Kết quả nghiên cứu vμ thảo luận
3.3. Khảo sát khả năng lọc của từng hệ thống:
Sau khi tiến hành thí nghiệm 2 về khả năng hấp phụ của cát, xỉ than, trấu đốt. Kết quả phân tích đ−ợc tổng hợp trong bảng 3.4, 3.5 và 3.6
Bảng 3.4. Kết quả phân tích hàm l−ợng Asen trong thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ hệ thống lọc bằng cát.
Thời gian (h) As ban đầu (mg/l) As còn lại (mg/l) Hiệu quả (%) 1
0.4009
0.3042 24.12
3 0.2197 45.2
5 0.2028 49.41
Các hạt cát với cấu trúc tinh thể của chúng, ở pH bình th−ờng, th−ờng mang điện tích âm, do đó hạt cát có khả năng hấp thụ các hạt mang điện tích d−ơng ở dạng keo hoặc lơ lửng nh− tinh thế cacbonat, các bông keo tụ, nhôm, mangan, sắt, Asen…những sản phẩm này th−ờng có điện tích bề mặt d−ơng, kể cả các cation sắt, nhôm, mangan… Quá trình hấp phụ các ion d−ơng đã làm giảm điện thế âm của bề mặt vật liệu lọc sẽ xảy ra hiện t−ợng quá bão hòa và bề mặt vật liệu lọc trở nên tích điện d−ơng, do đó lại xảy ra quá trình hấp phụ thứ hai, hấp phụ các hạt mang điện tích âm xảy ra. Các hạt keo có nguồn gốc từ động thực vật, các chất bẩn hòa tan, các anion nh− NO3-, PO3-… sẽ đ−ợc hấp phụ ở giai đoạn này. Quá trình hấp phụ các hạt mang điện tích âm sẽ đạt đến bão hòa và trên bề mặt vật liệu lại xảy ra quá trình hấp phụ các hạt mang điện tích d−ơng. Hiện t−ợng đảo thế bề mặt vật liệu lọc xảy ra liên tục và điện thế bề mặt sẽ giảm dần theo thời gian lọc. Do đó lực hấp phụ giảm và hiệu suất lọc theo cơ chế này cũng giảm dần theo thời gian.
Khi lọc n−ớc có chứa các cặn bẩn qua lớp cát có thể xảy ra các quá trình sau:
- Cặn bẩn chứa n−ớc lắng đọng thành màng mỏng trên bề mặt của lớp cát (th−ờng đ−ợc gọi là màng lọc).
- Cặn bẩn chứa trong n−ớc lắng đọng trong lớp cát.
- Một phần cặn lắng đọng trên bề mặt tạo thành màng lọc, còn một phần khác thì lắng đọng trong các lỗ rỗng của lớp cát.
Asen đ−ợc loại bỏ khỏi n−ớc trong bể lọc cát nhờ sự kết tủa với Fe3+ trên bề mặt các hạt cát không gian giữa các lỗ rỗng trong lớp cát. Fe2+ ở dạng hòa tan trong n−ớc, sẽ bị oxi hóa bởi oxi không khí để tạo thành một lớp hấp phụ mỏng. As trong n−ớc sẽ hấp phụ vào lớp Fe(OH)3 đó và giữ lại ở lớp cát lọc. Kết quả n−ớc ra khỏi bể lọc đã đ−ợc loại bỏ bớt As và Fe.
Hiện nay, có một số ph−ơng pháp có khả năng trích lọc As với hiệu quả cao nh− RO (reverse asmosis), NF (nano filtration) có thể lọc tới 100% As, UF (ultrafiltration) và ED (electrodialysis) có hiệu quả kém hơn. Tuy nhiên giá thành (đối với Việt Nam) của các vật liệu này là khá cao. Vì vậy, đối với hộ gia đình, bể lọc cát là giải pháp cần thiết cần thiết để xử lý n−ớc n−ớc ô nhiễm As, tuy hiệu quả không đạt 100%. Cụ thể là nhìn vào bảng 3.4 ta thấy: trong 1h đầu tiên, l−ợng As lọc đ−ợc là 0.0967 mg (~0.1 mg), đạt hiệu quả là 24.12%. Nh−ng sau 3h đến 5h, hiệu quả xử lý của hệ thống lọc bằng cát đã tăng lên đáng kể là 45.2- 49.41%.
Trong thực tế, bể lọc cát kết hợp với giàn phun m−a sẽ đem lại hiệu quả lọc As cao, đạt tới 94-99% (trung tâm n−ớc sinh hoạt và vệ sinh môi tr−ờng nông thôn tỉnh Hà Nam).
Bảng 3.5. Kết quả phân tích hàm l−ợng Asen trong thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ hệ thống lọc bằng xỉ than.
.
Thời gian (h) As ban đầu (mg/l) As còn lại (mg/l) Hiệu quả (%) 1
0.4078
0.3984 2.31
3 0.3909 4.14
Bảng 3.6. Kết quả phân tích hàm l−ợng Asen trong thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ hệ thống lọc bằng trấu đốt.
Thời gian (h) As ban đầu (mg/l) As còn lại (mg/l) Hiệu quả (%) 1
0.4078
0.3792 7.01
3 0.3025 25.82
5 0.1529 62.51
Asen còn có thể đ−ợc hấp phụ trên bề mặt của các vật liệu gốc xenlulo nh− than hoạt tính đã xử lý một số hợp chất kim loại, các hợp chất oxit sắt, oxit titan, mùn c−a, bột giấy,… Đây là ph−ơng pháp có thể tận dụng đ−ợc các vật liệu sẵn có trong tự nhiên n−ớc ta, đặc biệt là có thể sử dụng các phế phẩm của các ngành công nghiệp khác để đ−a vào sử dụng, đem lại ý nghĩa kinh tế cao. Trấu đốt và xỉ than đ−ợc xử lý (nh− phần chuẩn bị vật liệu) để làm tăng lỗ hổng nhằm tăng hiệu quả của quá trình hấp phụ.
Trong thực tế, đã có nhiều vật liệu đ−ợc sử dụng để hấp phụ As nh− tro của than đá ở Bangladesh (hiệu quả đạt gần 100%), đất sét, đá ong, đá son (limonit) của PGS.TS Trần Hồng Côn và cộng sự tại khoa hóa tr−ờng ĐH KHTN-ĐHQG Hà Nội, và một số vật liệu nh− trấu đôt, xỉ than. Nhìn vào bảng 3.5 và 3.6 ta thấy:
- Đối với xỉ than, khả năng hấp thụ As ch−a cao, sau 5h mới chỉ đạt hiệu quả là 4.22%.
- Đối với trấu đốt, trong 1h và 3h hiệu quả còn thấp, chỉ đạt 7,01- 25,82%, nh−ng sau 5h thì hiệu quả lại tăng lên rõ rệt, đạt 62.51%.
Nh− vậy, trong 3 loại vật liệu nghiên cứu thì xỉ than có hiệu quả đạt thấp nhất (4.22%). Cát và trấu đốt đạt hiệu quả cao (cát là 49.41% và trấu đốt là 65.51%).
24.12 2.317.01 45.2 4.14 25.82 49.41 4.22 62.51 0 10 20 30 40 50 60 70 Hi ệ u q u ả (% ) 1 3 5 Thời gian (h) Hệ thống 1 Hệ thống 2 Hệ thống 3
Hình 3.3. Biểu đồ tỉ lệ % As đ−ợc hấp phụ qua các hệ thống lọc sau 1h, 3h và 5h.