Tài liệu 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 Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Mã số: 8520320 Khóa học: 24, đợt 1 năm 2018 Tôi xin cam đoan luận văn này đƣợc chính tôi 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 công 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 hoàn thành luận văn này. Tôi 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 tôi trong quá 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 tôi hoàn thành luận văn này. Mặc dù, tôi 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 còn 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 hoàn 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 môi 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 mô hình vật lý .......................................................... 45 2.7.1. Xây dựng mô hình ....................................................................................... 45 2.7.2. Đánh giá hiệu quả xử lý của mô 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 mô 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 ô nhiễm BOD5 và Amoni trên các sông trong tỉnh [3] ......8 Hình 1.2 Diễn biến nồng độ Amoni trong nƣớc ngầm ..................................................10 Hình 1.3 Sự chuyển hóa amoni trong môi 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 quét 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 Nguyên 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 Mô hình chạy thử nghiệm.............................................................................45 Hình 2.13 Hình ảnh phối cảnh mô hình chạy thử nghiệm ............................................46 Hình 2.14 Bản vẽ chi tiết mô 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 quá 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 quá trình xử lý amoni theo lƣu lƣợng dòng 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 sông Đáy là tỉnh có tình trạng ô 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 công trình bể lọc thông 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 vô cùng quan trọng trong quá trình xử lý các thành phần ô 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 quá trình oxi hóa nâng cao xử lý amoni. Ở Việt Nam cũng đã có một số các công 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. Không 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 mô hình xử lý nƣớc nhiễm amoni trên vật liệu đã chế tạo đƣợc và khảo sát một số thông số ảnh hƣởng đến quá trình hoạt động của mô 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 mô hình trong phòng 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 công 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 quá 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 Đông giáp tỉnh Hƣng Yên và Thái Bình, phía Nam giáp tỉnh Nam Định và Ninh Bình, phía Tây giáp tỉnh Hòa 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 Đông. Trên địa bàn tỉnh có ba dạng địa hình: Địa hình núi đá vôi, địa hình đồi thấp và địa hình đồng bằng [1]. - Địa hình núi đá vôi: 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 tròn, 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 đông và đông 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 đông nam; vào mùa đông gió bắc, đông 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. Dòng 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 sông 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…Dòng chảy mặt từ các con sông lớn hàng năm đƣa vào lãnh thổ khoảng 14,050 tỷ m3 nƣớc [3]. - Sông Hồng là ranh giới phía đông của tỉnh với các tỉnh Hƣng Yên và Thái Bình. Trên lãnh thổ tỉnh sông Hồng có chiều dài 38,6 km. Sông Hồng có vai trò tƣới tiêu quan trọng phục vụ cho nền nông 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 Hoàng Đông, 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 sông Đáy nên có hệ thống sông ngòi 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