Các phương pháp và công nghệ lọc nước

Có khá nhiều phương pháp hiệu quả trong việc xử lý lọc nước để mang lại nguồn nước sạch sử dụng trong đời sống, tuy nhiên không có phương pháp nào có thể được dùng đơn lẻ mà phải kết hợp một vài phương pháp trong một giải pháp xử lý nước để đảm bảo lọc bỏ được hoàn toàn các chất độc hại trong nước.

Bài viết tổng hợp và liệt kê các phương pháp lọc nước phổ biến cũng như ưu nhược điểm của từng phương pháp và cách mà các hệ thống lọc nước đang sử dụng kết hợp chúng với nhau.

Sử dụng than hoạt tính (Activated Carbon)

Than hoạt tính là một nguyên liệu rất tốt cho việc xử lý lọc nước. Nhờ đặc tính không hút nước nhưng hút dầu mỡ, nó giúp loại bỏ một loạt các chất độc hại gây ô nhiễm nước có thể ảnh hưởng đến sức khoẻ như các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (benzen, trichloroethylene), clo, các hoá chất công nghiệp hoà tan như chì, thuỷ ngân, và các chất bẩn có tính "dầu mỡ" khác.

Than hoạt tính trên thị trường máy lọc nước thường có ở dạng bột, dạng hạt và dạng khối, là loại than đã qua xử lý cấu trúc phân tử than để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc của than với các phân tử hóa chất trong nước, giúp hấp thụ các tạp chất bẩn bên trong nguồn nước ô nhiễm. Trong đó, loại than hoạt tính dạng khối có tác dụng tốt nhất trong lọc nước do đặc tính vững chắc của khối than cũng như bề mặt tiếp xúc lớn.

Than hoạt tính dạng khối (block) có tác dụng tốt nhất trong lọc nước

Than hoạt tính lọc nước theo hai cơ chế: lọc cơ học và lọc hút bám. Nhờ các lỗ nhỏ li ti trong cấu trúc than, nó có thể giữ lại các tạp chất, các loại hạt bẩn khi dòng nước đi qua. Đồng thời, bề mặt phân tử than sẽ "hút" các chất hoá học và tạp chất hoà tan trong nước, nhất là các thành phần có tính dầu.

Nhược điểm của than hoạt tính là phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy của nước. Thời gian tiếp xúc giữa dòng nước và lõi lọc càng lâu thì khả năng lọc càng hiệu quả, nghĩa là nước chảy chậm và áp lực nước thấp sẽ giúp lọc nước tốt hơn, điều này có thể mâu thuẫn với nhu cầu lọc nước nhanh và tức thì của người sử dụng.

Kích thước của ống lọc càng lớn thì khả năng lọc của ống lọc than hoạt tính càng tốt, do đó nếu hệ thống lọc nước nhà bạn sử dụng một lõi than hoạt tính nhỏ mà áp lực nước lại lớn thì hiệu quả không cao, đồng thời ống lọc nhanh chóng hấp thụ "no" tạp chất, dẫn đến bị bão hoà không còn tác dụng lọc, cần phải thay thế ống lọc thường xuyên.

Chú ý khi sử dụng lõi lọc than hoạt tính thì không cho nước nóng chạy qua, vì nước nóng làm tăng khả năng hòa tan tạp chất, tăng khả năng "hoạt động" của tạp chất khiến than hoạt tính giảm mất khả năng hút bám hiệu quả.

Sử dụng oxit nhôm hoạt tính

Oxit nhôm hoạt tính được tạo ra bằng cách xử lý quặng nhôm để nó trở nên xốp và rất hút bám, có tác dụng loại bỏ một loạt các chất gây ô nhiễm, trong đó có hàm lượng fluor dư, asen và selen.

Tại Việt Nam, Viện Khoa học vật liệu ứng dụng (Viện KH&CN Việt Nam) đã nghiên cứu thiết kế bộ lọc fluor phù hợp với các đặc điểm sử dụng của vùng nông thôn Việt Nam, gọi là bộ lọc Flowat. Nguyên tắc sử dụng bộ lọc Flowat bao gồm các bước sau: nước nguồn đã lọc hết tạp chất cơ học được tiếp xúc với lớp oxit nhôm hoạt tính, lúc này các ion fluor trong nước được trao đổi và giữ lại trong lớp oxit nhôm hoạt tính. Tùy thuộc vào dung lượng trao đổi của lớp oxit nhôm hoạt tính, hàm lượng fluor trong nước xử lý tăng dần. Với mục đích xử lý nước uống, quá trình vận hành với hàm lượng fluor trong nước xử lý ở mức dưới 0,7 mg/lít được xem như là chu trình làm việc của thiết bị. Khi hàm lượng fluor trong nước xử lý đạt mức 0,7 mg/lít, kết thúc chu trình làm việc.

Sau mỗi chu trình làm việc, lớp oxit nhôm được khôi phục hoạt tính bằng việc cho tiếp xúc với một lượng nhất định dung dịch nhôm sulfat nồng độ 2% (dung dịch tái sinh). Quá trình tiếp xúc này làm giải phóng lượng ion fluor đã hấp phụ trong lớp oxit nhôm hoạt tính trong chu trình làm việc, khôi phục lại hoạt tính của lớp oxit nhôm đối với ion fluor. Sau quá trình tái sinh, lớp oxit nhôm được tráng rửa bằng một lượng nước nguồn để làm sạch lượng dung dịch tái sinh còn dư bám trên lớp oxit nhôm. Khi công đoạn xả rửa kết thúc, thiết bị được tiếp tục với chu trình làm việc mới.

Trao đổi ion anion và cation

Phương pháp này sử dụng các hạt nhựa mang điện tích, gọi là hạt anion hoặc hạt cation, để làm mềm nước, khử khoáng nước, khử kiềm nước, dựa trên nguyên lý hoá học của phản ứng trao đổi ion giữa các hạt nhựa này và chất ô nhiễm cần phải được loại bỏ khỏi nước. Ví dụ, trong trao đổi cation, 1 cation của một chất khoáng có độ cứng cao như canxi sẽ được "trao đổi" thay thế bởi 2 cation natri, điều này mang lại hiệu quả loại bỏ hầu hết các ion canxi, và làm mềm nước.

Trong quá trình sử dụng, các anion hoặc cation trên hạt nhựa sẽ dần cạn kiệt, và được thay thế bởi các anion hoặc cation của các chất gây ô nhiễm. Khi điều này xảy ra, các hạt nhựa phải được hoàn nguyên bằng cách sử dụng một dung dịch đậm đặc của cation hoặc anion cơ sở, quá trình hoàn nguyên sẽ thu hồi lại các cation và anion, đồng thời xả bỏ các chất bẩn đã được hấp thu trước đó.

Hạt trao đổi anion thường sử dụng các anion clorua hoặc hydroxide, dùng để lọc bỏ thủy ngân, các muối vô cơ nitrat, arsen, và nhiều chất bẩn khác. Hạt trao đổi cation thường sử dụng các cation natri hoặc kali clorua, thường được dùng làm mềm nước, loại bỏ chì và radium.

Sử dụng các công nghệ khử trùng

Công nghệ khử trùng sẽ diệt hoặc loại bỏ các chất ô nhiễm sinh học trong nguồn nước, trong đó clo, vi lọc, ozone và tia cực tím là bốn công nghệ chính được sử dụng để khử trùng nước.

Khử trùng bằng Clo

Là quá trình cho chlorine hoặc chloramine vào nguồn nước, khả năng oxy hóa cao của chất hóa học này sẽ "đốt cháy" các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước. Chlorine có thể tiêu diệt hiệu quả các mầm bệnh sinh học như vi khuẩn coliform và legionella, mặc dù nó không có hiệu quả chống lại các ký sinh trùng có vỏ cứng như Cryptosporidium (ký sinh trùng đường tiêu hóa lây theo đường phân-miệng). Clo cũng góp phần xử lý các vấn đề như mùi hôi, màu sắc, vị của nước. Các hóa chất khác như brom và iot cũng có thể được sử dụng để khử trùng nước thông qua nhiều quá trình tương tự như clo, mặc dù ít được sử dụng hơn.

Khử trùng bằng vi lọc

Là phương pháp lọc sử dụng bộ lọc có kích thước lỗ nhỏ hơn 0,2 micron để ngăn ngừa các chất bẩn sinh học đi qua. Bộ vi lọc thường dùng để cơ thể ngăn ngừa ô nhiễm sinh học từ đi qua. Vật liệu lọc thường dùng là gốm và than cục, trong đó gốm được ưa dùng do có thể làm sạch và tái sử dụng nhiều lần. Than cục thì thường phải loại bỏ sau một thời gian sử dụng, tuy nhiên nó có thể lọc sạch nhiều chất bẩn hơn (xem thêm phần than hoạt tính ở trên).

Khử trùng bằng Ozone

Xử lý nước bằng Ozone thường được sử dụng ở quy mô lớn trong thương mại và công nghiệp, tuy nhiên gần đây đã có một số giải pháp khử trùng nước bằng ozone được thiết kế để sử dụng trong gia đình. Ozone sẽ làm oxy hóa các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước, tương tự như cách dùng clo. Một máy tạo ozone sẽ chuyển đổi oxy (O2) có trong không khí thành O3, tức ozone. Lưu ý là, cũng như với clo, quá trình khử trùng nước bằng ozone cần tính toán nồng độ ozone và thời gian tiếp xúc thích hợp.

Khử trùng bằng tia cực tím Ultraviolet Light (UV)

Thiết bị khử trùng nước bằng tia cực tím

Tia cực tím được sử dụng để khử trùng nước bằng cách cho dòng nước chạy qua một ống kín có lắp đèn tia cực tím. Khi;các tia UV được phóng vào dòng nước, cấu trúc DNA/RNA của vi sinh bị thay đổi làm cho chúng không thể tồn tại và sinh sản. Tia cực tím ở một tần số nhất định có thể diệt 99,99% vi khuẩn, tuy nhiên nó không loại bỏ bất kỳ tạp chất gì có trong nước, vì thế nó cần được kết hợp với các phương pháp lọc nước khác và thường được ứng dụng ở công đoạn cuối cùng của hệ thống lọc nước. Nước sau khi được tiệt trùng sẽ giữ nguyên hương vị, các chất khoáng thiết yếu và các nguyên tố vi lượng.

Đông Phong

(Còn tiếp)