Đặc điểm chất lượng nước suối Tà Vải và khả năng sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt

07/01/2021

     Tóm tắt: Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá đặc điểm chất lượng, lưu lượng nước suối Tà Vải - Hà Giang với tiêu chí dùng trong sinh hoạt. Kết quả phân tích nước trong 2 mùa, mùa khô và mùa mưa của năm 2017 tại 9 điểm quan trắc cho thấy có 12/32 chỉ tiêu là vượt quá quy chuẩn cho phép QCVN08-MT:2015/BTNMT và so với QCVN 01-1:2018/BYT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt và ăn uống. Nguyên nhân của sự ô nhiễm hữu cơ (COD, BOD) và  TSS là do nhà vệ sinh, phân gia súc, gia cầm và sản xuất nông nghiệp theo tập tục của người dân bản địa; ô nhiễm các kim loại nặng như Fe, Mn là do khai thác quặng bất hợp pháp trên đầu nguồn. Ngoài ra,các chỉ tiêu về - coliform, e.coli và dầu mỡ trên suối cũng đáng lo ngại vì tiềm năng gây thiếu oxy hòa tan trong nước của chúng. Chính vì vậy, từ các kết quả quan trắc này, nghiên cứu đã đề xuất sử dụng công nghệ màng siêu lọc (UF) kết hợp với vật liệu lọc đa năng (ODM-2F) để xử lý nước nước suối Tà Vải thành nước sinh hoạt đạt QCVN 01-1:2018/BYT.

     Từ khóa: Suối Tà Vải, vật liệu ODM-2F, màng siêu lọc UF.                                                                                                                                                                          

     1.        ĐẶT VẤN ĐỀ

     Hà Giang là tỉnh miền núi cực Bắc Việt Nam có vị trí đặc biệt quan trọng. Trên địa bàn tỉnh Hà Giang có các con sông lớn chảy qua như: Sông Lô, sông Chảy, sông Gâm [5]. Đây là nguồn cung cấp nước chính cho phần đông của tỉnh. Ngoài ra, tỉnh Hà Giang còn có hệ thống nhiều các sông ngắn và dòng suối lớn nhỏ như sông Nho Quế, Miện, Bạc, Chừng. Hiện nay, những khe suối lớn nhỏ này là nguồn cung cấp nước phục vụ cho sản xuất và đời sống của một bộ phận lớn dân cư trong tỉnh, trong đó có hệ thống suối lớn nhất là hệ thống suối Tà Vải gồm 3 mạng lưới suối chính phân bố ở phía Nam, giữa và Bắc lưu vực là nơi cung cấp nước cho hơn 10.000 hộ dân và một trung đoàn quân đội đóng trên địa bàn [6].

     Suối Tà Vải là một con suối chảy trong địa phận tỉnh Hà Giang, bắt nguồn từ huyện Vị Xuyên, chảy qua xã Kim Thạch, chảy vào TP. Hà Giang, đi qua địa phận xã Ngọc Đường và phường Ngọc Hà rồi đổ vào sông Miện. Suối Tà Vải là nguồn cung cấp chính cho sinh hoạt và hoạt động sản xuất nông nghiệp cho các khu dân cư hai bên bờ suối, doanh trại quân đội Trung đoàn 877 và Trường quân sự thuộc Bộ Chỉ huy quân sự tỉnh Hà Giang. Con Suối này thường có lưu lượng dòng chảy nhỏ, không ổn định, bị tác động rõ rệt bởi các yếu tố lũ quét, mưa bão... Đặc biệt, chất lượng nước luôn biến động giữa ngày mưa và ngày nắng. Nước đầu nguồn có thành phần hóa học thay đổi theo mùa, đặc biệt là hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng và các chất hữu cơ, nước thải sinh hoạt. Giáp ranh giữa xã Kim Thạch và xã Ngọc Đường có 1 đập chắn ngang dòng suối Tà Vải là một đập thủy lợi nhỏ, với nhiệm vụ cung cấp nước tưới tiêu và điều tiết nước theo mùa. Đập được thiết kế và xây dựng vào năm 1996 [5,6].

     Theo tính toán, toàn bộ diện tích lưu vực suối Tà Vải rộng khoảng 30 km² và nằm trên khu vực có địa hình xâm thực bóc mòn, phân cắt mạnh mẽ, độ cao từ 102 m đến 1.181 m (đỉnh núi Đá Đầu ở phía Đông). Vây quanh lưu vực là các dãy núi cao: Phía Tây là núi Mỏ Neo, cao 764m; phía Bắc - núi Bản Tùy cao 315m; Phía Đông - dãy núi Khuổi Vếu cao 746 m, núi Đá Đầu – 1.181 m; Phía Nam - đỉnh Kim Thạnh cao 612 m. Lòng suối chính (cũng là đường đáy địa hình) chảy trên độ cao trung bình 140 đến 170 m [5,6]. Tổng chiều dài của suối là 13,5 km.

      Hiện tại, suối Tà Vải đang chịu tác động rất lớn từ các nguồn thải khác nhau như từ hoạt động sản xuất nông nghiệp, chăn thả gia súc gia cầm theo tập tục của người dân bản địa [6]. Các hoạt động quản lý và bảo vệ môi trường lưu vực đang rất được quan tâm.Với mục đích sử dụng nước suối Tà Vải cấp cho sinh hoạt, cần phải có nghiên cứu đánh giá chất lượngvà có phương pháp xử lý thích hợp.

2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1    Mẫu nước mặt và các chỉ tiêu phân tích

-         Chất lượng nước suối Tà Vải

-         Thông số vi sinh vật: Coliform, E.Coli.

-         Thông số cảm quan và vô cơ: pH, TSS, …

-         Nhóm thông số hữu cơ và dinh dưỡng: DO, BOD₅, COD… Amoni ( NH₃ và NH₄⁺ tính theo N ); Nitrat ( NO₃^- tínhtheo N ), Nitrit ( NO₂^-  tính theo N );

• Thông số Vô cơ và kim loại nặng: Mn, Fe…

2.2    Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp thu thập số liệu.

Phương pháp này dựa trên nguồn thông tin thu thập được từ những tài liệu tham khảo có sẵn (báo cáo tình hình kinh tế xã hội, bài báo khoa học…) để xây dựng cơ sở luận cứ nhằm chứng minh giả thuyết.

            Số liệu được thu thập bằng cách quan sát, theo dõi, đo đạc quan trắc, các thí nghiệm. Để thu thập số liệu, các nhà nghiên cứu thường đặt ra các biến để quan sát và đo đạc (thu thập số liệu).

            Để chọn đối tượng khảo sát trong thí nghiệm, công việc đầu tiên là phải xác định theo QCVN 08-2015/BTNMT và nghiên cứu muốn đo đạc để thu thập kết quả.

            2.2.2. Xác định thông tin về dòng suối và khả năng khai thác nước cấp cho sinh hoạt

Lòng hồ chứa nước Tà Vải được xác định là vùng lòng hồ có mực nước dâng trung bình từ cốt cao cửa xả tràn (tại thân đập chính) lên dần về phía thượng lưu của suối chính Tà Vải và các nhánh nhỏ. Hình ảnh của lòng hồ chứa Tà vải được chụp bằng vệ tinh. Để xác định kích thước và diện tích lòng hồ Tà Vải, nhóm nghiên cứu phải dùng ảnh vệ tinh chất lượng tốt, có độ phân giải cao, tỷ lệ lớn của Google Map [4]. Vậy, lòng hồ được xác định chính xác với kích thước chủ yếu sau:

     + Đo khoảng cách tính theo đường chim bay từ đập tới thượng lưu của hồ dài 650 m.

     + Đo khoảng cách tính theo dòng chảy của suối từ đập tới thượng lưu của hồ dài 1.150 m.

     + Đo chiều rộng lớn nhất của hồ chứa tại thân đập là 50 m.

     + Đo chiều rộng hẹp nhất của hồ chứa là 10 m.

2.2.3. Đánh giá chất lượng nước

• Mẫu được thu thập và bảo quản theo các quy chuẩn... phân tích các chỉ tiêu theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT [2]; Quy chuẩn về chất lượng nước sinh hoạt (quy chuẩn mới QCVN 01-1:2018/BYT) [1], chi tiết trong bảng:

• Phương pháp lấy mẫu: Lấy mẫu theo TCVN 6663-6:2016[7] - Chất lượng nước - lấy mẫu - phần 6: (Hướng dẫn lấy mẫu sông và suối). Nước suối được lấy theo TCVN 6663-6:2016[7] và được bảo quản sau đó đưa về phòng thí nghiệm để phân tích theo các chỉ tiêu được nêu ra.
• Vị trí lấy mẫu:

     Mẫu nước mặt được lấy tại 9 điểm chia làm 2 mùa mùa mưa (MM) và mùa khô (MK) được đánh thứ tự và ký hiệu theo Bảng 1.

     Bảng 1. Địa điểm lấy mẫu và ký hiệu mẫu.

     9 điểm lấy mẫu trên, đều có địa điểm là những điểm có sự thay đổi về lưu lượng, dòng ra, dòng vào của suối, điểm đại diện của hồ chứa Tà Vải.

     Mẫu nước được phân tích tại phòng phân tích môi trường phòng thí nghiệm (VILAS 995 - VIMCERTS 112) - Viện kỹ thuật và công nghệ môi trường, kết quả được đối chứng tại viện Hóa Học Việt Nam.

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
   1. Tính toán phù hợp của Lưu lượng nước suối Tà Vải có khả năng sử dụng cho cấp nước sinh hoạt.

     - Diện tích lòng hồ Tà Vải bằng tổng diện tích lòng hồ chính (dòng chính suối Tà Vải) cộng với diện tích lòng hồ phụ (nằm ở phía Nam của thân đập chính), cộng với diện tích lòng tất cả các nhánh suối nhỏ khác có trong lưu vực:

S _{(Tà Vải) ≈} S _{(lòng hồ chính) +} S _{(lòng hồ phụ) +} S _{(∑ diện tích các nhánh nhỏ)}

• S _{(∑ diện tích các nhánh nhỏ) là không đáng kể (= 0), ta có:}

S (Tà Vải)≈ 0,03482 km²+0,001338 km²

S (Tà Vải)≈ 0,036158 km²

- Xác định

     Lượng mưa trung bình của 4 tháng mùa khô (từ tháng 12 đến tháng 3 năm sau) của 7 năm liên tục là: 40,9 mm [2].

     Sau khi tham khảo các công trình nghiên cứu ở các vùng tương tự ở nước ta, ước tính khoảng 20 - 30% lượng nước mùa khô (≈ 10 mm) có thể tham gia bổ cập cho mạng lưới suối trong lưu vực (30 km²) là:

5. = 0,01 m x 30 x 10⁶ m² = 300.000 m³
5. lượngnước bổ cập mùa khô)

• Xác định lượng nước tham gia dòng mặt (bổ cập cho suối) mùa mưa:

     Lượng mưa trung bình của 8 tháng mùa mưa (từ tháng 4 đến tháng 11) củanăm liên tục là: 246,7 mm [2].

Sau khi tham khảo các công trình nghiên cứu ở các vùng tương tự ởnước ta, ước tính khoảng 20 - 30% lượng nước mùa mưa (≈ 54 mm) có      thể tham gia bổ cập cho mạng lưới suối trong lưu vực (30 km²) là:

5. = 0,054 m x 30 x 10⁶ m² = 1.620.000 m³

(V_bcmưa: lượng nước bổ cập mùa mưa)

1. Kết quả nghiên cứu phân tích mẫu nước hồ Tà Vải:

       Kết quả phân tích 9 mẫu mùa khô và Mùa mưa của nước suối Tà Vải được lấy tại lưu vực suối Tà Vải,các thông số chất lượng nước mặt thực hiện theo hướng dẫn của các tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn phân tích tương ứng của các tổ chức quốc tế gồm có 13 thông sốpH (b); BOD₅ (b); COD (b); DO (a,b); Tổng chất rắn lơ lửng (a,b); Nitrat (NO₃^- tính theo N) (b); Nitrit (NO₂^- tính theo N) (b); Độ cứng tổng (CaCO₃) (a,b); Mn (a,b); Fe (a,b); Tổng dầu, mỡ (c); Coliforms (b); E. Coli (b), mẫu nước khi lấy được mang về phân tích tại phòng phân tích môi trường phòng thí nghiệm (Vilas 995 - Vimcerts 112) - Viện kỹ thuật và công nghệ môi trường, kết quả được đối chứng tại Viện Hóa học Việt Nam. Các thông số hầu hết đạt yêu cầu theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT do Tổ soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt, cột A đảm bảo cho cấp nước sinh hoạt. Tuy nhiên, một số mẫu có dấu hiệu chưa đạt chất lượng cho cấp nước sinh hoạt như:

     Bảng 2: Kết quả phân tích mẫu mùa khô, tại phòng thí nghiệm ngày 21/3/2017

     Bảng 3: Kết quả phân tích mẫu mùa mưa, tại phòng thí nghiệm ngày 15/7/2017

     Nhận xét kết quả phân tích cho thấy:

• BOD₅^(b) vượt từ 2 đến 6 lần (Trung bình BOD5 = 12mg/l)
• COD^(b) vượt từ 2 đến 4 lần  (Trung bình COD = 22mg/l)
• Tổng chất rắn lơ lửng: vượt từ 4 đến 6 lần (Trung bình TSS = 97mg/l)
• Nitrat (NO₃^-tính theo N)^(b), vượt đến 1,5 lần (Trung bình Nitrat = 0.06mg/l)
• Chỉ tiêu Mn ^(a,b): vượt từ 1 đến 4 lần (Trung bình Mn = 0.33mg/l)
•   Fe ^(a,b) vượt từ không đáng kể đến 1,38 lần (Trung bình Fe = 0.53mg/l)
• Coliforms^(b) phát hiện ở mẫu số NM12, NM17, NM18 mùa mưa vượt từ 1 đến 3 lần. (NM12 = 4300MPN/100ml; NM17 = 2400MPN/100ml; Nm18 = 2100MPN/100ml)
• E.Coli^(b) phát hiện ở mẫu số NM2, NM8 mùa khô và NM14, NM15, NM16 mùa mưa vượt từ 1đến 11 lần (NM2 = 230 MPN/100ml, NM8= 230 MPN/100ml,NM14 = 43MPN/100ml, NM15 = 43MPN/100ml, NM16 = 23MPN/100ml).

     Biểu đồ so sánh một số chỉ tiêu không đạt:

     Mùa Khô:

Mùa Mưa:  

      Qua kết quả phân tích cho thấy, chất lượng nước suối Tà Vải có một số điểm ô nhiễm nhẹ, chủ yếu là ô nhiễm hữu cơ do hoạt động sinh hoạt của người dân bản địa xung quang hai bên bờ suối và một số yếu tố tự nhiên. Để có thể cải thiện được chất lượng nước, đáp ứng được yêu cầu cho cấp nước sinh hoạt. Nhóm nghiên cứu đề xuất và xây dựng mô hình dây chuyền xử lý nước suối Tà Vải - Hà Giang.

     3.3.Đề xuất công nghệ xử lý nước suối Tà Vải thành nước cấp cho sinh hoạt

    Theo kết quả phân tích trên thì nước suối Tà Vải không thể dùng cho sinh hoạt, chưa đạt yêu cầu QCVN 01-1:2018/BYT và QCVN 08-MT:2015/BTNMT[1,2]. Vì vậy, để sử dụng cho mục đích sinh hoạt, nước suối Tà Vải cần được xử lý. 

     Tính năng của màng siêu lọc UF (Ultra Filter) được trình bày trong hình 3. Màng lọc UF( Ultra Filtration) hay còn gọi là màng siêu lọc sợi rỗng thẩm thấu, mỗi sợi màng có dạng hình ống, màu trắng, khi lọc cho phép nước đi từ ngoài vào trong lòng ống nhờ áp lực dòng chảy của nước, khi ta bịt một đầu ống lại hoặc uốn ống theo hình chữ (U). Dưới áp lực dòng chảy của nước sẽ thấm qua các mao dẫn có kích thước khoảng từ 0,1~0,001micromet(µm). Với kích thước từ 0,1~0,001micron (µm) màng lọc UF có thể lọc sạch các tạp chất có kích thước nhỏ hơn cả vi khuẩn, loại bỏ dầu, mỡ, hydroxit kim loại, chất keo, nhũ tương, chất rắn lơ lửng,và hầu hết các phân tử lớn từ nước và các dung dịch khác như (phấn hoa, tảo, kí sinh trùng, virut, và vi trùng gây bệnh…) và đặc biệt là có thể triệt tiêu được vi khuẩn tới 99.9% dường như không còn vi khuẩn. Các phân tử có kích thước lớn hơn như các loại tạp chất, virus, vi khuẩn sẽ bị giữ lại và thải xả ra ngoài. qua tất cả các bước lọc khắt khe nhất từ các lõi lọc, cấp lọc và màng siêu lọc UF đã cho ra một nguồn nước siêu tinh khiết đảm bảo sức khỏe tối ưu cho mọi người sử dụng.

     (Dùng lọc nước suối Tà Vải)

Hình 2. Khả năng giữ lại tạp chất (huyền phù, vi khuẩn và virus) của UF [8].

     Qua quá trình thử nghiệm theo mô hình trên kết hợp sử dụng vật liệu hấp phụ (ODM-2F) với màng lọc UF đạt kết quả tốt hơn.

     Vật liệu Hạt lọc đa năng ODM 2F là sản phẩm thiên nhiên có thành phần chính là diatomit, zeolit, bentonit được hoạt hóa ở nhiệt độ cao. Hạt lọc ODM-2F có cấu tạo đồng nhất từ trong ra ngoài và có tỷ trọng nhẹ (khác với các loại vật liệu khác có tỷ trọng khá nặng với cấu tạo kiểu dùng hạt nhân trơ bọc chất tác dụng bên ngoài). Nhờ có đặc tính là chất hấp phụ, hấp thụ nên ODM 2F giữ vai trò xúc tác khi khử sắt (Fe < 35 mg/l khử arsen và khử Flo (vì tác dụng như hạt xúc tác Alumina). Ngoài ra, hạt lọc ODM - 2F còn có thể thay thế đồng thời cả cát thạch anh, hạt xúc tác và than hoạt tính trong quy trình công nghệ xử lý nước và nước thải. Sản phẩm được chứng nhận an toàn cho sử dụng trong cấp nước sinh hoạt và ăn uống.

     Sau 3 lần thử nghiệm với các mô hình ODM-2F, Mô hình màng lọc UF, mô hình ODM-2F kết hợp UF, với công suất 200 lít/ngày, tại viện Kỹ thuật Môi trường Vietsing. Nhóm tác giả thấy rằng, hiệu suất sử dụng mô hình ODM-2F kết hợp UF đạt kết quả tốt nhất, chất lượng nước được cải thiện đáng kể, màng lọc được bảo vệ, có thời gian sử dụng được lâu dài hơn.

     4.KẾT LUẬN

     Nước suối Tà Vải có dấu hiệu ô nhiễm nhẹ, một số chỉ tiêu (BOD₅, COD, Tổng chất rắn lơ lửng, Nitrat (NO₃^-tính theo N), Mn, Coliforms và E.Coli^(b) được phát hiện ở cả mẫu mùa khô và mùa mưa. Để xử lý được nước suối Tà Vải cho cấp nước sinh hoạt, nhóm nghiên cứu đề xuất dây chuyền gồm các modul vật liệu lọc đa năng kết hợp với màng siêu lọc UF đã được đề xuât nhằm xử lý nước suối Tà Vải đạt các chỉ tiêu theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT và QCVN 02/2009/BYT nước cấp cho sinh hoạt của người dân khu vực TP. Hà Giang và Trung đoàn 877.

Phong Phet Sisavengsouk¹, Nguyễn Mạnh Khải¹, Đặng Xuân Thường², Trần Công Việt²

¹ Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

²Viện Công nghệ và Kỹ thuật môi trường, Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam

(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề Tiếng việt IV/2020)

     Lời cảm ơn: Xin cám ơn Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo mọi điều kiện trong quá trình học tập và nghiên cứu khoa học tại trường, cám ơn Ban chủ nhiệm đề tài Tây Bắc²Nghiên cứu ứng dụng công nghệ màng lọc kết hợp với vật liệu lọc đa năng để xử lý nước suối vùng biên giới Tây Bắc cấp nước cho sinh hoạt”, mã số: KHCN-TB.15C/13-18, thuộc Chương trình Khoa học và Công nghệ trọng điểm cấp Nhà nước giai đoạn 2013 - 2018² đã nhận em là người tham gia cùng đồng đội của đề tài, và một lần nữa xin cám ơn thầy PGS. TS Nguyễn Mạnh Khải, TS. Trần Công Việt là người hướng dẫn nghiên cứu khoa học.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Bộ Y Tế, QCVN 01-1:2018/BYT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt và ăn uống, 2018.
2. Bộ Tài Nguyên và Môi trường, QCVN 08-MT:2015/BTNMT Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước mặt, 2015
3. Cục thống kê tỉnh Hà Giang, Niên giám thống kê tỉnh Hà Giang 2017,  2017.
4. Đặng Xuân  Thường, Hoàng Quý Nhân và các cộng sự “Tạp Chí khoa học và công nghệ Đại học Thái Nguyên” Tập 171 số 11 năm 2017, Trang 207 - 211, 2017.
5. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Giang, Báo cáo hiện trạng môi trường tổng thể tỉnh Hà Giang giai đoạn 2011 - 2015, 2015.
6. UBND Xã Ngọc Đường, Báo cáo tình hình kinh tế xã hội của xã Ngọc Đường, p. Ngọc Hà, TP. Hà Giang, 2016.

          7.TCVN 6663 - 6:2016, “Hướng dẫn lấy mẫu nước sông nước suối”, 2016;

          8. So sánh “Ưu nhược điểm của màng lọc UF, NANO, RO”

           9. https://pucomtech.com/tin-tuc/uu-nhuoc-diem-cua-mang-loc-uf-nano-ro-195.html

     Abstract: This study was conducted to assess the characteristics and quality of Ta Vai-Ha Giang spring water flow with criteria for domestic use. Results of water analysis in the two seasons, the dry season and the rainy season of 2017 at 09 monitoring points show that there are 12/32 targets exceeding the permitted standard QCVN 08-MT: 2015 / BTNMT and compared to QCVN 01-1:2018/BYT on drinking and eating water. The cause of organic pollution (COD, BOD) and TSS is due to the custom of indigenous peoples' toilets, cattle and poultry, and agricultural production; pollution of heavy metals like Fe and Mn is due to illegal mining on the watershed. In addition, the criteria for - coliform, e.coli and grease on the stream are also worrisome because of the potential to cause dissolved oxygen in their water.Therefore, from these monitoring results, the study has proposed to use ultrafiltration membrane technology (UF) in combination with versatile filter materials (ODM-2F) to treat Ta Vai spring water to become water activities reached QCVN 01-1: 2018/BYT.

     Key words: Suoi Ta Vai, ODM-2F material, UF ultrafiltration membrane.