Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 192-197 Nghiên cứu trạng khả xử lý ô nhiễm asen nước ngầm huyện Thanh Oai, Hà Nội vật liệu có chi phí thấp Nguyễn Xn Huân*, Nguyễn Mạnh Khải, Phạm Thị Thúy, Vũ Tuấn Việt, Lê Thị Quỳnh Anh Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 334, Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Tóm tắt: Hiện nay, vấn đề nhiễm asen nước ngầm đặc biệt quan tâm nguy tiềm ẩn rủi ro sức khỏe người qua việc sử dụng nước uống vùng ô nhiễm Trong nghiên cứu này, khảo sát trạng bước đầu đánh giá khả xử lý ô nhiễm asen (As) nước ngầm huyện Thanh Oai, Hà Nội số vật liệu có chi phí thấp Kết nghiên cứu cho thấy, nước ngầm xã phạm vi nghiên cứu bị ô nhiễm As so với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09-MT:2015/BTNMT Nồng độ As nước ngầm xã Cự Khê vượt tiêu chuẩn cho phép từ 7,75 đến 9,03 lần; xã Cao Dương vượt từ 1,25 đến 8,04 lần Khả xử lý As bể lọc nước qui mô hộ gia đình đạt 17,5 đến 55,59% hàm lượng As lại sau xử lý vượt quy chuẩn cho phép Hiệu xử lý đạt (98,5%) sử dụng hệ thống cột lọc có sử dụng kết hợp vật liệu có chi phí thấp, nồng độ As lại sau xử lý 6,5 - 6,9 µg/L, đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ăn uống Từ khóa: Xử lý, asen, nước ngầm, vật liệu, Thanh Oai Đặt vấn đề1 Theo kết khảo sát tình hình nhiễm asen nước ngầm giai đoạn 2005 - 2008 Trung tâm nước vệ sinh mơi trường Thanh Oai nơi có 51,12 % tỷ lệ mẫu nước ngầm nhiễm As vượt mức cho phép, 1002 điểm nghiên cứu vượt tiêu chuẩn cho phép (TCCP) mức trung bình (51 - 100 ppb) 462 điểm nghiên cứu vượt TCCP mức nguy hiểm > 100 ppb Vì vậy, việc nghiên cứu trạng khả xử lý ô nhiễm As nước ngầm huyện Thanh Oai, Hà Nội vật liệu có chi phí thấp góp phần cung cấp thông tin thiết thực cho việc nghiên cứu chế tạo hệ thống đồng xử lý nước ngầm có hàm lượng As cao với quy mơ phân tán cấp cho vùng nông thôn ngoại thành Hà Nội với chi phí thấp Asen chất hóa học kim thể độc tính nhiều điểm giống kim loại nặng, vậy, năm gần ô nhiễm kim loại nặng đặc biệt asen (As), giới đánh giá vấn đề mang tính tồn cầu nguy tiềm ẩn rủi ro tích lũy chúng người [1] Phần lớn nhiễm độc As thông qua việc sử dụng nguồn nước, đặc biệt nước ngầm [2] Theo báo cáo Trung tâm nước vệ sinh mơi trường tỉnh Hà Nam năm 2002 Việt Nam có khoảng triệu giếng khoan, có nồng độ As nước ngầm cao từ 20 - 50 lần so với quy chuẩn QCVN 01:2009 Bộ Y tế (10 µg/L) [3] _ * Tác giả liên hệ ĐT: 84- 912494819 E-mail: tranvanquy@hus.edu.vn 192 192 N.X Huân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 192-197 Nguyên liệu phương pháp 2.1 Nguyên liệu Các vật liệu có chi phí thấp như: cát vàng, cát đen, than củi, sỏi, xỉ than, đá cuội, gạch non, trấu đốt bùn thải từ hệ thống xử lý nước cấp biến tính nhiệt • Vỏ trấu đốt kị khí: Trong vỏ trấu có nhiều silic giúp hấp phụ asen tốt Vỏ trấu cho vào nồi đất nung (đốt điều kiện thiếu oxy), trấu đốt âm ỉ chuyển sang màu đen, giữ hình dạng ban đầu Sau rửa sạch, sấy 80 – 90oC • Bùn thải từ hệ thống xử lý nước cấp: Trong thành phần có nhiều sắt (54,7%) nên chất hấp phụ asen tốt [4] Trước sử dụng cần giã nhỏ nung 400 – 500oC vòng - tiếng sắt chuyển hồn tồn dạng ơxit, giúp sắt khơng bị thơi q trình xử lý, tránh bị nhiễm thứ cấp • Đá ong, gạch non, than củi đập nhỏ – 10 mm, sau rửa nước cất phơi khơ • Sỏi, cát, đá cuội rửa nước cất sau phơi khơ Hệ thống cột lọc chuẩn bị Hình 1: + Cột lọc thơ: gồm vật liệu sỏi cuội, cát vàng, cát đen, đá ong, gạch non, bùn thải từ nhà máy xử lý nước cấp biến tính nhiệt than hoạt tính + Cột lọc tinh: gồm vật liệu sỏi cuội, cát vàng, vỏ trấu đốt kỵ khí Nồng độ As xác định phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng hóa hydride HVH-1 với máy AAS 6800, hãng Shimazdu, Nhật Bản theo TCVN 6663-14:2000, ISO 5667-14:1998 Kết phân tích so sánh với QCVN 09MT:2015/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lượng nước ngầm * Nghiên cứu hiệu xử lý asen bể lọc nước hộ gia đình có sử dụng vật liệu sẵn có tự nhiên Khảo sát thực tế việc lọc nước vật liệu sẵn có tự nhiên hộ gia đình (cát vàng, cát đen, than củi, sỏi, xỉ than đá cuội), sử dụng bể lọc quy mơ hộ gia đình lấy mẫu nước sau qua bể lọc Các vị trí lấy mẫu tương ứng với vị trí lấy mẫu nước ngầm chưa qua xử lý hai xã Cự Khê Cao Dương Xác định nồng độ As sau xử lý so sánh với quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT * Nghiên cứu hiệu xử lý nước ngầm bị ô nhiễm asen hệ thống cột lọc Lựa chọn xã giếng khoan bị ô nhiễm asen với nồng độ cao để thử nghiệm hiệu xử lý hệ thống cột lọc Xác định nồng độ As sau xử lý so sánh với quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT 2.2 Phương pháp nghiên cứu * Nghiên cứu trạng ô nhiễm asen nước ngầm huyện Thanh Oai, Hà Nội Mẫu nước ngầm lấy hai xã Cự Khê Cao Dương (mỗi xã lấy ngẫu nhiên giếng khoan khác nhau, nước lấy trước qua bể lọc hộ gia đình) Mẫu nước lấy theo TCVN 5992-1995 bảo quản 193 Hình Sơ đồ hệ thống cột lọc 194 N.X Huân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 192-197 Hình Nồng độ asen nước ngầm xã Cự Khê Cao Dương Ghi chú: Các mẫu nước ngầm lấy trước xử lý, tại: - CK1T: xóm Thượng, thơn Khê Tang; CK2T: xóm Mỹ, thơn Khê Tang; CK3T: xóm Cầu, thơn Khê Tang; CK4T: xóm Hạ, thơn Khê Tang; CK5T: đầu thơn Khúc Thủy; CK6T: cuối thôn Khúc Thủy CK7T lấy trường Tiểu học xã Cự Khê; - CD1T: thôn Mộc Xá; CD2T: đầu thôn Đa Ngư, CD3T: trường Tiểu học Cao Dương; CD4T: xóm Chợ, thơn Thị Ngun; CD5T: xóm Bến, thơn Thị Ngun; CD6T: cuối thơn Thị Ngun CD7T: cuối thôn Đa Ngư Kết thảo luận 3.1 Hiện trạng ô nhiễm asen nước ngầm huyện Thanh Oai, Hà Nội Kết phân tích nồng độ As nước ngầm xã Cự Khê Cao Dương thể Hình Kết nghiên cứu cho thấy, so với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09-MT:2015 /BTNMT, hầu ngầm xã phạm vi nghiên cứu bị ô nhiễm As Cụ thể, nồng độ As nước ngầm xã Cự Khê dao động từ 387,4 đến 451,7µg/L, vượt tiêu chuẩn cho phép từ 7,75 (CKT 5) đến 9,03 lần (CKT3) 100% mẫu nghiên cứu vượt quy chuẩn cho phép; xã Cao Dương dao động từ 34,7 đến 401,9 µg/L vượt quy chuẩn cho phép từ 1,25 (CD6T) đến 8,04 lần (CD1T) ngoại trừ mẫu CD3T lấy trường Tiểu học Cao Dương, thơn Mọc Xá 34,7 µg/L nằm tiêu chuẩn cho phép không đạt tiêu chuẩn so với QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ăn uống gia đình có sử dụng vật liệu sẵn có tự nhiên Bảng Nồng độ As sau xử lý hiệu xử lý hộ gia đình TT 10 11 12 13 14 Ký hiệu mẫu CK1S CK2S CK3S CK4S CK5S CK6S CK7S CD1S CD2S CD3S CD4S CD5S CD6S CD7S Các lớp vật liệu lọc sử dụng, theo thứ tự từ lên trên/thời gian sử dụng Đá cuội, cát đen, than củi, cát đen/1 năm Cát vàng, than củi, cát đen/10 năm Cát đen/20 năm Đá cuội, cát vàng/24 năm Cát vàng, than củi, trấu, cát đen/15 năm Cát vàng/5 năm Cát vàng, cát đen/20 năm Cát vàng, trấu, than củi, cát đen/1 năm Cát vàng, than củi, đá ong, cát đen/ năm Đá cuội, cát vàng/1 năm Đá cuội, cát vàng, than củi, đá ong, cát đen/18 năm Cát vàng, than củi, cát đen/15 năm Đá cuội, cát vàng, than, trấu, cát đen/20 năm Đá cuội, cát vàng, than củi, cát đen/10 năm Nồng độ As trước xử lý (µg/L) 438,3 407,5 451,7 418,7 387,4 429,6 438,7 401,9 394,5 34,7 225,9 149,5 62,6 335,9 Nồng độ As sau xử lý (µg/L) 297,8 297,5 369,5 322,4 247,9 354,4 351,0 200,7 175,2 26,3 105,4 110,0 36,5 210,5 Hiệu xử lý (%) 32,06 27,00 18,20 23,00 36,00 17,50 20,00 50,06 55,59 24,21 53,34 26,42 41,69 37,33 N.X Huân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 192-197 Các mẫu nước lấy sau qua bể xử lý tương ứng với mẫu nước chưa qua xử lý xã Cự Khê Cao Dương Kết phân tích nồng độ As sau xử lý thể Bảng 3.2 Hiệu xử lý asen bể lọc nước hộ Từ kết Bảng thấy rằng, nồng độ As nước sau qua bể xử lý vật liệu sẵn có tự nhiên hộ gia đình như: cát vàng, cát đen, than củi, đá ong, trấu đá cuội giảm so với nồng độ As có nước ngầm chưa qua xử lý Nồng độ As sau xử lý dao động từ 26,3 đến 369,5 µg/L, cao vị trí CK3S, bể lọc sử dụng lớp vật 195 liệu lọc cát đen thấp vị trí CD3S CD6S nồng độ As trước xử lý hai vị trí thấp tương ứng 34,7 62,6 µg/L; sau đến vị trí CD4S 105,4 µg/L có sử dụng kết hợp vật liệu sẵn có tự nhiên hộ gia đình như: đá cuội, cát vàng, than củi, đá ong, cát đen Tuy nhiên nồng độ As lại sau xử lý tất địa điểm nghiên cứu cao quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT, từ 2,63 đến 36,95 lần (Hình 3) Vì vậy, nước sau qua bể lọc sẵn có hộ dân chưa thể sử dụng cho mục đích sinh hoạt, ăn uống hàng ngày người dân Hình Nồng độ asen cịn lại sau xử lý xã Cự Khê, Cao Dương Từ kết Bảng thấy rằng, hiệu suất xử lý As số vật liệu lọc sẵn có tự nhiên hộ gia đình như: cát vàng, cát đen, than củi, đá ong, trấu đá cuội phụ thuộc nhiều vào nồng độ As đầu vào (trước xử lý) đạt 17,5 đến 55,59% Cụ thể: xã Cự Khê, nước ngầm có nồng độ As đầu vào cao, dao động từ 387,4 đến 438,7µg/L, hiệu xử lý đạt 17,5 đến 36,0% lọc qua vật liệu sẵn có tự nhiên; xã Cao Dương, nước ngầm có nồng độ As đầu vào dao động từ 34,7 đến 401,9 µg/L hiệu xử lý đạt 24,51 đến 55,59% Kết nghiên cứu cho thấy hiệu xử lý phụ thuộc nhiều vào kết hợp sử dụng vật liệu sẵn có với chi phí thấp, đặc biệt hiệu xử lý cao bể xử lý có sử dụng đá ong vị trí CD2S CD4S, điều hồn toàn phù hợp với kết nghiên cứu trước vai trò đá ong xử lý As [5,6] 3.3 Hiệu xử lý nước ngầm bị ô nhiễm asen hệ thống hai cột lọc Các kết nghiên cứu cho thấy vai trị tích cực vật liệu sẵn có với chi phí thấp việc ứng dụng vào xử lý nước ngầm bị ô nhiễm As, đặc biệt vật liệu có chứa hàm lượng sắt silic cao đá ong vỏ trấu Tuy nhiên, việc kết hợp vật liệu ứng dụng thêm vật liệu sẵn có với chi phí thấp có tính chất tương tự (bùn thải từ hệ thống xử lý nước cấp biến tính nhiệt, gạch non) cách thức biến tính để làm tăng hiệu xử lý vật liệu chưa phổ biến đặc biệt với người dân nên hiệu xử lý chưa đạt tiêu chuẩn cho phép 196 N.X Huân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 192-197 theo QCVN 01:2009/BYT quy định chất lượng nước ăn uống Vì vậy, nghiên cứu thử nghiệm hiệu xử lý với mẫu nước ngầm lấy vị trí CK3T xóm Cầu, thơn Khê Tang xã Cự Khê CD1T thôn Mộc Xá, xã Cao Dương có nồng độ As trước xử lý tương ứng 451,7 401,9 µg/L hệ thống hai cột lọc với việc chuẩn bị bố trí phối hợp vật Hình Kết nghiên cứu thể Hình Kết nghiên cứu Hình cho thấy, nước ngầm sau xử lý bể lọc hộ gia đình nồng độ As cịn lại cao (369,5 µg/L điểm CK3S 200,7 µg/L điểm CD1S), cao QCVN 01:2009/BYT 36,95 20,07 lần cao QCVN 09-MT:2015/BTNMT 7,39 4,01 lần Nếu xử lý hệ thống hai cột lọc sau qua cột lọc thô hiệu suất xử lý đạt 94,8 94,6%, nồng độ As cịn lại 23,4 21,9 µg/L đạt tiêu chuẩn QCVN 09-MT: 2015/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ngầm chưa đạt QCVN 01:2009/BYT Nước ngầm sau xử lý cột lọc tinh có hiệu suất xử lý đạt 98,5 98,4%, nồng độ As cịn lại 6,9 6,5 µg/L đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ăn uống Kết luận Hầu ngầm xã phạm vi nghiên cứu bị ô nhiễm As so với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09-MT:2015/ BTNMT Nồng độ As nước ngầm xã Cự Khê dao động từ 387,4 đến 451,7µg/L, vượt tiêu chuẩn cho phép từ 7,75 (CKT 5) đến 9,03 lần (CKT3); xã Cao Dương dao động từ 34,7 đến 401,9 µg/L vượt quy chuẩn cho phép từ 1,25 (CD6T) đến 8,04 lần (CD1T) ngoại trừ mẫu CD3T lấy trường Tiểu học Cao Dương, thơn Mọc Xá 34,7 µg/L nằm tiêu chuẩn cho phép không đạt tiêu chuẩn so với QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ăn uống Khả xử lý As số vật liệu lọc sử dụng bể lọc nước qui mô hộ gia đình như: cát vàng, cát đen, than củi, đá ong, trấu đá cuội đạt 17,5 đến 55,59% hàm lượng As lại sau xử lý vượt quy chuẩn cho phép Hiệu xử lý As bằng hệ thống hai cột lọc sau qua cột lọc thô hiệu suất xử lý đạt 94,8 94,6%, nồng độ As lại 23,4 21,9 µg/L đạt tiêu chuẩn QCVN 09-MT: 2015/ BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ngầm chưa đạt QCVN 01: 2009/BYT Nước ngầm sau xử lý cột lọc tinh có hiệu suất xử lý đạt 98,5 98,4%, nồng độ As lại 6,9 6,5 µg/L đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ăn uống Lời cảm ơn Cơng trình hồn thành hỗ trợ kinh phí đề tài mã số 01C-09-TC/05-15-03 Các tác giả xin trân trọng cảm ơn Tài liệu tham khảo [1] Hình Nồng độ asen trước sau xử lý hệ thống hai cột lọc [2] Trần Hiếu Nhuệ, Ơ nhiễm mơi trường nước asen công nghệ xử lý phục vụ cấp nước sinh hoạt, Viện kỹ thuật nước công nghệ môi trường, hội BVTN MT Việt Nam, 2004 C Abernathy, Arsenic Eposure and Health Effects, Office of Water, Office of Science and N.X Huân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 192-197 [3] [4] Technology, Health and Ecological Criteria Division, United States Environmental Protection Agency, Washington, DC, USA, 2001 Sở Nông nghiệp phát triển nông thôn, trung tâm nước vệ sinh môi trường tỉnh Hà Nam, Báo cáo kết xét nghiệm nước ngầm tình trạng nhiễm asen amoni tỉnh Hà Nam, 2002 Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Xuân Huân, Lê Thị Ngọc Anh, Nghiên cứu xử lý asen nước ngầm số vùng nông thôn [5] [6] 197 hyđroxit sắt (III), Tạp chí khoa học, Đại học Quốc gia Hà Nội 26 (2010) 165-171 Trần Văn Quy, Nguyễn Xuân Huân, Trần Văn Sơn, Nghiên cứu trạng khả xử lý ô nhiễm asen nước ngầm huyện Hoài Đức, Hà Nội vật liệu sẵn có tự nhiên, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Cơng nghệ 28, Số 4S (2012) 174-180 Trần Hồng Côn, Nghiên cứu xây dựng công nghệ phù hợp để xử lý Asen số nguồn nước cấp Hà Nội Đề tài NCKH QG.04.07 trường ĐHKHTN, ĐHQGHN, 2006 Study on the Existing Conditions and Asenic Removal in Groundwater in Thanh Oai District, Hanoi by Low-Cost Adsorbents Nguyen Xuan Huan, Nguyen Manh Khai, Pham Thi Thuy, Vu Tuan Viet, Le Thi Quynh Anh Faculty of Environmental Sciences, VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi Abstract: Currently, the problem of arsenic contamination in groundwater is particularly concerned due to its potentral risks to human health through the use of contaminated drinking water in the area In this study, the analyses of the existing situation and initially arsenic (As) treated groundwater Hanoi by low-cost adsorbents were conducted in Thanh Oai District Research results show that groundwater in these communes were contaminated by arsenic in comparison with Vietnamese standard QCVN 01:2009/BYT Arsenic concentrations in groundwater in Cu Khe Commune exceeded the permitted standards from 7.75 to 9.03 times; and in Cao Duong Commune from 1.25 to 8.04 times Arsenic removal by household filters reduced 17.5 to 55.59%, but remaining arsenic concentrations still exceeded permitted standards Arsenic removal efficiency of two columns system with low-cost adsobents reached 98.5%, and remaining arsenic concentration was 6.5 – 6.9 µg/L, conforming with Vietnamese standard QCVN 01:2009/BYT Keywords: Water treatment, arsenic, groundwater, adsorbent, Thanh Oai ... sau xử lý so sánh với quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT 2.2 Phương pháp nghiên cứu * Nghiên cứu trạng ô nhiễm asen nước ngầm huyện Thanh Oai, Hà Nội Mẫu nước ngầm. .. kết nghiên cứu trước vai trò đá ong xử lý As [5,6] 3.3 Hiệu xử lý nước ngầm bị ô nhiễm asen hệ thống hai cột lọc Các kết nghiên cứu cho thấy vai trị tích cực vật liệu sẵn có với chi phí thấp. .. dụng vào xử lý nước ngầm bị ô nhiễm As, đặc biệt vật liệu có chứa hàm lượng sắt silic cao đá ong vỏ trấu Tuy nhiên, việc kết hợp vật liệu ứng dụng thêm vật liệu sẵn có với chi phí thấp có tính