Xử lý nước để uống

Trước hết cần nhấn mạnh rằng nước để uống (potable water) là nước được xem là an toàn để uống, chứ không có nghĩa là nước đó hoàn toàn không chứa vi sinh vật và hóa chất. Điếu đó có nghĩa là số lượng vi sinh vật và hàm lượng hóa chất trong nước ấy là thấp đến mức không gây lo ngại cho sức khỏe con người. Từ đó chúng ta hiểu nước nào không phải là nước để uống chính là nước ô nhiễm, nghĩa là nó chứa nhiều vi sinh vật và hóa chất tới quá mức cho phép.

Mức cho phép về vi sinh vật và hóa chất trong một loại nước tùy thuộc vào mỗi quốc gia, và tất nhiên tùy thuộc vào việc nước đó có được dùng để uống hay không. Theo tiêu chuẩn của Cơ quan Bảo vệ môi trường của Mỹ (Environmental Protection Agency, EPA) thì chỉ số coliform của nước uống phải là 0, tức không được phép có một coliform nào trong 100ml nước, và chỉ số đó của nước dùng vào mục đích giải trí là 200 coliform/ml. Ở đây cần nhắc lại rằng các coliform là những vi khuẩn đường ruột như E. coli chẳng hạn. Sự có mặt của các coliform trong nước chứng tỏ rằng nước đó đã bị nhiễm phân và như vậy rất có thể nó cũng nhiễm các vi sinh vật gây bệnh.

Việc xử lý nước để uống có thể gồm ba giai đoạn (hình 26.8).

Xét nghiệm chất lượng nước

Việc xét nghiệm chất lượng nước dựa vào sự có mặt của một số sinh vật chỉ thị (indicator organisms) để chứng tỏ khả năng hiện hữu của các tác nhân gây bệnh trong nước uống hoặc trong các thủy vực tự nhiên.

Vì phần lớn các bệnh truyền qua nước có nguyên nhân là một sự nhiễm phân, nên sự có mặt của E. coli (sinh vật chỉ thị được dùng phổ biến nhất) và các coliform dạng phân khác trong nước chứng tỏ rằng rất có thể các tác nhân gây bệnh cũng có mặt. E. coli hội đủ các yêu cầu về một vật chỉ thị tốt: nó luôn luôn có mặt trong phân người, có thời gian sống sót lâu bằng hầu hết các tác nhân gây bệnh trong phân (có thể còn lâu hơn), và dễ dàng bị phát hiện bằng các kỹ thuật đơn giản.

Sau đây là một số kỹ thuật xét nghiệm chất lượng nước:

- Kỹ thuật nhiều ống nghiệm: kỹ thuật “cồng kềnh” và lâu đời nàydựa trên việc tìm số lượng có xác suất lớn nhất (most probable number, MPN) (xem hình 6.24); đó là một phép thử theo phương pháp thống kê, cho phép khẳng định sự nhiễm bẩn.

Hình 6.24. Phương pháp nhiều ống nghiệm để xác định số lượng vi sinh vật trong nước. Thông thường, cần một dãy 5 ống nghiệm cho mỗi độ pha loãng. Sau khi nuôi, số lượng ống mà trong đó có sinh trưởng được dùng để tra bảng MPN (xem bảng 6.6.), để biết số tế bào/ 100ml chất lỏng.

Câu hỏi

- Nếu các kết quả là 5, 3, 1 thì số lượng vi sinh vật có thể sẽ là bao nhiêu?

Trả lời

- MPN là 110.

- Kỹ thuật lọc màng (membrane filtration): kỹ thuật này được dùng phổ biến hơn (hình 26.9.a), vì dễ thao tác. Rót 100ml nước cần xét nghiệm qua một màng lọc, sau đó đặt màng này lên đĩa thạch EMB (Eosin methylene blue) và nuôi. Mọi coliform dạng phân nào sinh trưởng trên đó thì đều có màu xanh lục ánh kim loại rất đặc trưng. Sau đó đếm số khuẩn lạc này và biểu thị thành số lượng khuẩn lạc/ 100ml.

Hình 26.9.a. Kỹ thuật lọc màng. Các đường kẻ ô vuông trên màng lọc cho phép đếm dễ dàng các khuẩn lạc màu xanh ánh kim loại đặc trưng của các coliform dạng phân.

Hình 26.9.b. Kỹ thuật dùng ONPG và MUG. Màu vàng trong chai chứa ONPG cho biết sự có mặt của các coliform, còn màu huỳnh quang xanh trong chai chứa MUG cho biết sự có mặt của coliform E. coli, chai không màu là đối chứng âm tính.

- Kỹ thuật dùng ONPG và MUG:

Các mẫu nước được rót vào các chai nhỏ chứa ONPG (O- nitrophenyl-ò- D- galactopyranoside) và MUG (4- methylumbililliferyl- õ- D- glucouronide) làm nguồn dinh dưỡng duy nhất. Hầu hết các coliform đều sản sinh õ- galactosidase, một enzyme phản ứng với ONPG để tạo ra màu vàng, còn coliform dạng phân E. coli thì sinh ra một enzym khác- õ- glucuronidase- phản ứng với MUG để tạo thành chất phát huỳnh quang xanh dưới ánh sáng tử ngoại có bước sóng dài (hình 26.9.b). Kỹ thuật này cho phép phát hiện nhanh, nhưng cũng giống như MPN, nó không co biết con số thật.

- Kỹ thuật fingerprinting

Với hai kỹ thuật trên đây không thể phát hiện các virut và những vi khuẩn gây bệnh đặc hiệu. Muốn phát hiện chúng cần phải dùng kỹ thuật fingerprinting, theo đó các mẫu nước cần xét nghiệm phải được làm giàu bằng cách nuôi mọi cơ thể có mặt trong đó. Sau đó hàm lượng ADN của mẫu đã làm giàu được sàng lọc di truyền để nhận dạng tác nhân gây bệnh tiềm ẩn. Những xét nghiệm thuộc loại này nói chung chỉ có thể thực hiện được tại những trung tâm xét nghiệm lớn, nơi có các phòng thí nghiệm đủ khả năng thao tác chúng.

Xử lý nước thải

Nước thải chứa rất nhiều loại tác nhân gây ô nhiễm khác nhau, bao gồm các chất rắn lơ long, các chất hữu cơ và vô cơ có khả năng bị phân hủy sinh học, các kim loại độc, và các tác nhân gây bệnh. Mục đích của xử lý nước thải là loại bỏ hoặc giảm thiểu những tác nhân gây ô nhiễm này tới mức có thể chấp nhận được.

Vì nước thải chủ yếu là nước (chỉ chứa dưới 1% chất rắn), nên hầu hết các quá trình xử lý nước thải đều liên quan đến việc loại bỏ các vi sinh vật. Có một thời nước thải không xử lý được đổ thẳng vào sông hoặc biển nơi gần nhất, với ý nghĩ rằng nước thải ấy sẽ bị pha loãng tới mức vô hại…

…

…

…

Một khái niệm then chốt trong xử lý nước thải là làm giảm nhu cầu oxy sinh hóa (biochemical oxygen demand, BOD) tức là làm giảm lượng oxy mà các vi sinh vật hiếu khí đòi hỏi để chuyển hóa hoàn toàn chất hữu cơ trong nước thải. Lượng oxy này tỷ lệ thuận với lượng chất thải trong nước; nồng độ các chất có thể phân hủy được càng cao thì lượng oxy cần thiết để chuyển hóa chúng càng cao, do đó BOD càng cao. Những xử lý nước thải có hiệu quả làm giảm BOD tới mức rất thấp, khiến cho vi sinh vật sinh trưởng kém, do đó các vi sinh vật gây bệnh ít có cơ hội sống sót.

Dưới đây chúng ta xem xét các kiểu xử lý nước thải khác nhau: xử lý nước thải theo cách truyền thống, được áp dụng trong các hệ thống xử lý cho đô thị, xử lý dùng cho các vùng nông thôn, xử lý các chất thải nông nghiệp, và xử lý trong đó dùng các đầm lầy nhân tạo.