LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, tình hình ô nhiễm nguồn nƣớc nói chung và nguồn nƣớc sinh hoạt nói riêng đang là vấn đề toàn xã hội quan tâm khi nhu cầu về chất lƣợng cuộc sống ngày càng cao. Theo các phƣơng tiện thông tin đại chúng gần đây đƣa tin, ngƣời dân Hà nội đang sử dụng các nguồn nƣớc ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm amoni, ngay cả nguồn nƣớc của các nhà máy nƣớc, hàm lƣợng amoni xác định đƣợc cũng vƣợt chỉ tiêu cho phép đến 6 lần hoặc cao hơn. Điều này đã làm cho nhiều ngƣời lo lắng về chất lƣợng nƣớc ngầm và nƣớc sinh hoạt ở Việt Nam. Để hạn chế tối đa tác hại của amoni đến sức khoẻ ngƣời dân cần phải kiểm soát chất lƣợng nƣớc sinh hoạt và phải có phƣơng pháp phù hợp để xử lý amoni trong nƣớc sinh hoạt một cách hiệu quả và an toàn.
Trƣớc tình hình đó, chúng tôi đã chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong nƣớc bằng nano MnO2 - FeOOH mang trên laterit (đá ong) biến tính”. -9- Nguyễn Thị Ngọc – K20 môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học CHƢƠNG I – TỔNG QUAN 1. Hiện trạng ô nhiễm và sự cần thiết phải xử lí các hợp chất chứa nitơ trong nƣớc cấp. Tiêu chuẩn về nồng độ các hợp chất chứa nitơ trong nước cấp của thế giới và Việt Nam.
Theo tiêu chuẩn của EPA (U.S Enviromental protection Agency - cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ), trong nƣớc sinh hoạt, NO2- không vƣợt quá 1 mg/L. Theo tiêu chuẩn EPA, trong nƣớc cấp uống trực tiếp, NH4+ không vƣợt quá 0,5 mg/L. Theo tiêu chuẩn của WHO và EPA, trong nƣớc cấp uống trực tiếp, hàm lƣợng NO3- không vƣợt quá 10 mg/L. Theo “Tiêu chuẩn vệ sinh nƣớc ăn uống” ban hành kèm theo quyết định số 1329/2002/BYT- QĐ của bộ Y tế, nồng độ cho phép của các hợp chất nhƣ sau: Hàm lƣợng Amoniac tính theo Amoni: 1,5 mg/L Hàm lƣợng Nitrit tính theo Nitrit: 3 mg/L Hàm lƣợng Nitrat tính theo Nitrat: 50 mg/L 1.
Hiện trạng ô nhiễm các hợp chất chứa nitơ trong nước cấp Do thực trạng hệ thống cấp - thoát nƣớc, xử lí nƣớc cấp và nƣớc thải, chất thải rắn chƣa đồng bộ, cộng thêm đó là sự phát triển của các ngành công - nông nghiệp ngày một tăng trong thời gian gần đây, chƣa kể đến các quá trình diễn ra trong tự nhiên, điều kiện địa chất - thủy văn phức tạp ở vùng châu thổ sông Hồng đã gây cho nguồn cấp nƣớc duy nhất hiện nay - nguồn nƣớc ngầm, nguy cơ ô nhiễm ngày một cao, trong đó có ô nhiễm các hợp chất chứa nitơ. - 10 - Nguyễn Thị Ngọc – K20 môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Theo khảo sát của các nhà khoa học, phần lớn nƣớc ngầm ở vùng đồng bằng Bắc Bộ nhƣ Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Hải Dƣơng. đều bị nhiễm bẩn amoni ( NH 4 ) rất nặng, vƣợt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Tại Hà Nội, Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dƣơng, Hƣng Yên, Thái Bình, xác suất các nguồn nƣớc ngầm nhiễm amoni ở nồng độ cao hơn tiêu chuẩn là khoảng 70 - 80%.
Theo tiêu chuẩn vệ sinh nƣớc ăn uống, dựa trên Quyết định số 1329 của Bộ Y tế, nƣớc sinh hoạt đạt chuẩn ở mức hàm lƣợng amoni là 1,5 mg/L. Trên thực tế, kết quả phân tích các mẫu nƣớc đều vƣợt quá chỉ tiêu cho phép, nhiều nơi cao hơn từ 20 đến 30 lần. Tầng nƣớc ngầm trên (cách mặt đất từ 25m đến 40m) - nơi ngƣời dân khai thác bằng cách đào giếng khoan - đã ô nhiễm nặng ở nhiều nơi. Điển hình là xã Pháp Vân có hàm lƣợng amoni là 31,6 mg/L, phƣờng Tƣơng Mai có hàm lƣợng amoni 13,5 mg/L, các phƣờng Trung Hòa, xã Tây Mỗ, xã Trung Văn.
đều có hiện trạng tƣơng tự. Nguy hại hơn, mức ô nhiễm đang tăng dần theo thời gian. Trong năm 2002, tại xã Yên Sở, hàm lƣợng amoni là 37,2 mg/L, hiện nay đã tăng lên 45,2 mg/L; tại phƣờng Bách Khoa, mức nhiễm từ 9,4 mg/L, nay tăng lên 14,7 mg/L; có nơi chƣa từng bị nhiễm amoni, song nay cũng đã vƣợt tiêu chuẩn cho phép nhƣ Long Biên, Tây Mỗ, Đông Ngạc. Hiện nay, bản đồ nguồn nƣớc nhiễm bẩn đã lan rộng trên toàn thành phố.
Tầng nƣớc ngầm dƣới (cách mặt đất từ 45m đến 60m) là nguồn cung cấp cho các nhà máy cũng bị nhiễm bẩn. Đề tài "Nghiên cứu xử lý nƣớc ngầm nhiễm bẩn amoni" do Sở Giao thông Công chính Hà Nội nghiệm thu năm 2010 cho thấy: "Do cấu trúc địa chất, nƣớc ngầm, nhà máy nƣớc Pháp Vân, Hạ Đình, Tƣơng Mai có hàm lƣợng sắt và amoni ( NH 4 ) vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép khá nhiều. Tại nhà máy Tƣơng Mai, hàm lƣợng NH 4 là 6 – 12 mg/L, có khi lên tới 18 mg/L; tại Hạ Đình, hàm lƣợng NH4+ là 12 – 20 mg/L, có khi lên tới 25 mg/L; tại Pháp Vân, hàm lƣợng NH4+ là 15 – 30 mg/L, có khi lên tới 40 mg/L [1, 2, 3]. - 11 - Nguyễn Thị Ngọc – K20 môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học 1.
Nguyên nhân Ô nhiễm nƣớc bởi các hợp chất chứa nitơ có thể là do quá trình thấm xuyên nƣớc mặt xuống các tầng phía dƣới qua các cửa sổ địa chất thủy văn. Các chất ô nhiễm nhƣ các hợp chất chứa nitơ sẽ từ nƣớc mặt thấm xuống nƣớc dƣới đất. Đó là nguyên nhân gây ô nhiễm nƣớc ngầm. Nhƣ vậy, nếu nguồn nƣớc mặt bị ô nhiễm thì dẫn đến nguồn nƣớc ngầm cũng bị ô nhiễm.
Ngoài ra, quá trình lắng đọng giữ lại hàng loạt các hợp chất chứa nitơ từ các quá trình tự nhiên (aminoaxit, amit, hợp chất nitơ dị vòng…) cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm nƣớc bởi các hợp chất chứa nitơ. Ở môi trƣờng pH từ 6 – 8, hợp chất chứa nitơ chủ yếu là NH4+. Amoni có thể xuất hiện trong nƣớc ngầm từ nƣớc thải sinh hoạt, bãi chôn lấp phế thải, nghĩa trang… do kết quả của quá trình amôn hóa – phân hủy các hợp chất chứa nitơ nhƣ đạm, nƣớc tiểu và axit nucleic… bởi vi sinh vật hay do việc sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu có chứa nitơ trong nông nghiệp [3, 7]. Tác hại của các hợp chất chứa nitơ đối với cơ thể con người Các hợp chất chứa nitơ có thể tồn tại dƣới dạng các hợp chất hữu cơ, chứa nitơ hoặc dạng vô cơ nhƣ: nitrit, nitrat và amoni.
Amoni thực ra không quá độc đối với cơ thể ngƣời. Ở trong nƣớc ngầm, amoni không thể chuyển hóa đƣợc do thiếu oxy. Khi khai thác lên, vi sinh vật trong nƣớc nhờ O2 trong không khí chuyển amoni thành các nitrit (NO2-), nitrat (NO3-). Các hợp chất chứa nitơ trong nƣớc có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho ngƣời sử dụng nƣớc.
Trong những thập niên gần đây, mức NO3- trong nƣớc uống tăng lên đáng kể. Nguyên nhân là do sự sử dụng phân đạm vô cơ tăng, gây rò rỉ NO3- xuống nƣớc ngầm. Hàm lƣợng NO3- trong nƣớc uống tăng gây ra nguy cơ về sức khoẻ đối với cộng đồng. Bản thân NO3- không gây rủi ro cho sức khỏe, nhƣng NO3- khi chuyển thành NO2- sẽ gây độc.
NO2- ảnh hƣởng đến sức khoẻ với 2 khả năng sau: hội chứng máu Methaemoglobin và ung thƣ tiềm tàng [1]. * Chứng máu Methaemo- globinaemia (hội chứng xanh xao trẻ em) Trẻ nhỏ khoảng 1 tuổi dễ mẫn cảm với sự tồn lƣu huyết cầu tế bào thai do trong dạ dày không có đủ độ chua để hạn chế sự chuyển hoá NO3- thành NO2-. NO2- - 12 - Nguyễn Thị Ngọc – K20 môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học hình thành ở dạ dày, truyền qua đƣờng máu, phản ứng với huyết sắc tố mang oxy, oxy hoá sắt để tạo thành huyết Methaemoglobin làm giảm khả năng mang oxy của máu, có khả năng gây tử vong do "ngột ngạt hóa chất". Những quốc gia có NO3- cao phải cấp nƣớc chai có nồng độ NO3- thấp cho các bà mẹ đang cho con bú và cho trẻ em đƣợc nuôi bằng sữa bình.
* Ung thư tiềm tàng Đối với ngƣời lớn, nitrit kết hợp với các axit amin trong thực phẩm làm thành một họ chất nitrosamin. Nitrosamin có thể gây tổn thƣơng di truyền tế bào - nguyên nhân gây bệnh ung thƣ. Những thí nghiệm cho nitrit vào thức ăn, nƣớc uống của chuột, thỏ. với hàm lƣợng vƣợt ngƣỡng cho phép thì sau một thời gian thấy những khối u sinh ra trong gan, phổi, vòm họng của chúng.
Ngoài ra, amoni có mặt trong nƣớc ngầm làm giảm hiệu quả của khâu khử trùng bằng clo, do nó phản ứng với clo để tạo thành các cloramin, có tác dụng sát khuẩn yếu hơn nhiều so với clo (khoảng 1000 lần). Ngoài ra, nó còn giảm khả năng xử lý sắt, mangan bằng công nghệ truyền thống. Amoni là nguồn dinh dƣỡng, tạo điều kiện cho các vi sinh vật trong nƣớc (kể cả tảo) phát triển nhanh, làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc thƣơng phẩm, đặc biệt là độ trong, mùi, vị, nhiễm khuẩn [4]. Các nguồn gây ô nhiễm amoni.1 Nguồn gốc gây ô nhiễm trong tự nhiên Nitơ từ đất, nƣớc, không khí vào các cơ thể sinh vật qua nhiều dạng biến đổi sinh học, hoá học phức tạp rồi lại quay trở về đất, nƣớc, không khí tạo thành một vòng khép kín gọi là chu trình nitơ.
Trong đất, nitơ chủ yếu tồn tại ở dạng hợp chất nitơ hữu cơ. Lƣợng này càng đƣợc tăng lên do sự phân huỷ xác động, thực vật, chất thải động vật. Hầu hết, thực vật không thể trực tiếp sử dụng những dạng nitơ hữu cơ này mà phải nhờ vi khuẩn trong đất chuyển hoá chúng thành những dạng vô cơ mà thực vật có thể hấp thụ đƣợc. Khi đƣợc rễ cây hấp thụ qua các quá trình biến đổi hóa học, chúng sẽ tạo thành enzim, protein, clorophin… Nhờ đó, thực vật lớn lên và phát triển.
Con ngƣời và động vật ăn thực vật, sau đó, thải cặn bã vào đất cung cấp trở lại nguồn nitơ cho - 13 - Nguyễn Thị Ngọc – K20 môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học thực vật. Một số loài thực vật có nốt sần nhƣ: cây họ đậu, cỏ ba lá, cây đinh lăng…có thể chuyển hoá nitơ trong khí quyển thành dạng nitơ sử dụng đƣợc cho cây. Nguồn gốc gây ô nhiễm do con người. Ngoài quá trình hình thành theo con đƣờng tự nhiên, lƣợng ion NO3-, NO2-, NH4+ trong chu trình còn đƣợc tăng lên do chất thải của các nhà máy sản xuất phân đạm, chất thải khu đô thị có hàm lƣợng nitơ cao.