Lọc nước bằng phèn chua: Lượng nhôm tồn dư có an toàn để uống?

Thói quen làm trong nước bằng phèn nhôm

Nhiều gia đình tại các vùng nông thôn hoặc nơi chưa có nước máy vẫn giữ thói quen thả một cục phèn chua vào chum vại để làm trong nước mưa, nước giếng hay nước sông đục ngầu. Chỉ sau một thời gian ngắn, các hạt cặn lơ lửng kết tụ lại và chìm dần xuống đáy, để lại lớp nước bên trên trong vắt.

Phương pháp dân gian này thực chất là ứng dụng của muối nhôm kali sunfat ^[1]. Tuy nhiên, nhiều người dùng hiện nay thắc mắc liệu việc dùng phèn chua để lắng nước có để lại lượng nhôm tồn dư cao hay không và nước sau xử lý có thực sự an toàn để uống trực tiếp mỗi ngày.

Thực tế, quá trình lắng phèn luôn để lại một lượng nhôm hòa tan hoặc hạt mịn nhất định trong nguồn nước đã qua xử lý ^[2], ^[3]. Nước trong mắt thường nhìn thấy không đồng nghĩa với việc đã sạch hoàn toàn kim loại này, và mức độ an toàn phụ thuộc chặt chẽ vào nồng độ chất hữu cơ tự nhiên cũng như cách kiểm soát liều lượng phèn ^[4], ^[3].

Cơ chế keo tụ của muối nhôm diễn ra thế nào?

Phèn chua khi hòa tan vào nước giải phóng các ion nhôm mang điện tích dương ^[1]. Trong dung dịch nước, các hợp chất muối nhôm và hydroxit nhôm hoạt động như những chất kết tụ cực mạnh đối với các phân tử sinh học và chất hữu cơ ^[1].

Nước thô tự nhiên thường chứa nhiều hạt lơ lửng siêu nhỏ mang điện tích âm, rất khó tự lắng hay lọc sạch bằng phương pháp thông thường ^[1]. Muối nhôm đóng vai trò là chất keo tụ, trung hòa điện tích và khiến các hạt bẩn nhỏ gom cụm lại với nhau tạo thành các bông cặn lớn hơn ^[1], ^[5].

Khi các bông cặn này đủ nặng, chúng sẽ lắng xuống đáy bể hoặc đáy chum nước để dễ dàng loại bỏ bằng các biện pháp lọc tiêu chuẩn ^[1]. Quá trình này giúp biến đổi nguồn nước thô đục ngầu thành dòng nước trong veo, thẩm mỹ hơn ^[1].

Nồng độ nhôm tồn dư: Nghiên cứu khoa học nói gì?

Dù đem lại hiệu quả làm trong ấn tượng, việc dùng muối nhôm luôn để lại các dạng tồn dư nhôm trong nước thành phẩm ^[2]. Nhiều công trình nghiên cứu đã tiến hành khảo sát các yếu tố chi phối hàm lượng nhôm còn sót lại này.

Một nghiên cứu công bố năm 2011 đã khảo sát nồng độ nhôm tồn dư trong điều kiện nước thô chứa hàm lượng axit humic cao ^[4]. Kết quả cho thấy sự hiện diện của axit humic làm tăng đáng kể lượng nhôm dư ^[4]. Khi nước thô có 15 mg/L axit humic, nồng độ nhôm hòa tan và nhôm tổng số trong nước sau xử lý gần như tương đương với lượng nhôm ban đầu cho vào ^[4]. Sau khi tăng liều lượng chất keo tụ từ 12 lên 120 mg/L, tổng lượng nhôm trong nước thành phẩm mới được khống chế xuống dưới 0,2 mg/L ^[4]. Nghiên cứu này cũng chỉ ra tiền xử lý bằng ozone, clo hóa hay thuốc tím ít có tác dụng giảm nhôm dư, trong khi chiếu xạ tia UV kết hợp ozone (0,5 mg O3/mg C trong 3 giờ) giúp giảm rõ rệt nhôm tồn dư nhờ phá vỡ liên kết phân tử humic ^[4].

Một khảo sát thực địa công bố năm 2018 tại một nhà máy xử lý nước uống đã phân tích các dạng nhôm tồn dư sau quá trình keo tụ ^[3]. Kết quả chỉ ra rằng đối với tất cả các mẫu nước sau lọc, phần lớn tổng nhôm tồn dư tồn tại dưới dạng nhôm hòa tan, chiếm từ 70% đến 90% ^[3]. Nghiên cứu phát hiện axit humic hoặc chất hữu cơ có khối lượng phân tử nhỏ hơn 1500 Da có ảnh hưởng đáng kể làm tăng nhôm tồn dư, và các quy trình xử lý thông thường không loại bỏ được nhóm chất hữu cơ nhỏ này ^[3]. Việc bổ sung thêm cát hoặc polyacrylamide trong quá trình keo tụ giúp giảm đáng kể axit humic và giảm lượng nhôm tồn dư tương ứng ^[3]. Khảo sát trên dung dịch bovine serum albumin cũng cho thấy khi lượng carbon hữu cơ hòa tan (DOC) lớn hơn 4,0 mg/L, nồng độ nhôm tồn dư có sự khác biệt rõ rệt khi pH dao động từ 4,0 đến 9,0 ^[3].

Nghiên cứu công bố năm 2015 tiếp tục khẳng định cơ chế trung hòa điện tích quyết định trực tiếp tới nồng độ nhôm tồn dư ^[5]. Nồng độ nhôm dư giảm khi khối lượng phân tử của chất hữu cơ tăng lên ^[5]. Ở điều kiện axit, tỷ lệ phân đoạn Ala cao giúp giảm nhôm tồn dư; trong khi ở môi trường trung tính và kiềm, các phân đoạn Alb/Alc đóng vai trò kiểm soát chính ^[5]. Tổng nồng độ nhôm hòa tan của các dạng Al13 và Al30 đóng góp chủ yếu từ các phân đoạn chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp (0-1 kDa) hoặc cao ^[5].

Nghiên cứu năm 2016 về hành vi lắng đọng trong đường ống phân phối cho thấy nước uống thành phẩm thường chứa một lượng nhôm dư nhất định ^[2]. Nhôm dư có thể lắng đọng trên bề mặt đường ống và có khả năng tái giải phóng vào nước uống tại vòi tiêu dùng ^[2]. Dạng Al13 có xu hướng lắng đọng cao nhất và tạo lớp cặn cứng, trong khi khuấy trộn mạnh thúc đẩy sự lắng đọng nhiều hơn so với trạng thái tĩnh ^[2]. Trong khoảng pH gần trung tính từ 6,7 đến 8,7, ảnh hưởng của pH lên sự lắng đọng nhôm diễn ra tương đối yếu ^[2].

Bên cạnh đó, các nghiên cứu năm 2007, 2010 và 2022 tập trung khảo sát bùn thải và cặn xử lý nước chứa nhôm (Al-WTRs) sinh ra từ quá trình lọc nước uống ^[6], ^[7], ^[8]. Bùn cặn phèn nhôm chứa lượng lớn hydroxit nhôm, có khả năng hấp phụ photpho thứ cấp đạt từ 91% đến 98% ở nồng độ cặn 4 g/L đến 16 g/L ^[6], ^[7]. Lượng nhôm rửa trôi từ cặn phèn sấy khô ra môi trường nước mặt không đủ cao để gây độc cho các loài thủy sinh ^[7]. Tuy nhiên, các dữ liệu này chỉ phản ánh đặc tính của chất thải bùn cặn và việc tái sử dụng xử lý môi trường, không đại diện cho mức độ an toàn của nguồn nước trực tiếp đi vào cơ thể người ^[6], ^[8].

Lợi ích thực tế và mặt hạn chế của bằng chứng

Việc dùng phèn chua đem lại giải pháp sơ chế nước đục rẻ tiền, nhanh chóng và dễ áp dụng tại những nơi thiếu thốn hạ tầng lọc nước tập trung ^[1]. Nó giúp kết tủa hiệu quả các tạp chất hữu cơ, đất cát lơ lửng để làm trong nước rõ rệt bằng mắt thường ^[1].

Tuy vậy, các bằng chứng khoa học cho thấy nhược điểm lớn nhất là phần lớn nhôm còn sót lại sau lọc lại nằm ở dạng nhôm hòa tan (70% - 90%) ^[3]. Điều này đồng nghĩa với việc dù nước trông rất trong, người dùng vẫn có thể đang dung nạp một lượng ion nhôm hòa tan mà mắt thường không thể phát hiện ^[3]. Hơn nữa, việc sử dụng phèn nhôm trong xử lý nước uống từ lâu đã nhận về nhiều cảnh báo khoa học liên quan đến nguy cơ gây độc tiềm ẩn, đặc biệt là tác động độc thần kinh trên hệ sinh lý con người ^[1]. Ở mức độ phân tử tế bào, nhôm thể hiện khả năng tác động mạnh lên sự co đặc của DNA và làm sai lệch cấu trúc cuộn gập của chất nhiễm sắc (chromatin) ^[1].

Dù vậy, cần lưu ý rằng các thử nghiệm biến đổi phân tử chromatin kể trên mới được ghi nhận ở mức độ nghiên cứu sinh học phân tử in vitro ^[1]. Chưa có thử nghiệm lâm sàng dài hạn trực tiếp trên người để đánh giá ngưỡng liều phèn chua lọc thủ công gây ra bệnh lý cụ thể.

Những hiểu lầm thường gặp khi dùng phèn lắng nước

Hiểu lầm phổ biến nhất là cho rằng nước sau khi đánh phèn chua lắng trong thì đã đủ độ sạch để uống trực tiếp. Thực tế, phèn chỉ làm nhiệm vụ kết tụ cặn cơ học và chất hữu cơ để chúng chìm xuống ^[1]. Nhôm hòa tan vẫn tồn tại trong nước với tỷ lệ rất cao ^[3].

Một ngộ nhận khác là cho càng nhiều phèn thì nước càng sạch và an toàn hơn. Các nghiên cứu đã chứng minh khi nước có nhiều axit humic tự nhiên, nồng độ nhôm hòa tan và nhôm tổng số sót lại sẽ tỷ lệ thuận với lượng nhôm thêm vào nếu không có liều lượng keo tụ tối ưu và biện pháp lọc chuyên sâu ^[4]. Việc lạm dụng phèn chua quá mức chỉ làm tăng thêm lượng kim loại dư thừa trong nước uống hàng ngày ^[4].

Nhiều người cũng nghĩ rằng đun sôi nước đã đánh phèn sẽ làm bay hơi hoặc khử sạch nhôm. Đun sôi chỉ có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật, không thể loại bỏ các ion kim loại nặng hay nhôm hòa tan; thậm chí việc đun cạn nước còn làm tăng nồng độ nhôm tồn dư theo thể tích.

Nhóm đối tượng cần thận trọng

Do nhôm có liên quan đến các lo ngại về độc tính thần kinh trên hệ sinh lý con người ^[1], bất kỳ ai sử dụng nguồn nước có can thiệp phèn chua đều cần hết sức cẩn trọng. Hiện chưa có nghiên cứu riêng biệt đánh giá nồng độ phèn nhôm trong nước uống trên các nhóm nhạy cảm như phụ nữ mang thai, mẹ cho con bú, trẻ nhỏ hay người cao tuổi. Dữ liệu độc tính hiện có chủ yếu ghi nhận từ các nghiên cứu sinh học tế bào và mô hình thực nghiệm phân tử ^[1].

Tuy nhiên, với những người mắc bệnh suy thận mãn tính hoặc suy giảm chức năng đào thải kim loại, việc thường xuyên nạp nước chứa nhôm tồn dư hòa tan có thể gây tích tụ không mong muốn. Những người đang có bệnh nền cần tham khảo ý kiến bác sĩ chuyên khoa và kiểm tra chất lượng nguồn nước sinh hoạt định kỳ.

Áp dụng thực tế để đảm bảo an toàn

Khi bắt buộc phải sử dụng phèn chua để xử lý nước đục trong điều kiện sinh hoạt tạm thời hoặc thiên tai, người dân chỉ nên sử dụng một lượng vừa phải theo khuyến cáo y tế cơ sở để làm trong nước, tránh việc ước lượng tùy tiện cho quá nhiều.

Sau khi hòa tan phèn, cần để yên chum vại cho cặn lắng hoàn toàn xuống đáy, sau đó nhẹ nhàng gạn lấy phần nước trong ở phía trên. Kết hợp lọc qua lớp cát mịn hoặc hệ thống màng lọc bổ sung là biện pháp hữu ích, bởi việc bổ sung cát trong quá trình keo tụ đã được nghiên cứu chứng minh giúp giảm đáng kể lượng axit humic và giảm lượng nhôm tồn dư ^[3].

Nguồn nước đã qua lắng phèn chỉ nên dùng cho các mục đích sinh hoạt thông thường như giặt giũ, tắm rửa. Nếu dùng để ăn uống, nước cần phải được lọc qua các thiết bị lọc chuyên dụng có khả năng giữ lại kim loại hòa tan và luôn đun sôi trước khi sử dụng. Không dùng phèn chua thay thế cho các biện pháp khử trùng diệt khuẩn.

Tóm lại, lọc nước bằng phèn chua là giải pháp tình thế hiệu quả để cải thiện độ trong của nước thô. Tuy nhiên, lượng nhôm tồn dư dạng hòa tan vẫn hiện diện ở mức đáng kể sau quá trình lắng. Người dân nên thận trọng, không lạm dụng liều lượng và cần kết hợp các biện pháp lọc sạch phù hợp trước khi đưa vào cơ thể.