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 huyền hàm thuận bắc, tỉnh bình thuận

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.. Ở nông thôn người dân phần lớn chưa được tiếp cận với nước sạch, nguồ

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

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

GVHD : PGS.TS Thái Văn Nam

SVTH : Phan Văn Trường

TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi: Phan Văn Trường 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 hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

- Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả của riêng tôi, không sao chép theo bất cứ đồ án tương tự nào

- Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án điều được 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 trường, tôi xin hoàn toàn chiu trách nhiệm

TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 07 năm 2018

Sinh viên

Phan Văn Trường

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 người khác Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, trước tiên tôi xin gửi tới Ban giám hiệu trường Đại học công nghệ TP

Hồ Chí Minh, lãnh đạo và Ban chủ nhiệm Viện KHƯD HUTECH lời cảm ơn sâu sắc, niềm tự hào vì đã được học tập tại Trường 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 được trên giảng đường đại học sẽ là hành trang giúp em vững bước trong tương lai

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GVHD, PGS.TS Thái Văn Nam , Viện KHƯD HUTECH, Đại học công nghệ TP Hồ Chí Minh đã tận tâm, tận lực giúp đỡ, hướng 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 Trường 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, người 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 Trường

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

i

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

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 7

1.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ XƯƠNG 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 xương rồng 9

1.1.4 Công dụng 11

1.1.5 Tình hình phân bố cây xương rồng ở Việt Nam 11

1.2 KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC CỦA CÂY XƯƠNG RỒNG BÀ 12

1.2.1 Các nghiên cứu ngoài nước 12

1.2.2 Nghiên cứu trong nước 15

1.3 NƯỚC CẤP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP 16

1.3.1 Tầm quan trọng của nguồn nước 16

1.3.2 Một số chứng bệnh liên quan đến thiếu nước sạch 16

1.3.3 Các thông số đánh giá chất lượng nước ngầm và tiêu chuẩn chất lượng sử dụng nước 17

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ii

1.3.4 Các phương pháp xử lý nước 24

1.4 TỔNG QUAN VỀ ASEN VÀ CÁC PHƯƠNG 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 trường 35

1.4.5 Độc học của Asen 36

1.4.6 Cơ chế ô nhiễm Asen và sự tồn tại của Asen trong nước 38

1.4.7 Ảnh hưởng của Asen đến sức khỏe con người 38

1.4.8 Ô nhiễm Asen trong nước ngầm trên thế giới và Việt Nam 41

1.4.9 Các phương pháp xử lý Asen 46

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG 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 xương rồng bà trên các mẫu nước gây nhiễm As(III) nhân tạo 53

2.3.2 Đánh giá khả năng loại bỏ Asen bằng bột khô xương rồng trên các mẫu nước ngầm tự nhiên 54

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 54

2.4.1 Phương pháp luận 54

2.4.2 Phương pháp cụ thể 57

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 64

3.1 CẤU TRÚC BỀ MẶT VẬT LIỆU 64

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

iii

3.2 XÁC ĐỊNH CÁC GIÁ TRỊ TỐI ƯU TRÊN MẪU NƯỚC NHÂN TẠO 65

3.2.1 pH tối ưu 65

3.2.2 Liều lượng keo tụ tối ưu 68

3.2.3 Tốc độ khuấy tối ưu 70

3.2.4 Thời gian khuấy tối ưu 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 nước ngầm tự nhiên bằng bột khô

xương rồng bà 77

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

iv

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 : Giá trị giới hạn của các thông số chất lượng nước dưới đất 22

Bảng 1.2 : Chất lượng nước cấp cho sinh hoạt ăn uống 24

Bảng 1.3 : Nồng độ Asen trong nước 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 nước nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,25(mg/L) bằng bột xương rồng khô ở các pH khác nhau 6968

Bảng 3.2: Kết quả xử lý keo tụ nước nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,05(mg/L) bằng bột xương rồng khô ở các pH khác nhau 70

Bảng 3.3: Kết quả xử lý keo tụ nước nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,25 (mg/L) bằng bột khô bà xương rồng ở các liều lượng chất keo tụ khác nhau 72

Bảng 3.4: Kết quả xử lý keo tụ nước nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,05 (mg/L) bằng bột khô bà xương rồng ở các liều lượng chất keo tụ khác nhau 73

Bảng 3.5: Kết quả xử lý keo tụ nước nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,25 (mg/L) bằng bột xương rồng khô ở các tốc độ khuấy khác nhau 74

Bảng 3.6: Kết quả xử lý keo tụ nước nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,05 (mg/L) bằng bột xương rồng khô ở các tốc độ khuấy khác nhau 75

Bảng 3.7: Kết quả xử lý keo tụ nước nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,25 (mg/L) bằng bột xương rồng khô ở các thời gian khuấy khác nhau 77

Bảng 3.8: Kết quả xử lý keo tụ nước nhiễm Asen nhân tạo nồng độ 0,05 (mg/L) bằng bột xương rồng khô ở các thời gian khuấy khác nhau 73

Bảng 3.9: Kết quả xử lý keo tụ nước nhiễm Asen nhân tạo (mg/L) bằng bột xương rồng khô ở các nồng độ khác nhau 80

Bảng 3.10: Kết quả xử lý keo tụ mẫu nước ngầm tự nhiên 82

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

v

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cây xương rồng bà 9

Hình 1.2: Các hợp chất quan trọng của xương rồng 11

Hình 1.3 : Sơ đồ xử lý nước 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 đường thâm nhập As vào cơ thể con người 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 xương rồng bà (SEM) 68

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn khả năng xử lý Asen bằng bột khô xương rồng bà ở các pH khác nhau 71

Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn khả năng xử lý Asen bằng bột khô xương rồng bà ở các liều lượng khác nhau 74

Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn khả năng xử lý Asen bằng bột khô xương 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 xương 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 xương rồng bà ở các nồng độ khác nhau 81

Hình 3.7: Đánh giá khả năng xử lý các mẫu nước ngầm tự nhiên bằng bột khô xương rồng bà 83

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

vi

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 lượng tia X

7 GDP Gross Domestic Product – Tổng sản phẩm nội địa

8 GE Gelling extract – Dịch trích dạng keo

9 LL Liều Lượng

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 – Xương rồng bà

13 PW Pepton Water –Dung dịch pepton

14 QCVN Quy Chuẩn Việt Nam

15 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

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)

Đánh giá của Tổng cục Môi trường, mỗi ngày cả nước khai thác hàng triệu m³ nước ngầm cung cấp cho hơn 300 nhà máy nước khai thác thành nước sinh hoạt[4] Nhưng, đáng lo ngại là nguồn nước 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 nước Hầu hết đô thị lớn đều bị ô nhiễm nước 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 nước sạch xảy ra hằng ngày do hạn hán kéo dài Ở nông thôn người dân phần lớn chưa được tiếp cận với nước sạch, nguồn nước sử dụng chính là nước mưa tích trữ trong các chum vại, một là nguồn nước ngầm (nước giếng) một

số sử dụng trực tiếp sau khai thác, một số nhỏ các công trình chứa nước nhỏ lắng sơ

bộ trước khi sử dụng Nhưng chất lượng nước cũng không đảm bảo Hàm lượng chất ô nhiễm trong nước vẫn còn cao và điển hình là ô nhiễm Asen trong nước là một trong những mối đe dọa lớn đối với sức khỏe con người

Một số nơi trên thế giới đã có các biện pháp xử lý nước dùng cho ăn uống từ các thực vật tự nhiên không độc hại như hóa chất tránh ảnh hưởng đến sức khỏe trong các khu vực nghèo, hạn chế về khả năng tài chính không thể áp dụng các công nghệ xử lý nước hiện đại Theo các chuyên gia Canada thuộc Trung tâm Công nghệ nước và Môi trường giá rẻ, ở các vùng nông thôn thiếu nước sạch, nông dân có thể

sử dụng nhánh xương rồng để xử lý nước uống [5] Trên cơ sở chất nhầy cây xương rồng bà (Nopal cactus) chất chống oxy hóa có khả năng loại bỏ chất hữu cơ cũng như độ màu của nước, bột khô xương rồng được 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 nước Xương rồng có nguồn gốc ở châu Mỹ, được nhập trồng khoảng thế kỷ thứ 17, nay trở thành hoang dại, rất thông thường trên đất cát hoang dọc bờ biển miền Trung nước ta, có sức sống mãnh liệt dễ tìm kiếm

Với mong muốn tìm một biện pháp xử lý nước sạch dùng trong sinh hoạt cho người dân khu vực không có nước sạch đảm bảo an toàn nhưng 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 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” được thực hiện Đề tài sẽ

xem xét khả năng loại bỏ một số chất ô nhiễm điển hình trong nước mặt làm tiền đề

Nghiên cứu khả năng loại bỏ Asen trong một số nguồn nước sử dụng bột khô

từ cây xương rồng bà, Nopal cactus

2.2 Mục tiêu cụ thể

1 Xác định cấu trúc bề mặt vật liệu bột xương rồng khô

2 Xác định các giá trị tối ưu như: pH, liều lượng chất keo tụ, vận tốc khuấy, tốc độ khuấy và thời gian khuấy trên mẫu nước gây nhiễm As (III) nhân tạo

3 Đánh giá khả năng loại bỏ Asen trên một số mẫu nước ngầm tự nhiên

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung 1: Tổng quan tài liệu

Tìm hiểu các nghiên cứu trong nước và ngoài nước liên quan đến đề tài thực hiện, tìm hiểu các phương 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 trước đó

Tổng quan về xương rồng bà

Tổng quan các phương pháp xử lý nước

Tổng quan các phương pháp xử lý Asen

Nội dung 2: Xác định cấu trúc bề mặt vật liệu

Tạo bột khô cây xương rồng đúng phương 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 ưu trên mẫu nước nhiễm Asen nhân tạo và khảo sát hiệu quả xử lý trên một số mẫu nước ngầm tự nhiên

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Văn Trường GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam

4

- Tạo nguồn nước nhân tạo có nồng độ Asen khác nhau từ 0,01 – 0,5 mg/L

- Thực hiện thí nghiệm 1: xác định pH tối ưu

- Thực hiện thí nghiệm 2: xác định liều lượng chất keo tụ tối ưu

- Thực hiện thí nghiệm 3: xác định tốc độ khuấy tối ưu

- Thực hiện thí nghiệm 4: xác định thời gian khuấy tối ưu

- Thực hiện thí nghiệm 5: thử nghiệm hiệu quả xử lý Asen ở các điều kiện tối

ưu 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 xương rồng bà và phèn nhôm trên một số mẫu nước ngầm tự nhiên

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để thực hiện để tài nghiên cứu chúng tôi dùng các phương pháp sau:

- Phương pháp tạo vật liệu keo tụ

- Phương pháp xác định cấu trúc bề mặt

- Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu

- Phương pháp bố trí thí nghiệm

- Phương pháp xử lý số liệu thống kê

Các phương pháp thực hiện cụ thể sẽ được trình bày rõ ở Chương 2

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

5.1 Đối tượng nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp chủ yếu nghiên cứu về các đối tượng sau:

Vật liệu keo tụ tự nhiên, bột khô xương rồng bà Xương rồng bà (Nopal cactus) có tên tiếng anh là Opuntia ficus indica còn gọi là xương rồng tai thỏ thuộc

họ Cactaceae được thu về từ những bãi cát tại huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận

Mẫu nước ngầm: được lấy từ huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận

5.2 Phạm vi nghiên cứu

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Văn Trường GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam

5

Như tên gọi của đề tài được giao nhiệm vụ là “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‖ được 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 nước nhiễm Asen nhân tạo và một số mẫu nước 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 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‖ 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 nước tiết kiệm, thân thiện với môi trường lại an toàn cho sức khỏe con người Kết quả nghiên cứu có thể sẽ là nền tảng, cung cấp các cơ sở dữ liệu cũng như 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 được một số vấn

đề cấp bách về nguồn nước sạch người dân ở vùng nông thôn, đặt biệt là các vùng khan hiếm nguồn nước sạch và có trử lượng nước ngầm lớn như miền Trung, có một phương pháp xử lý nước 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 được nguồn nguyên liệu có sẵn giải quyết các khó khăn trước mắt của người dân khi không thể tiếp cận được nguồn nước sạch của nhà nước Bên cạnh đó sẽ tạo nền tảng vững chắc trong phát triển kinh tế xã hội, mọi người dân có thể tự áp dụng không cần có trình độ cao

Chương 1:Tổng quan tài liệu

Giới thiệu về xương rồng bà (Nopal cactus) nguồn gốc, thành phần chính cũng như các công dụng của xương rồng bà, tình hình phân bố ở Việt Nam hiện nay, Tổng quan tài liệu các nghiên cứu về khả năng xử lý nước của xương rồng bà tìm cơ sở khoa học cho nghiên cứu và sơ lược các phương pháp xử lý nước, xử lý Asen và tầm quan trọng của nước đối với con người

Chương 2: Phương pháp và vật liệu nghiên cứu

Trình bày các phương 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

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Trình bày các kết quả thu được, kết quả cấu trúc bề mặt vật liệu (bột khô xương rồng bà) trên ảnh SEM, các giá trị tối ưu được xác định với mẫu nước nhân tạo, hiệu quả xử lý các mẫu nước ngầm tự nhiên bằng bột khô xương rồng bà và thảo luận, giải thích và bình luận các kết quả trên so với các nghiên cứu trước đó Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các kết quả thu được từ đề tài, các vấn đề làm được và chưa được Đưa ra những kiến nghị cụ thể nhằm phát triển đề tài nghiên cứu có thể áp dụng cho thực tiễn

Xương rồng Nopal cactus hay Opuntia ficus indica còn gọi là xương rồng tai thỏ, là loại xương rồng ăn được, mọc tự nhiên rất nhiều ở khu vực đất khô cằn và bán khô hạn Tây Bắc Mexico và Tây Nam Hoa Kỳ Nhưng cũng được tìm thấy ở Châu Phi, Châu Úc, Nam Âu và Châu Á Đã từ lâu đời, cư dân địa phương dùng xương rồng Nopal để chăn nuôi, làm thực phẩm, thuốc chữa bệnh… vì thế cây xương rồng Nopal cũng là một nét biểu trưng 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

Hình 1.1: Cây xương rồng bà

Gai xương rồngchính là lá của chúng bị biến đổi Một số xương 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 nước

- Đón bắt lượng mưa và sương đêm ít ỏi của vùng hoang mạc

Thân: Xương rồng bà có thân hình tai thỏ hay còn gọi là bàn chải xếp chồng lên nhau Bên trong thân cây xương rồng là các màng nhầy dạng gel Chính códạng này xương rồng mới giữ được một lượng nước lớn trong cơ thể để có thểchịu đựng

sự khô hạn trong một thời gian dài Hầu như tất cả các loài xương rồng có vị đắng, thỉnh thoảng bên trong còn có nhựa đục

Da cây xương rồng thường trơn láng, có độ dai dẻo nhất định, ít có tế khổng Mục đích là để hạn chế sự mất nước và giảm ảnh hưởng của bức xạ mặt trời

Hoa: Cánh hoa phân bố đồng đều và đồng tâm, hoa đa phần là lưỡng 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 thước 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 lượng nhị rất lớn, từ 50 đến 1.500 (hiếm khi ít hơn)

Trái xương 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 hệxương rồng về sau.Một trái chứa khoảng 3.000 hạt, mỗi hạt dài 0,4 - 12 mm

1.1.3 Các thành phần chính trong xương rồng

Các thành phần chính của Nopal cactus (Opuntia Ficus cladodesindica) là nước (80-95%), tiếp theo là một lượng nhỏ carbohydrat (3-7%), chất xơ (1-2%), và protein (0.5-1%); các hợp chất khác được chỉ được biết đến và chưa được định lượng Một phần nữa gồm các thành phần nhầy chứa polyme, chẳng hạn như các chuỗi (1-4) –liên kết β – D–galacturonic acid và R (1-2) –liên kết L–rhamnose dư [6,7]

Vai trò sinh lý của chất nhầy thực vật là điều tiết lượng nước trong đợt hạn hán kéo dài và để điều tiết luồng canxi của thực vật [8,9] Xương rồng Nopal cladodes cũng đại diện cho một nguồn phytochemicals, như phenol axit và flavonoids (Hình 1.2) [10]

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Văn Trường GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam

10

Hình 0.1: Các hợp chất quan trọng của xương rồng

Nopal Cactus(Opuntia ficus indica)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Văn Trường GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam

11

1.1.4 Công dụng

Xương rồng bà chứa rất nhiều các chất chống oxy hóa nên có công dụng như

là một phương thuốc chữa bệnh.Cactus chất xơ bao gồm một số thành phần hóa học có khả năng kháng các enzym tiêu hóa như ellulose, hemicelluloses, pectin, lignin, những lợi ích kết hợp với cấu nội dung được nổi tiếng, đặc biệt là trong việc ngăn ngừa các bệnh như tiểu đường, điều trị các rối loạn tiêu hóa, bệnh tật liên quan với lượng 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 được công nhận Xơ hòa tan, bao gồm pectin, nướu răng, và chất nhầy, tăng độ nhớt của thứcăn trong ruột, làm chậm hoặc giảm bớt sự hấp thụ đường Pectin và chất nhầy của Opuntia có lợi cho hệ tiêu hóa.Hoa được dùng để trị tiêu chảy, đau bụng và các triệu chứng khó chịu đường ruột.Khả năng chống ung loét bao tử đã được nghiên cứu tại Messina –Ý [11] Opuntia đã được nghiên cứu để làm nguồn cung cấp chất sơ trong dinh dưỡng

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 Xương rồng bà còn được phát hiện với một công dụng mới có khả năng làm sạch môi trường nước.Trong thân xương 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 xương rồng ở Việt Nam

Ở Việt Nam, cũng có loại xương rồng Nopal bản địa, mọc tự nhiên, nông dân cũng có dùng cho gia súc nhưng chưa có thói quen dùng làm thực phẩm cho người Xương rồng Nopal châu Mỹ được 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, xương rồng Nopal đã được nhân giống thành công bằng 2 phương pháp nuôi cấy mô và kỹ thuật phân nhánh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Văn Trường GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam

12

Năm 2006 -2007, trung tâm đã đưa trồng khảo nghiệm tại tỉnh Bình Phước

và Bà Rịa – Vũng Tàu Cây xương 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, xương rồng Nopal được trồng rải rác (làm hàng rào hoặc làm cảnh) ở vùng Duyên Hải từ Huế đến Bình Thuận [12]

Xương rồng Nopal sinh trưởng rất nhanh và rất thích hợp với vùng đất khô hạn, nghèo dinh dưỡng của Việt Nam như vùng đất ven biển miền Trung, Tây Nguyên và cả trên đảo Trường Sa Ngoài tính sinh trưởng tốt trên đất xấu, đất bạc màu, xương rồng Nopal còn có ưu điểm là có độ che phủ cao, chống được cát bay

1.2 KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC CỦA CÂY XƯƠNG RỒNG BÀ

1.2.1 Các nghiên cứu ngoài nước

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 nước Cùng với đó là nhu cầu cấp nước sạch/an toàn là một thách thức lớn trong hầu hết các nước bất chấp sự tồn tại của một số chiến lược được sử dụng trong

xử lý nước Các biện pháp xử lý nước thải hiện nay bao gồm keo tụ -tạo bông, hấp phụ bằng than hoạt tính, sử dụng zeolit, lọc màng, thẩm thấu ngược, 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 như 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 dưỡng 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 nước sông và xử lý nước thải [22, 23, 24, 25, 26], những ưu điểm của các kết tủa polymer như: dễ xử lý, độ hòa tan cao trong nước, giảm khối lượng bùn, dễ dàng có sẵn và tự phân hủy Xương rồng Nopal (OFI) là một trong những loại thực vật nhận được sự quan tâm nghiên cứu nhiều và

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 nước cơ bản (pH 8 - 10) Kết quả cho thấy hiệu quả giảm độ đục trong nước thải là do sự hiện diện của axit galacturonic và các thành phần bổ sung khác trong Nó đã được 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 nước thải công nghiệp, vật liệu tạo ra theo 4 phương pháp, thứ nhất vật liệu thu được bằng cách đun sôi nhỏ miếng xương rồng tươi như báo cáo của Torres và cộng sự, (2012) [27], thứ 2 vật liệu được tạo ra ở trên đã được sấy khô trong máy sấy tại đầu vào và đầu ra nhiệt độ quy định, phương pháp chiết xuất thứ ba là cắt xương rồng tươi thành những dải lớn chất nhầy được ly tâm

và sấy khô và thứ tư làm khô toàn bộ xương rồng ở 60°C trước khi xay thành bột Khả năng loại bỏ COD và độ đục khỏi nước thải phụ thuộc nhiều vào các phương pháp chiết xuất vật liệu và kết quả cho thấy hiệu quả cao nhất đã thu được với bột khô toàn bộ nhánh xương 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 nước thải dệt nhuộm thu được

từ Tunisia Các thông số pH,liều lượng OFI, tốc độ và thời gian khuấy trộn xử lý độ màu, COD và độ đục đã được khảo sát Các điều kiện tối ưu cho việc loại bỏ chất ô nhiễm tối đa đã được tìm thấy là pH khoảng 7, liều lượng OFI 40 mg/L, tốc độ khuấy trộn lên đến 30 rpm (vòng/phút) và thời gian trộn 10 phút Dưới những điều kiện tối ưu hiệu suất loại bỏ độ đục 99.84%.Nghiên cứu cho thấy bột O.ficus indica

Ở những nơi khác, quá trình sử dụng chất keo tụ tự nhiên trong việc loại bỏ

độ đục từ dung dịch nước được mô hình hóa trong các thí nghiệm kiểm tra, sử dụng bột xương rồng bà (Jadhav và Mahajan, 2014)[29] so với chùm ngây và polymer sinh học Khi áp dụng cho nước đục tổng hợp độ đục 314.4 NTU, liều lượng 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 xương 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 tương tự, Pichler và cộng sự,(2012)[30] đã nghiên cứu khả năng loại bỏ độ đục trong nước 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 lượng 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 hưởng của liều lượng chất keo tụ xử lý

độ đục tương đương trong hoạt động của phèn và GE ở liều 3 mg/l và 0,01 mg/l tương 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 được áp dụng cho việc xử lý nước thải thành phố thu được từ nhà máy xử lý nước thải ở San Juan Ixhuatepec (Estado de Mexico), khả năng xử lý được so sánh với FeCl3[27].Các chất nhầy được chiết xuất bằng cách đun sôi các mảnh nhỏ cây xương rồng trong 20-30 phút Thí nghiệm Jartest được tiến hành để xác định hiệu quả liều lượng chất keo tụ, độ pH và thiết lập lượng bùn tạo ra trong quá trình keo tụ - tạo bông Tỷ lệ xử lý COD cao nhất (65%) ở pH

= 10và liều lượng phèn 50 mg/l.Ở những nơi khác, bột xương rồng đã được sử dụng trong xử lý nước thải thuộc da sau khi tối ưu hóa liều lượng và độ pH trong một bộ máy kiểm tra (Kazi và Virupakshi, 2013) [31] Liều lượng và pH tối ưu đã được tìm

Không chỉ xử lý được độ đục, độ màu và COD xương rồng bà còn có khả năng xử lý được kim loại nặng trong nước 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 nước 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 được thử nghiệm với cùng liều lượng 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 nước 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 nước

Tại Việt Nam có rất nhiều đề tài nghiên cứu về việc sử dụng trong keo tụ tự nhiên trong xư lý nước Nhưng chỉ mới có một đề tài đề cập đến việc sử dụng

xương rồng bà trong xử lý nước 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 nước của bột khô xương

rồng bà được khảo sát bằng một loạt thực nghiệm thực hiện bằng thiết bị Jartest trên các mẫu nước đục nhân tạo để xác định các giá trị tối ưu, làm cơ sở để xác định khả năng xử lý trên các mẫu nước tự nhiên Trong nghiên cứu sứ dụng các mẫu nước đục nhân tạo từ 100 NTU - 300 NTU xác định được giá trị tối ưu của vật liệu keo tụ

pH = 7.25, tốc độ khuấy 30 vòng/ phút, thời gian khuấy 10 phút và liều lượng 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

1.3 NƯỚC CẤP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP

1.3.1 Tầm quan trọng của nguồn nước

Nước là một nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật, không có nước cuộc sống trên trái đất không tồn tại Nhu cầu dùng nước của con người là từ 100 đến 200

l/ngày.đêm cho các hoạt động bình thường (Theo tiêu chuẩn 20 TCVN 33- 2006)

chưa kể đến hoạt động sản xuất

Trên trái đất, ¾ lãnh thổ là nước, nước trong các đại dương, ở biển, sông ngòi, ao hồ, nước ở trong lòng đất.Tuy nhiên nguồn nước sạch không phải dồi dào như 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 trường cũng như chất lượng nước

1.3.2 Một số chứng bệnh liên quan đến thiếu nước sạch

Theo báo cáo của Bộ Y tế, tại Việt Nam, mỗi năm có khoảng 250,000 người

bị mắc bệnh tiêu chảy cấp phải nhập viện Tình trạng thiếu nước sạch hằng năm ảnh hưởng tới ít nhất một triệu người Việt Nam và trong 4 năm qua, có tới 6 triệu trường hợp mắc bệnh liên quan tới thiếu nước sạch, ước tính chi phí cho y tế là khoảng 20 triệu USD Việt Nam đang đạt tỷ lệ 80% dân số đô thị được cung cấp nước sạch theo quy chuẩn của Bộ Y tế; tuy nhiên, ở nông thôn dù 85% dân số được

cấp nước hợp vệ sinh nhưng chỉ có 42% đạt quy chuẩn của Bộ Y tế [5]

 Một số chứng bệnh liên quan đến thiếu nước sạch

Bệnh đường tiêu hoávới các bệnh thường gặp như:tả, lỵ, thương hàn, tiêu chảy, viêm gan A, bại liệt… Bệnh thường xảy ra do người khoẻ ăn hoặc uống phải những thực phẩm, nước uống bị nhiễm vi khuẩn có trong phân người (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, nước uống không được đậy kín )

Bệnh do muỗi truyền: những bệnh do muỗi truyền thường 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 người bệnh sang người lành qua nước

Bệnh do các vi yếu tố hóa học và các chất độc khác có trong nước:

Bệnh do các yếu tố vi lượng hoặc các chất độc khác có trong nước gây ra cho người là do thừa hoặc thiếu chúng trong nước Trong nhóm này có thể kể đến các bệnh như: bệnh bướu cổ, bệnh về răng do thiếu hoặc thừa flo, bệnh do Nitrit và Nitrat cao trong nước, bệnh do nhiễm độc bởi các chất độc hóa học gây ra như chì (Pb), đồng (Cu), Asen (thạch tín)…

1.3.3 Các thông số đánh giá chất lượng nước ngầm và tiêu chuẩn chất lượng sử dụng nước

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 nước về mặt hóa học pH là chỉ tiêu quan trọng đối với mỗi giai đoạn trong môi trường môi trường, là một chỉ tiêu cần phải kiểm tra đối với chất lượng nước pH là yếu tố môi trường ảnh hưởng tới tốc độ phát triển và giới hạn sự sinh trưởng của sinh vật trong môi trường nước,sự thay đổi giá trị pH có thể dẫn tới sự thay đổi về thành phần các chất trong nước do quá trình hòa tan hoặc kết tủa, thúc đẩy hay ngăn chặn phản ứng hóa học, sinh học xảy ra trong nước Và được định nghĩa bằng biểu thức:

pH = -lg [H+] ( Đặng Kim Chi, 2001)

 Khi pH =7 nước có tính trung tính

 Khi pH <7 nước có tính axit

+ Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước

+ Độ cứng tạm thời là hàm lượng các muối của ion HCO3-, CO32-, với

 Hàm lượng đạm Nitrat ( N – NO 3 - )

Nitrat là dạng oxy hóa cao nhất trong chu trình nito và thường 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 nước mưa 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 nước, loại trừ được sự phát triển của tảo và các loại thực vật khác sống trong nước Nhưng mặt khác khi hàm lượng nitrat trong nước khá cao có thể gây độc hại với người, vì khi vào điều kiện thích hợp, ở

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Văn Trường GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam

19

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 )

 Hàm lượng sunfat ( SO 4 2- )

Sunfat là một chỉ tiêu tiêu biểu của vùng nước nhiễm phèn Sunfat cao, nước

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 thường có trong nước ngầm dưới dạng muối tan hoặc phức chất do hòa tan từ

các lớp khoáng trong đá hoặc do ô nhiễm bề mặt nước bởi nước thải (Đặng Kim

Chi,1998) Nước có hàm lượng sắt cao (lớn hơn 0.3 mg /l) gây trở ngại rất lớn cho

việc sử dụng trong sinh hoạt Nước đục do sắt có màu vàng nhiều cặn và thức ăn của các loại vi khuẩn ưa sắt

 Mangan (Mn)

Mangan thường tồn tại trong nước cùng với sắt nhưng với hàm lượng ít hơn Khi trong nước có mangan thường tạo lớp cặn màu đen đóng bám vào thành và đáy bồn chứa

 Asen (As)

Do thấm qua nhiều tầng địa chất khác nhau, nước ngầm thường chứa asen nhiều hơn nước mặt Ngoài ra asen có mặt trong nguồn nước khi bị nhiễm nước thải

công nghiệp, thuốc trừ sâu

Khi bị nhiễm asen, có khả năng gây ung thư da và phổi Tiêu chuẩn nước sạch quy định asen nhỏ hơn 0,05 mg/L Tiêu chuẩn nước uống quy định asen nhỏ hơn 0,01mg/L

 E Coli

E.coli được xem là một chỉ tiêu đánh giá sự nhiễm bẩn của nguồn nước và đánh giá hiệu quả của việc khử trùng Khi dùng nước có nhiễm khuẩn E.coli, nó gây cho người một số bệnh như: tả, lỵ, thương hàn, tiêu chảy…,nặng có thể gây tử vong Những hạt chất lơ lững, gây ra độ đục trong nước thường 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 nước 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 trường, Vụ Khoa học và Công nghệ, Vụ Pháp chế trình duyệt và được ban hành theo Thông tư số 66/2015/TT-BTNMT ngày 21 tháng 12 năm 2015 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Văn Trường GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam

21

Bảng 0.1 :Giá trị giới hạn của các thông số chất lượng nước dưới đất

6 Nitrit (NO-2 tính theo N) mg/l 1

7 Nitrat (NO-3 tính theo N) mg/l 15

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT do Cục Y Tế dự phòng và Môi trường biên soạn, được Bộ trưởng Bộ

Y tế ban hành theo thông tư số: 04/2009/TT – BYT ngày 17/6/2009

Bảng 0.2 :Chất lượng nước cấp cho sinh hoạt ăn uống

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Giới hạn tối đa

Ngoài ra, đối với nước sinh hoạt có QCVN 02:2009/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt

Nước 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 vượt quá tiêu chuẩn quy định bạn cần tìm rõ nguyên nhân và hướng giải pháp để xử lý Một số thành phần kim loại nặng như: Asen (As), Nitrit (NO2-), Mangan (Mn), Sắt (Fe)… Nếu thành phần vượt quá sẽ dẫn tới rất nhiều căn bệnh nguy hiểm

1.3.4 Các phương pháp xử lý nước

1.3.4.1 Nguyên tắc lựa chọn nguồn nước và phương pháp xử lý

 Lựa chọn nguồn nước cho mục đích cấp nước

Chất lượng nguồn nước có ý nghĩa quan trọng trong xử lý nước, quyết định dây chuyền xử lý Do vậy trong những điều kiện cho phép, cần chọn nguồn nước có chất lượng tốt nhất để có được hiệu quả cao trong quá trình xử lý

 Lựa chọn phương pháp xử lý

Xử lý nước là quá trình làm thay đổi thành phần, tính chất nước tự nhiên.Theo yêu cầu của các đối tượng sử dụng phụ thuộc vào thành phần, tính chất của nước nguồn và yêu cầu chất lượng của nước, của đối tượng sử dụng

Cơ sở để lựa chọn công nghệ xử lý nước dựa vào các yếu tố sau:

- Chất lượng của nước nguồn (nước thô) trước khi xử lý

- Chất lượng của nước yêu cầu (sau xử lý) phụ thuộc mục đích của đối tượng sử dụng

- Công suất của nhà máy nước

- Điều kiện kinh tế kỹ thuật

- Điều kiện của địa phương

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Văn Trường GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam

25

1.3.4.2 Các phương pháp xử lý nước thiên nhiên

Trong kỹ thuật xử lý nước người ta thường hay dùng các phương pháp sau:

Phương pháp cơ học: Ứng dụng các công trình và thiết bị thích hợp để loại

bỏ các tạp chất thô trong nước bằng trọng lực: lắng, lọc, sử dụng quá trình làm thoáng tự nhiên hoặc cưỡng bức để để khử sắt trong nước ngầm

Phương pháp hóa học và hóa lý: Sử dụng phèn để làm trong và khử màu

(quá trình keo tụ) các nguồn nước có độ đục và độ màu cao; sử dụng các tác nhân oxy hóa hóa học để khử sắt, mangan trong nước ngầm, sử dụng clo và các hợp chất của clo để khử trùng nước Một phương pháp hóa lý khác hiện nay đang trở nên phổ biến là sử dụng các loại nhựa trao đổi ion để làm mền nước và khử các chất khoáng trong nước

Phương 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 nước

Đối với nước mặt mục đích xử lý chủ yếu là giảm độ đục, độ màu và loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh trong nước, do đó công nghệ xử lý nước mặt thường 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 nước tạo nên các bông có kích thước lớn hơn, sau đó lắng lọc và khử trùng trước khi phân phối vào mạng cấp nước

Đối với nước ngầm mục đích chủ yếu là khử sắt và mangan công nghệ xử lý thường là làm thoáng tự nhiên (giàn mưa) hoặc nhân tạo (quạt gió) để oxy hóa các nguyên tố Fe2+, Mn2+ ở dạng hòa tan trong nước 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 nước sông, hồ ao, thường có các hạt cặn có nguồn gốc thành phần và kích thước rất khác nhau Đối với các loại cặn này dùng biện pháp xử lý cơ học trong công nghệ xử lý nước như lắng lọc có thể loại bỏ được cặn có kích thước lớn hơn 10-4mm Còn các hạt có kích thước nhỏ hơn 10 – 4mm không thể tự lắng được

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 nước cần xử lý các

Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không dùng để trung hòa ion

H+ thì cần phải kiềm hóa nước Chất dùng để kiềm hóa thông dụng nhất là CaO Một số trường hợp khác có thể dùng Na2CO3 hoặc xút NaOH Thông thường phèn nhôm đạt hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước có pH = 5.5 - 7.5

Một số nhân tố cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ như: các thành phần ion

có trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trường phản ứng, nhiệt độ,

Ngoài việc dùng hóa chất để đẩy nhanh quá trình lắng nước có thể dùng thực vật tự nhiên như:

- 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 nước khác ở Nam Mỹ)

- Lắng bông cặn phèn/polyme trong công nghệ khử đục, màu nước 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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Văn Trường GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam

27

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 nước càng cao, độ nhớt của nước càng nhỏ, sức cân của nước đối với hạt cặn của nước càng giảm làm tăng hiệu quả các quá trình lắng nước

Thời gian lưu nước trong bể lắng là chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của bể lắng Để đảm bảo lắng tốt thời gian lưu nước trung bình của các phân tử nước trong bể lắng phải đạt từ 70-80% thời gian lưu nước trong bể theo tính toán, nếu để cho bể lắng có vùng nước chết, vùng chảy quá nhanh hiệu quả lắng sẽ giảm

đi nhiều

c Quá trình lọc nước

Quá trình lọc nước là cho nước 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 nước 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 nước hoặc gió hoặc kết hợp cả nước và gió để loại bỏ cặn bẩn khỏi lớp vật liệu lọc

Trong dây chuyền xử lý nước ăn uống và sinh hoạt, lọc là giai đoạn cuối cùng để làm sạch triệt để Hàm lượng cặn còn lại trong nước 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 được dùng phổ biến nhất là cát thạch anh tự nhiên Ngoài ra còn có thể sử dụng một số vật liệu khác như cát thạch anh nghiền, đá hoa cương nghiền, than antraxit, polymer, các vật liệu lọc nước 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 người ta có thể dùng thêm than hoạt tính như là một hoặc nhiều lớp vật liệu lọc để hấp thu chất mùi và màu của nước Các bột than hoạt tính

d Khử sắt và mangan

Trong nước mặt sắt tồn tại ở dạng hợp chất Fe3+, thường là Fe(OH)3 không tan ở dạng keo hoặc dạng huyền phù Hàm lượng sắt trong nước mặt thường không lớn và sẽ được khử trong quá trình làm trong nước Trong nước ngầm, sắt tồn tại ở dạng ion, sắt có hóa trị 2 (Fe2+) là thành phần của các muối hòa tan như: bicabonat Fe(HCO3)3 sunphat FeSO4 Hàm lượng sắt có trong nước ngầm thường cao

2Mn(HCO3)2 + O2 + H2O Error! Reference source not found.2Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3-

Trong thực tế việc khử sắt trong nước ngầm thường được tiến hành đồng thời với khử mangan

Có rất nhiều biện pháp khử trùng nước hiệu quả như: khử trùng bằng các chất oxy hóa mạnh, khử trùng bằng các tia vật lý, khử trùng bằng phương pháp siêu

âm, khử trùng bằng phương pháp nhiệt, khử trùng bằng phương pháp ion kim loại nặng, Hiện nay ở Việt Nam sử dụng phổ biến nhất là phương pháp khử trùng bằng chất oxi hóa mạnh Các chất được 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 nước xử lý: số vi khuẩn, hàm lượng chất hữu cơ và chất khử có trong nước

- Nhiệt độ của nước

- Liều lượng Clo

Chú thích:

Đường nước Đường bùn Hóa chất

Bể bùn

Trạm bơm II

TrộnHóa chất