DSpace at VNU: Nghiên cứu xử lí nước ngầm ô nhiễm đồng thời sắt, mangan, amoni và asen

Nghiên cứu xử lí nước ngầm ô nhiễm đồng thời sắt, mangan, amoni và asen Phạm Thượng Hải Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Hóa môi trường; Mã số 60 44 41 Ngườ

Nghiên cứu xử lí nước ngầm ô nhiễm đồng

thời sắt, mangan, amoni và asen

Phạm Thượng Hải

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Hóa môi trường; Mã số 60 44 41

Người hướng dẫn: PGS TS Cao Thế Hà

Năm bảo vệ: 2013

Abstract Khảo sát các yếu tố của nguồn nước ngầm: DO, pH, độ kiềm, hàm lượng

các chất trong nước ngầm tại khu vực nghiên cứu ( hàm lượng sắt cao 22- 24mg/l) Bước đầu cho thấy nguồn nước có hàm lượng sắt cao, DO thấp và tương đối ổn định, giá trị pH trong khoảng 6,5 -7 và biến đổi ít trong quá trình xử lí Với hàm lượng chất

ô nhiễm ở mức cao và ở pH thấp là một bài toán khó cho quá trình xử lí Nghiên cứu các chế độ lưu lượng 0,5m3/h và 1m3/h cho thấy với hệ thống được thiết kế có khả năng tách loại được lượng sắt lớn Hiệu quả xử lí tốt hơn hẳn khi có bổ sung chất oxi hóa Ở lưu lượng 1m3/h khảo sát với chất oxi hóa là javen lượng clo hoạt động là 8 mg/l và với KMnO4 là 5mg/l đem lại hiệu quả xử lí tốt nhất xử lí đồng thời cả Fe, Mn

và As Xử lí asen ở nồng độ cao cùng với xử lí sắt ở nồng độ cao cho hiệu quả xử lí tốt Với nguồn nước có [Fe(II)] cao xử lí sắt đồng nghĩa với lọc As, tuy nhiên khi tỷ lệ Fe/As, ở đây là từ 100 trở xuống hiệu quả xử lí giảm Hiệu quả xử lí As rất phụ thuộc vào nồng độ các tạp chất khác, nhất là phốt-phát Quá trình loại bỏ mangan khó khăn hơn do các quá trình oxi hóa sắt và asen ưu thế hơn, đồng thời có sự hấp phụ, dải hấp trên vật liệu lọc do đó có nhiều điểm bất thường trong số liệu nghiên cứu Trình bày quá trình xử lí amoni: Sau xử lý đều nằm dưới ngưỡng tiêu chuẩn cho phép Đối với 2 chế độ cuối thí nghiệm ở chế độ 1 m3/h, nồng độ amoni vào 20 mgN/l có nồng độ amoni sau xử lý tiến gần đến tiêu chuẩn cho phép Điều này chứng nỏ rằng năng lực

xử lý của hệ pilot đa năng có trang bị giai đoạn nitrat hóa - khử nitrat hóa có khả năng

xử lý tối đa với nồng độ amoni đầu vào 20 mg/l

Keywords Hóa học; Hóa môi trường; Ô nhiễm nước

Content

Lời nói đầu

Nước là một nhu cầu vô cùng cần thiết đối với đời sống con người, trong sinh hoạt, sản xuất và nhiều hoạt động khác của xã hội Sự phát triển nhanh chóng ở tất cả các mặt của đời sống xã hội đòi hỏi nhu cầu nước sạch cũng như chất lượng nước ngày một tăng Để đáp ứng được sự phát triển đó, nhiều nhà máy xử lí nước đã và đang được xây dựng tại nhiều nơi trong

cả nước

Thông thường, khi lựa chọn nguồn nước để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt, người ta thường có xu hướng lựa chọn nguồn nước ngầm vì chất lượng khá tốt, tính ổn định cao, dễ dàng khai thác ở bất kì nơi đâu trên mặt đất Từ xưa con người đã biết sử dụng nước ngầm bằng cách đào giếng khơi để sử nước ngầm ở tầng nông Với sự phát triển của đời sống kinh

tế từ những năm 90 nhà nước đã bắt đầu khuyến khích xây dựng các giếng khoan ở độ sâu lớn hơn Cho đến nay thì ở hầu hết các vùng nông thôn, mỗi hộ gia đình đều có một giếng khoan

ở các độ sâu khoảng vài chục mét Và thông thường nước được bơm lên là sử dụng luôn, một

số nơi thì người dân tự xây các hệ thống xử lí đơn giản để xử lí chủ yếu là xử lí cặn Trải qua thời gian khai thác nhiều năm đã làm suy giảm lượng nước ngầm, làm tăng nồng độ các chất hòa tan Bên cạnh đó việc sử dụng các hóa chất công nghiệp và nông nghiệp cũng là một nguyên nhân gây ô nhiễm đất và nước dẫn đến chất lượng nguồn nước ngầm ngày một giảm

Để nâng cao chất lượng nước trong sinh hoạt thì cần thiết phải qua xử lí, nhất là những nơi chất lượng nước ngầm không được tốt Tùy theo nhu cầu sử dụng, đặc điểm của nguồn nước ngầm để xây dựng hệ thống xử lí cho phù hợp Về cơ bản các phương pháp xử lí hiện nay đều đem lại hiệu quả tốt đối với săt với hệ thống dàn phun mưa, bể lắng, bể lọc với kích thước lớn và có thể đáp ứng được một vùng dân cư đông

Hiện nay, trước nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng tăng, điều này dẫn đến các chuyên gia ngành nước ngày càng phải hoàn thiện hơn về công nghệ Căn cứ vào yêu cầu thực tiễn, chúng tôi thiết kế hệ thống thiết bị hợp khối có khả năng xử lí linh động tùy vào thành phần ô nhiễm cụ thể của nguồn nước ngầm

Dựa trên cơ sở thiết bị đã được thiết kế để tiến hành các thử nghiệm mới, tôi đã lựa chọn

đề tài: “Nghiên cứu xử lí nước ngầm ô nhiễm đồng thời sắt, mangan amoni và asen” làm

hướng nghiên cứu cho luận văn thạc sĩ với mục đích tìm ra phương pháp xử lí tôi ưu hơn so

với phương pháp đang được áp dụng Đề tài mà tôi tiến hành nghiên cứu là một phần trong

nội dung nghiên cứu của đề tài “ Nghiên cứu dây chuyền công nghệ tổ hợp xử lí sắt, mangan, asen và amoni trong nước ngầm ở Hà Nội” mã số: 01C-09/04-2010-2 Đơn vị chủ

trì thực hiện: Trung tâm phát triển Công nghệ Môi trường – Hội nước sạch và môi trường Việt Nam Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Cao Thế Hà Trong quá trình nghiên cứu nhóm nghiên cứu có kế hoạch, sự phân công công việc cụ thể và có sự hợp tác giúp đỡ nhau để công việc được hoàn thành tốt

Reference

Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng việt

1 Nguyễn Văn Cát “Thử nghiệm xử lí As quy mô hộ gia đình tại Hà Nam”, Viện KH&CN

VN, Văn phòng Chương trình QG về nước sạch và vệ sinh MT nông thôn, 2004-2005

2 Đặng Kim Chi Hóa học môi trường tập I Nxb Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội 2001

3 Cao Thế Hà Báo cáo nghiên cứu xử lý Mn trong nước ngầm bằng xúc tác đolomite Hà

nội, 2000

4 Cao Thế Hà, Nguyễn Hoài Châu (2000), ”Công nghệ xử lí nước – nguyên lý và thực tiễn”, Nhà xuất bản Thanh niên

5 Trần Tứ Hiếu, Lâm Ngọc Thiềm (1990), ” Phân tích định tính”, Nhà xuất bản Đại học và giáo dục chuyên nghiệp

6 T.Đ Khải Nghiên cứu công nghệ khử (xử lý) Mn trong nước ngầm Đề tài cấp Bộ XD,

1994

7 Nguyễn Văn Khôi, Cao Thế Hà và cs Báo cáo Dự án sản xuất thử nghiệm “Xử lí amôni

trong nước ngầm quy mô pilot tại nhà máy nước Pháp Vân 2003-2005”, Hà Nội 10/2005

8 Nguyễn Thị Thu Thủy (2000), ”Xử lí nước cấp sinh hoạt và công nghiệp”, nhà xuất bản khoa học kĩ thuật

9 Phạm Hùng Việt, Trần Hồng Côn, Nguyễn Thị Chuyền, Michael Berg, Walter Giger, Roland Shertenleib (2000), ” Bước đầu khảo sát nhằm đánh giá hàm lượng asen trong nước ngầm và nước cấp trong khu vực Hà Nội”, hội thảo quốc tế - ô nhiễm As

Tài liệu tiếng anh

10 Berg Michel, Arsenic Contamination of Groundwater and Drinking Water in the Red

River Delta, Vietnam: Geochemical Investigations and Mitigation Measures, PhD Thesis

Universitọt Karlsruhe, 2007

11 Gujer W and Jenkins D (1974) The Contact Stabilization Process-Oxygen and Nitrogen

Mass Balance Report No 74-2, Sanit Eng Res Lab Univ Calif., Berkrley

12 M Berg, H C Tran; T C Nguyen; H V Pham; R Schertenleib; W Giger (2001),

“Arsenic contamination of groundwater and drinking water in Vietnam: A human health

threat”, Environmental science and Technology, 35, pp 2621 - 2626

13 R.C Barry, J.L Schnoor, B Sulzberger, L Sigg and W Stumm Iron oxydation kinetic in

an acidic alpine lake Wat Res Vol.28, No.2, pp.323-333, 1994

14 Randall et al Nitrification Kinetics in Single-Sludge Biological Nutrient Removal

Activated Sludge Systems Water Sci Technol 1992, v.25, p.195

15 S Mettler In-situ removal of iron from ground water: Fe(II) oxygenation, and

precipitation products in a calcareous aquifer (for the degree of doctor of natural

sciences) Zurich, 2000

16 Stumm W and Lee G.F., Oxygenation of ferous ion Ind Eng Chem 53, 143 (1961)

17 Stumm W and Morgan J J Aquatic Chemistry John Wiley & Sons, Inc New York,

1996

18 Thomas L, Theis Complexation of iron(II) by organic matter and its effect on iron(III)

oxygenation Env Sci Tech 8, 6, 1974

19 Thomas L, Theis Complexation of iron(II) by organic matter and its effect on iron(III)

oxygenation Env Sci Tech 8, 6, 1974

20 Y Unholee, IK- Hwanum, and Jey Yong Yoon (2003) “Arsenic(III) Oxidation by Iron(VI) (Ferrate) and Subsequent Removal of Arsenic(V) by Iron(III) Coagulation”,

Environ Sci Technol., 37, pp 57505756

21 Arsenic Mitigation Strategies, from “the Arsenic State Implementation Guidance” (EPA 816-K-02-018) at http://www.epa.gov/ogwdw/ ars/pdfs/regguide/ars_final_ !

mainguide_9-13.pdf)

22 Dinesh Mohan, Charles U Pittman Jr., Arsenic removal from water/wastewater using adsorbentsA critical review, J of Hazardous Materials 142 (2007) 1–53

23 Arsenic Treatment Technology Evaluation Handbook for Small Systems, Office of Water (4606M), EPA 816-R-03-014, July 2003, www.epa.gov/safewater

24 Frank P., Clifford D (1986), “Arsenic(III) oxidation and removal from drinking water”,

U.S Environmental Protection Agency, EPA-600-52-86/021, pp.286

25 Kim M J., Nriagu J (1999), “Oxidation of arsenite in groundwater using ozone and

oxygen”, Sci Total Environ., 247, pp 7179

26 Maree T Emett and Ging H Khoe (2001), “Photochemical oxidation of arsenic by

oxygen and iron in acidic solutions”, Wat Res., 35 (3), pp 649656

27 Maurizio Pettine, Luigi Campanella and Frank J Millero (1999), “Arsenite oxidation by

H2O2 in aqueous solutions”, Geochimica et Cosmochimica Acta, 63 (18), pp 27272735

28 Y Unholee, IK- Hwanum, and Jey Yong Yoon (2003) “Arsenic(III) Oxidation by Iron(VI) (Ferrate) and Subsequent Removal of Arsenic(V) by Iron(III) Coagulation”,

Environ Sci Technol., 37, pp 57505756

29 Wolfgang Driehaus, Reiner Seith and Martin Jekel (1995), “Oxidation of arsenite with

manganese oxides in water treatment”, Wat Res., 29 (1), pp 297305

30 Monique Bissen, Mogane Marrie, Vieillard Baron, Andreas J Schindelin, Fritz H

Frimmel (2001), “TiO2-catalyzed photooxidation of Arsenite to Arsenate in aqueous

samples”, Chemosphere, 44, pp 751717

31 P.M Jayaweera, P.I Godakumbura and K.A.S Pathiratne (2003), “Photocatalytic

oxidation of As(III) to As(V) in aqueous solutions: A low cost pre-oxidative treatment for

total removal of arsenic from water”, Current science, 84 (4), pp 541543

32 Jerome O Nriagu (1994), Arsenic in the Environment, part I: Cycling and

characterization, John Wiley & Son

33 Jennifer A Wilkie, Janet G Hering (1996), “Adsorption of arsenic onto hydrous ferric

oxide: effects of adsorbate/adsorbent ratios and co-occurring solutes”, Colloids and

Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 107, pp 97110

34 Paritam K Dutta, Ajay K Raya, Virender K Sharma, Frank J Millero (2004)

“Adsorption of arsenate and arsenite on titanium dioxide suspensions”, Journal of Colloid

and Interface Science, 278, pp 270275

35 Xiaoguang Meng, George P Korfiatis, Sunbaek Bang, Ki Woong Bang (2002),

“Combined effects of anions on arsenic removal by iron hydroxides”, Toxicology Letters,

133, pp 103111

36 Sabine Goldberg (2002), “Competitive Adsorption of Arsenate and Arsenite on Oxides

and Clay Minerals”, Soil Sci Soc Am J , 66, pp 413421

37 Suvasis Dixit and Janet G Hering (2003), “Comparison of Arsenic(V) and Arsenic(III)

Sorption onto Iron Oxide Minerals: Implications for Arsenic Mobility”, Environ Sci

Technol., 37, pp 41824189

38 Brian P Jacksona and W.P Miller (2000), “Effectiveness of Phosphate and Hydroxide for

Desorption of Arsenic and Selenium Species from Iron Oxides”, Soil Science Society of

America Journal, 64, pp 16161622

39 Ilwon Ko, Ju-Yong Kim, Kyoung-Woong Kim (2004), “Arsenic speciation and sorption kinetics in the Ashematitehumic acid system” Colloids and Surfaces A: Physicochem

Eng Aspects, 234, pp 4350

40 Xiaoguang Meng, Sunbaek Bang and George P Korfiatis (2000), “Effects of silicate,

sulfate and carbonate on arsenic removal by ferric chloride”, Wat Res., 34 (4), pp

12551261

41 C.A Waltham and M.J Eick (2000), “Kinetics of Arsenic Adsorption on Goethite in the

Presence of Sorbed Silicic Acid”, Soil Science Society of America Journal, 66, pp

818825

42 G Ghurye and D Clifford (2004) As(III) oxidation using chemical and solid – phase

oxidants, J AWWA, 96:1, pp.84-96