BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
*******************

NHIỆM VỤ HTQT VỀ KHCN THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ
VIỆT NAM – CỘNG HÒA LIÊN BANG ĐỨC

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Phát triển và tối ưu hóa các giải pháp loại bỏ ô nhiễm
Asen trong nước ngầm cho các hộ nông dân vùng
châu thổ sông Hồng, Việt Nam

Mã số: 31/2351/HĐ-NĐT Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Chủ trì nhiệm vụ: GS.TS. Phạm Hùng Việt 8830

Hà Nội - 2011

1
MỤC LỤC
Nội dung Trang
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 5
Danh mục các bảng 6
Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9
Mở đầu 15
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 16

asen
1.4.2. Tổng quan về các phương pháp xử lý asen trong nước đơn
giản đang được khuyến khích áp dụng ở khu vực Châu Á
43
1.4.3. Tổng quan về công nghệ và vật liệu lọc asen tại Việt Nam 52
CHƯƠNG II. MỤC TIÊU, NÔI DUNG, ĐỊA ĐIỂM, ĐỐI TƯỢNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
61
2.1. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu 61
2.2. Địa điểm, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 62
2.2.1. Địa điểm nghiên cứu 62
2.2.2. Đối tượng nghiên cứu 62
2.2.2.1. Đối tượng nghiên cứu cho các nội dung về đánh giá
mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống, thực phẩm, nguy cơ
nhiễm độc asen và nguy cơ tác động sức khỏe
64
2.2.2.2. Đối tượng nghiên cứu cho các nội dung về phát triển
các vật liệu hấp phụ asen, chế tạo mẫu hệ thống lọc asen
69
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu 71
2.2.3.1. Phân tích hàm lượng asen trong các mẫu nước, thực
phẩm và mẫu sinh học
71
2.2.3.2. Khám sức khỏe lâm sàng 76
2.2.3.3. Phỏng vấn về thói quen sử dụng nước ăn và kiến thức
về lọc asen
77
2.2.3.4. Chế tạo vật liệu lọc asen 77
2.2.3.5. Xây dựng hệ thống bể lọc asen cải tiến 81
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 91

3.4. Nghiên cứu, phát triển các vật liệu hấp phụ asen mới trên nền
quặng sắt và mangan
132
3.4.1. Một số đặc trưng cấu trúc của vật liệu lọc asen mới 132
3.4.2. Đánh giá khả năng hấp phụ của sản phẩm 134
3.4.3. Vật liệu hấp phụ MF - 97 137
3.4.4. Vật liệu oxit sắt từ có cấu trúc nano 138
3.4.5. Đánh giá khả năng hấp phụ asen của một số vật liệu của 148

4
nước ngoài
3.4.6. Đánh giá quá trình hấp phụ asen trong cột lọc 152
3.5. Chế tạo mẫu hệ thống lọc asen trong nước giếng khoan và áp
dụng thử nghiệm tại địa phương
161
3.5.1.Tình hình sử dụng nước sinh hoạt của xã Mai Động và
Nghĩa Dân
161
3.5.2. Chế tạo và lắp đặt hệ lọc cát cải tiến tại xã Mai Động 165
3.5.3. Kết quả về hiệu quả lọc asen của vật liệu hấp phụ tăng
cường áp dụng tại xã Mai Động
171
3.5.3.1. Khả năng loại bỏ As bằng cột GEH thử nghiệm 171
3.5.3.2. Khả năng loại bỏ As bằng cột GEH và hệ lọc cát cải
tiến
173
3.5.3.3. Hiệu quả loại bỏ Fe và As bằng cột xử lý tăng cường
MF97 VÀ NC-F20
179
CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 182

UNICEF United Nations Children’s Fund
6
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT Bảng Trang
1 Bảng 1.1. Ô nhiễm asen trong nước ngầm và số người dân
bị phơi nhiễm ở các nước trên thế giới
19
2 Bảng 1.2. Kết quả nghiên cứu ô nhiễm asen trong nước
giếng khoan tại các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng.
20
3 Bảng 2.1. Số lượng các loại mẫu nước 65
4 Bảng 2.2. Số lượng các loại mẫu rau và gạo 65
5 Bảng 2.3. Hệ thống bể lọc asen thử nghiệm tại xã Mai
Động
70
6 Bảng 3.1. Sự phân bố asen trong nước giếng khoan tại Mai
Động và Nghĩa Dân
92

Mai Động và Nghĩa Dân
110
18 Bảng 3.13. Thành phần các dạng asen trong mẫu nước tiểu
của người dân tại Mai Động và Nghĩa Dân
113
19 Bảng 3.14. Nồng độ asen trong nước và sự tích lũy asen
trong mẫu tóc, móng và nước tiểu, MĐ – Mai Động, ND –
Nghĩa Dân
116
20 Bảng 3.15.Sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu
theo giới tính tại Mai Động
119
21 Bảng 3.16. Sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu
theo giới tính tại Nghĩa Dân
120
22 Bảng 3.17. Sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu
theo tuổi tại Mai Động
120
23 Bảng 3.18. Sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu
theo tuổi tại Nghĩa Dân
121
24 Bảng 3.19: Phân bố đối tượng theo tuổi 122
25 Bảng 3.20. Tỷ lệ phát hiện các RL chức năng thần kinh tại
Mai động và Nghĩa Dân
124
26 Bảng 3.21. Phân bố tỷ lệ bệnh theo giới 125
27 Bảng 3.22. Phân bố tỷ lệ bệnh theo tuổi. 126
28 Bảng 3.23. Phân bố tỷ lệ bệnh theo thời gian sử dụng giếng
nhiễm asen
127

159
38 Bảng 3.33. Số liệu điều tra về tình hình sử dụng nước sinh
hoạt dụng nguồn nước của xã Mai Động và Nghĩa Dân,
Hưng Yên
162
39 Bảng 3.34. Kết quả trung bình của các thông số trước, sau bể
lọc cát và cột loại bỏ As tăng cường GEH
175
40 Bảng 3.35. Chất lượng nước sau khi lắp đặt bộ lọc As bằng
cột xử lý tăng cường MF97 VÀ NC-F20
179
41 Bảng 3.36. Hiệu quả loại bỏ As bằng cột xử lý tăng cường
MF97 VÀ NC-F20
180

9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
STT Hình vẽ Trang
1 Hình 1.1. Các dạng tồn tại của asen trong nước phụ thuộc
vào pH và thế oxi hóa khử
18
2 Hình 1.2. Bản đồ ô nhiễm asen trong nước giếng khoan tại
đồng bằng sông Hồng
22
3 Hình 1.3. Sự chuyển hóa các dạng As trong cơ thể người 25
4 Hình 1.4. Một số hình ảnh bệnh nhân assenicosis điển hình. 32
5 Hình 1.5: Mô hình xử lý asen trong nước bằng phương
pháp SORAS
45
6 Hình 1.6. Mô hình xử lý Asen theo nguyên tắc nạp hút 46

17 Hình 2.1. Địa điểm nghiên cứu, xã Mai Động là điểm ô
nhiễm, xã Nghĩa Dân là điểm đối chứng, cả hai xã đều
thuộc huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên.
63
18 Hình 2. 2. Nhóm cán bộ tham gia nhiệm vụ nghị định thư
đi lấy mẫu tại thực địa
66
19 Hình 2. 3. Kiểm tra mẫu nước 67
20 Hình 2.4. Minh họa hoạt động thu mẫu sinh học 67
21 Hình 2.5. Các bác sỹ khám lâm sàng sức khỏe người dân 68
22 Hình 2.6. Kiểm tra chỉ số thông minh của người dân 68
23 Hình 2.7: a/vật liệu oxit sắt (NC-F20); b/ tổ hợp oxit sắt và
oxit mangan (MF-97) và c/ hydroxit sắt dạng hạt (GEH)
69
24 Hình 2.8: Ống lọc chứa vật liệu (a)/oxit sắt (NC-F20) và tổ
hợp oxit sắt và oxit mangan (MF-97) và (b) hydroxit sắt
dạng hạt (GEH)
70
25 Hình 2.9. Các hệ lọc asen mới xây tại xã Mai Động 71
26 Hình 2.10. Hình ảnh vật liệu GEH, thùng đựng vật liệu và
cột lọc hấp phụ asen được chế tạo từ ống PVC
82
27 Hình 2.11.Cột lọc GEH lọc asen tăng cường được lắp sau
các hệ lọc cát cho 7hộ gia đình tại xã Mai Động.
83
28 Hình 2.12. Cấu trúc của cột lọc As với vật liệu MF97 và
NC-F20
84
29 Hình 2.13. Cột MF97 và NC-F20 lọc asen tăng cường được 85


tham gia nghiên cứu tại Mai Động và Nghĩa Dân
111
41 Hình 3.11. Tỉ lệ phân bố nồng độ asen trong móng 111
42 Hình 3.12. Hàm lượng các dạng asen trong mẫu nước tiểu
tại Mai Động và Nghĩa Dân
114
43 Hình 3.13. Tỉ lệ thành phần các dạng asen trong nước tiểu 114
44 Hình 3.14. Tương quan giữa nồng độ asen trong nước ăn 116

12
uống với sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu giữa
2 xã Mai Động và Nghĩa Dân
45 Hình 3.15. So sánh nồng độ asen trong nước giếng khoan
và sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu tại một số
khu vực trên thế giới
117
46 Hình 3.16. Tương quan giữa hàm lượng asen trong tóc,
móng và nước tiểu với nồng độ asen trong nước ăn tại Mai
Động; A nồng độ asen trong tóc, móng và nước tiểu được
tính trung bình theo gia đình, B nồng độ asen trong tóc,
móng và nước tiểu của từng cá thể
118
47 Hình 3.17 Tỷ lệ các đối tượng NC theo thời gian sử dụng
giếng khoan.
122
48 Hình 3.18. Các triệu chứng lâm sàng của 2 nhóm đối tượng
nghiên cứu tại Mai Động và Nghĩa Dân
123
49 Hình 3.19. Ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu EMD 132
50 Hình 3.20. Ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu CMD1 132

147
61 Hình 3.31. Động học hấp phụ As(III), As(V) trên (a) GEH,
(b) Bayoxide E33, (c) Graphen
149
62 Hình 3.32. Đẳng nhiệt hấp phụ As(III) trên (a) GEH,
Bayoxide E33 (b), Graphen (c)
150
63 Hình 3.33. Đẳng nhiệt hấp phụ As(III), As(V) trên (a)
GEH, (b) Bayoxide E33, (c) Graphen
151
64 Hình 3.34. Đường cong thoát của As tại các điểm chiều cao
khác nhau
157
65 Hình 3.35. Sự phụ thuộc của thời gian hoạt động vào chiều
cao của tầng chất hấp phụ trong trường hợp nồng độ As
ban đầu khác nhau
157
66 Hình 3.36. Một số hình ảnh bể lọc cát gia đình tại xã Mai
Động.
164
67 Hình 3.37. Hình ảnh về hệ lọc asen được lắp đặt tại xã Mai
Động
170
68 Hình 3.38. Hệ thống lọc asen bằng cột lọc GEH sử dụng
nước máy có bổ sung As (50 µg/L)
172
69 Hình 3.39. Diễn biến nồng độ As tổng trước và sau cột GEH 172

14
theo thể tích nước chảy qua cột GEH.

thông tin đại chúng. Nước ngầm hiện đang là nguồn nước sinh hoạt chủ yếu
của người dân khu vực nông thôn, châu thổ sông Hồng. Sử dụng nước ngầm ô
nhiễm asen cho ăn uống hàng ngày trong một thời gian dài có thể gây nên
nhữnng tác động xấ
u cho sức khỏe. Nước ngầm ô nhiễm asen cần được xử lý
để giảm thiểu tác hại của asen lên sức khỏe cộng đồng.
Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền vững
thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quôc Gia Hà Nội đã có
gần 10 năm nghiên cứu các vấn đề liên quan tới ô nhiễm asen trong nước
ngầm tại Việt Nam. Trung tâm đã được Bộ Khoa học Và Công ngh
ệ giao cho
thực hiện nhiệm vụ hợp tác quốc tế về Khoa học Và Công nghệ theo nghị
định thư Việt Nam – Công hòa Liên bang Đức với tiêu đề: “Phát triển và tối
ưu hóa các giải pháp loại bỏ ô nhiễm Asen trong nước ngầm cho các hộ nông
dân vùng châu thổ sông Hồng, Việt Nam”. Nhiệm vụ được hoàn thành trong
30 tháng, từ tháng 1/2009 đến tháng 6/2011. Nhiêm vụ được thực hiện bởi
nhóm các nhà nghiên cứu Việt Nam và Cộng hòa Liên bang Đức đến từ
trường
Đại học Khoa học Tự nhiên, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam,
Viện Y học và Sức khỏe Môi trường, Viện Công nghệ Kalrsruhe, trường Đại
học Tổng hợp Bochum, công ty GEH, Trường Đại học TH Munster , Trường
Đại học KT Berlin v.vv

16
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống, sinh hoạt
trên thế giới và tại Việt Nam

uống là 10 μg/L kể từ năm 1993 thay cho tiêu chuẩn cũ là 50 μg/L. Tại Đức,
tiêu chuẩ
n quốc gia về asen trong nước ăn uống được thiết lập từ năm 1996 là
10 μg/L. Cục bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA) đã đưa ra tiêu chuẩn 10 μg/L
là hàm lượng As tối đa cho phép trong nước ăn uống bắt đầu từ năm 1996. Bộ
Y tế Việt Nam cũng đưa ra tiêu chuẩn hàm lượng asen tối đa trong nước ăn
uống là 10 µg/L năm 2002, tiêu chuẩn Việt Nam (1995) về asen trong nước
ngầ
m là 50 µg/L [4, 14, 22, 39].
Asen tồn tại trong các nguồn nước tự nhiên chủ yếu với các trạng thái
oxi hóa +3 hay As (III) và +5 hay As(V). Các dạng thủy phân vô cơ của asen
gồm : H
3
AsO
3
, H
2
AsO
3
-
, HAsO
3
2-
, AsO
3
3-
và H
3
AsO
4

A3
= 11,5. Do đó, ở pH 6,96 khoảng 50% As(V) tồn tại ở dạng anion
H
2
AsO
4
-
và 50% ở dạng HAsO
4
2-
. Trong khoảng pH đặc trưng của nước ngầm
tự nhiên (5 – 9), chỉ có 3 trong số 8 dạng tồn tại của As (H
2
AsO
4
-
, HAsO
4
2-
,
H
3
AsO
3
) là chiếm ưu thế (hình 1.1).

18

Hình 1.1. Các dạng tồn tại của asen trong nước phụ thuộc vào pH và thế
oxi hóa khử

Tiêu chuẩn
cho phép
(μg/L)
Achentina 2.000.000 100 – 1000 50
Băngladet 50.000.000 <1 - 4700 50
Chilê 437.000 900 - 1040 50
Nội Mông, Trung
Quốc
600.000 1 - 2400 50
Xinjiang, Trung Quốc 100.000 1 - 8000 50
Hungary 220.000 10 - 176 10
Tây Bengan, Ấn độ 1.000.000 <10 - 3900 50
Mêhicô 400.000 10 - 4100 50
Peru 250.000 500 50
Đài Loan 200.000 10 - 1820 10
Thái Lan 1000 1 - 5000 50
Mỹ chưa biết 10 – 48 000 10

20
Ô nhiễm asen trong nước ngầm ở Bănglađet được coi là thảm hoạ với
số người bị nhiễm độc cao nhất trong lịch sử ô nhiễm tự nhiên, nó là mối đe
doạ nghiêm trọng đến sức khoẻ nhiều triệu người dân ở các vùng nông thôn,
nghèo khó của Bănglađet.
1.1.2. Tổng quan về mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống, sinh hoạt
tại Việt Nam
Bảng 1.2. K
ết quả nghiên cứu ô nhiễm asen trong nước giếng khoan tại
các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng [6]
Phần trăm số mẫu ô nhiễm
asen theo TCVN về nước ngầm

bang Thuỵ Sĩ đã tiến hành khảo sát ngẫu nhiên trên toàn khu vực đồng bằng
sông Hồng với tổng số 461 mẫu nước giếng khoan (hình 1.2). Kết quả phân
tích cho thấy hàm lượng asen của 461 mẫu nước ngầm nằm trong khoả
ng rất
rộng, từ mức nhỏ hơn 1µg/L cho tới hơn 400 µg/L. Trong đó, 73% số mẫu có
hàm lượng nhỏ hơn 10 µg/L, đạt tiêu chuẩn nước uống về asen của Bộ Y tế
Việt Nam. 16% số mẫu có lượng asen nằm trong khoảng 10 - 50 µg/L, số mẫu
này đạt tiêu chuẩn asen trong nước ngầm nhưng không đạt tiêu chuẩn nước
ăn. 8% số mẫu có lượng asen nằm trong khoảng 50 – 200 µg/L, 3% số mẫu
có lượng asen rấ
t cao, lớn hơn 200 µg/L. Như vậy, có khoảng 11% số mẫu
khảo sát không đạt tiêu chuẩn nước ngầm về asen. Con số 11% có thể không
gây nên sự quá lo lắng về mức độ ô nhiễm asen khi xét chung toàn bộ khu
vực đồng bằng sông Hồng. Tuy nhiên sự ô nhiễm đó lại tập trung chủ yếu tại
vùng bờ trái sông Hồng, xuyên qua một số tỉnh đông dân như Hà Tây cũ, Hà
Nam, Hà Nội, Nam Định, Hưng Yên và Thái Bình. Nhiều giếng khoan ở
vùng
này có hàm lượng asen cao khoảng 200 – 300 µg/L (gấp 20 – 30 lần tiêu
chuẩn nước uống). Nếu người dân sử dụng trực tiếp nguồn nước này cho ăn
uống thì nguy cơ nhiễm độc sẽ rất cao. Phía lưu vực sông Đuống cũng bị ô
nhiễm với mức độ nhẹ hơn. Đó là địa phận tỉnh Bắc Ninh và Hải Dương. Các
khu vực ven vùng núi trung du, ven biển có chiều hướng ít bị nhiễm asen
trong n
ước giếng khoan. Đó là các tỉnh Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Hoà Bình, Ninh

22
Bình, Bắc Giang, Hải Phòng và Quảng Ninh. Kết quả khảo sát của chúng tôi
cũng cho thấy mật độ giếng khoan tập trung chủ yếu tại khu vực đồng bằng.
Các vùng ven núi ít có giếng khoan sâu, người dân thường dùng nước giếng
khơi.

1.2. Tổng quan về mức độ nhiễm độc và tích lũy asen trong cơ thể ngườ
i
trên thế giới và tại Việt Nam
1.2.1. Sự chuyển hóa asen trong cơ thể người và khả năng áp dụng các
chỉ thị sinh học trong nghiên cứu thâm nhiễm asen
Độc tính của As phụ thuộc vào dạng tồn tại và số oxy hóa của chúng.
Các hợp chất của As vô cơ độc hơn các hợp chất As hữu cơ. Trong hai dạng
asen vô cơ thì As(III) độc hơn As(V) nhiều lần. As(III) có ái lực rất mạnh với
nhóm thiol (-SH) trong các protein do vậy As(III) làm tê li
ệt nhiều loại enzim.
As(III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein có lẽ do As(III) tấn công vào
các liên kết có nhóm sunfua. AsO
4
3-
có tính chất tương tự như PO
4
3-
sẽ thay
thế PO
4
3-
ngăn cản quá trình tạo thành ATP là chất sản sinh ra năng lượng.

24
Các nghiên cứu trên động vật thực nghiệm và dịch tễ học ở người trong nhiều
thập kỷ qua đã giúp các nhà khoa học đề xuất mô hình giả thiết về quá trình
trao đổi chất và bài tiết của asen ở động vật có vú. Giả thiết này được sử dụng
rất rộng rãi trong các nghiên cứu về cơ chế gây độc của asen, theo đó asen vô
cơ khi vào cơ thể sẽ chuyển hoá theo sơ đồ
ở hình 1.3. Nhìn vào sơ đồ của