C«ng nghÖ xö lý n−íc<br />
<br />
1. Giíi thiÖu vÒ Asen<br />
xö lý c¸c chÊt ®Æc biÖt<br />
trong n−íc<br />
<br />
Xö lý Asen<br />
<br />
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh<br />
ViÖn Khoa häc vµ Kü thuËt M«i tr−êng,<br />
Tr−êng ®¹i häc X©y dùng<br />
<br />
Giíi thiÖu vÒ Asen<br />
<br />
Asen lµ nguyªn tè h×nh thµnh tù nhiªn trong vá Tr¸i ®Êt.<br />
C¸c hîp chÊt asen v« c¬:<br />
- Arsenat (As(V), arsenite (As(III), arsenic sulfide (HAsS2),<br />
asen nguyªn tè (As0) vµ asen ë d¹ng khÝ Arsine AsH3 (As(III)).<br />
- C¸c hîp chÊt Arsenate (As(V): H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42, AsO43-.<br />
- C¸c hîp chÊt Arsenite (As(III): C¸c hîp chÊt asen v« c¬ bÞ<br />
khö, nh− H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-, AsO33-.<br />
C¸c hîp chÊt asen h÷u c¬: (CH3)2AsO(OH),<br />
C6H5AsO(OH)2, vv...<br />
C¸c d¹ng hîp chÊt h÷u c¬ cña asen th−êng Ýt ®éc h¬n so<br />
víi c¸c hîp chÊt asen v« c¬.<br />
<br />
Nång ®é c¸c hîp chÊt Arsenat As(IV)<br />
trong n−íc ngÇm phô thuéc vµp pH<br />
<br />
Trong MT khö (trong lßng ®Êt):<br />
VK kþ khÝ (Methanogenic bacteria) khö As(V) sang<br />
As (III) vµ Metyl ho¸ chóng, t¹o nªn Methylarsenic<br />
acid CH3AsO(OH)2 hay Dimethyl Arsenic Acid<br />
(cacodylic) (CH3)2AsO(OH).<br />
Nh÷ng chÊt nµy cã thÓ ®−îc Methyl ho¸ tiÕp t¹o<br />
Trimethylarsine bay h¬i rÊt ®éc vµ Dimethylarsine (III)<br />
rÊt ®éc.<br />
<br />
C«ng dông:<br />
Asen tån t¹i phæ biÕn trong m«i tr−êng xung quanh,<br />
vµ mäi ng−êi ®Òu tiÕp xóc víi mét l−îng nhá cña<br />
chóng.<br />
Con ®−êng th©m nhËp chñ yÕu cña asen vµo c¬ thÓ<br />
lµ qua ®−êng thøc ¨n (trung b×nh 25 - 50 ug/ng®),<br />
ngoµi ra cßn mét l−îng nhá qua n−íc uèng vµ kh«ng<br />
khÝ. Mét sè loµi c¸ vµ thuû s¶n dïng lµm thùc phÈm<br />
chøa asen cao h¬n b×nh th−êng, nh−ng l−îng asen<br />
nµy th−êng tån t¹i d−íi d¹ng hîp chÊt asen h÷u c¬ Ýt<br />
®éc.<br />
As trong tÕ bµo thùc vËt: 0,01 - 5 ppm / träng l−îng kh«.<br />
Thùc vËt biÓn: nhiÒu As h¬n. T¶o biÓn, t¶o n©u: 94 ppm.<br />
TÕ bµo ng−êi: < 0,3 ppm.<br />
T«m c¸ biÓn: 120 ppm/träng l−îng kh«.<br />
<br />
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE<br />
<br />
S¶n xuÊt thuèc trõ s©u, diÖt cá (c¶ asen h÷u c¬ vµ<br />
asen v« c¬).<br />
B¶o qu¶n gç.<br />
(Thuèc nhuém, s¬n.)<br />
LuyÖn kim (t¨ng ®é cøng cña ®ång);<br />
Gèm vµ thuû tinh, B¸n dÉn, §iÖn tö, Y häc, Ho¸ chÊt,<br />
vv...<br />
Tr−íc kia, c¸c hîp chÊt asen v« c¬: s¬n, thuèc<br />
nhuém, b¶ chuét, thuèc ch÷a mét sè bÖnh truyÒn<br />
nhiÔm nh− hen, v¶y nÕn, ...<br />
<br />
1<br />
<br />
C«ng nghÖ xö lý n−íc<br />
<br />
As(III)<br />
<br />
Arsenic in groundwater worldwide<br />
<br />
As(V)<br />
<br />
NhiÒu vïng trªn thÕ giíi ®ang bÞ « nhiÔm hay cã dÊu<br />
hiÖu bÞ « nhiÔm asen trong n−íc ngÇm víi hµm l−îng<br />
cao, nh− Ên ®é, Bangladesh, M«ng cæ, §µi loan,<br />
Ghana, Achentina, Chilª, ...<br />
<br />
USA<br />
0.4<br />
<br />
n<br />
<br />
10 Mio.<br />
<br />
Vietnam<br />
3.6 n 11 Mio.?<br />
<br />
97% d©n sè Bangladesh (120 triÖu ng−êi) ®ang sö<br />
dông n−íc ngÇm lµm nguån n−íc cÊp cho sinh ho¹t.<br />
Trong sè ®ã cã tíi 77 triÖu ng−êi sö dông nguån n−íc<br />
cã chøa asen víi hµm l−îng cao.<br />
<br />
Nepal<br />
Pakistan<br />
Laos<br />
Cambodia<br />
<br />
Thailand<br />
Sumatra<br />
<br />
Country<br />
<br />
Max<br />
<br />
n<br />
<br />
People<br />
at risk<br />
<br />
n natural<br />
a anthropogenic<br />
m mine waste<br />
<br />
mg/L<br />
<br />
Asen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe<br />
con ng−êi nh− thÕ nµo?<br />
Mét l−îng lín Asen cã thÓ g©y chÕt ng−êi.<br />
Møc ®é « nhiÔm nhÑ h¬n cã thÓ dÉn ®Õn th−¬ng tæn<br />
c¸c m« hay c¸c hÖ thèng cña c¬ thÓ.<br />
Khi Asen th©m nhËp qua miÖng: ®au r¸t hÖ thèng tiªu<br />
hãa, buån n«n, n«n möa vµ tiªu ch¶y. Ngoµi ra cã<br />
thÓ bÞ gi¶m l−îng hång cÇu vµ b¹ch cÇu trong m¸u,<br />
rèi lo¹n tim m¹ch, tæn th−¬ng m¹ch m¸u, suy gan,<br />
thËn, rèi lo¹n thÇn kinh, g©y c¶m gi¸c nh− bÞ gai ®©m<br />
vµo lßng bµn ch©n vµ tay.<br />
<br />
Asen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe<br />
con ng−êi nh− thÕ nµo?<br />
¤ nhiÔm asen qua ®−êng h« hÊp víi nång ®é kho¶ng<br />
200 ug/m3 th−êng g©y ®au r¸t mòi, häng vµ da n¬i<br />
tiÕp xóc.<br />
BÞ nhiÔm ®éc ë møc cao h¬n sÏ cã nh÷ng triÖu chøng<br />
t−¬ng tù nh− « nhiÔm m¹n tÝnh qua ®−êng miÖng ë<br />
møc trung b×nh.<br />
<br />
Asen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe<br />
con ng−êi nh− thÕ nµo?<br />
Khi bÞ nhiÔm ®éc Asen d¹ng hîp chÊt v« c¬ qua<br />
®−êng miÖng: lµ sù xuÊt hiÖn c¸c vÕt mµu ®en vµ<br />
s¸ng trªn da, nh÷ng “h¹t ng«“ nhá trong lßng bµn<br />
tay, lßng bµn ch©n vµ trªn m×nh n¹n nh©n. NÕu<br />
kh«ng ®−îc ch÷a trÞ ®óng c¸ch vµ kÞp thêi, nh÷ng h¹t<br />
nhá nµy cã thÓ sÏ biÕn chøng g©y ung th− da.<br />
Asen cßn t¨ng nguy c¬ g©y ung th− trong c¬ thÓ, nhÊt<br />
lµ ë gan, thËn, bµng quang vµ phæi.<br />
NhiÔm ®éc c¸c hîp chÊt Asen v« c¬ qua ®−êng h«<br />
hÊp: ®au nhÑ ®Õn ®au nhøc da, m¾t, miÖng, ....,<br />
bÖnh ung th− phæi.<br />
<br />
Asen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe<br />
con ng−êi nh− thÕ nµo?<br />
US EPA: víi l−îng tiÕp nhËn hµng ngµy 1 ug/kg.ng®<br />
(kho¶ng 50 - 100 ug ®èi víi ng−êi lín) trong thêi gian<br />
dµi cã thÓ dÉn tíi nguy c¬ ung th− da víi x¸c suÊt<br />
0.1% (1/1000). L−îng nµy t−¬ng ®−¬ng víi sö dông<br />
n−íc nguån « nhiÔm asen víi hµm l−îng 25 - 50 ug/l<br />
trong mét ®êi ng−êi.<br />
HÝt thë th−êng xuyªn kh«ng khÝ chøa 1ug/m3 asen cã<br />
thÓ dÉn ®Õn ung th− víi x¸c suÊt kho¶ng 0.4%<br />
(4/1000).<br />
<br />
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE<br />
<br />
2<br />
<br />
C«ng nghÖ xö lý n−íc<br />
<br />
2. C¸c c«ng nghÖ xö lý asen<br />
trong n−íc ngÇm<br />
C¸c nhãm gi¶i ph¸p c«ng nghÖ chñ yÕu:<br />
• T¹o kÕt tña - L¾ng<br />
• Keo tô - L¾ng<br />
• Läc<br />
• HÊp phô<br />
• ¤xy ho¸<br />
• Läc mµng<br />
• Oxy ho¸ quang n¨ng, “<br />
<br />
WHO: nång ®é giíi h¹n cho phÐp cña Asen trong<br />
n−íc cÊp uèng trùc: 10 ug/l.<br />
US EPA, EU: h−íng tíi 2 - 20 ug/l.<br />
ViÖt Nam: nång ®é giíi h¹n cho phÐp cña Asen<br />
trong n−íc cÊp:<br />
¡n uèng: 10 ug/l (QCVN 01:2009/BYT).<br />
Sinh ho¹t, cÊp n−íc tËp trung: 10 ug/l (QCVN<br />
02:2009/BYT, Giíi h¹n I).<br />
<br />
Quy m« nhá: tËp trung vµo c¸c gi¶i ph¸p c«ng nghÖ ®¬n gi¶n,<br />
chi phÝ thÊp.<br />
Nh×n chung, c¸c gi¶i ph¸p t¹m thêi, chi phÝ thÊp th−êng kh«ng<br />
®¸p øng ®−îc tiªu chuÈn cña WHO (10 ppb). CÇn thiÕt ph¶i sö<br />
dông nh÷ng gi¶i ph¸p dµi h¹n, hay sö dông kÕt hîp mét sè c«ng<br />
nghÖ.<br />
<br />
Sinh ho¹t, cÊp n−íc t¹i chç hé gia ®×nh: 50 ug/l (QCVN<br />
02:2009/BYT, Giíi h¹n II).<br />
<br />
2.1. T¹o kÕt tña - L¾ng - läc<br />
Nguyªn t¾c: t¹o c¸c chÊt kÕt tña víi c¸c ion tan trong<br />
dung dÞch.<br />
S¾t th−êng tån t¹i trong n−íc ngÇm ë d¹ng Hydro<br />
cacbonat S¾t (II) hoµ tan. Khi gÆp oxy, sÏ ®−îc oxy<br />
ho¸ vµ t¹o thµnh chÊt kÕt tña. C¸c hîp chÊt cña<br />
Asen cã kh¶ n¨ng hÊp phô lªn c¸c ““b«ng““ kÕt<br />
tña ®ã (Ph−¬ng ph¸p céng kÕt tña)<br />
<br />
C¬ chÕ qu¸ trinh xö lý Asen<br />
In solution<br />
<br />
In sand filter<br />
<br />
iron oxidation<br />
<br />
iron oxidation<br />
<br />
iron coagulation<br />
<br />
iron precipitation on sand<br />
<br />
arsenic oxidation<br />
<br />
arsenic oxidation<br />
<br />
arsenic co-precipitation<br />
<br />
arsenic co-precipitation<br />
<br />
T¸ch khái n−íc nhê L¾ng vµ Läc<br />
C¸c tr¹m xö lý n−íc ngÇm chøa s¾t th−êng ®−îc thiÕt<br />
kÕ theo c«ng nghÖ lµm tho¸ng - l¾ng - läc. Nh÷ng<br />
tr¹m nµy còng khö ®−îc asen mµ kh«ng cÇn dïng<br />
ho¸ chÊt keo tô.<br />
<br />
2.2. Keo tô - l¾ng - läc<br />
Dïng c¸c chÊt keo tô, nh− c¸c muèi cña S¾t hoÆc<br />
Nh«m (phÌn), chuyÓn Asen tõ d¹ng tan sang d¹ng<br />
kh«ng tan nhê ph¶n øng ho¸ häc, sau ®ã t¸ch ra khái<br />
n−íc nhê l¾ng vµ/hoÆc läc.<br />
Cã thÓ ph¶i oxy ho¸ s¬ bé vµ/hoÆc ®iÒu chØnh pH.<br />
Xö lý cÆn th¶i chøa arsen tõ qu¸ tr×nh keo tô?<br />
PhÌn S¾t th−êng cho hiÖu qu¶ xö lý cao h¬n so víi<br />
cïng mét l−îng phÌn Nh«m, ®é dao ®éng pH cho<br />
phÐp lín h¬n.<br />
<br />
2.3. läc<br />
VËt liÖu läc th«ng th−êng: c¸t, than antraxit, than ho¹t<br />
tÝnh d¹ng h¹t, ...<br />
VËt liÖu läc rÎ tiÒn ë ®Þa ph−¬ng: v¶i, than, s¬ dõa<br />
Ðp, x¬ m−íp, sái nhá, ...<br />
<br />
So s¸nh hiÖu qu¶ khö Asen víi 3 lo¹i phÌn keo tô kh¸c<br />
nhau: FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3:<br />
FeCl3 cho phÐp ®¹t hiÖu suÊt lo¹i bá Asen cao nhÊt: > 90 %.<br />
<br />
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE<br />
<br />
3<br />
<br />
C«ng nghÖ xö lý n−íc<br />
<br />
2.4. HÊp phô:<br />
Asen cã thÓ ®−îc hÊp phô lªn bÒ mÆt cña c¸c vËt liÖu<br />
d¹ng h¹t, h¹t sÐt hay vËt liÖu gèc xellulo nh−: Than<br />
ho¹t tÝnh; than ho¹t tÝnh ®· xö lý b»ng mét sè hîp<br />
chÊt kim lo¹i; c¸c hîp chÊt oxyt s¾t, oxyt titan, oxyt<br />
silic; sÐt kho¸ng (caolanh, bentonite, ...); boxit,<br />
hematite, felspat; nhùa tæng hîp trao ®æi anion; chitin<br />
vµ chitosan; bone char; c¸t bäc mét líp oxyt s¾t hoÆc<br />
dyoxit mangan MnO2; c¸c vËt liÖu xellulo (mïn c−a,<br />
bét giÊy b¸o), vv...<br />
<br />
Dïng m¹t s¾t (Fe ho¸ trÞ 0)<br />
Fe = 2000 mg/l. HiÖu suÊt lu«n ®¹t > 93%.<br />
Sù cã mÆt cña Sulffat lµm t¨ng hiÖu suÊt xö lý, trong<br />
khi Phosohate l¹i lµm øc chÕ.<br />
t = 12 h ... 3,5 ng®.<br />
<br />
HiÖu suÊt xö lý t¨ng nÕu sö dông c¸c chÊt oxy ho¸ hç<br />
trî qu¸ tr×nh hÊp phô asen.<br />
<br />
dïng O<br />
Oxyt nh«m kim lo¹i ho¹t ho¸<br />
VËt liÖu hÊp phô cã nguån gèc tõ nh«m,<br />
cã kh¶ n¨ng t¸ch Asen ë 2 d¹ng tån t¹i phæ biÕn<br />
ë trong n−íc lµ As (III) vµ As(V)<br />
(Aqua-BindTM, vv.)<br />
Nh«m ho¹t ho¸ cã tÝnh lùa chän cao ®èi víi As(V).<br />
CÇn tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng hoµn nguyªn vµ thay thÕ vËt<br />
liÖu läc khi sö dông.<br />
Hµm l−îng s¾t trong n−íc nguån cµng cao, hiÖu suÊt<br />
khö asen vµ chu kú lµm viÖc gi÷a hai lÇn hoµn<br />
nguyªn cµng t¨ng.<br />
H¹n chÕ: l−îng vËt liÖu hÊp phô th¶i ra lín: 50 - 200<br />
g / m3 n−íc (gÊp gÇn 10 lÇn so víi l−îng cÆn t¹o<br />
thµnh khi sö dông ph−¬ng ph¸p keo tô b»ng phÌn<br />
s¾t).<br />
<br />
dïng Hydroxyt s¾t<br />
VËt liÖu hÊp phô: bét giÊy b¸o cã phñ mét líp<br />
Hydroxyt s¾t (III) (GiÊy b¸o c¾t vôn ®−îc trén víi<br />
kho¸ng chÊt Blender vµ nghiÒn nhá thµnh bét. Sau<br />
®ã trén víi hydroxyt s¾t vµ khuÊy ®Òu, lµm hydroxyt<br />
s¾t b¸m vµo c¸c sîi xellulo).<br />
VËt liÖu phÊp phô Hydroxyt s¾t d¹ng h¹t (Driehaus,<br />
§øc). VËt liÖu nµy cã kh¶ n¨ng hÊp phô cao:<br />
Nång ®é arsen trong n−íc tr−íc xö lý 100 – 180 ppb,<br />
sau xö lý ®¹t < 10 ppb.<br />
<br />
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE<br />
<br />
Sö dông m¹t s¾t kÕt hîp víi c¸t<br />
C«ng nghÖ AsRT: Läc víi vËt liÖu hÊp phô b»ng m¹t<br />
s¾t trén lÉn víi c¸t th¹ch anh.<br />
HÖ thèng bao gåm 2 cét läc nèi tiÕp.<br />
- Cét thø nhÊt víi vËt liÖu läc lµ Sulfat Bari vµ c¸t<br />
th¹ch anh.<br />
- Cét thø hai víi vËt liÖu läc lµ m¹t s¾t vµ c¸t th¹ch<br />
anh.<br />
S¾t bÞ oxy ho¸, t¹o m«i tr−êng thiÕu khÝ (anoxic) ®èi<br />
víi Asen (trong ®iÒu kiÖn thiÕu oxy). M¹t s¾t (= c¸c<br />
Ion s¾t ho¸ trÞ 0) khö Asen v« c¬ thµnh d¹ng kÕt tña<br />
cïng víi s¾t, hçn hîp kÕt tña, hay kÕt hîp víi Sulfat<br />
t¹o Pyrit Asen. Asen ®−îc gi÷ l¹i trong cét läc. Arsen<br />
trong n−íc sau xö lý ®¹t d−íi 27 ppb.<br />
<br />
dïng Laterite<br />
Lµ lo¹i ®Êt sÐt cã mµu ®á, rÊt phæ biÕn ë c¸c vïng<br />
nhiÖt ®íi.<br />
Thµnh phÇn chñ yÕu cña Laterite lµ c¸c Hydroxyt S¾t<br />
vµ Nh«m, hoÆc c¸c oxyt ngËm n−íc cña chóng, vµ<br />
mét l−îng nhá c¸c hîp chÊt cña Mangan, Titan.<br />
ë ®iÒu kiÖn tù nhiªn, lo¹i ®Êt sÐt nµy cã ®iÖn tÝch bÒ<br />
mÆt d−¬ng, cã kh¶ n¨ng hÊp phô c¸c chÊt bÈn mang<br />
®iÖn tÝch ©m nh− Arsenic.<br />
Cã thÓ ®−a laterite trùc tiÕp vµo n−íc cÇn xö lý nh−<br />
chÊt hÊp phô, sau ®ã ®Ó l¾ng, hoÆc cã thÓ sö dông<br />
lµm vËt liÖu hÊp phô trong bÓ läc.<br />
<br />
4<br />
<br />
C«ng nghÖ xö lý n−íc<br />
<br />
2.5. Trao ®æi Ion<br />
<br />
2.6. Oxy ho¸<br />
<br />
Anion axit m¹nh (Cl-): chuyÓn gèc arsenate H2AsO4sang arsenate H2AsO42- .<br />
Asen sau xö lý cã thÓ ®¹t d−íi 2 ppb.<br />
Hoµn nguyªn: NaCl.<br />
<br />
Lµm tho¸ng b»ng c¸ch sôc kh«ng khÝ vµo n−íc, cã<br />
thÓ oxy ho¸ asen vµ s¾t cã trong n−íc, t¹o chÊt kÕt<br />
tña FeAsO4.<br />
Lµm tho¸ng ®¬n gi¶n vµ l¾ng: Asen sÏ ®−îc t¸ch<br />
cïng víi Hydroxyt S¾t kÕt tña. HiÖu suÊt xö lý ®¹t<br />
25% ®èi víi n−íc ngÇm chøa nhiÒu s¾t.<br />
<br />
2.7. Oxy hãa quang ho¸<br />
<br />
Advantage:<br />
<br />
aeration assures oxygen saturation for<br />
iron oxidation<br />
<br />
Disadvantage: construction requires special material<br />
and skills, higher costs<br />
<br />
Lo¹i bá Arsenite (As(III)) vµ c¶ c¸c chÊt hoµ tan kh¸c<br />
nh− S¾t, Phosphorus, Sulfur, ... khái n−íc b»ng c¸ch<br />
®−a chÊt oxy ho¸ vµ chÊt hÊp phô quang ho¸.<br />
ChiÕu tia cùc tÝm vµo n−íc råi sau ®ã l¾ng.<br />
ChÊt oxy ho¸ cã thÓ lµ oxy tinh khiÕt hoÆc sôc khÝ.<br />
ChÊt hÊp phô quang ho¸ cã thÓ lµ Fe(II), Fe(III),<br />
Ca(II).<br />
Cã thÓ sö dông ¸nh s¸ng mÆt trêi lµm nguån tia cùc<br />
tÝm.<br />
Ph¶n øng cã thÓ x¶y ra ë nhiÖt ®é trong phßng vµ<br />
¸nh s¸ng thÊp, kh«ng ®ßi hái c¸c thiÕt bÞ phøc t¹p.<br />
Do As(III) bÞ oxy ho¸ thµnh As(V) víi tèc ®é rÊt chËm,<br />
cã thÓ sö dông c¸c chÊt oxy ho¸ m¹nh nh− Cl2, H2O2<br />
hoÆc O3. PhÇn lín chi phÝ xö lý chÝnh lµ c¸c ch©t oxy<br />
ho¸ nµy (Khoa G.H., Emett M.T. et al, 1997).<br />
<br />
Ph−¬ng ph¸p SORAS<br />
Ph¶n øng oxy ho¸ quang ho¸ nhê n¨ng l−îng bøc<br />
x¹ (SORAS):<br />
oxy ho¸ quang ho¸ As(III) thµnh<br />
As(V) nhê ¸nh s¸ng mÆt trêi, sau ®ã t¸ch As(V) ra<br />
khái n−íc nhê hÊp phô b»ng c¸c h¹t Fe(III).<br />
“ T¨ng c−êng hiÖu suÊt nhê nhá thªm vµi giät<br />
chanh, gióp cho qu¸ tr×nh t¹o c¸c b«ng keo<br />
Fe(III).<br />
Hµm l−îng s¾t trong n−íc ngÇm Ýt nhÊt 3 mg/l, c−êng<br />
®é bøc x¹ UV-A 50 Wh/m2.<br />
<br />
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE<br />
<br />
5<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
