Đồ án Nghiên cứu khả năng xử lý Asen trong nước ngầm của xương rồng bà trên các mẫu nước nhân tạo. Ứng dụng vào xử lý nguồn nước ngầm tự nhiên tại huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận

95 trang thiennha21 13/04/2022 6070

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu khả năng xử lý Asen trong nước ngầm của xương rồng bà trên các mẫu nước nhân tạo. Ứng dụng vào xử lý nguồn nước ngầm tự nhiên tại huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

do_an_nghien_cuu_kha_nang_xu_ly_asen_trong_nuoc_ngam_cua_xuo.pdf

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu khả năng xử lý Asen trong nước ngầm của xương rồng bà trên các mẫu nước nhân tạo. Ứng dụng vào xử lý nguồn nước ngầm tự nhiên tại huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM CỦA XƯƠNG RỒNG BÀ TRÊN CÁC MẪU NƯỚC NHÂN TẠO. ỨNG DỤNG VÀO XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC NGẦM TỰ NHIÊN TẠI HUYỆN HÀM THUẬN BẮC, TỈNH BÌNH THUẬN VIỆN KHOA HỌC ỨNG DỤNG HUTECH Ngành: Kỹ thuật môi trường Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường GVHD : PGS.TS Thái Văn Nam SVTH : Phan Văn Trường Lớp : 14DMT03 MSSV : 1411090461 TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2018
LỜI CAM ĐOAN Tôi: Phan Văn Trƣờng xin cam đoan: Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên cơ sở các số liệu liên quan và thực hiện theo hƣớng dẫn của giáo viên hƣớng dẫn. - Đồ án đƣợc thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả của riêng tôi, không sao chép theo bất cứ đồ án tƣơng tự nào. - Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án điều đƣợc trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tham khảo. - Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trƣờng, tôi xin hoàn toàn chiu trách nhiệm. TP. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 07 năm 2018 Sinh viên Phan Văn Trƣờng
LỜI CẢM ƠN Trên thực tế, không có thành công nào mà không có sự giúp đỡ, hỗ trợ, dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngƣời khác. Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, trƣớc tiên tôi xin gửi tới Ban giám hiệu trƣờng Đại học công nghệ TP. Hồ Chí Minh, lãnh đạo và Ban chủ nhiệm Viện KHƢD HUTECH lời cảm ơn sâu sắc, niềm tự hào vì đã đƣợc học tập tại Trƣờng trong những năm qua. Chân thành cảm ơn đến những thầy cô giáo đã giảng dạy em trong bốn năm qua, những kiến thức mà em nhận đƣợc trên giảng đƣờng đại học sẽ là hành trang giúp em vững bƣớc trong tƣơng lai. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GVHD, PGS.TS Thái Văn Nam , Viện KHƢD HUTECH, Đại học công nghệ TP. Hồ Chí Minh đã tận tâm, tận lực giúp đỡ, hƣớng dẫn và chỉ bảo tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn ThS. Trịnh Trọng Nguyễn – cán bộ quản lý Phòng thí nghiệm Trƣờng đại học công nghệ TP. Hồ Chí Minh đã hỗ trợ các thiết bị, 1 phần hóa chất trong quá trình tôi thực hiện đề tài trong phòng thí nghiệm. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, ngƣời thân và các bạn bè tôi, đã quan tâm sâu sắc, chia sẻ khó khăn và động viên và giúp đỡ để tôi hoàn thành đồ án này. Sinh viên Phan Văn Trƣờng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 7 1.1. GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ XƢƠNG RỒNG BÀ (NOPAL CACTUS) 7 1.1.1 Nguồn gốc 7 1.1.2 Đặc điểm hình thái 8 1.1.3 Các thành phần chính trong xƣơng rồng 9 1.1.4 Công dụng 11 1.1.5 Tình hình phân bố cây xƣơng rồng ở Việt Nam 11 1.2. KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC CỦA CÂY XƢƠNG RỒNG BÀ 12 1.2.1 Các nghiên cứu ngoài nƣớc 12 1.2.2 Nghiên cứu trong nƣớc 15 1.3. NƢỚC CẤP VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC CẤP 16 1.3.1 Tầm quan trọng của nguồn nƣớc 16 1.3.2 Một số chứng bệnh liên quan đến thiếu nƣớc sạch 16 1.3.3 Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc ngầm và tiêu chuẩn chất lƣợng sử dụng nƣớc 17 i
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.3.4 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc 24 1.4. TỔNG QUAN VỀ ASEN VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ ASEN 31 1.4.1 Giới thiệu chung về Asen 31 1.4.2 Nguồn gốc và sự phân bố Asen trong tự nhiên 31 1.4.3 Cấu tạo và tính chất của Asen 32 1.4.4 Các dạng tồn tại của Asen trong môi trƣờng. 35 1.4.5 Độc học của Asen. 36 1.4.6 Cơ chế ô nhiễm Asen và sự tồn tại của Asen trong nƣớc. 38 1.4.7 Ảnh hƣởng của Asen đến sức khỏe con ngƣời. 38 1.4.8 Ô nhiễm Asen trong nƣớc ngầm trên thế giới và Việt Nam. 41 1.4.9 Các phƣơng pháp xử lý Asen 46 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 52 2.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM THỰC HIỆN 52 2.2. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 52 2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 53 2.3.1 Nghiên cứu khả năng loại bỏ Asen bằng bột khô xƣơng rồng bà trên các mẫu nƣớc gây nhiễm As(III) nhân tạo 53 2.3.2 Đánh giá khả năng loại bỏ Asen bằng bột khô xƣơng rồng trên các mẫu nƣớc ngầm tự nhiên. 54 2.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 54 2.4.1 Phƣơng pháp luận 54 2.4.2 Phƣơng pháp cụ thể 57 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 64 3.1. CẤU TRÚC BỀ MẶT VẬT LIỆU 64 ii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.2. XÁC ĐỊNH CÁC GIÁ TRỊ TỐI ƢU TRÊN MẪU NƢỚC NHÂN TẠO 65 3.2.1 pH tối ƣu 65 3.2.2 Liều lƣợng keo tụ tối ƣu 68 3.2.3 Tốc độ khuấy tối ƣu 70 3.2.4 Thời gian khuấy tối ƣu 72 3.2.5 Đánh giá hiệu quả xử lý ở các nồng độ khác nhau 75 3.2.6 Đánh giá khả năng xử lý các mẫu nƣớc ngầm tự nhiên bằng bột khô xƣơng rồng bà 77 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 iii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 : Giá trị giới hạn của các thông số chất lƣợng nƣớc dƣới đất 22 Bảng 1.2 : Chất lƣợng nƣớc cấp cho sinh hoạt ăn uống 24 Bảng 1.3 : Nồng độ Asen trong nƣớc ở một số khu vực trên thế giới 43 Bảng 2.1: Các thiết bị chính dùng trong nghiên cứu 5468 Bảng 3.1: Kết quả xử lý keo tụ nƣớc nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,25(mg/L) bằng bột xƣơng rồng khô ở các pH khác nhau. 6968 Bảng 3.2: Kết quả xử lý keo tụ nƣớc nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,05(mg/L) bằng bột xƣơng rồng khô ở các pH khác nhau .70 Bảng 3.3: Kết quả xử lý keo tụ nƣớc nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,25 (mg/L) bằng bột khô bà xƣơng rồng ở các liều lƣợng chất keo tụ khác nhau 72 Bảng 3.4: Kết quả xử lý keo tụ nƣớc nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,05 (mg/L) bằng bột khô bà xƣơng rồng ở các liều lƣợng chất keo tụ khác nhau 73 Bảng 3.5: Kết quả xử lý keo tụ nƣớc nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,25 (mg/L) bằng bột xƣơng rồng khô ở các tốc độ khuấy khác nhau. 74 Bảng 3.6: Kết quả xử lý keo tụ nƣớc nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,05 (mg/L) bằng bột xƣơng rồng khô ở các tốc độ khuấy khác nhau. 75 Bảng 3.7: Kết quả xử lý keo tụ nƣớc nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,25 (mg/L) bằng bột xƣơng rồng khô ở các thời gian khuấy khác nhau. 77 Bảng 3.8: Kết quả xử lý keo tụ nƣớc nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,05 (mg/L) bằng bột xƣơng rồng khô ở các thời gian khuấy khác nhau. 73 Bảng 3.9: Kết quả xử lý keo tụ nƣớc nhiễm Asen nhân tạo (mg/L) bằng bột xƣơng rồng khô ở các nồng độ khác nhau. 80 Bảng 3.10: Kết quả xử lý keo tụ mẫu nƣớc ngầm tự nhiên . 82 iv
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cây xƣơng rồng bà 9 Hình 1.2: Các hợp chất quan trọng của xƣơng rồng 11 Hình 1.3 : Sơ đồ xử lý nƣớc ngầm 31 Hình 1.4 :Mô hình cấu tạo nguyên tử Asen 34 Hình 1.5: Các dạng tồn tại Asen trong tự nhiên 35 Hình 1.6: Sự xăm nhập của Asen và các hợp chất của nó trong cơ thể 38 Hình 1.7: Các con đƣờng thâm nhập As vào cơ thể con ngƣời 40 Hình 1.8: Ô nhiễm Asen ở Việt Nam 47 Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu 59 Hình 2.2: Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét 61 Hình 3.1: Ảnh bề mặt bột khô xƣơng rồng bà (SEM) 68 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn khả năng xử lý Asen bằng bột khô xƣơng rồng bà ở các pH khác nhau 71 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn khả năng xử lý Asen bằng bột khô xƣơng rồng bà ở các liều lƣợng khác nhau 74 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn khả năng xử lý Asen bằng bột khô xƣơng rồng bà ở các tốc độ khuấy khác nhau 76 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn khả năng xử lý Asen bằng bột khô xƣơng rồng bà ở các thời gian khuấy khác nhau 79 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn khả năng xử lý Asen bằng bột khô xƣơng rồng bà ở các nồng độ khác nhau 81 Hình 3.7: Đánh giá khả năng xử lý các mẫu nƣớc ngầm tự nhiên bằng bột khô xƣơng rồng bà 83 v
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Ý nghĩa 1 BGBL Brilliant Green Bile Salt – Dịch trích hỗn hợp 2 BYT Bộ Ytế 3 CE Combined extract (GE +NE) 4 COD Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy hóa học 5 DS Disolved solid – Chất rắn hòa tan 6 EDX Energy-dispersive X-ray spectroscopy- Phổ tán xạ năng lƣợng tia X 7 GDP Gross Domestic Product – Tổng sản phẩm nội địa 8 GE Gelling extract – Dịch trích dạng keo 9 LL Liều Lƣợng 10 NE Non-gelling extract – Dịch trích dạng không keo 11 NTU Nephelometric Turbidity Units – Đơn vị đo độ đục 12 OFI Opuntia ficus-indica – Xƣơng rồng bà 13 PW Pepton Water –Dung dịch pepton 14 QCVN Quy Chuẩn Việt Nam 15 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 16 TĐK Tốc độ khuấy 17 TGK Thời gian khuấy 18 TP.HCM Thành Phố Hồ Chí Minh 19 TT Thông tƣ 20 UNICRF United Nations Children’s Fun (Qũy Nhi Đồng Liên Hiệp Quốc) 21 VS Volatile solide – Chất rắn bay hơi 22 WB World Bank - Ngân hàng Thế giới 23 WHO World Health Organizzation (Tổ chức Y tế Thế giới) vi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tại Việt Nam, mức độ ô nhiễm và khan hiếm nguồn nƣớc đang trong tình trạng báo động.Những hệ lụy về thiếu nƣớc sạch đang ảnh hƣởng trực tiếp đến đời sống ngƣời dân.Khoảng 20% dân cƣ tại Việt Nam chƣa đƣợc tiếp cận nguồn nƣớc sạch. Theo thống kê của Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trƣờng, hiện có khoảng 17.2 triệu ngƣời Việt Nam (tƣơng đƣơng 21.5% dân số) đang sử dụng nguồn nƣớc sinh hoạt từ giếng khoan, chƣa đƣợc kiểm nghiệm hay qua xử lý [2]. Thống kê của Bộ Y tế và Bộ Tài nguyên – Môi trƣờng, trung bình mỗi năm Việt Nam có khoảng 9,000 ngƣời tử vong vì nguồn nƣớc và điều kiện vệ sinh kém. Hàng năm, có gần 200,000 ngƣời mắc bệnh ung thƣ mới phát hiện, mà một trong những nguyên nhân chính bắt nguồn từ ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, 30% ngƣời dân chƣa nhận thức đƣợc tầm quan trọng của nƣớc sạch [3]. Thực trạng khan hiếm nƣớc sạch cũng nhƣ ý thức bảo vệ nguồn tài nguyên nƣớc của ngƣời dân Việt Nam chƣa cao. Đánh giá của Tổng cục Môi trƣờng, mỗi ngày cả nƣớc khai thác hàng triệu m³ nƣớc ngầm cung cấp cho hơn 300 nhà máy nƣớc khai thác thành nƣớc sinh hoạt[4]. Nhƣng, đáng lo ngại là nguồn nƣớc ngầm đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm, từ việc bị xâm nhập mặn trên diện rộng, ô nhiễm vi sinh, cho tới ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng do việc khai thác tràn lan, thiếu quy hoạch và không có kế hoạch bảo vệ nguồn nƣớc. Hầu hết đô thị lớn đều bị ô nhiễm nƣớc ngầm do tốc độ đô thị hóa, đặc biệt là ở Hà Nội và TP.HCM. Ngoài ra, tại các khu vực miền Trung hiện trạng khan hiếm nƣớc sạch xảy ra hằng ngày do hạn hán kéo dài. Ở nông thôn ngƣời dân phần lớn chƣa đƣợc tiếp cận với nƣớc sạch, nguồn nƣớc sử dụng chính là nƣớc mƣa tích trữ trong các chum vại, một là nguồn nƣớc ngầm (nƣớc giếng) một số sử dụng trực tiếp sau khai thác, một số nhỏ các công trình chứa nƣớc nhỏ lắng sơ bộ trƣớc khi sử dụng. Nhƣng chất lƣợng nƣớc cũng không đảm bảo. Hàm lƣợng chất ô nhiễm trong nƣớc vẫn còn cao và điển hình là ô nhiễm Asen trong nƣớc là một trong những mối đe dọa lớn đối với sức khỏe con ngƣời. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhiễm Asen có thể gây những căn bệnh nguy hiểm nhƣ ung thƣ da, bàng quang, thận, phổi, và nhiều căn bệnh khác. Ngoài ra, Asen còn đầu độc hệ tuần hoàn Hiện nay, trên thế giới và ở Việt Nam đã và đang áp dụng nhiều phƣơng pháp xử lý asen nhƣ: hấp phụ, trao đổi ion, kết tủa, lắng lọc, thẩm thấu ngƣợc, điện thẩm tích, Nhƣng ít đƣợc sử dụng rộng rải ở các vùng nông thôn vì tính kinh tế của các phƣơng pháp này và đòi hỏi ngƣời dân áp dụng phải có trình độ cao. Một số nơi trên thế giới đã có các biện pháp xử lý nƣớc dùng cho ăn uống từ các thực vật tự nhiên không độc hại nhƣ hóa chất tránh ảnh hƣởng đến sức khỏe trong các khu vực nghèo, hạn chế về khả năng tài chính không thể áp dụng các công nghệ xử lý nƣớc hiện đại. Theo các chuyên gia Canada thuộc Trung tâm Công nghệ nƣớc và Môi trƣờng giá rẻ, ở các vùng nông thôn thiếu nƣớc sạch, nông dân có thể sử dụng nhánh xƣơng rồng để xử lý nƣớc uống [5]. Trên cơ sở chất nhầy cây xƣơng rồng bà (Nopal cactus) chất chống oxy hóa có khả năng loại bỏ chất hữu cơ cũng nhƣ độ màu của nƣớc, bột khô xƣơng rồng đƣợc chứng minh về có khả năng loại bỏ nồng độ kim loại nặng (Asen) tốt nhất trong các dạng chiết xuất dùng trong keo tụ xử lý nƣớc. Xƣơng rồng có nguồn gốc ở châu Mỹ, đƣợc nhập trồng khoảng thế kỷ thứ 17, nay trở thành hoang dại, rất thông thƣờng trên đất cát hoang dọc bờ biển miền Trung nƣớc ta, có sức sống mãnh liệt dễ tìm kiếm. Với mong muốn tìm một biện pháp xử lý nƣớc sạch dùng trong sinh hoạt cho ngƣời dân khu vực không có nƣớc sạch đảm bảo an toàn nhƣng ít tốn chi phí và dễ dàng thực hiện, đặt biệt về mùa khô hạn là việc làm hết sức cần thiết. Vì vậy, trên cơ sở kế thừa và tiếp tục phát triển từ nghiên cứu “Nghiên cứu khả năng loại bỏ độ đục, độ màu và COD trong một số nguồn nước sử dụng bột khô xương rồng bà, Nopal cactus.” của tác giả Nguyễn Thị Tiên. Đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý Asen trong nƣớc ngầm của xƣơng rồng bà trên các mẫu nƣớc nhân tạo. Ứng dụng vào xử lý nguồn nƣớc ngầm tự nhiên tại huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận” đƣợc thực hiện. Đề tài sẽ xem xét khả năng loại bỏ một số chất ô nhiễm điển hình trong nƣớc mặt làm tiền đề SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP cho xây dựng giải pháp xử lý nƣớc đơn giản, tiện lợi và rẻ tiền tân dụng các nguồn thực vật sẵn có ở địa phƣơng đặc biệt là khu vực miền Trung, Việt Nam. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2.1.Mục tiêu chung Nghiên cứu khả năng loại bỏ Asen trong một số nguồn nƣớc sử dụng bột khô từ cây xƣơng rồng bà, Nopal cactus. 2.2. Mục tiêu cụ thể 1. Xác định cấu trúc bề mặt vật liệu bột xƣơng rồng khô. 2. Xác định các giá trị tối ƣu nhƣ: pH, liều lƣợng chất keo tụ, vận tốc khuấy, tốc độ khuấy và thời gian khuấy trên mẫu nƣớc gây nhiễm As (III) nhân tạo. 3. Đánh giá khả năng loại bỏ Asen trên một số mẫu nƣớc ngầm tự nhiên 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung 1: Tổng quan tài liệu Tìm hiểu các nghiên cứu trong nƣớc và ngoài nƣớc liên quan đến đề tài thực hiện, tìm hiểu các phƣơng pháp thực hiện, tiến hành nghiên cứu, nắm bắt các vấn đề cần phải khắc phục hoặc kế thừa phát triển từ nền tảng các nghiên cứu trƣớc đó. Tổng quan về xƣơng rồng bà. Tổng quan các phƣơng pháp xử lý nƣớc. Tổng quan các phƣơng pháp xử lý Asen Nội dung 2: Xác định cấu trúc bề mặt vật liệu Tạo bột khô cây xƣơng rồng đúng phƣơng pháp và bảo quản trong điều kiện thích hợp tránh gây các sai sót trong quá trình nghiên cứu và kết quả nghiên cứu. Gửi mẫu chụp ảnh SEM, cấu trúc bề mặt vật liệu. Phân tích, nhận xét các ảnh chụp và so sánh với các nghiên cứu liên quan. Nội dung 3: Xác định các giá trị tối ƣu trên mẫu nƣớc nhiễm Asen nhân tạo và khảo sát hiệu quả xử lý trên một số mẫu nƣớc ngầm tự nhiên. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Tạo nguồn nƣớc nhân tạo có nồng độ Asen khác nhau từ 0,01 – 0,5 mg/L. - Thực hiện thí nghiệm 1: xác định pH tối ƣu. - Thực hiện thí nghiệm 2: xác định liều lƣợng chất keo tụ tối ƣu. - Thực hiện thí nghiệm 3: xác định tốc độ khuấy tối ƣu. - Thực hiện thí nghiệm 4: xác định thời gian khuấy tối ƣu. - Thực hiện thí nghiệm 5: thử nghiệm hiệu quả xử lý Asen ở các điều kiện tối ƣu với các nồng độ ô nhiểm thực tế khác nhau. - Thực hiện thí nghiệm 6: khảo sát, so sánh hiệu quả xử lý của bột khô xƣơng rồng bà và phèn nhôm trên một số mẫu nƣớc ngầm tự nhiên. 4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực hiện để tài nghiên cứu chúng tôi dùng các phƣơng pháp sau: - Phƣơng pháp tạo vật liệu keo tụ. - Phƣơng pháp xác định cấu trúc bề mặt. - Phƣơng pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu. - Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm. - Phƣơng pháp xử lý số liệu thống kê. Các phƣơng pháp thực hiện cụ thể sẽ đƣợc trình bày rõ ở Chƣơng 2. 5. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5.1. Đối tƣợng nghiên cứu Đồ án tốt nghiệp chủ yếu nghiên cứu về các đối tƣợng sau: Vật liệu keo tụ tự nhiên, bột khô xƣơng rồng bà. Xƣơng rồng bà (Nopal cactus) có tên tiếng anh là Opuntia ficus indica còn gọi là xƣơng rồng tai thỏ thuộc họ Cactaceae đƣợc thu về từ những bãi cát tại huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận. Mẫu nƣớc ngầm: đƣợc lấy từ huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận 5.2. Phạm vi nghiên cứu SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhƣ tên gọi của đề tài đƣợc giao nhiệm vụ là “Nghiên cứu khả năng xử lý Asen trong nƣớc ngầm của xƣơng rồng bà trên các mẫu nƣớc nhân tạo. Ứng dụng vào xử lý nguồn nƣớc ngầm tự nhiên tại huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận‖ đƣợc giới hạn trong mục tiêu, nhiệm vụ nêu trên.Thời gian và kinh phí hạn chế nên việc nghiên cứu chỉ thực hiện trên nguồn nƣớc nhiễm Asen nhân tạo và một số mẫu nƣớc ngầm tự nhiên thuộc huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình . 6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN 6.1. Ý nghĩa khoa học Việc thực hiện đề tài ―Nghiên cứu khả năng xử lý Asen trong nƣớc ngầm của xƣơng rồng bà trên các mẫu nƣớc nhân tạo. Ứng dụng vào xử lý nguồn nƣớc ngầm tự nhiên tại huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận‖ tạo thêm một mảnh ghép góp phần ngày càng hoàn thiện thêm công tác nghiên cứu tìm kiếm các chất keo tụ tự nhiên phục vụ cho công tác xử lý nƣớc tiết kiệm, thân thiện với môi trƣờng lại an toàn cho sức khỏe con ngƣời. Kết quả nghiên cứu có thể sẽ là nền tảng, cung cấp các cơ sở dữ liệu cũng nhƣ là tài liệu tham khảo cho các công trình nghiên cứu tiếp theo. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn Trong thực tiễn việc nghiên cứu của đề tài giúp giải quyết đƣợc một số vấn đề cấp bách về nguồn nƣớc sạch ngƣời dân ở vùng nông thôn, đặt biệt là các vùng khan hiếm nguồn nƣớc sạch và có trử lƣợng nƣớc ngầm lớn nhƣ miền Trung, có một phƣơng pháp xử lý nƣớc mặt không tốn nhiều chi phí phù hợp cho hoàn cảnh và điều kiện nơi đây. Việc áp dụng một cách thức xử lý ít tốn kém và tận dụng đƣợc nguồn nguyên liệu có sẵn giải quyết các khó khăn trƣớc mắt của ngƣời dân khi không thể tiếp cận đƣợc nguồn nƣớc sạch của nhà nƣớc. Bên cạnh đó sẽ tạo nền tảng vững chắc trong phát triển kinh tế xã hội, mọi ngƣời dân có thể tự áp dụng không cần có trình độ cao. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7. CẤU TRÚC ĐỒ ÁN Đồ án tốt nghiệp đƣợc cấu trúc thành 3 phần với 3 chƣơng nội dung chính: Phần mở đầu: Đề cập đến đặt vấn đề cho đề tài và các mục tiêu nghiên cứu, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn khi thực hiện đề tài Tốt nghiệp. Chƣơng 1:Tổng quan tài liệu Giới thiệu về xƣơng rồng bà (Nopal cactus) nguồn gốc, thành phần chính cũng nhƣ các công dụng của xƣơng rồng bà, tình hình phân bố ở Việt Nam hiện nay, Tổng quan tài liệu các nghiên cứu về khả năng xử lý nƣớc của xƣơng rồng bà tìm cơ sở khoa học cho nghiên cứu và sơ lƣợc các phƣơng pháp xử lý nƣớc, xử lý Asen và tầm quan trọng của nƣớc đối với con ngƣời. Chƣơng 2: Phƣơng pháp và vật liệu nghiên cứu Trình bày các phƣơng pháp sử dụng để thực hiện đề tài, vật liệu dùng cho nghiên cứu và địa điểm tiến hành thực hiện Đồ án Tốt nghiệp. Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận Trình bày các kết quả thu đƣợc, kết quả cấu trúc bề mặt vật liệu (bột khô xƣơng rồng bà) trên ảnh SEM, các giá trị tối ƣu đƣợc xác định với mẫu nƣớc nhân tạo, hiệu quả xử lý các mẫu nƣớc ngầm tự nhiên bằng bột khô xƣơng rồng bà và thảo luận, giải thích và bình luận các kết quả trên so với các nghiên cứu trƣớc đó. Kết luận và kiến nghị Tổng kết các kết quả thu đƣợc từ đề tài, các vấn đề làm đƣợc và chƣa đƣợc. Đƣa ra những kiến nghị cụ thể nhằm phát triển đề tài nghiên cứu có thể áp dụng cho thực tiễn. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ XƢƠNG RỒNG BÀ (NOPAL CACTUS) 1.1.1 Nguồn gốc Xƣơng rồng Nopal cactus hay Opuntia ficus indica còn gọi là xƣơng rồng tai thỏ, là loại xƣơng rồng ăn đƣợc, mọc tự nhiên rất nhiều ở khu vực đất khô cằn và bán khô hạn Tây Bắc Mexico và Tây Nam Hoa Kỳ. Nhƣng cũng đƣợc tìm thấy ở Châu Phi, Châu Úc, Nam Âu và Châu Á. Đã từ lâu đời, cƣ dân địa phƣơng dùng xƣơng rồng Nopal để chăn nuôi, làm thực phẩm, thuốc chữa bệnh vì thế cây xƣơng rồng Nopal cũng là một nét biểu trƣng văn hoá, một logo của miền viễn Tây châu Mỹ. Giới (Kingdom) Thực vật Ngành (Division) Thực vật có hoa Lớp (Class) Thực vật hai lá mầm Bộ (Ordo) Caryophyllales Họ (Familia) Cactaceae (Nguồn:http:// en.wikipedia.org/wiki/cactaceae). Cây xƣơng rồng thƣờng là loại cây mọng nƣớc thuộc họ Cactaceae (có cây ra hoa hai lá mầm). Họ Cactaceae có từ 24 đến 220 chi, tùy theo nguồn (90 chi phổ biến nhất), trong đó có từ 1,500 đến 1,800 loài. Những cây xƣơng rồng đƣợc biết đến nhƣ là có nguồn gốc từ Châu Mỹ, nhất là ở những vùng sa mạc. Cũng có một số loại biểu sinh trong rừng nhiệt đới, những loại đó mọc trên những cành cây, vì ở đó mƣa rơi xuống rất nhanh, cho nên ở đó thƣờng xuyên bị khô. Hình 1.1: Cây xương rồng bà SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.1.2 Đặc điểm hình thái Xƣơng rồng là một loài thực vật mọng nƣớc, ƣa ánh sáng, đặc biệt là ánh sáng trực tiếp vào buổi sáng. Có nhiều dạng phát triển: thành cây lớn, thành bụi hoặc phủ sát mặt đất. Đa số các loài xƣơng rồng đều mọc và phát triển từ đất, nhƣng cũng có rất nhiều loài kí sinh trên các loài cây khác để phát triển. Trung bình, một cây xƣơng rồng sống rất lâu, tới hơn 300 năm, và cũng có loài chỉ sống 25 năm. Gai xƣơng rồngchính là lá của chúng bị biến đổi. Một số xƣơng rồng, gai và lông đều mọc lên từ các cụm chân gai (areoles). Mục đích gai và lông là: - Giảm thiểu tối đa sự thoát hơi nƣớc. - Đón bắt lƣợng mƣa và sƣơng đêm ít ỏi của vùng hoang mạc. Thân: Xƣơng rồng bà có thân hình tai thỏ hay còn gọi là bàn chải xếp chồng lên nhau. Bên trong thân cây xƣơng rồng là các màng nhầy dạng gel. Chính códạng này xƣơng rồng mới giữ đƣợc một lƣợng nƣớc lớn trong cơ thể để có thểchịu đựng sự khô hạn trong một thời gian dài. Hầu nhƣ tất cả các loài xƣơng rồng có vị đắng, thỉnh thoảng bên trong còn có nhựa đục. Da cây xƣơng rồng thƣờng trơn láng, có độ dai dẻo nhất định, ít có tế khổng. Mục đích là để hạn chế sự mất nƣớc và giảm ảnh hƣởng của bức xạ mặt trời. Hoa: Cánh hoa phân bố đồng đều và đồng tâm, hoa đa phần là lƣỡng tính, nở vào cả sáng và tối tuỳ theo loài. Hình dạng thay đổi từ dạng phễu qua dạng chuông và tới dạng tròn phẳng, kích thƣớc trong khoảng từ 0,2 đến 15-30cm. Phần lớn có đài hoa (từ 5 – 50 cái hoặc hơn), thay đổi dạng từ ngoài vào trong, từ lá bắc đến cánh hoa. Số lƣợng nhị rất lớn, từ 50 đến 1.500 (hiếm khi ít hơn). Trái xƣơng rồng có vị ngọt, nhiều hạt. Điều này kích thích các loạichim, dơi đến ăn và sau đó mang các hạt đi phát tán nhiều nơi khác để có thế hệxƣơng rồng về sau.Một trái chứa khoảng 3.000 hạt, mỗi hạt dài 0,4 - 12 mm. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ rễ xƣơng rồng thƣờng bò lan theo chiều ngang hơn là chiều sâu. Lý do chính là lƣợng nƣớc trong đất nơi nó sống thƣờng tập trung ở phần lớp đất mặt (do lƣợng mƣa ít nên những vùng này nƣớc ngầm rất sâu hoặc không có nƣớc ngầm). 1.1.3 Các thành phần chính trong xƣơng rồng Các thành phần chính của Nopal cactus (Opuntia Ficus cladodesindica) là nƣớc (80-95%), tiếp theo là một lƣợng nhỏ carbohydrat (3-7%), chất xơ (1-2%), và protein (0.5-1%); các hợp chất khác đƣợc chỉ đƣợc biết đến và chƣa đƣợc định lƣợng. Một phần nữa gồm các thành phần nhầy chứa polyme, chẳng hạn nhƣ các chuỗi (1-4) –liên kết β – D–galacturonic acid và R (1-2) –liên kết L–rhamnose dƣ [6,7]. Vai trò sinh lý của chất nhầy thực vật là điều tiết lƣợng nƣớc trong đợt hạn hán kéo dài và để điều tiết luồng canxi của thực vật [8,9]. Xƣơng rồng Nopal cladodes cũng đại diện cho một nguồn phytochemicals, nhƣ phenol axit và flavonoids (Hình 1.2) [10]. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Myricetin Aromadendren Dihydroquercet e in Orientin kaempferol Quercetin Β-carotene Betacyanin Betanin Betalain Isorhamnetin Hình 0.1: Các hợp chất quan trọng của xƣơng rồng Nopal Cactus(Opuntia ficus indica) SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.1.4 Công dụng Xƣơng rồng bà chứa rất nhiều các chất chống oxy hóa nên có công dụng nhƣ là một phƣơng thuốc chữa bệnh.Cactus chất xơ bao gồm một số thành phần hóa học có khả năng kháng các enzym tiêu hóa nhƣ ellulose, hemicelluloses, pectin, lignin, những lợi ích kết hợp với cấu nội dung đƣợc nổi tiếng, đặc biệt là trong việc ngăn ngừa các bệnh nhƣ tiểu đƣờng, điều trị các rối loạn tiêu hóa, bệnh tật liên quan với lƣợng chất xơ thấp, giảm glucose trong máu, chống hyperlipidemic và tác dụng chống hypercholesterolemic. Trong suốt lịch sử, những lợi ích của tiêu thụ chất xơ đã đƣợc công nhận. Xơ hòa tan, bao gồm pectin, nƣớu răng, và chất nhầy, tăng độ nhớt của thứcăn trong ruột, làm chậm hoặc giảm bớt sự hấp thụ đƣờng. Pectin và chất nhầy của Opuntia có lợi cho hệ tiêu hóa.Hoa đƣợc dùng để trị tiêu chảy, đau bụng và các triệu chứng khó chịu đƣờng ruột.Khả năng chống ung loét bao tử đã đƣợc nghiên cứu tại Messina –Ý [11]. Opuntia đã đƣợc nghiên cứu để làm nguồn cung cấp chất sơ trong dinh dƣỡng. Cũng là một loại thực phẩm khá phổ biến ở một số nơi, dùng cho ẩm thực, là nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp. Bên cạnh đó Xƣơng rồng bà còn đƣợc phát hiện với một công dụng mới có khả năng làm sạch môi trƣờng nƣớc.Trong thân xƣơng rồng có chứa chất nhầy thành phần chính các cacbonhydrat chống oxy hóa thuộc nhóm flavonoid và phenolic là các polymer chứa nhiều nhóm thế hydroxyl có khả năng keo tụ với các hạt cặn lơ lửng làm giảm độ đục. 1.1.5 Tình hình phân bố cây xƣơng rồng ở Việt Nam Ở Việt Nam, cũng có loại xƣơng rồng Nopal bản địa, mọc tự nhiên, nông dân cũng có dùng cho gia súc nhƣng chƣa có thói quen dùng làm thực phẩm cho ngƣời. Xƣơng rồng Nopal châu Mỹ đƣợc du nhập và nghiên cứu từ năm 2002 tại Trung tâm sinh học thực nghiệm Hà Nội (Viện ứng dụng côngnghệ, Bộ khoa học và công nghệ). Hiện nay, xƣơng rồng Nopal đã đƣợc nhân giống thành công bằng 2 phƣơng pháp nuôi cấy mô và kỹ thuật phân nhánh. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Năm 2006 -2007, trung tâm đã đƣa trồng khảo nghiệm tại tỉnh Bình Phƣớc và Bà Rịa – Vũng Tàu. Cây xƣơng rồng tiểu mộc cao đến 0.5-3m, thân có nhữnglóng dẹp hình vợt, xanh dợt, mang nhiều nuốm có gai. Hoa vàng rồi đỏ to, phiến hoa nhiều. Phì quả to 4- cm màu đỏ đậm. Hiện nay, xƣơng rồng Nopal đƣợc trồng rải rác (làm hàng rào hoặc làm cảnh) ở vùng Duyên Hải từ Huế đến Bình Thuận [12]. Xƣơng rồng Nopal sinh trƣởng rất nhanh và rất thích hợp với vùng đất khô hạn, nghèo dinh dƣỡng của Việt Nam nhƣ vùng đất ven biển miền Trung, Tây Nguyên và cả trên đảo Trƣờng Sa. Ngoài tính sinh trƣởng tốt trên đất xấu, đất bạc màu, xƣơng rồng Nopal còn có ƣu điểm là có độ che phủ cao, chống đƣợc cát bay. 1.2. KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC CỦA CÂY XƢƠNG RỒNG BÀ 1.2.1 Các nghiên cứu ngoài nƣớc Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp hóa và hiện đại hóa đã dẫn tới tình trạng ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nƣớc. Cùng với đó là nhu cầu cấp nƣớc sạch/an toàn là một thách thức lớn trong hầu hết các nƣớc bất chấp sự tồn tại của một số chiến lƣợc đƣợc sử dụng trong xử lý nƣớc. Các biện pháp xử lý nƣớc thải hiện nay bao gồm keo tụ -tạo bông, hấp phụ bằng than hoạt tính, sử dụng zeolit, lọc màng, thẩm thấu ngƣợc, kết tủa hóa học, trao đổi ion, xử lý điện hóa, chiết dung môi và tuyển nổi để loại bỏ các chất ô nhiễm vô cơ [16,17,18, 19]. Những công nghệ này phát sinh một loạt khó khăn nhƣ tạo ra bùn độc hại, chi phí khá cao, hạn chế trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm ở nồng độ thấp, chi phí ban đầu cao, quá trình phức tạp, màng bẩn, tiêu thụ hóa học cao, bảo dƣỡng và chi phí hoạt động khác [20, 21]. Gần đây phát triển công nghệ keo tụ sử dụng các polyme hữu cơ tự nhiên và kết tủa đa điện phân/trợ keo tụ trong nƣớc sông và xử lý nƣớc thải [22, 23, 24, 25, 26], những ƣu điểm của các kết tủa polymer nhƣ: dễ xử lý, độ hòa tan cao trong nƣớc, giảm khối lƣợng bùn, dễ dàng có sẵn và tự phân hủy. Xƣơng rồng Nopal (OFI) là một trong những loại thực vật nhận đƣợc sự quan tâm nghiên cứu nhiều và SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP đã đƣợc nghiên cứu rộng rãi trong việc xử lý độ đục, độ màu cũng nhƣ COD của một số nguồn nƣớc. Keo tụ - tạo bông loại bỏ COD và độ đục sử dụng vật liệu xƣơng rồng bà. Miller và cộng sự, (2008) [24] nghiên cứu sử dụng xƣơng rồng Opuntia cùng với lá chùm ngây loại bỏ độ đục trong đất sét tổng hợp. Hầu hết các bộ phận của OFI đều có khả năng keo tụ. Các chất keo tụ tự nhiên làm giảm độ đục trong khoảng 92 - 99%, pH khoảng 5 và 7 trong nƣớc cơ bản (pH 8 - 10). Kết quả cho thấy hiệu quả giảm độ đục trong nƣớc thải là do sự hiện diện của axit galacturonic và các thành phần bổ sung khác trong. Nó đã đƣợc phát hiện ra rằng axit galacturonic kết hợp với arabinose, galactose và rhamnose chỉ đóng góp 50% hoạt động keo tụ. Bustillos và cộng sự, (2013) [26] đã nghiên cứu hiệu quả xử lý của O. Ficus indica về độ đục và COD từ nƣớc thải công nghiệp, vật liệu tạo ra theo 4 phƣơng pháp, thứ nhất vật liệu thu đƣợc bằng cách đun sôi nhỏ miếng xƣơng rồng tƣơi nhƣ báo cáo của Torres và cộng sự, (2012) [27], thứ 2 vật liệu đƣợc tạo ra ở trên đã đƣợc sấy khô trong máy sấy tại đầu vào và đầu ra nhiệt độ quy định, phƣơng pháp chiết xuất thứ ba là cắt xƣơng rồng tƣơi thành những dải lớn chất nhầy đƣợc ly tâm và sấy khô và thứ tƣ làm khô toàn bộ xƣơng rồng ở 60°C trƣớc khi xay thành bột. Khả năng loại bỏ COD và độ đục khỏi nƣớc thải phụ thuộc nhiều vào các phƣơng pháp chiết xuất vật liệu và kết quả cho thấy hiệu quả cao nhất đã thu đƣợc với bột khô toàn bộ nhánh xƣơng rồng. Bouatay và Mhenni (2014)[28] sử dụng vật liệu bột khô O.ficus indica là một chất keo tụ sinh thái thân thiện trong việc xử lý nƣớc thải dệt nhuộm thu đƣợc từ Tunisia. Các thông số pH,liều lƣợng OFI, tốc độ và thời gian khuấy trộn xử lý độ màu, COD và độ đục đã đƣợc khảo sát. Các điều kiện tối ƣu cho việc loại bỏ chất ô nhiễm tối đa đã đƣợc tìm thấy là pH khoảng 7, liều lƣợng OFI 40 mg/L, tốc độ khuấy trộn lên đến 30 rpm (vòng/phút) và thời gian trộn 10 phút. Dƣới những điều kiện tối ƣu hiệu suất loại bỏ độ đục 99.84%.Nghiên cứu cho thấy bột O.ficus indica SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP có một hiệu suất keo tụ tốt hơn so với chất kết tủa thƣơng mại, EPENWATE EXP31/1 và Polyacrylamide A100PWG. Ở những nơi khác, quá trình sử dụng chất keo tụ tự nhiên trong việc loại bỏ độ đục từ dung dịch nƣớc đƣợc mô hình hóa trong các thí nghiệm kiểm tra, sử dụng bột xƣơng rồng bà (Jadhav và Mahajan, 2014)[29] so với chùm ngây và polymer sinh học. Khi áp dụng cho nƣớc đục tổng hợp độ đục 314.4 NTU, liều lƣợng 40 mg/l xử lý còn 24.5 NTU, mà hiệu quả loại bỏ 92.2% thấp hơn một chút so với các chùm ngây (94.8%) và polymer sinh học - chitosan (95.3%). Khả năng keo tụ cao của bột xƣơng rồng và do các axit galacturonic đại phân tử đó là tham gia thông qua sự hấp thụ và thu hẹp cơ chế đông tụ. Trong một nghiên cứu tƣơng tự, Pichler và cộng sự,(2012)[30] đã nghiên cứu khả năng loại bỏ độ đục trong nƣớc uống sử dụng các chiết xuất gel (GE), chiết xuất không gel (NE) và kết hợp chiết xuất CE (GE +NE) từ OFI so với phèn, Al2 (SO4)3. Thực hiện kiểm tra xilanh với 5 g/l bùn cao lanh trung lập tiếp xúc với 3 mg /l liều lƣợng chất keo tụ cho thấy, GE xử lý 2.2cm/phút so với phèn nhôm (0.67cm/phút), NE (0.7cm/phút) và CE (1.1cm/phút). Ảnh hƣởng của liều lƣợng chất keo tụ xử lý độ đục tƣơng đƣơng trong hoạt động của phèn và GE ở liều 3 mg/l và 0,01 mg/l tƣơng ứng. Việc kiểm tra đã chứng minh rằng GE là một chất keo tụ hiệu quả hơn đối với phèn cả về tỷ lệ và chi phí. Chất nhầy O.ficus indica đƣợc áp dụng cho việc xử lý nƣớc thải thành phố thu đƣợc từ nhà máy xử lý nƣớc thải ở San Juan Ixhuatepec (Estado de Mexico), khả năng xử lý đƣợc so sánh với FeCl3[27].Các chất nhầy đƣợc chiết xuất bằng cách đun sôi các mảnh nhỏ cây xƣơng rồng trong 20-30 phút. Thí nghiệm Jartest đƣợc tiến hành để xác định hiệu quả liều lƣợng chất keo tụ, độ pH và thiết lập lƣợng bùn tạo ra trong quá trình keo tụ - tạo bông. Tỷ lệ xử lý COD cao nhất (65%) ở pH = 10và liều lƣợng phèn 50 mg/l.Ở những nơi khác, bột xƣơng rồng đã đƣợc sử dụng trong xử lý nƣớc thải thuộc da sau khi tối ƣu hóa liều lƣợng và độ pH trong một bộ máy kiểm tra (Kazi và Virupakshi, 2013) [31]. Liều lƣợng và pH tối ƣu đã đƣợc tìm SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP thấy là 0.4 g/l và 5.5 mg/l tƣơng ứng.Việc loại bỏ độ đục và COD là khá cao.OFI loại bỏ độ đục bằng 60% và cao hơn cho thấy tiềm năng của nó sẽ đƣợc áp dụng trong nƣớc thuộc da. Không chỉ xử lý đƣợc độ đục, độ màu và COD xƣơng rồng bà còn có khả năng xử lý đƣợc kim loại nặng trong nƣớc đặc biệt là Asen. Kevin Andrew Young thuộc Đại học Nam Florida (2006) đã nghiên cứu sử dụng Các chất nhầy của O.ficus indica để giảm độ đục và ô nhiễm Asen trong nƣớc uống tại vùng nông thôn Mexico. Kết quả từ nghiên cứu cho thấy khả năng loại bỏ kim loại nặng từ các hợp chất có trong chất nhầy (GE, CE và NE) của OFI là chất kết tủa hiệu quả hơn so với các hóa chất keo tụ khác (Al2(SO4)3, FeCl3, ). So với (Al2(SO4)3 thì khả năng keo tụ của GE nhanh hơn gấp 3,3 lần khi cả hai đều đƣợc thử nghiệm với cùng liều lƣợng 3 mg/l ứng với 5 g/l cao lanh bùn. Và với 5 mg/l GE có khả năng loại bỏ 33% - 35% Asen ở nồng độ 0.08 – 0.09 mg/l trong nƣớc. Những thông tin và kêt quả trong nghiên cứu này sẽ là một trong những cơ sở cho nghiên cứu của chúng tôi. 1.2.2 Nghiên cứu trong nƣớc Tại Việt Nam có rất nhiều đề tài nghiên cứu về việc sử dụng trong keo tụ tự nhiên trong xƣ lý nƣớc. Nhƣng chỉ mới có một đề tài đề cập đến việc sử dụng xƣơng rồng bà trong xử lý nƣớc. Đề tài ―Nghiên cứu khả năng loại bỏ độ đục, độ màu và COD trong một số nguồn nước sử dụng bột khô xương rồng bà, Nopal cactus” của tác giả Nguyễn Thị Tiên. Hiệu quả làm trong nƣớc của bột khô xƣơng rồng bà đƣợc khảo sát bằng một loạt thực nghiệm thực hiện bằng thiết bị Jartest trên các mẫu nƣớc đục nhân tạo để xác định các giá trị tối ƣu, làm cơ sở để xác định khả năng xử lý trên các mẫu nƣớc tự nhiên. Trong nghiên cứu sứ dụng các mẫu nƣớc đục nhân tạo từ 100 NTU - 300 NTU xác định đƣợc giá trị tối ƣu của vật liệu keo tụ pH = 7.25, tốc độ khuấy 30 vòng/ phút, thời gian khuấy 10 phút và liều lƣợng chất keo tụ lại tăng theo mức độ đục từ 40 mg/l - 45 mg/l. Kết quả nghiên cứu cho thấy thấy hiệu quả giảm độ đục, độ màu và COD có thể đạt tới 80% trong thời gian lắng 90 phút so với hạt chùm ngây hiệu quả giảm độ đục đạt 76%. Ngoài ra bột khô SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP xƣơng rồng bà còn có khả năng loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh trong nƣớc điển hình nhƣ Coliform và E.coli với hiệu suất lên đến trên 60%. Những kêt quả về các giá trị tôi ƣu này sẽ đƣợc sử dụng nhƣ cơ sở khoa học trong nghiên cứu này. 1.3. NƢỚC CẤP VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC CẤP 1.3.1 Tầm quan trọng của nguồn nƣớc Nƣớc là một nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật, không có nƣớc cuộc sống trên trái đất không tồn tại. Nhu cầu dùng nƣớc của con ngƣời là từ 100 đến 200 l/ngày.đêm cho các hoạt động bình thƣờng (Theo tiêu chuẩn 20 TCVN 33- 2006) chƣa kể đến hoạt động sản xuất. Trên trái đất, ¾ lãnh thổ là nƣớc, nƣớc trong các đại dƣơng, ở biển, sông ngòi, ao hồ, nƣớc ở trong lòng đất.Tuy nhiên nguồn nƣớc sạch không phải dồi dào nhƣ chúng ta vẫn nghĩ.Kinh tế phát triển kéo theo các hệ lụy không thể tránh khỏi chính là ô nhiễm, tác động xấu đến môi trƣờng cũng nhƣ chất lƣợng nƣớc 1.3.2 Một số chứng bệnh liên quan đến thiếu nƣớc sạch Theo báo cáo của Bộ Y tế, tại Việt Nam, mỗi năm có khoảng 250,000 ngƣời bị mắc bệnh tiêu chảy cấp phải nhập viện. Tình trạng thiếu nƣớc sạch hằng năm ảnh hƣởng tới ít nhất một triệu ngƣời Việt Nam và trong 4 năm qua, có tới 6 triệu trƣờng hợp mắc bệnh liên quan tới thiếu nƣớc sạch, ƣớc tính chi phí cho y tế là khoảng 20 triệu USD. Việt Nam đang đạt tỷ lệ 80% dân số đô thị đƣợc cung cấp nƣớc sạch theo quy chuẩn của Bộ Y tế; tuy nhiên, ở nông thôn dù 85% dân số đƣợc cấp nƣớc hợp vệ sinh nhƣng chỉ có 42% đạt quy chuẩn của Bộ Y tế [5].  Một số chứng bệnh liên quan đến thiếu nƣớc sạch Bệnh đƣờng tiêu hoávới các bệnh thƣờng gặp nhƣ:tả, lỵ, thƣơng hàn, tiêu chảy, viêm gan A, bại liệt Bệnh thƣờng xảy ra do ngƣời khoẻ ăn hoặc uống phải những thực phẩm, nƣớc uống bị nhiễm vi khuẩn có trong phân ngƣời (do không rửa tay với xà phòngsau khi đi vệ sinh hoặc sau khi vệ sinh cho trẻ nhỏ, sau đó cầm vào thức ăn hoặc do ruồi, gián đậu lên thức ăn, nƣớc uống không đƣợc đậy kín ) SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bệnh giun sán: giun đũa, giun tóc, giun móc, giun kim thƣờng lây truyền do trứng giun của ngƣời bệnh theo phân ra ngoài rồi lại vào hệ tiêu hoá của ngƣời khoẻ qua thức ăn, nƣớc uống nhiễm bẩn hoặc chui qua da ngƣời vào cơ thể và gây bệnh. Bệnh do muỗi truyền: những bệnh do muỗi truyền thƣờng thấy là bệnh sốt rét, sốt xuất huyết, viêm não Nhật Bản Các bệnh này dễ lây lan và có thể bùng phát thành dịch lớn. Các bệnh về mắt, ngoài da, bệnh phụ khoa: đa phần các bệnh về mắt, bệnh ngoài da và bệnh phụ khoa có thể truyền từ ngƣời bệnh sang ngƣời lành qua nƣớc. Bệnh do các vi yếu tố hóa học và các chất độc khác có trong nƣớc: Bệnh do các yếu tố vi lƣợng hoặc các chất độc khác có trong nƣớc gây ra cho ngƣời là do thừa hoặc thiếu chúng trong nƣớc. Trong nhóm này có thể kể đến các bệnh nhƣ: bệnh bƣớu cổ, bệnh về răng do thiếu hoặc thừa flo, bệnh do Nitrit và Nitrat cao trong nƣớc, bệnh do nhiễm độc bởi các chất độc hóa học gây ra nhƣ chì (Pb), đồng (Cu), Asen (thạch tín) 1.3.3 Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc ngầm và tiêu chuẩn chất lƣợng sử dụng nƣớc 1.3.3.1 Một số thông số đánh giá chất lượng nước ngầm  pH Giá trị pH là một trong những yếu tố quan trọng nhất để xác định nƣớc về mặt hóa học. pH là chỉ tiêu quan trọng đối với mỗi giai đoạn trong môi trƣờng môi trƣờng, là một chỉ tiêu cần phải kiểm tra đối với chất lƣợng nƣớc. pH là yếu tố môi trƣờng ảnh hƣởng tới tốc độ phát triển và giới hạn sự sinh trƣởng của sinh vật trong môi trƣờng nƣớc,sự thay đổi giá trị pH có thể dẫn tới sự thay đổi về thành phần các chất trong nƣớc do quá trình hòa tan hoặc kết tủa, thúc đẩy hay ngăn chặn phản ứng hóa học, sinh học xảy ra trong nƣớc. Và đƣợc định nghĩa bằng biểu thức: pH = -lg [H+] ( Đặng Kim Chi, 2001) Khi pH =7 nƣớc có tính trung tính Khi pH <7 nƣớc có tính axit SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khi pH >7 nƣớc có tính kiềm ( Trịnh Xuân Lai, 2003)  Độ cứng Độ cứng: Độ cứng là đại lƣợng biểu thị hàm lƣợng các các ion hóa trị 2 mà chủ yếu là ion Ca2+ và Mg2+. Độ cứng làm tiêu hao nhiều xà phồng khi giặc giũ, đóng rắn trong các thành ống dẫn của nồi hơi làm giảm khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị, làm tăng tính ăn mòn do tăng nồng độ ion H+. Độ cứng bao gồm 3 loại: + Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lƣợng ion Ca2+ và Mg2+ có trong nƣớc. - 2- + Độ cứng tạm thời là hàm lƣợng các muối của ion HCO3 , CO3 , với Ca2+ và Mg2+. - 2- - + Độ cứng vĩnh cữu là hàm lƣợng các muối của ion Cl , SO4 , HSO4 với Ca2+ và Mg2+.  Clorua (Cl -) Cl- là ion chính trong nƣớc thiên nhiên biểu thị độ mặn. Cl- có nhiều nhất ở nƣớc biển và các mỏ muối. Trong nƣớc ngọt và nƣớc ngầm hàm lƣợng Cl- thƣờng dao động từ 20 mg/L – 800 mg/L. Cl- rất có ích cho cơ thể, nhƣng ở hàm lƣợng cao lại có thể gây suy thận, góp phần tăng nguy cơ cao huyết áp -  Hàm lƣợng đạm Nitrat ( N – NO3 ) Nitrat là dạng oxy hóa cao nhất trong chu trình nito và thƣờng đạt đên những nồng độ đáng kể trong các giai đoạn cuối cùng của quá trình oxy hóa sinh học (Nguyễn Khắc Cường, 2002 ). Ngoài ra nitrat tìm thấy trong các thủy vực là sản phẩm của quá trình nitrat hóa hay do cung cấp từ nƣớc mƣa khi trời có sấm chớp. - Trong thủy vực có nhiều đạm ở dạng N-NO3 ,chứng tỏ quá trình oxy hóa đã kết thúc. Tuy vậy, các nitrat chỉ bền trong điều kiện hiếu khí. Trong điều kiện yếm - khí N-NO3 bị khử thành nito tự do tách ra khỏi nƣớc, loại trừ đƣợc sự phát triển của tảo và các loại thực vật khác sống trong nƣớc. Nhƣng mặt khác khi hàm lƣợng nitrat trong nƣớc khá cao có thể gây độc hại với ngƣời, vì khi vào điều kiện thích hợp, ở SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP hệ tiêu hoa chúng sẽ chuyển hóa thành nitrit kết hợp với hồng cầu tạo thành chất không vận chuyển oxy, gây bệnh xanh xao thiếu máu ( Đặng Kim Chi,2001 ). 2-  Hàm lƣợng sunfat ( SO4 ) Sunfat là một chỉ tiêu tiêu biểu của vùng nƣớc nhiễm phèn. Sunfat cao, nƣớc sẽ có vị chát, gây bệnh tiêu chảy, và gây xâm thực mạnh trên các công trình xây dựng. Ngoài ra, sunfat sẽ kết hợp với ion Ca2+ để tạo thành cặn cứng bám trên thành các thiết bị trao đổi nhiệt.  Sắt (Fe) Sắt là kim loại phong phú tạo nên vỏ trái đất. Sắt hiện diện ở hầu hết các nguồn nƣớc thiên nhiên: Khi trong nƣớc có chứa các ion sắt sẽ gây đục và màu trong nƣớc do: Fe 2+ chuyển thành Fe 3+ (màu nâu đỏ). Đồng thời ảnh hƣởng đến độ cứng, duy trì sự phát triển của một số vi khuẩn gây thoái rửa trong hệ thống phân phối nƣớc. Hàm lƣợng sắt có thể xuất hiện trong nƣớc là do nó hòa tan trong nƣớc ngầm (dƣới dạng Fe2+), hay có trong nƣớc thải công nghiệp. Sắt thƣờng có trong nƣớc ngầm dƣới dạng muối tan hoặc phức chất do hòa tan từ các lớp khoáng trong đá hoặc do ô nhiễm bề mặt nƣớc bởi nƣớc thải (Đặng Kim Chi,1998). Nƣớc có hàm lƣợng sắt cao (lớn hơn 0.3 mg /l) gây trở ngại rất lớn cho việc sử dụng trong sinh hoạt. Nƣớc đục do sắt có màu vàng nhiều cặn và thức ăn của các loại vi khuẩn ƣa sắt.  Mangan (Mn) Mangan thƣờng tồn tại trong nƣớc cùng với sắt nhƣng với hàm lƣợng ít hơn. Khi trong nƣớc có mangan thƣờng tạo lớp cặn màu đen đóng bám vào thành và đáy bồn chứa SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mangan có độc tính rất thấp và không gây ung thƣ. Ở hàm lƣợng cao hơn 0,15 mg/l có thể tạo ra vị khó chịu, làm hoen ố quần áo. Tiêu chuẩn nƣớc uống và nƣớc sạch đều quy định hàm lƣợng mangan nhỏ hơn 0,3 mg/l.  Asen (As) Do thấm qua nhiều tầng địa chất khác nhau, nƣớc ngầm thƣờng chứa asen nhiều hơn nƣớc mặt. Ngoài ra asen có mặt trong nguồn nƣớc khi bị nhiễm nƣớc thải công nghiệp, thuốc trừ sâu. Khi bị nhiễm asen, có khả năng gây ung thƣ da và phổi. Tiêu chuẩn nƣớc sạch quy định asen nhỏ hơn 0,05 mg/L. Tiêu chuẩn nƣớc uống quy định asen nhỏ hơn 0,01mg/L  E. Coli E.coli đƣợc xem là một chỉ tiêu đánh giá sự nhiễm bẩn của nguồn nƣớc và đánh giá hiệu quả của việc khử trùng. Khi dùng nƣớc có nhiễm khuẩn E.coli, nó gây cho ngƣời một số bệnh nhƣ: tả, lỵ, thƣơng hàn, tiêu chảy ,nặng có thể gây tử vong. Những hạt chất lơ lững, gây ra độ đục trong nƣớc thƣờng có bề mặt hấp phụ các kim loại độc, các vi sinh vật gây bệnh. Chính những hạt này cản trở quá trình diệt trùng của chất diệt trùng khi cần sử lý nƣớc ăn. 1.3.3.2 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước QCVN 09:2015-MT/BTNMT do Tổ soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước dưới đất biên soạn, sửa đổi QCVN 09:2008/BTNMT; Tổng cục Môi trƣờng, Vụ Khoa học và Công nghệ, Vụ Pháp chế trình duyệt và đƣợc ban hành theo Thông tƣ số 66/2015/TT-BTNMT ngày 21 tháng 12 năm 2015 của Bộ trƣởng Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bảng 0.1 :Giá trị giới hạn của các thông số chất lƣợng nƣớc dƣới đất STT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn 1 Ph - 5,5 - 8,5 2 Chỉ số pemanganat mg/l 4 3 Tổng chất rắn hòa tan (TDS) mg/l 1500 4 Độ cứng tổng số (tính theo CaCO3) mg/l 500 + 5 Amôni (NH4 tính theo N) mg/l 1 - 6 Nitrit (NO 2 tính theo N) mg/l 1 - 7 Nitrat (NO 3 tính theo N) mg/l 15 8 Clorua (Cl-) mg/l 250 9 Florua (F-) mg/l 1 2- 10 Sulfat (SO4 ) mg/l 400 11 Xyanua (CN-) mg/l 0,01 12 Asen (As) mg/l 0,05 13 Cadimi (Cd) mg/l 0,005 14 Chì (Pb) mg/l 0,01 15 Crom VI (Cr6+) mg/l 0,05 16 Đồng (Cu) mg/l 1 17 Kẽm (Zn) mg/l 3 18 Niken (Ni) mg/l 0,02 19 Mangan (Mn) mg/l 0,5 SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20 Thủy ngân (Hg) mg/l 0,001 21 Sắt (Fe) mg/l 5 22 Selen (Se) mg/l 0,01 23 Aldrin µg/I 0,1 24 Benzene hexachloride (BHC) µg/l 0,02 25 Dieldrin µg/l 0,1 Tổng Dichloro diphenyl 26 µg/I 1 trichloroethane (DDTs) 27 Heptachlor & Heptachlorepoxide µg/l 0,2 28 Tổng Phenol mg/l 0,001 29 Tổng hoạt độ phóng xạ α Bq/I 0,1 30 Tổng hoạt độ phóng xạ β Bq/I 1 MPN hoặc 31 Coliform 3 CFU/100 ml MPN hoặc Không phát hiện 32 E.Coli CFU/100 ml thấy Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc ăn uống QCVN 01:2009/BYT do Cục Y Tế dự phòng và Môi trƣờng biên soạn, đƣợc Bộ trƣởng Bộ Y tế ban hành theo thông tƣ số: 04/2009/TT – BYT ngày 17/6/2009. Bảng 0.2 :Chất lƣợng nƣớc cấp cho sinh hoạt ăn uống STT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Giới hạn tối đa 1 Độ đục NTU 2 2 Độ màu TCU 15 SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 Mùi vị Không có mùi, vi lạ 4 Độ pH 6.5 -8.5 5 Độ cứng mg/l 300 6 Độ Oxy hóa KMnO4 mg/l 2 7 Sunfua Hydro mg/l 0.05 8 Clorua mg/l 250 9 Nitrat mg/l 50 10 Nitrit mg/l 3 11 Sunfat mg/l 250 12 Antimon mg/l 0.005 13 Florua mg/l 1.5 14 Bari mg/l 0.7 15 Amoni mg/l 3 16 Natri mg/l 200 17 Sắt mg/l 0.3 18 Mangan mg/l 0.3 19 Đồng mg/l 1 20 Kẽm mg/l 3 21 Nhôm mg/l 0.2 22 Chì mg/l 0.01 23 Asen mg/l 0.01 24 Cadmi mg/l 0.003 25 Thủy ngân mg/l 0.001 SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 26 Crom mg/l 0.05 27 Xianua mg/l 0.07 28 Borat và Axit boric mg/l 0.3 Ngoài ra, đối với nƣớc sinh hoạt có QCVN 02:2009/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc sinh hoạt. Nƣớc dùng sinh hoạt của gia đình cần phải đạt các chỉ tiêu trong quy chuẩn để đảm bảo sức khỏe. Khi xét nghiệm các chỉ tiêu mà vƣợt quá tiêu chuẩn quy định bạn cần tìm rõ nguyên nhân và hƣớng giải pháp để xử lý. Một số thành phần kim - loại nặng nhƣ: Asen (As), Nitrit (NO2 ), Mangan (Mn), Sắt (Fe) Nếu thành phần vƣợt quá sẽ dẫn tới rất nhiều căn bệnh nguy hiểm. 1.3.4 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc 1.3.4.1 Nguyên tắc lựa chọn nguồn nước và phương pháp xử lý  Lựa chọn nguồn nƣớc cho mục đích cấp nƣớc Chất lƣợng nguồn nƣớc có ý nghĩa quan trọng trong xử lý nƣớc, quyết định dây chuyền xử lý. Do vậy trong những điều kiện cho phép, cần chọn nguồn nƣớc có chất lƣợng tốt nhất để có đƣợc hiệu quả cao trong quá trình xử lý.  Lựa chọn phƣơng pháp xử lý Xử lý nƣớc là quá trình làm thay đổi thành phần, tính chất nƣớc tự nhiên.Theo yêu cầu của các đối tƣợng sử dụng phụ thuộc vào thành phần, tính chất của nƣớc nguồn và yêu cầu chất lƣợng của nƣớc, của đối tƣợng sử dụng. Cơ sở để lựa chọn công nghệ xử lý nƣớc dựa vào các yếu tố sau: - Chất lƣợng của nƣớc nguồn (nƣớc thô) trƣớc khi xử lý. - Chất lƣợng của nƣớc yêu cầu (sau xử lý) phụ thuộc mục đích của đối tƣợng sử dụng. - Công suất của nhà máy nƣớc. - Điều kiện kinh tế kỹ thuật. - Điều kiện của địa phƣơng. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.3.4.2 Các phương pháp xử lý nước thiên nhiên Trong kỹ thuật xử lý nƣớc ngƣời ta thƣờng hay dùng các phƣơng pháp sau: Phƣơng pháp cơ học: Ứng dụng các công trình và thiết bị thích hợp để loại bỏ các tạp chất thô trong nƣớc bằng trọng lực: lắng, lọc, sử dụng quá trình làm thoáng tự nhiên hoặc cƣỡng bức để để khử sắt trong nƣớc ngầm. Phƣơng pháp hóa học và hóa lý: Sử dụng phèn để làm trong và khử màu (quá trình keo tụ) các nguồn nƣớc có độ đục và độ màu cao; sử dụng các tác nhân oxy hóa hóa học để khử sắt, mangan trong nƣớc ngầm, sử dụng clo và các hợp chất của clo để khử trùng nƣớc. Một phƣơng pháp hóa lý khác hiện nay đang trở nên phổ biến là sử dụng các loại nhựa trao đổi ion để làm mền nƣớc và khử các chất khoáng trong nƣớc. Phƣơng pháp vật lý: Điện phân NaCl để khử muối, dùng các tia tử ngoại để khử trùng, sử dụng các màng lọc chuyên dụng để loại bỏ các ion trong nƣớc. Đối với nƣớc mặt mục đích xử lý chủ yếu là giảm độ đục, độ màu và loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh trong nƣớc, do đó công nghệ xử lý nƣớc mặt thƣờng ứng dụng quá trình keo tụ - tạo bông với việc sử dụng phèn nhôm hay phèn sắt để kết tụ các hạt cặn lơ lửng trong nƣớc tạo nên các bông có kích thƣớc lớn hơn, sau đó lắng lọc và khử trùng trƣớc khi phân phối vào mạng cấp nƣớc. Đối với nƣớc ngầm mục đích chủ yếu là khử sắt và mangan công nghệ xử lý thƣờng là làm thoáng tự nhiên (giàn mƣa) hoặc nhân tạo (quạt gió) để oxy hóa các nguyên tố Fe2+, Mn2+ ở dạng hòa tan trong nƣớc thành Fe3+, Mn4+ ở dạng kết tủa sau đó tách ra bằng quá trình lắng lọc và khử trùng. a. Quá trình keo tụ Trong nƣớc sông, hồ ao, thƣờng có các hạt cặn có nguồn gốc thành phần và kích thƣớc rất khác nhau. Đối với các loại cặn này dùng biện pháp xử lý cơ học trong công nghệ xử lý nƣớc nhƣ lắng lọc có thể loại bỏ đƣợc cặn có kích thƣớc lớn hơn 10-4mm. Còn các hạt có kích thƣớc nhỏ hơn 10 – 4mm không thể tự lắng đƣợc mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng. Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng dùng biện pháp lý cơ học kết hợp với biện pháp hóa học tức là cho vào nƣớc cần xử lý các SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 25
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP chất phản ứng để tạo ra các hạt keo có khả năng kết lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng có trong nƣớc, tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lƣợng đáng kể. Để thực hiện quá trình keo tụ ngƣời ta cho vào nƣớc các chất phản ứng thích hợp nhƣ: phèn nhôm Al2(SO4)3; phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3. Các loại phèn này đƣợc đƣa vào nƣớc dƣới dạng dung dịch hòa tan. Trƣờng hợp độ kiềm tự nhiên của nƣớc thấp, không dùng để trung hòa ion H+ thì cần phải kiềm hóa nƣớc. Chất dùng để kiềm hóa thông dụng nhất là CaO. Một số trƣờng hợp khác có thể dùng Na2CO3 hoặc xút NaOH. Thông thƣờng phèn nhôm đạt hiệu quả keo tụ cao nhất khi nƣớc có pH = 5.5 - 7.5 Một số nhân tố cũng ảnh hƣởng đến quá trình keo tụ nhƣ: các thành phần ion có trong nƣớc, các hợp chất hữu cơ, liều lƣợng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trƣờng phản ứng, nhiệt độ, Ngoài việc dùng hóa chất để đẩy nhanh quá trình lắng nƣớc có thể dùng thực vật tự nhiên nhƣ: - Hạt moriga sấy khô xay nhỏ (Châu phi - Ấn độ) - Stychnos potatorum, vetiveria zizanoides (khus), carsamon (Ấn Độ - Requet (Catus) (Haiti, Mỹ latinh) - Vecia Fava (đậu khô), percica vulgaris (hạt đào) (Bolivia và các nƣớc khác ở Nam Mỹ) b. Quá trình lắng. Lắng nƣớc là giai đoạn làm sạch nƣớc sơ bộ trƣớc khi đi vào bể lọc. Lắng là quá trình tách khỏi nƣớc cặn lơ lửng hoặc bông cặn hình thành trong quá trình keo tụ, tạo bông. Trong công nghệ xử lý nƣớc cấp quá trình lắng đƣợc ứng dụng: - Lắng cặn phù sa khi nƣớc mặt có hàm lƣợng cặn phù sa lớn. - Lắng bông cặn phèn/polyme trong công nghệ khử đục, màu nƣớc mặt. - Lắng bông cặn sắt – magie trong công nghệ khử cứng bằng hóa chất. - Lắng bông cặn sắt và magan trong công nghệ khử sắt và mangan. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 26
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hiệu quả lắng phụ thuộc rất nhiều vào kết quả làm việc của bể tạo bông cặn, để bông cặn tạo ra những hạt cặn to, bền chắc và càng nặng thì hiệu quả lắng càng cao. Nhiệt độ nƣớc càng cao, độ nhớt của nƣớc càng nhỏ, sức cân của nƣớc đối với hạt cặn của nƣớc càng giảm làm tăng hiệu quả các quá trình lắng nƣớc. Thời gian lƣu nƣớc trong bể lắng là chỉ tiêu quan trọng ảnh hƣởng đến hiệu quả của bể lắng. Để đảm bảo lắng tốt thời gian lƣu nƣớc trung bình của các phân tử nƣớc trong bể lắng phải đạt từ 70-80% thời gian lƣu nƣớc trong bể theo tính toán, nếu để cho bể lắng có vùng nƣớc chết, vùng chảy quá nhanh hiệu quả lắng sẽ giảm đi nhiều. c. Quá trình lọc nước Quá trình lọc nƣớc là cho nƣớc đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định dùng để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nƣớc. Sau một thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị bịt lại làm giảm tốc độ lọc. Để khôi phục khả năng làm việc của bể lọc phải thổi rửa bể lọc bằng nƣớc hoặc gió hoặc kết hợp cả nƣớc và gió để loại bỏ cặn bẩn khỏi lớp vật liệu lọc. Trong dây chuyền xử lý nƣớc ăn uống và sinh hoạt, lọc là giai đoạn cuối cùng để làm sạch triệt để. Hàm lƣợng cặn còn lại trong nƣớc sau qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép (nhỏ hơn hoăc bằng 3mg/l). Vật liệu lọc là bộ phận cơ bản của bể lọc, nó mang lại hiệu quả làm việc và tính kinh tế của quá trình lọc. Vật liệu lọc hiện nay đƣợc dùng phổ biến nhất là cát thạch anh tự nhiên. Ngoài ra còn có thể sử dụng một số vật liệu khác nhƣ cát thạch anh nghiền, đá hoa cƣơng nghiền, than antraxit, polymer, các vật liệu lọc nƣớc cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau: có thành phần cấp khối thích hợp, đảm bảo đồng chất, có độ bền cơ học cao, ổn định về hóa học. Trong quá trình lọc ngƣời ta có thể dùng thêm than hoạt tính nhƣ là một hoặc nhiều lớp vật liệu lọc để hấp thu chất mùi và màu của nƣớc. Các bột than hoạt tính SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 27
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP có bề mặt hoạt tính rất lớn chúng có khả năng hấp thụ các chất ở dạng lỏng hòa tan trong nƣớc. Bên cạnh đó lọc qua vải cũng đƣợc coi là một cách lọc nƣớc: điển hình là khu vực Nam Á, ngƣời ta dùng một miếng vải sari gập lại 7 hay 8 lần dùng làm tấm lọc. Tấm lọc bằng vải sari có thể giảm nguy cơ bị tả nhờ loại bỏ đƣợc các cặn rắn và phiêu sinh vật chứa vi khuẩn tả. d. Khử sắt và mangan 3+ Trong nƣớc mặt sắt tồn tại ở dạng hợp chất Fe , thƣờng là Fe(OH)3 không tan ở dạng keo hoặc dạng huyền phù. Hàm lƣợng sắt trong nƣớc mặt thƣờng không lớn và sẽ đƣợc khử trong quá trình làm trong nƣớc. Trong nƣớc ngầm, sắt tồn tại ở dạng ion, sắt có hóa trị 2 (Fe2+) là thành phần của các muối hòa tan nhƣ: bicabonat Fe(HCO3)3 sunphat FeSO4. Hàm lƣợng sắt có trong nƣớc ngầm thƣờng cao. Các phƣơng pháp khử sắt trong nƣớc ngầm: - Khử sắt bằng phƣơng pháp làm thoáng. - Khử sắt bằng phƣơng pháp khử sắt. - Các phƣơng pháp khử sắt khác. Mangan trong nƣớc ngầm thƣờng tồn tại ở dạng Mn2+ hòa tan hoặc có thể ở dạng keo tụ không tan. Khi Mn2+ bị oxy hóa sẽ chuyển sang dạng Mn3+ và Mn4+ ở dạng hydroxit kết tủa. + 2Mn(HCO3)2 + O2 + H2O Error! Reference source not found.2Mn(OH)4 + 4H + - 4HCO3 Trong thực tế việc khử sắt trong nƣớc ngầm thƣờng đƣợc tiến hành đồng thời với khử mangan. e. Làm mềm nước Là khử độ cứng trong nƣớc (khử các muối Ca, Mg có trong nƣớc). Nƣớc cấp cho một số lĩnh vực nhƣ công nghiệp dệt, sợi nhân tạo, hóa chất, chất dẻo, giấy, và nƣớc cấp cho các loại nồi hơi thì phải làm mềm nƣớc. Các phƣơng pháp làm mềm nƣớc phổ biến nhƣ: phƣơng pháp nhiệt, phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp trao đổi ion. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 28
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP f. Khử trùng nước Để đảm bảo an toàn về mặt vi sinh vật, nƣớc trƣớc khi cấp cho ngƣời tiêu dùng phải đƣợc khử trùng. Nó là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nƣớc cho sinh hoạt và ăn uống. Có rất nhiều biện pháp khử trùng nƣớc hiệu quả nhƣ: khử trùng bằng các chất oxy hóa mạnh, khử trùng bằng các tia vật lý, khử trùng bằng phƣơng pháp siêu âm, khử trùng bằng phƣơng pháp nhiệt, khử trùng bằng phƣơng pháp ion kim loại nặng, Hiện nay ở Việt Nam sử dụng phổ biến nhất là phƣơng pháp khử trùng bằng chất oxi hóa mạnh. Các chất đƣợc sử dụng phổ biến nhất là Clo và các hợp chất của Clo vì giá thành thấp, dễ sử dụng, vận hành và bảo quản đơn giản. Quá trình khử trùng của Clo phụ thuộc vào: - Tính chất của nƣớc xử lý: số vi khuẩn, hàm lƣợng chất hữu cơ và chất khử có trong nƣớc - Nhiệt độ của nƣớc - Liều lƣợng Clo SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 29
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Sơ đồ xử lý nước ngầm Nƣớc ngầm Hóa chất Bể chứa (làm thoáng) Trộn Lắng tiếp xúc Lọc nhanh Khử trùng Bể bùn Chú thích: Lọc Đƣờng nƣớc Bể chứa nƣớc sạch Đƣờng bùn Hóa chất Trạm bơm II Hình 0.2 :Sơ đồ xử lý nước ngầm Nƣớc từ giếng khoan sẽ đƣợc bơm lên bể chứa đã qua giàn làm thoáng để oxi hóa thông qua việc tiếp nhận O2 và loại bỏ bớt CO2, sau đó nƣớc đƣợc bơm qua bể trộn.Tại bể trộn nƣớc đƣợc bổ sung hóa chất (vôi) phản ứng tạo các bông cặn. Tiếp đến, nƣớc đƣợc chảy qua bể lắng để lắng các cặn đã đc xử lý trƣớc đó, phần bùn sẽ đƣợc thải ra bể bùn và xử lý theo tiêu chuẩn, phần nƣớc đƣợc lọc ở bể bùn sẽ đƣợc hoàn lƣu về bể điều hòa. Nƣớc tiếp theo sẽ qua bể lọc để giữ lại các tạp chất còn sót lại sau đó chảy qua bể khử trùng để khử các vi sinh vật và các yếu tố gây bệnh trƣớc khi vào bể chứa để cung cấp cho sinh hoạt. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 30
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.4. TỔNG QUAN VỀ ASEN VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ ASEN 1.4.1 Giới thiệu chung về Asen Asen có tên khoa học gọi là Arsenic. Đƣợc ký hiệu là As và Asen tồn tại ở rất nhiều dạng khác nhau. Do cấu tạo địa chất, nhiều vùng ở nƣớc ta nƣớc ngầm bị nhiễm Asen. Khoảng 13,5% dân số Việt Nam (10 – 15 triệu ngƣời ) đang sử dụng nƣớc cho việc sinh hoạt ăn uống từ nƣớc giếng khoan rất dễ bị nhiễm Asen. Theo thống kê chƣa đầy đủ, cả nƣớc hiện có khoảng hơn 1 triệu giếng khoan, trong đó nhiều giếng có nồng độ Asen cao từ 20 – 50 lần nồng độ cho phép (0,01 mg/L), ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe, tính mạng cộng đồng. Điều nguy hiểm là Asen không gây mùi khó chịu khi có mặt trong nƣớc, cả khi ở hàm lƣợng có thể gây chết ngƣời, nên không thể phát hiện. Vì vậy, các nhà khoa học gọi Asen là ― sát thủ vô hình‖. Nƣớc uống bị nhiễm bởi Asenic (As) đã trở thành mối đe dọa đối với sức khỏe con ngƣời ở quy mô toàn cầu, theo ƣớc tính khoảng 140 triệu ngƣời ở ít nhất 70 quốc gia đang bị ảnh hƣởng bởi nguồn ô nhiễm này ( UNICEF, 2008 ). Nguồn arsenic trong nƣớc dƣới đất (nƣớc ngầm) ở các khu vực đồng bằng là do các quá trình tự nhiên ( oxy hóa khoáng vật sulfur, và khoáng vật chứa As trong trầm tích, khử các hydroxyt sắt chứa As .) và do các hoạt động của con ngƣời. 1.4.2 Nguồn gốc và sự phân bố Asen trong tự nhiên Asen trong thiên nhiên có thể tồn tại trong các thành phần môi trƣờng đất, nƣớc, không khí, sinh học và có liên quan chặt chẽ tới các quá trình địa chất, địa hóa, sinh địa hóa. Các quá trình này sẽ làm cho Asen nguyên sinh có mặt trong một số thành tạo địa chất (các phân vị địa tầng, mangan, các biến đổi nhiệt dịch và quặng hóa sunphua chứa Asen) tiếp tục phân tán hay tập trung gây ô nhiễm môi trƣờng sống. Trên thế giới đã có nhiều nƣớc nghiên cứu và xác định đƣợc hàm lƣợng Asen trong đá và quặng, trong đất và vỏ phong hóa, trong nƣớc, không khí Ở Việt Nam, một số nhà khoa học Địa chất và Địa chất thủy văn đã nghiên cứu về sự tồn tại của Asen trong đá, quặng, đất và vỏ phong hóa cũng nhƣ trong trầm tích bở rời, trong SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 31
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP nƣớc biển, nƣớc mƣa, nƣớc dƣới đất Nhờ công cụ và phƣơng pháp phân tích hiện đại nhƣ thiết bị kích hoạt nơtron và máy quang phổ hấp thụ nguyên tử nên trong khoảng 10 năm gần đây các nhà khoa học Việt Nam đã phân tích đƣợc hàm lƣợng Asen trong các hợp phần môi trƣờng tự nhiên. Và trọng tâm là nghiên cứu, tìm hiểu tình trạng ô nhiễm Asen trong nƣớc, mà chủ yếu là nƣớc dƣới đất. 1.4.3 Cấu tạo và tính chất của Asen Asen (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp arsenic), còn đƣợc viết là a-sen, arsen, là một nguyên tố hóa học có ký hiệu As và số nguyên tử 33. Asen lần đầu tiên đƣợc Albertus Magnus (Đức) viết về nó vào năm 1250. Khối lƣợng nguyên tử của nó bằng 74,92. Asen là một á kim gây ngộ độc và có nhiều dạng thù hình: màu vàng (phân tử phi kim) và một vài dạng màu đen và xám (á kim) chỉ là số ít mà ngƣời ta có thể nhìn thấy. Ba dạng có tính kim loại của asen với cấu trúc tinh thể khác nhau cũng đƣợc tìm thấy trong tự nhiên (các khoáng vật asen sensu stricto và hiếm hơn là asenolamprit cùng parasenolamprit), nhƣng nói chung nó hay tồn tại dƣới dạng các hợp chất asenua và asenat. Vài trăm loại khoáng vật nhƣ thế đã đƣợc biết tới. Asen và các hợp chất của nó đƣợc sử dụng nhƣ là thuốc trừ dịch hại, thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu và trong một loạt các hợp kim. 1.4.3.1 Cấu tạo Asen Bán kính nguyên tử: 1,33Å Khối lƣợng nguyên tử: 13,1 cm3/mol Bán kính cộng hóa trị: 1,2Å Cấu trúc tinh thể: Rhombohedral Electron cấu hình: [Ar] 4s2 3d10 4p3 Các electron trên mỗi cấp năng lƣợng: 2, 8, 18, 5 Bán kính ion: 0,58Å Quá trình oxy hóa: ± 3, 5 SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 32
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 0.3: Mô hình cấu tạo nguyên tử Asen 1.4.3.2 Tính chất vật lý Asen không gây mùi khó chịu trong nƣớc, (cả khi ở hàm lƣợng có thể gây chết ngƣời ), khó phân hủy. Là nguyên tố phổ biến thứ 20 trong các nguyên tố có trên bề mặt trái đất. Khối lƣợng phân tử 79,9216 g/mol, không hòa tan trong nƣớc. Theo từ điển Bách khoa dƣợc học xuất bản năm 1999, thạch tín là tên gọi thông dùng chỉ nguyên tố Asen, nhƣng cũng đồng thời dùng chỉ hợp chất ôxit của Asen hóa trị III (As2O3). Ôxit này màu trắng, dạng bột, tan đƣợc trong nƣớc, rất độc. Trong tự nhiên, nguyên tố thạch tín tồn tại ở ba dạng hình thù (dạng alpha có màu vàng, dạng beta có màu đen, dạng gamma có màu xám). Nguyên tố thạch tín cũng tồn tại ở một số dạng ion khác. Dạng vô cơ của thạch tín độc hơn sovới dạng hữu cơ của nó. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 33
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 0.4: Các dạng tồn tại Asen trong tự nhiên 1.4.3.3 Tính chất hóa học. Trạng thái oxi hóa phổ biến nhất của nó là: -3 (Asenua: thông thường trong hợp chất liên kim loại tượng tự như hợp kim), +3 Asenat (III) hay Asenit và phần lớn là các hợp chất asen hữu cơ, +5 Asenat (V) phần lớn là các hợp chất vô cơ chứa oxy của Asen ổn định. Trong nƣớc Asen tồn tại ở 2 dạng hoá trị: hợp chất Asen hóa trị (III) và (V). Hợp chất Asen hóa trị III có độc tính cao hơn dạng hóa trị V. Asen có khả năng kết tủa cùng các ion sắt. Asen tạo thành hydrua dạng khí va không ổn định, đó là Asin (AsH3). Khi bị nung nóng trong không khí, nó bị oxy hóa để tạo ra trioxit Asen, hơi của phản ứng này có mùi nhƣ mùi tỏi. As tham gia phản ứng với Oxy trở thành dạng As2O3 rồi sau đó là As2O5. Nếu trong môi trƣờng yếm khí thì As(V) sẽ bị khử về trạng thái As(III). As2O3: Là oxit màu trắng hay còn gọi là asen trắng, ít tan trong nƣớc (1,7g 0 trong 100g H2O) ở 15 C dung dịch bão hòa chứa khoảng 1,5% As2O3. Khi tan trong nƣớc tạo thành Asenơ. As2O3 + 3 H2O → 2 As(OH)3 As(OH)3 ≡ H3AsO3 là một chất lƣỡng tính nhƣng tính axit trội hơn. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 34
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP As2O3 + 4 NaOH → 2 NaHAsO3 + H2O Khi nung nóng As2O3 bị C, H2 khử dễ dàng sinh ra kim loại. As2O3 + 6 H2 → + 2 As + 3 H2O As2O3 ( As4O6 ) thể hiện tính khử khi tác dụng với O3, H2O2, FeCl3, K2Cr2O7, HNO3, As4O6 + HNO3 + 14 H2O → 12 H3AsO4 + 8 NO ↑ As2O3 tác dụng với kim loại trong môi trƣờng axit As2O3 + 6 Zn + 12 HCl → 6 ZnCl2 + 2 AsH3 + H2O 1.4.4 Các dạng tồn tại của Asen trong môi trƣờng Các dạng tồn tại của Asen trong môi trƣờng là một vấn đề đán quan tâm. Trong môi trƣờng As tồn tại chủ yếu ở các dạng: Asenite As(III), Asenate - 2- As(V), Asenious acids (H3AsO3, H2AsO3 , HAsO3 ), Asenic acids (H3AsO4, - 2- H2AsO4 , H2AsO4 ), dimethylarsinate (DMA), monomethylarsonate (MMA), Aseno – betanie (AB) và asencholine (AC). Những dạng hợp chất này minh họa cho sự đa dạng của trạng thái oxy hóa của As và kết quả là đƣa đến sự phức tạp về hóa tính của nó trong môi trƣờng. Các hợp chất Asien dẫn xuất asine và asenic xuất hiện ở điều kiện khử cao. Bởi vì nó tạo thành dạng anion trong dung dịch nên As không kết hợp với các anion 3- đơn giản nhƣ Cl; SO4 nhƣ các cation kim loại. Đúng hơn là các hợp chất anion As cƣ xử nhƣ các gốc tự do trong nƣớc. As (III) phản ứng với nhóm sulphur và sul- phydryl nhƣ cystine, organic dithiols, proteins, enzymes nhƣng không phản ứng với amine. Hàm lƣợng As trong nƣớc ngầm phụ thuộc rất nhiều vào tính chất và trạng -1 thái môi trƣờng địa hóa. Dạng As tồn tại chủ yếu trong nƣớc ngầm là H3AsO4 -2 (trong môi trƣờng pH acid đến gần trung tính), HAsO4 (trong môi trƣờng kiềm). SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 35
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hợp chấtH3AsO3 đƣợc hình thành chủ yếu trong mỗi trƣờng oxy hóa-khử yếu. các hợp chất của As với Na có tính hòa tan rất cao, còn những muối của As với Ca,Mg và các hợp chất As hữu cơ trong mỗi trƣờng pH gần trung tính và nghèo ca thì độ hòa tan kém hơn cá hợp chất asen hữu cơ, đặc biệt là asen-acid fulvic.các hợp chất của As+5 đƣợc hình thành theo phƣơng thức này. As trong nƣớc ngầm thƣờng tập trung cao trong kiểu nƣớc bicarbonat Cl, Na, B, Si. Nƣớc ngầm trong những vùng trầm tích núi lửa, một số khu vực quặng hóa nguồn gốc nhiệt dịch, mỏ dầu- khí, mỏ than thƣờng giàu As. Thế oxy hóa khử,độ pH của môi trƣờng và lƣợng kaloit giàu Fe3+ , là những yếu tố tácđộng đến quá trình oxy hóa – khử các hợp chất As trọng tự nhiên. Những yếu tố này có ý nghĩa làm tăng hay giảm sự độc hại của các hợp chất As trong môi trƣờng sống. 1.4.5 Độc học của Asen Sự nhiễm độc As còn gọi là Asenicosis xuất hiện nhƣ một tai họa môi trƣờng đối với sức khỏe con ngƣời trên thế giới. Theo các nghiên cứu những ngƣời sống trên khu vực có hàm lƣợng As trong nƣớc giếng khoang cao hơn 0,05mg/L cho thấy tơi 20% dân cƣ bị xạm da, dầy biểu bì và có hiện tƣợng ung thƣ da. Hiện chƣa có phƣơng pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc As. Asen là chất độc mạnh cỏ khả năng gây ung thƣ cao, liều LD50 đổi với con ngƣời là 1 — 4 mg/kg trọng lƣợng cơ thể. Tuy nhiên, tùy thuộc vào các trạng thải oxi hóa của asen mà asen thể hiện tính độc khác nhau. Cả As(III) và As(V) đèu là những chất độc, các hợp chất asen vô cơ độc hơn so với asen hữu cơ. Sự phơi nhiễm asen vô cơ xảy ra trong cơ thể thông qua đƣờng hít khí bụi cổng nghiệp và quá trình chuyển hóa qua đƣờng thức ăn và nƣớc uổng. Sự phơi nhiễm asen hữu cơ xảy ra chủ yếu thông qua chuỗi thức ăn. Nếu một ngày hít lƣợng bụi asen tò 0,1 ÷ 4 µg/ngày và cơ thể hấp thụ một lƣợng thức ăn có hàm lƣợng asen ở khoảng tìr 7 ÷ 330 µg/ngày thì sau khi đi vào cơ thể có khoảng 80 -ĩ- 100% lƣợng asen đƣợc hấp thụ qua dạ dày và lá phổi; 50 4- 70% asen đƣợc bài SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 36
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP tiết qua đƣờng nƣớc tiểu và một lƣợng nhỏ đƣợc hấp phụ qua đƣờng tóc, mỏng tay, móng chân. Sự xâm nhập, phân bố và lƣu trữ của Asenic cũng nhƣ các hợp chất của nó trong cơ thể ngƣời có thể hình dung theo sơ đồ sau: Hình 0.5 :Sự xăm nhập của Asen và các hợp chất của nó trong cơ thể Về mặt sinh học, As là một chất độc có thể gây một số bệnh trong đó có ung thƣ da và phổi. Mặt khác As có vai trò trong trao đổi nuclein, tổng họp protit và hemoglobin. As ảnh hƣởng đến thực vật nhƣ một chất cản trao đổi chất, làm giảm mạnh năng suất, đặc biệt trong môi trƣờng thiếu photpho. Trong môi trƣờng sinh thái, các dạng họp chất As hóa trị (3) có độc tính cao hơn dạng hóa trị (5). Mồi trƣờng khử là điều kiện thuận lợi để cho nhiều hợp chất As hóa trị 5 chuyển sang As hóa trị 3. Trong các họp chất của As trong môi trƣờng thì asenite đáng đƣợc quan tâm tới nhiều nhất bởi vì tính độc của nó cao hơn gấp 10 lần so với asenate và hơn gẩp 70 lần so với các dạng methyl hoá của nó, trong khi đó DMA, MMA ít độc hơn còn AB và AC lại gần nhƣ không độc. Thông thƣờng Arsen đi vào cơ thể con ngƣời trong một ngày đêm thông qua chuỗi thức ăn khoảng lmg và đƣợc hấp thụ vào cơ thể qua đƣờng dạ dày nhƣng cũng dễ bị thải ra. Hàm lƣợng As trong cơ thể ngƣời khoảng 0.08-0.2 ppm tổng SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 37
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP lƣợng As có trong ngƣời bình thƣờng khoảng 1,4 mg. As tập trung trong gan thận hồng cầu, homoglobin và đặc biệt tập trung trong não, xƣơng, da. phổi tóc. Hiên nay ngƣời ta có thể dựa vào hàm lƣợng As trong cơ thể con ngƣời để tìm hiểu hoàn cảnh và môi trƣờng sống, nhƣ hàm lƣợng As trong tóc nhóm dân cƣ khu vực nông thôn trung bình là 0,4-1,7 ppm, khu vực thành phố công nghiệp 04-21 ppm cỏn khu vực ô nhiễm nặng 0,6-4,9 ppm. 1.4.6 Cơ chế ô nhiễm Asen và sự tồn tại của Asen trong nƣớc. Asen đƣợc giải phóng vào môi trƣờng nƣớc do quá trình oxi hóa các khoáng sunfua hoặc khử các khoáng oxi hidroxit giàu Asen. Về cơ chế xâm nhiễm các kim loại nặng, trong đó có Asen vào nƣớc ngâm cho đến nay đã có nhiều giả thiết khác nhau nhƣng vẫn chƣa thống nhất. Thông qua các quá trình thủy địa hóa và sinh địa hóa, các điều kiện địa chất thủy văn mà Asen có thể xâm nhập vào môi trƣờng nƣớc. Hàm lƣợng Asen trong nƣớc dƣới đất phụ thuộc vào tính chất và trạng thái môi trƣờng địa hóa. Asen tồn tại - trong nƣớc dƣới đất ở dạng H3AsO4 (trong môi trƣờng pH axit đến gần trung tính), 2- HASO4 (trong môi trƣờng kiềm). Hợp chất H3AsO3 đƣợc hình thành chủ yếu trong môi trƣờng oxi hóa-khử yếu. Các hợp chất của Asen với Na có tính hòa tan rất cao. Những muối của Asen với Ca, Mg và các hợp chất Asen hữu cơ trong môi trƣờng pH gần trung tính, nghèo Ca thì độ hòa tan kém hơn các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là Asen-axit fulvic thì rất bền vững, có xu thế tăng theo độ pH và tỳ lệ Asen-axit fulvic. Các hợp chất của As5+ hình thành theo phƣơng thức này. 1.4.7 Ảnh hƣởng của Asen đến sức khỏe con ngƣời. Asen xâm nhập vào con ngƣời qua con đƣờng nƣớc uống, không khí trong vùng ô nhiễm, nhỉễm do da tiếp xúc nhiều liên tục với nguồn nƣớc không khi ô nhiễm. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 38
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 0.6: Các con đƣờng thâm nhập As vào cơ thể con ngƣời Vào cơ thể con ngƣời Asen thƣờng tích tụ trong não, các mô da, móng tay, tóc, răng, xƣong và trong các bộ phận nhiều biêu mô nhƣ niêm mạc, vòm miệng, thực quản, dạ dày, ruột non. Gây nhiễm độc cấp tính cao. Nhƣng sự xâm nhập Asen qua đƣờng nƣớc ăn uống mới là nguy hiểm nhất, dù ở mức độ nào đi nữa, vì nó diễn ra hằng ngày, theo con đƣờng tiêu hóa, mà nƣớc trong cơ thể chiếm tỉ lệ cao. Về mặt sinh học As là một chất độc có thể gây nên 19 loại bệnh khác nhau trong đỏ có ung thƣ da và ung thƣ phổi, As lại có vai trò quan trọng trong việc trao đổi nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin. Nếu bị nhiễm độc Asen với liều lƣợng dù nhỏ nhƣng tích tụ trong thời gian dài sau 5 hay 10 năm sẽ gây mệt mỏi, buồn nôn, hồng cầu và bạch cầu giảm. Hai loại bệnh phổ biến nhất do Asen gây ra là ung thƣ da và phổi Nguồn nƣớc bị nhiễm Asen dù nhỏ cũng ảnh hƣởng đến sức khỏe các bà mẹ. làm động thai ảnh hƣởng đến thai nhi va gây ra những bệnh phổi ác tính, SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 39
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP những tác động xấu lên sự phát triển lên thể chất và trí tuệ của trẻ con mới lớn. Nik Van La renbeke, một giáo sƣ ngƣời Bỉ, đã cảnh báo trên tờ Het Laatste Nieuws: Do ô nhiễm nên ngày càng có ít bé trai đƣợc sinh ra trên thế giới. Sự nhiễm độc Asen đƣợc gọi là arsenicosis. Đó là một tai họa môi trƣờng đối với sức khỏe con ngƣời. Những biểu hiện của bệnh nhiễm độc Asen là chứns sạ da (melanosis), dày biểu bì (kerarosis), từ đó dẫn đến hoại thƣ hay ung, thƣ da, viêm răng, khớp Hiện tại trên thể giới chƣa có phƣong pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc Asen. Liên quan đến việc xác định, đánh giá tác động của Asen đối với cơ thể, trong một số năm gần đây đã có các nghiên cứu phân tích mẫu tóc, máu để xác định hàm lƣợng Asen. Nghiên cứu phân tích hàm lƣợng Asen trong tóc cho thấy có sự tƣơng đồng giữa các vùng ô nhiễm nƣớc ngầm bởi Asen. Số liệu phân tích tại Thƣợng Cát (điểm đối chứng với nƣớc không bị nhiễm Asen, As 50 pg/1) cho thấy: giá trị Asen trong tóc ngƣời ở mẫu đối chứng chỉ là 0,27 mg/kg (trong khoảng 0,04 - 0,84 mg/kg), trong khi đó ở mẫu nghiên cứu bị nhiễm Asen là 0,79 mg/kg (0,01 - 3,3mg/kg) và 1,61 mg/kg (0,16 -10,36mg/kg). Tại Sơn Đồng, 70% số mâu có nông độ Asen trong tóc lớn hơn 1mg/kg, có những mâu lên tới 10mg/kg. Kêt quả này có thể so sánh với nghiên cứu ở vùng Tây Bengan An Độ, nơi bị nhiêm Asen nặng với hàm lƣợng Asen trong tóc ngƣời dân khoảng 3-10mg/kg. Giá trị tiêu chuẩn của WHO là 0,02-0,2 mg/kg. Kết quả nghiên cứu tại Hà Nam năm 2004 cũng cho thấy ở Hín Hụ và Bang Mon nằm trên đới biến đổi nhiệt dịch có hàm lƣợng Asen cao, có biểu hiện nhiễm độc mãn tính, làm tăng trội theo một sô bệnh nhƣ sôt rét, tiêu hóa, tâm thần, bệnh xƣơng khớp, tim mạch, viêm phổi. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 40
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.4.8 Ô nhiễm Asen trong nƣớc ngầm trên thế giới và Việt Nam. 1.4.8.1 Ô nhiễm Asen trên thế giới. Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu ngƣời đã bị bệnh đen và rụng móng chân, sừng hoá da, ung thƣ da do sử dụng nguồn nƣớc sinh hoạt có nồng độ Asen cao. Nhiều nƣớc đã phát hiện hàm lƣợng Asen rất cao trong nguồn nƣớc sinh hoạt. Ô nhiễm As trong nƣớc ngầm đã đƣợc ghi nhận ở hơn 70 quốc gia, gây tác động nghiêm trọng đối với sức khỏe cho khoảng 150 triệu ngƣời trên toàn thế giới. Khoảng 110 triệu ngƣời trong số đó thuộc 10 quốc gia ở vùng Nam và Đông Nam Á nhƣ: Bangladesh, Campuchia, Trung Quốc, Ấn Độ, Lào, Myanma, Nepal, Pakistan, Đài Loan và Việt Nam Bảng 0.3: Nồng độ Asen trong nƣớc ở một số khu vực trên thế giới STT Địa điểm Nồng độ Asen trong nƣớc (µg/L) 1 Pampa, Cordopa 100 – 3810 2 Cordopa >100 3 Băngladet 1000 4 Carcuta ( Ân Độ ) <50 – 23.080 5 Phía Tây Bengal (Ấn Độ ) 3 – 3700 6 Chile 470 – 770 7 Fukuoka ( Nhật Bản ) 0,001 – 0,293 8 Hà Nội ( Việt Nam ) 1 – 3050 9 Hungary 1 – 174 SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 41
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 Khu tự trị Nội Mông ( Trung Quốc ) 1 – 2400 11 Sơn Tây ( Trung Quốc ) 0,03 – 1,41 12 Tân Cƣơng ( Trung Quốc ) 0,005 – 850 13 Laguna ( Mexico ) 8 – 624 14 Khu vực sông Mêkông (Campuchia) 1 – 1340 15 Nakhon Si Thammarat ( Thái Lan ) 1,25 – 5114 16 Ropibol ( Thái Lan ) 1 – 5000 17 Nepal 8 – 2660 18 Peru 500 19 Rumani 1 – 176 20 Phía Tây Nam ( Phần Lan ) 17 – 980 21 Phía Tây ( Mỹ ) 1 – 48.000 1.4.8.2 Ô nhiễm Asen tại Việt Nam. Ở ĐBSCL cũng phát hiện ra nhiều giếng khoan có hàm lƣợng Asen cao nằm ở Đồng Tháp và An Giang. Sự ô nhiễm Asen ở miền Bắc hiện phổ biến và cao hơn miền Nam. Qua điều tra cho thấy ¼ số hộ gia đình sử dụng trực tiếp nƣớc ngầm không qua xử lý ở ngoại thành Hà Nội đã bị ô nhiễm Asen, tập trung nhiều ở phía Nam thành phố (20,6%), huyện Thành Trì (41%) và Gia Lâm (18,5%). Điều nguy hiểm là Asen không gây mùi khó chịu khi có mặt trong nƣớc ngay cả khi ở hàm lƣợng gây chết ngƣời nên nếu không phân tích mẫu mà chỉ bằng cảm quan thì không thể phát hiện đƣớc sự tồn tại của Asen. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 42
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trong hơn 2 năm (2003-2005), Chính phủ Việt Nam và UNICEF đã khảo sát về nồng độ Asen trong nƣớc của 71.000 giếng khoan thuộc 17 tỉnh đồng bằng miền Bắc, Trung, Nam. Kết quả phân tích cho thấy, nguồn nƣớc giếng khoan của các tỉnh vùng lƣuvực sông Hồng: Hà Nam, Nam Định, Hà Tây, Hƣng Yên, Hải Dƣơng và các tỉnh An Giang,Đồng Tháp thuộc lƣu vực sông Mê Kông đều bị nhiễm Asen rất cao. Tỷ lệ các giếng có nồng độAsen từ 0,1mg/l đến > 0,5 mg/l (cao hơn Tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam và Tổ chức Y tế thế giới 10-50 lần) của các xã dao động từ 59,6 - 80%. Theo bản tin TTXVN phát đi ngày 12/11/2006, ở 4 huyện cù lao An Phú, Phú Tân, Tân Châu và Chợ Mới (An Giang), đã phát hiện 544 trong số gần 2.700 giếng khoan có nguồn nƣớc bị nhiễm Asen. Trong số giếng bị nhiễm thạch tín có 100 giếng bị nhiễm với hàm lƣợng vƣợt mức tiêu chuẩn nƣớc sạch về ăn uống, 445 giếng bị nhiễm với hàm lƣợng vƣợt mức tiêu chuẩnvề nƣớc sạch sinh hoạt. Tại An Giang có tới 40% số giếng bị nhiễm Asen dƣới 50ppb, 16% nhiễm trên 50ppb. Tình trạng nhiễm Asen tập trung tại 4 huyện An Phú, Tân Châu, Phú Tân và Chợ Mới. Tại Long An, trong tổng số 4.876 mẫu nƣớc ngầm đƣợc khảo sát có 56% số mẫu nhiễm Asen Tại Đồng Tháp, tình hình cũng đáng báo động, khi có trên 67% số mẫu trong tổng số2.960 mẫu nƣớc ngầm đƣợc khảo sát đã phát hiện nhiễm Asen. Trong đó, huyện Thanh Bình cótỷ lệ nhiễm Asen cao với 85% số mẫu thử có hàm lƣợng trên 50ppb. Trên 51% số mẫu thử trong tổng số hơn 3.000 mẫu đƣợc khảo sát phát hiện đã nhiễm Asen tại Kiên Giang. Có thể thấy tình trạng ô nhiễm Asen trong nguồn nƣớc của các giếng khoan tại các xã là rất nghiêm trọng. Tỷ lệcác giếng có nồng độ Asen cao >0,1 mg/l (gấp hơn 10 lần tiêu chuẩn cho phép) ở hầu hết các xãchiếm từ 70% - 96%, trừ Mai Động có tỷ lệ thấp hơn (46%). Tại tỉnh Bình Thuận, Trung tâm Kỹ thuật Tài nguyên và Môi trƣờng thuộc Sở Tài nguyên và Môi trƣờng đã ký Hợp đồng số 95/HĐ-AS ngày 21/01/2008 với Cục Quản lý Tài nguyên nƣớc để thực hiện đề án: ―Điều tra, SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 43
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP khảo sát chi tiết, đánh giá hiện trạng ô nhiễm Arsen trong nguồn nước sinh hoạt trên địa bàn tỉnh Bình Thuận‖. Qua phân tích, trong số 1510 mẫu nƣớc giếng đã lấy, có 1135 mẫu có hàm lƣợng Asenic từ nhỏ hơn 0,001 (782 mẫu trƣớc xử lý, 353 mẫu sau xử lý), có 193 mẫu có hàm lƣợng Arsenic nằm trong khoảng ≥ 0,001 đến ≤ 0,025 (142 mẫu trƣớc xử lý, 51mẫu sau xử lý), có 64 mẫu có hàm lƣợng Arsenic nằm trong khoảng > 0,025 mg/l đến < 0,05 mg/l (41 mẫu trƣớc xử lý, 23 mẫu sau xử lý) và 118 mẫu có hàm lƣợng Arsenic ≥ 0,05 mg/l (85 mẫu trƣớc xử lý, 33 mẫu sau xử lý). So với tiêu chuẫn chất lƣợn nƣớc ăn uống (0,01 mg/L) thì nồng độ ô nhiễm rất cao, hơn gấp 2,5 – 5 lần. Có nhiều nơi nồng độ cao hơn gấp 10 lần so với TC nƣớc dùng trong ăn uống. So với tiêu chuẫn nƣớc dƣới đất nồng độ ô nhiễm khu vực này vẫn trong TC cho phép. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 44
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 0.7: Ô nhiễm Asen ở Việt Nam SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 45
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.4.9 Các phƣơng pháp xử lý Asen Khi nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý, loại bỏ Asen trƣớc tiên phải căn cứ vào trạng thái tồn tại, mức độ hay nồng độ của nó trong nƣớc, các yếu tố và điều kiện địa phƣơng Cần nhấn mạnh rằng TCCP về hàm lƣợng Asen trong nƣớc ăn uống sinh hoạt theo TC 505/ BYT năm 1992 là 0,05 mg/l hay 50 µg/l, nhƣng do độc tính cao của Asen nên quy định theo TC 1329/BYT năm 2002 là 0,01 mg/l hay 10 µg/l tức là nhƣ quy định của Tổ chức Y tế thế giới (WHO), Mỹ (US EPA), Cộng đồng châu Âu (EU). Dƣới đây là một số công nghệ xử lý nƣớc ô nhiễm Asen ở các nƣớc và Việt Nam. Công nghệ loại bỏ Asen trong nƣớc, phần lớn là nƣớc dƣới đất đƣợc phân thành các phƣơng pháp chủ yếu sau: Keo tụ, kết tủa - Lắng hay Cộng keo tụ - kết tủa - lắng; Oxi hóa; Sử dụng ánh sáng mặt trời hay oxi hóa quang hóa; Hấp phụ; Trao đổi ion; Lọc qua lớp vật liệu lọc, Lọc màng; Phƣơng pháp sinh học và cây trồng; Sử dụng kết hợp các phƣơng pháp trên.  Keo tụ - Kết tủa Cộng kết tủa - lắng - lọc đồng thời với quá trình xử lý sắt và/hoặc mangan có sẵn trong nƣớc ngầm tự nhiên. Đây là phƣơng pháp xử lý đơn giản nhất, bằng cách bơm nƣớc ngầm từ giếng khoan, sau đó làm thoáng để ôxy hóa sắt, mangan, tạo hydroxyt sắt và mangan kết tủa. Asen (III) đƣợc oxy hóa đồng thời thành As (V), có khả năng hấp phụ lên bề mặt của các bông keo tụ Hydroxyt Sắt hay Mangan tạo thành và lắng xuống đáy bể, hay hấp phụ và bị giữ lại lên bề mặt hạt cát trong bể lọc. Nghiên cứu của Trung tâm KTMT ĐT & KCN (CEETIA), Trƣờng ĐHXD và Trung tâm CNMT & PTBV (CETASD), Trƣờng ĐHKHTN năm 2000 - 2002 cho thấy công nghệ hiện đại có tại các nhà máy nƣớc ở Hà Nội, chủ yếu để xử lý sắt và mangan, cho phép loại bỏ 50 - 80% Asen có trong nƣớc ngầm mạch sâu khu vực Hà SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 46
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nội. Nghiên cứu gần đây của CETASD và Viện Công nghệ Môi trƣờng Liên bang Thụy Sĩ cho thấy đối với các hộ gia đình sử dụng giếng khoan đơn lẻ, nơi có hàm lƣợng sắt cao trong nƣớc ngầm, mô hình làm thoáng nƣớc ngầm bằng cách phun mƣa trên bề mặt bể lọc cát (lọc chậm), phổ biến ở các hộ gia đình hiện nay, cho phép loại bỏ tới 80% Asen trong nƣớc ngầm cùng với việc loại bỏ sắt và mangan. Những nghiên cứu này cũng đã chỉ rằng hàm lƣợng Asen trong nƣớc sau khi xử lý bằng phƣơng pháp trên phụ thuộc nhiều vào thành phần các hợp chất khác trong nƣớc nguồn và trong đa số trƣờng hợp, không cho phép đạt nồng độ Asen thấp dƣới tiêu chuẩn, do vậy cần tiếp tục xử lý bằng các phƣơng pháp khác.  Keo tụ bằng hóa chất: Phƣơng pháp keo tụ đơn giản nhất là sử dụng vôi sống (CaO) hoặc vôi tôi (Ca(OH)2) để khử Asen. Hiệu suất đạt khoảng 40 - 70 %. Keo tụ bằng vôi đạt hiệu suất cao với pH trên 10,5 cho phép đạt hiệu suất khử Asen cao, với nồng độ Asen ban đầu khoảng 50 µg/l. Có thể sử dụng để khử Asen kết hợp với làm mềm nƣớc. Tuy vậy, phƣơng pháp này khó cho phép đạt đƣợc nồng độ Asen trong nƣớc sau xử lý xuống tới 10 mg/l. Một hạn chế của phƣơng pháp sử dụng vôi là tạo ra một lƣợng cặn lớn sau xử lý. Ngoài ra còn có thể dùng phƣơng pháp keo tụ, kết tủa bằng Sunfat nhôm hay Clorua sắt.  Oxi hóa Oxi hóa bằng các chất oxi hóa mạnh: Các chất oxi hóa đƣợc phép sử dụng trong cấp nƣớc nhƣ Clo, KMnO4, H2O2, Ozon. Oxi hóa điện hóa: Có thể xử lý nƣớc chứa Asen bằng phƣơng pháp dùng điện cực là hợp kim và áp dụng cho các hộ sử dụng nƣớc quy mô nhỏ. Oxy quang hóa: Nhóm các nhà khoa học Ôxtrâylia đã phát minh ra công nghệ loại bỏ Asenite (As(III)) và cả các chất hòa tan khác nhƣ Sắt, Phosphorus, Sulfur, khỏi nƣớc bằng cách đƣa chất oxy hóa và chất hấp phụ quang hóa: (chiếu SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 47
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP tia cực tím vào nƣớc rồi sau đó lắng). Chất oxy hóa có thể là oxy tinh khiết hoặc sục khí. Chất hấp phụ quang hóa có thể là Fe(II), Fe(III), Ca(II). Có thể sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn tia cực tím. Phản ứng có thể xảy ra ở nhiệt độ trong phòng và ánh sáng thấp, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp. Do As(III) bị oxy hóa thành As(V) với tốc độ rất chậm, có thể sử dụng các chất oxy hóa mạnh nhƣ Cl2, H2O2 hoặc O3. Phần lớn chi phí xử lý chính là các chất oxy hóa này.  Hấp phụ Hấp phụ bằng nhôm hoạt hóa: Nhôm hoạt hóa đƣợc sử dụng có hiệu quả để xử lý nƣớc có hàm lƣợng chất rắn hòa tan cao. Tuy nhiên, nếu trong nƣớc có các hợp chất của Selen, Florua, Clorua, Sunffat với hàm lƣợng cao, chúng có thể cạnh tranh hấp phụ. Nhôm hoạt hóa có tính lựa chọn cao đối với As(V), vì vậy mỗi lần xử lý có thể giảm tới 5 - 10 % khả năng hấp phụ. Cần hoàn nguyên và thay thế vật liệu lọc khi sử dụng. Cột lọc hấp phụ với Nhôm hoạt hóa dùng cho giếng khoan bơm tay đƣợc thiết kế bởi các nhà khoa học Ấn Độ. Các chuyên gia đã chọn Nhôm hoạt hóa làm vật liệu hấp phụ, dựa trên đặc tính lựa chọn và công suất hấp phụ cao đối với Asen, khả năng hoàn nguyên, nguồn cung cấp sẵn có và bỏ qua đƣợc yêu cầu sử dụng hóa chất. Phƣơng pháp này tƣơng đối thuận lợi, nhất là cho các vùng nông thôn nghèo. Chỉ cần đổ nƣớc giếng cần xử lý qua lớp vật liệu lọc. Thời gian làm việc của thiết bị phụ thuộc vào chất lƣợng nƣớc và hàm lƣợng sắt trong nƣớc nguồn. Hàm lƣợng sắt trong nƣớc nguồn càng cao, hiệu suất khử Asen càng cao và chu kỳ làm việc trƣớc khi hoàn nguyên càng tăng. Hấp phụ bằng oxyt nhôm hoạt hóa: Công ty Project Earth Industries (PEI Inc.) đã chế tạo ra một loại vật liệu hấp phụ rẻ tiền, có nguồn gốc từ nhôm, có khả năng tách Asen ở 2 dạng tồn tại phổ biến ở trong nƣớc là As (III) và As(V). Vật liệu hấp phụ này có đặc tính hóa học, diện tích bề mặt và độ rỗng cao, có khả năng hấp phụ cao hơn 10 lần so với các vật liệu thông thƣờng khi có mặt các Ion cạnh tranh. Cƣờng độ hấp phụ nhanh, cho phép đạt hiệu suất cao, lƣợng Asen sau xử lý đạt SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP dƣới mức giới hạn tìm thấy của thiết bị phân tích trong phòng thí nghiệm. Loại vật liệu này cũng đã đƣợc thử nghiệm tính không độc hại theo tiêu chuẩn của cơ quan BVMT Mỹ và đã đƣợc thử nghiệm ở Ấn Độ và Bangladesh (1998, 1999). Thiết bị khử Asen của PEI đƣợc lắp đặt ở Lalpur, Chakdah, Tây Bengal. Với công suất 1.000 l/ngđ, thiết bị thử nghiệm cho phép giảm Asen từ giá trị trung bình ban đầu 340 ppb xuống dƣới 50 ppb (Tiêu chuẩn nƣớc uống của Bangladesh). Hấp phụ bằng vật liệu Laterite: Laterite là loại đất axit có màu đỏ, rất phổ biến ở các vùng nhiệt đới. Thành phần chủ yếu của Laterite là các Hydroxyt Sắt và Nhôm, hoặc các oxyt ngậm nƣớc của chúng, và một lƣợng nhỏ các hợp chất của Mangan, Titan. Ở điều kiện tự nhiên, loại đất sét này có điện tích bề mặt dƣơng, có khả năng hấp phụ các chất bẩn mang điện tích âm nhƣ Asenic. Có thể đƣa laterite trực tiếp vào nƣớc cần xử lý nhƣ chất hấp phụ, sau đó để lắng, hoặc có thể sử dụng làm vật liệu hấp phụ trong bể lọc. Tại Ấn Độ, ngƣời ta đã nghiên cứu thực nghiệm để xử lý Asenic với nồng độ cao trong nƣớc ngầm bằng laterite theo tỷ lệ 5 g laterite/100 ml nƣớc. Hiệu suất xử lý đạt 50 - 90 %. Hiệu suất có thể đạt cao hơn khi xử lý laterite trƣớc bằng dung dịch HNO3 0,01 M. Ngoài ra, còn nhiều vật liệu hấp phụ khác đã và đang đƣợc nghiên cứu ứng dụng để loại bỏ Asen trong nƣớc ngầm. Sử dụng viên sắt có chứa Clo: Khi đƣa những viên sắt vào trong nƣớc, Clo có tác dụng làm chất oxy hóa, chuyển As(III) thành As(V). Sau đó As(V) sẽ bị hấp phụ lên các bông Hydroxyt Sắt đã tạo thành. Sau đó khuấy trộn, để lắng rồi gạn nƣớc trong hoặc lọc qua ống lọc. Cặn lắng chứa Asen đƣợc thải ra bãi phế thải. Asen ở đây chuyển hóa sang thể bay hơi AsH3 và khuếch tán vào không khí. So sánh hiệu quả khử Asen bằng thiết bị keo tụ - lắng (Jar Test) với 3 loại phèn keo tụ khác nhau: FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3. Kết quả cho thấy FeCl3 cho phép đạt hiệu suất khử Asen cao nhất: hơn 90 %. Sử dụng mạt sắt kết hợp với cát: Công nghệ này do các chuyên gia Trƣờng ĐHTH Connecticut, Mỹ đƣa ra. Ngƣời ta sử dụng cột lọc với vật liệu hấp phụ bằng SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 49
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP mặt sắt trộn lẫn với cát thạch anh. Nƣớc ngầm đƣợc trộn lẫn với Sulfat Bari và lọc qua cột lọc. Mạt sắt là các Ion sắt hóa trị 0, khử Asen vô cơ thành dạng kết tủa cùng với sắt, hỗn hợp kết tủa, hay kết hợp với sulfat tạo PyritAsen. Phƣơng pháp này có thể đƣợc áp dụng để lắp đặt một thiết bị xử lý nƣớc riêng biệt, hay lắp đặt nhƣ một chi tiết trong thiết bị xử lý nƣớc giếng khoan. Asen trong nƣớc sau xử lý đạt dƣới 27 mg/l. Hydroxyt sắt: Hydroxyt sắt dạng hạt đƣợc sử dụng trong cột hấp phụ. Công nghệ này kết hợp những ƣu điểm của phƣơng pháp keo tụ - lọc, có hiệu suất xử lý cao và lƣợng cặn sinh ra ít, với phƣơng pháp nhôm hoạt hóa, có ƣu điểm là đơn giản. Hạt Hydroxit sắt đƣợc sản xuất từ dung dịch FeCl3 bằng cách cho phản ứng với dung dịch NaOH. Kết tủa tạo thành đƣợc rửa sạch, tách nƣớc bằng quay ly tâm và tạo hạt dƣới áp suất cao. Vật liệu này có khả năng hấp phụ cao. Nồng độ Asen trong nƣớc trƣớc xử lý 100 - 180 mg/l, sau xử lý đạt < 10 mg/l. Kết hợp phƣơng pháp oxi hóa, hấp phụ - lọc với trồng cây hay oxi hóa với lọc cát và trồng cây. Một số loài thực vật nhƣ thủy trúc (CyperusAlternifolius hay cây Thaliadealbata) hoặc khoai nƣớc ColocasiaEsculenta cũng cho hiệu suất loại bỏ Asen khỏi nƣớc.  Trao đổi Ion Đây là quá trình trao đổi giữa các ion trong pha rắn và pha lỏng, mà không làm thay đổi cấu trúc của chất rắn. Có thể loại bỏ các ion Asenat (As (V)) trong nƣớc bằng phƣơng pháp trao đổi ion với vật liệu trao đổi gốc anion axit mạnh (Cl-). Loại vật liệu trao đổi ion này có ƣu điểm là có thể sử dụng dung dịch muối đậm đặc NaCl để hoàn nguyên hạt trao đổi ion đã bão hòa Asen. Nồng độ Asen sau xử lý có thể hạ thấp tới dƣới 2 ppb. Tuy nhiên công nghệ trao đổi ion tƣơng đối phức tạp, ít có khả năng áp dụng cho từng hộ gia đình đơn lẻ.  Công nghệ lọc Công nghệ lọc qua lớp vật liệu lọc là cát: Asen đƣợc loại bỏ khỏi nƣớc trong bể lọc cát là nhờ sự đồng kết tủa với Fe(III) trên bề mặt của các hạt cát và không SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 50
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP gian giữa các lỗ rỗng trong lớp cát. Fe(II) ở dạng hòa tan trong nƣớc, sẽ bị oxi hóa bởi oxi của không khí để tạo thành Fe(III). Hidroxit Fe(III) sẽ đƣợc hấp phụ trên bề mặt các hạt cát và tạo thành một lớp hấp phụ mỏng. Asen (V) và Asen(III) trong nƣớc sẽ hấp phụ vào lớp Fe(OH)3 đó và bị giữ lại ở lớp vật liệu lọc. Kết quả, nƣớc ra khỏi bể lọc đã đƣợc giải phóng khỏi sắt và Asen. Công nghệ lọc màng: Sử dụng các màng bán thấm, chỉ cho phép nƣớc và một số chất hòa tan đi qua, để làm sạch nƣớc. Công nghệ lọc màng cho phép có thể tách bất cứ loại chất rắn hòa tan nào ra khỏi nƣớc, kể cả Asen. Tuy nhiên, phƣơng pháp này thƣờng rất đắt và do đó thƣờng đƣợc sử dụng trong những trƣờng hợp cần thiết, bắt buộc, khó áp dụng các phƣơng pháp khác nhƣ khử muối, loại bỏ một số ion nhƣ Asen Có nhiều loại màng lọc đƣợc sử dụng nhƣ vi lọc, thẩm thấu ngƣợc, điện thẩm tách, siêu lọc và lọc nano. Hiệu suất và chi phí cho quá trình lọc màng phụ thuộc vào chất lƣợng nƣớc nguồn và yêu cầu chất lƣợng nƣớc sau xử lý. Thông thƣờng, nếu nƣớc nguồn càng bị ô nhiễm, yêu cầu chất lƣợng nƣớc sau xử lý càng cao, thì màng lọc càng dễ bị tắc bởi các tạp chất bẩn, cặn lắng và cặn sinh vật (tảo, rêu, vi sinh vật ). SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 51
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 2.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM THỰC HIỆN Thời gian thực hiện đề tại: 7/5 – 29/7/2018 Địa điểm thực hiện nghiên cứu đề tài: Các thí nghiệm và chạy mô hình đều thực hiện tại phòng thí nghiệm VKHUD HUTECH của trƣờng Đại học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh 2.2. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU Các nhánh cây xƣơng rồng đƣợc tự nhiên thu về từ vùng đất cát khu vực Hàm Thuận Bắc và Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận. Chúng đƣợc rửa nhiều lần bằng nƣớc cất để loại bỏ gai và các hạt bụi bẩn, loại bỏ lớp vỏ rồi phơi nắng trong 3h và cắt thành miếng nhỏ. Chúng đƣợc sấy khô ở 60°C trong 24h rồi say nhuyễn thành dạng bột dùng cho thí nghiệm. Bột xƣơng rồng lƣu trữ trong một chai thủy tinh tiếp tục sử dụng mà không cần bất kỳ tiền xử lý [28]. Bảng 2.1: Các thiết bị chính dùng trong nghiên cứu STT Thiết bị Công dụng Arsenic Test Kit Test nhanh nồng độ (Than đo: 0; Asen trong mẫu nƣớc, 1 0,005; 0,01; dựa trên màu theo than 0,025; 0,05; 0,1; đo 0,25; 0,5 mg/L) Máy khấy jar test dùng để khuấy phèn, tạo bông kết tủa và sa 2 Máy Jartest lắng, nhằm đánh giá hiệu quả sa lắng của các chất bẩn, chất cặn trong xử lý nƣớc. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 52
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đo nồng độ pH trong nƣớc 3 Máy đo pH cầm tay 4 Tủ sấy Tủ Sấy để sấy khô các loại nguyên vật liệu 5 Cân phân tích 2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.3.1 Nghiên cứu khả năng loại bỏ Asen bằng bột khô xƣơng rồng bà trên các mẫu nƣớc gây nhiễm As(III) nhân tạo  Mục đích thí nghiệm Đánh giá hiệu quả loại bỏ Asen trên mẫu nƣớc nhân tạo dùng bột khô từ cây xƣơng rồng bà (nopal castus). Xác định pH tối ƣu, liều lƣợng tối ƣu, tốc độ khấy tối ƣu và thời gian khấy tối ƣu cho từng mẫu nƣớc nhiễm Asen nhân tạo khác nhau. Đánh giá khả năng xử lý cao nhất đối với mẫu nƣớc nhiễm Asen cụ thể. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 53
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Đối tƣợng thí nghiệm Các mẫu nƣớc nhiễm Asen nhân tạo đƣợc pha lần lƣợt với nồng độ 0,05mg/L, 0,25mg/L 0,5mg/L. + Dung dịch chuẫn lƣu trữ: 1,32g As2O3 trong mẫu nƣớc chứa 4g NaOH định mức tới 1000 mL (1mL chứa 1mg As (III)) + Dung dịch gây nhiễm: As (III) với các nồng độ khác nhau 2.3.2 Đánh giá khả năng loại bỏ Asen bằng bột khô xƣơng rồng trên các mẫu nƣớc ngầm tự nhiên.  Mục đích thí nghiệm Đánh giá hiệu quả loại bỏ Asen trên mẫu nƣớc tự nhiên dùng bột khô cây xƣơng rồng bà (nopal castus). Đánh giá khả năng loại bỏ Asen trong các nguồn nƣớc ngầm bằng bột khô xƣơng rồng bà từ các giá trị pH tối ƣu, liều lƣợng tối ƣu, tốc độ khuấy tối ƣu và thời gian khuấy tối ƣu đƣợc xác định trên mẫu nƣớc nhiễm Asen nhân tạo. Đánh giá khả năng xử lý cao nhất đối với mẫu nƣớc ngầm cụ thể.p  Đối tƣợng thí nghiệm Các mẫu nhiện thuộc huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận nƣớc ngầm tự 2.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.4.1 Phƣơng pháp luận Dựa trên các nghiên cứu có trƣớc trên thế giới về sử dụng dịch chiết từ các loại thực vật trong xử lý nƣớc, kế thừa và phát huy tính hiệu quả cũng nhƣ đáp ứng đƣợc trong hoàn cảnh cụ thể nƣớc ta.Một loạt các kỹ thuật đã đƣợc sử dụng để khám phá bề mặt và thông số liên quan đến bột Cactus OFI để xem xét các tính năng đặc trƣng của OFI có liên quan đến xử lý nƣớc thải nhƣ diện tích bề mặt hấp thụ sinh học, bề mặt các nhóm chức năng, kết cấu bề mặt và hình thái đƣờng, thành phần các axit béo và các hợp chất phenolic.Ảnh chụp SEM - EDX của vật liệu OFI cho cái nhìn sâu sắc hơn về bản chất của bột OFI và chất nhầy với thành phần cơ SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 54
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP bản đã sử dụng kính hiển vi điện tử quét kết hợp với phân tích năng lƣợng phân tán tia X (EDX). Các kỹ thuật cho thấy hình thái, độ xốp, kết cấu và các thành phần cơ bản chúng trên bề mặt của vật liệu là cấu trúc ống, xốp. Ảnh SEM cho thấy của sợi hoạt tính sinh học, Cactus sợi lá và sợi cladode Cactus đã đƣợc sử dụng trong việc loại bỏ chất ô nhiễm.Các sợi sinh học hoạt tính bao gồm các cấu trúc phân lớp (lamellar) có độ bề cao, dẻo dai và diện tích bề mặt vật liệu lớn, các mƣơng nhỏ cho phép lƣu chất chuyển động thông qua các sợi tạo cơ hội để hấp thụ lƣợng cao các chất (Hadjittofiand Pashalidis, 2015) [35]. Ngoài ra, Bề mặt thô và kết cấu nhiều lớp cùng với sự hiện diện của các lỗ hổng làm tăng sự khuếch tán trong hạt (Prodromou và Pashalidis, 2013a;. Wahab và cộng sự, 2012)[36,37].Chính vì thế, bột khô từ cây xƣơng rồng là chất keo tụ tự nhiên phù hợp rất trong xử lý nƣớc. Nhiều vùng nông thôn, đặc biệt ở miền Trung nƣớc ta là khu vực luôn phải hứng chịu các ảnh hƣởng lớn từ hạn hán, nên nhu cầu cho nƣớc sạch là vấn đề cấp thiết đƣợc quan tâm và cần một giải pháp cho việc tận dụng các nguồn nƣớc mặt: hố nƣớc sau mƣa, các vũng nƣớc vào mùa khô để tạo ra nguồn nƣớc sạch cho sinh hoạt nhƣng không tốn quá nhiều chi phí. Xƣơng rồng bà (Nopal castus) một loại thực vật rất phổ biến ở khu vực này có sức sống mãnh liệt và không tốn công sức chăm sóc.Với nguồn nguyên liệu có sẵn và dồi dào ta có thể tận dụng là chất keo tụ tự nhiên xử lý nguồn nƣớc trên. Để đảm bảo tính khả thi của phƣơng án chúng tôi tiến hành thí nghiệm xem xét các giá trị tối ƣu nhƣ pH, liều lƣợng chất keo tụ, thời gian khuấy và tốc độ khuấy trong quá trình xử lý với mẫu nƣớc nhân tạo. Trên cơ sở các giá trị tối ƣu tìm đƣợc tiến hành đánh giá khả năng loại Asen của bột xƣơng rồng khô trên một số mẫu nƣớc tự nhiên khu vực Hàm Thuận Bắc, tỉnh .Quá trình nghiên cứu đƣợc thực hiện nhƣ Sơ đồ nghiên cứu Hình 2.1. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 55
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 56
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.4.2 Phƣơng pháp cụ thể 2.4.2.1 Phương pháp tạo vật liệu keo tụ Khả năng loại bỏ COD, độ đục và nồng độ kim loại nặng khỏi nƣớc phụ thuộc nhiều vào các phƣơng pháp chiết xuất chất nhầy. Sau các thí nghiệm hiệu quả loại bỏ COD và độ đục cao nhất ở bột khô xƣơng rồng tạo ra một lƣợng bùn lớn so với các dịch chiết theo phƣơng pháp khác [26] nhƣ chất nhầy thu đƣợc từ việc đun sôi miếng xƣơng rồng cắt nhỏ theo báo cáo Torres và cộng sự (2012) [27], chất nhầy thu đƣợc ở trên đem sấy khô ở nhiệt độ quy định; phƣơng thức thứ 3, xƣơng rồng đƣợc cắt thành các dãy lớn rồi đem ly tâm rồi sấy khô và cuối cùng là phƣơng thức tạo vật liệu keo tụ đƣợc tiến hành trong thí nghiệm. Các nhánh xƣơng rồng bà tự nhiên đƣợc thu về trong tháng 06 năm 2018 từ vùng đất cát huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận. Đem rửa sạch bụi bẩn bằng nƣớc và loại bỏ các gai nhọn, phơi nắng trong 3 giờ rồi dùng dao cắt thành các miếng nhỏ.Đem sấy ở nhiệt độ 80oC trong 24 giờ và tiếp tục đem xay nhuyễn thành bột và lƣu trữ trong các bình thủy tinh [28]. 2.4.2.2 Phương pháp xác định cấu trúc bề mặt Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: Scanning Electron Microscope, thƣờng viết tắt là SEM) lần đầu đƣợc phát triển bởi Zworykin vào năm 1942 là một thiết bị gồm một súng phóng điện tử theo chiều từ dƣới lên, ba thấu kính tĩnh điện và hệ thống các cuộn quét điện tử đặt giữa thấu kính thứ hai và thứ ba, và ghi nhận chùm điện tử thứ cấp bằng một ống nhân quang điện. SEM có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt vật rắn bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu.Việc tạo ảnh của mẫu vật đƣợc thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tƣơng tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật. Có nghĩa là SEM cũng nằm trong nhóm các thiết bị phân tích vi cấu trúc vật rắn bằng chùm điện tử. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 57
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.2: Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét Vật liệu sẽ gửi mẫu tiến hành chụp ảnh SEM Tại Khu Công nghệ cao quận 9. 2.4.2.3 Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu Công tác lấy mẫu nƣớc ngầm đƣợc tiến hành nhƣ sau: + Dụng cụ: Chai chứa mẫu: sạch, bằng nhựa hoặc thủy tinh. Nút bằng nhựa (không đƣợc lót giấy) hoặc thủy tinh. + Lấy mẫu: Rửa sạch chai nhiều lần bằng nƣớc nguồn, cho nƣớc vào đầy chai và đậy kín nắp, tránh để mẫu tiếp xúc với ôxy không khí tạo ra kết tủa FeAsO4 và các hợp chất bay hơi, các ion kim loại ảnh hƣởng trong suốt quá trình bảo quản và xử lý mẫu khác ảnh hƣởng đến kết quả phân tích. + Ghi chép lập hồ sơ mẫu: Khi lấy mẫu, mỗi mẫu phải có ghi chép lập hồ sơ đầy đủ. Hồ sơ lấy mẫu phải đủ các vấn để sau: Địa điểm lấy mẫu, vị trí lấy mẫu (chỗ lấy, bề mặt, độ sâu, cách đƣờng, bờ ruộng , khi lấy mẫu nƣớc biển phải SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 58
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ghi rõ kinh độ, vĩ độ, độ sâu, tọa độ ), ngày, giờ, tháng, năm lấy mẫu, điều kiện thời tiết (mƣa, nắng, gió, nhiệt độ ), loại mẫu gì, dạng tồn tại, tình trạng mẫu khi lấy, khối lƣợng mẫu đã lấy, ghi rõ cách xử lý sơ bộ (nếu có), ngƣời lấy mẫu và ngƣời xác nhận (ghi rõ họ tên). + Bảo quản mẫu: Mẫu đƣợc bảo quản ngay sau khi lấy mẫu bằng cách axít hóa mẫu phân tích bằng dung dịch HNO3 đậm đặc đến pH<2 mục đích là để hòa tan các hợp chất khó tan của mẫu nhƣ As2O3 về dạng tan H3AsO3 hay H3AsO4, thuận tiện trong quá trình bảo quản mẫu. Mẫu đƣợc bảo quản trong tủ giữ mẫu. 2.4.2.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm Thí nghiệm xác định giá trị tối ƣu cho mẫu nƣớc ô nhiễm nhân tạo có nồng độ Asen từ 0,01 – 0,25mg/L ( Nồng độ ô nhiễm xác với mức độ ô nhiễm Asen trên khu vực thực hiên đề tài. ― kết quả quang trắc Trung tâm Kỹ thuật Tài nguyên và Môi trƣờng tỉnh Bình Thuận‖. Các thông số đƣợc tham khảo giá trị tối ƣu từ nghiên cứu sử dụng ― Các chất nhầy của O.ficus indica để giảm độ đục và ô nhiễm Asen trong nƣớc uống tại vùng nông thôn Mexico‖ Của Andrew Kelvin Young thuộc Đại học Nam Florida (2006) và ―Nghiên cứu khả năng loại bỏ độ đục, độ màu và COD trong một số nguồn nƣớc sử dụng bột khô xƣơng rồng bà, Nopal cactus.‖ của tác giả Thái Văn Nam và cộng sự đăng trên tạp chí công nghệ sinh học (2017). Các thí nghiệm đƣợc bố trí với pH khoảng 7 – 9, liều lƣợng bột OFI là 10 mg/l, liều lƣợng dung dịch OFI 50ml với nồng độ 0,5g /L, tốc độ khuấy 30 (vòng/phút) trong thời gian 10 phút sau đó lắng trong 30 phút và ở từng thí nghiệm khảo sát các giá trị xung quanh giá trị tối ƣu. TN1: Xác Định pH tối ưu cho quá trình keo tụ Mẫu nƣớc nhân tạo đƣợc tạo ra ở các nồng độ Asen khác nhau: 0.05mg/L, 0.25mg/L Xác định nồng độ Asen đầu vào cho từng mẫu nƣớc Ở mỗi nồng độ Asen cho mẫu nƣớc vào 5 cốc, mỗi cốc 1l. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 59
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dùng vài giọt NaOH 0.5N hoặc HNO3 0.5N để điều chỉnh pH từng cốc tăng dần 6, 7, 8 ,9, 10 Cân 10 mg bột khô xƣơng rồng bà cho vào các cốc đã đƣợc điều chỉnh pH khác nhau. Tiến hành keo tụ - tạo bông bằng máy Jartest, bật máy khuấy ở tốc độ 100 vòng/phút trong 5 phút sau đókhuấy chậm với tốc độ khấy 30 vòng/ phút trong 10 phút. Sau khi keo tụ, để lắng trong 30 phút. Tiến hành xác định nồng độ Asen đầu ra TN2: Xác định liều lượng chất keo tụ tối ưu với mẫu nước nhân tạo Mẫu nƣớc nhân tạo đƣợc tạo ra ở các nồng độ Asen khác nhau: 0.05mg/L, 0.25mg/L. Xác định nồng độ Asen đầu vào cho từng mẫu nƣớc. Ở mỗi nồng độ Asen mẫu nƣớc vào 5 cốc, mỗi cốc 1l. Dùng vài giọt NaOH 0.5N hoặc HNO3 0.5N để điều chỉnh pH đến mức tối ƣu vừa xác định ở thí nghiệm 1. Cân bột khô xƣơng rồng bà cho vào các cốc đã đƣợc điều chỉnh pH với liều lƣợng tăng dần 10 mg/L, 20 mg/L, 30 mg/L, 40 mg/L, 50 mg/L. Tiến hành keo tụ - tạo bông bằng máy Jartest, bật máy khuấy ở tốc độ 100 vòng/phút trong 5 phút sau đó khấy chậm với tốc độ khấy 30 vòng/ phút trong 10 phút. Sau khi keo tụ, để lắng trong 30 phút. Tiến hành xác định nồng độ Asen đầu ra TN3. Xác định tốc độ khuấy tối ưu với mẫu nước nhân tạo Mẫu nƣớc nhân tạo đƣợc tạo ra ở các nồng độ Asen khác nhau: 0.05mg/L, 0.25mg/L Xác định nồng độ Asen đầu vào cho từng mẫu nƣớc. Ở mỗi nồng độ Asen cho mẫu nƣớc vào 5 cốc, mỗi cốc 1l. SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam 60