Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
mở đầu
Trong đời sống kinh tế xã hội, nớc là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng.
Nớc dùng trong sinh hoạt cần sạch, không chứa các chất độc hại. Cùng với sự phát
triển của xã hội loài ngời thì sự ô nhiễm và cạn kiệt nguồn nớc ngày càng trầm
trọng, nhất là đối với nớc bề mặt. Chính vì vậy, nớc ngầm trở thành nguồn nớc chủ
yếu để khai thác phục vụ nhu cầu sử dụng của con ngời.
Đối với việc sử dụng nớc ngầm cần chú ý ô nhiễm kim loại trong nớc, đặc biệt
là asen. Asen (thạch tín) đợc biết đến là một chất kịch độc, một lợng cực nhỏ asen
(0,1 - 0,2 gam) có thể gây chết ngời khi bị nhiễm độc cấp tính và khi bị nhiễm độc
mãn tính có thể gây ra nhiều loại bệnh khác nhau nh bệnh đen và rụng móng chân,
bệnh sừng hoá da, ung th da, phổi Vào những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ XX,
vấn đề ô nhiễm asen trong nớc ngầm đã trở thành mối quan tâm đặc biệt trên toàn thế
giới khi xảy ra thảm hoạ nhiễm độc asen ở diện rộng ở Bangladesh và Tây Bengan ấn
Độ. Ngày nay ngời ta đã phát hiện thấy ngoài Bangladesh và Tây Bengan, nhiều nơi
trên thế giới nh Đài Loan, Alaska, Achentina, Canađa, Mỹ, Việt Nam cũng có các
nguồn nớc ngầm bị nhiễm asen.
ở Việt Nam, theo một số kết quả khảo sát gần đây phát hiện thấy nớc ngầm ở
nhiều nơi thuộc châu thổ sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long bị nhiễm asen nặng
với nồng độ cao gấp nhiều lần so với giới hạn an toàn cho sức khỏe con ngời. Mặc
dù bị nhiễm asen nhng nớc ngầm vẫn đợc khai thác rộng rãi ở thủ đô Hà Nội và
nhiều tỉnh thành khác của Việt Nam để làm nớc ăn uống. Vì các nhà máy nớc hiện
nay cha đáp ứng đợc nhu cầu sử dụng nớc sinh hoạt của ngời dân, nên phần lớn dân
số ở nông thôn đang sử dụng trực tiếp nớc giếng khoan để làm nớc ăn uống mà
không qua xử lý, hoặc chỉ qua xử lý rất đơn giản không hoặc ít loại bỏ đợc asen.
Tính đến nay, chỉ riêng vùng châu thổ sông Hồng, tổng số giếng khoan có thể lên tới
con số hàng triệu. Vì vậy song song với các nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm
1
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
và sự phân bố asen trong nớc ngầm ở các vùng khác nhau, việc phát triển các công
nghệ khả thi xử lý asen trong nớc sinh hoạt ở qui mô xử lý tập trung cũng nh qui mô
nhập vào môi trờng nớc. Ngoài ra các ngành công nghiệp khai thác và chế biến các
loại quặng cũng đã tạo ra nguồn ô nhiễm asen. Việc khai thác ở các mỏ nguyên sinh
đã phơi lộ các quặng sunfua, làm gia tăng các quá trình phong hoá bào mòn và tạo
ra khối lợng lớn đất đá thải có lẫn asenopyrit ở lân cận khu mỏ. Tại các nhà máy
3
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
tuyển quặng, asenopyrit sau khi tách khỏi quặng sẽ thành chất thải và đợc chất đống
ngoài trời, asen trôi vào sông suối đi vào trong môi trờng.
Các nhà khoa học đã đa giả thiết giải thích nguyên nhân sự hoà tan asen tự
nhiên vào nớc ngầm nh sau:
- Do sự oxi hoá pyrit sắt bởi ôxi không khí: Một số nhà khoa học đã nghiên cứu
và đi đến khẳng định sự có mặt của asen trong các trầm tích chứa pyrit sắt. Việc
khai thác nớc ngầm với quy mô ngày càng tăng làm cho mức nớc ngầm giảm dần đã
tạo điều kiện để các trầm tích pyrit sắt tiếp xúc với không khí dẫn đến phản ứng oxy
hoá pyrit sắt thành FeSO
4
, Fe
2
(SO
4
)
3
và axit sunfuric. Quá trình này giải phóng cả
asen và nó bị oxy hoá thành asenit (AsO
2
-
) và asenat (AsO
3
-
) mà cả hai đều tan trong
asen(III) tồn tại trong nớc ngầm ở dạng trong H
3
AsO
3
đợc hình thành trong môi tr-
ờng khử và pH >7. Hình 1 là giản đồ pH với các dạng tồn tại asen (V).
Hình 1: Giản đồ pH của asen (V)
Trạng thái tồn tại của các dạng asen trong các điều kiện oxi hoá khử và pH
khác nhau cụ thể đợc chỉ ra ở bảng 1.
Bảng 1: Các trạng thái bền của asen trong các điều kiện oxi hoá khử và pH
Điều kiện khử Điều kiện oxi hoá
pH As(III) pH As(V)
0-9 H
3
AsO
3
0-2 H
3
AsO
4
10-12 H
2
AsO
3
-
3-6 H
2
AsO
4
13 HAsO
màu vàng, có mạng lới phân tử mà ở các mắt của mạng lới là những phân tử As
4
.
Nhng As
4
không bền, ở nhiệt độ thờng dới tác dụng của ánh sáng nó chuyển nhanh
sang dạng kim loại. Có thể tạo ra As
4
bằng cách ngng tụ hơi của nó, hơi của asen
gồm những phân tử As
4
, bắt đầu phân huỷ ở 1325
0
C và phân huỷ hoàn toàn ở nhiệt
độ 1700
0
C.
Trong tất cả các hợp chất của asen thì hợp chất có tính chất thơng mại và
quan trọng nhất là asen (III) oxit. Asen (III) oxit có nhiệt độ sôi khoảng 465
0
c, ở
nhiệt độ khoảng 800
0
c nó tồn tại ở thể hơi, có công thức phân tử là As
4
O
6
. hợp chất
này là sản phẩm phụ trong quá trình luyện đồng và một số kim loại màu khác từ các
quặng sunfua.
4
+ 3H
2
O
Asin tơng đối kém bền khi đốt nóng nó dễ dàng phân huỷ thành hydro và
asen tự do. AsH
3
có tính khử rất mạnh, nó có thể bị bốc cháy trong không khí, khử
đợc các muối của kim loại nh Cu, Ag về kim loại.
6AgNO
3
+ AsH
3
+ 3H
2
O = Ag + 6 HNO
3
+ H
3
AsO
3
AsH
3
tác dụng với muối thuỷ ngân (II) clorua tạo ra phức màu vàng nâu,
phản ứng này đợc sử dụng trong phơng pháp định lợng asen:
AsH
3
+ 3HgCl
2
= As(HgCl)
AsO
3
.
Trong dung dịch axit asenơ có thể có cả axit metasen HAsO
2
. những axit này
đều không tách ra đợc ở trạng thái tự do, khi cô cạn dung dịch chỉ thu đợc oxit.
Asen(III)oxit dễ tan trong dung dịch kiềm tạo thành muối asenit và
hidroxoasenit.
As
4
O
6
+ 6NaOH + 3 H
2
O = 3Na[As(OH)
4
] + Na
3
AsO
3
Asen (III) oxit thể hiện tính khử khi tác dụng với O
3
, H
2
O
2
, FeCl
3
, K
ờng gán cho nó công thức kinh nghiệm là As
2
o
5
. ở nhiệt độ trên 400
o
C nó phân huỷ
thành oxi và oxit trong đó asen có số oxi hoá thấp hơn.
2 As
2
o
5
= As
4
O
6
+ 2O
2
As
2
o
5
dễ tan trong nớc tạo thành asenic, nên khi để trong không khí nó bị
chảy rữa.
As
2
o
5
+ 3H
2
O
3
+ KOH = 2K
3
AsO
3
+ 3H
2
O
Các hợp chất As(III) có tính khử, khi bị oxi hoá bởi các chất oxi hoá mạnh
nh KMnO
4
, KIO
3
... trong môi trờng kiềm chúng chuyển thành các hợp chất As(V).
AsO
3
3-
+ I
2
+ H
2
O = AsO
4
3-
+ 2I
-
+ 2H
+
Trong tự nhiên, asen có thể chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác bởi một
số vi sinh vật, quá trình chuyển hoá đơc trình bày trong hình 2.
Hình 2: Sơ đồ quá trình chuyển hoá của các hợp chất asen trong tự nhiên
1.4. Độc tính của asen [9, 14]
1.4.1. Cơ chế gây độc của asen
Khi xâm nhập vào cơ thể các asen (III) tấn công ngay lập tức vào các enzim
có chứa nhóm (SH), liên kết và cản trở chức năng của enzim.
As(V) ở dạng H
2
AsO
4
-
có tính chất hoá học tơng tự muối của axit photphoric
và có thể ảnh hởng đến cơ chế chuyển hoá phot phat ức chế các enzim sinh năng l-
ợng cho tế bào (enzim sinh ra ATP) không sinh ra ATP.
[AsO
2
(OH)
2
]
-
asenat
As(OH)
3
asenit
CH
3
AsO(OH)
2
2
OH
9
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
Các hợp chất As(V) (R-AsO
3
H
2
) ít ảnh hởng đến hoạt tính của enzim nhng
trong những điều kiện thích hợp chúng có thể bị khử về As (III) độc hơn.
Các hợp chất hóa trị (III) gồm aseno và asenoso. Các hợp chất aseno (R-
As=As-R) dễ dàng bị oxi hoá khi có lợng vết oxi, sự hoạt động mạnh của chúng do
sự chuyển đổi thành dẫn xuất aseno tơng ứng. Các hợp chất này là các hợp chất thế
một lần, thế hai lần theo phản ứng của chúng với nhóm sunfuahydryl. Những hợp
chất thay thế một lần, ví dụ R-As=O phản ứng với enzim có chứa nhóm -SH.
Một số enzim chứa hai nhóm thiol có thể phản ứng với hợp chất asen thế một
lần, tạo ra cấu trúc vòng năm cạnh, phản ứng này thuận nghịch với đithiol. axit
liponic, cần thiết cho giai đoạn đầu trong sự oxi hoá của pyruvate bị ức chế bằng
liuzit (CH
3
-CH=CHAsCl
2
) (sử dụng làm khí độc trong chiến tranh).
Protein
S
S
As
CH CHCl
+
BAL
[11].
Asen tồn tại phổ biến trong môi trờng xung quanh, mọi ngời đều tiếp xúc với
một lợng nhỏ của chúng. Con đờng xâm nhập chủ yếu của asen vào cơ thể là qua đ-
ờng thức ăn (trung bình 25 - 50 àg/ngày), ngoài ra còn một lợng nhỏ qua nớc uống
và không khí.
Asen đi vào cơ thể con ngời trong một ngày đêm thông qua chuỗi thức ăn
khoảng 1mg; qua bụi, không khí là 1,4 àg và qua các đờng khác là 0,04 - 1,4 àg.
Asen hấp thụ vào cơ thể qua đờng dạ dày nhng cũng dễ bị thải ra. Hàm lợng asen
trong cơ thể ngời khoảng 0,08 - 0,2 ppm, tổng lợng asen có trong ngời trung bình
khoảng 1,4 mg. Asen tập trung trong gan, thận, hồng cầu, hemoglobin đặc biệt tập
trung trong não, xơng, da, phổi, tóc [11].
Đối với cơ thể con ngời asen có 3 tác dụng hoá sinh là: làm đông tụ protein, tạo
phức với coenzym và phá huỷ quá trình photpho hoá.
Asen đi vào cơ thể qua đờng nớc sinh hoạt nhng phải sau 5 - 15 năm mới bắt
đầu gây tác động ảnh hởng đến sức khoẻ.
Sự nhiễm độc asen đợc gọi là arsenicosis. Biểu hiện của bệnh là chứng sạm da
(melanosis), dầy biểu bì (keratosis) từ đó dẫn đến hoại th hay ung th da mà khởi đầu
là sự phá huỷ da ngoài, ngón tay, ngón chân, sau đó là các bộ phận nội tạng, cuối
cùng là ung th, hoại th. Một biểu hiện đặc trng khi bị nhiễm độc asen dạng hợp
chất vô cơ qua đờng miệng là sự xuất hiện các vết màu đen và sáng trên da, những
hạt ngô nhỏ trong lòng bàn tay, lòng bàn chân và trên mình bệnh nhân. Sau đó
những hạt nhỏ này có thể sẽ biến chứng, gây ung th da. Ngoài ra ngời ta còn phát
hiện thấy rằng nhiễm asen còn làm tăng nguy cơ gây ung th trong cơ thể, nhất là ở
11
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
gan, thận, bàng quang và phổi. Nhiễm độc asen qua đờng hô hấp thờng gặp ở những
ngời làm việc tại các lò luyện quặng, gang, thép hoặc khu vực xung quanh nồng độ
asen cao trong không khí.
Con ngời có thể bị nhiễm độc As ở mọi lứa tuổi, từ trẻ em đến ngời già. Nếu ng-
ời dân sử dụng nguồn nớc có nồng độ asen là 0,75mg asen/lit trong 1 năm thì theo
nớc nh Mỹ, ấn Độ, Đài Loan, Slovakia, Argentina, Thái Lan, Mehico, Chilê, Trung
Quốc, Bangladesh, Mông Cổ. Các kết quả khảo sát cho thấy có rất nhiều vùng sử
dụng nớc ngầm bị nhiễm asen một cách nghiêm trọng nh: Tây Bengan (ấn Độ),
Bangladesh, Đài Loan, Alaska, Achentina, Canađa... Trên thế giới có hàng chục
triệu ngời đã bị nhiễm bệnh đen và rụng móng chân, sừng hoá da, ung th da...do sử
dụng nguồn nớc sinh hoạt có nồng độ asen cao. ở mỗi quốc gia, với đặc điểm địa lý,
địa chất khác nhau, các nguyên nhân tìm đợc cha hoàn toàn thống nhất. Tuy nhiên,
sự có mặt của asen trong nớc ngầm đang là một thách thức lớn với chính phủ và
chính quyền địa phơng trong việc bảo vệ sức khoẻ nhân dân.
Vấn đề ô nhiễm asen trong nớc ngầm tại Bangladesh là một điển hình.
Bangladesh đã hình thành đợc một hệ thống cơ sở thông tin t liệu tơng đối hoàn
chỉnh, về cả quan trắc, thống kê, nghiên cứu khoa học, giải thích nguồn gốc ô nhiễm
asen trong nớc ngầm và những thành công cũng nh kinh nghiệm của Bangladesh về
xử lý asen trong nớc ngầm. Hơn 95 % tổng dân số của Bangladesh hiện nay đang sử
dụng nớc ngầm cho mục đích sinh hoạt và ăn uống, khoảng từ 30 - 35 triệu ngời dân
Bangladesh đang sử dụng nớc uống có chứa asen với nồng độ lớn hơn 50àg/l. Hàng
triệu ngời dân mắc các chứng bệnh nh ung th da, chân đen, sừng hoá lòng bàn tay,
bàn chân và nhiều bệnh điển hình khác nữa, đó là căn bệnh nhiễm độc asen, đe doạ
sức khoẻ hàng triệu ngời dân Bangladesh. Qua phân tích cho thấy nồng độ ở một số
giếng đã vợt quá giới hạn cho phép của WHO (10 àg/l). ở Manikganj, Harirampar,
Faridpur, Gopalganj có 14 trong 19 mẫu phân tích vợt quá tiêu chuẩn cho phép của
Bangladesh (50 àg/l), riêng vùng Harirampar cả 4 mẫu phân tích đều trên 100 àg/l.
Nồng độ cao của asen có thể tìm thấy lên tới 1000 àg/l .
Sự nhiễm asen trong nớc ngầm ở phía đông sông Hoogky, một nhánh của sông
Hằng phía Tây Bengal đã đợc báo cáo từ đầu năm 1978. Nhóm bệnh nhân đầu tiên
13
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
đợc phát hiện vào tháng 7/1983, từ đó phạm vi ảnh hởng và số bệnh nhân mới ngày
càng tăng. Khu vực ảnh hởng rộng 3.400 km
2
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
Bảng 2: Tổng hợp một số chỉ tiêu phân tích mẫu nớc ngầm Thành phố Hà Nội
mùa khô 12/2000 - 2/2001 [9]
Arsen Mangan Sắt Amoni
Số mẫu vợt
*/TS
%
Số mẫu vợt
*/TS
%
Số mẫu vợt
*/TS
%
Số mẫu vợt
*/TS
%
Tầng chứa nớc bên trên (qh)
Khu vực phía Bắc 4/66 6.1 44/66 66.7 27/66 36.4 2/66 3.0
Khu vực Đông Nam 8/20 40 19/20 95.0 12/20 60 3/20 15.0
Khu vực phía nam sông Hồng
+ Huyện Từ Liêm 8/55 14.5 46/55 83.6 72.7 72.7 10/55 18.2
+ Huyện Thanh Trì 43/72 59.7 59/72 81.9 91.7 91.7 56/72 77.8
+ Các quận nội thành 18/47 38.3 44/47 93.6 87.23 87.2 17/47 36.2
Tầng chứa nớc bên dới (qp)
Khu vực phía Bắc 4/46 8.7 33/46 71.7 71.7 71.7 3/46 6.5
Khu vực phía Đông Nam 13/72 13 67/72 70.8 70.8 70.8 21/72 29.2
Khu vực nam sông Hồng
+ Huyên Từ Liêm 9/25 36 22/25 100 25-25 100 9/25 36
+ Huyện Thanh Trì 13/24 54.2 22/24 95.8 23/24 95.8 18/24 75
+ Các quận nội thành 17/43 39.5 40/43 97.7 42/43 97.7 12/43 27.9
7 Hà Nam 111 5080 2415 879 795 463 504 24
8 Huế 10 240 234 5 1 0 0 0
9 Hồ Chí Minh 10 240 240 0 0 0 0 0
10 Long An 10 235 235 0 0 0 0 0
11 Đồng Tháp 10 212 124 5 6 27 41 9
12 An Giang 10 240 179 51 8 1 1 0
Một số nghiên cứu khác cho thấy ở một số huyện của tỉnh Hà Nam (Lý Nhân,
Bình Lục) đã có các biểu hiện lâm sàng đáng chú ý của nhiễm độc mạn tính ở cộng
đồng do ăn uống nguồn nớc bị ô nhiễm. Kết quả hội chẩn đã xác định đợc 8 trờng
hợp có biểu hiện tổn thơng ngoài da do tác hại của asen cần đợc theo dõi. 86% số hộ
của khu vực mới sử dụng nớc giếng khoan đợc 6 năm (từ 1997), song qua thống kê
của Y tế xã từ tháng 1/2000 đến tháng 9/2003 và kết quả khám sức khoẻ cho thấy:
tỷ lệ bệnh ngoài da, biến đổi sắc tố da, sừng hoá, bệnh lý thai sản, tỷ lệ ung th nhìn
chung khá cao và có xu hớng tăng theo thời gian [11].
Nh vậy, ở Việt Nam không những đã phát hiện thấy các vùng nớc ngầm ô
nhiễm asen mà còn có các biểu hiện lâm sàng ở cộng đồng do nhiễm độc asen. Do
vậy, nếu không có biện pháp khắc phục, tiếp tục sử dụng các nguồn nớc ô nhiễm
asen kéo dài sẽ dẫn đến tình trạng nhiễm độc nặng nề nh đã gặp ở Bangladesh, ấn
Độ, Trung Quốc.
16
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
1.6. Một số phơng pháp xử lý asen
Đã có rất nhiều hội nghị quốc tế về asen đợc tổ chức sau những thảm họa về
ngộ độc asen trên thế giới. Nhiều bài báo, công trình nghiên cứu về các phơng pháp
giảm thiểu ô nhiễm asen đã đợc công bố. Các biện pháp xử lý rất nhiều và đa dạng,
ở đây chủ yếu tập trung vào các phơng pháp: hoá học, hoá lý.
1.6.1. Các phơng pháp hoá học[13, 16, 20]
Các công nghệ xử lý asen thờng xử lý As(V) có hiệu quả hơn xử lý As(III). Vì
vậy nhiều hệ thống xử lý bao gồm cả bớc oxy hoá để chuyển As(III) thành As(V).
Quá trình oxy hoá không loại bỏ asen ra khỏi dung dịch nhng nâng cao hiệu quả các
).
Clo và hypochloride là chất oxy hoá mạnh và có hiệu quả nhng nó lại có thể
phản ứng với các hợp chất hữu cơ tạo ra hợp chất cơ clo độc hại (thí dụ
trihalometan). Lợng clo thêm vào phụ thuộc vào thành phần của nớc. Cho vào nớc
17
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
khoảng 0,8 - 2 mg/l clo để tạo ra 0,2 mg/l clo d dùng cho mục đích khử trùng sau
khi xử lý.
Ozon là chất oxy hoá mạnh, khi sục ozon vào nớc 1 phút (hàm lợng khoảng 2
mg/l) trớc khi lọc sẽ có hiệu quả rất cao trong việc ôxy hoá sắt và mangan, loại bỏ
hiệu quả asen và các kim loại khác. Ozon cũng là chất sát khuẩn mạnh nhng không
giống nh clo, d lợng của nó không tồn tại lâu trong nớc đã xử lý [20].
Permanganate (KMnO
4
) có hiệu quả oxy hoá As(III), Fe(II) và Mn(II) cao .
KMnO
4
có nhiều ở các nớc đang phát triển, nó đợc sử dụng nh là chất kháng sinh
cục bộ. Lợng mangan d trong nớc đã xử lý không đợc vợt quá khuyến cáo của WHO
0,05 mg/l (WHO, 1993).
Hydro peroxit (H
2
O
2
) cũng là chất oxy hoá có hiệu quả, đặc biệt nếu trong nớc
bị nhiễm asen có chứa sắt hoà tan nồng độ cao. Sắt (III) hydroxit đợc hình thành sẽ
cộng kết với asenat[20].
c. Oxy hoá và loại asen bằng năng lợng mặt trời (SORAS)
Đây là quá trình xử lý asen đơn giản trong cấp nớc nông thôn từ nguồn nớc
ngầm. Nguyên tắc của phơng pháp là sử dụng phản ứng oxy hoá quang hoá As(III)
carbonate. Khi thêm vôi vào nớc sẽ làm tăng giá trị pH và làm cho bicarbonate
chuyển thành carbonate kết quả là canxi bị kết tủa dới dạng canxi carbonate. Quá
trình làm mềm loại bỏ canxi thờng ở khoảng pH 9 đến 9,5. Để loại bỏ magiê, vôi đ-
ợc thêm vào tới điểm kết tủa magiê hydroxide ở giá trị pH lớn hơn 10,5. Quá trình
làm mềm nớc bằng vôi đồng thời cũng có hiệu quả trong việc loại bỏ asen tơng tự
nh quá trình kết tủa với muối kim loại. Nh vậy, quá trình loại bỏ As(III) và As(V)
bằng cách làm mềm nớc phụ thuộc vào giá trị pH. Nếu quá trình oxy hoá As(III)
thành As(V) diễn ra trớc khi làm mềm nớc sẽ làm tăng hiệu quả xử lý asen.
Nhợc điểm của quá trình làm mềm nớc bằng vôi đối với việc xử lý asen là hàm
lợng vôi sử dụng khá lớn khoảng 800 - 1000 mg/l, điều này sẽ dẫn đến việc hình
thành một lợng bùn thải lớn và sau đó lại phải sử dụng axit để điều chỉnh pH của n-
ớc sau xử lý. Quá trình này thờng chỉ đợc áp dụng cho nớc cứng.
c. Phơng pháp hấp phụ
Asen có thể đợc hấp phụ lên bề mặt của các vật liệu hấp phụ nh: các hợp chất
oxyt sắt, oxyt titan, oxyt silic; khoáng sét(caolanh, bentonite ...), boxit, hematite,
19
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
chitin và chitosan; quặng oxit mangan, cát bọc một lớp oxyt sắt hoặc dioxit mangan
MnO
2
; các vật liệu xellulo (mùn ca, bột giấy báo)...
Mỗi loại vật liệu có những đặc tính và yêu cầu chi phí khác nhau. Một số loại
đã đợc sản xuất riêng để xử lý nớc nhiễm asen. Hiệu suất xử lý của từng loại vật liệu
phụ thuộc vào việc sử dụng các chất oxy hoá hỗ trợ quá trình hấp phụ asen.
c.1. Hấp phụ lên vật liệu có thành phần là sắt
Mạt sắt (sắt kim loại), sắt hydroxide, các vật liệu phủ sắt, oxit sắt là những vật
liệu đợc sử dụng cho qúa trình hấp phụ asen từ nớc ngầm.
Quá trình loại bỏ asen bằng cách hấp phụ lên mạt sắt kim loại đã đợc nghiên
cứu ở trong phòng thí nghiệm và áp dụng ngoài hiện trờng. Hiệu quả loại bỏ asen vô
cơ ra khỏi dung dịch của sắt đến 95%. Asen đợc hấp phụ lên bề mặt sắt ở trạng thái
đạt hiệu suất cao.
Việc thử nghiệm đã đợc tiến hành ở ấn Độ và Bangladesh (1998, 1999 cho phép
giảm asen từ giá trị trung bình ban đầu 340 ppb xuống dới 50 ppb.
- Nhôm hoạt hoá: Nhôm hoạt hoá đợc sử dụng có hiệu quả để xử lý nớc có hàm
lợng chất rắn hoà tan cao. Tuy nhiên, nếu trong nớc có các hợp chất của selen,
florua, clorua, sulfat , chúng có thể cạnh tranh vị trí hấp phụ.
Phơng pháp này tơng đối thuận lợi, chỉ cần đổ nớc giếng cần xử lý qua lớp vật
liệu nhôm. Nếu hàm lợng sắt trong nớc nguồn càng cao thì hiệu suất khử asen càng
cao và chu kỳ làm việc trớc khi hoàn nguyên càng tăng.
Một hạn chế của phơng pháp sử dụng nhôm hoạt hoá là lợng vật liệu hấp phụ
thải ra lớn: 50 - 200 g/m
3
nớc, nghĩa là gấp gần 10 lần so với lợng cặn tạo thành khi
sử dụng phơng pháp keo tụ bằng phèn sắt.
c.3. Hấp phụ lên vật liệu có thành phần mangan oxide
Cơ chế của việc loại bỏ asen bởi MnO
2
bớc đầu đã đợc nghiên cứu trên các tinh
thể MnO
2
tổng hợp trong phòng thí nghiệm.
Phản ứng oxi hoá As (III) bởi MnO
2
xảy ra theo 2 bớc sau:
2MnO
2
+ H
3
AsO
3
Sử dụng quặng mangan dioxit tự nhiên và diatomit tự nhiên cho hiệu quả hấp
phụ asen tơng đối tốt[5]. Tại Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam đã tổng hợp
MnO
2
kích thớc nanomet và nghiên cứu sử dụng vào hấp phụ asen trong nớc đạt tải
trọng 32,79mg asen/gam vật liệu.[4]
d. Trao đổi ion
21
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
Trao đổi ion có thể đợc xem là một là một dạng đặc biệt của phơng pháp hấp
phụ. Đây là quá trình trao đổi giữa các ion trong pha rắn và pha lỏng. Nhựa trao đổi
ion đợc sử dụng rộng rãi trong việc xử lý nớc để loại bỏ các chất hoà tan không
mong muốn ra khỏi nớc. Các loại nhựa này có một bộ khung polyme liên kết ngang,
đợc gọi là nền, thông thờng nền này đợc tạo thành do polystyren liên kết ngang với
đivinylbenzen. Các nhóm chức tích điện liên kết với nền thông qua các liên kết cộng
hoá trị. phơng pháp này rất hiệu quả trong việc loại bỏ asen, tuy nhiên nếu trong
dung dịch, các ion cạnh tranh với asen (nh sunfat, florua, nitrat....) có nồng độ lớn,
hiệu suất của quá trình tách loại sẽ giảm đi đáng kể. Khi đó các anionit chuyển từ
gốc H
2
AsO
4
-
sang H
2
AsO
4
2
, giải phóng H
+
quả của quá trình xử lý asen bằng MF là hàm của kích thớc lỗ.
* Siêu lọc (UF)
Nhìn chung quá trình siêu lọc có khả năng loại bỏ các chất keo và các phần tử
dạng hạt. Nếu hệ xử lý chỉ sử dụng UF thì cũng nh MF nó không thể xử lý asen
trong nớc ngầm đạt hiệu quả cao. Tuy nhiên UF có thể sử dụng để xử lý nớc mặt với
hàm lợng chất keo cao và nồng độ asen cao.
* Lọc nano (NF)
Màng lọc nano có khả năng loại bỏ đáng kể các hợp chất asen hòa tan trong nớc
tự nhiên. Màng nano u tiên loại bỏ các ion hóa trị hai (nh Ca, Mg) nhng không có
hiệu quả đối với các muối hóa trị một (nh Na, Cl). Màng NF có thể loại bỏ cả
As(V) và As(III). Hiệu quả loại bỏ asen trong nớc ngầm của NF đạt tới 95% asen
hòa tan, nồng độ asen có thể giảm từ 50ppb xuống 2ppb. Tuy nhiên khi màng có
kích thớc lỗ nhỏ thì có khuynh hớng dễ tắc hơn màng UF hoặc MF. ứng dụng màng
NF cho quá trình xử lý nớc mặt có hiệu quả thờng không cao nếu không qua quá
trình tiền xử lý để loại bỏ các hạt và các phần tử hòa tan gây tắc.
* Thẩm thấu ngợc (RO)
Đây là quá trình lọc màng có hớng dới tác dụng của chênh lệch áp suất. Tuỳ
thuộc vào đặc tính của màng, thẩm thấu ngợc có thể giữ lại tất cả các ion và chỉ cho
23
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
nớc đi qua. Phơng pháp này tốn kém, đắt tiền, nên chỉ sử dụng để cung cấp một lợng
nớc nhỏ, có yêu cầu chất lợng cao, ví dụ nh trong y tế, vv...
* Điện thẩm tách (ED)
Điện thẩm tách là quá trình trong đó các ion đợc vận chuyển qua màng có chọn
lọc đối với các cation và anion dới tác động của dòng điện một chiều. Trong quá
trình này màng đợc sắp xếp giữa các điện cực ngợc chiều nhau với sự xen kẽ giữa
màng trao đổi anion và màng trao đổi cation. Sự chuyển động của các cation hoặc
anion theo hớng của điện cực trái dấu và kết quả là nó tạo ra các ngăn chứa nớc và
các ngăn chứa muối. Điện thẩm tách đảo chiều (EDR) là quá trình điện thẩm tách
(ED) với chu kỳ đảo chiều hớng chuyển động của các ion do sự đảo chiều phân cực
trong việc loại
asenit 350
lg /
à
140
lg /
à
asenat 560
lg /
à
10
lg /
à
24
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel (: 0918.775.368
asenat300
lg /
à
6
lg /
à
asenit 300
lg /
à
138
lg /
à
Kết tủa cùng
với nhôm
asenat 350
à
asenit 100
lg /
à
không hiệu quả
Trao đổi
ion
asenat 100
lg /
à
<800
lg /
à
- hiệu quả cao - chi phí tơng
đối cao
asenat 68 mg/l 12,2 mg/l
Thẩm thấu
ngợc
asenat 37
lg /
à
7
lg /
à
- hiệu quả cao
- không tạo ra chất
thải rắn độc hại
- có thể loại bỏ các
chất gây ô nhiểm
- chi phí cao
3
(AsO
4
). Sau thời gian sử dụng, hàng năm phải bổ sung loại cát đen đã
đợc hoạt hoá thành cát chuyên dụng vào cột.
Trờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã sử dụng quặng
sắt tự nhiên (đá ong, limonite, magnetite), quặng mangan có chứa sắt (pyrothite,
25
Copyright: Tài liệu đại học ©