NƯỚC CHÚNG TA UỐNG MỖI NGÀY THỰC SỰ CÓ GÌ?

Trả lời nhanh: Một cốc nước không chỉ có H₂O. Nước thực tế là một dung dịch có thể chứa ion và khoáng chất hòa tan (canxi, magie, natri…), khí hòa tan, chất hữu cơ, và tùy nguồn nước còn có thể có vi sinh vật, amoni, sắt, mangan, asen hay chì. Nước trong chưa chắc đã đạt chất lượng; muốn biết nước có gì phải phân tích mẫu nước cụ thể.

Mỗi ngày chúng ta uống nước, dùng nước để nấu ăn, pha trà, pha sữa và đưa nước trực tiếp vào cơ thể. Nhưng có một câu hỏi tưởng như rất đơn giản: Trong một cốc nước chúng ta uống mỗi ngày thực sự có gì?

Nếu câu trả lời chỉ là H₂O, thì chưa đầy đủ.

Trong tự nhiên, nước gần như không tồn tại dưới dạng H₂O tinh khiết tuyệt đối. Trên hành trình từ mưa xuống đất, thấm qua các tầng địa chất, chảy qua sông hồ, được khai thác, xử lý và đi qua hệ thống đường ống đến gia đình, nước có thể hòa tan hoặc mang theo nhiều thành phần khác nhau. Có những thành phần tự nhiên và cần thiết như canxi, magie và các ion khoáng. Có khí hòa tan. Có các hợp chất hữu cơ tự nhiên.

Và tùy nguồn nước, điều kiện môi trường cũng như quá trình xử lý, nước còn có thể xuất hiện vi sinh vật, amoni, sắt, mangan, asen, chì và nhiều chất khác.

Muốn hiểu về lọc nước, trước tiên chúng ta phải hiểu: Nước thực sự là gì?

1. Nước không chỉ có H₂O

Ở cấp độ phân tử, nước được cấu tạo từ H₂O: mỗi phân tử gồm hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy.

Nhưng nguồn nước chúng ta gặp trong thực tế là một hệ dung dịch, chứ không phải một tập hợp chỉ gồm các phân tử H₂O. Khi tiếp xúc với đất, đá, không khí, sinh vật và các hoạt động của con người, nước có khả năng hòa tan hoặc mang theo nhiều thành phần.

Có thể hình dung một cốc nước thực tế gồm: H₂O; các ion và khoáng chất hòa tan; khí hòa tan; chất hữu cơ; các hạt rất nhỏ; vi sinh vật nếu nguồn nước bị nhiễm; các chất ô nhiễm hóa học nếu chúng xuất hiện trong nguồn nước.

Chính thành phần và hàm lượng của những chất này tạo nên sự khác biệt giữa các nguồn nước.

2. Nhóm thứ nhất: Các ion và khoáng chất hòa tan

Đây là một trong những thành phần tự nhiên quan trọng nhất của nước. Khi nước tiếp xúc với đất và các lớp đá, một phần khoáng vật có thể hòa tan và giải phóng các ion vào nước. Một số ion thường gặp có thể gồm: Ca²⁺ – ion canxi; Mg²⁺ – ion magie; Na⁺ – ion natri; K⁺ – ion kali; HCO₃⁻ – bicarbonat; Cl⁻ – clorua; SO₄²⁻ – sulfat cùng nhiều ion khác tùy điều kiện địa chất của từng nguồn nước.

Do đó, nước từ hai giếng nằm ở hai khu vực khác nhau, nước mặt và nước ngầm, hay thậm chí các tầng chứa nước khác nhau có thể có thành phần ion rất khác nhau.

Canxi và magie trong nước

Canxi và magie là hai thành phần đặc biệt đáng chú ý.

WHO đã dành riêng một báo cáo khoa học về canxi và magie trong nước uống, trong đó xem xét đóng góp của nước uống đối với lượng canxi và magie đưa vào cơ thể cũng như ý nghĩa sức khỏe của hai khoáng chất này.

Canxi và magie cũng là hai ion chủ yếu tạo nên độ cứng của nước. Vì vậy, khi chúng ta nhìn thấy lớp cặn khoáng hình thành trong ấm đun nước, hiện tượng đó có thể liên quan đến thành phần khoáng và độ cứng của nguồn nước.

Điều quan trọng cần hiểu là: Có khoáng trong nước không đồng nghĩa nước bẩn. Khoáng hòa tan là một phần tự nhiên của nhiều nguồn nước. Điều cần quan tâm là nước chứa những khoáng nào và ở hàm lượng bao nhiêu.

3. Nhóm thứ hai: Khí hòa tan trong nước

Không chỉ chất rắn mới có thể hòa tan trong nước. Khí cũng có thể hòa tan.

Khi nước tiếp xúc với khí quyển hoặc môi trường đất, trong nước có thể tồn tại các khí hòa tan như: oxy – O₂; carbon dioxide – CO₂; nitơ – N₂;

và trong một số môi trường đặc biệt còn có thể xuất hiện những khí khác. Khí hòa tan có vai trò quan trọng đối với hóa học của nguồn nước. Ví dụ, CO₂ hòa tan có liên quan đến hệ cân bằng carbonate/bicarbonat và ảnh hưởng đến pH. Oxy hòa tan lại ảnh hưởng mạnh đến trạng thái oxy hóa – khử của môi trường nước.

Vì vậy, ngay cả một thành phần không thể nhìn thấy bằng mắt thường vẫn có thể ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính hóa học của nước.

4. Nhóm thứ ba: Chất hữu cơ

Nước tự nhiên còn có thể chứa chất hữu cơ. Một phần có nguồn gốc hoàn toàn tự nhiên, chẳng hạn từ: lá cây; xác thực vật; đất; vi sinh vật; quá trình phân hủy vật chất hữu cơ.

Ngoài ra, hoạt động sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp cũng có thể đưa các hợp chất hữu cơ vào nguồn nước. Đây là một nhóm cực kỳ rộng. Vì vậy, nói nước có "chất hữu cơ" không có nghĩa tất cả chúng đều nguy hiểm. Điều quan trọng là phải xác định đó là hợp chất nào, xuất hiện với hàm lượng bao nhiêu và có ý nghĩa gì đối với chất lượng nước.

5. Nhóm thứ tư: Vi sinh vật

Đây là nhóm cần được phân biệt hoàn toàn với khoáng chất và các ion hóa học.

Nước có thể bị nhiễm: vi khuẩn; virus; động vật nguyên sinh; và những vi sinh vật khác.

WHO xác định ô nhiễm vi sinh do phân là một trong những nguy cơ quan trọng nhất đối với an toàn nước uống. Theo WHO, năm 2022 có ít nhất 1,7 tỷ người trên thế giới sử dụng nguồn nước uống bị nhiễm phân. WHO cũng ước tính nước uống bị ô nhiễm vi sinh có liên quan đến khoảng 505.000 ca tử vong do tiêu chảy mỗi năm.

Một trong những chỉ thị quan trọng được sử dụng để đánh giá ô nhiễm phân là Escherichia coli – E. coli. Theo hướng dẫn WHO, E. coli không được phát hiện trong bất kỳ mẫu nước uống 100 mL nào. Điều này cho thấy một nguyên tắc rất quan trọng: Một cốc nước nhìn trong suốt không chứng minh rằng nước không có vi sinh vật. Muốn biết, phải kiểm nghiệm.

6. Nhóm thứ năm: Các chất hóa học không mong muốn

Đây là nhóm thường khiến khái niệm "nước sạch" trở nên phức tạp. Tùy nguồn nước và môi trường xung quanh, nước có thể xuất hiện các thành phần như:

Amoni – NH₄⁺/NH₃; Sắt – Fe; Mangan – Mn; Asen – As; Chì – Pb; Cadmi – Cd; Thủy ngân – Hg; Nitrat – NO₃⁻; Nitrit – NO₂⁻ và nhiều chất khác.

Nhưng cần đặc biệt lưu ý: Không phải tất cả nguồn nước đều chứa những chất này và cũng không phải nguồn nước nào có chúng cũng có cùng nồng độ.

Thành phần nước phụ thuộc rất mạnh vào địa chất, nguồn nước, hoạt động con người và điều kiện môi trường tại từng khu vực.

7. Việt Nam là một ví dụ rất rõ về sự khác biệt giữa các nguồn nước

Các nghiên cứu về nước ngầm tại Việt Nam cho thấy thành phần nước có thể khác nhau rất lớn ngay trong cùng một vùng địa lý. Một ví dụ được nghiên cứu khá sâu là asen trong nước ngầm tại đồng bằng sông Hồng.

Nghiên cứu đăng trên Applied Geochemistry về một khu vực gần Hà Nội phát hiện hai địa điểm chỉ cách nhau khoảng 700 mét, nhưng nồng độ asen trong nước ngầm ở độ sâu 20–50 m lại rất khác nhau: một khu vực dưới 10 µg/L; khu vực còn lại khoảng 170–600 µg/L.

Sự khác biệt liên quan đến các quá trình địa hóa và trạng thái oxy hóa – khử trong tầng chứa nước. Một nghiên cứu khác về nước ngầm ở Từ Liêm, Đan Phượng, Hoài Đức và Lý Nhân cũng ghi nhận nồng độ asen biến động rất mạnh giữa các địa điểm. Điều này cho chúng ta một bài học rất quan trọng:

Không thể chỉ dựa vào tên gọi "nước giếng", "nước máy" hay vị trí địa lý để kết luận chính xác bên trong nước có gì. Muốn biết thành phần thực tế phải phân tích mẫu nước cụ thể.

8. Nước trong không đồng nghĩa với nước đạt yêu cầu chất lượng

Đây có lẽ là hiểu lầm phổ biến nhất khi đánh giá nước. Con người có thể dễ dàng nhận ra:nước đục; cặn; màu; mùi lạ.

Nhưng nhiều chất hòa tan tồn tại ở quy mô ion hoặc phân tử không thể quan sát bằng mắt thường. Asen là một ví dụ. Amoni là một ví dụ khác. Nhiều ion kim loại hoặc hợp chất hòa tan cũng không thể được đánh giá đơn giản bằng cách nhìn vào một cốc nước.

Chính vì vậy, WHO đánh giá chất lượng nước dựa trên nhiều nhóm yếu tố, bao gồm vi sinh, hóa học, phóng xạ và các đặc tính vật lý/cảm quan, thay vì chỉ nhìn vào độ trong của nước.

9. Việt Nam kiểm soát những gì trong nước sinh hoạt?

Tại Việt Nam, QCVN 01-1:2024/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt quy định nhiều thông số cần được kiểm soát.

10. Vậy một cốc nước thực sự gồm những gì?

Đến đây, chúng ta có thể nhìn một cốc nước theo cách hoàn toàn khác.

Nền chính: H₂O

Thành phần hòa tan tự nhiên: Ca²⁺ – Mg²⁺ – Na⁺ – K⁺ – HCO₃⁻ – Cl⁻ – SO₄²⁻...

Khí hòa tan: O₂ – CO₂ – N₂...

Thành phần hữu cơ: Các hợp chất hữu cơ tự nhiên hoặc đến từ môi trường.

Thành phần sinh học: Vi khuẩn, virus và các vi sinh vật khác nếu nguồn nước bị nhiễm.

Các chất không mong muốn: Amoni, asen, chì, sắt, mangan, nitrat, nitrit và những chất khác tùy nguồn nước và điều kiện môi trường.

Như vậy: Nước không đơn giản là "có chất" hay "không có chất". Câu hỏi đúng phải là:

Trong nước đang có chất gì? Hàm lượng bao nhiêu? Chất nào nên được giữ lại?

Chất nào cần được kiểm soát hoặc loại bỏ?

11. Đây chính là điểm bắt đầu của công nghệ lọc nước

Khi đã hiểu nước là một hệ phức tạp, chúng ta sẽ hiểu tại sao không có một cơ chế lọc duy nhất phù hợp với tất cả thành phần trong nước.

Một hạt cặn có kích thước lớn không giống một ion hòa tan Một phân tử hữu cơ không giống một vi khuẩn. Amoni không giống canxi. Một kim loại hòa tan cũng không thể được xử lý theo cùng nguyên lý với một hạt cát. Do đó, công nghệ xử lý nước hiện đại phải bắt đầu bằng một câu hỏi:

Nguồn nước đầu vào đang có gì và chúng ta muốn xử lý thành phần nào? Từ câu hỏi đó mới xuất hiện những công nghệ khác nhau: lọc cơ học để giữ các hạt; hấp phụ để tương tác với một số chất hòa tan; màng lọc để thực hiện quá trình phân tách; vật liệu chức năng để hướng tới những chất mục tiêu; và các công đoạn xử lý tiếp theo tùy mục đích sử dụng.

Đây cũng chính là lý do trước khi nói về RO, MOFs hay điện phân, chúng ta cần hiểu bản chất của nguồn nước đầu vào.

Ở bài tiếp theo, chúng ta sẽ đi vào câu hỏi:

Nước máy được tạo ra như thế nào trước khi đến nhà bạn?

Và theo dấu hành trình của nước từ nguồn nước thô, qua nhà máy xử lý, đến vòi nước trong gia đình.