Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3
• Asen trong nước dưới đất cao có nguồn gốc từ nước thải công nghiệp
(như ở khu vực Việt Trì).
Tuy nhiên, cũng không loại trừ ô nhiễm là do tác động của con người như
gần các nhà máy hoá chất, những khu vực dân tự động đào và lấp giếng không đúng
tiêu chuẩn kỹ thuật khiến chất bẩn, độc hại bị thẩm thấu xuống mạch nước. Theo
điều tra của UNICEF, asen có trong tất cả đất, đá, các trầm tích được hình thành từ
nghìn năm trước tại Việt Nam, với nồng độ khác nhau. Thạch tín từ đá tan vào các
mạch nước ngầm. Vì vậy, mọi nơi trên lãnh thổ Việt Nam đều có nguy cơ nhiễm
asen.
1.3.Tác hại của ô nhiễm Asen .Asen - “sát thủ” vô hình
Asen không gây mùi khó chịu khi có mặt trong nước, cả
khi ở hàm lượng có thể gây chết người, nên không thể phát hiện.
Vì vậy, các nhà khoa học còn gọi asen là “sát thủ vô hình”.
Theo Tổ chức Y tế thế giới WHO cứ 10.000 người thì có 6
người bị ung thư do sử dụng nước ăn có nồng độ asen > 0,01 mg/l nước.Tại
Bangladesh, Ấn Độ, Việt Nam và Chile, thạch tín (asen) là mối đe dọa lớn đối với
sức khoẻ người dân.
Asen là một chất rất độc. Có thể chết ngay nếu uống một lượng bằng nửa hạt
ngô (bắp). Nếu bị ngộ độc cấp tính bởi asen sẽ có biểu hiện: khát nước dữ dội, đau
bụng, nôn mửa, tiêu chảy, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt rồi thâm tím, bí tiểu và tử
vong nhanh. Nếu bị nhiễm độc asen ở mức độ thấp, mỗi ngày một ít với liều lượng
dù nhỏ nhưng trong thời gian dài sẽ gây: mệt mỏi, buồn nôn và nôn, hồng cầu và
bạch cầu giảm, da sạm, rụng tóc, sút cân, giảm trí nhớ, mạch máu bị tổn thương, rối
loạn nhịp tim, đau mắt, đau tai, viêm dạ dày và ruột, làm kiệt sức, ung thư
Trang 5
Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3
Ảnh hưởng độc hại đáng lo ngại nhất của asen tới sức khoẻ là khả năng gây
đột biến gen, ung thư, thiếu máu, các bệnh tim mạch (cao huyết áp, rối loạn tuần
hoàn máu, viêm tắc mạch ngoại vi, bệnh mạch vành, thiếu máu cục bộ cơ tim và
não), các loại bệnh ngoài da (biến đổi sắc tố, sạm da, sừng hoá, ung thư da ), tiểu
đường, bệnh gan và các vấn đề liên quan tới hệ tiêu hoá, các rối loạn ở hệ thần kinh
- ngứa hoặc mất cảm giác ở chi và khó nghe. Sau 15 - 20 năm kể từ khi phát hiện,
người nhiễm độc thạch tín sẽ chuyển sang ung thư và chết.
Chương 2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ
NGOÀI NƯỚC
2.1.Các nghiên cứu ở nước ngoài
2.1.1. Giải độc thạch tín
Đại học Kalyani, Ấn Độ, đã tìm ra một phương pháp hiệu quả và rẻ tiền giải
độc asen trong cơ thể của những người sử dụng nước ngầm ô nhiễm bằng thuốc giải
độc có tên arsenicum album. Tuy nhiên, loại thuốc này vẫn đang trong thời gian thử
nghiệm.
Trong trường hợp đã bị nhiễm độc asen, muốn giảm bớt các triệu chứng của
bệnh do asen, người bệnh cần được đảm bảo chế độ ăn uống thật tốt, giảm protein,
bổ sung các vitamin để giúp cơ thể thải loại asen nhanh hơn. Bên cạnh đó, bệnh
nhân có thể dùng thuốc giúp gan thải asen ra khỏi cơ thể như thuốc DMPS và
DMSA. Tuy nhiên phải có sự hướng dẫn của bác sĩ vì đây là những loại thuốc có
thể gây ra nhiều phản ứng phụ.
2.1.2. Dò nước ô nhiễm asen bằng vi khuẩn phát sáng
Trang 6
Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3
Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ môi trường Thụy Sĩ
đã lợi dụng khả năng nhạy cảm với asen của vi khuẩn Escherichia coli để biến đổi
gen sao cho chúng phát sáng khi dò thấy asen trong nước. Thành công trên có thể
cứu sống nhiều người đang sử dụng nước ngầm bị ô nhiễm loại chất độc tự nhiên
này. E.coli hiện cũng đang được thử nghiệm tại Việt Nam, chi phí thấp mà không bị
giải phóng các hoá chất độc hại vào môi trường.
2.2.Các nghiên cứu ở trong nước
2.2.1.Cách nhận biết Asen
Theo Tiến sĩ Trần Hồng Côn, Bộ môn Công nghệ hoá học, Đại học Khoa
học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, không thể nhận biết được asen trong nước
qua cảm quan. Kể cả nước trong và có cảm giác sạch vẫn có thể chứa chất độc này.
Việc đun sôi và lọc vi trùng cũng không loại được asen, mangan và một số kim loại
nặng khác.
Với bộ kit thử asen của Viện Địa chất, chỉ mất 7 phút để phát hiện có độc
chất asen trong nước hay không. Bộ kít có có giá 150.000 đồng, thử được 25 lần.
Với bộ kit này, có thể xác định được hàm lượng Asen trong nước từ 0,005mg/l đến
1,5mg/l
Bộ kit bao gồm một lọ phản ứng, một lọ giấy chỉ thị Asen, một lọ bột khử
cho 25 lần thử, một lọ dung dịch As-1 và panh gắp. Tất cả được chứa trong một
chiếc túi nhựa có kích cỡ bằng bàn tay. Người sử dụng chỉ cần đặt giấy chỉ thị vào
nắp lọ phản ứng, đổ mẫu nước, dung dịch và bột khử vào lọ phản ứng theo chỉ dẫn
rồi đậy chặt nắp lại. Nếu giấy chỉ thị chuyển sang màu vàng là biết nước có nhiễm
asen.
2.2.2.Chế tạo bình lọc asen trong nước sinh hoạt
Trang 7
Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3
Sử dụng đất sét, đá ong, đá son (limônit) đã được biến tính, các chuyên gia
khoa Hoá, Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, đã chế tạo thành công thiết bị xử lý
asen trong nước sinh hoạt, rất an toàn, tiện lợi cho các hộ gia đình.
Về cơ bản, bình lọc có cấu tạo như các bình lọc thông thường nhưng bộ cột
lọc có tính năng ôxy hoá và hấp phụ để giữ lại asen. Bình lọc có thể bằng inox hoặc
nhựa với hai ngăn. Ngăn thứ nhất chứa một cột hấp phụ làm từ các hạt đất sét, đá
ong và đá son đã được biến tính nhiệt và biến tính nhiệt hoá. Khi nước chảy qua cột
này, asen và mangan trong nước sẽ bị giữ lại, còn nước sạch chảy vào ngăn thứ hai
để sử dụng.
Theo tính toán, thiết bị xử lý asen quy mô hộ gia đình bằng inox có dung tích
20 lít có giá thành khoảng 450.000 đồng. Thiết bị tương tự nhưng bằng nhựa có giá
thành khoảng 300.000 đồng. Khi sản xuất hàng loạt, giá có thể rẻ hơn. Hộ gia đình
5 người sử dụng nước ăn uống thì trung bình một năm phải thay cột hấp phụ một
lần với chi phí khoảng 20.000 đồng.
Asen thu hồi triệt để có thể sử dụng vào mục đích khác hoặc đem chôn lấp
an toàn.
Bình lọc asen
Chất hấp phụ - đá ong
Chương 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
Arsenic hiện diện trong nước ngầm ở trạng thái yếm khí dưới dạng As(III)
(arsenite) trung tính. Khi tiếp xúc với không khí (nước mặt) một phần lớn As(III) sẽ
Trang 8
Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3
hoán chuyển thành As(V) (arsenate) và cho ra ion âm. Do đó mọi phương pháp xử
lý đều tập trung vào việc khử arsenate.
3.1.Phương pháp kết tủa
Arsenat, AsO
4
3-
có khả năng tạo thành một số hợp chất kết tủa có độ tan thấp
như sắt arsenat FeAsO
4
, canxi Arsenat Ca
3
(AsO
4
)
2
, hay mangan arsenat Mn
3
(AsO
4
)
2
.
Ion sắt, canxi, mangan, thường gặp trong nước ngầm và cũng cần được xử lý: loại
bỏ sắt, mangan hay khử cứng cho nước bằng phương pháp vôi, sôđa. Trong các quá
trình xử lý đó có thể loại bỏ được một phần arsen hoặc có thể bổ xung trực tiếp các
yếu tố gây kết tủa từ ngoài vào.
Khi đưa Fe III, chủ yếu là FeCl
3
vào nước, sắt Arsenat hình thành rất nhanh
(khoảng 10 giây) thành không tan. Tích số tan của sắt arsenat là 10
-20
mol
2
/l
2
, vì vậy
nồng độ của arsen dư trong nước sau kết tủa theo tính toán lý thuyết là 0.0195µg/l.
Điều kiện pH tối ưu cho kết tủa arsen 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 arsen nằm ở dạng hợp chất trung hoà không tham gia
phản ứng kết tủa. Phản ứng tạo ra mangan arsenat cũng có thể tiến trình tương tự.
Kết tủa arsen dưới dạng sản phẩm không tan chỉ có thể thực hiện được với As(V),
tức là trước đó cần oxy hoá triệt để As(III) thành As(V). Sau khi kết tủa arsen, nước
được lọc, hợp chất arsen 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.
Sơ
Trang 9
B Precipitation
NƯỚC
RỬA
HỒ
ỔN
ĐỊNH
LẮNG
GIÀN
MƯA
KẾT
TỦA
NGUỒN
CẶN
LỌC
KHỬ TRÙNG
CẤP
NƯỚC
Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3
Nhiều nguồn nước chứa đồng thời cả sắt hay mangan hoặc độ cứng cao, khi
xử lý các yếu tố đó là đã loại bỏ được một phần arsen.
Ưu điểm
o Có thể xử lý triệt để và nhanh chóng Asen
Khuyết điểm
o Tiêu tốn nhiều hóa chất
o Có thể làm tắc nghẽn các công trình phía sau
o Ảnh hưởng đến chất lượng nước sau xử lý
3.2.Phương pháp trao đổi ion
Nếu nguồn nước chứa As có độ khoáng thấp (<500mg/l) và ít sunfat
(<25mg/l) thì có thể sử dụng phương pháp trao đổi ion để xử lý As. Oxy hoá As(III)
thành As(V) trước khi trao đổi nhưng không cần phải điều chỉnh pH. Nước sau khi
được làm trong và clo hoá (oxy hoá)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 khá dễ
dàng với mối NaCl.
Sử dụng anionit mạnh thương phẩm ( ví dụ Dowex 11) với thời gian tiếp xúc
theo tầng rỗng 5- 6 phút đạt mức độ làm sạch rất cao. Tuy nồng độ sunfat nhưng
Trang 10
Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3
vẫn tìm ẩn nguy cơ nó 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 1,5 – 5 phút cũng ảnh hưởng không đáng kể đến hiệu quả
của 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 cả bicarbonat do hiệu ứng đảo tính chọn lọc của HAsO
4
2-
. Dung
dịch tái sinh có thể được xử lý bằng cách là bổ xung muối sắt (III) hay muối nhôm
(phèn nhôm) hoặc vôi. Phản ứng hoá học xảy ra:
3Na
2
HAsO
4
+ 3H
2
O + 2FeCl
3
↔ Fe(OH)
3
+ Fe(H
2
AsO
4
)↓ + 6NaCl
2Na
2
HAsO
4
+ NaHCO
3
+ 4Ca(OH)
2
↔ CaCO
3
↓ + Ca
3
(AsO
4
) + 3H
2
O + 5NaOH.
Lượng nhôm hay sắt sử dụng trong thực tế cao hơn so với phản ứng trên, có thể cao
hơn tới hơn 20 lần.
Sơ đồ công nghệ xử lý Asen sử dụng phương pháp trao đổi iôn
Trang 11
Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3
Ưu điểm
o Có lợi thế là không cần điều chỉnh pH của nước trong quá trình xử lý
o Có thể sử dụng muối ăn để tái sinh chất trao đổi ion với hiệu quả cao(85-100
%)
Khuyết điểm
o Không có lợi về mặt kinh tế nếu nồng độ sunfate >250mg/l và tổng lượng
cặn tan vượt 500mg/l
o Tiềm ẩn nguy cơ đẩy Asen ra khỏi nhựa trao đổi
3.3.Phương pháp hấp phụ (γ- Al
2
O
3
)
Với các nguồn nước có độ khoáng cao, phương pháp hấp phụ tỏ ra có hiệu
quả do tính tương tác đặc thù của hệ. Vật liệu hấp phụ được sử dụng là một số oxít
kim loại như nhôm, sắt, mangan, hay hỗn hợp các oxit kể trên. Arsen (dạng arsenat)
hấp phụ trên các vật liệu oxit trên theo nhiều tác giả là theo cơ chế tạo ra phức chất
bề mặt trên chất rắn. Theo đó, trước khi tạo ra liên kết hoá học chúng được hấp phụ
và nó thường là giai đoạn chậm nhất của quá trình.
Nhôm oxit dạng γ (γ- Al
2
O
3
) là chất hấp phụ arsen được sử dụng rộng rãi
nhất, vật liệu này thường là dạng hạt có kích thước không lớn (0.3-0.6mm). Nhôm
oxit có tính năng chọn lọc đối với các anion theo: OH
-
> H
2
AsO
4
-
> Si(OH)O
3-
> F
-
> HseO
3
-
> SO
4
2-
> CrO
4
2-
>> HCO
3
-
> Cl
-
> NO
3
-
> Br
-
> I
-
.
NƯỚC
RỬA
TRAO ĐỔI
ION
GIÀN
MƯA
BỂ
LẮNG
NGUỒN
CẶN
HỒ
ỔN
ĐỊNH
KHỬ TRÙNG
Trang 12
CẤP
NƯỚC
Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3
Nhôm oxit được dùng làm vật liệu hấp phụ arsen là do độ chọn lọc cao của
nó đối với hợp chất arsen. Vì là quá trình tạo phức trên bề mặt chất rắn nên diện tích
bề mặt của chất hấp phụ chỉ được sử dụng một phần, tại các trung tâm hoạt động có
khả năng tạo liên kếtt phức chất, 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 đối với arsen
cũng không cao do nồng độ của arsen trong nước thường rất nhỏ. Với nhôm oxit có
diện tích khoản 400m
2
/g dung lượng hấp phụ arsen cũng chỉ đạt 1,4mg As/ml nhôm
oxit (xấp xỉ 1,6mg/g) tại pH = 6. pH thích hợp cho quá trình hấp phụ As trên nhôm
oxit nằm trong khoảng 5.5-6.0, tại pH cao hơn, ví dụ pH=8 dung lượng hấp phụ chỉ
còn non một nửa so với nó tại pH = 6. dung lượng hấp phụ của nhôm oxit đối 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 của arsen trên nhôm oxit.
Arsen tạo phức chất trên bề mặt nhôm oxit khá bền nên khi tái sinh phải
dùng dung dịch xút 4% sau đó trung hoà lại với axit sunfuric 2%. Tuy vậy dù có
tăng nồng độ axit thì cũng chỉ tách được 50 – 70% lượng arsen trong chất hấp phụ,
do vậy dung lượng hoạt động của chu kì sau giảm 10 – 15% và nhôm oxit sẽ mất
tác dụng sau vài chu kì hoạt động. Do khó khăn trong việc tái sinh và xử lý dung
dịch tái sinh chứa nồng độ arsen cao nên một số nhà công nghệ có ý định chỉ sử
dụng cột một lần sau đó loại bỏ chất hấp phụ đã bảo hoà arsen.
Ngoài ra, Sắt oxit, Mangan dioxit gần đây cũng được sử dụng làm chất hấp
phụ arsen. Đặc biệt là Mangan dioxit có khả năng oxy hoá trực tiếp As(III) thành
As(V) ngay trong cột hấp phụ mà không cần tới oxy hoà tan.
Do có nhiều chất có thể sử dụng làm chất hấp phụ arsen mà những chất này
có thể tồn tại sẵn ở trong nước (Fe, Mn) hoặc là hoá chất dùng để xử lý nước (phèn
nhôm) nên người ta có thể tận dụng các yếu tố trên để xử lý arsen đồng thời loại bỏ
các thành phần đó. Để đạt hiệu quả tốt cần chú ý tới các điều kiện oxy hoá As(III)
thích hợp vì tính hấp phụ của As(III) thấp hơn nhiều so với As(V).
Trang 13
HỒ
ỔN
ĐỊNH
NƯỚC
RỬA
LỌC
BỂ
LỌC
GIÀN
MƯA
BỂ
LẮNG
NGUỒN
HẤP
PHỤ
CẶN
KHỬ TRÙNG
CẤP
NƯỚC
Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3
Dung dịch tái sinh nhôm oxit bão hoà arsen có thể 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, arsen sẽ cùng kết tủa mang tính định lượng.
Nước được tách khỏi chất rắn chứa nồng độ arsen rất thấp.
Sơ đồ công nghệ xử lý Asen sử dụng phương pháp hấp phụ
Ưu điểm
o Ít bị ảnh hưởng nếu hàm lượng sunfate và cặn tan (nồng độ ion tổng)
o
γ
-Al
2
O
3
có tính hấp phụ chọn lọc đối với các hợp chất của Asen
Khuyết điểm
o Khó khăn trong việc tái sinh
γ
-Al
2
O
3
Trang 14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét