(LUẬN văn THẠC sĩ) simultaneous removal of arsenic and ammonia from groundwater by phytofiltration with cattails (typha SPP ) cultivation

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -o0o NGUYỄN TIẾN CỬ SIMULTANEOUS REMOVAL OF ARSENIC AND AMMONIA FROM GROUNDWATER BY PHYTOFILTRATION WITH CATTAILS (TYPHA SPP.) CULTIVATION LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC CHUN NGÀNH: QUẢN LÝ CHẤT THẢI VÀ XỬ LÝ VÙNG Ô NHIỄM (CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO QUỐC TẾ) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ VĂN CÁT HÀ NỘI – NĂM 2008 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE TECHNISCHE UNIVERSITAT DRESDEN NGUYEN TIEN CU SIMULTANEOUS REMOVAL OF ARSENIC AND AMMONIA FROM GROUNDWATER BY PHYTOFILTRATION WITH CATTAILS (TYPHA SPP.) CULTIVATION MASTER THESIS FIELD: WASTE MANAGEMENT AND CONTAMINATED SITE TREATMENT SUPERVISOR: ASSC DR LE VAN CAT HANOI-2008 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC SƠ ĐỒ LỜI CẢM ƠN PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG - TỔNG QUAN 10 1.1 Các nguồn nƣớc Tiêu chuẩn cho nguồn nƣớc uống 10 1.1.1 Các nguồn nước: 10 1.1.2 Tiêu chuẩn cho nguồn nước uống 10 1.2 Tình hình nhiễm arsenic ammonia nguồn nƣớc ngầm 11 1.2.1 Tình hình nhiễm arsenic nguồn nước ngầm: 11 1.2.2 Tình hình nhiễm ammonia nguồn nước ngầm 16 1.3 Các công nghệ xử lý 17 1.3.1 Công nghệ xử lý Arsenic 17 1.3.2 Công nghệ xử lý Ammonia 19 1.4 Hệ xử lý lọc kết hợp trồng 21 1.4.1 Đặc điểm hệ xử lý lọc kết hợp trồng 21 1.4.2 Cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu hệ xử lý lọc kết hợp trồng 23 CHƢƠNG - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Chọn lọc 28 2.2 Chọn lọc đất trồng 29 2.3 Thiết kế vận hành hệ xử lý 29 2.3.1 Trồng 29 2.3.2 Vận hành hệ xử lý 29 2.3.3 Pha chế nguồn nước bị nhiễm arsenic ammonia 31 2.4 Lấy mẫu 31 2.5 Các phƣơng pháp phân tích mẫu 31 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2.5.1 Đo giá trị pH 31 2.5.2 Xác định độ kiềm 31 2.5.3 Phân tích ammonia-nitrogen 32 2.5.4 Phân tích nitrite-nitrogen 34 2.5.5 Phân tích nitrate-nitrogen 36 2.5.6 Phân tích arsenic 37 CHƢƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Quá trình phát triển sinh khối cỏ nến Cattails (Typha spp.) 40 3.2 Hiệu xử lý arsenic 42 3.3 Hiệu xử lý ammonia 44 3.3.1 Ammonium-Nitrogen: 44 3.3.2 Nitrite-Nitrogen: 48 3.3.3 Nitrate-Nitrogen: 49 KẾT LUẬN 51 NHẬN XÉT VÀ TRIỂN VỌNG NGHIÊN CỨU 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 61 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Nguồn nước ngầm sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt hai vùng đồng lớn Việt Nam Đồng Sông Hồng Đồng Sông Cửu Long hay bị ô nhiễm, đặc biệt arsenic ammonia Xác suất bắt gặp nguồn nước ngầm bị nhiễm ammonia có nồng độ cao từ 10 mg/L đến 30 mg/L khoảng 80% đến 90% số điểm thuộc vùng Đồng Sông Hồng [Le Van Cat, Tran Mai Phuong, 2005] Tại Đồng Sông Cửu Long, nguồn nước ngầm bị nhiễm ammonia đáng báo động, giao động từ 0.1 mg/L đến 35 mg/L [M Berg, 2006] Bên cạnh đó, nguồn nước ngầm hai khu vực đồng sông bị nhiễm bẩn arsenic với mức độ nghiêm trọng [WB, 2002] Nồng độ arsenic dao động từ µg/L đến 3050 µg/L, nồng độ trung bình 430 µg/L (với 48% vượt mức 50 µg/L 20% vượt mức 150 µg/L) vùng đồng Sơng Hồng [Tran Hong Con, 2006] Tại vùng Đồng Sông Mekong, mức độ ô nhiễm arsenic nguồn nước ngầm cao, nồng độ arsenic dao động từ µg/L đến 845 µg/L [M Berg et al., 2006] Như vậy, từ số thực tế thấy nhân dân sinh sống hai vùng đồng lớn nước ta phải sử dụng thường xuyên nguồn nước ngầm bị ô nhiễm, đặc biệt ô nhiễm arsenic ammonia Sức khỏe người dân bị ảnh hưởng nghiêm trọng trình tích lũy chất nhiễm nguy hại arsenic ammonia Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng, chủ yếu hộ gia đình sống vùng nơng thơn, cần thiết phải có cơng nghệ xử lý nước thích hợp với điều kiện họ Cho đến nay, số kỹ thuật xử lý nước nghiên cứu áp dụng Việt Nam Các phương pháp kiểm nghiệm phần ứng dụng thực tiễn TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com với quy mô phạm vi xử lý khác Tuy nhiên, ứng dụng phương pháp xử lý vào thực tiễn gặp số khó khăn sau vận hành phức tạp, địi hỏi kỹ kiến thức cao, chi phí xử lý cao, khó khăn việc bảo trì, bảo dưỡng, xử lý triệt để chất nhiễm, khó khăn việc xử lý đồng thời chất ô nhiễm… Do vậy, nguồn nước ngầm bị nhiễm đồng thời arsenic ammonia khó khăn nêu lớn phải áp dụng công nghệ riêng lẻ tổ hợp hệ thống xử lý phức tạp xử lý triệt để chất ô nhiễm Với mong muốn phát triển loại hình cơng nghệ xử lý với mục tiêu xử lý đồng thời arsenic ammonia (và số tạp chất khác) nước ngầm, phương thức vận hành đơn giản, chi phí thấp, dễ dàng bảo trì bảo dưỡng…hệ thống xử lý theo phương pháp lọc kết hợp với trồng thích hợp đề xuất nghiên cứu Trong nghiên cứu này, hệ xử lý lọc cát kết hợp với trồng cỏ nến (Typha spp.) lựa chọn nhằm đánh giá khả xử lý hệ lọc cát - thực vật việc loại bỏ đồng thời arsenic ammonia nguồn nước máy bị nhiễm Mục đích nghiên cứu: Kiểm tra khả xử lý loại bỏ đồng thời arsenic ammonia từ nguồn nước bị nhiễm hai loại chất phương pháp lọc kết hợp trồng Cỏ nến (Typha spp.) Xây dựng phát triển cơng nghệ xử lý tối ưu cho q trình xử lý loại bỏ đồng thời arsenic ammonia (và chất ô nhiễm khác) từ nguồn nước ngầm, đạt tiêu chuẩn nước uống Giới hạn phạm vi nghiên cứu: 3.1 Phạm vi nghiên cứu luận văn giới hạn:  Sử dụng nguồn nước máy có đầu Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Sau đó, làm nhiễm bẩn nguồn nước máy hợp chất arsenite As(III), arsenate As(V) ammonia để tiến hành nghiên cứu, làm thí nghiệm; TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com  Hệ xử lý quy mô “mơ hình thí điểm”; o Các vấn đề nghiên cứu giới hạn:  Phân tích hàm lượng arsenite, arsenate ammonia đầu vào;  Phân tích hàm lượng arsenic, ammonia, nitrite nitrate đầu ra;  Chỉ giới hạn loại trồng: cỏ nến (Typha spp.) Nhiệm vụ nội dung thực hiện:  Thu thập chọn lọc loại thực vật có tiềm xử lý đồng thời arsenic ammonia;  Tiến hành trồng khảo sát, đánh giá khả xử lý đồng thời arsenic ammonia chúng;  Chọn thích hợp nhất: cỏ nến (Typha spp.);  Tiến hành nghiên cứu “thí điểm” khả xử lý arsenic ammonia nước ngầm phương pháp lọc cát kết hợp trồng cỏ nến;  Phân tích đánh giá kết quả;  Kết luận định hướng cho nghiên cứu Cơ sở tài liệu để thực khóa luận:  Tình hình nhiễm đồng thời arsenic ammonia nước ngầm Việt Nam;  Các tài liệu chuyên ngành (Tiếng Anh Tiếng Việt) liên quan;  Các báo, tạp chí chuyên ngành (Tiếng Anh Tiếng Việt) liên quan; Phƣơng pháp nghiên cứu:  Phương pháp thu thập thông tin từ nguồn tài liệu chuyên ngành liên quan;  Phương pháp điều tra chọn lọc thơng tin, số liệu cách xác trung thực nhất;  Phương pháp phân tích thống kê, xử lý số liệu TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận điểm bảo vệ:  Tình hình nhiễm nguồn nước ngầm Việt Nam đáng báo động, đặc biệt bị nhiễm bẩn arsenic ammonia;  Tính cấp thiết đề tài nhằm tìm hướng cơng nghệ xử lý đồng thời arsenic ammonia nước ngầm cách hiệu (cả kinh phí cách thức vận hành công nghệ);  Hệ xử lý lọc kết lợp trồng lựa chọn tối ưu; Trong nhấn mạnh đến hệ xử lý lọc cát kết hợp trồng cỏ nến lựa chọn tốt;  Đưa số giải pháp cho nghiên cứu nhằm xử lý đồng thời arsenic ammonia đạt hiệu cao Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn: Nghiên cứu đưa số kết kết luận nhằm xác lập sở khoa học cho nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo:  Chọn lọc số có khả xử lý arsenic ammonia hiệu quả;  Hệ xử lý lọc kết lợp trồng lựa chọn tối ưu;  Tối ưu hóa trình thiết kế hệ xử lý;  Đưa vấn đề cần quan tâm nghiên cứu Đáp ứng nhu cầu thực tiễn:  Tình hình ô nhiễm nguồn nước ngầm Việt Nam đáng báo động, đặc biệt bị nhiễm bẩn arsenic ammonia;  Cần thiết tìm hướng cơng nghệ xử lý đồng thời arsenic ammonia nước ngầm cách hiệu (cả kinh phí cách thức vận hành công nghệ);  Chứng minh hệ xử lý lọc kết lợp trồng lựa chọn tối ưu; Trong nhấn mạnh đến hệ xử lý lọc cát kết hợp trồng cỏ nến lựa chọn tốt; TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com  Nghiên cứu thơng điệp gửi đến cấp quyền nhân dân sinh sống làm việc khu vực có nguồn nước ngầm bị ô nhiễm, đặc biệt bị nhiễm arsenic ammonia, nhằm thu hút quan tâm đến vấn đề bảo vệ thân nói riêng bảo vệ mơi trường xung quanh nói chung, đồng thời định hướng nhiệm vụ bảo vệ môi trường, phát triển bền vững song song với nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng Những đóng góp luận văn:  Nhận diện tóm tắt cách tổng quát khu vực có nguồn nước ngầm bị ô nhiễm đồng thời arsenic ammonia Việt Nam;  Lựa chọn số loài thích hợp để xử lý đồng thời arsenic ammonia; đó, cỏ nến lựa chọn tốt nhất;  Đã thiết kế hệ xử lý lọc kết hợp trồng cỏ nến bước tối ưu hóa q trình thiết kế hệ xử lý;  Đưa số vấn đề quan tâm cho nghiên cứu hệ xử lý lọc kết hợp trồng tiếp theo; 10 Cấu trúc luận văn: Luận văn gồm có chương phần xếp theo thứ tự sau: Mở đầu Chương - Tổng quan Chương - Đối tượng phương pháp nghiên cứu Chương - Kết thảo luận Kết luận Định hướng nghiên cứu Tài liệu tham khảo liên quan Phụ lục TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Tình hình ô nhiễm arsenic ammonia nguồn nƣớc ngầm: Việt Nam số quốc gia có nguồn nước phong phú đa dạng Tuy nhiên, ô nhiễm arsenic ammonia nguồn nước ngầm Việt Nam đáng báo động [WEPA, 2007] Ô nhiễm arsenic: Các khảo sát nguồn nước mặt nước ngầm từ Bắc chí Nam, đặc biệt hai vùng Đồng Sông Hồng Đồng Sông Mekong thực thường xuyên cảnh báo tình trạng ô nhiễm arsenic nguồn nước nguy có thật Nồng độ arsenic dao động từ µg/L đến 3050 µg/L, nồng độ trung bình 430 µg/L (với 48% vượt mức 50 µg/L 20% vượt mức 150 µg/L) vùng đồng Sơng Hồng [Tran Hong Con, 2006] Tại vùng Đồng Sông Mekong, mức độ ô nhiễm arsenic nguồn nước ngầm cao, nồng độ arsenic dao động từ µg/L đến 845 µg/L [M Berg et al., 2006] Độc tính arsenic: Hai hợp chất arsenite (As(III)) arsenate (As(V)) chiếm đa số số hợp chất arsenic có nước ngầm Về mặt sinh học, arsenic chất độc gây 19 bệnh khác Trong đó, ung thư da phổi mặt khác, arsenic có vai trò trao đổi nuclein, tổng hợp protit hemoglobin Arsenic ảnh hưởng đến thực vật mọt chất cản trở trao đổi chất, làm giảm suất Độc tính hợp chất As sinh vật nước tăng dần theo dãy: Arsen → Arsenit → Arsenat → Hợp chất As hữu Các biểu bệnh nhiễm độc arsenic chứng sạm da (melanosis), làm dày biểu bì (keratosis) từ dẫn đến hoại thư hay ung thư da Hiện chưa có phương páp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc As Nguồn ô nhiễm arsenic: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thực vật có khả tích lũy arsenic hấp thu tốt ammonia lựa chọn cỏ nến (cattails Typha spp.) loại thực vật phổ biến Việt Nam giới Đồng kết tủa với sắt điều kiện có oxy Hấp thụ thực vật (chủ yếu rễ) Quá trình lọc lắng động hạt lơ lửng) Kết tủa (do ảnh hƣởng q trình chuyển hóa vi sinh vật) Hấp thu Hình 1.3 – Các phƣơng thức loại bỏ arsenic hệ hệ xử lý lọc kết hợp trồng 14 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Chọn lọc trồng: Nguyên tắc lựa chọn: Cây trông phải có khả năng:  Hấp thu đồng thời arsenic ammonia tốt;  Tính sẵn có dễ trồng Việt Nam;  Sinh khối phát triển nhanh; Trong nghiên cứu này, cỏ nến (Typha spp.) chọn làm thí nghiệm đánh giá khả xử lý hệ Hình 2.1 - Cây cỏ nến (Typha spp.) 2.2 Chọn lọc đất: Nguyên lý chọn lọc đất: đất có khả năng:  Tính thấm tốt;  Cây có khả sống được; 15 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đất cát chọn làm môi trường để trồng cỏ nến 2.3 Thiết kế vận hành hệ xử lý: Trồng cây: Cây cỏ nến thu gom ngồi tự nhiên mang về, sau rửa Tiến hành trồng cây: cỏ nến (tương đương 1kg cây) trồng xô PVC to (thể tích 80 L diện tích bề mặt xơ 0.16 m2) Các xô đặt điều kiện khí hậu thực tế (tiếp xúc trực tiếp với điều kiện khí hậu tự nhiên) Nhiệt độ q trình nghiên cứu từ 28oC đến 29.5oC (nhiệt độ trung bình 28.4oC) Thiết kế hệ xử lý (xem Hình 3.2) Vận hành hệ xử lý: Hệ A: xử lý đồng thời arsenite ammonia Hệ B: xử lý đồng thời arsenate ammonia Hệ A: xử lý đồng thời 50% arsenite + 50% arsenate ammonia Chuẩn bị dung dịch nước ô nhiễm:  Dung dịch nước nhiễm arsenite có nồng độ 300 µg/L: hóa chất As 2O3 pha nước máy  Dung dịch nước nhiễm arsenate có nồng độ 300 µg/L: hóa chất Na 3AsO4 pha nước máy  Dung dịch nước nhiễm ammonia có nồng độ 30 mg/L: hóa chất NH4Cl pha nước máy Bảng 2.1 - Nồng độ arsenite, arsenate ammonia ban đầu dòng vào Ammonia Arsenite (As(III)) Arsenate (As(V)) 30 mg/L 300 µg/L 300 µg/L 16 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Cỏ nến (Typha spp.) Dòng vào Van điều chỉnh tốc dộ Bề mặt tiếp xúc khơng khí (3-4 cm) Tầng nƣớc (3-5 cm) Dòng Lớp đất cát (35-40 cm) Lớp đá sỏi nhỏ (6-8 cm) Hình 2.2 - Mặt cắt ngang hệ xử lý lọc kết hợp trồng Cỏ nến (Typha spp.) 2.4 Lấy mẫu: Thể tích lấy mẫu dịng vào dịng ngày thí nghiệm giống Mẫu phân tích sau lấy thực lấy mẫu Bảng 2.2 – Thể tích lấy mẫu Ngày 1- 8-17 18-27 28-37 38-47 48-57 Thể tích lấy mẫu (Lít/ngày) 10 14 18 20 22 24 58-67 68-74 26 28 17 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2.5 Các phƣơng pháp phân tích mẫu [APHS, 1970]: Các phương pháp phân tích mẫu theo phương pháp phân tích tiêu chuẩn APHS, 1970, bao gồm: Đo pH Đo độ kiềm Phân tích ammonia-nitrogen Phân tích nitrite-nitrogen Phân tích nitrate-nitrogen Phân tích arsenic 18 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khả tăng trƣởng sinh khối cỏ nến (Typha spp.) Sau 10 ngày trồng Sau 30 ngày trồng Sau 60 ngày trồng Hình 3.1 - Tăng trƣởng sinh khối cỏ nến sau giai đoạn sinh trƣởng khác Rễ đạt chiều dài 13.6 cm sau 60 ngày trồng Rễ đạt chiều dài 8.4 cm sau 30 ngày trồng Hình 3.2 – Tăng trƣởng sinh khối rễ cỏ nến sau giai đoạn sinh trƣởng khác Bảng 3.1 – Tăng trƣởng sinh khối cỏ nến sau giai đoạn khác (n=6) Chiều cao trung bình Chiều cao ban đầu Sau 10 ngày trồng Sau 30 ngày trồng Sau 60 ngày trồng 62.3 cm 84.6 cm 140.2 cm 186.4 cm 19 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Qua kết nêu trên, thấy cỏ nến có khả tăng trưởng sinh khối tốt, đáp ứng đủ điều kiện cần 3.2 Hiệu xử lý arsenic  Nồng độ arsenite As (III) arsenate As (V) dòng vào giống 300 µg/L  Thể tích dịng lấy ngày tăng dần từ 10 L/ng đến 28 L/ng MỨC ĐỘ CHỊU TẢI ARSENIC (µg)/NGÀY) 9000 8000 µg (As)/ngày) 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 10 L/d 14 L/d 18 L/d 20 L/d 22 L/d 24 L/d 26 L/d 28 L/d Thể tích dịng (L)/ngày Pot A (µg/d) Pot B (µg/d) Pot C (µg/d) Hình 3.3 - Mức độ chịu tải hệ xử lý arsenic (µg (arsenic) /ngày) giai đoạn khác Nhận xét:  Mức độ chịu tải hệ xử lý arsenite arsenate tương đồng giai đoạn xử lý khác Chứng tỏ, cỏ nến không phân biệt arsenite arsenate trình xử lý trình phát triển sinh khối cỏ nến 03 hệ xử lý gần giống nhau;  Mức độ chịu tải hệ có xu hướng tăng từ 2875 µg/ngày lên đến 8350 µg/ngày, tính toán cho kg cỏ nến trồng ban đầu xơ có diện tích bề mặt 0.16m2; 20 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com  Có thể thấy rằng, Mức độ chịu tải hệ xử lý arsenic cịn có khả tăng cao  Mức độ chịu tải hệ xử lý arsenite arsenate giống tương đồng giai đoạn xử lý khác [As] TRONG DÒNG VÀO VÀ DÒNG RA (µg/L) [As] dịng vào: 300 (µg/L) 10 [As] (µg/L) 1 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 Thời gian vận hành (ngày) [As] (Pot A outflows) [As] (Pot B outflows) [As] (Pot C outflows) Hình 3.4 – [As] (µg/L) dòng vào dòng sau giai đoạn xử lý Nhận xét:  Nồng độ arsenic dòng vào 300 µg/L Nồng độ arsenic dịng hệ xử lý sau giai đoạn xử lý khác ln ln nhỏ 10 µg/L Kết chứng tỏ rằng, khả xử lý loại bỏ arsenic nguồn nước nhiễm arsenic cỏ nến có tiềm cao  Như vậy, nồng độ arsenic dòng hệ xử lý sau giai đoạn xử lý khác đạt tiêu chuẩn cho mục đích sử dụng làm nước uống  Hơn nữa, khả xử lý loại bỏ không phân biệt arsenite arsenate ưu điểm lớn hệ xử lý Vì rằng, arsenite độc khó loại bỏ phương pháp xử lý thông thường khác 21 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3.3 Hiệu xử lý ammonia Trong hệ xử lý lọc kết hợp trồng cây, ammonia bị loại bỏ cách sau: hấp thu ammonia thực vật (chủ yếu), ammonia bay vào khơng khí chuyển hóa ammonia thơng qua hoạt động hệ vi sinh vật  Nồng độ ammonia dòng vào là: 30 mg/L  Thể tích dịng ra/ngày: xem bảng 2.2 Qua trình xử lý, nồng độ ammonium-nitrogen, nitrite-nitrogen nitrate-nitrogen dòng thể qua hình đây: Ammonium-Nitrogen: MỨC ĐỘ CHỊU TẢI (mg AMMONIA/NGÀY) 400 mg ammonia/ngày 350 300 250 200 150 100 50 10 L/d 14 L/d 18 L/d 20 L/d 22 L/d 24 L/d 26 L/d 28 L/d Thể tích dịng (L)/ngày Pot A (mg/d) Pot B (mg/d) Pot C (mg/d) Hình 3.5 - Mức độ chịu tải hệ xử lý ammonia (mg ammonia/ngày) sau giai đoạn xử lý khác Nhận xét:  Mức độ chịu tải ammonia (mg ammonia/ngày) hệ xử lý có điểm giống khác nằm khoảng từ 270 mg/ngày - 370 mg/ngày, tính toán cho kg cỏ nến trồng ban đầu xơ có diện tích bề mặt 0.16m2: 22 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Giống nhau:  Mức độ chịu tải ammonia (mg)/ngày hệ xử lý có xu hướng tăng nhanh giai đoạn đầu giảm dần giai đoạn cuối Khác nhau:  Mức độ chịu tải ammonia (mg)/ngày Hệ A có giai đoạn tương đối ổn định (giai đoạn: ngày 28 đến ngày 57);  Mức độ chịu tải ammonia (mg)/ngày Hệ C, sau giai đoạn đầu tăng nhanh, sau có xu hướng biến đổi lên xuống không ổn định giảm dần Sự biến động lên xuống Mức độ chịu tải ammonia (mg)/ngày hệ xử lý chịu ảnh hưởng tuổi cây, giai đoạn phát triển cây, điều kiện khí hậu hàm lượng ammonia cung cấp dòng vào yếu tố ảnh hưởng khác [NH4+-N] (mg/L) TRONG DÒNG VÀO VÀ DÒNG RA 30 [NH4+-N] dòng vào: 30 mg/L [NH4+-N] (mg/L) 25 20 15 10 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 Thời gian vận hành (ngày) [NH4+-N] (Pot A outflows) [NH4+-N] (Pot B outflows) [NH4+-N] (Pot C outflows) Hình 3.6 - [NH4+-N] (mg/L) dòng vào dòng sau giai đoạn xử lý khác Nhận xét: 23 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com  Nồng độ NH4+-N dòng vào 30 mg/L Nồng độ NH4+-N dòng cao so sánh với tiêu chuẩn cho phép mg/L tiêu chuẩn nước uống Tuy nhiên, rõ Hình 3.5, mức độ chịu tải hệ xử lý ammonia (mg ammonia/ngày) nằm khoảng 270 mg/ngày - 370 mg/ngày, tính tốn cho kg cỏ nến trồng ban đầu xơ có diện tích bề mặt 0.16m2 Như vậy, muốn nồng độ NH4+-N dòng đạt tiêu chuẩn nước uống (< mg/L), với nồng độ ammonia dòng vào 30 mg/L thể tích dịng cần phải lấy tối đa 12 Lít/ngày Trường hợp muốn thể tích dòng cần phải lấy ngày cao hơn, hẳn hàm lượng ammonia dòng vào phải giảm xuống  Hiệu xử lý loại bỏ ammonia hệ đạt tối đa khoảng tuần thứ đến tuần thứ tính từ thời điểm trồng hệ Ngồi ra, hàm lượng ammonia dịng vào cần phải xem xét tính đến yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu xử lý loại bỏ ammonia hệ xử lý Nitrite-Nitrogen: Trong hệ xử lý lọc kết hợp trồng cây, nitrite sinh q trình nitrat hóa nhờ hoạt động vi sinh vật Nitrosomonas sp sinh sống rễ [NO2 N] (mg/L) TRONG DÒNG RA 2.5 [NO2 N] (mg/L) 1.5 0.5 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 Thời gian vận hành (ngày) [NO2 N] (Pot A outflows) [NO2 N] (Pot B outflows) [NO2 N] (Pot C outflows) Hình 4.7 - [NO2 N] (mg/L) dòng sau giai đoạn xử lý 24 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Nhận xét:  Nồng độ NO2 N dòng cao vài ngày đầu sau giảm nhanh ln đạt mức 0.2 mg/L Nitrate-Nitrogen: Trong q trình nitrat hóa, ammonia chuyển hóa thành nitrite nhờ hoạt động vi sinh vật Nitrosomonas sp sau nitrite chuyển hóa thành nitrate nhờ hoạt động vi sinh vật Nitrobacter sp Trong q trình khử nitrat hóa, lồi vi sinh vật khử nitrat sử dụng nitrate chất nhận điện tử cuối chuyển hóa nitrate thành khí nitơ bay vào khơng khí [NO3 N] (mg/L) TRONG DÒNG RA 4.5 [NO3 N] (mg/L) 3.5 2.5 1.5 0.5 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 Thời gian vận hành (ngày) [NO3 N] (Pot A outflows) [NO3 N] (Pot B outflows) [NO3 N] (Pot C outflows) Hình 4.8 - [NO3 N] (mg/L) dòng sau giai đoạn xử lý Nhận xét:  Nồng độ NO3 N dòng cao ngày đầu, sau giảm nhanh giữ ổn định giai đoạn ngày thứ đến 22 tăng sau thời gian Tuy nhiên, Nồng độ NO3 N dịng ln thấp tiêu chuẩn nước uống 10 mg/L 25 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com  Như vậy, nồng độ NO2 N NO3 N dòng sau giai đoạn xử lý không đáng lo ngại, luôn thấp tiêu chuẩn cho phép nước uống KẾT LUẬN  Cây cỏ nến (Typha spp.) phổ biến Việt Nam, dễ trồng có khả phát triển sinh khối lớn, đáp ứng điều kiện cần việc chọn lọc trồng phù hợp phục vụ mục đích thiết kế hệ xử lý lọc kết hợp trồng  Khả xử lý loại bỏ arsenic hệ lọc kết hợp trồng cỏ nến có tiềm Mức độ chịu tải hệ arsenic cao tiếp tục tăng từ 2875 µg/ngày lên đến 8350 µg/ngày, tính tốn cho kg cỏ nến trồng ban đầu xơ có diện tích bề mặt 0.16m2 Mức độ chịu tải hệ arsenic cịn có khả tăng cao Với nồng độ arsenic dịng vào 300 µg/L, thể tích dịng từ 10 Lít/ngày đến 28 Lít/ngày nồng độ arsenic dịng ln ln đạt tiêu chuẩn nước uống < 10 µg/L  Mức độ chịu tải hệ xử lý arsenite arsenate tương đồng giai đoạn xử lý khác Chứng tỏ, cỏ nến không phân biệt arsenite arsenate trình xử lý trình phát triển sinh khối cỏ nến 03 hệ xử lý gần giống nhau;  Mức độ chịu tải hệ xử lý ammonia (mg ammonia/ngày) nằm khoảng 270 mg/d - 370 mg/d, tính tốn cho kg cỏ nến trồng ban đầu xơ có diện tích bề mặt 0.16m2 Hiệu xử lý loại bỏ ammonia hệ xử lý đạt tối ưu giai đoạn từ tuần thứ đến tuần thứ tính từ thời điểm trồng Có thể thấy hiệu xử lý ammonia hệ lọc kết hợp trồng phụ thuộc vào yếu tố tuổi cây, giai đoạn phát triển cây, điều kiện khí hậu hàm lượng ammonia cung cấp dòng vào yếu tố ảnh hưởng khác 26 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com  Từ kết thấy hệ lọc kết hợp trồng cỏ nến có tiềm lớn trình xử lý loại bỏ đồng thời arsenic ammonia (và số hợp chất khác nữa) nguồn nước đất bị nhiễm bẩn ĐỀ XUẤT VÀ TRIỂN VỌNG  Cần phải tiếp tục nghiên cứu tăng hàm lượng arsenic dòng vào cách để xác định mức độ chịu tải tối đa hệ xử lý arsenic Từ đó, thiết kế vận hành hệ xử lý cách có hiệu hơn;  Vai trò hệ vi sinh vật hệ xử lý lọc kết hợp trồng quan trọng Vì vậy, xác định vai trò hệ vi sinh vật hệ xử lý cần phải nghiên cứu sâu hơn;  Trong nghiên cứu này, hệ xử lý nghiên cứu dạng “thử nghiệm thí điểm”, sử dụng nguồn nước ô nhiễm tự pha chế từ hợp chất hóa học sẵn có phịng thí nghiệm, chưa đánh giá cách xác hiệu xử lý thực tế hệ xử lý Vì vậy, hệ xử lý cần phải tiếp tục nghiên cứu điều kiện “thực địa” điều kiện thực tế  Hệ xử lý đơn có hiệu xử lý arsenic cao Tuy nhiên, hiệu xử lý ammonia cịn nhiều hạn chế Vì vậy, nhằm mục đích xử lý đồng thời arsenic ammonia nguồn nước hệ xử lý cần phải lắp ghép nối tiếp để tăng hiệu xử lý chung hệ (xem hình 5.1) 27 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com  Vấn đề xử lý “hậu quả” sau trình xử lý phương pháp lọc kết hợp trồng cần phải quan tâm Vì vậy, để xử lý cách triệt để nhiễm bẩn arsenic ammonia nguồn nước nói riêng mơi trường sống nói chung sau q trình xử lý phương pháp lọc kết hợp trồng cây, phương pháp sau nên áp dụng (xem sơ đồ 5.1): HỆ XỬ LÝ LỌC KẾT HỢP TRỒNG CÂY Cây đƣợc trồng vùng nhiễm bẩn để xử lý chất ô nhiễm Thu hoạch sinh khối Tiền xử lý: Phơi khô Nén ép, Compost, Xử lý nhiệt Xử lý cuối cùng: Đốt chôn trực tiếp Sơ đồ 5.1 - Các biện pháp xử lý “hậu quả” sau trình xử lý hệ lọc kết hợp trồng 28 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ...HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE TECHNISCHE UNIVERSITAT DRESDEN NGUYEN TIEN CU SIMULTANEOUS REMOVAL OF ARSENIC AND AMMONIA FROM GROUNDWATER BY PHYTOFILTRATION WITH CATTAILS (TYPHA SPP. ) CULTIVATION MASTER... thời arsenic ammonia;  Tiến hành trồng khảo sát, đánh giá khả xử lý đồng thời arsenic ammonia chúng;  Chọn thích hợp nhất: cỏ nến (Typha spp. );  Tiến hành nghiên cứu “thí điểm” khả xử lý arsenic. .. nhiễm arsenic nguồn nước ngầm cao, nồng độ arsenic dao động từ µg/L đến 845 µg/L [M Berg et al., 2006] Độc tính arsenic: Hai hợp chất arsenite (As(III )) arsenate (As(V )) chiếm đa số số hợp chất arsenic