BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM NGUYỄN PHƯỚC HÒA NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT CUNG CẤP NƯỚC SẠCH CHO SINH HOẠT TẠI THỊ XÃ CỬA LÒ TỈNH N[.]
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
-
NGUYỄN PHƯỚC HÒA
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT CUNG CẤP NƯỚC SẠCH CHO SINH HOẠT TẠI THỊ XÃ CỬA LÒ TỈNH NGHỆ AN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kĩ thuật môi trường
Mã số ngành : 60520320
TP HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2015
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
-
NGUYỄN PHƯỚC HÒA
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT CUNG CẤP NƯỚC SẠCH CHO SINH HOẠT TẠI THỊ XÃ CỬA LÒ TỈNH NGHỆ AN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kĩ thuật môi trường
Mã số ngành : 60520320
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS TS HUỲNH PHÚ
TP HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2015
Trang 3CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS HUỲNH PHÚ
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 09 tháng 02 năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn
Trang 4TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP HCM, ngày 24 tháng 01 năm 2015
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN PHƯỚC HÒA Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 21/02/1990 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh
Chuyên ngành: Kĩ thuật môi trường MSHV:1341810008
I- Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT CUNG CẤP NƯỚC SẠCH CHO SINH HOẠT
TẠI THỊ XÃ CỬA LÒ TỈNH NGHỆ AN”
II- Nhiệm vụ và nội dung:
Thu thập khảo sát các số liệu về diện tích, dân số, số giếng nước, phân bố dân
cư của Thị Xã
Khái quát và đánh giá ảnh hưởng của Asen
Phân vùng chất lượng nước ngầm khu vực nghiên cứu, làm cơ sở cho công tác khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên này
Nghiên cứu các yếu tố có liên quan tới việc áp dụng công nghệ xử lý tại địa phương
Đánh giá hiệu quả của công nghệ xử lý Asen được áp dụng
Nghiên cứu công nghệ tiên tiến xử lý nước ngầm ô nhiễm Asen cung cấp nước sinh hoạt cho khu vực Thị xã Cửa Lò
Đề xuất công nghệ cho việc khử Asen trong nước dưới đất
III- Ngày giao nhiệm vụ: 19/07/2014
Trang 5IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 24/01/2015
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS TS Huỳnh Phú
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
TS HUỲNH PHÚ
Trang 6LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Học viên thực hiện Luận văn
Nguyễn Phước Hòa
Trang 7LỜI CÁM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ các thầy cô, gia đình, các đồng nghiệp và bạn bè Tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến tất cả mọi người – những người đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành luận văn đúng thời gian quy định
Để hoàn thành tốt luận văn này, trước hết em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
TS Huỳnh Phú, Thầy đã tận tình giúp đỡ và trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu
Em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc nhất đến tất cả quý thầy cô và cán bộ của Trường Đại học Công nhệ TP HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu của mình cho em trong suốt quá trình học tập
Xin cảm ơn các Anh Chị đồng nghiệp công tác tại Chi cục Bảo vệ môi trường; Trung tâm Quan trắc và Phân tích Môi trường đã giúp đỡ, đã tạo điều kiện đi thực tế khảo sát và cung cấp các số liệu có liên quan và hỗ trợ những thông tin cần thiết cho
em hoàn thành luận văn
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến Quý đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã động viên, khuyến khích và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt khóa học Xin chân thành cảm ơn!
Học viên
Nguyễn Phước Hòa
Trang 8TÓM TẮT
Sự hiện diện của Asen trong nước ngầm ở nhiều nơi, vùng nông thôn của Việt Nam đã và đang trở thành vấn đề môi trường cần quan tâm Đề tài này lấy ngẫu nhiên mẫu nước giếng khoan từ các hộ gia đình thuộc thị xã Cửa Lò để phân tích và đánh giá các chỉ tiêu Fe, As và pH Đồng thời các mẫu cặp sau khi qua hệ thống xử
lý của các hộ gia đình cũng được phân tích để đánh giá hiệu quả khử Fe và As tại các hộ gia đình, qua đó nhận định về khả năng xử lý As tại khu vực này
Hàm lượng As trong nước ngầm vùng khảo sát hầu hết đều vượt quá giới hạn tối đa cho phép đối với As trong nước sinh hoạt từ 2-4 lần Kết quả khảo sát cho thấy 100% các hộ gia đình sử dụng nước ngầm làm nước cấp cho sinh hoạt do đó sẽ tiềm ẩn nguy cơ thâm nhập As vào cơ thể qua đường ăn uống
Đánh giá về hiệu quả xử lý Fe, As từ hệ thống lọc cát tại các hộ gia đình cho thấy đối với mẫu có hàm lượng Fe ban đầu cao… thì hiệu quả loại bỏ As cũng lên đến 98%
Tuy nhiên do thiếu kiến thức cũng như kỹ năng vận hành, bảo dưỡng bể lọc cát mà hiệu quả xử lý Fe, As ở một số hộ gia đình không đạt hiệu quả Do vậy cần có các hướng dẫn, phổ biến kiến thức để nâng cao khả năng xử lý tại chỗ đối với Fe, As trong dân cư nông thôn
Trang 9ABSTRACT
The presence of arsenic in groundwater in many places, especially in rural areas of Vietnam has become environmental issues of concern In this study and treated household’s groundwater was randomly sampled in Cua Lo Town for ana-lyzing the con-tents of iron (Fe) and arsenic (As), and measurement of pH as well as evaluating the Fe and As removal efficiencies
The arsenic content in almost all of groundwater samples in the studied area were exceeded maximum allowable concentration As in drinking water from 2 to 4 times The survey found that 100% of interviewed household in the commune using contaminated arsenic groundwater for supply water which might potentially cause arsenic exposure to the body through ingestion
The results were also found that As content in water samples after treat-ing through household’s sand filter was suitable for supplied water The samples with higher initial content of Fe were also higher As removal efficiency
However, due to lacking of knowledge, operative and maintenance skills caus-ing the treatment plants of Fe and As in some families cannot achieve high effec-tiveness (in which, the efficiency of arsenic removal was only about 44%) There-fore, it need providing the instruction and disseminating knowledge to the
house-holds in the commune to increase the ability for in-situ treatment of As and Fe
Trang 10MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN i
LỜI CAM ĐOAN ii
TÓM TẮT iii
ABSTRACT iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix
DANH MỤC CÁC BẢNG x
DANH MỤC HÌNH ẢNH xi
MỞ ĐẦU 1
1 Đặt vấn đề 1
2 Tính cấp thiết của đề tài 1
3 Mục tiêu của đề tài 3
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3
5 Nội dung nghiên cứu 3
6 Phương pháp nghiên cứu 3
7 Ý nghĩa Khoa học và thực tiễn 4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6
1.1 TỔNG QUAN VỀ ASEN 6
1.1.1 Giới thiệu 6
1.1.2 Nguyên tố Asen 7
1.1.3 Asen phân bố trong môi trường tự nhiên 8
1.1.4 Cấu tạo và cơ chế gây độc 9
1.1.4.1 Cấu tạo 9
1.1.4.2 Tính chất vật lý 9
1.1.4.3 Tính chất hoá học 10
1.1.4.4 Cơ chế gây độc 10
1.2 CÁC DẠNG TỒN TẠI CỦA ASEN TRONG MÔI TRƯỜNG 11
1.3 ĐỘC HỌC CỦA ASEN 13
Trang 111.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 13
1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 14
1.3.3 Độc học của Asen 16
1.4 TIÊU CHUẨN VỀ ASEN 18
1.5 ẢNH HƯỞNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ ASEN 18
1.5.1 Ảnh hưởng của Asen đến Sức khỏe Con người 18
1.5.2 Các biện pháp xử lý Asen trong nước 19
1.5.2.1 Hệ thống lọc cát 19
1.5.2.2 Hệ thống lọc với vật liệu MF-97 21
1.5.2.3 Xử lý Asen bằng dòng điện 22
1.5.2.4 Xử lý asen bằng hệ thống lọc hấp phụ sử dụng quặng MnO2 23
1.5.2.5 Xử lý Asen bằng sắt và đá ong biến tính (Laterite) 23
1.5.2.6 Loại trừ asen bằng than hoạt tính làm từ gáo dừa 25
1.5.2.7 Xử lý asen với cả vật liệu oxy hoá và vật liệu hấp phụ 26
1.5.3 Giới thiệu vật liệu lọc Asen 26
1.5.3.1 Vật liệu oxi hóa xử lý Asen 26
1.5.3.2 Vật liệu hấp phụ xử lý Asen 27
1.5.3.3 Vật liệu hấp thụ xử lý Asen 30
CHƯƠNG 2 TIỀM NĂNG NƯỚC DƯỚI ĐẤTKHU VỰC THỊ XÃ CỬA LÒ TỈNH NGHỆ AN 31
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỊ XÃ CỬA LÒ TỈNH NGHỆ AN 31
2.1.1 Lịch sử hình thành 31
2.1.2 Điều kiện tự nhiên và xã hội 33
2.1.2.1 Diện tích và dân số 33
2.1.2.2 Vị trí địa lý 34
2.1.2.3 Địa hình 35
2.1.2.4 Khí hậu 35
2.1.2.5 Thủy văn, hải văn 36
2.1.2.6 Giao thông 36
Trang 122.1.3 Kinh tế 37
2.1.4 Địa điểm du lịch 38
2.1.5 Hệ thống giáo dục 40
2.2 TRỮ LƯỢNG TIỀM NĂNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT TẠI THỊ XÃ CỬA LÒ TỈNH NGHỆ AN 40
2.2.1 Nguồn nước dưới đất 40
2.2.2 Trữ lượng khai thác nước dưới đất 42
2.3 TÍNH CHẤT NƯỚC NGẦM Ở THỊ XÃ CỬA LÒ TỈNH NGHỆ AN 43
2.3.1 Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Holocen (qh) 44
2.3.2 Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pleistocen (qp) 45
2.3.3 Tầng chứa nước khe nứt trầm tích Trias giữa (t2) 47
2.4 CÁC TÁC ĐỘNG KHAI THÁC NƯỚC QUÁ MỨC GÂY RA 48
2.4.1 Nước dưới đất bị khai thác quá mức 48
2.4.2 Chất lượng nước dưới đất bị biến đổi 49
CHƯƠNG 3 KHAI THÁC BỀN VỮNG TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT 52
3.1 HIỆN TRẠNG KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT 52
3.1.1 Khai thác sử dụng nước ăn uống - sinh hoạt nông thôn 52
3.1.2 Khai thác sử dụng nước ăn uống –sinh hoạt đô thị 53
3.1.3 Khai thác sử dụng nước cho sản xuất công nghiệp 55
3.2 ĐỊNH HƯỚNG KHAI THÁC NƯỚC DƯỚI ĐẤT 56
3.2.1 Phương hướng, mục tiêu khai thác sử dụng nước dưới đất 56
3.2.2 Giải pháp kĩ thuật, công nghệ và qui mô công trình 59
3.3 KHAI THÁC BỀN VỮNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 60
3.3.1 Mục tiêu khai thác, sử dụng nước dưới đất 60
3.3.2 Mục tiêu bảo vệ nước dưới đất 61
3.3.3 Phân vùng quy hoạch khai thác nước dưới đất 62
3.3.4 Lựa chọn giải pháp về nguồn nước 63
3.3.4.1 Nguồn nước mặt 63
3.3.4.2 Nguồn nước dưới đất 63
Trang 133.3.5 Quản lý và bảo vệ bền vững tài nguyên nước dưới đất 64
3.3.6 Biện pháp quản lý và bảo vệ tài nguyên nước dưới đất 65
CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 71
4.1 NGHIÊN CỨU CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ASEN ĐƯỢC ÁP DỤNG
71
4.1.1 Công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm Asen được áp dụng ở xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp 71
4.1.2 Công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm Asen khu vực đồng bằng Bắc Bộ 72
4.1.3 Công nghệ xử lý Asen ở vùng châu thổ sông Hồng 73 4.1.4 Công nghệ xử lý Asen tại Tây Ninh 74 4.2 MỘT SỐ MÔ HÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ASEN 75
4.2.1 Mô hình thiết bị định lượng và ngăn phản ứng 75
4.2.2 Mô hình tháp phản ứng có bể lọc thô 75
4.2.3 Mô hình tháp lắng, ngăn phản ứng Ôxy hóa tầng cặn lơ lửng và bể lọc 76
4.3 ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 78
4.4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO 86
Phụ Lục
Trang 14DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
UNICEF : United Nations Children's Fund (Quỹ Nhi đồng Liên Hiệp Quốc)
WHO : World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới)
YTDP&MT : Y tế dự phòng và Môi trường
As, Arsen : Nguyên tố Asen (Kí hiệu As) còn gọi là thạch tín (tiếng Anh là Arsenic)
As (III) : Ion Asen As3+
As (V) : Ion Asen As5+
mg/l : miligam/lít (đơn vị tính hàm lượng, nồng độ 1 chất trong dung dịch)
g/l : micro gam/lít (đơn vị tính hàm lượng, nồng độ 1 chất trong dung dịch) ppm : part per million (phần triệu, tương đương mg/l)
ppb : part per billion (phần tỉ, tương đương g/l)
ĐBSCL : Đồng bằng sông Cửu Long
NN&PTNT : Nông nghiệp và phát triển nông thôn
ATP : Ademosine Tri phoglyphate
NDĐ : Nước dưới đất
TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam
TCYTTG : Tổ chức Y tế thế giới
TCCP : Tiêu chuẩn cho phép
Trang 15DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1.2.1: Dân số tại các phường, xã 33 Bảng 2.2.2: Bảng thống kê lưu lượng các lỗ khoan có nước nhạt[23] 42 Bảng 2.2.2: Bảng thống kê lưu lượng nước tiêu thụ trong ngày – Năm 2011[23] 43 Bảng 2.3.1: Tổng hợp kết quả phân tích mẫu nước tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Halogen (qh)[23] 45 Bảng 2.3.2: Tổng hợp kết quả phân tích mẫu nước tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pleistogen (qp)[23] 46 Bảng 2.3.3: Tổng hợp kết quả phân tích mẫu nước tầng chứa nước khe nứt trầm tích Trias giữa (t2)[23] 47 Bảng 3.1.1: Tổng hợp hiện trạng sử dụng nước khu vực nông thôn[23] 52 Bảng 3.1.2: Tổng hợp hiện trạng sử dụng nước khu vực đô thị[23] 53 Bảng 3.1.3: Tổng hợp hiện trạng khai thác sử dụng nước phân theo khu vực[23] 55 Bảng 4.3: Gía trị đầu vào và đầu ra của nguồn nước 79 Bảng 1: Chất lượng nước sau khi qua lớp lọc Vật liệu vô cơ – dùng keo tụ PPAC 80 Bảng 2: Chất lượng nước sau khi qua lớp lọc Vật liệu Polyme 80 Bảng 3: Chất lượng nước sau khi qua lớp lọc Vật liệu cát thạch anh 81 Bảng 4: Chất lượng nước sau khi qua lớp lọc than cát kết hợp 81 Bảng 5: Chất lượng nước sau khi qua lớp lọc Vật liệu cát thạch anh – than – vật liệu polyme 82 Bảng 6: Chất lượng nước được lọc qua cát thạch anh, than hoạt tính keo tụ bằng PPAC và khử trùng bằng chlorine (phân tích theo các tiêu chuẩn nước sinh hoạt) 82