Biến đổi khí hậu và tình trạng xâm nhập mặn khiến vấn đề thiếu nước ngọt cục bộ trở nên nghiêm trọng, đặc biệt ở Đồng bằng sông Cửu Long. Nước sạch trở thành một tài nguyên khan hiếm, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và sinh kế của người dân. Để đối phó với tình trạng này, việc phát triển và ứng dụng các công nghệ lọc nước mặn và nước lợ được xem là một trong những giải pháp hiệu quả, giúp cải thiện nguồn cung cấp nước ngọt cho các khu vực bị ảnh hưởng.
Xâm nhập mặn là hiện tượng nước biển xâm nhập vào đất liền, gây nhiễm mặn với nồng độ muối vượt mức cho phép do triều cường, nước biển dâng hoặc thiếu nguồn nước ngọt. Nước nhiễm mặn không thể sử dụng cho sinh hoạt vì tính ăn mòn cao, ảnh hưởng đến hệ thống nước và gây hại cho cây trồng, thủy sản. Theo thống kê của Cục Thủy lợi (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn), trong 6 tháng đầu năm 2024, tình trạng hạn hán, thiếu nước và xâm nhập mặn đã xảy ra tại các khu vực Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Thời điểm cao nhất có khoảng 48.960 ha diện tích sản xuất nông nghiệp bị ảnh hưởng, trong đó có 1.140 ha bị thiệt hại. Tại ĐBSCL, các chuyên gia Viện Kinh tế - Xã hội Thành phố Cần Thơ nhận định tình hình xâm nhập mặn đang diễn ra sớm hơn 1-2 tháng so với các năm trước và mức độ xâm nhập sâu vào nội đồng cũng tăng. Năm 2024, tình trạng xâm nhập mặn được đánh giá cao hơn mức trung bình nhiều năm. Đặc biệt, vào tháng 4/2024, mặn đã lấn sâu vào nội đồng so với các năm 2016 và 2020, những năm được xem là nghiêm trọng nhất trong 100 năm qua.
Tình trạng hạn hán do xâm nhập mặn (Nguồn: ảnh internet)
Để giảm thiểu tác động của xâm nhập mặn, nhiều giải pháp đã được triển khai như xây dựng công trình thủy lợi chống mặn như đập ngăn mặn, đê biển, hệ thống cống ngăn mặn giúp ngăn chặn sự xâm nhập của nước biển vào đất liền; lưu trữ và tái sử dụng nguồn nước; áp dụng các biện pháp chống mặn cho cây trồng và thủy sản; lắp đặt hệ thống lọc nước. Bên cạnh các biện pháp chống mặn và tiết kiệm nước, nghiên cứu và phát triển các công nghệ lọc nước được xem là một giải pháp thiết thực trong việc đối phó với xâm nhập mặn.
Các công nghệ lọc nước mặn, nước lợ hiện nay
Hiện nay, nhiều công nghệ lọc nước mặn hiện đại đã được nghiên cứu và áp dụng tại Việt Nam, từ các công nghệ đơn giản như lọc thô, lọc tinh cho đến các công nghệ tiên tiến hơn như thẩm thấu ngược (RO), lọc màng nano (NF), chưng cất màng (MD) và khử ion điện dung (CDI). Mỗi công nghệ lọc nước đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và sự phát triển của các công nghệ này đang mở ra hy vọng lớn trong việc giải quyết tình trạng thiếu nước ngọt.
Công nghệ thẩm thấu ngược (RO): hoạt động dựa trên nguyên lý thẩm thấu ngược, trong đó nước mặn được ép qua một màng bán thấm, giúp loại bỏ các tạp chất, muối và vi khuẩn. Sau khi lọc, nước thu được có độ tinh khiết cao, có thể sử dụng trực tiếp cho sinh hoạt và các mục đích khác. Tuy nhiên, công nghệ RO có nhược điểm là chi phí đầu tư và vận hành cao, vì sử dụng nhiều loại lõi lọc khác nhau. Màng lọc trong hệ thống này cũng dễ bị tắc nghẽn sau một thời gian sử dụng, đồng thời yêu cầu áp suất cao để đẩy nước qua màng, gây tốn kém về năng lượng và cần bảo trì định kỳ.
Công nghệ lọc màng nano (NF): sử dụng màng lọc với các lỗ cực nhỏ, có khả năng loại bỏ các ion và phân tử lớn hơn, bao gồm cả muối và các tạp chất. Mặc dù hiệu quả khử mặn của NF không cao bằng RO, nhưng NF có ưu điểm lớn là vận hành ở áp suất thấp hơn, do đó tiêu thụ năng lượng và chi phí vận hành sẽ thấp hơn nhiều so với RO.
Công nghệ chưng cất màng (MD): sử dụng màng thông qua quá trình bay hơi và ngưng tụ để tách muối ra khỏi nước. Công nghệ này thường sử dụng năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, để cung cấp nhiệt cho quá trình chưng cất, giúp giảm thiểu chi phí vận hành. Tuy nhiên, công nghệ này yêu cầu vốn đầu tư lớn và hiệu suất chưa cao nếu so với các công nghệ khác.
Công nghệ khử ion điện dung (CDI): hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng điện cực kết hợp với phương pháp điện phân, cho phép nước đi qua các màng điện cực để hút các ion kim loại nặng và chất độc, trong khi giữ lại một phần các dưỡng chất thiết yếu cho cơ thể như K, Mg, Ca, Na,... Công nghệ này có thể hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ và áp suất bình thường, với tỷ lệ thu hồi lên đến 90%, giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên nước. Hệ thống CDI sử dụng ít điện năng, chỉ dao động từ 30W - 50W, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành tới 3-5 lần so với công nghệ RO. CDI có hiệu suất cao trong việc loại bỏ muối và có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, không chỉ trong khử mặn mà còn trong làm mềm nước và xử lý nước thải.
Một số nghiên cứu và dự án lọc nước mặn, nước lợ gần đây
Tại Việt Nam, nhiều nghiên cứu và dự án đã được triển khai để phát triển các công nghệ lọc nước mặn với mục tiêu cung cấp nước ngọt cho các khu vực ven biển và hải đảo. Một trong những nghiên cứu đáng chú ý là nghiên cứu được công bố năm 2018 của TS. Nguyễn Như Dũng và cộng sự (Viện Nhiệt đới môi trường - Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự) về “Thiết kế, gia công, chế tạo hệ thống lọc nước biển thành nước ngọt, có thể sử dụng nguồn điện mặt trời hoặc điện gió cho bộ đội tại đảo Sinh Tồn Đông - Trường Sa, công suất 300 lít nước sinh hoạt/giờ”. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công hệ thống lọc nước biển thành nước ngọt có thể sử dụng nguồn điện mặt trời hoặc điện gió cho quân đội trên đảo Sinh Tồn Đông - Trường Sa. Hệ thống này có công suất 300 lít nước sinh hoạt mỗi giờ với nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt (QCVN 02-2009/BYT), giúp giải quyết vấn đề thiếu nước ngọt trong điều kiện khắc nghiệt của đảo xa xôi. Một nghiên cứu khác được công bố năm 2021 của TS. Trần Thị Thu Lan và cộng sự (Viện Công nghệ môi trường) về “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến sử dụng năng lượng tái tạo xử lý nước biển, nước nhiễm mặn thành nước sinh hoạt phục vụ cư dân trên đảo và ven biển”. Nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu và ứng dụng thành công hai công nghệ xử lý nước biển và nước nhiễm mặn thành nước sinh hoạt là công nghệ chưng cất màng MD và công nghệ lọc NF hai bậc. Công nghệ MD sử dụng năng lượng mặt trời để xử lý nước biển thành nước uống, được thử nghiệm tại đảo bé An Bình, Lý Sơn với công suất vận hành thực tế đạt 1,08 m3/ngày. Công nghệ NF được thử nghiệm vận hành tại Tân Hưng, Ba Tri, Bến Tre với công suất 10 m3/ngày và có khả năng xử lý nước có nồng độ mặn đến 7.000 mg/L. Kết quả của nghiên cứu góp phần giải quyết bài toán khan hiếm nước ngọt tại các khu vực đảo và ven biển.
Để giải quyết tình trạng thiếu nước ngọt do hạn mặn ở ĐBSCL, các nhà khoa học từ Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã phát triển hệ thống lọc nước lợ sử dụng công nghệ điện dung khử ion (CDI). Công nghệ này có chi phí thấp, hiệu quả khử mặn cao và vận hành đơn giản. Hệ thiết bị được thiết kế với công suất 5-7 m3/ngày và sử dụng vật liệu điện cực từ than gáo dừa kết hợp ống nano cacbon đa tường, giúp hấp phụ muối hiệu quả. Thiết bị đã được thử nghiệm thành công tại các tỉnh Trà Vinh và Bạc Liêu, đạt khả năng khử mặn hiệu quả ở ranh mặn 4g/l, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ĐBSCL. Đây là kết quả của đề tài KC.02.24/16-20, thuộc Chương trình KC 02: “Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ vật liệu mới” được công bố vào năm 2020.
Năm 2022, TS. Nguyễn Thị Ngọc Ánh cùng nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long đã tiến hành nghiên cứu và phát triển vật liệu lọc nước mặn từ các phế phẩm nông nghiệp như lõi dừa và bã cà phê, kết hợp với vật liệu ZIF-8. Kết quả nghiên cứu, với đề tài "Nghiên cứu chế tạo lõi lọc từ phế phẩm nông nghiệp kết hợp với vật liệu ZIF-8 để lọc nước nhiễm mặn" không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn nâng cao hiệu quả lọc nước, đồng thời bảo vệ môi trường.
Năm 2023, nghiên cứu “Chế tạo vật liệu điện cực xốp sử dụng carbon aerogel tổng hợp từ sinh khối Việt Nam ứng dụng cho lọc nước lợ bằng công nghệ khử ion điện dung (CDI)” của PGS.TS. Nguyễn Thái Hoàng và cộng sự (Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM) đã chế tạo thành công vật liệu điện cực xốp từ carbon aerogel tổng hợp từ sinh khối Việt Nam ứng dụng trong công nghệ khử ion điện dung (CDI). Nhóm nghiên cứu đã tiến hành chiết xuất cellulose từ thân cây ngô, bã mía, lục bình và xơ dừa để tạo ra cellulose aerogel, sau đó chuyển hóa thành carbon aerogel. Carbon aerogel sinh khối được sử dụng để chế tạo điện cực xốp trong thiết bị lọc CDI. Hệ thống lọc CDI cho thấy hiệu suất khử mặn đạt 90,5% (giảm từ 1.000 ppm xuống còn 100 ppm) với lưu lượng 3-5 lít/phút trong điều kiện thử nghiệm với nước lợ có nồng độ muối lên đến 1.000 ppm. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất khử mặn cao, có thể xử lý nước lợ hiệu quả với chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Đây là công nghệ rất phù hợp với Việt Nam, nơi có nguồn sinh khối nông nghiệp phong phú.
***
Tình trạng xâm nhập mặn và thiếu nước ngọt đang trở thành một thách thức lớn đối với đời sống và sản xuất, đặc biệt là ở các khu vực ven biển. Các biện pháp chống mặn, tiết kiệm nước đang góp phần quan trọng trong việc đối phó với vấn đề này. Việc ứng dụng các công nghệ lọc nước mặn, nước lợ trong thực tế là giải pháp thiết thực giúp cải thiện tình trạng thiếu nước ngọt cục bộ, từ đó góp phần ổn định cuộc sống của người dân tại các khu vực bị ảnh hưởng bởi xâm nhập mặn.
Kim Nhung
--------------------------------------------------------------------------------
Tài liệu tham khảo chính
[1] Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia https://nsti.vista.gov.vn/
[2] Thư viện CESTI. http://www.cesti.gov.vn/trang-chu-thu-vien/
[3] Hiện tượng xâm nhập mặn: Nguyên nhân, hậu quả và giải pháp khắc phục. https://dangcongsan.vn/xay-dung-xa-hoi-an-toan-truoc-thien-tai/hien-tuong-xam-nhap-man-nguyen-nhan-hau-qua-va-giai-phap-khac-phuc-612502.html
[4] Vật liệu điện cực xốp lọc nước lợ từ phụ phẩm nông nghiệp. https://dost.hochiminhcity.gov.vn/hoat-dong-so-khcn/vat-lieu-dien-cuc-xop-loc-nuoc-lo-tu-phu-pham-nong-nghiep/
[5] Khoa học và công nghệ trong ứng phó hạn mặn tại Đồng bằng sông Cửu Long. https://vjst.vn/vn/tin-tuc/11060/khoa-hoc-va-cong-nghe-trong-ung-pho-han-man-tai-dong-bang-song-cuu-long.aspx
[6] 1.140ha cây trồng bị thiệt hại do hạn hán, thiếu nước, xâm nhập mặn. https://nhandan.vn/1140ha-cay-trong-bi-thiet-hai-do-han-han-thieu-nuoc-xam-nhap-man-post817281.html
[7] Xử lý nước lợ tại vùng xâm nhập mặn bằng công nghệ khử điện dung. https://vast.gov.vn/tin-chi-tiet/-/chi-tiet/xu-ly-nuoc-lo-tai-vung-xam-nhap-man-bang-cong-nghe-khu-%C4%91ien-dung-12510-427.html