Seldon (Hoa Kỳ) sản xuất: Thiết

bị lọc có hình dạng như cọng rơm sử dụng các ống Nano cácbon đặt lên trên vật liệu dẻo có lỗ Que nước làm sạch nước uống

6 Thiết bị lọc thông dụng do Công ty KX (Hoa Kỳ) sản xuất: Thiết bị lọc sử dụng lớp sợi Nano được chế tạo từ các polyme, nhựa thông, gốm và các vật liệu khác

để xử lý các chất ô nhiễm Thiết bị được chế tạo dành riêng cho hộ gia đình trong cộng đồng ở các nước đang phát triển sử dụng Các thiết bị lọc hiệu quả, dễ sử dụng và không cần phải bảo dưỡng

7 Thiết bị lọc thuốc bảo vệ thực vật do Viện Công nghệ Ấn Độ ở Chennai và Công

ty TNHH Eureka Forbes (Ấn Độ) sản xuất: Thiết bị này sử dụng bạc Nano để hút

và sau đó phân hủy 3 loại thuốc bảo vệ thực vật thường thấy trong các nguồn cung cấp nước ở Ấn Độ Thuốc bảo vệ thực vật thường tồn tại trong các nguồn cung cấp nước của các nước đang phát triển Thiết bị lọc thuốc bảo vệ thực vật

có thể cung cấp cho mỗi hộ gia đình ở Ấn Độ 6000 lít nước sạch mỗi năm

1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nano trong lọc nước ở Việt Nam

Hiện nay, trong nước sử dụng rất nhiều công nghệ để xử lý nước phục vụ sinh hoạt như:

- Xử lý nước bằng các công nghệ truyền thống

- Xử lý nước bằng công nghệ màng (lọc màng RO - thẩm thấu ngược)

- Xử lý nước bằng các công nghệ lọc: Dùng than hoạt tính, hạt vật liệu lọc, vật liệu lọc Nano

Công nghệ lọc bằng vật liệu Nano còn khá mới mẻ, một công nghệ hiện đại cho hiệu quả xử lý cao, giá thành phù hợp Ở Việt Nam công nghệ Nano cũng đã thu hút được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu, trong đó có nghiên cứu chế tạo ống Nano cacbon Cơ sở đầu tiên chế tạo thành công ống Nano cacbon ở Việt Nam

là viện Khoa học vật liệu (IMS) thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST) Trung tâm ITIMS (thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội) là cơ sở thứ hai chế tạo thành công Carbon Nanotubes (CNTs) vào năm 2003, tiếp theo đó là Viện Vật

lý Kỹ thuật (trường Đại học Bách Khoa Hà Nội) vào khoảng đầu năm 2005 Năm

2007 Tiến sỹ Nguyễn Hoài Châu và tập thể các nhà khoa học Viện Công nghệ môi trường (Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam) thực hiện đề tài "Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu lọc Nano từ axetat xenlulo và ứng dụng lọc Nano trong quy trình xử lý nước sinh hoạt bị ô nhiễm" Đề tài thiết kế chế tạo một thiết bị lọc Nano công suất 100 lít nước/h, có khả năng xử lý các nguồn nước sinh hoạt, nước thải bị

ô nhiễm asen có độ cứng cao hơn mức cho phép 4 ÷ 5 lần và xử lý nước thải có COD lớn hơn 5000 mg/l Kết quả nghiên cứu cho thấy, màng lọc Nano có khả năng tách Albumin và khả năng bắt giữ chọn lọc đối với các chất điện ly có hóa trị khác nhau như NaCl, Na2SO4 và MgCl2 tương đương với màng Osmonics của Mỹ Vật liệu màng được chọn sử dụng ở đây là Axentat xenlulo, một sản phẩm có thể dễ dàng đặt mua trong nước Ưu điểm lớn nhất của lọc Nano là, với công nghệ này người ta không phải đưa thêm một loại hóa chất hay vi sinh nào vào nước mà vẫn

lấy đi được những tạp chất bẩn Công nghệ này có thể xử lý các nguồn nước có độ cứng toàn phần và COD cao cũng như đối với nước có màu và nước nhiễm phèn chua mặn

Tuy chỉ mới tiếp cận với công nghệ Nano trong những năm gần đây nhưng ngành công nghệ Việt Nam cũng có những bước chuyển tạo ra sức hút mới Nhà nước cũng đã dành một khoản ngân sách khá lớn cho chương trình nghiên cứu công nghệ Nano cấp quốc gia với sự tham gia của nhiều trường Đại học và Viện nghiên cứu Hàng năm, nhiều cuộc hội thảo trao đổi kinh nghiệm về nghiên cứu vật liệu Nano đã được tổ chức như: Hội thảo về ứng dụng công nghệ Nano sản xuất các thiết bị xử lý và lọc nước do hội Thông tin Khoa học kỹ thuật thành phố Hà Nội, công ty Vivina phối hợp với Tập đoàn Biocera (Hàn Quốc) tổ chức ngày 24/9/2004, tại Hà Nội Biocera đã giới thiệu việc sử dụng công nghệ Nano chế tạo hạt Ceramic dùng để xử lý nước Từ các dạng hạt này, sản xuất ra các thiết bị lọc nước dùng trong sinh hoạt (sản phẩm đã được Bộ Y tế và cơ quan an toàn thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) chứng nhận chất lượng); Hội thảo quốc tế về khoa học vật liệu tiên tiến và công nghệ Nano tổ chức ngày 16/9/2008 tại Nha Trang Hội nghị nhằm nâng cao khả năng hợp tác về công nghệ vật liệu giữa các nước ASEAN và thúc đẩy nghiên cứu công nghệ Nano ở Việt Nam; Hội thảo quốc tế về khoa học vật liệu tiên tiến và công nghệ Nano cùng Diễn đàn công nghệ Nano Châu Á-Thái Bình Dương lần thứ

7, hội thảo do Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, hội Vật lý Việt Nam, hội Khoa học vật liệu Việt Nam phối hợp cùng một số trường Đại học có chuyên ngành liên quan và đại diện các nhà khoa học của 15 nước trong khu vực châu Á-Thái Bình Dương tổ chức tại Hà Nội trong 4 ngày 8-12/11/2010 Ngoài ra, rất nhiều các nhà khoa học đã có các đề tài, công trình khoa học nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nano trong lĩnh vực xử lý nước và đã đạt được những ý nghĩa thiết thực có thể áp dụng trong thực tiễn như: Đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị sử dụng vật liệu Nano để xử lý nước có nhiễm Asen phục vụ cấp nước sinh hoạt nông thôn”.Hiện nay, trên thị trường Việt Nam đã có rất nhiều loại sản phẩm máy lọc nước sử dụng công nghệ Nano, trong đó có hai dòng sản phẩm máy lọc nước Nano

công nghệ của Nga và sản suất tại Nga Máy lọc nước Magistr dùng chất liệu hạt

Nano USVR không những lọc các chất kim loại nặng, khử khuẩn, mà có các máy

chuyên dụng khử asen (thạch tín) rất tốt ngay cả khi nguồn nước sinh hoạt nhiễm

asen ở nồng độ đạt tới 0,2÷0,25 mg/lít Dòng máy lọc nước Duet, Solo sử dụng loại

chất liệu Nano màng AquaVallis với tốc độ lọc 120÷500 lít mỗi giờ Các máy lọc

nước này không chỉ lọc các chất bẩn vô cơ, hữu cơ mà nó còn có khả năng lọc nước

bị nhiễm bẩn vi sinh ở mức cao đạt sạch 100% vô trùng Những dòng máy này do

Công ty Sunny-Eco (Công nghệ Sinh thái Ánh Dương) ở Hà Nội nhập khẩu

1.4 Tổng quan về nhu cầu nước sinh hoạt cho vùng thường xuyên ngập lũ

Nước sạch cho sinh hoạt là một trong hai vấn đề cấp bách của chương trình

mục tiêu quốc gia nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn đã được Thủ tướng

chính phủ phê duyệt Đối với vùng ngập lũ thì nhu cầu về nước sạch càng trở nên

cấp thiết hơn, người dân nơi đây đang phải đối mặt với hàng loạt những khó khăn

về nhu cầu nước sinh hoạt:

- Không có nguồn nước hợp vệ sinh để sử dụng cho sinh hoạt hằng ngày;

- Nguồn dự trữ nước mưa có hạn, rất hạn chế và không đủ sử dụng cho sinh

hoạt (đó là chưa kể đến tình trạng nước mưa bị ô nhiễm);

- Các nguồn nước mặt thường xuyên bị đục, bị nhiễm mặn, nhiễm phèn, hoặc

bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ, các chất độc hại trong nông nghiệp, các vi

trùng gây bệnh Tất cả các yếu tố đó gây khó khăn cho thói quen sử dụng

trực tiếp nước mặt để ăn uống, sinh hoạt;

- Nguồn nước ngầm bị nhiễm phèn với hàm lượng sắt từ trung bình đến cao,

thậm chí rất cao, hoặc bị nhiễm nitrat, amoni, thạch tín, … nhiều vùng còn bị

lợ nên không thể sử dụng trực tiếp cho sinh hoạt và ăn uống;

- Vào mùa lũ, nước lũ gần như cuốn trôi tất cả các chất ô nhiễm có trên mặt

đất, mang theo nhiều phù sa, các chất độc hại, các vi sinh vật và vi trùng gây

Formatted: Font color: Auto

bệnh Sử dụng trực tiếp nước lũ để sinh hoạt, ăn uống hàng ngày là tình thế bất khả kháng đối với người dân vùng ngập lũ;

- Các chất thải sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp và chăn nuôi hầu như không được kiểm soát và chính chúng là nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước cục bộ một số nơi và một số bệnh ở người, gây không ít khó khăn cho việc cấp nước sinh hoạt;

- Giá tiền đổi nước từ các dịch vụ tư nhân cung cấp tương đối ở mức cao, vượt quá khả năng của hầu hết người dân nông thôn, nhất là dân cư vùng ngập lũ;

- Các thông tin về công nghệ và kỹ thuật xử lý nước sinh hoạt phần lớn chưa đến được với người dân nông thôn, nhất là dấn cư vùng ngập lũ;

Theo các báo cáo đánh giá của tổ chức WHO thì các bệnh liên quan tới dùng nước không hợp vệ sinh đứng hàng thứ ba sau viêm đường hô hấp và HIV/AID

Bảng 1.2: Các bệnh, nhóm bệnh liên quan tới dùng nước không hợp vệ sinh

Các bệnh do ký sinh trùng trong nước

gây ra

Sán máng; Giun đũa;

Kiết lỵ; Giun chỉ bạch huyết Giun lươn

Các bệnh liên quan đến trung gian

truyền bệnh qua nước

Sốt vàng; Sốt xuất huyết; Sốt rét Bệnh giun chỉ

Những khó khăn, tồn tại trên đã phản ánh thực trạng về nhu cầu nước sinh hoạt của người dân nông thôn nói chung và vùng ngập lũ nói riêng và đặc biệt là nguy cơ gây bệnh do nguồn nước không hợp vệ sinh gây ra là rất đáng báo động Vì

Do đóthế, việc đánh giá hiện trạng chất lượng nguồn nước nhằm đưa ra các giải pháp công nghệ thích hợp nhất, hiệu quả và kinh tế nhất cần phải nghiên cứu và triển khai phần nào đáp ứng nhu cầu cấp bách về nước sinh hoạt của người dân nơi đây

1.5 Nhận xét, đánh giá

Nước sạch là một nhu cầu không thể thiếu được trong đời sống con người Việc cung cấp đầy đủ nước sạch đảm bảo yêu cầu về chất lượng và số lượng luôn luôn là thách thức đối với các nước đang phát triển Tình trạng này càng trầm trọng hơn đối với khu vực thường xuyên bị ngập lũ Trên thế giới cũng như ở Việt Nam

đã có cái nhìn nhận giải quyết bài toán thiếu nước sạch là áp dụng các giải pháp cấp nước, các công nghệ xử lý nước nhằm sử dụng hiệu quả và tiết kiệm nguồn tài nguyên quý giá này Công nghệ Nano cũng đã được quan tâm, nghiên cứu ứng dụng

để góp phần giải quyết bài toán thiếu nước sạch trên toàn thế giới cũng như ở Việt Nam

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO TRONG LỌC NƯỚC,

CẤP NƯỚC SINH HOẠT CHO VÙNG LŨ 2.1 Đánh giá nguồn nước sinh hoạt và các phương pháp xử lý nước sinh hoạt

truyền thống

2.1.1 Các giải pháp xử lý nước trong vùng lũ

Nước sạch cho nông thôn đã và đang được nhà nước quan tâm và đề ra các

mục tiêu cụ thể với các Chương trình Mục tiêu Quốc gia về Nước sạch và Vệ sinh

môi trường nông thôn Thực tế đã thu hút được sự tham gia sôi nổi của các thành

phần xã hội, đặc biệt là sự tham gia của các nhà khoa học với mong muốn góp phần

đưa ra các giải pháp công nghệ phù hợp với mô hình cấp nước nông thôn Tùy theo

đặc điểm nguồn nước ở từng vùng mà đưa ra các công nghệ cấp nước thích hợp

bằng những kỹ thuật xử lý cho từng quy mô khác nhau

Do điều kiện kinh tế, công nghệ, thói quen của người dân vùng lũ các công

nghệ xử lý nước tạm thời chỉ là các biện pháp đơn giản và thô sơ như:

Người dân dùng phèn sắt, phèn nhôm và bổ sung thêm clorin B khử trùng

để có nước sạch cho mục đích ăn uống, sinh hoạt trong và sau thời gian ngập lũ

Một số giải pháp hiện tại áp dụng khi ngập lũ xảy ra như sau:

- Mô hình xử lý nước đơn giản quy mô hộ gia đình tại một cụm dân cư ngập lũ

(keo tụ bằng PAC, khử trùng bằng Cloramin B)

- Mô hình lưu giữ nước mưa, nước sạch bằng lu, vại, bồn, túi cao su mềm

- Mô hình trạm cấp nước tập trung quy mô cụm dân cư công suất nhỏ 150

m3/ngày

Với một số giải pháp công nghệ xử lý nước mặt đơn giản như trên để xử lý

nước lũ thành nước sạch phục vụ sinh hoạt cho người dân thì chất lượng nước có

thể chưa đạt tiêu chuẩn nước ăn uống, đặc biệt còn có ảnh hưởng của ô nhiễm thứ

cấp tạo ra khi sử dụng Cloramin B khử trùng nước vùng lũ

Để khắc phục được các nhược điểm trên, nhiều nhà khoa học và các tổ chức

Formatted: Font: Times New Roma

13 pt, Not Highlight

Formatted: Font: Times New Roma

13 pt, Font color: Black, Not Highligh

Formatted: Font: Times New Roma

13 pt, Font color: Black, Not Highligh

Formatted: Font: Times New Roma

13 pt, Font color: Black, Not Highligh

Formatted: Font: Times New Roma

13 pt, Font color: Black, Not Highligh

Formatted: Font: Times New Roma

đã nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ xử lý nước sử dụng vật liệu Nano để tạo ra các

sản phẩm thiết bị lọc nước phù hợp cho vùng ngập lũ miền Trung và đồng bằng

sông Hồng

Do nước vùng ngập lũ có độ đục cao, lượng vi khuẩn gây bệnh vượt nhiều so

với TCCP và công nghệ xử lý được hoàn thiện bằng nhiều giải pháp tích hợp (xử lý

sơ bộ bằng keo tụ qua thiết bị phản ứng dạng ống + lắng, lọc cát; xử lý tinh bằng vật

liệu lọc đa năng, than hoạt tính, vật liệu trao đổi Ion + lọc tinh; xử lý triệt để bằng

vật liệu lọc Nano), Thiết bị có các nhánh lọc thô + lọc tinh để cấp nước sinh hoạt và

nhánh xử lý triệt để cấp nước ăn uống Thiết bị công suất lớn dùng điện ~ 0,6 kW/h

(có trang bị kèm 1 máy phát điện 2KVA) Trọng lượng thiết bị < 200kg để dễ dàng

di động đến điểm tập kết dân.Thiết bị xách tay: không dùng điện, sử dụng 01 bơm

tay để tạo áp lực qua 04 cột lọc

Rất khó có thể thống kê và đánh giá một cách đầy đủ về các mô hình, giải

pháp kỹ thuật và công nghệ hiện có nhằm giải quyết vấn đề nước sạch cho nông

thôn Riêng đối với vùng lũ, các thông tin còn rất ít ỏi Sau đây là một số công nghệ

cấp nước sinh hoạt đang được áp dụng với quy mô từ hộ gia đình đến tập trung quy

mô lớn:

2.1.1.12.1.2 Công nghệ cấp nước nhỏ lẻ quy mô hộ gia đình

a Lu chứa nước

Một công trình chứa nước hoàn chỉnh phải bao gồm cả phần mái hứng, máng

thu, ống dẫn và lu chứa

Mái hứng: Tốt nhất là mái ngói, mái tôn hoặc mái bằng bê tông Nếu mái hứng

là mái lá thì nên lọc nước trước khi cho chảy vào lu chứa Diện tích mái hứng cần

đủ rộng để hứng đủ lượng nước mưa cần thiết

Máng thu: Tốt nhất là làm bằng máng tôn (có thể bằng ống tre, thân cau bổ

đôi) Máng đóng vai trò quan trọng trong việc thu hứng, cần được treo đỡ cẩn thận

Formatted: Font: Times New Roma

Formatted: Outline numbered +

Level: 1 + Numbering Style: 1, 2, 3, + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 0 cm + Indent at: 0,63

Formatted: Outline numbered +

Level: 2 + Numbering Style: 1, 2, 3, + Start at: 6 + Alignment: Left + Aligned at: 1,26 cm + Indent at: 1, cm

Formatted: Font: Times New Roma

Bold, Italic

Formatted: List Paragraph, Level 3

Indent: Left: 0 cm, Hanging: 1 cm, Space Before: 6 pt, Line spacing: 1 lines, Outline numbered + Level: 3 + Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start

1 + Alignment: Left + Aligned at: 0 + Indent at: 1,27 cm, Keep with ne

Formatted: Font: Times New Roma

Italic

Formatted: Font: Times New Roma

để hứng được nhiều nước nhất trong mỗi lần mưa Không nên lấy nước từ mái lợp fibroximang, bởi một lượng nhỏ bột amiang từ ngói có thể lẫn vào nước, gây độc Chỉ nên hứng nước mưa bằng mái tôn và mái ngói hoặc mái bê tông

Dung tích lu chứa có thể từ vài trăm đến 2.000 lít

Ưu điểm: Lu chứa nước mưa có ưu điểm dễ làm, dễ vận chuyển, bền, nhẹ, ít tốn vật tư Giá thành xây dựng thấp hơn nhiều so với bể xây gạch hay bê tông Mỗi gia đình có thể dung 2 hay 3 lu chứa tùy theo số người sử dụng Lu chứa nước thích hợp cho dân cư những vùng ngập lũ quanh năm sống trên thuyền

Hạn chế: Do đặc điểm khí hậu ở những vùng ngập lũ, mùa khô thường ít mưa,

do vậy hạn chế nước dùng hàng ngày Lu chứa không được che đậy cẩn thận sẽ là nơi sinh sản của muỗi, côn trùng, nguồn gốc của nhiều căn bệnh truyền nhiễm

Hình 2.1: Lu chứa nước mưa

b Bể chứa nước

Giống như lu chứa nước, bể chứa nước là một công trình thu nước mưa sử dụng cho mục đích sinh hoạt Bể chứa có thể xây dựng lớn hơn lu chứa nước, dung tích bể chứa thường từ 4m3 đến 10m3, được xây dựng kiên cố tại một nơi nào đó Bể

có thể xây bằng gạch, bê tông, chìm dưới đất hay nửa trên nửa dưới sao cho phù hợp với địa hình nơi cư trú

Ưu điểm: Có thể sử dụng để lưu trữ nước mưa với lượng nước nhiều hơn và sử dụng được lâu hơn

Bể chứa nước có hạn chế là không thể di chuyển được khi nước lũ dâng lên và

vì thế bể chứa nước sẽ chìm trong nước lũ, không thể lấy nước trong bể chứa cho mục đích cấp nước sinh hoạt

Hình 2.2: Bể chứa nước mưa

c Công nghệ trữ nước trên thị trường

Là những dụng cụ chứa nước đảm bảo tiêu chuẩn, có nắp đậy kín đảm bảo vệ sinh, được chế tạo sẵn theo các dung tích khác nhau, vật liệu chế tạo bằng thép không gỉ, composite, …

Ưu điểm: Sử dụng lưu trữ nước trong một thời gian dài mà không bị ô nhiễm (tái nhiễm), có thể dễ dàng di chuyển đi nơi khác khi cần thiết

Tuy nhiên giá thành các loại dụng cụ chứa nước này tương đối đắt, phù hợp với những hộ gia đình kinh tế khá giả

Hình 2.3: Hình ảnh một số loại thiết bị chứa nước trên thị trường hiện nay

d Công nghệ trữ nước bằng túi nhựa dẻo của nước ngoài

- Là bể kín nên lượng nước trong bể không bị mất đi do bốc hơi, không bị ô nhiễm do phơi nhiễm

- Vận hành đơn giản, thau rửa dễ dàng Nếu cần dể di chuyển đi chổ khác (Bồn có thể gập đi gập lại 70 lần)

- Có khối lượng rất nhẹ (bồn 10m3 có khối lượng 70kg), nên vận chuyển rất

dễ dàng, phù hợp với vùng miền núi, vùng sâu, vùng xa có địa hình hiểm trở

- Công tác thi công, lắp đặt đơn giản, tốn ít thời gian, bồn 10m3 chỉ mất khoảng 1 giờ để hoàn tất lắp đặt

- Bồn chứa có rất nhiều kích cỡ, dung tích có thể từ 5 – 2000 m3, đáp ứng với từng loại hình, qui mô cấp nước khác nhau

Hình 2.4: Mô hình thí điểm áp dụng Công nghệ trữ nước sinh hoạt bằng bồn chứa nhựa dẻo tại Phố Ngọc, xã Trung Minh, TP Hòa Bình, tỉnh Hòa Bình

a Giếng đào hộ gia đình

Hay còn gọi là giếng khơi khai thác nguồn nước ngầm tầng nông Đây là loại hình cấp nước phổ biến ở nước ta Cấu tạo một giếng đào hộ gia đình như sau:

- Thành giếng: Được xây bằng gạch hay ống bê tông đúc sẵn, có tác dụng định hình để giếng không bị sụt lở và nâng cao chất lượng nước trong giếng

- Nền giếng: Bằng bê tông, gạch, đá đảm bảo thuận tiện khi sử dụng, đồng thời ngăn chặn dòng nước bẩn chảy trực tiếp xuống dưới giếng Nền giếng có rãnh dẫn nước thải ra xa vị trí giếng

- Dụng cụ lấy nước bằng gàu múc, bơm tay hoặc bằng bơm điện nhỏ

- Vật liệu lọc gồm sỏi, cát rải ở đáy giếng để lọc cho nước trong và khi bơm không bị vẩn đục

Hình 2.5 : Giếng đào hộ gia đình

Ưu điểm của loại giếng đào là thuận tiện và dễ sử dụng, có thể sử dụng vật liệu và sức lao động ở địa phương nên tiết kiệm được chi phí xây dựng Giếng đào tầng nông phù hợp với điều kiện kinh tế, tự nhiên ở nhiều vùng nông thôn ngập lũ Hiện nay có thể giữ sạch nước giếng khi mùa lũ đến, bằng cách như sau:

- Chuẩn bị trước một tấm vải đi mưa (tăng, bạt hoặc tấm nhựa polyetylen) độ lớn rộng hơn miệng giếng Một sợi dây để dùng buộc quanh miệng giếng một đến nhiều vòng

- Dùng tấm vải nhựa phủ lên miệng giếng, dùng sợi dây buộc quanh giữ tấm vải nhựa đồng thời kéo căng vải Thời điểm bịt miệng giếng tốt nhất là trước khi nước lũ tràn về

- Sau khi nước lũ đã rút hẳn, có thể tháo tấm che miệng giếng ra và vệ sinh xung quanh giếng là có thể sử dụng nước giếng như bình thường

Hình 2.6: Kết cấu giếng đào

b Giếng khoan hộ gia đình

Giếng khoan hộ gia đình sử dụng để thu nước ngầm tầng nông hoặc tầng sâu thường được khoan bằng máy Cấu tạo của giếng khoan bao gồm: Ống lắng, ống lọc, ống chống, cổ giếng,… Một bơm tay được gắn vào đầu cổ giếng, dùng để bơm nước với mực nước động cách mặt đất không quá 7m Nếu mực nước động trên 7m (hoặc có điều kiện kinh tế) có thể sử dụng bơm điện thay cho bơm tay

Nguồn nước từ giếng khoan được xem là sạch và hợp vệ sinh, dễ sử dụng, đặc biệt một giếng khoan có thế cấp nước cho nhiều hộ gia đình Ổn định nước vào mùa khô, công trình gọn, chiếm ít diện tích

Hình 2.7 : Giếng khoan

2.1.1.22.1.2.3 Công nghệ cấp nước sử dụng nước mặt

a Thiết bị lọc nước mặt bằng xô chậu

Dụng cụ và vật liệu:

- Xô nhựa hoặc thùng có dung tích tùy ý,

- Vòi nước (vòi nhựa hoặc bằng ống tre, trúc tự tạo)

- Cát, sỏi

Cách làm như sau:

- Đục lỗ gần đáy xô để lắp vòi nước

- Vặn chặt vòi, nếu vòi tre có thể dùng keo hoặc đất sét để trám

- Cho lớp sỏi có đường kính hạt từ 5-10mm, dày từ 25-50cm phía dưới đáy xô,

sau đó tiếp lớp cát đường kính 0,15-0,35mm, dày khoảng 15-20cm lên trên lớp

sỏi

Phương pháp xử lý:

Formatted: List Paragraph, Level 3

Indent: Left: 0 cm, Hanging: 1 cm, Space Before: 6 pt, Line spacing: 1 lines, Outline numbered + Level: 4 + Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start

1 + Alignment: Left + Aligned at: 1,

cm + Indent at: 2,77 cm, Keep with next

- Cho nước vào xô đã chứa đủ vật liệu lọc (cát, sỏi), cho nước chảy qua vòi, hứng nước để dùng cho sinh hoạt

- Nếu nước chảy ra chưa trong thì có thể lọc lại lần nữa

Hình 2.8: Thiết bị xử lý nước mặt bằng xô chậu

b Thiết bị lọc nước mặt bằng lu

Cách sử dụng lu lọc nước mặt phục vụ hộ gia đình như sau: Cho nước vào lu

số 1 được pha trộn với bột xử lý (12,5g cho 100l nước sông), để lắng sau vài giờ nước sẽ trong Sau đó cho nước qua lu số 2 theo đường ống hút bằng chất dẻo, để nước lọc qua hệ thống lọc Khi sử dụng chỉ cần mở vòi nước ở lu lọc Nếu dùng để uống phải đun sôi

Bố trí vật liệu lọc trong hệ thống lọc: Cho đá 1x2 với độ dày khoảng 10cm, cho tiếp đá trứng (độ dày khoảng cm), tiếp theo là than gáo dừa (dày khoảng 3cm),

bộ lọc (dày khoảng 2,5cm) cuối cùng là cát núi (dày khoảng 20cm) Trên lớp vật liệu lọc lót lưới nilon dày để giữ cát không bị pha trộn khi cho nước vào Tất cả các vật liệu lọc phải được rửa sạch trước khi cho vào hệ thống

Hình 2.9: Lu lọc nước

Hình 2.10: Cách bố trí các lớp vật liệu trong lu lọc

2.1.22.1.3 Công nghệ cấp nước tập trung quy mô nhỏ

2.1.2.12.1.3.1 Công nghệ cấp nước sử dụng nước ngầm

a Hệ thống cấp nước tập trung quy mô nhỏ phổ biến

Hệ thống cấp nước tập trung từ nguồn nước ngầm sử dụng để cấp cho nhiều

hộ gia đình, nước được bơm từ giếng khoan qua khâu xử lý rồi đưa đến các hộ dùng

nước Cấu tạo của hệ thống này như sau:

- Giếng khoan sâu đường kính lớn

Formatted: Indent: Left: 0 cm,

Hanging: 1 cm, Space After: 6 pt, Outline numbered + Level: 3 + Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start

1 + Alignment: Left + Aligned at: 0 + Indent at: 1,27 cm

- Công trình xử lý

- Bể chứa nước sạch

- Trạm bơm nước sạch (có thể có tháp nước)

- Hệ thống đường ống phân phối

Nguyên tắc hoạt động: Nước được bơm từ giếng khoan qua khâu xử lý chất

lượng nước rồi được chứa trong bể có dung tích lớn Sau đó nước được bơm lên

tháp cao hoặc trực tiếp đẩy thẳng vào hệ thống đường ống dẫn đến người sử dụng

b Hệ thống cấp nước tập trung quy mô nhỏ sử dụng công nghệ CEFINEA:

Công nghệ này xử lý nước ngầm nhiễm sắt do trung tâm công nghệ môi

trường CEFINEA nghiên cứu thực hiện, có công suất 4-5m3/h, quy mô phục vụ

600-1000 dân với công suất truyền thống, chủ yếu dùng bể lọc chậm, quản lý đơn

giản, rất phù hợp với điều kiện nông thôn Tính đa dạng và linh hoạt của công nghệ

CEFINEA thể hiện ở các mặt sau:

- Với hàm lượng sắt trong nước ngầm dưới 10mg/l, công nghệ được áp dụng là:

Làm thoáng đơn giản và lọc chậm Còn đối với nước ngầm có hàm lượng sắt

từ 10-35mg/l, công nghệ xử lý là: Làm thoáng sâu, lọc tiếp xúc và lọc chậm

- Về mặt vật liệu và bố trí công trình: Có thể sử dụng các vật liệu khác nhau phụ

thuộc vào kinh phí và điều kiện địa chất như gạch, bê tong, composite, … để

xây dựng lắp đặt các công trình đơn vị riêng lẻ hay hợp khối

Ngoài ra để quản lý vận hành thuận tiện, trong công nghệ triển khai có bố trí

hệ thống tự động điều khiển bơm, hệ thống rửa ngược và phân phối nước đến các

hộ dân

2.1.2.22.1.3.2 Công nghệ cấp nước sử dụng nước mặt

a Hệ thống cấp nước tập trung phổ biến

Hệ thống cấp nước tập trung quy mô nhỏ phổ biến sử dụng nguồn nước mặt

gồm có:

Formatted: List Paragraph, Level 3

Indent: Left: 0 cm, Hanging: 1 cm, Space Before: 6 pt, Line spacing: 1 lines, Outline numbered + Level: 4 + Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start

1 + Alignment: Left + Aligned at: 1,

cm + Indent at: 2,77 cm, Keep with next, Tab stops: 1,25 cm, Left

- Công trình thu nước mặt

- Công trình xử lý chất lượng nước

- Trạm bơm nước sạch

- Hệ thống đường ống phân phối

Nguyên tắc hoạt động: Nước được bơm từ sông, hồ qua khâu xử lý chất lượng

nước và được chứa trong bể có dung tích lớn Sau đó nước được bơm lên tháp nước

hoặc trực tiếp đẩy thẳng vào hệ thống đường ống để dẫn nước đến từng hộ dân và

kiểm soát lượng nước sử dụng bằng đồng hồ

b Hệ thống cấp nước tập trung áp dụng các công nghệ xử lý truyền thống

Mương lọc tự nhiên nổi “hàng rào thực vật nước” (chủ yếu là lục bình) để

giảm độ đục và độ màu, sau đó thực hiện keo tụ và lắng, lọc nhanh, khử trùng và

đưa vào sử dụng Công nghệ xử lý này đã được triển khai trong nhiều năm với quy

mô công suất khoảng 3-5m3

/h và 10-20m3/h

2.1.32.1.4 Công nghệ cấp nước tập trung quy mô lớn

Hệ thống cấp nước tập trung quy mô lớn sử dụng nguồn nước mặt/ nước ngầm

là tổ hợp các công trình có chức năng thu nước, xử lý nước, vận chuyển, điều hòa

và phân phối nước Công trình cấp nước này sử dụng ở quy mô cấp huyện, liên

huyện, thị trấn, thị xã, … Loại công trình này sử dụng công nghệ hiện đại, chi phí

xây dựng và chi phí vận hành cao, việc quản lý cũng đòi hỏi trình độ cao

Hệ thống cấp nước tập trung quy mô lớn được xây dựng và phân phối đến các

đối tượng tiêu thụ nước bằng hệ thống đường ống với việc kiểm soát lượng nước sử

dụng bằng đồng hồ đo nước Quá trình điều hành và quản lý do một cơ quan nhà

nước ở địa phương đảm nhiệm, kể cả việc thu tiền nước Nguồn nước và công nghệ

xử lý nước được lựa chọn tùy theo đặc điểm chất lượng các nguồn nước và điều

kiện địa phương

Formatted: Indent: Left: 0 cm,

Hanging: 1 cm, Space After: 6 pt, Outline numbered + Level: 3 + Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start

1 + Alignment: Left + Aligned at: 0 + Indent at: 1,27 cm

2.1.42.1.5 Công nghệ cấp nước nổi

Một số đặc điểm chính của mô hình này là:

- Quy mô phục vụ cho khoảng 600-1000 dân

- Công suất trạm xử lý khoảng 3-5m3/h

- Thời gian vận hành hệ thống xử lý mỗi ngày là 10 giờ

- Khả năng cung cấp nước sạch bình quân theo đầu người là 50l/người/ngđ

- Nguồn nước: Sử dụng nước mặt từ nguồn nước lũ

- Chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt nông thôn

- Phương thức cấp nước: Nước sạch sau khi xử lý được cấp trực tiếp cho các

ghe thuyền đến đổi nước hoặc đưa lên đài nước đặt trên bờ và từ đó phân phối

đến các hộ dân và các điểm lấy nước

Sơ đồ công nghệ cho hệ thống cấp nước nổi như sau:

Toàn bộ hệ thống xử lý nước được đặt trên thuyền có khả năng chịu được lũ quét và

có thể di chuyển được từ nơi này đến nơi khác Các công trình xử lý được bố trí hợp

khối và sử dụng chủ yếu là các vật liệu composite gọn nhẹ Tận dụng các khoang

thuyền để chứa nước sạch sau xử lý Có thể trang bị sẵn trên thuyền một máy nổ có

công suất thích hợp để chạy các máy bơm khi không sử dụng lưới điện trên bờ

Mạng phân phối

Formatted: Indent: Left: 0 cm,

Hanging: 1 cm, Space After: 6 pt, Outline numbered + Level: 3 + Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start

1 + Alignment: Left + Aligned at: 0 + Indent at: 1,27 cm

2.2 Cơ sở khoa học trong việc ứng dụng công nghệ Nano trong cấp nước sinh hoạt

Kế thừa và phát triển kết quả nghiên cứu của đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị sử dụng vật liệu Nano để xử lý nước có nhiễm Asen phục vụ cấp nước sinh hoạt nông thôn” Đề tài trên là đề tài khoa học công nghệ cấp bộ được thực hiện từ tháng 1 năm 2008, đến nay đã đạt được nhiều kết quả tốt để có thể áp dụng vào thực tiễn như sau:

- Vật liệu Nano là loại vật liệu mới, tuy nhiên tính ứng dụng của nó thì vô cùng rộng rãi trong nhiều ngành nghề, lĩnh vực công nghệ khác nhau, trong lĩnh vực xử lý nước thì vật liệu Nano tỏ ra rất ưu việt, khắc phục được các nhược điểm của các công nghệ lọc nước truyền thống

- Lọc nước bằng vật liệu Nano không đòi hỏi dòng nước chảy qua phải có áp lực lớn, không làm thay đổi tính chất hóa học của nước, mà loại bỏ được hầu hết các chất ô nhiễm trong nước

- Công nghệ chế tạo vật liệu lọc Nano ứng dụng trong xử lý nuớc cấp nuớc sinh hoạt được nghiên cứu và áp dụng thành công ở cộng hòa liên bang Nga

- Các chuyên gia Nga đã sang Việt Nam hướng dẫn, chuyển giao cho các kỹ

sư Việt Nam về một quy trình để sản xuất ra một sản phẩm lõi lọc nước hoàn chỉnh và chất lượng sản phẩm cũng được các chuyên gia Nga kiểm định và chứng nhận đạt được các tiêu chuẩn chất lượng có thể triển khai để sản xuất đồng loạt

- Trong quá trình tiếp nhận công nghệ mới này, các nhà khoa học Việt Nam còn triển khai nghiên cứu cải tiến thiết bị lọc và các chi tiết phụ cũng như qui

mô xử lý của thiết bị để phù hợp hơn với điều kiện kinh tế, nhu cầu sử dụng nước phục vụ sinh hoạt người dân Việt Nam nói chung và người dân ở khu vực nông thôn nói riêng

- Thiết bị lọc sử dụng công nghệ Nanocòn có nhiều khả năng kết hợp với các

biện pháp xử lý nước thông thường mà người dân thường sử dụng để tạo thành các

bộ thiết bị xử lý nước tích hợp có thể xử lý các chất ô nhiễm trong nước một cách

triệt để giúp cho người dân ở vùng nông thôn có được một nguồn nước sinh hoạt

hợp vệ sinh

2.3 Giới thiệu công nghệ Nano trong lọc nước cấp nước sinh hoạt

2.1.52.3.1 Giới thiệu vật liệu Nano

Vật liệu Nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước Nano mét

(=10-9 m) Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng

thái: rắn, lỏng và khí Vật liệu Nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là

vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí Về hình dáng vật liệu, được phân

thành các loại sau:

Hình 2.11: Chuyển giao công

nghệ chế tạo lõi lọc bằng vật

liệu Nano dạng màng (Cộng hòa

Liên Bang Nga) cho Viện nước,

tưới tiêu và Môi trường – Tháng

3 năm 2008

Hình 2.12 : Nghiên cứu chế tạo thiết bị lọc bằng vật liệu Nano cacbon để xử lý Asen

Formatted: Normal, Indent: First li

1 cm, Space After: 0 pt, Line spacin 1,5 lines, No bullets or numbering

Formatted: Indent: Left: 0 cm,

Hanging: 1 cm, Outline numbered + Level: 3 + Numbering Style: 1, 2, 3, + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 0 cm + Indent at: 1,27