Lời cảm ơn
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với TS. Lê
Văn Chiều và ThS.Nguyễn Thị Liên đã tận tình hớng
dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo
trờng THPT chuyên Nguyễn Huệ, cha mẹ, bạn bè đã
tạo điều kiện giúp đỡ và động viên chúng em hoàn thành
đề tài này.
H Ni, thỏng 12 nm 2014
Nhúm tỏc gi ti
Lờ Tựng Sn Nguyn Sn Khuờ
1
Mục lục
MỞ ĐẦU 4
1. Lý do chọn đề tài 4
3. Lợi ích của đề tài 5
4. Nhiệm vụ của đề tài 5
Chương 1 TỔNG QUAN 6
1.3.4. Công nghệ NanoVAST (Tổ hợp vật liệu NC-MF và NC-F20 kết nối với các kỹ thuật khác) 9
1.3.5. Keo tụ - Kết tủa 9
1.3.6. Oxi hóa 10
1.4. Cơ sở lí thuyết của đề tài 10
Chương 2 THỰC NGHIỆM 12
2.1. Dụng cụ và hóa chất: 12
2.2. Thu mẫu nước: 12
2.3. Khảo sát hàm lượng Sắt và Asen trong mẫu nước ngầm 12
2.4. Các bước làm một thí nghiệm 12
2.5. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Asen 13
2.6. Ảnh hưởng của H2O2 đến khả năng oxi – hóa Asen(III) 13
2.7. Xử lí Asen trong nước có hàm lượng sắt ít 14
2.8. Kiểm tra E.Coli và Coliform trong nước sau xử lý 14

Phương pháp người dân thường áp dụng theo kinh nghiệm để giảm thiểu/loại
bỏ sắt và asen trong nước giếng khoan là bể lọc cát đơn giản nhưng đôi khi hiệu quả
lại không cao do việc vệ sinh, bảo trì không đảm bảo.
Với mong muốn góp phần giúp người dân có cơ hội được sử dụng nguồn nước
sạch bằng những biện pháp, phương tiện đơn giản cùng với những kiến thức đã học,
sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu chúng em quyết định chọn đề tài:
“Nghiên cứu xử lý nước ngầm ô nhiễm Asen bằng phương pháp oxi –
quang hóa trong điều kiện thực tế ở các vùng nông thôn”.
Trong đề tài này, chúng em sử dụng các điều kiện, nguyên liệu có sẵn, dễ kiếm
như ánh sáng mặt trời, chanh, nước oxi già (dung dịch H
2
O
2
), đinh sắt gỉ để sử lý
nước nhiễm Asen.
4
2. Tính sáng tạo của đề tài
- Chỉ với nước cốt chanh, chai nhựa, giấy nhôm, dung dịch H
2
O
2
… (dụng cụ
và nguyên liệu dễ kiếm, không độc hại) kết hợp với ánh sáng mặt trời để loại bỏ Asen
ra khỏi nước ngầm, đồng thời khử trùng nước. Thao tác thực hiện đơn giản, có thể
truyền đạt rộng rãi để người dân áp dụng.
- Đối với nguồn nước có thành phần sắt và Asen cao, cần bổ sung thêm tác
nhân oxi hóa (như H
2
O
2

5
Chương 1 TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về Asen
1.1.1. Asen
Asen (As) là nguyên tố phổ biến thứ 20 trong vỏ trái đất, thứ 14 trong nước
biển và thứ 12 trong cơ thể con người. As là nguyên tố hóa học thuộc phân nhóm
chính nhóm V trong bảng Hệ thống tuần hoàn Mendeleep. As có thể tồn tại trong hợp
chất vô cơ hoặc hữu cơ với bốn mức hóa trị là: -3, 0, +3 và +5. Trong nước tự nhiên,
As tồn tại chủ yếu ở 2 dạng hợp chất vô cơ là asenat [As(V)], asenit [As(III)]. As(V)
là dạng tồn tại chủ yếu của As trong nước bề mặt và As(III) là dạng chủ yếu của As
trong nước ngầm.
1.1.2. Tác hại của Asen đối với sức khỏe
Ngộ độc asen là các bệnh kinh niên do sử dụng nước uống có chứa asen ở nồng
độ cao trong một khoảng thời gian dài (Asvà nhiều hợp chất của nó là những chất độc
cực kỳ có hiệu nghiệm). Asen phá vỡ việc sản xuất ATP thông qua vài cơ chế. Ở cấp
độ của chu trình axít citric, asen ức chế pyruvat dehydrogenaza và bằng cách cạnh
tranh với phốtphat nó tháo bỏ phốtphorylat hóa ôxi hóa, vì thế ức chế quá trình
khử NAD+ có liên quan tới năng lượng, hô hấp của ti thể và tổng hợp ATP. Sản sinh
của perôxít hiđrô cũng tăng lên, điều này có thể tạo thành các dạng ôxy hoạt hóa và
sức căng ôxi hóa. Các can thiệp trao đổi chất này dẫn tới cái chết từ hội chứng rối
loạn chức năng đa cơ quan. Các hiệu ứng bao gồm sự thay đổi màu da, sự hình thành
của các vết cứng trên da, ung thư da, ung thư phổi, ung thư thận và bàng quang cũng
như có thể dẫn tới hoại tử. Tổ chức y tế thế giới (WHO) đã đề nghị mức giới hạn của
asen là 0,01 mg/L trong nước uống.
6
1.2. Tìm hiểu về nước ngầm Việt Nam
1.2.1. Nước ngầm
Nước ngầm là chỉ loại nước nằm bên dưới bề mặt đất trong các không
gian rỗng của đất và trong các khe nứt của các thành tạo đá, và các không gian rỗng
này có sự liên thông với nhau. Một đơn vị đá hoặc các dạng tích tụ vật liệu không cố

2+
. Giàn
mưa có tác dụng oxy hoá chuyển đổi thành Fe
3+
và Mn
4+
và một số tác nhân mang
tính khử khác như As (III) cũng được oxy hoá lượng nhỏ.
1.3.2. Xử lý bằng bể lắng
Đây là phương pháp sử lý Asen mà dân gian thường sử dụng, phương pháp này
cũng gần giống với giàn mưa chỉ khác là nước được lắng tĩnh và dùng ánh nắng mặt
trời và oxy để lắng và loại bỏ Asen.
1.3. 3. Xử lý bằng bể lọc
Tuỳ theo điều kiện sử dụng, có thể xây dựng bể theo kích thước khác nhau.
8
Bể lọc được sử dụng các lớp vật liệu lọc như than hoạt tính, cát, sỏi…Nước sẽ thấm
qua lớp than hoạt tính có tác dụng hấp thụ các chất độc hại, các loại vi sinh vật nguy
hiểm và trung hoà khoáng chất khó tan trong nước, sau đó nước tiếp tục thấm qua lớp
cát và lớp sỏi.
1.3.4. Công nghệ NanoVAST (Tổ hợp vật liệu NC-MF và NC-F20 kết nối với các
kỹ thuật khác)
Trong công nghệ NanoVAST, một hệ thống tiền xử lý theo kỹ thuật thông
thường được lắp đặt trước hệ thống hấp phụ. Nhiệm vụ của hệ thống này là bão hòa
oxy không khí nhằm tách loại triệt để Fe, Mn… và qua đó giảm tối đa nồng độ asen
và các chất rắn lơ lửng. Hiệu quả làm việc của hệ thống này là rất quan trọng nhằm
giảm tải và chống làm bẩn các chất hấp phụ. Tùy theo từng nguồn nước hệ thống này
có thể được thiết kế khác nhau.
Ưu điểm: Tổ hợp vật liệu NC-MF và NC-F20 hấp phụ với tốc độ nhanh với
dung lượng rất cao, khi cân bằng nồng độ asen trong nước nhỏ hơn tiêu chuẩn cho
phép (10 ppb). Việc ghép nối hệ thống tiền xử lý với hệ thống lọc nano trên nền vật

trong cấp nước như Clo, KmnO
4
, H
2
O
2
, Ozon.
Oxi hóa điện hóa: Có thể xử lý nước chứa Asen bằng phương pháp dùng điện
cực là hợp kim và áp dụng cho các hộ sử dụng nước quy mô nhỏ.
Oxy- quang hóa: Công nghệ loại bỏ Asenite (As(III)) và cả các chất hòa tan
khác như Sắt, Phosphorus, Sulfur, khỏi nước bằng cách đưa chất oxy hóa và chất
hấp phụ quang hóa: (chiếu tia cực tím vào nước rồi sau đó lắng). Chất oxy hóa có thể
là oxy tinh khiết hoặc sục khí. Chất hấp phụ quang hóa có thể là Fe(II), Fe(III),
Ca(II). Có thể sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn tia cực tím. Phản ứng có thể xảy
ra ở nhiệt độ trong phòng và ánh sáng thấp, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp. Do
As(III) bị oxy hóa thành As(V) với tốc độ rất chậm, có thể sử dụng các chất oxy hóa
mạnh như Cl
2
, H
2
O
2
hoặc O
3
. Phần lớn chi phí xử lý chính là các chất oxy hóa này.
1.4. Cơ sở lí thuyết của đề tài
Trên cơ sở nguyên lý phản ứng oxi hóa quang hóa với nguồn năng lượng từ
ánh sáng mặt trời, kết hợp điều chỉnh pH bằng nước cốt chanh phù hợp cho quá trình
oxi hóa Fe(II) thành Fe(III), As(III) thành As(V), làm tăng cường khả năng hấp phụ
As(V) trên hiđroxit sắt mới sinh dẫn đến làm tăng khả năng loại bỏ As trong nước.

3% (nước oxi già) có thể mua ở các hiệu thuốc thông thường.
- Nước cất 2 lần, chanh, giấy nhôm.
- Đo tại: Trung tâm phân tích và giám định thực phẩm quốc gia – Viện Công
nghiệp thực phẩm (địa chỉ: 301 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội).
2.2. Thu mẫu nước:
Nước ngầm được lấy tại 3 địa điểm là xã Hồng Dương, huyện Thanh Oai; xã
Đông La, huyện Hoài Đức; quận Hà Đông (HĐ1), Hà Nội.
Tiến hành làm thực nghiệm ngay sau khi nước được lấy lên. Nước chưa đem
phân tích được phải bảo quản trong tủ lạnh (4
o
C).
2.3. Khảo sát hàm lượng Sắt và Asen trong mẫu nước ngầm
Lấy các mẫu nước ngầm đã chọn để đo nồng độ Fe và As ban đầu có trong các
mẫu nước đó tại Trung tâm phân tích và giám định thực phẩm quốc gia – Viện Công
nghiệp thực phẩm. Kí hiệu các mẫu như sau: Thanh Oai (TO1); Đông La, Hoài Đức
(ĐL1); Hà Đông (HĐ1).
Hình 2.1: Lấy nước ngầm ở Đông La, Hoài
Đức, Hà Nội
2.4. Các bước làm một thí nghiệm
Mỗi một thí nghiệm sẽ được làm theo các bước sau:
+ Cho 400 ml nước ngầm vào chai Lavie loại 500ml (chai
đã được tráng sạch bằng dung dịch axit nitric loãng, sau
đó tráng bằng nước cất).
+ Thêm các điều kiện cần khảo sát vào chai (ví dụ: nước
cốt chanh, dung dịch H
2
O
2
3%
,

13
+ 1 mẫu chỉ làm với nước cốt chanh (8 giọt) + phơi nắng (TO2(8)): điều kiện tốt
nhất được xác định ở mục 2.5.
+ 1 mẫu: nước cốt chanh (8 giọt) + dung dịch H
2
O
2
3% (10 giọt) + phơi nắng.(TO3)
Đem các mẫu đã làm thực nghiệm xác định lại hàm lượng As và Fe.
2.7. Xử lí Asen trong nước có hàm lượng sắt ít.
Mẫu nước lấy ở Hà Đông, Hà Nội có hàm lượng sắt thấp được làm thực
nghiệm như sau (theo mục 4.4):
+ 1 mẫu cho thêm nước cốt chanh (8 giọt) + phơi nắng.(HĐ2(8))
+ 1 mẫu cho thêm nước cốt chanh (8 giọt) + 5 đinh sắt gỉ (rửa sạch bụi bẩn) +
lắc đều trong vài phút + phơi nắng.(HĐ3)
- Đem các mẫu đã làm thực nghiệm xác định lại hàm lượng As và Fe.
2.8. Kiểm tra E.Coli và Coliform trong nước sau xử lý
Làm lại thực nghiệm như mẫu ĐL2(8), TO3, HĐ3 sau đó đem kiểm tra E.Coli
và Coliform trong nước sau xử lý.
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thu mẫu nước
Nước ngầm ở 3 khu vực Thanh Oai, Hoài Đức, Hà Đông , Hà Nội là những
khu vực mà các nhà khoa học đã nhận định trong nước ngầm có Asen. Khi mới lấy
lên nước ngầm đều chưa có màu vàng, để trong không khí khoảng 1h đồng hồ nước
chuyển dần sang màu vàng. Nguyên nhân là do trong nước mới lấy lên sắt ở dạng
Fe(II), khi tiếp xúc với không khí Fe(II) bị oxi hóa thành Fe(III) nên nước chuyển
sang màu vàng.
14
Quan sát dưới đáy của thiết bị đựng nước ta có thể dự đoán sơ bộ được nước
của giếng khoan đó có nhiều hay ít sắt. Nếu nhiều sắt, ở dưới đáy của thiết bị đựng

có thể gây ngộ độc nếu sử dụng làm nước uống khi chưa qua xử lý, trong đó mẫu
nước ở Thanh Oai có hàm lượng As cao nhất.
Về lượng sắt, hàm lượng của cả 3 mẫu đều cao hơn nhiều lần so với nồng độ
cho phép (0,5mg/l), cao nhất vẫn là nước lấy ở khu vực Thanh Oai. Tuy sắt không
gây độc hại cho cơ thể nhưng khi nồng độ sắt cao quá mức như vậy sẽ khiến cho
nước có vị tanh, màu vàng, độ đậm và độ đục tăng nên rất khó sử dụng.
Tỉ lệ nồng độ Sắt/Asen ở Thanh Oai, Hà Đông, Hoài Đức lần lượt là 98/1;
77/1; 113/1. Nồng độ sắt cao ở Thanh Oai, Hoài Đức sẽ tốt cho quá trình loại bỏ
Asen ra khỏi nước ngầm.
3.3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Asen
pH được điều chỉnh bằng lượng nước cốt chanh cho vào các mẫu nước lấy tại
Đông La, Hoài Đức, Hà Nội. Tiến hành làm thí nghiệm với các mẫu theo mục 2.5.
Mẫu nước không xử lý bằng chanh sau khi phơi nắng có trong hơn nhưng vẫn chưa
hết màu vàng. Các mẫu xử lý bằng chanh sau khi phơi 10h đồng hồ đều trong, có kết
tủa màu trắng lắng ở dưới.
15
Hình 3.1: Các mẫu nước ở khu vực Đông La được phơi nắng
Kết quả sau đo lại nồng độ asen và sắt như sau:
ST
Tên chỉ tiêu
Đơn vị
Kết quả
ĐL2 ĐL2(5) ĐL2(8) ĐL2(10)
1
Nồng độ Arsen (As)
(
*
)
µg/l
47 30 10 18

2
đến khả năng oxi – hóa Asen(III)
Làm thí nghiệm với nước ngầm lấy ở Thanh Oai (hàm lượng As và Fe đều cao)
theo mục 2.6.
Đem các mẫu đã làm thí nghiệm xác định lại nồng độ As và Fe.
STT Tên chỉ tiêu
Đơn vị
tính
Kết quả QCVN 02:
2009/BYT
Phương pháp thử
TO2(8) TO3
1
Nồng độ Arsen (As)
(
*
)
µg/l
20 12 10
TCVN 6626:2000
2
Nồng độ Sắt (Fe)

(
*
)
mg/l
3,15 1,02 0,5
AOAC 974.27
3

Đem các mẫu đã làm thí nghiệm xác định lại nồng độ As và Fe. Kết quả như
sau:
STT Tên chỉ tiêu
Đơn vị
tính
Kết quả
QCVN 02:
2009/BYT
Phương pháp thử
HĐ2(8) HĐ3
1
Nồng độ Arsen (As)
(
*
)
µg/l
29 8 10
TCVN 6626:2000
2
Nồng độ Sắt (Fe)
(
*
)
mg/l
0,65 0,78 0,5
AOAC 974.27
3
% loại bỏ Asen %
47 85
Bảng 3.4: Kết quả đo nồng độ sắt và asen trong các mẫu nước ngầm

1. Khi dùng chanh và ánh sáng mặt trời kết hợp với sắt có sẵn trong nước
ngầm đã loại bỏ được Asen với hiệu quả cao hơn so với khi không dùng
19
chanh. Hiệu quả loại bỏ Asen tốt nhất đạt 83% được xác định là khi cho
thêm nước cốt chanh với hàm lượng 20 giọt/1lít.
2. Khi nước ngầm có nồng độ asen và sắt cao cần cho thêm chất oxi hóa vào
(dùng H
2
O
2
vì dễ mua và cũng không độc hại), hiệu quả loại bỏ asen thu
được cũng rất tốt (86%).
3. Tỉ lệ nồng độ Fe/As có ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ As. Khi tỉ lệ này
thấp cần cho thêm sắt vào (dùng đinh sắt gỉ).
Chúng em đưa ra quy trình đơn giản sau để các hộ gia đình có thể áp dụng
được:
- Cho nước ngầm mới lấy vào 4/5 bình nhựa trong dung tích 20 lít.
- Thêm nước cốt chanh vào với hàm lượng 20 giọt/1lít. Lắc bình khoảng 30
giây.
- Nút kín, đặt bình nằm ngang và phơi nắng trong 1 ngày. Tốt nhất nên đặt
bình trên tấm giấy nhôm.
Tùy theo lượng sắt ít hay nhiều có thể dùng thêm dung dịch H
2
O
2
hoặc đinh sắt
gỉ để làm tăng hiệu quả loại bỏ asen.
- Sau khi phơi nắng, đặt bình thẳng đứng và để lắng qua đêm.
- Gạn, lọc bỏ phần cặn bằng bông y tế hoặc vải sạch lấy phần nước trong để
dùng.