Nghiên cứu xử lý nước ngầm ô nhiễm đồng thời sắt, mangan, amoni và asen

Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu xử lý nước ngầm ô nhiễm sắt, mangan, amoni và asen, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

• Tác giả: Phạm Thượng Hải
• Người hướng dẫn: PGS. TS Cao Thế Hà
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Môi Trường
• Đề tài: Nghiên cứu xử lí nƣớc ngầm ô nhiễm đồng thời sắt, mangan, amoni và asen
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA NƯỚC NGẦM VÀ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM
• 1.1. Sắt, Mangan, asen và amoni trong nước ngầm
• 1.1.1. Sắt trong nước ngầm
• 1.1.2. Mangan trong nước ngầm
• 1.1.3. Asen trong nước ngầm
• 2. CHƯƠNG II: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ Pilot
• 2.2. Thuyết minh công nghệ
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Khảo sát các yếu tố DO, pH, độ kiềm ở các giai đoạn xử lí
• 2.5. Khảo sát sự biến thiên nồng độ Fe, Mn và As khi thay đổi lưu lượng nước đầu vào
• 2.6. Đánh giá khả năng xử lí N-amôni
• 2.7. Hóa chất phục vụ công tác nghiên cứu
• 2.8. Quy trình thực nghiệm
• 2.9. Các vị trí lấy mẫu và các thông số đo đạc phân tích
• 2.10. Phân tích số liệu
• 2.11. Phương pháp đánh giá số liệu
• 2.12. Các phương pháp phân tích
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Quá trình khảo sát các yếu tố DO, pH, độ kiềm ở các giai đoạn xử lí
• 3.2. Khảo sát biến thiên nồng độ DO khi thay đổi lưu lượng nước đầu vào
• 3.3. Khảo sát biến thiên pH khi thay đổi lưu lượng nước đầu vào
• 3.4. Khảo sát sự biến thiên nồng độ Fe
• 3.5. Khảo sát sự biến thiên nồng độ sắt ở lưu lượng Q = 0,5 m3/h
• 3.6. Chế độ oxi hóa bằng oxi không khí. Khảo sát ở chế độ bổ sung chất oxi hóa
• 3.7. Khảo sát sự biến thiên nồng độ sắt ở lưu lượng Q = 1 m3/h
• 3.8. Chế độ oxi hóa bằng oxi không khí. Chế độ bổ sung chất oxi hóa
• 3.9. Biến thiên nồng độ As
• 3.10. Khảo sát As ở lưu lượng đầu vào 0,5 m3/h
• 3.11. Khảo sát oxi hóa bằng oxi không khí
• 3.12. Khảo sát bổ sung chất oxi hóa
• 3.13. Khảo sát Asen ở lưu lượng đầu vào 1 m3/h
• 3.14. Chất ôxi hóa bằng oxi không khí
• 3.15. Bổ sung chất oxi hóa. Biến thiên nồng độ Mn
• 3.16. Chế độ oxi hóa bằng oxi không khí
• 3.17. Chế độ bổ sung chất ôxi hóa
• 3.18. Hiệu quả xử lí amoni. Giai đoạn khởi động hệ nitrat hóa và khử hóa với lưu lượng 0,5 m3/h
• 3.19. Diễn biến các thành phần N tại chế độ Q = 1 m3/h
• 3.20. Tổng hợp số liệu xử lý amoni bằng hệ lọc sinh học hai cấp
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu xử lý nước ngầm ô nhiễm sắt mangan amoni và asen

Nước ngầm là nguồn tài nguyên quý giá, nhưng hiện nay đang phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. Ô nhiễm nước ngầm do sắt, mangan, amoni và asen không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn tác động tiêu cực đến môi trường. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả là cần thiết để đảm bảo chất lượng nước ngầm.

1.1. Đặc điểm của nước ngầm và ô nhiễm nước ngầm

Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và khe nứt của đất đá, có chất lượng tốt hơn nước mặt. Tuy nhiên, ô nhiễm nước ngầm đang gia tăng do hoạt động của con người, dẫn đến sự hiện diện của các chất độc hại như sắt, mangan, amoni và asen.

1.2. Tác động của ô nhiễm nước ngầm đến sức khỏe

Ô nhiễm nước ngầm có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, từ các bệnh về tiêu hóa đến các bệnh mãn tính. Sắt và mangan có thể gây ra các triệu chứng như buồn nôn, trong khi asen có thể dẫn đến ung thư và các bệnh về da.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý nước ngầm ô nhiễm

Xử lý nước ngầm ô nhiễm sắt, mangan, amoni và asen gặp nhiều thách thức. Các phương pháp hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu về hiệu quả và chi phí. Cần có những giải pháp mới để cải thiện chất lượng nước.

2.1. Các phương pháp xử lý hiện tại và hạn chế

Các phương pháp xử lý nước ngầm hiện tại như lọc, lắng, và hóa học thường không hiệu quả trong việc loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm. Hơn nữa, chi phí cho các phương pháp này cũng khá cao.

2.2. Tác động của ô nhiễm đến môi trường

Ô nhiễm nước ngầm không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn tác động tiêu cực đến hệ sinh thái. Các chất ô nhiễm có thể xâm nhập vào đất và nước mặt, gây ra sự suy giảm chất lượng môi trường.

III. Phương pháp xử lý sắt trong nước ngầm hiệu quả

Xử lý sắt trong nước ngầm là một trong những bước quan trọng trong quá trình cải thiện chất lượng nước. Các phương pháp như oxy hóa, lắng và lọc được áp dụng để loại bỏ sắt.

3.1. Nguyên tắc xử lý sắt trong nước ngầm

Nguyên tắc xử lý sắt dựa trên việc chuyển đổi sắt hòa tan (Fe(II)) thành dạng không hòa tan (Fe(III)) thông qua quá trình oxy hóa. Điều này giúp loại bỏ sắt khỏi nước ngầm một cách hiệu quả.

3.2. Các phương pháp xử lý sắt phổ biến

Các phương pháp xử lý sắt phổ biến bao gồm sử dụng oxy không khí, chất oxy hóa mạnh và các phương pháp hóa học khác. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, cần được lựa chọn phù hợp với điều kiện cụ thể.

IV. Giải pháp xử lý mangan trong nước ngầm

Mangan là một trong những chất ô nhiễm phổ biến trong nước ngầm. Việc xử lý mangan cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo hiệu quả và an toàn.

4.1. Cơ sở lý thuyết xử lý mangan

Xử lý mangan dựa trên nguyên tắc oxy hóa mangan từ dạng Mn(IV) sang Mn(II) và sau đó loại bỏ bằng các phương pháp lắng và lọc. Điều này giúp giảm thiểu hàm lượng mangan trong nước ngầm.

4.2. Các phương pháp xử lý mangan hiệu quả

Các phương pháp xử lý mangan hiệu quả bao gồm sử dụng hóa chất, phương pháp kiềm hóa và các kỹ thuật sinh học. Mỗi phương pháp có thể được áp dụng tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của nguồn nước.

V. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu về xử lý nước ngầm ô nhiễm đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Các phương pháp mới đang được áp dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc cải thiện chất lượng nước.

5.1. Kết quả thực nghiệm từ nghiên cứu

Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp xử lý mới đã giúp giảm đáng kể nồng độ sắt, mangan, amoni và asen trong nước ngầm. Điều này chứng tỏ tính khả thi của các giải pháp đã được nghiên cứu.

5.2. Ứng dụng công nghệ mới trong xử lý nước

Công nghệ mới như hệ thống lọc sinh học và các thiết bị xử lý hiện đại đang được áp dụng rộng rãi. Những công nghệ này không chỉ hiệu quả mà còn tiết kiệm chi phí, giúp cải thiện chất lượng nước ngầm.

VI. Kết luận và tương lai của nghiên cứu xử lý nước ngầm

Nghiên cứu xử lý nước ngầm ô nhiễm sắt, mangan, amoni và asen là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp hiệu quả hơn.

6.1. Tương lai của công nghệ xử lý nước ngầm

Công nghệ xử lý nước ngầm sẽ tiếp tục phát triển với nhiều cải tiến mới. Các nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu chi phí.

6.2. Tầm quan trọng của việc bảo vệ nguồn nước ngầm

Bảo vệ nguồn nước ngầm là trách nhiệm của toàn xã hội. Cần có các biện pháp quản lý và bảo vệ hiệu quả để đảm bảo chất lượng nước cho thế hệ tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- PHẠM THƢỢNG HẢI NGHIÊN CỨU XỬ LÍ NƢỚC NGẦM Ô NHIỄM ĐỒNG THỜI SẮT, MANGAN, AMONI VÀ ASEN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI – 2013 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- PHẠM THƯỢNG HẢI NGHIÊN CỨU XỬ LÍ NƢỚC NGẦM Ô NHIỄM ĐỒNG THỜI SẮT, MANGAN, AMONI VÀ ASEN Chuyên ngành: HÓA MÔI TRƯỜNG Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS CAO THẾ HÀ HÀ NỘI - 2013 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu, tôi đã nhận được sự giúp đỡ động viên của các thầy cô giáo, các anh chị em, bạn bè, gia đình. Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo, các Anh chị em làm việc tại trung tâm CETASD, các thầy cô và các cán bộ của khoa Sau Đại học trường Đại học Quốc gia Hà Nội, các bạn trong lớp cao học K20 – Hóa học đã giúp đỡ tôi có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Đặc biệt tôi xin trân trọng cám ơn thầy giáo PGS.

TS Cao Thế Hà đã hướng dẫn tận tình, tỉ mỉ và có nhiều góp ý quý báu cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài. Do thời gian nghiên cứu và trình độ chuyên môn còn nhiều hạn chế nên đề tài này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi mong muốn nhận được các ý kiến đóng góp để đề tài nghiên cứu này được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cám ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2013 Học viên Phạm Thượng Hải 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC Lời nói đầu.

Đặc điểm chung của nƣớc ngầm và ô nhiễm nƣớc ngầm. Sắt, Mangan, asen và amoni trong nƣớc ngầm. Sắt trong nước ngầm. Mangan trong nước ngầm.

Asen trong nước ngầm. Xử lí Fe trong nƣớc ngầm. Nguyên tắc xử lí sắt. Cân bằng của sắt trong nước.

Các phương pháp xử lí sắt. Xử lí sắt bằng oxi không khí. Xử lí sắt bằng chất oxi hóa mạnh. Một số phƣơng pháp xử lí khác.

Động học oxi hóa Fe2+ bằng oxi không khí. Xử lí mangan trong nƣớc ngầm. Cơ sở lí thuyết quá trình xử lí mangan. Xử lí mangan bằng phƣơng pháp hóa học.

Xử lí mangan bằng phƣơng pháp kiềm hóa. Xử lí asen trong nƣớc ngầm. Oxi hoá As(III). Kĩ thuật đồng kết tủa/keo tụ.

Kĩ thuật hấp phụ. Phƣơng pháp trao đổi ion. Xử lí amoni trong nƣớc ngầm. Các phương pháp hoá-lý.

Các phương pháp vi sinh. Cơ sở khoa học của phƣơng pháp xử lí sinh học. 28 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp Chƣơng II. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu.

Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ Pilot. Thuyết minh công nghệ. Nội dung nghiên cứu. Khảo sát các yếu tố DO, pH, độ kiềm ở các giai đoạn xử lí.

Khảo sát sự biến thiên nồng độ Fe, Mn và As khi thay đổi lưu lượng nước đầu vào. Đánh giá khả năng xử lí N-amôni. Hóa chất phục vụ công tác nghiên cứu. Quy trình thực nghiệm.

Các vị trí lấy mẫu và các thông số đo đạc phân tích. Phân tích số liệu. Phƣơng pháp đánh giá số liệu. Các phƣơng pháp phân tích.

45 Chƣơng III. Kết quả và thảo luận. Quá trình khảo sát các yếu tố DO, pH, độ kiềm ở các giai đoạn xử lí. Khảo sát biến thiên nồng độ DO khi thay đổi lưu lượng nước đầu vào.

Khảo sát biến thiên pH khi thay đổi lưu lượng nước đầu vào. Khảo sát sự biến thiên nồng độ Fe. Khảo sát sự biến thiên nồng độ sắt ở lưu lượng Q = 0,5 m3/h. Chế độ oxi hóa bằng oxi không khí.

Khảo sát ở chế độ bổ sung chất oxi hóa. Khảo sát sự biến thiên nồng độ sắt ở lưu lượng Q = 1m 3/h. Chế độ oxi hóa bằng oxi không khí. Chế độ bổ sung chất oxi hóa.

Biến thiên nồng độ As. Khảo sát As ở lưu lượng đầu vào 0,5 m3/h. 71 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp 3. Khảo sát oxi hóa bằng oxi không khí.

Khảo sát bổ sung chất oxi hóa. Khảo sát Asen ở lưu lượng đầu vào 1 m3/h. Chất ôxi hóa bằng oxi không khí:. Bổ sung chất oxi hóa.

Biến thiên nồng độ Mn. Chế độ oxi hóa bằng oxi không khí. Chế độ bổ sung chất ôxi hóa. Hiệu quả xử lí amoni.

Giai đoạn khởi động hệ nitrat hóa và khử hóa với lưu lượng 0,5m3/h. Diễn biến các thành phần N tại chế độ Q = 1m3/h. Tổng hợp số liệu xử lý amoni bằng hệ lọc sinh học hai cấp. 96 Tài liệu tham khảo.

102 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp Danh Mục Bảng Bảng 2. Tính toán pha Mn .2 - Tính toán pha As. Tính toán pha amoni. Tính toán pha Clo – javen ở chế độ 0,5 m3/h .5 – Tính toán pha Clo – javen ở chế độ 1 m3/h .6 – Tính toán pha KMnO4 .1 – Số liệu DO tại Q = 0,5 m3/h .2 - Số liệu DO tại Q = 1m3/h .3 - Số liệu pH - các vị trí khảo sát ở Q = 0,5 m3/h .4 - Số liệu pH - các vị trí khảo sát ở Q = 1m3/h.

Số liệu độ kiềm .6- Bảng nồng độ sắt tổng ở các vị trí khi không bổ sung chất oxi hóa ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h .7- Bảng nồng độ sắt (II) ở các vị trí khi không bổ sung chất oxi hóa ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h .8- Bảng nồng độ trung bình của sắt tổng và sắt (II) ở các vị trí khi bổ sung chất oxi hóa javen (2mg Clo/lít) ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h.9 - Bảng nồng độ trung bình của sắt tổng và sắt (II) ở các vị trí khi bổ sung chất oxi hóa javen (4mg Clo/lít) ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h.10 - Bảng nồng độ trung bình của sắt tổng và sắt (II) ở các vị trí khi bổ sung chất oxi hóa javen (8mg Clo/lít) ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h. Bảng tổng hợp nồng độ sắt tổng trung bình .12 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, không bổ sung chất oxi hóa, ở Q = 1m3/h .13 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, khi bổ sung 6mg Clo/l, ở Q = 1m3/h .14 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, khi bổ sung 8mg Clo/l, ở Q = 1m3/h. 68 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp Bảng 3.15 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, khi bổ sung 5mg KMnO4/l, ở Q = 1m3/h .16 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, khi bổ sung 23,8mg KMnO4/l, ở Q = 1m3/h .17 - Nồng độ As (µg/L) ở các vị trí khi không bổ sung chất oxi hóa ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h. Giá trị As (mg/L) dọc hệ thống (Q = 1 m3/h, [KMnO4] = 5 và 23,8 mg/L).

Giá trị Mn dọc hệ thống (Q = 1 m3/h, không khí). Giá trị Mn dọc hệ thống (Q = 1 m3/h, [Cl hđ] = 6 mg/L). Giá trị Mn (mg/L) dọc hệ thống (Q = 1 m3/h, [Cl hđ] = 8 mg/L). Giá trị Mn (mg/L) dọc hệ thống (Q = 1 m3/h, [KmnO4]= 5 và 23,8 mg/L).

Diễn biến hệ khử khi dừng và cấp lại hữu cơ. Diễn biến hệ khử nitrat sau khi sục khí và rửa lọc. Các thông số bồn nitrat hóa. Tổng hợp các thông số của hệ xử lý amoni trong nước ngầm qui mô pilot.

Tính tải và năng suất xử lí N-amôni và N-nitrat ở các tải lượng khác nhau. 91 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp Danh mục hình Hình 1.1- Sự phụ thuộc các dạng sắt vào pH và thế oxi hoá khử của nước .2 - Ảnh hưởng của pH đến tốc độ ôxy hoá Fe(II) .1 - Sơ đồ khối hệ xử lý nước cấp quy mô pilot. Mặt cắt đứng hệ pilot .5 - Bể phản ứng .6 - Bể lắng và tấm lắng lamen .1- DO – vị trí ở Q = 0,5 m3/h.2 - DO – vị trí ở Q = 1 m3/h.3 - pH – vị trí ở Q = 0,5 m3/h .4- pH – vị trí ở Q = 1 m3/h .5 - Nồng độ sắt tổng – vị trí ở Q = 0,5m3/h, không bổ sung hóa chất .6 - Nồng độ sắt (II) – vị trí ở Q = 0,5m3/h, không bổ sung hóa chất .7- Sắt tổng – sắt (II) theo vị trí .8 - Nồng độ trung bình của sắt tổng và sắt (II) ở các vị trí khi bổ sung .9 - Nồng độ trung bình của sắt tổng và sắt (II) ở các vị trí khi bổ sung chất oxi hóa javen (4mg Clo/lít) ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h .10- Nồng độ trung bình của sắt tổng và sắt (II) ở các vị trí khi bổ sung chất oxi hóa javen (8mg Clo/lít) ở lưu lượng đầu vào 0,5m3/h .11- Tổng hợp nồng độ sắt tổng trung bình – vị trí ở Q = 0,5 m3/h .12 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, không bổ sung chất oxi hóa, ở Q = 1m3/h .13- Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, bổ sung chất oxi hóa 6mg Clo/l, ở Q = 1m3/h .14 - Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, bổ sung chất oxi hóa 8mg Clo/l, ở Q = 1m3/h. 69 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Phạm Thƣợng Hải Luận văn tốt nghiệp Hình 3.15- Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, bổ sung chất oxi hóa 5mg KMnO4/l, ở Q = 1m3/h .16- Giá trị trung bình của lượng sắt tổng, sắt II ở các vị trí khảo sát, bổ sung chất oxi hóa 23,8mg KMnO4/l, ở Q = 1m3/h .