- GIẢI PHÁP THÍCH HỢP ĐỂ LOẠI BỎ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM TẠI CÁC VÙNG NÔNG THÔN VIỆT NAM. - công nghệ loại bỏ asen, hỗn hợp zeolite - bentonite, nồng độ asen cao, nước ngầm Keywords:. - Nước ngầm không nhiễm asen là rất cần thiết cho người dân ở các khu vực nông thôn Việt Nam. - Trong nghiên cứu này cho thấy việc kết hợp một công nghệ đơn giản và chất hấp phụ tiên tiến tự tổng hợp là một giải pháp thích hợp cho việc loại bỏ asen từ nước ngầm với nồng độ asen cao ở các khu vực nông thôn của Việt Nam. - Mẫu nước ngầm tại thị trấn Chợ Vàm, huyện Phú Tân, tỉnh An Giang là đối tượng trong nghiên cứu này. - Công nghệ loại bỏ asen gồm giai đoạn đồng kết tủa và hấp phụ. - nồng độ asen còn lại trong nước ngầm sau xử lý <. - Ngoài ra, vật liệu hấp phụ tự tổng hợp của nghiên cứu này cho thấy khả năng loại bỏ asen cao hơn 1,2 lần so với khả năng loại bỏ asen của vật liệu công nghiệp (NC-F20). - Sự vượt trội về hoạt tính hấp phụ asen của vật liệu tự tổng hợp có thể là do sự kết hợp các tính năng vượt trội của các nguyên liệu thành phần. - Ở Việt Nam, mức độ ô nhiễm asen của nước ngầm được tìm thấy với mức độ cao tại An Giang và các tỉnh khác. - ví dụ như: nước ngầm thuộc các huyện của tỉnh An Giang (bao gồm An Phú, Phú Tân và Thoại Sơn) được tìm thấy với nồng độ ô nhiễm asen 1000 μg/L (Đặng Ngọc Chánh, 2010). - Thêm vào đó, phần lớn các nông hộ thuộc các huyện này sử dụng nước ngầm từ các giếng khoan cho các mục đích khác nhau trong cuộc sống (tắm, giặt và uống). - Vì vậy, việc loại bỏ asen từ nước ngầm tại An Giang (cũng như các tỉnh khác) là rất cần thiết trước khi người dân sử dụng.. - Do đó, các yêu cầu cho việc đầu tư một hệ thống loại bỏ asen từ nước ngầm cần phải thỏa mãn các điều kiện sau: (i) chi phí đầu tư thiết bị và chất hấp phụ để loại bỏ asen phải rẻ tiền. - (ii) nguyên liệu ban đầu để làm thiết bị và tổng hợp chất hấp phụ dễ tìm và (iii) người dân tại các vùng nông thôn có thể tự chế tạo thiết bị và giá thành vật liệu hấp phụ thấp.. - Các công nghệ hiện tại để loại bỏ asen bao gồm oxi hóa/kết tủa. - loại bỏ asen nhất định. - Tuy nhiên, các kỹ thuật này vẫn còn tồn tại một số hạn chế như tạo ra chất thải độc hại, hiệu quả tốt đối với các loại nước ngầm có nồng độ asen thấp và chi phí đầu tư cao. - Qua đó cho thấy việc loại bỏ asen từ nước ngầm có nồng độ asen cao và chi phí xử lý thấp vẫn còn là một thách thức lớn.. - Gần đây, các báo cáo cho thấy các vật liệu nano trên cơ bản là oxit sắt (ví dụ, -Fe 2 O 3 . - và hỗn hợp oxit khác với sắt…) có hiệu quả hấp phụ asen rất tốt (Gupta, 2013. - Tuy nhiên, chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý cao và công đoạn tổng hợp vật liệu hấp phụ rất phức tạp.. - Tại Việt Nam, vật liệu hấp phụ asen thương mại là NC-F20. - Thêm vào đó, zeolite tự nhiên được xem là vật liệu hấp phụ thương mại và rất phổ biến trong các hệ thống xử lý môi trường và xử lý ao nuôi thủy hải sản (Wang, 2010). - Tuy nhiên, sử dụng zeolite có thể là một giải pháp kỹ thuật cho các nguồn nước ngầm nhiễm asen với nồng độ thấp.. - Mục tiêu của nghiên cứu này là chứng minh việc kết hợp một công nghệ đơn giản và chất hấp phụ tiên tiến tự tổng hợp là một giải pháp thích hợp cho việc loại bỏ asen từ nước ngầm với nồng độ asen cao ở các khu vực nông thôn của Việt Nam.. - Công nghệ để loại bỏ asen gồm giai đoạn đồng kết tủa và hấp phụ. - Các hạt vật liệu hấp phụ được chế tạo bằng phương pháp ướt và đơn giản. - hóa chất (HCl 10% thể tích- sản xuất tại Trung Quốc) và nước khử Ion (nước DI) đã được sử dụng với mục đích giảm chi phí chế tạo vật liệu và thân thiện với môi trường. - Phương pháp này có thể được xem là một phương pháp tiên tiến cho sản xuất chất hấp phụ vì có nhiều ưu điểm, như: nhanh chóng, tính lặp lại cao và có thể thực hiện sản xuất với quy mô lớn.. - nước khử Ion (nước DI) được sử dụng trong tất cả các thí nghiệm để chế tạo chất hấp phụ. - 2.2 Mẫu nước ngầm. - Trong các thí nghiệm, các mẫu nước ngầm nhiễm asen được lấy từ các giếng khoan có các độ sâu từ 2040 m tại các vị trí khác nhau, ví dụ như:. - Các mẫu nước ngầm được thu tại trạm nước ngầm.. - Trước khi phân tích chất lượng nước, các yêu cầu lưu trữ đối với mẫu nước ngầm được thực hiện theo hướng dẫn của TCVN Chất lượng nước-Lấy mẫu-Hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu) và TCVN Chất lượng nước-lấy mẫu- Hướng dẫn lấy mẫu nước ngầm). - Cụ thể là 3 ml dung dịch HNO 3 63% (Sản xuất tại Trung Quốc) cho vào các mẫu nước ngầm (1 lít) để đạt pH = 3 và sau đó là mẫu nước ngầm được bảo quản ở điều kiện 5 o C.. - 2.3 Chế tạo vật liệu hấp phụ asen. - Chất hấp phụ được chế tạo với quy trình đơn giản gồm ba bước. - vật liệu bentonite được làm sạch để loại bỏ chất gây ô nhiễm khác bằng dung dịch HCl 10%. - cùng - tạo hạt cho vật liệu hấp phụ, một lượng nước thích hợp được cho vào hỗn hợp zeolite- bentonite trên để tạo thành một khối nhão. - Cuối cùng, các hạt rắn được đập thành các hạt nhỏ hơn và kích thước của các hạt vật liệu hấp phụ asen khoảng 3 mm.. - 2.4 Mô hình thử nghiệm xử lý asen từ nước ngầm. - Hình 1 mô tả mô hình thử nghiệm xử lý asen, trong đó bao gồm các kỹ thuật đồng kết tủa và hấp phụ. - Hình 1: Mô hình xử lý asen trong nước ngầm. - Các thí nghiệm nghiên cứu loại bỏ asen từ nước ngầm có thể được mô tả như: không khí được sục vào bể số 1 (chứa 5 lít nước ngầm) nhờ vào một máy bơm không khí (KK780). - Sau thời gian sục không khí, nước ngầm chảy vào cột vật liệu hấp. - 3 kg vật liệu hấp phụ (lớp ở giữa, chiều cao 20 cm). - các hạt được sắp xếp ngẫu nhiên) để thực hiện quá trình hấp phụ asen.. - Cuối cùng, nước sau xử lý với lưu lượng khác nhau tại đầu ra của cột hấp phụ được đưa vào bể chứa số 2.. - Nước ngầm nhiễm asen Các ion Fe 3+ và asen. - đồng kết tủa Hấp phụ asen. - Nước có nồng độ asen thấp. - 2.6 Xác định nồng độ asen và sắt. - 3.1 Chất lượng nước ngầm tại tỉnh An Giang An Giang là một trong các tỉnh của Việt Nam có nồng độ asen trong nước ngầm cao. - Từ các báo cáo chất lượng nước ngầm trước đây cho thấy nước ngầm tại tỉnh An Giang ô nhiễm bởi nhiều loại ion kim loại nặng (Đặng Ngọc Chánh và ctv., 2010). - Trong xử lý asen, nồng độ asen và ion sắt trong nước ngầm là rất quan trọng. - Bởi vì nồng độ của ion sắt có thể quyết định kỹ thuật loại bỏ asen, ví dụ: đối với nước ngầm có hàm lượng ion sắt cao, việc loại bỏ asen có thể được điều hành bằng cách sục không khí để thực hiện quá trình đồng kết tủa ion sắt - asen (Sancha, 2006). - Đối với nước ngầm có hàm lượng ion sắt thấp, việc loại bỏ asen có thể được thực hiện bằng kỹ thuật phức tạp hơn, ví dụ như kỹ thuật hấp phụ, lọc ngược. - Hình 3: Vị trí tỉnh An Giang và vị trí lấy mẫu nước ngầm 3.2 Nồng độ sắt và asen trong các mẫu. - nước ngầm. - Việc lưu trữ và phân tích chất lượng của mẫu nước ngầm được thực hiện với các hướng dẫn từ các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) (xin xem phần thực nghiệm). - Trong nghiên cứu này, nồng độ sắt. - và asen trong nước ngầm tại bốn điểm (đã đề cập trước) được thể hiện trong Hình 4. - Mẫu nước ngầm tại điểm 1 được chọn làm mẫu nước ngầm đầu vào cho các thí nghiệm bởi vì nồng độ asen cao nhất và nồng độ sắt thấp.. - Hình 4: Nồng độ ion sắt và asen trong các mẫu nước ngầm. - Hình 5: Ảnh các hạt vật liệu hấp phụ tự tổng hợp từ hỗn hợp Zeolite-Bentonite (phóng to 2 lần) Ở đây, kỹ thuật đồng kết tủa và hấp phụ được. - sử dụng để thiết kế mô hình loại bỏ asen từ nước ngầm (xem Hình 1 và Hình 2 trong phần thực nghiệm). - Kỹ thuật đồng kết tủa được sử dụng để loại bỏ một lượng lớn đáng kể các ion asen trong nước ngầm bằng cách đồng kết tủa Fe(OH) 3 và các ion asen. - Lưu ý rằng Fe(OH) 3 được tạo ra từ quá trình oxy hóa của các ion Fe 2+ trong nước ngầm bằng cách sục không khí. - Kỹ thuật hấp phụ được thực hiện với các vật liệu tự tổng hợp tại phòng thí nghiệm từ hỗn hợp zeolite-bentonite để loại bỏ asen với mức độ tinh hơn. - Hình 5 cho thấy hình ảnh của các hạt vật liệu hấp phụ.. - 3.3 Ảnh hưởng của thời gian sục không khí đến nồng độ asen còn lại sau giai đoạn đồng kết tủa. - Ảnh hưởng của nồng độ asen ban đầu và lưu lượng đầu vào ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ asen của cột hấp phụ đã được chứng minh trong các báo cáo trước đây (Palas Roy .et al, 2013). - còn lại của asen và sắt trong nước ngầm sau thời gian sục không khí được thể hiện trong Hình 6.. - Như đã thể hiện trong Hình 6, nồng độ của các ion sắt và asen trong nước ngầm sau thời gian sục không khí giảm so với nồng độ của các ion đầu vào và tỷ lệ nghịch với thời gian sục không khí. - Hình 6: Ảnh hưởng của thời gian sục không khí đến nồng độ còn lại của asen trong nước ngầm. - vào đến hiệu quả xử lý asen của cột hấp phụ Để thương mại hóa mô hình và chất hấp phụ tự tổng hợp này thì ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy đầu vào của nước ngầm sau khi đồng kết tủa cần được nghiên cứu. - Ngoài ra, các thông số thiết kế của cột hấp phụ được hiển thị trong Hình 1, bao gồm kích thước ống, độ dày của lớp vật liệu hấp phụ.. - Trong ống hấp phụ, các hạt vật liệu hấp phụ được sắp xếp ngẫu nhiên và được thực hiện cho tất cả các thí nghiệm.. - Hình 8: Ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy đến nồng độ asen còn lại sau giai đoạn hấp phụ (A) và hiệu quả loại bỏ asen của vật liệu hấp phụ tự tổng hợp (B). - Khối lượng asen có thể được loại bỏ từ nước ngầm phụ thuộc nhiều vào lưu lượng dòng chảy đầu vào của nước ngầm như được thể hiện trong Hình 8. - Các kết quả cho thấy hiệu quả loại bỏ asen có thể giảm ở lưu lượng dòng nước cao. - Điều này có thể được giải thích là khi tốc độ dòng chảy cao hơn thì thời gian tiếp xúc giữa dòng nước và chất hấp phụ giảm. - và dung lượng 144 μg được xác định đối với chất hấp phụ tự tổng hợp tại tốc độ dòng chảy 0,9 L/phút và. - nồng độ asen trong dòng nước sau xử lý thấp hơn so với MCL (<10 mg/L).. - Ngoài ra, nghiên cứu này cũng thực hiện việc so sánh hiệu quả loại bỏ asen đối với vật liệu hấp phụ tự tổng hợp và một vật liệu hấp phụ thương mại (NC-F20) với các điều kiện thí nghiệm giống nhau (40 phút sục không khí tại giai đoạn đồng kết tủa và lưu lượng dòng nước chảy vào cột hấp phụ là 0,9 L/phút). - NC-F20 là một vật liệu hấp phụ asen thương mại rất phổ biến tại Việt Nam và NC- F20 được chế biến bằng cách gắn các hạt nano oxit sắt trên bề mặt chất mang bentonite. - Thực nghiệm cho thấy hiệu quả loại bỏ asen của vật liệu hấp phụ. - 1,2 lần và được thể hiện trong Hình 9) so với vật liệu hấp phụ thương mại.. - Điều này có thể được giải thích là vật liệu hấp phụ của chúng tôi có nhiều ưu điểm hơn vật liệu hấp phụ thương mại, như các hạt oxit sắt trong cấu trúc bentonite rất dễ dàng được hydrat hóa và zeolite có cấu trúc rỗng. - Đồng thời, vật liệu hấp phụ tự tổng hợp có thể được sản xuất dễ dàng bởi vì các vật liệu bentonite và zeolite tự nhiên có thể được tìm thấy ở nhiều nơi tại Việt Nam.. - Hình 9: So sánh dung lượng hấp phụ asen của vật liệu hấp phụ tự tổng hợp và NC-F20 ở các điều kiện thực nghiệm giống nhau và cơ chế hấp phụ asen của vật liệu tự chế. - Mô hình thử nghiệm để xử lý asen đã được thiết kế và phù hợp cho hoạt động loại bỏ asen từ nước ngầm trong điều kiện thí nghiệm. - Vật liệu hấp phụ tự tổng hợp rất thích hợp để xử lý asen ở pH của nước ngầm tự nhiên (có đặc tính giống nước ngầm tại Chợ Vàm - huyện Phú Tân). - Với các điều kiện thí nghiệm như nhau, đối với hiệu quả loại bỏ asen, vật liệu hấp phụ tự tổng hợp cho thấy hiệu quả cao hơn ~ 1,2 lần so với vật liệu hấp phụ thương mại.. - Điều này có thể chỉ ra rằng vật liệu hấp phụ tự tổng hợp này có nhiều ưu điểm hơn so với vật liệu hấp phụ thương mại. - những ưu điểm của vật liệu hấp phụ tự tổng hợp được kết hợp từ những đặc tính của các nguyên liệu thành phần, bao gồm cấu trúc xốp của zeolite tự nhiên và tính dễ hydrat hóa của vật liệu bentonite. - Đối với quá trình hấp phụ, tốc độ dòng chảy đầu vào cột hấp phụ của nước ngầm là 0,9-1,0 lít/phút. - Tóm lại, sự kết hợp của công nghệ loại bỏ asen đơn giản và vật liệu hấp phụ tự tổng hợp của nghiên cứu này là một giải pháp thích hợp đối với việc loại bỏ asen từ. - nước ngầm với nồng độ asen cao tại các vùng nông thôn của Việt Nam (có đặc tính giống nước ngầm tại Chợ Vàm - huyện Phú Tân).