NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CERAMIC GẮN NANO BẠC ĐỂ SẢN XUẤT BỘ DỤNG CỤ LỌC NƯỚC UỐNG CÁ NHÂN

5

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CERAMIC GẮN
NANO BẠC ĐỂ SẢN XUẤT BỘ DỤNG CỤ LỌC NƯỚC
UỐNG CÁ NHÂN
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

TRẦN THỊ NHÀN

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CERAMIC GẮN
NANO BẠC ĐỂ SẢN XUẤT BỘ DỤNG CỤ LỌC NƯỚC
UỐNG CÁ NHÂN
TRẦN THỊ NHÀN
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 60440301

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRẦN THỊ NGỌC DUNG

HÀ NỘI, NĂM 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Trần Thị Ngọc Dung

Cán bộ chấm phản biện 1: TS. Nguyễn Mạnh Tường

Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Mai Văn Tiến

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày …… tháng ……. Năm 20……


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung
thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày tháng năm 201
HỌC VIÊN

Trần Thị Nhàn


ii

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất
đến Tiến sĩ Trần Thị Ngọc Dung, Trưởng phòng phòng Công nghệ thân môi
trường thuộc Viện Công nghệ môi trường đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt
cho tôi những kinh nghiệm quý báu, những lời khuyên cần thiết trong suốt
quá trình làm luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS. Vũ Thị Mai đã giúp đỡ tôi
trong quá trình thực hiện đề tài, đồng thời tôi xin cảm ơn quý thầy cô, trường
Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, đặc biệt thầy cô khoa Môi trường
đã nhiệt tình truyền dạy những kinh nghiệm quý báu, những phương pháp
nghiên cứu căn bản và những công cụ hỗ trợ đắc lực cho quá trình làm việc và
nghiên cứu hiện tại cũng như trong tương lai.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS.TSKH Nguyễn Đức Hùng và
các bạn đồng nghiệp của Viện Công nghệ môi trường đã giúp đỡ tôi trong
suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn với gia đình, các anh, chị, em, đã hết lòng
giúp đỡ về vật chất và chỗ dựa tinh thần với những lời động viên cho công
việc nghiên cứu để hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn ở lớp CH1MT khóa 1 đã nhiệt tình
giúp đỡ trong suốt quá trình vừa qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 201
HỌC VIÊN

Trần Thị Nhàn


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................... ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................... x
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài luận văn ............................................................ 1
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu.................................................................. 2
2.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................... 2
2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 2
3. Ý nghĩa khoa học của luận văn ..................................................................... 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 4
1.1. Tổng quan về tình hình ô nhiễm môi trường nước hiện nay ...................... 4
1.1.1. Thực trạng ô nhiễm môi trường ........................................................... 4
1.1.2. Tác hại của ô nhiễm môi trường nước.................................................. 6
1.2. Các vi sinh vật gây bệnh trong nước .......................................................... 7
1.2.1. Vi khuẩn gây bệnh hay gặp trong nước .................................................. 7
1.2.2. Chỉ thị sinh vật trong môi trường nước.................................................. 8
1.4. Giới thiệu về ceramic và nano bạc............................................................ 11
1.4.1. Giới thiệu về ceramic ......................................................................... 11
1.4.2. Giới thiệu chung về nano bạc ............................................................. 12


iv

1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới ........................................... 14
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................... 14
1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................... 20
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................24
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 24
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................... 24

2.1.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 24
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị.................................................................... 25
2.2.1. Hóa chất................................................................................................ 25
2.2.2. Thiết bị và dụng cụ................................................................................ 26
2.3. Lựa chọn tỉ lệ hỗn hợp cao lanh/ chất độn và nhiệt độ nung vật liệu
ceramic ............................................................................................................ 26
2.4. Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu ...................................... 30
2.4.1. Phân tích nhiệt trọng lượng (DTG – TG) ........................................... 30
2.4.2. Xác định độ xốp biểu kiến của vật liệu .............................................. 30
2.4.3. Đánh giá độ thôi nhiễm của vật liệu khi tiếp xúc môi trường nước... 31
2.4.4. Phương pháp phân tích vi sinh .............................................................. 32
2.4.5. Xác định diện tích bề mặt và kích thước lỗ xốp (BET) ..................... 34
2.4.6. Xác định cấu trúc tinh thể bằng nhiễu xạ tia X (XRD) ...................... 34
2.4.7. Xác định thành phần nguyên tố trong mẫu bằng phổ kế huỳnh quang
tia X (XRF)...................................................................................................... 34
2.4.8. Xác định kích thước nano bạc bằng việc sử dụng kính hiển vi điện tử
quét (SEM) ...................................................................................................... 35


v

2.4.9. Đánh giá sự rửa trôi bạc từ vật liệu lọc .............................................. 35
2.5. Tính toán, thiết kế bộ dụng cụ lọc nước cá nhân sử dụng vật liệu ceramic
chế tạo được .................................................................................................... 36
2.5.1. Xác định các thông số cơ bản ............................................................... 36
2.5.2. Tính toán kích thước và nguyên vật liệu............................................... 37
2.5.3. Mô tả thử nghiệm với bộ dụng cụ lọc ................................................... 40
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN..................... 42
3.1. Hình thái học của vật liệu ceramic sau khi nung ..................................... 42
3.2. Phân tích đặc tính của vật liệu ceramic xốp nano bạc ............................. 42

3.2.1. Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng DTG - TG ................................... 42
3.2.2. Đánh giá độ thôi nhiễm của vật liệu khi tiếp xúc môi trường nước... 47
3.2.3. Xác định độ xốp biểu kiến .................................................................. 48
3.2.4. Tính diện tích bề mặt của vật liệu lọc theo phương pháp BET ............ 49
3.2.5. Xác định cấu trúc tinh thể (XRD) ......................................................... 51
3.2.6. Xác định thành phần các nguyên tố có trong vật liệu lọc (XRF) ......... 52
3.2.7. Đánh giá sự rửa trôi bạc từ vật liệu lọc ................................................. 54
3.2.8. Kết quả chụp SEM ................................................................................ 55
3.2.9. Khả năng diệt khuẩn của vật liệu lọc ceramic xốp gắn nano bạc theo
thời gian tiếp xúc ............................................................................................. 56
3.3. Ứng dụng vật liệu ceramic xốp nano bạc trong bộ dụng cụ lọc nước cá
nhân

............................................................................................................ 57

3.3.1. Xác định khối lượng riêng của vật liệu ................................................. 57
3.3.2. Tính toán kích thước và nguyên vật liệu............................................... 58


vi

3.3.2. Bộ dụng cụ lọc nước cá nhân ................................................................ 63
3.3.3. Đánh giá chất lượng nước qua cột lọc .................................................. 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 67
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 67
KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 69
PHỤ LỤC 1: THỰC NGHIỆM
PHỤ LỤC 2: THIẾT BỊ
PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH

vii

THÔNG TIN LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Trần Thị Nhàn
Lớp: CH1MT

Khóa: 2015-2017

Cán bộ hướng dẫn: TS.Trần Thị Ngọc Dung
Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu ceramic gắn nano bạc để sản
xuất bộ dụng cụ lọc nước uống cá nhân”
Tóm tắt:
Nước vô cùng quý báu và hết sức thiết yếu đối với sự sống của các
sinh vật trên trái đất. Đảm bảo nước sạch cho nhu cầu ăn uống của con
người nhất là với những nơi có điều kiện sống khó khăn như trong thời
gian lũ lụt, những khu vực vùng sâu, vùng xa rất cần được quan tâm và
đầu tư. Ngoài ra, nhu cầu sử dụng dụng cụ lọc nước cá nhân cho quân sự,
dã ngoại,...là rất lớn. Dụng cụ lọc nước cá nhân sử dụng vật liệu ceramic
xốp gắn nano bạc sẽ đáp ứng được yêu cầu này.
Đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu như
DTG-TG, SEM, BET, cũng như đánh giá khả năng diệt vi sinh vật,... từ
đó lựa chọn điều kiện tối ưu chế tạo vật liệu lọc cũng như dụng cụ lọc
nước uống. Từ kết quả nghiên cứu, luận văn tìm ra điều kiện tối ưu để chế
tạo vật liệu lọc là tỷ lệ cao lanh với mùn cưa tẩm muối bạc là 75: 25 và
nung ở 1100 oC trong 60 phút để đạt độ xốp 47,383%. Đã chế tạo thành
công bộ dụng cụ lọc nước cá nhân với công suất 0,3 L/h. Kết quả ban đầu
cho thấy, bộ dụng cụ này có khả năng loại bỏ hoàn toàn các vi sinh vật và
một lượng Asen có mặt trong nước đầu vào là nước Hồ Tây.

Kết quả của luận văn có thể áp dụng dùng để sản xuất bộ dụng cụ
lọc nước cá nhân cho nhu cầu dã ngoại và những nơi thường xuyên xảy ra
lũ lụt, không có điện và thiếu nguồn nước sạch.


viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
ADN
APTES

Giải thích
: Axit deoxyribonucleic
: 3-aminopropyltriethoxysilane

BET

: Phương pháp Brunauer-Emmett-Teller

BJH

: Phương pháp Barrett-Joiner-Halenda

Bộ TN&MT

: Bộ Tài nguyên và Môi trường

BYT

: Bộ Y tế

cs

: Cộng sự

CSF

: Ceramic silver-impregnated filter

CFU

: Colony forming unit

DTG-TG

: Phân tích nhiệt trọng lượng vi sai

ICP-MS

: Phổ khối nguyên tử plasma cảm ứng

SEM

: Kính hiển vi điện tử quét

-SH

: Nhóm sunfohydril

PFP

: Tổ chức Potters for Peace

QCVN

: Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam

TEM

: Kính hiển vi điện tử truyền qua

TS
Viện HLKH&CNVN

: Tiến sĩ
: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

XRD

: X-ray diffraction

XRF

: X-Ray Fluorescence


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tỷ lệ hộ có nguồn nước hợp vệ sinh phân theo vùng ........................ 5
Bảng 1.2. Số ca mắc bệnh truyền nhiễm giai đoạn 2011-2014 ........................ 6
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp giá trị nhiệt độ và trọng lượng hao hụt của vật liệu46
Bảng 3.2. Độ xốp tổng của vật liệu lọc chế tạo được tại nhiệt độ và tỷ lệ nhau
......................................................................................................................... 49
Bảng 3.3. Các tham số vật lý của vật liệu lọc ceramic xốp sử dụng mùn cưa 50
Bảng 3.4. Thành phần các nguyên tố có trong vật liệu ceramic ..................... 53
Bảng 3.5. Khả năng diệt khuẩn E.coli và Coliforms của vật liệu lọc theo thời
gian tiếp xúc .................................................................................................... 56
Bảng 3.6. Kết quả phân tích ICP - MS............................................................ 66


x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc ...................................................... 12
Hình 1.2. Hình dạng lõi lọc và nguyên tắc hoạt động của lõi lọc ................... 14
Hình 1.3. Bộ lọc nước sử dụng một lõi lọc và hai lõi lọc ............................... 14
Hình 1.4. Bộ lọc nước bằng gốm và thùng chứa nước sau lọc ....................... 16
Hình 1.5. Đĩa lọc bằng gốm ............................................................................ 16
Hình 1.6. Sự kết hợp giữa hạt nano bạc và gốm ............................................. 17
Hình 1.7. Gốm xốp không gắn nano bạc (hình a) và có gắn nano bạc (hình b)
......................................................................................................................... 17
Hình 1.8. Khối lượng của TPA và nano bạc bị phôi vào nước theo thời gian 18
Hình 1.9. Khả năng diệt khuẩn của thiết bị lọc gốm gắn TPA và nano bạc ... 18
Hình 1.10. Hệ thống lọc nước bằng gốm ........................................................ 19
Hình 1.11. Dụng cụ lọc cá nhân Lifestraw ..................................................... 19
Hình 1.12. Màng gốm lọc nước có phủ nano bạc ........................................... 21
Hình 1.13. Bộ dụng cụ lọc nước ceramic xốp cố định nano bạc .................... 21
Hình 1.14. Màng lọc gốm xốp chế tạo tại Bình Định ..................................... 22

Hình 2.1. Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu lọc ceramic có gắn nano bạc ........ 27
Hình 2.2. Cao lanh (hình a) và mùn cưa (hình b) ........................................... 28
Hình 2.3. Lò nung SX 6-13 ............................................................................. 29
Hình 2.4. Bể siêu âm (hình a) và thí nghiệm vật liệu (hình b) ....................... 31
Hình 2.5. Phương pháp pha loãng mẫu theo dãy thập phân ........................... 32
Hình 2.6. Quy trình thực hiện phân tích vi sinh .............................................. 33


xi

Hình 2.7. Phổ kế huỳnh quang tia X Viet Space ............................................ 35
Hình 2.8. Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FE-SEM) ...................... 35
Hình 2.9. Thiết bị ICP – MS Agilent Technologies 7700 series .................... 36
Hình 2.10. Mô hình thử nghiệm ...................................................................... 40
Hình 3.1. Nhiệt độ nung 1100 oC tạo ceramic với tỷ lệ cao lanh/ mùn cưa 100:
0 (a) và cao lanh/ mùn cưa 75:25 (b) .............................................................. 42
Hình 3.2. Diễn biến TG và DTG của hỗn hợp cao lanh/ mùn cưa-AgNO3 khi
tăng nhiệt độ .................................................................................................... 44
Hình 3.3. So sánh diễn biến TG và DTG của hỗn hợp cao lanh-mùn cưa tẩm
AgNO3 với các tỷ lệ 85:15; 80:20 và 75:25 .................................................... 46
Hình 3.4. Độ đục của mẫu ở nhiệt độ khác nhau với cùng thời gian siêu âm 48
Hình 3.5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ/khử hấp phụ của vật liệu ceramic xốp sử
dụng mùn cưa làm chất tạo xốp, nung ở nhiệt độ 1100 oC ............................. 50
Hình 3.6. Phổ XRD vật liệu ceramic xốp nung từ hỗn hợp caolanh/mùn cưaAgNO3. ............................................................................................................ 52
Hình 3.7. Phổ XRF vật liệu ceramic xốp nung từ hỗn hợp caolanh/ mùn cưaAgNO3 ............................................................................................................. 53
Hình 3.8. Sự rửa trôi của bạc từ vật liệu lọc theo thời gian ............................ 55
Hình 3.9. Ảnh SEM bề mặt (a), mẫu không gắn nano bạc (b) và mẫu gắn hạt
nano bạc (c) trên vật liệu ceramic xốp ............................................................ 55
Hình 3.10. Hiệu suất diệt khuẩn theo thời của các mẫu nung ở 1100 oC........ 57
Hình 3.11. Mô hình bộ lọc nước cá nhân (hình a) và cột lọc (hình b)............ 63

Hình 3.12. Mẫu nước Hồ Tây trước khi lọc (M0) và sau khi lọc (M1) .......... 64


xii

Hình 3.13. Kết quả vi sinh nước Hồ Tây trước khi lọc (hình a) và sau khi lọc
(hình b) ............................................................................................................ 65
Hình 3.14. Kết quả đo độ đục của dung dịch trước và sau khi lọc qua thiết bị
......................................................................................................................... 65


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận văn
Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý báu và hết sức thiết yếu đối
với sự sống của các sinh vật trên trái đất. Nước duy trì sự sống quan trọng
hơn cả các thành phần dinh dưỡng khác. Cơ thể con người được cấu thành
chủ yếu là nước. Nước phân phối khắp nơi trong cơ thể như máu, não bộ,
phổi,.... Tuy nhiên, hiện nay rất nhiều người trên thế giới sử dụng nước không
đảm bảo yêu cầu vệ sinh, nó là nguyên nhân dẫn đến các bệnh tật cho con
người.
Mức độ ô nhiễm nước đang ngày càng gia tăng do kiểm soát không hiệu
quả nguồn gây ô nhiễm. Tình trạng này đã và đang gây ra những ảnh hưởng
đến sức khỏe của người, làm tăng nguy cơ ung thư, sảy thai và dị tật bẩm
sinh, dẫn đến suy giảm nòi giống. Theo thống kê của Bộ Y tế và Bộ Tài
nguyên Môi trường trung bình Việt Nam có khoảng 9.000 người tử vong mỗi
năm và gần 200.000 trường hợp mắc bệnh ung thư mới phát hiện, mà một
trong những nguyên nhân chính là sử dụng nguồn nước ô nhiễm.
Tại Campuchia [1], việc sử dụng bộ dụng cụ lọc nước để cung cấp nước

sạch cho gia đình được áp dụng rộng rãi trên cả nước. Ưu điểm là thời gian
làm bộ dụng cụ này nhanh, ngăn ngừa được vi khuẩn vào trong nước, đặc biệt
là tại những nơi khan hiếm nước sạch.
Tuy nhiên, trên thế giới có rất ít dụng cụ lọc nước cá nhân trong những
trường hợp khẩn cấp hoặc những nơi có điều kiện bất lợi. Trong tháng 10, 11
năm 2017 vừa qua ở Việt Nam, miền Trung liên tiếp bị bão đổ vào khiến cho
nước lũ dâng cao trên mức báo động 1 đến 2 mét, có nơi thậm chí đến 8 mét.
Khi ngập lụt diễn ra, ngoài việc liên quan đến lương thực, thực phẩm thì việc
cung cấp nguồn nước sạch cho ăn uống của người dân vùng lũ là rất cấp thiết.


2

Do đó, những người dân vùng lũ, vùng khó khăn ít có điều kiện tiếp cận nước
sạch rất cần một thiết bị, dụng cụ lọc nước gọn nhẹ, không cần dùng điện để
dễ dàng mang theo bên mình, đặc biệt thiết bị, dụng cụ này phải có khả năng
làm sạch nước khỏi các loại vi sinh vật gây bệnh.
Chính vì những nhu cầu bức thiết của người dân vùng lũ và vùng khó
khăn, mà đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu ceramic gắn nano bạc để sản
xuất bộ dụng cụ lọc nước uống cá nhân” đã được chọn làm luận văn cao
học.
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng được quy trình chế tạo vật liệu lọc ceramic xốp gắn nano bạc của
bộ dụng cụ lọc nước cá nhân.
- Đánh giá được hiệu quả diệt khuẩn của vật liệu lọc và dụng cụ lọc.
2.2. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan tài liệu trong và ngoài nước về nghiên cứu chế tạo vật liệu lọc
ứng dụng để xử lý, nước cấp sinh hoạt nhiễm khuẩn và bị ô nhiễm.
- Nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo vật liệu lọc ceramic xốp gắn nano

bạc với các dạng định hình khác nhau như dạng viên, dạng màng bằng
phương pháp khử in-situ.
- Đánh giá các đặc trưng tính chất của vật liệu thu được, khả năng diệt khuẩn
tĩnh, khả năng rửa trôi bạc trong dịch lọc.
+ Các đặc trưng tính chất của vật liệu thu được được thể hiện qua các
phân tích SEM, BET,....
+ Thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của vật liệu
+ Đánh giá khả năng thôi nhiễm bạc của vật liệu lọc .


3

3. Ý nghĩa khoa học của luận văn
- Chế tạo thành công vật liệu lọc ceramic xốp gắn nano bạc dạng hạt bằng
phương pháp in-situ cho phép bạc được gắn đều trên bề mặt các lỗ xốp và
được cố định trên vật liệu và đồng thời làm giảm đáng kể hiện tượng bạc trôi
trong quá trình sử dụng. Vật liệu chế tạo ra có khả năng diệt khuẩn, phù hợp
với việc khử trùng cho nước ăn uống và thích hợp dùng cho bộ dụng cụ lọc cá
nhân.
- Kết quả của luận văn góp phần giải quyết được nhu cầu về nước ăn uống của
các cá nhân ở vùng lũ lụt, vùng khó khăn về nước và nhu cầu dã ngoại.


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về tình hình ô nhiễm môi trường nước hiện nay

1.1.1. Thực trạng ô nhiễm môi trường
Ô nhiễm nước đang là vấn đề đáng báo động trên thế giới hiện nay, đặc
biệt là các nước đang phát triển. Ô nhiễm nước là hiện tượng các vùng nước
như sông, hồ, biển, nước ngầm,... bị các hoạt động của con người làm nhiễm
các chất gây hại cho con người và cuộc sống của các sinh vật trong tự nhiên.
Hiện nay, ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã thực hiện các
chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô nhiễm nước
là vấn đề rất đáng lo ngại. Tốc độ công nghiệp hóa và đô thị hóa khá nhanh
cũng như sự gia tăng dân số gây áp lực càng nặng nề đối với tài nguyên nước.
Môi trường nước ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải của khu công nghiệp,
nước thải sinh hoạt, làng nghề,... chưa được thu gom tập trung để xử lý. Về
tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và khu vực sản xuất nông nghiệp, hiện
nay Việt Nam có gần 76% dân số đang sinh sống ở nông thôn là nơi có cơ sở
hạ tầng còn lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không
được xử lý nên thấm xuống đất hoặc bị rửa trôi, làm cho tình trạng ô nhiễm
nước bởi các hợp chất hữu cơ và sinh vật ngày càng cao. Đặc biệt, trong sản
xuất nông nghiệp do lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật dẫn đến các nguồn nước
ở kênh, mương bị ô nhiễm.
Mặc dù gần đây, chính phủ đã có nhiều chính sách, đầu tư cung cấp
nước sạch, nhưng vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu của người dân nghèo. Một bộ
phận người dân sinh sống tại vùng nông thôn và núi cao vẫn không được tiếp
cận với hệ thống nước sạch hoặc thiếu nước cho sinh hoạt. Giữa các nhóm,
các vùng có thu nhập khác nhau, mức độ được tiếp cận với nước sạch với tỷ
lệ cũng khác nhau (bảng 1.1).


5

Bảng 1.1 Tỷ lệ hộ có nguồn nước hợp vệ sinh phân theo vùng [2].
Tỷ lệ hộ có

Vùng

Tỷ lệ hộ có

nguồn nước hợp

nguồn nước

Vùng

vệ sinh (%)

hợp vệ sinh (%)

Phân theo thành thị - nông thôn
Thành thị

97,7

Nông thôn

87,4

Phân theo vùng
Đồng bằng sông
Hồng
Trung du và miền
núi phía Bắc

98,6

80,2

Bắc Trung Bộ và
duyên

hải

miền

91,0

Trung
Tây Nguyên

82,8

Đông Nam Bộ

98,1

Đồng bằng sông
Cửu Long

81,6

Việc đầu tư hệ thống xử lý nước sinh hoạt cho một hộ gia đình thường
vượt quá mức thu nhập bình quân và mức sống của người dân nông thôn. Do
đó, phần lớn người dân nông thôn vẫn khai thác và sử dụng trực tiếp nước
sông hoặc các thủy vực xung quanh phục vụ cho sinh hoạt.

Có nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan dẫn đến tình trạng ô
nhiễm môi trường nước như: sự gia tăng dân số; mặt trái của quá trình công
nghiệp hóa, hiện đại hóa; nhận thức của người dân về vấn đề ô nhiễm môi
trường chưa cao; cơ sở hạ tầng yếu kém, lạc hậu; lũ lụt,... Đáng chú ý là sự
bất cập trong hoạt động quản lý, bảo vệ môi trường. Các quy định về quản lý


6

và bảo vệ môi trường còn thiếu, cơ chế phân công và phối hợp giữa các cơ
quan, các ngành và địa phương chưa đồng bộ, còn chồng chéo, chưa quy định
trách nhiệm rõ ràng; chưa có chiến lược, quy hoạch khai thác, sử dụng và bảo
vệ tài nguyên nước theo lưu vực, vùng lãnh thổ.
1.1.2. Tác hại của ô nhiễm môi trường nước
Bệnh tật có liên quan đến ô nhiễm nguồn nước đã từ lâu được xem là
một mối đe dọa lớn đối với sức khỏe cộng đồng, đặc biệt các bệnh như: bệnh
tả, bệnh đường tiêu hóa và các bệnh ngoài da,... Tác hại ô nhiễm môi trường
nước đối với sức khỏe con người chủ yếu do nước bị ô nhiễm vi trùng, vi
khuẩn, các chất hữu cơ, asen và kim loại nặng (chì, cadimi, thủy ngân,...) và
các hóa chất độc hại. Hiện nay, vẫn còn nhiều hộ dân sử dụng nước sông, ao
hồ, kênh rạch để phục vụ sinh hoạt hàng ngày nên ảnh hưởng đến sức khỏe,
nguy cơ nhiễm các bệnh về đường tiêu hóa là rất lớn. Báo cáo hiện trạng môi
trường quốc gia [3] đã chỉ ra việc gia tăng các yếu tố nguy cơ từ ô nhiễm
nước, không khí, thực phẩm, rác thải,…ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.
Bảng 1.2. Số ca mắc bệnh truyền nhiễm giai đoạn 2011-2014 [3]
Đơn vị: Số ca mắc bệnh
Tên bệnh

2011

2012

2013

Thương hàn

873

787

807

Lỵ trực trùng

41,506

43.133

40,064

Lỵ amíp

23,305

23,672

21,973

Tiêu chảy

753,714

720,247

660,450

Tay - chân - miệng

113,121

157,391

79,495

Nước ô nhiễm ảnh hưởng đến sức khỏe con người có thể thông qua hai
con đường: một là do ăn uống; hai là do tiếp xúc trong quá trình sinh hoạt và


7

lao động. Trong số các bệnh khác nhau liên quan đến nước thì các bệnh
thường gặp là tiêu chảy do vi rút Rota, dịch tả, thương hàn, viêm gan, viêm dạ
dày, viêm ruột, tiêu chảy, viêm não, giun sán, đau mắt hột, các bệnh do muỗi
truyền (sốt rét, sốt xuất huyết, viêm não Nhật Bản) (bảng 1.2).
Bên cạnh các bệnh về đường tiêu hóa như tiêu chảy, lỵ,… ô nhiễm nguồn
nước còn gây bệnh thiếu máu, bệnh về da. Nguyên nhân chủ yếu do nguồn
nước bị nhiễm asen, kim loại nặng như chì, cadimi,… Tại một số địa phương,
khi quan sát các trường hợp ung thư, viêm nhiễm phụ khoa chiếm từ 40 đến
50 % là do từng sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm [3].
1.2.

Các vi sinh vật gây bệnh trong nước
Các vi sinh vật có trong nước thường gây bệnh đường ruột, chúng

thường sống ký sinh với tế bào vật chủ. Các vi sinh vật hay gây bệnh cho
người và động vật trong nước gồm vi khuẩn, virut, giun sán,…
1.2.1. Vi khuẩn gây bệnh hay gặp trong nước
Shigella: chúng gây ra bệnh lỵ trực khuẩn ở người qua đường tiêu hóa
như thức ăn, nước uống bị nhiễm khuẩn [4]. Shigella cũng có thể lấy nhiễm
trực tiếp từ người qua người. Trong môi trường nước, các loài này có thể tồn
tại hơn 6 tháng [5]. Liều nhiễm của vi khuẩn Shigella là rất thấp, tùy thuộc
vào tình trạng và độ tuổi của người và động vật, ít hơn 100 tế bào vi khuẩn
cũng có thể gây ra các nhiễm trùng [6].
Vibrio cholerae: chúng chỉ gây bệnh cho người (bệnh tả) và xâm nhập
vào cơ thể theo nước uống, thức ăn vào trong dạ dày. Chúng sống lâu trong
môi trường nước [7].
E.coli (Escherichia coli) hay còn được gọi là vi khuẩn đại tràng, là một
trong những loài vi khuẩn chính ký sinh trong đường ruột của động vật máu
nóng nên chúng có mặt ở trong phân người và động vật. E.coli là vi sinh vật


8

hiếu khí, hầu hết chúng không gây hại và đóng vai trò quan trọng trong ổn
định sinh lý đường ruột [5]. Một số E.coli có thể gây ra bệnh tiêu chảy, suy
thận. Sự có mặt của E.coli ở môi trường là một chỉ thị thường gặp cho ô
nhiễm phân [7].
Coliforms là nhóm vi khuẩn phổ biến và sống trong nhiều môi trường
khác nhau như đất, nước, thực phẩm,.... Chúng được xem như một vi sinh vật
dùng cho chỉ thị sinh học đối với chất lượng nước uống vì chúng dễ phát hiện

và định lượng. Coliforms chịu nhiệt có khả năng phát triển trong môi trường
có mặt các muối mật hoặc các chất bề mặt tương tự, và tạo ra axit và khí từ
khả năng lên men lactose trong vòng 48 giờ ở nhiệt độ 44 ± 0,5 °C [8].
1.2.2. Chỉ thị sinh vật trong môi trường nước
Theo QCVN 01:2009/BYT do Cục Y tế dự phòng và Môi trường biên
soạn và được Bộ trưởng Bộ Y tế ban hành theo Thông tư số: 04/2009/TT –
BYT ngày 17 tháng 6 năm 2009 quy định về chất lượng nước ăn uống cũng
sử dụng hai thông số vi khuẩn chỉ thị là Coliforms tổng số và E.coli hoặc
Coliforms chịu nhiệt. Theo quy chuẩn này, nước ăn uống phải đảm bảo không
có Coliforms tổng số và E.coli hoặc Coliforms chịu nhiệt trong 100 mL nước.
Do vi khuẩn có thể lan truyền gây bệnh cho người nên sự hiện diện của E.coli
hoặc Coliforms chịu nhiệt chứng tỏ nước có thể bị nhiễm phân hoặc xử lý
không hiệu quả.
1.3.

Các phương pháp khử trùng nước hiện nay
Các quá trình xử lý cơ học không thể loại trừ được toàn bộ vi sinh vật

có trong nước, việc loại bỏ chúng cần tiến hành các biện pháp khử trùng. Khử
trùng có thể theo quá trình vật lý hoặc hóa học.
Các phương pháp vật lý [9]
-

Phương pháp nhiệt: Khi đun sôi nước ở 100 oC đa số các vi sinh vật bị


9

tiêu diệt. Phương pháp này đơn giản nhưng tốn năng lượng (than, gas, củi,…)
nên thường được áp dụng trong quy mô nhỏ như cá nhân, hộ gia đình.

-

Khử trùng bằng tia cực tím: Tia cực tím không làm thay đổi tính chất hóa

học và lý học của nước. Tia cực tím có tác dụng làm thay đổi ADN của tế bào
vi khuẩn để tiêu diệt chúng. Tuy nhiên, phương pháp này phụ thuộc vào thiết
bị, chi phí đắt nên không thể áp dụng rộng rãi được, đặc biệt là những nơi
chưa có điện.
-

Phương pháp siêu âm: Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ

hơn 2W/cm2 trong khoảng thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ
vi sinh vật trong nước.
-

Phương pháp lọc: sử dụng các loại màng lọc có kích thước lỗ nhỏ như sứ

xốp, các tấm sành,… Lớp lọc này có tác dụng sẽ giữ và loại bỏ đa số vi sinh
vật trong nước có kích thước 1-2 µm.
Phương pháp hóa học [9]
Cơ sở của phương pháp hóa học là sử dụng các chất oxy hóa mạnh như
clo, brom, iốt, axit hypoclorit,…để oxy hóa men của tế bào vi sinh và tiêu diệt
chúng. Do phương pháp hóa học có hiệu suất khử trùng cao nên chúng được
áp dụng rộng rãi ở mọi quy mô.
-

Khử trùng bằng clo và các hợp chất của nó

Clo là chất oxy mạnh dù là nguyên chất hay hợp chất, khi tác dụng với nước

đều tạo ra axit hypoclorit (HOCl) có tác dụng khử trùng rất mạnh. Quá trình
diệt vi sinh vật xảy ra qua 2 giai đoạn: Đầu tiên chất khử trùng khuếch tán
xuyên qua màng tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và
phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào.
Phản ứng đặc trưng là sự thủy phân của clo tạo ra axit hypoclorit và axit
clohyđric:


10

Cl2 + H2O ⇔ HOCl + HCl
Khi sử dụng clorua vôi làm chất khử trùng:
Ca(OCl)2 + H2O ⇔ CaO + 2HOCl
Tốc độ của quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và
nhiệt độ nước tăng. Tốc độ khử trùng bị chậm đi rất nhiều khi trong nước có
các chất hữu cơ, cặn lơ lửng và các chất khử khác.
Tuy nhiên, việc sử dụng clo và các hợp chất của clo có nhược điểm là
tạo thành hợp chất cơ clo có hại cho sức khỏe cho người sử dụng, làm nước
có mùi khó chịu.
-

Khử trùng bằng ion các kim loại nặng
Với nồng độ rất nhỏ của ion kim loại nặng có thể tiêu diệt được các vi

sinh vật và rêu, tảo sống trong nước. Khử trùng bằng phương pháp này đòi
hỏi thời gian tiếp xúc lớn.
-

Khử trùng bằng ôzon
Ôzon được tạo ra bằng cách cho oxy hoặc không khí qua thiết bị phóng

tia lửa điện. Phương pháp này có khả năng khử trùng cao, không gây hại cho
người dùng nhưng lại phụ thuộc quá nhiều vào thiết bị, chi phí đắt, tiêu tốn
nhiều năng lượng điện.
Như vậy, khử trùng nước trên cơ sở các tác nhân hóa học và vật lý
tương đối nhiều nhưng đều có những nhược điểm như phụ thuộc vào điện hay
tạo ra những hợp chất nguy hiểm cho sức khoẻ con người.
Ứng dụng công nghệ nano vào xử lý nước [10]
Trong lĩnh vực xử lý nước, công nghệ nano cung cấp khả năng của một
loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm và vi trùng. Ngày nay, màng nano và bột
nano được sử dụng để phát hiện và loại bỏ các chất hóa học và sinh học bao