Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước ngầm


 
?&@
!"#
$"%& '(
Đề tài:

Trang 1
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm
2010
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm
2010
Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước ngầm
))
DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH ẢNH
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Ảnh hưởng của kim loại nặng trong nước ngầm đối với sức khỏe
của con người
Bảng 2.2. Quy chuẩn chất lượng nước ngầm (
QCVN

09

:

2008/BTNMT)
Bảng 2.3. Tiêu chuẩn của Bộ Y Tế về giới hạn hàm lượng kim loại nặng
trong nước ăn uống.
DANH MỤC HÌNH

loại nặng trong nước ngầm”
*9:.12;<,=-2;,.><
Xác định một số kim loại nặng trong nước ngầm, nêu lên ảnh hưởng của kim loại
trong nước ngầm đối với môi trường và sức khỏe của con người
*?@2A<,=,=-2;,.><
Tìm hiểu và đưa ra phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước ngầm từ đó rút ra
những đề xuất có hiệu quả nhất.
*B-CDE2,=-2;,.><
Chỉ áp dụng các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước ngầm.
Trang 4
Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước ngầm
9#'
9*FG.,=HDE8IJK,-2LD,FG.,=HD
 -M2,2ND
Nước ngầm là một dạng nước dưới đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm
tích bở rời như cặn, sạn, cát bột kết, trong các khe nứt, hang caxtơ dưới bề mặt trái
đất, có thể khai thác cho các hoạt động sống của con người.
Theo độ sâu phân bố, có thể chia nước ngầm thành nước ngầm tầng mặt và nước
ngầm tầng sâu. Đặc điểm chung của nước ngầm là khả năng di chuyển nhanh
trong các lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình. Nước ngầm tầng
mặt thường không có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt. Do vậy, thành phần và
mực nước biến đổi nhiều, phụ thuộc vào trạng thái của nước mặt. Loại nước ngầm
tầng mặt rất dễ bị ô nhiễm. Nước ngầm tầng sâu thường nằm trong lớp đất đá xốp
được ngăn cách bên trên và phía dưới bởi các lớp không thấm nước. Theo không
gian phân bố, một lớp nước ngầm tầng sâu thường có ba vùng chức năng:
• Vùng thu nhận nước.
• Vùng chuyển tải nước.
• Vùng khai thác nước có áp.
Trang 5
Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước ngầm

lượng thuốc trừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ.
Nước ngầm là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu ở nhiều quốc gia và
vùng dân cư trên thế giới. Do vậy, ô nhiễm nước ngầm có ảnh hưởng rất lớn đến
chất lượng môi trường sống của con người. Các tác nhân gây ô nhiễm và suy thoái
nước ngầm bao gồm:
Các tác nhân tự nhiên như nhiễm mặn, nhiễm phèn, hàm lượng Fe, Mn và một số
kim loại khác.
Các tác nhân nhân tạo như nồng độ kim loại nặng cao, hàm lượng NO
3
-
,
NO
2
-
, NH
4
+
, PO
4
3-
v.v vượt tiêu chuẩn cho phép, ô nhiễm bởi vi sinh vật. Suy
thoái trữ lượng nước ngầm biểu hiện bởi giảm công suất khai thác, hạ thấp mực
nước ngầm, lún đất.
Ngày nay, tình trạng ô nhiễm và suy thoái nước ngầm đang phổ biến ở các
khu vực đô thị và các thành phố lớn trên thế giới. Để hạn chế tác động ô nhiễm và
suy thoái nước ngầm cần phải tiến hành đồng bộ các công tác điều tra, thăm dò trữ
lượng và chất lượng nguồn nước ngầm, xử lý nước thải và chống ô nhiễm các
nguồn nước mặt, quan trắc thường xuyên trữ lượng và chất lượng nước ngầm
99=<Q,=T.U2DVWC2,X,=1YW,=,FG.,=HD
Kim loại nặng là những kim loại có phân tử lượng lớn hơn 52(g) bao gồm

của sắt có hóa trị
(II) là thành phần của các muối hòa tan như là: Fe(HCO
3
)
2
, FeSO
4
… hàm lượng
sắt trong nước ngầm thường cao vá phân bố không đều trong các lớp trầm tích
dưới đất đá sâu.
- Các hợp chất vô cơ hóa trị (II)của ion sắt
Trang 9
Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước ngầm
FeS, FeSO
4
, Fe(HCO
3
)
2
, Fe(OH)
2
, FeCO
3
.v.v.
- Các hợp chất vô cơ của ion sắt hóa trị III:
+ FeCl
3
, Fe(OH)
3
…Trong đó Fe(OH)

(trong
môi trường pH axit đến gần trung tính), HAsO
4
-2
(trong môi trường kiềm). Hợp
chất H
3
AsO
3
được hình thành chủ yếu trong môi trường oxi hóa-khử yếu. Các
hợp chất của Asen với Na có tính hòa tan rất cao. Những muối của Asen với
Ca, Mg và các hợp chất Asen hữu cơ trong môi trường pH gần trung tính,
nghèo Ca 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.
- Trong nước chứa nhiều oxi, Asen tồn tại ở hóa trị (V), rất hiếm ở dạng
Asenat(III). Trong nước chứa ít oxi (giếng ngầm, sâu) Asen tồn tại ở dạng
asenat(III) và Asen kim loại.
Trang 10
Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước ngầm
ZYWD\Y_#
- Crom tồn tại ở hóa trị 6 và hóa trị 3.
- Cr(III) còn có thể kết tủa ở dạng hyđroxit, thường ở dạng dung dịch rắn với
sắt (III) hyđroxit, dạng hóa học thông thường nhất là Cr(VI) tan nhiều trong nước
và ít bị hấp phụ lên bề mặt kết lắng. Cr(III) còn có thể kết tủa ở dạng hyđroxit,
thường ở dạng dung dịch rắn với sắt (III) hyđroxit.
-Crom VI (hóa trị 6) độc hơn Cr III (hóa trị 3).
Z5,=5,\,_
Mangan cũng là nguyên tố hay gặp trong nước ngầm, thường cùng tồn tại với sắt.
Trong đất đá chúng thường tồn tại ở dạng ít tan, được chuyển hóa thành dạng tan
do phản ứng khử và vi sinh vật thâm nhập vào nước ngầm. Nồng độ Mangan tan

Selenium - Se XX - Rụng tóc, móng ngón
tay, chân và vấn đề về tim
mạch.
Antimony -Sb XX - Tăng Cholesterol trong
máu và giảm đường
huyết.
Bari - Ba XX - Tăng huyết áp.
Syanua XX - Nguy hại về hệ thần
kinh.
Crom - Cr XX - Gây dị ứng, mẩn ngứa.
Mangan - Mn X - Chuyển màu nước từ
nâu đen, gây cặn đen và
vị tanh.
Sắt – Fe X - Màu cam đỏ trong nước
có váng sắt, vị tanh.
Flo - F X - Gây xỉn răng, ố vàng.
Đồng – Cu X - Vị tanh, váng màu xanh.
Trang 12
Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước ngầm
Thủy ngân - Hg X - Gây xỉn da, chấm nâu
trong lòng trắng mắt.
Nhôm - Al X -Nước đổi màu, vị tanh.
Kẽm – Zn X - Vị tanh.
Sinh vật có mặt trong môi trường nước ở nhiều dạng khác nhau. Bên cạnh
các sinh vật có ích có nhiều nhóm vi sinh vật gây bệnh hoặc truyền bệnh cho
người và sinh vật. Đáng chú ý nhất là các loại vi khuẩn, siêu vi khuẩn, và ký sinh
trùng gây bệnh như các loại ký sinh trùng gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, sốt rét, siêu
vi khuẩn viêm gan B, siêu vi khuẩn viêm não Nhật Bản, trứng giun.v.v…
* Đối với môi trường
Làm suy thoái nguồn tài nguyên nước ngầm, gây độc môi trường sinh sống

4
)
mg/l 4
5
Amôni (tính theo N)
mg/l
0
6
Clorua (Cl
-
)
mg/l
2
5
7
Florua (F
-
)
mg/l
1
,
8
Nitrit (NO
-
2
) (tính theo N)
mg/l
1
9
Nitrat (NO -3) (tính theo N)

mg/l
0,
17
Đồng (Cu)
mg/l
1
18
Kẽm (Zn)
mg/l
3
19
Mangan (Mn)
mg/l
0
20
Thuỷ ngân (Hg)
mg/l
0,001
21
Sắt (Fe)
mg/l
5
22
Selen (Se)
mg/l
0,
23
Tổng hoạt độ phóng xạ α
Bq/l
0

10 Chì mg/l 0.01
11 Mangan mg/l 0.5
12 Thủy ngân mg/l 0.001
13 Molybden mg/l 0.07
14 Nicken mg/l 0.02
15 Selen mg/l 0.01
Trang 14
Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước ngầm
CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI
NẶNG TRONG NƯỚC NGẦM
Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước ngầm, tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như:
nhu cầu cấp nước, tiêu chuẩn dùng nước, đặc điểm của nguồn nước ngầm, các
điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội…mà chúng ta sẽ lựa chọn công nghệ
xử lý nước ngầm sao cho phù hợp.
?*M.0-Fj,=0-M0klVm
* Phương pháp vật lý.
Quá trình Mục đích
- Làm thoáng
- Lấy oxy từ không khí để oxy hoá Fe
và Mn hoá trị II hoà tan trong nước
- Khử khí CO
2
nâng cao pH của nước để
đẩy nhanh quá trình oxy hoá và thuỷ
phân sắt, Mangan trong dây chuyền
công nghệ khử Sắt và Mangan.
- Làm giàu oxy để tăng thế oxy hoá khử
của nước, khử các chất bẩn ở dạng
khí hoà tan trong nước
Trang 15

hoạt tính
Khử mùi, vị, màu của nước sau khi
dùng phương pháp xử lý truyền thống
không đạt yêu cầu.
Flo hoá nước Nâng cao hàm lượng Flo trong nước
đến 0,6 — 0,9 mg/l để bảo vệ men răng
và xương cho người dùng nước.
Khử trùng nước Tiêu diệt vi khuẩn và vi trùng còn lại
trong nước sau bể lọc.
Ổn định nước Khử tính xâm thực và tạo ra màng bảo
vệ cách ly không cho nước tiếp xúc
trực tiếp với vật liệu mặt trong thành
ống dẫn để bảo vệ ống và phụ tùng trên
ống.
Làm mềm nước Khử ra khỏi nước các ion Ca
2+
và Mg
2+

đến nồng độ yêu cầu.
Khử muối
Khử ra khỏi nước các cation và anion
của các muối hoà tan đến nồng độ yêu
Trang 17
Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước ngầm
• Việc xử lý kim loại nặng trong nước ngầm bằng phương pháp hóa lý – hóa
học và phương pháp vật lý là phù hợp nhất vì các quá trình xử lý đạt hiệu
quả cao, do hàm lượng kim loại nặng trong nước ngầm không lớn mặc
khác kim loại nặng rất khó xử lý bằng phương pháp khác vì nó rất khó bị
oxy hóa. Việc xử lý kim loại nặng chỉ có thể làm giảm hàm lượng của nó

khoáng(cao lanh, bentonite,…) bauxite; hematitefelspat; nhựa tổng hợp trao đổi
anion; than xương; cát bọc một lớp oxyt sắt hoặc đioxyt Mangan MnO
2;
các vật
liệu xenllulo (mùn cưa, bột giấy).
Hiệu suất xử lý của từng loại vật liệu còn phụ thuộc vào việc sử dụng các
chất oxy hóa hỗ trợ quá trình hấp phụ As.
^_kS-o5
Là phương pháp tương đối đơn giản, đưa oxy tác dụng và chiếm lấy điện tử
trong nguyên tử của chất phản ứng. Làm thoáng bằng cách sục không khí vào
nước, có thể oxy hóa As và sắt có trong nước, tạo chất kết tủa FeAsO
4
. Phản ứng
oxy hóa quang hợp là phản ứng oxy hóa xảy ra trong hệ thống hóa hóa học nhờ
năng lượng bức xạ.
p_kS-o5E8VWC2I`q,=,i,=VFg,=X11Yb2\OO_
Sử dụng phản ứng oxy hóa quang hóa As
+3
thành As
+5
nhờ ánh sáng mặt
trời,sau đó tách As
+5
ra khỏi nước nhờ hấp phụ bằng các hạt Fe
+3
. Phản ứng oxy
hóa quang hóa đươc tăng cường hiệu suất nhờ nhỏ thêm vài giọt chanh hoặc nước
vôi đặc,giúp quá trình tạo bông keo Fe
+3
. SORAS có hiệu quả khi hàm lượng sắt

Tóm lại, công cuộc Công nghiệp hoá được gắn với tình trạng ô nhiễm gia tăng. Ô
nhiễm do kim loại nặng trong nước ngầm là một mối đe doạ nghiêm trọng đối với
sức khoẻ nhân dân và sự an toàn của hệ sinh thái. Các chất thải sản xuất, chất thải
sinh hoạt của người và động vật, phân bón hóa học ồ ạt đưa vào môi trường,
theo thời gian ngấm vào lòng đất, tích tụ dần và gây ô nhiễm nguồn nước. Rất
nhiều nguồn nước ngầm hiện nay bị ô nhiễm các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, vi
trùng gây bệnh, kim loại nặng trong đất, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật và không
loại trừ các chất phóng xạ.
Việc xử lý nước ngầm khác nhau trước khi đưa vào sử dụng, tùy vào đặc thù
nguồn nước, nhu cầu cấp nước, tiêu chuẩn chất lượng và điều kiện sinh hoạt mà
lựa chọn kỹ thuật xử lý phù hợp.
Để xử lý kim loại nặng trong nước ngầm đạt hiệu quả cao hơn nữa chúng em có
những kiến nghị:
* Để lựa chọn công nghệ xử lí phù hợp, phải kết hợp các điều kiện cụ thể của mỗi
địa phương như:
- Loại nguồn nước, khả năng khai thác và cung cấp nước từ các nguồn khác nhau
- Điều kiện địa chất, thủy văn. Khí tượng, vị trí địa lí…
Trang 21
Nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong nước ngầm
- Loại đối tượng sử dụng nước,qui mô công suất trạm cấp nước.
- Chất lượng nước nguồn,yêu cầu chất lượng nươc cấp.
- Nguồn gốc quy mô, mức độ ô nhiễm.
- Công nghệ, thiết bị xử lý hiện có.
- Mật độ dân cư, tập quán sinh hoạt và sử dụng nước.
- Khả năng tài chính, hình thức tham gia của cộng đồng cư dân.
- Khả năng sử dụng nguyên vật liệu, năng lượng , tại địa phương.
*Các tiêu chí lựa chọn công nghệ phù hợp
- Chất lượng nước sau sử lý phải đạt yêu cầu sử dụng
- Công nghệ đơn giản
- Giá thành thấp