Biến đổi khí hậu, hạn hán và xâm nhập mặn đang là một trong những nguyên nhân góp phần làm cho khoảng 20% dân số nước ta vẫn chưa tiếp cận được nước sạch. Theo đánh giá của Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (2013), ở Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL), dòng chảy thượng nguồn sông Mê Kông bị thiếu hụt, mức nước thấp kỷ lục trong 90 năm qua. Mùa mưa đến muộn, lượng mưa thiếu hụt so với trung bình nhiều năm 30 – 60%, dòng chảy hệ thống sông thiếu hụt 30 – 50%. Người dân ở các vùng cách biển 45 km đã không thể lấy nước ngọt, các vùng cách biển 45 – 65 km chỉ xuất hiện nước ngọt vào thời kì triều kém hoặc chân triều, các vùng cách biển 70 – 75 km xâm nhập mặn nồng độ dưới 4 g/L, điều này gây ảnh hưởng đến sản xuất và sinh hoạt (Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, 2013). Theo nghiên cứu của Hà (2014), dân số bị ảnh hưởng bởi xâm nhập mặn ở ĐBSCL tăng từ 39,5% tại thời điểm 2012, được dự đoán lên 41,4, 45,3 và 47,6% vào các năm 2020, 2030 và 2050.

Trước tình hình cấp bách đó, ở các địa phương ven biển thuộc tỉnh Kiên Giang, Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Trà Vinh, Bến Tre và Tiền Giang, nơi đây người dân không tiếp cận được mạng lưới cấp nước sạch, tình trạng người dân thiếu nước sạch sinh hoạt diễn ra thường xuyên. Công nghệ xử lý nước bị nhiễm mặn chưa đáp ứng yêu cầu ở vùng không tiếp cận được cơ sở hạ tầng cấp nước, vùng ven biển và hải đảo cũng là nguyên nhân gây nên thiếu nước sinh hoạt (Hoàn & Khương, 2016). Do đó, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị lọc nước mặn thành nước ngọt bằng màng lọc sử dụng năng lượng mặt trời có hiệu quả thiết thực, góp phần cải thiện chất lượng nước và phục vụ nhu cầu tối thiểu cho người dân tại địa phương. Các hoạt động nghiên cứu và sử dụng năng lượng mặt trời (NLMT) ở Việt Nam hiện nay thường tập trung vào các lĩnh vực như cung cấp nước nóng dùng trong sinh hoạt và phát điện ở quy mô nhỏ như sấy, nấu ăn, chưng cất nước (Hạ, 2010). Tuy nhiên, nghiên cứu sử dụng NLMT để vận hành hệ thống xử lý nước còn hạn chế.

Công nghệ thẩm thấu ngược ngày càng được sử dụng phổ biến do tiêu thụ ít năng lượng so với một số công nghệ khử mặn khác (Spyridoula et al., 2018). Trong năm 2013, trong số các dự án khử mặn được lắp đặt trên toàn cầu thì công nghệ thẩm thấu ngược chiếm 65%, chưng cất nhiều giai đoạn chiếm 22% và còn lại là chưng cất đa tác dụng (Miller et al., 2015). Việc khai thác các nguồn năng lượng tái tạo cho sản xuất nước ngọt được coi là rất hứa hẹn để giảm tác động đến môi trường. Các nhà máy điện mặt trời tập trung đang phát triển rất nhanh, chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng phục vụ trong công nghiệp và dân dụng. Một số nhà máy lọc nước biển có dung tích vừa và lớn áp dụng công nghệ lọc thẩm thấu ngược được trang bị thiết bị thu hồi năng lượng cao, tiêu thụ năng lượng khoảng 2,2 – 2,5 kWh/m3. Ngay cả khi mức tiêu thụ thấp hơn 2,0 kWh/m3 vẫn có thể khả thi về mặt kỹ thuật (Iaquaniello et al., 2014).

Các công trình nghiên cứu về khử mặn nước biển ở Việt Nam bắt đầu từ những năm 1990 (Hạ, 2010). Một hệ thống xử lý nước biển qua 5 công đoạn với công đoạn cuối là lọc màng RO đã được Trung tâm tư vấn và chuyển giao công nghệ nước sạch và môi trường thiết kế và lắp đặt tại đảo Bạch Long Vĩ năm 2003 với công suất 11 m3/h. Năm 2008, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã chế tạo thiết bị xử lý nước biển thành nước ngọt bằng công nghệ lọc màng RO, đáp ứng tiêu chuẩn của Bộ Y tế về nước sinh hoạt với công suất 300 Lít/h (Hạ, 2010). Các nghiên cứu này thường chỉ dừng lại ở mức thử nghiệm và quy mô nhỏ. Có thể thấy các công trình nghiên cứu chế tạo thiết bị ngọt hóa nước biển ở nước ta tập trung vào hai nhóm công nghệ chính là chưng cất và màng lọc RO. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn cấp bách đó, cùng với tiềm năng to lớn về nguồn năng lượng mặt trời cho thấy việc tiếp tục nghiên cứu phát triển hệ thống xử lý nước mặn thành nước ngọt bằng công nghệ lọc kết hợp sử dụng năng lượng mặt trời là rất cần thiết trong công tác cấp nước sạch nhằm đảm bảo chất lượng nước sinh hoạt theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia của Bộ Y tế cho người dân ven vùng ven biển và hải đảo. Theo đó, nghiên cứu này tập trung vào các nội dung sau: (i) Đánh giá chất lượng nước biển vùng nghiên cứu; (ii) Đề xuất công nghệ xử lý nước biển; (iii) Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình xử lý nước biển.

Sau quá trình nghiên cứu, Kết quả cho thấy tính chất nước biển có sự biến động rộng tại các vùng biển đảo và ven bờ. Do đó, để áp dụng công nghệ lọc cho hệ thống khử mặn thì cần lựa chọn màng lọc phù hợp, để đảm bảo hiệu quả khử mặn.

Nghiên cứu đã đề xuất công nghệ xử lý nước biển hoàn chỉnh. Hệ thống xử lý mặn gồm hai giai đoạn chính: giai đoạn tiền xử lý để loại bỏ cặn lắng lơ lửng vô cơ, các xác bã hữu cơ, mùi và khử bỏ phèn (nếu có) trong nước và giai đoạn xử lý chính với hạng mục lõi là màng RO để khử mặn.

Nước sau xử lý có chất lượng đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt QCVN 01-1:2018/BYT. Hệ thống xử lý mặn sử dụng điện năng được cung cấp từ hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới, đảm bảo cung cấp điện ổn định. Do vậy, hệ thống có tiềm năng để xử lý nước mặt nhiễm mặn cung cấp nước sạch ở những vùng không tiếp cận được mạng lưới cấp nước sạch, vùng bị xâm nhập mặn, vùng ven biển/hải đảo.