Phát triển và tối ưu hóa các giải pháp loại bỏ ô nhiễm asen trong nước ngầm cho các hộ nông dân vùng châu thổ sông hồng việt nam

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ******************* NHIỆM VỤ HTQT VỀ KHCN THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ VIỆT NAM – CỘNG HÒA LIÊN BANG ĐỨC BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Phát triển và tối ưu hóa các giải pháp loại bỏ ô nhiễm Asen trong nước ngầm cho các hộ nông dân vùng châu thổ sông Hồng, Việt Nam Mã số: 31/2351/HĐ-NĐT Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Chủ trì nhiệm vụ: GS.TS. Phạm Hùng Việt 8830 Hà Nội - 2011 1 MỤC LỤC Nội dung Trang Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 5 Danh mục các bảng 6 Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9 Mở đầu 15 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 16 1.1. Tổng quan về mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống, sinh hoạt trên thế giới và tại Việt Nam 16 1.1.1. Tổng quan mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống, sinh hoạt trên thế giới 18 1.1.2. Tổng quan về mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống, sinh hoạt tại Việt Nam 20 1.2. Tổng quan về mức độ nhiễm độc và tích lũy asen trong cơ thể trên thế giới và tại Việt Nam 23 1.2.1. Sự chuyển hóa asen trong cơ thể người và khả năng áp dụng các chỉ thị sinh học trong nghiên cứu thâm nhiễm asen 23 1.2.2. Mức độ nhiễm độc và tích lũy asen trong cơ thể người trên thế giới 26 1.2.3. Mức độ nhiễm độc và tích lũy asen trong cơ thể người tại Việt Nam 28 1.3.Tổng quan về sức khỏe người dân tại vùng ô nhiễm asen trên thế giới và tại Việt Nam 30 1.4. Tổng quan về công nghệ và vật liệu lọc asen trên thế giới và tại Việt Nam 35 1.4.1. Tổng quan về nguyên lý áp dụng công nghệ và vật liệu lọc 35 2 asen 1.4.2. Tổng quan về các phương pháp xử lý asen trong nước đơn giản đang được khuyến khích áp dụng ở khu vực Châu Á 43 1.4.3. Tổng quan về công nghệ và vật liệu lọc asen tại Việt Nam 52 CHƯƠNG II. MỤC TIÊU, NÔI DUNG, ĐỊA ĐIỂM, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 61 2.1. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu 61 2.2. Địa điểm, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 62 2.2.1. Địa điểm nghiên cứu 62 2.2.2. Đối tượng nghiên cứu 62 2.2.2.1. Đối tượng nghiên cứu cho các nội dung về đánh giá mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống, thực phẩm, nguy cơ nhiễm độc asen và nguy cơ tác động sức khỏe 64 2.2.2.2. Đối tượng nghiên cứu cho các nội dung về phát triển các vật liệu hấp phụ asen, chế tạo mẫu hệ thống lọc asen 69 2.2.3. Phương pháp nghiên cứu 71 2.2.3.1. Phân tích hàm lượng asen trong các mẫu nước, thực phẩm và mẫu sinh học 71 2.2.3.2. Khám sức khỏe lâm sàng 76 2.2.3.3. Phỏng vấn về thói quen sử dụng nước ăn và kiến thức về lọc asen 77 2.2.3.4. Chế tạo vật liệu lọc asen 77 2.2.3.5. Xây dựng hệ thống bể lọc asen cải tiến 81 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 91 3.1. Đánh giá mức độ thâm nhiễm asen từ nước uống và thực phẩm 91 3.1.1. Đánh giá mức độ ô nhiễm asen trong nước giếng khoan 91 3.1.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm asen trong nước ăn uống, thực 95 3 phẩm 3.1.2.1. Mức độ ô nhiễm asen trong nước uống 95 3.1.2.2. Mức độ ô nhiễm asen trong rau, gạo 99 3.1.2.3. Đánh giá sự hấp thu asen vào cơ thể từ nước ăn uống và thức ăn 103 3.2. Đánh giá nguy cơ nhiễm độc asen bằng các chỉ thị sinh học (tóc, móng, nước tiểu) 106 3.2.1. Sự tích lũy asen trong mẫu tóc 106 3.2.2. Sự tích lũy asen trong mẫu móng 109 3.2.3. Hàm lượng các dạng asen vô cơ và hữu cơ trong nước tiểu 111 3.2.4. Đánh giá sự tích lũy asen trong mẫu tóc, móng và nước tiểu 115 3.3. Đánh giá nguy cơ tác động sức khỏe do sử dụng nước giếng khoan ô nhiễm asen (chỉ thị khám lâm sàng) 122 3.3.1. Mô hình bệnh tật tại 2 xã Mai Động và Nghĩa Dân 122 3.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của asen tới hệ thần kinh 124 3.3.3. Đánh giá sự khác biệt về tỷ lệ mắc các biểu hiện bệnh do tác hại của asen tại Mai Động theo các yếu tố: giới, nhóm tuổi, thời gian sử dụng giếng, hàm lượng asen tích lũy trong tóc và mức độ nhiễm asen trong nguồn nước 125 3.4. Nghiên cứu, phát triển các vật liệu hấp phụ asen mới trên nền quặng sắt và mangan 132 3.4.1. Một số đặc trưng cấu trúc của vật liệu lọc asen mới 132 3.4.2. Đánh giá khả năng hấp phụ của sản phẩm 134 3.4.3. Vật liệu hấp phụ MF - 97 137 3.4.4. Vật liệu oxit sắt từ có cấu trúc nano 138 3.4.5. Đánh giá khả năng hấp phụ asen của một số vật liệu của 148 4 nước ngoài 3.4.6. Đánh giá quá trình hấp phụ asen trong cột lọc 152 3.5. Chế tạo mẫu hệ thống lọc asen trong nước giếng khoan và áp dụng thử nghiệm tại địa phương 161 3.5.1.Tình hình sử dụng nước sinh hoạt của xã Mai Động và Nghĩa Dân 161 3.5.2. Chế tạo và lắp đặt hệ lọc cát cải tiến tại xã Mai Động 165 3.5.3. Kết quả về hiệu quả lọc asen của vật liệu hấp phụ tăng cường áp dụng tại xã Mai Động 171 3.5.3.1. Khả năng loại bỏ As bằng cột GEH thử nghiệm 171 3.5.3.2. Khả năng loại bỏ As bằng cột GEH và hệ lọc cát cải tiến 173 3.5.3.3. Hiệu quả loại bỏ Fe và As bằng cột xử lý tăng cường MF97 VÀ NC-F20 179 CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 182 Tài liêụ tham khảo 186 Phụ lục 191 5 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ CETASD Center for Environmental Technology and Sustainable Development USEPA US Environmental Protection Agency WHO World Health Organization CNMT & PTBV Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền vững GK Giếng khoan IMG Institute for Mineral and Geology TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCYTTG Tổ chức Y tế thế giới TCCP Tiêu chuẩn cho phép UNICEF United Nations Children’s Fund 6 DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng Trang 1 Bảng 1.1. Ô nhiễm asen trong nước ngầm và số người dân bị phơi nhiễm ở các nước trên thế giới 19 2 Bảng 1.2. Kết quả nghiên cứu ô nhiễm asen trong nước giếng khoan tại các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng. 20 3 Bảng 2.1. Số lượng các loại mẫu nước 65 4 Bảng 2.2. Số lượng các loại mẫu rau và gạo 65 5 Bảng 2.3. Hệ thống bể lọc asen thử nghiệm tại xã Mai Động 70 6 Bảng 3.1. Sự phân bố asen trong nước giếng khoan tại Mai Động và Nghĩa Dân 92 7 Bảng 3.2. Thành phần một số nguyên tố khác trong nước giếng khoan trước lọc cát tại Mai Động và Nghĩa Dân 95 8 Bảng 3.3. Hàm lượng asen trung bình trong cácc mẫu nước ăn uống tại Mai Động và Nghĩa Dân (μg/L) 96 9 Bảng 3.4. Hàm lượng asen trong các mẫu rau (mg/kg) tính theo trọng lượng khô 100 10 Bảng 3.5. Hàm lượng asen trong các mẫu rau (mg/kg) tính theo trọng lượng ướt 101 11 Bảng 3.6. Hàm lượng asen trong mẫu gạo 102 12 Bảng 3.7. So sánh hàm lượng asen trong gạo ở Mai Động với nghiên cứu khác 103 13 Bảng 3.8. Lượng rau, gạo và nước ăn uống hằng ngày của người dân 104 14 Bảng 3.9. Lượng asen hấp thu vào cơ thể người dân Mai 105 7 Động và Nghĩa Dân 15 Bảng 3.10. Hàm lượng asen trong mẫu tóc người dân tại Mai Động và Nghĩa Dân 106 16 Bảng 3.11. So sánh mức độ ô nhiễm asen trong nước ngầm và sự tích lũy asen trong tóc của một số nơi trên thế giới 108 17 Bảng 3.12. Hàm lượng asen trong mẫu móng người dân tại Mai Động và Nghĩa Dân 110 18 Bảng 3.13. Thành phần các dạng asen trong mẫu nước tiểu của người dân tại Mai Động và Nghĩa Dân 113 19 Bảng 3.14. Nồng độ asen trong nước và sự tích lũy asen trong mẫu tóc, móng và nước tiểu, MĐ – Mai Động, ND – Nghĩa Dân 116 20 Bảng 3.15.Sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu theo giới tính tại Mai Động 119 21 Bảng 3.16. Sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu theo giới tính tại Nghĩa Dân 120 22 Bảng 3.17. Sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu theo tuổi tại Mai Động 120 23 Bảng 3.18. Sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu theo tuổi tại Nghĩa Dân 121 24 Bảng 3.19: Phân bố đối tượng theo tuổi 122 25 Bảng 3.20. Tỷ lệ phát hiện các RL chức năng thần kinh tại Mai động và Nghĩa Dân 124 26 Bảng 3.21. Phân bố tỷ lệ bệnh theo giới 125 27 Bảng 3.22. Phân bố tỷ lệ bệnh theo tuổi. 126 28 Bảng 3.23. Phân bố tỷ lệ bệnh theo thời gian sử dụng giếng nhiễm asen 127 8 29 Bảng 3.24. Phân bố tỷ lệ bệnh theo hàm lượng asen trong tóc 127 30 Bảng 3.25. Phân bố tỷ lệ bệnh theo mức độ nhiễm asen của các giếng trong nước nguồn chưa qua xử lý 128 31 Bảng 3.26. Phân bố tỷ lệ bệnh theo mức độ nhiễm asen của các giếng trong nước sử dụng để ăn uống (xử lý qua bể lọc cát) 129 32 Bảng 3.27. Đặc trưng cấu trúc của mangandioxit tổng hợp 133 33 Bảng 3.28. Đặc trưng hấp phụ của mangan dioxit đối với As(III) 136 34 Bảng 3.29. Đặc trưng hấp phụ của mangan dioxit đối với As(V) 136 35 Bảng 3.30. Số liệu đẳng nhiệt hấp phụ asen của vật liệu đối với As(V) và As(III). 146 36 Bảng 3.31. Dung lượng hấp phụ asen cực đại của các loại vật liệu 151 37 Bảng 3.32. Giá trị dung lượng hấp phụ (a o ) và độ dài của tầng chuyển khối L trong các điều kiện thí nghiệm khác nhau. 159 38 Bảng 3.33. Số liệu điều tra về tình hình sử dụng nước sinh hoạt dụng nguồn nước của xã Mai Động và Nghĩa Dân, Hưng Yên 162 39 Bảng 3.34. Kết quả trung bình của các thông số trước, sau bể lọc cát và cột loại bỏ As tăng cường GEH 175 40 Bảng 3.35. Chất lượng nước sau khi lắp đặt bộ lọc As bằng cột xử lý tăng cường MF97 VÀ NC-F20 179 41 Bảng 3.36. Hiệu quả loại bỏ As bằng cột xử lý tăng cường MF97 VÀ NC-F20 180 9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT Hình vẽ Trang 1 Hình 1.1. Các dạng tồn tại của asen trong nước phụ thuộc vào pH và thế oxi hóa khử 18 2 Hình 1.2. Bản đồ ô nhiễm asen trong nước giếng khoan tại đồng bằng sông Hồng 22 3 Hình 1.3. Sự chuyển hóa các dạng As trong cơ thể người 25 4 Hình 1.4. Một số hình ảnh bệnh nhân assenicosis điển hình. 32 5 Hình 1.5: Mô hình xử lý asen trong nước bằng phương pháp SORAS 45 6 Hình 1.6. Mô hình xử lý Asen theo nguyên tắc nạp hút 46 7 Hình 1.7. Mô hình xử lý Asen sử dụng nhôm hoạt tính cải tiến Alcan 47 8 Hình 1.8. Mô hình xử lý Asen sử dụng nhôm hoạt tính BUET 48 9 Hình 1.9. Mô hình xử lý Asen Sono 3-Kalshi 49 10 Hình 1.10. Mô hình xử lý Asen theo công nghệ TETRAHEDRON(I1) 50 11 Hình 1.11. Mô hình xử lý Asen “3-Gagri” của Nepal 51 12 Hình 1.12. Mô hình xử lý Asen sử dụng oxit nhôm hoạt tính 51 13 Hình 1.13. Bể lọc cát quy mô hộ gia đình ở các vùng nông thôn châu thổ sông Hồng 53 14 Hình 1.14. Quan hệ giữa lượng sắt hòa tan và hiệu quả loại bỏ asen trong nước. Các điểm lớn màu hồng tương ứng với các mẫu có nồng độ phôtphát > 2,5mg P/L 55 [...]... quan tới ô nhiễm asen trong nước ngầm tại Việt Nam Trung tâm đã được Bộ Khoa học Và Công nghệ giao cho thực hiện nhiệm vụ hợp tác quốc tế về Khoa học Và Công nghệ theo nghị định thư Việt Nam – Công hòa Liên bang Đức với tiêu đề: Phát triển và tối ưu hóa các giải pháp loại bỏ ô nhiễm Asen trong nước ngầm cho các hộ nông dân vùng châu thổ sông Hồng, Việt Nam Nhiệm vụ được hoàn thành trong 30 tháng, từ... 178 các cột lọc GEH tăng cường 74 Hình 3.44 Đồ thị đánh giá hiệu quả loại bỏ As bằng cột xử lý tăng cường MF97 VÀ NC-F20 14 181 MỞ ĐẦU Ô nhiễm asen trong nước ngầm với nguồn gốc tự nhiên tại Việt Nam đã được nghiên cứu và công bố rộng rãi trên các tài liệu khoa học và phương tiện thông tin đại chúng Nước ngầm hiện đang là nguồn nước sinh hoạt chủ yếu của người dân khu vực nông thôn, châu thổ sông Hồng. .. thành phần asen hữu cơ trong nước tiểu với hàm lượng asen vô cơ trong nước uống vẫn đang là vấn đề thời sự Nó có thể liên quan tới sự thâm nhiễm, chế độ dinh dưỡng, lối sống, giới tính và có thể cả yếu tố di truyền v.v… 1.2.3 Mức độ nhiễm độc và tích lũy asen trong cơ thể người tại Việt Nam Ở Việt Nam, ô nhiễm asen trong nước giếng khoan dùng cho sinh hoạt, nhất là tại khu vực nông thôn, đã được phát hiện... nồng độ asen trong nước ăn 116 11 uống với sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu giữa 2 xã Mai Động và Nghĩa Dân 45 Hình 3.15 So sánh nồng độ asen trong nước giếng khoan 117 và sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu tại một số khu vực trên thế giới 46 Hình 3.16 Tương quan giữa hàm lượng asen trong tóc, 118 móng và nước tiểu với nồng độ asen trong nước ăn tại Mai Động; A nồng độ asen trong. .. (arsenicosis) được phát hiện ở nhiều vùng của Trung Quốc như Xinjiang, Nội Mông, Sanxi, Liaoning, Jilin, Ningxia, Henan Nồng độ asen trong nước ngầm tại các vùng này thường nằm trong khoảng 220 – 2000 μg/L với hàm lượng cao nhất là 4440 μg/L [19, 40] Bảng 1.1 Ô nhiễm asen trong nước ngầm và số người dân bị phơi nhiễm ở các nước trên thế giới Số người As trong Tiêu chuẩn bị phơi nước ngầm cho phép nhiễm (μg/L)... hiệu quả loại asen tại Mai Động 34 Hình 3.4 Hàm lượng asen trong nước mưa, nước giếng 97 khoan đã lọc, nước ăn uống 35 Hình 3.5 Quan hệ giữa hàm lượng asen trong nước giếng 98 khoan đã lọc với nước đun sôi và nước chè 36 Hình 3.6 Tương quan giữa hàm lượng asen trong nước chè 98 và nước đun sôi 37 Hình 3.7 Hàm lượng asen trong các mẫu rau 100 38 Hình 3.8 Sự tích lũy asen trong mẫu tóc của người dân 107... bằng Các vùng ven núi ít có giếng khoan sâu, người dân thường dùng nước giếng khơi Hình 1.2 Bản đồ ô nhiễm asen trong nước giếng khoan tại đồng bằng sông Hồng Khi xét chung toàn khu vực đồng bằng sông Hồng, tỉ lệ giếng vượt tiêu chuẩn asen trong nước ngầm (50µg/L) là khoảng 11% Nhưng kết quả cho thấy tình hình ô nhiễm tại các tỉnh rất khác nhau Phần trăm số mẫu có hàm lượng asen vượt tiêu chuẩn của nước. .. dụng nước ngầm ô nhiễm asen cho ăn uống hàng ngày trong một thời gian dài có thể gây nên nhữnng tác động xấu cho sức khỏe Nước ngầm ô nhiễm asen cần được xử lý để giảm thiểu tác hại của asen lên sức khỏe cộng đồng Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền vững thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quôc Gia Hà Nội đã có gần 10 năm nghiên cứu các vấn đề liên quan tới ô nhiễm asen. .. trong những năm gần đây sau khi phương pháp phân tích được phát triển và hoàn thiện Trong số các sản phẩm chuyển hóa nói trên, chỉ có các dạng As(V) bền là được phát hiện vì các dạng As (III) kém bền đã bị ô xy hóa lên dạng As(V) Như đã trình bày ở trên, khi cơ thể thâm nhiễm asen thì thực chất đó chính là sự thâm nhiễm với các sản phẩm trao đổi chất từ asen chứ không phải chỉ là asen vô cơ trong nước. .. mức độ ô nhiễm asen khi xét chung toàn bộ khu vực đồng bằng sông Hồng Tuy nhiên sự ô nhiễm đó lại tập trung chủ yếu tại vùng bờ trái sông Hồng, xuyên qua một số tỉnh đông dân như Hà Tây cũ, Hà Nam, Hà Nội, Nam Định, Hưng Yên và Thái Bình Nhiều giếng khoan ở vùng này có hàm lượng asen cao khoảng 200 – 300 µg/L (gấp 20 – 30 lần tiêu chuẩn nước uống) Nếu người dân sử dụng trực tiếp nguồn nước này cho ăn . Đức với tiêu đề: Phát triển và tối ưu hóa các giải pháp loại bỏ ô nhiễm Asen trong nước ngầm cho các hộ nông dân vùng châu thổ sông Hồng, Việt Nam . Nhiệm vụ được hoàn thành trong 30 tháng,. HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Phát triển và tối ưu hóa các giải pháp loại bỏ ô nhiễm Asen trong nước ngầm cho các hộ nông dân vùng châu thổ sông Hồng, Việt Nam Mã số: 31/2351/HĐ-NĐT Cơ. trên các tài liệu khoa học và phương tiện thông tin đại chúng. Nước ngầm hiện đang là nguồn nước sinh hoạt chủ yếu của người dân khu vực nông thôn, châu thổ sông Hồng. Sử dụng nước ngầm ô nhiễm