Tiểu luận: Xử lý nước thiên nhiên nhiễm Arsenic doc

Kỹ thuật xử lý nước thiên nhiên 1
LOGO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA MÔI TRƯỜNG
Môn học: KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THIÊN NHIÊN
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN:
XỬ LÝ NƯỚC THIÊN NHIÊN
NHIỄM ARSENIC.
CBGD: TS. ĐẶNG VIẾT HÙNG
LỚP: CAO HỌC K.2008
HVTH: PHAN THẾ NHẬT
NGUYỄN LỄ
TRẦN BẢO PHÚC
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
2
NỘI DUNG TRÌNH BÀY
TỔNG QUAN VỀ ARSENIC
1
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ AS
TRONG NƯỚC THIÊN NHIÊN
2
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5
MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ XỬ LÝ AS
4
HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÀ XỬ LÝ AS
TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
3
Kỹ thuật xử lý nước thiên

nhiên
3
1.TỔNG QUAN VỀ ARSENIC
Giới thiệu về nguyên tố As.
1.1
Tính chất của As.
1.2
Tiêu chuẩn áp dụng, phương pháp
xác định.
1.5
Tác hại của As.
1.4
Nguồn gốc nhiễm As trong nước
thiên nhiên.
1.3
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
4
1.1Giới thiệu về nguyên tố As.

Arsenic (As) là một nguyên tố có trong tự nhiên và ở
trên bề mặt của vỏ trái đất
chiếm khoảng 1 đến 2 mg Asen/kg

Là một kim loại nặng. As tinh khiết có màu xám và ở
dạng tinh thể rắn.

Số thứ tự 33 trong bảng HTTH.

M = 74.92159 g/mol; d = 5.73 g/cm3


Hầu hết các hợp chất As vô cơ và hữu cơ đều là bột màu trắng
hoặc không màu, không bay hơi, không có vị đặc biệt. Vì vậy
rất khó nói rằng trong thực phẩm, nước, không khí có hay
không sự hiện diện của As

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.
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
5
1.2 Tính chất của As.

1.2.1Tính chất vật lý
Có tính chất gần với các kim loại, nó có bốn dạng thù hình: dạng kim loại, vàng,
xám và nâu. Asen thường gặp ở dạng kim loại có màu sáng bạc. Cấu trúc tinh thể
gần giống Photpho đen, khi gặp lạnh nó ngưng thành tinh thể, hơi Asen có mùi tỏi
rất độc. Asen còn là một chất bán dẫn, dễ nghiền thành bột, người ta có thể tạo
hợp chất bán dẫn của asen như GaAs, có tính chất bán dẫn như silic và gecmani.

Thông số vật lý Đơn vị Giá trị
Tỉ trọng g/cm
3
5,7
Độ dẫn điện µΩ 30
Bán kính nguyên tử A

0
1,21
Năng lượng ion hoá thứ nhất eV 9,81
Nhiệt độ nóng chảy
0
C 817
Nhiệt độ bay hơi
0
C 615
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
6
1.2 Tính chất của As (tt).

1.2.2 Tính chất hóa học
Asen là nguyên tố bán kim loại, có tính chất hoá học gần với tính chất của á kim, cấu hình
lớp vỏ điện tử hoá trị của Asen là 4S24P3. Trong các hợp chất Asen có 3 giá trị số oxi hoá:
-3, +3, +5. Số oxi hoá -3 rất đặc trưng cho Asen.

Chất tác dụng với As Phương trình phản ứng
Oxy
2As + 3/2 O2  As2O3
Halogen, lưu huỳnh
2As + 5 Cl +8 H2O → 2 H3AsO4 + 10 HCl
AsH3 + 4I2 + 4H2 O → H3AsO4 +8HI
Phản ứng với kim loại
H3AsO3 + 3 Zn + 6 HCl → 3 ZnCl2 + AsH3 + 3 H2O
- Phản ứng với nước, dung dịch
acid, dung dịch kiềm
AsCl3 + 3 H2O → 2 H3AsO3 + 3HCl

CuHAsO3 + NaOH → CuNaAsO3 + H2O
2AsH3 + 6H2SO4 → 6SO 2 + As2O3 + 9H2O
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
7
1.2 Tính chất của As (tt).

1.2.3 Các hợp chất của As
As tinh khiết trong tự nhiên rất ít, ta thường thấy nó ở dạng kết hợp với một hay nhiều
nguyên tố khác:

Với O2, Cl, S tạo thành hợp chất arsenic vô cơ bao gồm As3+ và As5+
Được tìm thấy trong nhiều loại đá, đặt biệt trong quặng chứa đồng hoặc than chì. Khi
quặng được đun nóng để tách đồng hoặc tach chì thì hầu hết Arsenic thoát vào
không khí dưới dạng bụi mịn hoặc thu lại bụi Arsenic này và tinh chế thành Arsenic
để sử dụng cho các mụch đích khác (bảo quản gỗ: CCA (Chromated copperarsenic);
thuốc diệt cỏ, côn trùng:Arsar, Scorch và premix ). Hiện diện trong thực phẩm, thức
ăn gia súc, thuốc lá

Với C,H tạo thành hợp chất Arsenic hữu cơ.
Hiện diện trong đất với nồng độ 0.1 - 40ppm và trong thuỷ sản như tôm hùm ở nồng
độ 25 - 80ppm. Tồn tại chủ yếu trong cơ thể động thực vật.
Hai hợp chất hữu cơ không độc, đượ ctìm thấy nhiều nhất trong thực phẩm của
người là: Arsenobetaine và arsenocholine. Khi hai hợp chất này vào cơ thể thì nó sẽ
được loại thải qua nước tiểu
.

K thut x lý nc thiờn
nhiờn
8

1.2 Tớnh cht ca As (tt).

Cỏc hp cht ca As (tt)

Teõn Vit tt Coõng thửực hoựa hoùc
Arsanilic acid C
6
H
8
AsNO
3
Arsenite acid As(III) H
3
AsO
3
Arsenate acid As(V) H
3
AsO
4
Monomethylarsonous acid MMAA CH
3
AsO(OH)
2
Methylarsonous acid MMAA(III) CH
3
As(OH)
2
(CH
3
AsO)

n
Dimethylarsinic acid DMAA (CH
3
)
2
AsO(OH)
Dimethylarinuos acid DMAA(III) (CH
3
)
2
AsOH[((CH
3
)
2
As)
2
O]
Roxarsone C
6
H
6
AsNO
6
Trimethylarsine TMA (CH
3
)
3
As
Trimethylarsine oxide TMAO (CH
3

)
3
AsO
Tetramethlarsonium ion Me4As+ (CH
3
)
4
As
+
Arsenocholine AsC (CH
3
)As+CH
2
CH
2
OH
Arsenobetaine AsB (CH
3
)
3
As+CH
2
COO
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
9
1.3 Nguồn gốc ô nhiễm As trong
nước thiên nhiên.
1.3.2 Trong tự nhiên:
As ở các hóa trị khác nhau: As+5 (AsO4)-3 và As+3 (As2O3), hiếm hơn

As+2 (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. Vật chất hữu cơ cũng có khả năng
hấp phụ và tích lũy As. Điều đó giải thích vì sao As tập trung cao trong mùn
của đất đen, trong các đá phiến sét than,v.v. Đất và nước vùng có núi lửa,
nhất là có nước khoáng đi kèm, thường giàu các As hơn các vùng khác.
Quá trình khử keo hydroxyt Fe3+ 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.
Ngoài ra vi khuẩn là thủ phạm làm tăng mức asen trong nước. John
Lloyd, nhà vi sinh vật thuộc ĐH Manchester (Anh).
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
10
1.3 Nguồn gốc ơ nhiễm As trong
nước thiên nhiên (tt).
1.3.2 Trong tự nhiên (tt): Hàm lượng As phân bố trong tự nhiên (%)
Thiên thạch sắt 0,036
Thiên thạch đá 20.10
-4
Đá siêu bazơ 5.10
-5
Đá bazơ 2,4.10
-4
Đá trung tính 2,4.10
-4
Đá axít 1,5.10
-4

Đá trầm tích 6,6.10
-4
Trong đất 5.10
-4
Phiến sét 5 – 15.10
-4
Bùn biển 1.10
-3
Nước biển 3,7.10
-7
Thành phần của
đất
Lượng As
(mgAs/kg đất)
Đá do núi lửa <1-15
Đất đá cặn cáu <1-900
Sa thạch và đá vơi <1-200
As Phát th i (10ả
6
kg/năm)
Tự nhiên Nhân tạo
2,8 78
Phát biểu toàn cầu (theo
Galloway, Freedmas,1982 )
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
11
1.3 Nguồn gốc ô nhiễm As trong nước
thiên nhiên (tt).
1.3.2 Nhân tạo:

Hoạt động con người cũng thúc đẩy sự phân tán As. Khai thác, chế
biến, vận chuyển quặng chứa As phân tán As với khối lượng lớn. As
được dùng rộng rãi trong thuốc bảo quản gỗ, thuốc nhuộm, duợc
phẩm, luyện kim, công nghiệp bán dẫn, nhân quang điện, thuốc trừ
sâu, diệt cỏ và chất độc hoá học.
Bảng thống kê hàm lượng hóa chất thải bỏ có chứa As
Mục đích sử dụng Lượng As được dùng
Thuốc diệt cỏ 8000 tấn/năm
Làm khô bông vải 12000 tấn/năm
Bảo quản gỗ 16000 tấn/năm
Thuốc sát trùng 2 – 4 kg/ha
Thức ăn gia súc 10 – 50 mg/kg As
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
12
1.3 Nguồn gốc ô nhiễm As trong nước
thiên nhiên (tt).
As từ môi trường
xâm nhập vào cơ thể
người chủ yếu qua
chuỗi thức ăn và
nước uống như hình
bên cạnh.
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
13
1.4 Tác hại của As
1.4.1 Tác động của As:
Hợp chất ôxit của Asen hóa trị III (As2O3). Ôxit này màu trắng, dạng
bột, tan được trong nước, rất độc. Khi uống phải một lượng thạch tín bằng

nửa hạt bắp, người ta có thể chết ngay tức khắc, là một chất rất độc, độc
gấp 4 lần thủy ngân.
Asen tác động xấu đến hệ tuần hoàn, hệ thần kinh. Nếu bị nhiễm độc
Asen một cách từ từ, mỗi ngày một ít, tùy theo mức độ bị nhiễm và thể trạng
mỗi người, có thể xuất hiện 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, nên tác hại của nó đối với phụ nữ và trẻ em là lớn nhất.
As có khả năng ung thư với hàm lượng (% trọng lượng) As trong cơ thể
người :1,8.10-5. Theo tổ chức y tế thế giới 0,05mg/l nước có hàm lượng
Asen < 0,1 mg/l thì không có khả năng tăng nguy cơ nhiễm ung thư)
Tiêu chuẩn As trong máu cho phép theo qui định:Theo bảng tiêu chuẩn,
nồng độ gây độc cho cơ thể là 2mcrg/lít máu; nếu xét nghiệm nước tiểu thì
nồng độ gây độc là 50mcrg/lít nước tiểu…
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
14
1.4 Tác hại của As (tt)
1.4.1 Tác động của As (tt):
Một số biểu hiện của các loại bệnh do nhiễm độc As.
Nhiễm Asen mãn tính cao gấp 3 lần so với người nghiện thuốc lá nặng.
As = “sát thủ vô hình”
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
15
1.4 Tác hại của As (tt)
1.4.2 Cơ chế gây độc của As:
- Làm cản trở hoạt động của Enzyme
- Các enzyme sản sinh năng lượng của tế bào trong chu trình của axit
nitric bị ảnh hưởng rất lớn. Bởi vì các enzyme bị ức chế do việc tạo
phức với As (III), dẫn đến thuộc tính sản sinh ra các phần tử của ATP bị

ngăn cản
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
16
1.4 Tác hại của As (tt)
1.4.2 Cơ chế gây độc của As (tt):
As có ba tác dụng hóa sinh là: làm đông tụ protein, tạo phức với coenzyme và
phá hủy quá trình photpho hóa. Các chất chống độc As là các hóa chất có
nhóm –SH hoạt động mạnh hơn ở enzyme, có khả năng tạo liên kết với As(III).
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
17
1.5 Tiêu chuẩn và phương pháp xác
định As
1.5.1 Tiêu chuẩn áp dụng:
- 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)
- Theo WHO (Guidelines for Drinking water Quality) tiêu chuẩn As trong
nước sinh hoạt là 0,01 mg/l (10ppb)
- Liên Xô là 0,01mg/m3
- USEPA và cộng đồng châu Âu cũng đã đề xuất hướng tới đạt
tiêu chuẩn arsen trong nước cấp uống trực tiếp là 2-20 µg/l.
- Mỹ áp dụng trị số giới hạn ngưỡng (TLV) do hội nghị các nhà
vệ sinh công nghiệp chính phủ Mỹ (ACGIH) đưa ra đối với asen
TLV (ACGIH 1969) : 0,5 mg/m3
TLV(ACGIH 1989-1990) : 0,2mg/m3
TLV(ACGIH 1998) : 0,01mg/m3
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên

18
1.5 Tiêu chuẩn và phương pháp xác
định As
1.5.2 Phương pháp xác định:
a. Phương pháp phân tích cổ điển
- Phương pháp phân tích khối lượng
- Phương pháp phân tích thể tích
b. Phương pháp phân tích công cụ
- Phương pháp phân tích trắc quang
- Phương pháp điện hóa
c. Phương pháp vật lý
- Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử
- Phương pháp sắc kí
- Phương pháp kích hoạt nơtron
- Phương pháp phổ khối
- Phương pháp huỳnh quang nguyên tử
- Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
19
2.CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ARSENIC
TRONG NƯỚC THIÊN NHIÊN
Phương pháp keo tụ - kết tủa
2.1
Phương pháp oxy hóa
2.2
Phương pháp hấp phụ
2.5
Phương pháp làm mềm nước kết hợp loại
bỏ As bằng vôi

2.4
Phương pháp lọc màng

2.3
2.6 Phương pháp trao đổi ion
2.7 Phương pháp sinh học
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
20
2.1 KEO TỤ - KẾT TỦA
2.1.1 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. Phương pháp này
cho phép loại bỏ 50 - 80% Asen có trong nước ngầm mạch sâu (nghiên cứu
xử lý tại khu vực Hà Nội). Khi cho các chất keo tụ như muối nhôm, muối sắt
vào nước, chúng sẽ bị thủy phân tạo ra các hydroxyt hấp phụ các hợp chất
As và lắng xuống.
Ngoài ra người ta còn dùng muối sắt, nhôm để kết tủa các hợp chất As
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
21
2.1 KEO TỤ - KẾT TỦA (tt)
2.1.2 Hoạt động:
Các bước tiến hành keo tụ các chất trong nước theo quy trình sau:
Đầu tiên là giai đoạn hóa chấ keo tụ được tiếp xúc và pha trộn với nước. Kế
đó các chất keo tụ bị thủy phân, làm hệ keo mất tính ổn định và bắt đầu hình
thành bông căn.
Phương pháp keo tụ đơn giản nhất là sử dụng vôi sống (CaO) hoặc vôi

tôi (Ca(OH)2 (ở pH=10,5) để kết tủa hợp chất Arsen. Nồng độ Asen ban đầu
khoảng 50µg/l Hiệu suất đạt khoảng 40 - 70 %. Nhược điểm của phương
pháp này là tạo ra lượng cặn lớn.
Ca2+ + HAsO42- ↔ CaAsO4+ H+
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,…
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
22
2.1 KEO TỤ - KẾT TỦA (tt)
2.1.2 Hoạt động (tt):
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
23
2.2 OXY HÓA
2.2.1 Cơ chế:
Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh
(Chlorine,Permaganate, ozone, oxy, Fenton, điện hóa, quang hóa, song âm,
nước siêu tới hạn,…) 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.
2.2.2 Hoạt động:
a.
Oxy hóa bằng chlorine
Oxy hóa bằng chlorine
−−−−
+−−+
+−−+
−+−−
++→+
++→++

++→++
++→+
OHClSOClHS
HClMnOOHOClMn
HClOHFeOHOClFe
ClHAsOHOClAsOH
2
4)(252
22
2
32
2
4233
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
24
2.2 OXY HÓA (tt)
2.2.2 Hoạt động (tt):
b.
Oxy hóa bằng permaganate
Oxy hóa bằng permaganate
OHMnOSHMnOHS
HMnOOHMnOMn
HMnOOHFeOHMnOFe
OHMnOHAsOHMnOAsOH
224
224
2
2324
2

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

++→++
++→++
++→+
+−
++
++
+
−
Kỹ thuật xử lý nước thiên
nhiên
25
2.2 OXY HÓA (tt)
2.2.2 Hoạt động (tt):
d.
Oxy hóa bằng oxy
Oxy hóa bằng oxy
e.
Oxy hóa bằng Fenton
Oxy hóa bằng Fenton