Phát triển và tối ưu hóa các giải pháp loại bỏ ô nhiễm asen trong nước ngầm cho các hộ nông dân vùng châu thổ sông hồng việt nam

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
*******************

NHIỆM VỤ HTQT VỀ KHCN THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ
VIỆT NAM – CỘNG HÒA LIÊN BANG ĐỨC

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Phát triển và tối ưu hóa các giải pháp loại bỏ ô nhiễm
Asen trong nước ngầm cho các hộ nông dân vùng
châu thổ sông Hồng, Việt Nam

Mã số: 31/2351/HĐ-NĐT


Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Chủ trì nhiệm vụ: GS.TS. Phạm Hùng Việt


8830

Hà Nội - 2011

1
MỤC LỤC
Nội dung Trang
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 5
Danh mục các bảng 6
Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9
Mở đầu 15
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 16

1.1. Tổng quan về mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống, sinh
hoạt trên thế giới và tại Việt Nam
16
1.1.1. Tổng quan mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống,
sinh hoạt trên thế giới
18
1.1.2. Tổng quan về mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống,
sinh hoạt tại Việt Nam
20
1.2. Tổng quan về mức độ nhiễm độc và tích lũy asen trong cơ thể
trên thế giới và tại Việt Nam
23
1.2.1. Sự chuyển hóa asen trong cơ thể người và khả năng áp
dụng các chỉ thị sinh học trong nghiên cứu thâm nhiễm asen
23
1.2.2. Mức độ nhiễm độc và tích lũy asen trong cơ thể người
trên thế giới
26
1.2.3. Mức độ nhiễm độc và tích lũy asen trong cơ thể người tại
Việt Nam
28
1.3.Tổng quan về sức khỏe người dân tại vùng ô nhiễm asen trên thế
giới và tại Việt Nam
30
1.4. Tổng quan về công nghệ và vật liệu lọc asen trên thế giới và tại
Việt Nam
35
1.4.1. Tổng quan về nguyên lý áp dụng công nghệ và vật liệu lọc 35

2

asen
1.4.2. Tổng quan về các phương pháp xử lý asen trong nước đơn
giản đang được khuyến khích áp dụng ở khu vực Châu Á
43
1.4.3. Tổng quan về công nghệ và vật liệu lọc asen tại Việt Nam 52
CHƯƠNG II. MỤC TIÊU, NÔI DUNG, ĐỊA ĐIỂM, ĐỐI TƯỢNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
61
2.1. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu 61
2.2. Địa điểm, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 62
2.2.1. Địa điểm nghiên cứu 62
2.2.2. Đối tượng nghiên cứu 62
2.2.2.1. Đối tượng nghiên cứu cho các nội dung về đánh giá
mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống, thực phẩm, nguy cơ
nhiễm độc asen và nguy cơ tác động sức khỏe
64
2.2.2.2. Đối tượng nghiên cứu cho các nội dung về phát triển
các vật liệu hấp phụ asen, chế tạo mẫu hệ thống lọc asen
69
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu 71
2.2.3.1. Phân tích hàm lượng asen trong các mẫu nước, thực
phẩm và mẫu sinh học
71
2.2.3.2. Khám sức khỏe lâm sàng 76
2.2.3.3. Phỏng vấn về thói quen sử dụng nước ăn và kiến thức
về lọc asen
77
2.2.3.4. Chế tạo vật liệu lọc asen 77
2.2.3.5. Xây dựng hệ thống bể lọc asen cải tiến 81
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 91

3.1. Đánh giá mức độ thâm nhiễm asen từ nước uống và thực phẩm 91
3.1.1. Đánh giá mức độ ô nhiễm asen trong nước giếng khoan 91
3.1.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm asen trong nước ăn uống, thực 95

3
phẩm
3.1.2.1. Mức độ ô nhiễm asen trong nước uống 95
3.1.2.2. Mức độ ô nhiễm asen trong rau, gạo 99
3.1.2.3. Đánh giá sự hấp thu asen vào cơ thể từ nước ăn uống
và thức ăn
103
3.2. Đánh giá nguy cơ nhiễm độc asen bằng các chỉ thị sinh học (tóc,
móng, nước tiểu)
106
3.2.1. Sự tích lũy asen trong mẫu tóc 106
3.2.2. Sự tích lũy asen trong mẫu móng 109
3.2.3. Hàm lượng các dạng asen vô cơ và hữu cơ trong nước tiểu 111
3.2.4. Đánh giá sự tích lũy asen trong mẫu tóc, móng và nước
tiểu
115
3.3. Đánh giá nguy cơ tác động sức khỏe do sử dụng nước giếng
khoan ô nhiễm asen (chỉ thị khám lâm sàng)
122
3.3.1. Mô hình bệnh tật tại 2 xã Mai Động và Nghĩa Dân 122
3.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của asen tới hệ thần kinh 124
3.3.3. Đánh giá sự khác biệt về tỷ lệ mắc các biểu hiện bệnh do
tác hại của asen tại Mai Động theo các yếu tố: giới, nhóm tuổi,
thời gian sử dụng giếng, hàm lượng asen tích lũy trong tóc và
mức độ nhiễm asen trong nguồn nước
125

3.4. Nghiên cứu, phát triển các vật liệu hấp phụ asen mới trên nền
quặng sắt và mangan
132
3.4.1. Một số đặc trưng cấu trúc của vật liệu lọc asen mới 132
3.4.2. Đánh giá khả năng hấp phụ của sản phẩm 134
3.4.3. Vật liệu hấp phụ MF - 97 137
3.4.4. Vật liệu oxit sắt từ có cấu trúc nano 138
3.4.5. Đánh giá khả năng hấp phụ asen của một số vật liệu của 148

4
nước ngoài
3.4.6. Đánh giá quá trình hấp phụ asen trong cột lọc 152
3.5. Chế tạo mẫu hệ thống lọc asen trong nước giếng khoan và áp
dụng thử nghiệm tại địa phương
161
3.5.1.Tình hình sử dụng nước sinh hoạt của xã Mai Động và
Nghĩa Dân
161
3.5.2. Chế tạo và lắp đặt hệ lọc cát cải tiến tại xã Mai Động 165
3.5.3. Kết quả về hiệu quả lọc asen của vật liệu hấp phụ tăng
cường áp dụng tại xã Mai Động
171
3.5.3.1. Khả năng loại bỏ As bằng cột GEH thử nghiệm 171
3.5.3.2. Khả năng loại bỏ As bằng cột GEH và hệ lọc cát cải
tiến
173
3.5.3.3. Hiệu quả loại bỏ Fe và As bằng cột xử lý tăng cường
MF97 VÀ NC-F20
179
CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 182

Tài liêụ tham khảo 186
Phụ lục 191











5

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ
CETASD Center for Environmental Technology and Sustainable
Development
USEPA US Environmental Protection Agency
WHO World Health Organization
CNMT &
PTBV
Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền vững
GK Giếng khoan
IMG Institute for Mineral and Geology
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TCYTTG Tổ chức Y tế thế giới
TCCP Tiêu chuẩn cho phép

UNICEF United Nations Children’s Fund












6
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT Bảng Trang
1 Bảng 1.1. Ô nhiễm asen trong nước ngầm và số người dân
bị phơi nhiễm ở các nước trên thế giới
19
2 Bảng 1.2. Kết quả nghiên cứu ô nhiễm asen trong nước
giếng khoan tại các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng.
20
3 Bảng 2.1. Số lượng các loại mẫu nước 65
4 Bảng 2.2. Số lượng các loại mẫu rau và gạo 65
5 Bảng 2.3. Hệ thống bể lọc asen thử nghiệm tại xã Mai
Động
70
6 Bảng 3.1. Sự phân bố asen trong nước giếng khoan tại Mai
Động và Nghĩa Dân
92

7 Bảng 3.2. Thành phần một số nguyên tố khác trong nước
giếng khoan trước lọc cát tại Mai Động và Nghĩa Dân
95
8 Bảng 3.3. Hàm lượng asen trung bình trong cácc mẫu nước
ăn uống tại Mai Động và Nghĩa Dân (μg/L)
96
9 Bảng 3.4. Hàm lượng asen trong các mẫu rau (mg/kg) tính
theo trọng lượng khô
100
10 Bảng 3.5. Hàm lượng asen trong các mẫu rau (mg/kg) tính
theo trọng lượng ướt
101
11 Bảng 3.6. Hàm lượng asen trong mẫu gạo 102
12 Bảng 3.7. So sánh hàm lượng asen trong gạo ở Mai Động
với nghiên cứu khác
103
13 Bảng 3.8. Lượng rau, gạo và nước ăn uống hằng ngày của
người dân
104
14 Bảng 3.9. Lượng asen hấp thu vào cơ thể người dân Mai 105

7
Động và Nghĩa Dân
15 Bảng 3.10. Hàm lượng asen trong mẫu tóc người dân tại
Mai Động và Nghĩa Dân
106
16 Bảng 3.11. So sánh mức độ ô nhiễm asen trong nước ngầm
và sự tích lũy asen trong tóc của một số nơi trên thế giới
108
17 Bảng 3.12. Hàm lượng asen trong mẫu móng người dân tại

Mai Động và Nghĩa Dân
110
18 Bảng 3.13. Thành phần các dạng asen trong mẫu nước tiểu
của người dân tại Mai Động và Nghĩa Dân
113
19 Bảng 3.14. Nồng độ asen trong nước và sự tích lũy asen
trong mẫu tóc, móng và nước tiểu, MĐ – Mai Động, ND –
Nghĩa Dân
116
20 Bảng 3.15.Sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu
theo giới tính tại Mai Động
119
21 Bảng 3.16. Sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu
theo giới tính tại Nghĩa Dân
120
22 Bảng 3.17. Sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu
theo tuổi tại Mai Động
120
23 Bảng 3.18. Sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu
theo tuổi tại Nghĩa Dân
121
24 Bảng 3.19: Phân bố đối tượng theo tuổi 122
25 Bảng 3.20. Tỷ lệ phát hiện các RL chức năng thần kinh tại
Mai động và Nghĩa Dân
124
26 Bảng 3.21. Phân bố tỷ lệ bệnh theo giới 125
27 Bảng 3.22. Phân bố tỷ lệ bệnh theo tuổi. 126
28 Bảng 3.23. Phân bố tỷ lệ bệnh theo thời gian sử dụng giếng
nhiễm asen
127

8
29 Bảng 3.24. Phân bố tỷ lệ bệnh theo hàm lượng asen trong
tóc
127
30 Bảng 3.25. Phân bố tỷ lệ bệnh theo mức độ nhiễm asen của
các giếng trong nước nguồn chưa qua xử lý
128
31 Bảng 3.26. Phân bố tỷ lệ bệnh theo mức độ nhiễm asen của
các giếng trong nước sử dụng để ăn uống (xử lý qua bể lọc
cát)
129
32 Bảng 3.27. Đặc trưng cấu trúc của mangandioxit tổng hợp 133
33 Bảng 3.28. Đặc trưng hấp phụ của mangan dioxit đối với
As(III)
136
34 Bảng 3.29. Đặc trưng hấp phụ của mangan dioxit đối với
As(V)
136
35 Bảng 3.30. Số liệu đẳng nhiệt hấp phụ asen của vật liệu
đối với As(V) và As(III).
146
36 Bảng 3.31. Dung lượng hấp phụ asen cực đại của các loại
vật liệu
151
37 Bảng 3.32. Giá trị dung lượng hấp phụ (a
o
) và độ dài của
tầng chuyển khối L trong các điều kiện thí nghiệm khác
nhau.

159
38 Bảng 3.33. Số liệu điều tra về tình hình sử dụng nước sinh
hoạt dụng nguồn nước của xã Mai Động và Nghĩa Dân,
Hưng Yên
162
39 Bảng 3.34. Kết quả trung bình của các thông số trước, sau bể
lọc cát và cột loại bỏ As tăng cường GEH
175
40 Bảng 3.35. Chất lượng nước sau khi lắp đặt bộ lọc As bằng
cột xử lý tăng cường MF97 VÀ NC-F20
179
41 Bảng 3.36. Hiệu quả loại bỏ As bằng cột xử lý tăng cường
MF97 VÀ NC-F20
180

9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
STT Hình vẽ Trang
1 Hình 1.1. Các dạng tồn tại của asen trong nước phụ thuộc
vào pH và thế oxi hóa khử
18
2 Hình 1.2. Bản đồ ô nhiễm asen trong nước giếng khoan tại
đồng bằng sông Hồng
22
3 Hình 1.3. Sự chuyển hóa các dạng As trong cơ thể người 25
4 Hình 1.4. Một số hình ảnh bệnh nhân assenicosis điển hình. 32
5 Hình 1.5: Mô hình xử lý asen trong nước bằng phương
pháp SORAS
45
6 Hình 1.6. Mô hình xử lý Asen theo nguyên tắc nạp hút 46

7 Hình 1.7. Mô hình xử lý Asen sử dụng nhôm hoạt tính cải
tiến Alcan
47
8 Hình 1.8. Mô hình xử lý Asen sử dụng nhôm hoạt tính
BUET
48
9 Hình 1.9. Mô hình xử lý Asen Sono 3-Kalshi 49
10 Hình 1.10. Mô hình xử lý Asen theo công nghệ
TETRAHEDRON(I1)
50
11 Hình 1.11. Mô hình xử lý Asen “3-Gagri” của Nepal 51
12 Hình 1.12. Mô hình xử lý Asen sử dụng oxit nhôm hoạt
tính
51
13 Hình 1.13. Bể lọc cát quy mô hộ gia đình ở các vùng nông
thôn châu thổ sông Hồng
53
14 Hình 1.14. Quan hệ giữa lượng sắt hòa tan và hiệu quả loại
bỏ asen trong nước. Các điểm lớn màu hồng tương ứng với
các mẫu có nồng độ phôtphát > 2,5mg P/L
55

10
15 Hình 1.15. Quan hệ giữa tỉ lệ Fe/As và hàm lượng asen còn
lại sau khi qua lọc cát. Các điểm lớn màu hồng là các mẫu
có nồng độ phôtphát >2,5 mg P/L
55
16 Hình 1.16. Bình lọc As với các vật liệu lọc do nhà khoa
học Việt Nam chế tạo
57

17 Hình 2.1. Địa điểm nghiên cứu, xã Mai Động là điểm ô
nhiễm, xã Nghĩa Dân là điểm đối chứng, cả hai xã đều
thuộc huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên.
63
18 Hình 2. 2. Nhóm cán bộ tham gia nhiệm vụ nghị định thư
đi lấy mẫu tại thực địa
66
19 Hình 2. 3. Kiểm tra mẫu nước 67
20 Hình 2.4. Minh họa hoạt động thu mẫu sinh học 67
21 Hình 2.5. Các bác sỹ khám lâm sàng sức khỏe người dân 68
22 Hình 2.6. Kiểm tra chỉ số thông minh của người dân 68
23 Hình 2.7: a/vật liệu oxit sắt (NC-F20); b/ tổ hợp oxit sắt và
oxit mangan (MF-97) và c/ hydroxit sắt dạng hạt (GEH)
69
24 Hình 2.8: Ống lọc chứa vật liệu (a)/oxit sắt (NC-F20) và tổ
hợp oxit sắt và oxit mangan (MF-97) và (b) hydroxit sắt
dạng hạt (GEH)
70
25 Hình 2.9. Các hệ lọc asen mới xây tại xã Mai Động 71
26 Hình 2.10. Hình ảnh vật liệu GEH, thùng đựng vật liệu và
cột lọc hấp phụ asen được chế tạo từ ống PVC
82
27 Hình 2.11.Cột lọc GEH lọc asen tăng cường được lắp sau
các hệ lọc cát cho 7hộ gia đình tại xã Mai Động.
83
28 Hình 2.12. Cấu trúc của cột lọc As với vật liệu MF97 và
NC-F20
84
29 Hình 2.13. Cột MF97 và NC-F20 lọc asen tăng cường được 85

11
lắp sau các hệ lọc cát cho 7 hộ gia đình tại xã Mai Động.
30 Hình 2.14. Bản vẽ thiết kế hệ lọc cát cải tiến phục vụ cho
xử lý sắt và asen tăng cường áp dụng cho xử lý nước ngầm
tại xã Mai Động.
90
31 Hình 3.1. Nồng độ asen trong nước ngầm tại Mai Động và
Nghĩa Dân
93
32 Hình 3.2. Nồng độ asen trong nước trước và sau khi xử lý
qua bể lọc cát tại Mai Động
93
33 Hình 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng sắt trong nước giếng
khoan đến hiệu quả loại asen tại Mai Động
94
34 Hình 3.4. Hàm lượng asen trong nước mưa, nước giếng
khoan đã lọc, nước ăn uống.
97
35 Hình 3.5. Quan hệ giữa hàm lượng asen trong nước giếng
khoan đã lọc với nước đun sôi và nước chè
98
36 Hình 3.6. Tương quan giữa hàm lượng asen trong nước chè
và nước đun sôi
98
37 Hình 3.7. Hàm lượng asen trong các mẫu rau 100
38 Hình 3.8. Sự tích lũy asen trong mẫu tóc của người dân
tham gia nghiên cứu tại Mai Động và Nghĩa Dân
107
39 Hình 3.9. Tỉ lệ phân bố hàm lượng asen trong tóc 308
40 Hình 3.10. Sự tích lũy asen trong mẫu móng của người dân

tham gia nghiên cứu tại Mai Động và Nghĩa Dân
111
41 Hình 3.11. Tỉ lệ phân bố nồng độ asen trong móng 111
42 Hình 3.12. Hàm lượng các dạng asen trong mẫu nước tiểu
tại Mai Động và Nghĩa Dân
114
43 Hình 3.13. Tỉ lệ thành phần các dạng asen trong nước tiểu 114
44 Hình 3.14. Tương quan giữa nồng độ asen trong nước ăn 116

12
uống với sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu giữa
2 xã Mai Động và Nghĩa Dân
45 Hình 3.15. So sánh nồng độ asen trong nước giếng khoan
và sự tích lũy asen trong tóc, móng và nước tiểu tại một số
khu vực trên thế giới
117
46 Hình 3.16. Tương quan giữa hàm lượng asen trong tóc,
móng và nước tiểu với nồng độ asen trong nước ăn tại Mai
Động; A nồng độ asen trong tóc, móng và nước tiểu được
tính trung bình theo gia đình, B nồng độ asen trong tóc,
móng và nước tiểu của từng cá thể
118
47 Hình 3.17 Tỷ lệ các đối tượng NC theo thời gian sử dụng
giếng khoan.
122
48 Hình 3.18. Các triệu chứng lâm sàng của 2 nhóm đối tượng
nghiên cứu tại Mai Động và Nghĩa Dân
123
49 Hình 3.19. Ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu EMD 132
50 Hình 3.20. Ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu CMD1 132

51 Hình 3.21. Phổ nhiễu xạ tia X của CMD1 Hình 3.25. Phổ
FTIR của mẫu vật liệu MN-1 và mẫu MN-2
133
52 Hình 3.22. Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ As(III) và
As(V) trên EMD tại pH = 6
135
53 Hình 3.23. Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ As(III) và
As(V) trên CMD1 tại pH = 6
135
54 Hình 3.24. Giản đồ XRD của mẫu vật liệu MN-1 và mẫu
MN-2
155
55 Hình 3.25. Phổ FTIR của mẫu vật liệu MN-1 và mẫu MN-2 141
56 Hình 3.26. Ảnh SEM của mẫu vật liệu MN-1 ( a) và MN-2
(b)
142

13
57 Hình 3.27. Đường cong từ hóa vật liệu phụ thuộc vào từ
trường ngoài.
143
58 Hình 3.28. Đồ thị phụ thuộc nồng độ As trong dung dịch
vào thời gian hấp phụ đối với từng nồng độ pha rắn của
MN-1 và MN-2
144
59 Hình 3.29. Đẳng nhiệt Langmuir đối với vật liệu MMN2
siêu âm 5 phút: (a)-As(V), (b)- As(III)
146
60 Hình 3.30. Đẳng nhiệt Langmuir đối với vật liệu MN2, siêu
âm 45 phút - As(III)

147
61 Hình 3.31. Động học hấp phụ As(III), As(V) trên (a) GEH,
(b) Bayoxide E33, (c) Graphen
149
62 Hình 3.32. Đẳng nhiệt hấp phụ As(III) trên (a) GEH,
Bayoxide E33 (b), Graphen (c)
150
63 Hình 3.33. Đẳng nhiệt hấp phụ As(III), As(V) trên (a)
GEH, (b) Bayoxide E33, (c) Graphen
151
64 Hình 3.34. Đường cong thoát của As tại các điểm chiều cao
khác nhau
157
65 Hình 3.35. Sự phụ thuộc của thời gian hoạt động vào chiều
cao của tầng chất hấp phụ trong trường hợp nồng độ As
ban đầu khác nhau
157
66 Hình 3.36. Một số hình ảnh bể lọc cát gia đình tại xã Mai
Động.
164
67 Hình 3.37. Hình ảnh về hệ lọc asen được lắp đặt tại xã Mai
Động
170
68 Hình 3.38. Hệ thống lọc asen bằng cột lọc GEH sử dụng
nước máy có bổ sung As (50 µg/L)
172
69 Hình 3.39. Diễn biến nồng độ As tổng trước và sau cột GEH 172

14
theo thể tích nước chảy qua cột GEH.

70 Hình 3.40. Tháp oxi hóa sắt và bể lắng. Sắt bị kết tủa và
lắng trong bể lắng
176
71 Hình 3.41. Hiệu suất xử lý As và nồng độ As trước, sau các
hệ lọc cát so với QCVN 01:2009/BYT
177
72 Hình 3.42. Tương quan giữa nồng độ Fe trong nước thô với
hiệu quả xử lý As bằng các cột bể lọc cát cải tiến
177
73 Hình 3.43. Nồng độ Fe và As trong nước thô, trước, sau
các cột lọc GEH tăng cường
178
74 Hình 3.44. Đồ thị đánh giá hiệu quả loại bỏ As bằng cột xử
lý tăng cường MF97 VÀ NC-F20
181











15
MỞ ĐẦU
Ô nhiễm asen trong nước ngầm với nguồn gốc tự nhiên tại Việt Nam đã
được nghiên cứu và công bố rộng rãi trên các tài liệu khoa học và phương tiện

thông tin đại chúng. Nước ngầm hiện đang là nguồn nước sinh hoạt chủ yếu
của người dân khu vực nông thôn, châu thổ sông Hồng. Sử dụng nước ngầm ô
nhiễm asen cho ăn uống hàng ngày trong một thời gian dài có thể gây nên
nhữnng tác động xấ
u cho sức khỏe. Nước ngầm ô nhiễm asen cần được xử lý
để giảm thiểu tác hại của asen lên sức khỏe cộng đồng.
Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền vững
thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quôc Gia Hà Nội đã có
gần 10 năm nghiên cứu các vấn đề liên quan tới ô nhiễm asen trong nước
ngầm tại Việt Nam. Trung tâm đã được Bộ Khoa học Và Công ngh
ệ giao cho
thực hiện nhiệm vụ hợp tác quốc tế về Khoa học Và Công nghệ theo nghị
định thư Việt Nam – Công hòa Liên bang Đức với tiêu đề: “Phát triển và tối
ưu hóa các giải pháp loại bỏ ô nhiễm Asen trong nước ngầm cho các hộ nông
dân vùng châu thổ sông Hồng, Việt Nam”. Nhiệm vụ được hoàn thành trong
30 tháng, từ tháng 1/2009 đến tháng 6/2011. Nhiêm vụ được thực hiện bởi
nhóm các nhà nghiên cứu Việt Nam và Cộng hòa Liên bang Đức đến từ
trường
Đại học Khoa học Tự nhiên, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam,
Viện Y học và Sức khỏe Môi trường, Viện Công nghệ Kalrsruhe, trường Đại
học Tổng hợp Bochum, công ty GEH, Trường Đại học TH Munster , Trường
Đại học KT Berlin v.vv




16
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống, sinh hoạt
trên thế giới và tại Việt Nam

Khái quát chung về asen trong nước ngầm:
Asen là thành phần tự nhiên của lớp trầm tích vỏ trái đất nên nó thường
có mặt trong các tầng nước ngầm và nước mặt tuy chỉ ở hàm lượng thấp
khoảng vài µg/L. Tuy nhiên, ở một số khu vực trên thế giới, nước ng
ầm có
hàm lượng asen rất cao do lớp trầm tích có cấu trúc, thành phần hoá học thuận
lợi cho việc hoà tan asen từ trầm tích ra tầng chứa nước. Hiện tượng này được
phát hiện tại các khu vực đồng bằng châu thổ thấp trũng, xảy ra lụt lội hàng
năm, dòng chảy thuỷ văn chậm, các lớp bồi tích trẻ thiếu ôxy (mang tính khử)
thuận lợi cho việc giải phóng asen từ đất ra nước. Ô nhiễm asen trong n
ước
ngầm dùng cho sinh hoạt và tưới tiêu đã được phát hiện trong khoảng 20 năm
qua tại Băngladet, Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam, Campuchia, Achentina,
Chile,v.vv [1,2, 5, 6, 8, 27].
Trong những thập kỷ cuối của thế kỷ 20, UNICEF đã hỗ trợ chính phủ
các nước nghèo giúp người dân tiếp cận với các nguồn nước sạch hơn để
giảm tỉ lệ ốm đau do sử dụng nguồn nước mặt kém vệ sinh. Mộ
t trong những
nguồn nước được coi là sạch hơn này là nước ngầm hút bằng giếng khoan
bơm tay. Con số tạm ước tính có khoảng 20,48% dân số Việt Nam (16,5 triệu
người) đang dùng nước giếng khoan. Nước giếng khoan hiện được dùng chủ
yếu cho mục đích sinh hoạt hàng ngày, ngoài ra tại môt số vùng chuyên canh
rau, nhiều cơ sở đã dùng nước ngầm để tưới rau nhất là vào mùa khô hạn [37,
38].

17
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng phơi nhiễm lâu dài với asen thông qua
nước ăn uống, kể cả với hàm lượng thấp cũng gây nên nhiều tác hại cho sức
khỏe như các bệnh ung thư da, ung thư gan, bàng quan. Do đó Tổ chức Y tế
Thế giới (WHO) đưa ra tiêu chuẩn về giá trị cho phép asen trong nước ăn

uống là 10 μg/L kể từ năm 1993 thay cho tiêu chuẩn cũ là 50 μg/L. Tại Đức,
tiêu chuẩ
n quốc gia về asen trong nước ăn uống được thiết lập từ năm 1996 là
10 μg/L. Cục bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA) đã đưa ra tiêu chuẩn 10 μg/L
là hàm lượng As tối đa cho phép trong nước ăn uống bắt đầu từ năm 1996. Bộ
Y tế Việt Nam cũng đưa ra tiêu chuẩn hàm lượng asen tối đa trong nước ăn
uống là 10 µg/L năm 2002, tiêu chuẩn Việt Nam (1995) về asen trong nước
ngầ
m là 50 µg/L [4, 14, 22, 39].
Asen tồn tại trong các nguồn nước tự nhiên chủ yếu với các trạng thái
oxi hóa +3 hay As (III) và +5 hay As(V). Các dạng thủy phân vô cơ của asen
gồm : H
3
AsO
3
, H
2
AsO
3
-
, HAsO
3
2-
, AsO
3
3-
và H
3
AsO
4

, H
2
AsO
4
-
, HAsO
4
2-
,
AsO
4
3-
. Các hằng số phân ly của As(III) là pK
A1
= 9,22; pK
A2
= 12,10; pK
A3
=
13,40. Ở pH của nước tự nhiên, hầu hết As(III) tồn tại ở dạng phân tử trung
hòa H
3
AsO
3
. Các hằng số phân ly của As(V) là pK
A1
= 2,22; pK
A2
= 6,96;
pK

A3
= 11,5. Do đó, ở pH 6,96 khoảng 50% As(V) tồn tại ở dạng anion
H
2
AsO
4
-
và 50% ở dạng HAsO
4
2-
. Trong khoảng pH đặc trưng của nước ngầm
tự nhiên (5 – 9), chỉ có 3 trong số 8 dạng tồn tại của As (H
2
AsO
4
-
, HAsO
4
2-
,
H
3
AsO
3
) là chiếm ưu thế (hình 1.1).

18

Hình 1.1. Các dạng tồn tại của asen trong nước phụ thuộc vào pH và thế
oxi hóa khử

1.1.1. Tổng quan mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống, sinh hoạt
trên thế giới
Ô nhiễm asen trong nước ngầm đã được phát hiện ở nhiều nơi trên thế
giới như Achentina, Mêhico, Chilê, Mỹ, Canada, Trung Quốc, Đài Loan, Thái
Lan, Ấn Độ, Bănglađet và Việt Nam với nồng độ từ 100 đến hơn 1000 μ
g/L.
Jack C. Ng và các cộng sự đã đưa ra bảng thống kê về tình hình ô nhiễm asen
trong nước ngầm ở bảng 1 [22]. Tại Tây Bengan, Ấn Độ, hàm lượng asen cao
trong nước ngầm đã được phát hiện ở Nadia, Musidaba, Manda, Badhaman,
các quận phía Nam và Bắc Panaganas của với hàm lượng từ 10-800 μg/L. Các
nghiên cứu dịch tễ học đã chỉ ra bằng chứng về những tổn thương trên da và

19
gan do asen trong gần 92,5% số người phơi nhiễm với asen trong nước ngầm
có nồng độ 200 – 2000 μg/L [8, 27].
Vào những năm 1980, những dấu hiệu của các bệnh liên quan đến asen
(arsenicosis) được phát hiện ở nhiều vùng của Trung Quốc như Xinjiang, Nội
Mông, Sanxi, Liaoning, Jilin, Ningxia, Henan. Nồng độ asen trong nước
ngầm tại các vùng này thường nằm trong khoảng 220 – 2000 μg/L với hàm
lượng cao nhất là 4440 μg/L [19, 40].
Bảng 1.1. Ô nhiễm asen trong nước ngầm và số người dân b
ị phơi nhiễm ở
các nước trên thế giới
Địa điểm
Số người
bị phơi
nhiễm
As trong
nước ngầm
(μg/L)

Tiêu chuẩn
cho phép
(μg/L)
Achentina 2.000.000 100 – 1000 50
Băngladet 50.000.000 <1 - 4700 50
Chilê 437.000 900 - 1040 50
Nội Mông, Trung
Quốc
600.000 1 - 2400 50
Xinjiang, Trung Quốc 100.000 1 - 8000 50
Hungary 220.000 10 - 176 10
Tây Bengan, Ấn độ 1.000.000 <10 - 3900 50
Mêhicô 400.000 10 - 4100 50
Peru 250.000 500 50
Đài Loan 200.000 10 - 1820 10
Thái Lan 1000 1 - 5000 50
Mỹ chưa biết 10 – 48 000 10

20
Ô nhiễm asen trong nước ngầm ở Bănglađet được coi là thảm hoạ với
số người bị nhiễm độc cao nhất trong lịch sử ô nhiễm tự nhiên, nó là mối đe
doạ nghiêm trọng đến sức khoẻ nhiều triệu người dân ở các vùng nông thôn,
nghèo khó của Bănglađet.
1.1.2. Tổng quan về mức độ thâm nhiễm asen từ nước ăn uống, sinh hoạt
tại Việt Nam
Bảng 1.2. K
ết quả nghiên cứu ô nhiễm asen trong nước giếng khoan tại
các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng [6]
Phần trăm số mẫu ô nhiễm
asen theo TCVN về nước ngầm

(%)
STT Tên tỉnh Số mẫu
< 50µg/L > 50µg/L
1 Hà Nam 29 55 45
2 Hà Tây 65 72 28
3 Hưng Yên 42 83 17
4 Nam Định 44 90 10
5 Bắc Ninh 40 90 10
6 Thái Bình 53 92 8
7 Hà Nội 45 93 7
8 Hải Dương 47 96 4
9 Vĩnh Phúc 28 100 0
10 Phú Thọ 3 100 0
11 Bắc Giang 15 100 0
12 Quảng Ninh 10 100 0
13 Hải Phòng 32 100 0
14 Hoà Bình 4 100 0
15 Ninh Bình 4 100 0
Tổng cộng 461

21
Theo ước tính của Tổ chức Nhi đồng quốc tế (UNICEF), tại đồng bằng
sông Hồng có khoảng 5 triệu người sử dụng nước giếng khoan. Nhà nước, các
cơ quan quản lý chức năng và người dân đều muốn biết hiện trạng nước giếng
khoan dùng cho sinh hoạt liệu có bị ô nhiễm asen hay không và mức độ như
thế nào. Để góp phần trả lời câu hỏi trên, trong thời gian từ 2005 đến 2007,
Trung tâm Nghiên cứ
u Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền vững
(CETASD), Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
kết hợp với các chuyên gia thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Nước, Liên

bang Thuỵ Sĩ đã tiến hành khảo sát ngẫu nhiên trên toàn khu vực đồng bằng
sông Hồng với tổng số 461 mẫu nước giếng khoan (hình 1.2). Kết quả phân
tích cho thấy hàm lượng asen của 461 mẫu nước ngầm nằm trong khoả
ng rất
rộng, từ mức nhỏ hơn 1µg/L cho tới hơn 400 µg/L. Trong đó, 73% số mẫu có
hàm lượng nhỏ hơn 10 µg/L, đạt tiêu chuẩn nước uống về asen của Bộ Y tế
Việt Nam. 16% số mẫu có lượng asen nằm trong khoảng 10 - 50 µg/L, số mẫu
này đạt tiêu chuẩn asen trong nước ngầm nhưng không đạt tiêu chuẩn nước
ăn. 8% số mẫu có lượng asen nằm trong khoảng 50 – 200 µg/L, 3% số mẫu
có lượng asen rấ
t cao, lớn hơn 200 µg/L. Như vậy, có khoảng 11% số mẫu
khảo sát không đạt tiêu chuẩn nước ngầm về asen. Con số 11% có thể không
gây nên sự quá lo lắng về mức độ ô nhiễm asen khi xét chung toàn bộ khu
vực đồng bằng sông Hồng. Tuy nhiên sự ô nhiễm đó lại tập trung chủ yếu tại
vùng bờ trái sông Hồng, xuyên qua một số tỉnh đông dân như Hà Tây cũ, Hà
Nam, Hà Nội, Nam Định, Hưng Yên và Thái Bình. Nhiều giếng khoan ở
vùng
này có hàm lượng asen cao khoảng 200 – 300 µg/L (gấp 20 – 30 lần tiêu
chuẩn nước uống). Nếu người dân sử dụng trực tiếp nguồn nước này cho ăn
uống thì nguy cơ nhiễm độc sẽ rất cao. Phía lưu vực sông Đuống cũng bị ô
nhiễm với mức độ nhẹ hơn. Đó là địa phận tỉnh Bắc Ninh và Hải Dương. Các
khu vực ven vùng núi trung du, ven biển có chiều hướng ít bị nhiễm asen
trong n
ước giếng khoan. Đó là các tỉnh Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Hoà Bình, Ninh

22
Bình, Bắc Giang, Hải Phòng và Quảng Ninh. Kết quả khảo sát của chúng tôi
cũng cho thấy mật độ giếng khoan tập trung chủ yếu tại khu vực đồng bằng.
Các vùng ven núi ít có giếng khoan sâu, người dân thường dùng nước giếng
khơi.

Hình 1.2. Bản đồ ô nhiễm asen trong nước giếng khoan tại đồng bằng sông
Hồng
Khi xét chung toàn khu vực đồng bằng sông Hồng, tỉ lệ giếng vượt tiêu
chuẩn asen trong nước ngầm (50µg/L) là khoảng 11% . Nhưng kết quả cho
thấy tình hình ô nhiễm tại các tỉnh rất khác nhau. Phần trăm số mẫu có hàm
lượng asen vượt tiêu chuẩn của nước ngầm là 45% tại Hà Nam, 28% tại Hà
Tây, 17% tại Hưng Yên, 10% tại Nam Định và Bắc Ninh. Các tỉnh còn l
ại có
tỉ lệ này nhỏ hơn 10%. Tuy nhiên, các con số này vẫn có thể thay đổi khi cỡ
mẫu tăng lên hoặc khi xét riêng từng tỉnh, huyện, xã. Nhiều mẫu nước tại các
khu vực gần nhau có hàm lượng asen rất cao (>200 ug/L). Ví dụ, khu vực
huyện Đan Phượng,Hoài Đức, Thanh Oai, Thường Tín, Phú Xuyên (Hà Tây

23
cũ), Duy Tiên, Lý Nhân (Hà Nam). Có những xã tỉ lệ giếng ô nhiễm asen cao
gần 100%. Đây là những điểm nóng về ô nhiễm asen cần được nghiên cứu kỹ
hơn, nhất là về giải pháp giảm thiểu và tác động sức khoẻ .
Kết quả điều tra của Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trường với sự
tài trợ của UNICEF tại 3 xã Hoà Hậu, Vĩnh Trụ, Bồ Đề thuộc 2 huyệ
n Lý
Nhân và Bình Lục của tỉnh Hà Nam vào tháng 9/ 2003 cho thấy mức độ ô
nhiễm asen trong nguồn nước ngầm ở khu vực này rất cao, đặc biệt là xã Hoà
Hậu. Trong số 1932 giếng khoan được lấy mẫu và phân tích asen có 94,4%
giếng có nồng độ asen trong nước vượt tiêu chuẩn nước ăn uống (10μg/L),
trong đó có 57,3% giếng có nồng độ asen trên 100 μg/L. Theo bản tổng hợp
kết quả điều tra ô nhiễm asen trên toàn lãnh thổ Việt Nam vào tháng 10 năm
2004 của UNICEF, đồng bằng Bắc bộ và một số khu vực thuộc đồng bằng
Nam bộ là những khu vực có ô nhiễm asen rõ rệt. Đó là những khu vực có
mật độ dân cư cao gần nhất nước nên nguy cơ tác động tới sức khỏe cộng
đồng là điều khó tránh khỏi và rất cần các giải pháp can thiệp [2, 6, 37, 38].

1.2. Tổng quan về mức độ nhiễm độc và tích lũy asen trong cơ thể ngườ
i
trên thế giới và tại Việt Nam
1.2.1. Sự chuyển hóa asen trong cơ thể người và khả năng áp dụng các
chỉ thị sinh học trong nghiên cứu thâm nhiễm asen
Độc tính của As phụ thuộc vào dạng tồn tại và số oxy hóa của chúng.
Các hợp chất của As vô cơ độc hơn các hợp chất As hữu cơ. Trong hai dạng
asen vô cơ thì As(III) độc hơn As(V) nhiều lần. As(III) có ái lực rất mạnh với
nhóm thiol (-SH) trong các protein do vậy As(III) làm tê li
ệt nhiều loại enzim.
As(III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein có lẽ do As(III) tấn công vào
các liên kết có nhóm sunfua. AsO
4
3-
có tính chất tương tự như PO
4
3-
sẽ thay
thế PO
4
3-
ngăn cản quá trình tạo thành ATP là chất sản sinh ra năng lượng.

24
Các nghiên cứu trên động vật thực nghiệm và dịch tễ học ở người trong nhiều
thập kỷ qua đã giúp các nhà khoa học đề xuất mô hình giả thiết về quá trình
trao đổi chất và bài tiết của asen ở động vật có vú. Giả thiết này được sử dụng
rất rộng rãi trong các nghiên cứu về cơ chế gây độc của asen, theo đó asen vô
cơ khi vào cơ thể sẽ chuyển hoá theo sơ đồ
ở hình 1.3. Nhìn vào sơ đồ của

quá trình trao đổi chất trên ta thấy có thể có tới sáu loại sản phẩm trong cơ
thể. Độc tính và sự phân bố trong nước tiểu của các dạng asen hữu cơ kể trên
là vấn đề đang được các nhà khoa học rất quan tâm. Tuy nhiên, khả năng xác
định được các thành phần asen kể trên chỉ thực hiện được trong những năm
gần đây sau khi phương pháp phân tích được phát triển và hoàn thiện. Trong
s
ố các sản phẩm chuyển hóa nói trên, chỉ có các dạng As(V) bền là được phát
hiện vì các dạng As (III) kém bền đã bị ô xy hóa lên dạng As(V). Như đã
trình bày ở trên, khi cơ thể thâm nhiễm asen thì thực chất đó chính là sự thâm
nhiễm với các sản phẩm trao đổi chất từ asen chứ không phải chỉ là asen vô
cơ trong nước. Các dạng asen vô cơ và hữu cơ đều có độc tính nhưng ở những
mức độ khác nhau. Tiềm n
ăng gây độc cho hệ gen tế bào được sắp xếp theo
thứ tự giảm dần như sau: DMAs(III) > MMAs(III) > Asen vô cơ (III và V) >
MMAs(V) > DMAs(V) > TMAsO(V). Sự khác biệt về độc tính này được giả
thiết liên quan tới tính thấm qua màng tế bào của các chất kể trên [7, 13, 20].
Asen có thể có mặt ở tất cả các bộ phận của cơ thể nhưng với mức độ
phân bố và khả năng phát hiện khác nhau. Do thời gian lưu lại của asen trong
máu chỉ khoảng một vài ngày, nên máu chủ yếu được dùng trong các vụ ngộ
độc cấp tính, khi lượng asen vào cơ thể khá lớn. Hơn thế nữa, việc lấy mẫu
thường không dễ dàng nhất là trong các nghiên cứu trên quần thể dân cư
đông, nên chỉ thị máu không được dùng rộng rãi trong nghiên cứu thâm
nhiễm asen.