Chuyên đề khử asen trong nước ngầm

Chia sẻ: Phạm Ngọc Tuấn | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:44

Thêm vào BST

Báo xấu

164
lượt xem 48
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Asen đã được biết đến và sử dụng tại Ba Tư và một vài nơi khác từ thời cổ đại. Do các triệu chứng ngộ độc Asen là hơi mập mờ, nên nó thường được sử dụng để giết người cho tới tận khi phát hiện ra thử nghiệm Marsh, một thử nghiệm hóa học rất nhạy để phát hiện sự tồn tại của nó.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chuyên đề khử asen trong nước ngầm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN  Chuyên đề: KHỬ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM GVHD: Ths. LÊ THỊ LAN THẢO Nhóm thực hiện: 1. Lê Thị Cúc 11127003 2. Nguyễn Thị Hằng 11127292 3. Phan Khái Hưng 11127107 4. Ngô Thị Cẩm Huyền 11127101 5. Nguyễn Văn Nam 11127140 6. Lê Bá Phước 11127174 7. Châu Thị Thanh Thảo 11127197 8. Nguyễn Phạm Anh Thư 11127033 9. Nguyễn Thị Thuỷ 11127039 10. Phạm Ngọc Tuấn 11127326
TP. HỒ CHÍ MINH, 11/2013 MỤC LỤC GIỚI THIỆU I. Tính cấp thiết của đề tài ● Asen đã được biết đến và sử dụng tại Ba Tư và một vài nơi khác từ thời cổ đại. Do các triệu chứng ngộ độc Asen là hơi mập mờ, nên nó thường được sử dụng để giết người cho tới tận khi phát hiện ra thử nghiệm Marsh, một thử nghiệm hóa học rất nhạy để phát hiện sự tồn tại của nó. Thử nghiệm ít nhạy hơn nhưng phổ biến hơn là thử nghiệm Reinsch. Do việc sử dụng nó bởi giai cấp cầm quyền để sát hại lẫn nhau cũng như hiệu lực và tính kín đáo của nó, nên Asen được gọi là thuốc độc của các vị vua và vua của các thuốc độc. ● Trong thời kỳ đồ đồng, Asen thường được đưa vào trong đồng thiếc để làm cho hợp kim trở thành cứng hơn (gọi là "đồng thiếc Asen"). Albertus Magnus (1193- 1280) được coi là người đầu tiên cô lập được Asen nguyên tố vào năm 1250. Năm 1649, Johann Schroder công bố hai cách điều chế Asen. ● Ở Anh, trong thời đại Victoria, 'Asen' ('Asen trắng' không màu, kết tinh, hòa tan) được trộn lẫn với dấm và đá phấn và phụ nữ ăn nó để cải thiện nước da mặt của họ, làm cho da mặt của họ trở thành nhạt màu hơn để thể hiện họ không làm việc ngoài đồng. Asen cũng được cọ xát vào mặt và tay phụ nữ để 'cải thiện nước da'. Việc sử dụng ngẫu nhiên Asen trong làm giả thực phẩm đã dẫn tới ngộ độc kẹo Bradford năm 1858, gây ra cái chết của khoảng 20 người và làm khoảng 200 người khác bị bệnh do ngộ độc Asen. =>Hiện tượng nước ngầm nhiễm asen đã có từ lâu nhưng không được điều tra và khuyến cáo kịp thời nên người dân vẫn sử dụng cho ăn uống hằng ngày mà không ý thức tính nguy hại tiềm tàng đến sức khỏe. Vì vậy, tiến hành nghiên cứu: “Xây dựng mô hình xử lý asen trong nước ngầm áp dụng cho cấp nước tập trung tại xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp” nhằm giảm thiểu tác hại của asen và cung cấp nguồn nước sạch, an toàn cho người dân với chi phí xử lý thấp nhất II. Mục tiêu đề tài: Việc nghiên cứu nhằm đáp ứng các mục tiêu sau: - Nêu lên được ảnh hưởng Asen đối với môi trường nước ngầm. - Dựa vào kết quả của nghiên cứu đánh giá được mức độ ô nhiễm. - Kiến nghị tìm và đưa ra những giải pháp công nghệ và quản lý nhằm xử lý Asen và phòng ngừa giảm thiểu tác động. III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Nhóm 7 Trang 2
Đề tài tập trung phân tích, đánh giá việc khử Asen trong nước ngầm cho cấp nước tập trung tại xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp. IV. Nội dung đề tài: - Khái quát và đánh giá ảnh hưởng của Asen. - Phân tích và đánh giá chất lượng nước ngầm và các chi tiêu trong nước ngầm đặc biệt là Asen. - Đề xuất biện pháp xử lý hợp lý cho việc khử Asen trong nước ngầm. V. Ý nghĩa của đề tài: Qua việc phân tích đánh giá ảnh hưởng Asen đến con người, ta đánh giá một cách khách quan về hiện trạng và mức độ ô nhiễm, đồng thời ta đề ra giải pháp khả thi để xử lý, ngăn ngừa và giảm thiểu ô nhiễm góp phần làm sạch môi trường nước tại xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp và cải thiện chất lượng cuộc sống người dân, giáo dục ý thức người dân, nhắm vào hành động của các doanh nghiệp, các cơ sở sản xuất,... nhằm góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế bền vững. Nhóm 7 Trang 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ASEN I. Nguồn gốc phát sinh. ● Asen trong đá và quặng - Hàm lượng Asen trong các đá magma từ 0,5 – 2,8 ppm, các carbonat – 2,0 ppm, đá cát kết tinh – 1,2 ppm thấp hơn trong các đá trầm tích (6,6 ppm). Asen là một trong những nguyên tố có nhiều khoáng vật nhất, tới 368 dạng trong đó các nhóm hydroAsen và Asenat – với 213 Hình 1. Asen trong đá và quặng khoáng vật, sulfurAsenat – 73 khoáng vật, intêmtallit – 40 khoáng vật. Trong các đá phiến sét phần lớn Asen tồn tại trong silicat (85,5 – 92,5%), phần nhỏ còn lại ở dạng hợp chất khác như oxit, sulfat, Asenua (khoảng 7 - 14,5 %). - Ở Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu và toàn diện về Asen trong các thành tạo tự nhiên. Trước đây, trong công tác lập bản đồ địa chất và tìm kiếm khoáng sản thường dùng phương pháp phân tích qua quang phổ phát xạ với độ nhạy rất thấp nên khó phát hiện Asen. Bằng phương pháp mầu giã đãi đã tìm thấy trong nhiều phức hệ đá xâm nhập có chứa Asenopyrit với mức hàm lượng Asen từ
trầm tích sét nâu, 2-12 ppm trong sét màu xám 0,5 – 5 trong cát vàng – nâu xám) có quan hệ tuyến tính với hàm lượng Fe(OH)3, FeOOH. Trong trầm tích biển ven bờ Việt Nam có hàm lượng Asen (trao đổi ion) dao động trong khoảng 0,1-6,1 ppm. ● Asen trong không khí và nước - Hàm lượng Asen trong không khí (ng/m3) của thế giới khoảng 0,007- 2,3 (trung bình 0,5). Hàm lượng Asen trong không khí ở khu vực xung quanh Ngã Tư Sở là 0,036- 0,071 (trung bình 0,044). - Hàm lượng Asen trong nước dưới đất phụ thuộc rất nhiều vào tính chất và tr ạng thái môi trường địa hoá. Dạng Asen tồn tại chủ yếu trong nước dưới đất là H3AsenO4-1 (trong môi trường pH axit đến gần trung tính), HAsenO4-2 (trong môi trường kiềm). Hàm lượng Asen trong nước ngầm trong một số vùng Miền Bắc khoảng 0,0001 - 0,32 mg/l. Ở Hà Nội, hàm lượng Asen trong nước ngầm ở những vùng có trầm tích Đệ tứ với các lớp bùn giàu vật liệu hữu cơ thường cao hơn các vùng khác ● Asen trong sinh vật - Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới, cây trồng cũng chứa một hàm lượng Asen nhất định, đôi khi khá cao. Hàm lượng trung bình của Asen (ppm) trong lúa (khô) 110-200, ngô (khô) 30-40, bắp cải (tươi) 20-50. Asen tích tụ chủ yếu ở rễ, ở những khu vực đất bị ô nhiễm thì rễ cây hấp thụ khá nhiều Asen. Hàm lượng Asen trong rau trước đây (0,1-2,7 ppm trung bình 0,03-0,05 ppm), thấp hơn hàm lượng chính nó trong rau hiện nay. Phải chăng đây là hậu quả của sự ô nhiễm môi trường đất, nước bởi Asen hiện nay. Sinh vật biển nói chung thường giàu Asen, hàm lượng trung bình của Asen trong cá biển từ 0,6-4,7 ppm, còn trong nước ngọt là 0,54 ppm. Asen tập trung trong gan và mỡ cá II. Cấu tạo và cơ chế gây độc 2.1 Cấu tạo Bán kính nguyên tử: 1.33Å  Khối lượng nguyên tử: 13.1cm3/mol  Bán kính cộng hóa trị: 1.2Å  Mặt cắt ngang (Thermal Neutron Capture) σa/barns: 4.3 Hình 2. Mô hình cấu tạo của nguyên tử Asen  Cấu trúc tinh thể: Rhombohedral Nhóm 7 Trang 5
 Electron cấu hình: 1s 2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p3  Các electron trên mỗi Cấp Năng lượng: 2,8,18,5  Shell Model -Bán kính ion: 0.58Å -Điền vào quỹ đạo: 4p3 -Số electron (không tính phí): 33 -Số Neutron (phổ biến nhất, ổn định nuclit): 42 -Số proton: 33 -Quá trình oxy hóa Hoa: ± 3,5 -Các electron hóa trị: 4s2p3  Electron Dot Model 2.2 Tính chất vật lý Asen không gây mùi khó chịu trong nước, (cả khi ở hàm lượng có thể gây chết người ),khó phân hủy .Là nguyên tố phổ biến thứ 20 trong các nguyên tố có trên bề mặt trái đất. Ôxit asen hóa trị III màu trắng, dạng bột, tan đ ược trong nước,rất độc. Nó được xem như một dạng phi kim, hay được gọi là kim.Khối lượng phân tử 74.9216 g/mol, không hòa tan trong nước.. Trong tự nhiên, nguyên tố thạch tín tồn tại với ba dạng hình thù (dạng alpha có màu vàng, dạng beta có màu đen, dạng gamma có màu xám). Nguyên tố thạch tín cũng tồn tại ở một số dạng ion khác. Dạng vô cơ của thạch tín độc hơn so với dạng hữu cơ của nó. 2.3 Tính chất hoá học Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của nó là -3 (asenua: thông thường trong các hợp chất liên kim loại tương tự như hợp kim), +3 (asenat (III) hay asenit và phần lớn các hợp chất asen hữu cơ), +5 (asenat (V): phần lớn các hợp chất vô c ơ chứa ôxy c ủa asen ổn định). Asen về tính chất hóa học rất giống với nguyên tố đứng trên nó là photpho Các ôxít của nó 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. Asen tạo thành hiđrua dạng khí và không ổn định, đó là Arsin (AsH3). Khi bị nung nóng trong không khí, nó bị oxy hoá để tạo ra trioxit asen; hơi từ phản ứng này có mùi như mùi tỏi 2.4 Cơ chế gây độc ● Về mặt sinh học Asen là một chất độc có thể gây 19 bệnh khác nhau trong đó có ung thư da và phổi. Mặt khác Asen có vai trò trong trao đổi nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin. Asen ảnh hưởng đến thực vật như một chất cản trở trao đổi chất, Nhóm 7 Trang 6
làm giảm mạnh năng suất, đặc biệt trong môi trường thiếu phôtpho. Độc tính c ủa Asen với những sinh vật dưới nước tăng theo dãy Asen→Asenit→Asenat→hợp chất Asen hữu cơ. ● Asen và 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 axit citric, Asen ức chế pyruvat dehydrogenaza và bằng cách cạnh tranh với photphat nó tháo bỏ photphorylat hóa oxi 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 oxi hóa. ● Asen nguyên tố và các hợp chất của Asen được phân loại là “độc” và "nguy hiểm cho môi trường" tại Liên minh châu Âu theo chỉ dẫn 67/548/EEC. ● IARC công nhận Asen nguyên tố và các hợp chất của Asen như là các chất gây ung thư nhóm 1, còn EU liệt kê trioxit Asen, pentoxit Asen và các muối Asenat như là các chất gây ung thư loại 1. ● Cơ chế gây độc: - Cơ chế gây độc của Asen là khi vào cơ thể Asen tấn công vào các nhóm sulfuahydryl ( – SH ) của enzym làm cản trở hoạt động của các enzym. Asen cản trở hoạt động của Enzym CH 2 OPO 32- CH2 OPO 32- Enzym CH OH 3- ATP PO4 CH OH (Adenozin triphotphat) C O C O H OPO 32- Glyxeraldehit 1,3-diphotphat 3-photphat glyxerat CH2 OPO 32- CH2 OPO32- CH OH AsO43- CH OH 3-photphat Tù thñy ph© t¹o ra glyxerat asenat n C O C O (ng¨n c¶n viÖ t¹o (kh«ng t¹o ra c ra ATP) ®- î c ATP) H OAsO 32- Glyxeraldehit 1-Aseno, 3- photphat 3-photphat glyxerat Ví dụ: Asen (III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein do Asen (III) tấn công vào liên kết có nhóm sulfua. - Tác dụng hóa sinh chính của Asen là : làm đông tụ protein, tạo phức với coenzym và phá hủy quá trình photphat hóa tạo ATP. Asen thế chỗ của Photphat trong chuỗi phản ứng tạo adenozinriphotphat (ATP) do đó ATP không được hình thành. Nhóm 7 Trang 7
Các chất chống độc tính của Asen là các hóa chất có chứa nhóm – SH như 2,3 – dimecaptopropanol (HS – CH2 – CH(SH) – CH2OH) chất này có khả năng tạo liên kết với AsenO32- nên không còn để liên kết với nhóm – SH trong enzym. Asen có khả năng liên kết với các phân tử lipid tạo các thành phần đ ộc hại trong cơ thể. Đồng thời phá vỡ quá trình sản sinh năng lượng trong quá trình hoạt động sống của cơ thể. Thông qua cơ chế: Asen ngăn cản tạo ATP III. Ứng dụng của Asen ● Asenat hiđrô chì đã từng được sử dụng nhiều trong thế kỷ 20 làm thuốc trừ sâu cho các loại cây ăn quả. Việc sử dụng nó đôi khi tạo ra các tổn thương não đối với những người phun thuốc này. Ở nửa cuối thế kỷ 20, Asenat methyl mononatri (MSMA), một dạng hợp chất hữu cơ ít độc hại hơn của Asen đã thay thế cho vai trò của Asenat hiđrô chì trong nông nghiệp. ● Lục Scheele hay Asenat đồng, được sử dụng trong thế kỷ 19 như là tác nhân tạo màu trong các loại bánh kẹo ngọt. ● Ứng dụng có nhiều e ngại nhất đối với cộng đồng có lẽ là trong xử lý gỗ bằng Asenat đồng crôm hóa, còn gọi là CCA hay tanalith. Gỗ xẻ xử lý bằng CCA vẫn còn phổ biến ở nhiều quốc gia và nó được sử dụng nhiều trong nửa cuối thế kỷ 20 như là vật liệu kết cấu và xây dựng ngoài trời. Nó được sử dụng khi khả năng mục nát hay phá hoại của côn trùng là cao. Mặc dù việc sử dụng gỗ xẻ xử lý bằng CCA đã bị cấm tại nhiều khu vực sau khi các nghiên cứu chỉ ra rằng Asen có thể rò rỉ từ gỗ vào trong đất cận kề đó, một rủi ro khác là việc đốt các loại gỗ cũ đã xử lý bằng CCA. Việc hấp thụ trực tiếp hay gián tiếp tro do việc đốt cháy gỗ xử lý bằng CCA có thể gây ra tử vong ở động vật cũng như gây ra ngộ độc nghiêm trọng ở người; liều gây tử vong ở người là khoảng 20 gam tro. Các mẩu thừa của gỗ xử lý bằng CCA từ các khu vực xây dựng hay bị phá huỷ cũng có thể bị sử dụng một cách vô ý tại các lò sưởi thương mại hay tại nhà ở. ● Trong các thế kỷ 18, 19 và 20, một lượng lớn các hợp chất của Asen đã đ ược sử dụng như là thuốc chữa bệnh, như arsphenamin (bởi Paul Ehrlich) và triôxít Asen (bởi Thomas Fowler). Arsphenamin cũng như neosalvarsan được chỉ định trong điều trị giang mai và bệnh trùng mũi khoan, nhưng đã bị loại bỏ bởi các thuốc kháng sinh hiện đại. Triôxít Asen đã được sử dụng theo nhiều cách khác nhau trong suốt 200 năm qua, nhưng phần lớn là trong điều trị ung thư. Cục Thực phẩm và Dược phẩm Nhóm 7 Trang 8
Hoa Kỳ (FDA) vào năm 2000 đã cho phép dùng hợp chất này trong điều trị cho các bệnh nhân với bệnh bạch cầu cấp tính tiền myelin và kháng lại ATRA. Nó cũng được sử dụng như là dung dịch Fowler trong bệnh vẩy nến. ● AxetoAsenit đồng được sử dụng như là thuốc nhuộm màu xanh lục dưới nhiều tên gọi khác nhau, như 'Lục Paris' hay 'lục ngọc bảo'. Nó gây ra nhiều dạng ngộ độc Asen. ● Các ứng dụng khác: • Nhiều loại thuốc trừ sâu, chất độc trong nông nghiệp. • Sử dụng trong nuôi dưỡng động vật, cụ thể là tại Hoa Kỳ như là phương pháp ngăn ngừa bệnh và kích thích phát triển. • Asenua gali là một vật liệu bán dẫn quan trong, sử dụng trong các mạch tích hợp (IC). Các mạch tích hợp này nhanh hơn (nhưng cũng đắt tiền hơn) so với các mạch dùng silic. Không giống như silic, nó là khe hở năng lượng trực tiếp, và vì thế có thể sử dụng trong các điốt laze và LED để trực tiếp chuyển hóa điện thành ánh sáng. • Cũng được sử dụng trong kỹ thuật mạ đồng và pháo hoa. IV. Phơi nhiễm Asen trong nước uống ● Nhiễm bẩn Asen trong nước ngầm đã dẫn tới đại dịch ngộ độc Asen tại Bangladesh và các nước láng giềng. Người ta ước tính khoảng 57 triệu người đang sử dụng nước uống là nước ngầm có hàm lượng Asen cao hơn tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới là 10 phần tỷ. Asen trong nước ngầm có nguồn gốc tự nhiên và nó được giải phóng ra từ trầm tích vào nước ngầm do các điều kiện thiếu ôxy c ủa lớp đất gần bề mặt. Nước ngầm này bắt đầu được sử dụng sau khi các tổ chức phi chính phủ (NGO) phương Tây hỗ trợ chương trình làm các giếng nước lớn để lấy nước uống vào cuối thế kỷ 20. Chương trình này được đề ra nhằm ngăn ngừa việc uống nước từ nước bề mặt bị nhiễm khuẩn, nhưng lại không chú trọng tới kiểm định Asen trong nước ngầm. Nhiều quốc gia và khu vực khác ở Đông Nam Á, như Việt Nam, Campuchia, Tây Tạng, Trung Quốc, được coi là có các điều kiện địa chất tương tự giúp cho quá trình tạo nước ngầm giàu Asen. Ngộ độc Asen đã được báo cáo tại Nakhon Si Thammarat, Thái Lan năm 1987, và Asen hòa tan trong sông Chao Phraya bị nghi là chứa hàm lượng cao Asen nguồn gốc tự nhiên, nhưng đã không có vấn đề gì với sức khỏe công cộng do việc sử dụng nước đóng chai. Nhóm 7 Trang 9
Chu trình Asen trong tự nhiên. ● Phân tích các nghiên cứu dịch tễ học nhiều nguồn về phơi nhiễm Asen vô cơ gợi ý rằng rủi ro nhỏ nhưng có thể đo được tăng lên đối với ung thư bàng quang ở mức 10 phần tỷ. Theo Peter Ravenscroft từ khoa Địa trường Đại học Cambridge khoảng 80 triệu người trên khắp thế giới tiêu thụ khoảng 10 tới 50 phần tỷ Asen trong nước uống của họ. Nếu họ tiêu thụ chính xác 10 phần tỷ Asen trong nước uống của mình thì phân tích dịch tễ học đa nguồn trích dẫn trên đây phải dự báo 2.000 trường hợp bổ sung về ung thư bàng quang. Điều này thể hiện sự ước tính quá thấp rõ nét về ảnh hưởng tổng thể, do nó không tính tới ung thư phổi và da. Những người chịu phơi nhiễm Asen ở mức cao hơn tiêu chuẩn hiện tại của WHO ( Tổ chức Y tế thế giới) nên cân nhắc tới chi phí và lợi ích của các biện pháp giải trừ Asen. ● Asen có thể được loại bỏ ra khỏi nước uống thông qua đồng ngưng kết các khoáng vật sắt bằng ôxi hóa và lọc nước. Khi cách xử lý này không đem lại kết quả mong muốn thì các biện pháp hút bám để loại bỏ Asen có thể cần phải sử dụng. Một vài hệ thống hút bám đã được chấp thuận cho các điểm dịch vụ sử dụng trong nghiên cứu do Cục Bảo vệ Môi trường (EPA) và Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) Hoa Kỳ tài trợ. ● Việc tách Asen ra bằng từ trường ở các gradient từ trường cực thấp đã được chứng minh ở các máy lọc nước tại điểm sử dụng với diện tích bề mặt lớn và các tinh thể nano manhêtit đồng nhất kích thước (Fe3O4). Sử dụng diện tích bề mặt riêng lớn của các tinh thể nano Fe3O4 thì khối lượng chất thải gắn liền với loại bỏ Asen từ nước đã giảm đáng kể. ● Half-Life của Asen: Cuộc sống của Half-Asen trong cơ thể con người là thời gian dự kiến cần thiết để giảm một nửa lượng Asen hấp thụ của cơ thể. Một nửa cuộc sống-có thể được tính toán chính xác chỉ đối với những chất loại bỏ tuyến tính, độc lập với tập trung. Đối với các chất tuyến tính loại trừ, phải mất khoảng 3,5 nửa cuộc sống để loại trừ 90% chất. Vô cơ Asen : 1-5 ngày , hữu cơ Asen 4 ngày Biểu hiện khi nhiễm asen: Nhiễm độc cấp tính: Nhóm 7 Trang 10
Nếu bị ngộ độc cấp tính bởi Asen sẽ có biểu hiện: khát nước dữ dội, đau bụng, nôn mửa, dội, tiêu chảy, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt rồi thâm tím, bí ti ểu và t ử vong nhanh. 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  Tổn thương các niêm mạc  Rối loạn thần kinh  Rối loạn dạ dày, ruột:  Tê đầu các chi, đau các chi, bước đi khó khăn, suy nhược cơ  Ung thư da  Asen có thể tác động đến cơ tim. CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ASEN I. Phương pháp tạo kết tủa.  Nguyên lý hoạt động. Arsenat, AsO43- có khả năng tạo thành một số hợp chất kết tủa tan thấp như sắt arsenat FeAsO4, canxi Arsenat Ca3(AsO4)2, hay mangan arsenat Mn3(AsO4)2. Ion sắt , canxi, mangan, thường gặp trong nước ngầm và cũng cần được xử lý: loại bỏ sắt, mangan hay khử cứng trong nước ngầm bằng phương pháp vôi, soda. Trong quá trình xử lý đó có thể loại bỏ được một phần asen hoặc bổ sung trực tiếp các y ếu t ố gây kết tủa từ ngoài vào. Khi đưa Fe III, chủ yếu FeCl3, vào nước, sắt arsenat hình thành rất nhanh ( khoảng 10 giây) thành không tan. Tích số tan của sắt là 10-20 mol2/l2, vì vậy nồng độ asen dư trong nước sau kết tủa theo tính toán lý thuyết là 0.0195ug/l. Hình quá trình kết tủa Nhóm 7 Trang 11
Điều kiện pH tối ưu cho kết tủa asen là 7, trong môi trường kiềm, song song với sự tạo thành sắt arsenat còn các phản ứng cạnh tranh tạo ra sắt hydroxit và oxit, còn trong môi trường axit thì asen nằm ở dạng hợp chất trung hòa không tham gia phản ứng kết tủa. Phản ứng tạo ra mangan arsenat cũng có thể tiến trình tương tự. kết tủa asen dưới dạng sản phẩm không hòa tan chỉ có thể thực hiện được với As(V), tức là trước đó cần oxy hóa triệt để As(III) thành As(V). Sau khi kết tủa asen, nước được lọc, hợp chất asen dạng keo được giữ lại trong tầng lọc theo cơ chế hấp phụ trên vật liệu lọc và với chính nó đã bị hấp phụ trước đó. Hình: thiết bị filox dùng trong xử lý mangan, sắt và asen.  Phạm vi áp dụng: • Trong quá trình xử lý có thể loại bỏ một phần asen hoặc có thể bổ sung tr ực tiếp các yếu tố gây kết tủa từ ngoài vào. • Kết tủa asen dưới dạng sản phẩm không tan chỉ có thể thực hiện được với asen (V).  Ưu điểm:có thể xử lý nhanh chóng asen.  Nhược điểm: • Tiêu tốn nhiều hóa chất • Có thể làm tắt nghẽn các công trình phía sau • Ảnh hưởng đến nước sau xử lý • Cần oxy hóa triệt để asen (III) thành asen (V) II. Phương pháp trao đổi ion:  Nguyên lý hoạt động: Nếu nguồn nước chứa As có độ khoáng thấp(
trước khi trao đổi nhưng không cần phải điều chỉnh pH. Nước sau khi đ ược làm trong và clo hóa(oxy hóa) được chảy qua cột chứa anionit mạnh dạng Cl - có độ dày 0.75-1.5m, trao đổi ion tại pH=8-9, tái sinh được thực hiện dễ dàng với muối NaCl. Hình: thiết bị trao đổi ion Sử dụng anionit mạnh thương phẩm với thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng 5-6 phút đạt mức độ làm sạch rất cao.Tùy nồng độ sunfat nhưng vẫn tìm ẩn nguy cơ đẩy As ra khỏi nhựa,có thời điểm nước sau xử lý cao hơn nước đầu vào tới 160%. Nhìn chung các anionit khác nhau ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý As,thời gian tiếp xúc từ khoảng từ 1.5-5 phút cũng ảnh hưởng không đáng kể đến hiệu quả c ủa cột.Tái sinh nhựa có thể sử dụng dòng cùng chiều.Lưỡng dung dịch NaCl 3.5% cần để tái sinh không vượt quá 3 lần thể tích tầng nhựa,As được tách ra khỏi nhựa còn dễ hơn bicarbonate do hiệu ứng đảo tính chọn lọc của HAsO 42- dung dịch tái sinh có thể được xử lý bằng cách bổ sung muối Fe(III) hay muối nhôm(phèn nhôm) hoặc vôi.Phản ứng hóa học: 3Na2HAsO4+3H2O+2FeCl3 Fe(OH)3+ Fe(H2AsO4)+6NaCl 2Na2HAsO4+NaHCO3+4Ca(OH)2 CaCO3+Ca3(AsO4)+3H2O+5NaOH Nhóm 7 Trang 13
Hình quá trình trao đổi ion  Phạm vi áp dụng: nguồn nước có chứa As có độ khoáng thấp(
Hình quá trình hấp phụ Nhôm oxit dạng (ᵞ-Al2O3) là chất hấp phụ asen được sử dụng rộng rãi nhất,vật liệu này thường là hạt cát có kích thước kợp không l ớn(0.3-0.6mm). Nhôm oxit có tính chọn lọc đối với các anion theo: OH- > H2Aso4- > Si(OH)O3- > F- > HseO3- > SO42- > CrO42- >> HCO3- > Cl- > NO3- >Br- > I- Nhôm oxit được dùng làm vật liệu hấp phụ asen là do độ chọn lọc cao của nó đối với hợp chất asen . Vì là quá trình tạo phức trên bề mặt cả chất rắn nên diện tích bề mặt của chất hấp phụ chỉ được sử dụng một phần, tại các trung tâm hoạt đ ộng có quá khả năng tạo liên kết chất phức, vì vậy nhôm oxit có diện tích bề mặt cao sẽ thuận lợi cho quá trình hấp phụ. Tuy vậy dung lượng hấp phụ của nhôm oxit với asen cũng không cao do nồng độ của asen trong nước thường rất nhỏ. Với nhôm oxit có diện tích 400m2/g dung lượng hấp phụ asen cũng chỉ đạt 1.4mgAs/ml nhôm oxit (xấp xỉ 1.6mg.g)tại pH=6. pH thích hợp cho quá trình hấp phụ asen trên oxit nằm trong khoảng 5.5-6,tại pH cao hơn,vd pH=8 dung dịch hấp phụ chỉ còn non một nửa so với nó tại pH=6. Dung lượng hấp phụ của nhôm oxit đó với As giảm rất mạnh khi có mặt sunfat nhưng hầu như không tác động của ion clorua.Tạp chất hữu cơ, chất keo có mặt trong nước cũng ảnh hưởng xấu đến quá trình hấp phụ c ủa asen trên nhôm oxit. Hình thiết bị hấp phụ Asen tạo phức trên bề mặt nhôm oxit khá bền vững nên khi tái sinh phải dùng dung dịch xút 4% sau đó trung hòa với axit sunfuric 2%. Tuy vậy dù có tăng nồng đ ộ axit thì cũng chỉ tách được 50-70% lượng asen trong chất hấp phụ, do vậy dung lượng hoạt động của chu kỳ sau giảm 10-15% và nhôm oxit sẽ mất tác dụng sau vài chu kỳ hoạt động. Do khó khăn trong việc tái sinh và xử lý dung dịch tái sinh chứa nồng độ asen cao nên một số nhà công nghệ chỉ có ý định sử dụng cột một lần sau đó loại bỏ chất hấp phụ đã bão hòa asen. Ngoài ra, sắt oxit, mangan dioxit gần đây được sử dụng làm chất hấp phụ asen. Đặc biệt là mangan dioxit có khả năng oxy hóa trực tiếp As(III) thành As(V) ngay trong cột hấp phụ mà không cần oxy hòa tan. Do có nhiều chất có thể sử dụng làm chất hấp phụ asen mà những chất này có thể tồn tại sẵn ở trong nước(Fe,Mn) hoặc là hóa chất dùng để xử lý nước(phèn nhôm) nên người ta có thể tận dụng các yếu tố trên để xử lý asen đồng thời loại bỏ các thành phần đó. Để đạt hiệu quả tốt cần chú ý tới các điều kiện oxy hóa As(III) thích hợp vì tính hấp phụ của As(III) thấp hơn nhiều so với As(V). Nhóm 7 Trang 15
Dung dịch tái sinh nhôm oxit bão hòa asen có thể được xử lý như sau:dung dịch tái sinh kiềm và axit chứa một lượng nhôm tan đủ để kết tủa thành dạng hydroxit nếu sử dụng axit đưa pH của nó về 6.5, asen sẽ cùng kết tủa mang tính định l ượng. Nước được tách khỏi chất rắn chứa nồng độ asen rất thấp. Hình:bể hấp phụ trong xử lý asen  Phạm vi ứng dụng: với các nguồn nước có độ khoáng cao, phương pháp hấp phụ tỏa ra có hiệu quả do tính tương tác đặc thù của hệ.  Ưu và nhược điểm: • Ưu điểm:  Ít bị ảnh hưởng nếu hàm lượng sunface và cặn tan (nồng độ ion tổng).  ᵞ-Al2O3 có tính hấp phụ chọn lọc đối với các hợp chất của asen. • Nhược điểm: Khó khăn trong việc tái sinh ᵞ-Al2O3 IV. Phương pháp sinh học: Mỏ than núi Hồng, mỏ thiếc xã Hà Thượng là điểm nóng về ô nhi ễm asen trong đất. Các nhà nghiên cứu thu thập 157 loài thực vật trên các bãi thải quặng và các vùng phụ cận chọn lọc được 33 loài cây có thể sống được trên nền đ ất ô nhiễm cao. Trong đó có hai loài dương xỉ P.calomelanos L – loài bản địa mọc tại xã Hà Thượng (Đại Từ, Thái Nguyên) và loài dương xỉ P.vittata L mọc tịa khu mỏ chì_kẽm làng Hích xã Tân Long ( Đồng Hỳ, Thái Nguyên) là những loài siêu tích lũy asen. Khả năng tích lũy kim loại nặng, hàm lượng asen lên đến 5.876 và 2426,3 mg/kg sinh khối khô. Nồng độ As càng cao thì thời gian sống của cây càng ngắn.cả hai loài dương x ỉ nêu trên đều chống chịu As cao hơn so với các loài cây khác đã công b ố. Nh ưng khi Nhóm 7 Trang 16
so sánh hai loại cây trên thì thấy khả năng chống chịu của P.vittata với As tốt hơi nhiều so với loài P.calomelanos. Nếu trồng đồng thời hai loài dương xỉ này trong quá trình xử lý thì nên thu ho ạch trong khoảng từ tháng 3 đến tháng 4. Do từ tháng 3, cả hai loại cây trên đã loại bỏ được một lượng As lớn hơn nhiều so với tháng 2 và cây chết vào khoảng cuối tháng 4. Khả năng tích lũy As của cây phụ thuộc vào hàm lượng Nito và photpho bón vào đất. Quy trình sử dụng dương xỉ để xử lý As trong đất. Nhóm 7 Trang 17
Hình ảnh: Những loại cây có thể sống được trong đất có chứa asen Loài P.vittata Loài P.calomelanos  Phạm vi ứng dụng: còn hạn chế.( Mỏ than núi Hồng,mỏ thiếc xã Hà Thượng)  Ưu và nhược điểm: • Ưu điểm: Khả năng tích lũy kim loại nặng, hàm lượng asen lên đ ến 5.876 và 2426,3 mg/kg sinh khối khô. • Nhược điểm: Việc áp dụng, đưa các loài thực vật vào xử lý asen còn hạn chế. STT Phương Hóa chất sử dụng Phạm vi ứng dụng Ưu điểm Nhược điểm pháp 1 Tạo kết _Sắt (III) _Trong quá trình Có thể xử lý _Tiêu tốn nhiề tủa _Mangan xử lý có thể loại nhanh chóng asen. hóa chất bỏ một phần asen _Có thể làm tắ hoặc có thể bổ nghẽn các công sung trực tiếp các trình phía sau yếu tố gây kết tủa _Ảnh hưởng đế từ ngoài vào. nước sau xử lý _Kết tủa asen _Cần oxy hóa t dưới dạng sản để asen (III) th phẩm không tan asen (V) chỉ có thể thực hiện được với asen (V). 2 Phương Anionit mạnh dạng Nguồn nước có _Có lợi thế là _Không có lợi pháp trao Cl- chứa As có độ không cần điều về mặt kinh tế Nhóm 7 Trang 18
đổi ion khoáng thấp chỉnh pH của nếu nồng độ (250mg/ sunfat (
CHƯƠNG III: XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM TẬP TRUNG TẠI XÃ TÂN LONG, HUYỆN THANH BÌNH, TỈNH ĐỒNG THÁP I. Tổng quan về hệ thống thực tế: 1. Đối tượng xử lý Nước ngầm: Đồng Tháp có nhiều vỉa nước ngầm ở các độ sâu khác nhau, nguồn này hết sức dồi dào, mới chỉ khai thác, sử dụng phục vụ sinh hoạt đô thị và nông thôn, chưa đưa vào dùng cho công nghiệp. Trong số 2.960 mẫu nước được kiểm tra thì 67% nhiễm thạch tín. Huyện Thanh Bình có tỉ lệ cao nhất với 85% số mẫu nhiễm. Đồng Tháp có 12,47% nước ngầm có hàm lượng asen vượt mức tiêu chuẩn cho phép là 10 ppb. Chọn xã Tân Long, huy ện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp – nơi có trạm cấp nước tập trung dưới 500 người có nguồn nước ngầm bị ô nhiễm asen với hàm lượng 500 ppb (0,5 mg/l). Kết quả phân tích mẫu nước giếng khoan trước can thiệp cho thấy, mẫu nước giếng khoan có các chỉ tiêu: màu sắc, độ đục, hàm lượng sắt tổng số, hàm lượng amoni và hàm lượng asen vượt quá giá trị giới hạn cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT. Cụ thể, hàm lượng asen trong nguồn nước ngầm khảo sát là 0,453 mg/l, vượt tiêu chuẩn cho phép 45,3 lần (Hàm lượng asen trong nước theo QCVN 01:2009/BYT là 0,01 mg/l).hàm lượng sắt tổng số là 4,29 mg/l vượt tiêu chuẩn cho phép đến 14,3 lần. Các chỉ tiêu kim loại nặng khác ( Al, Cr, Zn, Cu, Pb, Cd và Hg), phenol và PAHs không phát hiện thấy trong nguồn nước giếng khoan khảo sát. Asen 0.453 mg/l Fe 4.29 mg/l Độ đục 20.8 NTU Độ màu 20 TCU →Nguồn nước nhiễm As nặng và Fe 2. Yêu cầu tiền xử lý, hậu xử lý Giới hạn Mức độ giám sát Phương tối đa cho pháp thử TT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính phép I II TCVN 6185 - 1996 1 Màu sắc(*) TCU 15 15 (ISO 7887 - 1985) A hoặc SMEWW 2120 Không Cảm quan, hoặc Không có 2 Mùi vị(*) - có mùi SMEWW 2150 B và A mùi vị lạ vị lạ 2160 B Nhóm 7 Trang 20