Giải pháp khử chì trong cấp nước đô thị ở bang Colorado (Mỹ)

Denver Water, công ty nước lâu đời nhất và lớn nhất bang Colorado (Mỹ), đã phát động Chương trình Giảm thiểu Chì từ đầu năm 2020, và cập nhật trực tuyến một số giải pháp hồi tháng 8 vừa qua nhằm hạn chế tác động tiêu cực của chì trong dịch vụ cấp nước, bao gồm việc bổ sung octophotphat, nâng độ pH và duy trì nó ở ngưỡng cao.

Theo nội dung chương trình, Denver Water, có trụ sở chính ở thành phố Denver, gửi cho khách hàng bộ thử phát hiện chì và hướng dẫn các bước tiếp theo để đảm bảo an toàn cho khách. Công ty lên kế hoạch hàng năm thay thế đường ống nhánh dẫn nước từ mạng lưới chung vào nhà khách hàng.

Chì trong nước

Chì là một trong những kim loại có độc tính rất cao đối với sức khỏe con người. Sử dụng nước uống có chứa lượng chì vượt ngưỡng an toàn có thể không gây tác động ngay lập tức, nhưng chúng sẽ tích tụ lại trong cơ thể, gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng sau này. Ngộ độc chì có thể điều trị, tuy nhiên những biến chứng và tổn thương mà chì gây ra thì không thể khắc phục được.

Từ nửa đầu thế kỷ XX, chì là vật liệu phổ biến, rẻ và dễ gia công. Nó được dùng để sản xuất các đường ống nhỏ dẫn nước sạch từ nhà máy đến các hộ gia đình. Điều này vô tình đã gây ra một mối đe dọa cho sức khỏe người dân, đặc biệt là đối với trẻ em, trẻ sơ sinh và phụ nữ mang thai.

Bổ sung octophotphat

Octophotphat là dạng đơn giản nhất và phổ biến nhất của phốt pho hòa tan trong nước, là một chất an toàn, không vị và không mùi, có mặt tự nhiên dưới dạng photphat trong thực phẩm như bánh mì, pho mát, trái cây và các loại hạt. 

Việc bổ sung octophotphat giúp tạo thêm một lớp phủ bảo vệ bên trong đường nước và hệ thống ống nước gia đình, đủ điều kiện để chống ăn mòn và giảm lượng chì trong nước uống. 

Nhưng giải pháp này lại vô tình làm nảy sinh một vấn đề nghiêm trọng khác. 

Bà Nicole Poncelet-Johnson, giám đốc bộ phận xử lý và chất lượng nước của Denver Water, cho biết việc bổ sung octophotphat sẽ kích thích sự phát triển của một loại tảo mà khi phân hủy sẽ làm cạn kiệt mức oxy hòa tan trong nước, cũng như sẽ bao phủ các van tới nhà máy xử lý gây cản trở quá trình đưa nước vào. Mùi và vị của nước do đó cũng giảm đi đáng kể.

Nước máy người dân sử dụng còn gắn với việc tưới tiêu, tức là nước được xử lý bằng octophotphat sẽ tới những rãnh nước và cuối cùng chảy vào các con lạch, suối, sông và hồ chứa trong khu đô thị. Sự tăng trưởng mạnh của tảo trong thành phố sẽ là điều không thể tránh khỏi. 

Chi phí đưa octophotphat vào và chi phí giải quyết những hệ lụy về ô nhiễm mà nó gây ra quá tốn kém khiến phương pháp này không mấy khả thi. 

Nâng cao độ pH của nước

Chỉ số pH được đo trên thang từ 0 đến 14, trong đó 7 được coi là trung tính, đồng nghĩa với mức độ bazơ hoặc axit của nước đã được cân bằng.

Nâng cao độ pH của nước sẽ giúp giảm tính axit và do đó hạn chế sự ăn mòn của nước. Khi chạm vào ống dẫn, nước có độ pH cao hơn sẽ phản ứng với kim loại và tăng cường lớp phủ bảo vệ hiện có, làm giảm khả năng chì hoặc các kim loại khác xâm nhập vào nước, do đó lượng chì sẽ giảm đáng kể.

Mục tiêu của giải pháp nâng độ pH là tăng độ pH hiện tại ở 7,8 lên ngưỡng mới là 8,8 bằng cách trộn natri hidroxit, một kỹ thuật xử lý nước phổ biến mà Denver Water đã sử dụng từ những năm 1990 để tăng độ pH của nước để giảm độ ăn mòn của đường ống.

Natri hidroxit (hay còn được gọi là xút) là một trong những hóa chất được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Hóa chất natri hidroxit thường có dạng rắn và dạng lỏng. Dạng lỏng có đặc tính dễ phối trộn nạp liệu và bảo quản.

Khi cho xút vào thì một số hidroxit của kim loại sẽ tạo thành dạng bền hơn và dễ kết tủa hoặc tạo keo hơn so với khi không có xút. Điều này sẽ giúp tạo ra một lớp phủ xung quanh đường ống, ngăn chặn việc các kim loại độc hại xâm nhập và gây ăn mòn. 

Nếu kết hợp nâng độ pH với thay thế các đường ống cũ bằng các đường ống đồng mới, không chứa chì, thì mức độ chì gần như sẽ giảm xuống mức tối thiểu.

Ngoài ra, xút cũng có thể ứng dụng trong xử lý nước thải. Trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt hoặc một số nước thải có hàm lượng COD cao, muốn xử lý bằng vi sinh thì cũng cần nâng pH lên bằng cách châm xút vào. Mục đích là đưa pH về mức thích hợp để vi sinh có môi trường thuận lợi để phát sinh và tạo sinh khối. Vi sinh vật sống và phát triển đồng nghĩa với việc xử lý nước đạt hiệu quả.

Khó khăn lớn nhất trong phương pháp này là việc duy trì độ pH. Thay đổi độ pH tại một điểm cụ thể hay tại nguồn cấp nước tương đối dễ dàng, nhưng giữ vững được nó cả về ngưỡng và trên một đường ống dài phân nhiều nhánh là một việc khác. 

Theo báo cáo chu kỳ nửa năm của Denver Water, ngưỡng chỉ tiêu được đặt ra là 8,8, chênh lệch cho phép từ 0,2 đến 0,3. Mỗi thành phố có một hệ thống phân phối nước riêng với chiều dài ống khác nhau, trong trường hợp của thành phố Denver, con số này là khoảng 4.800 km. 

Ngoài ra, những điều kiện khách quan như thời tiết, nhiệt độ, địa hình cũng ảnh hưởng tới chất lượng đường ống và chất lượng nước chảy qua đó. Các đường ống được chôn dưới đất và chịu ảnh hưởng từ nhiệt độ đất trong từng khu vực. 

Để giải quyết những vấn đề này, Denver Water cho biết họ bổ sung thêm kho dự trữ cho các nhà máy xử lý, thực hiện các cải tiến về vật lý và lập trình đối với hệ thống cung cấp hóa học (ở đây là xút). Thiết bị bên trong nhà máy cần được điều chỉnh hoặc bổ sung để đảm bảo độ pH được nâng lên mức thích hợp.

Bên cạnh đó, cần có sự phối hợp gắn kết giữa các nhà máy để thiết kế các hệ thống hoạt động hiệu quả, đảm bảo đạt được mục tiêu pH mới khi hàng triệu lít nước chảy từ nhà máy vào hệ thống phân phối của công ty. 

Tình trạng của nước cũng cần được giám sát liên tục khi nó chảy từ khu vực này sang khu vực khác, các kỹ sư và công nhân cần thu thập các mẫu nước và kiểm tra nhiệt độ, độ trong, độ dẫn điện và độ pH theo thời gian thực để đảm bảo chất lượng tốt nhất, hướng tới mục tiêu cấp nước sạch đô thị hoàn thiện. 

Denver là thủ phủ và thành phố lớn nhất của bang Colorado miền Tây nước Mỹ. Denver Water, thành lập từ năm 1918 và là công ty đại chúng, khai thác nước từ sông Colorado để phục vụ 1,5 triệu khách hàng tại thành phố Denver và các vùng lân cận, chiếm khoảng ¼ dân số của bang.