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

Nghiên cứu xử lí nước ngầm ô nhiễm đồng thời sắt, mangan, amoni và asen Phạm Thượng Hải Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Hóa môi trường; Mã số 60 44 41 Người hướng dẫn: PGS. TS Cao Thế Hà Năm bảo vệ: 2013 Abstract. Khảo sát các yếu tố của nguồn nước ngầm: DO, pH, độ kiềm, hàm lượng các chất trong nước ngầm tại khu vực nghiên cứu ( hàm lượng sắt cao 22- 24mg/l). Bước đầu cho thấy nguồn nước có hàm lượng sắt cao, DO thấp và tương đối ổn định, giá trị pH trong khoảng 6,5 -7 và biến đổi ít trong quá trình xử lí. Với hàm lượng chất ô nhiễm ở mức cao và ở pH thấp là một bài toán khó cho quá trình xử lí. Nghiên cứu các chế độ lưu lượng 0,5m3/h và 1m3/h cho thấy với hệ thống được thiết kế có khả năng tách loại được lượng sắt lớn. Hiệu quả xử lí tốt hơn hẳn khi có bổ sung chất oxi hóa. Ở lưu lượng 1m3/h khảo sát với chất oxi hóa là javen lượng clo hoạt động là 8 mg/l và với KMnO4 là 5mg/l đem lại hiệu quả xử lí tốt nhất xử lí đồng thời cả Fe, Mn và As. Xử lí asen ở nồng độ cao cùng với xử lí sắt ở nồng độ cao cho hiệu quả xử lí tốt. Với nguồn nước có [Fe(II)] cao xử lí sắt đồng nghĩa với lọc As, tuy nhiên khi tỷ lệ Fe/As, ở đây là từ 100 trở xuống hiệu quả xử lí giảm. Hiệu quả xử lí As rất phụ thuộc vào nồng độ các tạp chất khác, nhất là phốt-phát. Quá trình loại bỏ mangan khó khăn hơn do các quá trình oxi hóa sắt và asen ưu thế hơn, đồng thời có sự hấp phụ, dải hấp trên vật liệu lọc do đó có nhiều điểm bất thường trong số liệu nghiên cứu. Trình bày quá trình xử lí amoni: Sau xử lý đều nằm dưới ngưỡng tiêu chuẩn cho phép. Đối với 2 chế độ cuối thí nghiệm ở chế độ 1 m3/h, nồng độ amoni vào 20 mgN/l có nồng độ amoni sau xử lý tiến gần đến tiêu chuẩn cho phép. Điều này chứng nỏ rằng năng lực xử lý của hệ pilot đa năng có trang bị giai đoạn nitrat hóa - khử nitrat hóa có khả năng xử lý tối đa với nồng độ amoni đầu vào 20 mg/l. Keywords. Hóa học; Hóa môi trường; Ô nhiễm nước. Content Lời nói đầu Nước là một nhu cầu vô cùng cần thiết đối với đời sống con người, trong sinh hoạt, sản xuất và nhiều hoạt động khác của xã hội. Sự phát triển nhanh chóng ở tất cả các mặt của đời sống xã hội đòi hỏi nhu cầu nước sạch cũng như chất lượng nước ngày một tăng. Để đáp ứng được sự phát triển đó, nhiều nhà máy xử lí nước đã và đang được xây dựng tại nhiều nơi trong cả nước. Thông thường, khi lựa chọn nguồn nước để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt, người ta thường có xu hướng lựa chọn nguồn nước ngầm vì chất lượng khá tốt, tính ổn định cao, dễ dàng khai thác ở bất kì nơi đâu trên mặt đất. Từ xưa con người đã biết sử dụng nước ngầm bằng cách đào giếng khơi để sử nước ngầm ở tầng nông. Với sự phát triển của đời sống kinh tế từ những năm 90 nhà nước đã bắt đầu khuyến khích xây dựng các giếng khoan ở độ sâu lớn hơn. Cho đến nay thì ở hầu hết các vùng nông thôn, mỗi hộ gia đình đều có một giếng khoan ở các độ sâu khoảng vài chục mét. Và thông thường nước được bơm lên là sử dụng luôn, một số nơi thì người dân tự xây các hệ thống xử lí đơn giản để xử lí chủ yếu là xử lí cặn. Trải qua thời gian khai thác nhiều năm đã làm suy giảm lượng nước ngầm, làm tăng nồng độ các chất hòa tan. Bên cạnh đó việc sử dụng các hóa chất công nghiệp và nông nghiệp cũng là một nguyên nhân gây ô nhiễm đất và nước dẫn đến chất lượng nguồn nước ngầm ngày một giảm. Để nâng cao chất lượng nước trong sinh hoạt thì cần thiết phải qua xử lí, nhất là những nơi chất lượng nước ngầm không được tốt. Tùy theo nhu cầu sử dụng, đặc điểm của nguồn nước ngầm để xây dựng hệ thống xử lí cho phù hợp. Về cơ bản các phương pháp xử lí hiện nay đều đem lại hiệu quả tốt đối với săt với hệ thống dàn phun mưa, bể lắng, bể lọc với kích thước lớn và có thể đáp ứng được một vùng dân cư đông. Hiện nay, trước nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng tăng, điều này dẫn đến các chuyên gia ngành nước ngày càng phải hoàn thiện hơn về công nghệ. Căn cứ vào yêu cầu thực tiễn, chúng tôi thiết kế hệ thống thiết bị hợp khối có khả năng xử lí linh động tùy vào thành phần ô nhiễm cụ thể của nguồn nước ngầm. Dựa trên cơ sở thiết bị đã được thiết kế để tiến hành các thử nghiệm mới, tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xử lí nước ngầm ô nhiễm đồng thời sắt, mangan amoni và asen” làm hướng nghiên cứu cho luận văn thạc sĩ với mục đích tìm ra phương pháp xử lí tôi ưu hơn so với phương pháp đang được áp dụng. Đề tài mà tôi tiến hành nghiên cứu là một phần trong nội dung nghiên cứu của đề tài “ Nghiên cứu dây chuyền công nghệ tổ hợp xử lí sắt, mangan, asen và amoni trong nước ngầm ở Hà Nội” mã số: 01C-09/04-2010-2. Đơn vị chủ trì thực hiện: Trung tâm phát triển Công nghệ Môi trường – Hội nước sạch và môi trường Việt Nam. Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. Cao Thế Hà. Trong quá trình nghiên cứu nhóm nghiên cứu có kế hoạch, sự phân công công việc cụ thể và có sự hợp tác giúp đỡ nhau để công việc được hoàn thành tốt. Reference Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng việt 1. Nguyễn Văn Cát “Thử nghiệm xử lí As quy mô hộ gia đình tại Hà Nam”, Viện KH&CN VN, Văn phòng Chương trình QG về nước sạch và vệ sinh MT nông thôn, 2004-2005. 2. Đặng Kim Chi. Hóa học môi trường tập I. Nxb Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội 2001 3. Cao Thế Hà. Báo cáo nghiên cứu xử lý Mn trong nước ngầm bằng xúc tác đolomite. Hà nội, 2000. 4. Cao Thế Hà, Nguyễn Hoài Châu (2000), ”Công nghệ xử lí nước – nguyên lý và thực tiễn”, Nhà xuất bản Thanh niên. 5. Trần Tứ Hiếu, Lâm Ngọc Thiềm (1990), ” Phân tích định tính”, Nhà xuất bản Đại học và giáo dục chuyên nghiệp. 6. T.Đ. Khải. Nghiên cứu công nghệ khử (xử lý) Mn trong nước ngầm. Đề tài cấp Bộ XD, 1994. 7. Nguyễn Văn Khôi, Cao Thế Hà và cs. Báo cáo Dự án sản xuất thử nghiệm “Xử lí amôni trong nước ngầm quy mô pilot tại nhà máy nước Pháp Vân 2003-2005”, Hà Nội 10/2005. 8. Nguyễn Thị Thu Thủy (2000), ”Xử lí nước cấp sinh hoạt và công nghiệp”, nhà xuất bản khoa học kĩ thuật. 9. Phạm Hùng Việt, Trần Hồng Côn, Nguyễn Thị Chuyền, Michael Berg, Walter Giger, Roland Shertenleib (2000), ” Bước đầu khảo sát nhằm đánh giá hàm lượng asen trong nước ngầm và nước cấp trong khu vực Hà Nội”, hội thảo quốc tế - ô nhiễm As. Tài liệu tiếng anh 10. Berg Michel, Arsenic Contamination of Groundwater and Drinking Water in the Red River Delta, Vietnam: Geochemical Investigations and Mitigation Measures, PhD Thesis Universitọt Karlsruhe, 2007. 11. Gujer W. and Jenkins D. (1974) The Contact Stabilization Process-Oxygen and Nitrogen Mass Balance. Report No 74-2, Sanit. Eng. Res. Lab. Univ. Calif., Berkrley. 12. M. Berg, H. C. Tran; T. C. Nguyen; H. V. Pham; R. Schertenleib; W. Giger. (2001), “Arsenic contamination of groundwater and drinking water in Vietnam: A human health threat”, Environmental science and Technology, 35, pp. 2621 - 2626. 13. R.C. Barry, J.L. Schnoor, B. Sulzberger, L. Sigg and W. Stumm. Iron oxydation kinetic in an acidic alpine lake. Wat. Res. Vol.28, No.2, pp.323-333, 1994. 14. Randall et al. Nitrification Kinetics in Single-Sludge Biological Nutrient Removal Activated Sludge Systems. Water Sci. Technol. 1992, v.25, p.195. 15. S. Mettler. In-situ removal of iron from ground water: Fe(II) oxygenation, and precipitation products in a calcareous aquifer (for the degree of doctor of natural sciences). Zurich, 2000. 16. Stumm W. and Lee G.F., Oxygenation of ferous ion. Ind. Eng. Chem. 53, 143 (1961). 17. Stumm W. and Morgan J. J. Aquatic. Chemistry. John Wiley & Sons, Inc. New York, 1996. 18. Thomas L, Theis. Complexation of iron(II) by organic matter and its effect on iron(III) oxygenation. Env. Sci. Tech. 8, 6, 1974. 19. Thomas L, Theis. Complexation of iron(II) by organic matter and its effect on iron(III) oxygenation. Env. Sci. Tech. 8, 6, 1974. 20. Y. Unholee, IK- Hwanum, and Jey Yong Yoon (2003) “Arsenic(III) Oxidation by Iron(VI) (Ferrate) and Subsequent Removal of Arsenic(V) by Iron(III) Coagulation”, Environ. Sci. Technol., 37, pp. 57505756. 21. Arsenic Mitigation Strategies, from “the Arsenic State Implementation Guidance” (EPA 816-K-02-018) at ars/pdfs/regguide/ars_final_ ! mainguide_9-13.pdf). 22. Dinesh Mohan, Charles U. Pittman Jr., Arsenic removal from water/wastewater using adsorbentsA critical review, J. of Hazardous Materials 142 (2007) 1–53 23. Arsenic Treatment Technology Evaluation Handbook for Small Systems, Office of Water (4606M), EPA 816-R-03-014, July 2003, www.epa.gov/safewater. 24. Frank P., Clifford D. (1986), “Arsenic(III) oxidation and removal from drinking water”, U.S. Environmental Protection Agency, EPA-600-52-86/021, pp.286. 25. Kim M. J., Nriagu J. (1999), “Oxidation of arsenite in groundwater using ozone and oxygen”, Sci. Total Environ., 247, pp. 7179. 26. Maree T. Emett and Ging H. Khoe (2001), “Photochemical oxidation of arsenic by oxygen and iron in acidic solutions”, Wat. Res., 35 (3), pp. 649656 27. Maurizio Pettine, Luigi Campanella and Frank J. Millero (1999), “Arsenite oxidation by H2O2 in aqueous solutions”, Geochimica et Cosmochimica Acta, 63 (18), pp. 27272735 28. Y. Unholee, IK- Hwanum, and Jey Yong Yoon (2003) “Arsenic(III) Oxidation by Iron(VI) (Ferrate) and Subsequent Removal of Arsenic(V) by Iron(III) Coagulation”, Environ. Sci. Technol., 37, pp. 57505756. 29. Wolfgang Driehaus, Reiner Seith and Martin Jekel (1995), “Oxidation of arsenite with manganese oxides in water treatment”, Wat. Res., 29 (1), pp. 297305. 30. Monique Bissen, Mogane Marrie, Vieillard Baron, Andreas J. Schindelin, Fritz H. Frimmel (2001), “TiO2-catalyzed photooxidation of Arsenite to Arsenate in aqueous samples”, Chemosphere, 44, pp. 751717. 31. P.M. Jayaweera, P.I. Godakumbura and K.A.S. Pathiratne (2003), “Photocatalytic oxidation of As(III) to As(V) in aqueous solutions: A low cost pre-oxidative treatment for total removal of arsenic from water”, Current science, 84 (4), pp. 541543. 32. Jerome O. Nriagu (1994), Arsenic in the Environment, part I: Cycling and characterization, John Wiley & Son. 33. Jennifer A. Wilkie, Janet G. Hering (1996), “Adsorption of arsenic onto hydrous ferric oxide: effects of adsorbate/adsorbent ratios and co-occurring solutes”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 107, pp. 97110. 34. Paritam K. Dutta, Ajay K. Raya, Virender K. Sharma, Frank J. Millero (2004) “Adsorption of arsenate and arsenite on titanium dioxide suspensions”, Journal of Colloid and Interface Science, 278, pp. 270275. 35. Xiaoguang Meng, George P. Korfiatis, Sunbaek Bang, Ki Woong Bang (2002), “Combined effects of anions on arsenic removal by iron hydroxides”, Toxicology Letters, 133, pp. 103111. 36. Sabine Goldberg (2002), “Competitive Adsorption of Arsenate and Arsenite on Oxides and Clay Minerals”, Soil Sci. Soc. Am. J. , 66, pp. 413421. 37. Suvasis Dixit and Janet G . Hering (2003), “Comparison of Arsenic(V) and Arsenic(III) Sorption onto Iron Oxide Minerals: Implications for Arsenic Mobility”, Environ. Sci. Technol., 37, pp. 41824189. 38. Brian P. Jacksona and W.P. Miller (2000), “Effectiveness of Phosphate and Hydroxide for Desorption of Arsenic and Selenium Species from Iron Oxides”, Soil Science Society of America Journal, 64, pp. 16161622. 39. Ilwon Ko, Ju-Yong Kim, Kyoung-Woong Kim (2004), “Arsenic speciation and sorption kinetics in the Ashematitehumic acid system”. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 234, pp. 4350. 40. Xiaoguang Meng, Sunbaek Bang and George P. Korfiatis (2000), “Effects of silicate, sulfate and carbonate on arsenic removal by ferric chloride”, Wat. Res., 34 (4), pp. 12551261. 41. C.A. Waltham and M.J. Eick (2000), “Kinetics of Arsenic Adsorption on Goethite in the Presence of Sorbed Silicic Acid”, Soil Science Society of America Journal, 66, pp. 818825. 42. G. Ghurye and D. Clifford (2004) As(III) oxidation using chemical and solid – phase oxidants, J. AWWA, 96:1, pp.84-96.