nghiên cứu xử lý asen trong nước ngầm bằng phương pháp lọc sinh học

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 22 1.8. Cơ sở lý thuyết của phương pháp lọc sinh học 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 39 3.2. Ảnh hưởng của tốc độ lọc đến hiệu suất xử lý asen 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 44 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 46 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 48 3.3. Ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu lọc đến hiệu suất xử lý asen 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 khoảng 50 g/l 50 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 khoảng 50 g/l 52 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 khoảng 50 g/l 54 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 55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 và tốc độ lọc 210 m/ngày 57 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 và tốc độ lọc 400 m/ngày 59 3.5. Ưu nhược điểm của phương pháp lọc sinh học sử dụng vi sinh vật oxy hoá sắt và mangan 63 Kết luận và kiến nghị 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 10 Bảng 1.2. Tổng hợp những kết quả xét nghiệm asen do UNICEF hỗ trợ năm 2004 15 Bảng 1.3.Tổng hợp một số chỉ tiêu phân tích mẫu nước ngầm Thành phố Hà Nội mùa khô 12/2000 - 2/2001 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 khoảng 50 g/l 44 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 khoảng 50 g/l 46 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 khoảng 100 g/l 48 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 khoảng 50 g/l 50 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 khoảng 50 g/l 52 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 khoảng 50 g/l 54 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 mm và tốc độ lọc 100 m/ngày 56 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 mm và tốc độ lọc 210 m/ngày 57 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 - 3 mm và tốc độ lọc 400 m/ngày 59 Bảng 3.11. Hiệu suất xử lý asen trong nước ngầm bằng phương pháp lọc sinh học 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 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 12 Hình 1.3. Bản đồ ô nhiễm Asen 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 khoảng 50 g/l 45 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 khoảng 50 g/l 47 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 khoảng 100 g/l 49 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 vào khoảng 50 g/l 51 Hình 3.5. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu lọc tới hiệu suất xử lý 53 [...]... 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... 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. .. 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,... những thảm hoạ về ngộ độc asen ở Bangladesh, nhiều bài báo, công trình nghiên cứu về các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm asen đã được công bố Các biện pháp chủ yếu tập trung vào các phương pháp: hoá học, hoá lý, màng và sinh học 1.7.1.1 Các phương pháp hoá học 1.7.1.1.1 Phương pháp oxy hoá Hầu hết các công nghệ xử lý asen có hiệu quả khi xử lý asen hoá trị V (arsenate) còn dạng asen hoá trị III (arsenite)... 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... 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. .. 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... 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... Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 Vấn đề ô nhiễm asen trong nước ngầm tại Bangladesh là một điển hình Bangladesh đã hình thành được một hệ thống cơ sở thông tin tư liệu tương đối hoàn chỉnh, về cả quan trắc, thống kê, nghiên cứu khoa học, giải thích nguồn gốc ô nhiễm asen trong nước ngầm và những thành công cũng như kinh nghiệm của Bangladesh về xử lý asen trong nước ngầm Bangladesh...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 . 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. 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. 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