Luận văn
Nghiên cứu xử lý các hợp chất asen và
photphat trong nguồn nước ô nhiễm với than
hoạt tính cố định Zr (IV)‖.
1

MỤC LỤC

LI M U 4
NG QUAN 5
1.1. Ô nhi lý 5
1.1.1 Dng tn ti ca Asen trong t nhiên 5
c tính ca Asen 8
1.1.3 Tình trng ô nhim Asen 10
1.1.4 Mt s công ngh x lý ô nhim asen 17
1.2 Ô nhim photphat và  lý 20
1.2.1 Ô nhim photphat 20
1.2.2 X lý ô nhim photphat 21
1.3 S dng Than hot tính và Zirconi trong hp ph x lý Asen và photphat 24
1.3.1 Than hot tính 24
1.3.2 C nh Zr trên ch loi b As và Photphat 27
C NGHIM 35
2.1 Mc tiêu và ni dung nghiên cu ca lu 35
2.1.1 Mc tiêu nghiên cu 35
2.1.2 Ni dung nghiên cu 35
2.2 Hóa cht, dng c 35
2


 p ph photphat và asen ca các vt liu 76
3.3 Nghiên cu kh ng dng x lý asen ca vt liu 79
3.3.1 Nghiên cu kh i hp tái s dng ca vt liu 79
3.3.2 Kho sát ng cn kh p ph As ca vt
liu 80
3.3.3 Kho sát hp ph ng ca vt liu vi As 83
3.3.4 Kt qu x lý mu thc t 84
KT LUN 85
TÀI LIU THAM KHO 87 4

LỜI MỞ ĐẦU
Hin nay, tình hình ô nhim nguc nói chung và nguc sinh
hot nói riêng bi asen là v toàn xã hi quan tâm khi nhu cu v chng
cuc sng ngày càng cao.
Theo các nghiên cu gi dân Hà Ni và mt s tnh min bc
(thung bng sông Hng), min nam (thung bng sông C
phi s dng asen cao gp t 10 n n tiêu chun
c sch. u này ng nghiêm trng và trc tip ti sc kho ca con
i, do s c hi ca asen mang li. Nó gây ra rt nhiu loi nguy hi
i  ng vi chúng ta.
Vic loi b   c thi c   , nhà máy hay xí
nghic loi b c bit là nguc ngm là vô
cùng cn thit và cp bách.
Than hot tính t c s d làm sc. Tuy nhiên, ng
dng ca nó trong x c mi ch dng li  vic loi b các hp cht h
và mt s các thành phn không phân cng nh c.
Vi mng dng ca than hot tính trong vic

gam asen. Hu ht các v ng là kt qu ca s
n au kin t nhiên. Tuy nhiên, các hong khai thác
m, cùng vi khai thác nhiên liu hóa thch, s dng thuc tr sâu có asen, các
thuc dit c, các cht làm khô nông sn, các ph gia có asen trong th
o ra thêm nhng nh hng.
Arsen tn ti vi s oxi hóa -3, 0, +3 và +5. Các trng thái t nhiên bao
gm các asenious axit (H
3
AsO
3
, H
3
AsO
3
, H
3
AsO
3
2-
,), các asenic axit (H
3
AsO
4
,
H
3
AsO
4
-
, H


H
2
AsO
3
-
, HAsO
3
2-
và AsO
3
3-
. Các dng tn ti ca Asen trong t nhiên ph thuc
nhiu king.
1.1.1.1 Ảnh hưởng của pH [5] Hình 1.1 Ảnh hưởng của pH đến dạng tồn tại của Asen
Mt s dng dng tn ti ca As: As (III), As (V), chu cân bng axit-b,
vì th s có mt ca các dng tn ti chính và các dng ph s da vào pH.
As(OH)
3
s phân ly liên ti
H
3
AsO
3
 H
2
AsO

pK
3
= 12,7
Hình 1.1 cho thy ti pH trung tính, H
3
AsO
3
chim t l chính trong khi
H
2
AsO
3
-
ch chim 1 t l rt nh (<1%) và s có mt ca HAsO
3
2-
và AsO
3
3-
là

As (V) là mt axit 3 n:
H
3
AsO
4
 H
2
AsO
4

7

Ti pH 7, cân bng ch yu tn ti dng H
2
AsO
4
-
và HAsO
4
2-
.  pH < 5,
  còn dng H
2
AsO
4
-
, s có mt ca các dng khác không
.
1.1.1.2 Ảnh hưởng của pH-E
h

Th ôxi-hóa kh và pH là các yu t quyn dng tn ti ca Asen
trong.  u kin ôxi-hóa, và pH thp (nh ng H
2
AsO
4
-
chi,
trong khi  pH cao HAsO
4

asen. Các phân t sc bit có kh p ph tt As vì vy nó là yu
t quyn s di chuyn cc ngng st
8

i ln mà nhiu vùng c ngm b ô nhi
khi qua quá trình x lý st (lt tiêu chuc
sch [7][22]. Hình 1.3 cho bit các dng tn ti ca As trong h As-Fe-H
2
O  
có n s hp ph asen trên FeOOH (Hfo).  th cho thy kh p ph
tt asen (asenate)  vùng pH gu kin ôxi hóa và kh yu. 
u kin ôxi hóa, dng tn ti ca As trong dung d c 2 vùng pH, khi
c gim.  u kin ôxi hóa mnh, các dng asenite chi 
mt vùng pH rng, do liên kt ca nó vi Hfo không nh [20].

Hình 1.3 Đồ thị E
h
-pH của hệ As-Fe-H
2
O [20]
1.1.2 Độc tính của Asen
i vi c thc vng vc chng minh là
nhân t i vic ca i vi sc khe con
i theo các m t tn và d dày.
c tính cnh ph thuc vào các dng tn ti ci
v sng, bao gng vt khác, nhng dng Asen vô
ng As h s LD
50
qua ming (ling gây
9

-
Enzym
+ +
2 OH
-
Enzym
SH
SH
-
C
C
H
OPO
3
2-
H OH
O
+ PO
4
3-
C
C
O
OPO
3
2-
H OH
O
PO
3

d R-As=O, phn ng vi enzim cha nhóm -SH.

Mt s enzim cha hai nhóm thiol có th phn ng vi hp cht asen th
mt ln, bo ra cu trúc vòng 5 cnh. Phn ng này thun nghch vi
n thiu trong s oxi hoá ca piruvate, b
c ch bng cách này bi liuzit (s dc).

1.1.3 Tình trạng ô nhiễm Asen
Hin nay do s bùng n dân s th gii, v cung cc sch cho
sinh hot v ln mà xã hi quan tâm. Trong khi ngun nc b
mt: sông, sui, ao, h  ô nhim nng bi nc thi sinh hot,
nc thi t các nhà máy công nghip thì vic s dng ngun nc ng là
mt gii pháp hu hiu cho vic cung c c s c ngm ít chu nh
ng bng ca con ngi. Chng nc ngng t
R-As
O
+
2R'SH
R-As
SR'
SR'
protein
S
S
AsCH
CHCl
+
BAL
protein
SH

12 Hình 1.4 Bản đồ phân bố khu vực ô nhiễm asen trên thế giới [20]
 Trung Qung hp bnh nhân nhim c phát
hin t  liu thng kê cho thy 88% nhim qua thc phm, 5% t
không khí và 7% t c ui có 1546 nn nhân c
bnh Asenicosis (bnh nhi  n th
hin 13500 bnh nhân trong s c kim tra  462 làng thuc 47
vùng b lit vào khu vc nhim Asen cao. Trên c c Trung Quc có ti 13 -
14 trii sng trong nhng vùng có ngun gc b ô nhim Asen cao, tp
trung nhiu nht  tn Tây, Ni Mông, Ninh Hi
n 105 làng b ô nhing Asen tc
c ung là 4,43 mg/l gp ti 443 ln giá tr Asen cho phép ca t chc y
t th gii WHO (10g/l).
Khu vc có v ln nht là ng bng châu th sông Ganges nm
gia Tây Bengal ca   và Bangladesh (Chowdhury và cng s, 1999). 
Tây Bengal, trên 40 tric Asen do sng trong các
13

khu vc có n Asen cao. Ti b nhim và n
Asen t   c cao gp 370 ln n  cho phép ca WHO. Ti
ng hu tiên nhim Asen mc phát hi
n nay có t i cht vì nhic Asen m
trim Asen. T chc Y t Th gi
nhic tp th ln nht trong lch s".


 


c th hin trên hình 1.7.
15 Hình 1.6 Tình hình nhiễm asen ở Hà nội 12/1999
(A-Đông Anh, B-Từ Liêm, C-Gia Lâm, D-Thanh Trì)

Hình 1.7 Tình hình nhiễm asen trong nước ngầm tại một số bãi giếng khai thác
nước ngầm của Hà nội, 2001 (I. Mai Dịch, II. Ngọc Hà, III. Yên Phụ, IV. Ngô Sỹ
Liên, V. Lương Yên, VI. Hạ Đình, VII. Tương Mai, VIII. Pháp Vân)
16

Kho sát m  ô nhim asen ti 4 làng (Vinh Tru, Bo De, Hoa Hau,
Nhan Dao) thuc tnh Hà Nam, Pham Hung Viet et al [19] thy n asen có
c ngm  3 làng (Vinh Tru, Bo De, Hoa Hau) t quá nhiu ln tiêu
chun cho phép ca b y t. C th ng asen trung bình c ngm 
3 làng lt là: 348, 211, 325 µg/L. c
x lý bc cát gim rõ rt (hiu sut loi b asen t 70-98%)
  ng asen v tiêu chun cho phép ca b y t. Hàm
ng sc ngm rt cao ca 4 làng (Vinh Tru  18,1 mg/L, Bo De 
23,9 mg/L, Hoa Hau  23,1 mg/L, Nhan Dao  40,8 mg/L) là nguyên nhân chính
giúp quá trình lc hiu qu cao trong x lý asen.
 vùng ng bng sông Cu Long (Mekong) theo nghiên cu ma
Kim Phuong Nguyen et al, 2009 [8] , trong báo cáo này các tác gi iên cu
s có mt cc ngm, ti 47 ging khoan  12 vùng thuc các
tnh  ng bng sông Cu Long. Các kt qu nghiên cu cho thy: 38,3% các
mu nghiên cu có n t quá tiêu chun cho phép ca B Y T (<10
n 8,5% các mu có n As >100 µg/L, tp trung ch yu 
Tan Chau, An Phong, Lai Vung.
17

nhim.
1.1.4.2 Công nghệ hấp phụ và trao đổi ion
Php ph là to ra các vt liu có din tích b mt ln, có ái
lc ln vi các dng asen hoà tan và s dng các vt li loi b asen ra
khc. Ngn ra kh p ph asen ct
hoá (Al
2
O
3
), các vt liu có cht, các loi qung st t nhiên:
limonit, laterit
i ion có th c xem là mt dc bit cp
phi ion là quá trình thay th v trí ca các ion b hp ph trên b mt
cht rn bi các ion hoà tan trong dung dch. Nh c s dng
rng rãi trong vic x lý n loi b các cht hoà tan không mong mun ra
khc. Các loi nha này có mt b khung polyme liên kc gi
là nng, nc to thành do polystyren liên kt ngang vi
en. Các nhóm chn liên kt vi nn thông qua các liên kt
19

cng hoá trt hiu qu trong vic loi b asen. Tuy nhiên,
nu trong dung dch, n  các ion cnh tranh vi asen (nh  
nitrat ) ln, hiu sut ca quá trình s gi.
1.1.4.3. Các phương pháp vật lý
Mt s t nhm thu ngc, màng ln thm tách có
kh i b tt c các dng asen cùng các mui khoáng hoà tan ra khc.
i ta cho nc chy qua mt màng lc bit, các cht
gây ô nhic gi li nh các t x c b
pháp lc màng, trc hi ta phi loi b các cht r
dng As(V).

, PO
4
3-
, dng
polymetaphotphat nh: (NaPO
3
)
6
và photpho hu c. Muc
s dng rng rãi trong các ngành công nghip bao gm: sn phm làm sch, kem
t la, công nghip dt may, x c và phân bón.
Photpho là nguyên t rt quan trng i vi sinh vt. Chúng có mt trong
thành phn ATP, ADP, AMP, trong photpholipit, trong axit nucleic. Chính vì th,
photpho rt cn thit cho sinh vt.
  t quá nhiu , các ion photphat s kt
hp vi các ion kim lo  
3+
), st (Fe
3+
, Fe
2+
n
chai ct, tiêu dit mt s sinh vt có li, không tt cho cây trng phát trin .
s gây nên hing
ng. ng t i, hoà tan photphat t
dng kt ta hoc phc bn din ra t t, quá trình tiêu th photphat din ra cân
bng to s phát trin nh cho h sinh vt. ng photphat quá
c thn gây hing  c .
ng là hing phát trin  t, mnh m ca các loài sinh vt
thu  to S phát trin quá mnh m s gây nên s thi







22

Bảng 1.2 Tích số tan của một số hợp chất photphat với canxi, sắt, nhôm ở 25
o
C
H
T (tích s tan)

Fe.PO
4
.2H
2
O  Fe
3+
+ PO
4
3-
+ 2H
2
O
10
-23

AlPO



2+
+ 3PO
4
3-
+ H
+

10
-46,9
Ca
10
(PO
4
)
6
(OH)
2
 10Ca
2+
+ 6PO
4
3-
+ 2OH
-
(hydroxylapatit)
10
-114


3-

10
-39
CaCO
3

2+
+ CO
3
2-

10
-8,3
CaF
2
Ca
2+
+ 2F
-
10
-10,4
MgNH
4
PO
4

2+
+ NH
4

, Fe
3+
u to ra các hp cht photphat có
 tan rt thc bit là hydroxylappatit và apatit. Phn ng này
to thành  vùng pH cao nên nhiu loi hp cht ca canxi vi
photphat có cha thêm nhóm OH.
o Hydroxit st, nhôm tan tr l   i dng ferrat hoc
aluminat [(Fe(OH)
4
-
, Al(OH)
4
-
)]  vùng pH cao (trên 8,5),  vùng
th n ti  dng kt ta, keo t, hp ph có vai trò
quan tr s dng mui st, mui nhôm khi kt ta so
vi s dng vôi.
1.2.2.2 Sử dụng phương pháp sinh học [1]
c da trên hing là mt s loi vi sinh vt tích
 ng photpho nhi     chúng c  u kin hiu khí.
23

ng photpho trong t bào chim 1,5-2,5% khng t bào
thô, m s loi có th h 6-u kin ym khí chúng
li thi ra phn photpho ai d
4
3-
. Quá trình
loi b photpho da trên hi ng trên gi là loi b   ng.
 c tách ra khc trc tip thông qua th   a

+
0,2(HPO
3
) + 0,44OH
-
+ 1,44H
2
O
u kin ym khí, vi sinh vt trên hp thu cht hy
 bào và thi d.
2C
2
H
4
O
2
+ (HPO
3
) + H
2
O  (C
2
H
4
O
2
)
2
+ PO
4

chng nghiên cc chú ý t thp k c
m công ngh REMNUT có ng dng trong thc t công ngh gm
hai ci ion: ct clinoptiolit thu hi amoni, ct anionit thu hi photphat.
24

Dung dch sau khi tái sinh t 2 ct cha NH
4
+
, PO
4
3-
c kt t i dng
struvite [1].
Vt liu hp ph  loi b c nghiên cu nhiu
trong phòng thí nghim và trin vng c
sinh bùn thi pH ca dung dc x lý [29]. Rt nhiu
vt lic nghiên cu hp ph Tro bay [25][26 (bùn
thi ca quá trình khai thác qung bauxit) [26][27], nhôm hot tính [15], st oxit
[28], ngoài ra còn nhiu vt lic nghiên cu có bn cht là các kim
lo dng zirconi làm cht hp ph t trong
nhc mi c nghiên cu, và rt có trin vng [12][14].
1.2.2.4 Một số phương pháp khác
Tách lo  ng thi vi các tp cht khác qua quá trình màng
thích hp: Màng nano, màng thm thc, hon thm tích. V nguyên
tc hiu qu lc qua màng có hiu sut nên hu
y ng dng trong thc t.
1.3 Sử dụng Than hoạt tính và Zirconi trong hấp phụ xử lý Asen và photphat
1.3.1 Than hoạt tính
Vic s dng than (cacc bin t rt lâu. Ngun gc ca nó
không th tìm thy trong tài liu nào. Vi lc u