Xử lý nước nhiễm Asen bằng bể lọc ABF
1. Mở đầu
Được cho là “sát thủ vô hình”, Asen (As) là nguyên tố hình thành tự nhiên trong vỏ trái đất. As nguyên chất là kim loại màu xám, nhưng dạng này ít tồn tại trong tự nhiên. Người ta thường thấy As tồn tại dưới dạng hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ như: H 3AsO(OH) 2, (CH 3) 2AsO(OH), H 2AsO 3-, H 2AsO 4-, AsS, As 2S 3, As 2O 3, FeAs 2, FeAS, AsSb, AsH 3… As +3rất độc, ngược lại As +5lại bền vững trong môi trường hiếu khí như trong nước bề mặt. Hợp chất As hữu cơ ít độc hại so với hợp chất As vô cơ.
Một nghiên cứu mới đây tại Nghệ An của Bộ TN&MT cho thấy số giếng khoan có hàm lượng As vượt mức 0,05 mg/l (TCVN từ năm 2002 là£0.01 mg/l bằng TC WHO) chiếm tỷ lệ 10,3% và giếng đào chỉ chiếm gần 0,02%. Mẫu nước kiểm tra thuộc các xã vùng đồng bằng có chứa hàm lượng As cao hơn các xã thuộc vùng trung du, miền núi. Sử dụng nguồn nước nhiễm As, người ta không chết ngay. As tích tụ trong cơ thể và sẽ tăng dần theo độ tuổi. Đến một thời điểm nào đó lượng As trong cơ thể sẽ gây bệnh cho con người. Biểu hiện bên ngoài là xuất hiện các vết màu đen và sáng trên da, những “hạt ngô” nhỏ trong lòng bàn tay, lòng bàn chân và trên mình nạn nhân. Nếu không được chữa kịp thời và đúng cách, những hạt nhỏ này có thể biến chứng thành ung thư da, ung thư các cơ quan nội tạng, nhất là gan, thận, bàng quang và phổi. Theo kết quả nghiên cứu của Cục Y tế Dự phòng (Bộ Y tế): Số người có nguy cơ mắc bệnh do sử dụng nguồn nước có hàm lượng As vượt giới hạn an toàn đã lên tới hơn 17 triệu người, chiếm khoảng 21,5% dân số nước ta. Đáng báo động, chỉ trong vòng chưa đầy 2 năm, số người mắc bệnh do sử dụng nguồn nước nhiễm As ở nước ta đã tăng gần gấp đôi!
Trong bài báo này, tác giả xin giới thiệu loại bể lọc nước nhiễm As (thạch tín) có tên gọi là ABF (Arsenic Biosand Filter) được Tommy Ngai phát triển dựa trên bể lọc cát sinh học (biosand filter) của David Manz (1990). Nhờ cải tiến này mà Tommy Ngai đã dành được giải thưởng cuộc thi ý tưởng MIT – 2002 của viện công nghệ Massachusitts. Sau đó ý tưởng được tài trợ cho một dự án ở Nepal năm 2003, được UNICEF đánh giá rất cao.
2. Cấu tạo & cơ chế xử lý của bể lọc ABF
Bể lọc ABF có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và vận hành ổn định, hiệu suất khử As cao (từ 0.45 mg/l xuống còn 0.02 mg/l) nên rất phù hợp với điều kiện kinh tế kỹ thuật ở nông thôn, miền núi. Bể có thể được chế tạo bằng bê tông hoặc nhựa tổng hợp (H2).
Phần trên bể lọc có chức năng hấp thụ As bởi lớp hydroxit sắt (III) hình thành tự nhiên trên bề mặt các đinh sắt nhờ quá trình oxi hóa. Sơ đồ phản ứng khử As như sau: Fe(III) + As(III) → Fe(II) + As(V), Fe(III) + As(V) →FeAsO 4↓.
Phần dưới là một bể lọc cát sinh học. Phía trên lớp cát là một lớp màng vi sinh dày từ 1 đến 2 cm, màng vi sinh này tự hình thành sau khi bể lọc đưa vào hoạt động từ 3 đến 4 tuần. Lớp đệm nước phía trên lớp cát mịn có bề dày tối ưu là 5 cm đủ để bảo vệ màng vi sinh không bị phá hủy mỗi khi điền nước vào bể lọc, đồng thời đảm bảo cung cấp đủ oxi cho màng vi sinh. Bề dày khe hở không khí phía trên lớp nước hầu như không ảnh hưởng đến sự phát triển của màng vi sinh cũng như hiệu quả làm việc của bể lọc. Màng vi sinh kết hợp với lớp cát mịn như các loại vi khuẩn và vi rút gây bệnh theo các cơ chế sinh-lý-hóa.
Ví dụ, lớp cát có đường kính trung bình là 0,1 mm chỉ có thể loại bỏ được các phần tử có kích thước lớn hơn 5 micro mét (5% đường kính hạt cát), các phần tử có kích thước nhỏ như vi rút (< 0,1 micro mét) sẽ được xử lý bởi các quá trình sinh hóa xảy ra trong lớp cát mịn và màng vi sinh.
Một số mẫu thiết kế bể ABF bằng bê tông (H3) có diện tích mặt cát ngang lớp cát trung bình khoảng 0,1m 2, chiều sâu bể 90cm, chiều dày thành bể từ 6-10 cm, năng suất lọc trung bình 14 lít/giờ. Đáy hợp phân phối nước được đục các lỗ d = 3 mm theo lưới ô vuông 2,5 cm x 2,5 cm.
3. Hiệu suất xử lý của bể lọc ABF
Qua hàng nghìn lần kiểm tra ở nhiều phòng thí nghiệm khác nhau cũng như tại hiện trường đều xác nhận ABF có hiệu suất xử lý cao nhất trong tất cả các loại được chế tạo thủ công. Dưới đây là bảng tổng hợp các kết quả kiểm tra hiệu suất xử lý của bể lọc ABF của Tommy Ngai năm 2003 và Tauber 2005
Chỉ tiêu KT | Dãy giá trị | Trung bình |
Asen | 87 – 96% | 93% |
Trực khuẩn | 0 - >99% | 58% |
E.coli | 0 - >99% | 64% |
Sắt | >90 - > 99% | > 93% |
Vi rút | 80 – 90%, Stauber, 2005 | |
Các kết quả khảo sát gần đây ở Băngladesh và Ấn Độ cũng cho kết quả tương tự.
4. Một vài lưu ý khi vận hành bể lọc ABF
·Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp bổ sung nước vào bể là 6 12 giờ , tối đa là 48 giờ.
·Sau 1-2 năm phải thay mới hoàn toàn 5kg đinh sắt (loại 2,5-5cm).
·Sau 6-12 tháng phải thay mới lớp cát mịn, thời điểm thay cát có thể dựa vào sự giảm năng suất lọc của bể.
5. Kết luận và kiến nghị
Nạn ô nhiễm As qua những kết quả điều tra sơ bộ đang trở thành vấn đề môi trường đáng quan tâm ở nước ta. Tuy nhiên với mức độ nghiên cứu như hiện nay, chúng ta chưa có một sự đánh giá đầy đủ, chính xác về quy mô, cường độ và tác hại của nó trên quy mô khu vực hay toàn quốc.
Xét đến tính chất nghiêm trọng của vấn đề, về lâu dài, vấn đề ô nhiễm As cần được quan tâm đúng mức của các cơ quan hữu trách và sự đầu tư thích đáng của Nhà nước để tiếp tục nghiên cứu chi tiết hơn, trên phạm vi rộng hơn, từ đó có thể đưa ra các biện pháp chế ngự, phòng ngừa kịp thời, không đợi đến lúc tai họa xảy ra như ở Ấn Độ, Băngladesh, Thái Lan rồi mới lo đối phó.
Về trước mắt, với phương châm “phòng bệnh hơn chữa bệnh”, người dân nên sử dụng nước giếng đào hoặc nước mưa thay cho nước giếng khoan trong sinh hoạt. Sở KH&CN, TN&MT Hà Tĩnh nên mạnh dạn phổ biến, hướng dẫn kỹ thuật cho người dân tự làm loại bể lọc ABF xử lý nước sinh hoạt hàng ngày với một vài cải tiến cho phù hợp hơn với điều kiện thực tế ở địa phương. Tác giả bài viết này sẵn sàng hợp tác, chia sẻ tài liệu kỹ thuật liên quan đến thiết kế, chế tạo loại bể lọc ABF cho các cá nhân, tổ chức quan tâm đến vấn đề này.
6. Tài liệu viện dẫn
[1] Một số công nghệ xử lý arsen trong nước ngầm, phục vụ cung cấp nước sinh hoạt đô thị và nông thôn – Trần Hiếu Huệ, Nguyễn Việt Anh, Nguyễn Văn Tín, Đỗ Hải – ĐH Xây dựng.
[2] The Arsenic Biosand (ABF) project: Design of an appropriate household drinking water filter for rural NepalFinal Report, July 2003-By Tommy Ngai-MIT, Stanford University .
[3] Bio-sand filter manual-By CAWST Canada .
[4] Study on the effect of air space between the resting water and the diffuser basin on arsenic removal and determination of general flow curve-Shashank Pandey- KathmanduUniversity.
[5] Technical and social evaluation of three arsenic removal technologies in Nepan, 2002- By Georges Tabbal-McGill University .
