tiểu luận xử lý asen trong nước ngầm

LOGO
1
KHOA MÔI TRƯỜNG
Học phần: KỸ THUẬT CẤP NƯỚC ĐÔ THỊ
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN:
XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM
GVHD: Đặng Thị Thanh Lộc
SVTH: Trần Văn Công
Nguyễn Tâm Hiễn
Ngô Văn Quang
NỘI DUNG TRÌNH BÀY
TỔNG QUAN VỀ ASEN
1
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ASEN
TRONG NƯỚC NGẦM
2
MÔ HÌNH BỂ XỬ LÝ ASEN QUY MÔ
HỘ GIA ĐÌNH
5
3
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
1. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ As.

Arsenic (As) là một nguyên tố có trong tự
nhiên và ở trên bề mặt của vỏ trái đất

Là một kim loại nặng. As tinh khiết có màu
xám và ở
dạng tinh thể rắn.


Nhiều hợp chất As có thể hoà tan trong
nước, dễ bị hút bám bởi sắt và mangan,
phản ứng với đất sét. Điều này giải thích tại
sao As được tìm thấy trong các lớp trầm tích
(cặn)

Arsenic được sử dụng làm thuỷ tinh, chất
bán dẫn, thuốc trị bệnh, thuốc trừ sâu, thuốc
nhuộm.

As ở các hóa trị khác nhau: As(V) (AsO4)-3 và
As(III) (AsO3), hiếm hơn As(II) (AsS). As có 140
khoáng vật độc lập, trong đó quan trọng nhất là
acsenopirit (FeAsS), reanga (AsS) và ocpimen
(AsS3). Ngoài ra As còn có mặt trong các khoáng vật
khác như pyrit, v.v…

Nguồn cấp As chủ yếu trong môi trường là các
mỏ, các đá và khoáng vật chứa As cũng như hoạt
động núi lửa Quá trình khử keo hydroxyt Fe+3 hoặc
oxy hoá các khoáng vật chứa As trong trầm tích
thường là nguồn cấp As cho nước ngầm như đối với
vùng Hà Nội và vùng tây Bengac.
Trong tự nhiên
TÁC HẠI CỦA ASEN

Oxit của Asen hóa trị III (As2O3). Là một chất rất độc, độc
gấp 4 lần thủy ngân.

Asen tác động xấu đến hệ tuần hoàn, hệ thần kinh. Và gây ra

nhiều bệnh như: rụng tóc, buồn nôn, sút cân, ung thư, giảm trí
nhớ Asen làm thay đổi cân bằng hệ thống enzim của cơ thể,

As có khả năng ung thư với hàm lượng (% trọng lượng) As
trong cơ thể người 1,8.10-5.
Theo TCVN 5502:2003 cho nước cấp sinh hoạt hàm lượng As
trong nước là 0,01 mg/l hay 10 ppb (phụ lục TCVN 5502:2003).
(cho As2O3; As2O5)
Khu vực ô nhiễm Arsen Nồng độ ô nhiễm (mg/l)
Nam Iowa và Tây Missouri của Mỹ 0,034- 0,490
Hungary 0,001- 0,174
Tây-Nam Phần Lan 0,017- 0,98
Mexico 0,008- 0,624
Tây Nam Đài Loan 0,671
Tây Bengal Ấn Độ 0,193 - 0,737
Phân bố và nồng độ nhiễm asen một số khu vực trên thế giới
Hiện nay, những số liệu thu thập được cho thấy sự ô nhiễm
asen ở miền Bắc cao hơn miền Nam.Đáng chú ý là cả vùng
đồng bằng sông Hồng đều nằm trong tình trạng đáng lo ngại
về mức độ ô nhiễm asen. Các tỉnh có nguồn nước nhiễm
asen cao là Hà Nam, Hà Nội, Hải Dương.
Việt Nam đã được đánh dấu trên bản đồ ô nhiễm asen của
thế giới.
2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ASEN
TRONG NƯỚC NGẦM

Phương pháp keo tụ - kết tủa
Phương pháp hấp phụ
Phương pháp làm mềm nước

kết hợp loại bỏ As bằng vôi
Phương pháp lọc màng
Phương pháp oxy hóa
Phương pháp sinh học Phương pháp trao đổi ion
2.1 KEO TỤ - KẾT TỦA
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
10
Cơ chế:
Phương pháp này dựa trên cơ chế chuyển hóa các hợp
chất As (III) lên As (V) (oxy hóa) keo tụ và lắng xuống khi bị
các hợp chất keo tụ (muối sắt, muối nhôm, hydroxyt sắt,
hydroxyt nhôm,…) hấp phụ và lắng xuống đáy bể, hay hấp
phụ và bị giữ lại trên bề mặt hạt cát trên bể lọc.
Hoạt động
Ưu điểm:
Phương pháp này
cho phép loại bỏ
50 - 80% Asen có
trong nước ngầm
mạch sâu
Nhược điểm:
Tạo ra lượng cặn
lớn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ là pH,
nồng độ chất keo tụ, thời gian tiếp xúc với chất keo
tụ,…
2.2 OXY HÓA
Cơ chế:
Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh

(Chlorine,Permaganate, ozone, oxy, điện hóa, quang hóa,…) để chuyển hóa As
(III) thành As(V), sau đó sự dụng phương pháp keo tụ, kết tủa, hấp phụ để loại bỏ
nó ra khỏi nước.
−−−−
+−−+
+−−+
−+−−
++→+
++→++
++→++
++→+
OHClSOClHS
HClMnOOHOClMn
HClOHFeOHOClFe
ClHAsOHOClAsOH
2
4)(252
22
2
32
2
4233
Oxy hóa bằng permaganate
OHMnOSHMnOHS
HMnOOHMnOMn
HMnOOHFeOHMnOFe
OHMnOHAsOHMnOAsOH
224
224
2

2324
2
2242433
423523
45223
5)(73
2323
++→++
+→++
++→++
+++→+
+−−
+−+
+−+
+
−−
Oxy hóa bằng ozone
OHOSHOHS
OHMnOOHOMn
HOOHFeOHOFe
OHAsOHOAsOH
223
2223
2
2323
2
242333
2
4)(252
++→++

++→++
++→++
++→+
+−
++
++
+
−
Hoạt động:
Oxy hóa bằng chlorine
2.3 LỌC MÀNG
Cơ chế:
Asen được loại bỏ khỏi nước trong bể lọc cát là nhờ sự
đồng kết tủa với Fe(III) trên bề mặt của các hạt cát và
không gian giữa các lỗ rỗng trong lớp cát. Fe(II) ở dạng
hòa tan trong nước, sẽ bị oxi hóa bởi oxi của không khí để
tạo thành Fe(III). Hydroxyt Fe(III) sẽ được hấp phụ trên bề
mặt các hạt cát và tạo thành một lớp hấp phụ mỏng. Arsen
(V) và Arsen(III) trong nước sẽ hấp phụ vào lớp Fe(OH)3 đó
và bị giữ lại ở lớp vật liệu lọc. Kết quả, nước ra khỏi bể lọc
đã được giải phóng khỏi sắt và Arsen
Hoạt động:
2.4 LÀM MỀM NƯỚC KẾT HỢP LOẠI BỎ
AS BẰNG VÔI
Các biện pháp làm mềm nước có thể làm giảm lượng
Arsen đáng kể. phương pháp này phụ thuộc vào các yếu tố: Tỉ
lệ hàm lượng As(V)/As(III), trạng thái oxi hoá của As, pH của
nước. Tuy nhiên phải có giai đoạn ổn định hoá nước trước khi
sử dụng.
Ca2+ + AsO43- → Ca3(AsO4)2

Ca2+ + AsO33- → Ca3(AsO3)2
2.5 HẤP PHỤ
Cơ chế:
As có thể được hấp phụ lên bề mặt của các vật liệu
dạng hạt, hạt sét hay vật liệu gốc xenlulo như: Than
hoạt tính, than hoạt tính đã xử lý bằng một số hợp chất
kim loại như oxit sắt, oxít titan, oxít silic, oxyt mangan,
…
Vật liệu dùng để hấp phụ:

Nhôm hoạt tính

Laterite (đất axit có màu đỏ)

Sắt (III) phosphate

Sắt kết hợp với chlorine

Hydroxyt sắt
Hoạt động
2.6 TRAO ĐỔI ION
Cơ chế:
Có thể loại bỏ các ion Asenate (As (V)) trong nước bằng
phương pháp trao đổi ion với vật liệu trao đổi gốc anion axit
mạnh (Cl-) hoặc anion bazơ mạnh (OH-). Loại vật liệu trao đổi
ion này có ưu điểm là có thể sử dụng dung dịch muối đậm đặc
NaCl hoặc NaOH để hoàn nguyên hạt trao đổi ion đã bão hòa
Arsen.
Hoạt động:
R- Cl + H2AsO4- → R-H2AsO4 + Cl-

2R- Cl + HAsO42- → R2-HAsO4 + 2Cl-
R- OH + H2AsO4- → R-H2AsO4 + OH-
2R- OH + HAsO42- → R2-HAsO4 + 2OH-
Để hoàn nguyên hạt nhựa anions, người ta cho dung dịch muối đậm
đặc hoặc HCl:
R-H2AsO4 + Cl- → R-Cl + H2AsO4-
R2-HAsO4 + 2 Cl- → 2 R-Cl + HAsO42-
Dùng sút để hoàn nguyên nhựa có gốc là OH-
R-H2AsO4 + OH- → R-OH + H2AsO4-
R2-HAsO4 + 2 OH- → 2 R-OH + HAsO42-
Ưu điểm:
Nồng độ Arsen
sau xử lý có thể
hạ thấp tới dưới 2
ppb
Nhược điểm:
Công nghệ tương
đối phức tạp, ít có
khả năng áp dụng
cho từng hộ gia
đình đơn lẻ.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi ion khử As
như: pH, các ion cạnh tranh, các loại chất trao đổi.
2.7 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Cơ chế:
Việc loại bỏ As được tiến hành bằng cách cho nước nhiễm
Asen đi qua vật liệu lọc có dòng hướng từ dưới lên có chứa vi
sinh (lọc sinh học). Vật liệu lọc ở đây là nhựa. Vi khuẩn sau 3
tháng thì tích lũy thành màng trong cột lọc.Tiến trình oxy hóa
diễn ra đồng thời với việc lớp màng sinh học ngày càng dày

lên. Việc hình thành màng làm tăng khả năng xử lý các hợp
chất chứa sắt.
Hoạt động:
Đầu tiên Fe(II) bị oxy hóa chuyển thành Fe (III) dưới xúc tác
của của vi khuẩn. Fe (III) tạo thành bám vào vật liệu lọc và
hấp phụ để loại bỏ As (V)
As hiện diện trong nước ngầm và bị oxy hóa thành As (V)
dưới tác dụng của vi khuẩn
Và As (V) bị sắt (III) hấp phụ theo phản ứng:
3. MÔ HÌNH BỂ XỬ LÝ ASEN QUY MÔ HỘ
GIA ĐÌNH
Bể lọc Arsen được cải tiến
bởi Trung tâm Trung tâm
Thông tin - Kinh tế tài nguyên
nước có quy mô dành cho hộ
gia đình, mục tiêu chính là
lọai bỏ Arsen đạt tiêu chuẩn
TCVN 5502 – 2003 dành cho
nước cấp sinh họat với hàm
lượng Asen < 0.01 mg/l.
Cấu tạo bể lọc xử lý Arsen
1. Bể chứa 1.5 m x 1 x 0.6 m
2. Bể lọc 1m x 0.7 m x 1m
3. Các lớp vật liệu lọc bao gồm
gạch non (lớp 3) và cát (lớp 4)
a. Gạch non kích thước hạt 1
-2 cm dày 25 cm
b. Lớp cát vàng dày khoảng 40
cm
c. Lớp cát thô dày 10 cm

d. Lớp sỏi to dày 10 cm
4. Giàn phun mưa
5. Van xả nước vào bể chứa
6. Van xả nước sử dụng
7. Van xả đáy của bể chứa
8. Bơm
9. Rãnh thóat nước
10. Nắp tôn