intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xử lí nước ngầm ô nhiễm đồng thời sắt, mangan, amoni và asen

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:112

Thêm vào BST
Báo xấu
22
lượt xem 6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Nghiên cứu xử lí nước ngầm ô nhiễm đồng thời sắt, mangan, amoni và asen" được tiến hành nhằm mục đích tìm ra phương pháp xử lí tôi ưu hơn so với phương pháp đang được áp dụng. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xử lí nước ngầm ô nhiễm đồng thời sắt, mangan, amoni và asen

  1. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- PHẠM THƢỢNG HẢI NGHIÊN CỨU XỬ LÍ NƢỚC NGẦM Ô NHIỄM ĐỒNG THỜI SẮT, MANGAN, AMONI VÀ ASEN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI – 2013 1
  2. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- PHẠM THƯỢNG HẢI NGHIÊN CỨU XỬ LÍ NƢỚC NGẦM Ô NHIỄM ĐỒNG THỜI SẮT, MANGAN, AMONI VÀ ASEN Chuyên ngành: HÓA MÔI TRƯỜNG Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS CAO THẾ HÀ HÀ NỘI - 2013 2
  3. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu, tôi đã nhận được sự giúp đỡ động viên của các thầy cô giáo, các anh chị em, bạn bè, gia đình. Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo, các Anh chị em làm việc tại trung tâm CETASD, các thầy cô và các cán bộ của khoa Sau Đại học trường Đại học Quốc gia Hà Nội, các bạn trong lớp cao học K20 – Hóa học đã giúp đỡ tôi có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Đặc biệt tôi xin trân trọng cám ơn thầy giáo PGS. TS Cao Thế Hà đã hướng dẫn tận tình, tỉ mỉ và có nhiều góp ý quý báu cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài. Do thời gian nghiên cứu và trình độ chuyên môn còn nhiều hạn chế nên đề tài này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi mong muốn nhận được các ý kiến đóng góp để đề tài nghiên cứu này được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cám ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2013 Học viên Phạm Thượng Hải 1
  4. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC Lời nói đầu ................................................................................................................. 1 Chƣơng I. Tổng quan ................................................................................................ 3 1.1. Đặc điểm chung của nƣớc ngầm và ô nhiễm nƣớc ngầm ....................... 3 1.2. Sắt, Mangan, asen và amoni trong nƣớc ngầm ........................................... 4 1.2.1. Sắt trong nước ngầm ............................................................................... 4 1.2.2. Mangan trong nước ngầm ...................................................................... 5 1.2.3. Asen trong nước ngầm ............................................................................ 5 1.3. Xử lí Fe trong nƣớc ngầm ........................................................................... 10 1.3.1. Nguyên tắc xử lí sắt ............................................................................... 10 1.3.2. Cân bằng của sắt trong nước ................................................................ 10 1.3.3. Các phương pháp xử lí sắt .................................................................... 11 1.3.3.1. Xử lí sắt bằng oxi không khí ......................................................... 11 1.3.3.2. Xử lí sắt bằng chất oxi hóa mạnh ................................................ 12 1.3.3.3. Một số phƣơng pháp xử lí khác ................................................... 13 1.3.4. Động học oxi hóa Fe2+ bằng oxi không khí ......................................... 13 1.4. Xử lí mangan trong nƣớc ngầm .................................................................. 17 1.4.1. Cơ sở lí thuyết quá trình xử lí mangan.......................................... 17 1.4.2. Xử lí mangan bằng phƣơng pháp hóa học ..................................... 19 1.4.3. Xử lí mangan bằng phƣơng pháp kiềm hóa .................................. 19 1.5. Xử lí asen trong nƣớc ngầm ........................................................................ 20 1.5.1. Oxi hoá As(III) ...................................................................................... 21 1.5.2. Kĩ thuật đồng kết tủa/keo tụ ................................................................ 24 1.5.3. Kĩ thuật hấp phụ ................................................................................... 25 1.5.4. Phƣơng pháp trao đổi ion .................................................................... 26 1.6. Xử lí amoni trong nƣớc ngầm ..................................................................... 26 1.6.1. Các phương pháp hoá-lý ...................................................................... 26 1.6.2. Các phương pháp vi sinh....................................................................... 27 1.6.3. Cơ sở khoa học của phƣơng pháp xử lí sinh học ............................... 28 2
  5. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp Chƣơng II. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu .............................................. 31 2.1. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ Pilot ............................................. 31 2.1.1. Sơ đồ công nghệ ..................................................................................... 31 2.1.2. Thuyết minh công nghệ ......................................................................... 33 2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 41 2.2.1. Khảo sát các yếu tố DO, pH, độ kiềm ở các giai đoạn xử lí ............ 41 2.2.2. Khảo sát sự biến thiên nồng độ Fe, Mn và As khi thay đổi lưu lượng nước đầu vào .................................................................................................... 41 2.2.3. Đánh giá khả năng xử lí N-amôni ........................................................ 41 2.3. Hóa chất phục vụ công tác nghiên cứu .................................................... 42 2.4. Quy trình thực nghiệm ................................................................................ 44 2.4.1. Các vị trí lấy mẫu và các thông số đo đạc phân tích ......................... 44 2.4.2. Phân tích số liệu .................................................................................... 44 2.4.3. Phƣơng pháp đánh giá số liệu ............................................................. 44 2.5. Các phƣơng pháp phân tích ........................................................................ 45 Chƣơng III. Kết quả và thảo luận ......................................................................... 54 3.1. Quá trình khảo sát các yếu tố DO, pH, độ kiềm ở các giai đoạn xử lí . 54 3.1.1. Khảo sát biến thiên nồng độ DO khi thay đổi lưu lượng nước đầu vào .......................................................................................................................... 54 3.1.2. Khảo sát biến thiên pH khi thay đổi lưu lượng nước đầu vào ............ 56 3.1.3. Khảo sát độ kiềm .................................................................................... 58 3.2. Khảo sát sự biến thiên nồng độ Fe ............................................................. 59 3.2.1. Khảo sát sự biến thiên nồng độ sắt ở lưu lượng Q = 0,5 m3/h ........... 59 3.2.1.1. Chế độ oxi hóa bằng oxi không khí............................................. 59 3.2.1.2. Khảo sát ở chế độ bổ sung chất oxi hóa ................................... 61 3.2.2. Khảo sát sự biến thiên nồng độ sắt ở lưu lượng Q = 1m 3/h ............... 65 3.2.2.1. Chế độ oxi hóa bằng oxi không khí.............................................. 65 3.2.2.2. Chế độ bổ sung chất oxi hóa ......................................................... 67 3.3. Biến thiên nồng độ As .................................................................................. 71 3.3.1. Khảo sát As ở lưu lượng đầu vào 0,5 m3/h ........................................... 71 3
  6. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp 3.3.1.1. Khảo sát oxi hóa bằng oxi không khí ........................................ 71 3.3.1.2. Khảo sát bổ sung chất oxi hóa ..................................................... 73 3.3.2. Khảo sát Asen ở lưu lượng đầu vào 1 m3/h .......................................... 73 3.3.2.1. Chất ôxi hóa bằng oxi không khí: ............................................... 73 3.3.2.2. Bổ sung chất oxi hóa...................................................................... 74 3.4. Biến thiên nồng độ Mn ............................................................................... 75 3.4.1. Chế độ oxi hóa bằng oxi không khí ..................................................... 75 3.4.2. Chế độ bổ sung chất ôxi hóa ................................................................ 75 3.5. Hiệu quả xử lí amoni.................................................................................... 77 3.5.1. Giai đoạn khởi động hệ nitrat hóa và khử hóa với lưu lượng 0,5m3/h .......................................................................................................................... 77 3.5.2. Diễn biến các thành phần N tại chế độ Q = 1m3/h .............................. 84 3.5.3. Tổng hợp số liệu xử lý amoni bằng hệ lọc sinh học hai cấp .............. 89 Kết luận .................................................................................................................... 96 Tài liệu tham khảo .................................................................................................. 98 Phụ lục .................................................................................................................... 102 4
  7. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp Danh Mục Bảng Bảng 2.1. Tính toán pha Mn ...................................................................................... 42 Bảng 2.2 - Tính toán pha As ..................................................................................... 42 Bảng 2.3. Tính toán pha amoni ................................................................................. 43 Bảng 2.4. Tính toán pha Clo – javen ở chế độ 0,5 m3/h ........................................... 43 Bảng 2.5 – Tính toán pha Clo – javen ở chế độ 1 m3/h ............................................ 43 Bảng 2.6 – Tính toán pha KMnO4 ............................................................................ 43 Bảng 3.1 – Số liệu DO tại Q = 0,5 m3/h .................................................................... 55 Bảng 3.2 - Số liệu DO tại Q = 1m3/h ........................................................................ 56 Bảng 3.3 - Số liệu pH - các vị trí khảo sát ở Q = 0,5 m3/h ....................................... 56 Bảng 3.4 - Số liệu pH - các vị trí khảo sát ở Q = 1m3/h ........................................... 57 Bảng 3.5. Số liệu độ kiềm ......................................................................................... 58 Bảng 3.6- Bảng nồng độ sắt tổng ở các vị trí khi không bổ sung chất oxi hóa ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h .............................................................................................. 59 Bảng 3.7- Bảng nồng độ sắt (II) ở các vị trí khi không bổ sung chất oxi hóa ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h .............................................................................................. 60 Bảng 3.8- Bảng nồng độ trung bình của sắt tổng và sắt (II) ở các vị trí khi bổ sung chất oxi hóa javen (2mg Clo/lít) ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h................................. 62 Bảng 3.9 - Bảng nồng độ trung bình của sắt tổng và sắt (II) ở các vị trí khi bổ sung chất oxi hóa javen (4mg Clo/lít) ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h................................. 63 Bảng 3.10 - Bảng nồng độ trung bình của sắt tổng và sắt (II) ở các vị trí khi bổ sung chất oxi hóa javen (8mg Clo/lít) ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h................................. 64 Bảng 3.11. Bảng tổng hợp nồng độ sắt tổng trung bình ........................................... 64 Bảng 3.12 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, không bổ sung chất oxi hóa, ở Q = 1m3/h ............................................................................ 66 Bảng 3.13 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, khi bổ sung 6mg Clo/l, ở Q = 1m3/h .................................................................................... 67 Bảng 3.14 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, khi bổ sung 8mg Clo/l, ở Q = 1m3/h .................................................................................... 68 5
  8. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp Bảng 3.15 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, khi bổ sung 5mg KMnO4/l, ở Q = 1m3/h ............................................................................. 69 Bảng 3.16 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, khi bổ sung 23,8mg KMnO4/l, ở Q = 1m3/h ........................................................................ 70 Bảng 3.17 - Nồng độ As (µg/L) ở các vị trí khi không bổ sung chất oxi hóa ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h .............................................................................................. 71 Bảng 3.18. Nồng độ As (g/L) dọc hệ thống (Q = 0,5 m3/h, không khí) ................. 72 Bảng 3.19. Nồng độ As (g/L) dọc hệ thống (Q = 0,5 m3/h, [Cl hđ] = 8 mg/L) ...... 73 Bảng 3.20. Nồng độ As (g/L) dọc hệ thống (Q = 1 m3/h, không khí) .................... 73 Bảng 3.21. Giá trị As (mg/L) dọc hệ thống (Q = 1 m3/h, [KMnO4] = 5 và 23,8 mg/L).. 74 Bảng 3.22. Giá trị Mn dọc hệ thống (Q = 1 m3/h, không khí) .................................. 75 Bảng 3.23. Giá trị Mn dọc hệ thống (Q = 1 m3/h, [Cl hđ] = 6 mg/L) ....................... 75 Bảng 3.24. Giá trị Mn (mg/L) dọc hệ thống (Q = 1 m3/h, [Cl hđ] = 8 mg/L)........... 76 Bảng 3.25. Giá trị Mn (mg/L) dọc hệ thống (Q = 1 m3/h, [KmnO4]= 5 và 23,8 mg/L)... 76 Bảng 3.26. Diễn biến hệ khử khi dừng và cấp lại hữu cơ ......................................... 80 Bảng 3.27. Diễn biến hệ khử nitrat sau khi sục khí và rửa lọc ................................. 82 Bảng 3.28. Các thông số bồn nitrat hóa .................................................................... 89 Bảng 3.29. Tổng hợp các thông số của hệ xử lý amoni trong nước ngầm qui mô pilot ..... 90 Bảng 3.30. Tính tải và năng suất xử lí N-amôni và N-nitrat ở các tải lượng khác nhau .. 91 6
  9. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp Danh mục hình Hình 1.1- Sự phụ thuộc các dạng sắt vào pH và thế oxi hoá khử của nước ............. 11 Hình 1.2 - Ảnh hưởng của pH đến tốc độ ôxy hoá Fe(II) ......................................... 12 Hình 2.1 - Sơ đồ khối hệ xử lý nước cấp quy mô pilot ............................................. 31 Hình 2.2. Mặt cắt đứng hệ pilot ................................................................................ 32 Hình 2.3 - Bơm cấp ................................................................................................... 33 Hình 2.4 - injector ..................................................................................................... 33 Hình 2.5 - Bể phản ứng ............................................................................................. 34 Hình 2.6 - Bể lắng và tấm lắng lamen ....................................................................... 34 Hình. 3.1- DO – vị trí ở Q = 0,5 m3/h....................................................................... 55 Hình. 3.2 - DO – vị trí ở Q = 1 m3/h......................................................................... 56 Hình. 3.3 - pH – vị trí ở Q = 0,5 m3/h ....................................................................... 57 Hình 3.4- pH – vị trí ở Q = 1 m3/h ............................................................................ 58 Hình 3.5 - Nồng độ sắt tổng – vị trí ở Q = 0,5m3/h, không bổ sung hóa chất .......... 60 Hình 3.6 - Nồng độ sắt (II) – vị trí ở Q = 0,5m3/h, không bổ sung hóa chất ............ 61 Hình. 3.7- Sắt tổng – sắt (II) theo vị trí ..................................................................... 61 Hình 3.8 - Nồng độ trung bình của sắt tổng và sắt (II) ở các vị trí khi bổ sung ....... 62 Hình 3.9 - Nồng độ trung bình của sắt tổng và sắt (II) ở các vị trí khi bổ sung chất oxi hóa javen (4mg Clo/lít) ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h ........................................ 63 Hình 3.10- Nồng độ trung bình của sắt tổng và sắt (II) ở các vị trí khi bổ sung chất oxi hóa javen (8mg Clo/lít) ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h ........................................ 64 Hình 3.11- Tổng hợp nồng độ sắt tổng trung bình – vị trí ở Q = 0,5 m3/h ............... 65 Hình 3.12 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, không bổ sung chất oxi hóa, ở Q = 1m3/h ............................................................................ 66 Hình 3.13- Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, bổ sung chất oxi hóa 6mg Clo/l, ở Q = 1m3/h ........................................................................ 68 Hình 3.14 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, bổ sung chất oxi hóa 8mg Clo/l, ở Q = 1m3/h ................................................................ 69 7
  10. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp Hình 3.15- Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, bổ sung chất oxi hóa 5mg KMnO4/l, ở Q = 1m3/h ................................................................. 70 Hình 3.16- Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, bổ sung chất oxi hóa 23,8mg KMnO4/l, ở Q = 1m3/h ........................................................... 71 Hình 3.17- Nồng độ As (µg/L) ở các vị trí khi không bổ sung chất oxi hóa ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h .............................................................................................. 72 Hình 3.18 - Sự thay đổi nồng độ các thành phần N vô cơ trong nước tại các công đoạn xử lý của hệ xử lý đa năng tại thí nghiệm với nồng độ amoni đầu vào ~6 mg N/L ............................................................................................................................ 78 Hình 3.19. Diễn biến thành phần nitơ trong giai đoạn khởi động bể nitrat hóa của hệ pilot............................................................................................................................ 79 Hình 3.20. Diễn biến hệ khử nitrat khi dừng và cấp lại hữu cơ ................................ 80 Hình 3.21. Đồ thị diễn biến DO tại bề mặt bể khử theo thời gian sục khí ................ 81 Hình 3.22. Đồ thị diễn biến DO bề mặt nước sau khi dừng sục khí ......................... 82 Hình 3.23. Đồ thị diễn biến bể khử nitrta sau khi sục khí và rửa lọc........................ 83 Hình 3.24. Diễn biến thành phần N ở chế độ 0,5 m3/h, nồng độ amoni 12 mgN/L .. 84 Hình 3.25. Diễn biến các thành phần N ở chế độ 1 m3/h, nồng độ amoni 12 mgN/L ................................................................................................................................... 85 Hình 3.26. Diễn biến các thành phần N ở chế độ 1 m3/h, nồng độ amoni ~15 mgN/L ................................................................................................................................... 86 Hình 3.27. Diễn biến các thành phần N ở chế độ 1 m3/h, nồng độ amoni ~20 mgN/L ................................................................................................................................... 86 Hình 3.28. Diễn biến các thành phần N ở chế độ 1 m3/h, nồng độ amoni ~20 mgN/L có bổ sung C .............................................................................................................. 87 Hình 3.29. Tổng hợp diễn biến các thành phần nitơ qua các chế độ thí nghiệm ...... 89 Hình 3.30. Quan hệ Năng suất xử lí – Tải amôni đầu vào ........................................ 92 Hình 3.31. Quan hệ Năng suất xử lí – Tải nitrat đầu vào ......................................... 93 8
  11. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp 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 1
  12. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp 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 nƣớc 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 nƣớc 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. 2
  13. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp Chƣơng I. Tổng quan 1.1. Đặc điểm chung của nƣớc ngầm và ô nhiễm nƣớc ngầm Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặt nước mưa…nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hay hàng trăm mét. Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm luôn là nguồn nước được ưa thích. Bởi vì, các nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có vi sinh và vi trùng gây bệnh. Nước ngầm có các đặc điểm chung: - Nhiệt độ tương đối ổn định - Chất rắn lơ lửng Rất thấp (hầu như không có) - Chất khoáng hoà tan thường cao và ít thay đổi, Fe(II), Mn(II) thường xuyên có trong nước, có thể ô nhiễm As, một số kim loại nặng. - Khí CO2 hòa tan có nồng độ cao, O2 hòa tan rất thấp (hầu như không có) - H2Sthường có - SiO2 Thường có ở nồng độ cao - NH3, NH4+ Có ở nồng độ cao, do bị nhiễm bởi phân bón hoá học - Vi sinh vật: Chủ yếu là vi khuẩn yếm khí phân hủy các hợp chất hữu cơ, khử các khoáng chất. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có nhiều chất bẩn và luợng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất. 3
  14. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp 1.2. Sắt, Mangan, asen và amoni trong nƣớc ngầm 1.2.1. Sắt trong nước ngầm Sắt là chất luôn có trong các nguồn nước ngầm và phân bố không đồng đều trong các lớp trầm tích dưới đất sâu. Sắt là nguyên tố không độc hại đối với con người khi sử dụng nước ngầm, nó còn là nguyên tố vi lượng cần thiết. Tuy nhiên nước có hàm lượng sắt cao hơn 0,5 mg/l thường có mùi tanh khó chịu, và có màu vàng, gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng nước ăn uống sinh hoạt và sản xuất. Do đó, khi mà nước có hàm lượng sắt cao hơn giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn thì chúng ta phải tiến hành khử sắt. Nước ngầm ở trong điều kiện yếm khí, nồng độ oxi thấp. Trong nước ngầm, quá trình phân hủy yếm khí các hợp chất hữu cơ bởi vi sinh theo phương trình [2]: Chất hữu cơ + vi khuẩn yếm khí → CH4 + CO2 + NH4+ + H2S Quá trình này làm tăng hàm lượng các chất CO2, NH4+, H2S trong nước làm cho pH của nước thường thấp hơn 7. Do pH thấp và chứa CO2, nước ngầm có khả năng hòa tan các muối cacbonat của kim loại Ca, Mg, Fe, Mn… và cả các oxit, muối sunfua của chúng. Đây là một trong những nguyên nhân ô nhiễm sắt trong nước ngầm. Sự khử sắt oxyhydroxit FeOOH thông qua hoạt động của vi sinh vật yếm khí xảy ra theo cơ chế [9]: vi sinh vật 4Fe3+ + {CH2O} + H2O → 4Fe2+ + CO2 + 4H+ Quá trình này giải thích vì sao sắt tồn tại trong nước ngầm chủ yếu là Fe(II). Trong nước, tích số nồng độ ion của Fe(II) và OH- nhỏ hơn tích số tan của Fe(OH)2 (T = 6,3.10-16M3) [5] nên Fe(II) tồn tại ở dạng hòa tan. Ngoài ra trong nước ngầm còn chứa các hợp chất hữu cơ như axit Humic (HA), Fulvic (FA), ion HCO 3-. Các chất này dễ tạo phức với Fe(II). Do đó trong thực tế, Fe(II) không ở dạng tự do mà tồn tại ở các dạng như: Fe(OH)+, FeHCO3-, Fe(II)HA, Fe(II)-FA. Giếng nước chất lượng tốt có hàm lượng Fe và Mn thấp. Nếu sau đó chất lượng nước giảm đi, chứng tỏ chất thải hữu cơ thải ra mặt đất ở khu vực gần giếng nước đã tạo ra môi trường kị khí trong lớp đất. 4
  15. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp Những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng một số vi sinh vật có khả năng sử dụng Fe(III) và Mn(IV) làm chất nhận điện tử do quá trình trao đổi chất dưới điều kiện kỵ khí dẫn đến sự hình thành các dạng khử Fe(II) và Mn(II). Như vậy, vi sinh vật không chỉ tạo ra môi trường kỵ khí cần thiết cho quá trình khử mà còn có khả năng khử trực tiếp Fe và Mn. 1.2.2. Mangan trong nước ngầm Mangan cũng là nguyên tố hay gặp trong nước ngầm, thường cùng tồn tại với sắt nhưng với hàm lượng ít hơn. Nước có chứa mangan thường tạo ra lớp cặn đóng bám vào thành và đáy bồn chứa. Trong đất đá chúng thường tồn tại ở dạng ít tan, được chuyển hóa thành dạng tan do có phản ứng khử Mn(IV) về Mn(II). MnO2 + CO2 + 2e → MnCO3 MnO2 + {CH2O} + CO2 + H2O → Mn(HCO3)2 + 2H+ MnCO3 + CO2 + H2O → Mn(HCO3)2 Mangan bicacbonat hoà tan là trạng thái phổ biến của nước ngầm. Hàm lượng mangan trong nước tự nhiên trung bình là 0,58mg/l, hàm lượng này còn phụ thuộc vào nguồn nước và địa chất các khu vực nước chảy qua. Với hàm lượng mangan tồn tại trong nước nhỏ, chúng không gây nhiều ảnh hưởng đến sức khỏe con người, không gây ung thư, tuy nhiên các ion Mn2+ thường có vị tanh và tạo ra cặn bẩn màu nâu khi bị oxi hóa, làm đục nước, làm ảnh hưởng đến các sinh hoạt trong đời sống. Với các nguồn nước ngầm tại các vùng bị ô nhiễm có hàm lượng mangan cao thì có thể gây ra nhiễm độc kim loại. 1.2.3. Asen trong nước ngầm Trong nước ngầm, asen tồn tại ở các trạng thái hóa trị +3 và +5 ở dạng vô cơ (axit arseno H3AsO3, axit arsenic H3AsO4), hoặc As- hữu cơ. Dạng hữu cơ chỉ chiếm 1 phần nhỏ tổng lượng asen trong nước ngầm. Trong điều kiện khử của nước ngầm, asen chủ yếu ở trạng thái hóa trị +3. Asen là một nguyên tố có độc tính cao. Độc tính của asen phụ thuộc vào trạng thái hóa trị, dạng tồn tại của nó. Trong đó, 5
  16. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp asen vô cơ độc hơn asen hữu cơ, As(III) độc hơn As(V). Asen có thể gây độc ở liều lượng rất nhỏ và ảnh hưởng đến hầu hết các cơ quan trong cơ thể. Sự phân bố rộng rãi của nguyên tố asen được bắt đầu từ quá trình địa hóa. Điều này có nghĩa nồng độ của asen gia tăng khi càng xuống sâu dưới các tầng đất hoặc mạch nước ngầm. Hai môi trường có khả năng tích tụ nồng độ asen cao đó là tại khu vực vũng, vịnh cạn ở miền khí hậu khô hạn đến bán khô hạn, và tại những tầng nước ngầm có tính khử mạnh, thường gặp ở vùng chứa nhiều lắng cặn phù sa nhiều sulphat. Các tầng lớp lắng cặn mỏng ở địa vực thấp, nơi có độ nghiêng thủy vực thấp, là khu vực đặc trưng chứa nhiều asen trong mạch nước ngầm. Ở dưới tầng đất ngầm, asen thường xuất hiện nhiều trong các hỗn hợp khoáng tạo đá (VD: o-xit sắt, đất sét, hoặc các hỗn hợp khoáng sunfit). Rất nhiều Asen bị kết dính trong các hỗn hợp khoáng pirit ở lưu vực phù sa. Đáng chú ý là trong quá trình bơm nước lên từ những khu vực giếng sâu làm hạ thấp mực nước ngầm, oxy theo đó sẽ xâm nhập vào thúc đẩy quá trình oxy hóa khoáng pyrite. Quy trình phản ứng ôxy-hóa khoáng pyrite cũng đồng nghĩa với việc giải phóng nguyên tố asen vào môi trường nước. Quy trình các phản ứng oxy hóa diễn ra: + ở dạng ion: FeAsS + O2 + H2O → H2AsO4- + H3AsO3 + SO42- + H+ + FeOOH + ở dạng hoàn chỉnh: FeAsS + O2 + H2O → H3AsO4 + H3AsO3 + H2SO4 + FeOOH Trong công nghiệp, asen gặp trong ngành luyện kim, xử lý quặng, sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, thuộc da. Asen thường có mặt trong thuốc trừ sâu, diệt nấm, diệt cỏ dại. Asen đi vào đất, nước bề mặt và xâm nhập dần xuống các tầng sâu hơn của nước ngầm. Hoặc qua các hoạt động khoan xây dựng, khoan giếng, khoan thăm dò làm phá vỡ các cấu trúc lớp địa chất làm nước bề mặt dễ dàng xâm nhập gây ô nhiễm nước ngầm. Asen xâm nhập vào con người qua con đường nước uống, không khí trong vùng ô nhiễm, nhiễm da do tiếp xúc nhiều liên tục với nguồn nước, không khí ô nhiễm. Vào trong cơ thể con người asen thường tích tụ trong não, các mô da, móng 6
  17. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp tay, tóc, răng, xương và trong các bộ phận giàu biểu mô như niêm mạc vòm miệng, thực quản, dạ dày, ruột non. gây nhiễm độc cấp tính cao. Nhưng sự xâm nhập asen qua đường nước ăn uống mới là nguy hiểm nhất, dù ở mức độ nào đi nữa, vì nó diễn ra hàng ngày, theo con đường tiêu hóa, mà nước trong cơ thể chiếm tỉ lệ cao. Khi tích tụ trong cơ thể như vậy, thì nó tác động gây ra bệnh. Theo nhiều nhà khoa học asen có thể gây ra tới 19 loại bệnh khác nhau. Nếu bị nhiễm độc asen với liều lượng dù nhỏ nhưng tích tụ trong thời gian dài, sau 5 - 10 năm, sẽ gây: mệt mỏi, buồn nôn, hồng cầu và bạch cầu giảm, Hai loại bệnh phổ biến nhất do asen gây ra là ung thư da và phổi. Nhiều nơi có hội chứng xạm da, sừng hóa bẩm sinh gan bàn chân. Thay đổi sắc tố da, phát sinh các điểm tối điểm sáng trong lòng bàn tay, chân, gây sừng cứng và hoại tử. Tích tụ asen lâu ngày gây nên da mặt xám, rụng tóc, giảm trí nhớ, mạch máu bị tổn thương, bệnh rối loạn nhịp tim, đau mắt, đau tai, bệnh viêm dạ dày và ruột, làm kiệt sức, gây mụn lóet, bệnh ung thư, bệnh gây cảm giác về sự di động bị rối loạn, bệnh tiểu đường. Người uống nước ô nhiễm arsen lâu ngày sẽ có triệu chứng các đốm sẫm màu trên thân thể hay đầu các chi, niêm mạc lưỡi hoặc sừng hóa da, gây sạm và mất sắc tố. Nguồn nước bị nhiễm asen dù nhỏ cũng ảnh hưởng đến sức khỏe các bà mẹ, làm động thai ảnh hưởng đến thai nhi, và gây ra những bệnh phổi ác tính, những tác động xấu lên sự phát triển thể chất và trí tuệ của trẻ con mới lớn. Nik Van Larenbeke, một giáo sư người Bỉ, đã cảnh báo trên tờ Het Laatste Nieuws: Do ô nhiễm nên ngày càng có ít bé trai được sinh ra trên thế giới. Nếu nồng độ asen cao trong nguồn nước thì khi uống vào có thể gây ngộ độc cấp tính, gây ung thư, thậm chí có thể chết ngay . Các nhà khoa học còn gọi asen là “sát thủ vô hình”, “thảm họa môi trường”. Tác giả M. Berg trong Luận án TS của mình [12] đã mô tả toàn diện các nghiên cứu của nhóm nghiên cứu VN-TS. Nhóm đã khoan lấy mẫu đất ở 5 vị trí, lấy mẫu nước ở 68 giếng lấy nước độ sâu từ 10-100m (trung bình 38) trên một khu vực 7
  18. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp có diện tích tới 700 km2 ở phía Tây Hà Nội. Các chất nhiễm bẩn thường gặp là Fe, Mn và amôni. Về As các kết quả rất tản mạn (khoảng ghi nhận được là 1– 3000µg/L), khó thiết lập “vùng” cụ thể, giá trị trung bình là 159µg/L và phần đông số mẫu có giá trị cao hơn giá trị được hướng dẫn bởi Tổ chức sức khỏe thế giới (WHO) là 10µg/L. Riêng khu vực nam Hà Nội (cũ) có những giếng có nồng độ asen lên tới trên 500 µg/L ở cả hai bờ sông Hồng. Nước ngầm ở tầng thấp hơn (Pleistocene) có nồng độ asen nằm trong khoảng 15430 µg/L. Tuy nhiên, với kĩ thuật lọc sắt đơn giản ở nông thôn cũng như ở các nhà máy (làm thoáng và lọc cát) nồng độ đã giảm xuống dưới 50 µg/L là mức phù hợp các tiêu chuẩn trước 1993, đây là giá trị mà nhiều quốc gia vẫn áp dụng, tuy nhiên theo WHO nó là ngưỡng nguy hiểm nên đã đề xuất tiêu chuẩn mới là 10 µg/L và cũng là yêu cầu của các TCVN hiện nay. 1.2.4. Amoni trong nƣớc ngầm Amoni có mặt trong nước ngầm là do kết quả của quá trình phân huỷ yếm khí các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên và cũng do các nguồn thải hữu cơ từ các hoạt động của con người. Nồng độ amoni cao từ 1-10 mmol/L đã được tìm thấy ở các tầng chứa nước bị nhiễm bẩn do sự rò rỉ từ trong đất và trong các hoạt động thải nước thải nồng độ amoni cao. Đã có nhiều công trình khoa học sử dụng kỹ thuật đồng vị kết hợp với các phương pháp khác để nghiên cứu về ngồn gốc ô nhiễm amoni cũng như sự di chuyển của chất này từ trong môi trường đất vào nước ngầm thông qua các quá trình biến đổi các hợp chất nitơ. Nước có thể bị ô nhiễm nitơ (Nitrat/ammoni) từ các nguồn: - Từ khí quyển (từ nước mưa) - Phân bón (Ammoni-Nitrat) - Phân chuồng bón cho cây trồng - Từ chất thải công nghiệp - Từ nước thải sinh hoạt - Từ các hệ thống vệ sinh (công cộng và nhà riêng) 8
  19. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp - Từ những hồ chứa nước thải - Từ chuồng nuôi nuôi gia súc - Từ những nguồn nitơ tại chỗ trong các hợp chất hữu cơ - Từ khoáng chất địa chất Tài liệu Hướng dẫn về chất lượng nước uống của Tổ chức Y tế thế giới cũng như Tiêu chuẩn 1329/2002 (Bộ Y tế) không coi amoni là chất gây nguy hại cho sức khoẻ con người mà xếp vào nhóm các chất có thể làm người dùng nước than phiền vì lý do cảm quan (mùi , vị). Tuy nhiên, amoni lại là yếu tố gây cản trở trong công nghệ xử lý nước cấp thể hiện ở hai khía cạnh. Thứ nhất, nó làm giảm tác dụng của clo là tác nhân sát trùng chủ yếu áp dụng ở các nhà máy nước (NMN) Việt Nam. Do phản ứng với clo tạo thành monocloamin là chất sát trùng thứ cấp hiệu quả kém clo hơn 100 lần. Thứ hai, amoni cùng với một số vi lượng trong nước (hữu cơ, phốt pho, sắt, mangan…) là “thức ăn” để vi khuẩn phát triển, gây hiện tượng “không ổn định sinh học” của chất lượng nước sau xử lý. Nước có thể bị đục, đóng cặn trong hệ thống dẫn, chứa nước. Nước bị xuống cấp về các yếu tố cảm quan. Đây chính là khía cạnh được giới khoa học các nước phát triển quan tâm nhiều vào những năm 1980-1990 và là cơ sở của phương pháp xử lý - ổn định nước cấp bằng vi khuẩn. Một hiện tượng nữa cần được quan tâm là khi nồng độ amoni trong nước cao, rất dễ sinh nitrit (NO2-). Trong cơ thể động vật, nitrit và nitrat có thể biến thành N - nitroso - là tiền chất có tiềm năng gây ung thư. Mặc dù bằng chứng dịch tễ học chưa đầy đủ về tác hại đối với con người, nhưng Tổ chức Y tế thế giới cũng như Tiêu chuẩn 01:2009/BYT đã đề ra mức giới hạn 3 và 50mg/l đối với nitrit và nitrat tương ứng nhằm ngăn ngừa bệnh mất sắc tố máu (methaemoglobinaemia) đối với trẻ sơ sinh dưới 3 tháng tuổi. Các hợp chất nitơ trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho người sử dụng nước. Nitrat tạo ra chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo nên những nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở người cao tuổi. Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat vào sữa mẹ, hoặc qua nước dùng để pha sữa. Sau khi vào cơ thể, nitrat được chuyển hoá nhanh thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột. Nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khoẻ con người. Khi tác 9
  20. Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo thành các hợp chất chứa nitơ gây ung thư. 1.3. Xử lí Fe trong nƣớc ngầm 1.3.1. Nguyên tắc xử lí sắt Trong nước ngầm sắt tồn tại ở dạng sắt(II): Fe(OH)+, FeHCO3-, Fe(II)HA, Fe(II)-FA . Nếu loại bỏ sắt(II) bằng cách tạo kết tủa Fe(OH)2 thì phải nâng pH để tạo kết tủa, khả năng kết tủa của hidroxit sắt (II) kém hơn của hidroxit sắt (III). Do đó thông thường trong xử lí sắt sẽ oxi hóa thành sắt (III) bởi oxi trong không khí để oxi hóa thành sắt(III). Sắt(III) sinh ra bị thủy phân tạo thành sắt oxyhidroxit (FeOOH) ở dạng bông keo, dạng này dễ dàng kết tủa và lắng xuống. Sau khi lắng có thể tiến hành lọc để loại bỏ hoàn toàn kết tủa này. 1.3.2. Cân bằng của sắt trong nước Trong nước sắt nằm trong những cân bằng phức tạp tùy theo điều kiện, chủ yếu là hai yếu tố pH và trạng thái oxi hóa – khử của dung dịch (thể hiện qua thế oxi hóa EH) quyết định đến trạng thái tồn tại của sắt, thể hiện ở hình 1.5. Ở pH = 7, nước ngầm có EH< 0 nên sắt chỉ có thể tồn tại ở dạng Fe2+ tan ứng với Fe(HCO3)2. Nếu nâng pH nhưng không cấp chất oxi hóa thì sẽ tạo kết tủa Fe(OH) 2 theo phương trình: Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2↓ (2.1) Nếu giữ nguyên pH, cung cấp thêm oxi vào để nâng EH (thế oxi hóa của O2 vào khoảng 0,401V) thì Fe2+ sẽ chuyển thành Fe(OH)3 theo phản ứng: 4Fe2+ + 8OH- + O2 + 2H2O → Fe(OH)3↓ (2.2) Việc tăng EH bằng cách cung cấp oxi không khí dễ dàng và không tốn kém như việc nâng pH là cơ sở của công nghệ xử lí sắt trong nước ngầm bằng kĩ thuật làm thoáng. 10
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.09: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Quản Trị Kinh Doanh
81 tài liệu
1637 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2