Luận văn: Nghiên cứu xử lý các hợp chất asen và photphat trong nguồn nước ô nhiễm với than hoạt tính cố định Zr (IV)‖.

Chia sẻ: Tự Hãn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

359
lượt xem 108
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay, tình hình ô nhiễm nguồn nước nói chung và nguồn nước sinh hoạt nói riêng bởi asen là vấn đề toàn xã hội quan tâm khi nhu cầu về chất lượng cuộc sống ngày càng cao. Theo các nghiên cứu gần đây, người dân Hà Nội và một số tỉnh miền bắc (thuộc đồng bằng sông Hồng), miền nam (thuộc đồng bằng sông Cửu Long) đang phải sử dụng nước có hàm lượng asen cao gấp từ 10 đến hàng trăm lần tiêu chuẩn nước sạch. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng và trực tiếp tới sức khoẻ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: Nghiên cứu xử lý các hợp chất asen và photphat trong nguồn nước ô nhiễm với than hoạt tính cố định Zr (IV)‖.

Luận văn Nghiên cứu xử lý các hợp chất asen và photphat trong nguồn nước ô nhiễm với than hoạt tính cố định Zr (IV)‖.
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 4 Chương 1: TỔNG QUAN ....................................................................................... 5 1.1. Ô nhiễm Asen và phương pháp xử lý .......................................................... 5 1.1.1 Dạng tồn tại của Asen trong tự nhiên ...................................................... 5 1.1.2 Độc tính của Asen ................................................................................... 8 1.1.3 Tình trạng ô nhiễm Asen ....................................................................... 10 1.1.4 Một số công nghệ xử lý ô nhiễm asen ................................................... 17 1.2 Ô nhiễm photphat và các phương pháp xử lý ............................................. 20 1.2.1 Ô nhiễm photphat .................................................................................. 20 1.2.2 Xử lý ô nhiễm photphat ........................................................................ 21 1.3 Sử dụng Than hoạt tính và Zirconi trong hấp phụ xử lý Asen và photphat 24 1.3.1 Than hoạt tính........................................................................................ 24 1.3.2 Cố định Zr trên chất mang để loại bỏ As và Photphat .......................... 27 Chương 2: THỰC NGHIỆM................................................................................. 35 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn .......................................... 35 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................. 35 2.1.2 Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 35 2.2 Hóa chất, dụng cụ ....................................................................................... 35 1
2.2.1 Dụng cụ ................................................................................................. 35 2.2.2 Hóa chất và vật liệu ............................................................................... 36 2.3 Các phương pháp phân tích sử dụng trong thực nghiệm ............................ 38 2.3.1 Phương pháp xác định PO43- ................................................................. 38 2.3.2 Xác định As bằng phương pháp thủy ngân bromua ............................. 39 2.3.3 Xác định Zr bằng phương pháp so màu với arsenazo (III) ................... 41 2.4 Cố định Zirconi trên than hoạt tính và nhựa XAD-7 .................................. 43 2.4.1 Cố định Zr (IV) trên nhựa XAD-7 ........................................................ 43 2.4.2 Chế tạo vật liệu than hoạt tính cố định Zr(IV) ...................................... 44 2.5 Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu hấp phụ .......................... 44 2.5.1 Phương pháp tính toán tải trọng hấp phụ cực đại.................................. 44 2.5.2 Xác định giá trị pH trung hòa điện của vật liệu .................................... 45 2.5.3 Nhiễu xạ Rơnghen X (X-ray diffactionXRD) ....................................... 46 2.5.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM).............................................. 48 2.5.5 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) ................................. 50 Chương 3:KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 51 3.1 Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ ........................................................... 51 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit trong quá trình chế tạo vật liệu than hoạt tính cố định Zr (IV) ........................................................................ 51 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian trong quá trình chế tạo vật liệu than hoạt tính cố định Zr (IV) ................................................................................ 53 2
3.1.3 Khảo sát đánh giá đặc tính của một số loại vật liệu .............................. 54 3.2 Khảo sát khả năng hấp phụ asen và phophat các vật liệu ........................... 61 3.2.1 Khảo sát tải trọng hấp phụ photphat của các vật liệu ............................ 61 3.2.2 Khảo sát tải trọng hấp phụ As của các vật liệu ..................................... 68 3.2.3 Đánh giá khả năng hấp phụ photphat và asen của các vật liệu ............. 76 3.3 Nghiên cứu khả năng ứng dụng xử lý asen của vật liệu ............................. 79 3.3.1 Nghiên cứu khả năng giải hấp tái sử dụng của vật liệu ........................ 79 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các anion đến khả năng hấp phụ As của vật liệu .................................................................................................................. 80 3.3.3 Khảo sát hấp phụ động của vật liệu với As ........................................... 83 3.3.4 Kết quả xử lý mẫu thực tế ..................................................................... 84 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 87 3
LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, tình hình ô nhiễm nguồn nước nói chung và nguồn nước sinh hoạt nói riêng bởi asen là vấn đề toàn xã hội quan tâm khi nhu cầu về chất lượng cuộc sống ngày càng cao. Theo các nghiên cứu gần đây, người dân Hà Nội và một số tỉnh miền bắc (thuộc đồng bằng sông Hồng), miền nam (thuộc đồng bằng sông Cửu Long) đang phải sử dụng nước có hàm lượng asen cao gấp từ 10 đến hàng trăm lần tiêu chuẩn nước sạch. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng và trực tiếp tới sức khoẻ của con người, do sự độc hại của asen mang lại. Nó gây ra rất nhiều loại nguy hiểm như ung thư da, phổi... Đây là vấn đề đáng báo động với chúng ta. Việc loại bỏ photphat trong nước thải của các đô thị, nhà máy hay xí nghiệp cũng như việc loại bỏ asen trong nước đặc biệt là nguồn nước ngầm là vô cùng cần thiết và cấp bách. Than hoạt tính từ lâu đã được sử dụng để làm sạch nước. Tuy nhiên, ứng dụng của nó trong xử lý nước mới chỉ dừng lại ở việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ và một số các thành phần không phân cực có hàm lượng nhỏ trong nước. Với mục đích khai thác tiềm năng ứng dụng của than hoạt tính trong việc xử lý nước sinh hoạt, đặc biệt là loại bỏ asen và photphat, chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu đề tài: ―Nghiên cứu xử lý các hợp chất asen và photphat trong nguồn nước ô nhiễm với than hoạt tính cố định Zr (IV)‖. 4
Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Ô nhiễm Asen và phương pháp xử lý 1.1.1 Dạng tồn tại của Asen trong tự nhiên Asen (số hiệu nguyên tử 33) là một nguyên tố rất phổ biến và xếp thứ 20 trong tự nhiên, chiếm khoảng 0.00005% trong vỏ trái đất, xếp thứ 14 trong nước biển và thứ 12 trong cơ thể người [4]. Nó có trong hầu hết các loại đá với hàm lượng từ 0,5 đến 2,5 mg/Kg. Asen ở dạng tinh thể có màu xám bạc, ròn và có khối lượng nguyên tử là 74,9; trọng lượng riêng là 5,73, tan chảy ở nhiệt độ 8170 C (dưới áp suất 28 atm), sôi ở 6130 C và áp suất hóa hơi 1mm Hg ở 3720 C. Kể từ khi nó được tinh chế vào năm 1250 sau công nguyên bởi Albertus Magnus, nguyên tố này liên tục là trung tâm của các cuộc tranh luận. Asen di chuyển trong tự nhiên nhờ các hoạt động của thời tiết, của hệ sinh vật, các hoạt động địa lý, các đợt phun trào núi lửa và các hoạt động của con người. Mỗi năm sự sói mòn đất và thẩm thấu đưa vào các đại dương 612x108 và 2380x108 gam asen. Hầu hết các vấn đề arsen trong môi trường là kết quả của sự lưu chuyển asen dưới các điều kiện tự nhiên. Tuy nhiên, các hoạt động khai thác mỏ, cùng với khai thác nhiên liệu hóa thạch, sử dụng thuốc trừ sâu có asen, các thuốc diệt cỏ, các chất làm khô nông sản, các phụ gia có asen trong thức ăn chăn nuôi cũng tạo ra thêm những ảnh hưởng. Arsen tồn tại với số oxi hóa -3, 0, +3 và +5. Các trạng thái tự nhiên bao gồm các asenious axit (H3AsO3, H3AsO3, H3AsO32-,…), các asenic axit (H3AsO4, H3AsO4-, H3AsO42-,…) các asenit, asenat, metyl-asenic axit, dimethylarsinic axit, arsine,… Hai dạng thường thấy trong tự nhiên của arsen là asenit (AsO33-) và asenat (AsO43-), được xem như Asen (III) và Asen (V). Dạng As (V) hay các asenat gồm AsO43-, HAsO42-, H2AsO4- dạng As (III) hay các asenit gồm H3AsO3, 5
H2AsO3-, HAsO32- và AsO33-. Các dạng tồn tại của Asen trong tự nhiên phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường. 1.1.1.1 Ảnh hưởng của pH [5] Hình 1.1 Ảnh hưởng của pH đến dạng tồn tại của Asen Một số dạng dạng tồn tại của As: As (III), As (V), chịu cân bằng axit-bazơ, vì thế sự có mặt của các dạng tồn tại chính và các dạng phụ sẽ dựa vào pH. As(OH)3 sẽ phân ly liên tiếp trong môi trường như sau: H3AsO3 ↔ H2AsO3- + H+ pK1 = 9,2 H2AsO3- ↔ HAsO32- + H+ pK2 = 12,1 HAsO32- ↔ AsO33- + H+ pK3 = 12,7 Hình 1.1 cho thấy tại pH trung tính, H3AsO3 chiếm tỉ lệ chính trong khi H2AsO3- chỉ chiếm 1 tỉ lệ rất nhỏ (
Tại pH 7, cân bằng chủ yếu tồn tại dạng H2AsO4- và HAsO42-. Ở pH < 5, As (V) dường như chỉ còn dạng H2AsO4-, sự có mặt của các dạng khác không đáng kể. 1.1.1.2 Ảnh hưởng của pH-Eh Thế ôxi-hóa khử và pH là các yếu tố quyết định đến dạng tồn tại của Asen trong. Ở điều kiện ôxi-hóa, và pH thấp (nhỏ hơn 6,9) dạng H2AsO4- chiếm đa số, trong khi ở pH cao HAsO42- lại chiếm ưu thế (H3AsO40 và AsO43- chỉ có thể tồn tại trong môi trường axit đăc hoặc bazơ đặc mà thôi). Dưới điều kiện khử và pH thấp (nhỏ hơn 9,2) dạng As (III) không mang điện chiếm đa số H3AsO30 (Hình 1.2)[23] Hình 1.2 Đồ thị Eh-pH các dạng tồn tại của As trong hệ gồm As-O2-H2O tại 25oC và áp suất 1 bar [23] Quá trình hấp phụ cũng là một yếu tố quyết định đến các dạng tồn tại của asen. Các phân tử sắt oxit được biết có khả năng hấp phụ tốt As vì vậy nó là yếu tố quyết định đến sự di chuyển của asen trong nước ngầm, do có hàm lượng sắt 7
trong nước tương đối lớn mà nhiều vùng nước ngầm bị ô nhiễm asen cao, nhưng khi qua quá trình xử lý sắt (lọc cát…) thì hàm lượng asen đạt tiêu chuẩn nước sạch [7][22]. Hình 1.3 cho biết các dạng tồn tại của As trong hệ As-Fe-H2O ở đó có xét đến sự hấp phụ asen trên FeOOH (Hfo). Đồ thị cho thấy khả năng hấp phụ tốt asen (asenate) ở vùng pH gần trung tính và điều kiện ôxi hóa và khử yếu. Ở điều kiện ôxi hóa, dạng tồn tại của As trong dung dịch tăng ở cả 2 vùng pH, khi pH tăng hoặc giảm. Ở điều kiện ôxi hóa mạnh, các dạng asenite chiếm ưu thế ở một vùng pH rộng, do liên kết của nó với Hfo không ổn định [20]. Hình 1.3 Đồ thị Eh-pH của hệ As-Fe-H2O [20] 1.1.2 Độc tính của Asen Asen có độc tính đối với cả thực vật và động vật, nó được chứng minh là nhân tố gây ung thư đối với con người. Tính độc của Asen đối với sức khỏe con người theo các mức độ từ tổn thương da đến ung thư não, gan, thận và dạ dày. Độc tính của Asen được xác định phụ thuộc vào các dạng tồn tại của Asen. Đối với cơ thể sống, bao gồm con người và các động vật khác, những dạng Asen vô cơ thường độc hơn các dạng As hữu cơ. Chỉ số LD50 qua miệng (liều lượng gây 8
chết trung bình 50% quần thể nghiên cứu) đối với Asen vô cơ tương ứng là 15- 293mg/kg và 11-150mg/kg thể trọng của chuột và các động vật thí nghiệm khác. Tiếp xúc với 70-80 mg As2O3 qua đường ăn uống được xác định là nguy hiểm đến tính mạng đối với con người [5]. Asenit (As III) thường độc hơn là Asenat (As V). Độc tính của các hợp chất asen đối với sinh vật dưới nước tăng theo dãy: asin> asenit>asenat>hợp chất asen hữu cơ. Cơ chế biến đổi sinh học của asen trong cơ thể người rất phức tạp, tuỳ theo từng hợp chất. Hiện nay chưa có biện pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc asen.  Asen vô cơ. Asen vô cơ có thể phá huỷ các mô trong hệ hô hấp, trong gan và thận. Nó tác động lên các enzim hoạt động đảm bảo cho quá trình hô hấp. Các nghiên cứu đã chỉ ra cơ chế gây độc chính của asen là do sự liên kết của nó với các nhóm sunfuahydryl SH, làm mất chức năng hoạt động của enzim. SH SH 2 OH - A s - O- AsO3-3 Enzym + + Enzym SH SH Asen(V) ức chế các enzim sinh năng lượng cho tế bào như các enzim sinh ra ATP làm chu trình xitric bị kìm hãm. O P O3 2 - OPO32- + PO43- ATP H C OH H C OH C O C O O H P O 32- OPO32- H C OH Ph©n huû thµnh s¶n phÈm ®Çu C O O AsO33- 9
 Asen hữu cơ. Các hợp chất asen(V) (R-AsO3H2) ít ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim nhưng trong những điều kiện thích hợp chúng có thể khử về dạng asen(III) độc hơn. Các hợp chất asen(III) bao gồm aseno và asenoso . Các hợp chất aseno (R-As=As-R) bị oxi hoá dễ dàng ngay cả khi có vết oxi, tính hoạt động của chúng được cho là do sự chuyển hoá thành các dẫn xuất aseno tương ứng. Các dẫn xuất này có thể được chia thành các hợp chất thế một lần và các hợp chất thế hai lần theo phản ứng của chúng với nhóm sunfuahydryl . Những hợp chất thế một lần, ví dụ R-As=O, phản ứng với enzim chứa nhóm -SH. SR' R-As R-As 2R'SH + O SR' Một số enzim chứa hai nhóm thiol có thể phản ứng với hợp chất asen thế một lần, bằng cách đó tạo ra cấu trúc vòng 5 cạnh. Phản ứng này thuận nghịch với đithiol. Axit liponic, cần thiết cho giai đoạn đầu trong sự oxi hoá của piruvate, bị ức chế bằng cách này bởi liuzit (sử dụng làm khí độc). C H2 S S SH protein + ClCH C HA s H 2 protein AsCH C HC l + B A L S SH S CH CH2OH 1.1.3 Tình trạng ô nhiễm Asen Hiện nay do sự bùng nổ dân số thế giới, vấn đề cung cấp nước sạch cho sinh hoạt đang là một vấn đề lớn mà xã hội quan tâm. Trong khi nguồn nước bề mặt: sông, suối, ao, hồ đang ngày càng bị ô nhiễm nặng bởi nước thải sinh hoạt, nước thải từ các nhà máy công nghiệp thì việc sử dụng nguồn nước ngầm như là một giải pháp hữu hiệu cho việc cung cấp nước sạch. Nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn 10
chất lượng nước bề mặt. Trong nước ngầm, hầu như không có các hạt keo hay cặn lơ lửng, các chỉ tiêu vi sinh trong nước ngầm cũng tốt hơn. Tuy nhiên, khi khai thác nguồn nước ngầm, chúng ta phải đối mặt với một vấn đề rất đáng lo ngại, đó là việc nhiễm độc kim loại nặng, đặc biệt là asen. Nguồn asen có trong nước ngầm chủ yếu do sự hoà tan các hợp chất có chứa asen trong đất, đá do quá trình phong hoá, hoạt động núi lửa và một phần do quá trình sản xuất công, nông nghiệp tạo ra 1.1.3.1. Ô nhiễm Asen trên thế giới Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu người đã bị bệnh đen và rụng móng chân, sừng hoá da, ung thư da… do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ Asen cao. Nhiều nước đã phát hiện hàm lượng Asen rất cao trong nguồn nước sinh hoạt như Canada, Alaska, Chile, Arhentina, Trung Quốc, India, Thái Lan, Bangladesh ... Sự có mặt của Asen ở các vùng khác nhau trên thế giới được tổng hợp trong bảng 1 và hình 2 [20]. Bảng 1.1 Hàm lượng asen ở các vùng khác nhau trên thế giới 11
Hình 1.4 Bản đồ phân bố khu vực ô nhiễm asen trên thế giới [20] Ở Trung Quốc, trường hợp bệnh nhân nhiễm độc Asen đầu tiên được phát hiện từ năm 1953. Số liệu thống kê cho thấy 88% nhiễm qua thực phẩm, 5% từ không khí và 7% từ nước uống. Đến năm 1993 mới có 1546 nạn nhân của căn bệnh Asenicosis (bệnh nhiễm độc Asen) nhưng cho đến thời điểm này đã phát hiện 13500 bệnh nhân trong số 558000 người được kiểm tra ở 462 làng thuộc 47 vùng bị liệt vào khu vực nhiễm Asen cao. Trên cả nước Trung Quốc có tới 13 - 14 triệu người sống trong những vùng có nguồn gốc bị ô nhiễm Asen cao, tập trung nhiều nhất ở tỉnh An Huy, Sơn Tây, Nội Mông, Ninh Hạ, Tân Cương. Tại Sơn Tây đã phát hiện 105 làng bị ô nhiễm Asen. Hàm lượng Asen tối đa thu được trong nước uống là 4,43 mg/l gấp tới 443 lần giá trị Asen cho phép của tổ chức y tế thế giới WHO (10μg/l). Khu vực có vấn đề lớn nhất là vùng đồng bằng châu thổ sông Ganges nằm giữa Tây Bengal của Ấn Độ và Bangladesh (Chowdhury và cộng sự, 1999). Ở Tây Bengal, trên 40 triệu người có nguy cơ nhiễm độc Asen do sống trong các 12
khu vực có nồng độ Asen cao. Tới nay đã có 0,2 triệu người bị nhiễm và nồng độ Asen tối đa trong nước cao gấp 370 lần nồng độ cho phép của WHO. Tại Bangladesh, trường hợp đầu tiên nhiễm Asen mới được phát hiện vào năm 1993, nhưng cho đến nay có tới 3000 người chết vì nhiễm độc Asen mỗi năm và 77 triệu người có nguy cơ nhiễm Asen. Tổ chức Y tế Thế giới đã phải coi đây là "vụ nhiễm độc tập thể lớn nhất trong lịch sử". Con số bệnh nhân nhiễm độc Asen ở Archentina cũng có tới 20 000 người. Ngay cả các nước phát triển mạnh như Mỹ, Nhật Bản cũng đang phải đối phó với thực trạng ô nhiễm Asen. Ở Mỹ, theo những nghiên cứu mới nhất cho thấy trên 3 triệu người dân Mỹ có nguy cơ nhiễm độc Asen, mức độ nhiễm Asen trong nước uống dao động từ 0,045 – 0,092 mg/l. Còn ở Nhật Bản, những nạn nhân đầu tiên có triệu chứng nhiễm Asen đã được phát hiện từ năm 1971, cho đến năm 1995 đã có 217 nạn nhân chết vì Asen. 1.1.3.2. Ô nhiễm Asen tại Việt Nam Do cấu tạo tự nhiên của địa chất, nhiều vùng của nước ta nước ngầm bị nhiễm Asenic (thạch tín). Theo thống kê chưa đầy đủ, hiện có khoảng hơn 1 triệu giếng khoan, nhiều giếng trong số này có nồng độ Asen cao hơn từ 20-50 lần theo tiêu chuẩn của Bộ Ytế 0,01mg/l, gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ, tính mạng của cộng đồng. Vùng nước bị nhiễm Asen của nước ta khá rộng nên việc cảnh báo nhiễm độc từ nước giếng khoan cho khoảng 10 triệu dân là rất cần thiết. Những nghiên cứu gần đây cho thấy vùng châu thổ sông Hồng có nhiều giếng khoan có hàm lượng Asen cao vượt quá tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và vượt quá tiêu chuẩn Bộ Y tế Việt Nam (0,01mg/l). Những vùng bị ô nhiễm nghiêm trọng nhất là phía Nam Hà Nội, Hà Nam, Hà Tây, Hưng Yên, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình và Hải Dương (Hình 1.5). 13
Hình 1.5 Bản đồ ô nhiễm asen tại miền bắc Nghiên cứu, khảo sát hiện trạng nhiễm asen trong nước ngầm khu vực Hà nội, từ năm 1998 đến 2004, các kết quả cho thấy mức độ nhiễm asen (trên 0,05 mg/L) trung bình khoảng 30% số điểm giếng khảo sát; và mức độ trên 0,01 mg/L là khoảng 50% (hình 1.6) [7]. Khảo sát hiện trạng nhiễm asen trong tám bãi giếng đang khai thác nước ngầm phục vụ cho các nhà máy nước thuộc Hà nội cho thấy: Nguồn nước thô tại các bãi giếng Mai Dịch (I), Ngọc Hà (II), và Lương Yên (V) gần như không bị nhiễm asen (dưới 0,05 mg/L); Các bãi giếng còn lại đều bị nhiễm asen trên 0,05 mg/L, đặc biệt là Yên Phụ (III), Hạ Đình (VI) và Pháp Vân (VIII) bị nhiễm khá nặng. Nhưng nguồn nước sau xử lý có nồng độ asen giảm đi rõ rệt, chỉ xấp xỉ trên mức tiêu chuẩn (0,01 mg/L) hoặc đã đạt tiêu chuẩn nước không nhiễm asen (Hong Con, Tran 2001). Bản đồ nhiễm asen của các bãi giếng đang khai thác được thể hiện trên hình 1.7. 14
Hình 1.6 Tình hình nhiễm asen ở Hà nội 12/1999 (A-Đông Anh, B-Từ Liêm, C-Gia Lâm, D-Thanh Trì) Hình 1.7 Tình hình nhiễm asen trong nước ngầm tại một số bãi giếng khai thác nước ngầm của Hà nội, 2001 (I. Mai Dịch, II. Ngọc Hà, III. Yên Phụ, IV. Ngô Sỹ Liên, V. Lương Yên, VI. Hạ Đình, VII. Tương Mai, VIII. Pháp Vân) 15
Khảo sát mức độ ô nhiễm asen tại 4 làng (Vinh Tru, Bo De, Hoa Hau, Nhan Dao) thuộc tỉnh Hà Nam, Pham Hung Viet et al [19] thấy nồng độ asen có trong nước ngầm ở 3 làng (Vinh Tru, Bo De, Hoa Hau) vượt quá nhiều lần tiêu chuẩn cho phép của bộ y tế. Cụ thể hàm lượng asen trung bình trong nước ngầm ở 3 làng lần lượt là: 348, 211, 325 µg/L. Hàm lượng asen trong nước sau khi được xử lý bằng phương pháp lọc cát giảm rõ rệt (hiệu suất loại bỏ asen từ 70-98%) nhưng chưa đủ để đưa hàm lượng asen về tiêu chuẩn cho phép của bộ y tế. Hàm lượng sắt có trong nước ngầm rất cao của 4 làng (Vinh Tru – 18,1 mg/L, Bo De – 23,9 mg/L, Hoa Hau – 23,1 mg/L, Nhan Dao – 40,8 mg/L) là nguyên nhân chính giúp quá trình lọc cát đạt được hiệu quả cao trong xử lý asen. Ở vùng đồng bằng sông Cửu Long (Mekong) theo nghiên cứu mới đây của Kim Phuong Nguyen et al, 2009 [8] , trong báo cáo này các tác giả đã nghiên cứu sự có mặt của Asen trong nước ngầm, tại 47 giếng khoan ở 12 vùng thuộc các tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long. Các kết quả nghiên cứu cho thấy: 38,3% các mẫu nghiên cứu có nồng độ As vượt quá tiêu chuẩn cho phép của Bộ Y Tế (100 µg/L, tập trung chủ yếu ở Tan Chau, An Phong, Lai Vung. 16
Hình 1.8 Bản đồ ô nhiễm As tại lưu vực sông MeKong –Việt Nam [8] 1.1.4 Một số công nghệ xử lý ô nhiễm asen 1.1.4.1 Công nghệ kết tủa, lắng/lọc Hầu hết các phương pháp xử lý asen đều liên quan đến quá trình kết tủa và lọc, hoặc sử dụng muối kim loại hoặc làm mềm nước bằng vôi. Phương pháp xử lý này rất có hiệu quả khi loại bỏ các chất rắn lơ lửng và hoà tan ngoài asen như độ đục, sắt, mangan, phốt phát và florua. Nó còn có hiệu quả trong việc làm giảm mùi, mầu và giảm nguy cơ hình thành các chất ô nhiễm thứ cấp. Quá trình kết tủa và lọc để loại bỏ asen cũng sẽ làm tăng chất lượng nước. 17
Muối kim loại thường dùng là muối nhôm và muối sắt clorua hoặc sunphat. Hiệu quả xử lý asen bằng muối nhôm hoặc muối sắt ở quy mô phòng thí nghiệm có hiệu quả xử lý tới 99% ở các điều kiện tối ưu và nồng độ asen còn lại dưới 1mg/L. Còn đối với các hệ xử lý thực tiễn ngoài hiện trường thì hiệu quả xử lý thấp hơn khoảng từ 50 đến 90%. Trong quá trình keo tụ và lắng/lọc, asen được loại bỏ thông qua ba cơ chế chính: o Kết tủa: Sự hình thành của các hợp chất ít tan nh Al(AsO4) hoặc Fe(AsO4) o Cộng kết: Kết hợp các dạng asen tan vào các pha hydroxit kim loại o Hấp phụ: Sự liên kết tĩnh điện họăc các lực vật lý khác của asen tan với bề mặt của các hạt hydroxit kim loại. Cả ba cơ chế này có thể sử dụng độc lập đối với quá trình loại bỏ chất ô nhiễm. 1.1.4.2 Công nghệ hấp phụ và trao đổi ion Phương pháp hấp phụ là tạo ra các vật liệu có diện tích bề mặt lớn, có ái lực lớn với các dạng asen hoà tan và sử dụng các vật liệu đó để loại bỏ asen ra khỏi nước. Người ta đã phát hiện ra khả năng hấp phụ asen của nhôm oxit đã hoạt hoá (Al2O3), các vật liệu có chứa oxit, hyđroxit sắt, các loại quặng sắt tự nhiên: limonit, laterit... Trao đổi ion có thể được xem là một dạng đặc biệt của phương pháp hấp phụ. Trao đổi ion là quá trình thay thế vị trí của các ion bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn bởi các ion hoà tan trong dung dịch. Nhựa trao đổi ion được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý nước để loại bỏ các chất hoà tan không mong muốn ra khỏi nước. Các loại nhựa này có một bộ khung polyme liên kết ngang, được gọi là nền. Thông thường, nền này được tạo thành do polystyren liên kết ngang với đivinylbenzen. Các nhóm chức tích điện liên kết với nền thông qua các liên kết 18
cộng hoá trị. Phương pháp này rất hiệu quả trong việc loại bỏ asen. Tuy nhiên, nếu trong dung dịch, nồng độ các ion cạnh tranh với asen (như sunfat, florua, nitrat...) lớn, hiệu suất của quá trình sẽ giảm đi một cách đáng kể. 1.1.4.3. Các phương pháp vật lý Một số kĩ thuật như: thẩm thấu ngược, màng lọc nano, điện thẩm tách có khả năng loại bỏ tất cả các dạng asen cùng các muối khoáng hoà tan ra khỏi nước. Trong quá trình này, người ta cho nước chảy qua một màng lọc đặc biệt, các chất gây ô nhiễm được giữ lại nhờ các tương tác vật lý. Để xử lý nước bằng phương pháp lọc màng, trước hết người ta phải loại bỏ các chất rắn lơ lửng và đưa asen về dạng As(V). 1.1.4.4 Phương pháp sử dụng thực vật (phytoremediation) Xử lý ô nhiễm bằng thực vật là công nghệ thân thiện với môi trường, ứng dụng phương pháp này trong xử lý As ở những vùng ô nhiễm As đã được một số tác giả nghiên cứu gần đây. Cây dương xỉ Pteris vittata ở Trung Quốc, , được phát hiện có khả năng chống lại Asenic và có khả năng hấp thu 1 lượng lớn As trong lá lược. Khả năng xử lý ô nhiễm As trong đất và nước sử dụng cây dương xỉ P. vittala đã được (Huang et al., 2004; Elless et al., 2005; Wei and Chen, 2006; Anderson and Walsh, 2007) nghiên cứu kỹ [5]. Một số cây khác cũng cho thấy chúng có khả năng hấp thu 1 lượng lớn As từ môi trường (Francesconi et al., 2002 a ,b; Meharg, 2003; Du et al., 2005; Keller et al., 2007; Tripathi et al., 2007; Gonzaga et al., 2008; Zhang et al., 2008) [5]. Cơ chế chống chịu với As của mỗi loại cây là khác nhau. Có giả thuyết cho rằng sự hấp thu 1 lượng lớn As có liên quan với các phân tử vòng càng có trong cytoplasm trong cây. Ví dụ, dạng hoạt động As (III)-glutaredoxin tạo thành từ cây dương xỉ P. Vittata L. có khả năng điều chỉnh lượng As trong tế bào (Sundaram et al., 2008) [5]. Sử dụng phương pháp trồng cây để làm hấp thu, loại bỏ lượng As 19