Xử lý và giám sát chất lượng nước trong hệ thống phân phối nước

Nước sạch rất cần cho cuộc sống. Do đó, cần phải có các biện pháp giám sát, xử lý thích hợp nhằm phát hiện kịp thời các chất gây ô nhiễm (vi khuẩn, ký sinh trùng và dư lượng hóa chất) trong nước.

Trên thị trường, hiện có nhiều công cụ, thiết bị đo TOC, BOD, ion, Clo, DO, pH, nhiệt độ, độ đục...phục vụ cho các nhà máy xử lý nước trên thế giới. Tuy nhiên, các thông số này chưa phản ánh được các thông tin về hiện diện của vi sinh vật và những ký sinh trùng nguy hiểm (như Cryptosporidium, Giardia), có thể truyền bệnh cho con người. Cryptosporidium oocysts có thể tồn tại trong nhiều tháng trong môi trường nước, kháng lại các loại thuốc khử trùng thông thường như Clo, gây ra bệnh viêm dạ dày ở người. Theo ước tính của Tổ chức Y tế Thế giới, hàng năm có 200 triệu người bị nhiễm ký sinh trùng Giardia, gây ra các bệnh nhiễm trùng đường ruột và u nang. Cryptosporidium và Giardia thường tồn tại trong nước thải. Tuy nhiên, hiện vẫn chưa có hệ thống nào giám sát việc xả vi sinh vào sông, suối, ao, hồ,...Hơn thế, nguồn nước cũng có thể bị ô nhiễm từ dư lượng dược phẩm của các nhà máy dược.

Để giám sát chất lượng nước trong hệ thống cấp nước, cho phép kiểm soát, phát hiện và xử lý kịp thời các chất gây ô nhiễm (dư lượng hóa chất dược phẩm; ký sinh trùng Cryptosporidium và Giardia), nhóm tác giả người Thụy Điển Chowdhury Sudhir; Chowdhury Ulla đã nghiên cứu và  vận hành thành công quy trình giám sát chất lượng nước trong hệ thống cấp nước, cụ thể như sau:

Dòng nước thải được đưa liên tục vào đường ống có bộ đếm laser, với lưu lượng 5-10 lít/phút. Bộ đếm laser hoạt động trong bước sóng từ 330-870nm, liên tục đếm các hạt kích thước khoảng S_n (từ 0.1-100μm) trong dòng nước, và xác định giá trị c_i­ⁿ trên mỗi đơn vị thể tích nước trong khoảng thời gian t.

Tùy theo kích thước hạt mà tương ứng với các chất gây ô nhiễm (kích thước từ 0,5-3μm  cho thấy có sự hiện diện của virus, vi khuẩn trong nước hoặc có sự hiện diện của dư lượng thuốc; kích thước từ 10-25μm là có dấu hiệu hiện diện của ký sinh trùng). Ứng với mỗi khoảng kích thước hạt sẽ xác định một số c_i­ⁿ trên mỗi đơn vị thể tích nước. So sánh c_i­ⁿ với giá trị tham chiếu được xác định trước đó c­­_cefⁿ về số lượng hạt trên một thể tích nước chảy trong đường ống. Giá trị c­­_cefⁿ được xác định cho từng mục đích kiểm tra virus, vi khuẩn, ký sinh trùng hoặc dư lượng thuốc trong đường ống, theo từng thời điểm (ví dụ: 1 giờ, 10 giờ, 1 ngày hoặc thậm chí 1 tuần hoặc lâu hơn).

Việc lấy mẫu nước từ đường ống sẽ được tự động kích hoạt khi c_i­ⁿ vượt quá giá trị ngưỡng được xác định trước TV_Aⁿ (TV_Aⁿ = c­­_cefⁿ + q x σ_n ) trong khoảng thời gian t_Aⁿ (1-5 phút). Việc lấy mẫu nước sẽ được lặp lại nhiều lần cho đến khi số hạt có giá trị thấp hơn TV_Aⁿ. Các mẫu nước sau khi lấy được phân tích trực tiếp hoặc lưu trữ để phân tích sau (tốt nhất là được giữ ở nhiệt độ 4–6⁰C) bằng các phương pháp vi sinh, sinh hóa, hóa học hoặc vật lý.

Khi c_i­ⁿ vượt quá giá trị ngưỡng được xác định trước TV_Aⁿ trong một khoảng thời gian t_Aⁿ thì sẽ phát sinh cảnh báo tự động và gửi đến hệ thống máy tính hoặc điện thoại thông minh qua Internet.

Ngoài ra, khi c_i­ⁿ vượt quá giá trị ngưỡng được xác định trước TV_Dⁿ trong một khoảng thời gian t_Dⁿ (TV_Dⁿ và t_Dⁿ được xác định giống TV_Aⁿ và t_Aⁿ) thì một lượng ozone (ít hơn 5g/m³ nước, nồng độ từ 0,1–2ppm) sẽ được tự động đưa vào nguồn nước để khử dư lượng thuốc, các chất hóa học, hay các vi sinh vật có trong nước. Theo tác giả sáng chế, nồng độ ozone thấp sẽ không làm ảnh hưởng đến chất lượng nước, nhưng có thể làm tổng lượng carbon hữu cơ (TOC) và quá trình đổi màu của nước giảm  20-50% và giảm lượng vi khuẩn trong nước xuống đến 0. Thời gian xử lý bằng ozone kéo dài trong 10–60 phút.

Hệ thống và quy trình giám sát đồng thời xử lý nước tự động này có thể ứng dụng cho nước thải (phải xử lý sơ bộ) hoặc nước cấp. Nước thành phẩm đảm bảo cho sức khỏe con người, theo các tiêu chuẩn hiện hành trên thế giới.