nghiên cứu khả năng hấp phụ as trên hỗn hợp ôxit fe, mn và ứng dụng xử lý tách as khối nguồn nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
0







Nguyễn Thị Lan Hương




NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ As TRÊN HỖN HỢP
ÔXIT Fe, Mn VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH As KHỎI NGUỒN NƯỚC






LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - năm 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
0





Nguyễn Thị Lan Hương




NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ As TRÊN HỖN HỢP
ÔXIT Fe, Mn VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH As KHỎI NGUỒN NƯỚC


Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60 44 29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Nguyễn Xuân Trung










Hà Nội - năm 2011



MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU
1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
2
1.1. Giới thiệu chung về Asen
2
1.2. Độc tính của Asen
4

1.2.1. Cơ chế gây độc của Asen
4

1.2.2. Độc tính của Asen
5
1.3. Sự phân tán, di chuyển và chuyển hóa lẫn nhau trong môi trƣờng của
các dạng Asen
7
1.4. Tình trạng ô nhiễm Asen trên thế giới và ở Việt Nam
9

1.4.1. Ô nhiễm Asen trên thế giới
9

1.4.2. Ô nhiễm Asen tại Việt Nam
10
1.5. Một số phƣơng pháp xử lý Asen
13

1.5.1. Kết tủa

13

1.5.2. Phƣơng pháp hấp phụ
14

1.5.3. Các phƣơng pháp xử lý Asen đang đƣợc nghiên cứu và áp
dụng ở Việt Nam
18
1.6. Các phƣơng pháp xác định Asen
18

1.6.1. Phƣơng pháp trắc quang
19

1.6.2. Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
19

1.6.3. Phƣơng pháp phổ khối dùng nguồn cảm ứng cao tần (ICP)
21

1.6.4. Phƣơng pháp Von - Ampe hòa tan catot
21
CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
23
2.1. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
23

2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu
23

2.1.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
23
2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
24

2.2.1. Hóa chất
24

2.2.2 Dụng cụ thí nghiệm
24

2.2.3. Thiết bị thí nghiệm
25
2.3. Tiến hành thí nghiệm
25

2.3.1. Tối ƣu hóa điều kiện xác định asen bằng phƣơng pháp đo
quang
25


2.3.1.1. Khảo sát phổ hấp thụ quang của phức màu
25


2.3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đun cách thủy
26


2.3.1.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ H

+

26


2.3.1.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch Mo (VI)
26


2.3.1.5. Khảo sát ảnh hƣởng của tác nhân khử
27


2.3.1.6. Khảo sát ảnh hƣởng của nền mẫu
27


2.3.1.7. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Asen
28

2.3.2. Điều chế vật liệu hỗn hợp oxit Mn, Fe
28

2.3.3.Xác định các tính chất vật lý của vật liệu
29


2.3.3.1. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu
29

2.3.3.2. Xác định hình dạng của vật liệu
29


2.3.3.3.Xác định diện tích bề mặt riêng( BET) của vật liệu
29

2.3.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ As(III) và As(V) của vật liệu
theo phƣơng pháp tĩnh
29


2.3.4.1. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật
liệu
29


2.3.4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến cân bằng hấp phụ
30


2.3.4.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Asen ban đầu đến khả
năng hấp phụ của vật liệu
30

2.3.5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen của vật liệu theo phƣơng
pháp động
31

2.3.5.1.Khảo sát dung lƣợng hấp phụ Asen của vật liệu ở điều kiện
động
31


2.3.5.2. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ nạp mẫu
31


2.3.5.3. Khảo sát ảnh hƣởng tốc độ rửa giải
31


2.3.5.4. Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ chất rửa giải
32


2.3.5.5. Khảo sát thể tích dung môi rửa giải
32


2.3.5.6. Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu Fe, Mn
32


2.3.5.7. Ảnh hƣởng của một số ion khác đến khả năng hấp phụ
As(V)
32

2.3.6. Ứng dụng xử lý mẫu thực tế
33


2.3.6.1. Xử lý mẫu giả
33


2.3.6.2. Xử lý mẫu thật
33
CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
34
3.1.Tối ƣu hoá điều kiện xác định As(V) bằng phƣơng pháp trắc
quang
34

3.1.1. Khảo sát phổ hấp thụ quang của phức màu
34

3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đun cách thủy
34

3.1.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ H
+

35

3.1.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch Mo (VI)
36

3.1.5. Khảo sát ảnh hƣởng của tác nhân khử
37

3.1.5. Khảo sát ảnh hƣởng của nền mẫu đến phép đo quang
38


3.1.6.1. Khảo sát ảnh hƣởng của các cation kim loại
38


3.1.6.2.Khảo sát ảnh hƣởng của các anion
40

3.1.7. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định Asen
41


3.1.7.1.Khoảng tuyến tính của As(V)
41


3.1.7.2. Lập phƣơng trình đƣờng chuẩn của As(V)
42

3.1.8 Giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng của phƣơng pháp trắc
quang xác định As(V)
43

3.1.9. Sai số và độ lặp lại của phép đo

45
3.2.Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen của hỗn hợp oxit Fe, Mn
47

3.2.1. Xác định một số tính chất vật lí của vật liệu
47


3.2.1.1. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu
3.2.1.2. Xác định hình dạng của vật liệu (SEM)
47
47


3.2.1.3.Xác định diện tích bề mặt riêng( BET) của vật liệu
48

3.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ As(III) và As(V) của vật liệu
theo phƣơng pháp tĩnh………………………………………
49


3.2.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật
liệu…
49


3.2.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến cân bằng hấp
phụ
51

3.2.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Asen ban đầu đến khả
năng hấp phụ của vật liệu
52

3.2.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Asen của vật liệu theo phƣơng
pháp động
55


3.2.3.1.Khảo sát dung lƣợng hấp phụ Asen của vật liệu ở điều kiện
động
55


3.2.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ nạp mẫu
56


3.2.3.3. Khảo sát ảnh hƣởng tốc độ rửa giải
57


3.2.3.4. Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ chất rửa giải
57


3.2.3.5. Khảo sát thể tích dung môi rửa giải
58

3.2.3.6. Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu
58


3.2.3.7. Ảnh hƣởng của một số ion khác đến khả năng hấp phụ
As(V)
59
3.3. Ứng dụng xử lý mẫu thực tế
60


3.3.1. Xử lý mẫu giả
60


3.3.2. Xử lý mẫu thật

61
KẾT LUẬN
63
TÀI LIỆU THAM KHẢO
65


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 3.1.Phổ hấp thụ quang của phức màu so với mẫu trắng
34

Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian đun cách thuỷ ….………………
35
Hình 3.3 : Ảnh hưởng của nồng độ H
+

36
Hình 3.4 : Ảnh hưởng của nồng độ Mo(VI) …………………… ……
37
Hình 3.5 : Ảnh hưởng của nồng độ tác nhân khử ………… …
38
Hình 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ Fe
3+
đến độ hấp thụ quang
40
Hình 3.7: Ảnh hưởng của anion đến độ hấp thụ quang ……… …………
41
Hình 3.8 : Đồ thị phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ As(V) …
42
Hình 3.9: Đồ thị đường chuẩn của As(V) …………………………… …
43
Hình 3.10: Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu hỗn hợp oxit Fe - Mn trước khi
hấp phụ ……

47
Hình 3.11: Ảnh SEM của mẫu vật liệu hỗn hợp oxit Fe - Mn trước khi
hấp phụ……

48
Hình 3.12: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu ……
49

Hình 3.13: Các dạng tồn tại của hợp chất sắt ở pH khác nhau
50
Hình 3.14: Các dạng tồn tại của Asen theo pH …………… …………
50
Hình 3.15: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Asen ………
52
Hình 3.16: Ảnh hưởng nồng độ Asen ban đầu đến dung lượng hấp phụ …
53
Hình 3.17: Xác định dung lượng hấp phụ cực đại với As(III) …… ……
54
Hình 3.18: Xác định dung lượng hấp phụ cực đại với As(V) …………….
55
Hình 3.19: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào tốc
độ nạp mẫu ………………………………………………………………

56
Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất rửa giải vào tốc độ
rửa giải ………………………………………………………………

57
Hình 3.21: Ảnh hưởng thể tích dung môi rửa giải đến hiệu suất rửa

giải
58

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1. 1. Một số dạng As trong các đối tượng sinh học và môi trường
4
Bảng 1.2: Tổng hợp một số chỉ tiêu phân tích mẫu nước ngầm Thành phố

Hà Nội mùa khô 12/2000 - 2/2001

11
Bảng 1.3: Kết quả điều tra sơ bộ về ô nhiễm asen trong nước ngầm tại 12
tỉnh

12
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của thời gian đun sôi cách thuỷ
34
Bảng 3.2 : Ảnh hưởng của nồng độ H
+

35
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ Mo (VI)
36
Bảng 3.4 : Ảnh hưởng của tác nhân khử
37
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của cation kim loại đến độ hấp phụ quang
39
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ Fe
3+
đến độ hấp thụ quang
39
Bảng 3.7 : Ảnh hưởng của anion đến độ hấp phụ quang
40
Bảng 3.8: Xác định khoảng tuyến tính của nguyên tố As(V)
41
Bảng 3.9 : Khoảng tuyến tính của As(V) …………………………………
42
Bảng 3.10: Tín hiệu phân tích mẫu trắng ………………………………

44
Bảng 3.11: Giới hạn định lượng và giới hạn phát hiện của phép đo
quang

45
Bảng 3.12: Sai số của phép đo quang xác đinh As(V) ……………………
45
Bảng 3.13: Tín hiệu phân tích mẫu thực ………………………………
46
Bảng 3.14: Độ lặp lại của phép đo quang xác định As(V) ………………
47
Bảng 3.15: Một số thông số vật lý của vật liệu …………………………
48
Bảng 3.16: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu ………
49
Bảng 3.17: Ảnh hưởng của thời gian đến cân bằng hấp phụ ……………
52
Bảng 3.18 : Ảnh hưởng nồng độ Asen ban đầu đến dung lượng hấp phụ
53
Bảng 3.19: Dung lượng hấp phụ Asen của vật liệu theo phương pháp

động
55
Bảng 3.20: Ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu ………………………………
56
Bảng 3.21: Ảnh hưởng của tốc độ rửa giải đến hiệu suất rửa giải ………
57
Bảng 3.22: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất rửa giải ………
57
Bảng 3.23: Ảnh hưởng thể tích dung môi rửa giải đến hiệu suất rửa

giải

58
Bảng 3.24:Ảnh hưởng của khả năng tái sử dụng đến khả năng hấp phụ
As(V) ………………………………………………………

59
Bảng 3.25: Khảo sát ảnh hưởng của ion lạ đến khả năng hấp phụ
As(V)

59
Bảng 3.26: Thành phần mẫu giả
60
Bảng 3.27: Kết quả hấp phụ tách loại Asen của dung dịch mẫu giả
61
Bảng 3.28: Kết quả thử nghiệm xử lý mẫu nước chứa Asen
62

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

LOD
Limit of detection
LOQ
Limit of quantitaty
ICP – MS
Phương pháp phổ khối dùng nguồn cảm ứng cao tần
AAS
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
AES
Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử
HMDE
Điện cực thủy ngân giọt treo

MỞ ĐẦU

Asen (thạch tín) được biết đến là một chất rất độc, một lượng cực nhỏ Asen
có thể gây chết người khi bị nhiễm độc cấp tính và khi bị nhiễm độc mãn tính có
thể gây ra nhiều loại bệnh khác nhau như bệnh đen và rụng móng chân, bệnh sừng
hoá da, ung thư da, phổi. Vào những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ XX, vấn đề ô
nhiễm Asen trong nước ngầm đã trở thành mối quan tâm đặc biệt trên toàn thế giới
khi xảy ra thảm hoạ nhiễm độc Asen ở diện rộng ở Bangladesh và Tây Bengan Ấn
Độ. Ngày nay người ta đã phát hiện thấy ngoài Bangladesh và Tây Bengan, nhiều
nơi trên thế giới như Đài Loan, Alaska, Achentina, Canađa, Mỹ, Việt Nam cũng có
các nguồn nước ngầm bị nhiễm Asen.
Ở Việt Nam, theo một số kết quả khảo sát gần đây phát hiện thấy nước ngầm
ở nhiều nơi thuộc châu thổ sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long bị nhiễm Asen

nặng với nồng độ cao gấp nhiều lần so với giới hạn an toàn cho sức khỏe con
người. Mặc dù bị nhiễm Asen nhưng nước ngầm vẫn được khai thác rộng rãi ở thủ
đô Hà Nội và nhiều tỉnh thành khác của Việt Nam để làm nước ăn uống và sinh
hoạt. Vì các nhà máy nước hiện nay chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng nước
sinh hoạt của người dân, nên phần lớn dân số ở nông thôn đang sử dụng trực tiếp
nước giếng khoan để làm nước ăn uống mà không qua xử lý, hoặc chỉ qua xử lý rất
đơn giản không hoặc ít loại bỏ được Asen. Vì vậy song song với các nghiên cứu
đánh giá mức độ ô nhiễm và sự phân bố Asen trong nước ngầm ở các vùng khác
nhau, việc phát triển các công nghệ khả thi xử lý Asen trong nước sinh hoạt ở qui
mô xử lý tập trung cũng như qui mô hộ gia đình là một yêu cầu cấp bách hiện
nay.
Góp phần vào những nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả xử lý Asen trong
nước, trong khoá luận này chúng tôi tiến hành nghiên cứu: “Khả năng hấp phụ
Asen trên hỗn hợp oxit Fe, Mn và ứng dụng xử lý tách Asen khỏi nguồn
nước”.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về Asen
Trong tự nhiên, Asen phân bố rộng rãi trong vỏ trái đất và tồn tại ở 4 trạng
thái oxi hoá: -3, 0, +3, +5. Dạng nguyên chất Asen là kim loại màu xám, nhưng
dạng này ít tồn tại trong tự nhiên. Người ta thường tìm thấy Asen dưới dạng các
hợp chất với một hay một số nguyên tố khác như ôxy, clo và lưu huỳnh. Asen
trong thiên nhiên có thể tồn tại trong môi trường ở các dạng khác nhau và có liên
quan chặt chẽ tới các quá trình địa chất, quá trình sinh địa hoá. Đối với các khoáng
vật, Asen tồn tại trong khoảng hơn 200 loại khoáng khác nhau, chứa các dạng
Asen cơ bản là arsenite, arsenate. Quặng chứa nhiều Asen nhất là quặng
Arsenopyrit, có hàm lượng tới vài chục gam trong một kilogram quặng. Quặng
sulphua, sulphate, quặng sắt luôn có hàm lượng Asen cao. Các loại quặng
cacbonate, silicát, chứa Asen với hàm lượng thấp hơn. Sự tồn tại của Asen trong
một số loại đá, khoáng vật và đặc biệt trong các quặng đa kim thông qua các quá

trình thuỷ địa hoá và sinh địa hoá và các điều kiện địa chất thuỷ văn mà Asen đã
xâm nhập vào môi trường nước. Ngoài ra các ngành công nghiệp khai thác và chế
biến các loại quặng cũng đã tạo ra nguồn ô nhiễm Asen. Việc khai thác ở các mỏ
làm gia tăng các quá trình phong hoá bào mòn và tạo ra khối lượng lớn đất đá thải
có lẫn Asenopyrit. Tại các nhà máy tuyển quặng, Asenopyrit sau khi tách khỏi
quặng sẽ thành chất thải và phát tán vào trong môi trường.[6,22]
Các nhà khoa học đã đưa giả thiết giải thích nguyên nhân sự phát tán Asen tự
nhiên vào nước ngầm như sau:
- Do sự oxi hoá pyrit sắt bởi ôxi không khí: Một số nhà khoa học đã nghiên
cứu và đi đến khẳng định sự có mặt của Asen trong các trầm tích chứa pyrit sắt.
Việc khai thác nước ngầm với quy mô ngày càng tăng làm cho mức nước ngầm
giảm dần đã tạo điều kiện để các trầm tích pyrit sắt tiếp xúc với không khí dẫn đến
phản ứng oxy hoá pyrit sắt thành FeSO
4
, Fe
2
(SO
4
)
3
và axit sunfuric. Quá trình này
giải phóng cả Asen và nó bị oxy hoá thành Asenit (AsO
2
-
) và Asenat (AsO
3
-
) mà
cả hai đều tan trong nước ngầm. Thí dụ trong vòng 20 năm trở lại đây do cuộc
cách mạng xanh ở vùng Bengan đã làm giảm mức nước ngầm một cách đáng kể và

đây là một trong những vùng mà nước ngầm bị nhiễm Asen với mức độ cao.
- Phản ứng khử các oxyhydroxyt sắt chứa Asen: Giả thuyết về quá trình oxi
hoá nêu trên không thể giải thích được vì sao lại có một hàm lượng lớn Asen ở các
giếng sâu và ở điều kiện yếm khí. Một số công trình nghiên cứu về lĩnh vực này đã
chỉ ra rằng trong các giếng sâu, Asen được giải phóng do các oxyhydroxyt sắt
chứa Asen bị khử ở môi trường yếm khí. Đây là nguyên nhân chính làm cho hàm
lượng Asen cao trong nước ngầm ở lưu vực sông Gange, Bangladesh.[45,46]
- Do các vi sinh vật: Khi phân tích nước bề mặt ở một vùng có trữ lượng kim
loại nặng lớn, người ta nhận được kết quả pH từ 2,5 - 3,5 và hàm lượng Asen từ
0,1 - 0,3 mg/l đồng thời cũng thấy sự có mặt thường xuyên của một nhóm vi sinh
vật. Các kết quả thực nghiệm nhận được đã chứng tỏ đó chính là nguyên nhân gây
nên hàm lượng Asen cao trong nước. Có thể giải thích rằng các vi sinh vật đóng
vai trò như chất xúc tác cung cấp oxi cho quá trình oxi hoá các sunfua kim loại
thành axit sunfuric và kim loại. Sau đó axít sunfuric hoà tan kim loại tạo thành
muối sunfat và phát tán vào nước.
Sau khi phát tán vào môi trường, Asen tồn tại ở nhiều dạng khác nhau tùy theo
bản chất của nguồn phát tán, điều kiện phát tán và điều kiện của môi trường tồn
tại. Các dạng tồn tại của Asen trong môi trường được chỉ ra tại bảng 1.1


Bảng1. 1. Một số dạng Asen trong các đối tượng sinh học và môi trường
STT
Tên gọi
Công thức
1.
Asin
AsH
3

2.

Asenit
AsO
3
3-

3.
Asenat
AsO
4
3-

4.
Axit dimetylAsenic, DMAA
Me
2
AsO
2
H
5.
Axit metylasonic, MMAA
MeAsO
3
H
2

6.
Trimetylasin
Me
3
As

7.
Oxit trimetylasin, TMAO
Me
3
As
+
-O
-

8.
Ion tetrametylasoni
Me
4
As
+

9.
Trimetylasoniaxetat
Me
3
As
+
CH
2
COO
-
10.
Asenocholin (2-trimetylasonietanol)
Me
3

As
+
CH
2
CH
2
OH
11.
Trimetylasinoyletanol
Me
3
As
+
(O
-
)CH
2
CH
2
OH

Các dạng chủ yếu của Asen trong môi trường nước. Đối tượng được quan tâm
nhất trong phân tích môi trường – là bốn dạng As(III), As(V), DMA và
Monometyl Asenic, trong đó hai dạng vô cơ có độc tính cao hơn. Hàm lượng Asen
trong nước ngầm phụ thuộc vào tính chất và trạng thái môi trường địa hóa.
Còn các dạng tồn tại của Asen trong nước phụ thuộc vào pH và thế oxi hoá
khử. Asen(V) thường tồn tại trong nước ngầm có điều kiện oxi hoá ở dạng
H
2
AsO

4
-
(trong môi trường pH axit đến gần trung tính), HAsO
4
2-
(trong môi trường
kiềm). Còn Asen(III) tồn tại trong nước ngầm ở dạng trong H
3
AsO
3
được hình
thành trong môi trường khử và pH >7.
1.2. Độc tính của Asen
1.2.1. Cơ chế gây độc của Asen
Khi xâm nhập vào cơ thể các Asen (III) tấn công ngay lập tức vào các enzim
có chứa nhóm (SH), liên kết và cản trở chức năng của enzim


As(V) ở dạng H
2
AsO
4
-
có tính chất hoá học tương tự muối của axit
photphoric và có thể ảnh hưởng đến cơ chế chuyển hoá phot phat ức chế các enzim
sinh năng lượng cho tế bào (enzim sinh ra ATP) không sinh ra ATP (Adenozin
triphotphat).

Các hợp chất As(V) (R-AsO
3

H
2
) ít ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim
nhưng trong những điều kiện thích hợp chúng có thể bị khử về As (III) độc hơn.
Các hợp chất hóa trị (III) gồm Aseno và Asenoso. Các hợp chất Aseno (R-
As=As-R) dễ dàng bị oxi hoá khi có lượng vết oxi, sự hoạt động mạnh của chúng
do sự chuyển đổi thành dẫn xuất Aseno tương ứng. Các hợp chất này là các hợp
chất thế một lần, thế hai lần theo phản ứng của chúng với nhóm sunfuahydryl.
Những hợp chất thay thế một lần, ví dụ R-As=O phản ứng với enzim có chứa
nhóm -SH.[9]
E
n
z
i
m
S
H
S
H
+
A
s
O
3
3
E
n
z
i
m

S
H
S
H
A
s
O
+
2
O
H

1.2.2. Độc tính của Asen
Asen là nguyên tố cần thiết cho sự sống khi ở hàm lượng rất thấp, có vai trò
trong trao đổi chất nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin. Nhưng về mặt sinh
học, Asen lại là chất độc cực mạnh khi ở hàm lượng đủ lớn đối với cơ thể con
người và các sinh vật khác, nhiễm độc Asen có thể gây 19 bệnh khác nhau, trong
đó có ung thư da và phổi [18].
Asen tồn tại phổ biến trong môi trường xung quanh, mọi người đều tiếp xúc
với một lượng nhỏ. Con đường xâm nhập chủ yếu của Asen vào cơ thể là qua
đường thức ăn (trung bình 25 - 50 g/ngày), ngoài ra còn một lượng nhỏ qua nước
uống và không khí.
Asen đi vào cơ thể con người trong một ngày đêm thông qua chuỗi thức ăn
khoảng 1g; qua bụi, không khí là 1,4 g và qua các đường khác là 0,04 - 1,4 g.
Asen hấp phụ vào cơ thể qua đường dạ dày nhưng cũng dễ bị thải ra Asen tập
trung trong gan, thận, hồng cầu, hemoglobin đặc biệt tập trung trong não, xương,
da, phổi, tóc [18].
Đối với cơ thể con người Asen có 3 tác động hoá sinh: làm đông tụ protein,
tạo phức với coenzym và phá huỷ quá trình photpho hoá.
Asen đi vào cơ thể qua đường nước sinh hoạt nhưng phải sau 5 - 15 năm

mới bắt đầu gây tác động ảnh hưởng đến sức khoẻ.
Sự nhiễm độc Asen được gọi là arsenicosis. Biểu hiện của bệnh là chứng
sạm da (melanosis), dầy biểu bì (keratosis) từ đó dẫn đến hoại thư hay ung thư da
mà khởi đầu là sự phá huỷ da ngoài, ngón tay, ngón chân, sau đó là các bộ phận
nội tạng, cuối cùng là ung thư, hoại thư. Một biểu hiện đặc trưng khi bị nhiễm độc
Asen dạng hợp chất vô cơ qua đường miệng là sự xuất hiện các vết màu đen và
sáng trên da, những hạt ngô nhỏ trong lòng bàn tay, lòng bàn chân, trên mình bệnh
R
A
s
O
+
2
R
'
S
H
R
A
s
S
R
'
S
R
'
nhân. Sau đó những hạt nhỏ này có thể sẽ biến chứng, gây ung thư da. Ngoài ra
người ta còn phát hiện thấy nhiễm Asen còn làm tăng nguy cơ gây ung thư trong
cơ thể, nhất là ở gan, thận, bàng quang và phổi. Nhiễm độc Asen qua đường hô
hấp thường gặp ở những người làm việc tại các lò luyện quặng, gang, thép hoặc

khu vực xung quanh nồng độ Asen cao trong không khí.
Con người có thể bị nhiễm độc As ở mọi lứa tuổi, từ trẻ em đến người già.
Nếu người dân sử dụng nguồn nước có nồng độ Asen 0,75mg Asen/lit trong 1 năm
thì theo thống kê cho thấy tỷ lệ phát bệnh trong 2 năm là 28,8%; 3 năm là 35,52%;
4 năm là 42,2%; 5 năm là 62,9%. [23]
Thực vật khi bị nhiễm Asen bị hạn chế quá trình quang hợp, bị rụng lá.
Asen ảnh hưởng tới thực vật làm giảm trao đổi chất, giảm năng suất cây trồng.
Thực vật ở môi trường nhiễm Asen sẽ hấp thu một lượng đáng kể Asen, con người
và động vật ăn phải thực vật nhiễm Asen thì cũng có thể bị nhiễm độc.
Do những tác động có hại với con người và hệ sinh thái, hàm lượng Asen có
mặt trong môi trường thường được các tổ chức quốc tế về môi trường quy định ở
mức rất thấp. Cơ quan về an toàn định cư và sức khoẻ của Mỹ (OSHA) quy định
nồng độ giới hạn cho phép của Asen trong không khí ở trong các phân xưởng là 10
g/m
3
đối với Asen vô cơ và 500 g/m
3
đối với Asen hữu cơ.
Bộ tiêu chuẩn năm 1993 của WHO khuyến cáo rằng nồng độ Asen trong
nước uống cần nhỏ hơn 0,01 mg/l. Việc giảm nồng độ tiêu chuẩn cho phép này là
do bản chất gây ung thư của Asen đối với con người và động vật.
USEPA và cộng đồng Châu Âu cũng đã đề xuất hướng tới đạt tiêu chuẩn
Asen trong nước cấp uống trực tiếp được là 2-10 g/l. Tiêu chuẩn nước uống của
Đức đã hạ thấp nồng độ giới hạn Asen xuống còn 0,01 mg/l từ 01/1996. Tiêu
chuẩn y tế Việt Nam quy định nồng độ Asen trong nước sinh hoạt nhỏ hơn 0,01
mg/l.
1.3. Sự phân tán, di chuyển và chuyển hoá lẫn nhau trong môi trƣờng của các
dạng Asen
Asen phân bố rộng rãi trong môi trường dưới nhiều trạng thái khác nhau và
đi vào các môi trường sống theo nhiều cách thức và tốc độ khác nhau.

Trong địa quyển: Asen tích lũy trong một số thành tạo địa chất như khoáng
vật và quặng phong hóa ở lượng lớn nhưng khá phân tán. As được bổ sung vào đất
qua tích lũy từ nước, xâm nhập từ không khí và rác thải công nghiệp. Lượng As
trong đất di chuyển do các quá trình địa chất, địa hóa và sinh địa hóa khác nhau.
Trong đất, các dạng As vô cơ tham gia quá trình oxi hóa và metyl hóa nhờ các vi
sinh vật [38,40].
Trong thủy quyển: Sự phân tán và di chuyển của As trong môi trường nước
đặc biệt quan trọng vì phần lớn các quá trình ô nhiễm đều do ô nhiễm nước. As từ
đất được giải phóng vào môi trường nước do quá trình oxi hóa các khoáng sunfua
hoặc khử các khoáng giàu As hay quá trình rửa trôi và khuếch tán tự nhiên. Về cơ
chế xâm nhiễm các kim loại nặng - trong đó có As - vào nước ngầm cho đến nay
đã có nhiều giả thiết khác nhau nhưng vẫn chưa thống nhất. Thông qua các quá
trình thủy địa hóa và sinh địa hóa, các điều kiện địa chất thủy văn mà As có thể
xâm nhập vào môi trường nước. Hàm lượng As trong nước ngầm phụ thuộc vào
tính chất và trạng thái môi trường địa hóa. Nước ngầm trong những vùng trầm tích
núi lửa, khu vực quặng hóa nguồn gốc nhiệt dịch, mỏ dầu khí, mỏ than, thường
giàu As [32,47,49].
Ngoài quá trình di chuyển từ đất vào nước, ô nhiễm As trong nước còn do
quá trình đào thải công nghiệp. Lượng lớn As trong công nghiệp và khai thác mỏ
được đưa nhanh vào nguồn nước do thải trực tiếp hoặc quá trình rửa trôi gây ô
nhiễm nghiêm trọng môi trường nước trên diện rộng do khả năng hòa tan cao của
các hợp chất As [26,27].
Trong khí quyển: Lượng As đi vào không khí chủ yếu do hai nguồn là khí
thải công nghiệp hay khí núi lửa và do vi sinh vật chuyển vào.
Trong sinh vật quyển: As đi vào cơ thể thực vật qua nước hoặc đất là chủ
yếu, sau đó chuyển vào cơ thể động vật và bị hấp phụ, chuyển hóa và tích lũy một
phần. As xâm nhập vào cơ thể sinh vật, đặc biệt là cơ thể người theo nhiều con
đường, trong đó phổ biến là qua đường tiếp xúc và qua tiêu hóa. Phần lớn lượng
As đi vào cơ thể động vật bị chuyển hóa nhanh chóng và đào thải ra môi trường,
tiếp tục chu trình vận chuyển của nó trong tự nhiên [43,44].

1.4. Tình trạng ô nhiễm Asen trên thế giới và ở Việt Nam
1.4.1. Ô nhiễm Asen trên thế giới
Các điều tra khảo sát sự ô nhiễm Asen trong nước ngầm đã được thực hiện
ở nhiều nước như Mỹ, ấn Độ, Đài Loan, Slovakia, Argentina, Thái Lan, Mehico,
Chilê, Trung Quốc, Bangladesh, Mông Cổ. Các kết quả khảo sát cho thấy có rất
nhiều vùng sử dụng nước ngầm bị nhiễm Asen một cách nghiêm trọng như: Tây
Bengan (ấn Độ), Bangladesh, Đài Loan, Alaska, Achentina, Canađa Trên thế
giới có hàng chục triệu người đã bị nhiễm bệnh đen và rụng móng chân, sừng hoá
da, ung thư da do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ Asen cao. ở mỗi
quốc gia, với đặc điểm địa lý, địa chất khác nhau, các nguyên nhân tìm được chưa
hoàn toàn thống nhất. Tuy nhiên, sự có mặt của Asen trong nước ngầm đang là
một thách thức lớn với chính phủ và chính quyền địa phương trong việc bảo vệ
sức khoẻ nhân dân.
Vấn đề ô nhiễm Asen trong nước ngầm tại Bangladesh là một điển hình.
Bangladesh đã hình thành được một hệ thống cơ sở thông tin tư liệu tương đối
hoàn chỉnh, về cả quan trắc, thống kê, nghiên cứu khoa học, giải thích nguồn gốc ô
nhiễm Asen trong nước ngầm và những thành công cũng như kinh nghiệm của
Bangladesh về xử lý Asen trong nước ngầm. Hơn 95 % tổng dân số của
Bangladesh hiện nay đang sử dụng nước ngầm cho mục đích sinh hoạt và ăn uống,
khoảng từ 30 - 35 triệu người dân Bangladesh đang sử dụng nước uống có chứa
Asen với nồng độ lớn hơn 50g/l. Hàng triệu người dân mắc các chứng bệnh như
ung thư da, chân đen, sừng hoá lòng bàn tay, bàn chân và nhiều bệnh điển hình
khác nữa, đó là căn bệnh nhiễm độc Asen, đe doạ sức khoẻ hàng triệu người dân
Bangladesh. Qua phân tích cho thấy nồng độ ở một số giếng đã vượt quá giới hạn
cho phép của WHO (10 g/l). ở Manikganj, Harirampar, Faridpur, Gopalganj có
14 trong 19 mẫu phân tích vượt quá tiêu chuẩn cho phép của Bangladesh (50 g/l),
riêng vùng Harirampar cả 4 mẫu phân tích đều trên 100 g/l. Nồng độ cao của
Asen có thể tìm thấy lên tới 1000 g/l. [45,46]
Sự nhiễm Asen trong nước ngầm ở phía đông sông Hoogky, một nhánh của
sông Hằng phía Tây Bengal đã được báo cáo từ đầu năm 1978. Nhóm bệnh nhân

đầu tiên được phát hiện vào tháng 7/1983, từ đó phạm vi ảnh hưởng và số bệnh
nhân mới ngày càng tăng. Khu vực ảnh hưởng rộng 3.400 km
2
, số người sử dụng
nước nhiễm độc Asen lên tới hơn 1 triệu người, trong đó hơn 200.000 người đã
được xác nhận là nhiễm độc Asen. Đây là vụ nhiễm độc Asen lớn nhất trong lịch
sử [23].
Ở Trung Quốc, trường hợp bệnh nhân nhiễm độc Asen đầu tiên được phát
hiện từ năm 1953. Số liệu thống kê cho thấy 88% nhiễm qua thực phẩm, 5% từ
không khí và 7% từ nước uống. Trên cả nước Trung Quốc có tới 13-14 triệu người
sống trong những vùng có nguồn gốc bị ô nhiễm Asen cao, tập trung nhiều nhất ở
tỉnh An Huy, Sơn Tây, Nội Mông, Ninh Hạ và Tân Cương. Tại Sơn Tây đã phát
hiện 105 làng bị ô nhiễm Asen. Hàm lượng Asen tối đa thu được trong nước uống
là 4,43 mg/l.[28]
1.4.2. Ô nhiễm Asen tại Việt Nam
Những khảo sát bước đầu của các nhà khoa học, các Viện nghiên cứu, văn
phòng UNICEF ở Hà Nội đã dành nhiều công sức, kinh phí tổ chức các đợt khảo
sát, nghiên cứu đã đưa ra một số kết quả ban đầu về nồng độ Asen trong nước
ngầm ở Hà Nội, một số tỉnh vùng đồng bằng sông Hồng như Phú Thọ, Quảng
Ninh, Hà Tây, Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định Từ những điều tra, khảo sát đó,
bản đồ các khu vực ô nhiễm Asen trong nước ngầm cũng dần được hình
thành.[3,8,17,19]
Tại vùng châu thổ sông Hồng, tổng số giếng khoan có thể lên đến hàng triệu
giếng và đa số là giếng nước hộ gia đình. Riêng ở Hà Nội, các chỉ tiêu phân tích
mẫu nước ngầm Thành phố Hà Nội mùa khô 12/2000-2/2001 được nêu ở Bảng1.2
[8].

Bảng 1.2: Tổng hợp một số chỉ tiêu phân tích mẫu nƣớc ngầm Thành phố Hà
Nội mùa khô 12/2000 - 2/2001 [8]

Chỉ tiêu phân tích
vùng nghiên cứu
Arsen
Mangan
Sắt
Amoni
Số
mẫu
vượt
*/TS
%
Số
mẫu
vượt
*/TS
%
Số
mẫu
vượt
*/TS
%
Số mẫu
vượt
*/TS
%
Tầng chứa nƣớc bên trên (qh)
Khu vực phía Bắc
4/66
6.1
44/66

66.7
27/66
36.4
2/66
3.0
Khu vực Đông
Nam
8/20
40
19/20
95.0
12/20
60
3/20
15.0
Khu vực phía nam
sông Hồng








+ Huyện Từ Liêm
8/55
14.5
46/55
83.6

72.7
72.7
10/55
18.2
+ Huyện Thanh Trì
43/72
59.7
59/72
81.9
91.7
91.7
56/72
77.8
+ Các quận nội thành
18/47
38.3
44/47
93.6
87.23
87.2
17/47
36.2
Tầng chứa nƣớc bên dƣới (qp)
Khu vực phía Bắc
4/46
8.7
33/46
71.7
71.7
71.7

3/46
6.5
Khu vực phía Đông
Nam
13/72
13
67/72
70.8
70.8
70.8
21/72
29.2
Khu vực nam sông
Hồng








+ Huyên Từ Liêm
9/25
36
22/25
100
25-25
100
9/25

36
+ Huyện Thanh Trì
13/24
54.2
22/24
95.8
23/24
95.8
18/24
75
+ Các quận nội thành
17/43
39.5
40/43
97.7
42/43
97.7
12/43
27.9

* TCVN 5501-1991