Nghiên cứu, khả năng xử lý Asen trong nước của cây Ráng chân xỉ tại Xã Trung Châu, Huyện Đan Phượng, Thành Phố Hà Nội

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM -  - TRẦN VĂN SƠN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC CỦA CÂY RÁNG CHÂN XỈ (PTERIS VITTATA L.) TẠI XÃ TRUNG CHÂU, HUYỆN ĐAN PHƯỢNG, THÀNH PHỐ HÀ NỘI Ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60 44 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thanh Hải Thái Nguyên, năm 2015 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM -  - TRẦN VĂN SƠN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC CỦA CÂY RÁNG CHÂN XỈ (PTERIS VITTATA L.) TẠI XÃ TRUNG CHÂU, HUYỆN ĐAN PHƯỢNG, THÀNH PHỐ HÀ NỘI Ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60 44 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thanh Hải Thái Nguyên, năm 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn kết trình thực nghiệm phòng thí nghiệm chưa công bố công trình khác Thái nguyên, ngày 20 tháng 10 năm 2015 Học viên Trần Văn Sơn ii LỜI CẢM ƠN Bằng lòng kính trọng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thanh Hải toàn thể thầy cô giáo ngành Khoa học Môi trường, trường Đại Học Nông Lâm thái nguyên giao đề tài, hướng dẫn chu đáo tận tình suốt trình em nghiên cứu hoàn thành luận văn Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn tới anh (chị) cán Trung tâm phân tích chất lượng sản phảm Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình làm thí nghiệm Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè bên cạnh, ủng hộ động viên để em hoàn thành trình học tập, nghiên cứu thực luận văn tốt nghiệp Thái Nguyên, ngày 20 tháng 10 năm 2015 Học viên Trần Văn Sơn iii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài 2.1 Mục tiêu tổng quát 2.2 Mục tiêu cụ thể Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa học tập nghiên cứu khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan Asen 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2.Tính chất vật lý 1.1.3.Tính chất hóa học 1.1.4 Con đường xâm nhập nước 10 1.1.5 Cơ chế 10 1.1.6 Độc tính Asen 11 1.1.7 Cơ chế gây độc Asen 12 1.1.8 Ảnh hưởng asen 15 1.1.9 Ứng dụng Asen 19 1.2 Hiện trạng ô nhiễm Asen giới Việt nam 21 1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm Asen Thế giới 21 1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm Asen Việt Nam 22 1.3.Các phương pháp xử lý Asen 23 1.3.1 Oxi hoá As (III) 23 1.3.2 Kĩ thuật keo tụ - kết tủa 26 iv 1.3.3 Phương pháp trao đổi ion 28 1.3.4 Phương pháp lọc màng 28 1.3.5 Phương pháp hấp phụ 29 1.3.6 Tổng quan Biện pháp sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm kim loại nặng nước 29 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 34 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 34 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 34 2.2 Địa điểm thời gian nghiên cứu 34 2.2.1 Địa điểm nghiên cứu 34 2.2.2.Thời gian nghiên cứu 34 2.3 Nội dung nghiên cứu 34 2.4 Phương pháp nghiên cứu 35 2.4.1 Phương pháp lấy mẫu thực địa 35 2.4.2 Phương pháp phân tích 36 2.4.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm 37 2.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 40 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 Hiện trạng sử dụng chất lượng nước khu vực nghiên cứu 41 3.1.1 Hiện trạng sử dụng nước khu vực nghiên cứu 41 3.1.2 Chất lượng nước khu vực nghiên cứu 41 3.2 Kết nuôi trồng ráng chân xỉ nước phòng thí nghiệm 43 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý asen nước Ráng chân xỉ mẫu gây nhiễm nhân tạo 45 3.3.1 Kết chuẩn độ pH, phân tích nồng độ As ban đầu 45 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn kết trình thực nghiệm phòng thí nghiệm chưa công bố công trình khác Thái nguyên, ngày 20 tháng 10 năm 2015 Học viên Trần Văn Sơn vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Nghĩa từ As :Asen BTNMT : Bộ tài nguyên môi trường BYT : Bộ y tế ĐHQGHN : Đại học quốc gia Hà Nội pteris vittata L : Cây Ráng chân Xỉ QCVN : Quy chuẩn Việt Nam TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam VHO : Tổ chức Y tế Thế giới vii DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1 Hàm lượng Asen số khoáng vật Bảng 1.2 Trạng thái tồn dạng Asen điều kiện oxi hóa khử pH khác 19 Bảng 3.1 Kết thông số pH, nhiệt độ trường 42 Bảng 3.2 Kết phân tích hàm lượng As mẫu khu vực nghiên cứu 42 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý asen nước Ráng Chân Xỉ (trong môi trường axit) 46 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý asen nước Ráng Chân Xỉ (trong môi trường axit) 47 Bảng 3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý asen nước Ráng Chân Xỉ (trong môi trường bazo) 49 Bảng 3.6 kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu xử lý asen nước Ráng Chân Xỉ 51 Bảng 3.7: Kết phân tích hàm lượng As mẫu ban đầu 53 Bảng 3.8 Kết phân tích As mẫu sau xử lý 53 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ Asen đến hiệu xử lý Asen ráng chân xỉ 54 Bảng 3.10: Kết phân tích hàm lượng As mẫu ban đầu 55 Bảng 3.11 Kết phân tích As mẫu sau xử lý 55 Bảng 3.12 Ảnh hưởng nồng độ Asen đến hiệu xử lý Asen ráng chân xỉ 56 Bảng 3.13 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ As ban đầu đến hiệu xử lý As nước Ráng chân xỉ 57 Bảng 3.14 Hiệu xử lý Asen nước Ráng chân xỉ mẫu thực địa 59 viii DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1: Khoáng vật chứa Asen Hình 1.2 Cấu Trúc không gian hợp chất asen Hình 1.3 Các đường xâm nhập asen vào thể 17 Hình 1.4 Đồ thị biểu diễn phần mol H3AsO3 ,H2AsO3-,HAsO32- ,AsO33theo pH (Asen III) 18 Hình 1.5 Đồ thị biểu diễn phần mol H3AsO4 ,H2AsO4-,HAsO42- ,AsO43theo pH (Asen V) 18 Hình 1.6: Sử dụng thảm thực vật xử lý nước 31 Hình 3.1 Hàm lượng Asen mẫu thực địa khu vực nghiên cứu 43 Hình 3.2 : Cây ráng chân xỉ sau ngày nuôi trồng nước 44 Hình 3.3: Ráng chân xỉ sau tuần nuôi trồng 44 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp thụ As ráng chân xỉ môi trường axit 46 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn khả hấp thụ As ráng chân xỉ môi trường trung tính 48 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn khả hấp thụ As ráng chân xỉ môi trường bazo 49 Hình 3.7 Ảnh hưởng Ph đến hiệu suất hấp thụ As nước 50 Hình 3.8 Biểu diễn khả hấp thụ Ráng chân xỉ theo thời gian 52 Hình 3.9 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Asen ban đầu đến hiệu xử lý 53 Hình 3.10 Biểu diễn hiệu suất hấp thụ Ráng chân xỉ 54 Hình 3.11 Biểu diễn hiệu suất hấp thụ Ráng chân xỉ 56 Hình 3.12 Kết thực nghiệm xử lý As mẫu nước thực địa đề tài 60 51 - So sánh với nghiên cứu trước + Kết thực nghiệm Luận văn ảnh hưởng pH đến khả hấp thụ As đưa khoảng pH tối ưu để hấp thụ trùng với khoảng pH tối ưu mà đề tài “Nguyễn Kim Anh” Luận án tiến sỹ: Nghiên cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử lý ô nhiễm As đất vùng khai thác khoáng sản” Luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu đánh giá khả xử lý As nước ráng chân xỉ (Pteris vittata L.) vật liệu Fe2O3 nano” Đh Khoa học tự nhiên Luận văn khảo sát với khoảng pH trải dài từ – 12 để tìm khoảng tối ưu, đề tài khảo sát khoảng ngắn 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến hiệu xử lý asen nước Ráng chân xỉ mẫu gây nhiễm nhân tạo Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu xử lý asen nước Ráng chân xỉ biểu diễn bảng (3.6) hình (3.8) Bảng 3.6 kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu xử lý asen nước Ráng Chân Xỉ Nồng độ As bị hấp thụ (µg/l) Hiệu suất hấp thụ (%) STT Thời gian (giờ) Nồng độ As (µg/l) 90,92 0 12 78,62 12,3 13,52 24 17,45 73,47 80,80 36 15,62 75,3 82,82 48 14,34 76,58 84,22 50 12,23 78,69 86,54 52 Hình 3.8 Biểu diễn khả hấp thụ Ráng chân xỉ theo thời gian Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy theo thời gian hiệu suất hấp thụ Ráng chân xỉ tăng dần, hàm lượng As bị hấp thụ 24 h đầu lớn 73,47 (µg/l), sau hàm lượng bị hấp thụ giảm dần, sau 50 hàm lượng As mẫu ban đầu lại 12,23 (µg/l) Đánh giá so sánh: Luận văn sâu vào khoảng thời gian từ 12h đến 48h đầu so với từ 24h đến 120h luận văn trước nghiên cứu khảo sát, kết cho thấy hàm lượng Asen bị hấp thụ sau 24h xử lý lớn đạt 80,80% cao với kết nghiên cứu Luận văn trước (78,72%) 3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Asen ban đầu đến hiệu xử lý Asen Ráng Chân Xỉ 3.5.1 Khảo sát hiệu xử lý As nước nồng độ As ban đầu mức lớn 90 (µg/l) - Kết phân tích As mẫu pha loãng từ mẫu gốc ban đầu: 53 Bảng 3.7: Kết phân tích hàm lượng As mẫu ban đầu Tên mẫu Đơn vị Hàm Lượng As Mks1 (µg/l) 660,22 Mks2 (µg/l) 530,21 Mks3 (µg/l) 210,16 Mks4 (µg/l) 90,12 - Kết phân tích As mẫu sau trồng Ráng chân xỉ vào Bảng 3.8 Kết phân tích As mẫu sau xử lý STT Đơn vị Hàm Lượng As Mks1Sau (µg/l) 230,11 Mks2Sau (µg/l) 117.01 Mks3Sau (µg/l) 70,15 Mks4Sau (µg/l) 17,02 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Asen đến hiệu xử lý Asen Ráng chân xỉ biểu diễn bảng hình Hình 3.9 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Asen ban đầu đến hiệu xử lý 54 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ Asen đến hiệu xử lý Asen ráng chân xỉ Nồng độ Nồng độ As sau hấp As bị hấp thụ C thụ C0-C (µg/l) (µg/l) 660,22 130,11 530,11 80,29 530,21 117.01 413,20 77,93 210,16 70,15 140,01 66,62 90,12 17,02 73,10 81,12 Ráng chân Nồng độ xỉ As ban đầu (số cây) C0 (µg/l) Hiệu suất xử lý (%) Hình 3.10 Biểu diễn hiệu suất hấp thụ Ráng chân xỉ Nhận xét: kết thực nghiệm từ hình bảng cho thấy, Với số Ráng chân xỉ định, cụ thể cây, thể tích dung dịch, chuẩn độ pH, nồng độ As dung dịch mẫu ban đầu khác nhau, cho thấy hiệu suất hấp thụ Asen mẫu dung dịch có nồng - Kết nghiên cứu sở khoa học phục vụ cho công việc nghiên cứu xử lý asen 3.2 Ý nghĩa thực tiễn - Luận văn góp phần đánh giá mức độ nguy hại, mức độ ảnh hưởng, trạng ô nhiễm asen diễn ra, hậu ô nhiễm asen với người - Các kết nghiên cứu thu làm sở khoa học cho việc phát triển công nghệ sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng nước nói chung As nói riêng 56 Bảng 3.12 Ảnh hưởng nồng độ Asen đến hiệu xử lý Asen ráng chân xỉ Nồng độ Nồng độ Nồng độ As ban As sau As bị hấp đầu C0 hấp thụ C thụ C0-C (µg/l) (µg/l) (µg/l) 70,35 16,34 54,01 76,77 58,78 14,67 44,11 75,04 50,45 13,21 37,21 73,81 22,23 9,78 12,45 56,00 17,78 8,05 9,73 54,72 Ráng chân xỉ (số cây) Hiệu suất xử lý (%) Hình 3.11 Biểu diễn hiệu suất hấp thụ Ráng chân xỉ 57 Nhận xét: kết thực nghiệm từ hình bảng cho thấy: với số Ráng chân xỉ định, cụ thể cây, thể tích dung dịch, chuẩn độ pH, nồng độ As dung dịch mẫu ban đầu khác nhau, cho thấy hiệu suất hấp thụ Asen mẫu dung dịch có nồng độ As ban đầu khoảng nhỏ (từ 17,78 – 70,35µg/l ) đạt hiệu suất trung bình từ 54 – 76% Nhưng kết phân tích sau phản ứng cho thấy hàm lượng As thấp đặc biệt có mẫu nồng độ ban đầu 22,23 17,78µg/l phản ứng đạt hiệu suất thấp 56 54% kết sau phản ứng đạt tiêu chuẩn nước uống Bộ y tế 3.5.3 Tổng hợp nhận xét, so sánh đánh giá - Kết tổng hợp ảnh hưởng nồng độ As ban đầu đến hiệu xử lý As nước Ráng chân xỉ biểu diễn Bảng hình Bảng 3.13 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ As ban đầu đến hiệu xử lý As nước Ráng chân xỉ Ráng Nồng độ As ban Nồng độ As sau Nồng độ As bị Hiệu suất chân xỉ đầu C0 hấp thụ C hấp thụ C0-C xử lý (số cây) (µg/l) (µg/l) (µg/l) (%) 660,22 130,11 530,11 80,29 530,21 117.01 413,20 77,93 210,16 70,15 140,01 66,62 90,12 17,02 73,10 81,12 70,35 16,34 54,01 76,77 58,78 14,67 44,11 75,04 50,45 13,21 37,21 73,81 22,23 9,78 12,45 56,00 17,78 8,05 9,73 54,72 58 - Đánh giá: Kết thực nghiệm từ bảng đồ thị cho thấy, nồng độ cao hiệu suất hấp thụ As lớn nhất, mức nồng độ As ban đầu thấp hiệu suất hấp thụ As thấp Chứng tỏ Ráng chân xỉ có hấp thụ hàm lượng As nồng độ cao tốt, không đưa mức nồng độ cao tiêu chuẩn y tế nước uống Tuy mức nồng độ As ban đầu thấp hiệu suất đạt từ 54 đến 56% hàm lượng As sau phản ứng đạt tiêu chuẩn nước uống Bộ Y tế.(2000 Magnetid 2.7-41 Khoáng Silicat Quartz 0.4-1.3 Penspat [...]... hoàn thiện các cơ chế xử lý chất ô nhiễm bằng thực vật để có thể ứng dụng chúng một các rộng rãi trong thực tế nhằm giảm bớt các chi phí tốn kém và có thể áp dụng trong các điều kiện của nền kinh tế đang phát triển Chính vì vậy, việc lựa chọn đề tài: Nghiên cứu, khả năng xử lý Asen trong nước của cây Ráng chân xỉ (Pteris vittata L) tại Xã Trung Châu, Huyện Đan Phượng, Thành Phố Hà Nội sẽ góp phần tìm... 3.3.2 Kết quả khảo sát khả năng hấp thụ Asen trong nước môi trường axit 45 3.3.3 Kết quả khảo sát khả năng hấp thụ As trong nước môi trường khoảng trung tính 47 3.3.4 Kết quả khảo sát khả năng hấp thụ As trong nước môi trường bazo 48 3.3.5 Tổng hợp so sánh và đánh giá 50 3.4 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý asen trong nước của cây Ráng chân xỉ đối với... tính khả khi về ứng dụng trong xử lý môi trường nói chung và xử lý Asen nói riêng 2 Mục tiêu của đề tài 2.1 Mục tiêu tổng quát - Góp phần lựa chọn bổ sung một loài thực vật mới xử lý Asen trong môi trường nước - Góp phần đưa ra được phương pháp tối ưu đơn giản, dễ áp dụng trong xử lý nước 2.2 Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm Asen trong nước tại khu vực nghiên cứu - Nghiên cứu đánh giá khả. .. quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Asen ban đầu đến hiệu quả xử lý Asen của cây Ráng Chân Xỉ 52 3.5.1 Khảo sát hiệu quả xử lý As trong nước khi nồng độ As ban đầu ở mức lớn hơn 90 (µg/l) 52 3.5.2 Khảo sát hiệu quả xử lý As trong nước khi nồng độ As ban đầu ở mức thấp 7 0 18 Trong môi trường nước H3AsO3, phân ly thành các dạng ion sau: H3AsO3 = H2AsO3- + H+ pK 1,As(III) =9,2