ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
------------------------------

TRẦN VĂN SƠN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ ASEN
TRONG NƯỚC CỦA CÂY RÁNG CHÂN XỈ
(PTERIS VITTATA L.) TẠI XÃ TRUNG CHÂU,
HUYỆN ĐAN PHƯỢNG, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thanh Hải

Thái Nguyên, năm 2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
------------------------------

TRẦN VĂN SƠN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ ASEN
TRONG NƯỚC CỦA CÂY RÁNG CHÂN XỈ



ii

LỜI CẢM ƠN
Bằng tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn
TS. Nguyễn Thanh Hải cùng toàn thể các thầy cô giáo trong ngành Khoa học
Môi trường, trường Đại Học Nông Lâm thái nguyên đã giao đề tài, hướng
dẫn chu đáo và tận tình trong suốt quá trình em nghiên cứu và hoàn thành
luận văn.
Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các anh (chị) cán bộ của
Trung tâm phân tích chất lượng sản phảm Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ em
trong suốt quá trình làm thí nghiệm.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh,
ủng hộ và động viên để em có thể hoàn thành quá trình học tập, nghiên cứu và
thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 10 năm 2015
Học viên

Trầ n Văn Sơn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




iii

MỤC LỤC
Trang


iv

1.3.3. Phương pháp trao đổi ion ...................................................................... 28
1.3.4. Phương pháp lọc màng .......................................................................... 28
1.3.5. Phương pháp hấp phụ ............................................................................ 29
1.3.6. Tổng quan về Biện pháp sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm kim loại nặng
trong nước ............................................................................................. 29
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ...................................................................................................... 34
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 34
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu............................................................................. 34
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 34
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................................ 34
2.2.1. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................. 34
2.2.2.Thời gian nghiên cứu ............................................................................. 34
2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 34
2.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 35
2.4.1. Phương pháp lấy mẫu ngoài thực địa .................................................... 35
2.4.2. Phương pháp phân tích .......................................................................... 36
2.4.3. Phương pháp bố trí thí nghiê ̣m.............................................................. 37
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu..................................................................... 40
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................... 41
3.1. Hiện trạng sử dụng và chất lượng nước tại khu vực nghiên cứu ............. 41
3.1.1. Hiện trạng sử dụng nước trong khu vực nghiên cứu ............................ 41
3.1.2. Chất lượng nước khu vực nghiên cứu ................................................... 41
3.2. Kết quả nuôi trồng cây ráng chân xỉ trong nước tại phòng thí nghiệm ... 43
3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý asen trong
nước của cây Ráng chân xỉ đối với mẫu gây nhiễm nhân tạo. ............. 45
3.3.1. Kết quả chuẩn độ pH, và phân tích nồng độ As ban đầu ...................... 45





vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Nghĩa từ

As

:Asen

BTNMT

: Bộ tài nguyên môi trường

BYT

: Bộ y tế

ĐHQGHN

: Đại học quốc gia Hà Nội

pteris vittata L

: Cây Ráng chân Xỉ

nước của cây Ráng Chân Xỉ (trong môi trường axit) ........................... 47
Bảng 3.5. Kế t quả khảo sát ảnh hưởng của pH đế n hiêụ quả xử lý asen trong
nước của cây Ráng Chân Xỉ (trong môi trường bazo) ......................... 49
Bảng 3.6. kế t quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đế n hiêụ quả xử lý asen
trong nước của cây Ráng Chân Xỉ ........................................................ 51
Bảng 3.7: Kết quả phân tích hàm lượng As trong mẫu ban đầu ..................... 53
Bảng 3.8. Kết quả phân tích As trong mẫu sau xử lý ..................................... 53
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ Asen đến hiệu quả xử lý Asen của cây ráng
chân xỉ ................................................................................................... 54
Bảng 3.10: Kết quả phân tích hàm lượng As trong mẫu ban đầu ................... 55
Bảng 3.11. Kết quả phân tích As trong mẫu sau xử lý ................................... 55
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ Asen đến hiệu quả xử lý Asen của cây
ráng chân xỉ ........................................................................................... 56
Bảng 3.13. Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ As ban đầu đến hiệu quả xử
lý As trong nước của cây Ráng chân xỉ ................................................ 57
Bảng 3.14. Hiệu quả xử lý Asen trong nước bằng cây Ráng chân xỉ đối với
mẫu thực địa .......................................................................................... 59

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




viii

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1: Khoáng vật chứa Asen ...................................................................... 6
Hình 1.2. Cấu Trúc không gian các hợp chất của asen ..................................... 9
Hình 1.3. Các con đường xâm nhập asen vào cơ thể. .................................... 17

dạng hợp chất khác nhau cả vô cơ lẫn hữu cơ. Asen có cấp độ độc hại là Ia
(cực độc) và có thể xâm nhập vào cơ thể con người thông qua chuỗi thực
phẩm, nước uống và không khí. Một lượng cực nhỏ (0,1-0,2g) có thể gây chết
người khi bị nhiễm độc cấp tính và khi bị nhiễm độc mãn tính thì có thể gây
ra nhiều loại bệnh khác nhau, tổn thương da, một số bệnh cơ tim, cao huyết
áp, thiếu máu cơ tim.
Trên thế giới hiện nay đã có hàng chục triệu người mắc các căn bệnh này
do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ Asen cao và điều đáng lo ngại là
hiện nay chưa có phương pháp điều trị hiệu quả các căn bệnh nguy hiểm này.
Thực trạng ô nhiễm Asen ở nước ta hiện nay đã tới mức báo động, theo
một số khảo sát mới đây cho thấy nguồn nước ngầm ở nhiều nơi thuộc châu
thổ sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long như Hà Nội, Phú Thọ, Hà Nam,
Đồng Tháp, Kiên Giang, Long An, bị nhiễm Asen nặng với nồng độ cao gấp
nhiều lần tiêu chuẩn của Bộ Y tế. Mặc dù bị nhiễm asen nhưng nước ngầm
vẫn được khai thác rộng rãi ở thủ đô Hà Nội và nhiều tỉnh thành khác. Tính
đến nay nước ta có hơn 1 triệu giếng khoan có nồng độ asen cao hơn từ 20
đến 50 lần tiêu chuẩn của Bộ Y tế và có khoảng 10,5 triệu người bị nhiễm độc
bởi Asen. Phần lớn ở các vùng nông thôn sử dụng nước trực tiếp từ các giếng
khoan mà không qua xử lý hoặc xử lý rất thô sơ. [14].
Sử dụng thực vật trong việc xử lý các chất ô nhiễm là một công nghệ
hoàn toàn mới mẻ, đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển. Theo đánh giá sơ
bộ, giá thành trung bình của xử lý chất ô nhiễm bằng các phương pháp hoá
học, cơ học, lý hoá học… cao hơn rất nhiều lần so với giá thành xử lý môi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




2





3

- Kế t quả nghiên cứu là cơ sở khoa học phục vụ cho công việc nghiên
cứu xử lý asen.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Luận văn góp phần đánh giá được mức độ nguy hại, mức độ ảnh
hưởng, hiện trạng ô nhiễm asen đang diễn ra, hậu quả của ô nhiễm asen với
con người.
- Các kết quả nghiên cứu thu được sẽ làm cơ sở khoa học cho việc phát
triển hơn nữa công nghệ sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng trong nước nói
chung và As nói riêng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tổng quan về Asen
1.1.1. Giới thiệu chung
Asen hay còn gọi là thạch tín, có ký hiệu hóa học là As và số nguyên
tử 33. Nó phân bố rộng rãi trong vỏ trái đất với hàm lượng trung bình khoảng

1

Marcasit

20-60

2

Chalcopyrite

10-5000

3

Sphalerit

5-17000

4

Galen

5-10000
Khoáng ôxit

5

Fe(3+)oxithydroxid

>76000

11

Amphibol

1.4
1.1-2.3
Khoáng cacbonat

12

Calcit

1-8

13

Dolomit


biến nhất là Arsenopyrite (FeAsS), có hàm lượng tới vài chục gam/kg quặng,
tiếp đến là khoáng Asenua (27 loại), sunfua (13 loại), muối sunfo (65 loại) và
các sản phẩm ôxy hóa của chúng (2 dạng ôxit, 11 dạng Asenit, 116 dạng
Asenat và 7 dạng silicat) [10]

Hình 1.1: Khoáng vật chứa Asen
Asen về tính chất hóa học rất giống với nguyên tố đứng trên nó là phốt
pho. Tương tự như phốtpho, nó tạo thành các ôxít kết tinh, không màu, không
mùi như As2O3 và As2O5 là những chất hút ẩm và dễ dàng hòa tan trong nước
để tạo thành các dung dịch có tính axít. Axít asenic (V), tương tự như axít
phốtphoric, là một axít yếu. Tương tự như phốtpho, Asen tạo thành hiđrua
dạng khí và không ổswn định, đó là arsin (AsH3). Sự tương tự lớn đến mức
Asen sẽ thay thế phần nào cho phốtpho trong các phản ứng hóa sinh học và vì
thế nó gây ra ngộ độc. Tuy nhiên, ở các liều thấp hơn mức gây ngộ độc thì các
hợp chất asen hòa tan lại đóng vai trò của các chất kích thích và đã từng phổ
biến với các liều nhỏ như là các loại thuốc chữa bệnh cho con người vào giữa
thế kỷ 18.
Khi bị nung nóng trong không khí, nó bị ôxi hóa để tạo ra triôxít asen;
hơi từ phản ứng này có mùi như mùi tỏi. Mùi này cũng có thể phát hiện bằng
cách đập các khoáng vật asenua như asenopyrit bằng búa. Asen (và một số
hợp chất của Asen) thăng hoa khi bị nung nóng ở áp suất tiêu chuẩn, chuyển

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




7

hóa trực tiếp thành dạng khí mà không chuyển qua trạng thái lỏng. Asen


8

1.1.3.Tính chất hóa học
Asen tồn tại dưới các dạng hợp chất. trong nước asen tồn tại ở 2 hóa trị
hóa trị (III) và hóa trị (V). Hợp chất asen hóa trị (III) có độc tính cao hơn
dạng hóa trị asen hóa trị (V).
Asen có khả năng cộng kết với nhiều các ôxít kim loại như Fe, Mg, Al,
Zn. Trong môi trường khí hậu khô: Các hợp chất Asen dễ bị hòa tan, rửa trôi
để thâm nhập vào đất, vào nước, vào không khí.
Asen tham gia phản ứng với oxy trở thành dạng As2O3 rồi sau đó trở thành
As2O5 . nếu trong môi trường yếm khí thì As(V) sẽ bị khử về trạng thái As(III).
4As + 3O2  2As2O3
As2O3 + O2  As2O5
Asen tham gia phản ứng với tất cả các halogen trong môi trường axit
2As + 3Cl2  2AsCl3
AsCl3 + Cl2  AsCl5
2As + 3F2  2AsF3
Quy trình phản ứng Oxy hóa diễn ra như sau:
+ Ở dạng Ion:
FeAsS + O2 + H2O  H2AsO4- + H3AsO3 + SO42- + H+ + FeOOH
+ Ở dạng hoàn chỉnh:
FeAsS + O2 + H2O  H3AsO4 + H3AsO3 + H2SO4 + FeOOH
* Một số hợp chất của asen
Ở trạng thái tự nhiên Asen tồn tại nhiều dạng hợp chất khác nhau nhưng
dạng gây độc và ảnh hưởng tới con người nhiều nhất là asen (III)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN



Hình 1.2. Cấu Trúc không gian các hợp chất của asen

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




10

1.1.4. Con đường xâm nhập trong nước
Con đường tự nhiên:
Sự tích tụ trong các tầng trầm tích chứa nước, khi điều kiện môi trường
thay đổi, asen được giải phóng và đi vào nước ngầm dưới dạng các ion, sự
hòa tan tự nhiên giữa khoáng chất và quặng.
+ Con đường nhân tạo:
Do chất thải công nghiệp (nhất là trong các ngành thuộc da, làm thủy
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.
1.1.5. 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.
+ 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 2AsO4 1-(

đáng kể Asen, con người và động vật ăn phải thì cũng có thể nhiễm độc.
Đối với con người, Asen và nhiều hợp chất của nó là những chất độc
cực kỳ có hiệu nghiệm: Làm đông tụ protein, tạo phức với coenzyme va phá
hủy quá trình photpho hóa. 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 photphat nó tháo bỏ photphorylat 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. Khi khám
nghiệm tử thi thì phát hiện màng nhầy màu đỏ gạch.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




12

1.1.7. Cơ chế gây độc của Asen
Asen (V) ở dạng H2AsO4- có tính chất hóa học giống như muối của axit
photphoric và có thể ảnh hưởng tới cơ chế phản ứng photphat. Nó dễ kết tủa
với các kim loại và ít độc hơn so với dạng asenit. Khi xâm nhập vào trong cơ
thể, asenat sẽ thay thế chỗ của photphat trong chuỗi phản ứng tạo
adenozintriphotphat (ATP) do đó ATP sẽ không được hình thành.
CH – OPO22-

CH – OPO22-

CH – OH


C =O

H

OAsO22-

+ OH-

không tạoATP

Khi xâm nhập vào cơ thể As (III) tấn công ngay lập tức vào các enzim
có chứa nhóm (-SH), liên kết và cản trở chức năng của enzim. Quá trình này
có thể được giải thích bằng cơ chế sau:
SH

Enzim

SH
+

AsO3-3

As –O- + 2 OH

Enzim
SH

SH


thể sẽ biểu hiện các triệu chứng nhiễm độc như rối loạn tiêu hoá (đau bụng,
nôn, bỏng, khô miệng, tiêu chảy nhiều và cơ thể bị mất nước...). Bệnh cũng
tương tự như bệnh tả có thể dẫn tới tử vong từ 12-18 giờ. Trường hợp nếu còn
sống, nạn nhân có thể bị viêm da tróc vảy và viêm dây thần kinh ngoại vi.
Một tác động đặc trưng khi bị nhiễm độc Asen dạng hợp chất vô cơ qua
đường miệng là sự xuất hiện các vết màu đen và sáng trên da.
+ Qua đường hô hấp (hít thở không khí có bụi, khói hoặc hơi Asen) có
các triệu chứng bị kích ứng các đường hô hấp với biểu hiện ho, đau khi hít vào,
khó thở; rối loạn thần kinh như nhức đầu, chóng mặt, đau các chi; hiện tượng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




14

xanh tím mặt được cho là tác dụng gây liệt của Asen đối với các mao mạch.
Ngoài ra còn có các tổn thương về mắt như: viêm da mí mắt, viêm kết mạc.
Nhiễm độc mãn tính
+ Nhiễm độc Asen mãn tính có thể gây ra các tác dụng toàn thân và cục
bộ. Các triệu chứng nhiễm độc Asen mãn tính xảy ra sau 2 – 8 tuần, biểu hiện
như sau:
+ Tổn thương da, biểu hiện: ban đỏ, sần và mụn nước, các tổn thương
kiểu loét nhất là ở các phần da hở, tăng sừng hoá gan bàn tay và bàn chân,
nhiễm sắc (đen da do Asen), các vân trắng ở móng (gọi là đám vân Mees).
 Tổn thương các niêm mạc như: viêm kết giác mạc, kích ứng các
đường hô hấp trên, viêm niêm mạc hô hấp, có thể làm thủng vách ngăn mũi.
+ Rối loạn dạ dày, ruột: buồn nôn, nôn, đau bụng, tiêu chảy và táo bón
luân phiên nhau, loét dạ dày.

+ Asen thể hiện tính độc bằng cách tấn công nên các nhóm –SH của
enzim, làm cản trở hoạt động của enzim.

+ Các enzim sản sinh năng lượng của tế bào trong chu trình axit nitric bị
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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN