simultaneous removal of arsenic and ammonia from groundwater by phytofiltration with cattails (typha spp.) cultivation tt

1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
o0o





NGUYỄN TIẾN CỬ







SIMULTANEOUS REMOVAL OF ARSENIC AND
AMMONIA FROM GROUNDWATER BY
PHYTOFILTRATION WITH CATTAILS (TYPHA
SPP.) CULTIVATION




LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ CHẤT THẢI VÀ XỬ LÝ VÙNG Ô NHIỄM
(CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO QUỐC TẾ)

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. LÊ VĂN CÁT




HÀ NỘI – NĂM 2008

2





HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE TECHNISCHE UNIVERSITAT DRESDEN




NGUYEN TIEN CU



SIMULTANEOUS REMOVAL OF ARSENIC
AND AMMONIA FROM GROUNDWATER
BY PHYTOFILTRATION WITH CATTAILS
(TYPHA SPP.) CULTIVATION

MASTER THESIS
FIELD: WASTE MANAGEMENT AND CONTAMINATED SITE
TREATMENT



SUPERVISOR: ASSC. DR. LE VAN CAT





HANOI-2008
1
MỤC LỤC

MỤC LỤC
1
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
5
DANH MỤC SƠ ĐỒ
5
LỜI CẢM ƠN
6
PHẦN MỞ ĐẦU

7
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN
10
1.1. Các nguồn nƣớc và Tiêu chuẩn cho nguồn nƣớc uống
10
1.1.1. Các nguồn nước:
10
1.1.2. Tiêu chuẩn cho nguồn nước uống
10
1.2. Tình hình ô nhiễm arsenic và ammonia nguồn nƣớc ngầm
11
1.2.1. Tình hình ô nhiễm arsenic nguồn nước ngầm:
11
1.2.2. Tình hình ô nhiễm ammonia nguồn nước ngầm
16
1.3. Các công nghệ xử lý
17
1.3.1. Công nghệ xử lý Arsenic
17
1.3.2. . Công nghệ xử lý Ammonia
19
1.4. Hệ xử lý lọc kết hợp trồng cây
21
1.4.1. Đặc điểm hệ xử lý lọc kết hợp trồng cây
21
1.4.2. Cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu hệ xử lý lọc kết hợp trồng cây
23
CHƢƠNG 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
28
2.1. Chọn lọc cây

28
2.2. Chọn lọc đất trồng
29
2.3. Thiết kế và vận hành hệ xử lý
29
2.3.1. Trồng cây
29
2.3.2. Vận hành hệ xử lý
29
2.3.3. Pha chế nguồn nước bị nhiễm arsenic và ammonia
31
2.4. Lấy mẫu
31
2.5. Các phƣơng pháp phân tích mẫu
31
2
2.5.1. Đo giá trị pH
31
2.5.2. Xác định độ kiềm
31
2.5.3. Phân tích ammonia-nitrogen
32
2.5.4. Phân tích nitrite-nitrogen
34
2.5.5. Phân tích nitrate-nitrogen
36
2.5.6. Phân tích arsenic
37
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
40

3.1. Quá trình phát triển sinh khối của cây cỏ nến Cattails (Typha spp.)
40
3.2. Hiệu quả xử lý arsenic
42
3.3. Hiệu quả xử lý ammonia
44
3.3.1. Ammonium-Nitrogen:
44
3.3.2. Nitrite-Nitrogen:
48
3.3.3. Nitrate-Nitrogen:
49
KẾT LUẬN
51
NHẬN XÉT VÀ TRIỂN VỌNG NGHIÊN CỨU
53
TÀI LIỆU THAM KHẢO
56
PHỤ LỤC
61

3
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài:
Nguồn nước ngầm đang sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt tại hai vùng đồng
bằng lớn nhất Việt Nam là Đồng bằng Sông Hồng và Đồng bằng Sông Cửu Long rất
hay bị ô nhiễm, đặc biệt là arsenic và ammonia.
Xác suất bắt gặp nguồn nước ngầm bị nhiễm ammonia có nồng độ cao từ 10 mg/L
đến 30 mg/L khoảng 80% đến 90% tại một số điểm thuộc vùng Đồng bằng Sông

Hồng [Le Van Cat, Tran Mai Phuong, 2005]. Tại Đồng bằng Sông Cửu Long, nguồn
nước ngầm bị nhiễm ammonia cũng rất đáng báo động, giao động từ 0.1 mg/L đến 35
mg/L [M. Berg, 2006].
Bên cạnh đó, nguồn nước ngầm tại hai khu vực đồng bằng sông này cũng đang bị
nhiễm bẩn arsenic với mức độ nghiêm trọng [WB, 2002]. Nồng độ arsenic dao động
từ 1 µg/L đến 3050 µg/L, nồng độ trung bình là 430 µg/L (với trên 48% vượt mức 50
µg/L và 20% vượt mức 150 µg/L) tại vùng đồng bằng Sông Hồng [Tran Hong Con,
2006]. Tại vùng Đồng bằng Sông Mekong, mức độ ô nhiễm arsenic trong nguồn
nước ngầm cũng rất cao, nồng độ arsenic dao động từ 1 µg/L đến 845 µg/L [M. Berg
et al., 2006].
Như vậy, từ những con số thực tế đó có thể thấy rằng nhân dân đang sinh sống ở hai
vùng đồng bằng lớn nhất nước ta đang phải sử dụng thường xuyên nguồn nước ngầm
bị ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm arsenic và ammonia. Sức khỏe của người dân đang bị
ảnh hưởng nghiêm trọng do quá trình tích lũy các chất ô nhiễm nguy hại arsenic và
ammonia.
Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng, chủ yếu là các hộ gia đình sống ở các vùng
nông thôn, cần thiết phải có những công nghệ xử lý nước thích hợp với điều kiện của
họ.
Cho đến nay, một số kỹ thuật xử lý nước đã được nghiên cứu và áp dụng tại Việt
Nam. Các phương pháp đó đã được kiểm nghiệm một phần trong ứng dụng thực tiễn
4
với các quy mô và phạm vi xử lý khác nhau. Tuy nhiên, khi ứng dụng các phương
pháp xử lý này vào thực tiễn thì gặp một số khó khăn sau như vận hành phức tạp, đòi
hỏi kỹ năng và kiến thức cao, chi phí xử lý cao, khó khăn trong việc bảo trì, bảo
dưỡng, có thể xử lý triệt để một chất ô nhiễm, nhưng khó khăn trong việc xử lý đồng
thời các chất ô nhiễm…
Do vậy, đối với các nguồn nước ngầm bị nhiễm đồng thời arsenic và ammonia thì
những khó khăn nêu trên càng lớn hơn vì phải áp dụng các công nghệ riêng lẻ trong
một tổ hợp hệ thống xử lý phức tạp mới có thể xử lý triệt để các chất ô nhiễm.
Với mong muốn phát triển một loại hình công nghệ xử lý với mục tiêu xử lý đồng

thời arsenic và ammonia (và một số tạp chất khác) trong nước ngầm, phương thức
vận hành đơn giản, chi phí thấp, dễ dàng bảo trì bảo dưỡng…hệ thống xử lý theo
phương pháp lọc kết hợp với trồng cây thích hợp được đề xuất nghiên cứu.
Trong nghiên cứu này, hệ xử lý lọc cát kết hợp với trồng cây cỏ nến (Typha spp.)
được lựa chọn nhằm đánh giá khả năng xử lý của hệ lọc cát - thực vật đối với việc
loại bỏ đồng thời arsenic và ammonia trong nguồn nước máy bị ô nhiễm.
2. Mục đích nghiên cứu:
1. Kiểm tra khả năng xử lý loại bỏ đồng thời arsenic và ammonia từ nguồn nước
bị nhiễm hai loại chất này bằng phương pháp lọc kết hợp trồng cây Cỏ nến
(Typha spp.)
2. Xây dựng và phát triển công nghệ xử lý tối ưu cho quá trình xử lý loại bỏ đồng
thời arsenic và ammonia (và các chất ô nhiễm khác) từ nguồn nước ngầm, đạt
tiêu chuẩn nước uống.
3. Giới hạn phạm vi nghiên cứu:
3.1. Phạm vi nghiên cứu của luận văn được giới hạn:
 Sử dụng nguồn nước máy có đầu ra tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Sau đó, làm nhiễm bẩn nguồn nước máy này bằng các hợp chất arsenite As(III),
arsenate As(V) và ammonia để tiến hành nghiên cứu, làm thí nghiệm;
5
 Hệ xử lý ở quy mô “mô hình thí điểm”;
o Các vấn đề nghiên cứu được giới hạn:
 Phân tích hàm lượng arsenite, arsenate và ammonia đầu vào;
 Phân tích hàm lượng arsenic, ammonia, nitrite và nitrate đầu ra;
 Chỉ giới hạn trên một loại cây trồng: cây cỏ nến (Typha spp.)
4. Nhiệm vụ và nội dung thực hiện:
 Thu thập và chọn lọc các loại thực vật có tiềm năng xử lý đồng thời arsenic và
ammonia;
 Tiến hành trồng cây và khảo sát, đánh giá khả năng xử lý đồng thời arsenic và
ammonia giữa chúng;
 Chọn ra cây thích hợp nhất: cây cỏ nến (Typha spp.);

 Tiến hành nghiên cứu “thí điểm” khả năng xử lý arsenic và ammonia trong nước
ngầm bằng phương pháp lọc cát kết hợp trồng cây cỏ nến;
 Phân tích và đánh giá kết quả;
 Kết luận và định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo.
5. Cơ sở và tài liệu để thực hiện khóa luận:
 Tình hình ô nhiễm đồng thời arsenic và ammonia trong nước ngầm tại Việt Nam;
 Các tài liệu chuyên ngành (Tiếng Anh và Tiếng Việt) liên quan;
 Các bài báo, tạp chí chuyên ngành (Tiếng Anh và Tiếng Việt) liên quan;
6. Phƣơng pháp nghiên cứu:
 Phương pháp thu thập thông tin từ các nguồn tài liệu chuyên ngành liên quan;
 Phương pháp điều tra và chọn lọc thông tin, số liệu một cách chính xác và trung
thực nhất;
 Phương pháp phân tích thống kê, xử lý số liệu.
6
7. Luận điểm bảo vệ:
 Tình hình ô nhiễm nguồn nước ngầm tại Việt Nam rất đáng báo động, đặc biệt là
bị nhiễm bẩn arsenic và ammonia;
 Tính cấp thiết của đề tài nhằm tìm ra hướng và công nghệ xử lý đồng thời arsenic
và ammonia trong nước ngầm một cách hiệu quả nhất (cả về kinh phí và cách thức
vận hành công nghệ);
 Hệ xử lý lọc kết lợp trồng cây là lựa chọn tối ưu; Trong đó nhấn mạnh đến hệ xử
lý lọc cát kết hợp trồng cây cỏ nến là sự lựa chọn tốt;
 Đưa ra một số giải pháp cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm xử lý đồng thời
arsenic và ammonia đạt hiệu quả cao nhất.
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn:
Nghiên cứu đã đưa ra được một số kết quả và kết luận cơ bản nhằm xác lập cơ sở
khoa học cho các nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo:
 Chọn lọc được một số cây có khả năng xử lý arsenic và ammonia hiệu quả;
 Hệ xử lý lọc kết lợp trồng cây là lựa chọn tối ưu;
 Tối ưu hóa quá trình thiết kế hệ xử lý;

 Đưa ra các vấn đề cần quan tâm trong các nghiên cứu tiếp theo.
Đáp ứng nhu cầu thực tiễn:
 Tình hình ô nhiễm nguồn nước ngầm tại Việt Nam rất đáng báo động, đặc biệt là
bị nhiễm bẩn arsenic và ammonia;
 Cần thiết tìm ra hướng và công nghệ xử lý đồng thời arsenic và ammonia trong
nước ngầm một cách hiệu quả nhất (cả về kinh phí và cách thức vận hành công
nghệ);
 Chứng minh hệ xử lý lọc kết lợp trồng cây là lựa chọn tối ưu; Trong đó nhấn
mạnh đến hệ xử lý lọc cát kết hợp trồng cây cỏ nến là sự lựa chọn tốt;
7
 Nghiên cứu này cũng chính là một thông điệp gửi đến các cấp chính quyền và
nhân dân đang sinh sống và làm việc tại những khu vực có nguồn nước ngầm bị ô
nhiễm, đặc biệt bị nhiễm arsenic và ammonia, nhằm thu hút sự quan tâm đến vấn
đề bảo vệ chính bản thân nói riêng và bảo vệ môi trường xung quanh nói chung,
đồng thời định hướng nhiệm vụ bảo vệ môi trường, phát triển bền vững song song
với nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội của vùng.
9. Những đóng góp mới của luận văn:
 Nhận diện và tóm tắt một cách tổng quát các khu vực có nguồn nước ngầm bị ô
nhiễm đồng thời arsenic và ammonia tại Việt Nam;
 Lựa chọn được một số loài cây thích hợp để xử lý đồng thời arsenic và ammonia;
trong đó, cây cỏ nến là sự lựa chọn tốt nhất;
 Đã thiết kế được hệ xử lý lọc kết hợp trồng cây cỏ nến và từng bước tối ưu hóa
quá trình thiết kế hệ xử lý;
 Đưa ra một số vấn đề quan tâm cho các nghiên cứu về hệ xử lý lọc kết hợp trồng
cây tiếp theo;
10. Cấu trúc luận văn:
Luận văn gồm có 3 chương và các phần được sắp xếp theo thứ tự sau:
Mở đầu
Chương 1 - Tổng quan
Chương 2 - Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 - Kết quả và thảo luận
Kết luận
Định hướng nghiên cứu tiếp theo
Tài liệu tham khảo liên quan
Phụ lục
8
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN

1.1. Tình hình ô nhiễm arsenic và ammonia trong nguồn nƣớc ngầm:
Việt Nam là một trong số các quốc gia có nguồn nước phong phú và đa dạng. Tuy
nhiên, ô nhiễm arsenic và ammonia trong nguồn nước ngầm tại Việt Nam rất đáng
báo động [WEPA, 2007].
Ô nhiễm arsenic:
Các cuộc khảo sát nguồn nước mặt và nước ngầm từ Bắc chí Nam, đặc biệt ở hai
vùng Đồng bằng Sông Hồng và Đồng bằng Sông Mekong đã được thực hiện thường
xuyên và đã cảnh báo là tình trạng ô nhiễm arsenic trong nguồn nước là một nguy cơ
có thật. Nồng độ arsenic dao động từ 1 µg/L đến 3050 µg/L, nồng độ trung bình là
430 µg/L (với trên 48% vượt mức 50 µg/L và 20% vượt mức 150 µg/L) tại vùng
đồng bằng Sông Hồng [Tran Hong Con, 2006]. Tại vùng Đồng bằng Sông Mekong,
mức độ ô nhiễm arsenic trong nguồn nước ngầm cũng rất cao, nồng độ arsenic dao
động từ 1 µg/L đến 845 µg/L [M. Berg et al., 2006].
Độc tính của arsenic:
Hai hợp chất arsenite (As(III)) và arsenate (As(V)) chiếm đa số trong số các hợp chất
arsenic có trong nước ngầm.
Về mặt sinh học, arsenic là một chất độc có thể gây 19 bệnh khác nhau. Trong đó,
ung thư da và phổi. mặt khác, arsenic có vai trò trong trao đổi nuclein, tổng hợp protit
và hemoglobin. Arsenic ảnh hưởng đến thực vật như mọt chất cản trở trao đổi chất,
làm giảm năng suất. Độc tính của các hợp chất As đối với sinh vật dưới nước tăng
dần theo dãy: Arsen → Arsenit → Arsenat → Hợp chất As hữu cơ.
Các biểu hiện đầu tiên của bệnh nhiễm độc arsenic là chứng sạm da (melanosis), làm

dày biểu bì (keratosis) từ đó dẫn đến hoại thư hay ung thư da.
Hiện chưa có phương páp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc As.
Nguồn ô nhiễm arsenic:
9
Nguồn ô nhiễm arsenic có thể là các quá trình tự nhiên (phun trào núi lửa, hoạt động
magma, nhiệt dịch, phong hóa ) và đặc biệt là các hoạt động nhân sinh (đốt nhiên
liệu hóa thạch, đốt rác, nấu chảy quặng, luyện kim, khai thác và chế biến quạng, nhất
là quặng sulfua và arsenua, sản xuất vá sử dụng thuốc trừ sâu diệt cỏ, phân hóa học,
vũ khí hóa học ).


Hình 1.1 - Ô nhiễm arsenic trong nguồn nƣớc ngầm tại vùng Đồng bằng Sông
Hồng [FAO, 2007]
Bảng 1.1 - Nồng độ arsenic trong nguồn nƣớc ngầm tại một số vùng nông thôn
Đồng bằng Sông Hồng năm 2001 [M. Berg et al., 2006]
Vùng
n
Nồng độ arsenic
trung bình (µg/L)
Dãy nồng độ
(µg/L)
A
48
32
1 – 220
B
48
67
1 – 230
C

55
140
2 – 3050
D
45
430
2 – 3010
Tổng
196
159
1 – 3050
10
Bảng 1.2 - Nồng độ arsenic trong nguồn nƣớc ngầm tại một số vùng nông thôn
Đồng bằng Sông Mekong (phân tích mẫu tháng 6 năm 2004 (n = 112) [M. Berg et
al., 2006]

Trung bình
Dãy nồng độ (µg/L)
Nồng độ arsenic trung bình (µg/L)
39
1 – 845
1.2. Ô nhiễm ammonia trong nguồn nƣớc ngầm:
Ô nhiễm ammonia:
Xác suất bắt gặp nguồn nước ngầm bị nhiễm ammonia có nồng độ cao từ 10 mg/L
đến 30 mg/L khoảng 80% đến 90% tại một số điểm thuộc vùng Đồng bằng Sông
Hồng [Le Van Cat, Tran Mai Phuong, 2005]. Tại Đồng bằng Sông Cửu Long, nguồn
nước ngầm bị nhiễm ammonia cũng rất đáng báo động, giao động từ 0.1 mg/L đến 35
mg/L [M. Berg, 2006].

Hình 1.2 - Tình hình ô nhiễm ammonia tại một số địa điểm thuộc Thành phố Hà
Nội [CETASD, 2004]
11
Bảng 1.3 - Nồng độ NH
4
+
-N và NO
2
-
-N trung bình trong các mẫu nƣớc ngầm
thuộc Đông bằng Sông Mekong (năm 2004) [M. Berg et al., 2006]

Trung bình
Dãy nồng độ
Nồng độ NH
4
+
-N (mg/L)
5.0
0.1 - 35
Nồng độ NO
2
-
-N trung bình
(mg/L)
0.25
0.25 – 4.4
Độc tính của ammonia:
Ammonia không gây độc trực tiếp đến con người. Tuy nhiên, các sản phẩm chuyển

hóa trong quá trình nitơ hóa và đề nitơ hóa của ammonia gồm nitrite và nitrate lại gây
ra độc tính đối vớ sức khỏe con người [ATSDR, 2004] vì nitrite có thể kết hợp với
amines thứ cấp trong hệ tiêu hóa để sản sinh ra N-nitrosamine được biết như là một
tác nhân gây ung thư. Ngoài ra, tính độc của nitrate cũng đã nghiên cứu và được
chứng minh là tác nhân gây ung thư cho da.
Nguồn ô nhiễm ammonia:
Nguồn ô nhiễm ammonia tự nhiên (quá trình cố định sinh học, chu trình nitơ tự
nhiên…) hoặc do con người (các hoạt động sản xuất có sử dụng các hợp chất nitơ, sử
dụng phân bón, các hoạt động công nghiệp…)
1.3. Các phƣơng pháp xử lý hiện có:
Xử lý arsenic:
Để xử lý arsenic trong nước ngầm có thể áp dụng các công nghệ xử lý: kết tủa, hấp
thụ, trao đổi ion (trên vật liệu anionite hoặc y-Al2O3). Một số phương pháp khác ví
dụ lọc màng hay điện hóa vẫn đang trong quá trình nghiên cứu để hoàn thiện công
nghệ, chưa áp dụng trong thực tiễn.
Kết tủa với sắt có hiệu quả tách loại arsenic cao. Một số nguồn nước ngầm chứa sắt
khi xử lý đã đồng thời tách loại một lượng đáng kể arsenic trong nguồn nước ngầm.
Hiệu quả tách loại arsenic phụ thuộc vào hàm lượng sắt (vô cơ), hàm lượng
phosphate và chất hữu cơ trong nước.
12
Trao đổi arsenic trên vật liệu anionite có hiệu quả khi nguồn nước ngầm chứa ít
sunfate, clorua và pH cao. Khó khăn là ở giai đoạn tái sinh chất anionite và để có hiệu
quả xử lý cao thì cần phải oxi hóa arsenite lên arsenate với các hóa chất đủ mạnh như
H2O2, Clo hoạt động, Ozone…Điều kiện trên rất khó thực hiện đối với quy mô xử lý
nhỏ lẻ.
Trao đổi trên vật liệu y-Al2O3, tuy không vấp phải khó khăn về nồng độ chất vô cơ
tan trong nước, nhưng cũng gặp phải khó khăn trong các bước tái sinh nhiều bước.
Hấp phụ là phương pháp dễ áp dụng cho quy mô nhỏ, đặc biệt với hệ chất có đồng
thời hai tính năng: xúc tác oxi hóa và hấp phụ. Hệ có tính chất trên là các loại vật liệu
trên cơ sở oxit mangan và oxit sắt thích hợp.

Xử lý ammonia:
Công nghệ xử lý ammonia cho nước sinh hoạt cho đến nay gồm các phương pháp:
Clo hóa tại điểm đột biến, Trao đổi ion trên vật liệu clinoptilolite, và Phương pháp vi
sinh (nitrat hóa và khử nitrat hóa). Áp dụng phương pháp xử lý nào phụ thuộc vào các
yếu tố: nồng độ ammonia trong nước, điều kiện kinh tế cho phép, quy mô xử lý, điều
kiện sẵn có về phương diện công nghệ, nguyên liệu. Tiêu chí cần xét đến là chi phí và
quy mô xử lý. Đối với quy mô xử lý nhỏ (hộ gia đình hay cụm hộ gia đình) thường
gặp khó khăn hơn so với quy mô xử lý lớn do bị khống chế bởi yếu tố tài chính, điều
kiện duy trì và bảo dưỡng hệ xử lý.
Đứng trước thực trạng đó, nhu cầu có trong tay một loại hình công nghệ hệ xử lý đơn
giản để người dân có thể sử dụng phù hợp với hoàn cảnh của họ, có kinh phí xử lý
thấp, dễ vận hành và có thể xử lý đồng thời nhiều tạp chất là cần thiết.
Hệ xử lý kết hợp giữa thực vật (thích hợp) với phương pháp lọc cát truyền thống có
khả năng đáp ứng mục đích trên.
1.4. Đặc điểm và nguyên lý của hệ xử lý lọc kết hợp trồng cây:
Trong quá trình nghiên cứu sử dụng các loại thực vật để xử lý nước thải, phục hồi
môi trường, đất bị ô nhiễm, các nhà khoa học đã phát hiện thấy các loại thực vật có
khả năng tích lũy một số kim loại nặng có mặt trong môi trường theo các cơ chế khác
13
nhau: hấp thụ bên ngoài tế bào, tham gia cấu tạo tế bào (đồng hóa). Mức độ tích lũy
kim loại nặng phụ thuộc vào: loại cây, tuổi cây, tốc độ phát triển sinh khối, dạng tồn
tại của kim loại nặng…
Ngoài ra, ammonia là thành phần cấu tạo nên tế bào thực vật, được lấy chủ yếu từ
nguồn phân bón (đạm). Thành phần đạm (protein) trong thực vật phụ thuộc vào dạng,
tuổi cây và cả điều kiện sinh trưởng của chúng. Một số loại thực vật có khả năng
cung cấp oxy cho vùng xung quanh rễ cây, tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí sống
xung quanh hệ rệ phát triển. Vùng cách xa rễ có nồng độ oxy thấp hơn, kích thích các
loại vi sinh vật tùy nghi phát triển và tạo ra sự chênh lệch thế oxi hóa - khử trong một
vùng không gian hẹp. Thực vật có khả năng cung cấp oxy cho đất là các loại có than
rỗng và có cấu tạo bộ rễ chum, có tốc độ phát triển sinh khối mạnh.

Trong một tầng lọc cát được trồng cây có khả năng cung cấp oxy, khi nước chứa
ammonia chảy qua sẽ xảy ra một loạt các quá trình liên quan đến xử lý ammonia:
- Thực vật hấp thu ammonia để cấu tạo tế bào. Ammonia là dạng phân đạm được thực
vật ưa chuộng nhất so với các dạng hợp chất nitơ khác.
- Trong tầng lọc có mặt oxy hòa tan sẽ thúc đẩy các loại vi sinh tự dưỡng hiếu khí
phát triển. Chúng làm nhiệm vụ oxy hóa ammonia thành nitrite và nitrate. Có rất
nhiều bằng chứng cho thấy rằng các loại vi sinh vật này có mật độ rất cao xung quanh
vùng rễ cây. Trong vùng không gian xa hệ rễ, do thiếu oxy và có mặt nitrite và nitrate
nên loại vi sinh vật dị dưỡng tùy nghi có điều kiện phát triển. Chúng khử nitrite và
nitrate thành khí nit ơ với tác nhân nhường điện tử là các chất hữu cơ có mặt trong
nước nguồn hoặc từ quá trình phân hủy nội sinh của vi sinh vật hay thực vật.
- Sử dụng các loại thực vật sống nửa nổi nửa chìm trong nước (emergent plants) (có
rễ và than ngập trong nước, lá và phần thân trên biểu hiện trong không khí) thì phần
thân cây ngập trong nước đóng vai trò giá thể để cho vi sinh vật (chủ yếu là hiếu khí)
phát triển.
Tất cả các quá trình trên đều đóng góp vào việc chuyển hóa và tách bỏ ammonia ra
khỏi môi trường nước. Phương pháp này đã được sử dụng khá phổ biến trong xử lý
nước thải với công nghệ có tên gọi “hệ lọc thảm sậy” (reed bed system).
14
Thực vật có khả năng tích lũy arsenic và hấp thu tốt ammonia được lựa chọn là cây
cỏ nến (cattails Typha spp.) là loại thực vật khá phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới.

Hình 1.3 – Các phƣơng thức loại bỏ arsenic trong hệ hệ xử lý lọc kết hợp
trồng cây
Hấp thụ bởi thực vật (chủ
yếu trong bộ rễ)
Kết tủa (do ảnh hƣởng của
quá trình chuyển hóa vi
sinh vật)
Đồng kết tủa với sắt trong

điều kiện có oxy
Quá trình lọc và lắng
động của các hạt lơ
lửng)
Hấp thu
15

CHƢƠNG 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Chọn lọc cây trồng:
Nguyên tắc lựa chọn: Cây trông phải có khả năng:
 Hấp thu đồng thời arsenic và ammonia tốt;
 Tính sẵn có và dễ trồng tại Việt Nam;
 Sinh khối phát triển nhanh;
Trong nghiên cứu này, cây cỏ nến (Typha spp.) đã được chọn làm thí nghiệm đánh
giá khả năng xử lý của hệ.

Hình 2.1 - Cây cỏ nến (Typha spp.)
2.2. Chọn lọc đất:
Nguyên lý chọn lọc đất: đất có khả năng:
 Tính thấm tốt;
 Cây có khả năng sống được;
16
Đất cát đã được chọn làm môi trường nền để trồng cây cỏ nến.
2.3. Thiết kế và vận hành hệ xử lý:
Trồng cây:
Cây cỏ nến thu gom ngoài tự nhiên được mang về, sau đó được rửa sạch.
Tiến hành trồng cây: 4 cây cỏ nến (tương đương 1kg cây) được trồng trong mỗi xô
PVC to (thể tích 80 L và diện tích bề mặt xô là 0.16 m
2

). Các xô được đặt dưới điều
kiện khí hậu thực tế (tiếp xúc trực tiếp với điều kiện khí hậu tự nhiên). Nhiệt độ trong
quá trình nghiên cứu từ 28
o
C đến 29.5
o
C (nhiệt độ trung bình 28.4
o
C).
Thiết kế hệ xử lý (xem Hình 3.2)
Vận hành hệ xử lý:
1. Hệ A: xử lý đồng thời arsenite và ammonia
2. Hệ B: xử lý đồng thời arsenate và ammonia
3. Hệ A: xử lý đồng thời 50% arsenite + 50% arsenate và ammonia
Chuẩn bị dung dịch nước ô nhiễm:
 Dung dịch nước nhiễm arsenite có nồng độ 300 µg/L: hóa chất As
2
O
3
pha
trong nước máy
 Dung dịch nước nhiễm arsenate có nồng độ 300 µg/L: hóa chất Na
3
AsO
4
pha
trong nước máy
 Dung dịch nước nhiễm ammonia có nồng độ 30 mg/L: hóa chất NH
4
Cl pha

trong nước máy
Bảng 2.1 - Nồng độ arsenite, arsenate và ammonia ban đầu trong dòng vào
Ammonia
Arsenite (As(III))
Arsenate (As(V))
30 mg/L
300 µg/L
300 µg/L

17

2.4. Lấy mẫu:
Thể tích lấy mẫu dòng vào và dòng ra trong mỗi ngày thí nghiệm là giống nhau. Mẫu
được phân tích ngay sau khi lấy thực hiện lấy mẫu.
Bảng 2.2 – Thể tích lấy mẫu
Ngày
1- 7
8-17
18-27
28-37
38-47
48-57
58-67
68-74
Thể tích lấy mẫu
(Lít/ngày)
10
14
18
20

22
24
26
28

Bề mặt tiếp xúc không khí (3-4 cm)
Tầng nƣớc (3-5 cm)
Lớp đất cát (35-40 cm)
Lớp đá sỏi nhỏ (6-8 cm)
Van điều chỉnh tốc dộ
Cỏ nến (Typha spp.)
Dòng ra
Dòng vào
Hình 2.2 - Mặt cắt ngang hệ xử lý lọc kết hợp trồng cây Cỏ nến (Typha
spp.).
18
2.5. Các phƣơng pháp phân tích mẫu [APHS, 1970]:
Các phương pháp phân tích mẫu theo các phương pháp phân tích tiêu chuẩn của
APHS, 1970, bao gồm:
1. Đo pH
2. Đo độ kiềm
3. Phân tích ammonia-nitrogen
4. Phân tích nitrite-nitrogen
5. Phân tích nitrate-nitrogen
6. Phân tích arsenic

19
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khả năng tăng trƣởng sinh khối của cây cỏ nến (Typha spp.)

Sau 10 ngày trồng cây

Sau 30 ngày trồng cây

Sau 60 ngày trồng cây
Hình 3.1 - Tăng trƣởng sinh khối của cây cỏ nến sau các giai đoạn sinh trƣởng
khác nhau

Hình 3.2 – Tăng trƣởng sinh khối ở bộ rễ cây cỏ nến sau các giai đoạn sinh
trƣởng khác nhau
Bảng 3.1 – Tăng trƣởng sinh khối ở lá cây cỏ nến sau các giai đoạn khác nhau
(n=6)

Chiều cao
ban đầu
Sau 10 ngày
trồng cây
Sau 30 ngày
trồng cây
Sau 60 ngày
trồng cây
Chiều cao trung
bình của lá
62.3 cm
84.6 cm
140.2 cm
186.4 cm
Rễ đạt chiều dài 8.4 cm sau 30 ngày trồng
Rễ đạt chiều dài 13.6 cm sau 60 ngày trồng
20

Qua các kết quả nêu trên, có thể thấy cây cỏ nến có khả năng tăng trưởng sinh khối
tốt, đã đáp ứng đủ điều kiện cần.
3.2. Hiệu quả xử lý arsenic
 Nồng độ arsenite As (III) và arsenate As (V) trong dòng vào giống nhau và
bằng 300 µg/L.
 Thể tích dòng ra được lấy hằng ngày tăng dần từ 10 L/ng đến 28 L/ng
MỨC ĐỘ CHỊU TẢI ARSENIC (µg)/NGÀY)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10 L/d 14 L/d 18 L/d 20 L/d 22 L/d 24 L/d 26 L/d 28 L/d
Thể tích dòng ra (L)/ngày
µg (As)/ngày)
Pot A (µg/d) Pot B (µg/d) Pot C (µg/d)

Hình 3.3 - Mức độ chịu tải của các hệ xử lý đối với arsenic (µg (arsenic) /ngày)
trong các giai đoạn khác nhau
Nhận xét:
 Mức độ chịu tải của các hệ xử lý đối với arsenite và arsenate là tương đồng nhau
trong các giai đoạn xử lý khác nhau. Chứng tỏ, cây cỏ nến không phân biệt arsenite
và arsenate trong quá trình xử lý và quá trình phát triển sinh khối của cây cỏ nến ở cả
03 hệ xử lý là gần như giống nhau;
 Mức độ chịu tải của các hệ có xu hướng tăng dần dần từ 2875 µg/ngày lên đến trên

8350 µg/ngày, tính toán cho 1 kg cây cỏ nến được trồng ban đầu trong một xô có diện
tích bề mặt là 0.16m
2
;
21
 Có thể thấy rằng, Mức độ chịu tải của các hệ xử lý đối với arsenic còn có khả năng
tăng cao hơn nữa.
 Mức độ chịu tải của các hệ xử lý đối với arsenite và arsenate là giống nhau và tương
đồng nhau trong các giai đoạn xử lý khác nhau.
[As] TRONG DÒNG VÀO VÀ DÒNG RA (µg/L)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73
Thời gian vận hành (ngày)
[As] (µg/L)
[As] (Pot A outflows) [As] (Pot B outflows) [As] (Pot C outflows)
[As] trong dòng vào: 300 (µg/L)

Hình 3.4 – [As] (µg/L) trong dòng vào và dòng ra sau các giai đoạn xử lý
Nhận xét:
 Nồng độ arsenic trong dòng vào là 300 µg/L. Nồng độ arsenic trong dòng ra của

các hệ xử lý sau các giai đoạn xử lý khác nhau luôn luôn nhỏ hơn 10 µg/L. Kết
quả này chứng tỏ rằng, khả năng xử lý loại bỏ arsenic trong nguồn nước nhiễm
arsenic của cây cỏ nến có tiềm năng rất cao.
 Như vậy, nồng độ arsenic trong dòng ra của các hệ xử lý sau các giai đoạn xử lý
khác nhau đạt tiêu chuẩn cho mục đích sử dụng làm nước uống.
 Hơn nữa, khả năng xử lý loại bỏ không phân biệt arsenite và arsenate là một ưu
điểm rất lớn của hệ xử lý này. Vì rằng, arsenite rất độc và rất khó loại bỏ bằng các
phương pháp xử lý thông thường khác.
22
3.3. Hiệu quả xử lý ammonia
Trong hệ xử lý lọc kết hợp trồng cây, ammonia có thể bị loại bỏ bằng các cách sau:
hấp thu ammonia bởi thực vật (chủ yếu), ammonia bay hơi vào không khí và chuyển
hóa ammonia thông qua các hoạt động của hệ vi sinh vật.
 Nồng độ ammonia trong dòng vào là: 30 mg/L
 Thể tích dòng ra/ngày: xem bảng 2.2
Qua quá trình xử lý, nồng độ ammonium-nitrogen, nitrite-nitrogen và nitrate-nitrogen
trong dòng ra được thể hiện qua các hình dưới đây:
Ammonium-Nitrogen:
MỨC ĐỘ CHỊU TẢI (mg AMMONIA/NGÀY)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
10 L/d 14 L/d 18 L/d 20 L/d 22 L/d 24 L/d 26 L/d 28 L/d
Thể tích dòng ra (L)/ngày

mg ammonia/ngày
Pot A (mg/d) Pot B (mg/d) Pot C (mg/d)

Hình 3.5 - Mức độ chịu tải của các hệ xử lý đối với ammonia (mg
ammonia/ngày) sau các giai đoạn xử lý khác nhau
Nhận xét:
 Mức độ chịu tải ammonia (mg ammonia/ngày) của các hệ xử lý có những điểm
giống nhau và khác nhau và nằm trong khoảng từ 270 mg/ngày - 370 mg/ngày,
tính toán cho 1 kg cây cỏ nến được trồng ban đầu trong một xô có diện tích bề mặt
là 0.16m
2
:
23
Giống nhau:
 Mức độ chịu tải ammonia (mg)/ngày của các hệ xử lý có xu hướng tăng nhanh ở
giai đoạn đầu và giảm dần ở giai đoạn cuối.
Khác nhau:
 Mức độ chịu tải ammonia (mg)/ngày của Hệ A có một giai đoạn tương đối ổn định
(giai đoạn: ngày 28 đến ngày 57);
 Mức độ chịu tải ammonia (mg)/ngày của Hệ C, sau giai đoạn đầu tăng nhanh, sau
đó có xu hướng biến đổi lên xuống không ổn định và giảm dần.
Sự biến động lên xuống của Mức độ chịu tải ammonia (mg)/ngày của các hệ xử lý có
thể chịu sự ảnh hưởng của tuổi cây, các giai đoạn phát triển của cây, điều kiện khí
hậu cũng như hàm lượng ammonia cung cấp trong dòng vào và các yếu tố ảnh hưởng
khác nữa.
[NH4+-N] (mg/L) TRONG DÒNG VÀO VÀ DÒNG RA
0
5
10
15

20
25
30
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73
Thời gian vận hành (ngày)
[NH4+-N] (mg/L)
[NH4+-N] (Pot A outflows) [NH4+-N] (Pot B outflows) [NH4+-N] (Pot C outflows)
[NH4+-N] trong dòng vào: 30 mg/L

Hình 3.6 - [NH
4
+
-N] (mg/L) trong dòng vào và dòng ra sau các giai đoạn xử lý
khác nhau
Nhận xét: