Luận Văn Thạc Sĩ: Xử Lý Asen Trong Nước Ngầm Bằng Mô Hình NL1 Tại Xã Đồng Tiến, Phổ Yên, Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xử lý asen trong nước ngầm bằng mô hình NL1 tại xã Đồng Tiến, huyện Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên, đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn.

• Tác giả: Nhâm Thị Phương Giang
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Huệ
• Trường học: Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu biện pháp xử lý asen trong nước ngầm bằng mô hình NL1 tại xã Đồng Tiến, huyện Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên
• Loại tài liệu: khóa luận thực tập tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục đích nghiên cứu của đề tài
• 1.2. Yêu cầu của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa của đề tài
• 1.3.1. Ý nghĩa trong học tập
• 1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Cơ sở khoa học về đề tài
• 2.2. Giới thiệu về Asen
• 2.2.1. Nguồn gốc của Asen
• 2.3. Cơ sở lý luận
• 2.4. Cơ sở pháp lý
• 3. PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Phương pháp nghiên cứu
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội tại huyện vùng nghiên cứu
• 4.2. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm asen trong nước ngầm tại khu vực nghiên cứu
• 4.3. Nghiên cứu hiệu suất xử lý asen trong nước ngầm bằng mô hình NL1
• 4.3.1. Hiệu suất xử lý asen trong nước ngầm bằng mô hình NL1 trong thời gian 3h
• 4.3.2. Hiệu suất xử lý asen trong nước ngầm bằng mô hình NL1 trong thời gian 5h
• 4.4. Đánh giá khả năng xử lý asen trong nước ngầm trong các khoảng thời gian khác nhau
• 4.5. Đánh giá Ưu nhược điểm của bể lọc chậm trong xử lý asen
• 4.5.1. Nhược điểm
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu xử lý asen

Nghiên cứu này tập trung vào việc xử lý asen trong nước ngầm tại xã Đồng Tiến, huyện Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên bằng mô hình NL1. Asen là một chất độc hại, có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho con người. Việc xử lý asen trong nước ngầm là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Mô hình NL1 được lựa chọn vì khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm, đặc biệt là asen. Nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao nhận thức về ô nhiễm nước ngầm mà còn cung cấp giải pháp thực tiễn cho việc xử lý asen.

1.1. Tình trạng ô nhiễm asen tại Đồng Tiến

Tại xã Đồng Tiến, tình trạng ô nhiễm asen trong nước ngầm đã trở thành vấn đề nghiêm trọng. Nhiều hộ gia đình sử dụng nước ngầm mà không qua xử lý, dẫn đến nguy cơ mắc các bệnh liên quan đến asen. Theo các nghiên cứu trước đây, nồng độ asen trong nước ngầm tại khu vực này thường vượt quá giới hạn cho phép. Việc khảo sát và đánh giá hiện trạng ô nhiễm là bước đầu tiên trong nghiên cứu này, nhằm xác định mức độ ô nhiễm và tìm ra giải pháp xử lý hiệu quả.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng mô hình NL1 để xử lý asen trong nước ngầm. Phương pháp này bao gồm việc lắp đặt hệ thống thí nghiệm, lấy mẫu nước ngầm và phân tích hàm lượng asen trước và sau khi xử lý. Các mẫu nước ngầm được lấy từ nhiều vị trí khác nhau trong xã Đồng Tiến để đảm bảo tính đại diện. Kết quả phân tích sẽ được so sánh với các tiêu chuẩn quy định của QCVN 01:2009/BYT. Phương pháp này không chỉ giúp đánh giá hiệu quả xử lý mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc cải thiện chất lượng nước ngầm.

2.1. Thiết lập mô hình NL1

Mô hình NL1 được thiết kế để tối ưu hóa quá trình xử lý asen. Hệ thống bao gồm các bộ phận như bể lọc, bể chứa và thiết bị đo lường. Quá trình xử lý diễn ra qua nhiều giai đoạn, từ keo tụ, kết tủa đến hấp phụ. Mô hình này cho phép điều chỉnh các thông số như thời gian lọc và lưu lượng nước, nhằm đạt được hiệu suất xử lý cao nhất. Kết quả từ mô hình NL1 sẽ cung cấp cơ sở dữ liệu cho việc đánh giá khả năng xử lý asen trong nước ngầm.

III. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình NL1 có khả năng xử lý asen hiệu quả trong nước ngầm. Hiệu suất xử lý đạt được từ 80% đến 95% tùy thuộc vào thời gian lọc. Các mẫu nước ngầm sau khi xử lý đều đạt tiêu chuẩn về chất lượng theo quy định. Điều này chứng tỏ rằng mô hình NL1 không chỉ hiệu quả mà còn khả thi trong việc áp dụng tại các hộ gia đình. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện chất lượng nước ngầm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

3.1. Đánh giá hiệu suất xử lý

Hiệu suất xử lý asen trong nước ngầm được đánh giá qua các chỉ số như nồng độ asen trước và sau khi xử lý. Kết quả cho thấy, với thời gian lọc 3 giờ, nồng độ asen giảm đáng kể, từ 0.05 mg/l xuống còn 0.01 mg/l. Điều này cho thấy mô hình NL1 có khả năng loại bỏ asen hiệu quả. Ngoài ra, việc so sánh với các phương pháp xử lý khác cho thấy mô hình NL1 có ưu điểm vượt trội về hiệu suất và tính khả thi trong thực tiễn.

IV. Kết luận và đề xuất

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng mô hình NL1 là một giải pháp hiệu quả trong việc xử lý asen trong nước ngầm tại xã Đồng Tiến. Việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước ngầm mà còn nâng cao nhận thức của cộng đồng về ô nhiễm nước. Đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo là mở rộng quy mô áp dụng mô hình NL1 tại các khu vực khác có tình trạng ô nhiễm tương tự. Đồng thời, cần có các chương trình tuyên truyền để nâng cao ý thức bảo vệ nguồn nước ngầm.

4.1. Đề xuất giải pháp

Để nâng cao hiệu quả xử lý asen, cần nghiên cứu thêm về các vật liệu lọc và điều kiện vận hành của mô hình NL1. Việc kết hợp với các công nghệ xử lý khác cũng nên được xem xét để tối ưu hóa quá trình xử lý. Ngoài ra, cần có sự hỗ trợ từ chính quyền địa phương trong việc triển khai mô hình này đến từng hộ gia đình, nhằm đảm bảo mọi người dân đều có thể tiếp cận nguồn nước sạch.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ô nhiễm nguồn nước ngầm đang là vấn đề môi trường nghiêm trọng tại các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Nước ngầm vốn là nguồn cấp nước sinh hoạt chủ đạo tại các vùng nông thôn do tính ổn định về trữ lượng và ít chịu tác động trực tiếp của các chất ô nhiễm bề mặt so với nước mặt. Tuy nhiên, tình trạng ô nhiễm các kim loại nặng và á kim độc hại, đặc biệt là asen (thạch tín), đã và đang đe dọa trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Asen tích lũy lâu dài trong cơ thể người thông qua đường ăn uống sẽ gây ra các tổn thương da (sừng hóa da, biến đổi sắc tố, rụng móng), tổn thương nội tạng, đột biến gen và làm tăng nguy cơ mắc các bệnh ung thư da, phổi, thận, bàng quang.

Tại xã Đồng Tiến, huyện Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên, mạng lưới cấp nước sạch tập trung chưa được triển khai đồng bộ. Khoảng 97% hộ dân tại đây phải khai thác và sử dụng trực tiếp nguồn nước ngầm thông qua hệ thống giếng khoan, giếng khơi kết hợp bể lọc tự chế chưa đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật. Hoạt động sản xuất nông nghiệp thâm canh với việc sử dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật, kết hợp đặc điểm địa tầng chứa nhiều khoáng chất sắt - asen, đã khiến nguy cơ ô nhiễm asen trong nước ngầm tại khu vực này ngày càng gia tăng.

Xuất phát từ thực tế đó, tác giả Nhâm Thị Phương Giang đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp ngành Khoa học Môi trường tại Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên (giai đoạn 2011 - 2015) với đề tài: "Nghiên cứu biện pháp xử lý asen trong nước ngầm bằng mô hình NL1 tại xã Đồng Tiến, huyện Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên" dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thị Huệ.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định gồm 2 nội dung chính:

1. Khảo sát hiện trạng nhiễm asen trong nước ngầm tại xã Đồng Tiến, huyện Phổ Yên.
2. Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả và hiệu suất xử lý nguồn nước nhiễm asen bằng mô hình lọc NL1 theo các khoảng thời gian lọc khác nhau.

Để đạt được mục tiêu trên, tác giả đã triển khai 7 nhiệm vụ và yêu cầu nghiên cứu cụ thể:

1. Lắp đặt hệ thống mô hình thí nghiệm xử lý asen trong nước ngầm NL1.
2. Lấy mẫu và phân tích hàm lượng asen trong nước ngầm đầu vào và nước sau khi qua hệ thống thí nghiệm.
3. So sánh, đánh giá kết quả phân tích hàm lượng asen trước và sau xử lý nhằm xác định hiệu suất xử lý.
4. Đánh giá hiệu suất xử lý asen trong nước ngầm qua các khoảng thời gian lọc khác nhau (1 giờ, 3 giờ, 5 giờ).
5. Đối chiếu kết quả phân tích chất lượng nước sau lọc với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống (QCVN 01:2009/BYT).
6. Đảm bảo dữ liệu và thông tin thu thập phản ánh tính khách quan, chính xác và trung thực.
7. Đề xuất các giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng cao và phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ gia đình nông thôn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Nước giếng khoan nhiễm asen tại một số hộ gia đình thuộc xã Đồng Tiến, huyện Phổ Yên.
• Phạm vi nghiên cứu: Khả năng xử lý asen của mô hình NL1 kết hợp các lớp vật liệu lọc tại xã Đồng Tiến, huyện Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên.
• Địa điểm và thời gian thực hiện: Thực tập và thu thập số liệu tại Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Phổ Yên; thời gian tiến hành từ tháng 08/2014 đến tháng 12/2014.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở khoa học và pháp lý

Về mặt lý luận địa hóa môi trường, asen trong tự nhiên phân bố phổ biến trong các khoáng vật như Realgar ($As_4S_4$), Orpiment ($As_2S_3$), Arsenolite ($As_2O_3$), và Arsenopyrite ($FeAsS$). Khi mực nước ngầm hạ thấp do khai thác quá mức, oxy xâm nhập vào các tầng trầm tích thúc đẩy phản ứng oxy hóa khoáng pyrite, giải phóng asen vào môi trường nước theo phản ứng:

$$\text{FeAsS} + \text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_3\text{AsO}_4 + \text{H}_3\text{AsO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 + \text{FeOOH}$$

Trong nước ngầm, asen tồn tại chủ yếu ở dạng $As(III)$ (asenit, độc tính cao) và $As(V)$ (asenat). Khi có sự hiện diện đồng thời của sắt ($Fe^{2+}$ với nồng độ từ 1 - 30 mg/l), quá trình làm thoáng và tiếp xúc oxy sẽ oxy hóa $Fe^{2+}$ thành $Fe^{3+}$, tạo thành kết tủa hydroxit sắt $Fe(OH)_3$ dạng keo bông. Hợp chất $As(V)$ sẽ đồng kết tủa hoặc bị hấp phụ mạnh mẽ trên bề mặt keo sắt và bị giữ lại trên các lớp vật liệu lọc. Mô hình NL1 được thiết kế dựa trên nguyên lý tích hợp tự oxy hóa, keo tụ đồng thời, lắng và lọc hấp phụ đa tầng.

Hệ thống căn cứ pháp lý được tác giả áp dụng bao gồm:

• Luật Bảo vệ môi trường năm 2014 (có hiệu lực từ 01/01/2015);
• Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13;
• Nghị định số 117/2007/NĐ-CP và Nghị định số 19/2015/NĐ-CP của Chính phủ;
• QCVN 01:2009/BYT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống, quy định hàm lượng asen $\le 0{,}01\text{ mg/l}$);
• QCVN 02:2009/BYT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt);
• Các Quyết định số 09/2005/QĐ-BYT, 17/2005/TT-BTNMT, 22/2006/QĐ-BTNMT, 13/2007/QĐ-BTNMT và Thông tư liên tịch số 95/TTLT-BTC-BXD-BNN.

Phương pháp nghiên cứu và bố trí thí nghiệm

1. Phương pháp điều tra, thu thập tài liệu: Thu thập dữ liệu thứ cấp về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội từ Báo cáo thuyết minh quy hoạch sử dụng đất xã Đồng Tiến năm 2014, kết hợp số liệu thống kê y tế của trạm y tế địa phương.
2. Phương pháp khảo sát thực địa: Khảo sát tình hình khai thác nước giếng khoan và thói quen xử lý nước tại các cụm dân cư (xóm Thanh Xuân, xóm Tân Hoa).
3. Cấu tạo và nguyên lý vận hành mô hình NL1:
   • Bộ Ejector: Hút và hòa trộn không khí vào nước nguồn nhằm cung cấp oxy, kích hoạt quá trình oxy hóa sắt và chất hữu cơ.
   • Ngăn lắng (bình xúc tác): Chứa vật liệu Aluwat thúc đẩy nhanh quá trình chuyển hóa sắt hòa tan sang kết tủa dạng bông.
   • Bình tự oxy hóa: Sử dụng các hạt nổi xifo để cố định và loại bỏ các ion kim loại di động ($Fe^{2+}, Al^{3+}, Mn^{2+}, As^{3+}, Ca^{2+}, Mg^{2+}$).
   • Ngăn lọc (bình hấp phụ đa tầng): Gồm sỏi đỡ kỹ thuật (kích thước 2 - 3 cm, dày 30 cm), lớp cát thạch anh (dày 20 cm), lớp than hoạt tính kết hợp than củi (dày 30 cm), cát mangan, hạt filox và khoáng zeolit tự nhiên.
   • Ngăn chứa nước sạch: Lưu trữ nước sau xử lý phục vụ sinh hoạt.
   • Hệ thống van đảo chiều: Gồm các van khóa (A, B, C, D, E, F, G) hỗ trợ quá trình vận hành lọc xuôi và sục rửa ngược định kỳ để hoàn nguyên vật liệu lọc.
4. Bố trí công thức thí nghiệm: Thử nghiệm lọc với cùng một nguồn nước ngầm đầu vào theo 3 công thức thời gian:
   • Công thức 1 (CT1): Thời gian lưu lọc sau 1 giờ.
   • Công thức 2 (CT2): Thời gian lưu lọc sau 3 giờ.
   • Công thức 3 (CT3): Thời gian lưu lọc sau 5 giờ.
5. Phương pháp lấy mẫu và phân tích:
   • Lấy và bảo quản mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 6000:1995.
   • Phân tích nồng độ asen trên thiết bị phân tích cực phổ VA 797 tại Viện Khoa học Sự sống - Đại học Thái Nguyên.
   • Xử lý số liệu trên phần mềm Microsoft Excel và tính toán hiệu suất xử lý theo công thức:

$$H (%) = \frac{C_{\text{vào}} - C_{\text{ra}}}{C_{\text{vào}}} \times 100$$

---

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Phần này trình bày tầm quan trọng của tài nguyên nước ngầm đối với đời sống con người, hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng do quá trình công nghiệp hóa và thâm canh nông nghiệp. Tác giả chỉ rõ mối đe dọa tiềm tàng từ asen - một độc chất không màu, không mùi, không vị được ví như "sát thủ vô hình". Trên cơ sở đó, tác giả nêu rõ tính cấp thiết của đề tài, xác định mục đích, yêu cầu kỹ thuật cùng ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong việc xây dựng mô hình xử lý asen chi phí thấp cho nông thôn.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa các kiến thức chuyên ngành liên quan đến:

• Khái niệm, đặc điểm phân tầng và động học của nước ngầm (nước ngầm tầng mặt và tầng sâu).
• Tính chất lý - hóa học của asen, nguồn gốc sinh địa hóa và chu trình chuyển hóa asen trong môi trường nước ngầm.
• Tác động tiêu cực của asen đến sức khỏe con người, các dạng ngộ độc cấp tính và mãn tính.
• Tổng quan 7 phương pháp xử lý asen phổ biến: tạo kết tủa, keo tụ, lắng, lọc chậm/lọc nhanh, hấp phụ, oxy hóa hóa học và phương pháp SORAS (oxy hóa quang hóa bằng năng lượng mặt trời).
• Đánh giá hiện trạng ô nhiễm asen trên thế giới (Bangladesh, Tây Bengal - Ấn Độ, Đài Loan) và tại Việt Nam (Đồng bằng sông Hồng, Đồng bằng sông Cửu Long theo các khảo sát của UNICEF và CETASD).
• Giới thiệu cấu tạo, nguyên lý làm việc của mô hình NL1 cùng các đặc tính hấp phụ của than hoạt tính (diện tích bề mặt $500 - 1500\text{ m}^2/\text{g}$), cát thạch anh, sỏi đỡ và zeolit.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung chương mô tả chi tiết đối tượng nghiên cứu là nước ngầm nhiễm asen tại xã Đồng Tiến; thời gian thực tập từ tháng 08/2014 đến tháng 12/2014 tại Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Phổ Yên. Tác giả trình bày quy trình thiết kế, thông số kỹ thuật từng ngăn lọc của mô hình NL1, sơ đồ bố trí hệ thống van điều tiết sục rửa, phương pháp thu thập số liệu thứ cấp, quy trình lấy mẫu theo TCVN 6000:1995 và quy trình đo quang/cực phổ trên thiết bị VA 797 tại Viện Khoa học Sự sống.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này tập trung trình bày các dữ liệu thực nghiệm thu được:

• Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội: Xã Đồng Tiến có tốc độ tăng trưởng GDP bình quân đạt 17,5%/năm, thu nhập bình quân đầu người năm 2011 đạt 20 triệu đồng/năm. Cơ cấu kinh tế gồm nông nghiệp (50%), tiểu thủ công nghiệp (30%), dịch vụ (20%). Dân số toàn xã là 7.990 người với 1.965 hộ gia đình. Tỷ lệ hộ nghèo chiếm 5,29% (104 hộ).
• Hiện trạng ô nhiễm asen: Kết quả phân tích mẫu nước giếng khoan tại các xóm Thanh Xuân và Tân Hoa cho thấy hàm lượng asen đầu vào đạt $0{,}015\text{ mg/l}$, vượt 1,5 lần ngưỡng giới hạn cho phép theo QCVN 01:2009/BYT ($0{,}01\text{ mg/l}$).
• Hiệu suất xử lý của mô hình NL1 qua các mốc thời gian: Phân tích thực nghiệm nồng độ asen sau lọc ở 1 giờ, 3 giờ và 5 giờ.
• Đánh giá ưu - nhược điểm kỹ thuật và bài toán kinh tế: Chi phí lắp đặt một mô hình bể lọc chậm 3 ngăn thể tích $1{,}5\text{ m}^3$ phục vụ hộ gia đình 4 người (nhu cầu 600 lít/ngày) dao động trên dưới 2.000.000 đồng, thấp hơn đáng kể so với các hệ thống lọc thương mại như RO hay Nano (4.000.000 - 6.000.000 đồng).

Phần 5: Kết luận và đề nghị

Đưa ra kết luận tổng hợp về tình trạng ô nhiễm asen tại xã Đồng Tiến và khả năng đáp ứng quy chuẩn của mô hình NL1; đồng thời đề xuất các giải pháp kỹ thuật, khuyến nghị chính quyền địa phương nhân rộng mô hình lọc xử lý phân tán tại các vùng nông thôn có nguy cơ cao.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm xử lý asen

Kết quả thử nghiệm mô hình NL1 với nguồn nước ngầm đầu vào có nồng độ asen cố định ở mức $0{,}015\text{ mg/l}$ qua 3 khoảng thời gian lọc khác nhau được tổng hợp trong bảng sau:

Thời gian lọc (giờ)	Nồng độ As ban đầu (mg/l)	Nồng độ As còn lại (mg/l)	Hiệu suất xử lý (%)	Giới hạn theo QCVN 01:2009/BYT (mg/l)	Đánh giá đạt chuẩn
1	0,015	0,009	40,0	0,01	Đạt
3	0,015	0,007	53,3	0,01	Đạt
5	0,015	0,005	66,7	0,01	Đạt

Các số liệu thực nghiệm cho thấy:

• Ngay sau 1 giờ lọc đầu tiên, nồng độ asen trong nước ngầm đã giảm từ $0{,}015\text{ mg/l}$ xuống còn $0{,}009\text{ mg/l}$ (hiệu suất đạt 40,0%), đưa hàm lượng asen về dưới ngưỡng an toàn theo QCVN 01:2009/BYT.
• Khi kéo dài thời gian tiếp xúc lên 3 giờ và 5 giờ, hiệu suất xử lý tiếp tục tăng lên tương ứng là 53,3% ($0{,}007\text{ mg/l}$) và 66,7% ($0{,}005\text{ mg/l}$). Điều này khẳng định thời gian lưu nước càng lớn thì quá trình hấp phụ và giữ lại các hạt keo sắt chứa asen trên các tầng vật liệu lọc càng triệt để.

Đánh giá ưu điểm và tính khả thi của mô hình

• Chi phí đầu tư thấp: Hạch toán chi phí cho hệ thống lọc 3 ngăn dung tích $1{,}5\text{ m}^3$ gồm: chi phí xây/lắp bể (~500.000 đồng), phụ kiện đường ống và van khóa (~100.000 đồng), vật liệu lọc gồm than hoạt tính (giá trung bình 10.000 đồng/kg), cát thạch anh (1.500 đồng/kg), sỏi cuội. Tổng kinh phí đầu tư trọn gói cho một hộ gia đình khoảng 2.000.000 đồng, hoặc có thể giảm thêm nếu tận dụng các thùng phuy, xô nhựa sẵn có.
• Tính an toàn và thân thiện môi trường: Hệ thống hoạt động dựa trên cơ chế tự oxy hóa, lọc cơ học và hấp phụ tự nhiên; không sử dụng bất kỳ hóa chất keo tụ hay oxy hóa độc hại nào (như clo, ozon, thuốc tím, $H_2O_2$ hay tác nhân Fenton).
• Khả năng xử lý đồng thời: Ngoài loại bỏ asen, mô hình còn xử lý hiệu quả sắt, mangan và các hạt cặn lơ lửng có trong nước ngầm. Hệ thống được trang bị van sục rửa ngược giúp hoàn nguyên vật liệu lọc dễ dàng.

Đóng góp của đề tài

Khóa luận đã cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm thực tế về mức độ ô nhiễm asen trong nước ngầm tại xã Đồng Tiến, huyện Phổ Yên. Đồng thời, nghiên cứu chứng minh tính khả thi của mô hình lọc đa tầng NL1 như một giải pháp công nghệ phân tán phù hợp với điều kiện kinh tế, kỹ thuật tại khu vực nông thôn miền núi phía Bắc.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung được trình bày trong văn bản khóa luận, một số hạn chế và định hướng nghiên cứu tiếp theo được ghi nhận:

• Hạn chế:
  • Mô hình thí nghiệm có quy mô nhỏ, được thiết kế tối ưu cho cấp độ hộ gia đình nên công suất xử lý bị giới hạn theo mẻ hoặc lưu lượng cố định.
  • Sau một thời gian vận hành liên tục, lớp cặn sắt và tạp chất tích tụ sẽ làm giảm lưu lượng lọc, đòi hỏi người sử dụng phải thực hiện thao tác sục rửa và thay thế định kỳ lớp vật liệu lọc (than hoạt tính, cát, zeolit).
  • Nghiên cứu thực nghiệm chủ yếu tập trung định lượng chỉ tiêu asen, chưa tiến hành phân tích mở rộng các chỉ tiêu kim loại nặng đi kèm khác ($Mn, Pb, Cd$) trong các mẻ thử nghiệm sau lọc.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Tiếp tục nghiên cứu, đánh giá bổ sung các chỉ tiêu lý - hóa học khác trong nước sau lọc nhằm xác định đầy đủ phổ xử lý kim loại nặng của mô hình NL1.
  • Thử nghiệm kết hợp thêm các loại vật liệu lọc mới có khả năng hấp phụ chọn lọc asen cao hơn để nâng cao công suất và kéo dài chu kỳ sục rửa.
  • Mở rộng quy mô khảo sát và quan trắc chất lượng nước ngầm tại các xã lân cận thuộc huyện Phổ Yên có nguy cơ ô nhiễm asen cao.

---

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực cho các đối tượng và mục đích sau:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Môi trường: Tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên các ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Tài nguyên và Môi trường khi thực hiện đồ án, khóa luận tốt nghiệp liên quan đến xử lý nước cấp nông thôn.
• Kỹ sư và cán bộ quản lý tài nguyên môi trường địa phương: Cung cấp thông tin thực địa và phương án xây dựng hệ thống xử lý nước ngầm chi phí thấp, không dùng hóa chất để phổ biến cho người dân tại các vùng chưa có trạm cấp nước tập trung.
• Nội dung nổi bật đáng tham khảo: Phương pháp thiết kế các tầng vật liệu lọc (cát thạch anh, sỏi, than hoạt tính, zeolit), nguyên lý tích hợp bộ Ejector làm thoáng tự nhiên và quy trình phân tích asen bằng phương pháp cực phổ trên thiết bị VA 797.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Nồng độ asen trong nước ngầm tại khu vực nghiên cứu trước khi xử lý là bao nhiêu và vượt quy chuẩn bao nhiêu lần?

Theo kết quả phân tích mẫu nước ngầm giếng khoan tại các xóm Thanh Xuân và Tân Hoa (xã Đồng Tiến), hàm lượng asen đầu vào là $0{,}015\text{ mg/l}$. Mức nồng độ này vượt 1,5 lần so với ngưỡng giới hạn quy định tại QCVN 01:2009/BYT ($0{,}01\text{ mg/l}$).

2. Hiệu suất khử asen của mô hình NL1 biến thiên như thế nào theo các mốc thời gian lọc?

Hiệu suất xử lý asen của mô hình tăng dần theo thời gian lưu nước:

• Sau 1 giờ lọc: Nồng độ asen giảm xuống $0{,}009\text{ mg/l}$, hiệu suất đạt 40,0% (đạt quy chuẩn).
• Sau 3 giờ lọc: Nồng độ asen giảm xuống $0{,}007\text{ mg/l}$, hiệu suất đạt 53,3%.
• Sau 5 giờ lọc: Nồng độ asen giảm xuống $0{,}005\text{ mg/l}$, hiệu suất đạt mức cao nhất 66,7%.

3. Cấu tạo các lớp vật liệu lọc trong bình hấp phụ của mô hình NL1 được bố trí như thế nào?

Trong bình hấp phụ, các lớp vật liệu được sắp xếp từ trên xuống dưới bao gồm:

• Lớp trên cùng: Cát thạch anh dày 20 cm.
• Lớp giữa: Sỏi cuội (kích thước 2 - 3 cm) dày 30 cm.
• Lớp dưới: Than hoạt tính kết hợp than củi dày 30 cm, kết hợp với cát mangan, hạt filox và zeolit tự nhiên đặt trên lớp sỏi đỡ kỹ thuật.

4. Chi phí dự toán để lắp đặt hoàn thiện một mô hình NL1 cho hộ gia đình là bao nhiêu?

Để xây dựng một hệ thống 3 bể dung tích $1{,}5\text{ m}^3$ phục vụ hộ gia đình 4 người (nhu cầu 600 lít/ngày), tổng chi phí ước tính khoảng trên dưới 2.000.000 đồng, bao gồm chi phí tạo bể (~500.000 đồng), ống nối và van khóa (~100.000 đồng) cùng chi phí mua các vật liệu lọc như than hoạt tính (~10.000 đ/kg) và cát thạch anh (~1.500 đ/kg).

5. Thiết bị nào đã được sử dụng để phân tích nồng độ asen trong đề tài?

Chỉ tiêu asen trong các mẫu nước trước và sau xử lý được phân tích trên thiết bị cực phổ VA 797 tại Viện Khoa học Sự sống thuộc Đại học Thái Nguyên, tuân thủ quy trình lấy và bảo quản mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 6000:1995.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nhâm Thị Phương Giang đã đánh giá chính xác hiện trạng ô nhiễm asen trong nước ngầm tại xã Đồng Tiến, huyện Phổ Yên với nồng độ đầu vào vượt 1,5 lần chuẩn an toàn ăn uống. Nghiên cứu đã thử nghiệm thành công mô hình lọc chậm NL1 kết hợp tự oxy hóa và lọc hấp phụ đa tầng (cát thạch anh, sỏi cuội, than hoạt tính, zeolit), đạt hiệu suất xử lý asen từ 40,0% đến 66,7% tương ứng với thời gian lưu từ 1 đến 5 giờ. Kết quả đầu ra đều đạt quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT ngay sau 1 giờ lọc đầu tiên. Đây là giải pháp công nghệ đơn giản, chi phí thấp, không dùng hóa chất và có tính khả thi cao để triển khai xử lý nước ngầm quy mô hộ gia đình tại khu vực nông thôn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Nƣớc là tài sản chung của nhân loại, là một trong bốn nhân tố tạo nên môi trƣờng, có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự sống của con ngƣời và sinh vật. Không có nƣớc thì sự sống của muôn loại trên hành tinh không thể tồn tại đƣợc. Con ngƣời khai thác từ các nguồn từ các nguồn tự nhiên và sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nhƣ phục vụ ăn uống sinh hoạt của chính con ngƣời, nƣớc dùng cho các mục đích hoạt động nông nghiệp, cho sản xuất, cho sản xuất công nghiệp, cho các hoạt động giao thông, cho rất nhiều các hình thức dịch vụ.

Nƣớc sử dụng cho những mục đích trên lại đƣợc thải lại vào chính nguồn nƣớc nơi mà con ngƣời đã khai thác cho mục đích sử dụng của mình. Tất cả những hoạt động đó do thiếu quản lý hay hiểu biết đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nƣớc và ở nhiều lúc, nhiều nơi đã trở nên trầm trọng. Trong bối cảnh nƣớc ta đang trong quá trình công ngiệp hóa hiên đại hóa đất nƣớc, phát triển kinh tế về tất cả các lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ, giao thông… kéo theo hàng loạt các vấn đề về môi trƣờng ô nhiễm đất, ô nhiễm nƣớc, ô nhiễm không khí đang diễn ra hết sức phức tạp không chỉ riêng đối với Việt Nam mà còn là tình trạng chung của các nƣớc đang phát triển với. Công nghệ kém phát triển ý thức của con ngƣời đã và đang đe dọa đến chinh sức khỏe của chúng ta.

Tỷ lệ mắc các bệnh nguy hiểm ngày càng tăng cao tỷ lệ thuận với tình trạng ô nhiêm môi trƣờng. Trong đó đáng lo ngại nhất là ô nhiễm môi trƣờng nƣớc. Môi trƣờng nƣớc hiện nay đang trong tình trạng báo động trên thế giới và riêng Việt Nam vấn đề ô nhiễm nƣớc đã và đang bị ô nhiễm cực kỳ nghiêm trọng. Việt Nam có nguồn nƣớc ngầm khá phong phú về trữ lƣợng và khá tốt về chất lƣợng.

Nƣớc ngầm thƣờng tồn tại ở các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá đƣợc tạo thành trong giai đoạn trầm tích hoặc do sự thẩm thấu, thấm của nguồn nƣớc mặt nƣớc mƣa. nƣớc ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài met, vài chục mét, vài trăm mét. Đối với hệ thống cấp nƣớc cộng đồng thì nguồn nƣớc ngầm luôn là nguồn n nƣớc đƣợc ƣa thích. Bởi vì, các nguồn nƣớc mặt thƣờng bị ô nhiểm là lƣu lƣợng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa.

Nguồn nƣớc it chịu ảnh hƣởng bởi các tác động của con ngƣời. Chất lƣợng nƣớc ngầm thƣờng tốt hơn chất lƣợng nƣớc mặt rất nhiều. Trong nƣớc ngầm dƣờng nhƣ không có các hạt keo, hạt lơ lửng và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp. Nhƣng ngày nay tình trạng ô nhiềm nguồn và suy thoái nƣớc ngầm đang diễn ra rất phổ biến tại khu vực đô thị và các thành phố lớn trên thế giới.

Không ít nguồn nƣớc ngầm đã bị ô nhiễm do tác động của con ngƣời đã bị ô nhiểm bởi các chất hữu cơ khó phân hủy, vi khuẩn, nhất là các chất độc hại nhiểm kim loại nặng (Pb, As, Fe, Cd, Mn,.) gây ảnh hƣởng rất nghiêm trọng tới sức khỏe con ngƣời. Đặc biệt là Asen, sự tích luỹ Asen vào cơ thể trong thời gian dài kể cả ở hàm lƣợng thấp cũng gây nên nhiều tác hại cho sức khoẻ. Phần lớn sự nhiễm độc Asen thông qua việc sử dụng nguồn nƣớc, lƣơng thực, thực phẩm ở những vùng đất, nƣớc, không khí nhiễm Asen. Khi bị nhiễm độc Asen thì sẽ gây ra sự thay đổi sắc tố da, hình thành các vết cứng trên da, ung thƣ da, ung thƣ phổi, ung thƣ thận và bàng quang, cũng nhƣ có thể dẫn tới hoại tử thậm chí có thể tử vong.

Đáng lo ngại là hiện nay chƣa có biện pháp hiệu quả để điều trị những căn bệnh nguy hiểm này. Hơn nữa, phần lớn dân số ở nông thôn đang sử dụng trực tiếp nƣớc ngầm (giếng khoan) để phục vụ cho sinh hoạt mà không qua xử lý hoặc chỉ đƣợc xử lý đơn giản để loại bỏ Asen nếu có. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, đƣợc sự đồng ý của Ban chủ nhiệm khoa Môi trƣờng - Trƣờng Đại học Nông lâm Thái Nguyên, cũng với sự hƣớng dẫn của cô giáo Th. Nguyễn Thị Huệ, em đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý Asen trong nước ngầm bằng mô hìnhNL1 tại xã Đồng Tiến, huyện Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên ” 1.

Mục đích nghiên cứu của đề tài - Khảo sát hiện trạng nhiễm asen trong nƣớc ngầm tại xã Đồng Tiến. - Nghiên cứu, đánh giá đƣợc hiệu quả của mô hình sau khi xử lý nƣớc nhiễm As. Yêu cầu của đề tài - Lắp đặt hệ thống thí nghiệm xử lý asen trong nƣớc ngầm bằng mô hình NL1 - Lấy mẫu, phân tích hàm lƣợng asen trong nƣớc ngầm đầu vào và nƣớc sau khi qua hệ thống thí nghiệm. - So sánh, đánh giá kết quả phân tích hàm lƣợng asen trong nƣớc ngầm trƣớc và sau xử lý, đƣa ra đƣợc hiệu suất xử lý.

- Đánh giá hiệu suất xử asen trong nƣớc ngầm trong thời gian lọc khác nhau - Các kết quả phân tích asen phải đƣợc so sánh với QCVN 01:2009/BYT. - Thông tin và số liệu thu thập đƣợc phải đảm bảo tính chính xác, trung thực, khách quan. - Giải pháp kiến nghị đƣa ra phải thực tế và khả thi. Ý nghĩa của đề tài 1.

Ý nghĩa trong học tập Nghiên cứu đề tài giúp chúng ta thu thập đƣợc những kinh nghiệm và kiến thức thực tế, củng cố và hoàn thiện kiến thức đã học, biết cách thực hiện một đề tài nghiên cứu khoa học và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Ý nghĩa trong thực tiễn Ứng dụng kiến thức đã học, xây dƣ̣ng và áp du ̣ng thành công cá c mô hình xƣ̉ lý nguồn nƣớc ngầm bị nhiễm asen ph ục vu ̣ cho nhu cầ u cấ p thiế t hiê ̣n nay của các hô ̣ gia đình. Giúp ngƣời dân thấy đƣợc hiện trạng môi trƣờng nƣớc đang bị ô nhiễm từ đó nâng cao ý thức, trách nhiệm của mình đối với môi trƣờng xung quanh. n Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.

Cơ sở khoa học về đề tài 2.Nước ngầm là gì? Nƣơc ngầm là môt loại nƣớc dƣới đất, tích lũy trong các lớp đất đá trầm tích bở rời nhƣ cặn, san, cát bột kết, trong cac khe nứt, hang caxtơ ƣới bề mặt trái đất có thể khai thác cho hoạt động sống của con ngƣời. Theo độ sâu phân bố có thể chia nƣớc ngầm tầng mặt và nƣớc ngầm tầng sâu. Đặc điểm chung của nƣớc ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình. Nƣớc ngầm tầng mặt thƣờng không có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt.

Do vậy, thành phần và mực nƣớc biến đổi nhiều phụ thuộc vào trạng thái của nƣớc mặt. Loại nƣớc ngầm tằng mặt rất dễ bị ô nhiễm. Nƣớc ngầm tầng sâu thƣờng nằm trong lớp đất đá xốp đƣợc ngăn cách bên trên và lớp dƣới bởi các lớp không thấm nƣớc.Theo không gian phân bố một nƣớc ngầm tầng sâu thƣờng có 3 vùng chức năng: + Vùng thu nhận + vùng chuyển tải nƣớc + Vùng khai thác nƣớc có áp Khoảng cách giữa vùng thu nhận và vùng khai thác thƣờng khá xa từ vài chục tới vài trăm km. Các lỗ khoan nƣớc ở vùng khai thác thƣờng có áp lực.

Đây là loại nƣớc ngầm có chất lƣợng nƣớc tốt có lƣu lƣợng ổn định. Trong các khu vực phát triển đã Cabonat thƣờng tồn tại loại nƣớc ngầm caxtơ di chuyển theo các khe nứt caxtơ. Trong các dài cổn cát ven biển thƣờng tồn tại các thấu kính nƣớc ngọt nằm trên mực nƣớc biển. Cơ sở lý luận Để loại bỏ asen trong nƣớc ngầm có thể ứng dụng nhiều phƣơng pháp nhƣ keo tụ, kết tủa, hấp phụ, lọc, trao đổi ion, thẩm thấu ngƣợc, điện thẩm tách…Tuy nhiên hầu hết các công nghệ này chỉ áp dụng với hệ xử lý công suất lớn, chỉ có ít công nghệ có thể áp dụng ở cộng đồng nhỏ và hộ gia đình.

n Ở Việt Nam, phần lớn dân số dùng nƣớc giếng khoan với quy mô hộ gia đình. Kết quả nghiên cứu còn cho thấy asen thƣờng xuất hiện đồng thời với nơi nồng độ sắt cao. Nồng độ sắt trong nƣớc ngầm tƣơng đối cao khoảng từ 1 - 30 mg/l. Vì vậy, chúng ta hoàn toàn có thể kết hợp xử lý asen cùng với quá trình xử lý sắt bằng mô hình NL1 loại bỏ kim loại di động (Fe2+, Mn2+, Ca2+, As3+ .)có trong nƣớc bằng phƣơng pháp tự oxy hóa, lọc và hấp phụ.

Sắt trong nƣớc thƣờng tồn tại dƣới dạng sắt (II), dƣới tác dụng của các vi sinh vật oxy hoá, sắt (II) sẽ chuyển hoá thành sắt (III) kết tủa tạo thành những chất keo bám vào bề mặt các hạt vật liệu lọc và tạo thành các hạt keo tụ, asen trong nƣớc sẽ bám vào bề mặt các hạt keo tụ này và bị loại ra khỏi nƣớc. Vận dụng nguyên lý đó, em đã nghiên cứu khả năng xử lý asen trong nƣớc ngầm bằng mô hình NL1 kết hợp than hoạt tính với thời gian lọc khác nhau. Cơ sở pháp lý - Luật Bảo vệ môi trƣờng năm 2014 đƣợc Quốc hội nƣớc Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XIII, kỳ họp thứ 7 thông qua ngày 23/06/2014 và có hiệu lực thi hành từ ngày 01/01/2015. - Luật Tài nguyên nƣớc số: 17/2012/QH13 đƣợc Quốc hội nƣớc Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XIII, kỳ họp thứ 3 thông qua ngày 26/12/2012 và có hiệu lực thi hành từ ngày 01/01/2013.

- Nghị định số 117/2007/NĐ - CP ngày 11/07/2007 của Chính Phủ về sản xuất, cung cấp và tiêu thụ nƣớc sạch. - Nghị định số 19/2015/NĐ-CP ngày 14/02/2015 của Chính phủ về việc quy định chi tiết và hƣớng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trƣờng. - Quyết định số 09/2005/QĐ - BYT ngày 11/03/2005 của Bộ trƣởng Y tế về việc ban hành tiêu chuẩn ngành: Tiêu chuẩn vệ sinh nƣớc sạch. - Quyết định 17/2005/TT-BTNMT ngày 12/10/2006 của Bộ trƣởng Bộ Tài nguyên và môi trƣờng về việc ban hành quy định việc cấp phát hành nghề khoan nƣớc dƣới đất.

n - Quyết định số 22/2006/QĐ - BTNMT ngày 18/12/2006 của Bộ Tài nguyên và môi trƣờng về bắt buộc áp dụng TCVN về môi trƣờng. - Quyết định 13/2007/QĐ-BTNMT ngày 04/09/2007 của Bộ trƣởng Bộ tài nguyên môi trƣờng quy định về việc điều tra đánh giá tài nguyên nƣớc dƣới đất. - Thông tƣ 05/2005/TT-BTN-MT ngày 17/03/2005 của Bộ trƣởng Bộ tài nguyên và môi trƣờng hƣớng dẫn thực hiện NĐ xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực tài nguyên nƣớc.