NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC CẤP CÔNG TY CỔ PHẦN CHÂU ÂU – TIỀN GIANG

NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC CẤP CÔNG TY CỔ PHẦN CHÂU ÂU – TIỀN GIANG Xem nội dung đầy đủ tại: https://123doc.org/document/5070675-nguyen-thi-binh-an.htm

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

\ [

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC CẤP CÔNG TY CỔ PHẦN CHÂU ÂU – TIỀN GIANG

SINH VIÊN THỰC HIỆN:NGUYỄN THỊ BÌNH AN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS LÊ QUỐC TUẤN

\ 2009[

Trong quá trình tiến hành khóa luận tốt nghiệp tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa Môi trường và Tài nguyên trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, của ba mẹ và tất cả các thành viên lớp DH05MT

Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô khoa Môi trường và Tài nguyên, trường Đại học Nông Lâm TP.HCM

Chân thành cảm ơn thầy Lê Quốc Tuấn Cảm ơn thầy đã dành nhiều thời gian quan tâm, hướng dẫn tận tình khi tiến hành đề tài

Chân thành cảm ơn thầy Lê Tấn Thanh Lâm Cảm ơn thầy đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để thực đề tài

Chân thành cảm ơn gia đình đã luôn là chỗ dựa tinh thần vững chắc nhất, động viên khuyến khích cho tôi

Chân thành cảm ơn tất cả thành viên của lớp DH05MT Cảm ơn các bạn thật nhiều vì đã sát cánh cùng tôi khi tôi cần mọi người nhất Tình đoàn kết lớp mình sẽ là hành trang quý báu nhất khi tôi bước vào đời Cảm ơn mọi người nhé!

Dù đã cố gắng nhưng cũng không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý và sữa chữa của thầy cô về khóa luận tốt nghiệp này

Chân thành cảm ơn!

SVTH: Nguyễn Thị Bình An

Đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu khả năng xử lý nước nhiễm asen và sắt bằng mô hình Giàn mưa – Lắng – Lọc” được tôi thực hiện trong khoảng thời gian từ 10/03 đến 10/07/2009

Thiết kế và xây dựng mô hình Giàn mưa – Lắng – Lọc để nghiên cứu khả loại

bỏ asen và sắt với các quá trình cơ bản là oxi hoá, kết tủa, lắng và dính bám trên vật liệu lọc Mô hình được xây dựng và vận hành tại Phòng thí nghiệm thực hành công nghệ xử lý khoa Môi Trường và Tài Nguyên trường đại học Nông Lâm TP.HCM

Cơ chế hoạt động của mô hình dựa vào các phương trình phản ứng hóa học diễn

ra qua từng giai đoạn: (1) As III bị oxi hóa thành As V và sắt II chuyển thành sắt III tại giàn mưa với sự hiện diện của oxy không khí, (2) sự tiếp xúc giữa giữa sắt III và As V trong bể lắng, (3) quá trình hấp thu phức hợp sắt III và As V trên bề mặt vật liệu lọc trong cột lọc

Kết quả thu được như sau: với nồng độ asen 0,02 mg/L, sắt 0,4 mg/L trong điều kiện thời gian lưu nước trong bể tiếp xúc 30 phút (tương ứng lưu lượng 0,9 lít/phút khi thí nghiệm thực nghiệm), quá trình xử lý đạt hiệu suất cao, nước đầu ra đạt tiêu chuẩn cho phép sau 8 ngày vận hành Khi nồng độ asen là 0,05 thì nước đầu ra luôn đạt tiêu chuẩn sau 6 ngày vận hành Tuy nhiên, với nồng độ asen là 0,1 mg/L, thì chỉ sau 2 ngày vận hành nước đầu ra sẽ vượt quá tiêu chuẩn cho phép của WHO và TCVN 5503 – 2003 (0.01 mg/L)

Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý nước nhiễm asen của mô hình khá cao và ổn định ở mức 82% trong thời gian cho phép Đó cũng là các mốc thời gian có ý nghĩa trong việc rửa vật liệu lọc để mô hình vận hành luôn đạt được hiệu quả cao

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT KHÓA LUẬN iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG viii

Chương 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Nội dung 1

1.3 Phương pháp thực hiện 2

1.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 2

1.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 2

1.4 Ý nghĩa đề tài 2

Chương 2 3

TỔNG QUAN 3

2.1 Khái quát về Asen 3

2.1.1 Tính chất lý học 3

2.1.2 Tính chất hoá học 4

2.2 Hiện trạng ô nhiễm Asen 4

2.2.1 Thế giới 4

2.2.2 Việt Nam 6

2.2.3 Cơ chế gây độc của asen đối với sinh vật 8

2.2.4 Cơ chế và nguồn gốc gây ô nhiễm asen 14

2.2.5 Nồng độ giới hạn 14

2.3 Tổng quan về phương pháp xử lý Asen 15

2.3.1 Phương pháp oxi hóa 15

2.3.2 Phương pháp keo tụ - kết tủa 17

2.3.3 Phương pháp lọc 18

2.3.4 Phương pháp hấp phụ 18

2.3.5 Phương pháp trao đổi ion 18

2.3.6 Công nghệ sử dụng cho qui mô là một cộng đồng dân cư 19

2.3.7 Giải độc thạch tín: 20

2.3.8 Dò nước ô nhiễm asen bằng vi khuẩn phát sáng: 21

CHƯƠNG 3 22

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

3.1 Thời gian và địa điểm 22

3.2 Giới thiệu mô hình Giàn mưa – Lắng – Lọc 22

3.3 Vật liệu 22

3.3.1 Mẫu nước nhiễm Asen và sắt 22

3.3.2 Mô hình thí nghiệm 23

3.4.3 Lấy mẫu và phương pháp phân tích mẫu 25

CHƯƠNG 4 26

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

4.1 Kết quả thí nghiệm 26

4.1.1 Giai đoạn thay đổi nồng độ 26

4.1.2 Vai trò của sắt trong xử lý nước nhiễm asen 32

CHƯƠNG 5 35

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35

5.1 Kết Luận 35

5.2 Kiến Nghị 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

Tài liệu Tiếng Việt 36

Tài liệu Tiếng Anh 36

PHỤ LỤC 39

As : Asen (Arsenic)

As (III) : Asen hoá trị 3 (Arsenite)

As (V) : Asen hoá trị 5 (Arsenate)

Fe (II) : Sắt hóa trị 2

Fe (III) : Sắt hóa trị 3

SMEWW : Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water

UBND : Uỷ ban nhân dân

UNICEF : United Nations Children's Fund

Hình 2.1 As ở thể rắn 3

Hình 2.2 Tỷ lệ ô nhiễm As trong nước ngầm tại bốn tỉnh ĐBSCL 8

Hình 2.3 Các con đường xâm nhập của As vào cơ thể người 8

Hình 2.4 As (III) phản ứng với nhóm -SH 9

Hình 2.5 Sự hình thành ATP 9

Hình 2.6 Con đường chuyển hóa sinh học đối với asen 10

Hình 2.7 Một số hình ảnh biểu hiện các bệnh do nhiễm độc Arsen gây ra 11

Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm 23

Hình 4.1 Biểu đồ biểu hiện sự thay đổi hàm lượng As đầu ra và hiệu suất xử lý của nghiệm thức 1 theo thời gian 27

Hình 4.2 Biểu đồ biểu hiện sự thay đổi hàm lượng As đầu ra và hiệu suất xử lý của nghiệm thức 2 theo thời gian 28

Hình 4.3 Biểu đồ biểu hiện sự thay đổi hàm lượng As đầu ra và hiệu suất xử lý của nghiệm thức 3 theo thời gian 29

Hình 4.4 Biểu đồ biểu hiện sự thay đổi hàm lượng As đầu ra của mỗi nghiệm thức theo thời gian 30

Hình 4.5 Biểu đồ biểu hiện sự thay đổi hiệu suất xử lý của mỗi nghiệm thức theo thời gian 30

Hình 4.6 Mối tương quan giữa nồng độ sắt II bổ sung đầu vào và hiệu suất xử lý asen 33

Bảng 2.2: Tình hình nhiễm As tại một số quốc gia trên thế giới 6

Bảng 2.3: Bảng Hàm lượng As trong nước ngầm của một số tỉnh phía Bắc 7

Bảng 3.1: Các thông số thiết kế mô hình 23

Bảng 4.1: Hàm lượng asen đầu 26

Bảng 4.2: Hiệu suất xử lý 26

Độ thì Việt Nam là một nước gặp nhiều khó khăn và phải gánh chịu hậu quả của vấn

đề này Hà Nội, Hà Tây, các tỉnh miền Trung, các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) như Long An, Đồng Tháp, An Giang, và Kiên Giang là các tỉnh chịu ảnh hưởng nặng nề nhất Trong các mẫu nước phân tích thì tỉ lệ mẫu nhiễm As vượt tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống của Bộ Y Tế (0,01 mg/L) (Sau đây gọi là: “tiêu chuẩn Bộ

Y Tế”) khá cao và mức độ nghiêm trọng gần như tương đương với các quốc gia chịu ảnh hưởng nghiêm trọng nhất

Với tình hình đó, ở nước ta việc nghiên cứu hiệu quả xử lý nguồn nước nhiễm

As với những công nghệ đơn giản và rẻ tiền là hết sức cần thiết Đó là lý do tôi chọn

đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý nước nhiễm asen bằng mô hình Giàn mưa – Lắng – Lọc”

1.2 Nội dung

Nghiên cứu lý thuyết về phản ứng của asen với các thành phần có trong nước nhằm xây dựng cơ sở lý thuyết đóng góp cho việc thiết kế và xây dựng công trình xử

lý nước nhiễm asen

Nghiên cứu khả năng xử lý nước nhiễm As trên mô hình thực nghiệm, mô hình gồm: làm thoáng tự nhiên bằng giàn mưa, bể lắng và cột lọc

1.3 Phương pháp thực hiện

1.3.1 Nghiên cứu lý thuyết

Sưu tầm, thu thập, tổng quan tài liệu

Nghiên cứu các tài liệu về công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm asen

1.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Sưu tầm, chọn lọc các số liệu đã nghiên cứu về thông số thiết kế các công trình

xử lý nước cấp nói chung và các công trình có chức năng ứng dụng xử lý As nói riêng

Khảo sát thành phần, tính chất nguồn nước ngầm và tình hình sử dụng nước trong địa bàn nghiên cứu

Nghiên cứu hiệu quả xử lý As trong nước ngầm thông qua mô hình giàn mưa – lắng – lọc với các nồng độ As đầu vào khác nhau

Bổ sung một tài liệu về các vấn đề về nguồn nước nhiễm As và khả năng sử dụng các công trình đơn giản để xử lý As trong nước ngầm

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Khái quát về Asen

Asen là tên Việt gọi nguyên tố số 33 trong bảng tuần hoàn Mendeleep, tên tiếng Anh là Arsenic Nguyên tố Asen có kí hiệu là As

2.1.1 Tính chất lý học

Hình 2.1 As ở thể rắn

Ở dạng đơn chất cũng như hợp chất, Asen vừa có tính chất kim loại vừa có tính chất không kim loại, nó là một á kim

- Dạng không kim loại

Là chất rắn có màu vàng ( Asen vàng ) được tạo nên khi ngưng tụ hơi, có mạng lưới lập phương, kiến trúc của những mạng lưới đó gồm những phân tử As4 liên kết với nhau bằng lực VanderWallls Phân tử As4 có cấu tạo tứ diện đều As vàng kém bền, ở nhiệt độ thường, dưới tác dụng của ánh sáng nó chuyển sang dạng kim loại

- Dạng kim loại

Có màu trắng hơi xám ( Asen xám ) Asen xám có kiến trúc lớp, dẫn nhiệt, dẫn điện nhưng giòn và dễ nghiền thành bột

+ Khối lượng riêng M = 5,726 (g/cm3)

+ Thăng hoa ở nhiệt độ 6150C, T0 = 8170C

2.1.2 Tính chất hoá học

™ Phản ứng với oxy

- Khi đốt As cháy tạo thành As2O3 có màu trắng

4As + 3O2 = 2AsO3

- Phản ứng với halogen, lưu huỳnh

- Ở dạng bột, As bốc cháy trong khí clo

™ Phản ứng với kim loại

As tác dụng với kim loại kiềm và kiềm thổ cũng như một số kim loại khác ở nhiệt độ cao

2As + 3Ca = Ca3As2

2As + 3Cu = Cu3As2

™ Phản ứng với nước, dung dịch acid, dung dịch kiềm

As không tan trong nước, trong dung dịch HCl, H2SO4… chỉ tan trong HNO3 và nước cường thuỷ

3As + 5HNO3 +2H2O = 3H3AsO4 +5NO

As chỉ tan trong kiềm nóng chảy khi có mặt của oxy

2As + 6NaOH + O2 = 2Na3AsO4 +3H2

Trong môi trường nước tự nhiên, As (III) tồn tại chủ yếu ở dạng trung hoà

H3AsO3 Với oxi hoà tan trong nước, As(III) bị oxi hoá thành As (V) tại pH = 7

2.2 Hiện trạng ô nhiễm Asen

2.2.1 Thế giới

As trong nước uống là vấn đề mang tính chất toàn cầu và ảnh hưởng đến hầu hết các quốc gia, vùng lãnh thổ trên thế giới Điển hình, có thể kể đến một số nơi sau: Tây Bengal (Ấn độ), Bangladesh, Đài Loan, Alaska và Missouri của Mỹ và một số vùng ở Achentina, Mexico, Hungary và Canada

Bảng 2.1: Ô nhiễm As trong nước ở một số khu vực trên thế giới

Tây Bengal đã được cảnh báo từ đầu năm 1978 về vấn đề nguồn nước nhiễm

As Nhóm bệnh nhân đầu tiên được phát hiện vào tháng 7 năm 1983 Kể từ đó, phạm

vi ảnh hưởng và số người nhiễm bệnh ngày càng tăng Vấn đề As đã ảnh hưởng lên một khu vực rộng lớn đến 3.400 km2, xấp xỉ 30 triệu dân, số người sử dụng nước nhiễm độc lên đến 1 triệu người, trong đó hơn 200.000 người đã được xác định là có triệu chứng nhiễm độc As

Năm 2000, theo một báo cáo của WHO, tình hình nhiễm độc As ở Bangladesh như một sự đầu độc với lượng lớn nhất trong lịch sử được ví như tai nạn ở Bhophal,

Ấn độ năm 1984 và Chemobyl, Ukraina năm 1986 Trong năm 2006, đã có 4,7 triệu giếng (55%) trong số 8,6 triệu giếng ở Bangladesh đã được kiểm tra As và cho thấy 1,4 triệu (30%) đã cảnh báo về tình trạng không an toàn cho nước uống Ước tính số người dùng nước nhiễm As ở Bangladesh khoảng 12 triệu người trong đó có 40.000 người có triệu chứng biểu hiện bệnh Tuy nhiên, con số này có thể cao hơn (Võ Anh Tuấn, 2004)

Năm 1920, hình ảnh “Bàn chân đen” phát hiện đầu tiên ở Đài Loan là một biểu hiện rõ ràng của bệnh do dân cư sử dụng nguồn nước bị nhiễm As cao (0,35 - 1,10 mg/L) từ các giếng khoan để sinh hoạt Tỷ lệ mắc bệnh này tăng dần vào cuối những năm 1950 và đến năm 1960 trở thành đại dịch “Bàn chân đen” Tình hình ô nhiễm As

ở một số quốc gia được tổng hợp qua bảng sau

Bảng 2.2: Tình hình nhiễm As tại một số quốc gia trên thế giới

Quốc gia/Vùng

Số người nguy cơ nhiễm

Phân bố theo không gian

Sự tác động của hàm lượng thấp và trung bình, đôi khi hàm lượng cao tại một số giếng

Mỹ Phía Tây

(> 0,05 mg/L)

< 0,025 mg/L

200.000 2.500.000

Nguồn gốc As thay đổi: As xuất hiện chủ yếu trong nước ngầm và một số sông (California) Tại các đồng bằng Trung – Tây và Đông, hàm lượng thấp và sự tác động phân tán Mexico

As được tìm thấy đầu tiên ở góc phía Đông của tầng chứa nước Hàm lượng thấp đến trung bình trong một số lớn các giếng khoan trong đới bị ảnh hưởng

200.000 Nhiều sông hồ bị nhiễm bởi các suối nước nóng hoà tan muối Một số vùng, các giếng nông bị ô nhiễm Trong nước

sông hàm lượng As từ thấp đến cao, đôi khi lớn hơn 1 mg/L Bolivia

Ghana 100.000 Hàm lượng thấp đến trung bình tại các giếng nông và gần các mỏ vàng thì hàm lượng cao

Ấn độ 5.000.000

Tại Tây Bangal: trong tổng số 17 huyện, 8 huyện có các giếng khoan bị ảnh hưởng Trong đó, một nửa các giếng (chiều sâu trung bình 20 – 50 m) chứa As với hàm lượng thấp đến trung bình

Bangladesh 30.000.000 Hàm lượng từ thấp đến cao trong các giếng khoan sâu 5 – 150 m Một số vùng có 80 – 100 % các giếng khoan bị ô

nhiễm

As có mặt trong phần lớn đất đá với hàm lượng thấp Có 0,2

% số lượng giếng đào và 4,5 % số lượng giếng lắp bơm tay phát hiện As > 0,05 mg/L

Ghi chú: Thấp: 0,01 – 0,05 mg/L; - Trung bình: 0,05 – 0,25 mg/L; - Cao: > 0,25 mg/L

- Từ năm 2003 - 2005, Chính phủ Việt Nam và UNICEF khảo sát 71.000 giếng

khoan thuộc 17 tỉnh trong cả nước Tỷ lệ các giếng nhiễm As dao động từ 0,1 – 0,5

mg/L chiếm từ 59,6 – 80% (Nguyễn Thị Phương Thảo, 2005)

- Đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long là hai khu vực bị ô nhiễm As nhiều

trong nước Trong đó:

+ Ở vùng châu thổ sông Hồng nơi có nồng độ As cao là phía nam Hà Nội, Hà

Nam, Hà Tây (cũ), Hưng Yên, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình và Hải Dương

Bảng 2.3: Bảng Hàm lượng As trong nước ngầm của một số tỉnh phía Bắc

Hàm lượng As trong nước ngầm (mg/L)

Năm 2005 UNICEF hỗ trợ Viện Vệ Sinh – Y Tế Công cộng tiến hành khảo sát

As trong nước ngầm tại 4 tỉnh Long An, Đồng Tháp, An Giang và Tiền Giang kết quả

khảo sát như sau:

Hình 2.2 Tỷ lệ ô nhiễm As trong nước ngầm tại bốn tỉnh ĐBSCL

2.2.3 Cơ chế gây độc của asen đối với sinh vật

2.2.3.1 Các con đường xâm nhập asen vào cơ thể

Asen đi vào cơ thể bằng nhiều con đường khác nhau (Hình 2.3) Quá trình phơi

nhiễm asen ở nồng độ cao sẽ gây nên hiện tượng nhiễm độc cấp tính (>0,1 mg/L), còn

ở nồng độ thấp (>0,05 mg/L) trong thời gian dài sẽ gây nên hiện tượng nhiễm độc mãn tính

2.2.3.2 Cơ chế gây độc

As đi vào cơ thể bằng tất cả các con đường như: hít thở, ăn uống, thẩm thấu qua

da Trong đó, uống nước nhiễm As là con đường chính để As xâm nhập vào trong cơ thể Khi vào trong cơ thể, đặc biệt là các hợp chất As (III) tấn công ngay lập tức vào các enzyme có chứa nhóm –SH và cản trở hoạt động của chúng (Đặng Đình Bạch, 2006) Phản ứng xảy ra như sau:

Trong những hợp chất As thì H3AsO3 độc hơn H3AsO4 Dưới tác dụng của các yếu tố oxi hóa trong đất thì H3AsO3 có thể chuyển thành dạng H3AsO4 Thế oxy hóa khử, độ

pH của môi trường và lượng kaloit giàu Fe3+…, là những yếu tố quan trọng tác động đến quá trình oxy hóa - khử các hợp chất As trong tự nhiên Những yếu tố này có ý nghĩa làm tăng hay giảm sự độc hại của các hợp chất As trong môi trường sống Khi vào trong cơ thể sinh vật thì asen sẽ được chuyển hóa và khử độc bởi một loạt các phản ứng sinh hóa khác nhau với sự hiện diện của các enzyme chức năng Sự đồng hóa các asen vô cơ liên quan đến glutathion (GSH) như là một nhân tố đồng hóa Sự methyl hóa asen được xúc tác bởi các men methyltranferase và cần có chất cho điện tử

là S-adenosyl-methionine (SAM) SAH (S-adenosyl-homosysteine) (Hình 2.5)

Dimethylarsinate (DMA)

2 GSH GSSG

SAM SAH

SAM SAH

Hình 2.6 Con đường chuyển hóa sinh học đối với asen

2.2.3.3 Biểu hiện bệnh

Tác hại đến sức khỏe khi sử dụng nguồn nước ăn uống bị nhiễm As Nếu sử dụng lâu dài nguồn nước có chứa As cao hơn tiêu chuẩn cho phép sẽ bị nhiễm độc As, gây rối loạn chức năng nhiều cơ quan trong cơ thể con người và có thể dẫn đến ung thư

Tổn thương da: Đầu tiên xuất hiện các nốt sẫm màu hoặc mất màu trên da, ở những nơi ít tiếp xúc với ánh sáng mặt trời như: lưng, bụng, cẳng chân, bàn tay, bàn chân…Lâu dần vùng da này sẽ bị dày lên

Gây nên bệnh hiểm nghèo như: Đái tháo đường, tim mạch, ung thư da, ung thư bàng quang và ung thư gan

Phần này bao gồm một số hình ảnh về biểu hiện bệnh do nhiễm As (xem Hình 2.7 và phụ lục 1) ( Nguồn: Bộ Y Tế)

Hình 2.7 Một số hình ảnh biểu hiện các bệnh do nhiễm độc Arsen gây ra

As(III): Trong môi trường sinh thái, các dạng hợp chất As hoá trị 3 có độc tính cao hơn hợp chất As có hoá trị 5 Môi trường khử là môi trường thuận lợi để cho nhiều hợp chất As(V) chuyển sang As(III) Trong những hợp chất As thì H3AsO3 độc hơn

H3AsO4 Dưới tác dụng của các yếu tố oxi hoá trong đất thì H3AsO3 có thể chuyển thành H3AsO4 Thế oxi hoá khử, độ pH của môi trường và lượng kaolit giàu Fe3+ là những yếu tố quan trọng tác động đến quá trình oxi hoá – khử các hợp chất Arsen

trong tự nhiên Những yếu tố này có ý nghĩa làm tăng hay giảm sự độc hại của các hợp chất Arsen trong môi trường sống

As(V): As(V) có thể được chuyển thành As(III) và gây độc giống như As(III),

có cấu trúc giống phosphate hữu cơ và có thể thay thế cho phosphate trong sự thuỷ phân glucose và sự hô hấp của tế bào

Sự nhiễm độc Arsen hay còn gọi là Arsenicosis xuất hiện như một tai hoạ môi trường hiện nay đối với sức khoẻ con người trên thế giới Các biểu hiện đầu tiên của chứng nhiễm độc Arsen là chứng sạm da (melanosis), dầy biểu bì (keratosis) từ đó dẫn đến hoại da hay ung thư da Hiện chưa có phương pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc Arsen

Nhiễm độc Arsen thường qua đường hô hấp và tiêu hoá dẫn đến các thương tổn

da như tăng hay giảm màu của da, tăng sừng hoá, ung thư da và phổi, ung thư bàng quang, ung thư thận, ung thư ruột Ngoài ra, Arsen còn có thể gây các bệnh khác như:

to chướng gan, bệnh đái đường, bệnh sơ gan Khi cơ thể bị nhiễm độc Arsen, tuỳ theo mức độ và thời gian tiếp xúc sẽ biểu hiện những triệu chứng với những tác hại khác nhau, chia ra làm hai loại sau:

Nhiễm độc cấp tính

Qua đường tiêu hoá: Khi anhydrit arsenous hoặc chì arsenate vào cơ thể sẽ biểu hiện các triệu chứng nhiễm độc như rối loạn tiêu hoá (đau bụng, nôn, bỏng, khô miệng, tiêu chảy nhiều và cơ thể bị mất nước ) Bệnh cũng tương tự như bệnh tả có thể dẫn tới tử vong từ 12-18 giờ Trường hợp nếu còn sống, nạn nhân có thể bị viêm da tróc vảy và viêm dây thần kinh ngoại vi Một tác động đặc trưng khi bị nhiễm độc Arsen dạng hợp chất vô cơ qua đường miệng là sự xuất hiện các vết màu đen và sáng trên da

Qua đường hô hấp (hít thở không khí có bụi, khói hoặc hơi Arsen): có các triệu chứng như: kích ứng các đường hô hấp với biểu hiện ho, đau khi hít vào, khó thở; rối loạn thần kinh như nhức đầu, chóng mặt, đau các chi; hiện tượng xanh tím mặt được cho là tác dụng gây liệt của Arsen đối với các mao mạch Ngoài ra còn có các tổn thương về mắt như: viêm da mí mắt, viêm kết mạc

Nhiễm độc mãn tính

Nhiễm độc Arsen mãn tính có thể gây ra các tác dụng toàn thân và cục bộ Các triệu chứng nhiễm độc Arsen mãn tính xảy ra sau 2 – 8 tuần, biểu hiện như sau:

Tổn thương da, biểu hiện: ban đỏ, sần và mụn nước, các tổn thương kiểu loét nhất là ở các phần da hở, tăng sừng hoá gan bàn tay và bàn chân, nhiễm sắc (đen da do Arsen), các vân trắng ở móng (gọi là đám vân Mees)

Tổn thương các niêm mạc như: viêm kết giác mạc, kích ứng các đường hô hấp trên, viêm niêm mạc hô hấp, có thể làm thủng vách ngăn mũi

Rối loạn dạ dày, ruột: buồn nôn, nôn, đau bụng, tiêu chảy và táo bón luân phiên nhau, loét dạ dày

Rối loạn thần kinh có các biểu hiện như: viêm dây thần kinh ngoại vi cảm giác vận động, có thể đây là biểu hiện độc nhất của Arsen mãn tính Ngoài ra, có thể có các biểu hiện khác như tê đầu các chi, đau các chi, bước đi khó khăn, suy nhược cơ (chủ yếu ở các cơ duỗi ngón tay và ngón chân)

Nuốt phải hoặc hít thở Arsen trong không khí một cách thường xuyên, liên tiếp

có thể dẫn tới các tổn thương, thoái hoá cơ gan, do đó dẫn tới xơ gan

Arsen có thể tác động đến cơ tim

Ung thư da có thể xảy ra khi tiếp xúc với Arsen như thường xuyên hít phải Arsen trong thời gian dài hoặc da liên tục tiếp xúc với Arsen

Rối loạn toàn thân ở người tiếp xúc với Arsen như gầy, chán ăn Ngoài tác dụng cục bộ trên cơ thể người tiếp xúc do tính chất ăn da của các hợp chất Arsen, với các triệu chứng như loét da gây đau đớn ở những vị trí tiếp xúc trong thời gian dài hoặc loét niêm mạc mũi, có thể dẫn tới thủng vách ngăn mũi

Tuy nhiên bên cạnh đó As cũng có một vai trò rất quan trọng như sau:

Asen là nguyên tố vi lượng, rất cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của con người và sinh vật Asen có vai trò trong trao đổi chất nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin

Asen là nguyên tố có mặt trong nhiều loại hóa chất sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: hóa chất, phân bón (lân - phốt phát, đạm- nitơ), thuốc bảo

vệ thực vật, giấy, dệt nhuộm

Nhiều ngành công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch như công nghiệp xi măng, nhiệt điện, Công nghệ đốt chất thải rắn cũng là nguồn gây ô nhiễm không khí, nước bởi Asen

2.2.4 Cơ chế và nguồn gốc gây ô nhiễm asen

Nguồn arsen ô nhiễm trong môi trường có thể là các quá trình tự nhiên (phun trào núi lửa, hoạt động măcma, phong hoá ) và đặc biệt là hoạt động nhân sinh do arsen được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp: luyện kim, sản xuất gốm và thuỷ tinh, bán dẫn, điện tử, hoá chất, thuốc nhuộm; trong nông nghiệp: thuốc trừ sâu, chất bảo quản gỗ; trong y học; Công nghệ đốt chất thải rắn cũng là nguồn gây ô nhiễm arsen cho môi trường không khí, nước

Các ngành công nghiệp khai thác và chế biến các loại quặng, nhất là quặng sunfua, luyện kim tạo ra nguồn ô nhiễm Arsen Việc khai đào ở các mỏ nguyên sinh đã phơi lộ các quặng sunfua, làm gia tăng quá trình phong hóa, bào mòn và tạo ra khối lượng lớn đất đá thải có lẫn Asenopyrit ở lân cận khu mỏ Tại các nhà máy tuyển quặng, Arsenopyrit được tách ra khỏi các khoáng vật có ích và phơi ra không khí Arsenopyrit bị rửa lũa, dẫn đến hậu quả là một lượng lớn Arsen được đưa vào môi trường xung quanh Những người khai thác tự do khi đãi quặng đã thêm vào axit sunphuric, xăng dầu, chất tẩy Arsenopyrit sau khi tách khỏi quặng sẽ thành chất thải

và được chất đống ngoài trời và trôi vào sông suối, gây ô nhiễm tràn lan

Cơ chế gây ô nhiễm Asen

Cơ chế xâm nhiễm các kim loại nặng, trong đó có Arsen vào nước ngầm cho đến nay có nhiều giả thiết khác nhau nhưng vẫn chưa thống nhất Arsen được giải phóng vào môi trường nước do quá trình oxi hóa các khoáng sunfua hoặc khử các khoáng oxy hydroxyt giàu Arsen Thông qua các quá trình thủy địa hóa và sinh địa hóa, các điều kiện địa chất thủy văn mà Asen có thể xâm nhập vào môi trường nước Hàm lượng Arsen trong nước ngầm đất phụ thuộc vào tính chất và trạng thái môi trường địa hóa này

2.2.5 Nồng độ giới hạn

Về tiêu chuẩn nước uống đối với asen hiện nay còn nhiều điều phải bàn luận

nước từ 0,05 xuống 0,01 mg/L Việc thay đổi tiêu chuẩn này được dựa trên bằng chứng dịch tể học về mối liên quan giữa asen và bệnh ung thư Tuy nhiên, tiêu chuẩn nước uống của nhiều nước trong đó có Việt Nam trước năm 2002 vẫn là nhỏ hơn hoặc bằng 0,05mg/l Năm 2002, Bộ Y Tế Việt Nam đã đưa tiêu chuẩn Asen nhỏ hơn hoặc bằng 0,01mg/l vào áp dụng Tại Hoa Kỳ, năm 2000 chính quyền của Tổng thống B.Clinton đã sửa đổi tiêu chuẩn Asen trong nước uống xuống 0,01 mg/l nhưng tháng 3 năm 2001 chính quyền của Tổng thống Bush lại phủ định sự sửa đổi đó và lại đưa tiêu chuẩn này lên 0,05mg/l

• Asen là một khoáng chất cần thiết cho cơ thể nhưng phải ở một mức độ nhất định

• Bộ Y tế nước ta đã quy định giới hạn hàm lượng Asen trong nước ăn uống, sinh hoạt là 0,01mg/l

• Tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế thế giới (WHO) là 10 ppb

2.3 Tổng quan về phương pháp xử lý Asen

As trong nước ngầm lần đầu tiên được phát hiện ở miền tây Bangladesh vào năm 1993 sau báo cáo về sự ô nhiễm rộng lớn của nước cấp ở vùng tiếp giáp của Ấn

Độ Một vài công nghệ xử lý nhằm giảm lượng As đã được đề ra

Những công nghệ được sử dụng dựa trên cơ sở của sự oxi hóa, kết tủa, dính bám lên vật liệu, trao đổi ion và phương pháp tách vật lý bằng màng tổng hợp Cho đến nay, công nghệ xử lý ngày càng được hoàn thiện cả về kỹ thuật lẫn kinh tế Phần lớn các công nghệ loại bỏ As được tìm ra nhằm áp dụng cho quy mô lớn

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp công nghệ truyền thống đã được thu nhỏ để

áp dụng vào quy mô hộ gia Sau đây là tổng quan một số công nghệ xử lý As trong nước ngầm đã được nghiên cứu triển khai trong nước và trên thế giới:

2.3.1 Phương pháp oxi hóa

Oxi hoá là phương pháp tương đối đơn giản bằng cách dùng các tác nhân oxi hoá như oxy, chlorine, permanganate, ozone…trong đó oxy được đưa vào bằng phương pháp làm thoáng hoặc sục khí Mục đích của phương pháp này là chuyển As (III) trong nước ngầm thành dạng As (V) Đồng thời các chất oxi hoá cũng oxi hoá sắt

As sẽ kết hợp với các hợp chất này tạo thành kết tủa hay chất ít tan Kết tủa As dưới dạng sản phẩm không tan chỉ có thể thực hiện với As (V), tức là trước đó cần oxi hoá triệt để As (III) thành As (V) Sau khi kết tủa nước được lọc, hợp chất As dạng keo được giữ lại một phần trong bể lắng hoặc trực tiếp qua các lớp vật liệu lọc theo các

cơ chế khác nhau Sau đó có thể dùng các phương pháp bổ sung để loại bỏ As ra khỏi nguồn nước Tuỳ theo điều kiện người ta có thể lựa chọn các phương pháp oxi hoá khác nhau

™ Oxi hóa bằng Oxy

Phương trình chuyển hóa:

2H3AsO3 + O2 = 2H2AsO4- + 2H+

4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3 + 8H+

Fe(OH)3 + H3AsO4 = FeAsO4.2H2O + H2O

™ Oxi hóa bằng chlorine

Phương trình chuyển hóa:

H3AsO3 + HClO = HAsO42- + Cl- + 3H+

2Fe2+ + OCl- + 5H2O = 2Fe(OH)3 + Cl- + 4H+

Fe(OH)3 + H3AsO4 = FeAsO4.2H2O + H2O

™ Oxi hóa bằng Kali Permanganate

Kali Permanganate (KMnO4) là một tác nhân oxi hóa mạnh thường được dùng phổ biến trong xử lý sắt và mangan Theo nghiên cứu của Ghurye và Clifford, 2001, khả năng chuyển hóa As (III) thành As (V) phụ thuộc vào pH, tốt nhất là trong khoảng 6,3 – 8,3 KMnO4 có khả năng chuyển hóa 95 % As (III) thành As (V) trong vòng 36 giây Sắt, mangan và chất hữu cơ không ảnh hưởng đến thời gian chuyển hóa Tuy nhiên, nếu nồng độ sulfide trong dung dịch từ 1 – 2 mg/L sẽ làm tăng thời gian chuyển hóa lên 54 giây

Phương trình chuyển hóa:

3H3AsO3 + 2MnO4- = 3H2AsO4- + H+ + 2MnO2 + H2O

3Fe2+ + MnO4- + 7H2O = Fe(OH)3 + MnO2 + 5H+

Fe(OH)3 + H3AsO4 = FeAsO4.2H2O + H2O

™ Oxi hóa bằng ozone

Ozone là chất oxi hóa mạnh và nhanh, có ưu điểm là không tạo ra sản phẩm phụ Khả năng chuyển hóa As (III) thành As (V) của ozone phụ thuộc vào pH, pH dao động trong khoảng 6,3 – 8 Thời gian chuyển hóa 95% As (III) thành As (V) là 28 giây Sắt, mangan và chất hữu cơ không ảnh hưởng đến thời gian chuyển hóa Nếu trong nước nồng độ sulfide từ 1 – 2 mg/L thì thời gian chuyển hóa từ 54 – 132 giây Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi chi phí xử lý khá cao (Ghurye và Clifford, 2001)

Phương trình chuyển hóa:

H3AsO3 + O3 = H2AsO4- + H+ + O2

2Fe2+ + O3 + 5H2O = 2Fe(OH)3 + O2 + 4H+

Fe(OH)3 + H3AsO4 = FeAsO4.2H2O + H2O

2.3.2 Phương pháp keo tụ - kết tủa

Là phương pháp đựơc sử dụng phổ biến để xử lý nước nhiễm As, thường sử dụng sau quá trình oxi hoá và trước các quá trình lắng, lọc Người ta thường sử dụng các loại phèn để thực hiện quá trình keo tụ, ví dụ như phèn nhôm, phèn sắt hoặc Polyaluminium Chloride (PAC)… Hiệu quả quá trình keo tụ phụ thuộc vào pH của nước, lượng chất keo tụ và thời gian tiếp xúc

Đối với quá trình nhôm hoạt tính, thời gian tiếp xúc (Empty Bed Contact EBCTs) tăng sẽ làm tăng hiệu quả loại bỏ As (Vagliasindi, 1996)

Time-Năm 1973, Gulledge và O’Connor dùng phương pháp keo tụ đã loại bỏ được 87

% As nồng độ 0,05 mg/L với 40 mg/L phèn nhôm tại pH 7, sau lọc thì hiệu quả đạt được 91 % Với điều kiện 50 mg/L phèn nhôm tại pH 6 thì hiệu quả sau lọc là 92,6 %

và cho thấy rằng hiệu quả khi thực hiện ở pH 8 là rất thấp Nếu sử dụng phèn sắt (ferric sunfate) thì với 30 mg/L phèn sắt hoặc lớn hơn tại khoảng pH từ 5 - 7 có thể loại bỏ được As gần hoàn toàn Hiệu quả tối đa trước lọc là 96,5 % với 50 mg/L phèn sắt tại pH 7,5 và hiệu quả sau lọc là 97,5 % (Gulledge, 1973)

Năm 1994, Cheng đã nghiên cứu về keo tụ tăng cường và có những kết luận về việc tăng lượng phèn nhôm và phèn sắt từ 10 - 30 mg/L hoặc giảm pH từ 7 xuống 5,5 hoặc thực hiện cả hai Có thể loại bỏ hơn 90 % As (V) nếu thực hiện keo tụ tăng cường

và sử dụng sắt clorua

Thông qua việc điều chỉnh pH tới giá trị 10 có thể loại được 80% As (V) nồng

2.3.3 Phương pháp lọc

As được loại bỏ khỏi nước trong bể lọc cát và các vật liệu khác là nhờ sự đồng kết tủa với Fe (III) trên bề mặt của hạt vật liệu lọc và không gian giữa các lỗ rỗng trong lớp vật liệu Fe (II) ở dạng hòa tan trong nước, sẽ bị oxi hóa bởi oxy của không khí để tạo thành Fe (III) Fe (III) sẽ được hấp phụ trên bề mặt các hạt vật liệu và tạo thành một lớp hấp phụ mỏng As (V) và As (III) trong nước sẽ hấp phụ vào lớp Fe (III)

đó và bị giữ lại ở lớp vật liệu lọc Kết quả, nước ra khỏi bể lọc đã được loại bỏ sắt và

As

Sorg và Logsdeon đã cho thấy rằng lọc sau keo tụ có thể loại bỏ được đến 80%

As ở nồng độ thấp, 0,1 mg/L và có sự khác nhau giữa lọc kép và lọc bằng than hoạt tính Trong tính toán công trình lọc As trong nước giếng bằng vật liệu kép (antraxit và cát) có thể giảm As từ 0,85 mg/L xuống nhỏ hơn 0,01 mg/L khi chiều cao lớp vật liệu lọc từ 70 cm Lọc cát chậm (1 - 5 m/ngày) hiệu quả hơn lọc cát nhanh (100 - 200 m/ngày) với chu kỳ rửa lọc khoảng 5 ngày (Shen, 1973)

Ngoài ra, người ta còn sử dụng các phương pháp lọc màng để xử lý As Có thể

kể đến một số phương pháp như: vi lọc (microfiltration, MF), siêu lọc (ultrafiltration, UF), lọc nano (nanoflitration, NF) và thẩm thấu ngược (Reserve Osmosis, RO)

2.3.4 Phương pháp hấp phụ

Hấp phụ là quá trình trong đó chất bẩn không những tập trung trên bề mặt mà còn bị hút sâu vào bên trong tác nhân hấp phụ Quá trình hấp phụ phụ thuộc vào đặc tính của chất bẩn, dung môi và chất hấp phụ rắn Khả năng loại bỏ As trong nước bằng phương pháp hấp phụ có hiệu quả trên nền sắt lẫn nền nhôm và đều có thể tăng hiệu quả xử lý bằng cách điều chỉnh pH Có thể hạ thấp pH bằng cách dùng HCl, H2SO4

hay CO2

Môi trường pH thấp có thể gây ăn mòn vật liệu nhưng lại gia tăng hiệu quả xử

lý một cách đáng kể Cụ thể là với pH 5,5 thì hiệu quả xử lý tăng 15 % so với pH 6,0 Còn đối với nền sắt thì có thể giữ pH ở giá trị 7,7 Như vậy, việc điều chỉnh pH của nước nguồn là quan trọng (Lili và Abrahma, 2004)

2.3.5 Phương pháp trao đổi ion

Đây là quá trình trao đổi giữa các ion trong pha rắn và pha lỏng, mà không làm

pháp trao đổi ion với vật liệu trao đổi gốc anion axit mạnh (Cl-) Loại vật liệu trao đổi ion này có ưu điểm là có thể sử dụng dung dịch muối đậm đặc NaCl để hoàn nguyên hạt trao đổi ion đã bảo hòa As Nồng độ As sau xử lý có thể hạ thấp tới dưới 2 ppb Tuy nhiên công nghệ trao đổi ion tương đối phức tạp và đắt tiền nên ít có khả năng áp dụng cho từng hộ gia đình đơn lẻ

Hiệu quả của quá trình trao đổi ion để xử lý As ảnh hưởng mạnh mẽ bởi sự cạnh tranh của các ion như sulfate, nitrate và tổng chất rắn hoà tan (TDS) Nói chung, quá trình trao đổi ion không kinh tế nếu nước nguồn chứa TDS với mức cao (> 500 mg/L) và sulfate (> 250 mg/L) Sulfate trong nước thô phân bố trong phạm vi từ 57,3 đến 64,0 mg/L Sulfate phù hợp trong trao đổi ion với As (V) hơn là As (III) (Lili Wang và ctv, 2004)

2.3.6 Công nghệ sử dụng cho qui mô là một cộng đồng dân cư

Hệ thống xử lí asen Macrolite(R)FM-236-AS ở MN tại Hoa Kì với công trình chính là công trình lọc và lưu lượng thiết kế là 530 l/phút Hệ thống bao gồm hai bể phản ứng, mỗi bể có thể tích là 1,3 m3 nước; hai bể lọc áp lực mỗi bể có thể tích là 1

m3 nước Nồng độ asen tổng trong nước thô dao động từ 0,032 mg/l đến 0,051 mg/l trong đó nồng độ As(III) chiếm ưu thế với nồng độ trung bình 0,035 mg/l Qúa trình oxi hoá bằng clo được áp dụng trong quá trình oxi hoá As(III) thành As(V) và làm kết tủa sắt trong nước trước khi qua bể lọc áp lực Nồng asen trong nước sau xử lí trong hệ thống này nằm trong khoảng từ 0,009 mg/l đến 0,019 mg/l trung bình khoảng 0,014 mg/l asen bị khử Điều này chứng tỏ rằng nộng độ sắt trong nước không đủ lớn để hỗ trợ cho quá trình xử lí asen dưới 0,01 mg/l Nồng độ sắt hoà tan trong nước dao động trung bình là 0,455 mg/l Tỉ lệ giữa sắt hoà tan trong nước và asen hoà tan là 12:1 Sau khi cho thêm FeCl3 với nồng độ của Fe 0,5 mg/l thì nồng độ asen sau khi xử lí trung bình khoảng 0,006 mg/l Tuy nhiên, một lượng sắt đi qua lớp vật liệu Microlite sẽ làm tăng lượng sắt trong nước từ nồng độ bé hơn 0,025 mg/l đến 0,122 mg/l Nước dùng rửa lọc chiếm từ 2,2% đến 2,4% nước sau xử lí Trước khi thêm FeCl3 nồng độ asen trong nước rửa lọc là 0,123 mg/l đến 0,216 mg/l, nồng độ của sắt là từ bé hơn 0,025 mg/l đến 0,399 mg/l Sau khi thêm FeCl3 thì nồng độ asen trong nước rửa lọc là từ 0,0064 mg/l đến 0,0092 mg/l; nồng độ sắt tăng lên từ 0,0273 mg/l đến 0,148 mg/l

Hệ thống xử lí asen APU-300 ở Queen Anne thuộc Maryland ở Hoa Kì dựa trên phương pháp hấp phụ với vật liệu SORB 33TM Severn Trent Service (STS) Hệ thống bao gồm hai bể, mỗi bể chứa 2,16 m3 lớp vật liệu SORB 33TM Lớp vật liệu này có thành phần chủ yếu là các hạt sắt do hãng Bayer SG sản xuất cho STS Hệ thống thiết

kế với lưu lượng 1,21 m3/phút, thời gian lưu trong mỗi bể hấp phụ là 3,8 phút Hệ thống đã xử lí được khoảng 56155,68 m3 nước Nồng độ asen tổng trong nước thô dao động từ 0,0183 mg/l đến 0,0258 mg/l, nồng động trung bình lá 0,0187 mg/l Sau khi thêm clo trước khi đưa vào bể hấp phụ, nồng asen trong nước sau xử lí đạt được 0,009 mg/l Bởi vì ít có sự thay đổi áp lực trong bốn tháng vận hành và không có nơi để chứa nước rửa lọc cho nên trong 6 tháng hệ thống này chỉ được rửa lọc một lần Nước rửa lọc này được chứa và được vận chuyển đến nhà máy xử lí nước thải Stevensville xử lí (Jeffrey L và Abraham S.C, 2006)

Tại Việt Nam, theo Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dùng phương pháp oxi hóa thông thường và ánh sáng mặt trời có thể loại trừ được các tạp chất, đặc biệt là Asen ra khỏi nước ngầm

Các gia đình sử dụng nước giếng khoan nên xử lý bằng phương pháp sục khí, giàn mưa, bồn lắng, lọc , vừa để khử sắt, vừa loại bỏ được Asen trong nước Các gia đình dùng bơm điện: Làm giàn mưa bằng ống nhựa, khoan 150 - 200 lỗ có đường kính

từ 1,5 đến 2 mm, tùy theo công suất máy bơm đang sử dụng Dưới cùng bể lọc là lớp sỏi đỡ dày khoảng 1 gang, trên lớp sỏi đỡ là lớp cát dày khoảng 2,5-3 gang Các gia đình dùng bơm tay: Cho nước từ vòi bơm rót vào máng mưa có nhiều lỗ nhỏ để không khí dễ tan vào nước, phát huy hiệu quả oxi hóa của không khí Bằng những biện pháp đơn giản, ít tốn kém và rất hiệu quả trên, Asen sẽ không còn là “sát thủ vô hình” nữa

2.3.7 Giải độc thạch tín:

Đại học Kalyani, Ấn Độ, đã tìm ra một phương pháp hiệu quả và rẻ tiền giải độc Asen trong cơ thể của những người sử dụng nước ngầm ô nhiễm bằng thuốc giải độc có tên arsenicum album Tuy nhiên, loại thuốc này vẫn đang trong thời gian thử nghiệm

Trong trường hợp đã bị nhiễm độc Asen, muốn giảm bớt các triệu chứng của

sung các vitamin để giúp cơ thể thải loại Asen nhanh hơn Bên cạnh đó, bệnh nhân có thể dùng thuốc giúp gan thải Asen ra khỏi cơ thể như thuốc DMPS và DMSA Tuy nhiên phải có sự hướng dẫn của bác sĩ vì đây là những loại thuốc có thể gây ra nhiều phản ứng phụ

2.3.8 Dò nước ô nhiễm asen bằng vi khuẩn phát sáng:

Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ môi trường Thụy Sĩ đã lợi dụng khả năng nhạy cảm với Asen của vi khuẩn Escherichia coli để biến đổi gen sao cho chúng phát sáng khi dò thấy Asen trong nước

Thành công trên có thể cứu sống nhiều người đang sử dụng nước ngầm bị ô nhiễm loại chất độc tự nhiên này E.coli hiện cũng đang được thử nghiệm tại Việt Nam, chi phí thấp mà không bị giải phóng các hoá chất độc hại vào môi trường

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Thời gian và địa điểm

- Thời gian: 10/03/2009 đến 10/07/2009

- Địa điểm: Phòng thí nghiệm thực hành công nghệ xử lý, khoa Môi trường và Tài nguyên, trường đại học Nông Lâm TP.HCM

3.2 Giới thiệu mô hình Giàn mưa – Lắng – Lọc

Mô hình giàn mưa – lắng – lọc được sử dụng để xử lý nước ngầm nhiễm As và sắt với các quá trình cơ bản là oxi hoá, kết tủa, lắng và dính bám trên vật liệu lọc Trong nước ngầm, As tồn tại chủ yếu ở dạng hoá trị 3 (As (III)) và sắt tồn tại ở dạng hoá trị 2 (Fe (II)), là dạng khó xử lý bằng các công trình xử lý cơ học Với quy trình nêu trên, As và sắt bị oxi hoá lên hoá trị cao hơn để loại bỏ ra khỏi nước một cách hiệu quả Cụ thể như sau:

Giàn mưa là công trình thực hiện vai trò làm thoáng, nguồn nước qua giàn mưa

sẽ được tiếp xúc với oxy không khí thực hiện quá trình oxi hoá để oxi hoá As (III) và sắt II thành As (V) và sắt III, ngoài ra giàn mưa còn loại bỏ CO2 trong nước để tăng hiệu quả xử lý

Sau giàn mưa, quá trình oxi hoá vẫn tiếp tục ở công trình lắng, quá trình lưu nước trong bể lắng để oxi hoá triệt để As (III), sắt III và As (V) cùng kết tủa với nhau Một phần kết tủa được giữ lại ở bể lắng và sau đó được giữ lại trên bề mặt lớp vật liệu lọc của cột lọc

Cơ chế trên được thể hiện qua các phương trình phản ứng sau:

3.3.1 Mẫu nước nhiễm Asen và sắt

Mẫu nước nhiễm As và sắt được tạo ra từ quá trình pha hoá chất vào nguồn

Giàn mưa được chế tạo bằng kính mica có hệ thống phân phối nước, sàn tung

và ngăn thu nước

Bể lắng được chế tạo bằng kính mica, ống trung tâm bằng thép, ống xả cặn bằng nhựa PVC

Cột lọc được chế tạo bằng ống nhựa PVC, bên trong có đường phân phối nước, lớp sỏi đỡ và cát lọc

1 Giàn mưa; 2 Lắng; 3 Lọc;

4 Bể chứa; 5 Bể trung gian;

6 Van; 7 Đồng hồ đo lưu lượng

- Chạy mô hình

Mở van hoàn lưu nước từ máy bơm đặt ở bể chứa, đóng van bơm lên giàn mưa Sau đó mở công tắc điện trong tủ điều khiển, mở công tắc bơm và mở dần van bơm nước lên giàn mưa để có lưu lượng lên giàn mưa như mong muốn Nước sẽ đi từ giàn mưa qua bể lắng tiếp xúc, sau đó vào bể trung gian

Tại bể trung gian, mở van hoàn lưu nước từ máy bơm đặt ở bể trung gian, đóng van bơm nước qua cột lọc áp lực Sau đó mở công tấc điện trong tủ điều khiển, mở công tắc bơm và mở dần van bơm nước qua cột lọc áp lực để có lưu lượng như mong muốn

Nước sau cột lọc áp lực sẽ được lấy để đem phân tích

Lặp lại các thao tác trên cho các thí nghiệm khác nhau

- Rửa lọc

Dùng bơm và nước trong bể chứa trung gian để rửa lọc Thao tác như sau:

Mở van bơm nước qua cột lọc dần đến mức lưu lượng gấp 3 lần lưu lượng bình thường trong khoảng 2 phút, sau đó đóng dần van hoàn lưu nước vào bể trung gian để đạt lưu lượng lớn hơn sao cho lớp vật liệu không bị rơi ra ngoài Hoàn tất quá trình rửa lọc trong vòng 5 phút, sau đó đưa các van vừa điều chỉnh về vị trí ban đầu

3.4 Bố trí thí nghiệm

3.4.1 Giai đoạn ổn định

Chạy ổn định với nguồn nước nhiễm sắt nồng độ 0,4 mg/L, lưu lượng 1 lít/phút trong vòng 2 ngày, mỗi ngày chạy 10 tiếng đồng hồ Sau ngày thứ nhất, tắt hệ thống, khoá các van của cột lọc Sau ngày thứ hai, xả cạn nước trong cột lọc và các bể khác,

để ổn định trong vòng 2 ngày để lượng sắt được giữ lại trong lớp vật liệu lọc tạo thành

lớp màng bao quanh vật liệu lọc

3.4.2 Giai đoạn thay đổi nồng độ

Sau giai đoạn chạy ổn định, tiến hành thay đổi nồng độ đầu vào của As Giai đoạn này tiến hành thí nghiệm với 3 nghiệm thức khác nhau, với mỗi nghiệm thức thí nghiệm trong 10 ngày với lưu lượng 0,9 lít/phút Lấy mẫu phân tích vào cuối các ngày thứ hai, tư, sáu, tám và mười của mỗi nghiệm thức để xác định hiệu quả xử lý As của

hệ thống

Giai đoạn thay đổi nồng độ chạy theo các nghiệm thức sau:

Nghiệm thức 1: Nguồn nước đầu vào có nồng độ sắt 0,4 mg/L và As 0,02 mg/L Nghiệm thức 2: Nguồn nước đầu vào có nồng độ sắt 0,4 mg/L và As 0,05 mg/L Nghiệm thức 3: Nguồn nước đầu vào có nồng độ sắt 0,4 mg/L và As 0,1 mg/L

3.4.3 Lấy mẫu và phương pháp phân tích mẫu

3.4.3.1 Lấy mẫu

- Thời gian lấy mẫu: cuối ngày thứ hai của mỗi thí nghiệm

- Dụng cụ chứa mẫu: chai thuỷ tinh 1 lít

- Thể tích mẫu cần lấy: 1 lít

- Bảo quản mẫu: Tủ bảo quản mẫu của trung tâm Tài nguyên và Môi trường (trường hợp không gửi mẫu kịp trong ngày)

3.4.3.2 Quy trình lấy mẫu:

- Mở nắp chai đựng mẫu, rửa sạch chai bằng nước máy, sau đó rửa lại bằng nguồn cần lấy mẫu (nước sau cột lọc áp lực)

- Để chai đựng mẫu dưới vòi nước ra cho đến khi đầy chai, vặn kín nắp đậy

- Lâu khô chai chứa mẫu, dán nhãn đã ghi thông tin mẫu (kí hiệu mẫu, ngày, lượng mẫu)

- Đem đi phân tích, hoặc lưu mẫu

CHƯƠNG 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Kết quả thí nghiệm

4.1.1 Giai đoạn thay đổi nồng độ

Việc thay đổi nồng độ asen đầu vào nhằm biết được khả năng và hiệu quả xử lý asen, qua đó cũng biết được nồng độ asen ở mức nào là thích hợp cho quá trình chạy thử nghiệm trên mô hình Kết quả thu được cho thấy hiệu quả xử lý asen với các nồng

độ asen đầu vào khá cao (Bảng 4.2 và 4.2)

Bảng 4.1: Hàm lượng asen đầu

Đầu ra (mg/L) Nghiệm

thức

Tiêu chuẩn 1329/2002/QĐ/BYT (mg/L)

Đầu vào (mg/L) 2

ngày ngày 4 ngày 6 ngày 8 ngày 10

thức

Tiêu chuẩn 1329/2002/QĐ/BYT

(mg/L)

Đầu vào (mg/L)

2 ngày 4 ngày 6 ngày 8 ngày ngày 10

Biểu đồ biểu hiện sự thay đổi hàm lượng As đầu ra và hiệu suất xử lý

của nghiệm thức 1 theo thời gian

2 ngày 4 ngày 6 ngày 8 ngày 10 ngày

Thời gian thí nghiệm

Hình 4.1 Biểu đồ biểu hiện sự thay đổi hàm lượng As đầu ra và hiệu suất xử lý của

nghiệm thức 1 theo thời gian

Đối với nghiệm thức 1, với nồng độ As đầu vào là 0,02 mg/L, sau 2 ngày thí nghiệm kết quả đầu ra là 0,007 mg/L, sau ngày thứ tư là 0,005 mg/L, sau ngày thứ sáu

là 0,004 mg/L, sau ngày thứ tám là 0,007 và sau 10 ngày là 0,013 mg/L (Hình 4.1) Từ

kết quả này cho thấy hàm lượng asen ở đầu ra giảm một cách đáng kể Tuy nhiêm sau

10 ngày thì hàm lượng asen ở đầu ra lại không đạt được tiêu chuẩn sử dụng cho nước cấp Từ đó chúng ta thấy được rằng, để đạt được hiệu quả xử lý làm giảm asen xuống tới mức tiêu chuẩn là 0.01 mg/L (theo WHO) thì cần phải có quá trình rửa vật liệu lọc

Biểu đồ biểu hiện sự thay đổi hàm lượng As đầu ra và hiệu suất xử lý

của nghiệm thức 2 theo thời gian

2 ngày 4 ngày 6 ngày 8 ngày 10 ngày

Thời gian thí nghiệm

Hình 4.2 Biểu đồ biểu hiện sự thay đổi hàm lượng As đầu ra và hiệu suất xử lý của

nghiệm thức 2 theo thời gian

Đối với nghiệm thức 2, với nồng độ As đầu vào là 0,05 mg/L, sau 2 ngày thí nghiệm kết quả đầu ra là 0,007 mg/L, sau ngày thứ tư là 0,008 mg/L, sau ngày thứ sáu

là 0,009 mg/L, sau ngày thứ tám là 0,019 và sau 10 ngày là 0,030 mg/L (Hình 4.2)

Kết quả cho thấy khả năng hoạt động của cột lọc cũng như của toàn bộ các công trình đơn vị của mô hình chỉ làm giảm nồng độ asen xuống tới mức cho phép ở trong khoảng thời gian là 6 ngày vận hành Sau đó, bắt buộc phải có công tác rửa lọc cho cột lọc

Biểu đồ biểu hiện sự thay đổi hàm lượng As đầu ra và hiệu suất xử lý

của nghiệm thức 3 theo thời gian

Thời gian thí nghiệm

Hình 4.3 Biểu đồ biểu hiện sự thay đổi hàm lượng As đầu ra và hiệu suất xử lý của

nghiệm thức 3 theo thời gian

Nghiệm thức 3: nồng độ As đầu vào là 0,1 mg/L, sau 2 ngày thí nghiệm kết quả đầu ra là 0,011 mg/L, sau ngày thứ tư là 0,013 mg/L, sau ngày thứ sáu là 0,017 mg/L, sau ngày thứ tám là 0,040 và sau 10 ngày là 0,067 mg/L Kết quả này cho thấy với nồng độ asen quá cao ở đầu vào thì khả năng xử lý asen của cụm mô hình chỉ thực hiện được trong thời gian rất ngắn (2 ngày) Do đó, những vùng bị nhiễm asen với nồng độ cao thì cần phải có các mô hình hỗ trợ khác ngoài mô hình đã được nghiên cứu trong đề tài này

Để so sánh khả năng xử lý asen và hiệu qua xử lý asen của cụm mô hình giàn mưa – lắng – lọc, từ các kết quả thu được trong thí nghiệm, chúng tôi biểu diễn các số

liệu qua các đồ thị ở Hình 4.4.và 4.5