Tài liệu Nghiên cứu xử lý asen trong nước ngầm bằng phương pháp lọc sinh học

  • Số trang: 82 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 50 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27127 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM -----  ----- DƢƠNG THỊ MINH HOÀ Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ASEN TRONG NƢỚC NGẦM BẰNG PHƢƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC” Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Phan Đỗ Hùng Viện Công nghệ Môi trường Việt Nam 2. PGS.TS. Đặng Văn Minh Khoa Tài nguyên và Môi trường Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên THÁI NGUYÊN, NĂM 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn i Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Phan Đỗ Hùng, Viện Công nghệ Môi trường và thầy giáo PGS. TS. Đặng Văn Minh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt qúa trình thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn các anh, chị ở Viện Công nghệ Môi trường, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam; các thầy, các cô trong Khoa Tài nguyên và Môi trường đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đề tài. Cuối cùng em xin gửi đến gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ em trong quá trình thực tập, nghiên cứu cũng như trong thời gian thực hiện đề tài lời cảm ơn chân thành nhất. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 9 năm 2011 Tác giả Dương Thị Minh Hoà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu khảo sát và phân tích từ thực tiễn dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Phan Đỗ Hùng và PGS.TS Đặng Văn Minh. Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ cho một học vị nào, phần trích dẫn tài liệu tham khảo đều được ghi rõ nguồn gốc. Thái Nguyên, ngày..... tháng.... năm 2011 Tác giả Dƣơng Thị Minh Hoà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn iii MỤC LỤC Trang Mở đầu 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục đích của đề tài 3 3. Yêu cầu của đề tài 4 4. Ý nghĩa của đề tài 4 Chƣơng 1. Tổng quan tài liệu 5 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài 5 1.2. Asen, tính chất hoá lý và các dạng tồn tại 6 1.3. Ảnh hưởng của asen đến sức khoẻ con người 11 1.4. Ô nhiễm asen trong nước ngầm trên thế giới và Việt Nam 12 1.4.1. Ô nhiễm asen trong nước ngầm trên thế giới 12 1.4.2. Ô nhiễm asen trong nước ngầm ở Việt Nam 14 1.5. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm asen trong nước ngầm 17 1.6. Tiêu chuẩn về hàm lượng asen trong nước uống 19 1.7. Các phương pháp xử lý asen 19 1.7.1. Các phương pháp xử lý asen trên thế giới 19 1.7.2. Các phương pháp xử lý asen đang được nghiên cứu và áp dụng tại Việt Nam 1.8. Cơ sở lý thuyết của phương pháp lọc sinh học 22 24 1.8.1. Cơ chế loại bỏ asen bằng phương pháp lọc sinh học 24 1.8.2. Vi khuẩn oxy hóa sắt và mangan 28 1.8.3. Các yếu tố ảnh hưởng 31 Chƣơng 2. Đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu 33 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 33 2.2. Địa điểm và thời gian tiến hành 33 2.3. Nội dung nghiên cứu 33 2.4. Phương pháp nghiên cứu 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn iv Chƣơng 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 39 3.1. Diễn biến của pH, nhiệt độ và nồng độ oxy hoà tan trong quá trình thực nghiệm 3.2. Ảnh hưởng của tốc độ lọc đến hiệu suất xử lý asen 39 44 3.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ lọc đến hiệu suất xử lý asen đối với kích thước vật liệu lọc từ 3 - 5 mm, nồng độ asen đầu vào khoảng 50 g/l 3.2.2. Ảnh hưởng của tốc độ lọc đến hiệu suất xử lý asen đối với kích thước vật liệu lọc từ 1 - 3 mm, nồng độ asen đầu vào khoảng 50 g/l 3.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ lọc đến hiệu suất xử lý asen đối với kích thước vật liệu lọc từ 1 - 3 mm, nồng độ asen đầu vào khoảng 100 g/l 3.3. Ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu lọc đến hiệu suất xử lý asen 44 46 48 50 3.3.1. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu lọc tới hiệu suất xử lý asen đối với tốc độ lọc 100 m/ngày và nồng độ asen đầu vào 50 khoảng 50 g/l 3.3.2. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu lọc tới hiệu suất xử lý asen đối với tốc độ lọc 400 m/ngày và nồng độ asen đầu vào 52 khoảng 50 g/l 3.3.3. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu lọc tới hiệu suất xử lý asen đối với tốc độ lọc 600 m/ngày và nồng độ asen đầu vào 54 khoảng 50 g/l 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ asen trong nước ngầm đầu vào đến hiệu suất xử lý asen 55 3.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ asen trong nước ngầm đầu vào tới hiệu suất xử lý asen đối với vật liệu lọc có kích thước từ 1 - 3 mm và tốc độ lọc 100 m/ngày Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 55 v 3.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ asen trong nước ngầm đầu vào tới hiệu suất xử lý asen đối với vật liệu lọc có kích thước từ 1 - 3 mm 57 và tốc độ lọc 210 m/ngày 3.4.3. Ảnh hưởng của nồng độ asen trong nước ngầm đầu vào tới hiệu suất xử lý asen đối với vật liệu lọc có kích thước từ 1 - 3 mm 59 và tốc độ lọc 400 m/ngày 3.5. Ưu nhược điểm của phương pháp lọc sinh học sử dụng vi sinh vật oxy hoá sắt và mangan Kết luận và kiến nghị 63 65 1. Kết luận 65 2. Kiến nghị 66 Tài liệu tham khảo Phụ lục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Viết đầy đủ WHO Tổ chức Y tế thế giới TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN Quy chuẩn Việt Nam UNICEF Quỹ Nhi đồng Liên Hiệp Quốc BYT Bộ Y tế IRB Vi khuẩn oxy hoá sắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn vii DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 1.1. Hàm lượng Asen trong nước (µg/l) và trầm tích (ppm) biển ven bờ một số vùng Việt Nam Bảng 1.2. Tổng hợp những kết quả xét nghiệm asen do UNICEF hỗ trợ năm 2004 Bảng 1.3.Tổng hợp một số chỉ tiêu phân tích mẫu nước ngầm Thành phố Hà Nội mùa khô 12/2000 - 2/2001 10 15 16 Bảng 2.1. Các thông số của nước ngầm đầu vào 33 Bảng 2.2. Các chế độ thực nghiệm 37 Bảng 3.1. Diễn biến của pH, nhiệt độ và nồng độ oxy hoà tan trong quá trình thực nghiệm 41 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của tốc độ lọc đến hiệu suất xử lý asen đối với kích thước vật liệu lọc từ 3 - 5 mm, nồng độ asen đầu vào 44 khoảng 50 g/l Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tốc độ lọc đến hiệu suất xử lý asen đối với kích thước vật liệu lọc từ 1 - 3 mm, nồng độ asen đầu vào 46 khoảng 50 g/l Bảng 3.4. Ảnh hưởng của tốc độ lọc đến hiệu suất xử lý asen đối với kích thước vật liệu lọc từ 1 - 3 mm, nồng độ asen đầu vào 48 khoảng 100 g/l Bảng 3.5. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu lọc tới hiệu suất xử lý asen đối với tốc độ lọc 100 m/ngày và nồng độ asen đầu vào 50 khoảng 50 g/l Bảng 3.6. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu lọc tới hiệu suất xử lý asen đối với tốc độ lọc 400 m/ngày và nồng độ asen đầu vào 52 khoảng 50 g/l Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn viii Bảng 3.7. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu lọc tới hiệu suất xử lý asen đối với tốc độ lọc 600 m/ngày và nồng độ asen đầu vào 54 khoảng 50 g/l Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ asen trong nước ngầm đầu vào tới hiệu suất xử lý asen đối với vật liệu lọc có kích thước từ 1 - 3 56 mm và tốc độ lọc 100 m/ngày Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ asen trong nước ngầm đầu vào tới hiệu suất xử lý asen đối với vật liệu lọc có kích thước từ 1 - 3 57 mm và tốc độ lọc 210 m/ngày Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ asen trong nước ngầm đầu vào tới hiệu suất xử lý asen đối với vật liệu lọc có kích thước từ 1 - 59 3 mm và tốc độ lọc 400 m/ngày Bảng 3.11. Hiệu suất xử lý asen trong nước ngầm bằng phương pháp lọc sinh học Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 61 http://www.lrc-tnu.edu.vn ix DANH MỤC CÁC HÌNH Tên hình Trang Hình 1.1. Sơ đồ vòng tuần hoàn của Asen trong môi trường 7 Hình 1.2. Một số hình ảnh biểu hiện các bệnh do nhiễm độc Asen gây ra Hình 1.3. Bản đồ ô nhiễm Asen 12 14 Hình 1.4. Cơ chế loại bỏ asen trong nước ngầm bằng phương pháp lọc sinh học 25 Hình 1.5. Cơ chế loại bỏ asen(III) 27 Hình 1.6. Vi khuẩn sắt (Gallionella) 28 Hình 1.7. Miền hoạt động của vi khuẩn oxy hoá sắt 29 Hình 1.8. Vi sinh vật bản địa phát triển trong cột lọc sinh học 31 Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống xử lý asen trong nước ngầm bằng phương pháp lọc sinh học 34 Hình 3.1. Ảnh hưởng của tốc độ lọc đến hiệu suất xử lý asen đối với kích thước vật liệu lọc từ 3 - 5 mm, nồng độ asen đầu vào 45 khoảng 50 g/l Hình 3.2. Ảnh hưởng của tốc độ lọc đến hiệu suất xử lý asen đối với kích thước vật liệu lọc từ 1 - 3 mm, nồng độ asen đầu vào 47 khoảng 50 g/l Hình 3.3. Ảnh hưởng của tốc độ lọc đến hiệu suất xử lý asen đối với kích thước vật liệu lọc từ 1 - 3 mm, nồng độ asen đầu vào 49 khoảng 100 g/l Hình 3.4. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu lọc tới hiệu suất xử lý asen đối với tốc độ lọc 100 m/ngày và nồng độ asen đầu 51 vào khoảng 50 g/l Hình 3.5. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu lọc tới hiệu suất xử lý Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 53 http://www.lrc-tnu.edu.vn x asen đối với tốc độ lọc 400 m/ngày và nồng độ asen đầu vào khoảng 50 g/l Hình 3.6. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu lọc tới hiệu suất xử lý asen đối với tốc độ lọc 600 m/ngày và nồng độ asen đầu 54 vào khoảng 50 g/l Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ asen trong nước ngầm đầu vào tới hiệu suất xử lý asen đối với vật liệu lọc có kích thước từ 1 - 56 3 mm và tốc độ lọc 100 m/ngày Hình 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ asen trong nước ngầm đầu vào tới hiệu suất xử lý asen đối với vật liệu lọc có kích thước từ 1 - 58 3 mm và tốc độ lọc 210 m/ngày Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ asen trong nước ngầm đầu vào tới hiệu suất xử lý asen đối với vật liệu lọc có kích thước từ 1 - 60 3 mm và tốc độ lọc 400 m/ngày Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong vài chục năm trở lại đây, nước ngầm được sử dụng rất phổ biến cho nhu cầu ăn uống, sinh hoạt của người dân Việt Nam, đặc biệt tại các vùng đồng bằng, đô thị đông dân cư. Nước ngầm thường được coi là sạch hơn nước mặt do không tiếp xúc trực tiếp với các nguồn thải do con người gây ra. Tuy nhiên, những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã cho thấy nguồn nước ngầm có chứa hàm lượng các chất asen, sắt, mangan, amoni, clo, v.vv... cao hơn qui chuẩn cho phép trong nước ăn uống. Trong các chất kể trên thì asen là kim loại nặng có độc tính cao, sự tích luỹ asen vào cơ thể trong thời gian dài kể cả ở hàm lượng thấp cũng gây nên nhiều tác hại cho sức khoẻ. Phần lớn sự nhiễm độc asen thông qua việc sử dụng nguồn nước, lương thực, thực phẩm ở những vùng đất, nước, không khí nhiễm asen (Nguyễn Mạnh Khải và cộng sự, 2010) [11]. Nhiễm độc asen có thể gây ra các căn bệnh nguy hiểm dẫn đến tử vong như ung thư da và các cơ quan nội tạng (Đào Bích Thuỷ, 2005) [19]. Các triệu chứng của nhiễm độc asen bao gồm sự thay đổi màu da, hình thành các vết cứng trên da, ung thư da, ung thư phổi, ung thư thận và bàng quang cũng như có thể dẫn tới hoại tử. Đáng lo ngại là hiện nay chưa có phương pháp hiệu quả để điều trị những căn bệnh nguy hiểm này. Trên thế giới hàng chục triệu người đã bị bệnh đen và rụng móng chân, sừng hoá da, ung thư da do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ asen cao (Đỗ Văn Ái và cộng sự, 2000) [1]. Vấn đề ô nhiễm Asen trong nước ngầm đã trở thành mối quan tâm đặc biệt trên toàn thế giới khi xảy ra thảm họa nhiễm độc Asen trên diện rộng ở Bangladesh và Tây Bengan Ấn Độ vào những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ 20. Ngày nay, người ta đã phát hiện thấy ngoài Bangladesh và Tây Bengan Ấn Độ, nhiều nước đã phát hiện hàm lượng asen rất cao trong nguồn nước sinh hoạt như: Canada, Mỹ, Italia, Nhật, Trung Quốc, Alaska, Chile, Arhentina, Indonexina, Thái Lan, Việt Nam,… (Đỗ Văn Ái và cộng sự, 2000) [1]. Ở Việt Nam, những điều tra khảo sát về tình trạng ô nhiễm asen đã được tiến hành và bản đồ các khu vực ô nhiễm asen trong nước ngầm đã được hình Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 thành. Những báo cáo đầu tiên về hiện tượng nhiễm asen trong nước ngầm ở Việt Nam đã được công bố trong hội thảo “Tài nguyên nước dưới đất phục vụ chương trình cung cấp nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn” năm 1997. Từ đó đến nay có rất nhiều nghiên cứu, điều tra khảo sát hiện trạng cũng như công nghệ xử lý asen được tiến hành trong cả nước. Một kết quả khảo sát về mức độ ô nhiễm asen trong nước ngầm của Viện Công nghệ Môi trường năm 2004 thuộc dự án “Điều tra diện rộng phát hiện sự ô nhiễm asen trong nước giếng khoan ở 12 tỉnh của Việt Nam” cho thấy, trong 12 tỉnh thành được khảo sát chỉ có 2 tỉnh thành là Thành phố Hồ Chí Minh và Long An chưa phát hiện thấy nhiễm asen, còn các tỉnh thành còn lại bị ô nhiễm khá trầm trọng. Các tỉnh thuộc lưu vực sông Hồng (tỉnh Hà Nam, Nam Định, Hà Tây, Hưng Yên và Hải Dương) đều bị phát hiện có nhiễm asen trong nước ngầm. Trầm trọng nhất là các tỉnh: Hà Nam, Nam Định, Hà Tây. Kết quả khảo sát 7 huyện trong tỉnh Hà Nam cho thấy 58,56 % số giếng khoan có hàm lượng asen vượt quá 10 g/l, trong đó số lượng giếng có hàm lượng asen vượt quá 200 g/l lên tới 10,35 %. Tại tỉnh Nam Định có 28,96 % số giếng có hàm lượng asen vượt quá 10 g/l, trong đó số giếng có hàm lượng asen vượt quá 200 g/l chiếm khoảng 7,5 %. Tại tỉnh Hà Tây có tới 46,78 % số giếng có hàm lượng asen vượt quá 10 g/l, trong đó số giếng có hàm lượng asen vượt quá 200 g/l chiếm khoảng 3,14 %. Ở lưu vực sông Mêkông, trong 4 tỉnh được khảo sát, đáng chú ý là tại tỉnh Đồng Tháp có 41,51 % số giếng có hàm lượng asen vượt quá 10 g/l, trong đó hàm lượng asen vượt quá 200 g/l lên tới 23,58 %, thậm chí có nơi hàm lượng asen lên tới 1000 g/l (Nguyễn Thị Phương Thảo, Đỗ Trọng Sự, 1999) [17]. Từ những kết quả khảo sát trên, có thể thấy rằng, nguồn nước ngầm ở Việt Nam bị ô nhiễm asen trên diện rộng, mức độ ô nhiễm khá trầm trọng, tương đương với mức độ ô nhiễm ở Bangladesh. Trong khi đó, theo thống kê, có hơn 17 triệu người (hơn 21% dân số) đang phải sử dụng nước ăn từ nguồn nước giếng khoan. Do đó, nguy cơ người dân bị nhiễm các bệnh liên quan tới sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm asen trong thời gian dài là khó tránh khỏi. Chính vì vậy, vấn đề tìm kiếm công nghệ xử lý asen đạt hiệu quả cao, chi phí thấp, phù hợp với điều kiện nông thôn Việt Nam là rất cần thiết. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 Các phương pháp xử lý asen trong nước ngầm chủ yếu hiện nay là: oxy hoá - kết tủa - lắng - lọc sử dụng các chất ôxy hoá như clo và chất tạo kết tủa như muối sắt, nhôm; phương pháp hấp phụ trên vật liệu nhôm ôxit, sắt oxit, mangan oxit; trao đổi ion trên nhựa Anionit; phương pháp thẩm thấu ngược... Tuy nhiên, các công nghệ này hoặc là phức tạp, hoặc là chi phí đầu tư và xử lý cao, hoặc là chỉ phù hợp với qui mô xử lý tập trung, vì vậy không phù hợp với qui mô nhỏ, qui mô hộ gia đình và điều kiện của nông dân Việt Nam. Thông thường, nước ngầm bị nhiễm asen, đồng thời cũng bị nhiễm sắt. Lợi dụng đặc điểm này, Trường Đại học OSAKA SANGYO, Nhật Bản đã nghiên cứu phát triển thành công hệ thiết bị sinh học cố định được các vi khuẩn oxi hóa sắt và mangan có trong nước ngầm. Các vi khuẩn này oxy hoá các thành phần sắt, mangan hoà tan trong nước ngầm thành các sản phẩm oxy hoá của sắt, mangan có khả năng kết tủa. Các kết tủa này đồng thời kết tủa, hấp phụ và loại bỏ asen ra khỏi nước. Hệ thiết bị này có thể sử dụng để xử lý đồng thời sắt, mangan, asen (III) và asen (IV) trong nước mà không cần phải thêm quá trình tiền xử lý (Y. Fujikawa và cộng sự, 2011) [28]. Hàm lượng sắt và mangan trong nước ngầm Việt Nam khá cao, vì vậy rất phù hợp để ứng dụng phương pháp này. Tuy nhiên, hệ thống thiết bị này được thiết kế làm việc liên tục và được điều khiển hoàn toàn tự động, vì vậy để có thể phổ cập ứng dụng ở Việt Nam, cần thiết tiếp tục nghiên cứu tối ưu hoá và cải tiến thiết bị cho phù hợp với đặc trưng nước ngầm Việt Nam và điều kiện của nông thôn Việt Nam. Xuất phát từ thực tế trên, được sự nhất trí của Nhà trường, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Phan Đỗ Hùng và PGS.TS. Đặng Văn Minh, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xử lý asen trong nước ngầm bằng phương pháp lọc sinh học”. 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu phát triển hệ thống xử lý asen bằng phương pháp lọc sinh học sử dụng vi khuẩn oxy hóa sắt và mangan (IRB), ứng dụng xử lý nước ăn uống nhằm phổ cập cho các hộ gia đình ở nông thôn và phát triển các hệ thống xử lý phi tập trung cung cấp nước ăn uống an toàn cho các khu vực có nước ngầm bị ô nhiễm asen. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 3. YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI - Lắp đặt hệ thí nghiệm xử lý asen bằng phương pháp lọc sinh học sử dụng vi khuẩn oxy hóa sắt và mangan (IRB); - Lấy mẫu, phân tích hàm lượng asen và các chỉ tiêu liên quan trong nước ngầm đầu vào và nước sau khi qua hệ thống thí nghiệm. - So sánh, đánh giá kết quả phân tích hàm lượng asen trong nước ngầm trước và sau xử lý, đưa ra được hiệu suất xử lý. - Đưa ra được các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý asen bằng phương pháp sinh học. - Đưa ra được mô hình xử lý asen trong nước ngầm phù hợp với điều kiện của Việt Nam. 4. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 4.1. Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học Kết quả của đề tài là nền móng cho các nghiên cứu tiếp theo về xử lý asen trong nước ngầm, nước thải và nước mặt bằng các phương pháp sinh học. 4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn Đề tài rất có ý nghĩa trong bảo vệ sức khoẻ của con người. Kết quả của đề tài sẽ đưa ra được mô hình xử lý asen trong nước ngầm, phổ cập sử dụng trong các hộ gia đình và các khu vực có nguồn nước ngầm bị ô nhiễm asen. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1.1. Cơ sở lí luận Để loại bỏ asen trong nước ngầm có thể ứng dụng nhiều phương pháp như keo tụ, kết tủa, hấp phụ, lọc, trao đổi ion, thẩm thấu ngược, điện thẩm tách…. Tuy nhiên hầu hết các công nghệ này chỉ áp dụng với hệ xử lý công suất lớn, chỉ có ít công nghệ có thể áp dụng ở cộng đồng nhỏ và hộ gia đình. Ở Việt Nam, phần lớn dân số dùng nước giếng khoan với quy mô hộ gia đình. Nồng độ sắt trong nước ngầm tương đối cao khoảng từ 1 - 30 mg/l . Kết quả nghiên cứu còn cho thấy asen thường xuất hiện đồng thời với nơi nồng độ sắt cao. Vì vậy, chúng ta hoàn toàn có thể kết hợp xử lý asen cùng với quá trình xử lý sắt và mangan bằng phương pháp lọc sinh học sử dụng vi sinh vật oxy hoá sắt và mangan. Sắt trong nước thường tồn tại dưới dạng sắt (II), dưới tác dụng của các vi sinh vật oxy hoá sắt bản địa sẽ chuyển hoá thành sắt (III) kết tủa tạo thành những chất keo bám vào bề mặt các hạt cát và tạo thành các hạt keo tụ. Asen trong nước sẽ bám vào bề mặt các hạt keo tụ này và bị loại ra khỏi nước. Vận dụng nguyên lý đó, chúng tôi đã nghiên cứu khả năng xử lý asen trong nước ngầm bằng phương pháp lọc sinh học sử dụng vi sinh vật oxy hoá sắt và mangan, một nguyên tố rất phổ biến trong nước ngầm ở Việt Nam. Nhằm mục đích phát triển các công nghệ xử lý asen trong nước sinh hoạt quy mô hộ gia đình với mục tiêu: các công nghệ xử lý này cần đơn giản, chi phí đầu tư thấp, giá thành rẻ, dễ vận hành và bảo dưỡng và có thể sử dụng các vật liệu sẵn có trong nước. 1.1.2. Cơ sở thực tiễn Kết quả nghiên cứu cho thấy, nguồn nước ngầm của Việt Nam đang bị ô nhiễm Asen trên diện rộng, mức độ ô nhiễm khá trầm trọng, tương đương với mức độ ô nhiễm ở Bangladesh (Đào Bích Thuỷ, 2005) [19]. Theo thống kê chưa đầy đủ, cả nước hiện có khoảng hơn 1 triệu giếng khoan, trong đó có nhiều giếng có nồng độ Asen cao hơn từ 20 - 50 lần nồng độ cho phép (0,01 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 mg/l), ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ, tính mạng của cộng đồng. Tại vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, những vùng bị nhiễm nghiêm trọng nhất là phía nam Hà Nội, Hà Nam, Hà Tây, Hưng Yên, Nam Định, Thái Bình,... Ở vùng đồng bằng sông Cửu Long, cũng phát hiện nhiều giếng khoan có nồng độ Asen cao nằm ở Đồng Tháp và An Giang. Sự ô nhiễm Asen ở miền Bắc phổ biến và cao hơn miền Nam. Gần 1/4 số hộ gia đình sử dụng trực tiếp nước ngầm không qua xử lý. Theo ước tính của tổ chức UNICEF, tại Việt Nam hiện nay, số người có nguy cơ mắc bệnh do tiếp xúc với Asen lên tới 10 triệu người (Hồ Vương Bính và cộng sự, 2000) [3]. Chính vì vậy, việc nghiên cứu xử lý asen trong nước ngầm là rất cần thiết nhằm đưa ra được một công nghệ xử lý asen hiệu quả, rẻ tiền, dễ làm phù hợp với điều kiện nông thôn Việt Nam để bảo vệ sức khoẻ của con người. 1.2. ASEN, TÍNH CHẤT HOÁ LÝ VÀ CÁC DẠNG TỒN TẠI Asen (còn được gọi là thạch tín) là nguyên tố số 33 trong bảng tuần hoàn hoá học Menđeleep, có tên tiếng anh là Arsenic. Kí hiệu là As. Asen có thể tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau trong các hợp chất vô cơ và hữu cơ với bốn mức hoá trị là -3, 0, +3 và +5 trong đó các hợp chất chứa As(III) và As(V) là quan trọng nhất. Asen không gây mùi khó chịu khi có mặt trong nước (ngay cả ở hàm lượng có thể gây chết người), khó phân huỷ. Asen là nguyên tố phổ biến thứ 20 trong các nguyên tố có trên bề mặt trái đất (Lê Huy Bá, 2006) [2]. Asen là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể, nhưng ở liều lượng cao Asen là một chất độc cực mạnh đối với cơ thể con người và các sinh vật khác. Chúng tồn tại phổ biến trong thiên nhiên và cũng có mặt nhiều trong sản xuất công nghiệp. Asen là một á kim màu xám trắng, mùi tỏi, tỷ trọng là 5,7. Khi làm nóng asen chảy ra và thăng hoa ở nhiệt độ 613 0C. Asen cháy trong không khí tạo thành khói trắng là trioxit asen rất độc (Đỗ Văn Ái và cộng sự, 2000) [1]. Asen là một nguyên tố có mặt ở khắp nơi trong môi trường. Sự phân bố của asen trong hệ thống tự nhiên phụ thuộc vào sự ổn định liên kết của asen với các hình thái nước và phụ thuộc vào khả năng hấp thụ asen lên bề mặt của đất (Đỗ Văn Ái và cộng sự, 2000) [1]. Dưới tác động của các quá trình tự nhiên và nhân sinh khác nhau mà asen có thể di chuyển từ hợp phần môi trường này sang hợp phần môi trường khác dẫn đến sự phân bố phức tạp của asen trong tự nhiên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 Hình 1.1. Sơ đồ vòng tuần hoàn của Asen trong môi trường [1] * Asen trong đất và vỏ phong hoá * Asen trong đá và quặng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 * Asen trong đá và quặng Trong tự nhiên, asen không tồn tại ở dạng đơn chất, mà luôn tồn tại ở dạng hợp chất với hoá trị III hoặc hoá trị V. Asen tồn tại trong khoảng hơn 200 loại khoáng khác nhau, bao gồm các loại asen cơ bản là Arsenic, Sulphide, oxit, Arsenate. Trong cấu trúc của các loại khoáng vật này, asen thường đi kèm với một số nguyên tố khác như Fe, Ni, Co, Cu, S, Ca, Mg. Asen thường xuất hiện trong mạch nước địa nhiệt, núi lửa, suối nước nóng v.v... Loại quặng chứa nhiều asen nhất là quặng Arsenopyrit (Đào Bích Thuỷ, 2005) [19]. Hàm lượng asen trong một số loại khoáng đá phổ biến dao động nhiều. Ở Việt Nam, kết quả nghiên cứu cho thấy, trong nhiều phức hệ đá xâm nhập có chứa arsenopyrit với mức hàm lượng asen từ <100 ppm đến 1000 ppm. Hàm lượng asen trong quặng vàng kiểu thạch anh - vàng - sulfur trong các đá phun trào bazan thuộc hệ tầng Viên Nam, khu vực Đồi Bù (Hoà Bình) dao động trong khoảng từ 50 - 204 ppm. Hàm lượng trung bình asen trong đá phiến sericit, phiến sét hệ tầng Cốc Xô thuộc vùng mỏ chì kẽm Chợ Đồn (Bắc Kạn) đạt tới 97,8 ppm còn hàm lượng asen trong quặng chì kẽm đạt tới 8.205 61.824 ppm (Đỗ Văn Ái và cộng sự, 2000) [1]. * Asen trong đất và vỏ phong hoá Một số nghiên cứu gần đây về sự phân bố asen trong đất và vỏ phong hoá ở Việt Nam cho thấy: hàm lượng trung bình của asen trong đất Tây Bắc dao động trong khoảng 2,6 - 11 ppm. Đất hình thành trên các đá biến chất: phiến sericit, phiến mica, phiến amphibolit thuộc hệ tầng Nậm Cô, đất trên các đá biến chất thuộc hệ tầng Suối Chiềng có hàm lượng asen không cao, khoảng 2,6 ppm. Đất dốc tụ trên đá vôi thuộc diệp Đồng Giao - 2,87 ppm, đất phát triển trên cát kết, bột kết, sét kết thuộc hệ tầng Cẩm Thuỷ, trên cát kết, bột kết thuộc diệp Yên Châu trung bình từ 7,1 - 8,4 ppm, đất trên phiến sét thuộc diệp Sông Mã - 9,35 ppm, vỏ phong hoá trên quặng vàng ở Đồi Bù giàu asen hơn (5 - 2550 ppm, trung bình 372 ppm). Hàm lượng asen trong đất và vỏ phong hoá feralit trên các đá bazan hệ tầng Viên Nam ở khu quặng Đồi Bù là 5 - 220 ppm, trung bình 161 ppm (Đỗ Văn Ái và cộng sự, 2000) [1]. * Asen trong trầm tích bở rời Hàm lượng tổng asen trong bùn biển đại dương thế giới là 1 ppm, trong trầm tích Đệ Tứ hạt mịn ở Osaka, Kobe, Kyoto, Chiaba, Fukuoka, Sendai (Nhật Bản) khoảng 1 - 30 ppm, trong trầm tích sét biển tuổi Plio-Pléitocên ở Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 Osaka là 200 ppm. Theo Nguyễn Thị Chuyền, Phạm Hùng Việt (2000), hàm lượng Asen trong trầm tích Đệ Tứ ở các lỗ khoan nước ở Hà Nội có quan hệ tuyến tính với hàm lượng Fe(OH)3, FeOOH (R = 0,94). Trầm tích biển ven bờ Việt Nam có hàm lượng Asen dao động trong khoảng 0,1 - 6,1 ppm, cao nhất là vùng ven bờ Bạc Liêu - Cà Mau, và Phú Yên, Quảng Ngãi (Đỗ Văn Ái và cộng sự, 2000) [1]. * Asen trong không khí và nƣớc Hàm lượng As trong không khí (mg/m3) của thế giới khoảng 0,007 - 2,3 (trung bình 0,5), vùng ô nhiễm là 1,5 - 190 (trung bình 15); Châu Phi 0,6 - 1,2; Nam Mỹ 0,9 - 1,6; Châu Âu, Bắc Mỹ 2,4; Nhật Bản 0,3 - 150; Liên Bang Đức 1,5 - 5,3. Theo Phạm Ngọc Hồ và cộng sự (2000), hàm lượng Asen trong không khí ở khu vực xung quanh Ngã Tư Sở là 0,036 - 0,071 (trung bình 0,044) [1, 2]. Hàm lượng asen ở trong nước mưa (µg/l) ở Thái Bình Dương là 0,6; ở Nhật 1,6; ở Thụy Điển 2,5; vùng không bị nhiễm ở Bắc Âu là 0,005 - 0,018 (trung bình 0,08), vùng ô nhiễm ở Bắc Âu là 3,6 - 8,4 (trung bình 12,3) (Lê Huy Bá, 2006) [2]. Hàm lượng asen trong (µg/l) nước biển thế giới khoảng 3,7; nước sông thế giới 4; nước sông ở Mỹ 1,5; Nhật 1,7; Liên Bang Đức 3,6; Thuỵ Điển 0,2-10; Anh 15 [1, 2]. Kết quả nghiên cứu của Trung tâm Địa chất Khoáng sản Biển và Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội cho thấy, nước biển ven bờ Việt Nam có biểu hiện ô nhiễm Asen. Hàm lượng asen trong nước biển Việt Nam được thể hiện trong bảng 1.1 (Đỗ Văn Ái và cộng sự, 2000) [1]. Hàm lượng asen trong nước dưới đất (µg/l) ở Na Uy 0,002 - 11; Ireland 0,2 - 0,4; Liên Xô 3; Nhật 0,3 - 3,4 ; Thụy Điển 0,08 - 22 [1, 2]. * Asen trong sinh vật Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới, cây trồng cũng chứa một lượng As nhất định, đôi khi khá cao. Như ở Mỹ, hàm lượng As trong cỏ chăn nuôi 0,06 - 0,7 ppm; trong lúa khô 110 - 200 ppm; ngô 30 40 ppm; bắp cải 20 - 50 ppm; hành tươi 50 - 200 ppm; cà chua tươi 9 - 12000 ppm. As chủ yếu tích tụ ở rễ, ở những khu vực đất bị ô nhiễm thì rễ cây hấp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Xem thêm -