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

Nghiên cứu xử lí nước ngầm ơ nhiễm đồng
thời sắt, mangan, amoni và asen
Phạm Thượng Hải
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn ThS Chun ngành: Hóa mơi trường; Mã số 60 44 41
Người hướng dẫn: PGS. TS Cao Thế Hà
Năm bảo vệ: 2013

Abstract. Khảo sát các yếu tố của nguồn nước ngầm: DO, pH, độ kiềm, hàm lượng
các chất trong nước ngầm tại khu vực nghiên cứu ( hàm lượng sắt cao 22- 24mg/l).
Bước đầu cho thấy nguồn nước có hàm lượng sắt cao, DO thấp và tương đối ổn định,
giá trị pH trong khoảng 6,5 -7 và biến đổi ít trong q trình xử lí. Với hàm lượng chất
ô nhiễm ở mức cao và ở pH thấp là một bài tốn khó cho q trình xử lí. Nghiên cứu
các chế độ lưu lượng 0,5m3/h và 1m3/h cho thấy với hệ thống được thiết kế có khả
năng tách loại được lượng sắt lớn. Hiệu quả xử lí tốt hơn hẳn khi có bổ sung chất oxi
hóa. Ở lưu lượng 1m3/h khảo sát với chất oxi hóa là javen lượng clo hoạt động là 8
mg/l và với KMnO4 là 5mg/l đem lại hiệu quả xử lí tốt nhất xử lí đồng thời cả Fe, Mn
và As. Xử lí asen ở nồng độ cao cùng với xử lí sắt ở nồng độ cao cho hiệu quả xử lí
tốt. Với nguồn nước có [Fe(II)] cao xử lí sắt đồng nghĩa với lọc As, tuy nhiên khi tỷ lệ
Fe/As, ở đây là từ 100 trở xuống hiệu quả xử lí giảm. Hiệu quả xử lí As rất phụ thuộc
vào nồng độ các tạp chất khác, nhất là phốt-phát. Quá trình loại bỏ mangan khó khăn
hơn do các q trình oxi hóa sắt và asen ưu thế hơn, đồng thời có sự hấp phụ, dải hấp
trên vật liệu lọc do đó có nhiều điểm bất thường trong số liệu nghiên cứu. Trình bày
quá trình xử lí amoni: Sau xử lý đều nằm dưới ngưỡng tiêu chuẩn cho phép. Đối với 2
chế độ cuối thí nghiệm ở chế độ 1 m3/h, nồng độ amoni vào 20 mgN/l có nồng độ
amoni sau xử lý tiến gần đến tiêu chuẩn cho phép. Điều này chứng nỏ rằng năng lực
xử lý của hệ pilot đa năng có trang bị giai đoạn nitrat hóa - khử nitrat hóa có khả năng
xử lý tối đa với nồng độ amoni đầu vào 20 mg/l.
Keywords. Hóa học; Hóa mơi trường; Ơ nhiễm nước.

Content
Lời nói đầu

Nước là một nhu cầu vơ cùng cần thiết đối với đời sống con người, trong sinh hoạt, sản
xuất và nhiều hoạt động khác của xã hội. Sự phát triển nhanh chóng ở tất cả các mặt của đời
sống xã hội đòi hỏi nhu cầu nước sạch cũng như chất lượng nước ngày một tăng. Để đáp ứng
được sự phát triển đó, nhiều nhà máy xử lí nước đã và đang được xây dựng tại nhiều nơi trong
cả nước.
Thông thường, khi lựa chọn nguồn nước để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt, người ta
thường có xu hướng lựa chọn nguồn nước ngầm vì chất lượng khá tốt, tính ổn định cao, dễ
dàng khai thác ở bất kì nơi đâu trên mặt đất. Từ xưa con người đã biết sử dụng nước ngầm
bằng cách đào giếng khơi để sử nước ngầm ở tầng nông. Với sự phát triển của đời sống kinh
tế từ những năm 90 nhà nước đã bắt đầu khuyến khích xây dựng các giếng khoan ở độ sâu lớn
hơn. Cho đến nay thì ở hầu hết các vùng nơng thơn, mỗi hộ gia đình đều có một giếng khoan
ở các độ sâu khoảng vài chục mét. Và thông thường nước được bơm lên là sử dụng ln, một
số nơi thì người dân tự xây các hệ thống xử lí đơn giản để xử lí chủ yếu là xử lí cặn. Trải qua
thời gian khai thác nhiều năm đã làm suy giảm lượng nước ngầm, làm tăng nồng độ các chất
hịa tan. Bên cạnh đó việc sử dụng các hóa chất cơng nghiệp và nơng nghiệp cũng là một
nguyên nhân gây ô nhiễm đất và nước dẫn đến chất lượng nguồn nước ngầm ngày một giảm.
Để nâng cao chất lượng nước trong sinh hoạt thì cần thiết phải qua xử lí, nhất là những
nơi chất lượng nước ngầm không được tốt. Tùy theo nhu cầu sử dụng, đặc điểm của nguồn
nước ngầm để xây dựng hệ thống xử lí cho phù hợp. Về cơ bản các phương pháp xử lí hiện
nay đều đem lại hiệu quả tốt đối với săt với hệ thống dàn phun mưa, bể lắng, bể lọc với kích
thước lớn và có thể đáp ứng được một vùng dân cư đông.
Hiện nay, trước nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng tăng, điều này dẫn đến các chuyên
gia ngành nước ngày càng phải hồn thiện hơn về cơng nghệ. Căn cứ vào u cầu thực tiễn,
chúng tôi thiết kế hệ thống thiết bị hợp khối có khả năng xử lí linh động tùy vào thành phần ô
nhiễm cụ thể của nguồn nước ngầm.
Dựa trên cơ sở thiết bị đã được thiết kế để tiến hành các thử nghiệm mới, tôi đã lựa chọn
đề tài: “Nghiên cứu xử lí nước ngầm ơ nhiễm đồng thời sắt, mangan amoni và asen” làm

hướng nghiên cứu cho luận văn thạc sĩ với mục đích tìm ra phương pháp xử lí tơi ưu hơn so


với phương pháp đang được áp dụng. Đề tài mà tôi tiến hành nghiên cứu là một phần trong
nội dung nghiên cứu của đề tài “ Nghiên cứu dây chuyền cơng nghệ tổ hợp xử lí sắt,
mangan, asen và amoni trong nước ngầm ở Hà Nội” mã số: 01C-09/04-2010-2. Đơn vị chủ
trì thực hiện: Trung tâm phát triển Cơng nghệ Môi trường – Hội nước sạch và môi trường
Việt Nam. Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. Cao Thế Hà. Trong q trình nghiên cứu nhóm
nghiên cứu có kế hoạch, sự phân cơng cơng việc cụ thể và có sự hợp tác giúp đỡ nhau để cơng
việc được hồn thành tốt.

Reference
Tài liệu tham khảo
Tài liệu tiếng việt
1. Nguyễn Văn Cát “Thử nghiệm xử lí As quy mơ hộ gia đình tại Hà Nam”, Viện KH&CN
VN, Văn phịng Chương trình QG về nước sạch và vệ sinh MT nông thôn, 2004-2005.
2. Đặng Kim Chi. Hóa học mơi trường tập I. Nxb Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội 2001
3. Cao Thế Hà. Báo cáo nghiên cứu xử lý Mn trong nước ngầm bằng xúc tác đolomite. Hà
nội, 2000.
4. Cao Thế Hà, Nguyễn Hồi Châu (2000), ”Cơng nghệ xử lí nước – nguyên lý và thực tiễn”,
Nhà xuất bản Thanh niên.
5. Trần Tứ Hiếu, Lâm Ngọc Thiềm (1990), ” Phân tích định tính”, Nhà xuất bản Đại học và
giáo dục chuyên nghiệp.
6. T.Đ. Khải. Nghiên cứu công nghệ khử (xử lý) Mn trong nước ngầm. Đề tài cấp Bộ XD,
1994.
7. Nguyễn Văn Khôi, Cao Thế Hà và cs. Báo cáo Dự án sản xuất thử nghiệm “Xử lí amơni
trong nước ngầm quy mô pilot tại nhà máy nước Pháp Vân 2003-2005”, Hà Nội 10/2005.
8. Nguyễn Thị Thu Thủy (2000), ”Xử lí nước cấp sinh hoạt và công nghiệp”, nhà xuất bản
khoa học kĩ thuật.
9. Phạm Hùng Việt, Trần Hồng Côn, Nguyễn Thị Chuyền, Michael Berg, Walter Giger,

Roland Shertenleib (2000), ” Bước đầu khảo sát nhằm đánh giá hàm lượng asen trong
nước ngầm và nước cấp trong khu vực Hà Nội”, hội thảo quốc tế - ô nhiễm As.


Tài liệu tiếng anh
10. Berg Michel, Arsenic Contamination of Groundwater and Drinking Water in the Red
River Delta, Vietnam: Geochemical Investigations and Mitigation Measures, PhD Thesis
Universitọt Karlsruhe, 2007.
11. Gujer W. and Jenkins D. (1974) The Contact Stabilization Process-Oxygen and Nitrogen
Mass Balance. Report No 74-2, Sanit. Eng. Res. Lab. Univ. Calif., Berkrley.
12. M. Berg, H. C. Tran; T. C. Nguyen; H. V. Pham; R. Schertenleib; W. Giger. (2001),
“Arsenic contamination of groundwater and drinking water in Vietnam: A human health
threat”, Environmental science and Technology, 35, pp. 2621 - 2626.
13. R.C. Barry, J.L. Schnoor, B. Sulzberger, L. Sigg and W. Stumm. Iron oxydation kinetic in
an acidic alpine lake. Wat. Res. Vol.28, No.2, pp.323-333, 1994.
14. Randall et al. Nitrification Kinetics in Single-Sludge Biological Nutrient Removal
Activated Sludge Systems. Water Sci. Technol. 1992, v.25, p.195.
15. S. Mettler. In-situ removal of iron from ground water: Fe(II) oxygenation, and
precipitation products in a calcareous aquifer (for the degree of doctor of natural
sciences). Zurich, 2000.
16. Stumm W. and Lee G.F., Oxygenation of ferous ion. Ind. Eng. Chem. 53, 143 (1961).
17. Stumm W. and Morgan J. J. Aquatic. Chemistry. John Wiley & Sons, Inc. New York,
1996.
18. Thomas L, Theis. Complexation of iron(II) by organic matter and its effect on iron(III)
oxygenation. Env. Sci. Tech. 8, 6, 1974.
19. Thomas L, Theis. Complexation of iron(II) by organic matter and its effect on iron(III)
oxygenation. Env. Sci. Tech. 8, 6, 1974.
20. Y. Unholee, IK- Hwanum, and Jey Yong Yoon (2003) “Arsenic(III) Oxidation by
Iron(VI) (Ferrate) and Subsequent Removal of Arsenic(V) by Iron(III) Coagulation”,
Environ. Sci. Technol., 37, pp. 57505756.

21. Arsenic Mitigation Strategies, from “the Arsenic State Implementation Guidance” (EPA
816-K-02-018) at ars/pdfs/regguide/ars_final_ !
mainguide_9-13.pdf).


22. Dinesh Mohan, Charles U. Pittman Jr., Arsenic removal from water/wastewater using
adsorbentsA critical review, J. of Hazardous Materials 142 (2007) 1–53
23. Arsenic Treatment Technology Evaluation Handbook for Small Systems, Office of Water
(4606M), EPA 816-R-03-014, July 2003, www.epa.gov/safewater.
24. Frank P., Clifford D. (1986), “Arsenic(III) oxidation and removal from drinking water”,
U.S. Environmental Protection Agency, EPA-600-52-86/021, pp.286.
25. Kim M. J., Nriagu J. (1999), “Oxidation of arsenite in groundwater using ozone and
oxygen”, Sci. Total Environ., 247, pp. 7179.
26. Maree T. Emett and Ging H. Khoe (2001), “Photochemical oxidation of arsenic by
oxygen and iron in acidic solutions”, Wat. Res., 35 (3), pp. 649656
27. Maurizio Pettine, Luigi Campanella and Frank J. Millero (1999), “Arsenite oxidation by
H2O2 in aqueous solutions”, Geochimica et Cosmochimica Acta, 63 (18), pp. 27272735
28. Y. Unholee, IK- Hwanum, and Jey Yong Yoon (2003) “Arsenic(III) Oxidation by
Iron(VI) (Ferrate) and Subsequent Removal of Arsenic(V) by Iron(III) Coagulation”,
Environ. Sci. Technol., 37, pp. 57505756.
29. Wolfgang Driehaus, Reiner Seith and Martin Jekel (1995), “Oxidation of arsenite with
manganese oxides in water treatment”, Wat. Res., 29 (1), pp. 297305.
30. Monique Bissen, Mogane Marrie, Vieillard Baron, Andreas J. Schindelin, Fritz H.
Frimmel (2001), “TiO2-catalyzed photooxidation of Arsenite to Arsenate in aqueous
samples”, Chemosphere, 44, pp. 751717.
31. P.M. Jayaweera, P.I. Godakumbura and K.A.S. Pathiratne (2003), “Photocatalytic
oxidation of As(III) to As(V) in aqueous solutions: A low cost pre-oxidative treatment for
total removal of arsenic from water”, Current science, 84 (4), pp. 541543.
32. Jerome O. Nriagu (1994), Arsenic in the Environment, part I: Cycling and
characterization, John Wiley & Son.

33. Jennifer A. Wilkie, Janet G. Hering (1996), “Adsorption of arsenic onto hydrous ferric
oxide: effects of adsorbate/adsorbent ratios and co-occurring solutes”, Colloids and
Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 107, pp. 97110.


34. Paritam K. Dutta, Ajay K. Raya, Virender K. Sharma, Frank J. Millero (2004)
“Adsorption of arsenate and arsenite on titanium dioxide suspensions”, Journal of Colloid
and Interface Science, 278, pp. 270275.
35. Xiaoguang Meng, George P. Korfiatis, Sunbaek Bang, Ki Woong Bang (2002),
“Combined effects of anions on arsenic removal by iron hydroxides”, Toxicology Letters,
133, pp. 103111.
36. Sabine Goldberg (2002), “Competitive Adsorption of Arsenate and Arsenite on Oxides
and Clay Minerals”, Soil Sci. Soc. Am. J. , 66, pp. 413421.
37. Suvasis Dixit and Janet G . Hering (2003), “Comparison of Arsenic(V) and Arsenic(III)
Sorption onto Iron Oxide Minerals: Implications for Arsenic Mobility”, Environ. Sci.
Technol., 37, pp. 41824189.
38. Brian P. Jacksona and W.P. Miller (2000), “Effectiveness of Phosphate and Hydroxide for
Desorption of Arsenic and Selenium Species from Iron Oxides”, Soil Science Society of
America Journal, 64, pp. 16161622.
39. Ilwon Ko, Ju-Yong Kim, Kyoung-Woong Kim (2004), “Arsenic speciation and sorption
kinetics in the Ashematitehumic acid system”. Colloids and Surfaces A: Physicochem.
Eng. Aspects, 234, pp. 4350.
40. Xiaoguang Meng, Sunbaek Bang and George P. Korfiatis (2000), “Effects of silicate,
sulfate and carbonate on arsenic removal by ferric chloride”, Wat. Res., 34 (4), pp.
12551261.
41. C.A. Waltham and M.J. Eick (2000), “Kinetics of Arsenic Adsorption on Goethite in the
Presence of Sorbed Silicic Acid”, Soil Science Society of America Journal, 66, pp.
818825.
42. G. Ghurye and D. Clifford (2004) As(III) oxidation using chemical and solid – phase
oxidants, J. AWWA, 96:1, pp.84-96.