Số hóa bởi Trung tâm Học liệu i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
NGUYỄN BÁ CẢNH
ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM ASEN
TRONG NƢỚC NGẦM HÀ NỘI, ỨNG DỤNG
VẬT LIỆU HYDROXIT SẮT III PHẾ THẢI ĐỂ
HẤP PHỤ ASEN TRONG NƢỚC NGẦM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Thái Nguyên -2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
LỜI CẢM ƠN
Bằng tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn
PGS.TS Trịnh Lê Hùng cùng toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Sau đại
học ngành Khoa học Môi trường, trường Đại Học Nông Lâm đã giao đề tài,
hướng dẫn chu đáo và tận tình trong suốt quá trình em nghiên cứu và hoàn
thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các anh chị em trong phòng thí nghiệm của
Trung tâm Công nghệ Môi trường Việt Nhật đã tạo điều kiện thuận lợi và
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ban lãnh đạo, các anh
chị em trong Công ty Cổ phần Thương mại và Kỹ thuật Việt-Sing đã luôn
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Học viên Nguyễn Bá Cảnh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu iv
MỤC LỤC
Nội dung
Trang
MỞ ĐẦU 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu của đề tài 3
2.4.2. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu: 40
2.4.3. Phương pháp bố trí các thí nghiệm: 43
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu 51
2.4.5. Phương pháp đối chiếu với quy chuẩn tiêu chuẩn Việt Nam 51
CHƢƠNG 3: 53
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 53
3.1. Hiện trạng Asen trong nước ngầm ở Hà nội 53
3.1.1. Thực trạng ô nhiễm Asen trong nước ngầm ở Hà Nội: 53
3.1.2. Hiện trạng Asen trong nước ngầm Hà Nội 56
3.2. Xác định thành phần các chất có trong bùn thải mạ 62
3.3. Chế tạo vật liệu hấp phụ từ Hidroxyt sắt III phế thải. 63
3.4. Đánh giá khả năng hấp phụ Asen của vật liệu 65
3.4.1. Xác định thời gian tối ưu để hấp phụ Asen của vật liệu 65
3.4.2. Xác định pH tối ưu để hấp phụ Asen của vật liệu 67
3.4.3. Xác định phương pháp tối ưu để vật liệu hấp phụ Asen 69
3.4.4. Ứng dụng vật liệu vào mẫu thực tế 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77
1. Kết luận 77
2. Kiến nghị 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu
: Nghĩa của từ
C Số hóa bởi Trung tâm Học liệu vii
DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Hàm lượng Asen trong một số khoáng vật 8
Bảng 1.2. Hàm lượng asen trong một số loại đá ở Việt Nam 16
Bảng 1.3. Ưu nhược điểm các phương pháp xử lý Asen 27
Bảng 1.4. Một số chất hấp phụ đang được ứng dụng 37
Bảng 2.1. Bảng vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu tại Đông Anh 40
Bảng 2.2. Bảng vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu tại Từ Liêm 41
Bảng 2.3. Bảng vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu tại Gia Lâm 41
Bảng 2.4. Bảng vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu tại Thanh Trì 42
Bảng 3.1. Nồng độ asen trung bình tại các huyện ngoại thành Hà Nội 54
Bảng 3.2. Hàm lượng Asen trong mẫu nước ở Đông Anh 58
Bảng 3.3. Hàm lượng Asen trong mẫu nước ở Từ Liêm 59
Bảng 3.4. Hàm lượng Asen trong mẫu nước tại Gia Lâm 60
Bảng 3.5. Hàm lượng Asen trong mẫu nước ở Thanh Trì: 61
Bảng 3.6. Thành phần chủ yếu các chất có trong phế thải 62
Bảng 3.7. Tỉ lệ phối trộn vật liệu tối ưu 63
Bảng 3.8. Khả năng hấp phụ asen của vật liệu 65
Bảng 3.9. Hiệu suất hấp phụ Asen của vật liệu ở các pH khác nhau. 67
Bảng 3.10. Hiệu suất hấp phụ asen theo mẻ của vật liệu 70
Bảng 3.11. Hiệu suất hấp phụ asen theo phương pháp lọc hấp phụ dòng
1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Asen (Thạch tín) cho thấy sự tồn tại cũng như ảnh hưởng của asen trên
toàn thế giới và ở Việt Nam. Đặc biệt nguy cơ nước uống bị nhiễm độc bởi
asen (thạch tín) đã được phát hiện từ lâu trên Thế giới và ở nước ta, nhưng từ
giữa tháng 05 năm 2000 đến nay vấn đề này mới được phổ biến rộng rãi trên
các phương tiện thông tin đại chúng trong nước.
Asen là một chất rất độc, độc gấp 4 lần thuỷ ngân. Asen tác động xấu
đến hệ tuần hoàn, hệ thần kinh. Nếu bị nhiễm độc từ từ, mỗi ngày một ít, tuỳ
theo mức độ bị nhiễm và thể tạng mỗi người, có thể xuất hiện nhiều bệnh
như: rụng tóc, buồn nôn, sút cân, ung thư, giảm trí nhớ Asen làm thay đổi
cân bằng hệ thống enzim của cơ thể, nên tác hại của nó đối với phụ nữ và trẻ
em là lớn nhất [3].
Theo GS. TS Đào Ngọc Phong, những người bị nhiễm độc asen mãn tính
ở thượng nguồn Sông Mã có 31 triệu chứng lâm sàng [13].
Asen không gây mùi vị khó chịu khi có mặt trong nước ngay cả ở lượng
đủ làm chết người, nên không thể phát hiện bằng cảm quan. Bởi vậy có nhà
báo gọi nó là kẻ “giết người vô hình” (Invisible Killer) [22].
Hiện tại đã có nhiều công trình nghiên cứu nhưng vẫn chưa có giải pháp
tốt nhất: Các vật liệu hấp phụ chưa trở thành hàng hóa phổ biến trên thị
trường, có người mua nước tinh khiết, có người dùng máy lọc nước RO, có
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
hành nghiên cứu đề tài: “Đánh giá hiện trạng ô nhiễm asen trong nước
ngầm Hà Nội, ứng dụng vật liệu Hyđroxit sắt (III) phế thải để hấp phụ
asen trong nước ngầm”.
2. Mục tiêu của đề tài
2.1. Mục tiêu tổng quát
Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu, đánh giá khả năng
sử dụng của vật liệu, đánh giá khả năng sản xuất vật liệu.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Đánh giá hiện trạng ô nhiễm asen trong nước ngầm thành phố Hà Nội.
- Ứng dụng khả năng hấp phụ Asen của Hyđroxit sắt (III) phế thải.
3. Yêu cầu của đề tài
- Đánh giá mức độ ảnh hưởng của ô nhiễm asen trong nước ngầm ở Hà Nội
- Ứng dụng hydroxyt sắt III phế thải ngành mạ để xử lý Asen trong nước
ngầm ở Hà Nội
4. Ý nghĩa
4.1. Ý nghĩa khoa học
- Xác định hiệu quả hấp phụ Asen đối với vật liệu chế tạo từ hyđroxit sắt
(III) phế thải ngành mạ.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Nêu ra được hiện trạng về ô nhiễm asen trong nước ngầm ở thành phố
Hà Nội.
- Góp phần giải quyết theo hướng tái sử dụng các phế liệu, phế thải
ngành mạ thành thương phẩm có tác dụng xử lý được Asen trong nước ngầm.
4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
, orsenopyrite FeAsS. Trong nước asen thường tồn tại
ở dạng asenit hoặc asenate (AsO
3
3-
,
AsO
4
3-
). Các hợp chất asen methyl có
trong môi trường do chuyển hóa sinh học.
Asen là một nguyên tố không chỉ có trong nước mà còn có trong không
khí, đất, thực phẩm và có thể xâm nhập vào cơ thể con người. nguyên nhân
chủ yếu khiến nhiều vùng ở nước ta nhiễm asen là do cấu tạo địa chất.
Trong công nghiệp asen có trong ngành luyện kim, xử lý quặng, sản xuất
thuốc bảo vệ thực vật, thuộc da. Asen thường có mặt trong thuốc trừ sâu, diệt
nấm, diệt cỏ dại…
Ngoài ra, những khu vực người dân tự động đào và lấp giếng không
đúng tiêu chuẩn kỹ thuật khiến chất bẩn, độc hại bị thẩm thấu xuống mạch
nước, cũng như việc khai thác nước ngầm quá lớn làm cho mực nước trong
giếng hạ xuống khiến cho khí oxy đi vào địa tầng và gây ra phản ứng hóa học
tạo ra thạch tín từ quặng pyrite trong đất và nước ngầm nông.
* Tính chất vật lý:
Asen không gây mùi khó chịu trong nước ngay cả khi hàm lượng có thể
gây chết người và khó phân hủy.
Asen là nguyên tố phổ biến thứ 20 trong các nguyên tố có trên bề mặt
trái đất, hàm lượng trung bình là 1,5 – 2 mg/kg đất.
6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
để thâm nhập vào đất, vào nước, vào không khí.
Asen tham gia phản ứng với oxy trở thành dạng As
2
O
3
rồi sau đó trở thành
As
2
O
5
. nếu trong môi trường yếm khí thì As(V) sẽ bị khử về trạng thái As(III).
4As + 3O
2
2As
2
O
3
As
2
O
3
+ O
2
As
2
O
5
Asen tham gia phản ứng với tất cả các halogen trong môi trường axit
2As + 3Cl
2
3
AsO
3
+ SO
4
2-
+ H
+
+ FeOOH
+ Ở dạng hoàn chỉnh:
FeAsS + O
2
+ H
2
O H
3
AsO
4
+ H
3
AsO
3
+ H
2
SO
4
+ Trạng thái: khí
+ D=7.456 kg/m
3
- Asen(III) oxit (As
2
O
3
)
+ Khối lượng phân tử:197.84gam/mol
+ Nhiệt độ đông đặc: 313
0
C
+ Nhiệt độ sôi: 460
0
C
+ Trạng thái: tinh thể rắn
+ D= 3704 kg/m
3
- Asen(V) oxit (As
2
O
5
)
+ Khối lượng phân tử: 229.84gam/mol
+ Nhiệt độ nóng chảy: 315
0
Khoáng ôxit
5
Fe(3+)oxithydroxid
>76000
6
Fe oxid
>2000
7
Magnetid
2.7-41
Khoáng Silicat
8
Quartz
0.4-1.3
9
Penspat
<0.1-2.1
10
Biotit
1.4
11
Amphibol
1.1-2.3
Khoáng cacbonat
12
Calcit
1-8
13
Dolomit
<3
tinh, đồ gốm, sản xuất thuốc nhuộm), sử dụng phân bón và hóa chất bảo vệ
thực vật, hoạt động đào và lấp giếng không đúng tiêu chuẩn kỹ thuật của
người dân.
Asen thâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua thực phẩm, nước uống và
không khí.
- Cơ chế:
+ Asen xâm nhập vào nước từ các công đoạn hòa tan các chất và quặng
mỏ, từ nước thải công nghiệp và sự tự lắng đọng của không khí.
+ Asen được giải phóng ra môi trường nước do quá trình oxy hóa các
khoáng sunfua hoặc khử các khoáng oxi hidroxit giàu asen.
+ Thông qua quá trình sinh địa hóa, thủy địa hóa và các điều kiện địa
chất thủy văn mà Asen có thể thâm nhập vào môi trường nước.
10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu + Hàm lượng asen trong nước dưới đất phụ thuộc vào tính chất và trạng
thái môi trường địa hóa. Asen tồn tại dưới đất, trong nước có dạng H
2
AsO
4
1-
(
trong môi trường axit đến gần trung tính)
+ H
2
AsO
4
2-
ảnh hưởng rất lớn. bởi vì các enzim bị ức chế do việc tạo phức với As(III),
dẫn đến thuộc tính sản sinh ra các phần tử ATP bị ngăn cản.
Đihidrolipoicaxitprotein
Phức bị thụ động hóa của Protein và As
Do sự tương tự về tính chất hóa học với phosphor, As can thiệp vào một
số quá trình hóa sinh làm rối loạn phospho. Ta thấy hiện tượng này khi nghiên
cứu sự phát triển hóa sinh của các chất sinh năng lượng chủ yếu là ATP
(anđennzin triphotphat). Một số giai đoạn quan trọng trong quá trình hình
thành và phát triển của ATP là tổng hợp enzim của 1,3-diphotphatglixerat từ
glixerandehit-3-photphat. Vì vậy, Asen xẽ dẫn đến sự tạo thành hợp chất 1-
aseno-3-photphoglixerat gây cản trở giai đoạn này.
Asen(III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein do sự tấn công liên kết
của nhóm sunfua bảo toàn các cấu trúc bậc 2 và bậc 3.
Như vậy asen có 3 tác dụng hóa sinh là:
+ Làm đông tụ protein
+ Tạo phức với coenzim
+ Phá hủy các quá trình photpho hóa.
12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
* Tiêu chuẩn về asen.
Năm 1993 tổ chức y tế thế giới đã hạ tiêu chuẩn khuyến cáo tối đa với
asen trong nước từ 0,05mg/l xuống 0,01mg/l. Việc thay đổi này dựa trên bằng
chứng dịch tễ học về mối liên quan giữa asen và ung thư.
Theo TCVN 5944-1995 nồng độ asen cho phép là 0,05mg/Năm 2002 bộ
y tế Việt Nam đã đưa tiêu chuẩn asen nhỏ hơn hoặc bằng 0,01 mg/l vào áp
ngành công nghiệp khác nhau như: Hóa chất, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật,
dệt, nhuộm…
- Nhiều ngành công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch như: công
nghiệp xi măng, nhiệt điện…công nghệ đốt chất thải rắn cũng là nguồn gây ô
nhiễm nước, không khí bởi asen.
* Nghiên cứu về asen trên thế giới:
- Con người đã biết đến asen từ rất lâu, asen được dùng làm thuốc độc từ
thời cổ đại. Suốt thời gian dài việc nghiên cứu về asen không được chú ý mà
cũng có rất ít công trình nghiên cứu công bố về nó.
- Từ cuối thế kỉ XX đến nay, việc nghiên cứu asen đã đạt được nhiều kết
quả hầu hết các nghiên cứu về Asen đều tập chung vào các vấn đề chính sau:
+ Nghiên cứu các vấn đề về hiện trạng phân bố và tồn tại của asen trong
nước ngầm: Sự tồn tại hàm lượng asen cao trong nước hoặc ô nhiễm asen
trong các nguồn nước ngầm trên thế giới là một vấn đề lớn, một số quốc gia
nó đã trở thành quốc nạn, điển hình là các nước: Banglades, Tây Bengan, một
số bang của Hoa Kỳ, Trung Quốc…
+ Nghiên cứu các biện pháp xử lý asen: Các nghiên cứu tập trung vào
các vấn đề công nghệ để loại trừ asen ra khỏi nước nhằm đảm bảo an toàn
cho người tiêu dùng.
+ Nghiên cứu các biểu hiện lâm sàng và bệnh lý của asen ở người đã bị
ảnh hưởng hoặc phát bệnh để tìm ra phương pháp chữa bệnh.
15
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Trong vòng 20 năm trở lại đây, nhiều tác giả đã công bố các công trình
nghiên cứu về asen. Rất nhiều công trình được trình bày tại hội thảo, tạp chí,
bài báo…trên mạng internet cũng thường xuyên đăng tải nhiều thông tin của
nhiều tác giả khắp nơi trên thế giới. một số tác giả và công trình nghiên cứu
4FeAs + 13O
2
+ 6H
2
O → 4FeSO
4
+ 4H
3
AsO
4
(Asenat)
+ Asenat trong môi trường tự nhiên dễ dàng chuyển hóa thành HAsO
4
2-
và H
2
AsO
4
3-
di chuyển trong nước, hấp thụ vào đất, bùn và thực vật.
Bảng 1.2. Hàm lƣợng asen trong một số loại đá ở Việt Nam
TT
Loại đá
Hàm lƣợng As (ppm)
1
Magma
0,5 – 2,8
2
Cacbonat
) do tác dụng của dòng hidro sinh ra. Khí asin tạo thành phản ứng
với dung dịch bạc dietylithiocacbanmat trong pyridin tạo thành hợp chất có
màu đỏ. Phức màu được đo sự hấp thụ quang ở bước sóng 560nm (kính lọc
xanh) hoặc 546nm (đun hơi thủy ngân).
- Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS [3, 10]
Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là một kỹ thuật phổ biến trong
phân tích lượng vết các kim loại với độ chọn lọc, độ nhạy, độ lặp lại cao, có
thể phân tích hàng loạt mẫu trong thời gian ngắn, giá thành thiết bị không quá
đắt . Kết hợp với kỹ thuật khí hydrua hóa, phương pháp này đã được áp dụng
rộng rãi để phân tích lượng vết asen và một số kim loại vết khác như selen…
Nguyên tắc của phép đo: toàn bộ asen vô cơ hòa tan trong dung dịch
mẫu được chuyển về dạng As(III) nhờ tác nhân khử NaI hoặc KI trước khi
hydrua hóa. Sau đó, As(III) phản ứng mới hydro mới sinh (tạo thành khi tác
nhân NaBH
4
gặp môi trường axit ) và tạo ra hợp chất hidrua asen hay còn gọi
là khí asin, AsH
3
. Khí asin sẽ được dẫn vào bộ phận nguyên tử hóa mẫu để
tạo ra các đám hơi nguyên tử tự do. Các nguyên tử này sẽ hấp thụ các tia sáng
có bước song đặc trưng và cho kết quả độ hấp thụ.
Giới hạn phát hiện của phương pháp: 0,05-0,1 µg/l
- Phương pháp Von-Ampe hòa tan anot
Copyright: Tài liệu đại học ©