MỞ ĐẦU Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và sự gia tăng dân số trong những năm gần đây gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng môi trường nước và sức khỏe cộng đồng. Trong đó, ô nhiễm nước mặt, nước thải công nghiệp, chất lượng nước sinh hoạt đang là thách thức buộc các nhà quản lý và các nhà khoa học phải lưu tâm tìm các biện pháp xử lý hiệu quả giảm tải ô nhiễm theo tiêu chuẩn/quy chuẩn, cũng như đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng và giá cả của chúng. Để xử lý làm giảm tải lượng ô nhiễm nước thải và tăng chất lượng nước cấp sinh hoạt, keo tụ là một phần thiết yếu trong xử lý sơ bộ nhằm làm giảm từ 50 – 60 đến 80 – 90% tổng chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, màu, vi sinh vật. Trong một hệ thống xử lý nước thải và nước mặt, nếu không có keo tụ mà chỉ lọc thì hiệu quả loại bỏ vi khuẩn, vi rút, hạt keo đất và màu thường không cao.
Theo báo cáo của Nguyễn Việt Anh [1] với khoảng 500 hệ thống cấp nước tập trung trên tổng số hơn 770 đô thị trong cả nước, công suất cấp nước đô thị đã đạt khoảng 7,1 triệu m3/ngày vào năm 2015. Như vậy, chỉ tính riêng lượng chất keo tụ dùng để xử lý lượng nước này đã lên tới 142 – 2. Nếu tính giá trung bình của 1kg nhôm sunfat là 7.000 VNĐ thì phải chi tới 994 - 14.910 triệu đồng mỗi ngày cho việc mua chất keo tụ. Các chất keo tụ được dùng nhiều ở Việt Nam từ trước tới nay thường là phèn đơn (Al2(SO4)3.18H2O) hoặc phèn kép (AlK(SO4)3.12 H2O) và một số muối nhôm kiềm tính hoặc polyme nhôm vô cơ (có giá thành cao hơn khoảng 2.000đ/kg) được sử dụng rộng rãi sau này như PAC (poly nhôm clorua, Aln(OH)mCl3n-m), PAS (poly nhôm sunfat).
Những muối nhôm kiềm tính này khi hoà tan vào nước tạo thành cation phức hydroxit - nhôm có khối lượng lớn hơn so với trường hợp dùng nhôm sunfat, nên hiệu quả xử lý cao hơn. Thêm nữa, việc sử dụng các chất keo tụ truyền thống đã đang dần bộc lộ những nhược điểm như: Chi phí sản xuất cao do giá chất keo tụ đắt; Tạo ra một lượng bùn lớn phải xử lý; 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Khoảng pH thích hợp cho nước được xử lý tương đối hẹp (6 – 7,5); Lượng chất keo tụ cần thiết để xử lý cho một đơn vị nước lớn. Thêm vào đó do giá thành sản xuất trong nước cao hơn và số lượng sản xuất cũng chưa đáp ứng được nhu cầu, nên chất keo tụ hiện được bán tại Việt Nam phần lớn có xuất xứ từ Trung Quốc. Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài “Nghiên cứu điều chế poly sắt clorua (PFC) và poly nhôm sắt clorua (PAFC) và ứng dụng trong xử lý nước” được thực hiện nhằm góp phần vào việc sản xuất chất keo tụ trong nước khắc phục được các nhược điểm nêu trên, đồng thời có giá thành rẻ vì tận dụng nguyên liệu phế thải.
Đề tài được thực hiện với các nội dung sau: - Điều chế chất keo tụ PAC, PFC và tổng hợp PAFC; - Khảo sát sự ảnh hưởng của pH, liều lượng chất keo tụ, độ muối đến khả năng keo tụ của PAC, PFC và PAFC; - Đánh giá hiệu quả xử lý của hai loại chất keo tụ PFC và PAFC so với PAC trên mẫu nước nhân tạo có độ đục cao. 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Thực trạng và tác động của ô nhiễm nguồn nƣớc ở Việt Nam và thế giới 1. Thực trạng và tác động của ô nhiễm nguồn nước trên thế giới Sự gia tăng dân số, hoạt động kinh tế phát triển và quá trình công nghiệp hóa làm tăng nhu cầu sử dụng nước cũng như tăng lượng nước thải.
Tài nguyên nước trên khắp thế giới đang bị đe dọa không chỉ bởi việc khai thác quá mức và quản lý kém mà còn làm suy thoái hệ sinh thái nước do nước bị ô nhiễm. Chi phí sử dụng cho quá trình xử lý ngày càng nhiều, trên thế giới có nhiều dòng sông bị ô nhiễm do nước thải của các khu công nghiệp, nước thải sinh hoạt,… Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã đưa ra quy định độ đục cho phép trong nước uống là 5 đơn vị NTU (Nephelometric Turbidity). Theo xác nhận của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA), độ đục là một thước đo độ bẩn của nước, được sử dụng để đánh giá chất lượng nước và hiệu quả quá trình lọc. Độ đục cao là nguyên nhân làm gia tăng mật độ của vi sinh vật gây bệnh như vi - rút, ký sinh trùng và một số loại vi khuẩn.
Những vi sinh vật này trong nước uống có thể gây ra các triệu chứng như buồn nôn, đau đầu, tiêu chảy cho người sử dụng. Các căn bệnh truyền nhiễm do vi - rút, vi khuẩn, động vật nguyên sinh và các vi sinh vật khác gây ra gắn liền với sự gia tăng tỷ lệ mắc bệnh ở các nước phát triển và đang phát triển Trên thế giới hiện nay, trung bình mỗi ngày có 400 trẻ em chết vì các bệnh liên quan đến nguồn nước. Từ năm 2003, Viện Blacksmith, đặt trụ sở tại New York ( Mỹ), đã đưa ra bản danh sách những nơi đứng đầu trên thế giới về mức độ ô nhiễm trên mạng Internet. Hiện nay đường thủy và sông ngòi nói chung ở châu Âu đều nhiễm độc, nhất là từ các hợp chất hữu cơ chứa clo.
Ở Hà Lan người ta đã phát hiện ra loại nông dược độc hại và những chất vi ô nhiễm (Micropolluant) trong nước uống bắt nguồn từ sông Ranh. Năm 2000, vụ tai nạn hầm mỏ xảy ra tại công ty Aurul (Rumani) đã thải ra 50 - 100 tấn xyanua và kim loại nặng (như đồng) vào dòng sông gần Baia Mare (thuộc vùng Đông- Bắc) [12]. 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Báo cáo của UNEP đã chỉ ra rằng, trong giai đoạn 1990 - 2010, môi trường nước của hơn 50% các dòng sông ở châu Á, châu Phi, châu Mỹ Latinh bị ô nhiễm vi sinh vật và ô nhiễm hữu cơ, đồng thời nước bị nhiễm mặn cũng tăng gần 35%. Khoảng 25% các con sông ở châu Mỹ Latinh, 10 - 25% sông ở châu Phi và 50% các con sông ở châu Á bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm vi sinh vật, phần lớn là do việc xả nước thải, chất thải, rác thải sinh hoạt chưa qua xử lý ra sông.
Ngoài ra, nguồn nước mặt ở ba châu lục này hiện đang bị ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng do nước thải, chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp từ các khu công nghiệp, đô thị, nhà máy… với nhiều loại chất hữu cơ phức tạp, độc hại, ảnh hưởng đến các loại thủy sinh. Bên cạnh đó, nước thải từ các hoạt động khai khoáng, hệ thống thủy lợi cùng với hiện tượng xâm nhập mặn cũng làm gia tăng độ mặn trong nước sông. Cũng theo Báo cáo của UNEP, 23/25 hồ lớn của thế giới có hàm lượng phốt pho lớn, chủ yếu là từ các nguồn như phân bón, chất thải chăn nuôi, chất thải sinh hoạt. Hầu hết các hồ lớn ở châu Mỹ Latinh và châu Phi hiện có hàm lượng phốt pho cao hơn so với năm 1990 [17] Cubatao – một thành phố của hàng loạt các khu liên hợp công nghiệp cơ khí và hoá dầu ở Brazil là nơi có nhiều nhà máy/xí nghiệp đã “vô tư” thải các chất thải công nghiệp (kẽm, thuỷ ngân, dầu) vào các dòng sông của thành phố từ nhiều thập kỉ nay.
Việc xử lý nguồn nước thải chưa được thực hiện đầy đủ theo đúng quy định của nhà nước [12]. Sự ô nhiễm sinh học (thể hiện bằng sự nhiễm bẩn do vi khuẩn rất nặng) là vấn đề lớn cho vệ sinh công cộng chủ yếu các nước đang phát triển. Các bệnh cầu trùng, viêm gan do siêu vi khuẩn tăng lên liên tục ở nhiều quốc gia chưa kể đến các trận dịch tả. Nhiễm bệnh trong công đồng đã gia tăng mạnh do ô nhiễm sinh học nguồn nước, ví dụ thương hàn, viêm ruột siêu khuẩn.
Nước thải từ các lò mổ chứa một lượng lớn mầm bệnh; Ví dụ lò mổ La Villette, Paris thải ra 350.109 mầm vi sinh vật hiếu khí và 20.109 mầm vi sinh vật yếm khí trong 1m³ nước thải, trong đó có nhiều loài gây bệnh (Plancho in Furon, 1962). Ô nhiễm của vùng bờ biển Thái 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Bình Dương của Hoa Kỳ, ở vịnh California, bởi hãng Montrose Chemicals do sự sản xuất nông dược cũng rất nặng nề. Hãng này sản xuất từ đầu năm 1970, 2/3 số lượng DDT toàn cầu đã gây ô nhiễm một diện tích 10. Các nhà máy giấy thải ra nước có chứa nhiều gluxit dễ lên men.
Tính bình quân mỗi nhà máy làm nhiễm bẩn nước tương đương với một thành phố 500. Các nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất đồ hộp, thuộc da, lò mổ, đều có nước thải chứa protein. Khi được thải ra dòng chảy, protein nhanh chóng bị phân hủy cho ra axit amin, axit béo, H2S, nhiều hợp chất chứa S và P có tính độc và mùi khó chịu. Hệ sinh thái nước của nhiều dòng sông trên thế giới đã bị nhiễm độc và suy thoái do thải vào nước các chất nitrat, phot phat dùng trong nông nghiệp và các kim loại nặng như Zn, Cr, Ni, Cd, Mn, Cu, Hg từ hoạt động luyện kim và các công nghệ khác.
Các vực nước ở đất liền cũng bị nhiễm bẩn bởi hydrocacbon, chất thải của các nhà máy lọc dầu hay dầu nhớt xe tàu, hoặc vô ý làm rơi vãi xăng dầu. Tốc độ thấm của xăng dầu lớn gấp 7 lần của nước, sẽ làm các lớp nước ngầm bị nhiễm. Khoảng 1,6 triệu tấn hydrocacbon do các con sông của các quốc gia kỹ nghệ hóa thải ra vùng bờ biển [16]. Ở Trung Quốc, hàng năm lượng chất thải và nước thải công nghiệp thải ra ở các thành phố và thị trấn tăng từ 23,9 tỷ m3 trong năm 1980 lên 73,1 tỷ m3 trong năm 2006.
Một lượng lớn chất thải chưa qua xử lí vẫn được thải vào các sông ngòi. Hậu quả là hầu hết nước ở các sông hồ ngày càng trở lên ô nhiễm [14]. Nằm tại khu vực chính giữa đất nước Trung Quốc, dòng sông Huai dài 1978 km được xem là nơi ô nhiễm nhất của nước này do các chất thải công nghiệp, nông nghiệp. Mức độ mắc các bệnh cao bất thường của cộng đồng dân cư sống gần lưu vực sông đã khiến chính phủ phải xếp nguồn nước của con sông ở mức độ ô nhiễm độc hại nhất [12].
Mỗi ngày, có 2 triệu tấn nước thải công nghiệp và nông nghiệp thải vào môi trường nước trên toàn thế giới.