Nghiên cứu mức độ nhiễm arsen trong nước ngầm tỉnh tiền giang và thực nghiệm công nghệ xử lý phục vụ cấp nước sinh hoạt an toàn cho người dân

-1- Chương : MỞ ĐẦU 1.1 Tính cần thiết Từ đầu năm 80 có nhiều báo cáo tình trạng nguồn nước, đặc biệt nước ngầm, có nồng độ Arsen (Arsenic=Arsen) cao gây nên tác hại cho nhiều cộng đồng dân cư dùng nước nhiều quốc gia : Achentina, Chilê, Mỹ, Canada, Đài Loan, Mông Cổ, Pháp, Nhật Bản, … Gần khu vực tây Bengal Ấn Độ Tại có triệu người đối diện với nguy nhiễm độc Arsen từ nguồn nước giếng khoan họ Nhức nhối tình trạng nhiễm độc Arsen mà nhân dân Bangladesh phải đối mặt Tại quốc gia này, có đường biên giáp với vùng Tây Bengal, người ta ước tính có khoảng 70 triệu người phơi nhiễm với Arsen từ nguồn nước giếng khoan gia đình, hàng ngàn người xuất triệu chứng nhiễm độc Arsen Với điều kiện địa chất giống Bangladesh số vùng Việt Nam: Vùng Châu thổ sông Hồng sông Mê Kông Arsen đề cập đến nghiên cứu địa chất địa chất thủy văn Việt Nam từ lâu : Tổng lượng Arsen đá gốc trải theo bề mặt chiếm hàng vạn km2 vùng núi phía Bắc miền Trung (Nguyễn Kinh Quốc, Nguyễn Quỳnh Anh, Viện nghiên cứu địa chất môi trường) Nhiễm độc Arsen mãn tính gồm tổn thương da, thần kinh ngoại biên, mạch máu ngoại biên ung thư (da, phổi, bàng quang, thận, -2gan… ) Arsen có tất đá, đất, trầm tích với nồng độ khác Việt Nam Trong điều kiện định, tan vào nước, điều xảy châu thổ rộng lớn, chỗ trũng nội địa, gần mỏ….Vì nơi lãnh thổ Việt Nam có nguy nhiễm Arsen lúc Theo nhà khoa học đồng châu thổ sông Hồng sông Cửu Long có nguy rủi ro nhiễm Arsen, 10 năm Việt Nam phải chịu hậu nặng nề ô nhiễm Arsen Tình hình ô nhiễm Arsen nước ngầm khảo sát tương đối Hà Nội tỉnh vùng Châu thổ sông Hồng; riêng đồng sông Cửu Long chưa khảo sát đầy đủ có hệ thống Đặc biệt năm gần tốc độ đô thị hóa cao, nhân dân khoan giếng tự phát với việc xây dựng khu công nghiệp, nhà máy, xí nghiệp nên nguy làm ô nhiễm nguồn nước ngầm đáng quan ngại Khu vực nông nghiệp sử dụng lượng lớn phân bón, thuốc trừ sâu có Arsen Trong vùng tỉ lệ người dân sử dụng nước ngầm ăn uống, sinh hoạt đứng sau nước bề mặt Vì đề tài “Nghiên cứu mức độ nhiễm Arsen nước ngầm tỉnh Tiền Giang thực nghiệm công nghệ xử lý phục vụ cấp nước sinh hoạt an toàn cho người dân” cần thiết 1.2 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu đề tài Có số liệu thực tế hàm lượng Arsen nước nước ngầm tỉnh Tiền Giang dựa vào thực nghiệm, xác định công nghệ xử lý arsen khả thi phục vụ cấp nước sinh hoạt an toàn cho người dân -31.2.2 Nội dung nghiên cứu Thu thập thông tin, tài liệu, số liệu liên quan đến đề tài : Arsen nước ngầm nước, khu vực giới; Tác động Arsen môi trường sức khỏe cộng đồng, điều kiện kinh tế xã hội tỉnh Tiền Giang, tình hình khai thác sử dụng nước ngầm phục vụ cấp nước sinh hoạt tỉnh Tiền Giang Khảo sát lấy mẫu, phân tích hàm lượng arsen tầng nước ngầm phục vụ cấp nước sinh hoạt tỉnh Tiền Giang Nghiên cứu thực nghiệm qui mô phòng thí nghiệm xử lý Arsen nước ngầm : Xử lý Arsen nước ngầm nhiễm sắt nồng độ khác nhau; Sử dụng bể lọc chậm xử lý Arsen nước ngầm nhiễm sắt; Khả hấp phụ Arsen cho vài chất hấp phụ, chất hấp phụ lựa chọn gồm than củi, than gáo dừa, than hoạt tính Đề xuất công nghệ xử lý Arsen nước ngầm phục vụ cấp nước sinh hoạt an toàn cho người dân 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu Nhiễm bẩn Arsen tầng nước ngầm tỉnh Tiền Giang công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm Arsen 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu Các tầng chứa nước ngầm phục vụ cấp nước sinh hoạt địa bàn tỉnh Tiền Giang – lấy mẫu giếng khoan trạm xử lý nước, điểm cấp nước tập trung, giếng khoan hộ gia đình để phân tích xác định mức độ nhiễm Arsen Tập trung vào 03 tầng chứa nước Pliocen (N22), Pliocen (N21), Miocen (N13 ) -42 Nghiên cứu thực nghiệm qui mô phòng thí nghiệm xác định hiệu xử lý Arsen nước ngầm có diện sắt nồng độ khác nhau, bể lọc chậm, khả hấp phụ Arsen vài chất hấp phụ Do hạn chế thời gian phương tiện, nghiên cứu thực nghiệm xử lý Arsen giới hạn phạm vi sau : Thực nghiệm xử lý Arsen nồng độ sắt khác : thiết bị Jatest Đối với mô hình lọc chậm, nghiên cứu tập trung vào đánh giá hiệu xử lý Arsen nồng độ sắt vận tốc lọc khác Đối với mô hình hấp phụ than, nghiên cứu tập trung vào xác định dung lượng hấp phụ loại than thiết bị jatest 1.4 Phương pháp nghiên cứu Để thực nội dung đề tài cần thực phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp tổng hợp xử lý tài liệu liên quan đến đề tài : tài liệu tác động Arsen lên sức khoẻ, tình hình nhiễm Arsen giới Việt Nam, đặc điểm địa chất, địa chất thuỷ văn tỉnh Tiền Giang, Phương pháp khảo sát thực địa, kết hợp lấy mẫu phân tích Phương pháp so sánh (với tiêu chuẩn Việt Nam, WHO) để đánh giá trạng nhiễm bẩn Arsen nước ngầm Phương pháp toán học : Xác suất thống kê, xử lý phân tích số liệu Phương pháp đồ : Xây dựng đồ lấy mẫu, đồ trạng ô nhiễm Arsen nước ngầm tỉnh Tiền Giang Phương pháp thực nghiệm mô hình xử lý nước ngầm nhiễm Arsen (mô hình Jatest xử lý Arsen nước ngầm nhiễm sắt, mô hình lọc chậm, -5mô hình jatest xác định khả hấp phụ Arsen loại than) 1.5 Ý nghóa khoa học thực tiễn đề tài Kết nghiên cứu đề tài góp phần làm sáng tỏ trạng nhiễm Arsen nước ngầm tỉnh Tiền Giang, đồng thời nghiên cứu thực nghiệm công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm Arsen khả thi điều kiện thực tế nước ta : xử lý nước ngầm nhiễm sắt Arsen, xác định khả hấp phụ Arsen loại than (hoạt tính Trung Quốc, gáo dừa, than củi) Bảo vệ sức khoẻ cộng đồng dân cư sử dụng nước ngầm -6- Chương : TỔNG QUAN 2.1 Vùng nghiên cứu 2.1.1 Khái quát điều kiện tự nhiên tỉnh Tiền Giang Vị trí địa lý Tỉnh Tiền Giang nằm hạ lưu sông Mêkông Phía bắc giáp tỉnh Long An, phía Đông giáp biển Đông, phía Nam giáp tỉnh Bến Tre Vónh Long, phía Tây giáp tỉnh Đồng Tháp Diện tích tỉnh giới hạn toạ độ địa lý sau : • Vó độ Bắc : 10o 10’ 34’’ đến 10o 28’ 03’’ • Kinh độ Đông : 105o 47’ 46’’ đến 106o 50’ 07’’ Tiền Giang có : 09 đơn vị hành cấp huyện tương đương với 165 xã phường, bao gồm : huyện (Cái Bè, Cai Lậy, Châu Thành, Tân Phước, Chợ Gạo, Gò Công Đông Gò Công Tây); thành phố (Mỹ Tho); thị xã (Thị xã Gò Công) Địa hình Tỉnh Tiền Giang có địa hình tương đối phẳng, với độ dốc < 1% cao trình thay đổi từ – 1,4m so với mực nước biển, phổ biến từ 0,8 – 1,1m Nhìn chung toàn Tỉnh hướng dốc rõ rệt, khu vực thấp trũng hay gò cao so với địa hình chung Theo cao độ chia Tỉnh thành 05 vùng sau : Khu vực Đồng Tháp Mười : Cao trình phổ biến 0,6 – 0,75m, cá biệt có nơi thấp đến 0,4 – 0,5m khu vực phía Bắc giáp Long An có địa hình thấp -7hơn Đây vùng chịu ảnh hưởng trực tiếp lũ sông Cửu Long tràn Độ sâu ngập lũ vùng biến thiên từ 0,6 – 2m Khu vực ven biển Gò Công : nằm cao trình từ – 0,6m bị ngập triều trực tiếp từ biển Đông tràn vào Đây vùng ngập nước mặn Khu vực ven rạch Gò Công sông Tra : Cao trình phổ biến từ 0,6 – 0,8m Vùng bị ảnh hưởng triều từ sông Vàm Cỏ Tây, phần lớn diện tích đất bị ngập mặn vào tháng mùa khô Khu vực đất cao ven sông Tiền : Kéo dài từ giáp ranh Đồng Tháp đến Mỹ Tho, độ cao từ 0,9 – 1,3m, phần lớn diện tích vùng dùng làm đất thổ cư trồng ăn trái Khu vực đất giồng cát : Đây khu vực có địa hình cao nhất, phân bố rải rác huyện Châu Thành, Cai Lậy, Gò Công Đông Cao trình phổ biến thay đổi từ – 1,4m huyện Châu Thành; 1- 1,2m huyện Cai Lậy 0,8 – 1,1m huyện Gò Công Đông Phần lớn diện tích dùng làm đất thổ cư, trồng rau màu ăn trái Thời tiết khí hậu Tỉnh Tiền Giang chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo với chế độ nhiệt tương đối ổn định, quanh năm cao Hàng năm có hai mùa rõ rệt : Mùa mưa từ thánh đến tháng 11 Mùa khô từ tháng 12 đến tháng năm sau Theo tài liệu đo đạc nhiều năm trạm khí tượng thuỷ văn Mỹ Tho cho đặc trưng đặc điểm khí hậu sau : Nhiệt độ không khí : Nhiệt độ trung bình thường cao, trung bình năm 26,70C Nhiệt độ cao vào tháng đạt 34,10C, thấp 20,20C vào tháng Nhiệt độ ban ngày từ 26 – 340C, ban đêm từ 16 – 220C Lượng mưa : Tiền Giang có lượng mưa tương đối lớn Lượng mưa trung bình năm đạt từ 1400 – 1922,5mm Mùa mưa từ tháng đến tháng 11 -8chiếm 90% tổng lượng mưa năm Tháng mưa nhiều thường vào tháng 10 Đạt bình quân 219 đến 337mm Độ ẩm không khí : Độ ẩm không khí thay đổi theo mùa năm, mùa mưa độ ẩm cao, mùa khô độ ẩm thấp Độ ẩm trung bình năm 79,2%, độ ẩm cao vào mùa mưa từ 86 – 90% (tháng 9) Độ ẩm thấp vào mùa khô từ 70 – 78% Lượng bốc : Lượng bốc địa bàn tỉnh Tiền Giang từ 1075,4 – 1738,4mm/năm Tháng có lượng bốc từ 140,3 – 161,2mm Đặc điểm mạng thuỷ văn Do nằm hạ lưu sông Mê Công nên hệ thống sông rạch địa bàn tỉnh Tiền Giang phát triển Hệ thống sông có : sông Tiền Giang nhánh Sông Tiền nhành sông Mê Công, sông Tiền chảy vào Việt Nam cửa ngõ Tân Châu tỉnh An Giang chảy qua tỉnh Đồng Tháp, Vónh Long đến Tiền Giang đổ biển chiều dài gần 450km Trước đổ biển, đoạn hạ lưu, sông Tiền phân thành nhánh toả tia thành sông Mỹ Tho, Cổ Chiên sông Hàm Luông Sông Tiền Giang có nhiều nhánh phụ dẫn nước từ nơi đổ vào sông Tiền sông Bảo Định, sông Cửa Tiểu, rạch Chùa, … nhiều kênh rạch chằng chịt Nhìn chung sông rạch Tiền Giang có độ dốc nhỏ 0,02% bị ảnh hưởng triều biển Đông Nước bị nhiểm mặn vào mùa khô Ranh mặn nhiều vượt thành phố Mỹ Tho 2.1.2 Đặc điểm địa chất thuỷ văn Theo kết nghiên cứu [6] Liên đoàn Địa chất thuỷ văn Địa chất công trình miền Nam thực hiện, đặc điểm địa chất thuỷ văn tỉnh -9Tiền Giang chia làm phân vị địa tầng địa chất thuỷ văn theo thứ tự từ xuống sau : Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Holoccen (Q2) Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pleistocen – (Q12-3) Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pleistocen (Q11) Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pliocen (N22) Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pliocen (N21) Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Miocen (N13) Đới chứa nước khe nứt đá Mesozoi (MZ) Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Holoccen (Q2) Tầng chứa nước lỗ hổng lộ mặt có diện phân bố rộng khắp tỉnh Chiều sâu đáy từ 13,5 – 40m, có xu dày phía Nam dọc theo bờ sông Tiền, trung bình 26m thành phần đất đá gồm nhiều trầm tích có tuổi nguồn gốc khác trầm tích sông, sông – biển, sông – đầm lầy biển dạng giồng cát song song với đường bờ Tân Hiệp huyện Châu Thành Thành phần đất đá gồm chủ yếu bột sét, bùn sét, cát bột màu vàng, xám vàng lẫn xám tro Về khả chứa nước, giồng cát có thành phần cát hạt mịn trung, bề dày – 8m lưu trữ nước mưa, lại trầm tích khác nghèo nước Kết hút nước thử hố khoan tay địa chất công trình cho kết : lưu lượng Q = 0,05 – 0,11L/s, mực nước hạ thấp S = 4,6 – 8,0m, tỷ lưu lượng < < 0,012L/sm Về chất lượng nước, qua kết qủa phân tích mẫu nước lấy từ nhiều hố khoan tầng cho thấy nước thường bị phèn, nhiễm mặn có màu vàng, vị lợ mùi hôi - 10 Nước nằm trầm tích Holocen nước không áp, mực nước tónh nằm nông từ 0,5 – 1,31m, chúng thường bổ cấp nước mưa nước mặt nên mực nước thường dao động theo mùa theo thuỷ triều, ngày lên xuống lần Biên độ dao động mực nước theo năm từ 0,4 – 0,14m Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pleistocen – (Q12-3) Trong phạm vi tỉnh Tiền Giang, tầng chứa nước trầm tích Pleistocen – có diện phân bố rộng khắp, không lộ mặt Chúng bị trầm tích Holocen phủ lên Bên tầng pleistocen (Q11) Chiều sâu mái tầng chứa nước từ 13,5 – 40,0m dọc theo sông Tiền Chiều sâu đáy thường từ 96,0 – 157,5m, mỏng phía Bắc có xu dày phía Nam, bề dày trung bình tầng 109,1m Thành phần thạch học theo mặt cắt ta thấy gồm phần : Phần : Là lớp hạt mịn thấm nước phân bố liên tục gồm sét, bột, đôi nơi bột cát màu trắng, xám nâu vàng đến nâu bị phong hoá mạnh chứa nhiều vón laterit Chiều dày thay đổi từ 5,0m đến 55,1m Phần : đất đá chứa nước bao gồm lớp cát hạt mịn, trung, thô xen kẽ lẫn sạn sỏi thạch anh, gắn kết rời rạc Trong lớp cát xen kẽ lớp cát bột, sét màu vàng, xám nâu, xám tro xám xanh Các lớp sỏi thông thường có bề dày từ 57,0m đến 89,9 m trung bình 89,97 m Tầng chứa nước có công trình nghiên cứu : Lỗ khoan M1, M2 Mỹ Tho 26 I Chợ Gạo Các lỗ khoan M1, M2 giếng UNICEF thường đặt ống lọc vào lớp cát cùng, phát nứơc nhạt độ sâu từ 20,0m đến 50,0m, lớp cát sâu thường bị mặn Đây tầng chứa nứơc phong phú Tỷ lưu lượng q = 0,41 - 3,92L/sm Nứơc nhạt tầng phân bố chủ yếu huyện Châu Thành, không liên tục, - 98 AC.SD – 3,5 3.5 200 213.6 28.8 AC.SD – 4.5 4.5 190 183.6 38.8 AC.SD – 5.5 5.5 100 97.3 67.6 10 AC.SD – 6.5 6.5 70 66.7 77.7 11 AC.SD – 7.5 7.5 70 69.1 77.0 12 AC.SD – 8.5 8.5 80 96.4 67.9 Than hoạt tính Trung Quốc 13 AC.TQ – 3.5 3.5 150 147.1 50.97 14 AC.TQ – 4.5 4.5 110 105.4 64.9 15 AC.TQ – 5.5 5.5 70 82.4 72.5 16 AC.TQ – 6.5 6.5 70 59.7 80.1 17 AC.TQ – 7.5 7.5 70 72.6 75.8 18 AC.TQ – 8.5 8.5 120 118.3 60.6 Hình 4.15 : Biểu đồ so sánh hiệu hấp phụ loại than phụ thuộc độ pH Than Củi : Hiệu hấp phụ Arsen than củi tăng dần tương ứng với độ pH từ 3,5 đến khoảng 6,5 sau giảm xuống tương đối nhanh Đến - 99 pH 8,5 hiệu hấp phụ 15,4% Khả hấp phụ than củi tốt pH vào khoảng 6,5 đạt giá trị 52,5% Ngoài ra, khả hấp phụ than củi nguồn nước mang tính axit (pH thấp) tốt nguồn nước có tính kiềm Than Gáo dừa : Hiệu hấp phụ Arsen than gáo dừa tăng nhẹ từ 28,8% đến 38,8% pH tăng từ 3,5 đến 4,5 sau tăng nhanh khoảng pH = 4,5 – 6,5 giảm nhẹ pH tiếp tục tăng đến 7,5, cuối giảm 67,9% pH đạt giá trị 8,5 Như vậy, khoảng pH xử lý tốt than sọ dừa từ 5,5 – 8,5 (nguồn nước có tính chất gần trung tính) đạt hiệu cao 77,8% pH = 6,5 Ngược lại với than củi, than gáo dừa hấp phụ arsen tốt môi trường bazơ, điều thích hợp với nguồn nước ngầm Tiền Giang, nguồn nước có pH thường nằm khoảng từ trung tính đến bazơ Than hoạt tính Trung Quốc : Căn đồ thị, tốc độ hấp phụ Arsen than hoạt tính Trung Quốc cao pH thấp - hiệu hấp phụ đến 51% pH = 3,5, khả liên tục tăng pH tăng đến 6,5 đạt hiệu hấp phụ cao giảm dần Hiệu hấp phụ tối đa than hoạt tính Trung Quốc 80,1% pH 6,5 Ở pH = 8,5 hiệu hấp phụ đạt mức 60,6% Tuy nhiên khoảng pH bazơ, hiệu hấp phụ Arsen than hoạt tính Trung Quốc không than gáo dừa Khác với 02 loại than củi gáo dừa, hiệu hấp phụ Arsen loại than vượt trội khoảng pH Acid – than củi bazơ – than gáo dừa, than hoạt tính Trung Quốc không rõ ràng - 100 Qua kết thí nghiệm, chứng tỏ pH đóng vai trò quan trọng khả hấp phụ than, điều thể rõ qua kết thí nghiệm ứng với giá trị pH khác loại than Tóm lại : hiệu hấp phụ 03 loại than tương đối tốt khoảng pH từ 5,5 -7,5 đạt hiệu hấp phụ cao pH = 6,5 Do giá trị pH = 6,5 thí nghiệm - xác định dung lượng hấp phụ 4.2.3.3 Thí nghiệm xác định dung lượng hấp phụ Bảng 4.5 : Kết thí nghiệm xác định dung lượng hấp phụ loại than STT Kí hiệu Khối lượng than (gam) Kết (µg/l) Test nhanh Phân tích Nồng độ Arsen đầu vào 309 µg/l Kết hấp phụ cuûa than cuûi AC.C – 5 250 237.8 AC.C – 10 10 200 191.3 AC.C – 15 15 150 159.2 AC.C – 20 20 120 131.7 AC.C – 25 25 120 125.4 Kết hấp phụ than sọ dừa AC.SD – 5 200 205.6 AC.SD – 10 10 150 177.4 AC.SD – 15 15 70 83.6 AC.SD – 20 20 70 62.2 10 AC.SD – 25 25 50 54.1 Kết hấp phụ than hoạt tính Trung Quoác 11 AC.TQ – 5 200 197.4 12 AC.TQ – 10 10 180 164.1 - 101 13 AC.TQ – 15 15 70 78.8 14 AC.TQ – 20 20 60 45.1 15 AC.TQ – 25 25 40 33.6 Dựa kết thí nghiệm dạng phương trình đẳng nhiệt Fruenlich trình bày mục 3, sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu xây dựng hàm số biểu thị mối quan hệ khả hấp phụ loại than Arsen dạng hàm số log, đồng thời tính toán tìm số K n phương trình đẳng nhiệt Freulich loại than Số liệu phương pháp tính toán trình bày chi tiết phần phụ lục, phần trình bày kết tính toán thảo luận Hình 16 : Phương trình hồi qui tuyến tính xác định dung lượng hấp phụ than củi Arsen - 102 - Hình 4.17 : Phương trình hồi qui tuyến tính xác định dung lượng hấp phụ than gáo dừa Arsen Hình 4.18 : Phương trình hồi qui tuyến tính xác định dung lượng hấp phụ than hoạt tính Trung Quốc Arsen Phương trình đẳng nhiệt Fruenich biểu thị mối quan hệ khả hấp phụ Arsen loại than sau : Than củi : x/m = 1.64778*10-5*C-1/14.32664756; (1) Than gáo dừa : x/m = 2.16222*10-5*C-1/15.57632399; (2) Than hoạt tính Trung Quốc : x/m = 2.33238*10-5*C-1/15.29051988 (3) Dựa vào 03 phương trình ta có số nhận xét sau : Đối với khối lượng than (m), nồng độ arsen đầu (C), lượng Arsen bị hấp phụ phụ thuộc vào giá trị K n Như than hoạt tính Trung Quốc có khả hấp phụ Arsen cao nhất, kết tiếp than gáo dừa cuối than củi Kết hoàn toàn phù hợp với số liệu thí nghiệm trên, thí nghiệm xác định thời gian phản ứng - 103 tới thí nghiệm xác định dung lượng hấp phụ than hoạt tính Trung Quốc có khả hấp phụ Arsen cao Khả hấp phụ than chất phụ thuộc vào nhiều yếu tố : tốc độ khuấy trộn, tính chất chất hấp phụ (diện tích bề mặt, kích thước hạt, …), tính hoà tan chất bị hấp phụ, pH , nhiệt độ, kích thước phân tử chất bị hấp phụ, … Trong nghiên cứu này, điều kiện thí nghiệm 03 loại than (nhiệt độ phòng, tốc độ khuấy trộn, ph, nhiệt độ, …) Do vậy, yếu tố định khả hấp phụ Arsen 03 loại than tính chất chất hấp phụ Trong thí nghiệm, xem 03 loại than có kích thước hạt (lọt qua loại rây) thành phần hoá học Yếu tố định khả hấp phụ loại than diện tích bề mặt Như than hoạt tính Trung Quốc có diện tích bề mặt lớn nhất, kết tiếp than gáo dừa cuối than củi Khi lượng than sử dụng 1kg nồng độ Arsen nước sau xử lý 10ppb, thay vào phương trình ta tìm dung lượng hấp phụ loại than Arsen : Than củi : x = 22.72 mgAs/kg than; Than gáo dừa : x = 29.1 mgAs/kg than; Than hoạt tính Trung Quốc : x = 31.52 mgAs/kg than Từ kết trên, dung lượng hấp phụ than củi thấp 72.1% THT Trung Quốc 78.1% than gáo dừa Tóm lại, 03 loại than có khả hấp phụ arsen, nhiên sử dụng chúng để xử lý nước ngầm nhiễm arsen không kinh tế, chi phí xử lý cao (ví dụ nguồn nước nồng độ arsen 160ppb, xử lý 1m3 nước cần 7kg than củi, giá thành 1kg than khoảng 4000VNĐ, chi phí xử lý - 104 20.000VNĐ/m3) Do đó, nên sử dụng công nghệ khác để xử lý arsen trường hợp nguồn nước sắt, ví dụ công nghệ nghiên cứu [10, 11] - 105 4.3 Đề xuất công nghệ xử lý Arsen 4.3.1 Quy mô công nghiệp Từ kết nghiên cứu công nghệ xử lý đề xuất sau : Hình 4.19 : Sơ đồ công nghệ xử lý As nước ngầm nhiễm sắt Thuyết minh qui trình công nghệ Nước từ giếng bơm lên qua giàn mưa Tại đây, phân tử As(III) bị ôxy hóa thành As(V) tác dụng oxy tự hòa tan nước Ion sắt II bị ô xy hóa thành sắt III Nước thu bể chứa tạm thời Sau qua giàn mưa, nước bơm qua bể lắng tiếp xúc Tại bể này, ta châm xút (NaOH) để điều chỉnh pH nằm khoảng 6,5 – 7,5 Tại đây, hạt phèn sắt hình thành kết hợp với nhau, đồng thời hấp phụ ion Arsen vào tạo thành cặn lớn phần lắng xuống - 106 đáy bể Nước sau đưa qua bể lọc (có thể sử dụng bể lọc nhanh bể lọc áp lực) Tại có kích thước nhỏ giữ lại Nước sau lọc dẫn tới bể chứa, châm clo để khử trùng bơm lên đài nước hòa vào mạng lưới cấp nước Các cặn sau trình lắng rửa bồn lọc, thu lại, sau đem xử lý nơi qui định Công nghệ áp dụng trường hợp nguồn nước có hàm lượng sắt cao (> 10mg/L) trường hợp nồng độ sắt nguồn nước thấp, cần châm thêm chất keo tụ sử dụng bể lọc chậm Đối với trường hợp nguồn nước không nhiễm sắt, công nghệ áp dụng cần phải sử dụng chất keo tụ phèn sắt 4.3.2 Quy mô hộ gia đình Sử dụng bể lọc có ngăn, ngăn lọc ngăn chứa nước, cấu tạo ngăn lọc sau : Lắp giàn mưa giàn ống nhựa (trường hợp dùng bơm điện), máng mưa trường hợp không sử dụng bơm điện Dưới lớp sỏi đỡ dày khoảng 30cm, phía lớp cát vàng dày khoảng 400 – 600cm Tuỳ theo nồng độ sắt nguồn nước thấp hay cao mà ta điều chỉnh tốc độ lọc phù hợp, hàm lượng sắt thấp dùng bể lọc chậm ngược lại Khi nồng độ sắt nước nguồn cao, cần phải trang bị thêm bể lọc tinh để tăng hiệu xử lý sắt - 107 Kích thước tối ưu bể lọc phụ thuộc nồng độ Arsen nước giếng, hàm lượng sắt, công suất xử lý 4.3.3 Ý nghóa kinh tế – xã hội công nghệ đề xuất Công nghệ đề xuất cho quy mô công nghiệp hộ gia đình áp dụng trường hợp nguồn nước nhiễm sắt không nhiễm sắt, chủ yếu dựa trình kẹo tụ tạo kết tủa xử lý sắt kết hợp xử lý arsen Trong trường hợp nguồn nước không nhiễm sắt phải thêm chất keo tụ - phèn sắt để xử lý arsen Công nghệ đơn giản, dễ vận hành, tiết kiệm chi phí xử lý, đặc biệt phù hợp điều kiện nước ta – nguồn nước nhiễm arsen không cao Do ưu điểm trên, công nghệ áp dụng cho vùng nông thôn vùng sâu vùng xa, nơi hạ tầng cấp nước Chính quyền yếu Tác hại arsen sức khoẻ người nghiên cứu chứng minh nhiều nơi giới, đặc biệt Bangladesh, nơi hàng chục triệu người dân bị phơi nhiễm arsen Ứng dụng công nghệ xử lý arsen giúp bảo vệ sức khoẻ cộng đồng dân cư sử dụng nguồn nước ô nhiễm, loại trừ chi phí gia đình, xã hội phải bỏ để chữa trị bệnh tật liên quan đến arsen Đo công nghệ đề xuất ý nghóa kinh tế, kỹ thuật mang ý nghóa xã hội sâu sắc - 108 - KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ Kết luận Kết nghiên cứu “Mức độ nhiễm arsen nước ngầm tỉnh Tiền Giang thực nghiệm công nghệ xử lý phục vụ cấp nước sinh hoạt an toàn cho người dân” tổ chức thực nghiêm túc thời gian làm luận văn tốt nghiệp có kết luận sau : Nước ngầm Tiền Giang đóng vai trò quan trọng cấp nước sinh hoạt cho người dân, vùng nông thôn vùng sâu vùng xa Ba tầng khai thác nước ngầm tỉnh Tiền Giang tầng Pliocen trên, Pliocen tầng Miocen Kết khảo sát, phân tích 147 mẫu nước tầng khai thác khác cho thấy hàm lượng arsen dao động khoảng – 140ppb Trong 75 mẫu phát vượt tiêu chuẩn WHO BYT 1329-2002 từ 1,1 – 14 lần (< 10ppb), khoảng giá trị thường gặp 11 – 55ppb Kết thống kê trình bày bảng Đồng thời, từ kết khảo sát hịên trạng, tác giả bước đầu xây dựng đồ nhiễm arsen tầng chứa nước tỉnh Tiền Giang Tầng chứa nước Số Min Max mẫu (ppb) (ppb) % vượt TC Pleistocen – trên, (Q12-3) 10 KPH 16 30 Pliocen trên, N22 46 52 58,7 Pliocen dưới, N21 70 55 48,5 Miocen treân, N13 21 140 52,4 - 109 Nước ngầm Tiền Giang bị ô nhiễm arsen, mức độ không cao so với số vùng nước ta Đồng Tháp số tỉnh phía Bắc, cần thiết nghiên cứu xử lý nước đất nhiễm arsen có mặt đồng thời hàm lượng sắt – trường hợp đặc trưng nước đất Việt Nam Kết nghiên cứu thực nghiệm quy mô phòng thí nghiệm xác định công nghệ xử lý arsen nước ngầm với mô hình thiết bị khác cho kết sau : Mô hình jatest xác định hiệu arsen nước ngầm nồng độ sắt khác : Hiệu xử lý Arsen cao nồng độ sắt cao Kết nghiên cứu cho thấy với nồng độ Arsen nước ngầm 160ppb, nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép nồng độ sắt > 15mg/L Mô hình lọc chậm : Bản chất trình xử lý Arsen với nguồn nước có sắt trình oxy hoá sắt II thành sắt III để tạo kết tủa hydroxide sắt trình hấp thụ Arsen vào cặn Hàm lượng sắt nước ngầm ảnh hưởng đáng kể đến hiệu xử lý arsen, cụ thể : - Với hàm lượng sắt nhỏ 0,3 – 0, 35mg/L, vận tốc lọc 0,3m3/m2/h, hiệu xử lý Arsen thấp đạt 62%, nước đầu không đạt tiêu chuẩn - Ở nồng độ sắt 2,5mg/L 5mg/L hiệu xử lý đạt tức ứng với 03 vận tốc lọc nghiên cứu Có thể kết luận tính mới, tính khoa học luận văn khẳng định hiệu xử lý arsen phụ thuộc vào có mặt sắt hàm lượng sắt - 110 lớn hiệu xử lý arsen cao Hiệu xử lý không phụ thuộc vào vận tốc lọc chậm Mô hình Jatest xác định khả hấp phụ 03 loại than (than củi, than gáo dừa, than hoạt tính Trung Quốc) cho thấy 03 loại than có khả hấp phụ arsen với mức độ khác Tuy nhiên dung lượng hấp phụ thấp, cụ thể : Than củi : x = 22.72 mgAs/kg than; Than gáo dừa : x = 29.1 mgAs/kg than; Than hoạt tính Trung Quốc : x = 31.52 mgAs/kg than Kết nghiên cứu đưa sơ đồ công nghệ xử lý arsen áp dụng cho quy mô công nghiệp hộ gia đình dựa trình oxy hoá tạo kết tủa sắt kết hợp xử lý arsen Công nghệ đơn giản, dễ vận hành, tiết kiệm chi phí, áp dụng cho vùng sâu vùng xa có điều kiện tương tự Kiến nghị Diễn biến chất lượng nước đất nhiễm arsen Tiền Giang cần tiếp tục quan trắc tiến hành khảo sát với quy mô lớn để hoàn chỉnh đồ hàm lượng arsen nước ngầm tỉnh Tiền Giang Kết nghiên cứu thực nghiệm quy mô phòng thí nghiệm cần triển khai vào thực tế – mô hình trình diễn, nhằm giám sát, quan trắc hiệu xử lý quy mô thật Từ kiểm chứng hoàn chỉnh công nghệ đề xuất có đầy đủ sở khoa học, tính kinh tế khả thi điều kiện Việt Nam - 111 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lê Huy Bá (2000), Độc học môi trường, NXB Đại học Quốc gia TPHCM PGS.TS Hoàng Văn Bích, Độc chất học công nghiệp dự phòng nhiễm độc, NXB Khoa học kỹ thuật Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, Nhà xuất thống kê Hà Nội TS Nguyễn Phước Dân (2003), Tập giảng môn Cấp nước Đô thị công nghiệp Chuyên ngành Cao học Kỹ thuật môi trường Viện Môi trường Tài nguyên TPHCM PGS.TS Vũ Chí Hiếu, Tô Thị Hiền, Lê tự Thành (2002), Báo cáo kết qủa bước đầu nghiên cứu ô nhiễm arsen nước mặt nước ngầm vùng khai thác Trà Năng (Lâm Đồng) vùng Cao Lãnh (Đồng Tháp) Liên đoàn Địa chất thuỷ văn – địa chất công trình miền Nam (2003), Báo cáo Đặc điểm địa chất thuỷ văn tỉnh Tiền Giang Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Tiền Giang (2004), Báo cáo Hiện trạng môi trường tỉnh Tiền Giang Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Tiền Giang (2004), Báo cáo tình hình khai thác nước đất đại bàn tỉnh Tiền Giang - 112 Thông tin khoa học kỹ thuật Địa chất (2001), Hiện trạng nhiễm Arsen Việt Nam, Cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam, Hà Nội 10 GS.TS Lâm Minh Triết, TS Đỗ Tiến Hùng, KS Lê Việt Thắng, nnk (2004), Khảo sát đánh giá mức độ nhiễm Arsen (As III As V) nước ngầm, nước đóng chai, nước cấp nông thôn, đất TPHCM, xác định nguồn ô nhiễm đề xuất biện pháp giải quyết, đề tài nghiên cứu khoa học cấp Thành phố 11 Võ Anh Tuấn (2004), Nghiên cứu công nghệ khả thi xử lý Arsen nước ngầm phục vụ dân cư đô thị nông thôn, Luận văn Thạc sỹ, Viện Môi trường Tài nguyên TPHCM Tiếng Anh 12.Birgit Daus, Rainer Wennrich, Holger Weiss (2004), “Sorrtion materials for arsenic removal from water a comparative study“, Water Research 13.Tom Murphy anh Jay Guo (2003), Aquatic arsenic toxicity and treatment, Backhuys publishers, Leiden 14.Proven alternatives for Aboveground treatment of Arsenic in groundwater, www.epa.gov/tio/tsp 15.Switzeland Development Cooperation (2002), “Arsenic in drinking water in VietNam”, http://www.developmentgateway.com.au/pdf/health/ArsenicV.pdf 16.Technologies and costs for removal of arsenic from drinking water, www.epa.gov/safewater ... đề tài ? ?Nghiên cứu mức độ nhiễm Arsen nước ngầm tỉnh Tiền Giang thực nghiệm công nghệ xử lý phục vụ cấp nước sinh hoạt an toàn cho người dân? ?? cần thiết 1.2 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu 1.2.1... liệu thực tế hàm lượng Arsen nước nước ngầm tỉnh Tiền Giang dựa vào thực nghiệm, xác định công nghệ xử lý arsen khả thi phục vụ cấp nước sinh hoạt an toàn cho người dân -31.2.2 Nội dung nghiên cứu. .. ngầm tỉnh Tiền Giang công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm Arsen 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu Các tầng chứa nước ngầm phục vụ cấp nước sinh hoạt địa bàn tỉnh Tiền Giang – lấy mẫu giếng khoan trạm xử lý nước,