Nghiên cứu chế tạo vật liệu quang xúc tác xử lý nước ngầm nhiễm amoni trên địa bàn tỉnh hà nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THỊ TRANG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC XỬ LÝ
NƯỚC NGẦM NHIỄM AMONI TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH HÀ NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2018



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THỊ TRANG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC XỬ LÝ
NƯỚC NGẦM NHIỄM AMONI TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH HÀ NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trƣờng
Mã số: 8520320

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS.Nguyễn Hoài Nam

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Lê Thị Trang

Mã số học viên: 1681520320003

Lớp: 24KTMT11
Chun ngành: Kỹ thuật mơi trƣờng

Mã số: 8520320

Khóa học: 24, đợt 1 năm 2018
Tôi xin cam đoan luận văn này đƣợc chính tơi thực hiện, dƣới sự hƣớng dẫn của TS
Nguyễn Hoài Nam với đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu quang xúc tác xử lý nước
ngầm nhiễm amoni trên địa bàn tỉnh Hà Nam”.
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên
cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn
nào và dƣới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc thực hiện
trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận văn

Lê Thị Trang

i


LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học Thủy Lợi, Khoa Môi trƣờng
đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho tôi học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn này.

Tơi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô tại Bộ môn Kỹ thuật Môi trƣờng, Trƣờng Đại
học Thủy Lợi đã tạo điều kiện giúp đỡ tơi trong q trình nghiên cứu thực hiện luận
văn tại đây. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Hoài Nam
ngƣời thầy đã trực tiếp, tận tình hƣớng dẫn về mặt khoa học để tơi hồn thành luận văn này.
Mặc dù, tơi đã rất cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt huyết và năng lực
của mình, song với kiến thức còn hạn chế và trong giới hạn thời gian quy định, luận
văn có thể cịn thiếu sót. Tác giả rất mong nhận đƣợc những đóng góp quý báu của quý
thầy cô và các chuyên gia để luận văn có thể hồn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận văn

Lê Thị Trang

ii

năm 2018


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ix
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.

Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................... 1

2.

Mục tiêu của đề tài .............................................................................................. 2

3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................2

4.

Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................... 3

5.

Cấu trúc của luận văn .......................................................................................... 3

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ....................................4
1.1. Khái quát chung về tỉnh Hà Nam .........................................................................4
1.1.1. Điều kiện tự nhiên ......................................................................................... 4
1.1.2. Điều kiện tinh tế - xã hội ...............................................................................6
1.1.3. Hiện trạng môi trƣờng nƣớc trên địa bàn tỉnh ...............................................6
1.2. Tổng quan về amoni ........................................................................................... 10
1.2.1. Sự chuyển hóa amoni trong mơi trƣờng nƣớc .............................................10
1.2.2. Ảnh hƣởng của nguồn nƣớc nhiễm Amoni .................................................11
1.2.3. Một số phƣơng pháp xử lý amoni ............................................................... 12
1.3. Giới thiệu về quá trình xúc tác ...........................................................................13
1.3.1. Cơ sở lý thuyết............................................................................................. 13
1.3.2. Quá trình xúc tác quang hóa ........................................................................16
1.4. Giới thiệu về vật liệu xúc tác ..............................................................................20

1.4.1. Chất bán dẫn ................................................................................................ 20
1.4.2. Đặc điểm và tính chất của vật liệu CuO, ZnO.............................................22
1.4.3. Đặc điểm vật liệu làm giá thể ......................................................................27
1.4.4. Ứng dụng của CuO và ZnO .........................................................................28
CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ........................................................ 32
2.1. Thiết bị và hóa chất ............................................................................................ 32

iii


2.1.1. Thiết bị ........................................................................................................ 32
2.1.2. Hóa chất....................................................................................................... 32
2.2. Quy trình thực nghiệm ....................................................................................... 32
2.3. Chế tạo vật liệu ................................................................................................... 34
2.3.1. Chế tạo vật liệu dạng bột ............................................................................. 34
2.3.2. Chế tạo vật liệu trên nền chất mang ............................................................ 35
2.4. Các phƣơng pháp đánh giá đặc trƣng vật liệu .................................................... 37
2.4.1. Chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) ......................................................... 37
2.4.2. Phƣơng pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-ray diffiraction – XRD) ..................... 37
2.4.3. Phƣơng pháp phổ tán sắc năng lƣợng tia X – EDX .................................... 39
2.5. Phƣơng pháp phân tích amoni trong nƣớc ......................................................... 39
2.5.1. Phƣơng pháp xác định Amoni ..................................................................... 39
2.5.2. Xây dựng đƣờng chuẩn ............................................................................... 40
2.5.3. Phƣơng pháp xác định ion NO2-, NO3- ........................................................ 42
2.6. Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý amoni của vật liệu chế tạo....................... 43
2.7. Nghiên cứu xử lý sử dụng mơ hình vật lý .......................................................... 45
2.7.1. Xây dựng mơ hình ....................................................................................... 45
2.7.2. Đánh giá hiệu quả xử lý của mơ hình.......................................................... 48
2.7.3. Xử lý một số mẫu nƣớc thực tế tại Hà Nam ............................................... 48
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 50

3.1. Kết quả đánh giá đặc trƣng vật liệu.................................................................... 50
3.1.1. Hình thái học của vật liệu (chụp SEM) ....................................................... 52
3.1.2. Thành phần hóa học vật liệu ....................................................................... 55
3.1.3. Kết quả nhiễu xạ tia X (XRD)..................................................................... 58
3.2. Ảnh hƣởng của các yếu tố đến quá trình xử lý amoni ....................................... 59
3.2.1. Tỷ lệ vật liệu ................................................................................................ 59
3.2.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của loại ánh sáng đến khả năng xử lý .................... 60
3.2.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc ............................................ 63
3.2.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của cƣờng độ chiếu sáng ....................................... 64
3.2.5. Nghiên cứu ảnh hƣởng của pH .................................................................... 65
3.2.6. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch đầu vào ............................. 66

iv


3.3. Đánh giá hiệu quả mơ hình liên tục ....................................................................68
3.3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của độ sâu ngập nƣớc .................................................68
3.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của lƣu lƣợng đầu vào ................................................69
3.3.3. Đánh giá độ bám dính của lớp vật liệu trên bề mặt chất mang ...................70
3.3.4. Xử lý mẫu thực tế ........................................................................................ 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 73
1.

Kết luận..............................................................................................................73

2.

Kiến nghị ...........................................................................................................74

PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 78

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Dãy nồng độ sử đụng để lập đƣờng chuẩn .................................................... 41
Bảng 2.2 Các thí nghiệm đƣợc tiến hành ...................................................................... 43
Bảng 3.1 Khối lƣợng vật liệu qua các đợt chế tạo ........................................................ 52
Bảng 3.2 Thành phần hóa học của vật liệu CuO-ZnO dạng bột ................................... 56
Bảng 3.3 Thành phần hóa học của vật liệu CuO-ZnO trên nền gốm ............................ 57
Bảng 3.4 Hiệu quả xử lý amoni dƣới sự xúc tác của các loại ánh sáng ........................ 61
Bảng 3.5 Hiệu quả xử lý amoni với các nồng độ dung dịch ban dầu ........................... 66
Bảng 3.6 Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc trƣớc xử lý ............................................. 71
Bảng 3.7 Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc sau xử lý ................................................ 72

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Diễn biến nồng độ ơ nhiễm BOD5 và Amoni trên các sơng trong tỉnh [3] ......8
Hình 1.2 Diễn biến nồng độ Amoni trong nƣớc ngầm ..................................................10
Hình 1.3 Sự chuyển hóa amoni trong mơi trƣờng ......................................................... 12
Hình 1.4 Cơ chế xúc tác quang...................................................................................... 19
Hình 1.5 Cấu trúc vùng năng lƣợng của chất bán dẫn ..................................................20
Hình 1.6 Độ rộng vùng cấm của một số chất [20] ........................................................ 21
Hình 1.7 Chất bán dẫn pha tạp dƣơng (a) và âm (b) ..................................................... 22
Hình 1.8 Cấu trúc tinh thể ZnO (màu xám: Zn, màu đen: O) .......................................23
Hình 1.9 Cấu trúc vùng năng lƣợng của ZnO [23] ........................................................ 24
Hình 2.1 Sơ đồ tiến trình thí nghiệm .............................................................................33
Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp vật liệu CuO-ZnO dạng bột ..................................................34

Hình 2.3 Tổng hợp vật liệu ZnO ...................................................................................35
Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp vật liệu CuO-ZnO trên nền gốm ...........................................35
Hình 2.5 Vật liệu mang trƣớc (a) và sau (b) khi đƣợc cố định chất xúc tác .................36
Hình 2.6 Kính hiển vi điện tử qt phát xạ trƣờng Hitachi S-4800 .............................. 37
Hình 2.7 Sơ đồ chùm tia tới và chùm tia nhiễu xạ trên tinh thể ....................................38
Hình 2.8 Thiết bị đo nhiễu xạ tia X ...............................................................................38
Hình 2.9 Ngun lý phân tích EDX ..............................................................................39
Hình 2.10 Đƣờng chuẩn xác định amoni .......................................................................42
Hình 2.11 Thuốc thử phân tích nitrat, nitrit (a)NitraVer®5, (b) NitriVer®3 ...............42
Hình 2.12 Mơ hình chạy thử nghiệm.............................................................................45
Hình 2.13 Hình ảnh phối cảnh mơ hình chạy thử nghiệm ............................................46
Hình 2.14 Bản vẽ chi tiết mơ hình chạy liên tục ........................................................... 47
Hình 2.15 Mẫu nƣớc sau thổi khí (a) và đƣợc lọc (b) ...................................................49
Hình 3.1 Vật liệu chế tạo đƣợc ZnO (a), CuO-ZnO (b) ................................................50
Hình 3.2 Vật liệu cố định trên chất mang (a) Gốm ban đầu, (b) ZnO/gốm, .................51
Hình 3.3 Hình ảnh chụp bề mặt vật liệu ZnO ............................................................... 53
Hình 3.4 Hình ảnh chụp bề mặt vật liệu bán dẫn pha tạp CuO-ZnO ............................ 53
Hình 3.5 Chụp SEM bề mặt chất mang (a) và ZnO/gốm (b) ........................................54
vii


Hình 3.6 Chụp SEM bề mặt vật liệu CuO-ZnO/gốm ở các độ phóng đại khác nhau ... 55
Hình 3.7 Phổ EDX của vật liệu CuO-ZnO .................................................................... 56
Hình 3.8 Phổ tán sắc năng lƣợng tia X của vật liệu CuO-ZnO trên nền gốm............... 57
Hình 3.9 Kết quả nhiễu xạ tia X (XRD) của vật liệu 10%wt CuO-ZnO ...................... 58
Hình 3.10 Kết quả nhiễu xạ tia X của ZnO [34] ........................................................... 58
Hình 3.11 Khả năng xử lý amoni theo tỉ lệ vật liệu ...................................................... 59
Hình 3.12 Khảo sát ảnh hƣởng của loại ánh sáng đến hiệu quả xử lý amoni ............... 61
Hình 3.13 Diễn biến xử lý amoni theo thời gian ........................................................... 63
Hình 3.14 Sự chuyển hóa Nitơ trong q trình xử lý .................................................... 64

Hình 3.15 Ảnh hƣởng của pH dung dịch đến hiệu quả xử lý amoni ............................ 65
Hình 3.16 Diễn biến xử lý amoni theo nồng độ dung dịch ban đầu ............................. 67
Hình 3.17 Diễn biến hiệu quả xử lý amoni theo độ sâu ngập nƣớc .............................. 68
Hình 3.18 Diễn biến q trình xử lý amoni theo lƣu lƣợng dịng chảy ........................ 69
Hình 3.19 Hiệu quả xử lý amoni của vật liệu CuO-ZnO/gốm sau 4 lần sử dụng ......... 70

viii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DD

Dung dịch

EDX

Phổ tán sắc năng lƣợng tia X

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

XRD

Phổ nhiễu xạ tia X

%wt

Phần trăm theo trọng lƣợng

UBND Ủy Ban Nhân Dân
QCVN Quy chuẩn Việt Nam

ix



MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hà Nam nằm trong khu vực hạ lƣu sơng Đáy là tỉnh có tình trạng ơ nhiễm amoni rất
nghiêm trọng. Đặc biệt, tại các địa phƣơng dọc con sông Châu nhƣ Duy Tiên, Bình
Lục, Lý Nhân và thành phố Phủ Lý là nơi có hàm lƣợng amoni trong nƣớc ngầm cao
nhất tỉnh. Theo tiêu chuẩn quốc gia QCVN 02:2009/BYT hàm lƣợng amoni trong
nƣớc dùng cho sinh hoạt đảm bảo an toàn cho ngƣời sử dụng nếu ở dƣới mức 3 mg/l,
nếu hàm lƣợng này cao hơn sẽ khiến ngƣời sử dụng mắc nguy cơ bị ung thƣ do amoni
đi vào cơ thể sẽ chuyển hóa thành những chất có khả năng tạo những hợp chất tiền ung thƣ.
Theo kết quả của trung tâm Quan trắc – Sở Tài nguyên Môi trƣờng tỉnh Hà Nam tại
các địa phƣơng này hàm lƣợng amoni cao hơn gấp hàng trăm lần so với tiêu chuẩn cho
phép, điển hình là ở xã Bồ Đề - Bình Lục, Duy Tiên và thành phố Phủ Lý. Không
giống nhƣ Asen việc loại bỏ Amoni không thể xử lý triệt để với các cơng trình bể lọc
thơng thƣờng. Hiện nay có khá nhiều phƣơng pháp để xử lý amoni nhƣ clo hóa, làm
thoáng, trao đổi ion, sinh học... Mỗi một giải pháp đều có những ƣu, nhƣợc điểm riêng
trong đó oxi hóa nâng cao là phƣơng pháp có hiệu quả nhất. Tuy nhiên, phƣơng pháp
này khá tốn kém và phức tạp trong khi đó tỉ lệ ngƣời dân sử dụng nguồn nƣớc giếng
khoan ở khu vực nông thôn của tỉnh Hà Nam khá cao họ chƣa có điều kiện để áp dụng
rộng rãi phƣơng pháp này.
Việc tạo ra các gốc có tính oxi hóa mạnh là vơ cùng quan trọng trong q trình xử lý
các thành phần ơ nhiễm bằng phƣơng pháp oxi hóa nâng cao và các phản ứng quang
xúc tác là một giải pháp đƣợc rất nhiều các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Đức, Nhật... ứng
dụng để tạo các gốc có khả năng thực hiện q trình oxi hóa nâng cao xử lý amoni. Ở

Việt Nam cũng đã có một số các cơng trình nghiên cứu về đề tài này và vật liệu làm
chất xúc tác bán dẫn đƣợc nghiên cứu nhiều nhất là TiO2 bởi hoạt tính quang xúc tác
cao và tính oxy hóa khử mạnh của nó. Bên cạnh đó oxit kẽm cũng là một vật liệu bán
dẫn thu hút đƣợc nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trong các ngành công nghệ
và khoa học nano bởi ZnO là thành phần có khả năng xúc tác cho các phản ứng quang

1


xúc tác dƣới tác dụng của ánh sáng mặt trời và có cơ chế phản ứng giống TiO2. Khơng
những thế ZnO có phổ hấp thụ ánh sáng rộng hơn TiO2 do vậy việc nghiên cứu chế tạo
chất quang xúc tác từ ZnO giúp tạo ra loại vật liệu có khả năng thúc đẩy cho các phản
ứng diễn ra nhanh hơn.
Từ những nghiên cứu nền tảng đó, với mong muốn đƣợc đóng góp một phần nhỏ cho
việc tìm kiếm vật liệu quang xúc tác nền ZnO hoạt động trong vùng ánh sáng nhìn
thấy nhằm tận dụng nguồn bức xạ tự nhiên xử lý nguồn nƣớc nhiễm amoni tại những
khu vực bị ô nhiễm cao, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu
quang xúc tác xử lý nước ngầm nhiễm amoni trên địa bàn tỉnh Hà Nam”.
2. Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu bán dẫn pha tạp CuO-ZnO trên nền vật liệu gốm có khả
năng xúc tác cho phản ứng quang hóa nhằm xử lý amoni trong nƣớc ngầm của một số
khu vực tỉnh Hà Nam.
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác quang hóa và đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc
nhiễm amoni của vật liệu.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính xúc tác của vật liệu từ đó xác định các
đại lƣợng tối ƣu tƣơng ứng với điều kiện tiến hành thực nghiệm.
- Triển khai ứng dụng mơ hình xử lý nƣớc nhiễm amoni trên vật liệu đã chế tạo đƣợc
và khảo sát một số thơng số ảnh hƣởng đến q trình hoạt động của mơ hình.
- Đánh giá hiệu quả xử lý amoni trong một số mẫu nƣớc trên địa bàn tỉnh Hà Nam
bằng vật liệu quang xúc tác đã chế tạo đƣợc.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu


Đối tƣợng nghiên cứu:

- Vật liệu xúc tác có tính chất quang hóa bao gồm ZnO, CuO và vật liệu mang là gốm
sử dụng trong xây dựng.
- Nƣớc ngầm có hàm lƣợng amoni cao.

2




Phạm vi nghiên cứu:

- Trong phạm vi thực hiện đề tài luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo vật liệu và
chạy mơ hình trong phịng thí nghiệm.
- Mẫu nƣớc ngầm có hàm lƣợng amoni cao tại các khu vực trên địa bàn tỉnh Hà Nam.
4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu
Để xây dựng đƣợc nội dung thực hiện đề tài tác giả tiếp cận đề tài thông qua việc
nghiên cứu, tìm hiểu các đề tài có tính chất tƣơng tự và dựa trên hiện trạng ô nhiễm
amoni trong nƣớc ngầm thực tế trên địa bàn tỉnh Hà Nam. Các phƣơng pháp nghiên
cứu tác giả sử dụng trong quá trình làm luận văn bao gồm:
- Phương pháp kế thừa: Tiếp thu và phát triển các cơng trình nghiên cứu tƣơng tự về
vật liệu xúc tác phản ứng quang hóa và xử lý nƣớc nhiễm amoni.
- Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu: Thu thập số liệu, nguồn tài liệu liên
quan đến xử lý nƣớc bằng chất quang xúc tác và tài liệu về phản ứng quang hóa.
- Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo vật liệu xúc tác, xác định hiệu quả xử lý amoni
của chất quang xúc tác, khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình xử lý quang hóa,

xây dựng vật lý.
- Phương pháp phân tích và xử lý số liệu: Phân tích bộ số liệu thu đƣợc từ quá trình
thực nghiệm, xử lý và loại bỏ các số liệu không đáng tin cậy.
- Phương pháp so sánh, nhận xét và đánh giá: Từ kết quả thực nghiệm phân tích và
đánh kết quả đồng thời đƣa ra các giải đáp, dự đoán các quá trình diễn ra.
5. Cấu trúc của luận văn
Cấu trúc của luận văn gồm 03 chƣơng với nội dung của các chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về đối tƣợng nghiên cứu
Chƣơng 2: Phƣơng pháp thực nghiệm
Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận

3


CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát chung về tỉnh Hà Nam
1.1.1. Điều kiện tự nhiên
1.1.1.1. Vị trí địa lý
Tỉnh Hà Nam nằm trong vùng đồng bằng Bắc Bộ, là cửa ngõ phía nam của Hà Nội,
phía Đơng giáp tỉnh Hƣng n và Thái Bình, phía Nam giáp tỉnh Nam Định và Ninh
Bình, phía Tây giáp tỉnh Hịa Bình có toạ độ nhƣ sau:
- Kinh độ Đông: 1050 45’ – 1060 10’
- Vĩ độ Bắc: 200 21’ – 200 43’
Diện tích 860,5 km², Hà Nam là tỉnh nhỏ đứng thứ 62/63 tỉnh, thành phố trong cả nƣớc
gồm 6 đơn vị hành chính: thành phố Phủ Lý (tỉnh lỵ của tỉnh), huyện Duy Tiên, huyện
Kim Bảng, huyện Lý Nhân, huyện Thanh Liêm và huyện Bình Lục [1].
Hà Nam nằm trên trục giao thông quan trọng xuyên Bắc - Nam, trên địa bàn tỉnh có
quốc lộ 1A và đƣờng sắt Bắc Nam chạy qua và các tuyến đƣờng giao thông quan trọng
nhƣ: Quốc lộ 21, Quốc lộ 21B, Quốc lộ 38. Vị trí chiến lƣợc quan trọng cùng hệ thống
giao thông thủy, bộ, sắt tạo cho Hà Nam lợi thế rất lớn trong việc giao lƣu kinh tế, văn

hóa - xã hội, khoa học - kỹ thuật với các tỉnh trong vùng và cả nƣớc.
1.1.1.2. Địa hình địa mạo
Hà Nam có địa hình thấp dần từ Tây sang Đơng. Trên địa bàn tỉnh có ba dạng địa hình:
Địa hình núi đá vơi, địa hình đồi thấp và địa hình đồng bằng [1].
- Địa hình núi đá vơi: đây là kiểu địa hình chiếm diện tích lớn với độ cao tuyệt đối
lớn nhất 419m. Đặc điểm địa hình phân cắt mạnh, nhiều sƣờn dốc đứng, nhiều đỉnh
nhọn cao hiểm trở.
- Địa hình đồi thấp: gồm các dải đồi bát úp nằm xen kẽ hoặc ven rìa địa hình núi đá
vôi, tạo thành một dải (dải thôn Non - Chanh Thƣợng) hoặc các chỏm độc lập ở các xã
Thanh Bình, Thanh Lƣu. Dạng địa hình đồi thấp là đỉnh trịn, sƣờn thoải.

4


- Địa hình đồng bằng: nằm chủ yếu ở các huyện Duy Tiên, Bình Lục, Lý Nhân, thành
phố Phủ Lý và một phần thuộc các huyện Kim Bảng, Thanh Liêm. Độ cao tuyệt đối
của địa hình đồng bằng khoảng 5 - 10m, thấp dần về phía đơng và đơng nam.
1.1.1.3. Đặc điểm khí hậu
Hà Nam có khí hậu mang đặc trƣng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng và ẩm. Nhiệt
độ trung bình hàng năm 23 - 24oC, số giờ nắng khoảng 1.300-1.500 giờ/năm. Trong
năm thƣờng có 8-9 tháng có nhiệt độ trung bình trên 20oC và chỉ có 3 tháng nhiệt độ
trung bình dƣới 20oC. Khí hậu có sự phân hóa theo chế độ nhiệt với hai mùa tƣơng
phản nhau là mùa hạ và mùa đông cùng với hai thời kỳ chuyển tiếp tƣơng đối là mùa
xuân và mùa thu. Mùa hạ với các hƣớng gió nam, tây nam và đơng nam; vào mùa
đơng gió bắc, đơng và đông bắc hoạt động mạnh mẽ [1] [2].
Độ ẩm trung bình hàng năm là khoảng 85%, tháng 3 có độ ẩm trung bình cao nhất
trong năm lên tới 95,5%, tháng 11 có độ ẩm trung bình thấp nhất trong năm khoảng
82,5%. Lƣợng mƣa trung bình năm khoảng 1.900 mm. Dịng chảy ngầm chuyển qua
lãnh thổ giúp cho Hà Nam luôn luôn đƣợc bổ sung [2].
1.1.1.4. Đặc điểm chế độ thủy văn tỉnh Hà Nam

Hà Nam có lƣợng mƣa trung bình, khối lƣợng tài nguyên nƣớc rơi khoảng 1,602 tỷ m3.
Trên địa bàn tỉnh có các sơng lớn chảy qua nhƣ: sông Hồng, sông Đáy, sông Châu và
các sông do con ngƣời đào đắp nhƣ sông Nhuệ, sông Sắt, Sông Châu Giang…Dịng
chảy mặt từ các con sơng lớn hàng năm đƣa vào lãnh thổ khoảng 14,050 tỷ m3 nƣớc [3].
- Sông Hồng là ranh giới phía đơng của tỉnh với các tỉnh Hƣng n và Thái Bình.
Trên lãnh thổ tỉnh sơng Hồng có chiều dài 38,6 km. Sơng Hồng có vai trị tƣới tiêu
quan trọng phục vụ cho nền nơng nghiệp của địa phƣơng.
- Sông Đáy là một nhánh của sông Hồng bắt nguồn từ Phú Thọ chảy vào lãnh thổ Hà
Nam, chiều dài sông trên lãnh thổ Hà Nam khoảng 47,6 km.
- Sông Nhuệ là sông đào dẫn nƣớc sông Hồng từ Thụy Phƣơng, Từ Liêm, Hà Nội và
đi vào Hà Nam với chiều dài 14,5 km, sau đó đổ vào sông Đáy ở Phủ Lý.

5


- Sông Châu Giang khởi nguồn trong lãnh thổ Hà Nam. Tại Tiên Phong (Duy Tiên)
sông chia thành hai nhánh, một nhánh làm ranh giới giữa huyện Lý Nhân và Bình Lục
và một nhánh làm ranh giới giữa huyện Duy Tiên và Bình Lục.
Điều kiện khí hậu, thủy văn thuận lợi cho phát triển một nền nông nghiệp sinh thái đa
dạng, thích hợp với các loại thực, động nhiệt đới và cho phát triển các lĩnh vực kinh tế khác.
1.1.2. Điều kiện tinh tế - xã hội
Theo thống kê mới nhất của UBND tỉnh, dân số Hà Nam là 811.126 ngƣời, với mật độ
dân số là 941 ngƣời/km2 trong đó dân số nông thôn chiếm hơn 90%. Phần đông lao
động có trình độ văn hóa, có khả năng tiếp nhận và áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật.
Hàng năm dân số Hà Nam tăng thêm khoảng 8 - 9 nghìn ngƣời, tạo thêm nguồn lao
động dồi dào, bổ sung cho nền kinh tế quốc dân [4].
Ngành công nghiệp chủ đạo của tỉnh là xi măng, vật liệu xây dựng, công nghiệp dệt
may và tiểu thủ công nghiệp với làng nghề dệt lụa Nha Xá, xã Mộc Nam, huyện Duy
Tiên chuyên dệt lụa tơ tằm, đũi, công suất đạt từ 850.000 – 1.000.000 mét lụa/năm;
làng nghề thêu ren thủ công xã Thanh Hà, huyện Thanh Liêm với các sản phẩm thêu

chăn, ga, gối, đệm, khăn ăn, khăn trang trí… Bên cạnh đó, mây tre giang đan phát triển
ở Hồng Đơng, Duy Tiên với các sản phẩm chủ yếu là hàng mây, giang, đan thủ công,
thị trƣờng tiêu thụ là ở châu Âu, châu Mỹ và một phần Bắc Á [5].
Điều kiện tự nhiên thuận lợi cùng với nguồn nhân lực dồi dào, có khả năng tiếp nhận
và áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật - công nghệ là những yếu tố tích cực để Hà Nam
phát triển một nền công nghiệp hiện đại, nông nghiệp tiên tiến và đa dạng.
1.1.3. Hiện trạng môi trường nước trên địa bàn tỉnh
1.1.3.1. Hiện trạng nguồn nước mặt
Trên địa bàn tỉnh Hà Nam là khu vực thuộc hạ lƣu sơng Đáy nên có hệ thống sơng
ngịi khá đa dạng, phong phú. Tuy nhiên, chất lƣợng nƣớc mặt tại các sông Đáy, sông
Nhuệ, sông Châu Giang đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, các chỉ tiêu nhƣ COD, Amoni
(NH4+), Nitrit (NO2-)…tại các điểm quan trắc đều vƣợt tiêu chuẩn cho phép. Tại thời
điểm ngày 14/7/2016 theo kết quả phân tích của Cục quản lý tài nguyên nƣớc tỉnh hàm
lƣợng các chất nhƣ sau: NH4+ là 10,92 mg/l-N vƣợt 36,4 lần, COD là 70 mg/l vƣợt
6


4,67 lần, ơxy hồ tan là 0,52 mg/l nhỏ hơn 9,6 lần giới hạn cho phép loại A2 theo
QCVN 08-MT:2015/BTNMT) [6]. Mức độ ô nhiễm cao nhất là sông Nhuệ ở khu vực
thành phố Phủ Lý. Ngồi ra, có khoảng 2.078 ha mặt nƣớc ao, hồ trong tỉnh cũng có
nguy cơ bị ơ nhiễm do nguồn nƣớc khơng có lƣu thông cộng với nƣớc thải sinh hoạt,
chăn nuôi gia súc, gia cầm của các hộ dân và nƣớc thải của các cơ sở sản xuất kinh
doanh, các làng nghề và các bệnh viện…
Các tác nhân gây ô nhiễm nguồn nƣớc rất đa dạng bao gồm các nhân tố phát sinh từ
bản thân các hoạt động sinh hoạt, sản xuất trên địa bàn và các tác động ngoại cảnh từ
địa phƣơng khác theo hệ thống sông di chuyển đến địa bàn tỉnh. Cụ thể:
- Nguồn gây ô nhiễm ngoại tỉnh
Nằm trong lƣu vực hạ lƣu con sông Đáy, hệ thống sông trên địa bàn tỉnh chịu tác động
mạnh mẽ bởi chất lƣợng nguồn nƣớc cũng nhƣ các yếu tố gây ô nhiễm ở thƣợng nguồn
và dọc tuyến sơng. Vì vậy lƣợng nƣớc thải từ Hà Nội bao gồm nƣớc sinh hoạt, sản

xuất chƣa đƣợc xử lý đổ thẳng ra lƣu vực sông Nhuệ - Đáy ngày càng tăng về lƣu
lƣợng và nồng độ.
- Nguồn gây ô nhiễm nội tỉnh
Hoạt động sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, chăn nuôi và y tế trên địa bàn
tỉnh hàng năm là nguyên nhân góp phần tác động mạnh mẽ gây ơ nhiễm mơi trƣờng
nƣớc mặt. Lƣợng nƣớc thải phát sinh năm 2007 khoảng 750 triệu m3 trong đó nƣớc
thải sinh hoạt khoảng 22.00 m3/năm (chiếm 56%), nƣớc thải sản xuất công nghiệp
khoảng 15.000 m3/năm. Nƣớc thải y tế khoảng 350 m3/năm, nƣớc thải chăn nuôi
khoảng 7.500 m3/năm, nƣớc thải của sản xuất làng nghề khoảng 193.621 m3/năm [3].
Hiện nay, tại các khu công nghiệp đã có hệ thống xử lý, kiểm sốt chất lƣợng nƣớc
thải đầu ra tuy nhiên các hoạt động này chƣa thực sự thƣờng xuyên và hiệu quả, đối
với nƣớc thải phát sinh đặc biệt ở vùng nông thôn nƣớc thải từ các hộ dân thì hầu hết
chƣa đƣợc xử lý mà theo hệ thống kênh dẫn đổ thẳng ra sông.

7


(a)

(b)

Hình 1.1 Diễn biến nồng độ ơ nhiễm BOD5 và Amoni trên các sông trong tỉnh [3]
1.1.3.2. Hiện trạng môi trường nước ngầm
Đặc điểm địa hình của khu vực trũng, có nhiều ao, hồ và các con sơng do vậy nguồn
nƣớc ngầm đƣợc bổ cập trên địa bàn khá phong phú. Trên địa bàn tỉnh Hà Nam có
khoảng 33 cơng trình khai thác nƣớc dƣới đất tập trung để phục vụ cấp nƣớc cho sản
xuất với tổng lƣu lƣợng khoảng 14.800 m3/ngày đêm. Ngoài ra, nƣớc phục vụ cấp
nƣớc sinh hoạt chủ yếu bằng hình thức khai thác từ giếng khoan đƣờng kính nhỏ,
giếng đào (hiện có khoảng 94.000 giếng khoan, giếng đào) để cung cấp nƣớc sinh hoạt
cho hộ gia đình, khơng có cơng trình khai thác nƣớc dƣới đất quy mô tập trung để cấp

nƣớc sinh hoạt với trữ lƣợng khai thác nƣớc ngầm tiềm năng của tỉnh Hà Nam đạt tới
165 triệu m3 [6]. Tuy nhiên, trữ lƣợng và chất lƣợng nƣớc ngầm ở nhiều địa phƣơng
trên địa bàn tỉnh đã và đang có chiều hƣớng suy giảm và bị nhiễm bẩn khá cao. Về mặt
trữ lƣợng, theo báo cáo của Liên đoàn địa chất thuỷ văn, địa chất cơng trình miền bắc,
mỗi năm mực nƣớc ngầm của tỉnh giảm trung bình 28 cm [3]. Việc khai thác nƣớc
dƣới đất tràn lan không theo quy hoạch cùng với việc các giếng ngừng sử dụng không
đƣợc trám lấp đúng quy định, có giếng nằm ở gần chuồng trại chăn nuôi, gần nguồn
nƣớc thải, bãi rác thải là nguyên nhân có nguy cơ ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc dƣới
đất. Nguyên nhân cơ bản khác là do nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc thải công nghiệp không
qua xử lý ô nhiễm nặng từ các tỉnh, thành, nhất là Hà Nội đổ về Hà Nam với lƣu lƣợng
quá lớn vƣợt quá sức chịu đựng và đánh mất khả năng tự làm sạch vì vậy nƣớc ơ
nhiễm dễ dàng thẩm thấu xuống lòng đất.

8


Theo phân tích, tổng hợp của ngành chức năng nƣớc ngầm trên địa bàn tỉnh có độ
khống hố < 0,1g/l, chiếm khoảng 50% diện tích. Hàm lƣợng As, NH4+, Fe, Cd-, Cl-,
CN-, NO2-…trong nƣớc ngầm có ở nhiều địa phƣơng vƣợt tiêu chuẩn cho phép nhiều
lần. Điển hình tại thơn Trung Hoà, xã Tiên Nội, huyện Duy Tiên hàm lƣợng As là
2,978mg/l, vƣợt 59,56 lần so với tiêu chuẩn cho phép; tại xã Hoà Hậu, huyện Lý Nhân
hàm lƣợng As lên tới 2,433mg/l, vƣợt 48,66 lần tiêu chuẩn cho phép. Điều đáng quan
tâm qua phân tích ở 7069 giếng khoan trong tỉnh, có tới 3609/7069 giếng bị nhiễm
asen từ 2 đến 62 lần so với tiêu chuẩn cho phép chiếm 51% [7].
Bên cạnh đó, qua các khảo sát của trung tâm nghiên cứu thuộc Trung tâm Khoa học tự
nhiên và Công nghệ quốc gia và trƣờng Đại học Mỏ - Địa Chất thì chất lƣợng nƣớc
ngầm ở tầng mạch nơng và mạch sâu tại một số khu vực trên địa bàn tỉnh có hàm
lƣợng Nitơ trung bình khoảng 20 mg/l [8].
Theo kết quả khảo sát khác của các nhà khoa học tại Viện Địa lý thuộc Viện khoa học
và Công nghệ Việt Nam thì xác suất các nguồn nƣớc ngầm nhiễm amoni có nồng độ

cao hơn tiêu chuẩn nƣớc sinh hoạt khoảng 70-80% (so với QCVN 01:2009/BYT). Một
số mẫu nƣớc có hàm lƣợng amoni ở mức báo động: Lý Nhân hàm lƣợng amoni lên tới
111,8 mg/l (vƣợt 37,2 lần), còn ở Duy Tiên là 93,8 mg/l (vƣợt 31,3 lần)… [8]
Kết quả phân tích mẫu nƣớc ngầm của Trung tâm quan trắc phân tích Tài ngun Mơi
trƣờng thuộc Sở TNMT tỉnh Hà Nam tại 15 địa điểm trong tỉnh trong thời gian tháng
12/2013 cho thấy phần lớn các điểm lấy mẫu đều có hàm lƣợng cao hơn hàng trăm lần
(xã Bồ Đề vƣợt 754 lần, Bối Cầu vƣợt 647 lần) so quy chuẩn Việt Nam về chất lƣợng
nƣớc ngầm (QCVN 09:2008/BTNMT quy định hàm lƣợng amoni là 0,1 mg/l) [9].
Vấn đề nguồn nƣớc ngầm nhiễm amoni gây các tác động tiêu cực đến mơi trƣờng và
sức khỏe con ngƣời. Nó đã và đang đe dọa nghiệm trọng đến cuộc sống của ngƣời dân
sinh sống ở những nơi có nguồn nƣớc ơ nhiễm amoni cao. Do đó cần có những giải
pháp kịp thời cả về mặt kỹ thuật và quản lý để giúp cải thiện tình trạng ơ nhiễm amoni
trong nƣớc ngầm ở những khu vực này [7].

9


Hình 1.2 Diễn biến nồng độ Amoni trong nƣớc ngầm
1.2. Tổng quan về amoni
1.2.1. Sự chuyển hóa amoni trong mơi trường nước
Trong nƣớc amoni tồn tại dƣới hai dạng là NH3 và NH4+. Tổng NH3 và NH4+ đƣợc gọi
là tổng amoni tự do. Đối với nƣớc uống, tổng amoni sẽ bao gồm amoni tự do,
monochloramine

(NH2Cl),

dichloramine

(NHCl2)

và

trichloramine

(NCl3).

Amoni không tồn tại lâu trong nƣớc mà dễ dàng chuyển thành nitrit. Với những mẫu
nƣớc nhiễm amoni từ 20mg/l trở lên có thể ngửi thấy mùi khai [10]. Amoni có mặt
trong mơi trƣờng có nguồn gốc từ các q trình chuyển hố, nơng nghiệp, cơng nghiệp
và từ sự khử trùng nƣớc bằng cloramin. Phƣơng trình chuyển hóa thành cloramin từ
amoni và clo trong nƣớc nhƣ sau:
Cl2 + H2O → HOCl + ClHOCl ↔ H+ + OCl-

(1-1)
(1-2)

Tỷ lệ giữa HOCl và OCl- phụ thuộc vào pH, trong dung dịch nƣớc có pH 7 – 8.5 xảy
ra phản ứng sau:
NH3 + HOCl → NH2Cl + H2O

(1-3)

NH2Cl + HOCl → NHCl2 + H2O

(1-4)

NHCl2 + HOCl → NCl3 + H2O

(1-5)

10


Amoni trong nƣớc là một chất ô nhiễm do chất thải động vật, nƣớc cống và khả năng
nhiễm khuẩn. Khi hàm lƣợng amoni trong nƣớc ăn uống cao hơn tiêu chuẩn cho phép
chứng tỏ nguồn nƣớc đã bị ô nhiễm bởi chất thải động vật, nƣớc cống và có khả năng
xuất hiện các loại vi khuẩn, kể cả vi khuẩn gây bệnh.
1.2.2. Ảnh hưởng của nguồn nước nhiễm Amoni
Bản thân amoni không quá độc với cơ thể, theo tài liệu hƣớng dẫn về chất lƣợng nƣớc
uống của WHO cũng nhƣ Tiêu chuẩn 1329/2002 (Bộ Y tế) không coi amoni là chất
gây nguy hại cho sức khoẻ con ngƣời mà xếp vào nhóm các chất có thể làm ngƣời
dùng nƣớc than phiền vì lý do cảm quan (mùi, vị) [11]. Amoni là một trong những yếu
tố gây cản trở trong công nghệ xử lý nƣớc cấp nó làm giảm tác dụng của clo, giảm
hiệu quả khử trung nƣớc do phản ứng với clo tạo thành monocloamin là chất sát trùng
thứ cấp hiệu quả kém clo hơn 100 lần. Amoni cùng với các chất vi lƣợng trong nƣớc
(hợp chất hữu cơ, phốt pho, sắt, mangan…) là “thức ăn” để vi khuẩn phát triển, gây
ảnh hƣởng tới chất lƣợng nƣớc sau xử lý. Tuy nhiên, nếu tồn tại trong nƣớc với hàm
lƣợng vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép, nó có thể chuyển hóa thành nitrit (NO 2-), nitrat
(NO3-). Trong cơ thể động vật, nitrit và nitrat có thể biến thành N- nitroso là tiền chất
có tiềm năng gây ung thƣ. Nƣớc nhiễm amoni cịn nghiêm trọng hơn nhiễm asen rất
nhiều vì amoni dễ dàng chuyển hố thành chất độc hại, lại khó xử lý. Các nghiên cứu
cho thấy 1g amoni khi chuyển hóa hết sẽ tạo thành 2,7 g nitrit và 3,65 g nitrat. Trong
khi hàm lƣợng cho phép của nitrit là 0,1 mg/lít và nitrat là 10-50 mg/lít [11].
Khi ăn uống nƣớc có chứa nitrit, cơ thể sẽ hấp thu nitrit vào máu và chất này sẽ tranh
oxy của hồng cầu làm hêmoglobin mất khả năng lấy oxy, dẫn đến tình trạng thiếu máu,
xanh da. Vì vậy, nitrit đặc biệt nguy hiểm cho trẻ mới sinh dƣới sáu tháng, nó có thể
làm chậm sự phát triển, gây bệnh ở đƣờng hô hấp, trẻ bị xanh xao, ốm yếu, thiếu máu,
khó thở do thiếu oxi trong máu. 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. Vì vậy cần có những giải pháp loại

bỏ hàm lƣợng amoni trong nƣớc, giảm thiểu các tác động đến sức khỏe con ngƣời.

11