Tình trạng nước nhiễm Mangan: Mối đe dọa đến sức khỏe cộng đồng

Có một hiện tượng khá đặc trưng ở nhiều nguồn nước giếng: nước vừa bơm lên nhìn tương đối trong, nhưng sau một thời gian chứa lại xuất hiện cặn nâu đen trên thành bể, thiết bị vệ sinh hoặc đường ống. Sắt thường được nghĩ đến đầu tiên, nhưng trong không ít trường hợp mangan mới là thành phần cần được kiểm tra kỹ.

Nước nhiễm mangan là nguồn nước có mangan hòa tan hoặc mangan dạng hạt với hàm lượng cao hơn yêu cầu chất lượng nước áp dụng. Trong nước ngầm thiếu oxy, mangan thường tồn tại chủ yếu dưới dạng Mn²⁺ hòa tan, khó nhận biết bằng mắt thường. Khi được oxy hóa, Mn²⁺ có thể chuyển thành các dạng oxide mangan ít tan như MnO₂ và hình thành cặn màu nâu đen hoặc đen. Việc xử lý nước nhiễm mangan vì vậy thường dựa trên nguyên tắc chuyển mangan hòa tan sang dạng có thể tách được, sau đó loại bỏ bằng lọc, vật liệu xúc tác hoặc công nghệ phù hợp.

Theo QCVN 01-1:2024/BYT, giới hạn mangan trong nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt tại Việt Nam là 0,1 mg/L. WHO đưa ra giá trị hướng dẫn tạm thời 0,08 mg/L đối với tổng mangan trong nước uống nhằm bảo vệ nhóm nhạy cảm, trong đó có trẻ sơ sinh sử dụng sữa pha bằng nước. Hai giá trị này có mục đích và cơ sở xây dựng khác nhau, vì vậy khi đánh giá một nguồn nước tại Việt Nam cần ưu tiên quy chuẩn pháp luật áp dụng cho mục đích sử dụng cụ thể.

Nước nhiễm mangan hình thành từ đâu và nhận biết thế nào?

Mangan là nguyên tố có sẵn trong đất, đá và khoáng vật. Khi nước ngầm đi qua các tầng địa chất trong điều kiện khử, mangan có thể hòa tan dưới dạng Mn²⁺. Đây là lý do nước ngầm nhiễm mangan thường gặp hơn ở một số tầng chứa nước có điều kiện địa hóa thuận lợi cho mangan hòa tan.

Nguồn mangan không chỉ đến từ tự nhiên. Hoạt động khai khoáng, luyện kim, sản xuất pin, một số loại hóa chất, nước thải công nghiệp hoặc bãi thải cũng có thể bổ sung mangan vào môi trường. Tuy nhiên, không nên kết luận nguồn nước bị ảnh hưởng bởi công nghiệp chỉ dựa trên một chỉ tiêu mangan cao. Cần đánh giá địa chất, vị trí khai thác và các thông số nước liên quan.

Một đặc điểm khiến nước giếng khoan nhiễm mangan dễ bị bỏ qua là Mn²⁺ hòa tan có thể không làm nước đổi màu ngay khi mới khai thác. Sau khi tiếp xúc với oxy hoặc chất oxy hóa, mangan mới dần tạo thành cặn đen. US EPA cho biết mangan có thể tạo lớp bám trong đường ống và sau đó bong ra thành các hạt màu đen; các vấn đề cảm quan có thể xuất hiện ở nồng độ thấp hơn ngưỡng liên quan đến sức khỏe.

Một số dấu hiệu thường khiến người sử dụng nghi ngờ mangan trong nước gồm cặn đen hoặc nâu đen trong bồn chứa, vết bám trên sứ vệ sinh, nước chuyển màu sau một thời gian tiếp xúc không khí và cặn xuất hiện trong đường ống. Tuy nhiên, các dấu hiệu này không đặc hiệu hoàn toàn vì sắt, sản phẩm ăn mòn và cặn đường ống cũng có thể tạo màu tương tự.

Do đó, phương pháp phù hợp để xác định là lấy mẫu phân tích mangan tại phòng thử nghiệm hoặc bằng phương pháp phân tích được kiểm soát. Với hệ thống công nghiệp, nên đồng thời xét pH, sắt, độ kiềm, độ cứng, amoni, chất hữu cơ, H₂S, độ đục và các thông số liên quan vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến cách xử lý mangan trong nước.

Mangan trong nước ảnh hưởng như thế nào đến sử dụng và sức khỏe?

Mangan là nguyên tố vi lượng thiết yếu và cơ thể con người nhận phần lớn mangan từ thực phẩm. Vì vậy, không nên mô tả mangan đơn giản là một “chất độc” trong mọi điều kiện. Vấn đề nằm ở mức độ và thời gian phơi nhiễm.

WHO năm 2022 đưa ra giá trị hướng dẫn tạm thời 0,08 mg/L tổng mangan trong nước uống, dựa trên mục tiêu bảo vệ trước các ảnh hưởng thần kinh ở nhóm nhạy cảm. WHO cũng nhấn mạnh giá trị này có mức độ bất định đáng kể. Health Canada sử dụng mức tối đa chấp nhận được 0,12 mg/L và cho biết một số nghiên cứu trên người gợi ý mối liên quan giữa mangan trong nước uống với các ảnh hưởng thần kinh ở trẻ em, nhưng cơ sở bằng chứng vẫn cần được diễn giải thận trọng.

Bài cũ cho rằng mangan trong nước có thể trực tiếp gây viêm gan, xơ gan, suy giảm miễn dịch, rối loạn sinh sản và nhiều bệnh khác. Cách khẳng định này không phù hợp với mức độ bằng chứng hiện nay. Health Canada cũng nêu rõ dữ liệu hiện có không đủ để thiết lập mối liên hệ giữa mangan và ung thư. Vì vậy, SKY Envitech không sử dụng các claim bệnh lý như một công cụ để quảng bá giải pháp xử lý nước.

Về mặt vận hành, mangan lại gây những vấn đề khá rõ. Khi Mn²⁺ bị oxy hóa, cặn mangan có thể tạo vết màu đen, làm giảm chất lượng cảm quan của nước, bám lên đường ống, bồn chứa, thiết bị vệ sinh và vật liệu lọc. Các hạt mangan tích tụ trong mạng cấp nước cũng có thể được tái huy động khi lưu lượng hoặc áp lực thay đổi.

Với người sử dụng nước có kết quả mangan cao hơn quy chuẩn, hướng phù hợp là kiểm nghiệm lại nguồn nước và xác định giải pháp xử lý. Nếu có lo ngại sức khỏe, đặc biệt với trẻ nhỏ hoặc người có tình trạng sức khỏe đặc biệt, nên trao đổi với cơ sở y tế thay vì tự chẩn đoán dựa vào màu hoặc cặn của nước.

Các công nghệ xử lý nước nhiễm mangan thường được áp dụng

Nguyên lý phổ biến của xử lý nước nhiễm mangan là oxy hóa Mn²⁺ hòa tan thành dạng manganese oxide ít tan, sau đó giữ lại bằng lớp lọc. Tuy nhiên, tốc độ oxy hóa mangan phụ thuộc mạnh vào pH, nhiệt độ, chất oxy hóa và thành phần nước.

Làm thoáng và oxy hóa mangan

Làm thoáng bổ sung oxy và rất hữu ích trong nhiều dây chuyền xử lý nước ngầm, đặc biệt khi nước đồng thời chứa sắt. Tuy nhiên, mangan khó oxy hóa bằng oxy không khí hơn sắt ở pH trung tính.

Tài liệu SUEZ/Degrémont cho thấy oxy hóa Mn²⁺ bằng oxy phụ thuộc mạnh vào pH; trong nhiều trường hợp thực tế cần nâng pH hoặc sử dụng chất oxy hóa mạnh hơn. Vì vậy, sục khí xử lý mangan không nên được coi là giải pháp độc lập cho mọi nguồn nước.

Chlorine, potassium permanganate KMnO₄, ozone hoặc các chất oxy hóa thích hợp có thể được xem xét. Liều lượng phải dựa trên nhu cầu oxy hóa thực tế, pH, mangan, sắt và các chất khử khác trong nước. Châm thiếu có thể khiến mangan chưa chuyển hóa hết; châm dư cũng tạo thêm vấn đề vận hành.

Lọc bằng vật liệu MnO₂ và vật liệu xúc tác

Sau oxy hóa, cặn mangan cần được giữ lại bằng vật liệu lọc mangan. Các lớp lọc có thể sử dụng cát kết hợp vật liệu phủ hoặc chứa MnO₂, tùy cấu hình.

MnO₂ không chỉ giữ cặn cơ học mà còn có thể tạo bề mặt xúc tác hỗ trợ quá trình oxy hóa mangan hòa tan. Một số vật liệu cần hoàn nguyên bằng permanganate tùy cơ chế hoạt động và hướng dẫn của nhà sản xuất.

Veolia cũng sử dụng các lớp vật liệu MnO₂ trong công nghệ xử lý mangan cho nước ngầm và nước cấp. Điều này cho thấy thuật ngữ “cát mangan” thực tế bao phủ nhiều loại vật liệu có thành phần và cơ chế khác nhau, không nên đánh đồng tất cả với một loại hạt lọc.

Lọc sinh học khử mangan

Trong điều kiện thích hợp, vi sinh vật oxy hóa mangan có thể phát triển trên lớp vật liệu lọc và xúc tác chuyển Mn²⁺ thành dạng oxide không tan. Lọc sinh học mangan được sử dụng trong một số hệ nước ngầm mà không cần liên tục châm chất oxy hóa mạnh.

Công nghệ này phụ thuộc vào pH, oxy hòa tan, tốc độ lọc, nhiệt độ và quá trình hình thành lớp sinh học. Vì vậy hệ lọc cần thời gian khởi động và chế độ vận hành phù hợp; không nên kỳ vọng hiệu suất ổn định ngay sau khi thay toàn bộ vật liệu.

Màng RO và các công nghệ hoàn thiện

RO có khả năng giảm nhiều ion hòa tan, trong đó có mangan ở điều kiện thiết kế phù hợp. Tuy nhiên, RO không nên mặc định là công đoạn đầu tiên để xử lý nước giếng có mangan cao.

DuPont lưu ý nước ngầm thiếu oxy có thể chứa mangan hòa tan; khi mangan bị oxy hóa trước hoặc trong hệ thống, các hạt hydroxide/oxide hình thành có thể gây fouling màng RO. Vì vậy, với hệ RO công nghiệp, sắt và mangan thường cần được đánh giá kỹ ở khâu tiền xử lý.

Cách lựa chọn hệ thống xử lý mangan phù hợp với nguồn nước

Không nên chọn hệ thống xử lý mangan chỉ từ một con số Mn. Ví dụ, hai nguồn nước cùng có mangan 0,5 mg/L nhưng một nguồn có pH thấp và sắt cao, nguồn còn lại có pH cao hơn và ít sắt có thể cần hai cấu hình vận hành khác nhau.

Với nước giếng khoan nhiễm mangan và sắt, hệ thống có thể gồm làm thoáng hoặc trộn khí → oxy hóa/điều chỉnh pH khi cần → thời gian tiếp xúc → lọc sắt – mangan → lọc hoàn thiện. Thứ tự và loại vật liệu phải được xác định theo kết quả xét nghiệm.

Nếu nguồn mangan thấp nhưng yêu cầu nước đầu ra nghiêm ngặt, có thể sử dụng tầng MnO₂ xúc tác hoặc công đoạn polishing. Đối với hệ thống có RO phía sau, cần đảm bảo mangan và các hạt oxy hóa được kiểm soát trước màng để hạn chế đóng cặn.

SKY Envitech hoạt động trong lĩnh vực xử lý nước cấp, lọc nước công nghiệp và công nghệ môi trường. Khi tiếp nhận bài toán lọc nước nhiễm mangan, SKY Envitech ưu tiên khảo sát nguồn nước và xác định dạng mangan, pH, sắt cùng các thành phần liên quan trước khi lựa chọn công nghệ, thay vì mặc định dùng một loại vật liệu hoặc một sơ đồ cho mọi nguồn nước.

Nếu nguồn nước đang xuất hiện cặn đen, mangan sau lọc còn cao hoặc vật liệu nhanh mất khả năng làm việc, doanh nghiệp nên kiểm tra lại toàn bộ chuỗi oxy hóa – thời gian tiếp xúc – vật liệu lọc – tốc độ lọc và chế độ rửa ngược. SKY Envitech có thể hỗ trợ đánh giá hiện trạng và xây dựng giải pháp xử lý nước nhiễm mangan phù hợp với chất lượng nước, công suất và mục đích sử dụng thực tế.

Meta Description: Nước nhiễm mangan là gì? Tìm hiểu nguyên nhân, dấu hiệu, ảnh hưởng và cách xử lý bằng oxy hóa, vật liệu MnO₂, lọc sinh học và RO phù hợp.