MỞ ĐẦU Tại Việt Nam, nƣớc ngầm đƣợc sử dụng làm nguồn nƣớc sinh hoạt chính của nhiều cộng đồng dân cƣ, tuy nhiên các nguồn nƣớc này lại thƣờng nhiễm asen. Nhiễm độc asen do sử dụng nƣớc ngầm là mối đe dọa lớn tới sức khỏe của con ngƣời. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng khả năng tích lũy của asen trong cơ thể là rất lớn và gây tác động đến các vùng chính: hệ tiêu hóa, hệ thần kinh, da,. Do đó, việc cung cấp nƣớc ăn uống an toàn từ nguồn nƣớc ngầm nhiễm asen trở thành nhu cầu cấp thiết, đòi hỏi phải có một giải pháp về công nghệ hiệu quả và phù hợp với thực tiễn và có tính khả thi cao.
Hiện nay, nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng để xử lý asen trong nƣớc: trao đổi ion; keo tụ/lọc; kết tủa; oxy hóa, sinh học và hấp phụ. Trong đó, phƣơng pháp hấp phụ đƣợc sử dụng rộng rãi để xử lý nƣớc cấp bằng nhiều loại vật liệu hấp phụ chi phí thấp: than hoạt tính, đá ong biến tính, bùn đỏ biến tính… Để đối phó với những thách thức trong việc cung cấp nƣớc uống an toàn nhƣng phải phù hợp với điều kiện kinh tế, địa hình tại các khu vực chƣa đƣợc tiếp cận với nguồn nƣớc cấp đảm bảo của các thành phố, thì giải pháp sử dụng hệ thống cấp nƣớc phân tán kết hợp một số công nghệ chi phí thấp là một giải pháp hiệu quả bởi tính tiện lợi, sẵn có, phù hợp với các điều kiện khó khăn về địa hình cũng nhƣ hiệu quả kinh tế mang lại. Với những ƣu điểm trên, hệ thống cấp nƣớc phân tán hoàn toàn phù hợp với các điều kiện tại các vùng nông thôn, vùng sâu vùng xa, vùng núi khó khăn hay ngay cả với các khu vực ngoại thành chƣa đƣợc tiếp cận với nguồn nƣớc cấp tập trung của thành phố ở một nƣớc đang phát triển nhƣ Việt Nam. Với mong muốn xây dựng một hệ thống xử lý asen trong nƣớc ngầm để tạo ra nguồn nƣớc đảm bảo sử dụng cho mục đích ăn uống có khả năng áp dụng ngoài thực tế phù hợp với điều kiện kinh tế của ngƣời dân và nhiều loại địa hình khu vực, tôi tiến hành nghiên cứu và lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ thống xử lý asen trong nước ngầm cho mục đích ăn uống, quy mô phân tán”.
1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục tiêu của nghiên cứu: - Xây dựng mô hình hệ thống xử lý nƣớc nhiễm asen quy mô phòng thí nghiệm. - Thiết kế, lắp đặt, đánh giá hiệu quả xử lý của 2 hệ thống xử lý asen quy mô phân tán với công suất 2 m3/ngày tại 2 địa điểm lắp đặt. - Đánh giá hiệu quả kinh tế của 2 hệ thống xử lý asen quy mô phân tán nêu trên. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Ô nhiễm asen trên thế giới và tại Việt Nam 1.1 Ô nhiễm asen trên thế giới Ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm là một vấn đề ở nhiều khu vực trên thế giới. Phơi nhiễm asen trong nƣớc uống có liên quan đến các vấn đề sức khỏe bao gồm cả ung thƣ. Tuy nhiên ở nhiều nơi trên thế giới, nhiều cộng đồng dân cƣ có ít sự lựa chọn nên phải sử dụng nguồn nƣớc bị ô nhiễm asen để ăn uống và sinh hoạt. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ƣớc tính rằng nguồn nƣớc đang sử dụng của hơn 200 triệu ngƣời trên toàn thế giới có chứa nồng độ asen vƣợt quá giới hạn nƣớc uống đƣợc khuyến cáo.
Nghiêm trọng nhất ở Nam Á và Đông Nam Á [33]. Bản đồ phân bố các vùng ô nhiễm asen trên thế giới [33] Hình 1.1 thể hiện sự phân bố các vùng ô nhiễm asen trên thế giới, có thể thấy rằng các vùng ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm tập trung phần lớn ở các khu vực Châu Mỹ. Các khu vực Nam Mỹ, Nam Á và Đông Nam Á là các khu vực ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm với nồng độ rất cao. Ng và các cộng sự (2003) [48] đã đƣa ra bảng thống kê về tình hình ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm và số lƣợng ngƣời bị phơi nhiễm với nguồn asen ô nhiễm tại 11 vùng trên thế giới ở bảng 1.
3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Ô nhiễm asen trong nước ngầm và số người dân bị phơi nhiễm ở các nước trên thế giới Số ngƣời bị As trong Tiêu chuẩn Địa điểm phơi nhiễm nƣớc ngầm (μg/l) cho phép (μg/l) Achientina 2,000,000 100 – 1.040 50 Tỉnh Xinjiang, Trung quốc 100,000 1 – 8.000 50 Hungary 220,000 10 - 176 10 Tây Bengan, Ấn độ 1,000,000 <10 – 3.100 50 Peru 250,000 500 50 Đài loan 200,000 10 - 1.820 10 Ropibun, Thái lan 1,000 1 - 5.Ng (2003) Từ các công bố về tình hình ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm ở nhiều nƣớc nhƣ (Hoa Kỳ, Ấn Độ, Bangladesh, Trung quốc, Mehico, Canada, Thái Lan, Argentina, Chile, Đài loan,.) có thể thấy rằng tình hình ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm trên thế giới là rất nghiêm trọng. Đặc biệt tại Hoa Kỳ nồng độ asen trong nƣớc ngầm đƣợc phát hiện ở mức cao nhất 48.000 μg/l trong khi tiêu chuẩn cho phép tại quốc gia này là 10 μg/l. Các tầng chứa nƣớc ở tây nam Hoa Kỳ rất dễ bị nhiễm asen do điều kiện địa chất và khí hậu.
Lƣợng mƣa trung bình năm thấp và lƣợng bốc hơi cao kéo dài khiến quá trình bổ sung nƣớc cho các tầng chứa nƣớc chậm khiến nồng độ asen hòa tan trong tầng chứa nƣớc ngầm tăng cao. Một nghiên cứu đƣợc tiến hành bởi Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ ở các tầng chứa nƣớc chính ở tây nam Hoa Kỳ cho thấy khoảng 19% các giếng nƣớc uống có nồng độ asen đã vƣợt quá ngƣỡng cho phép 10 µg/l [33]. Ở một số bang ở nƣớc Mỹ nhƣ New Mexico, Arizona, Nevada, Nam 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Califonia, ngƣời dân vẫn đang phải sử dụng nƣớc có nồng độ asen lớn hơn 50 μg/l làm nƣớc ăn uống [35]. Nƣớc giếng tại vùng trung tâm hạt Lane thuộc phía Tây bang Oregon, Hoa Kỳ bị ô nhiễm asen với hàm lƣợng 50 – 1.
Mức độ ô nhiễm tƣơng tự cũng xuất hiện ở hạt Lessen, bang Califonia. Nồng độ asen trong nƣớc giếng vùng này trong khoảng 50 - 1400 µg/l [33]. Cơ quan Bảo vệ Môi trƣờng Hoa Kỳ đã xây dựng và phát triển bản đồ về vị trí và mức độ ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm trên toàn lãnh thổ dựa trên kết quả phân tích các mẫu từ 31.350 giếng khoan đƣợc thể hiện trong hình 1. Bản đồ vị trí và mức độ ô nhiễm asen trong nước ngầm tại Hoa Kỳ [33] Tại các nƣớc châu Á, nơi có số lƣợng ngƣời dân bị phơi nhiễm asen cao chủ yếu là các nƣớc đông dân cƣ, điều này càng làm gia tăng sự ảnh hƣởng tới sức khỏe của các cộng đồng địa phƣơng [65].
Nam Á và Đông Nam Á là các khu vực có sự xuất hiện của asen với nồng độ cao trong các tầng nƣớc ngầm, đặc biệt tình trạng ô nhiễm asen ở các lƣu vực sông và khu vực đồng bằng đã trở thành thảm kịch nổi tiếng [70]. Hàng trăm triệu ngƣời đang bị ngộ độc asen ở Bangladesh, Ấn Độ, Trung Quốc, Pakistan, Nepal, Campuchia [36]. Ấn Độ là đất nƣớc có tỉ lệ ngƣời dân 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phơi nhiễm asen cao nhất, ƣớc tính hơn 100 triệu ngƣời, tiếp đến là Bangladesh, Trung Quốc, Pakistan [65]. Ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm ở Bangladesh đƣợc coi là thảm họa bởi tỉ lệ ngƣời phơi nhiễm asen cao nhất trong lịch sử, asen trong nƣớc ngầm là mối đe dọa nghiêm trọng nhất đến sức khỏe ngƣời dân ở các vùng nông thôn tại đất nƣớc này.
Nhiều nghiên cứu cho thấy có đến 35- 57 triệu ngƣời dân Bangladesh có nguy cơ phơi nhiễm với asen cao trong nƣớc ăn uống trong khi dân số Bangladesh là 125 triệu ngƣời, trong đó khoảng 30.000 ngƣời bị nhiễm độc asen mãn tính. Một nghiên cứu đã tiến hành phân tích 2.508 mẫu nƣớc tại 10 quận ở Bangladesh cho thấy 51% số mẫu có hàm lƣợng asen nằm trong khoảng 50 – 2. Trong số 17,92 triệu dân tại 10 quận tiến hành nghiên cứu, có gần 3,58 triệu ngƣời đang sử dụng nƣớc có nồng độ asen lớn hơn 200 µg/l làm nƣớc sinh hoạt trực tiếp [32].2 Ô nhiễm asen tại Việt Nam Tại Việt Nam, ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm đƣợc phát hiện chủ yếu tại đồng bằng châu thổ sông Hồng và châu thổ sông Mê Kông. Hiện tƣợng ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm tại Việt Nam đã đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu từ những năm 90 của thế kỷ 20.
Tuy nhiên những nghiên cứu này chỉ tập trung ở những vùng có hoạt động địa nhiệt với phạm vi nghiên cứu nhỏ, chƣa mang tính hệ thống. Từ những năm 1999 trở lại đây các nhà khoa học Việt Nam và trên thế giới đã tiến hành những nghiên cứu với quy mô rộng và mang tính hệ thống hơn [28, 30]. Theo báo cáo Môi trƣờng quốc gia vừa công bố cuối năm 2016, hiện tƣợng ô nhiễm cục bộ nƣớc ngầm đã và đang diễn ra ở một số khu vực trên cả nƣớc. Kết quả điều tra từ gần 323 nghìn mẫu phân tích tại 6.938 xã trên địa bàn 660 huyện thuộc 63 tỉnh, thành phố trên cả nƣớc, có 12,5% số mẫu có hàm lƣợng asen từ 50 µg/l trở lên, vùng đồng bằng sông Hồng có tỷ lệ cao nhất (chiếm 18,7%), vùng Tây Bắc có tỷ lệ thấp nhất (0,1%).385 xã, trên địa bàn 54 tỉnh (chiếm 12,5%) phát hiện ít nhất một mẫu có nồng độ asen trong nƣớc ngầm từ 50 µg/l trở lên [2].
Tình trạng ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm tại Việt Nam xảy ra chủ yếu ở lƣu vực sông Hồng và sông Mê Kông. Nhiều tỉnh có tình trạng ô nhiễm trầm trọng nhƣ 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hà Nam, Hƣng Yên, Đồng Tháp, An Giang. Theo thống kê của Bộ Tài nguyên Môi trƣờng, các tỉnh đồng bằng Bắc Bộ nhƣ Hà Nội, Hà Nam, Hƣng Yên, Nam Định, Vĩnh Phúc…đều có hiện tƣợng ô nhiễm asen. Các kết quả quan trắc cho thấy ngoài việc ô nhiễm asen ở các tỉnh phía Bắc, khu vực miền Trung cũng có biểu hiện ô nhiễm asen với nhiều mức độ khác nhau [13].
Không chỉ vậy, khu vực đồng bằng sông Cửu Long cũng ô nhiễm asen tƣơng đối nặng nề tại 3 tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Kiên Giang. Theo đánh giá của tổ chức y tế thế giới (WHO), nƣớc ta có khoảng 10 triệu ngƣời có thể phải đối mặt với nguy cơ tiềm tàng về nhiễm độc asen [20].