Nghiên cứu sử dụng vật liệu lọc nano, thiết kế thiết bị lọc nước bị nhiễm asen phục vụ chiến lược quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn

Trần Hưng giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - Trần Hưng NGàNH Kỹ THUậT MÔI TRƯờNG NGHIấN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU LỌC NANO, THIẾT KẾ THIẾT BỊ LỌC NƯỚC BỊ NHIỄM ASEN PHỤC VỤ CHIẾN LƯỢC QUỐC GIA VỀ CẤP NƯỚC SẠCH VÀ VỆ SINH NÔNG THễN luận văn thạc sĩ khoa học kHóA 2007 - 2009 Hà Nội 2009 Hµ Néi - 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  trÇn h­ng NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU LỌC NANO, THIẾT KẾ THIẾT BỊ LỌC NƯỚC BỊ NHIỄM ASEN PHỤC VỤ CHIẾN LƯỢC QUỐC GIA VỀ CẤP NƯỚC SẠCH VÀ VỆ SINH NễNG THễN Chuyên ngành: kỹ thuật môi trường Mó s: luận văn thạc sĩ khoa học Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hà Lương Thuần H NI - 2009 MỤC LỤC Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan Asen 1.1.1 Nguồn gốc dạng tồn asen 1.1.2 Hiện trạng nước bị ô nhiễm Asen 12 a Hiện trạng ô nhiễm Asen giới 12 b Hiện trạng ô nhiễm Asen Việt Nam 13 1.1.3 Ảnh hưởng Asen đến sức khoẻ người 17 1.2 Vật liệu Nano ứng dụng sống 19 1.2.1 Các phương pháp xử lý truyền thống 19 1.2.2 Vật liệu Nano 21 1.2.3 Ứng dụng vật liệu Nano lọc nước 25 a Ở Việt Nam 25 b Trên giới 26 1.3 Nhận xét 27 Chương NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO 2.1 Hiện trạng sử dụng vật liệu xử lý nước bị nhiễm Asen 30 2.1.1 Hiện trạng Việt Nam 30 2.1.2 Hiện trạng giới 31 2.2 Thiết bị lọc vật liêu lọc Nano Liên Bang Nga 33 2.2.1 Thiết bị lọc Liên Bang Nga 33 2.2.2 Vật liệu Nano Liên Bang Nga 38 2.3 Lựa chọn vật liệu lọc xử lý Asen 43 2.3.1 Phương pháp tiến hành 43 2.3.2 Đánh giá hiệu xử lý Asen vật liệu lọc 44 2.3.3 Một số yếu ảnh hưởng đến hiệu xử lý Asen thiết bị lọc Nano 44 a Ảnh hưởng pH đến khả xử lý Asen 44 b Ảnh hưởng thời gian phản ứng 46 c Ảnh hưởng nồng độ Asen 47 2.4 Nhận xét 49 Chương THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ 3.1 Lựa chọn quy mô thiết bị khả xử lý 51 3.2 Thíêt kế mơ hình thiết bị xử lý nước bị nhiễm Asen phù hợp Việt nam 52 3.2.1 Đề xuất số quy trình xử lý nước sử dụng vật liệu lọc nano 52 3.2.2 Thiết bị mẫu xử lý Asen cho cụm dân cư công suất 500 l/h 55 3.3 Quy trình sản xuất lõi lọc Asen 57 3.3.1 Phương pháp nghiên cứu kỹ thuật sử dụng 57 3.3.2 Công tác chuẩn bị 57 3.3.3 Quy trình sản xuất lõi lọc 59 3.4 Đánh giá sản phẩm 61 3.4.1 Trong phịng thí nghiệm 61 3.4.2 Đánh giá thực địa 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ 67 PHỤ LỤC 75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT BVTV : Thuốc bảo vệ thực vật LB Nga : Cộng hòa Liên Bang Nga MT : Môi trường NSH & VSMTNT : Nước sinh hoạt vệ sinh môi trường nông thôn TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TC : Tiêu chuẩn VLL : Vật liệu lọc VSMT : Vệ sinh môi trường VSV : Vi sinh vật GL : Hướng dẫn (Guideline) EU : Cộng đồng chung châu Âu (European Union) UNICEF : Tổ chức Unicef (The United Nations Children's Fund) USEPA : Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (United State Environment Protection Agency) WHO : Tổ chức y tế th gii (World Health Organization) lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Hà Lương Thuần Tất số liệu, kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực, khách quan chưa công bố công trình khác Các tài liệu tham khảo có tính pháp lý trích dẫn rõ, sai xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 09 tháng 11 năm 2009 Tác giả luận văn Trần Hưng Lời cảm ơn hon thnh tt khoỏ học nhận động viên giúp đỡ tận tình thầy cơ, quan, đồng nghiệp bạn bè Qua luận văn này, trước tiên cho Tôi gửi lời cảm ơn PGS.TS Hà Lương Thuần người thầy hướng dẫn khoa học, tạo điều kiện động viên, khích lệ tơi q trình làm để có kết Tơi xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo cán Viện đào tạo sau Dại Học Viện Khoa học Công nghệ Môi trường trường Đại học Bách Khoa Hà nội, đặc biệt là: PGS.TS Nguyễn Thị Thu Thuỷ giúp đỡ, động viên nhiều suốt thời gian học tập Tôi xin cảm ơn Ban lãnh đạo đồng nghiệp nơi làm việc đồng nghiệp quan cũ tạo điều kiện giúp đỡ Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè - người bên, động viên học tập sống Hà Nội, ngày 09 tháng 11 năm 2009 Học viên Trần Hưng DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Sơ đồ tiếp cận giải vấn đề Hình 1.1 Tổng quan vịng tuần hồn nước cấp Hình 1.3 Sơ đồ vịng tuần hồn Asen mơi trường Hình 1.4 Hiện trạng phân bố Asen nước ngầm nguồn khác gây Hình 1.5 Các đường thâm nhập Asen vào thể ngưịi Hình 1.6 Biểu nhiễm độc asen Hình 1.7 Cấu tạo dạng sợi vật liệu Hình 1.8 Ống Nano cacbon ứng dụng công nghệ lọc nước Hình 2.1 Thiết bị lọc Nano chuyển giao Hình 2.2 Tháo rỡ lọc Nano chuyển giao Liên bang Nga Hình 2.3 Cấu tạo lõi lọc đo đạc kích thước lõi lọc Hình 2.4 Chi tiết vỏ thiết bị lọc Hình 2.5 Ẩnh lõi thiết bị lọc mẫu Hình 2.6 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu xử lý Hình 2.7 Ảnh hưởng nồng độ asen đến hiệu xử lý Hình 3.1 Sơ đồ cấp nước trực tiếp sau lọc qua cột lọc vi sinh Hình 3.2 Sơ đồ xử lý nước cột lọc nối tiếp với nguồn nước bị nhiễm Asen Hình 3.3: Sơ đồ xử lý nước nối tiếp sau cơng đoạn xử lý thơ Hình 3.4 Sơ đồ xử lý sử dụng trực tiếp nguồn nước thô Hình 3.5 Sơ đồ mơ tả phương pháp kỹ thuật sử dụng Hình 3.6 Sơ đồ quy trình sản xuất lõi lọc Nano xử lý Asen Hình 3.7 Vỏ hai nắp lõi lọc Hình 3.8 Tiếp liệu nén ép vật liệu Hình 3.9 Sơ đồ hệ thống thiết bị mẫu xử lý Asen DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các dạng Asen tự nhiên Bảng 1.2 Nồng độ Asen đặc trưng dạng đá phổ biến Bảng 1.3 Tổng hợp kết phân tích Asen 27 tỉnh, Thành phố Bảng 1.4 Bảng tổng hợp ô nhiễm Asen Hà Nam Bảng 1.5 Tổng hợp kết phân tích Asen địa bàn tỉnh Hà Tây cũ Bảng 1.6 Ứng dụng vật liệu Nano khoa học kỹ thuật đời sống Bảng 1.7 Tỷ lệ người dân nông thôn cấp nước vùng Bảng 2.1 Một số ứng dụng công nghệ Nano xử lý nước Bảng 2.2 Kết thử nghiệm hiệu xử lý Asen loại vật liệu lọc nano Bảng 2.3 Kết ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Asen Bảng 2.4 Kết ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu xử lý Bảng 2.5 Khả xử lý Asen dùng VL nano với [As]đầu vào 0,15 mg/l Bảng 2.6 Khả xử lý Asen dùng VL nano với [As]đầu vào 0,28 mg/l Bảng 2.7 Khả xử lý Asen dùng VL nano với [As]đầu vào 0,41 mg/l Bảng 3.1 Kết phân tích Asen nước trước sau xử lý 69 TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị Tiêu chuẩn 1329/2002 - BYT Nước thô Nước sau XL - 7.2 7.21 6.5 - 8.5 TCU 30.92 2.40 15 PH Màu sắc Mùi vị - Tanh không Khơng có mùi vị lạ Độ đục NTU 48.94 Độ cứng TS mg/l 115.05 75 300 Amoni (tính theo NH4+) mg/l 19.88 0.8 1.5 Nitrat (tính theo NO3) mg/l 0,62 0.51 50 Nitrit (tính theo NO2) mg/l