Giới thiệu

Từ những vấn đề đặt ra, tác giả đã nghiên cứu áp dụng phương pháp châm clo dạng hạt, áp dụng tại các trạm cấp nước, nghiên cứu điển hình tại Nhà máy nước Mỹ Xuyên 2, thị trấn Mỹ Xuyên, huyện Mỹ Xuyên, tỉnh Sóc Trăng, với công suất cấp nước đạt 2.000 m3/ngđ. Nghiên cứu nhằm đánh giá hiệu quả, mức độ phù hợp của phương pháp châm clo dạng hạt trực tiếp tại các trạm xử lý nước cấp quy mô công suất vừa và nhỏ.

Phương pháp nghiên cứu

ChloRun:

Chlorun (NCO)3) là một hợp chất clo hữu cơ có sẵn ở dạng viên hoặc dạng hạt. NaDCC tạo ra HOCl là chất khử trùng và do đó hiệu quả tương tự như với clo. NaDCC và NaOCl đều khử trùng mầm bệnh dưới nước. NaDCC ổn định hơn dung dịch clo lỏng và có thời hạn sử dụng lâu hơn. Tuổi thọ hơn 30 tháng trong điều kiện ẩm ướt và 5 năm trong điều kiện khô ráo.

So sánh ChloRun với các chất dùng khử trùng nước phổ biến hiện tại

So sánh ChloRun và Natri hypochlorite:

Natri hypochlorite (NaClO)

Natri hypochlorite (NaClO) là hoá chất được sử dụng phổ biến nhất hiện tại.

NaClO phản ứng trong nước theo phương trình sau:

NaClO + H₂O -> HOCl + NaOH

Natri Hypochlorite nước Acid Hypochlorous Natri hydroxit

Đặc tính của Natri hypochlorite: Natri hypochlorite không ổn định và có xu hướng bị phân huỷ, với thời hạn sử dụng ngắn, nhỏ hơn 6 đến 12 tháng (Burch & Thomas, 1998; Lantagne, 2009). Natri hypochlorite tạo ra sản phẩm phụ (DBPs) halogen. Những DBP này đã gây lo ngại với việc sử dụng clo (Hua & Reckhow, 2007; Monarca, et al., 2002; Richardson, et al., 2000). Các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định và hiệu quả của Natri hypochlorite bao gồm: Vận chuyển và lưu trữ không đúng cách; tiếp xúc với nhiệt, ánh sáng và không khí; tiếp xúc với các ion kim loại trong quá trình sản xuất; tăng pH; và nồng độ clo (Burch & Thomas, 1998; Lantagne, 2009; Piskin & Turkun, 1995; Rutala, et al., 1998). Chất khử trùng dạng lỏng không được khuyến nghị ở các nước đang phát triển mà không có thử nghiệm kiểm soát chất lượng liên tục (T. F.Clasen, 2009; Lantagne, 2009. Dung dịch NaOCl có thể bị ăn mòn và không an toàn để xử lý (ATSDR, 2003; Coates, 1985).

ChloRun (NaCl₂(NCO)₃):

ChloRun khi hoà tan trong nước, thủy phân theo phương trình sau:

NaCl₂(NCO)₃ * H₂O + H₂O -> 2HOCl + Na+ + C₃N₃O₃H₃

Chlorun nước Axid Hypochlorous Acid Cyanuric

(Chất khử trùng)

Sản phẩm Acid Hypochlorous (HOCl) từ quá trình thủy phân ChloRun là chất phản ứng và oxy hoá với một loạt các chất hữu cơ và vô cơ trong nước. HOCl trong nước bị phân ly thành acid hydrochloric (HCl) và ion hypochlorite

(OCl-), tuỳ vào độ pH của nước. Acid hypochlorous (HOCl) có khả năng diệt khuẩn cao hơn so với ion hypochlorite (OCl-). Ở cùng nồng độ clo, pH của dung dịch càng thấp thì nồng độ HOCl càng cao, do vậy, khả năng khử trùng càng cao. Có thể nhận thấy sự tương quan giữa nồng độ pH và acid hypochlorite, ion hypochlorite. Ngoài ra, sản phẩm Acid Cyanuric từ quá trình thủy phân ChloRun giúp ổn định clo hoạt tính chống bị phân hủy bởi tia UV từ ánh sáng mặt trời. Do đó, khi sử dụng ChloRun và Hypochlorite, với cùng nồng độ, liều lượng, và môi trường, sau khoảng thời gian thay đổi về pH và tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, lượng HOCl từ ChloRun sẽ cao hơn hẳn so với từ dung dịch hypochlorite. Đây là một trong những ưu điểm nổi trội khi sử dụng ChloRun. Bảng so sánh được đề cập bên dưới:

Bảng 1. Ảnh hưởng của các chất khử trùng khác nhau theo nồng độ pH và HOCl (Dữ liệu thực nghiệm của AICL)

So sánh ChloRun NaDCC.2H₂0 và TCCA (C₃Cl₃N₃O₃):

TCCA với đặc tính hàm lượng clo sẵn có trên lý thuyết cao, giao động khoảng 90%, so với 56% của ChloRun. Tuy nhiên, độ hòa tan trong nước lại thấp đáng kể, chỉ đạt mức 1.2 g/100ml so với 26.2 g/100ml.

Hình 1: Cấu trúc hóa học của TCCA và Chlorun

TCCA là chất dễ cháy và là chất oxy hóa mạnh gây nguy hiểm cho người vận hành. (ChloRun không dễ cháy). Ngoài ra, TCCA rất khô và ăn mòn nên rất nhạy cảm hơn với môi trường ẩm ướt.

Cơ sở lắp đặt công trình nghiên cứu điển hình tại trạm cấp nước Mỹ Xuyên 2

Trạm cấp nước Mỹ Xuyên 2, thuộc địa bàn thị trấn Mỹ Xuyên, huyện Mỹ Xuyên, tỉnh Sóc Trăng, nguồn nước thô từ giếng nước ngầm ở độ sâu 480 m, vị trí thu đặt ngay tại trạm xử lý. Nguồn nước thô đầu vào đạt chất lượng tốt và ổn định, quy trình xử lý qua các giai đoạn theo mô hình sau:

Công tác khử trùng hiện hữu tại trạm cấp nước được thực hiện theo phương thức thủ công, sử dụng clo bột trichloroisocyanuric 90%, công nhân thực hiện châm clo bột bằng tay vào máy khuấy trộn, gây ra nhiều nguy cơ tiềm ẩn về an toàn, nguy hại đến sức khỏe công nhân vận hành và môi trường xung quanh. Qua khảo sát hiện trường, tác giả thu thập được các thông số sau, nhằm mục đích tính toán và lựa chọn hệ thống châm clo dạng hạt mới, hiện đại, tự động hóa và an toàn:

Lưu lượng trung bình ngày: 2.000 m³/ngđ (83.33 m3/h)

Áp lực nước trên đường ống tại vị trí châm Clo: Tối thiểu 1.5 bar

Nồng độ châm clo hiện hữu: 0,4 mg/l

Vật liệu Clo đang sử dụng: Clo bột trichloroisocyanuric 90% (TCCA)

Đồng hồ đo lưu lượng: Đồng hồ cơ có phát xung

Ứng dụng hệ thống châm Clo dạng hạt:

Dựa vào những so sánh đặc tính và hiệu quả giữa TCCA và ChloRun, có thể thấy cần thiết thay đổi hóa chất đang sử dụng tại địa điểm nghiên cứu điển hình là trạm cấp nước Mỹ Xuyên 2, từ TCCA sang sử dụng ChloRun. Tuy nhiên, cần nghiên cứu sử dụng máy pha trộn tự động, dung dịch clo sau khi trộn có nồng độ ổn định ở mức 2% (20,000 mg/l), sử dụng đồng hồ cơ có phát xung làm tín hiệu điều khiển bơm định lượng, châm dung dịch clo sau trộn vào vị trí đường ổng trước khi vào bể chứa nước sạch.

Tính toán công suất hệ thống châm ChloRun:

Thiết lập mô hình và nguyên lý vận hành của hệ thống Chlorun tại Mỹ Xuyên:

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống châm clo dạng hạt tại trạm cấp nước Mỹ Xuyên

Thiết lập mô hình:

Sử dụng nguồn nước từ đường ống cấp cho máy trộn, bảo đảm áp lực đầu vào > 1,5 bars (Theo tiêu chuẩn của máy ChloRun). Bộ điều khiển của máy hoà tan hạt Clo được cài đặt để điều khiển trộn sẵn dung dịch Clo 2% (20,000 mg/L) tại thùng trộn. Đồng hồ cơ lắp đặt trên đường ống sau trạm bơm, gửi tín hiệu xung lưu lượng về hệ thống châm. Bơm định lượng châm dung dịch Clo vào đường ống theo tín hiệu lưu lượng, nồng độ được cài đặt là 0,4mg/L (Phù hợp theo QCVN 01:2009/BYT từ 0,3 – 0,5 mg/l). Lắp đặt thiết bị ghi nhận dữ liệu lưu lượng đồng hồ (lưu lượng vào bể chứa và lưu lượng sau trạm bơm cấp 2), áp lực trạm bơm và cảnh báo khi thùng chứa hết vật liệu hạt ChloRun hoặc khi hệ thống bị lỗi.

Vận hành - bảo trì hệ thống: Hệ thống được cài đặt thông số ban đầu, châm liên tục đảm bảo nồng độ Clo sau khi xử lý là 0,3 mg/L. Trong quá trình vận hành, người vận hành chỉ cần bổ sung thêm vật liệu hạt ChloRun định kỳ mỗi 25 ngày và kiểm tra súc rửa thùng trộn định kỳ 30 ngày.

Các thông số khác cần quan tâm:

Lưu lượng – Lưu lượng nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hoạt động của máy trộn, đòi hỏi đảm bảo lượng nước cấp cho máy trộn.

Nồng độ Clo – Khi nồng độ clo vượt ngưỡng cài đặt, bộ điều khiển sẽ báo lỗi và dừng bơm, sau khi nồng độ hạ xuống dưới ngưỡng cảnh báo, hệ thống sẽ hoạt động lại bình thường.

Khí – Lượng khí sinh ra trong đường ống ảnh hưởng đến chỉ số đồng hồ điện từ đo đọc lượng nước không chính xác, dẫn đến lượng clo châm vào không bảo đảm. Do đó, để khắc phục hiện tượng này, cần lắp đặt các van xả khí ở những vị trí cao cũng như khống chế mực nước trong bồn chứa luôn có nước.

Khả năng bốc hơi – Vật liệu Clo dạng hạt không bay hơi, hạn chế thất thoát trong quá trình vận hành. Do đặc tính không bay hơi nên thời gian lưu giữ trên đường ống mạng lưới được lâu hơn, đảm bảo nồng độ Clo tại vị trí cuối mạng.

Độ pH của nước – Không bị ảnh hưởng bởi pH của nước.

Kết quả

Hình ảnh hệ thống pha trộn và châm định lượng ChloRun dạng hạt tại trạm cấp nước Mỹ Xuyên 2, thị trân Mỹ Xuyên, huyện Mỹ Xuyên, Tỉnh Sóc Trăng:

Sau khi lắp đặt hệ thống châm clo dạng hạt tự động cho trạm cấp nước Mỹ Xuyên 2 – tỉnh Sóc Trăng, kết quả thu được hàm lượng clo dư sau khi châm giao động khoảng 0,4 mg/l, trong khoảng 0,3 – 0,5 mg/l theo quy chuẩn. Lưu lượng châm phụ thuộc và lưu lượng thực tế theo tín hiệu xung phát từ đồng hồ cơ, thay đổi theo chế độ bơm của trạm bơm cấp 2, phụ thuộc vào nhu cầu dùng nước, giờ dùng nước trong ngày.

Hệ thống khuấy trộn và châm định lượng ChloRun dạng hạt thông qua đồng hồ cơ phát xung và bơm định lượng ổn định. Dung dịch Chlorine sau khi trộn không làm tăng độ pH, không chứa các chất gây kết tủa và không gây tắc nghẽn đường ống. Nghiên cứu đã thành công khi thực hiện điển hình hệ thống châm clo dạng hạt tự động tại trạm cấp nước khu vực ĐBSCL. Phù hợp, tiết kiệm, an toàn và tiện lợi.

Hình 3: Hệ thống trộn và châm định lượng Clo khử trùng nước tại Trạm cấp nước Mỹ Xuyên 2

Bảng 2. Lưu lượng vận hành trạm bơm cấp 2 và lưu lượng châm dung dịch clo 2% trung bình trong ngày điển hình tại trạm cấp nước Mỹ Xuyên 2

Bảng 3: Bảng kết quả xét nghiệm clo dư tại trạm cấp nước Mỹ Xuyên – công tác ngoại kiểm của Trung tâm y tế dự phòng, Sở Y tế tỉnh Sóc Trăng

Thảo luận:

Hiện nay, các trạm cấp nước nhỏ lẻ trên địa bàn khu vực ĐBSCL còn đang sử dụng clo khí hóa lỏng, hoặc clo ở dạng Trichloroisocyanuric bột để khử trùng nước và châm bổ sung vào mạng lưới đường ống cấp nước sinh hoạt. Các phương pháp trên chứa nhiều bất cập, rủi ro tiềm ẩn trong quá trình vận chuyển, lưu trữ và vận hành.

Nghiên cứu đã cho thấy được sự phù hợp, kinh tế và tiện lợi trong quá trình khử trùng nước sạch bằng ChloRun dạng hạt. Hệ thống ChloRun tích hợp công nghệ tự động, định lượng hạt Chlorine với tỷ lệ pha được điều chỉnh và giám sát nhằm bảo đảm cung cấp dung dịch khử trùng một cách ổn định, đúng liều lượng. ChloRun dạng hạt là vật liệu hoạt động ổn định và bền bỉ, được chứa trong thùng chứa, dễ dàng vận chuyển và lưu trữ. Hệ thống được tối ưu hóa trong điều khiển và vận hành tự động, có thể được kết nối vào thiết bị điều khiển trung tâm, cảnh báo sự cố từ xa thông qua hệ thống truyền thông di động. Hệ thống khép kín, thân thiện và an toàn đến sức khỏe con người, đây là giá trị lớn nhất mà hệ thống mang lại.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, xu hướng chuyển đổi từ phương pháp châm clo khí hóa lỏng sang công nghệ ChloRun dạng hạt nhằm mục đích khử trùng nước sạch tại các trạm cấp nước và châm bổ sung trên mạng lưới, đặc biệt đối với những nơi cấp nước quy mô công suất vừa và nhỏ, những vùng cấp nước khó khăn khác. Tuy nhiên, trong quá trình triển khai công nghệ, cần cân nhắc đến những yếu tố về khí sinh ra và lượng nước cấp đủ cho hệ thống trộn hạt Chlorun để bảo đảm hệ thống vận hành hiệu quả và an toàn.

Kết quả chứng minh sự phù hợp của ChloRun dạng hạt trong khử trùng nước cấp sinh hoạt, ngoài ra có thể được nghiên cứu nhân rộng trong nhiều ứng dụng khác tương tự như: Hệ thống tưới tiêu, tưới nhỏ giọt; hồ bể chứa nước, hệ thống nhà xanh; chăn nuôi gia súc; khu vực quân sự; các nhà máy, trạm xử lý nước…

Tài liệu tham khảo

Fuqua, G. W. (2010). A comparative review of water disinfection methods appropriate for developing countries and their efficacy, cost-efficiency, and usability (Doctoral dissertation, The University of Texas School of Public Health).

1. Bond, T., Huang, J., Templeton, M. R., & Graham, N. (2011). Occurrence and control of nitrogenous disinfection by-products in drinking water–a review. Water research, 45(15), 4341-4354.

2. White, C. W., & Martin, J. G. (2010). Chlorine gas inhalation: human clinical evidence of toxicity and experience in animal models. Proceedings of the American Thoracic Society, 7(4), 257-263.

3. Gunnarsson, M., Walther, S. M., Seidal, T., Bloom, G. D., & Lennquist, S. (1998, July). Exposure to chlorine gas: effects on pulmonary function and morphology in anaesthetised and mechanically ventilated pigs. In Journal of Applied Toxicology: An International Forum Devoted to Research and Methods Emphasizing Direct Clinical, Industrial and Environmental Applications (Vol. 18, No. 4, pp. 249-255). Chichester: John Wiley & Sons, Ltd..

4. Rook, J. J. (1974). Formation of haloforms during chlorination of natural waters. Water Treat. Exam., 23, 234-243.

5. Rossi#Fedele, G., Guastalli, A. R., Dođramacư, E. J., Steier, L., & De Figueiredo, J. A. P. (2011). Influence of pH changes on chlorine#containing endodontic irrigating solutions. International endodontic journal, 44(9), 792-799.n

TS. VÕ ANH TUẤN

Trường Đại học Kiến trúc TP. Hồ Chí Minh