Mô hình xử lý Arsen trong nước ngầm áp dụng cho cấp nước tập trung tại Xã Tân Long, Huyện Thanh Bình Tỉnh Đồng Tháp

1 MÔ HÌNH XỬ LÝ ARSEN TRONG NƯỚC NGẦM ÁP DỤNG CHO CẤP NƯỚC TẬP TRUNG TẠI XÃ TÂN LONG, HUYỆN THANH BÌNH TỈNH ĐỒNG THÁP Đặng Ngọc Chánh*, Nguyễn Trần Bảo Thanh*, Nguyễn Đỗ Quốc Thống* TÓM TẮT Đặt vấn đề: Hiện tượng nước ngầm nhiễm asen đã có từ lâu nhưng không được điều tra và khuyến cáo kịp thời nên người dân vẫn sử dụng cho ăn uống hằng ngày mà không ý thức tính nguy hại tiềm tàng đến sức khỏe. Vì vậy, tiến hành nghiên cứu: “Xây dựng mô hình xử lý asen trong nước ngầm áp dụng cho cấp nước tập trung tại xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp” nhằm giảm thiểu tác hại của asen và cung cấp nguồn nước sạch, an toàn cho người dân với chi phí xử lý thấp nhất. Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng mô hình xử lý nước ngầm ô nhiễm asen áp dụng cho hộ gia đình vùng nông thôn khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Đánh giá hiệu quả của mô hình xử lý asen áp dụng cho hộ gia đình. Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu ứng dụng: Xây dựng mô hình xử lý asen áp dụng thực tế và khảo sát đánh giá hiệu quả của mô hình. Chọn xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp – nơi có trạm cấp nước tập trung dưới 500 người có nguồn nước từ nước giếng bị ô nhiễm asen với hàm lượng 500 ppb. Kết quả nghiên cứu: Đánh giá các chỉ tiêu lý hóa nước: Mẫu nước giếng khoan sau khi xử lý có các chỉ tiêu lý hóa được phân tích đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống do Bộ Y tế ban hành. Đánh giá các chỉ tiêu kim loại nặng và độc chất trong nước: Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu kim loại nặng đạt trên 99%, hiệu quả xử lý sắt là 99,53%, asen là 100%; các kim loại nặng khác, phenol và PAHs không có xuất hiện trong mẫu sau xử lý. Kết luận: Mô hình xử lý asen trong nước ngầm áp dụng phương pháp oxy hoá kết hợp keo tụ tạo bông, lắng và lọc cho kết quả đánh giá như sau: - Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu lý hóa trên 90%. Hiệu quả xử lý loại bỏ sắt của hệ thống xử lý là 99,53%, đặc biệt hiệu quả xử lý asen đạt 100%. - Chi phí xử lý 1 m3 nước là 2.612 đồng.  Từ khóa: mô hình xử lý asen, asen trong nước ngầm. * Khoa Sức khỏe môi trường, Viện Vệ sinh Y tế Công cộng Tp.HCM Tác giả liên lạc: Ths. Đặng Ngọc Chánh ĐT: 0903704532 Email: dangngocchanh@ihph.org.vn 2 ABSTRACT THE MODEL OF PROCESSING ARSEN IN THE UNDERGROUND WATER APPLIED FOR THE WATER SUPPLY AT TAN LONG COMMUNE, THANH BINH DISTRICT, DONG THAP PROVINCE Dang Ngoc Chanh, Nguyen Tran Bao Thanh, Nguyen Do Quoc Thong. Background: Arsen-contaminated underground water was a phenomenon that has existed for years but still not be investigated and properly recommended for public, so they still use arsen- contaminated underground water without awareness of potential risks from this kind of water supply. Therefore, this study was conducted to identify a proper model of processing arsen-contaminated underground water applied for the water supply at Tan Long Commune, Thanh Binh District, Dong Thap Province. The findings were used to minimize the harmful effects of arsen and supply clean and safe water for local people with lowest processing cost. Objectives: Formulate a proper model of processing arsen-contaminated underground water and apply this model for the rural households in the Mekong Delta area. The effectiveness of the model was also assessed in this study. Method: This was an applied study in which a model of processing arsen was made and its effectiveness was also assessed. The study was conducted at Tan Long Ward, Thanh Binh District, Dong Thap Province, where the water supply that provided water for approximately 500 people contaminated with 500 ppb arsen. Results: Assessing the physicochemical parameters: The water samples from the drilling wells, after being processed, had the physicochemical parameters meeting the national technical standards issued by the Ministry of Health. Assessing the heavy metal criteria and the toxicants in water: The effectiveness of processing heavy metal, iron and arsen were significant high (over 99%, 99.53%, and 100%, respectively). After processing, there was no existence of heavy metals, phenol and PAHs in the samples. Conclusion: The model of processing arsen-contaminated underground water that utilized the oxidization method in combination with flocculation, accumulation and filtering obtained following results: - The effectiveness of processing physicochemical criteria was over 90%, of excluding iron was 99.53%, and of arsen was 100%. - The processing cost per 1m3 was 2,612 VND. ĐẶT VẤN ĐỀ Theo báo cáo của Cục Y tế Dự phòng – Bộ Y tế (2008), hiện nay tại Việt Nam số người có nguy cơ mắc bệnh do tiếp xúc với asen đã lên tới 17 triệu người (chiếm 21,5% dân số Việt Nam)(1). Hiện 3 tượng nước ngầm nhiễm asen đã có từ lâu nhưng không được điều tra và khuyến cáo kịp thời nên người dân vẫn sử dụng cho ăn uống hằng ngày mà không ý thức tính nguy hại tiềm tàng đến sức khỏe. Theo nghiên cứu của Đỗ Trọng Sự (1997), hàm lượng arsen trong nước ngầm ở một số vùng ở miền Bắc là 0,001 – 0,32 mg/l và ở một số nơi như Việt Trì, Hà Nội, Hải Phòng có hàm lượng arsen trong nước từ 0,014 – 0,034 mg/l(3). Một nghiên cứu khác của Lê Hoàng Ninh (2005 - 2006) hợp tác với Unicef cho kết quả như sau: tỉnh Long An có 420 mẫu (8,61%); Đồng Tháp có 369 mẫu (12,47%); An Giang có 545 mẫu (20,18%); Kiên Giang có 115 mẫu (3,79%) có hàm lượng asen vượt mức tiêu chuẩn cho phép là 10 ppb(4). Năm 2008, Viện Vệ sinh Y tế Công cộng Tp.HCM phối hợp với Cục YTDP&MT tiến hành nghiên cứu “Ảnh hưởng của ô nhiễm asen trong nước ngầm đến sức khỏe cộng đồng tại tỉnh Đồng Tháp và Tiền Giang”. Tại xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp số mẫu tóc phân tích có hàm lượng asen vượt tiêu chuẩn là 108 mẫu chiếm tỷ lệ 48% và xã Tân Huề, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp là 60 mẫu chiếm tỷ lệ 33%(5). Vì vậy, vấn đề nghiên cứu “Xây dựng mô hình xử lý asen trong nước ngầm áp dụng cho cấp nước tập trung tại xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp” là hết sức cần thiết. Đề tài được thực hiện nhằm góp phần đa dạng hóa các phương pháp xử lý asen trong nước, đồng thời giảm thiểu tác hại của asen và cung cấp nguồn nước sạch, an toàn cho người dân với chi phí xử lý thấp nhất. Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng mô hình xử lý nước ngầm ô nhiễm asen áp dụng cho hộ gia đình vùng nông thôn khu vực đồng bằng sông Cửu Long; Đánh giá hiệu quả của mô hình xử lý asen áp dụng cho hộ gia đình. ĐỐI TƯỢNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Trạm cấp nước tập trung khu vực nông thôn có nguồn nước ngầm bị nhiễm asen. Địa bàn nghiên cứu Chọn xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp – nơi có trạm cấp nước tập trung dưới 500 người có nguồn nước ngầm bị ô nhiễm asen với hàm lượng 500 ppb (0,5 mg/l). Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng: Xây dựng mô hình xử lý asen áp dụng thực tế và đánh giá hiệu quả của mô hình. Nghiên cứu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm Chọn lựa hóa chất Có rất nhiều hợp chất oxy hóa có thể lựa chọn sử dụng cho nghiên cứu: Cloramin B, bột Cloramin, clorua vôi, các hợp chất chứa clo, KMnO4, oxalic, brom, iod,... Sau khi xem xét tính chất hóa học và 4 khả năng áp dụng thực tế. Nhóm nghiên cứu chọn Clorua vôi vì đây là hợp chất oxy hóa mạnh và có khả năng ổn định pH của nước, dễ tìm trên thị trường. Các hợp chất keo tụ thông dụng gồm: phèn nhôm, phèn sắt, PAC, polymer anion, polymer cation,... Trong số các hợp chất kể trên, phèn PAC có khả năng keo tụ trong điều kiện khoảng pH rộng, không ảnh hưởng đến chất lượng nước sau khi keo tụ. Xác định lượng Clorua vôi tối ưu Bảng 1: Kết quả thử nghiệm xác định lượng Clorua vôi tối ưu Lượng Clorua vôi cần thiết (mg) Hàm lượng As chuẩn (mg/l) 20 25 100 150 200 300 0,10 - + + + + + 0,20 - - + + + + 0,30 - - - + + + 0,40 - - - - + + 0,60 - - - - + + 0,80 - - - - - + 1,00 - - - - - + 1,20 - - - - - + 1,40 - - - - - + 1,60 - - - - - + 2,00 - - - - - + Ghi chú: (-): As (III) không chuyển hóa thành As (V). (+): As (III) chuyển hóa hoàn toàn thành As (V). Các thử nghiệm được tiến hành 3 lần để khẳng định độ chính xác. Kết quả thử nghiệm cho thấy, với hàm lượng asen trong nước từ 0,10 – 2,00 mg/l thì 300 mg clorua vôi sẽ chuyển hóa hoàn toàn As (III) thành As (V) và hàm lượng clo dư trong nước sau 10 phút là 0,30 mg/l, đáp ứng theo QCVN 01:2009/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống. Xác định lượng phèn PAC tối ưu Thực hiện thí nghiệm Jartest để xác định lượng phèn tối ưu. Bảng 2: Kết quả thử nghiệm lượng phèn PAC tối ưu Lượng phèn PAC cho vào (mg) Thời gian keo tụ (phút) 20 50 100 200 1 - - - + 2 - - - - 3 - - - - 4 - - - - 5 - - - - Dựa vào bảng kết quả thí nghiệm, chọn lượng phèn PAC cần sử dụng là 200 mg (ứng với 1 lít nước).  5 Khảo sát địa điểm Địa điểm khảo sát: chọn xây dựng mô hình xử lý asen tại hộ Nguyễn Văn Minh với quy mô cấp nước cho gia đình và khoảng 20 hộ người dân sử dụng xung quanh tại xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp. Hộ gia đình cam kết cộng tác thực hiện các nội dung nghiên cứu đề tai đưa ra. Hiện trạng: nguồn nước thô dùng cấp nước là nước từ giếng khoan được bơm lên bể chứa và cấp cho các hộ dân xung quanh, không qua xử lý. Lấy mẫu, phân tích mẫu nước đánh giá trước can thiệp với các chỉ tiêu phân tích: màu sắc, độ đục, sunfate, pH, độ cứng tổng cộng, clorua, sắt tổng số, chỉ số permanganate, amoni, mangan, nitrite, nitrate, nhôm, crom, kẽm, đồng, phenol, asen, chì, cadimi, thủy ngân, PAHs. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước: Áp dụng QCVN 01:2009/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống do Bộ Y tế ban hành(2). Phương án xây dựng mô hình xử lý Asen cho trạm cấp nước Kết quả phân tích mẫu nước giếng khoan trước can thiệp cho thấy, mẫu nước giếng khoan có các chỉ tiêu: màu sắc, độ đục, hàm lượng sắt tổng số, hàm lượng amoni và hàm lượng asen vượt quá giá trị giới hạn cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT. Cụ thể, hàm lượng asen trong nguồn nước ngầm khảo sát là 0,453 mg/l, vượt tiêu chuẩn cho phép 45,3 lần (Hàm lượng asen trong nước theo QCVN 01:2009/BYT là 0,01 mg/l). Từ kết quả phân tích mẫu nước trước can thiệp, nhóm nghiên cứu đề ra phương án xây dựng mô hình xử lý asen cho trạm cấp nước tại hộ Nguyễn Văn Minh với sơ đồ công nghệ như sau: Hình 1: Sơ đồ công nghệ xử lý arsen cho trạm cấp nước tập trung Nước giếng khoan bị nhiễm Asen Giàn mưa Bể chứa Bể keo tụ kết hợp lắng 2 cột lọc áp lực Nước sau xử lý đạt QCVN 01:2009/BYT Ca(OCl)2 PAC Nước rửa lọc Cặn lắng Ghi chú: Đường đi của hóa chất Đường đi của nước 6 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN Đánh giá các chỉ tiêu lý hóa nước Hình 2: Kết quả đánh giá chỉ tiêu pH của nước Kết quả hình 2 cho thấy, mẫu nước giếng khoan có chỉ tiêu pH trước và sau xử lý không có sự khác biệt, pH của nước ổn định, nước có tính trung tính, đạt giá trị giới hạn theo quy định của QCVN 01:2009/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống 0 20 0.35 10 0 0 22 240 7 140 0.3 0.2 0.1 59.5 0 0 2.11 0.02 0 50 100 150 200 250 Màu Đục Sunphate Cứng Clorua Độ oxy hóa Amoni Nitri t Nitrat Trước xử lý Sau xử lý Hình 3: Đánh giá chất lượng các chỉ tiêu lý hóa nước 7 Chỉ tiêu lý hóa khảo sát đánh giá chất lượng nước trước và sau xử lý gồm có: màu sắc, độ đục, sunphat, độ cứng tổng cộng, clorua (độ mặn), độ oxy hóa (Chỉ số permanganate), amoni, nitrit và nitrat. Mẫu nước giếng khoan trước xử lý có chỉ tiêu màu sắc, độ đục, hàm lượng amoni lớn hơn giá trị giới hạn của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT. Mẫu nước giếng khoan sau khi xử lý có các chỉ tiêu lý hóa được phân tích đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống do Bộ Y tế ban hành. 0 50 100 150 200 250 300 Màu Đục Cứng Clorua Amoni H àm lư ợ ng (m g/ l) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 H iệ u qu ả xử lý (% ) Trước xử lý Sau xử lý Hiệu quả xử lý Hình 4: Đánh giá hiệu quả xử lý các chỉ tiêu lý hóa nước So sánh kết quả phân tích cho thấy, mẫu nước trước xử lý có chỉ tiêu màu sắc, độ đục, amoni có giá trị lớn hơn tiêu chuẩn nhưng sau khi qua hệ thống xử lý giá trị của các chỉ tiêu trên đều thấp hơn so với tiêu chuẩn. Đồng thời, hệ thống xử lý còn có khả năng loại bỏ được độ cứng và độ mặn của nước. Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu lý hóa là trên 90%. Cụ thể, hiệu quả xử lý chỉ tiêu màu sắc là 100%, độ đục là 96,5%, amoni là 90,83%, độ cứng là 95% và độ mặn của nước là 99,83%. Đánh giá các chỉ tiêu kim loại nặng và độc chất trong nước Mẫu nước giếng khoan trước xử lý có hàm lượng sắt tổng số và hàm lượng arsen lớn hơn giá trị giới hạn của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống – QCVN 01:2009/BYT. Trong đó, hàm lượng sắt tổng số là 4,29 mg/l vượt tiêu chuẩn cho phép đến 14,3 lần. Hàm lượng arsen trong nguồn nước ngầm là 0,453 mg/l vượt tiêu chuẩn 45,3 lần (QCVN 01:2009/BYT quy định hàm lượng asen là 0,01 mg/l). Các chỉ tiêu kim loại nặng khác (Mn, Al, Cr, Zn, Cu, Pb, Cd và Hg), phenol và PAHs không phát hiện thấy trong nguồn nước giếng khoan khảo sát. 8 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Fe Mn Cr Zn Cu As Pb Cd Hg Phenol PAHs H àm lư ợ ng (m g/ l) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 H iệ u qu ả xử lý (% ) Trước xử lý Sau xử lý Hiệu quả xử lý Hình 5: Đánh giá chất lượng các chỉ tiêu kim loại nặng và độc chất của nước Sau khi qua hệ thống xử lý, hàm lượng kim loại nặng và độc chất trong nguồn nước được xử lý triệt để, hàm lượng sắt trong nước còn lại là 0,02 mg/l, asen và các kim loại nặng khác cũng không phát hiện thấy trong nguồn nước sau khi xử lý. Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu kim loại nặng đạt trên 99%, hiệu quả xử lý sắt là 99,53%, asen là 100%, các kim loại nặng khác, phenol và PAHs không có xuất hiện trong mẫu sau xử lý – hoá chất sử dụng cho xử lý nước là an toàn. Như vậy, nguồn nước giếng khoan sau khi được xử lý đảm bảo an toàn về mặt hóa học, thỏa mãn các nhu cầu về nước ăn uống phục vụ sinh hoạt của các đối tượng dùng nước, đồng thời có đủ các thành phần khoáng chất cần thiết cho việc bảo vệ sức khỏe người dân. 9 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Đầu vào Ngăn 1 Ngăn 2 Ngăn 3 Ngăn 4 Sau khi lọc nước H àm lư ợ ng A s (m g/ l) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 H iệ u qu ả xử lý (% ) Hàm lượng As Hiệu quả xử lý Hình 6: Đánh giá hiệu quả xử lý hàm lượng As trong nước Nguồn nước đầu vào có hàm lượng asen là 0,453 mg/l, sau khi được oxy hóa bằng giàn mưa nước được dẫn chảy vào ngăn 1 (ngăn châm phèn PAC và khuấy trộn). Tại đây hàm lượng asen đo được tại ngăn 1 là 0,40 mg/l. Nước sau ngăn 1 tự chảy qua ngăn 2 (hình thành bông cặn và lắng cặn) hàm lượng asen trong nước tại ngăn 2 còn lại là 0,25 mg/l và hiệu quả xử lý tại giai đoạn này là 44,81%. Sau đó, các bông cặn còn sót lại sẽ va vào vách ngăn và lắng xuống đáy bể tại ngăn thứ 3, hàm lượng asen trong nước tại ngăn 3 đo được là 0,10 mg/l, hiệu quả xử lý tại ngăn này tăng lên là 77,92%. Nước từ ngăn 3 tiếp tục tự chảy sang ngăn 4, kết quả kiểm tra hàm lượng asen trong nước tại ngăn 4 là 0,02 mg/l, lớn hơn giá trị giới hạn cho phép 2 lần. Hiệu quả xử lý ở giai đoạn này là 95,58%. Nước tại ngăn 4 được bơm qua hệ thống cột lọc áp lực, lấy mẫu nước sau khi qua hệ thống cột lọc kiểm tra hàm lượng asen, kết quả cho thấy không có sự hiện diện của arsen trong mẫu nước. Hiệu quả xử lý đạt 100%. Hình 7: Mô hình công nghệ xử lý asen cho trạm cấp nước 10 KẾT LUẬN pH của nguồn nước ngầm trước và sau khi xử lý đều mang tính chất trung tính, giá trị pH của nước không có sự khác biệt, pHtrước xử lý = 7,70; pHsau xử lý = 7,48. Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu lý hóa (màu sắc, độ đục, sunphat, độ cứng tổng cộng, clorua (độ mặn), độ oxy hóa (Chỉ số permanganate), amoni, nitrit và nitrat) là trên 90%. Bên cạnh đó, mô hình xử lý còn có khả năng loại bỏ độ cứng và độ mặn của nước. Cụ thể, hiệu quả xử lý chỉ tiêu màu sắc là 100%, độ đục là 96,5%, amoni là 90,83%, độ cứng là 95% và độ mặn của nước là 99,83%. Nguồn nước ngầm trước xử lý có chỉ tiêu sắt và asen lớn hơn giá trị giới hạn của QCVN 01:2009/BYT, nhưng sau khi được xử lý hàm lượng các kim loại này được xử lý triệt để. Đồng thời, các kim loại nặng khác (Mn, Al, Cr, Zn, Cu, Pb, Cd và Hg), phenol và PAHs không phát hiện thấy trong nguồn nước sau khi qua hệ thống xử lý. Hiệu quả xử lý loại bỏ sắt của hệ thống xử lý là 99,53%, đặc biệt hiệu quả xử lý asen đạt 100%. Chi phí xử lý 1 m3 nước là 2.612 đồng, đây là giá thành xử lý nước thấp, chấp nhận được đối với hộ gia đình nông thôn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bộ Y tế (2008), Tình hình ô nhiễm asen trong nước ngầm, Hà Nội. 2. Bộ Y tế (2009), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống, số QCVN 01:2009/BYT, Hà Nội. 3. Đỗ Trọng Sự (1997), Báo cáo hiện trạng ô nhiễm nguồn nước bởi Arsen ở Hà Nội và một số vùng phụ cận, Viện nghiên cứu địa chất và khoáng sản. 4. Lê Hoàng Ninh (2006), Khảo sát ô nhiễm asen trong nước ngầm tại 4 tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, nhà xuất bản y học 5. Lê Hoàng Ninh (2010), Ô nhiễm Arsen trong nước ngầm tại các tỉnh khu vực đồng bằng sông Cửu Long, nhà xuất bản y học.