Nghiên cứu sử dụng vật liệu lọc nano, thiết kế thiết bị lọc nước bị nhiễm asen phục vụ chiến lược quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn

Vì vậy, Tác giả chọn đề tài luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu sử dụng vật liệu lọc Nano, thiết kế thiết bị lọc nước bị nhiễm Asen phục vụ chiến lược quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh

trường đại học bách khoa hà nội

-Trần Hưng

NGHIấN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU LỌC NANO, THIẾT KẾ THIẾT BỊ LỌC NƯỚC BỊ NHIỄM ASEN PHỤC VỤ CHIẾN LƯỢC QUỐC GIA VỀ CẤP NƯỚC SẠCH VÀ

VỆ SINH NễNG THễN

- -

trần hưng

NGHIấN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU LỌC NANO,

THIẾT KẾ THIẾT BỊ LỌC NƯỚC BỊ NHIỄM ASEN

PHỤC VỤ CHIẾN LƯỢC QUỐC GIA VỀ CẤP NƯỚC SẠCH VÀ

VỆ SINH NễNG THễN

Chuyên ngành: kỹ thuật môi trường

Mó số: ………

luận văn thạc sĩ khoa học

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hà Lương Thuần

HÀ NỘI - 2009

Danh mục hình vẽ

MỞ ĐẦU

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về Asen 7

1.1.1 Nguồn gốc và các dạng tồn tại của asen 7

1.1.2 Hiện trạng nước bị ô nhiễm Asen 12

a Hiện trạng ô nhiễm Asen trên thế giới 12

b Hiện trạng ô nhiễm Asen ở Việt Nam 13

1.1.3 Ảnh hưởng của Asen đến sức khoẻ của con người 17

1.2 Vật liệu Nano ứng dụng trong cuộc sống 19

1.2.1 Các phương pháp xử lý truyền thống 19

1.2.2 Vật liệu Nano 21

1.2.3 Ứng dụng vật liệu Nano trong lọc nước 25

a Ở Việt Nam 25

b Trên thế giới 26

1.3 Nhận xét 27

Chương 2 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO 2.1 Hiện trạng sử dụng vật liệu xử lý nước bị nhiễm Asen 30

2.1.1 Hiện trạng ở Việt Nam 30

2.1.2 Hiện trạng ở trên thế giới 31

2.2 Thiết bị lọc và vật liêu lọc Nano của Liên Bang Nga 33

2.2.1 Thiết bị lọc của Liên Bang Nga 33

2.2.2 Vật liệu Nano của Liên Bang Nga 38

2.3 Lựa chọn vật liệu lọc xử lý Asen 43

2.3.1 Phương pháp tiến hành 43

2.3.2 Đánh giá hiệu quả xử lý Asen của vật liệu lọc 44

2.3.3 Một số yếu ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Asen của thiết bị lọc Nano 44

c Ảnh hưởng của nồng độ Asen 47

2.4 Nhận xét 49

Chương 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ 3.1 Lựa chọn quy mô thiết bị và khả năng xử lý 51

3.2 Thíêt kế mô hình thiết bị xử lý nước bị nhiễm Asen phù hợp tại Việt nam 52

3.2.1 Đề xuất một số quy trình xử lý nước sử dụng vật liệu lọc nano 52

3.2.2 Thiết bị mẫu xử lý Asen cho cụm dân cư công suất 500 l/h 55

3.3 Quy trình sản xuất lõi lọc Asen 57

3.3.1 Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng 57

3.3.2 Công tác chuẩn bị 57

3.3.3 Quy trình sản xuất lõi lọc 59

3.4 Đánh giá sản phẩm 61

3.4.1 Trong phòng thí nghiệm 61

3.4.2 Đánh giá ngoài thực địa 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ 67

PHỤ LỤC 75

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 TÓM TẮT LUẬN VĂN

BVTV : Thuốc bảo vệ thực vật

LB Nga : Cộng hòa Liên Bang Nga

MT : Môi trường

NSH & VSMTNT : Nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường nông thôn

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

EU : Cộng đồng chung châu Âu (European Union)

UNICEF : Tổ chức Unicef (The United Nations Children's Fund)

USEPA : Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (United State Environment Protection

Agency) WHO : Tổ chức y tế thế giới (World Health Organization)

lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hà Lương Thuần

Tất cả các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác Các tài liệu tham khảo có tính pháp lý và trích dẫn rõ, nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 09 tháng 11 năm 2009

Tác giả luận văn

Trần Hưng

Lêi c¶m ¬n

Để hoàn thành tốt khoá học này tôi đã nhận được sự động viên giúp đỡ tận tình c ủa các thầy cô, các cơ quan, đồng nghiệp và bạn bè

Qua luận văn này, trước tiên cho Tôi gửi lời cảm ơn PGS.TS Hà Lương

Thuần người thầy đã hướng dẫn khoa học, tạo mọi điều kiện và động viên, khích lệ

tôi trong quá trình làm để có được kết quả này

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo và cán bộ Viện đào tạo sau Dại

H ọc và Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường trường Đại học Bách Khoa Hà nội, đặc biệt là: PGS.TS Nguyễn Thị Thu Thuỷ đã giúp đỡ, động viên tôi rất nhiều trong suốt thời gian học tập

Tôi xin c ảm ơn Ban lãnh đạo và các đồng nghiệp nơi tôi đang làm việc và các đồng nghiệp cơ quan cũ của tôi đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè - những người luôn ở bên, động viên tôi trong h ọc tập và trong cuộc sống

Hà Nội, ngày 09 tháng 11 năm 2009

H ọc viên

Tr ần Hưng

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Sơ đồ tiếp cận giải quyết vấn đề

Hình 1.1 Tổng quan về vòng tuần hoàn nước cấp

Hình 1.3 Sơ đồ vòng tuần hoàn Asen trong môi trường

Hình 1.4 Hiện trạng phân bố Asen trong nước ngầm do các nguồn khác nhau gây ra

Hình 1.5 Các con đường thâm nhập Asen vào cơ thể con ngưòi

Hình 1.6 Biểu hiện nhiễm độc asen

Hình 1.7 Cấu tạo dạng sợi của vật liệu

Hình 1.8 Ống Nano cacbon ứng dụng trong công nghệ lọc nước

Hình 2.1 Thiết bị lọc Nano chuyển giao

Hình 2.2 Tháo rỡ lọc Nano chuyển giao của Liên bang Nga

Hình 2.3 Cấu tạo lõi lọc và đo đạc kích thước lõi lọc

Hình 2.4 Chi tiết vỏ thiết bị lọc

Hình 2.5 Ẩnh lõi thiết bị lọc mẫu

Hình 2.6 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu quả xử lý

Hình 2.7 Ảnh hưởng của nồng độ asen đến hiệu quả xử lý

Hình 3.1 Sơ đồ cấp nước trực tiếp sau khi lọc qua cột lọc vi sinh

Hình 3.2 Sơ đồ xử lý nước bằng 2 cột lọc nối tiếp với nguồn nước bị nhiễm Asen

Hình 3.3: Sơ đồ xử lý nước nối tiếp sau công đoạn xử lý thô

Hình 3.4 Sơ đồ xử lý sử dụng trực tiếp nguồn nước thô

Hình 3.5 Sơ đồ mô tả phương pháp và kỹ thuật sử dụng

Hình 3.6 Sơ đồ quy trình sản xuất lõi lọc Nano xử lý Asen

Hình 3.7 Vỏ và hai nắp lõi lọc

Hình 3.8 Tiếp liệu và nén ép vật liệu

Hình 3.9 Sơ đồ hệ thống thiết bị mẫu xử lý Asen

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các dạng Asen chính trong tự nhiên

Bảng 1.2 Nồng độ Asen đặc trưng trong những dạng đá phổ biến

Bảng 1.3 Tổng hợp kết quả phân tích Asen tại 27 tỉnh, Thành phố

Bảng 1.4 Bảng tổng hợp ô nhiễm Asen tại Hà Nam

Bảng 1.5 Tổng hợp kết quả phân tích Asen trong địa bàn tỉnh Hà Tây cũ Bảng 1.6 Ứng dụng của vật liệu Nano trong khoa học kỹ thuật và đời sống Bảng 1.7 Tỷ lệ người dân nông thôn được cấp nước sạch ở các vùng

Bảng 2.1 Một số ứng dụng của công nghệ Nano trong xử lý nước

Bảng 2.2 Kết quả thử nghiệm hiệu quả xử lý Asen của 2 loại vật liệu lọc nano Bảng 2.3 Kết quả ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Asen

Bảng 2.4 Kết quả ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu quả xử lý Bảng 2.5 Khả năng xử lý Asen khi dùng VL nano với [As]đầu vào 0,15 mg/l Bảng 2.6 Khả năng xử lý Asen khi dùng VL nano với [As]đầu vào 0,28 mg/l Bảng 2.7 Khả năng xử lý Asen khi dùng VL nano với [As]đầu vào 0,41 mg/l Bảng 3.1 Kết quả phân tích Asen trong nước trước và sau xử lý

M Ở ĐẦU

1 Tính c ấp thiết của luận văn

Nước là một nguồn tài nguyên quý của mỗi Quốc gia, nước không thể thiếu được trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày cũng như trong quá trình sản xuất công

nghiệp, nông nghiệp Liên Hiệp Quốc cảnh báo trước thềm Diễn đàn thế giới về

nước lần thứ 5 nhóm họp ở Istanbul (Thổ Nhĩ Kỳ) từ ngày 16 đến 22/3/2009 [10]

“Một nửa dân số thế giới (khoảng 3 tỉ người) có khả năng sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước sạch sinh hoạt vào năm 2025” Vì vậy, bảo vệ và cải thiện nguồn nước là nhiệm vụ cấp thiết được đặt ra

Ô nhiễm Asen (thạch tín- ký hiệu hoá học: As) trong nước ngầm đã trở thành mối quan tâm đặc biệt trên thế giới khi xảy ra thảm hoạ nhiễm độc Asen trên diện rộng ở Bangladesh và Tây Bengan Ấn Độ Nhiễm độc Asen có thể gây ra các căn bệnh nguy hiểm dẫn đến tử vong như ung thư da và các cơ quan nội tạng Ngày nay, ngoài hai khu vực trên, đã phát hiện thấy nhiều nơi trên thế giới như Đài Loan, Alaska, Achentina, Canađa, Mỹ, Việt Nam cũng có các nguồn nước bị nhiễm Asen

Ở Việt Nam, kinh tế phát triển, nông thôn nước ta đã và đang có một diện mạo mới Những khu công nghiệp mọc lên khắp nơi, những làng nghề thủ công đang dần hồi sinh Ô nhiễm nguồn nước là kết quả đã được dự báo trước với hai vấn

đề đáng quan tâm: nước mặt bị ô nhiễm bởi thuốc trừ sâu, phân bón, chất thải chăn nuôi, chất thải từ sản xuất công nghiệp và sinh hoạt…; nước ngầm bị ô nhiễm Amoni, Asen và hàm lượng chất hữu cơ

Mục tiêu phát triển quốc gia đến năm 2020, có 85% dân số nông thôn được

sử dụng nước sạch, tăng 23% so với năm 2005 (tương đương với 15 triệu người) Kết quả khảo sát năm 2008 cho thấy khoảng 21,5% dân số nước ta đang sử dụng nước ăn từ giếng khoan[2]

Theo một số kết quả khảo sát gần đây đã phát hiện thấy nước ngầm ở nhiều nơi thuộc châu thổ sông Hồng (nghiêm trọng nhất là phía nam Hà Nội, Hà Nam, Hưng Yên, Nam Định, Thái Bình ), đồng bằng sông Cửu Long (ở Đồng Tháp và

An Giang) Sự ô nhiễm Asen ở miền Bắc phổ biến và cao hơn miền Nam [2] Hiện

tại Bộ tài nguyên và Môi trường đang chủ trì thực hiện việc lập bản đồ ô nhiễm Asen trên toàn quốc Song song với các nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm và sự phân bố Asen trong nước ngầm ở các vùng khác nhau, việc phát triển các công nghệ

xử lý Asen trong nước sinh hoạt là một yêu cầu cấp bách ở nước ta hiện nay Vì

vậy, Tác giả chọn đề tài luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu sử dụng vật liệu lọc

Nano, thiết kế thiết bị lọc nước bị nhiễm Asen phục vụ chiến lược quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn” nhằm đáp ứng sự cần thiết và tính thời sự của vấn

đề đang được dự luận quan tâm

2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Mục tiêu của luận văn

Với mục tiêu đi tắt đón đầu, tiếp thu ứng dụng và phát triển công nghệ mới

xử lý nước bị nhiễm Asen sử dụng vật liệu lọc nano, cụ thể:

- Nghiên cứu sử dụng vật liệu lọc Nano trong xử lý nước bị nhiễm Asen

- Thi ết kế được thiết bị lọc nước sử dụng vật liệu lọc Nano để xử lý nước bị nhiễm Asen phục vụ Chiến lược quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn đến năm 2020

• Đối tượng nghiên cứu chính của luận văn

- Tìm hiểu tổng quan về Asen và hiện trạng ô nhiễm Asen trong nước

- Nghiên cứu sử dụng vật liệu lọc Nano để xử lý Asen

- Thiết kế thiết bị sử dụng vật liệu lọc Nano xử lý nước bị nhiễm Asen

• Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của luận văn ở quy mô lý thuyết, trong phòng thí nghiệm và ứng dụng vào mô hình thực tế

3 Nội dung nghiên cứu

- Công nghệ Nano và ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước ô nhiễm Asen

- Khả năng xử lý Asen của vật liệu lọc Nano

- Đánh giá thiết bị chuyển giao từ Liên Bang Nga, thiết kế cải tiến thiết bị để xử

lý Asen ứng dụng phù hợp tại Việt Nam

4 Cách ti ếp cận và phương pháp thực hiện

• Cách tiếp cận

Tiếp thu ứng dụng công nghệ tiên tiến thông qua việc hợp tác với Viện hàn lâm KH tự nhiên Liên bang Nga để tiếp nhận công nghệ ứng dụng vật liệu Nano vào xử lý nước

Trên cơ sở tiếp nhận chuyển giao công nghệ lắp ráp thiết bị lọc và cung cấp thiết bị mẫu ban đầu, đề tài nghiên cứu để nội địa hóa sản phẩm và làm chủ công nghệ sản xuất thiết bị lọc Điều này nhằm đẩy mạnh hướng tiếp thu nhanh khoa học công nghệ tiên tiến của thế giới, cải tiến ứng dụng vào Việt Nam cho phù hợp, chủ động sản xuất, hạ giá thành so với sản phẩm cùng loại và tạo công ăn việc làm cho lao động Việt Nam

• Phương pháp thực hiện

Trên cơ sở thiết bị lọc mẫu được chuyển giao, nhóm nghiên cứu, thiết kế sẽ tháo rời thiết bị để nghiên cứu nguyên lý, cấu tạo chung

Hình 1 Sơ đồ tiếp cận giải quyết vấn đề

Trong quá trình thực hiện đề tài sẽ kết hợp với các cơ quan khoa học có liên quan trong nước để tạo hướng phát triển mở rộng đề tài sau này Một số phương pháp được áp dụng trong quá trình thực hiện luận vặn:

- Thu thập thông tin, tài liệu

- Điều tra khảo sát thực địa về hiện trạng ô nhiễm Asen trong nước

- Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm

- Nghiên cứu đánh giá hiệu quả và áp dụng thử nghiệm thiết bị vào thực tế

5 Ý nghĩa khoa học và thực tế của luận văn

• Ý nghĩa khoa học

- Lựa chọn và ứng dụng được vật liệu Nano để xử lý nước bị nhiễm Asen

- Tiếp thu nhanh khoa học công nghệ tiên tiến của thế giới, phát triển nền khoa học nước nhà

6 Cơ sở tài liệu của luận văn

Các dữ liệu chính sử dụng trong luận văn là kết quả nghiên cứu của đề tài:

“Nghiên c ứu thiết kế, chế tạo thiết bị sử dụng vật liệu Nano để xử lý nước có nhiễm Asen phục vụ cấp nước sinh hoạt nông thôn”, do nhóm nghiên cứu trong đó có tác

giả là thành viên của Viện nước, Tưới tiêu và Môi trường thực hiện Chủ nhiệm đề tài là PGS.TS Hà Lương Thuần

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 82 trang, 15 bảng biểu, 24 hình ảnh Được viết trong 3 chương ngoài phần mở đầu, kết luận và đề xuất Cấu trúc chi tiết của luận văn như sau:

Chương 2 Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Nano

2.1 Hiện trạng sử dụng vật liệu xử lý nước bị nhiễm Asen

2.2 Thiết bị lọc và vật liêu lọc Nano của Liên Bang Nga

2.3 Lựa chọn vật liệu xử lý Asen

2.4 Nhận xét

Chương 3 Thiết kế chế tạo thiết bị

3.1 Lựa chọn quy mô thiết bị và khả năng xử lý

3.2 Thíêt kế mô hình thiết bị xử lý áp dụng phù hợp vào Việt nam

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 T ổng quan về Asen

1.1.1 Nguồn gốc và các dạng tồn tại của Asen

Nước và sự sống không thể tách rời nhau, không có nước sự sống trên trái đất không thể tồn tại được Vai trò của nước trong đời sống là hết sức to lớn, nước chiếm 70% trọng lượng cơ thể người, nếu cơ thể mất 10% nước thì nguy hiểm đến tính mạng và mất 20-22% nước sẽ dẫn đến tử vong, hàng ngày cơ thể con người cần

từ 3 đến 10 lít nước cho các hoạt động sống bình thường [1]

Việc cung cấp nước sạch đảm bảo chất lượng và an toàn là một mục tiêu và điều kiện tiên quyết để cải thiện sức khoẻ cộng đồng phát triển kinh tế xã hội, cấp nước là công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị đồng thời là công trình hạ tầng xã hội cần thiết cho phục vụ nhân sinh

Hình 1.1 Tổng quan về vòng tuần hoàn nước cấp [1]

Ở Việt Nam, nguồn nước cấp chủ yếu là nước ngầm Theo nhiều nghiên cứu cho thấy hiện trạng ô nhiễm nguồn nước đang là vấn đề được chính phủ và người dân quan tâm Ô nhiễm Asen trong nước là một trong các vấn đề nóng

Nguồn gốc: Asen tương đối phổ biến trong tự nhiên, nó đứng thứ 20 và

chiếm khoảng 1.10-4 % tổng nguyên tố trong vỏ trái đất với hàm lượng trung bình khoảng 2 mg/kg [9] As tồn tại với lượng vết trong tất cả các dạng đá, đất, nước và không khí Trong tự nhiên Asen có 4 trạng thái oxi hoá là -3, 0, +3,và +5

As trong nước: Hàm lượng Asen trong nước đại dương là 1-2 µg/l Trong

nguồn nước mặt và nước ngầm không bị ô nhiễm hàm lượng As nằm trong khoảng 1-10 µg/l Ở khu vực bị khoáng hoá sulfide hàm lượng As trong cả nước ngầm và nước mặt có thể lên tới 100 -500 µ/l Hàm lượng As cao trong nước ngầm (>1 mg/l)

do nguồn gốc địa hoá được tìm thấy ở nhiều nơi trên thế giới [9]

Hình 1.3 Sơ đồ vòng tuần hoàn Asen trong môi trường [9]

Asen được giải phóng vào môi trường nước do quá trình oxi hóa các khoáng sunfua hoặc khử các khoáng hidroxit giàu Asen Về cơ chế xâm nhiễm các kim loại nặng, trong đó có As vào nước ngầm cho đến nay đã có nhiều giả thiết khác nhau

Thông qua các quá trình thủy địa hóa và sinh địa hóa, các điều kiện địa chất thủy văn mà As có thể xâm nhập vào môi trường nước Hàm lượng As trong nước dưới đất phụ thuộc vào tính chất và trạng thái môi trường địa hóa As tồn tại trong nước dưới đất ở dạng H3AsO4-1 (trong môi trường pH axit đến gần trung tính), HAsO4-2 (trong môi trường kiềm) Hợp chất H3AsO3 được hình thành chủ yếu trong môi trường oxi hóa-khử yếu Các hợp chất của Asen với Natri có tính hòa tan rất cao Những muối của Asen với Canxi, Magie và các hợp chất Asen hữu cơ trong

môi trường pH gần trung tính, nghèo Canxi thì độ hòa tan kém hơn các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là Asen-axit fulvic thì rất bền vững, có xu thế tăng theo độ pH và tỷ

lệ Asen-axit fulvic Các hợp chất của As5+ hình thành theo phương thức này

Trong các loại quặng chứa As, tiêu biểu có thể kể đến loại Arsenopyrit, là loại khoáng vật sulfur có thành phần As và Fe Quá trình oxy hoá quặng Arsenopyrit làm ô nhiễm nước ngầm có thể biểu diễn theo phương trình:

4FeAsS + 13O2 + 6H2O → 4FeSO4 + 4H3AsO4

Mực nước ngầm càng giảm thì quá trình oxy hoá các quặng sulfur có As càng mạnh Kết quả là hàm lượng As trong nước dưới đất tăng lên

Những nghiên cứu của Le Blanc cho thấy, nguồn nước mặt thoát ra từ các hầm mỏ có chứa các kim loại nặng, trong điều kiện môi trường có độ pH thấp (pH = 2,5 - 3,5) có hàm lượng As rất cao từ 100 - 300μg/l Do có mặt các vi khuẩn nhóm Stromatolytique chúng kết hợp với As Quá trình đó làm cho As có mặt trong nước dưới đất, trong đất với hàm lượng lớn Ông giải thích thêm: Khi oxy hoá các quặng sulfur kim loại trong nước mặt tạo ra axit sunfuric và các kim loại Chính các sunfuric đó lại tác dụng ngay lên kim loại để tạo nên các sulphat Asen và sunphat Sắt hoà tan vào nước Điều này giải thích một cách thuyết phục sự ô nhiễm As trong các tầng nước ngầm

Quá trình hoạt động của vi sinh vật cũng có thể làm hàm lượng As trong tầng chứa nước trầm tích Holocen vùng tăng lên Vùng có hàm lượng As trong nước ngầm của tầng Holocen cao phân bố gần trùng với các tầng sét và lớp kẹp than bùn trong bồi tích

Các d ạng tồn tại của Asen: Trong tự nhiên, As không tồn tại ở dạng đơn

chất, mà luôn tồn tại ở dạng hợp chất với hoá trị III hoặc hoá trị V Asen tồn tại trong khoảng hơn 200 loại khoáng khác nhau, bao gồm các loại Asen cơ bản là arsenite, arsenate sulphide, oxit Trong cấu trúc của các loại khoáng vật này, Asen thường đi kèm với một số nguyên tố khác như Fe, Ni, Co, Cu, S, Ca, Mg Một số khoáng vật chủ yếu chứa Asen được nêu trong Bảng 1.4 Asen thường xuất hiện trong mạch nước địa nhiệt, núi lửa, suối nước nóng v.v [4]

B ảng 1.1 Các dạng Asen chính trong tự nhiên [4]

Tên

Khoáng

Realgar

AsS Mạch khoáng, thường kết hợp với

opiment, sét hoặc limestones, cùng với suối nước nóng

Khoáng

Opiment

As2S3 Thăng hoa từ những sản phẩm của núi

lửa, mạch thủy nhiệt, suối nước nóng Khoáng Coban CoAsS Nhiệt độ cao trong các mỏ, đá biến chất

Arsenopyrite FeAsS Khoáng có nhiều Asen nhất

Tennantite (Cu,Fe)12As4S13 Mạch thuỷ nhiệt

Arsenolite As2O3 Loại khoáng chuyển hoá được

hình thành do sự oxi hoá của khoáng arsenopyrite, Asen tự nhiên và những khoáng Asen khác

Claudetite As2O3 Loại khoáng chuyển hoá được hình

thành do oxi hoá của khoáng realgar, asenopyrite và khoáng Asen khác

Scorodite FeAsO4.2H2O Khoáng chuyển hoá

Annabergite (Ni,Co)3(AsO4)2.8H2O Khoáng chuyển hoá

Hoernesite Mg3(AsO4)2.8H2O Khoáng chuyển hoá, sự nấu

chảy chất thải Haematolite (Mn,Mg)4Al(AsO4)(OH)8 Khoáng chuyển hoá

Conichalcite CaCu(AsO4)(OH) Khoáng chuyển hoá

Pharmacosiderite Fe3(AsO4)2(OH)3.5H2O Sản phẩm oxy hoá của

arsenopyrite và khoáng asen khác Hàm lượng Asen trong một số loại khoáng đá phổ biến dao động nhiều Ví dụ:

quặng sulphite, sulphate, quặng sắt, quặng sulphate luôn có hàm lượng Asen cao Có

loại như pyrite lên tới vài chục g/kg Quặng oxyt sắt cũng chứa nhiều Asen Các loại

quặng cacbonate, silicát chứa Asen với hàm lượng thấp, chỉ vài mg/kg hoặc thấp

hơn Nồng độ Asen trong các dạng đá, quặng phổ biến được thống kê ở Bảng 1.5 [4]

B ảng 1.2 Nồng độ Asen đặc trưng trong những dạng đá phổ biến [4]

Sự tồn tại của Asen trong tự nhiên trong một số loại đá, khoáng vật và đặc biệt trong các quặng có thể là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự có mặt của Asen trong nước ngầm do quá trình hòa tan vật lý và hóa học

1.1.2 Hiện trạng nước bị ô nhiễm Asen

a Hiện trạng ô nhiễm Asen trong nước ngầm trên thế giới

Ô nhiễm As trong nước ngầm đã được phát hiện từ những năm đầu của thập niên 80 của thế kỷ 20 khi hàm lượng As trong nước khai thác > 50 µg/l và đến nay

nó trở thành vấn đề trên toàn thế giới Có thể nói rằng hầu như nguồn nước ngầm của châu lục nào cũng có “ vấn đề” về As.[21] (Hình1.4)

- Điểm chấm đỏ là do khai khoáng - Điểm chấm xanh là do nước địa nhiệt gây ra ở khu vực hồ

- Vùng đỏ là nước ngầm ở các lưu vực khác nhau

(Ngu ồn: Smedley et all 2002)

Hình 1.4 Hi ện trạng phân bố Asen trong nước ngầm do các nguồn khác nhau gây ra

Ô nhiễm Asen trong nước ngầm tại Bangladesh là một điển hình Bangladesh

đã hình thành được một hệ thống cơ sở thông tin tư liệu tương đối hoàn chỉnh, về cả quan trắc, thống kê, nghiên cứu khoa học, giải thích nguồn gốc ô nhiễm Asen trong nước ngầm và những thành công, những kinh nghiệm về xử lý Asen trong nước ngầm Hơn 95% tổng dân số của Bangladesh hiện đang sử dụng nước ngầm cho

mục đích sinh hoạt và ăn uống, khoảng từ 30-35 triệu người dân sử dụng nước uống

có chứa Asen với nồng độ lớn hơn 50 µg/l vượt quá giới hạn cho phép của WHO (10 µg/l) Hàng triệu người dân mắc các chứng bệnh như ung thư da, chân đen, sừng hoá lòng bàn tay, bàn chân…, đó là căn bệnh nhiễm độc Asen, đe doạ sức khoẻ hàng triệu người dân nơi đây

Ô nhiễm Asen trong nước ngầm ở phía đông sông Hoogky, một nhánh của sông Hằng phía Tây Bengal đã được báo cáo từ đầu năm 1978 Nhóm bệnh nhân đầu tiên được phát hiện vào tháng 7/1983 Kể từ đó phạm vi ảnh hưởng và số bệnh nhân mới ngày càng tăng Khu vực ảnh hưởng rộng 3.400 km2, xấp xỉ 30 triệu dân,

số người sử dụng nước nhiễm độc Asen lên tới hơn 1 triệu người, trong đó hơn 200.000 người đã được xác nhận là có triệu trứng nhiễm độc Asen Đây là vụ nhiễm độc Asen lớn nhất trong lịch sử [17]

Mỗi quốc gia với đặc điểm địa lý, địa chất khác nhau, các nguyên nhân tìm được chưa hoàn toàn thống nhất Tuy nhiên, sự có mặt của Asen trong nước ngầm đang là một thách thức lớn với chính phủ và chính quyền địa phương trong việc bảo

vệ sức khoẻ nhân dân

b Hi ện trạng ô nhiễm Asen trong nước ngầm ở Việt Nam

Theo số liệu năm 2008, dân số nước ta là 86,211 triệu người sống trên diện tích khoảng 331.690 km2 Trong đó, dân số thành thị chiếm 28% Như vậy là còn tới 72% số dân sống ở nông thôn Các tầng chứa nước của vùng châu thổ rộng lớn của sông Mekông và sông Hồng hiện nay đang được sử dụng rộng rãi để làm nước uống Tính đến nay, tại vùng châu thổ sông Hồng, tổng số giếng khoan có thể lên tới từ 150.000 đến 1 triệu giếng và đa số là giếng nước tư nhân [2] Những giếng này khai thác nước ở cả hai tầng nước Holocene và Pleistocen Tại vùng châu thổ sông Hồng, dạng trầm tích của Holocene không sâu, chỉ khoảng 10-15 m Không giống như ở Bangladesh, lớp trầm tích Holocene không phải là một lớp sét cát mịn

ở bề mặt Vì vậy, tầng nước Holocene trên cùng có thể được khai thác, sử dụng dễ dàng Thông thường, trầm tích Holocene được phân chia với tầng Pleistocen ở dưới bằng lớp sét với độ dày khoảng vài mét, giữa hai tầng có tồn tại những cửa sổ trong

lớp sét này nên nước liên tục được trao đổi giữa hai tầng chứa Tổng độ dày của 2 lớp trầm tích vào khoảng 100-200 m [2]

Từ năm 1999, UNICEF phối hợp cùng Chính phủ Việt Nam, các cơ quan nghiên cứu và các cơ quan tài trợ bắt đầu tập trung nghiên cứu về sự ô nhiễm Asen

và các hoạt động giảm thiểu chất độc hại này Những nghiên cứu gần đây do Unicef tài trợ và tiến hành cho thấy vùng châu thổ sông Hồng có nhiều giếng khoan có hàm lượng Asen vượt quá tiêu chuẩn cho phép của WHO cũng như tiêu chuẩn Việt Nam Những vùng bị nhiễm nghiêm trọng nhất là Hà Nam, Nam Hà Nội, Hà Tây (cũ), Nam Định, Ninh Bình (Bảng 1.3)

Từ kết quả khảo sát cho thấy ở các tỉnh bị ô nhiễm có sự khác nhau: Các giếng khoan bị ô nhiễm Asen chủ yếu tập trung ở các tỉnh đồng bằng sông Hồng Mức độ ô nhiễm Asen ở tỉnh Hà Nam là cao nhất so với cả nước (50,2% số giếng khoan ở Hà Nam có nồng độ Asen trên 0,05 mg/l) Ô nhiễm Asen ở miền Bắc phổ biến hơn và cao hơn miền Nam

B ảng 1.3 Tổng hợp kết quả phân tích Asen tại 27 tỉnh, Thành phố [2]

TT Địa điểm Tổng số

gi ếng khoan

Tổng

s ố mẫu

(Ngu ồn: Báo cáo ô nhiễm Asen trong nguồn nước do Unicef thực hiện năm 2004)

Ô nhiễm Asen tại Hà Nam [Bảng 1.4]

Nước ngầm tại Hà Nam bị ô nhiễm Asen cao nhất trong cả nước, phân bố rộng trên địa bàn tỉnh Khu vực có hàm lượng Asen <0,05mg/l chiếm một diện khá lớn, hầu hết nằm ở khu vực huyện Thanh Liêm, Kim Bảng

B ảng 1.4 Bảng tổng hợp ô nhiễm Asen tại Hà Nam [2]

Khu vực có hàm lượng Asen từ 0,05- 0,2 mg/l phân bố tương đối phức tạp ở tất

cả các huyện, tiếp theo là khu vực có hàm lượng Asen từ 0,2 - 0,35 mg/l Diện phân

bố của khu vực này không lớn và khu vực có hàm lượng Asen từ 0,35 - 0,5 mg/l chỉ phân bố ở một số vị trí có diện tích nhỏ Cuối cùng là khu vực có hàm lượng Asen lớn hơn 0,5 mg/l, diện phân bố chỉ có 2 vị trí nhỏ ỏ xã Hưng Công, Nhân Bình, Nhân Mỹ, Xuân Khê, An Ninh của huyện Lý Nhân Kết quả tổng hợp hiện trạng ô nhiễm Asen trong các loại nguồn nước được thể hiện tại bảng 1.4 ở trên:

Ô nhi ễm Asen tại Hà Nội (khu vực tỉnh Hà Tây cũ)

Từ năm 2004 đến tháng 9/2006, Trung tâm NSH & VSMTNT tỉnh Hà Tây

cũ đã tiến hành lấy 15.771 mẫu nước từ các giếng đào, các bể chứa nước, các trạm cấp nước tập trung và giếng khoan khai thác nước trong các tầng chứa nước qh và

qp Kết quả tổng hợp cho thấy huyện Thanh Oai bị nhiễm Asen cao nhất với tỷ lệ mẫu nhiễm là 51,12% Kết quả tổng hợp hiện trạng ô nhiễm tại Bảng 1.5 dưới đây:

Bảng 1.5 Tổng hợp kết quả phân tích Asen trong địa bàn tỉnh Hà Tây cũ [2]

(Ngu ồn: Ô nhiễm Asen trong nguồn nước sinh hoạt tại Việt nam, Unicef, tháng 10/2004)

Vấn đề ô nhiễm Asen trong nước ngầm ở Hà Nội rất được quan tâm Các cuộc khảo sát của nhiều cơ quan, đơn vị khác nhau cho thấy khu vực Hà Nội bị

TT Huyện T ổng số

mẫu

S ố mẫu nước bị nhiễm Asen T ỷ lệ

nhiễm Asen

nhiễm Asen với hàm lượng khá cao trong đó tầng chứa nước Holocen có hàm lượng Asen cao hơn tầng chứa nước Pleistocen Hàm lượng Asen trong nhiều mẫu phân tích cao gấp hàng chục lần (10 - 60 lần) tiêu chuẩn cho phép của WHO

Nhìn chung, ở Việt nam đă phát hiện nước ngầm ở nhiều khu vực bị nhiễm Asen (cả ở các thành phố và các vùng nông thôn), mà còn có các biểu hiện lâm sàng ở cộng đồng do nhiễm độc Asen Do vậy, nếu không có các biện pháp xử lý mà tiếp tục sử dụng nguồn nước bị nhiễm Asen sẽ dẫn đến tình trạng nhiễm độc nặng nề như ở Bangladesh, Ấn độ

* Nhu c ầu lọc nước bị nhiễm Asen ở Việt nam

Kết quả điều tra sơ bộ tại các xã của một số tỉnh vùng đồng bằng sông Hồng cho thấy, nguồn nước sử dụng cho ăn uống là giếng khoan chiếm 80%, nước mưa là 19,1% Nhiều hộ gia đình dùng nước giếng khoan trực tiếp không qua bể lọc, bên cạnh đó số bể lọc chưa đạt hiệu quả còn chiếm gần 40%, nên nồng độ Asen trong nước sinh hoạt tại nhiều vùng vẫn còn ở mức độc hại mặc dù đã qua lọc [2]

Tuy nhiên, với mức độ ô nhiễm phổ biến, diện rộng như hiện nay, cách duy nhất là người dân phải xây bể lọc, sử dụng bình lọc… để hạn chế và loại bỏ Asen Cùng với đời sống nhân dân ngày càng cải thiện, ý thức bảo vệ sức khỏe ngày càng được nâng cao, nhu cầu được sử dụng nước sinh hoạt đạt tiêu chuẩn vệ sinh, ít gây hại cho sức khỏe con người càng được chú trọng Do đó, trong tương lai, nhu cầu lọc nước bị nhiễm Asen tại Việt Nam sẽ ngày một cấp bách hơn Hiện tại giá thành của 1 hệ thống lọc còn cao, chi phí vận hành và bảo trì khá lớn

1.1.3 Ảnh hưởng của Asen đến sức khoẻ con người

Đối với con người, Asen là nguyên tố cần thiết khi ở hàm lượng rất thấp, nhưng lại là chất độc cực mạnh khi ở hàm lượng cao Asen có vai trò trong trao đổi nuclêin, tổng hợp protit và hêmoglobin, nhưng về mặt sinh học, As là chất độc có thể gây 19 bệnh khác nhau, trong đó có ung thư da và phổi [3]

Con đường xâm nhập chủ yếu của Asen vào cơ thể là qua đường thức ăn (trung bình 25 - 50 µg/ng.đ), ngoài ra còn một lượng nhỏ qua nước uống và không khí Asen hấp thụ vào cơ thể qua đường dạ dày nhưng cũng dễ bị thải ra Hàm

Hình 1.6 Bi ểu hiện nhiễm độc asen

lượng Asen trong cơ thể người khoảng 0,08 - 0,2 ppm, tổng lượng Asen có trong người trung bình khoảng 1,4 mg As tập trung trong gan, thận, hồng cầu, hemoglobin đặc biệt tập trung trong não, xương, da, phổi, và tóc [3]

Đối với cơ thể con người As có 3 tác dụng hoá sinh là: làm đông tụ protein, tạo phức với coenzym và phá huỷ quá trình photpho hoá

As đi vào cơ thể qua đường nước sinh hoạt nhưng phải sau 5 - 15 năm mới bắt đầu gây tác động ảnh hưởng đến sức khoẻ

Sự nhiễm độc As được gọi là arsenicosis

Biểu hiện của bệnh là chứng sạm da

(melanosis), dầy biểu bì (keratosis) từ đó dẫn

đến hoại thư hay ung thư da mà khởi đầu là sự

phá huỷ da ngoài, ngón tay, ngón chân, sau đó

là các bộ phận nội tạng, cuối cùng là ung thư…

Một biểu hiện đặc trưng khi bị nhiễm

độc Asen dạng hợp chất vô cơ qua đường

miệng là sự xuất hiện các vết màu đen và sáng trên da, những hạt ngô nhỏ trong

Hình 1.5 Các con đường thâm nhập Asen vào cơ thể con ngưòi

lòng bàn tay, lòng bàn chân và trên mình bệnh nhân Sau đó những hạt nhỏ này có thể sẽ biến chứng, gây ung thư da Ngoài ra, người ta còn phát hiện thấy rằng nhiễm Asen còn làm tăng nguy cơ gây ung thư trong cơ thể, nhất là ở gan, thận, bàng quang và phổi Nhiễm độc các hợp chất As vô cơ qua đường hô hấp cũng có thể gây

ra các triệu chứng và các bệnh kể trên, nhưng thường ở mức độ nhẹ hơn

Do những tác động có hại với con người và hệ sinh thái, hàm lượng As có mặt trong môi trường thường được các tổ chức quốc tế về môi trường quy định ở mức rất thấp EPA quy định nồng độ giới hạn cho phép của As trong nước uống là

50 µg/l Cơ quan về an toàn định cư và sức khoẻ của Mỹ (OSHA) quy định nồng độ giới hạn cho phép của Asen trong không khí ở trong các phân xưởng là 10 µg/m3

đối với As vô cơ và 500µg/m3 đối với As hữu cơ

Bộ tiêu chuẩn quốc tế đầu tiên đối với nước uống của WHO năm 1958 đã xếp As vào nhóm các chất độc hại, nồng độ trong nước sinh hoạt không được vượt quá 0,2mg/l Năm 1963 tiêu chuẩn đã được hạ thấp xuống 0,05mg/l Tuy nhiên rất nhiều nghiên cứu về dịch tễ học cho thấy rằng As là một chất có khả năng gây ung thư Bộ tiêu chuẩn mới nhất 1993 khuyến cáo rằng nồng độ As trong nước uống cần nhỏ hơn 0,01 mg/l USEPA và cộng đồng Châu Âu cũng đã đề xuất hướng tới đạt tiêu chuẩn As trong nước cấp uống trực tiếp được là 2-20µg/l Tiêu chuẩn nước uống của Đức đã hạ thấp nồng độ giới hạn As xuống còn 0,01mg/l từ 01/1996 Tiêu chuẩn Việt Nam quy định nồng độ As trong nước sinh hoạt nhỏ hơn 0,01mg/l

1.2 V ật liệu Nano ứng dụng trong cuộc sống

1.2.1 Các phương pháp xử lý truyền thống

Để xử lý nước bị ô nhiễm Asen, nhiều biện pháp công nghệ đã được áp dụng, trong đó các phương pháp chủ yếu được áp dụng rộng rãi bao gồm: Keo tụ, kết tủa - Lắng hay Cộng keo tụ - kết tủa - lắng; Oxi hóa; Sử dụng ánh sáng mặt trời hay oxi hóa quang hóa; Hấp phụ; Trao đổi ion; Lọc qua lớp vật liệu lọc, Lọc màng; Phương pháp sinh học và cây trồng

(i) Phương pháp cộng kết tủa - lắng - lọc đồng thời: với quá trình xử lý sắt

và/hoặc mangan có sẵn trong nước ngầm tự nhiên là phương pháp xử lý đơn giản

nhất Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là hàm lượng Asen trong nước sau khi xử lý phụ thuộc nhiều vào thành phần các hợp chất khác trong nước nguồn và trong đa số trường hợp, không cho phép đạt nồng độ Asen thấp dưới tiêu chuẩn

(ii) Phương pháp keo tụ bằng hoá chất: (sử dụng vôi sống (CaO), vôi tôi

(Ca(OH)2), Sunfat nhôm hay Clorua sắt) để khử Asen có thể sử dụng để khử Asen kết hợp với làm mềm nước Tuy vậy, phương pháp này cũng có hạn chế là khó cho phép đạt được nồng độ Asen trong nước sau xử lý xuống tới 10 mg/l Một hạn chế của phương pháp sử dụng vôi là tạo ra một lượng cặn lớn sau xử lý

(iii) Phương pháp hấp phụ bằng nhôm hoạt hóa: Các nhà khoa học Ấn Độ đã

thiết kế thành công cột lọc hấp phụ với Nhôm hoạt hóa dùng cho giếng khoan bơm tay dựa trên đặc tính lựa chọn và công suất hấp phụ cao của nhôm đối với Asen Tuy nhiên, nếu trong nước có các hợp chất của Selen, Florua, Clorua, Sunfat với hàm lượng cao, chúng có thể cạnh tranh hấp phụ Nhôm hoạt hóa có tính lựa chọn cao đối với As(V), vì vậy mỗi lần xử lý có thể giảm tới 5 - 10 % khả năng hấp phụ

Do đó, đòi hỏi phải thường xuyên hoàn nguyên và thay thế vật liệu lọc khi sử dụng

(iv) S ử dụng viên sắt có chứa Clo: Để oxy hóa, chuyển As(III) thành As(V)

As(V) sẽ bị hấp phụ lên các bông Hydroxyt Sắt đã tạo thành Sau đó khuấy trộn, để lắng rồi gạn nước trong hoặc lọc qua ống lọc So sánh hiệu quả khử Asen bằng thiết

bị keo tụ-lắng (Jartest) với 3 loại phèn keo tụ khác nhau: FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3 Kết quả cho thấy FeCl3 cho phép đạt hiệu suất khử Asen cao nhất: hơn 90%

(v) S ử dụng mạt sắt kết hợp với cát: Công nghệ này do các chuyên gia

Trường ĐHTH Connecticut, Mỹ đưa ra Cột lọc được chế tạo với vật liệu hấp phụ bằng mạt sắt trộn lẫn với cát thạch anh Nước ngầm được trộn lẫn với Sulfat Bari và lọc qua cột lọc Mạt sắt là các ion sắt có tác dụng khử Asen vô cơ thành dạng kết tủa cùng với sắt, hỗn hợp kết tủa, hay kết hợp với sulfat tạo Pyrit Asen Phương pháp này có thể được áp dụng để lắp đặt một thiết bị xử lý nước riêng biệt, hay lắp đặt như một chi tiết trong thiết bị xử lý nước giếng khoan

(vi) Kết hợp phương pháp oxi hóa: Hấp phụ - lọc với trồng cây hay oxi hóa

với lọc cát và trồng cây.Một số loài thực vật như thủy trúc (Cyperus Alternifolius

hay cây Thalia dealbata) hoặc khoai nước Colocasia Esculenta cũng cho hiệu suất loại bỏ Asen khỏi nước

(vii) Công nghệ trao đổi ion: Loại bỏ các ion Asenat (As(V)) trong nước

bằng phương pháp trao đổi ion với vật liệu trao đổi gốc anion axit mạnh (Cl-) Loại vật liệu trao đổi ion này có ưu điểm là có thể sử dụng dung dịch muối đậm đặc NaCl để hoàn nguyên hạt trao đổi ion đã bão hòa Asen Nồng độ Asen sau xử lý có thể hạ thấp tới dưới 2 ppb Tuy nhiên công nghệ trao đổi ion tương đối phức tạp, ít

có khả năng áp dụng cho từng hộ gia đình đơn lẻ

(viii) Công nghệ lọc sử dụng lớp vật liệu lọc là cát: Asen được loại bỏ khỏi

nước trong bể lọc cát là nhờ sự đồng kết tủa với Fe(III) trên bề mặt của các hạt cát

và không gian giữa các lỗ rỗng trong lớp cát Fe(II) ở dạng hòa tan trong nước, sẽ bị oxi hóa bởi oxi của không khí để tạo thành Fe(III) Hidroxit Fe(III) sẽ được hấp phụ trên bề mặt các hạt cát và tạo thành một lớp hấp phụ mỏng Asen(V) và Asen(III) trong nước sẽ hấp phụ vào lớp Fe(OH)3 đó và bị giữ lại ở lớp vật liệu lọc Kết quả, nước ra khỏi bể lọc đã được giải phóng khỏi sắt và Asen

(ix) Công ngh ệ lọc màng: Sử dụng các màng bán thấm, chỉ cho phép nước và

một số chất hòa tan đi qua, để làm sạch nước Công nghệ lọc màng cho phép có thể tách hầu hết chất rắn hòa tan nào ra khỏi nước, kể cả Asen Có nhiều loại màng lọc được sử dụng như vi lọc, thẩm thấu ngược, điện thẩm tách, siêu lọc và lọc nano

1.2.2 Vật liệu Nano

* V ật liệu nano: là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét Về

trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:

+Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn

chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ, đám nano, hạt nano

+ V ật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano,

điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ, dây nano, ống nano,

+ V ật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano,

hai chiều tự do Ví dụ: màng mỏng,

+ Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ

có một phần của vật liệu có kích thước nanomet(nm), hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau

* Tính chất chung: Vật liệu nano có 3 tích chất như sau:

- Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử:

Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể

bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử

- Hiệu ứng bề mặt

Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ

lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu

có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối

- Kích thước tới hạn

Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi Người ta gọi đó là kích thước tới hạn Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là

do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu Ví dụ điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích thước

vĩ mô mà ta thấy hàng ngày Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thường có giá trị từ vài đến vài trăm nm, thì định luật Ohm không còn đúng nữa Lúc đó điện trở của vật có kích thước nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử Không phải bất cứ vật liệu nào

có kích thước nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó được nghiên cứu

Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các

tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm Chính vì thế mà người ta gọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công nghệ nano

* Đặc điểm của vật liệu lọc Nano: Vật liệu lọc Nano được tạo thành ở mức độ tinh

tế cao nhất một nguyên tử trong một đơn vị thời gian và hoàn thiện ở cấp độ phân

tử Vì vậy, các nhà công nghệ Nano đã nghĩ tới việc xây dựng các cấu trúc và vật chất mới bằng cách điều khiển và sử dụng các phân tử và nguyên tử có kích thước

“Nano”, (Nanomet (nm), 1nm = 10-9m), làm cho nó có thể tạo ra vật chất với những đặc tính được hoàn thiện hơn, vừa có trọng lượng riêng nhỏ, độ cứng siêu lớn và có các tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt hơn Một hướng nghiên cứu khác được quan tâm đến là cơ sở của Nano nhân tạo, có liên quan tới sự làm việc của các vật liệu có kích

thước lớn và được thu nhỏ tới kích thước Nano

Công nghệ Nano có bản chất khoa học và kỹ thuật còn nhiều điểm cần phải làm rõ Gần đây, nhà vật lý học đạt giải Nobel, Richard Smalley ở trường đại học Rice đã phát hiện ra rằng các ống cacbon có kích thước Nano và sự đan chen các hạt cacbon cấp Nano, thường đặc trưng như graphit, vận động không giống với graphít (theo Smalley và Yakobsonb 1998, Zhou et al 2005)

Các nhà khoa học Liên bang Nga đã nghiên cứu thành công một hỗn hợp cacbon có tên gọi là USVR – một hợp chất cacbon phản ứng cao Năm 1997 phát minh này đã được đăng ký bản quyền, năm 2001 đã chính thức được các nhà khoa học Quốc tế công nhận

Phát minh này cùng với những thành tựu tư duy khoa học thế ký XX như phát minh phân tử mới cacbon–fulleren phát hiện nàm 1993 được giải Nobel là hai phát minh đóng vai trò công nghệ cơ bản trong nền văn minh của thiên niên kỷ III USVR là sản phẩm mới, không giống với bất cứ một chất nào trong thiên nhiên về đặc tính về vật lý, hóa học và thân thiện với môi trường và phạm vi sử dụng rộng rãi USVR là tổ hợp cacbon cấu trúc nano, về bản chất, quy mô khác với các biến thể cacbon khác Vật liệu cấu trúc nano-USVR có bề mặt đơn vị - không dưới 2000m2/1g

USVR là một chấp hấp phụ có các tính chất đặc biệt như sau:

- Nhờ khả năng phản ứng nhanh so với bất kỳ hydrocacbon lỏng và khí, USVR có thể liên kết với tỉ lệ trọng lượng dưới 1 đến 80 đối với chất lỏng và 1 đến 40 đối với trạng thái khí

- Khả năng vắt đơn giản (ép, ly tâm, vv.) phục hồi trạng thái liên kết để tái sử dụng, đặc biệt có thể sử dụng nhiều lần cho các mục đích như trên sau khi vắt

- USVR không đòi hỏi tái sinh như trong các trường hợp thông thường, vì sau nhiều lần sử dụng có thể làm nguyên liệu để sản xuất than hoạt tính, chất phụ gia cho dầu động cơ hoặc các loại mỡ, vòng đệm chịu nhiệt; cũng có thể ép thành viên làm chất đốt nhiệt lượng cao, tương ứng với nhiệt lượng của than đá

- USVR hoàn toàn kỵ nước (góc ướt trên 90 độ), điều đó có nghĩa là nó dễ xuyên qua nước sạch, chỉ bị giữ các tạp chất cũng như các hợp chất hòa tan hóa chất

- Điều quan trọng của USVR là một chất trơ hóa học, không tham gia vào các phản ứng hóa học với các chất liên kết và không tạo thành chất mới, do đó có tính bền vững trong môi trường ăn mòn và thuần túy sạch sinh thái

- USVR là một chất hấp phụ hoàn chỉnh nhất và khi sử dụng làm vật liệu thấm lọc

sẽ không phải thay đổi kết cấu cơ bản nguồn nước và các công trình làm sạch, bảo đảm tin cậy tương ứng với các quy tắc và tiêu chuẩn, còn nước uống theo tính chất tương ứng với nước tinh khiết

- USVR đã được thử nghiệm qua nhiều giai đoạn (ở các nước khác nhau trên thế giới) do các nhà thẩm định có uy tín Quốc tề thực hiện Kết quả nghiên cứu đã được Ủy ban Kinh tế nhà nước Nga và Bộ Tài nguyên liên bang Nga khuyến nghị “đưa USVR vào ứng dụng rộng rãi làm chất làm sạch môi trường và sử dụng trong hệ thống cấp nước ăn uống”

Đặc điểm lọc nước của vật liệu dạng màng nano alumina:

Đây là bộ lọc tương tự như tờ giấy mỏng làm từ các vật liệu sợi nano đan lại với nhau Khi nước chảy qua vật liệu này, các sợi nano alumina sẽ hút và giữ các hạt vật chất (vi-rút, vi khuẩn gây mầm bệnh như E coli, Salmonella,v.v…) và các hạt rất nhỏ khác

Hình 1.7 C ấu tạo dạng sợi của vật liệu

Nguyên lý của quá trình này là khi nước chảy qua lớp vật liệu sẽ tạo cho các sợi nano mang điện tích dương, có thể

hút các hạt mang điện tích trái dấu Các

sợi nano alumina có kích thước

2×250nm, được ghép với các sợi thủy

tinh tạo thành vật liệu giống như giấy, có

thể gấp lại thành bộ lọc với nhiều hình

dạng khác nhau và đã xuất hiện trên thị

trường và ứng dụng nhiều trong lĩnh vực

lọc nước Bộ lọc này được xem là phương pháp lọc siêu hiệu quả để loại các mầm bệnh có trong nước

Các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát hiện nó có thể loại bỏ được các chất hữu cơ, các sản phẩm phụ từ quá trình khử trùng, clo, iốt và các chất làm thay đổi nội tiết Quy trình còn loại bỏ được cả Chì, Thủy ngân và Asen Bộ lọc hoạt động tốt ở pH = 5−9 và trong các điều kiện độ mặn thay đổi Khả năng hút tĩnh điện của

bộ lọc mất đi khi bị đưa ra khỏi nước, nhưng các hạt đã bị giữ lại vẫn còn khả năng hút bám Tuy các nghiên cứu trên cho thấy các mầm bệnh bị giữ lại và không có khả năng thoát ra, việc loại bỏ nano alumina phải được nghiên cứu Do vậy, nếu vứt

bỏ bộ lọc một cách tùy tiện có thể gây ra các tác động tiềm tàng tới môi trường

1.2.3 Ứng dụng vật liệu Nano trong lọc nước

a Ở Việt Nam

Hiện nay trong nước sử dụng rất nhiều công nghệ để xử lý nước cấp phục vụ sinh hoạt như:

- Xử lý nước bằng các công nghệ truyền thống

- Xử lý nước bằng công nghệ màng (Lọc màng RO - thẩm thấu ngược)

- Xử lý nước bằng các công nghệ lọc: dùng than hoạt tính, hạt vật liệu lọc, vật liệu lọc Nano

Công nghệ lọc bằng vật liệu Nano còn khá mới mẻ, một công nghệ hiện đại cho hiệu quả xử lý cao, giá thành phù hợp Ở Việt Nam từ lâu các nhà khoa học đã

tập trung nghiên cứu vật liệu mới có cấu trúc Nano, trong đó có nghiên cứu chế tạo ống Nano cacbon Cơ sở đầu tiên chế tạo thành công ống Nano cacbon ở Việt Nam

là viện Khoa học Vật liệu (IMS) thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST) Trung tâm ITIMS (thuộc ĐH Bách Khoa Hà Nội) là cơ sở thứ hai chế tạo

thành công Carbon nanotubes (CNTs) vào năm 2003, tiếp theo đó là Viện Vật lý Kỹ

thuật (Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội) vào khoảng đầu năm 2005 Viện Công nghệ môi trường (Viện KH Công nghệ Việt Nam) cũng đã nghiên cứu chế tạo vật liệu lọc Nano từ Axetat xenlulo bước đầu đạt kết quả khả quan

Ngày 24/9/2004, tại Hà Nội, Hội Thông tin Khoa học kỹ thuật thành phố, Công ty Vivina phối hợp với Tập đoàn Biocera (Hàn Quốc) tổ chức hội thảo về ứng dụng công nghệ Nano sản xuất các thiết bị xử lý và lọc nước Biocera đã giới thiệu việc sử dụng công nghệ Nano chế tạo hạt Ceramic dùng để xử lý nước Từ các dạng hạt này, sản xuẩt ra các thiết bị lọc nước dùng trong sinh hoạt (sản phẩm đã được

Bộ Y tế và cơ quan an toàn thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) chứng nhận chất lượng)

Với mục tiêu là nghiên cứu ứng dụng các vật liệu nano để thiết kế chế tạo các thiết bị xử lý nước nhiễm Asen phục vụ cấp nước sinh hoạt nông thôn Vật liệu nano là sản phẩm của công nghệ tiên tiến đang được ứng dụng rông rãi vì vậy để đạt được mục tiêu chung cách tiếp cận là đi tắt đón đầu Tiếp thu ứng dụng công nghệ tiên tiến thông qua việc hợp tác với Viện hàn lâm Khoa học tự nhiên Liên Bang Nga

để tiếp nhận công nghệ ứng dụng vật liệu nano vào xử lý nước Trên cơ sở tiếp nhận chuyển giao công nghệ lắp ráp thiết bị lọc và cung cấp thiết bị mẫu ban đầu, hướng tới nghiên cứu để nội địa hóa sản phẩm và làm chủ công nghệ sản xuất thiết bị lọc Điều này nhằm đẩy mạnh hướng tiếp thu nhanh khoa học công nghệ tiên tiến của thế giới, cải tiến ứng dụng vào Việt Nam cho phù hợp, chủ động sản xuất, hạ giá thành so với sản phẩm cùng loại để phục vụ cho người dân

b Trên thế giới

Theo đánh giá tổng hợp của các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu về vật liệu Nano, có 10 ứng dụng hàng đầu được thống kê ở Bảng 1.6 [2]

B ảng 1.6 Ứng dụng của vật liệu Nano trong khoa học kỹ thuật và đời sống[2]

1 Dự trữ, sản xuất và chuyển biến năng lượng

2 Tăng sản lượng nông nghiệp

10 Phát hiện và kiểm soát sâu bệnh

Ứng dụng vật liệu nano trong xử lý nước có vai trò quan trong và mở ra nhiều cơ hội được sử dụng nước sạch cho người dân các nước đang phát triển

Các nhà khoa học tại Ôxtrâylia đã nghiên cứu ứng dụng vật liệu Nano trong lọc nước Kết quả thu được cho thấy rõ ràng các loại chất hữu cơ được loại bỏ một cách hiệu quả ở khoảng giá trị pH của nước sạch thông qua quá trình kích thích các hạt được phủ vật liệu hoạt tính trong nước bị ô nhiễm trong thời gian 1 giờ và lọc qua lớp bột Quy trình lọc diễn ra bởi lực hút tĩnh điện giữa mầm bệnh và bề mặt của các hạt gia công công nghệ

1.3 Nhận xét

Những vấn đề tồn tại trong cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn

Tỷ lệ cấp nước sạch nông thôn theo đánh giá của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn là 62%, tuy nhiên nếu căn cứ vào chỉ tiêu nước sạch do Bộ Y Tế ban hành thì trung bình mới chỉ đạt 24-32% Tỷ lệ cấp nước sạch cho các huyện thị quá thấp chỉ đạt từ 10-24% Căn cứ vào số liệu điều tra thực tế và báo cáo của trung tâm nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn các tỉnh thì < 50% số dân được sử dụng nước sạch [2] Kết quả thể hiện tại bảng 1.7 dưới đây:

B ảng 1.7 Tỷ lệ người dân nông thôn được cấp nước sạch ở các vùng

được cấp nước sạch (%)

1 Vùng núi phía B ắc 15

2 Trung du B ắc Bộ &Tây Nguyên 18

3 Bắc Trung Bộ &Duyên hải miền Trung 35-36

5 Đồng Bằng Sông Hồng 33

6 Đồng Bằng Sông Cửu Long 39

(Ngu ồn Báo cáo tài nguyên nước năm 2005 )

Kết quả khảo sát thực tế công nghệ xử lý nước sinh hoạt ở nông thôn tại 4 tỉnh: Thái Bình, Hà Nam, Hà Tây (cũ), Nam Định có đặc điểm chung sau:

Nguồn nước sử dụng: nước mặt (nước giếng khơi, nước mưa, nước sông), nước ngầm (nước giếng khoan) Đây là nguồn nước có tiềm ẩn bị nhiễm Asen cao

Lo ại hình công nghệ xử lý phổ biến là;

+ Trạm xử lý nước tập trung (xử lý nước mặt–nước sông hoặc nước ngầm): Kết hợp quá trình lắng, lọc (vật liệu lọc hạt nổi-lọc cát), khử trùng bằng Clo hoặc Clojaven Chất lượng nước sau xử lý phụ thuộc nhiều vào chất lượng nước đầu vào

+ Xử lý nước theo quy mô hộ gia đình: bể lọc cát, bể lọc cải tiến kết hợp giàn mưa, bể-lu chứa nước (thể tích chứa >2m3)

Nhìn chung với các công nghệ xử lý nước ở khu vực nông thôn hiện nay thì người dân thực sự vẫn chưa được sử dụng nước sạch, do rất nhiều nguyên nhân: Các trạm xử lý tập trung: công nghệ xử lý lạc hậu, vận hành không đúng quy trình, chu kỳ thay vật liệu lọc quá dài (từ 1 năm trở lên) khi đó vật liệu lọc mất khả năng lọc, nước đầu vào ô nhiễm (nước sông, nước ngầm ô nhiễm) Vấn đề ô nhiễm Asen tại các vùng nông thôn còn bị xem nhẹ

Xử lý theo quy mô hộ gia đình: công nghệ quá đơn giản và thô sơ, kiến thức của người dân về vấn đề nước sạch còn hạn chế, nên khi sử dụng các bể lọc nước người dân ít khi thay, rửa các vật liệu lọc, hoặc các lớp vật liệu lọc quá mỏng, thiết

kế các bể chứa không có nắp đậy nên nước rất dễ bị tái nhiễm vi sinh, bên cạnh đó

hệ thống bể lọc và bể chứa thường được xây gần các khu vệ sinh và khu chăn nuôi làm cho nước dễ bị nhiễm vi khuẩn

Bể-lu chứa nước: do thời gian lưu nước quá lâu, ít thau rửa có thể làm cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển gây ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng

Qua các tài liệu và kết quả khảo sát cho thấy ở khu vực nông thôn 4 tỉnh: Hà Tây (cũ), Hà Nam, Nam Định và Thái Bình thì tỉnh Hà Tây (cũ) và Hà Nam có nguồn nước ngầm bị nhiễm Asen cao Đặc biệt là nước ngầm tầng nông

Để xử lý Asen hiệu quả, cần áp dụng các biện pháp tổng thể: từ quy hoạch, quản lý, đến phát triển các công nghệ sản xuất, xử lý ô nhiễm phù hợp, kết hợp tuyên truyền, giáo dục và các giải pháp y tế, chăm sóc sức khỏe cộng động,

Cần thiết phải phân loại, khoanh vùng theo diện ô nhiễm theo mức độ hay nồng độ ô nhiễm Asen Chính phủ đã và đang bắt tay vào thực hiện xây dựng bản

đồ ô nhiễm Asen trên cả nước

Dựa vào các điều kiện cụ thể của mỗi địa phương, cần lựa chọn một công nghệ xử lý Asen phù hợp Với nước ngầm có hàm lượng sắt và mangan cao, việc xử

lý sắt và mangan bằng phương pháp truyền thống (gồm: làm thoáng và lọc) cũng cho phép loại bỏ phần lớn Asen Với nước ngầm vùng Hà Nội vừa có hàm lượng sắt, mangan và amoni cao, cần tiếp tục nghiên cứu các giải pháp xử lý Asen cùng với loại bỏ sắt, mangan, amoni Phải căn cứ vào điều kiện cụ thể của từng địa phương để lựa chọn các giải pháp công nghệ phù hợp Do vậy, cần có sự đầu tư nghiên cứu kỹ lưỡng để có một giải pháp liên ngành, với sự tham gia của nhiều thành phần, tiến tới tìm một giải pháp phù hợp và bền vững Đề tài thực hiện hướng tới một giải pháp công nghệ xử lý nước bị nhiễm Asen phù hợp cho Việt nam, đặc biệt cho các vùng nông thôn

Trên cơ sở nhu cầu xử lý nước bị nhiễm Asen và những vấn đề tồn tại của công nghệ xử lý Asen ở Việt Nam Dựa trên tính ưu việt của vật liệu lọc Nano trong x ử lý nước bị nhiễm Asen Mong muốn tự chủ trong sản xuất thiết

b ị lọc để đáp ứng nhu cầu trong nước Cần đầu tư nghiên cứu lựa chọn vật liệu

l ọc Nano phò hợp với Việt Nam

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO

2.1 Hi ện trạng sử dụng vật liệu xử lý nước bị nhiễm Asen

2.1.1 Hiện trạng ở Việt Nam

Kết quả một số mô hình xử lý ô nhiễm asen trong nước ngầm đã được triển khai ở một số địa phương bước đầu mang lại hiệu quả cao [12] (xử lý được 80% - 95% hàm lượng Asen trong nước ngầm) đó là:

1 Mô hình loại bỏ Asen kết hợp sắt bằng bể lọc của Trung tâm Nước sạch và

Vệ sinh môi trường

2 Mô hình xử lý Asen bằng cát/đá ong của quỹ Lien,

3 Mô hình loại bỏ asen trong nước ăn uống bằng vật liệu mới NC-F20 của Viện Hoá học

4 Mô hình xử lý Asen bằng sắt non của Trung tâm công nghệ tài nguyên nước

5 Mô hình xử lý Asen bằng ôxi hoá và kết tủa của Trường đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội

Những nghiên cứu hiện nay của Việt Nam đều áp dụng những quy trình công nghệ đã có trên thế giới Các quy trình xử lý đã ra đời theo hướng vừa học hỏi theo kinh nghiệm và mô hình của các nước đi trước như Bangladesh, vừa sáng tạo ra những quy trình xử lý Asen phù hợp cho điều kiện Việt Nam Bước đầu một số cơ

sở đã đưa ra được một hệ thiết bị xử lý Asen trong nước ngầm quy mô hộ gia đình Cũng đã có một số đơn vị đi sâu nghiên cứu cơ chế và khả năng loại bỏ Asen của một số phương pháp trong phòng thí nghiệm, do nhiều yếu tố, các kết quả nghiên cứu chưa đi đến cùng để đưa ra được hệ thiết bị xử lý Asen hoàn chỉnh

- Viện Hoá Học Công Nghiệp là một trong những cơ sở có nhiều công trình nghiên cứu phân tích và xử lý Asen trong nước ngầm và đã đưa ra được một hệ xử

lý quy mô hộ gia đình, dùng chủ yếu để lọc As và Mn, công suất 15-20 lít/giờ với nguồn nước: As 0.2 - 0.5mg/l, Mn 2 - 5mg/l và pH = 6,5 - 8,0, nguyên tắc là sử dụng MnO2 để kết tủa As(V) dưới dạng Mn3(AsO4) Sau thời gian sử dụng, hàng năm phải bổ sung loại cát đen đã được hoạt hoá thành cát chuyên dụng vào cột

- Trường ĐH Khoa học Tự nhiên cũng có nhiều công trình nghiên cứu xử lý

Asen trong nước ngầm quy mô hộ gia đình và công nghiệp Vật liệu hấp phụ được

sử dụng là quặng sắt tự nhiên hoặc hydroxyt sắt tổng hợp dưới dạng những hạt nhỏ

có kích thước trung bình 2- 4mm Hệ thiết bị xử lý Asen gia đình đã được thiết kế, chế tạo (gồm 2 cột: cột 1 để hấp phụ, cột 2 để lọc)

- Viện Địa Lý (VAST) đã phối hợp với Viện Nghiên cứu Địa Chất Khoáng sản nghiên cứu thí nghiệm sản xuất vật liệu hấp thụ Asen và một số chất nhiễm bẩn khác Theo các công trình đã công bố thì các vật liệu này ở dạng bột, là nguyên liệu

dễ kiếm, công nghệ chế tạo không quá phức tạp, giá thành thấp, người dân sử dụng đơn giản Phương pháp này loại được Fe, Mn và một số tạp chất khác, giá thành

1800 – 2000 đ/m3 nước

- Cũng tại VAST, nhiều đơn vị cũng đã đặt vấn đề nghiên cứu, tìm kiếm những vật liệu tự nhiên, sau khi hoạt hoá, xử lý có thể dùng để xử lý Asen và các chất nhiễm bẩn khác như : Viện Vật liệu, Viện Hoá học, Viện CN Môi trường …

- Trường Đại học Xây dựng, Đại học Huế… cũng có những báo cáo về một

số công nghệ xử lý Asen trong nước ngầm

2.1.1 Hiện trạng ở trên thế giới

Xử lý nước ứng dụng công nghệ Nano có 6 loại chính được thống kê trong Bảng 2.1 dưới đây:

B ảng 2.1 Một số ứng dụng của công nghệ Nano trong xử lý nước[2]

1 Các công nghệ trên cơ sở ống Nano cacbon

2 Các màng lọc, thiết bị lọc Nano và các bộ lọc bằng sợi Nano

3 Các chất hấp phụ vật liệu xốp như gốm xốp, đất sét và các vật liệu

Trung Quốc, Myanma… đã có những thiết bị xử lý nước bị nhiễm Asen bán trên thị trường với các loại vật liệu xử lý Asen khác nhau như: Fe(OH)3-MnO2, vật liệu trao đổi ion (ionit), vật liệu tổng hợp …

* Nh ận xét

Nhu cầu xử lý nước bị nhiễm Asen ở nước ta rất bức thiết từ các thành phố lớn đến các vùng nông thôn Vấn đề xử lý các chất ô nhiễm trong nước ăn uống và sinh hoạt phục vụ cho khu vực nông thôn là rất khó khăn vì các lý do chính sau:

- Nhận thức của người dân về tầm quan trọng của việc sử dụng nước sạch

- Chất lượng nước đầu vào thường không ổn định, nguồn nước sử dụng thay đổi theo thói quen và theo mùa

- Công nghệ xử lý nước lạc hậu, công trình xuống cấp và các hệ thống, thiết bị

xử lý hiện đại hơn chưa phù hợp với điều kiện ở nông thôn

Chính vì những lý do đó, thiết bị xử lý nước phù hợp cho khu vực nông thôn cần phải có những đặc điểm sau: Giá thành rẻ, hiệu quả tốt, dễ sử dụng, chi phí vận hành rẻ và phù hợp với nhiều nguồn nước khác nhau, có khả năng lọc tốt vi sinh, kim loại nặng (ô nhiễm điển hình là: Fe, Mn, As, Amoni …), và các hóa chất độc hại khác (hợp chất hữu cơ, thuốc BVTV )

Các công nghệ, thiết bị đang có bán trên thị trường đều chưa thật sự phù hợp với vùng nông thôn về mặt giá thành và các đặc trưng kỹ thuật:

+ Các thiết bị hiện có bán trên thị trường chỉ phù hợp với nguồn nước đầu vào

là nước máy (nước từ trạm xử lý nước tập trung), Trong khi đó chất lượng nước ở khu vực nông thôn thường không ổn định do tập quán sinh hoạt: mùa mưa thì người dân sử dụng chủ yếu là nước mưa kể cả trong ăn uống lẫn sinh hoạt, vào mùa khô thường dùng nước ngầm, nước ao hồ…

+ Trong các thiết bị lọc nước thông dụng hiện nay, thiết bị lọc nước RO được người tiêu dùng tin tưởng hơn cả, song nhược điểm của các thiết bị này là tốn năng lượng do cần áp lực lớn, và quá trình lọc có thể làm mất đi các khoáng chất vi lượng cần thiết cho cơ thể Một số chủng loại lọc nước khác, như hãng Watts (Mỹ) có hiệu quả cao đối với việc xử lý vi sinh, hoặc một số chất độc hại hòa tan Song giá thành