Nghiên cứu loại bỏ asen trong nước ngầm để sản xuất nước sinh hoạt bằng vật liệu cát đen biến tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỞNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
_________
** *
_________
______________________________________________________________ Báo cáo nghiệm thu đề tài cảp ĐHQG
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI
NGHIÊN CỨU LOẠI BÒ ASEN TRONG NƯỚC NGẰM
ĐẺ SẢN XUẤT NƯỚC SINH HOẠT
BẢNG VẬT LIỆU CÁT ĐEN BIẾN TÍNH
MẲ SÓ: QT-08-18
CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI: ThS. NGUYỄN THỊ HẠNH
CÁC CÁN B ộ THAM GIA: CN. HÀ MINH NGỌC
ĐA! HOC Q l'O C G /» m.A '.ị ;.
TltUNG TÁv Tí,
D r / QiOA
HÀ NỘ I-2 0 09
1
BÁO CÁO TÓM TẤT
1. Tin đề tài:
“Nghiên cứu loại bỏ asen trong nước ngầm để sản xuất nước sinh hoạt bằng
vật liệu cát đen biến tính”
Mã sổ: QT-08-18
2. Chủ trì đề tài: ThS. Nguyễn Thị Hạnh
3. Cán bộ tham gia: CN. Hà Minh Ngọc
4. Mục tiêu và nội dung nghiên cửu:
a. Mục tiêu: Chế tạo vật liệu mangan dioxit bọc cát; nghiên cứu đặc trưng
của vật liệu thu được bằng các phương pháp vật lý và hỏa lý; nghiên cứu các yếu tổ
ảnh hưởng tới quá trinh hấp phụ asen của vật liệu mangan -dioxit bọc cát.
b. Nội dung nghiên cứu: Chế tạo vật liệu mangan dioxit bọc cát và nghiên
cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của vật liệu. Cụ thể như sau:

s Chế tạo vật liệu mangan đioxit bọc cát bằng cách tạo ra lớp mangan dioxit
bọc trên cát từ nguồn nguyên liệu phổ biến là cát đen, dung dịch KMn04 và
một sổ hóa chất khác.
s Đặc trưng vật liệu chế tạo bằng các phương pháp vật lý hiện đại.
S Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ asen.
S Nghiên cứu xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu chế tạo.
S Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của vật liệu chế tạo trong điều kiện tĩnh.
s Khảo sát khả năng hấp phụ động của vật liệu chế tạo.
5. Các kết quả đạt được
a. Nội dung khoa học: Qua quá trình chế tạo vật liệu, nghiên cứu khả năng
hấp phụ của vật liệu MnƠ2 bọc cát đã thu được những kết quả sau:
s Chế tạo thành công vật liệu MnƠ2 bọc cát, xác định các đặc trưng vật liệu
thu được qua chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM.
S Khảo sát và thu được các điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ asen của vật
liệu mangan dioxit bọc cát: pH tối ưu cho quá trình hấp phụ pH = 7; Thời
gian đạt cân bằng hấp phụ là 4h; Tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu
Mnơ2 bọc cát là qmax = 8,77 mg/g, vật liệu cỏ khả năng hấp phụ tốt asen
trong nước.
s Khả năng hấp phụ động của vật liệu tương đối tốt và có khả nẳng giải hấp
bàng dung dịch NaỌH.
s Khảo sát khả năng hấp phụ asen của vật liệu Mnơ2 bọc cát đối với mẫu nước
tại Trung tâm Mầm non, xã Đồng Du, huyện Bình Lục, tinh Hà Nam. Kết
quả cho thấy: Mâu nước ngầm ban đầu có nồng độ asen là 0,4924mg/l sau
khỉ cho qua cột hấp phụ nồng độ asen giảm còn 0,007mg/l đạt tiêu chuẩn về
nước ăn uổng sinh hoạt (<0 ,0 1 mg/l).
Đề tài đã góp phần vào xử lý nguồn nước bị ô nhiễm asen. Chúng tôi hy
vọng rằng trong thcn'gian tới sẽ cỏ những nghiên cứu mở rộng hơn về vật liệu xử lý
asen nhằm đưa ra được vật liệu cho hiệu quả xử lý tốt nhất.
b. Bài báo khoa học
Nguyễn Thị Hạnh, Hà Minh Ngọc. Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của

vật liệu mangan dioxit bọc cát. Đã gửi đăng tạp chí Hóa học, T47, sổ 2A, đãng
trong tháng 2/2009.
c. Hướng dẫn khỏa luận tốt nghiệp: 01
Nghiên cứu khả năng hấp phụ asen của vật liệu mangan dioxit bọc cát.
Sinh viên: Lê Minh Đức K49B - Ngành Công nghệ Hóa học
6. Tinh hình kinh ph ỉ của đề tài:
Tổng kinh phí được cấp: 20.000.000 đồng
Đã chi: 20.000.000 đồng
KHOA QUẢN LÍ
CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI
PGS. TS. Nguyễn Văn Nội
ThS. Nguyễn Thị Hạnh
C ơ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI
• Hổ hiệu TRƯỚNG
SUMMARY REPORT OF THE SCIENTIFIC
RESEARCH SUBJECT
1. Title o f subject:
"Removal of arsenic from ground water for producing drink water by
using chemical modifed sand"
Code: QT-08-18
2. Head o f Subject: M.Sc. Nguyen Thi Hanh
3. Participants: B.Sc. Ha Minh Ngoc
4. Purpose and content o f research:
a. Purpose: Manufacture material manganese dioxite to cover sand; research
on the characteristics of materials obtained by physical and chemical methods,
research on the effects of the factors on the arsenic adsorption.
b. Content: Preparation of adsorbent for removing of arsenic from
groundwater and study on the effects of some factors on the adsorption efficiencies.
Detail:
s Preparation of manganene dioxite cover by sand from black sand, KMn04

and some other chemicals.
s Determination of physical and chemical properties of adsorption material by
some morden methods.
s Study on the effect of pH, contact time on the adsorption ability and
determine maximum adsorption capacity.
s Research on the adsorption of material in two conditions: stừed and non stired.
5. The obtained results
a. The main results in science and technology
s Adsorption material was prepared and its properties were investigated.
s The effects of pH and contact time on the treatment efficiecies was
investigated; the results show that the optimum conditons were pH of 7,
contact time of 4 hours. At the above conditions, the maximum adsorption
capacity of material was 8.77 mg/g.
s The adsoipbent was a suitable material for removing of arsenic from ground
water.
b. Results in training
01 undergraduate student in chemical engineering.
c. Publications
Nguyen Thi Hanh, Ha Minh Ngoc, 2009. Study on the treatment o f arsen by
an adsorption method using mangane dioxite coated by sand. Journal of Chemistry
(Vol. 47; No. 2A, in press).
Head of the Subject
MSc. Nguyen Thỉ Hanh
Bảo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
MỤC LỰC
MỞĐẦƯ 3
CHƯƠNG 1. TỒNG QUAN

4
1. Giới thiệu chung về Asen 4

1.1. Sự tôn tại của asen trong tự nhiên 5
1.2. Tinh chất hoả lý của asen 5
1.3. Độc tính của asen 6
2. Tình trạng ô nhiễm asen trên thế giới và ở Việt Nam 8
2. ỉ. Ô nhiễm asen trên thể giới 8
2.2. Ô nhiễm asen tại Việt Nam
9
3. Một sổ phương pháp xử lý asen 12
3. ỉ. Oxi hoả/ khử 12
3.2. Trao đổi ion

.
12
3.3. Kết tủa, cộng kết
12
3.4. Hấp p hụ

.
12
3.4.1. Động học của quả trình hấp phụ

.

.

13
3.4.2. Tốc độ của (ịuả trình hấp phụ

13
3.4.3. Tải trọng hap phụ 14

3.4.4. Các phương trình cơ bản của quả trình hấp phụ

14
3.5. Các phương pháp vật lý 15
CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM 17
1. Đổi tượng và phương pháp nghiên cứu

17
ỉ. L Đôi tượng nghiên cứu 17
1.2. Phương pháp nghiên cửu

17
2. Hoá chất, dụng cụ 17
2.1. Hoá chất

17
2.2. Dụng cụ

.
18
2.3. Chế tạo vật liệu

.
18
2.4. Phân tích asen bằng phương pháp so màu trên giấy tẩm thủy ngân
Bromna 19
2.5. Phân tích asen bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 21
CHƯƠNG III. KÉT QUẢ VẠ THẢO LUẠN
7.

23
1. Nghiên cửu khả năng hấp phụ asen của vật liệu mangan đioxit bọc cát

23
1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đên khả năng hâp phụ asen 23
1.2. Nghiên cửu xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu

23
1.3 Nghiên cửu khả năng hâp phụ asen của vật liệu trong điêu kiện tĩnh

24
2. Khảo sát khả năng hấp phụ động của vật liệu 25
3. Khảo sát hấp phụ đổi với mẫu nước thực tế 26
3.1. Phương pháp lẩy mẫu và bảo quản m ẫu 26
3.2. Phương pháp phân tích mâu
27
3.3. Kết qua.

29
KẾT LUẬN 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO 32
2
MỞ ĐÀU
Đối với bất ki quốc gia nào trên thế giới, tài nguyên nước đều là nguồn tài
nguyên vô cùng quan trọng. Mặc dù, nước chiếm 3/4 diện tích toàn cầu nhưng
ỉượng nước có thể sử dụng được trong sinh hoạt lại rất ít.
Cùng với sự phát triển của xâ hội loài người thì sự ô nhiễm và cạn kiệt nguồn nước
ngày càng trở lôi trầm trọng, nhất là đổi với nước bề mặL Chính vì vậy, nước ngầm trở
thành nguồn nước chính để khai thác phục vụ nhu cầu sử dụng của con người.
Nhưng đi đôi với việc sử dụng nước ngầm là vấn đề ô nhiễm kim loại trong

nước, đặc biệt là asen. Asen được biết đến là một chất kịch độc, có thể gây chết người
khi bị nhiễm độc cấp tính và khi bị nhiềm độc mãn tính có thể gây ra nhiều loại bệnh
khác nhau, trong đó có các bệnh nan y như ung thư da, phổi Từ xưa asen ở dạng
hợp chất vô cơ được sử dụng nhử chất độc (thạch túi), một lượng cực nhỏ Asen loại
này (0,1 - 0,2 gam) cũng đủ gây chết người. Mức độ nhẹ hơn có thể gây thương tổn
các mô hay hệ thống trong cơ thể sinh vật và tiến triển thành ung thư.
Hiện nay 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 Việt Nam, hiện tượng ô nhiễm Asen trong nước ngầm đã được
phát hiện từ những năm 1996 - 1997. Từ đó Văn Phòng UNICEF ờ Hà Nội đã cùng
với các nhà khoa học ở Việt Nam mờ nhiều đợt khảo sát hàm lượng Asen trong
nước ngầm ở nhiều tinh như: Hà Nội, Nam Định, Hà Nam Kết quả khảo sát sơ bộ
cho thấy nguy cơ nhiễm asen ữong nước ngầm ở Việt Nam là khá rõ rệt và tương
đổi lớn.
Do đó, việc hạn chế sự ô nhiễm Asen là vấn đề nóng bỏng, cấp thiết nhằm
bảo vệ sinh mạng cho con người.
Góp phần vào những nghiên cứu nhàm xử lý asen trong nước, đề tài "Nghiên
cứu loại bò asen trong nước ngầm để sản xuất nước sinh hoạt bằng vật liệu cát đen
biến tỉnh ” được thực hiện với mong muốn đóng góp phần ữong việc tìm kiếm và phát
triển những vật liệu tối ưu, kinh tế để xử lý nguồn nước bị nhiễm asen.
_________________________________________________________________________________________________Bảo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
3
CHƯƠNG 1. TÒNG QUAN
1. Giói thiệu chang về Asen
Asen ỉà nguyên tố tồn tại tự nhiên trong vỏ trái đất, trong nhiều loại khoáng
vật. Ở dạng nguyên chất asen là kim loại màu xám, nhưng dạng này không tồn tại
trong tự nhiên. Người ta thường tìm thấy asen dưới dạng các hợp chất với một hay
một sổ nguyên tố khác như ôxy, clo và lưu huỳnh. Asen trong thiên nhiên có thể tồn
tại trong các thành phần môi trường đất nuớc không khí, sinh học và có liên quan
chặt chẽ tới các quá trình địa chất, quá trình sinh địa hoá. Các quá trình này sẽ làm

cho asen có mặt trong một số thành tạo địa chất và sẽ phân tán hay tập trung là
nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường sống.
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu xác định được hàm lượng Asen ừong
đá, quặng, trong đất và vò phong hoá, trong nước, không khí ở Việt Nam ưong
khoảng 10 năm gần đây, một số nhà khoa học địa chất và địa chất thuỷ vãn đã
nghiên cửu về sự tồn tại của asen trong đá, quặng, đất và vỏ phong hoá cũng như
trong trầm tích bở rời, trong nước biển, nước mưa, nước ngầm bàng những công
cụ và phương pháp phân tích hiện đại như thiết bị kích hoạt nơtron và máy quang
phổ hấp thụ nguyên tử, ICP - MS
Asen được giải phóng vào môi trường nước do quá trình ôxy hoá các khoáng
sunfua hoặc khử các khoáng ôxi hidroxit giàu asen. Hiện tượng asen cỏ mặt trong
nước ngầm cho đến nay đã có nhiều giả thiết khác nhau nhưng vẫn chưa có sự
thống nhất. Giả thiết có thể là thông qua các quá trình thuỷ địa hoá và sinh địa hoá,
các điều kiện địa chất thuỷ vãn mà asen đã xâm nhập vào môi trường nước.
Hàm lượng asen trong nước ngầm phụ thuộc vào tính chất và trạng thái môi
trường địa hoá. Asen tồn tại ứong nước ngầm ở dạng H2AsCV (trong môi trường pH
axit đến gần trung tính), HAs042' (trong môi trường kiềm). Hợp chất H3ASO3 được
hình thành chủ yếu trong môi trường khử yếu. Các hợp chất cùa asen với natri có tính
hoà tan rất cao. Những muối của asen với canxi, magie và các hợp chất asen hữu cơ
trong môi trường pH gần trung tính, nghèo canxi thi độ hoà tan kém hom các hợp chất
hữu cơ, đặc biệt là asen - axit fulvic thì rất bền vững có xu thế tăng theo độ pH và tỷ
lệ asen - axit fulvic. Các hợp chất của As5f hình thành theo phương thức này.
Như chúng ta đã biết, asen là nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho sự phát
triển của con người và sinh vật. asen có vai trò trong trao đổi chất nuclein, tổng hợp
protit và hemoglobin.
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 nguyên sinh đã phơi lộ các quặng
sunfiia, làm gia tăng các quá trình phong hoá bào mòn và tạo ra khối lượng lớn đất
_________________________________________________________________________________________________Bảo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
Bảo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG

đá thải có ỉin asenopyrit ở lân cận khu mỏ. Tại các nhà máy tuyển quặng asenopyrít
được tách ra khôi các khoáng vật có ích và đi vào trong môi trường. Asenopyrit bị
rửa lũa, dẫn đến hậu quả ỉà một ỉượng lớn asen đượe đưa vào môi trường xung
quanh, asenopyrit sau khi tách khôi quặng sẽ thành chất thải và được chất đổng
ngoài ười và trôi vào sông suối, gây ô nhiễm tràn lan.
Asen có thể kết hợp với một sổ nguyên tổ tạo thành các hợp chất asen vô cơ
như các khoáng vật, đá thiên thạch, Reagal (AsS), Orpiment (AS2S3 ), Arsenolite
(AS2O3), Arsenopyrite (FeAs2, FeAsS, AsSb), Hợp chất của asen với carbon và
hydrô gọi là hợp chất asen hữu cơ. Thường thì các dạng hợp chất hữu cơ của asen ít
độc hại hơn so với các hợp chất asen vô cơ.
I.ĩ. Sự tồn tại cửa asen trong tự nhiên
Sự biến đổi sinh học được quan sát đầu tiên vào thế kỳ 19 trong khi sử dụng
giấy dán tường chứa các sắc tố cỏ asen. Sự biến đổi asen trong môi trường chủ yếu là
quá trình metyl hoá asen bởi nấm, vi sinh vật và vi khuẩn trong đất tạo thành dimetyl
và trimetylasin cũng đã được nói đến. Ngoài ra, trầm tích tự nhiên có thể metyl hoá
asen tạo thành sàn phẩm là các hợp chất có thể bay hơi hoặc không bay hơi. Những
nhân tổ ảnh hưởng tới quá trình metyl hoá asen vẫn còn đang được nghiên cứu, có thể
ỉà cấy vi khuẩn thuần nhất họ Aeromonas và Flavobacterium tách từ hồ nước và
Escherichia coli đã metyl hoá âsen trong những điều kiện hiếu khí. Axit dimetyl
asenic được hình thành trong điều kiện trung gian của các hợp chất asenic, giải phóng
asin và trimetylasin ở phần không gian phía trên bình cấy vi khuẩn.
Dạng metyl hoá của asen đã được phát hiện trong nước tự nhiên trong vỏ
trứng, vỏ ổc biển và trong nước tiểu người. Những nghiên cứu với hệ vi sinh vật
hiếu khí và yếm khí đã cho thấy trimetylasin và dimetylasin được hình thành sau
cùng. Quá trình chuyển hoá này có thể được mô tả như sau :
Asenat, asenic và metylasenat biến đổi tương tự nhau dưới những điều kiện
hiếu khí và kỵ khí tạo thành sản phẩm của cacodylat (muối của axit dimetylasinic).
Sau đó vi sinh vật hiếu khí đã khử và metyl hoá hợp chất này thành trimetylasin
nhưng vi sinh vật kị khí lại khử nó thành dimetylasin.
Rõ ràng ràng hệ sinh vật trong môi trường đã cỏ thể biến đổi asen và những

dẫn xuất của nó thành các dạng asin. Nói chung, về phương diện hoá học và sinh
học asin khác so với hợp chất gốc.
1.2. Tinh chất hoả ỉỷ cùa asen
Asen tồn tại ở một vài dạng thù hình: dạng kim loại, dạng vàng, dạng xám và
dạng nâu. Asen kim loại và asen xám bền nhất ở điều kiện thường và ngay cả khi
đun nóng. Nhìn bề ngoài có thể thấy chúng giống như những chất có cấu tạo tinh
thể giòn và có ánh kim ở những vết vừa mới vỡ. Asen có nhiệt độ nóng chảy ở
817°c và gặp ỉạnh ngưng thành tinh thể, tỷ trọng của asen là 5,72 g/cm3. Asen phi
kim là chất rán màu vàng, có mạng ỉưới phân tử mà ở các mắt của mạng ỉưới ỉà
những phân tử As* Dạng này không bền, ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh
sáng nó chuyển nhanh sang dạng kim ỉoại. Asen dạng này được tạo lên khi ngưng tụ
hơỉ của nó. Hơi của asen gồm những phân tử AS4, bắt đầu phân huỷ ở Ỉ325°c và
phân huỷ hoàn toàn ờ nhiệt độ ỉ 700°c.
Trong tất cà các hợp chất của asen thỉ hợp chất có tính chất thương mại và
quan trọng nhất là asen (in) oxit. Ở nhiệt độ khoảng 800°c nó tồn tại ở thể hơi, có
công thức phân tử là AS4O6. Hợp chất này là sản phẩm phụ trong quá trình luyện
đồng và một sổ kim loại màu khác từ các quặng sunfua. Nó có nhiệt độ sôi khoảng
465°c và thăng hoa ở nhiệt độ thấp hon.
Asen không hoà tan trong nước. Trong không khí ở nhỉệt độ thường nó bị
ôxy hoá rất chậm còn khi bị đốt nóng mạnh nó bị cháy tạo thành ôxit AS2O3 màu
trắng và có mùi tỏi đặc trưng. Ờ nhiệt độ cao asen có khả năng tác dụng với nhiều
nguyên tố. Trong các hợp chất asen thường có số oxi hoá -3; +3 và +5. Asen tự do
cũng như các hợp chất của nó đều rất độc.
1.3. Độc tính của asen
1.3.1. Cơchểgăy độc của asen
Khi xâm nhập vào cơ thể các asen vô cơ tấn công ngay lập tức vào các enzim
có chứa nhóm (SH) và cản trờ hoạt động của chúng.
SH SH
/ _*./ \
Enâm + AsO 3

► Enảm As— o + 2OH ~
SH S H ^
As (V) ức chế các enzim sinh năng lượng cho tể bào như các enzim sinh ra
ATP là cho chu trình xitric bị kìm hãm.
^ opaj2" .PO43- ,°p°42"
C -O H

I

H—C—OH

► ATP
Nc= 0
Ố
\ 2-
P03
2 _
ỵ — OPO3
^ — Phân hủy thành sân phẩm đầu
c= 0
/
Ọ
^ 2-
ẦSO3
_________________________________________________________________________________________________Báo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
c= 0
H
6
Bảo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG

Các hợp chất As(V) (R-ASO3H2) ít ảnh hưởng đén hoạt tính của enzim
nhưng trong những điều kiện thích hợp chúng có thể bị khử về As (in) độc hơn.
Các hợp chất hóa trị (ni) gồm aseno và asenoso. Các hợp chất aseno (R-
As=As-R) bị oxi hoá dễ dàng ngay cà khi chi có vết oxi, người ta cho rằng chúng
hoạt động mạnh như vậy ỉà do sự chuyển đổi thành dẫn xuất aseno tương ứng có thể
phân chia thành các hợp chất thay thể một lần theo phản ứng của chúng với nhóm
suníuahydryỉ. Những hợp chất thay thế một lần ví đụ R-As=0 phản ứng với enzim
có chứa nhỏm -SH.
Một sổ enzim chứa hai nhóm thiol có thể phản ứng với hợp chất asen thế một
lần, bằng cách đó tạo ra cấu trúc vòng năm cạnh. Phản ứng này thuận nghịch với
đithỉoỉ. Axit liponic, cần thiết cho giai đoạn đầu trong sự oxi hoá của pyruvate bị ức
chế bằng cách này bởi liuzit (CH3-CH=CHAsC12) (sử dụng làm khí độc trong chiến
tranh).
1.3*2. Độc tính của asett
Asen là chất kịch độc, 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, trong đó có các
bệnh nan y như ung thư da, phổi Từ xa xưa asen ở dạng hợp chất vô cơ được sử
dụng làm chất độc (thạch túi), một lượng nhỏ asen loại này có thể gây chết người.
Mức độ nhiễm nhẹ hơn có thể gây thương tổn các mô hay hệ thống trong cơ thể
sinh vật và tiến triển thành ung thư.
Asen ảnh hưởng đối với thực vật như một chất ngăn cản quá trình trao đổi
chất, làm giảm năng suất cây trồng.
Bệnh nhiễm độc mãn tính asen được gọi là arsenicois. Đó ià một tai họa môi
trường đổi với sức khoè con người. Những biểu hiện của bệnh nhiễm độc asen là
chứng sạm da (melaimois), dày biểu bỉ (keratosis), từ đó dẫn đến hoại thư hay ung
thư da, viêm răng, khớp Hiện tại trên thế giới chưa có phương pháp hữu hiệu chữa
bệnh nhiễm độc asen.
R—As—o + 2R-SH
*■ R—As^
SR'

CH2OH
7
Bảo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
Liên quan đến việc xác định, đánh giá tác động của âsen đối với cơ thể, ở
Việt Nam trong một số năm gần đây đó có các nghiên cứu phân tích mẫu tóc, mẫu
máu để xác định hàm ỉượng asen.
Nghiên cứu phân tích hàm lượng asen trong tóc cho thấy sự tương đồng giữa
các vùng ô nhiễm nước ngầm đo asen. sổ liệu phân tích tại Thượng Cát (điểm đối
chứng với nước không bị nhiễm Asen, A s> 50^^) cho thấy giá tri Asen trong tóc
người ở mẫu đối chứng chi là 0,27 mg/kg (trong khoảng 0,04 - 0,84 mg/kg), ữong
khi đó ở mẫu nghiên cửu bị nhiễm asen là 0,79 mg/kg (0,01 - 3,3 mg/kg) và 1,61
mg/kg (0,16 - 10,36 mg/kg). Tại Sơn Đồng, 70% số mẫu có nồng độ asen trong tóc
lớn hơn lmg/kg, có những mẫu lên tới 10 mg/kg. Kết quả này cỏ thể so sánh với
nghiên cứu ở vùng Tây Đengan Ấn Độ, nơi bị nhiễm asen nặng với hàm lượng asen
trong tóc người đến khoảng 3-10 mg/kg trong khi giá trị tiêu chuẩn của WHO là
0,002 - 0,2 mg/kg. Kết quả nghiên cứu tại Hà Nam năm 2004 cũng cho thấy có biểu
hiện nhiễm độc mãn tính, làm tăng trội theo một số bệnh như tiêu hoá, tâm thần,
bệnh xương khớp, tim mạch, viêm phổi.
Nhiễm độc As không phân biệt độ tuổi, từ trẻ em đến người già. Nhưng qua
các số Ịiệu nghiên cứu cho thấy, tỷ lệ bị nhiễm bệnh này thuộc về nữ nhiều hơn
nhiều lần so với nam giới. Nếu người dân sừ đụng nguồn nước cỏ nồng độ asen là
0,75mg Asen/lit trong 1 năm thì theo thống kê cho thấy tỷ lệ phát bệnh là năm
28,8%; 3 năm là 35,52%; 4 năm là 42,2%; 5 năm là 62,9%. Khu vực nào có khí hậu
khô và nóng thì tỷ lệ nhiễm cao hơn, nhưng dấu hiệu bệnh lại dễ nhận thấy vào mùa
đông. Vùng nào kinh tế phát triển thì ít bị nhiễm bệnh hơn.
2. Tình trạng ô nhiễm asen trên thế giới và ở Việt Nam
2.1. Ô nhiễm asett trên thể giới
Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu người đã bị nhiễm bệnh đen và
rụng móng chân, sừng hoá đa, ung thư da do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có
nồng độ asen cao. Nhiều nước phát hiện hàm ỉượng asen rất cao trong nguồn nước

sinh hoạt như Canada, Alaska, Chile, Arhentina, Trung Quốc, India, Thái Lan đặc
biệt tại Bangladesh.
Ở Trung Quốc, trường hợp bệnh nhân nhiễm độc asen đầu tiên được phát
hiện từ năm 1953. số liệu thống kê cho thấy 8 8% nhiễm qua thực phẩm, 5% từ
không khí và 7% từ nước uổng. Đến năm 1993 mới cổ 1.546 nạn nhân của căn bệnh
asenicosỉs (bệnh nhiễm độc asen) nhưng cho đến thời điểm này đã phát hiện 13.500
bệnh nhân trong sổ 558.000 người được kiểm tra ơ 462 làng thuộc 47 vùng bị liệt
vào khu vực nhiễm asen cao. Trên cả nước Trung Quốc có tới 13-14 triệu người
8
Bảo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
sống trong những vùng có nguồn gốc bị ô nhiễm asen cao, tập trung nhiều nhất ở
tính An Huy, Sơn Tây, Nội Mông, Ninh Hạ và Tân Cương. Tại Sơn Tây đã phát
hiện 105 làng bị ô nhiễm asen. Hàm ỉượng asen tối đa thu được trong nước uổng ỉà
4,43 mg/1 gấp 443 lần giá trị asen cho phép của tổ chức y tế thế giới WHO
Khu vực có vấn đề lớn nhất là vùng đồng bằng châu thổ sông Ganges nằm
giữa Tây Bengal của Ắn Độ và Băngladesh (Chowdhury và cộng sự, 1999). Ở Tây
Bengal trên 40 triệu người có nguy cơ nhiễm độc asen do sổng trong khu vực có
nồng độ asen cao. Tới nay đã có 0,2 triệu người bị nhiễm và nồng độ asen tổi đa
trong nước cao gấp 370 lần so với nồng độ cho phép của WHO. Tại Bangladesh,
trường hợp đầu tiên nhiễm asen mới được phát hiện vào năm 1993, nhưng đến nay
có tới 3.000 người chết vì nhiễm độc asen mỗi năm và 77 triệu người có nguy cơ
nhiễm asen. Tổ chức y tế Thế giới đã phải coi đây là "vụ nhiễm độc tập thể lớn nhất
trong lịch sử".
Con số bệnh nhân nhiễm độc asen ở Archentina cũng tới 20.000 người. Ngay
cả các nước phát triển mạnh như Mỹ, Nhật Bản cũng đang phải đối phó với thực
trạng ô nhiễm asen. Ở Mỹ, theo những nghiên cửu mới đây nhất cho thấy trên 3
triệu người dân Mỹ cỏ nguy cơ nhiễm độc asen, mức độ nhiễm asen trong nước
uống đao động từ 0,045 - 0,092 mg/1. Còn ở Nhật Bản, những nạn nhân đầu tiên có
triệu chứng nhiễm asen được phát hiện từ năm 1971, cho đến năm 1995 đã có 217
nạn nhân chết vì asen.

2.2. Ô nhiễm asen tại Việt Nam
Hiện tượng ô nhiễm asen trong nước ngầm ở Việt Nam đã được phát hiện từ
những năm 1996-1997. Từ đó Vãn Phòng UNICEF ở Hà Nội đã cùng với các nhà
khoa học của Việt Nam mở nhiều đợt khảo sát hàm lượng asen trong nước ngầm ở
nhiều tỉnh như Hà Nội, Nam Định, Hà Nam v.v. Kết quả khảo sát sơ bộ cho thấy
nguy cơ nhiễm As trong nước ngầm ở Việt nam là khá rõ rệt và tương đối lớn.
9
Bảo cáo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
BAN ĐO CAC KHU vu c NHIẺM ASEN {THẠCH TÍN) TREN TOAN QUOC
Hình ỉ. Bàn đồ các khu vực bị ồ nhiễm asen
Theo điều tra sơ bộ ở một số địa phương cho thấy, hàm lượng asen trong
nước ngầm ở nhiều nơi vượt quá tiêu chuẩn cho phép đối với nước ăn uống và sinh
hoạt (theo tiêu chuẩn về nước ăn uổng của Việt Nam là 10ng/l), cao nhất ở Hà
Nam, Hà Nội, Hưng Yên, Hà Tây, Phú Thọ Hàm lượng asen ở một số điểm cao
gấp nhiều lần mức cho phép như Quỳnh Lôi (Hà Nội) gấp 30 lần, Lâm Thao (Phú
Thọ) gấp 50 - 60 lần, Lý Nhân (Bình Lục, Hà Nam) gấp 50 lần. Riêng tại Hà Nội,
69% mẫu nước tầng trên và 48% mẫu nước tầng dưới được kiểm nghiệm có nồng
độ sen cao hơn tiêu chuẩn. Tỷ lệ asen trong nước sông Hồng và các hồ khu vực
ngoại thành cũng không đủ tiêu chuẩn để làm nước ăn uổng và sinh hoạt.
10
Bảo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
Hình 2. Các khu vực bị nhiễm asen tại miền bắc Việt Nam
Cũng theo khảo sát mới đây của UNICEF và một sổ đom vị nghiên cứu của
Việt Nam khiến người ta giật mình khi thấy hệ thống nước ngầm toàn vùng Hà
Nam bị nhiễm asen. Trong lúc nước mặt cũng bị ô nhiễm ừầm trọng bởi sản xuất và
sinh hoạt, mức ô nhiễm thạch túi trong nước ngầm ở đây thuộc hàng cao nhất toàn
quốc, có nơi gấp 100 - 500 lần mức cho phép. Tỷ lệ người mắc các chứng bệnh
nguy hiểm nghi liên quan tới asen ngày càng cao. Hàng ừăm trường hợp khác được
xác định có các biểu hiện thay đổi sắc tố da, sừng hóa, thậm chí mắc bệnh hiểm
nghèo như ung thư, V.V MỘÍ chuyên gia UNICEF cho biết, 62% sổ giếng khoan

được xét nghiệm ờ Hà Nam có nồng độ trên 0,05mg/l, gấp 5 lần hàm lượng cho
phép theo tiêu chuẩn quốc gia về nước sạch của Việt Nam. Chưa có ca nhiễm asen
nào được báo cáo chính thức tại Việt Nam nhưng kết quà khảo sát ngẫu nhiên của
Viện Y học Lao động và Vệ sinh môi trường tại ba xã Hòa Hậu, Bồ Đề, Vĩnh Trụ,
những nơi có 94,4% sổ giếng khoan có mức asen cao hơn tiêu chuẩn cho phép, cho
thấy mửc độ mắc bệnh lớn hơn so với trung bình ở Việt Nam. Các bệnh về da (sừng
hóa, thay đổi sắc tố da, v.v ) chiếm 28,3% so với trung bình toàn quốc vốn chỉ ờ
mức 3% - 5%. Tỷ lệ ung thư các bộ phận tiêu hóa, tiết niệu cao hom các dạng ung
thư khác (trên toàn quốc, tỷ lệ ung thư phổi chiếm ưu thế). Nước ngầm đã vậy, nước
mặt của Hà Nam cũng ở tình trạng báo động. Bốn con sông lớn chảy qua, sông
11
Hồng, sông Nhuệ, sông Đáy, sông Châu Giang, đoạn chảy qua Hà Nam đều ô
nhiễm nghiêm trọng
3. Một số phương pháp xử lý asen
Ở nhiều khu vực nước bị ô nhiễm asen khá cao và có rất ít nguồn nước
không bị nhiễm asen hoặc các hợp chất khác. Chính vì vậy mà những khu vực này
cần thiết phải có công nghệ xử lý asen hiệu quả. Rất nhiều công nghệ đậ được
nghiên cứu để xử lý asen. Tất cả các công nghệ này đều dựa vào các quá trình hoá
học cơ bản và cỏ thể tóm tắt như sau:
3.1. Oxỉhoá/kkử
Hầu hết các công nghệ xử lý asen chỉ có hiệu quả cao đối với việc loại bỏ
asen ở dạng As(V), vì vậy As(III) thường được oxi hoá lên trạng thái As(V) trước
khi xử lý. Gác tác nhân hoá học thường được sử dụng để oxỉ hoá Asenit thành
Asenat bao gồm : khí clo, khí ozon, kali pemanganat, hydro peoxi, tác nhân Fenton's
(H20 2 /Fe3+) MỘt số chứa chất rắn như mangan oxit cũng được sử dụng để oxi hoá
asen. Ngoài ra người ta còn cỏ thể xử lý trực tiếp các bức xạ từ mặt trời để oxi hoá
asenit thành asenat với sự có mặt của các chát xúc tác như: Sunfiia, Fe3+, xitrat
Nếu chỉ sử dụng quá trình oxi hoá thì không thể loại bỏ asen ra khỏi đung
dịch. Vì thế, quá trình này thường phải kết hợp với các quá trình keo tụ, hấp thụ
hoặc ừao đổi ion.

3.2. Trao đổi ion
Trao đổi ion có thể được xem là một là một dạng đặc biệt của phương pháp
hấp phụ. Trao đổi ion là quá trình thay thế vị trí của các ion bị hấp phụ trên bề mặt
chất rắn bởi các ion hoà tan trong dung dịch. Nhựa trao đổi ion được sử dụng rộng
rãi trong việc xử lý nước để ỉoại bỏ các chất hoà tan không mong muốn ra khỏi
nước, các loại nhựa này có một bộ khung polyme liên kết ngang, được gọi là nền,
thông thường nền này được tạo thành do polystyren liên kết ngang với
đivinyỉbenzen. Các nhóm chức tích điện liên kết với nền thông qua các liên kết
cộng hoá trị. Phương pháp này rất hiệu quả trong việc loại bỏ asen. Tuy nhiên, nếu
trong dung dịch, nồng độ các ion cạnh tranh với asen (như sunfat, florua, nitrat )
lớn, hiệu suất của quá trình sẽ giảm đi một cách đáng kể.
3.3. Kết tủa, cộng kểt
Quá trình này chuyển asen từ dạng tan thành các dạng ít tan như canxi asenat
bằng phản ứng hoá học, sau đó loại bỏ chúng nhờ quá trình lắng hoặc iọc, nhưng
việc xử lý chất thài rắn của quá trình này là một vấn đề.
3.4. Hấp phụ
Phương pháp hấp phụ là tạo ra các vật liệu có diện tích bề mặt lớn, có ái lực
lớn với các dạng asen hoà tan và sử dụng các vật liệu đó để loại bỏ asen ra khỏi
_____________
.
_____________________________________________________________________ Bảo cảo nghiêm thu đề tài cấp ĐHQG
12
Bảo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
nước. Người ta đã phát hiện ra khả năng hấp phụ asen của nhôm đã hoạt hoá AỈ2O3,
các vật liệu có chứa oxit, hydroxit sắt, các loại quặng tự nhiên: Limonit, latent
3.4.1. Động học của quá trình hấp phụ
Hấp phụ là một quá trình thuận nghịch và có thể được mô tả như một phản
ứng hoá học:
ki
A + o "<=> A'

k2
Trong đỏ: A là chât bị hâp phụ
o là đại lượng biểu thị cho chỗ trống trên bề mặt chất rắn
A’ là chất bị hấp phụ đã chiếm chỗ trên bề mặt chất hấp phụ
ki, k2 là các hằng số tốc độ của quá trình hấp phụ và giải hấp
Quả trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:
- Khuếch tán ngoài: quá trinh di chuyển chất cần hấp phụ từ dung dịch nước
thải tới bề mặt hấp phụ
- Quá trình giữ tạp chất trên bề mặt chất hấp phụ
- Khụếch tán trong: quá trình di chuyển các chất vào bên trong các lỗ
mao quản.
Thường giai đoạn hấp phụ giữ chất trên bề mặt xảy ra nhanh do đỏ tốc độ
chung của cả quá trinh phụ thuộc vào tốc độ của giai đoạn khuếch tán ngoài hoặc
khuếch tán trong.
-Vận tốc khuếch tán ngoài phụ thuộc vào tốc độ khuấy trộn, vận tốc dòng
chảy, nhiệt độ
-Vận tốc khuếch tán ừong phụ thuộc vào kích thước hình dạng mao quản,
kích thước của chất bị hấp phụ.
3.4.2. Tốc độ của quả trình hấp phụ
Tốc độ của quá trình hấp phụ được tính bằng lượng chất bị hấp phụ trên một
đơn vị thể tích chất hấp phụ trong một đơn vị thời gian. Nếu coi quá trình hấp phụ
phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian thì tốc độ hấp phụ được
xác định:
r = ^ = k .(C i - c,)
dt
Trong đó : k là hệ số chuyển khối, tính cho một đơn vị thể tích chất hấp phụ (s'1)
Ci là nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ (mg/1)
Cj là nồng độ chất bị hấp phụ tại thời điểm t (mg/1)
t là thời gian tiến hành hấp phụ (s)
13

Bảo cảo nghiệm thu đề tài cẩp ĐHQG
3.4.3. Tải trọng hấp phụ
Tải trọng hấp phụ là một đại ỉượng biểu thị khối ỉượng chất bị hấp phụ trên
một đơn vị khối lượng của chất hấp phụ tại trạng thái cân bằng ở một nhiệt độ và
nồng độ xác định.
q - ( c , - c t)y
m
Trong đỏ: V là thể tích đung dịch (1)
m là khối lượng chất hấp phụ (g)
Cj là nồng độ chất ban đầu (mg/1)
Ci là nồng độ dung dịch khi chất hấp phụ đạt cân bàng (mg/ỉ)
Cũng có thể biểu diễn đại lượng hấp phụ theo khối lượng chất bị hấp phụ
trên một đơn vị diện tích bề mặt vật liệu hấp phụ như sau:
Q — (C,-C,).r
4 mS
Trong đỏ: s là diện tích bề mặt riêng của vật liệu hấp phụ (m2)
3.4.4. Các phương trình cơ bản của quả trình hấp phụ
Người ta có thể mô tả một quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp
phụ. Đường đẳng nhiệt hấp phụ mô tả sự phụ thuộc giữa tải trọng hấp phụ tại một
thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch (hay áp suất
riêng phần trong pha khí) tại thời điểm đỏ. Đường đẳng nhiệt hấp phụ tại một nhiệt
độ nào đó được thiết lập bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một
lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ. Sau một thời
gian đo nồng độ cần bàng của chất bị hấp phụ trong dung dịch. Lượng chất hấp phụ
được tính theo công thức:
m = (Q - Q).v
Trong đó\ m là lượng chất bị hấp phụ (g)
Cj là nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ (mg/1)
Cị là nồng độ cuối của chất bị hấp phụ (mg/1)
V là thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (1)

Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ được đùng rộng rãi nhất là phương
trình Langmuừ và Freundlich.
* Giải hấp phụ
Giải hấp phụ là quá trình ngược với hấp phụ, tách chất bị hấp phụ trên bề
mặt chất rắn ra ngoài dung dịch. Giải hấp phụ dựa trên nguyên tắc sừ dụng các yếu
tố bất lợi với hấp phụ.
Đổi với hấp phụ vật lý để làm giảm khả năng hấp phụ có thể tác động thông
qua các yếu tổ sau:
- Giảm nồng độ chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ.
- Tăng nhiệt độ cũng có tác dụng làm lệch hệ số cân bằng vì hấp phụ là quá
trình tỏa nhiệt, về thực chất là làm yếu tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
- Thay đổi bản chất tương tác của hệ thống qua thay đổi pH của môi trường.
14
Bảo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
- Sự dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất đã hấp phụ trên bề
mặt chất rắn.
- Sử dụng tác nhân ỉà vi sinh vật.
Giải hấp phụ là phương pháp tái sinh chất hấp phụ đề cỏ thể tiếp tục sử dụng
ỉại nên nó mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế. Nêu chất hấp phụ rẻ mà tái sinh tốn
kém thì chỉ nên sử dụng chất hấp phụ một lần rồi bỏ, tuy nhiên còn phải tính đến
vấn đề bảo vệ môi trường.
Dựa ứên nguyên tắc giải hấp phụ nêu trên, người ta sử dụng một số các
phuơng pháp tái sinh: tái sinh nhiệt, phương pháp hóa lý và phương pháp vi sinh.
5.5. Các phương pháp vật lý
Một số kĩ thuật cùa phuơng pháp này như: Thẩm thấu ngược, màng lọc nano,
điện thẩm tách có khả năng ỉoại bỏ tất cả các dạng asen hoà tan ra khỏi nước. Trong
quá trình này, người ta cho nước chảy qua một màng lọc đặc biệt, các chất ô nhiễm
được giữ lại nhờ các tương tác vật lý. Đê xử lý nước bằng phương pháp lọc màng,
trước hết người ta phải loại bò các chất rắn lơ lửng và đưa asen về dạng As(V).
Tách pha rắn và pha lòng: Quá trình này thường được sử dụng để tách các

chất rắn được tạo ra do quá trình kết tủa, keo tụ ra khôi dung dịch. Các kĩ thuật tách
thường thấy là lắng và lọc, ưong đó, phương pháp lọc bằng một lớp cát dày thượng
cho hiệu quả cao.
Hầu hết các công nghệ xử lý asen đều phải sử dụng đồng thời hoặc tuần tự
các quá trình trên. Sau đây là hiệu quả loại bỏ của một số công nghệ và ưu điểm,
nhược điểm của các công nghệ đó.
Bảng 1. Hiệu quả xử lý asen của một sổ công nghệ
Công
nghệ
xử lý
Nồng độ asen
ban đầu
Nồng độ
asen còn lại
Ưu điểm Nhưực điểm
Kêt tủa
cùng với
sắt
Asenat 350^» ^
6 ^ n
- Chi phí, vôn
tương đối thấp
Quá trình
tương đối đom
giản
- Các hoá chât
thông dụng
- Tạo ra chât thải
ran độc hại
- Hiệu quả thấp

trong việc loại bò
As (III)
- Phải thực hiện
quá trình oxi hoá
trước khi xử lý
Asenit 3 5 0 ^ ^
\A 0 ^ n
Asenat 560^2^
Asenat300^^
6 «s/z
Asenit 300
138 vgtl
Kêt tủa
cung VƠI
nhôm
AseiiatSSO^"
74 ỊtgU
Asenit350
263 v&n
Asenat 300
3 0 ^ ỵ/
Asenit 3 0 0 ^ ^
249 Mgtl
Nhôm đã
hoạthoá'
Asenat 1 0 0 ^ ^
4 vgỉt
Asenit Ỉ00MỈI
Không hiệu
quả

15
Bảo cáo nghiêm thu đề tài cấp ĐHQG
Trao đổi
ion
Asenat 1 0 0 ^ ^
<800 1*8 tl
- Hiệu quả cao
- Chi phí tương
đối cao
Asenat 68 mg/1
12,2 mg/1
Thẩm
thấu
ngược
A senat37^^
7 VẵIỈ
- Hiệu quả cao
- Không tạo ra
chất thải rắn
độc hại
- Có thể loại bỏ
các chất gây ô
nhiểm khác
- Chi phí cao
- Tạo ra nước
thải độc hại
Asenat 51 VgM
1,5«*//
Điện thẩm
tách

Asenat 1 8 8 ^ ^
1 3 6^ ;/
Than hoạt
tính
Asenit 5 0 0 ^ ^
300 V&Ịl
- Chi phí thâp
- Hiệu quả không
cao
* Theo lý thuyêt có rât nhiêu công nghệ xử lý nhưng đê lựa chọn công nghệ
xử lý phù hợp, phải căn cứ vào các điều kiện cụ thể của mỗi địa phương như:
- Loại nguồn nước, khả năng khai thác và cung cấp nước từ các nguồn
khác nhau
- Điều kiện địa chất, thuỷ văn, khí tượng, vị trí địa lý, thời tiết
- Loại đối tượng sử dụng nước, quy mồ công suất trạm cấp nước.
- Chất lượng, yêu cầu chất lượng nước cấp.
- Nguồn gốc quy mô mức độ ô nhiễm
- Công nghệ, thiết bị hiện có
- Mật độ đân cư, tâp quán sinh hoạt và sử dụng nước
- Khả năng tài chính, hình thức tham gia của cộng đồng cư dân
- Khả năng sử đụng nguyên vật liệu, năng lượng tại địa phương
* Đổi với Viêt Nam, trong thời gian trước mắt có thể nghiên cứu lựa chọn
các giải pháp mang tính định hướng như sau:
- Tạo két tủa/ lắng
- Keo tụ/ lắng
- Lọc
- Hấp phụ bằng các vật liệu phù hợp
- Oxy hoá, kết tủa, lắng, lọc
- Sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời
* Các tiêu chí lựa chọn công nghệ phù hợp

- Chất lượng nước sau xử lý phải đạt yêu cầu sử dụng
- Công nghệ đơn giản
- Giá thành thấp
- Tiết kiệm điện năng
- Có khả năng áp dụng cho các loại nguồn nước khác nhau, công suất cấp
nước, quy mô phục vụ khác nhau
- Sử dụng được các nguyên vật liệu, nhân công địa phương
- Được cộng đồng chấp nhận
16
Bảo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
CHƯƠNG II. THựC NGHIỆM
1. Đốỉ tượng và phuvng pháp nghiên cứu
1.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu trong đề tài này là nghiên cứu loại bỏ asen trong nước
ngầm để sản xuất nước sinh hoạt bằng vật liệu cát đen biến tính
1.2. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp thực nghiệm bao gồm:
- Chế tạo vật liệu hấp phụ
- Xác định tính chất bề mặt và cấu trúc vật liệu đã chế tạo được bàng kinh
hiển vi quét SEM
- Nghiên cứu động học của quá trình hấp phụ trên vật liệu đã chế tạo
- Nghiên cứu giải hấp của vật liệu chế tạo
2. Hoá chất, dụng cụ
2.1. Hoáchất
* Dung dịch asen chuẩn 1 (gA)\ Cân chính xác 1,320 gam As20 3 tinh khiết
phân tích, cho vào bình định mức 1000 ml; thêm một lượng nhỏ nước cất, 2 gam
NaOH và lắc đều cho đến khi tan hết. Dùng dung dịch HC1 1:1 axit hoá dung dịch
đến phản ứng axit sau đó điền nước cất đến vạch định mức. Trộn đều và bảo quản
dung dịch trong chai nhựa pp hoặc PE.
* KMnOị tinh khiết hoá học: Cân 11,8530 gam KMn04 trên cân phân tích,

hoà tan trong nước cất có thêm 2 ml H2SO4 đặc (98,8%). Sau đó cho vào bình định
mức 1000 ml và định mức bằng nước cất đên vạch. Bảo quản dung dịch trong chai
thuỷ tinh sẫm màu có nút kín.
* FẹS04.7 H2O tinh khiết hoả học: Cân 62,5525 gam FeS04.7 H20 trên cân
phân tích, hoà tan trong 200 ml H2SO4 10%. Sau đó cho vào bình định mức 1000 ml
và định mức bẳng nước cất đến vạch.
* Dung dịch KI 10%: Cân 10 gam KI tinh khiết hoá học, hoà tan trong cốc
với 30 ml nước cất, rồi cho vào bình định mức 100 ml đã tráng rửa bàng nước cất.
Tráng rửa cốc cân 3 lần rồi thêm nước cất đến vạch định mức, đậy nút bình, lắc đều.
Dung dịch KI pha xong đựng trong chai màu, có nút kín.
* Dung dịch SnCỈ2 bão hoà: Cân 40 gam S11CI2.2H2O tinh khiết hoá học, hoà
tan bằng 100 ml HC1 đặc. Đun nóng nhẹ, dung dịch được bảo quản trong bình thuỷ
tinh có nút kín.
* Giấy tẩm Pb(CH3COO)2: Cân 10 gam Pb(CH3COO)2 tinh khiết hoá học,
hoà tan trong 100 ml nước cất. Dung đich pha xong átrợc tẩm đều lên-giấy-teGy-^ể
DAI HOC QUOC NC:
TRUNG TÁtv* Tị: 'H I' VIÊN
17 DT / 9 0 -/
Bảo cáo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
khô tự nhiên. Giấy tẩm Pb(CH3COO)2 được cát với kích thước 50 X 50 mm và bảo
quản trong ỉọ thuỷ tinh màu.
* Giấy tâm HgBr2 ". Hoà tan 4 gam HgBĩ2 trong 100 ml cồn 95 %. Dung dịch
pha xong được tẩm đều lên giấy lọc, để khô tự nhiên. Giấy tẩm HgBr2 được cắt với
kích thước 3 x 150 mm và bảo quản trong lọ thuỷ tinh màu, kín.
* Dung dịch HCl 1:2: Được pha từ dung dịch HC1 đặc vói tỷ lệ thể tích HC1
đặc và nước cất ỉà 1:2. Dung dịch pha xong được đựng trong lọ thuỷ tinh cỏ nút kín.
* Dung dich NaOH 5 M: Cân 200 gam NaOH tinh khiết hoá học hoà tan từ
từ trong 800 ml nước cất không có C02, khuấy cho tan hết, để nguội và định mức
thành 1 lit bằng nước cất không có C02. Dung dịch được bảo quản trong chai nhựa
nút kín.

* Kẽm hạt tinh khiết hoả học.
2.2. Dụng cụ
- Thiết bị đo SEM Jeol JMS 5410 Lv Scanning Electron Microscopy
- Cân kỹ thuật Presica XT-1200C
- Cân phân tích Adventuer ™OHAUS, Thuỵ Sỹ.
- Tủ sấy Model 1430 D, Đức
- pH Meter: Model XT 1200C, Thuỵ Sỹ
- Máy khuấy từ HC 502 (Anh).
- Máy nhiễu xạ tia X - D8 Advance - Bruker
- Tủ hút
- Máy lắc
- Rây cỡ 1 mm
- Bình định mức : 50, 100, 250, 500, 1000 ml
- Bình nón 250 ml
- Pipet: 1,2, 5,10,25, 50 ml
- Ống đong: 100,200, 500, 1000 ml
- Giấy lọc băng xanh, Phễu, giấy chỉ thị pH, Bát sứ
2.3. Chế tạo vật liệu
2.3.1. Chuẩn bị vật liệu cát đen
Cát đen sau khi lấy về được rây để chọn cờ dưới lmm. Sau đó đem rửa sạch
và ngâm vào dung dịch axit HC1 1:3 trong thời gian 12 giờ. Tiếp đó, đem ra rửa
sạch và sấy khô.
2.3.2. Cổ định mangan dioxit trên vật liệu mang
Các bước tiến hành:
• Cho 100 gam cát đã được chuẩn bị như trên vào cốc 500ml
• Rót vào cốc 30ml dung dịch KMn04 0,5M đảo đều
18
Bảo cáo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
• Rót tiếp vào cốc 225mỉ dung dịch MnSƠ4 0,1M và khuấy đều cho phản
ứng xảy ra hoàn toàn

2KMnơ4 + 3MnS04 + 2H20 -> 5Mnơ2 + K2S04 + 2H2SƠ4
• Dùng máy lọc hút chân không loại bỏ nước, sau đỏ đem sấy khô cát
• Lấy cát ra rửa lại cho sạch ion sunfat bám trên bề mặt
• Sấy cật ở 105°c trong 2h cho khô.
Vật liệu thu được có màu đen, được bảo quàn trong lọ khô có nút kín.
2.3.3. Kết quả chụp SEM của vật liệu
Từ ảnh SEM cho thấy vật liệu hấp phụ gồm các hạt tinh thể MnC>2 có kích
thước khá đồng đều bám trên bề mặt cát.
2.4. Phân tích asen bạng phương pháp so màu trên giấy tầm íhủy ngần Bromua
2.4.1. Quy trình phân tích
Lấy một lượng chính xác mẫu cần phân tích (V=50ml) vào bình định mức
100ml. Sau đó thêm lần lượt 25ml HC1 1:2 và 1 ml KI để khử toàn bộ As(V) về
As(III). Để yên khoảng 15 phút. Lượng Ỉ2 giải phóng làm cho dung dịch có màu
vàng. Cho 2 giọt SnCỈ2 bão hòa vào trong thiết bị lẳc đều để khử Ỉ2 về dạng I*.
Giấy tẩm HgBr2 kích thước 3xl50mm được cho vào ống thủy tinh nhỏ, đài,
khô, có nút cao su, được nối với thiết bị. Tiếp theo, quấn giấy tẩm Pb(CIỈ3COO)2
vào phần trên của bình, cho 3 gam kẽm hạt vào rồi nối ống thủy tinh có chứa giấy
tẩm HgCl2 vào miệng bình.
Khí ASH3 được sinh ra đo phản ứng của asenit với hidro mói sinh sẽ bốc lên,
làm giấy tẩm HgBr2 chuyển tò màu trắng sang màu vảng nâu. Để phản ứng xảy ra
trong 60 phút.
Sau đó lấy giấy tẩm HgBr2 ra đo chiều cao khoảng màu. Chiều cao của
khoảng màu kí hiệu là h, đơn vị đo là mm. Lượng asen có ừong mẫu sẽ tỉ lệ với
chiều cao h.
19
Bảo cáo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
2.4.2. Lập đường chuẩn xác định asen
Từ dung dịch asen gốc nồng độ lg/1, pha ra các dung dịch có nồng độ từ 10
đến lOOOppb để lập đưởng chuẩn xác định asen. Lẩy 50mỉ các dung dịch trên tiến
hành đo theo phương pháp nhuộm màu HgBr2. Các kết quả được trình bày ở các

bảng 2 và 3, các hình 7 và 8.
Bảng 2. Đường chuẩn xác định asen trong khoảng nồng độ c< 100 bbp
C(ppb)
10
20
30 40 50
60
70 80
90
h(mm)
1,2
1,6 2,7 4,6
5,3
6,1
7,4
8,8 10
h(mm)
Hĩnh 7. Đường chuẩn xác định asen trong khoảng nồng độ c <100ppb
Phương trình hồi quy thu được: y = 0,112x - 0,341
Bảng 3. Đường chuẩn xác định asen trong khoảng nồng độ ỈOOppb + ỈOOOppb
C(ppb)
100
200
300
400
500
600 700
800
900 1000
h(mm) 6,05

11,2 17,6 21,3
27,8
34,3
37,4
44,2 48,3
52,1
____
___tlimrr0
__
____
Hình 8. Đường chuẩn xác định asen trong khoảng nồng độ lOOppb + ỈOOOppb
20
Bảo cảo nghiệm thu đề tài cấp ĐHQG
Phương trình hồi quy thu được: y = 0,052x + 1,293
2.5. Phăn tích asen bảng phương pháp phổ hop thụ nguyên từ
Nguyên tẳc: Khi các nguyên tử ở trạng thái khỉ tự do trên mức năng lượng cơ
bản, nếu chiếu vào đám hơi đó một chùm sáng có bưởc sóng đặc trưng cho nguyên
tử đố thi nỏ sẽ hấp thụ chọn ỉọc một số tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ
nguyên tử của kim loại đó. Trong những điều kiện nhất định tồn tại một mối quan
hệ giữa cường độ của vạch hấp thụ và nồng độ của nguyên tổ đó trong mẫu theo
biểu thức:
Ĩ = K * Ơ (1)
Trong đó: I - cường độ vạch phô hâp thụ nguyên tử
K - hằng sổ kinh nghiệm
c - nồng độ nguyên tố cần phân tích trong mẫu
b - hàng số nằm trong vùng có giá trị 0 < b < 1
ứng với mỗi vạch phổ hấp thụ luôn tìm được một giá trị C0 của nguyên tố
cần phân tích và nếu:
* Co < c x thì luôn có b < 1 và b —> 0 khi c x tăng.
* c x < c 0 thì luôn có b = 1, khi đỏ (1) có dạng I = K*c (2)

Vậy nếu b = 1 thì quan hệ giữa I và c là tuyến tính còn b -ệ 1 thì quan hệ đó
không còn tuyến tính nữa. Công thức (1) là phương trình cơ bản của phép đo định
lượng xác định các kim loại theo phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử.
Quy trình chuẩn bị mẫu phân tích:
Các mẫu trước khi phân tích phổ hấp thụ nguyên tử F-AAS được chuẩn bị
theo quy trình sau:
Thiết bị sử dụng để phân tích cảc kim ỉoại frong nước
21