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

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 T

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

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

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

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

TS HUỲNH PHÚ

LỜI 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

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

TÓM 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

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 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-

caus-holds in the commune to increase the ability for in-situ treatment of As and Fe

MỤC 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

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

2.1.3 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

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

DANH 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

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

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1.1a: Một mẫu lớn chứa Asen tự nhiên và Asen[22] 7

Hình 1.1.1b: Mô hình tinh thể Asen và Cấu trúc nguyên tử Asen[22] 7

Hình 1.1.3: Asen trong đá và quặng khoáng vật, sulfurAsenat – 73 khoáng vật, intêmtallit – 40 khoáng vật[22] 8

Hình 1.1.4.1: Mô hình cấu tạo của nguyên tử Asen[22] 9

Hình 1.1.4.4a: Asen cản trở hoạt động của Enzym[16] 10

Hình 1.1.4.4b: Asen ngăn cản tạo ra ATP[16] 11

Hình 1.1.4.4c: Asen làm đông protein[16] 11

Hình 1.3a: Sự phụ thuộc của dạng tồn tại hợp chất asen vào pH[5] 12

Hình 1.3b: Sự phụ thuộc dạng tồn tại của asen vào môi trường địa hóa[5] 13

Hình 1.3.2: Bản đồ các khu vực nhiễm As trên toàn quốc[8] 15

Hình 1.4.3: Sự xâm nhập của Asen và các hợp chất của nó trong cơ thể[16] 17

Hình 1.6.1a: Các con đường thâm nhập As vào cơ thể[16] 18

Hình 2.1.1a: Vị trí thị xã Cửa Lò trên bản đồ tỉnh Nghệ An [22] 32

Hình 2.1.1b: Mặt bằng tổng thể khu vực nghiên cứu [22] 33

Hình 2.1.2.2: Sơ đồ ranh giới các Phường ở Thị Xã Cửa Lò [22] 34

Hình 2.2.1: Mặt bằng hiện trạng hệ thống cấp nước thị xã Cửa Lò[23] 41

Hình 4.1.1: Sơ đồ xử lý nước ngầm nhiễm Asen ở Đồng Tháp 71

Hình 4.1.2: Hệ thống xử lý Asen khu vực Bắc Bộ 72

Hình 4.1.3: Hệ thống xử lý Asen ở các vùng nông thôn châu thổ sông Hồng 73

Hình 4.1.4: Hệ thống xử lý Asen ở Tây Ninh 74

Hình 4.2.1: Mô hình thiết bị định lượng và ngăn phản ứng 75

Hình 4.2.2: Mô hình tháp phản ứng và bể lọc thô 76

Hình 4.2.3: Mô hình tháp phản ứng oxy hóa có tầng cặn lơ lửng và bể lọc 77

không được điều tra và khuyến cáo kịp thời nên người dân vẫn sử dụng cho ăn uống hằng ngày mà không ý thức tính nguy hại tiềm tàng đến sức khỏe [5]

Theo nghiên cứu của Đỗ Trọng Sự (1997), hàm lượng Asen trong nước ngầm

ở một số vùng ở miền Bắc là 0,001 – 0,32 mg/l và ở một số nơi như Việt Trì, Hà Nội, Hải Phòng có hàm lượng Arsen trong nước từ 0,014 – 0,034 mg/l Một nghiên cứu khác của Lê Hoàng Ninh (2005 - 2006) hợp tác với Unicef cho kết quả như sau: tỉnh Long An có 420 mẫu (8,61%); Đồng Tháp có 369 mẫu (12,47%); An Giang có

545 mẫu (20,18%); Kiên Giang có 115 mẫu (3,79%) có hàm lượng asen vượt mức tiêu chuẩn cho phép là 10 ppb [15]

Năm 2008, Viện Vệ sinh Y tế Công cộng Tp.HCM phối hợp với Cục YTDP&MT tiến hành nghiên cứu “Ảnh hưởng của ô nhiễm asen trong nước ngầm đến sức khỏe cộng đồng tại tỉnh Đồng Tháp và Tiền Giang” Tại xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp số mẫu tóc phân tích có hàm lượng asen vượt tiêu chuẩn là 108 mẫu chiếm tỷ lệ 48% và xã Tân Huề, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp là 60 mẫu chiếm tỷ lệ 33%.[6]

2 Tính cấp thiết của đề tài

Tỉnh Nghệ An, theo kết quả điều tra và phân tích mẫu nước của các cơ quan chức năng gần đây ở 285 xã trên địa bàn tỉnh đã phát hiện ở nhiều khu vực nguồn nước sinh hoạt và ăn uống của người dân được khai thác từ nguồn giếng khoan và giếng khơi đang bị nhiễm Asen cao hơn mức giới hạn của tiêu chuẩn vệ sinh nước

ăn uống Trong đó, tỷ lệ giếng khoan bị nhiễm Asen cao hơn giếng khơi Cụ thể, trong số 3.500 mẫu nước được kiểm tra thì có 2.637 giếng khoan với 518 mẫu bị nhiễm (chiếm 19,64% số giếng khoan được kiểm tra) và có 863 giếng khơi với 6

mẫu bị nhiễm (chiếm 0,69% tổng số giếng khơi được kiểm tra) Và chiều sâu của giếng khoan bị nhiễm Asen từng vùng cũng rất khác nhau [14]

Theo kết quả giám sát của ngành Y tế cho thấy các bệnh truyền nhiễm gây dịch như cúm, tiêu chảy, sốt rét, sốt xuất huyết, lỵ trực khuẩn, quai bị, lỵ amip, viêm gan vi rút, thủy đậu , đều có liên quan đến nguồn nước bị nhiễm Asen và nhiều chất hữu cơ khác Các nghiên cứu khoa học cũng cho thấy khi sử dụng nước nhiễm Asen để ăn, uống, con người có thể mắc bệnh ung thư, trong đó thường gặp là ung thư da Ngoài ra, Asen còn đầu độc hệ tuần hoàn khi uống phải nguồn nước có hàm lượng Asen cao Tuy nhiên, ở một số địa bàn khi kiểm tra nguồn nước, nồng độ Asen trong nguồn nước ở mức cho phép nhưng vẫn có số người bị ung thư nhiều, nhất là các khu vực có kho chứa thuốc bảo vệ thực vật, các khu vực chứa các kho đạn dược, cơ khí của quân đội trước đây Có nghĩa là tại đây đang tồn tại các chất khác cũng cần được điều tra, đánh giá

Riêng về tình trạng nước nhiễm Asen, trên cơ sở kết quả điều tra, phân tích của các cơ quan chuyên môn, thiết nghĩ, tỉnh cần tổ chức thông báo cho nhân dân các vùng, các địa phương có nguồn nước bị nhiễm Asen vượt mức cho phép để ngừng ngay việc khai thác, sử dụng nước để ăn uống và sinh hoạt Đồng thời có kế hoạch đầu tư, hỗ trợ giúp nhân dân xây dựng các công trình cấp nước sạch Hoặc ít nhất cũng để cho nhân dân biết để chuyển sang sử dụng nguồn nước khác thay thế như nước mưa, nước giếng khơi đào cạn không nhiễm Asen, hay từ nguồn nước mặt Các cơ quan chuyên môn cũng khuyến cáo nhân dân đang sử dụng giếng khoan không nên dùng nước bơm trực tiếp dưới lòng đất lên mà nên xử lý hệ thống

bể lắng, lọc hoặc bơm vào một dụng cụ chứa nước khác trước khi dùng cho sinh hoạt và ăn uống

Tiến hành “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” là hết sức cần thiết Đề

tài được thực hiện nhằm góp phần đa dạng hóa các phương pháp xử lý Asen trong

cộng đồng

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý Asen áp dụng thực tế và khảo sát đánh giá hiệu quả của công nghệ Chọn Thị xã Cửa Lò, tỉnh Nghệ An nơi có trạm cấp nước có nguồn nước từ nước giếng bị ô nhiễm Asen

5 Nội dung nghiên cứu

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

Đề xuất công nghệ cho việc khử Asen trong nước dưới đất

6 Phương pháp nghiên cứu

Kế thừa có chọn lọc và hệ thống hóa kết quả nghiên cứu có liên quan: thu thập tài liệu về điều kiện tự nhiên (nhiệt độ, độ ẩm, mưa, thủy văn, đất đai, kinh tế xã hội…)

Phương pháp điều tra đo đạc: Nghiên cứu thu thập các số liệu làm căn cứ đánh giá đầy đủ tình trạng chất lượng nước ngầm địa điểm nghiên cứu

Phương pháp đánh giá nhanh môi trường: Sử dụng các tư liệu đã có tính toán nhanh mức độ ô nhiễm chất lượng nước ngầm

Phương pháp phân tích: Phân tích các thông số chất lượng nước, xử lý số liệu

So sánh đối chiếu kết quả nghiên cứu với tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước: Áp dụng QCVN 01:2009/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống do Bộ Y tế ban hành

Nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng vật liệu hiện có trên thị trường có khả năng

xử lý As và vật liệu hấp phụ (VLHP1) để xử lý As mà không dùng các loại vật liệu polyme (hạt nhựa Cation, anion)

Việc lựa chọn phương pháp xử lý nước dưới đất ô nhiễm As được tiến hành trên các căn cứ:

- Dựa trên các tài liệu, phân tích các ưu điểm và nhược điểm của các biện pháp

đã được áp dụng, để định hướng phương pháp xử lý As sử dụng trong nghiên cứu này

- Tiến hành nghiên cứu các sơ đồ công nghệ để lựa chọn hóa chất thích hợp cho việc xử lý, sau đó tiến hành thí nghiệm trên mô hình để rút ra các thông số vận hành thích hợp dùng thiết kế thiết bị

Các thí nghiệm được mô tả dưới đây:

 Sơ đồ công nghệ 1: Dùng phương pháp lọc nhanh hoặc lọc áp lực

 Dựa trên các phân tích về ưu, khuyết điểm của các phương pháp đang áp dụng trên thế giới, cũng như so sánh về giá thành của các phương pháp của IGRAC (2007); dựa trên thành phần hóa học của nước dưới đất ở các tỉnh ĐBSCL trong nghiên cứu của Berg et al (2007); phương pháp keo tụ/lọc được lựa chọn để nghiên cứu

 Sơ đồ công nghệ 2: Sử dụng thiết bị lắng trong có tầng cặn lơ lững

 Sơ đồ công nghệ 3: loại As ra khỏi nước ngầm trên mô hình Vật liệu cát

thạch anh – than – vật liêu polymer (kết hợp phản ứng oxy hóa có tầng cặn lơ lững)

 Dựa theo các kết quả mô hình thử nghiệm có công suất tương đương với thiết bị được chế tạo và vận hành theo các điều kiện chọn ra từ các thí nghiệm để tìm điều kiện vận hành phù hợp cho việc chế tạo thiết bị

7 Ý nghĩa Khoa học và thực tiễn

cao và đưa ra cảnh báo cho người dân tại những khu vực này có những biện pháp phòng tránh giảm thiểu tác hại của ô nhiễm asen trong nước ngầm đồng thời góp phần giúp các nhà quản lí môi trường xây dựng chương trình quản lí giảm thiểu rủi

ro tới sức khỏe người dân

Đề xuất ứng dụng và sử dụng công nghệ tiên tiến xử lý nước bị nhiễm As thành nước sạch phục vụ ăn uống sinh hoạt đảm bảo sức khỏe cho nhân dân vùng nông thôn ven biển nghệ An, đặc biệt nơi mà công nghiệp du lịch đang ngày phát triển mạnh mẽ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ ASEN

1.1.1 Giới thiệu

Do cấu tạo địa chất, nhiều vùng ở nước ta nước ngầm bị nhiễm Asen Khoảng 13,5% dân số Việt Nam (10-15 triệu người) đang sử dụng nước ăn từ nước giếng khoan rất dễ bị nhiễm Asen Theo thống kê chưa đầy đủ, cả nước hiện có khoảng hơn 1 triệu giếng khoan, trong đó nhiều giếng có nồng độ Asen cao hơn từ 20-50 lần nồng độ cho phép (0,01mg/l), ảnh hưởng xấu đến sức khỏe, tính mạng của cộng đồng Điều nguy hiểm là Asen không gây mùi khó chịu khi có mặt trong nước, cả khi ở hàm lượng có thể gây chết người, nên không thể phát hiện Vì vậy, các nhà khoa học còn gọi Asen là “sát thủ vô hình”.[18]

Nước uống bị ô nhiễm bởi Asenic (As) đã trở thành mối đe doạ đối với sức khoẻ con người ở qui mô toàn cầu, theo ước tính có khoảng 140 triệu người ở ít nhất 70 quốc gia đang bị ảnh hưởng bởi nguồn ô nhiễm này (UNICEF, 2008) Đỗ Văn Ái et al (2001) cho rằng nguồn asenic trong nước dưới đất (nước 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 hydroxýt sắt chứa As… ) và do các hoạt động của con người Theo Kiem et al (2003) trong các nguồn nước tự nhiên dạng thường xuất hiện nhất là arsenite (As3+) hay arsenate (As5+) Tỉ lệ giữa As3+

và As5+ trong các nguồn nước phụ thuộc vào hiệu thế oxy hóa khử của môi trường

Do nước dưới đất ở điều kiện khử, As3+ là dạng chiếm ưu thế hơn As5+ Độc tính của các As phụ thuộc vào cấu tạo hóa học của chúng và được sắp xếp theo thứ tự sau: arsenite > arsenate > monomethylarsonate > dimethylarsinate As3+ có độc tính lớn hơn As5+ khoảng 60 lần; các hợp chất As vô cơ có độc tính cao hơn các As hữu cơ khoảng 100 lần [20]

Dựa trên các nghiên cứu về ảnh hưởng của As đến sức khoẻ con người, tổ chức WHO đã đưa ra các tiêu chuẩn về nồng độ tối đa của As trong nước uống và

Để lựa chọn biện pháp xử lý thích hợp cần phải dựa trên điều kiện cụ thể của địa phương như: mức độ ô nhiễm của nước; các công nghệ, thiết bị xử lý hiện có; khả năng tài chính của cộng đồng dân cư; khả năng sử dụng nguyên, nhiên liệu sẵn

có của địa phương và hệ thống phải đáp ứng khi nồng độ As biến động trong một khoảng rộng Tình hình ô nhiễm asen ở Nghệ An và tình hình phát triển công nghệ

xử lý arsenic trên thế giới và Việt Nam cho thấy việc lựa chọn phương pháp và chế tạo thiết bị xử lý asen trong nước dưới đất phù hợp với điều kiện Nghệ An là cần thiết, đó là lý do nghiên cứu này được thực hiện

1.1.2 Nguyên tố Asen

Asen hay còn gọi là thạch tín, là một nguyên tố hóa học (Á kim) có ký hiệu là

As, số nguyên tử khối là 33 Asen lần đầu tiên được Albertus Magnus (người Đức) viết vào năm 1250 Khối lượng nguyên tử của As bằng 74,92 Asen là một Á Kim gây ngộ độc khét tiếng và có nhiều dạng thù hình: màu vàng (phân tử phi kim) và một vài dạng màu đen và xám (Á Kim), đây chỉ là số ít mà người ta có thể nhìn

thấy.[22]

Hình 1.1.1a: M ột mẫu lớn chứa A sen tự nhiên và A sen[22]

Hình 1.1.1b: M ô hình tinh thể A sen và C ấu trúc nguyên tử A sen[22]

Ba dạng có tính kim loại của Asen với cấu trúc tinh thể khác nhau cũng được tìm thấy trong tự nhiên, nhưng thường As tồn tại dưới dạng các hợp chất Asenua và

Asenat

Vài trăm loại khoáng vật như thế đã được tìm thấy Asen và các hợp chất của

As được sử dụng như thuốc trừ dịch hại, thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu và một loạt

trong các hợp kim.[22]

1.1.3 Asen phân bố trong môi trường tự nhiên

Asen trong đá và quặng

Asen trong đất và vỏ phong hoá

Asen trong trầm tích bở rời

Asen trong không khí và nước

Asen trong sinh vật

Hình 1.1.3: A sen trong đá và quặng khoáng vật, sulfurA senat – 73 khoáng vật,

intêmtallit – 40 khoáng vật[22]

Hình 1.1.4.1: M ô hình cấu tạo của nguyên tử A sen[22]

- Bán kính nguyên tử: 1.33Å

- Khối lượng nguyên tử: 13.1cm3/mol

- Bán kính cộng hóa trị: 1.2Å

- Mặt cắt ngang (Thermal Neutron Capture) σa/barns: 4.3

- Cấu trúc tinh thể: Rhombohedral

mặt trái đất Ôxit asen hóa trị III màu trắng, dạng bột, tan được trong nước, rất độc

Nó được xem như một dạng phi kim, hay được gọi là kim Khối lượng phân tử 74.9216 g/mol, không hòa tan trong nước

Trong tự nhiên, nguyên tố thạch tín tồn tại với 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 so với dạng hữu cơ của nó.[16]

1.1.4.3 Tính chất hoá học

Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của nó là -3 (asenua: thông thường trong các hợp chất liên kim loại tương tự như hợp kim), +3 (asenat (III) hay asenit và phần lớn các hợp chất asen hữu cơ), +5 (asenat (V): phần lớn các hợp chất vô cơ chứa ôxy của asen ổn định)

Asen về tính chất hóa học rất giống với nguyên tố đứng trên nó là photpho Các ôxít của nó kết tinh, không màu, không mùi như As2O3 và As2O5 là những chất hút ẩm và dễ dàng hòa tan trong nước để tạo thành các dung dịch có tính axít

Asen tạo thành hiđrua dạng khí và không ổn định, đó là Asin (AsH3) Khi bị nung nóng trong không khí, nó bị oxy hoá để tạo ra trioxit asen; hơi từ phản ứng này có mùi như mùi tỏi.[16]

1.1.4.4 Cơ chế gây độc

photphat

hit Glyxeralde

O C

OH CH

OPO CH

2 3 2



ATP Enzym

int

Hình 1.1.4.4a: A sen cản trở hoạt động của Enzym[16]

hit Glyxeralde

H



Aseno OAsO



3

,1

Hình 1.1.4.4b: A sen ngăn cản tạo ra A T P[16]

protein

O C CH

SH CH CH

SH CH







5 2

2 2

S CH CH

S CH







5 2

2 2

+ 2OH

-Hình 1.1.4.4c: A sen làm đông protein[16]

1.2 CÁC DẠNG TỒN TẠI CỦA ASEN TRONG MÔI TRƯỜNG

Các dạng tồn tại của As trong môi trường là vấn đề đáng quan tâm

Trong môi trường As tồn tại chủ yếu ở các dạng: Asenite As(III), asenate As(V), asenious acids (H3 AsO3 , H2AsO3

–

, HAsO3

2–

) asenic acids (H3AsO4,

H2AsO4–, HAsO42–), dimethylarsinate (DMA), monomethylarsonate(MMA), betaine(AB) và asenocholine (AC)

aseno-Những dạng hợp chất này minh hoạ cho sự đa dạng của các trạng thái oxy hoá của As và kết quả là đưa đến sự phức tạp về hoá tính của nó trong môi trường

AsO-

Trong pha nước với môi trường thoáng khí acid, Asenic chiếm ưu thế ở pH cực kỳ thấp (pH < 2), trong khoảng pH từ 2 – 11 chúng được thay thế bởi H2AsO4

As cư xử như các gốc tự do trong nước As (III) phản ứng với nhóm sulphur và phydryl như cystine, organic dithiols, proteins, enzymes nhưng không phản ứng với amine

sul-Hình 1.3a: Sự phụ thuộc của dạng tồn tại hợp chất asen vào pH[5]

Tuy nhiên As(V) lại phản ứng với nhóm nitrogen khử như amine nhưng lại không phản ứng với nhóm sulphydryl

Hàm lượng As trong nước ngầm phụ thuộc rất nhiều vào tính chất và trạng thái môi trường địa hóa Dạng As tồn tại chủ yếu trong nước ngầm là H3AsO4

-1

(trong môi trường pH acid đến gần trung tính), HAsO4-2 (trong môi trường kiềm)

Hình 1.3b: Sự phụ thuộc dạng tồn tại của asen vào m ôi trường địa hóa[5]

Hợp chất H3AsO3 được hình thành chủ yếu trong môi trường 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 môi trường pH gần trung tính và nghèo

Ca thì độ hòa tan kém hơn các hợp chất asen hữu cơ, đặc biệt là asen-acid fulvic Các hợp chất của As+5 được hình thành theo phương thức này As trong nước ngầm thường tập trung cao trong kiểu nước bicarbonat như bicarbonat Cl, Na, B, Si Nước ngầm trong những vùng trầm tích núi lửa, một số khu vực quặng hóa nguồn gốc nhiệt dịch, mỏ dầu-khí, mỏ than, …thường giàu As Thế oxy hóa khử, độ pH của môi trường và lượng kaloit giàu Fe3+ …, là những yếu tố quan trọng tác động đến quá trình oxy hóa - khử các hợp chất As trong tự nhiên Những yếu tố này có ý nghĩa làm tăng hay giảm sự độc hại của các hợp chất As trong môi trường sống [5]

1.3 ĐỘC HỌC CỦA ASEN

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Asenic đang là mối quan tâm hàng đầu của những nước như Băngladet, Ấn

Độ, Hoa Kỳ, Myanma, Thái Lan và Việt Nam Năm 2005, Trung Quốc là nhà sản xuất asenic trắng hàng đầu, chiếm gần 50% sản lượng thế giới Sau đó là Chile và Peru, theo báo cáo của Khảo sát Địa chất Vương quốc Anh

EPA Hoa kỳ định nghĩa arsenic là một trong những hóa chất bền vững (persistent), sinh tụ (bioaccumulative) và độc hại (toxic) có khả năng kết tụ bền vững trong môi trường không khí, đất và nước Về phía Việt Nam, arsenic nằm trong danh sách các hóa chất bị cấm xử dụng do nghị định số 23/BVTV-KHKT/QD ngày 20/4/1992 do Bộ Nông nghiệp Lương thực phê chuẩn

Cách đây khoảng nửa thế kỷ, các khoa học trên thế giới chưa lưu tâm nhiều đến nạn ô nhiễm arsenic trong các mạch nước ngầm Mãi đến năm 1961, ô nhiễm asenic trong nước ngầm mới được khám phá lần đầu tiên ở Taiwan Và sau đó, các nước sau đây lần lượt khám phá ra tình trạng ô nhiễm trên như Bỉ, Hòa Lan, Đức,

Ý, Hung Gia Lợi, Bồ Đào Nha, Phi luật Tân, Ghana, Hoa Kỳ, Chí Lợi, Mễ Tây Cơ,

Á Căn Đình, và Thái Lan Năm 1992, nhiễm độc arsenic đã được khám phá và là một quốc nạn cho Ấn Độ tại West Bengal Thảm trạng trên có thể được xem là một nguy cơ hủy diệt cho vùng này Arsenic hiện diện trong bảy quận hạt bao gồm 37.500 km2 với 34 triệu dân sinh sống và theo Mandal, chuyên gia về độc hại của

Ấn Độ, ước tính khoảng 17 triệu dân trong vùng bị nhiễm Gần đây, ô nhiễm arsenic ở Bangladesh còn trầm trọng hơn nữa, ảnh hưởng đến hơn 23 triệu dân năm 1997; con số này tăng lên gần 60 triệu theo công bố mới nhất của Bộ Water Resources của Bangladesh (2005)

Theo Peter Ravenscroft từ khoa Địa -Trường Đại học Cambridge,khoảng 80 triệu người trên khắp thế giới tiêu thụ khoảng 10 tới 50 phần tỷ arsen trong nước uống của họ.[6]

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Do cấu tạo địa chất, nhiều vùng ở nước ta nước ngầm bị nhiễm asen Theo thống kê chưa đầy đủ của Bộ Y tế(2009), cả nước có khoảng hơn 1 triệu giếng khoan, trong đó nhiều giếng có nồng độ asen cao hơn từ 20-50 lần nồng độ cho phép (0.01mg/L), ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ, tính mạng của cộng đồng Hiện 21% dân số Việt Nam đang dùng nguồn nước nhiễm asen vượt quá mức cho phép

và tình trạng nhiễm độc asen ngày càng rõ rệt và nặng nề trong dân cư Song phần lớn người dân vẫn không hề hay biết những tác hại nghiêm trọng đối với sức khỏe khi tích tụ những chất độc này trong cơ thể

Hình 1.3.2: Bản đồ các khu vực nhiễm A s trên toàn quốc[8]

Theo kết quả cuộc khảo sát của Viện Công nghệ Môi trường, Viện Khoa học

và Công nghệ Việt Nam, Cục Thuỷ Lợi, Trung tâm Nước sạch và Vệ sinh môi trường nông thôn 2004, tại châu thổ sông Hồng, những vùng bị nhiễm nghiêm trọng nhất là phía Nam Hà Nội, Hà Nam, Hà Tây, Hưng Yên, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình và Hải Dương Ở Đồng bằng sông Cửu Long, cũng phát hiện nhiều giếng khoan có nồng độ asen cao nằm ở Đồng Tháp và An Giang.[8]

Theo kết quả điều tra của Tổng Cục Thuỷ lợi 2002, 2003, nguồn nước ngầm của Hà Nội cũng đang ở mức báo động vì bị nhiễm Asen vượt tiêu chuẩn cho phép Khu vực nội thành, có 32% số mẫu bị nhiễm, các khu vực khác như Đông Anh 13%, Gia Lâm 26,5%, Thanh Trì 54%, Từ Liêm 21%.[13]

Theo đánh giá hiện trạng ô nhiễm Arsen trong nước ngầm của Viện Vệ sinh y

tế công cộng (Bộ Y tế), mức độ nhiễm arsen ở 4 tỉnh ĐBSCL là Long An, Đồng Tháp, An Giang và Kiên Giang, hàm lượng khá cao, đe dọa sức khỏe của người dân Tại một số huyện của Đồng Tháp và An Giang, tình trạng này rất đáng báo

động khi phần lớn các mẫu khảo sát đều bị nhiễm với hàm lượng vượt ngưỡng 100 ppb, cá biệt có những mẫu lên tới 1.000ppb Tổng số mẫu khảo sát tại tỉnh An Giang là 2.699 mẫu với tỉ lệ nhiễm Asen là 20,18%, tập trung nhiều tại một số huyện như: An Phú 97,3%, Phú Tân 53,19%, Tân Châu 26,98% và Chợ Mới 27,82% Hàm lượng asen trong nước ngầm tại các huyện này khi phân tích đều từ

100 ppb trở lên, được tìm thấy ở các giếng tầng nông, độ sâu dưới 60m và được dùng cho sinh hoạt phổ biến trong người dân Trong tháng 11/2006, Viện Y học lao động và môi trường TP.HCM đã tổ chức khám sức khỏe cho người dân tại 2 huyện Tri Tôn và An Phú, kết quả có đến 10 ca nghi nhiễm Asen với những biểu hiện như sừng hóa da, xuất hiện các đốm sẫm màu trên cơ thể.[6]

Những cuộc khảo sát về nồng độ asen trong nước sinh hoạt của người dân khu vực nông thôn doTổng Cục Thuỷ lợi, Trung tâm nước sạch và Vệ sinh môi trường nông thôn CERWASS (Bộ NN&PTNT), Viện Công nghệ và Môi trường, Bộ Y tế tiến hành trên 23 tỉnh cho kết quả nồng độ asen trong nước ở các tỉnh này vượt chuẩn cho phép 47,17% Trong đó, các tỉnh có nguồn nước nhiễm asen cao là Hà Nam (64,03%), Hà Nội (61,63%), Hải Dương (51,99%) Đáng nói là nhiều mẫu nước có hàm lượng asen vượt quá 100 lần so với tiêu chuẩn cho phép.[8]

1.3.3 Độc học của Asen

Sự nhiễm độc As còn gọi là Asenicosis xuất hiện như một tai họa môi trường đối với sức khỏe con người trên thế giới Theo các nghiên cứu những người sống trên khu vực có hàm lượng As trong nước giếng khoan cao hơn 0,05 mg/l cho thấy tới 20% dân cư bị xạm da, dầy biểu bì và có hiện tượng ung thư da Hiện chưa có phương pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc As

Sự xâm nhập, phân bố và lưu trữ của Asenic cũng như các hợp chất của nó trong cơ thể người có thể hình dung theo sơ đồ sau:

Hình 1.4.3: Sự xâm nhập của A sen và các hợp chất của nó trong cơ thể[16]

Về mặt sinh học, As là một chất độc có thể gây một số bệnh trong đó có ung thư da và phổi Mặt khác As có vai trò trong trao đổi nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin As ảnh hưởng đến thực vật như một chất cản trao đổi chất, làm giảm mạnh năng suất, đặc biệt trong môi trường thiếu photpho Trong môi trường sinh thái, các dạng hợp chất As hóa trị (3) có độc tính cao hơn dạng hóa trị (5) Môi trường khử là điều kiện thuận lợi để cho nhiều hợp chất As hóa trị 5 chuyển sang As hóa trị 3 Trong các hợp chất của As trong môi trường thì asenite đáng được quan tâm tới nhiều nhất bởi vì tính độc của nó cao hơn gấp 10 lần so với asenate và hơn gấp 70 lần so với các dạng methyl hoá của nó, trong khi đó DMA, MMA ít độc hơn còn AB và AC lại gần như không độc

Thông thường Arsen đi vào cơ thể con người trong một ngày đêm thông qua chuỗi thức ăn khoảng 1mg và được hấp thụ vào cơ thể qua đường dạ dày nhưng cũng dễ bị thải ra Hàm lượng As trong cơ thể người khoảng 0.08-0.2 ppm, tổng lượng As có trong người bình thường khoảng 1,4 mg As tập trung trong gan, thận, hồng cầu, homoglobin và đặc biệt tập trung trong não, xương, da, phổi, tóc Hiện nay người ta có thể dựa vào hàm lượng As trong cơ thể con người để tìm hiểu hoàn cảnh và môi trường sống, như hàm lượng As trong tóc nhóm dân cư khu vực nông

thôn trung bình là 0,4-1,7 ppm, khu vực thành phố công nghiệp 0,4-2,1 ppm, còn khu vực ô nhiễm nặng 0,6-4,9 ppm.[16]

1.4 TIÊU CHUẨN VỀ ASEN

Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ngầm QCVN 09:2008/BTNMT, tiêu chuẩn nước ngầm đối với asen là 0.05 mg/l

Trước thảm hoạ thạch tín đang hiện hữu ở nhiều Quốc gia bị nhiễm asen, trong đó Băng-la-đét nghiêm trọng nhất, ngày 24/5/2000, Cục Bảo vệ môi trường Hoa Kì (EPA) quyết định giảm thông số asen trong Tiêu chuẩn nước uống của Hoa

Kì từ 0,05 mg As/L, ngang TCVN, xuống còn 0,005 mg As/L

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) từ năm 1993 đến nay, có khuyến cáo, nồng độ Asen trong nước uống không được lớn hơn 0,01mg/L Từ năm 2002, Bộ Y tế Việt Nam đã đưa tiêu chuẩn asen nhỏ hơn hoặc bằng 0,01 vào áp dụng Hiện nay, Tiêu chuẩn Nhà nước về nước uống TCVN 5501-1991 và Tiêu chuẩn vệ sinh đối với nước uống và sinh hoạt của Bộ Y tế số 505 BYT/QĐ/2002 qui định thông số asen không được lớn hơn 0,01mg As/L.[1,2,3,4]

1.5 ẢNH HƯỞNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ ASEN

1.5.1 Ảnh hưởng của Asen đến Sức khỏe Con người

Hình 1.6.1a: C ác con đường thâm nhập A s vào cơ thể[16]

qua đường nước ăn uống mới là nguy hiểm nhất, dù ở mức độ nào đi nữa, vì nó diễn

ra hằng ngày, theo con đường tiêu hóa, mà nước 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 đó có ung thư da và ung thư 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 lượng dù nhỏ nhưng 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 thư da và phổi…

- Nguồn nước bị nhiễm Asen dù nhỏ cũng ảnh hưởng đến sức khỏe các bà mẹ, làm động thai ảnh hưởng đến thai nhi va gây ra những bệnh phổi ác tính, 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 sư người Bỉ, đã cảnh báo trên tờ Het Laatste Nieuws: Do ô nhiễm nên ngày càng có ít bé trai được sinh ra trên thế giới.[16]

1.5.2 Các biện pháp xử lý Asen trong nước

1.5.2.1 Hệ thống lọc cát

Hệ thống lọc cát bao gồm hai bể xi măng chồng lên nhau: bể phía trên đựng cát (loại cát có sẵn ở địa phương ), bể phía dưới dùng để chứa nước đã lọc Nước ngầm được bơm từ giếng khoan lên bể phía trên, chảy qua lớp cát xuống bể phía dưới Việc loại bỏ asen phụ thuộc vào hàm lượng sắt tạo thành kết tủa hydroxit sắt lên bề mặt cát, do đó asen sẽ bị hấp phụ lên các kết tủa này trong điều kiện có oxy Hiệu quả của bể lọc cát được kiểm tra ở hộ gia đình có nguồn nước ngầm với nồng

độ asen vượt quá tiêu chuẩn cho phép của Tổ chức Y tế thế giới về hàm lượng asen trong nước uống (10µg/L)

Đối với nước ngầm có nồng độ asen từ 10 - 420µg/L, hàm lượng sắt từ 0- 47 mg/L, phốtpho từ 1- 3,7mg/L thì hiệu quả loại bỏ asen đạt trung bình 80% Hàm lượng sắt cao làm tăng khả năng loại bỏ asen rõ rệt, trong khi đó hàm lượng phốt pho cao hơn 2mg/L làm giảm hiệu quả loại bỏ asen Các bể lọc cát như thế này đều

sử dụng vật liệu sẵn có tại địa phương và không cần dùng bất cứ loại hoá chất nào, thời gian lọc nhanh và dễ lắp đặt Hiệu quả loại bỏ sắt trong nước ngầm có thể nhìn thấy ngay lập tức nên người dân dễ dàng hiểu được tác dụng của bể lọc cát ngay cả khi họ chưa biết đến vấn đề ô nhiễm asen Ước tính trên cả nước có khoảng trên 90% số hộ gia đình sử dụng bể lọc cát [10]

Năm 2007, xã Đông Lỗ, huyện Ứng Hòa (Hà Tây) đã xử lý được nguồn nước giếng khoan bằng cách đồng loạt xây dựng 100 bể lọc cát giảm thiểu asen Sau khi qua bể lọc, xét nghiệm 100 mẫu nuớc cho thấy có 84 mẫu giảm asen từ 80% trở lên;

33 mẫu nước giảm đáng kể cả hàm lượng asen và sắt

Trung tâm Nước sinh hoạt VSMT nông thôn Hà Tây đã đưa ra mô hình bể lọc chuẩn có thể tích 80 x 80 x 100 cm, trong đó có 1 lớp cát vàng hạt thô dày 50 cm, phía dưới là lớp đá cuội dày 10 cm để lọc; đồng thời phía trên có giàn phun mưa đơn giản bằng ống nhựa PVC Bể lọc này có thể loại trừ được 90% asen trong nước Theo đó, bể lọc gia đình đạt tiêu chuẩn có kích thước rộng 50cm, dài 60cm, cao 80cm Bể lọc sử dụng lớp sỏi dày 5-10cm (lõi hạt từ 0,5-1cm) và lớp cát vàng dày 40-45cm (lõi hạt từ 0,2-2mm) Bể được bố trí hệ thống 3 van, nước sạch được thu vào bể chứa và giàn phun mưa bằng ống nhựa PVC được khoan từ 150-180 lỗ… Bên cạnh bể lọc chính còn có bể lọc phụ để xử lý chất cặn có nhiễm Asen trước khi

xả ra rãnh tiêu [5]

Tuy nhiên, bể lọc cát cũng có một số hạn chế nhất định như hiệu quả lọc sắt lúc đầu tốt, nhưng giảm nhanh (nước lọc vàng dần) sau một thời gian ngắn sử dụng; lưu lượng nước giảm nhanh do kết tủa sắt làm tắc lớp cát lọc; việc rửa lớp cát lọc khó khăn và nặng do phải lấy cát ra ngoài để rửa; nước lọc nhiều bể lọc có độ trong không tốt và còn có vị sắt

năng lọc và lưu lượng nước lọc ổn định, hiệu quả lọc cả sắt và asen cao hơn, quy trình rửa lớp cát lọc được giảm nhẹ Cải tiến các bể lọc theo thiết kế của NIOEH trên cơ sở: chỉnh sửa kích thước bể lọc, lắp hệ thống giàn phun mưa để tăng độ thoáng khí, sử dụng cát vàng thay cát đen, lắp đặt hệ thống van hỗ trợ việc rửa trôi các kết tủa khỏi lớp cát lọc Thiết bị của NIOEH đã được thử nghiệm tại hai xã Đồn

Xá - Hà Nam và Dũng Tiến – Hà Tây và đã cho những kết quả khả quan Ở hai xã này, nước ngầm là nguồn nước chính dùng cho ăn uống sinh hoạt từ 20-30 năm nay, gần 100% hộ gia đình đang dùng bể lọc cát để loại bỏ sắt trong nước ngầm

1.5.2.2 Hệ thống lọc với vật liệu MF-97

Vật liệu sắt-mangan (MF-97) là loại vật liệu có nhiều ưu điểm trong việc lọc nước, được đưa vào sử dụng năm 1997 Bộ lọc với MF-97 có thể lọc với tốc độ cao, khoảng 30-60L/h, quá trình oxy hoá và hấp phụ xảy ra đồng thời ( loại bỏ cả As(III)

và As(V)), ngoài ra còn lọc được hầu hết các kim loại nặng khác(Mn, Hg, Fe) [] Công việc xử lý asen nhằm xác định hàm lượng asen trước lọc và sau lọc, so sánh để kết luận loại hình bể lọc nào có tỷ lệ asen giảm nhiều nhất, phù hợp nhất, từ

đó có thể tuyên truyền để các hộ dân cư tự áp dụng cho giếng nhà mình Như vậy, mục tiêu cụ thể đặt ra là: xác định tỷ lệ giảm hàm lượng asen trong các giếng khoan

có giàn phun mưa, bể lọc cát truyền thống với các loại vật liệu khác nhau

Đối tượng vật liệu sử dụng:

- Xỉ than lấy tại địa phương được nghiền nhỏ và rửa nước phần tan,

- Cát vàng tuyển, sỏi phổ thông tại địa phương,

- Vật liệu MF-97 của Viện Hoá học Hà Nội

Phương pháp nghiên cứu: chọn một số giếng khoan tại địa phương đại diện có hàm lượng asen cao hơn 0,1mg/L để lắp các hệ thống lọc, kiểm tra kết quả sau những khoảng thời gian nhất định

Với các mô hình bể lọc trực tiếp có giàn mưa, cát vàng với độ dày từ 40cm đến 60cm, ngăn chứa phù hợp với gia đình thì lượng asen giảm rất lớn

Mô hình vật liệu lọc cát và vật liệu xỉ than có kết quả tương đương nhau Mô hình vật liệu lọc bằng MF-97 có độ giảm asen lớn hơn

Viện Hoá, Viện địa lý và Trung tâm nước sạch vệ sinh môi trường nông thôn

đã phối hợp xử lý asen trên vật liệu MF-97 tại Bình Lục, Lý Nhân, Duy Tiên tỉnh

Hà Nam trong vòng 3 tháng và đã cho thấy vật liệu MF-97 có khả năng hấp phụ rất tốt.[12]

1.5.2.3 Xử lý Asen bằng dòng điện

Điện phân loại asen ra khỏi nước dưới tác dụng của dòng điện có nhiều ưu điểm như không sử dụng hoá chất, ít tốn điện năng, nếu không có nguồn điện thì dùng ắc qui, người sử dụng có thể tiến hành xử lý và bảo quản dễ dàng, giá thành rẻ phù hợp với đời sống của người dân nông thôn, có thể thiết kế thiết bị to nhỏ khác nhau, điện cực dễ chế tạo bằng vật liệu phổ biến.[10]

Thiết bị gồm thùng đựng bằng nhựa hay inok 100-200 lít, điện cực bằng hợp kim, thiết bị biến thế nắn dòng 220V xuống 12V, dòng điện 2,5A và bộ lọc sạch chứa than hoạt tính và cát thạch anh Có hai loại thiết bị: thiết bị xử lý liên tục và thiết bị xử lý gián đoạn

Thiết bị thẩm thấu ngược RO cũng được dùng để tách asen và các kim loại nặng ra khỏi nước Hệ thống thiết bị RO có ưu điểm gọn nhẹ, có thể cài đặt trực tiếp vào vòi nước Hệ thống này bao gồm một thiết bị thẩm thấu ngược RO, ba bình tiền lọc có tác dụng loại bỏ tất cả những cặn vẩn, tạp chất khỏi nước trước khi đi qua màng RO và kéo dài tuổi thọ màng Bình tích áp lắp đặt sau thiết bị RO có vai trò trữ nước qua xử lý, đảm bảo cung cấp nhu cầu sử dụng nước của hộ gia đình Nước sau khi xử lý qua thiết bị RO đạt tiêu chuẩn nước tinh khiết Tuy nhiên, việc sử

Cự) Quặng pyroluzit được nghiền nhỏ, rửa quặng bằng nước cất và sấy khô ở

1050C

Hệ thống lọc asen sử dụng quặng MnO2 được chia làm hai hệ thống:

- Hệ thống lọc với nồng độ sắt thấp (<1mg/L): nước nhiễm asen và sắt ở nồng

độ thấp được đưa qua bộ phận trộn khí để oxy hoá sắt, sau đó hỗn hợp được đưa qua bể hấp phụ để tách loại asen, tiếp theo nước được dẫn qua cột vi lọc để tách hoàn toàn phần asen còn lại Thiết bị sẽ được làm sạch định kỳ và vật liệu lọc được thay thế tuỳ thuộc vào nồng độ asen trong nước

- Hệ thống lọc cộng kết gồm hai bộ phận chính: bộ phận tách Fe và tách sơ bộ

As (bộ trộn khí, chứa alowat hoặc FS, thiết bị lọc nổi) và bộ phận hấp phụ (bể lọc hấp phụ chứa 100kg quặng MnO2, cột vi lọc nhồi polyethylene) Nước ngầm được đưa qua bộ trộn khí chứa vật liệu xúc tác để oxy hoá Fe và Mn Nước được dẫn vào

bể lọc chứa vật liệu lọc xốp để tách các phần cặn As và Mn còn lại sẽ qua bộ lọc hấp phụ chứa một lớp cát đã hoạt hoá để lọc tinh Nước đầu ra từ hệ lọc hấp phụ được dẫn qua cột vi lọc để tách tiếp phần tạp còn lại trước khi đem sử dụng

Kết quả cho thấy nước nhiễm asen sau khi được xử lý bằng vật liệu quặng zoluzit đạt tiêu chuẩn quy định của tổ chức Y tế Thế giới và Việt Nam (<10µg/L) Sắt hoặc mangan từ vật liệu không bị nhiễm vào nước, không cần bổ sung thêm hoá chất, hệ thống đơn giản và dễ vận hành [14]

py-1.5.2.5 Xử lý Asen bằng sắt và đá ong biến tính (Laterite)

Laterite (đá ong) là khoáng vật tồn tại tự nhiên rất phong phú trên nhiều vùng tại miền Bắc Việt Nam Nó đựơc biết đến như một loại vật liệu xây dựng trong dân gian từ lâu đời Gần đây, trong những nghiên cứu đã công bố, laterite hay các dạng

sắt oxohydroxit kết vón còn chứng tỏ là chất hấp phụ rất tốt, đặc biệt đối với các hợp chất vô cơ Các nghiên cứu này cũng cho thấy, ở dạng nguyên khai, laterite có khả năng hấp phụ cao, nhưng nó cũng có nhược điểm lớn nhất là dễ bị rã ra khi tiếp xúc hay khuấy trộn với nước, đặc biệt là phần sét xen kẽ giữa các lớp Fe2O3.nH2O Mặt khác trong tự nhiên, laterite cũng thường ở trạng thái hấp phụ no các ion và hợp chất có sẵn, do đó khi sử dụng laterite làm vật liệu hấp phụ thường phải xử lý hoặc rửa giải để tái sinh khả năng hấp phụ hoặc loại bỏ hoàn toàn các chất đã hấp phụ Việc thiêu kết ở nhiệt độ cao (sự biến tính bằng nhiệt) đã làm cho laterite có độ bền cơ lý cao hơn nhiều và giải hấp gần như toàn bộ các chất hấp phụ tự nhiên trong

đó đáng quan tâm nhất là asen Song ở dạng này (cũng như dạng sét sau thiêu kết thành gốm) khả năng hấp phụ lại giảm hẳn [9]

Các loại sét và đá ong qua biến tính bằng nhiệt đã cho ra loại vật liệu dạng hạt

có kích cỡ khác nhau theo ý muốn và độ bền cơ học cao, đáp ứng được yêu cầu sử dụng làm vật liệu xử lý nước ăn uống trong thực tế Vật liệu hấp phụ được tạo ra qua hai bước: bước thứ nhất là làm xốp bề mặt vật liệu và bước thứ hai là hoạt hoá

bề mặt ấy bằng cách tạo một lớp màng hydroxit hoạt động gắn kết với lớp vật liệu gốc phía trong

Trước hết, sét và đá ong sau thiêu kết được gia công để lấy các cỡ hạt khác nhau, rửa hết bụi nhỏ bằng nước cất và sấy khô ở nhiệt độ 1050C Lấy cỡ hạt có kích thước từ 1 đến 4 mm (kí hiệu là VLS0 và VLL0 tương ứng với vật liệu sét nung

và laterite thiêu kết) để nghiên cứu Sau đó, đem làm xốp bề mặt bằng cách ngâm trong axit ở những nồng độ khác nhau (0,5; 1,0; và 1,5M) và thời gian khác nhau (30, 60, và 90 phút) Vật liệu ngâm trong axit với nồng độ thích hợp, một mặt sẽ làm xốp vật liệu do chúng bị hoà tan một phần, mặt khác chính việc hoà tan đó đã tạo ra dung dịch Fe(III) và một lớp ion Fe3+ bị hấp phụ ngay trên bề mặt của các hạt vật liệu Việc tạo lớp hydroxit trên bề mặt các hạt vật liệu cũng được tiến hành theo hai cách: một là dùng dung dịch NaOH 1M trung hoà và cho dư rồi để ngâm tiếp tục trong vòng 1 giờ Lọc, rửa đến khi dịch lọc có pH khoảng 8 thì dừng lại, sấy khô, thu được loại vật liệu ký hiệu là VLS1 (VLS1, VLS2, VLS3 ứng với sản phẩm