Bài giảng Cấp thoát nước - Chương 9

Chia sẻ: đỗ Hữu Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

162
lượt xem 70
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Cấp thoát nước - Chương 9 :Một số công nghệ xử lý Arsen trong nước ngầm

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cấp thoát nước - Chương 9

Ch−¬ng Ch−¬ng 9. −¬ nghÖ Mét sè c«ng nghÖ xö lý −íc ngÇ Arsen trong n−íc ngÇm Giíi thiÖu vÒ arsen • Arsen l nguyªn tè h×nh th nh tù nhiªn trong vá Tr¸i ®Êt. • C¸c hîp chÊt arsen v« c¬: Arsenat (As(V), arsenite (As(III), arsenic sulfide (HAsS2), arsen nguyªn tè (As0) v arsen ë d¹ng khÝ Arsine AsH3 (As(-III)). - C¸c hîp chÊt Arsenate (As(V): H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42-, AsO43-. - C¸c hîp chÊt Arsenite (As(III): C¸c hîp chÊt arsen v« c¬ bÞ khö, nh− H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-, AsO33-. • C¸c hîp chÊt arsen h÷u c¬: (CH3)2AsO(OH), C6H5AsO(OH)2, vv... • C¸c d¹ng hîp chÊt h÷u c¬ cña arsen th−êng Ýt ®éc h¬n so víi c¸c hîp chÊt arsen v« c¬. 1
Giíi thiÖu vÒ arsen • Trong MT khö (lßng ®Êt): VK kþ khÝ (Methanogenic bacteria) khö As(V) sang As (III) v Metyl ho¸ chóng, t¹o nªn Methylarsenic acid CH3AsO(OH)2 hay Dimethyl arsenic acid (cacodylic) (CH3)2AsO(OH). Nh÷ng chÊt n y cã thÓ ®−îc Methyl ho¸ tiÕp t¹o Trimethylarsine bay h¬i rÊt ®éc v Dimethylarsine (III) rÊt ®éc. Nång ®é c¸c hîp chÊt Arsenat As(V) trong n−íc ngÇm phô thuéc v p pH 2
• Arsen tån t¹i phæ biÕn trong m«i tr−êng xung quanh, v mäi ng−êi ®Òu tiÕp xóc víi mét l−îng nhá cña chóng. • Con ®−êng th©m nhËp chñ yÕu cña arsen v o c¬ thÓ l qua ®−êng thøc ¨n (trung b×nh 25 - 50 µg/ng®), ngo i ra cßn mét l−îng nhá qua n−íc uèng v kh«ng khÝ. Mét sè lo i c¸ v thuû s¶n dïng l m thùc phÈm chøa arsen cao h¬n b×nh th−êng, nh−ng l−îng arsen n y th−êng tån t¹i d−íi d¹ng hîp chÊt arsen h÷u c¬ Ýt ®éc. • As trong tÕ bµo thùc vËt: 0,01 - 5 ppm / träng l−îng kh«. • Thùc vËt biÓn: nhiÒu As h¬n. T¶o biÓn, t¶o n©u: 94 ppm. • TÕ bµo ng−êi: < 0,3 ppm. • T«m c¸ biÓn: 120 ppm/träng l−îng kh«. C«ng dông: S¶n xuÊt thuèc trõ s©u, diÖt cá (c¶ arsen h÷u c¬ v arsen v« c¬). B¶o qu¶n gç. (Thuèc nhuém, s¬n.) LuyÖn kim (t¨ng ®é cøng cña ®ång); Gèm v thuû tinh, B¸n dÉn, §iÖn tö, Y häc, Ho¸ chÊt, vv... Tr−íc kia, c¸c hîp chÊt arsen v« c¬: s¬n, thuèc nhuém, b¶ chuét, thuèc ch÷a mét sè bÖnh truyÒn nhiÔm nh− hen, v¶y nÕn, ... 3
As(III) As(V) • NhiÒu vïng trªn thÕ giíi ®ang bÞ « nhiÔm hay cã dÊu hiÖu bÞ « nhiÔm arsen trong n−íc ngÇm víi h m l−îng cao, nh− Ên §é, Bangladesh, M«ng Cæ, § i loan, Ghana, Achentina, Chilª, ... • 97% d©n sè Bangladesh (116 triÖu ng−êi) ®ang sö dông n−íc ngÇm l m nguån n−íc cÊp cho sinh ho¹t. Trong sè ®ã cã tíi 77 triÖu ng−êi sö dông nguån n−íc cã chøa arsen víi h m l−îng cao. Arsenic in groundwater worldwide USA 0.4 n 10 Mio. Vietnam 3.6 n 11 Mio.? Nepal Pakistan Laos Cambodia Thailand Sumatra Country n natural People Max n at risk a anthropogenic m mine waste mg/L 4
Arsen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe con ng−êi nh− thÕ n o? • Mét l−îng lín Arsen cã thÓ g©y chÕt ng−êi. • Møc ®é « nhiÔm nhÑ h¬n cã thÓ dÉn ®Õn th−¬ng tæn c¸c m« hay c¸c hÖ thèng cña c¬ thÓ. • Khi Arsen th©m nhËp qua miÖng: ®au r¸t hÖ thèng tiªu hãa, buån n«n, n«n möa v tiªu ch¶y. Ngo i ra cã thÓ bÞ gi¶m l−îng hång cÇu v b¹ch cÇu trong m¸u, rèi lo¹n tim m¹ch, tæn th−¬ng m¹ch m¸u, suy gan, thËn, rèi lo¹n thÇn kinh, g©y c¶m gi¸c nh− bÞ gai ®©m v o lßng b n ch©n v tay. Arsen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe con ng−êi nh− thÕ n o? • Khi bÞ nhiÔm ®éc Arsen d¹ng hîp chÊt v« c¬ qua ®−êng miÖng: l sù xuÊt hiÖn c¸c vÕt m u ®en v s¸ng trªn da, nh÷ng “h¹t ng«” nhá trong lßng b n tay, lßng b n ch©n v trªn m×nh n¹n nh©n. NÕu kh«ng ®−îc ch÷a trÞ ®óng c¸ch v kÞp thêi, nh÷ng h¹t nhá n y cã thÓ sÏ biÕn chøng g©y ung th− da. • Arsen cßn t¨ng nguy c¬ g©y ung th− trong c¬ thÓ, nhÊt l ë gan, thËn, b ng quang v phæi. • NhiÔm ®éc c¸c hîp chÊt Arsen v« c¬ qua ®−êng h« hÊp: ®au nhÑ ®Õn ®au nhøc da, m¾t, miÖng, ...., bÖnh ung th− phæi. 5
Arsen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe con ng−êi nh− thÕ n o? • ¤ nhiÔm arsen qua ®−êng h« hÊp víi nång ®é kho¶ng 200 µg/m3 th−êng g©y ®au r¸t mòi, häng v da n¬i tiÕp xóc. • BÞ nhiÔm ®éc ë møc cao h¬n sÏ cã nh÷ng triÖu chøng t−¬ng tù nh− « nhiÔm m¹n tÝnh qua ®−êng miÖng ë møc trung b×nh. Arsen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe con ng−êi nh− thÕ n o? • US EPA: víi l−îng tiÕp nhËn h ng ng y 1 µg/kg.ng® (kho¶ng 50 - 100 µg ®èi víi ng−êi lín) trong thêi gian d i cã thÓ dÉn tíi nguy c¬ ung th− da víi x¸c suÊt 0.1% (1/1000). L−îng n y t−¬ng ®−¬ng víi sö dông n−íc nguån « nhiÔm arsen víi h m l−îng 25 - 50 µg/L trong mét ®êi ng−êi. • HÝt thë th−êng xuyªn kh«ng khÝ chøa 1µg/m3 arsen cã thÓ dÉn ®Õn ung th− víi x¸c suÊt kho¶ng 0.4% (4/1000). 6
Nång ®é giíi h¹n cho phÐp cña arsen trong n−íc uèng (TCVN): 10 µg/L. WHO: ®· h¹ thÊp nång ®é giíi h¹n cho phÐp cña Arsen trong n−íc cÊp uèng trùc tiÕp xuèng 10 µg/L. US EPA, EU: h−íng tíi 2 - 20 µg/L. §øc: 10 µg/L tõ 1/1996 (Driehaus W. vµ nnk, 1998). C¸c c«ng nghÖ xö lý arsen trong n−íc ngÇm • C¸c nhãm gi¶i ph¸p c«ng nghÖ chñ yÕu: • T¹o kÕt tña - L¾ng • Keo tô - L¾ng • Läc • HÊp phô • ¤xy ho¸ • Läc m ng • Oxy ho¸ quang n¨ng, … • Cã nhiÒu gi¶i ph¸p c«ng nghÖ rÎ tiÒn, thËm chÝ kh«ng tèn kÐm chi phÝ. C¸c gi¶i ph¸p t¹m thêi, rÎ tiÒn th−êng kh«ng ®¸p øng ®−îc tiªu chuÈn cña WHO (10 ppb). CÇn thiÕt ph¶i sö dông nh÷ng gi¶i ph¸p dµi h¹n, hay sö dông kÕt hîp mét sè c«ng nghÖ. 7
C¬ chÕ qu¸ trinh xö lý Asen In solution In sand filter iron oxidation iron oxidation iron coagulation iron precipitation on sand arsenic oxidation arsenic oxidation arsenic co-precipitation arsenic co-precipitation 1. T¹o kÕt tña - L¾ng • T¹o c¸c chÊt kÕt tña víi c¸c ion tan trong dung dÞch. S¾t th−êng tån t¹i trong n−íc ngÇm ë d¹ng Hydro cacbonat S¾t (II) ho tan. Khi gÆp oxy, sÏ ®−îc oxy ho¸ v t¹o th nh chÊt kÕt tña. C¸c hîp chÊt cña Arsen cã kh¶ n¨ng hÊp phô lªn c¸c ‘’b«ng’’ kÕt tña ®ã (Ph−¬ng ph¸p céng kÕt tña) • C¸c tr¹m xö lý n−íc ngÇm chøa s¾t th−êng ®−îc thiÕt kÕ theo c«ng nghÖ l m tho¸ng - l¾ng - läc. Nh÷ng tr¹m n y còng khö ®−îc arsen m kh«ng dïng ho¸ chÊt keo tô. 8
2. Keo tô • Dïng c¸c chÊt keo tô, nh− c¸c muèi cña S¾t hoÆc Nh«m (phÌn), chuyÓn arsen tõ d¹ng tan sang d¹ng kh«ng tan nhê ph¶n øng ho¸ häc, sau ®ã t¸ch ra khái n−íc nhê l¾ng hoÆc läc. - Cã thÓ ph¶i oxy ho¸ s¬ bé vµ/hoÆc ®iÒu chØnh pH. - Xö lý cÆn th¶i chøa arsen tõ qu¸ tr×nh keo tô? • PhÌn s¾t th−êng cho hiÖu qu¶ xö lý cao h¬n so víi cïng mét l−îng phÌn nh«m, ®é dao ®éng pH cho phÐp lín h¬n. • So s¸nh hiÖu qu¶ khö arsen víi 3 lo¹i phÌn keo tô kh¸c nhau: FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3: FeCl3 cho phÐp ®¹t hiÖu suÊt khö arsen cao nhÊt: > 90 %. 3. läc • - VËt liÖu th«ng th−êng: c¸t, than antraxit, than ho¹t tÝnh d¹ng h¹t, ... • - VËt liÖu rÎ tiÒn ë ®Þa ph−¬ng: v¶i, than, s¬ dõa Ðp, x¬ m−íp, sái nhá, ... 9
4. HÊp phô: • Arsen cã thÓ ®−îc hÊp phô lªn bÒ mÆt cña c¸c vËt liÖu d¹ng h¹t, h¹t sÐt hay vËt liÖu gèc xellulo nh−: Than ho¹t tÝnh; than ho¹t tÝnh ®· xö lý b»ng mét sè hîp chÊt kim lo¹i; c¸c hîp chÊt oxyt s¾t, oxyt titan, oxyt silic; sÐt kho¸ng (caolanh, bentonite, ...); boxit, hematite, felspat; nhùa tæng hîp trao ®æi anion; chitin v chitosan; bone char; c¸t bäc mét líp oxyt s¾t hoÆc dyoxit mangan MnO2; c¸c vËt liÖu xellulo (mïn c−a, bét giÊy b¸o), vv... • HiÖu suÊt xö lý t¨ng nÕu sö dông c¸c chÊt oxy ho¸ hç trî qu¸ tr×nh hÊp phô arsen. • Dïng m¹t s¾t (Fe ho¸ trÞ 0) Fe = 2000 mg/l. HiÖu suÊt lu«n ®¹t > 93%. • Sù cã mÆt cña Sulffat lµm t¨ng hiÖu suÊt xö lý, trong khi Phosphate l¹i lµm øc chÕ. • t = 12 h ... 3,5 ng®. 10
Oxyt nh«m kim lo¹i ho¹t ho¸ • VËt liÖu hÊp phô cã nguån gèc tõ nh«m, cã kh¶ n¨ng t¸ch arsen ë 2 d¹ng tån t¹i phæ biÕn ë trong n−íc l As (III) v As(V): PEI's Aqua-BindTM - Arsenic. Nh«m ho¹t ho¸ • Nh«m ho¹t ho¸ cã tÝnh lùa chän cao ®èi víi As(V). • CÇn tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng ho n nguyªn v thay thÕ vËt liÖu läc khi sö dông. • H m l−îng s¾t trong n−íc nguån c ng cao, hiÖu suÊt khö arsen v chu kú l m viÖc gi÷a hai lÇn ho n nguyªn c ng t¨ng. • H¹n chÕ: l−îng vËt liÖu hÊp phô th¶i ra lín: 50 - 200 g / m3 n−íc (gÊp gÇn 10 lÇn so víi l−îng cÆn t¹o th nh khi sö dông ph−¬ng ph¸p keo tô b»ng phÌn s¾t). 11
Sö dông m¹t s¾t kÕt hîp víi c¸t • C«ng nghÖ gi¶m thiÓu arsen AsRT: Cét läc víi vËt liÖu hÊp phô b»ng m¹t s¾t trén lÉn víi c¸t th¹ch anh. HÖ thèng bao gåm 2 cét läc nèi tiÕp. - Cét thø nhÊt víi vËt liÖu läc l Sulfat bari v c¸t th¹ch anh. - Cét thø hai víi vËt liÖu läc l m¹t s¾t v c¸t th¹ch anh. - S¾t bÞ oxy ho¸, t¹o m«i tr−êng thiÕu khÝ (anoxic) ®èi víi arsen (trong ®iÒu kiÖn thiÕu oxy). M¹t s¾t (`c¸c Ion s¾t ho¸ trÞ 0), khö arsen v« c¬ th nh d¹ng kÕt tña cïng víi s¾t, hçn hîp kÕt tña, hay kÕt hîp víi sulfat t¹o Pyrit arsen. Arsen trong n−íc ®−îc gi÷ l¹i trong cét läc. Arsen trong n−íc sau xö lý ®¹t d−íi 27 ppb. Hydroxyt s¾t • VËt liÖu hÊp phô: bét giÊy b¸o cã phñ mét líp Hydroxyt s¾t (III) (GiÊy b¸o c¾t vôn ®−îc trén víi kho¸ng chÊt Blender v nghiÒn nhá th nh bét. Sau ®ã trén víi hydroxyt s¾t v khuÊy ®Òu, l m hydroxyt s¾t b¸m v o c¸c sîi xellulo). • Hydroxyt s¾t d¹ng h¹t: cét hÊp phô cña Driehaus. VËt liÖu n y cã kh¶ n¨ng hÊp phô cao: Nång ®é arsen trong n−íc tr−íc xö lý 100 – 180 ppb, sau xö lý ®¹t < 10 ppb. 12
Laterite • §Êt sÐt cã m u ®á, rÊt phæ biÕn ë c¸c vïng nhiÖt ®íi. Th nh phÇn chñ yÕu cña Laterite l c¸c Hydroxyt S¾t v Nh«m, hoÆc c¸c oxyt ngËm n−íc cña chóng, v mét l−îng nhá c¸c hîp chÊt cña Mangan, Titan. ë ®iÒu kiÖn tù nhiªn, lo¹i ®Êt sÐt n y cã ®iÖn tÝch bÒ mÆt d−¬ng, cã kh¶ n¨ng hÊp phô c¸c chÊt bÈn mang ®iÖn tÝch ©m nh− Arsenic. Cã thÓ ®−a laterite trùc tiÕp v o n−íc cÇn xö lý nh− chÊt hÊp phô, sau ®ã ®Ó l¾ng, hoÆc cã thÓ sö dông l m vËt liÖu hÊp phô trong bÓ läc. 5. Trao ®æi Ion • Anion axit m¹nh (Cl-): chuyÓn gèc arsenate H2AsO4- sang arsenate HAsO42- . • Arsen sau xö lý cã thÓ h¹ thÊp tíi d−íi 2 ppb. • Ho n nguyªn: NaCl. 13
6. Oxy ho¸ • L m tho¸ng b»ng c¸ch sôc kh«ng khÝ v o n−íc, cã thÓ oxy ho¸ arsen v s¾t cã trong n−íc, t¹o chÊt kÕt tña FeAsO4. • L m tho¸ng ®¬n gi¶n v l¾ng: arsen sÏ ®−îc t¸ch cïng víi Hydroxyt S¾t kÕt tña. HiÖu suÊt xö lý ®¹t 25% ®èi víi n−íc ngÇm chøa nhiÒu s¾t. • Ph¶n øng oxy ho¸ quang ho¸ nhê n¨ng l−îng bøc x¹ (SORAS): oxy ho¸ quang ho¸ As(III) th nh As(V) nhê ¸nh s¸ng mÆt trêi, sau ®ã ¸ch As(V) ra khái n−íc nhê hÊp phô b»ng c¸c h¹t Fe(III). - T¨ng c−êng hiÖu suÊt nhê nhá thªm v i giät chanh, gióp cho qu¸ tr×nh t¹o c¸c b«ng keo Fe(III). • H m l−îng s¾t trong n−íc ngÇm Ýt nhÊt 3 mg/l, c−êng ®é bøc x¹ UV-A 50 Wh/m2. Filter design: aeration step Ưu ñi m: làm thoáng ñ m b o cho s bão hòa ôxy ñ ôxy hóa s t Như c ñi m: công trình ñòi h i k năng và v t li u ñ c bi t, t n kém chưa ph bi n r ng rãi mi n b c VN 14
7. Oxy quang ho¸ • Lo¹i bá Arsenite (As(III)) v c¶ c¸c chÊt ho tan kh¸c nh− S¾t, Phosphorus, Sulfur, ... khái n−íc b»ng c¸ch ®−a chÊt oxy ho¸ v chÊt hÊp phô quang ho¸: chiÕu tia cùc tÝm v o n−íc råi sau ®ã l¾ng. ChÊt oxy ho¸ cã thÓ l oxy tinh khiÕt hoÆc sôc khÝ. ChÊt hÊp phô quang ho¸ cã thÓ l Fe(II), Fe(III), Ca(II). Cã thÓ sö dông ¸nh s¸ng mÆt trêi l m nguån tia cùc tÝm. Ph¶n øng cã thÓ x¶y ra ë nhiÖt ®é trong phßng v ¸nh s¸ng thÊp, kh«ng ®ßi hái c¸c thiÕt bÞ phøc t¹p. Do As(III) bÞ oxy ho¸ th nh As(V) víi tèc ®é rÊt chËm, cã thÓ sö dông c¸c chÊt oxy ho¸ m¹nh nh− Cl2, H2O2 hoÆc O3. PhÇn lín chi phÝ xö lý chÝnh l c¸c ch©t oxy ho¸ n y (Khoa G.H., Emett M.T. et al, 1997). 15
8. Ch−ng cÊt b»ng n¨ng l−îng mÆt trêi • Ph−¬ng ph¸p n y sö dông n¨ng l−îng mÆt trêi ®Ó l m bèc h¬i n−íc, sau ®ã cho n−íc ng−ng tô l¹i. Qu¸ tr×nh bay h¬i v ng−ng tô n−íc sÏ t¸ch tÊt c¶ c¸c chÊt, trong ®ã cã c¶ arsen ra khái n−íc. • ë c¸c n−íc vïng nhiÖt ®íi, víi nguån n¨ng l−îng mÆt trêi s½n cã. 16
9. Läc mµng • Cã nhiÒu lo¹i m ng läc ®−îc sö dông nh− vi läc, thÈm thÊu ng−îc, ®iÖn thÈm t¸ch, siªu läc v läc nano. 10. Ph−¬ng ph¸p sinh häc – sö dông biofilter & iron oxidysing bacteria • Arsenic removal by biofilter 17