3.6.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết
Tham khảo và thu thập số liệu.
Tổng hợp và xử lý các dữ liệu, số liệu.
Tính toán sơ bộ mô hình xử lý As trong nước ngầm.
3.6.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm
a. Phƣơng pháp thu mẫu nƣớc (theo TCVN 5993 – 1995 và TCVN 6000 – 1995).
Lấy mẫu:
Cho máy bơm hoạt động khoảng 3 – 5 phút để hút hết lượng nước còn lưu lại trong hệ thống đường ống rồi mới tiến hành lấy mẫu. Tráng chai (sử dụng chai nhựa PE), thu mẫu nước tại hiện trường (mẫu được lấy đầy chai). Sau đó chúng ta cho thêm 3 ml HCl đậm đặc/ 1 lít nước ngầm nhằm làm ổn định lượng As, đậy nắp lại, bảo quản lạnh và đem về phòng thí nghiệm để phân tích.
Bảo quản mẫu:
Axit hóa mẫu ngay khi lấy mẫu xong: cho 3 ml HCl đậm đặc vào 1 lít nước ngầm nhằm làm ổn định lượng As.
Đậy kín bình chứa mẫu và tránh cho mẫu tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng. Nếu không, chất lượng mẫu có thể thay đổi nhanh chóng do trao đổi không khí, các phản ứng hoá học.
Bảo quản mẫu ở nhiệt độ 50C.
Ngoài ra khi thu mẫu cần phải ghi rõ những thông tin sau nhằm giúp ích cho việc nhận dạng mẫu và giải trình kết quả thu được: ngày, giờ lấy mẫu; điều kiện tự nhiên, thời tiết khi lấy mẫu; vị trí lấy mẫu; tên người lấy mẫu.
b. Cách tiến hành thí nghiệm
Chuẩn bị vật liệu
Sỏi đỡ: rửa thật sạch bằng nước.
Cát: rửa sạch bằng nước, rồi cho vào ngâm trong dung dịch HCl 10% trước khi sử dụng để loại bỏ một vài loại chất khoáng dễ tan bám trên bề mặt của cát. Sau đó rửa lại thật sạch bằng nước thêm lần nữa.
Zeolite: trộn zeolite với một số chất phụ gia, sau đó sấy ở 1500
C và nung ở 6000C. Zeolite thành phẩm sẽ được ngâm trong dung dịch HCl 10% nhằm loại bỏ các tạp chất trước khi đưa vào sử dụng. Sau đó rửa thật sạch lại bằng nước.
Xây dựng mô hình xử lý As trong nước ngầm trong phòng thí nghiệm
Mô tả sơ bộ mô hình thí nghiệm được xây dựng:
Kích thước của bể chứa 1 bằng kích thước của bể chứa 2 có:
Đường kính đáy trên = 300 mm. Đường kính đáy dưới = 240 mm. Chiều cao của bể là 320 mm.
Cột lọc có đường kính = 200 mm và chiều cao của cột lọc là 1000 mm.
Hình 3.1: Mô hình xử lý As.
Thuyết minh quy trình:
Cho nước ngầm vào bể chứa 1, sau đó cho sục khí từ 15 đến 30 phút, để quá trình oxi hóa xảy ra và tạo thành các hợp chất kết tủa. Sau đó, nước sẽ đi qua một lưới lọc nhằm lược lại phần lớn cặn và kết tủa vừa tạo thành, hạn chế tình trạng cặn đóng làm nghẹt cột lọc. Tiếp theo nước thô sẽ chảy vào cột lọc và đi qua các lớp vật liệu lọc, trước khi chảy vào bể chứa 2 dùng để trữ nước và phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt hằng ngày.
c. Cách bố trí thí nghiệm
Nghiệm thức 1:
Bề dày của lớp vật liệt lọc là 50 cm, bao gồm: 10 cm sỏi đỡ, 20 cm zeolite, 10 cm sỏi đỡ.
Thời gian sục khí: 30 phút. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nghiệm thức 2:
Bề dày của lớp vật liệt lọc là 60 cm, bao gồm: 10 cm sỏi đỡ, 20 cm zeolite, 10 cm cát vàng, 10 cm sỏi đỡ.
Thời gian sục khí: 15 phút.
d. Cách thực hiện
Nghiệm thức 1: Sục khí 30 phút kết hợp với lọc qua lớp
vật liệu lọc dày 50 cm, bao gồm: 10 cm sỏi đỡ, 20 cm zeolite, 10 cm sỏi đỡ.
Nước ngầm được cho vào bình chứa đầu vào. Ở đây ta sử dụng một máy sục khí để sục khoảng 30 phút. Quá trình này làm chuyển đổi các ion Fe2+ và As3+ thành Fe3+, As5+ và hợp chất kết tủa FeAsO4 và Fe(OH)3.
Trước khi đi vào cột lọc, nước sẽ đi qua một lưới lọc (với đường kính khoảng 0,3 mm) nhằm lược bỏ phần lớn cặn và kết tủa vừa tạo thành, hạn chế tình trạng cặn đóng làm nghẹt cột lọc. Tiếp theo nước thô sẽ đi qua lớp vật liệu lọc. Lớp vật liệu lọc này vừa có chức năng giữ lại phần FeAsO4 và Fe(OH)3 kết tủa còn sót lại, vừa có chức năng hấp phụ và giữ lại phần As chưa kịp kết tủa. Giữa các lớp vật liệu có đặt một tấm chắn bằng nhựa, có tác dụng cố định các lớp vật liệu, tránh làm xáo trộn các loại vật liệu lại với nhau và làm thay đổi chiều dày của các lớp vật liệu. Cuối cùng nước sạch được đưa vào bể chứa 2 để trữ nước và phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt hằng ngày. Thí nghiệm được tiến hành 3 lần.
Nghiệm thức 2: Sục khí 15 phút kết hợp với lọc qua lớp
vật liệu lọc dày 60 cm, bao gồm: 10 cm sỏi đỡ, 20 cm zeolite, 10 cm cát vàng, 10 cm sỏi đỡ.
Nước ngầm được cho vào bình chứa đầu vào. Tại đây ta dùng một máy sục khí để sục trong vòng 15 phút. Quá trình này làm chuyển đổi các ion Fe2+ và As3+ thành Fe3+, As5+, tạo ra hợp chất kết tủa FeAsO4 và Fe(OH)3.
Trước khi đi vào cột lọc, nước sẽ đi qua một lưới lọc (với đường kính khoảng 0,3 mm) nhằm lược bỏ phần lớn cặn và kết tủa vừa tạo thành, hạn chế tình trạng cặn đóng làm nghẹt cột lọc. Tiếp theo nước thô sẽ đi qua các lớp vật liệu lọc, đầu tiên là lớp cát, tiếp đến là lớp zeolite. Lớp vật liệu lọc này vừa có chức năng giữ lại phần FeAsO4 và Fe(OH)3 kết tủa còn sót lại, vừa có chức năng hấp phụ và giữ lại phần As chưa kịp kết tủa. Giữa các lớp vật liệu có đặt một tấm chắn bằng nhựa, có tác dụng cố định các lớp vật liệu, tránh làm xáo trộn các loại vật liệu lại với nhau và làm thay đổi chiều dày của các lớp vật liệu. Cuối cùng nước sạch được đưa vào bể chứa 2 để trữ nước và phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt hằng ngày. Thí nghiệm được tiến hành 3 lần.
e. Phƣơng pháp phân tích mẫu
Chỉ tiêu pH: Đo trực tiếp bằng giấy đo pH.
Hàm lượng As: Phân tích bằng kỹ thuật hóa hơi hydride (HS –
AAs) với NaBH4 3% và NaOH 1% sử dụng làm chất chuyển hàn nguyên bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử ZEEnit 700 hãng Analytik – Tena – Đức (Phòng Thí nghiệm Khoa Nông nghiệp và Tài nguyên thiên nhiên).
Hút 0,5 ml mẫu cho vào bình định mức 100 ml. Sau đó thêm 2 ml dung dịch HCl đậm đặc cộng với 2 ml dung dịch chuyển, rồi định mức lên 100 ml bằng dung dịch HCl 3% và để yên khoảng 45 phút. Sau đó đem mẫu đi đo và thu được kết quả là “a”.
Công thức tính hàm lượng As (ppb).
XAs (ppb) = (a×100) /0,5 Trong đó:
a: kết quả thu được bằng máy đo hấp thu nguyên tử ZEEnit 700 hãng Analytik – Tena – Đức.
100: hệ số pha loãng. 0,5: lượng mẫu sử dụng.
Sau khi phân tích mẫu ta sẽ lựa chọn ra mẫu có nồng độ As cao nhất để chạy mô hình xử lý As được xây dựng với quy mô trong phòng thí nghiệm.
Hàm lượng Fe: phân tích bằng kỹ thuật ngọn lửa (FL – AAs)
bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử ZEEnit 700 hãng Analytik – Tena – Đức (Phòng Thí nghiệm Khoa Nông nghiệp và Tài nguyên thiên nhiên).
Hiệu suất xử lý của mô hình xử lý As: D C A(%) 100% D Trong đó: A: hiệu suất xử lý As (%). C: hàm lượng As đầu ra (ppm). D: hàm lượng As đầu vào (ppm).
f. Phƣơng pháp xử lý số liệu
Kết quả sau khi phân tích sẽ được nhập, lưu trữ bằng phần mềm Word, Excel trên máy tính cá nhân.
Trên cơ sở các số liệu thu được, tiến hành chọn lọc, tổng hợp, thiết lập các bảng biểu, vẽ đồ thị để phục vụ cho việc thảo luận các kết quả được dễ dàng và thuận tiện hơn.
So sánh số liệu vừa phân tích được với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ngầm QCVN 09:2008/BTNMT để rút ra được kết luận về hiệu quả xử lý của mô hình.
Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.1 Kết quả phân tích hàm lƣợng As, Fe đầu vào và đầu ra
Các địa điểm được chọn để tiến hành lấy mẫu là: Ấp Phú Vinh, thị trấn Chợ Vàm, huyện Phú Tân; Ấp Phú Tâm, xã An Phú, huyện Tịnh Biên; Ấp 1, xã Phước Hưng, huyện An Phú; Ấp Phú Thạnh, xã Khánh An, huyện An Phú. Dựa vào các tài liệu đã được tham khảo từ các nguồn Sở Tài nguyên – Môi trường An Giang và Sở Khoa học – Công nghệ An Giang,… nhận thấy rằng những địa điểm nói trên có khả năng bị nhiễm As cao hơn so với những địa điểm khác. Nên chúng tôi quyết định tiến hành lấy mẫu tại các địa điểm nói trên sau đó đem về phòng thí nghiệm để phân tích hàm lượng As đầu vào. Sau khi đã có kết quả phân tích đầu vào, chúng tôi sẽ chọn ra mẫu nào có nồng độ As bị nhiễm cao nhất để sử dụng trong quá trình chạy mô hình xử lý As trong nước ngầm với quy mô phòng thí nghiệm.
Biểu đồ 4.1: Biểu đồ hình cột thể hiện kết quả phân tích hàm lượng Fe (ppm)
Biểu đồ 4.2: Biểu đồ hình cột thể hiện kết quả phân tích hàm lượng As (ppb)
đầu vào.
Từ các số liệu phân tích đầu vào cho thấy nồng độ As trong nước ngầm tại địa điểm ấp Phú Vinh, thị trấn Chợ Vàm, huyện Phú Tân (nồng độ As = 1580 ppbx) là cao nhất so với các địa điểm được chọn lấy mẫu còn lại. Nên ta sẽ sử dụng nước ngầm tại địa điểm ấp Phú Vinh, thị trấn Chợ Vàm, huyện Phú Tân trong quá trình chạy mô hình xử lý As trong nước ngầm.
Bảng 4.1: Kết quả đo lưu lượng dòng chảy của các nghiệm thức.
S T T
Nghiệm thức
Thời gian sục khí Lƣu lƣợng (lít/phút)
Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3 1 NT1 30’ 30’ 30’ 9'55" 16' 9'
Nhằm rút ngắn thời gian xử lý, nên thời gian sục khí của nghiệm thức 2 đã giảm đi phân nửa so với thời gian sục khí của nghiệm thức 1 là 30 phút.
Biểu đồ 4.3: Biểu đồ hình cột thể hiện kết quả phân tích hàm lượng As đầu ra.
Từ những số liệu trên biểu đồ 4.3 cho ta thấy rằng lưu lượng nước và thời gian sục khí đều tỷ lệ thuận với hiệu suất xử lý. Thời gian xử lý càng chậm thì vật liệu lọc càng hấp phụ được As nhiều hơn, hiệu suất xử lý cũng được tăng lên. Đồng thời nếu thời gian sục khí càng lâu thì hàm lượng As ở đầu ra càng thấp. Điều này đã được minh chứng cụ thể bằng các kết quả phân tích mẫu sau những lần chạy mô hình xử lý của nghiệm thức 1 và nghiệm thức 2. Trong nghiệm thức 1, với thời gian sục khí là 30 phút, nồng độ của As đã giảm đi một lượng khoảng 1274,1 ppb – 1427,69 ppb, hiệu suất trung bình đạt được là 85,89%. Nhưng hiệu suất xử lý đã giảm hơn 30% ở nghiệm thức 2, sau thời gian sục khí là 15 phút, nồng độ As chỉ giảm đi một lượng khoảng 819,8 ppb – 902,8 ppb, hiệu suất xử lý As trung bình cũng chỉ đạt 55,3%.
Biểu đồ 4.4: Biểu đồ hình cột thể hiện hiệu suất xử lý As (%) của nghiệm thức
1.
Biểu đồ 4.5: Biểu đồ hình cột thể hiện hiệu suất xử lý As (%) của nghiệm thức
Từ những số liệu phân tích cho thấy nồng độ As ở đầu ra sau quá trình sục khí đến quá trình lọc của nghiệm thức 1 đều thấp hơn nghiệm thức 2. Hay nói cách khác là hiệu quả xử lý As của nghiệm thức 1 cao hơn nghiệm thức 2. Hiệu suất xử lý đầu ra 1 của nghiệm thức 1 cao hơn hiệu suất xử lý đầu ra 1 của nghiệm thức 2, trung bình khoảng 1,55 lần. Điều này chứng tỏ thời gian sục khí có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo ra hợp chất keo tụ kết tủa FeAsO4 cũng như làm giảm nồng độ của As trong quá trình xử lý.
Vì trong nghiệm thức 2 ta đã giảm thời gian sục khí xuống còn 15 phút, nên bù lại ta bổ sung thêm lớp cát vàng dày 10 cm vào cột lọc nhằm làm tăng hiệu suất xử lý As của quá trình lọc. Lớp cát này có tác dụng làm cho dòng chảy qua lớp zeolite chậm lại, để lớp zeolite có thể hấp phụ được nhiều As hơn. Ngoài công dụng phụ vừa nêu, cát vàng còn được biết đến là một loại vật liệu có thể loại bỏ As ra khỏi nước. Nhưng kết quả cho thấy hiệu suất xử lý quá trình lọc của cả hai nghiệm thức cũng không có sự khác biệt nhiều. Tuy nhiên nếu ta so sánh chất lượng nước trước khi vào cột lọc và sau khi qua cột lọc của cả hai nghiệm thức thì ta thấy rằng:
Ở nghiệm thức 1:
Trong lần chạy thứ nhất, hàm lượng As tại đầu ra 1 là 210,4 ppb và đầu ra 2 là 42,38 ppb. Tức là hàm lượng As đã giảm đi 168,02 ppb (hay giảm xuống 4,96 lần).
Trong lần chạy thứ hai, hàm lượng As tại đầu ra 1 là 305,9 ppb và đầu ra 2 là 6,89 ppb. Tức là hàm lượng As đã giảm đi 299,01 ppb (hay giảm xuống 44,4 lần).
Trong lần chạy thứ ba, hàm lượng As tại đầu ra 1 là 152,31 ppb và đầu ra 2 là 61,29 ppb. Tức là hàm lượng As đã giảm đi 91,02 ppb (hay giảm xuống 2,49 lần).
Ở nghiệm thức 2:
Trong lần chạy thứ nhất, hàm lượng As tại đầu ra 1 là 760,2 ppb và đầu ra 2 là 195,9 ppb. Tức là hàm lượng As đã giảm đi 521,7 ppb (hay giảm xuống 4,35 lần).
Trong lần chạy thứ hai, hàm lượng As tại đầu ra 1 là 681,2 ppb và đầu ra 2 là 171,7 ppb. Tức là hàm lượng As đã giảm đi 509,5 ppb (hay giảm xuống 4,96 lần).
Trong lần chạy thứ ba, hàm lượng As tại đầu ra 1 là 677,2 ppb và đầu ra 2 là 155,5 ppb. Tức là hàm lượng As đã giảm đi 564,3 ppb (hay giảm xuống 3,88 lần).
Mặc dù hiệu suất xử lý ở đầu ra 2 của cả hai nghiệm thức gần tương đương nhau, nhưng lượng As bị hấp phụ bởi vật liệu lọc có sự khác biệt rất lớn. Tuy trong nghiệm thức 2, vật liệu lọc đã hấp phụ một lượng lớn As khoảng 509,5 ppb – 643 ppb với hiệu suất xử lý trung bình là 75,45% nhưng vẫn vượt QCVN gấp nhiều lần. Trong khi ở nghiệm thức 1, vật liệu lọc chỉ hấp phụ As từ 91,62 ppb – 299,01 ppb nhưng hiệu suất trung bình đạt được là 79,12% và đạt QCVN hơn. Điều này chứng tỏ vật liệu lọc có khả năng hấp phụ một lượng lớn As và lượng As bị hấp phụ sẽ phụ thuộc rất nhiều vào hàm lượng As sau quá trình sục khí. Hàm lượng As sau quá trình sục khí càng cao thì lượng As bị hấp phụ bởi vật liệu lọc càng nhiều, ngược lại hàm lượng As sau quá trình sục khí càng thấp thì lượng As bị hấp phụ bởi vật liệu lọc càng ít. Tuy nhiên lượng As bị hấp phụ nhiều cũng không đồng nghĩa với việc có thể xử lý hàm lượng As đạt đến nồng độ cho phép (50 ppb) với khoảng thời gian xử lý dao động từ 9 – 10 phút, mà còn làm cho vật liệu lọc nhanh chóng đạt tới trạng thái bão hòa, khi đó ta cần phải thay vật liệu lọc. Vì vậy chúng ta cần có bước xử lý sơ bộ thật tốt trước khi đưa nước vào quá trình lọc. Như vậy sẽ đảm bảo được chất lượng nước đầu ra, đồng thời vật liệu lọc sẽ có thể được sử dụng lâu hơn.
Ngoài ra mô hình còn có khả năng xử lý Fe với hiệu quả đạt được rất cao hơn 98%. Hiệu suất trung bình xử lý Fe của nghiệm thức 1 là 98,79% và nghiệm thức 2 là 99,32%.
4.2 Ƣu điểm và hạn chế của mô hình (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ưu điểm:
Vật liệu được dùng để xây dựng mô hình rất dễ tìm, đơn giản, có thể tự xây dựng tại nhà.
Chi phí để xây dựng mô hình tương đối thấp, phù hợp với thu nhập của người dân nông thôn.