Cấp thoát nước - Chương 9 ppt

1
Ch
ChCh
Chơ
ơơ
ơng
ngng
ng 9.
9.9.
9.
M
MM
Mộ
ộộ
ột
tt
t s
ss
số
ốố
ố c
cc
cô
ôô
ông
ngng
ng ngh
nghngh
nghệ
ệệ
ệ x

xx
xử
ửử
ử lý
lýlý
lý
Arsen
ArsenArsen
Arsen trong
trongtrong
trong n
nn
nớ
ớớ
ớc
cc
c ng
ngng
ngầ
ầầ
ầm
mm
m
Giới thiệu về arsen
Arsen là nguyên tố hình thành tự nhiên trong vỏ Trái đất.
Các hợp chất arsen vô cơ:
Arsenat (As(V), arsenite (As(III), arsenic sulfide (HAsS
2
), arsen
nguyên tố (As

0
) và arsen ở dạng khí Arsine AsH
3
(As(-III)).
- Các hợp chất Arsenate (As(V): H
3
AsO
4
, H
2
AsO
4
-
, HAsO
4
2-
,
AsO
4
3-
.
- Các hợp chất Arsenite (As(III): Các hợp chất arsen vô cơ bị
khử, nh H
3
AsO
3
, H
2
AsO
3

-
, HAsO
3
2-
, AsO
3
3-
.
Các hợp chất arsen hữu cơ: (CH
3
)
2
AsO(OH), C
6
H
5
AsO(OH)
2
,
vv
Các dạng hợp chất hữu cơ của arsen thờng ít độc hơn so với
các hợp chất arsen vô cơ.
2
Trong MT khử (lòng đất):
VK kỵ khí (Methanogenic bacteria) khử As(V)
sang As (III) và Metyl hoá chúng, tạo nên
Methylarsenic acid CH
3
AsO(OH)
2

hay Dimethyl
arsenic acid (cacodylic) (CH
3
)
2
AsO(OH). Những
chất này có thể đợc Methyl hoá tiếp tạo
Trimethylarsine bay hơi rất độc và
Dimethylarsine (III) rất độc.
Giới thiệu về arsen
Nồng độ các hợp chất Arsenat As(V)
trong nớc ngầm phụ thuộc vàp pH
3
Arsen tồn tại phổ biến trong môi trờng xung quanh, và
mọi ngời đều tiếp xúc với một lợng nhỏ của chúng.
Con đờng thâm nhập chủ yếu của arsen vào cơ thể là
qua đờng thức ăn (trung bình 25 - 50 àg/ngđ), ngoài ra
còn một lợng nhỏ qua nớc uống và không khí. Một số
loài cá và thuỷ sản dùng làm thực phẩm chứa arsen cao
hơn bình thờng, nhng lợng arsen này thờng tồn tại
dới dạng hợp chất arsen hữu cơ ít độc.
As trong tế bào thực vật: 0,01 - 5 ppm / trọng lợng khô.
Thực vật biển: nhiều As hơn. Tảo biển, tảo nâu: 94 ppm.
Tế bào ngời: < 0,3 ppm.
Tôm cá biển: 120 ppm/trọng lợng khô.
Công dụng:

Sản xuất thuốc trừ sâu, diệt cỏ (cả arsen hữu cơ và arsen
vô cơ).

Bảo quản gỗ.

(Thuốc nhuộm, sơn.)

Luyện kim (tăng độ cứng của đồng);

Gốm và thuỷ tinh, Bán dẫn, Điện tử, Y học, Hoá chất,
vv

Trớc kia, các hợp chất arsen vô cơ: sơn, thuốc nhuộm,
bả chuột, thuốc chữa một số bệnh truyền nhiễm nh hen,
vảy nến,
4
As(III) As(V)
Nhiều vùng trên thế giới đang bị ô nhiễm hay có
dấu hiệu bị ô nhiễm arsen trong nớc ngầm với
hàm lợng cao, nh ấn Độ, Bangladesh, Mông
Cổ, Đài loan, Ghana, Achentina, Chilê,
97% dân số Bangladesh (116 triệu ngời) đang
sử dụng nớc ngầm làm nguồn nớc cấp cho
sinh hoạt. Trong số đó có tới 77 triệu ngời sử
dụng nguồn nớc có chứa arsen với hàm lợng
cao.
Max n
Country
n natural
a anthropogenic
m mine waste
mg/L
People

at risk
Nepal
Laos
Cambodia
Pakistan
Thailand
Sumatra
3.6 n 11 Mio.?
Vietnam
0.4 n 10 Mio.
USA
Arsenic in groundwater worldwide
5
Arsen có ảnh hởng tới sức khỏe
con ngời nh thế nào?
Một lợng lớn Arsen có thể gây chết ngời.
Mức độ ô nhiễm nhẹ hơn có thể dẫn đến thơng tổn các
mô hay các hệ thống của cơ thể.
Khi Arsen thâm nhập qua miệng: đau rát hệ thống tiêu
hóa, buồn nôn, nôn mửa và tiêu chảy. Ngoài ra có thể bị
giảm lợng hồng cầu và bạch cầu trong máu, rối loạn tim
mạch, tổn thơng mạch máu, suy gan, thận, rối loạn
thần kinh, gây cảm giác nh bị gai đâm vào lòng bàn
chân và tay.
Arsen có ảnh hởng tới sức khỏe
con ngời nh thế nào?
Khi bị nhiễm độc Arsen dạng hợp chất vô cơ qua đờng
miệng: là sự xuất hiện các vết màu đen và sáng trên da,
những hạt ngô nhỏ trong lòng bàn tay, lòng bàn chân
và trên mình nạn nhân. Nếu không đợc chữa trị đúng

cách và kịp thời, những hạt nhỏ này có thể sẽ biến
chứng gây ung th da.
Arsen còn tăng nguy cơ gây ung th trong cơ thể, nhất là
ở gan, thận, bàng quang và phổi.
Nhiễm độc các hợp chất Arsen vô cơ qua đờng hô hấp:
đau nhẹ đến đau nhức da, mắt, miệng, , bệnh ung th
phổi.
6
Ô nhiễm arsen qua đờng hô hấp với nồng độ
khoảng 200 àg/m
3
thờng gây đau rát mũi, họng
và da nơi tiếp xúc.
Bị nhiễm độc ở mức cao hơn sẽ có những triệu
chứng tơng tự nh ô nhiễm mạn tính qua đờng
miệng ở mức trung bình.
Arsen có ảnh hởng tới sức khỏe
con ngời nh thế nào?
US EPA: với lợng tiếp nhận hàng ngày 1
àg/kg.ngđ (khoảng 50 - 100 àg đối với ngời lớn)
trong thời gian dài có thể dẫn tới nguy cơ ung th
da với xác suất 0.1% (1/1000). Lợng này tơng
đơng với sử dụng nớc nguồn ô nhiễm arsen với
hàm lợng 25 - 50 àg/L trong một đời ngời.
Hít thở thờng xuyên không khí chứa 1àg/m
3
arsen có thể dẫn đến ung th với xác suất
khoảng 0.4% (4/1000).
Arsen có ảnh hởng tới sức khỏe
con ngời nh thế nào?

7
Nồng độ giới hạn cho phép của arsen trong
nớc uống (TCVN): 10 àg/L.
WHO: đã hạ thấp nồng độ giới hạn cho phép
của Arsen trong nớc cấp uống trực tiếp
xuống 10 àg/L.
US EPA, EU: hớng tới 2 - 20 àg/L.
Đức: 10 àg/L từ 1/1996 (Driehaus W. và nnk,
1998).
Các công nghệ xử lý arsen
trong nớc ngầm
Các nhóm giải pháp công nghệ chủ yếu:
Tạo kết tủa - Lắng
Keo tụ - Lắng
Lọc
Hấp phụ
Ôxy hoá
Lọc màng
Oxy hoá quang năng,
Có nhiều giải pháp công nghệ rẻ tiền, thậm chí không tốn kém chi phí.
Các giải pháp tạm thời, rẻ tiền thờng không đáp ứng đợc tiêu chuẩn
của WHO (10 ppb). Cần thiết phải sử dụng những giải pháp dài hạn,
hay sử dụng kết hợp một số công nghệ.
8
Cơ chế quá trinh xử lý Asen
In solution
iron oxidation
iron coagulation
arsenic oxidation
arsenic co-precipitation

In sand filter
iron oxidation
iron precipitation on sand
arsenic oxidation
arsenic co-precipitation
1. Tạo kết tủa - Lắng
Tạo các chất kết tủa với các ion tan trong dung
dịch. Sắt thờng tồn tại trong nớc ngầm ở dạng
Hydro cacbonat Sắt (II) hoà tan. Khi gặp oxy, sẽ
đợc oxy hoá và tạo thành chất kết tủa. Các hợp
chất của Arsen có khả năng hấp phụ lên các
bông kết tủa đó (Phơng pháp cộng kết tủa)
Các trạm xử lý nớc ngầm chứa sắt thờng đợc
thiết kế theo công nghệ làm thoáng - lắng - lọc.
Những trạm này cũng khử đợc arsen mà không
dùng hoá chất keo tụ.
9
2. Keo tụ
Dùng các chất keo tụ, nh các muối của Sắt hoặc Nhôm
(phèn), chuyển arsen từ dạng tan sang dạng không tan
nhờ phản ứng hoá học, sau đó tách ra khỏi nớc nhờ lắng
hoặc lọc.
- Có thể phải oxy hoá sơ bộ và/hoặc điều chỉnh pH.
- Xử lý cặn thải chứa arsen từ quá trình keo tụ?
Phèn sắt thờng cho hiệu quả xử lý cao hơn so với cùng
một lợng phèn nhôm, độ dao động pH cho phép lớn hơn.
So sánh hiệu quả khử arsen với 3 loại phèn keo tụ khác
nhau: FeCl
3
, FeSO

4
, Al
2
(SO
4
)
3
: FeCl
3
cho phép đạt hiệu
suất khử arsen cao nhất: > 90 %.
3. lọc
- Vật liệu thông thờng: cát, than antraxit, than
hoạt tính dạng hạt,
- Vật liệu rẻ tiền ở địa phơng: vải, than, sơ dừa
ép, xơ mớp, sỏi nhỏ,
10
4. Hấp phụ:
Arsen có thể đợc hấp phụ lên bề mặt của các
vật liệu dạng hạt, hạt sét hay vật liệu gốc xellulo
nh: Than hoạt tính; than hoạt tính đã xử lý bằng
một số hợp chất kim loại; các hợp chất oxyt sắt,
oxyt titan, oxyt silic; sét khoáng (caolanh,
bentonite, ); boxit, hematite, felspat; nhựa tổng
hợp trao đổi anion; chitin và chitosan; bone char;
cát bọc một lớp oxyt sắt hoặc dyoxit mangan
MnO
2
; các vật liệu xellulo (mùn ca, bột giấy
báo), vv

Hiệu suất xử lý tăng nếu sử dụng các chất oxy
hoá hỗ trợ quá trình hấp phụ arsen.
Dùng mạt sắt (Fe hoá trị 0)
Fe = 2000 mg/l. Hiệu suất luôn đạt > 93%.
Sự có mặt của Sulffat làm tăng hiệu suất xử lý,
trong khi Phosphate lại làm ức chế.
t = 12 h 3,5 ngđ.
11
Oxyt nhôm kim loại hoạt hoá
Vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ nhôm,
có khả năng tách arsen ở 2 dạng tồn tại phổ
biến ở trong nớc là As (III) và As(V):
PEI's Aqua-BindTM - Arsenic.
Nhôm hoạt hoá có tính lựa chọn cao đối với
As(V).
Cần tính đến khả năng hoàn nguyên và thay thế
vật liệu lọc khi sử dụng.
Hàm lợng sắt trong nớc nguồn càng cao, hiệu
suất khử arsen và chu kỳ làm việc giữa hai lần
hoàn nguyên càng tăng.
Hạn chế: lợng vật liệu hấp phụ thải ra lớn: 50 -
200 g / m3 nớc (gấp gần 10 lần so với lợng cặn
tạo thành khi sử dụng phơng pháp keo tụ bằng
phèn sắt).
Nhôm hoạt hoá
12
Công nghệ giảm thiểu arsen AsRT: Cột lọc với vật liệu hấp
phụ bằng mạt sắt trộn lẫn với cát thạch anh.
Hệ thống bao gồm 2 cột lọc nối tiếp.
- Cột thứ nhất với vật liệu lọc là Sulfat bari và cát thạch anh.

- Cột thứ hai với vật liệu lọc là mạt sắt và cát thạch anh.
- Sắt bị oxy hoá, tạo môi trờng thiếu khí (anoxic) đối với
arsen (trong điều kiện thiếu oxy). Mạt sắt (`các Ion sắt hoá
trị 0), khử arsen vô cơ thành dạng kết tủa cùng với sắt, hỗn
hợp kết tủa, hay kết hợp với sulfat tạo Pyrit arsen. Arsen
trong nớc đợc giữ lại trong cột lọc. Arsen trong nớc sau
xử lý đạt dới 27 ppb.
Sử dụng mạt sắt kết hợp với cát
Hydroxyt sắt
Vật liệu hấp phụ: bột giấy báo có phủ một lớp
Hydroxyt sắt (III) (Giấy báo cắt vụn đợc trộn
với khoáng chất Blender và nghiền nhỏ thành
bột. Sau đó trộn với hydroxyt sắt và khuấy đều,
làm hydroxyt sắt bám vào các sợi xellulo).
Hydroxyt sắt dạng hạt: cột hấp phụ của
Driehaus. Vật liệu này có khả năng hấp phụ cao:
Nồng độ arsen trong nớc trớc xử lý 100 180
ppb, sau xử lý đạt < 10 ppb.
13
Laterite
Đất sét có màu đỏ, rất phổ biến ở các vùng nhiệt
đới. Thành phần chủ yếu của Laterite là các
Hydroxyt Sắt và Nhôm, hoặc các oxyt ngậm
nớc của chúng, và một lợng nhỏ các hợp chất
của Mangan, Titan. ở điều kiện tự nhiên, loại đất
sét này có điện tích bề mặt dơng, có khả năng
hấp phụ các chất bẩn mang điện tích âm nh
Arsenic. Có thể đa laterite trực tiếp vào nớc
cần xử lý nh chất hấp phụ, sau đó để lắng,
hoặc có thể sử dụng làm vật liệu hấp phụ trong

bể lọc.
5. Trao đổi Ion
Anion axit mạnh (Cl
-
): chuyển gốc arsenate
H
2
AsO
4
-
sang arsenate HAsO
4
2-
.
Arsen sau xử lý có thể hạ thấp tới dới 2 ppb.
Hoàn nguyên: NaCl.
14
6. Oxy hoá
Làm thoáng bằng cách sục không khí vào nớc, có thể
oxy hoá arsen và sắt có trong nớc, tạo chất kết tủa
FeAsO
4
.
Làm thoáng đơn giản và lắng: arsen sẽ đợc tách cùng
với Hydroxyt Sắt kết tủa. Hiệu suất xử lý đạt 25% đối với
nớc ngầm chứa nhiều sắt.
Phản ứng oxy hoá quang hoá nhờ năng lợng bức xạ
(SORAS): oxy hoá quang hoá As(III) thành As(V) nhờ
ánh sáng mặt trời, sau đó ách As(V) ra khỏi nớc nhờ
hấp phụ bằng các hạt Fe(III).

- Tăng cờng hiệu suất nhờ nhỏ thêm vài giọt
chanh, giúp cho quá trình tạo các bông keo Fe(III).
Hàm lợng sắt trong nớc ngầm ít nhất 3 mg/l, cờng độ
bức xạ UV-A 50 Wh/m
2
.
u ủim: lm thoỏng ủm bo cho s bóo hũa
ụxy ủ ụxy húa st
Nhc ủim: cụng trỡnh ủũi hi k nng v vt liu
ủc bit, tn kộm
cha ph bin rng rói min bc
VN
Filter design: aeration step
15
7. Oxy quang hoá
Loại bỏ Arsenite (As(III)) và cả các chất hoà tan khác nh
Sắt, Phosphorus, Sulfur, khỏi nớc bằng cách đa
chất oxy hoá và chất hấp phụ quang hoá: chiếu tia cực
tím vào nớc rồi sau đó lắng. Chất oxy hoá có thể là oxy
tinh khiết hoặc sục khí. Chất hấp phụ quang hoá có
thể là Fe(II), Fe(III), Ca(II). Có thể sử dụng ánh sáng mặt
trời làm nguồn tia cực tím. Phản ứng có thể xảy ra ở nhiệt
độ trong phòng và ánh sáng thấp, không đòi hỏi các thiết
bị phức tạp. Do As(III) bị oxy hoá thành As(V) với tốc độ
rất chậm, có thể sử dụng các chất oxy hoá mạnh nh Cl
2
,
H
2
O

2
hoặc O
3
. Phần lớn chi phí xử lý chính là các chât oxy
hoá này (Khoa G.H., Emett M.T. et al, 1997).
16
8. Chng cất bằng năng lợng mặt trời
Phơng pháp này sử dụng năng lợng mặt trời
để làm bốc hơi nớc, sau đó cho nớc ngng tụ
lại. Quá trình bay hơi và ngng tụ nớc sẽ tách
tất cả các chất, trong đó có cả arsen ra khỏi
nớc.
ở các nớc vùng nhiệt đới, với nguồn năng lợng
mặt trời sẵn có.
17
9. Läc mµng
• Cã nhiÒu lo¹i mµng läc ®−îc sö dông nh− vi läc,
thÈm thÊu ng−îc, ®iÖn thÈm t¸ch, siªu läc vµ läc
nano.
• Arsenic removal by biofilter
10. Ph−¬ng ph¸p sinh häc – sö dông
biofilter & iron oxidysing bacteria