Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong lọc nước cấp nước sinh hoạt cho vùng ô nhiễm asen xã cao dương huyện thanh oai thành phố hà nội

L IC M N hồn thành t t khóa h c nh n đ c s đ ng viên giúp đ t n tình c a gia đình, th y cơ, c quan, đ ng nghi p b n bè Qua lu n v n này, tr Vi n N c, T c tiên cho g i l i c m n TS Lê Xuân Quang - i tiêu Môi tr ng ng i tr c ti p h ng d n, giúp đ cung c p nh ng tài li u, thông tin c n thi t đ tác gi hồn thành lu n v n Tơi xin g i l i c m n t i th y giáo, cô giáo cán b khoa K thu t Tài nguyên n c - Tr ng i h c Th y l i giúp đ , đ ng viên r t nhi u su t th i gian h c t p Tôi xin trân tr ng c m n c quan, đ n v nhi t tình giúp đ tác gi trình u tra thu th p tài li u cho lu n v n Cu i cùng, tơi xin c m n gia đình b n bè - nh ng ng i bên đ ng viên h c t p cu c s ng Trân tr ng c m n! Hà n i, ngày 01 tháng 12 n m 2014 Tác gi lu n v n Nguy n Trung Hi u B N CAM K T Tên đ tài lu n v n: “Nghiên c u ng d ng công ngh Nano l c n c pn c sinh ho t cho vùng ô nhi m asen, xã Cao D c, ng, huy n Thanh Oai, thành ph Hà N i” Tôi xin cam đoan đ tài lu n v n đ thu th p t ngu n th c t , đ Vi n N c, T c làm d a s li u, t li u đ c công b báo cáo c a c quan nhà n i tiêu Môi tr c c nh ng,… Nh ng k t qu nghiên c u, thí nghi m khơng chép t b t k ngu n thông tin khác N u vi ph m tơi xin hồn tồn ch u trách nhi m, ch u b t k hình th c k lu t c a Nhà tr ng Hà n i, ngày 01 tháng 12 n m 2014 Tác gi lu n v n Nguy n Trung Hi u CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T B KH : Bi n đ i khí h u MT : Môi tr NSVSMTNT : N TCVN : Tiêu chu n Vi t Nam QCVN : Quy chu n Vi t Nam TCCP : Tiêu chu n cho phép WHO : T ch c Y t th gi i (World Health Organization) IMS : Vi n Khoa h c v t li u VAST : Vi n Khoa h c Công ngh Vi t Nam FDA : C quan an toàn th c ph m Hoa K ng c s ch v sinh môi tr ng nông thôn M CL C L IC M N B N CAM K T CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T M U CH NG 1: T NG QUAN 1.1 T ng quan v lý thuy t công ngh Nano 1.1.1 Khái ni m 1.1.2 Phân lo i v t li u Nano 1.1.3 C s khoa h c c a công ngh Nano 1.1.4 H ng ng d ng chung 1.2 T ng quan tình hình nghiên c u ng d ng cơng ngh Nano l c n c th gi i 1.3 T ng quan tình hình nghiên c u ng d ng cơng ngh Nano l c n c Vi t Nam .9 1.4 T ng quan v nhu c u n 1.5 Gi i pháp x lý n 1.6 K t lu n ch CH N c sinh ho t cho vùng ô nhi m Asen 11 c vùng ô nhi m Asen hi n 13 ng .14 NG NGHIÊN C U C, C P N NG D NG CÔNG NGH NANO TRONG L C C SINH HO T CHO VÙNG Ô NHI M ASEN 15 2.1 ánh giá ngu n n c sinh ho t ph ng pháp x lý n c sinh ho t truy n th ng 15 2.2 C s khoa h c vi c ng d ng công ngh Nano c p n c sinh ho t 19 2.3 Gi i thi u công ngh Nano l c n c c p n c sinh ho t 20 2.3.1 Gi i thi u v t li u Nano: 20 2.3.2 Quy trình cơng ngh : 23 2.3.3 Qu n lý v n hành 34 2.4 Nghiên c u l a ch n dây chuy n công ngh kh n ng x lý 30 2.5 ánh giá kh n ng ng d ng công ngh Nano l c n c cho vùng ô nhi m Asen 30 2.6 K t lu n ch ng .31 CH NG NG D NG CÔNG NGH NANO TRONG L C N C, C P N C SINH HO T VÙNG Ô NHI M ASEN, XÃ CAO D NG, HUY N THANH OAI, THÀNH PH HÀ N I 33 3.1 i u ki n t nhiên, kinh t xã h i, hi n tr ng s d ng n c s ch, v sinh môi tr ng vùng nghiên c u 33 3.2 ánh giá hi n tr ng kh n ng khai thác ngu n n c vùng nghiên c 39 3.3 Xác đ nh nhu c u c p n c vùng nghiên c u .44 3.4 xu t ph ng án c p n c .45 3.4.1 C n c l a ch n 45 3.4.2 Ph ng án c p n c 46 3.5 Ph ng pháp gi i pháp công ngh x lý n c c p sinh ho t vùng nghiên c u 46 3.5.1 Các c n c l a ch n .46 3.5.2 Th nghi m đ i ch ng gi i pháp công ngh 46 3.6 Gi i pháp thi t k h ng m c cơng trình h th ng c p n c sinh ho t vùng ô nhi m Asen xã Cao D ng, huy n Thanh Oai, thành ph Hà N i 51 3.6.1 C n c thi t k .51 3.6.2 Nh ng yêu c u thi t k 52 3.6.3 Quy mô, công su t c p cơng trình .52 3.6.4 Gi i pháp thi t k k t c u cơng trình 53 3.7 Qu n lý v n hành h th ng c p n c sinh ho t ng d ng công ngh Nano l c n c vùng ô nhi m Asen xã Cao D ng, huy n Thanh Oai, thành ph Hà N i 63 3.8 Nh n xét đánh giá 65 K T LU N VÀ KI N NGH 66 K t lu n .66 Ki n ngh 67 DANH M C TÀI LI U THAM KH O 69 PH L C 70 DANH M C B NG BI U B ng 1.1: ng d ng v t li u Nano khoa h c k thu t đ i s ng B ng 1.2: Hi n tr ng ô nhi m Asen t i Hà Tây c (n m 2008) .11 B ng 3.1 K t qu quan tr c n c m t 40 B ng 3.2 K t qu quan tr c n c ng m 41 B ng 3.3 Ch t l ng n c sinh ho t t i h gia đình t i Cao D B ng 3.4 : Tính tốn nhu c u c p n ng – Thanh Oai 43 c vùng nghiên c u 45 B ng 3.5: K t qu phân tích hi u qu x lý Asen đ t .47 B ng 3.6: K t qu phân tích hi u qu x lý Asen đ t .48 B ng 3.7: K t qu phân tích hi u qu x lý Asen đ t .49 B ng 3.8: K t qu phân tích hi u qu x lý Asen đ t .50 B ng 3.9: Các thông s k thu t c a thi t b công su t 60 - 80 lít/h 59 B ng 3.10: Các thông s k thu t c a thi t b cơng su t 300 lít/h .61 B ng 3.11: B ng chi phí xây d ng l p đ t thi t b cơng trình 68 DANH M C HÌNH V Hình 1.1: Ơ nhi m Asen gây b nh ung th da .13 Hình 2.1: B ng m tr n Hình 2.2: B tr n c m a 16 c m a n i .16 Hình 2.3: Gi ng khoan k t h p máy b m 17 Hình 2.4: B l c cát đ n gi n 17 Hình 2.5: Chuy n giao cơng ngh ch t o lõi l c b ng v t li u Nano d ng màng 20 Hình 2.6: Nghiên c u ch t o thi t b l c b ng v t li u Nano cacbon đ x lý Asen 20 Hình 2.7: V t li u cacbon Nano .23 Hình 2.8: C u t o b l c đ n chi c cơng ngh nano 24 Hình 2.9: Chu n b nguyên v t li u s n xu t lõi l c 25 Hình 2.10: G n đáy vào thân lõi 25 Hình 2.11: Ti p li u nén ép v t li u vào thân lõi 26 Hình 2.12: G n n p vào thân lõi 26 Hình 2.13: Nén ép lõi hồn thi n 27 Hình 2.14: Ki m tra đo đ c s n ph m 27 Hình 2.15: B l c đ n chi c cơng su t 60 – 80 l/h 28 Hình 2.16: B l c đ n chi c công su t 300 - 350 l/h .29 Hình 2.17: S đ dây chuy n công ngh 30 Hình 3.1: V trí xã Cao D ng b n đ 33 Hình 3.2: Tr em l p h c t i tr Hình 3.3: L p h c tr Hình 3.4: N ng m m non Cao D ng m m non Cao D ng – khu D c gi ng khoan nhi m s t Asen t i Cao D ng 37 c Li u .38 ng 38 Hình 3.5: S đ dây chuy n cơng ngh x lý ng d ng công ngh nano 53 Hình 3.6: M t b ng b trí h ng m c cơng trình x lý ng d ng cơng ngh nano 54 Hình 3.7: B n v gi ng khoan k t h pl p đ t máy b m n c .55 Hình 3.8: M t c t b l c cát 56 Hình 3.9: M t c t b ch a n c sau l c cát 58 Hình 3.10: Fin l c tinh 58 Hình 3.11: Thi t b l c n c x lý Asen h gia đình .59 Hình 3.12: Thi t b l c n c x lý Asen tr ng m m non 60 Hình 3.13: L p đ t thi t b x lý t i h gia đình 63 Hình 3.14: L p đ t thi t b x lý t i tr ng m m non 63 M I Tính c p thi t c a N đ U tài c m t ngu n tài nguyên quý c a m i Qu c gia, n c không th thi u c cu c s ng sinh ho t hàng ngày c ng nh q trình s n xu t cơng nghi p, nơng nghi p Tuy nhiên s phát tri n kinh t nóng b i c nh bi n đ i khí h u tồn c u di n ngày nhanh h n d n đ n nguy c c n ki t ngu n tài nguyên n c, d n t i tình tr ng nhi m ngu n n đ c bi t ô nhi m kim lo i n ng nh Asen n tín-ký hi u hóa h c: As) n c nhi u n c ng m Ô nhi m Asen (th ch c ng m tr thành m i quan tâm đ c bi t th gi i x y th m h a nhi m đ c Asen di n r ng n Bengan c th gi i, Bangladesd Tây Nhi m đ c Asen có th gây nh ng c n b nh nguy hi m d n t i t vong cho ng i nh ng th da c quan n i t ng Ngày nay, hai khu v c trên, phát hi n nhi u n i th gi i nh M , Canađa, Achentina, Loan, Vi t Nam c ng có ngu n n ài c b nhi m Asen Vì v y nhi u qu c gia th gi i ho ch đ nh th ch qu n lý đ đ m b o vi c ki m soát t t h n ngu n tài nguyên vô giá làm cho ngu n n c ngày s ch h n Các gi i pháp nghiên c u ng d ng khoa h c công ngh nh m khai thác, s d ng n ti t ki m, c i thi n ch t l ng ngu n n c c ng đ M t gi i pháp công ngh đ li u Nano l c n hi n cc pn c c tr ng c quan tâm g n ng d ng v t c n, u ng ây công ngh m i hi n đ i nh t Vi t Nam th gi i Công ngh Nano tr thành m t l nh v c khoa h c cơng ngh đóng vai trị quan tr ng vi c gi i quy t m t s b t c p c a thi t b x lý n c truy n th ng, đ c bi t có th x lý lo i b đ kim lo i n ng nh asen, đ t tiêu chu n c p n Vi t Nam hi n nay, có nhi u ngu n n c c n, u ng c ng m b nhi m asen, đ c bi t nh ng vùng g n khu đô th , công nghi p Xã Cao D ng, huy n Thanh Oai, thành ph Hà N i m t m b nhi m asen v i hàm l ng cao, có m u phân tích cao g p hàng ch c l n tiêu chu n cho phép c a WHO, làm nhi m đ c ngu n n c, nh h ng nghiêm tr ng đ n s c kh e c a c ng đ ng, đ c bi t làm t ng nguy c gây ung th c th ng n c s d ng cho sinh ho t hàng ngày c a ng khoan khai thác n i dân xã hi n gi ng c ng m b nhi m asen Vì v y vi c nghiên c u ng d ng công ngh nano l c n Cao D i Trong ph n l n ngu n c, c p n c sinh ho t cho vùng ô nhi m asen, xã ng, huy n Thanh Oai, thành ph Hà N i c n thi t c p bách II M c đích nghiên c u Nghiên c u ng d ng công ngh Nano l c n vùng ô nhi m asen, xã Cao D III it c, c p n c sinh ho t cho ng, huy n Thanh Oai, thành ph Hà N i ng Ph m vi nghiên c u it ng nghiên c u: Nghiên c u ng d ng công ngh nano l c n c, c p n c sinh ho t cho vùng ô nhi m asen Ph m vi nghiên c u: Vùng ô nhi m asen, xã Cao D IV Cách ti p c n ph ng, huy n Thanh Oai, thành ph Hà N i ng pháp nghiên c u 4.1 Cách ti p c n - Ti p c n th c t : i kh o sát, nghiên c u, thu th p s li u v nh ng vùng ô nhi m Asen, qua đánh giá th c tr ng m c đ ô nhi m Asen c a vùng nghiên c u đ đ a nh ng gi i pháp công ngh phù h p c p n c sinh ho t, x lý Asen đ t tiêu chu n cho phép - Ti p c n h th ng: Ti p c n, tìm hi u, phân tích h th ng t t ng th đ n chi ti t, đ y đ h th ng - Ti p c n ph n c c a n ng pháp nghiên c u m i, công ngh Nano l c c th gi i n c: Các ph ng pháp nghiên c u m i, công ngh m i đ c bi t công ngh Nano đ th gi i quan tâm đ c bi t có th c n c ng d ng nhi u l nh v c mang l i hi u qu r t cao, ng d ng cơng ngh nano l c n c c pn i c có th x lý đ c kim lo i n ng có h i cho s c kh e ng nh Asen…đ t tiêu chu n c p n c n, u ng 56 bán ph bi n th tr ng Do vi c ch t o l p đ t giàn m a đ n gi n, d dàng, khơng t n nhi u chi phí Tuy nhiên có th ch t o giàn m a b ng ng thép, ng k m tùy theo u ki n c a h gia đình - B l c cát : S d ng b l c cát có giàn phun m a đ l c làm gi m ch t nhi m có n c Do nhu c u dùng n v c dân c nông thôn nên nhu c u dùng n c t i khu v c dân c t i vùng khu c không l n nên l a ch n ph ng pháp l c b l c ch m B l c cơng trình quan tr ng h th ng x lý n c c p cho gia đình, tr c ng m m non V i h gia đình nhu c u s d ng n không nhi u nên b l c đ c xây d ng v i kích th c nh B l c th ng đ c xây b ng g ch đ c dày 110, v a xi m ng cát vàng mác 75, trát trát B l c cát t i tr đ ng m m non đ c xây d ng v i kích th c nhi u h n , nhanh h n đáp ng nhu c u dùng n l c cát cho tr ng m m non đ c l n h n, đ có th l c c c a cô cháu B c thi t k xây d ng nh sau: Hình 3.8: M t c t b l c cát + Giàn phun m a phía b l c cát + H th ng van bao g m: van ch y tràn, van r a l c (V1), van l y n l c (V3) van x n c l c ban đ u (V2) + H th ng ng thu n c đ t phía đáy b l c cát c sau 57 + L p v t li u l c bao g m l p cát l c phía l p s i ho c đá cu i phía d i + Chi u cao b 1,3 m; chi u r ng b 1,22m; chi u dài 2,3 m; chi u cao l p cát l c Hcát = 50cm, đ 10 cm, đ ng kính h t 0,25mm -1mm ; chi u cao l p s i Hs i = ng kính h t 0,5cm -1cm +B đ c xây b ng g ch ch đ c dày 110 v a xi m ng cát vàng mác trát trát v a xi m ng cát mác 75 + áy b dày 150 mm đ - B ch a n c đ bê tông c t thép M250 c sau l c cát: N vào b ch a B ch a c n đ c sau đ c l c qua b l c cát s đ c xây d ng ch c ch n n đ nh n u có s c x y s không đ m b o đ c ch t l h ng t i ch t l c l c, làm h th ng nhanh ph i b o d đ c thi t k xây d ng nh sau: +B đ ng n c tr ng n c xây d ng v i kích th c c p cho thi t b ti p theo nh ng thay th B c chi u dài 2,3m; chi u r ng 2,3m; chi u cao 1,8m B m t ph n chìm m t ph n n i m t đ t +B đ c xây b ng g ch ch đ c d y 220mm, đáy b n p b đ tông c t thép mác 200 d y 150mm T ng b đ xi m ng cát vàng mác 750 tr lên đ tránh rò r n b ch a áy b đ theo chi u t d c trát trát b ng v a c b n t bên vào bên c láng v a xi m ng đ đ m b o cho n c không ng m vào b i lên qua đáy b ch a + Trên n p b có ch a l i l đ dùng ki m tra, b o d có th đ c đ bê c s d ng cho m c đích khác nh n ng, r a b v sau Và c ch a cháy, t i 58 Hình 3.9: M t c t b ch a n c sau l c cát - Fin tinh l c: Thi t b l c tinh l c có tác d ng ch n thành ph n h t có kích th c l n h n micromet Fin tinh l c s l c h t có kích th micromét làm gi m hàm l ng h t thô vào thi t b l c Nano nh mà thi t b nano s làm vi c hi u qu h n, b n lâu, th i gian b o d đ c l n h n c kéo dài h n, gi m chi phí cho ng i s d ng, đ m b o đ l c đ u c a h th ng Hình 3.10: Fin l c tinh ng thay th c ch t l ng n c 59 - B n ch a n c: đình nên có b n ch a đ t đ m b o cung c p n c th ng xuyên, đ y đ gia cao( t ng nhà, tr n nhà) đ s d ng d tr cho sinh ho t n u ng T i tr ng m m non xã Cao D ng s d ng 02 b n ch a inox lo i m3 - H th ng đ PVC đ ng ng n c: H th ng đ c s d ng ph bi n th tr ng ng đ c l p đ t ng nh a ng hi n Quá trình l p đ t h th ng đ n gi n, d dàng, không t n nhi u kinh phí c Thi t b l c n c công ngh nano: + Thi t b l c cơng su t 60 – 80 lít/h: Hình 3.11: Thi t b l c n Thi t b l c n c x lý Asen h gia đình c h gia đình v i c p l c: C p l c thô: V t li u polypropylen v i kích th c l c: – 10 µm (micro mét) C p l c tinh: V t li u than ho t tính d ng h t 1-2mm C p l c tinh x lý Asen: B ng v t liêu l c ng d ng công ngh NANO 60 B ng 3.9: Các thông s k thu t c a thi t b cơng su t 60 - 80 lít/h STT Kích th Thơng s c, quy mơ Kích th C p lõi l c Áp l c mét c t n Tr ng l T c đ l c t i đa (lít/gi ) L c Asen đ t (mg/l)