Mn2+ trong nước mặt và nước ngầm đến từ nước thải chưa xử lý hoặc xử lý chưa đạt chuẩn môi trường, gây ra mối đe dọa nghiêm trọng cho cộng đồng. Các dữ liệu khảo sát tại Việt Nam cho thấy mức độ nghiêm trọng này ở mức độ khu vực: ở Hà Nội và vùng phụ cận, có đến 76% mẫu nước giếng vượt ngưỡng khuyến cáo của WHO (0,4 mg/L) với giá trị trung vị trên 1 mg/L (Agusa et al., 2005); ở Hà Nam, hơn 70% trong 66 mẫu nước ngầm vượt quy chuẩn Việt Nam (0,3 mg/L); và tại đồng bằng sông Mekong, 74% trong 404 mẫu nước ở bốn tỉnh khảo sát (2007–2008) có Mn2+ trên 0,05 mg/L, thậm chí một số mẫu lên tới 14 mg/L. Tình hình nghiêm trọng hơn tại An Giang và Đồng Tháp với tỷ lệ mẫu không đạt chuẩn lên tới 93% (Hoang et al., 2010),... Những dữ liệu này không chỉ phản ánh nguy cơ phơi nhiễm mà còn gợi ý một nhu cầu cấp thiết về các giải pháp xử lý nước hiệu quả, bền vững và dễ triển khai tại nguồn nước cấp địa phương.

Trong bối cảnh đó, nghiên cứu tập trung khảo sát hiệu quả loại bỏ Mn2+ bằng phương pháp lọc kết hợp với tác dụng oxy hóa của NaClO. Mô hình thí nghiệm được triển khai trên cột lọc quy mô phòng thí nghiệm với nước nhiễm Mn2+ nhân tạo và ba loại vật liệu lọc phổ biến: cát thạch anh, cát mangan và zeolit. Các thông số được hệ thống hóa nhằm phản ánh điều kiện thực tế: nồng độ Mn2+ đầu vào từ 5 đến 25 mg/L, nồng độ và thể tích NaClO từ 2–10 mg/L và 2–10 mL, thời gian phản ứng từ 1 đến 8 giờ, duy trì ở pH 7 ± 0,2 và nhiệt độ khoảng 25°C. Việc đo nồng độ Mn2+ được tiến hành theo chuẩn Việt Nam TCVN 6002:1995 bằng phương pháp trắc quang với dung dịch formaldoxim, cho phép đánh giá hiệu quả loại bỏ ở từng điều kiện thí nghiệm. Mục tiêu chung là đánh giá vai trò của zeolit vừa như vật liệu lọc vừa như chất xúc tác, đặc biệt khi kết hợp với NaClO, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo Mn2+ sau xử lý nằm trong giới hạn cho phép.

Ảnh minh họa

Kết quả nghiên cứu cho thấy, zeolit thể hiện hiệu suất loại bỏ Mn2+ cao nhất. Trong điều kiện không có NaClO, zeolit đạt khoảng 97,7% hiệu quả loại bỏ; khi có sự bổ sung NaClO, hiệu suất tăng lên tới 99,8%, nhờ vào sự hình thành và xúc tác của MnOx trên bề mặt zeolit. Nồng độ Mn2+ cuối cùng sau xử lý rơi về mức dưới 0,1 mg/L, phù hợp với yêu cầu của QCVN 01-1:2018/BYT. Bên cạnh đó, NaClO đóng vai trò tăng cường hiệu quả xử lý, cho thấy sự phối hợp giữa oxi hóa mạnh và cơ chế hấp phụ của vật liệu lọc có thể mang lại lợi ích vượt trội cho hệ thống nước sinh hoạt. Phát hiện này không chỉ làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của zeolit mà còn mở đường cho các thiết kế hệ thống xử lý nước cấp tại địa phương, nơi Mn2+ là một vấn đề cấp thiết. Bên cạnh zeolit, NaClO cũng có tác dụng cải thiện hiệu quả lọc của cát thạch anh và cát mangan, cho thấy cơ chế kép vừa oxy hóa vừa tăng cường hiệu suất vật liệu lọc có thể được khai thác để tối ưu hóa chi phí và hiệu suất trong thực tiễn. Từ đây, tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước cấp được mở rộng, nhằm kiểm soát nồng độ Mn2+, nâng cao chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng trong bối cảnh nguồn nước ngày càng bị đe dọa do ô nhiễm mangan.