Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (2), 2017

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LOẠI BỎ CHẤT Ô NHIỄM VÀ ĐẶC TÍNH BẨN
MÀNG CỦA HỆ THỐNG MF XỬ LÝ NƯỚC CẤP AN TOÀN CHO CÁC CƠ
SỞ Y TẾ QUY MƠ NHỎ
Đỗ Thị Bích Ngọc1,*, Trương Minh Hồng1, Bùi Xuân Thành1, Võ Thị Kim
Quyên2, Đào Khánh Châu3 & Trần Thanh Đại3
1
Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
2
Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh
3
Trường Đại học Cơng nghệ Đồng Nai
*Tác giả liên lạc:
(Ngày nhận bài: 12/7/2017; Ngày duyệt đăng: 30/9/2017)
TÓM TẮT
Chất lượng nước sạch cho nhu cầu hàng ngày của các cơ sở y tế đang là vấn đề bức
thiết. Nghiên cứu này tiến hành với mô hình màng MF kết hợp quá trình hấp phụ than
hoạt tính (Powered activated carbon – PAC) xử lý nguồn nước thô cho các cơ sở y tế
quy mô nhỏ. Nghiên cứu được thực hiện với mơ hình màng vi lọc (microfiltration – MF)
xử lý nguồn nước thô trong thời gian 40 ngày với hai chế độ vận hành màng lọc liên tục
(CMF) và màng lọc liên tục kết hợp than hoat tính (CMF-PAC). Mơ hình MF xuất hiện
bẩn màng ở cả hai chế độ vận hành. Trong đó, tốc độ bẩn màng của của quá trình CMF
nhanh gấp 2 lần CMF-PAC. Chất lượng nước đầu ra của mơ hình MF đạt tiêu chuẩn
nước uống theo QCVN01:2009/BYT và tiêu chuẩn nước uống EU 1998. Nghiên cứu còn
giới hạn trong các chỉ tiêu về chất lượng nước và các quá trình màng cơ bản, cần tiếp
tục các nghiên cứu mở rộng để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng nước
uống.
Từ khóa: Đặc tính bẩn màng, MF, xử lý nước cấp, cơ sở y tế.
ASSESS REMOVAL EFFICIENCY AND MEMBRANE FOULING OF MF
SAFETY WATER TREATMENT SYSTEM FOR SMALL-SCALE HEALTH

FACILITIES
1,*
Do Thi Bich Ngoc , Truong Minh Hong1, Bui Xuan Thanh1, Vo Thi Kim Quyen2,
Dao Khanh Chau3 & Tran Thanh Dai3
1
University of Technology, Vietnam National University – Ho Chi Minh City
2
Ho Chi Minh City University of Food Industry
3
Dong Nai University of Technology
*Corresponding Author:
ABSTRACT
The quality of clean water for daily necessities of health facilities is an urgent matter.
Research team operated MF membrane model with (Powered activated carbon – PAC)
activated carbon adsorption process to treat raw water for small health facilities.
Research has been continuous with microfiltration (microfiltration – MF) membrane
treatment of raw water for more than 40 days, two operating modes Continuous
membrane filtration (CMF) and Continuous membrane filtration combined activated
carbon (CMF-PAC). The MF model appeared membrane fouling in both operating
modes. In particular, membrane fouling speed of CMF is twice as fast as CMF-PAC.
The output water quality of the MF model met drinking water standards of
QCVN01:2009/BYT and the EU 1998. Research is limited to basic water parameters
and basic membrane processes. Further research needs to be expanded to meet the
28


Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (2), 2017

increasing demand of quality drinking water.
Keywords: Membrane fouling, MF, supply water treatment, health care facilities.

5
6
7
8
9
10

GIỚI THIỆU
Việt Nam có khoảng 68 nhà máy nước cấp
phục vụ cho sinh hoạt và cho công nghiệp
ở các khu vực đô thị trong đó 70% nguồn
nước cấp sử dụng nước mặt, cịn lại 30%
sử dụng nước ngầm (StoxPlus
Corporation, 2014). Sơng Sài Gịn và
Đồng Nai đóng vai trị quan trọng trong hệ
thống nước cấp cho các thành phố nằm
trong lưu vực. Tuy nhiên, sông Sài Gịn đã
bị ơ nhiễm bởi những chất hữu cơ với
thông số BOD và COD (Department of
Science and Technology, 2013) vượt giới
hạn tiêu chuẩn chất lượng mặt dùng cho
cấp
nước
(cột
A2
QCVN
08:2015/BTNMT (Ministry of Natural
Resources and Environmet, 2015)).
Trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh,
hiện trạng xử lý và sử dụng nước trong các

cơ sở y tế rất khác nhau tùy theo điều kiện
kinh tế cũng như cách quản lý của các cơ
sở y tế. Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có
đánh giá chính thức về hiệu quả xử lý của
các hệ thống xử lý hiện hữu cũng như chất
lượng nước sử dụng cho mục đích ăn uống
trong các cơ sở y tế. Do đó, nghiên cứu
được thực hiện nhằm góp phần đưa ra giải
pháp công nghệ phù hợp xử lý nước cấp an
tồn ứng dụng cơng nghệ màng MF cho
các cơ sở y tế quy mô nhỏ.

NH4+-N
NO3--N
NO2--N
SO42Tổng sắt
COD

mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L

3.3 ± 0.1
< 0.03
~0
4.7 ± 1.7
0.15 ± 0.05

8. ± 3.4

Thí nghiệm mẻ xác định hàm lượng
PAC tối ưu
Quá trình vận hành hệ thống màng MF
được chia thành 2 giai đoạn liên tục: giai
đoạn xử lý màng (CMF – continuous
microfiltration) và giai đoạn xử lý màng
kết hợp q trình hấp phụ than hoạt tính
CMF-PAC (powder activated carbon
combined continuous microfiltration).
Để xác định được nồng độ PAC cho q
trình màng kết hợp q trình hấp hấp phụ,
một thí nghiệm mẻ được tiến hành. Với 3
nồng độ PAC 50 mg/l, 100 mg/l và 150
mg/l tiến hành trong các thời gian tiếp xúc
là 15 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút và
120 phút.
Đánh giá hiệu quả xử lý của màng CMF
Tiếp theo, hàm lượng PAC xác định từ thí
nghiệm mẻ được áp dụng vào q trình vận
hành nghiên cứu mơ hình màng MF vận
hành liên tục (CMF) kết hợp quá trình hấp
phụ PAC. Trong đó, giai đoạn xử lý màng
CMF tiến hành trong khoảng 20 ngày và
giai đoạn xử lý màng kết hợp q trình hấp
phụ than hoạt tính (CMF-PAC) tiến hành
trong khoảng 20 ngày.
Đánh giá tốc độ bẩn màng của hệ thống
MF

Màng MF sử dụng để xử lý nước uống từ
nguồn nước mặt tự nhiên thường xảy ra
hiện tượng bẩn màng do cả hai nguyên
nhân là bẩn màng hạt keo (colloidal
material) và chất hữu cơ tự nhiên (NOM).
Đánh giá tốc độ bẩn màng theo thời gian
vận hành dựa vào sự thay đổi áp suất vận
hành khi duy trì thơng lượng 15 l/m2.h.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Mơ hình màng MF sử dụng nguồn nước
thơ là nước mặt sơng Sài Gịn tại trạm bơm
Hòa phú để tiến hành các phương pháp
phân tích và đánh giá hiệu quả của mơ hình
Bảng 1. Đặc tính nguồn nước sử dụng
cho nghiên cứu
TT Chỉ tiêu Đơn vị
Giá trị
1
pH
7.1 ± 0.2
2 Độ màu
Pt-Co
23.5 ± 2.5
3
Độ đục
NTU
10 ± 2
mgCaCO
104 ± 9

4 Độ cứng
3/l
29


Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (2), 2017

Dựa vào các thông số thời gian, thông
lượng, áp suất chuyển màng để tính xu
hướng bẩn màng theo thời gian. Khi áp
suất đạt giá trị 60 đến 70 kPa thì tiến hành

rửa màng. Nghiên cứu cũng tiến hành đối
với các chỉ tiêu như: độ cứng, nồng độ
nitrate, nồng độ nitrite, nồng độ ammonia,
nồng độ sulfate.

Hình 1. Sơ đồ bố trí thiết bị mơ hình xử lý nước ứng dụng q trình màng CMF và các
vị trí lấy mẫu nước
Do độ đục không phải là vấn đề lớn đối với
màng MF, nên đánh giá hiệu quả thí
nghiệm mẻ xác định dựa trên độ màu và
COD. Trong đó, hàm lượng PAC 100 mg/l
là tối ưu cho mục đích loại bỏ độ màu với
hiệu suất từ 24-32%, hiệu suất loại bỏ
COD trung bình từ 12-22%. Như vậy, dựa
trên kết quả thí nghiệm mẻ quá trình hấp
phụ PAC, lựa chọn nồng độ PAC là 100
mg/l cho quá trình vận hành liên tục trên
mơ hình màng MF kết hợp hấp phụ PAC

(CMF-PAC).
Đánh giá hiệu quả xử lý màng CMF
Độ màu
Nước đầu vào có độ màu từ 21 – 26 Pt-Co,
sau khi xử lý qua q trình CMF giảm
xuống cịn 3 – 6 Pt-Co và qua q trình
CMF-PAC giảm xuống cịn 2 – 6 Pt-Co.
Như vậy, q trình CMF-PAC có thêm
PAC mang lại hiệu quả khử màu cao hơn
do xảy ra quá trình hấp phụ của PAC, giảm
độ màu nước sau xử lý xuống 2 Pt-Co, tuy
nhiên để đạt hiệu quả xử lý như vậy quá
trình CMF-PAC cần vận hành đến ngày
thứ 25, khi đó hàm lượng PAC tích lũy lớn.
Trong nghiên cứu này, màng MF có khả
năng loại bỏ độ màu, q trình màng
CMF-PAC do có kết hợp q trình hấp phụ

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Kết quả thí nghiệm mẻ xác định hàm
lượng PAC tối ưu
Tiến hành phân tích các chỉ tiêu độ màu,
độ đục và COD cho thấy trong khoảng pH
từ 7.5 – 7.7 mẫu nước sau khi tiếp xúc với
PAC đều có độ màu nằm trong khoảng 18
– 24 Pt-Co, trong đó mẫu nước sử dụng
PAC 100 mg/l có độ màu thấp nhất. Tuy
nhiên, COD của mẫu nước sau thí nghiệm
nằm trong khoảng 5 – 11 mg/l với hiệu quả
cao nhất đối với mẫu nước sử dụng PAC

150 mg/l. Do hàm lượng PAC sử dụng cao
hơn mang lại hiệu quả hấp phụ chất hữu cơ
tốt hơn nhưng sự phân tán các phần tử
PAC ảnh hưởng đến độ màu nước. Độ đục
luôn nhỏ hơn 2 NTU trong tất cả các mẫu
thí nghiệm.
Thời gian tiếp xúc trong thí nghiệm mẻ
được xác định trong khoảng từ 15 đến 120
phút, kết quả chưa cho thấy rõ khác biệt
hiệu quả giữa các khoảng thời gian tiếp
xúc khác nhau, tuy nhiên theo các nghiên
cứu trước đây thì trong khoảng 10 đến 120
phút là khoảng thời gian tiếp xúc thường
được áp dụng (Suzuki, 1998 và Treguer,
2008). Thậm chí thời gian tiếp xúc 300
phút đem lại hiệu quả cao đã được thử
nghiệm (Khan, 2009).
30


Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (2), 2017

PAC có hiệu quả loại bỏ độ màu cao hơn
q trình màng CMF.

Tổng sắt
Nguồn nước đầu vào có nồng độ Sắt thấp,
nằm trong khoảng 0.1 – 0.2 mg/L, thấp
hơn cả tiêu chuẩn khi QCVN
01:2009/BYT quy định đối với nồng độ

Sắt tổng trong nước là 0.3 mg/L. Hiệu suất
loại bỏ sắt từ 51 – 82%, hiệu quả tương
đương đối với hai quá trình CMF và CMFPAC.

a)

a)

b)

Hình 2. Độ màu (a) và độ màu trung bình
(b) của nước trước và sau xử lý qua quá
trình CMF và CMF-PAC
Độ đục
Độ đục là yếu tố được thể hiện rõ trong
hiệu quả của quá trình lọc màng. Cả hai
quá trình đều mang lại hiệu quả cao khi độ
đục sau khi qua màng từ 0 – 1 NTU, hoàn
toàn nằm trong giới hạn của tiêu chuẩn
QCVN 01:2009/BYT.

b)

Hình 4. Hàm lượng sắt (a) và hàm lượng
sắt trung bình (b) của nước trước và sau
xử lý qua quá trình CMF và CMF-PAC
Chất hữu cơ
Hàm lượng chất hữu cơ (được tính qua
CODMn) trong nước thơ có nhiều biến
động trong quá trình nghiên cứu, từ 5 – 12

mg/L. Hiệu quả xử lý tăng lên và duy trì
ổn định ở 58 – 68% từ ngày vận hành thứ
15 đối với quá trình CMF-PAC, trong khi
quá trình CMF qua 20 ngày vận hành vẫn
chưa ổn định loại bỏ COD và hiệu quả xử
lý COD cũng thấp từ 21 – 42%.

a)

b)

Hình 3. Độ đục (a)và độ đục trung bình
(b) của nước trước và sau xử lý qua quá
trình CMF và CMF-PAC

31


Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (2), 2017
a)

hiệu quả xử lý các chỉ tiêu chất lượng nước
khác khơng thay đổi đáng kể.
Đánh giá tiến trình bẩn màng
Hình 10 mơ tả tiến trình thay đổi của áp
suất chuyển màng TMP theo thời gian vận
hành hệ thống màng trong điều kiện duy
trì thơng lượng 15 lít/m2.ngày. Áp suất
chuyển màng tăng hàng ngày cho thấy
hiện tượng bẩn màng xảy ra trên cả hai quá

trình CMF và CMF-PAC, tuy nhiên quá
trình bẩn màng trên hệ thống CMF xảy ra
với tốc độ lớn hơn.
Sau 4 ngày vận hành đầu tiên, áp suất vận
hành trên hệ thống CMF đã tăng hơn gấp
đôi từ khoảng 9.5 kPa lên 21 kPa, trong khi
hệ CMF-PAC đạt đến giá trị áp suất vận
hành tương tự sau 6.5 ngày vận hành.
Xét trên cả quá trình vận hành của hai hệ
thống, tốc độ bẩn màng của hệ thống CMF
xảy ra nhanh gấp hơn 2 lần so với hệ thống
CMF-PAC.
Nguyên nhân của sự khác biệt về tốc độ
bẩn màng giữa hai hệ thống là do trong hệ
thống CMF-PAC, than hoạt tính dạng bột
có kích thước hạt nhỏ, trong q trình lọc
màng PAC có thể hình thành một lớp trên
màng, các hạt PAC sẽ nhanh chóng tích
lũy trên màng để tạo thành một lớp, giúp
ngăn chặn bẩn màng (Williams, 2005).

b)

Hình 5. COD (a) và COD trung bình (b)
của nước trước và sau xử lý qua quá trình
CMF và CMF-PAC
Theo tiêu chuẩn nước uống QCVN
01:2009/BYT và của châu Âu năm 1998
đối với COD là 10 mg/L, như vậy hàm
lượng COD sau khi qua quá trình CMFPAC nằm trong khoảng 2 đến nhỏ hơn 4

mg/L là đạt tiêu chuẩn chất lượng nước ăn
uống.
Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm của mơ
hình màng CMF
Mơ hình xử lý bằng cơng nghệ màng MF
với 2 q trình CMF và CMF-PAC có hiệu
quả cao đối với các chỉ tiêu như độ đục, độ
màu, Sắt tổng và COD. Q trình màng
CMF-PAC ln có hiệu quả xử lý cao hơn
so với quá trình màng CMF, tuy nhiên
chênh lệch hiệu quả khơng lớn.

Hình 6. Hiệu quả xử lý các chất ơ nhiễm
của q trình màng CMF và CMF-PAC
Đối với chi tiêu độ màu, quá trình màng
CMF đạt hiệu suất 83% trong khi quá trình
màng CMF-PAC đạt hiệu suất hơn 85%.
Tương tự, đối với các chỉ tiêu độ đục, sắt
tổng và COD, hiệu suất của quá trình màng
CMF và CMF-PAC tương ứng cho mỗi chỉ
tiêu chất lượng nước là 93 và 95%, 65.5 và
68%, 38 và 48%.
Như vậy, ứng dụng quá trình màng CMF
kết hợp quá trình hấp phụ PAC mang lại
hiệu quả xử lý COD cao. Trong khi đó,

Hình 7. So sánh tốc độ bẩn màng của hệ
thống CMF và CMF-PAC
Đối với màng MF khi TMP lên tới từ 60
đến 70 kPa nên tiến hành quá trình rửa

màng, như vậy có thể ước tính thời gian
vận hành 16 ngày đối với hệ thống CMF
và khoảng 24 ngày đối với hệ thống CMFPAC thì tiến hành rửa màng.
32


Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (2), 2017

đạt các tiêu chuẩn về nước uống
QCVN01:2009/BYT và tiêu chuẩn nước
uống của châu Âu năm 1998.
Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tiến
hành trong khuôn khổ của CARERESCIF, theo tài trợ số Tc-MTTN-201601/Truong – Care. Tác giả xin cảm ơn sinh
viên Chi và Thịnh vì những trợ giúp trong
phịng thí nghiệm.

KẾT LUẬN
Hai chế độ vận hành CMF và CMF-PAC
đã xảy ra hiện tượng bẩn màng sau 40 ngày
vận hành, tốc độ bẩn màng của quá trình
màng CMF nhanh gấp hơn 2 lần so với
CMF-PAC.
Hiệu quả xử lý của q trình màng CMFPAC ln cao hơn q trình màng CMF,
chất lượng nước các chỉ tiêu nghiên cứu

TÀI LIỆU THAM KHẢO
2013 Annual sector report on Vietnam water supply (2014), StoxPlus Corporation. Ha
Noi, Vietnam.
American public health association (APHA) (2005): Standard methods for the
examination of water and wastewater. Washington DC.

Bartram, J., Brocklehurst, C., Fisher, M.B., Luyendijk, R., Hossain, R., Wardlaw, T.,
Gordon, B., (2014). Global monitoring of water supply and sanitation: history,
methods and future challenges. International journal of environmental research
and public health. 11(8):8137-8165.
Bick, A. and Oron, G., (2001). Assessing the linkage between feed water quality and
reverse osmosis membrane performance. Desalination. 137(1):141-148.
Bodzek, M., Konieczny, K., Kwiecinska, A., (2011). Application of membrane
processes in drinking water treatment–state of art. Desalination and Water
Treatment. 35(1-3):164-184.
Khan (2009). Continuous and efficient removal of THMs from river water using MF
membrane combined with high dose of PAC. Desalination. 249.713–720.
National surface water quality standards 08:2015/BTNMT (2015). Ministry of Natural
Resources and Environment, Ha Noi, Vietnam.
Report on impact of climate change on discharge water quality and saline water intrusion
of Sai Gon River and suggestion of feasible adaptive measures (2013). Department
of Science and technology. Ho Chi Minh City, Vietnam.

33