Tiểu luận: Xử lý Asen trong nước ngầm

Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level Click to edit Master title style 1 KHOA MÔI TRƯỜNG Học phần: KỸ THUẬT CẤP NƯỚC ĐÔ THỊ ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM GVHD: Đặng Thị Thanh Lộc SVTH: Trần Văn Công Nguyễn Tâm Hiễn Ngô Văn Quang NỘI DUNG TRÌNH BÀY TỔNG QUAN VỀ ASEN 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM 2 MÔ HÌNH BỂ XỬ LÝ ASEN QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH 5 3 Kỹ thuật xử lý nước thiên nhiên 1. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ As. Arsenic (As) là một nguyên tố có trong tự nhiên và ở trên bề mặt của vỏ trái đất Là một kim loại nặng. As tinh khiết có màu xám và ở dạng tinh thể rắn. Nhiều hợp chất As có thể hoà tan trong nước, dễ bị hút bám bởi sắt và mangan, phản ứng với đất sét. Điều này giải thích tại sao As được tìm thấy trong các lớp trầm tích (cặn) Arsenic được sử dụng làm thuỷ tinh, chất bán dẫn, thuốc trị bệnh, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm. As ở các hóa trị khác nhau: As(V) (AsO4)-3 và As(III) (AsO3), hiếm hơn As(II) (AsS). As có 140 khoáng vật độc lập, trong đó quan trọng nhất là acsenopirit (FeAsS), reanga (AsS) và ocpimen (AsS3). Ngoài ra As còn có mặt trong các khoáng vật khác như pyrit, v.v… Nguồn cấp As chủ yếu trong môi trường là các mỏ, các đá và khoáng vật chứa As cũng như hoạt động núi lửa.. Quá trình khử keo hydroxyt Fe+3 hoặc oxy hoá các khoáng vật chứa As trong trầm tích thường là nguồn cấp As cho nước ngầm như đối với vùng Hà Nội và vùng tây Bengac. Trong tự nhiên TÁC HẠI CỦA ASEN Oxit của Asen hóa trị III (As2O3). Là một chất rất độc, độc gấp 4 lần thủy ngân. Asen tác động xấu đến hệ tuần hoàn, hệ thần kinh. Và gây ra nhiều bệnh như: rụng tóc, buồn nôn, sút cân, ung thư, giảm trí nhớ... Asen làm thay đổi cân bằng hệ thống enzim của cơ thể, As có khả năng ung thư với hàm lượng (% trọng lượng) As trong cơ thể người 1,8.10-5. Theo TCVN 5502:2003 cho nước cấp sinh hoạt hàm lượng As trong nước là 0,01 mg/l hay 10 ppb (phụ lục TCVN 5502:2003). (cho As2O3; As2O5) Khu vực ô nhiễm Arsen Nồng độ ô nhiễm (mg/l) Nam Iowa và Tây Missouri của Mỹ 0,034- 0,490 Hungary 0,001- 0,174 Tây-Nam Phần Lan 0,017- 0,98 Mexico 0,008- 0,624 Tây Nam Đài Loan 0,671 Tây Bengal Ấn Độ 0,193 - 0,737 Phân bố và nồng độ nhiễm asen một số khu vực trên thế giới Hiện nay, những số liệu thu thập được cho thấy sự ô nhiễm asen ở miền Bắc cao hơn miền Nam.Đáng chú ý là cả vùng đồng bằng sông Hồng đều nằm trong tình trạng đáng lo ngại về mức độ ô nhiễm asen. Các tỉnh có nguồn nước nhiễm asen cao là Hà Nam, Hà Nội, Hải Dương. Việt Nam đã được đánh dấu trên bản đồ ô nhiễm asen của thế giới. 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM Phương pháp keo tụ - kết tủa Phương pháp hấp phụ Phương pháp làm mềm nước kết hợp loại bỏ As bằng vôi Phương pháp lọc màng Phương pháp oxy hóa Phương pháp sinh học Phương pháp trao đổi ion 2.1 KEO TỤ - KẾT TỦA Kỹ thuật xử lý nước thiên nhiên 10 Cơ chế: Phương pháp này dựa trên cơ chế chuyển hóa các hợp chất As (III) lên As (V) (oxy hóa) keo tụ và lắng xuống khi bị các hợp chất keo tụ (muối sắt, muối nhôm, hydroxyt sắt, hydroxyt nhôm,…) hấp phụ và lắng xuống đáy bể, hay hấp phụ và bị giữ lại trên bề mặt hạt cát trên bể lọc. Hoạt động Ưu điểm: Phương pháp này cho phép loại bỏ 50 - 80% Asen có trong nước ngầm mạch sâu Nhược điểm: Tạo ra lượng cặn lớn. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ là pH, nồng độ chất keo tụ, thời gian tiếp xúc với chất keo tụ,… 2.2 OXY HÓA Cơ chế: Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh (Chlorine,Permaganate, ozone, oxy, điện hóa, quang hóa,…) để chuyển hóa As (III) thành As(V), sau đó sự dụng phương pháp keo tụ, kết tủa, hấp phụ để loại bỏ nó ra khỏi nước. Oxy hóa bằng permaganate Oxy hóa bằng ozone Hoạt động: Oxy hóa bằng chlorine 2.3 LỌC MÀNG Cơ chế: 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). Hydroxyt Fe(III) sẽ được hấp phụ trên bề mặt các hạt cát và tạo thành một lớp hấp phụ mỏng. Arsen (V) và Arsen(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 Arsen Hoạt động: 2.4 LÀM MỀM NƯỚC KẾT HỢP LOẠI BỎ AS BẰNG VÔI Các biện pháp làm mềm nước có thể làm giảm lượng Arsen đáng kể. phương pháp này phụ thuộc vào các yếu tố: Tỉ lệ hàm lượng As(V)/As(III), trạng thái oxi hoá của As, pH của nước. Tuy nhiên phải có giai đoạn ổn định hoá nước trước khi sử dụng. Ca2+ + AsO43- → Ca3(AsO4)2 Ca2+ + AsO33- → Ca3(AsO3)2 2.5 HẤP PHỤ Cơ chế: As có thể được hấp phụ lên bề mặt của các vật liệu dạng hạt, hạt sét hay vật liệu gốc xenlulo như: Than hoạt tính, than hoạt tính đã xử lý bằng một số hợp chất kim loại như oxit sắt, oxít titan, oxít silic, oxyt mangan,… Vật liệu dùng để hấp phụ: Nhôm hoạt tính Laterite (đất axit có màu đỏ) Sắt (III) phosphate Sắt kết hợp với chlorine Hydroxyt sắt Hoạt động 2.6 TRAO ĐỔI ION Cơ chế: Có thể loại bỏ các ion Asenate (As (V)) trong nước bằng phương pháp trao đổi ion với vật liệu trao đổi gốc anion axit mạnh (Cl-) hoặc anion bazơ mạnh (OH-). Loại vật liệu trao đổi ion này có ưu điểm là có thể sử dụng dung dịch muối đậm đặc NaCl hoặc NaOH để hoàn nguyên hạt trao đổi ion đã bão hòa Arsen. Hoạt động: R- Cl + H2AsO4- → R-H2AsO4 + Cl- 2R- Cl + HAsO42- → R2-HAsO4 + 2Cl- R- OH + H2AsO4- → R-H2AsO4 + OH-2R- OH + HAsO42- → R2-HAsO4 + 2OH- Để hoàn nguyên hạt nhựa anions, người ta cho dung dịch muối đậm đặc hoặc HCl: R-H2AsO4 + Cl- → R-Cl + H2AsO4- R2-HAsO4 + 2 Cl- → 2 R-Cl + HAsO42- Dùng sút để hoàn nguyên nhựa có gốc là OH- R-H2AsO4 + OH- → R-OH + H2AsO4- R2-HAsO4 + 2 OH- → 2 R-OH + HAsO42- Ưu điểm: Nồng độ Arsen sau xử lý có thể hạ thấp tới dưới 2 ppb Nhược điểm: Công nghệ tương đối phức tạp, ít có khả năng áp dụng cho từng hộ gia đình đơn lẻ. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi ion khử As như: pH, các ion cạnh tranh, các loại chất trao đổi. 2.7 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Cơ chế: Việc loại bỏ As được tiến hành bằng cách cho nước nhiễm Asen đi qua vật liệu lọc có dòng hướng từ dưới lên có chứa vi sinh (lọc sinh học). Vật liệu lọc ở đây là nhựa. Vi khuẩn sau 3 tháng thì tích lũy thành màng trong cột lọc.Tiến trình oxy hóa diễn ra đồng thời với việc lớp màng sinh học ngày càng dày lên. Việc hình thành màng làm tăng khả năng xử lý các hợp chất chứa sắt. Hoạt động: Đầu tiên Fe(II) bị oxy hóa chuyển thành Fe (III) dưới xúc tác của của vi khuẩn. Fe (III) tạo thành bám vào vật liệu lọc và hấp phụ để loại bỏ As (V) As hiện diện trong nước ngầm và bị oxy hóa thành As (V) dưới tác dụng của vi khuẩn Và As (V) bị sắt (III) hấp phụ theo phản ứng: 3. MÔ HÌNH BỂ XỬ LÝ ASEN QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH Bể lọc Arsen được cải tiến bởi Trung tâm Trung tâm Thông tin - Kinh tế tài nguyên nước có quy mô dành cho hộ gia đình, mục tiêu chính là lọai bỏ Arsen đạt tiêu chuẩn TCVN 5502 – 2003 dành cho nước cấp sinh họat với hàm lượng Asen < 0.01 mg/l. Cấu tạo bể lọc xử lý Arsen 1. Bể chứa 1.5 m x 1 x 0.6 m2. Bể lọc 1m x 0.7 m x 1m3. Các lớp vật liệu lọc bao gồm gạch non (lớp 3) và cát (lớp 4)a. Gạch non  kích thước hạt 1 -2 cm dày 25 cmb. Lớp cát vàng dày khoảng 40 cm c. Lớp cát thô dày 10 cmd. Lớp sỏi to dày 10 cm 4. Giàn phun mưa5. Van xả nước vào bể chứa6. Van xả nước sử dụng7. Van xả đáy của bể chứa8. Bơm9. Rãnh thóat nước10. Nắp tôn Vận hành và bảo dưỡng Vận hành bể lọcCác van mở ở chế độ 1: Đóng tất cả các Van trừ van 6, bơm nước đến khi đầy bể (có nước chảy ở ống chảy tràn), mở van 3, 4 cho nước chảy vào bể chứa. Sử dụng nước đã lọc thông qua van 2. Bảo dưỡng bể lọcCát bẩn có thể được súc rửa 1 tháng/ lần bằng cách• Mở Van 5, các van còn lại đều đóng• Bơm nước đến khi  nước chảy ra ở ống chảy tràn• Đóng van 5, tắt bơm, đợi khỏang 5 phút.• Mở van 4 để nước chảy ra.• Lặp lại các bước trên đến khi nước chảy ra trong. Tài liệu tham khảo