ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI ASEN CỦA ÔXIT HỖN HỢP Fe-Mn

1


MỞ ĐẦU

Trong đời sống kinh tế xã hội, nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng.
Nước dùng trong sinh hoạt cần sạch, không chứa các chất độc hại. Cùng với sự phát
triển của xã hội loài người thì sự ô nhiễm và cạn kiệt nguồn nước ngày càng trầm
trọng, nhất là đối với nước bề mặt. Chính vì vậy, nước ngầm trở thành nguồn nước
chủ yếu để khai thác phục vụ nhu cầu sử dụng của con người.
Đối với việc sử dụng nước ngầm cần chú ý ô nhiễm kim loại trong nước, đặc
biệt là asen. Asen (thạch tín) được biết đến là một chất kịch độc, một lượng cực nhỏ
asen (0,1 - 0,2 gam) 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. 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. Tính đến nay, chỉ riêng vùng châu thổ sông Hồng, tổng số giếng

2

khoan có thể lên tới con số hàng triệu. 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: “Điều chế và
khảo sát khả năng tách loại Asen của ôxit hỗn hợp Fe-Mn”. Với phương pháp
điều chế đơn giản, vật liệu ôxit hỗn hợp Fe-Mn có tải trọng hấp phụ cao có
thể xử lý hiệu quả asen trong các nguồn nước.









3




CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về asen [1, 2]
Trong tự nhiên, asen phân bố rộng rãi trong vỏ trái đất, trong nhiều loại
khoáng vật, hàm lượng trung bình 2mg/kg. Asen là 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 các thành phần môi trường đất nước 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.
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 sulphua, oxit. Quặng chứa
nhiều asen nhất là quặng Arsenopyrit, có hàm lượng tới vài chục gam trong một
kilogram quặng. Quặng sulphua, sulphate, quặng sắt, quặng sulphate luôn có hàm
lượng asen cao. Các loại quặng cacbonate, silicát, chứa asen với hàm lượng thấp
hơn, thường chỉ vài mg/kg hoặc không đáng kể. Sự tồn tại của asen trong tự nhiên
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, 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
nguyên sinh đã phơi lộ các quặng sunfua, làm gia tăng các quá trình phong hoá bào
mòn và tạo ra khối lượng lớn đất đá thải có lẫn asenopyrit ở lân cận khu mỏ. Tại các

4

nhà máy tuyển quặng, asenopyrit sau khi tách khỏi quặng sẽ thành chất thải và được
chất đống ngoài trời, asen trôi vào sông suối đi vào trong môi trường.
Các nhà khoa học đã đưa giả thiết giải thích nguyên nhân sự hoà tan 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. 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 bị 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.
- Do các vi sinh vật: Khi phân tích nước bề mặt ở một vùng gần Montpellier
(Pháp), 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 làm giải phóng axit sunfuric và kim loại. Sau đó axít sunfuric
hoà tan kim loại tạo thành muối sunfat và hoà tan asen vào nước.

5

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. Hình 1 là giản đồ pH với các dạng tồn tại asen (V).

Hình 1: Giản đồ pH của asen (V)
Trạng thái tồn tại của các dạng asen trong các điều kiện oxi hoá khử và pH
khác nhau cụ thể được chỉ ra ở bảng 1.
Bảng 1: Các trạng thái bền của asen trong các điều kiện oxi hoá khử và pH
Điều kiện khử Điều kiện oxi hoá
pH As(III) pH As(V)

0-9 H
3
AsO
3
0-2 H
3
AsO
4

10-12 H
2
AsO
3
-
3-6 H
2
AsO
4

13 HAsO
3
2-
7-11 HAsO
4
2-


6

14 AsO

3
3-
12-14 AsO
4
3-

Trong khi hầu hết các kim loại có xu hướng không tan hoặc ít ta trong vùng
pH trung tính thì asen có thể tan ở vung pH trung tính có nồng độ tương đối cao. Do
đó trong nước ngầm dễ bị nhiễm asen và các anion chứa oxi khác.
Asen có thể kết hợp với một số nguyên tố tạo thành các hợp chất asen vô cơ
như các khoáng vật: đá thiên thạch, reagal, orpiment, arsenolite, arsenopyrite 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.
1.2. Tính chất hoá lý của asen [2]
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
0
c và gặp lạnh ngưng thành tinh thể, tỷ trọng của asen là 5,72 g/cm
3
. Asen phi
kim là chất rắn màu vàng, có mạng lưới phân tử mà ở các mắt của mạng lưới là
những phân tử As
4
. Nhưng As
4
không bền, ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh
sáng nó chuyển nhanh sang dạng kim loại. Có thể tạo ra As

4
bằng cách ngưng tụ hơi
của nó, hơi của asen gồm những phân tử As
4
, bắt đầu phân huỷ ở 1325
0
C và phân
huỷ hoàn toàn ở nhiệt độ 1700
0
C.
Trong tất cả các hợp chất của asen thì hợp chất có tính chất thương mại và
quan trọng nhất là asen (III) oxit. Asen (III) oxit có nhiệt độ sôi khoảng 465
0
c, ở
nhiệt độ khoảng 800
0
c nó tồn tại ở thể hơi, có công thức phân tử là As
4
O
6
. hợp chất
này là sản phẩm phụ trong quá trình luyện đồng và một số kim loại màu khác từ
các quặng sunfua.
Asen không hoà tan trong nước, trong không khí thường nó bị ôxy hoá rất
chậm còn khi bị đốt nóng mạnh nó cháy tạo thành ôxit As
2
O
3
màu trắng và có mùi
tỏi đặc trưng. Ở nhiệt độ cao asen có khả năng tác dụng với nhiều nguyên tố. Trong

7

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. Một số hợp chất quan trọng của asen[2]
a) Asen hydrua hay asin AsH
3

AsH
3
là chất khí không màu, rất độc, có mùi tỏi, có tính khử rất mạnh và ít
tan trong nước. Asin được tạo thành khi khử tất cả các hợp chất vô cơ của asen bằng
hydro mới sinh .
As
2
O
3
+ 6 Zn + 6H
2
SO
4
= 2 AsH
3
+ ZnSO
4
+ 3H
2
O
Asin tương đối kém bền khi đốt nóng nó dễ dàng phân huỷ thành hydro và

asen tự do. AsH
3
có tính khử rất mạnh, nó có thể bị bốc cháy trong không khí, khử
được các muối của kim loại như Cu, Ag về kim loại.
6AgNO
3
+ AsH
3
+ 3H
2
O = Ag + 6 HNO
3
+ H
3
AsO
3

AsH
3
tác dụng với muối thuỷ ngân (II) clorua tạo ra phức màu vàng nâu,
phản ứng này được sử dụng trong phương pháp định lượng asen:
AsH
3
+ 3HgCl
2
= As(HgCl)
3
(vàng) + 3HCl
b) Asen (III) oxit As
2

O
3

Chất này được tạo thành khi đốt cháy asen trong không khí hoặc nung các
quặng chứa asen. As(III) oxit màu trắng, thường gọi là asen trắng. Ở trạng thái khí,
oxit của asen III tồn tại dưới dạng phân tử kép As
4
O
6
. As(III) oxit ít tan trong nước,
ở 15
0
C trong dung dịch bão hoà có nồng độ 1,5 %, ở 25
0
C trong dung dịch bão hoà
có nồng độ 2 % . Khi tan trong nước asen (III) oxit tạo thành asen (III) hydroxit hay
còn gọi là axit asenơ, là một axit yếu.
As
4
O
6
+ 6H
2
O
↔
4H
3
AsO
3
.

Trong dung dịch axit asenơ có thể có cả axit metasen HAsO
2
. những axit này
đều không tách ra được ở trạng thái tự do, khi cô cạn dung dịch chỉ thu được oxit.

8

Asen(III)oxit dễ tan trong dung dịch kiềm tạo thành muối asenit và
hidroxoasenit.
As
4
O
6
+ 6NaOH + 3 H
2
O = 3Na[As(OH)
4
] + Na
3
AsO
3

Asen (III) oxit thể hiện tính khử khi tác dụng với O
3
, H
2
O
2
, FeCl
3

, K
2
Cr
2
O
7
,
HNO
3
, trong đó nó bị ôxi hoá đến ion AsO
4
3-

3 As
4
O
6
+ 8 HNO
3
+ 14 H
2
O = 12H
3
AsO
4
+ 8NO
Asen (III) oxit rất độc, liều lượng gây chết người là 0,1g. nó được dùng để
chế thuốc trừ sâu trong nông nghiệp, chế thuỷ tinh trong suốt và chế chất màu.
c) Asen (V) oxit:
Asen (V) oxit là chất ở dạng khối vô định hình giống như thuỷ tinh. người ta

thường gán cho nó công thức kinh nghiệm là As
2
O
5
. Ở nhiệt độ trên 400
o
C nó phân
huỷ thành oxi và oxit trong đó asen có số oxi hoá thấp hơn.
2 As
2
O
5
= As
4
O
6
+ 2O
2

As
2
O
5
dễ tan trong nước tạo thành asenic, nên khi để trong không khí nó bị
chảy rữa.
As
2
O
5
+ 3H

2
O = 2H
3
AsO
4

d) Axit orthoasenơ
H
3
AsO
3
là một axit yếu (pK~ 9), hợp chất này không điều chế được ở dạng
tự do mà chỉ tồn tại trong dung dịch nước, khi đó có cân bằng:
H
3
AsO
3
= H
2
O + HAsO
2

Cân bằng này thường chuyển dịch mạnh về phía bên phải tức là có xu hướng
hình thành axit metaasenơ (có hằng số phân li k = 6.10
-10
).
Dưới sự tác dụng của kiềm với As
2
O
3

ta nhận được muối của axit asenơ.
As
2
O
3
+ KOH = 2K
3
AsO
3
+ 3H
2
O

9

Các hợp chất As(III) có tính khử, khi bị oxi hoá bởi các chất oxi hoá mạnh
như KMnO
4
, KIO
3
trong môi trường kiềm chúng chuyển thành các hợp chất
As(V).
AsO
3
3-
+ I
2
+ H
2
O = AsO

4
3-
+ 2I
-
+ 2H
+

e) Axit asenic
Ở điều kiện thường, axit asenic (H
3
AsO
4
) ở trạng thái rắn, nó tan tốt trong
nước. Về độ axit, axit asenic là một axit mạnh tương đương với axit photphoric (pK
lần lượt là 2,24; 6,94; 11,5). Muối của axit này là asenat rất giống với muối
photphat tương ứng. Khi nung axit asenic ta thu được asen(V)oxit hay còn gọi là
anhyđritasenic ở dạng chất rắn màu trắng như thuỷ tinh, tính chất axit của hợp chất
này mạnh hơn axit asenơ. Khi cho tác dụng với kiềm nó có thể tạo thành ba loại
muối: Na
3
AsO
4
, Na
2
HAsO
4
, NaH
2
AsO
4

.
Các hợp chất As(V) có tính oxi hoá, khi tác dụng với các chất khử mạnh như
KI, NaBH
4
, trong môi trường axit chúng chuyển thành các hợp chất As(III).
Trong tự nhiên, asen có thể chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác bởi một
số vi sinh vật, quá trình chuyển hoá đươc trình bày trong hình 2.

Hình 2: Sơ đồ quá trình chuyển hoá của các hợp chất asen trong tự nhiên
1.4. Độc tính của asen [9, 14]
1.4.1. 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.
[AsO
2
(OH)
2
]
-

asenat

As(OH)
3

asenit
CH
3
AsO(OH)
2

axit monometylasenit
(CH
3
)
3
As: trimetylasin
(CH
3
)
2
AsH: dimetylasin

(CH
3
)
2
AsO(OH)
axit dimetylasenit

10


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.

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.

Một số enzim chứa hai nhóm thiol có thể phản ứng với hợp chất asen thế một
lần, tạo ra cấu trúc vòng năm cạnh, phản ứng này thuận nghịch với đithiol. Axit
liponic, cần thiết cho giai đoạn đầu trong sự oxi hoá của pyruvate bị ức chế bằng
liuzit (CH
3
-CH=CHAsCl
2
) (sử dụng làm khí độc trong chiến tranh).
R

A

s

O

+

2

R

'

S
H

R

As
S

R

'

S

R

'

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


11

Protein
S
S
As
CH CHCl
+

BAL
protein
SH
SH
+
ClCH CHAs
H
S
S
CH
CH
CH
2
2
2
OH

1.4.2. Độc tính của asen[11,18]
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 [11].
Asen tồn tại phổ biến trong môi trường xung quanh, mọi người đều tiếp xúc với
một lượng nhỏ của chúng. Con đường xâm nhập chủ yếu của asen vào cơ thể là qua
đường thức ăn (trung bình 25 - 50 µg/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 1mg; qua bụi, không khí là 1,4 µg và qua các đường khác là 0,04 - 1,4 µg.
Asen hấp thụ vào cơ thể qua đường dạ dày nhưng cũng dễ bị thải ra. Hàm lượng

asen trong cơ thể người khoảng 0,08 - 0,2 ppm, tổng lượng asen có trong người
trung bình khoảng 1,4 mg. Asen tập trung trong gan, thận, hồng cầu, hemoglobin
đặc biệt tập trung trong não, xương, da, phổi, tóc [11].
Đối với cơ thể con người asen có 3 tác dụng hoá sinh là: 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,

12

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 và trên mình bệnh nhân.
Sau đó những hạt nhỏ này có thể sẽ biến chứng, gây ung thư da. Ngoài ra người ta
còn phát hiện thấy rằng 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 là 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%. [18]
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 µg/m
3
đối
với asen vô cơ và 500 µg/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 2-20 µg/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.

13

Ở nước ta, theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5944-1995, tiêu chuẩn đánh giá
chất lượng nguồn nước ngầm là 50µg/l. Đối với tiêu chuẩn vệ sinh an toàn của Bộ
Y tế TCVS-2002, giới hạn nồng độ của asen trong nước là 10µg/l.
1.5. Tình trạng ô nhiễm asen trên thế giới và ở Việt Nam
1.5.1. Ô nhiễm asen trên thế giới [ 3,6,12,17,18,19]
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 50µg/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
µg/l). Ở Manikganj, Harirampar, Faridpur, Gopalganj có 14 trong 19 mẫu phân tích
vượt quá tiêu chuẩn cho phép của Bangladesh (50 µg/l), riêng vùng Harirampar cả 4

14

mẫu phân tích đều trên 100 µg/l. Nồng độ cao của asen có thể tìm thấy lên tới 1000
µg/l .
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 [18].
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
gấp 443 lần giá trị asen cho phép của tổ chức y tế thế giới WHO (10
lg /
µ
).
Hai khu vực bắc Achentina: San Antonio delos Codres và Taco Pozo có nồng
độ asen khoảng 200 µg/l, số người bị nhiễm độc asen khoảng 20000người [19].
Ở Mỹ, theo những nghiên cứu mới đây nhất cho thấy trên 3 triệu người dân mỹ
có nguy cơ nhiễm độc asen, mức độ nhiễm asen trong nước uống dao động từ 0,045
- 0,092 mg/l. Còn ở Nhật Bản, năm 1971 những nạn nhân đầu tiên có triệu chứng
nhiễm asen được phát hiện , tính đến năm 1995 đã có 217 nạn nhân chết vì asen.
1.5.2. Ô nhiễm asen tại Việt Nam [1,3,8,9,11]
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

15

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.
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 Bảng 2
[9].
Bảng 2: Tổng hợp một số chỉ tiêu phân tích mẫu nước ngầm Thành phố Hà

Nội mùa khô 12/2000 - 2/2001 [9]

Arsen Mangan Sắt Amoni
Chỉ tiêu phân tích vùng
nghiên cứu
Số mẫu
vượt */TS
%
Số mẫu
vượt */TS
%
Số mẫu
vượt */TS
%
Số mẫu
vượt */TS
%
Tầng chứa nước 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 nước bên dưới (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
Từ số liệu trên cho thấy, 69% mẫu nước tầng trên và 48% mẫu nước tầng
dưới ở Hà Nội được kiểm nghiệm có nồng độ asen cao hơn tiêu chuẩn. Đặc biệt, ở

16

Huyện Thanh Trì có tới 59,7% (43/72) số mẫu phân tích ở tầng chứa nước bên trên
và 54,2% (13/24) số mẫu ở tầng chứa nước bên dưới vượt quá giá trị 0,05 mg/l.

Theo điều tra sơ bộ 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 (tiêu chuẩn về nước ăn
uống của Việt Nam là 10microgam/l), cao nhất ở Hà Nam, Hà Nội, Hưng Yên, Phú
Thọ hàm lượng asen cao gấp nhiều lần mức cho phép như Lâm Thao (Phú Thọ)
gấp 50 - 60 lần, Lý Nhân và Bình Lục (Hà Nam) gấp 50 lần[9].
Kết quả nghiên cứu gần đây, trong cuộc điều tra ngẫu nhiên 12 tỉnh thành Việt
Nam gồm: Thái Nguyên, Quảng Ninh, Hà Tây, Hải Dương, Hưng Yên, Nam Định,
Hà Nam, Huế, thành phố Hồ Chí Minh, Long An, Đồng Tháp và An Giang cho thấy
trừ thành phố Hồ Chí Minh, Long An, Huế là không phát hiện có asen trong nước
ngầm, các tỉnh còn lại đều phát hiện được các điểm có nồng độ asen vượt quá tiêu
chuẩn cho phép. Kết quả cụ thể được đưa ra ở Bảng 3
Bảng 3: Kết quả điều tra sơ bộ về ô nhiễm asen trong nước ngầm tại 12 tỉnh [11]
Nồng độ asen (mg/l)
TT Tỉnh Số xã

Số
mẫu
0 - 0,01 0,01-0,05 0,05-0,1 0,1 - 0,2 0,2 - 0,5 >0,5
1 Thái Nguyên 10 240 233 5 2 0 0 0
2 Quảng Ninh 10 240 235 5 0 0 0 0

3 Hà Tây 57 1368 728 307 230 60 41 2
4 Hải Dương 20 480 446 31 3 0 0 0
5 Hưng Yên 141 3384 2684 390 156 76 58 20
6 Nam Định 20 480 341 45 31 27 35 1
7 Hà Nam 111 5080 2415 879 795 463 504 24
8 Huế 10 240 234 5 1 0 0 0
9 Hồ Chí Minh 10 240 240 0 0 0 0 0
10 Long An 10 235 235 0 0 0 0 0
11 Đồng Tháp 10 212 124 5 6 27 41 9

17

Nồng độ asen (mg/l)
TT Tỉnh Số xã

Số
mẫu
0 - 0,01 0,01-0,05 0,05-0,1 0,1 - 0,2 0,2 - 0,5 >0,5
12 An Giang 10 240 179 51 8 1 1 0

Một số nghiên cứu khác cho thấy ở một số huyện của tỉnh Hà Nam (Lý Nhân,
Bình Lục) đã có các biểu hiện lâm sàng đáng chú ý của nhiễm độc mạn tính ở cộng
đồng do ăn uống nguồn nước bị ô nhiễm. Kết quả hội chẩn đã xác định được 8
trường hợp có biểu hiện tổn thương ngoài da do tác hại của asen cần được theo dõi.
86% số hộ của khu vực mới sử dụng nước giếng khoan được 6 năm (từ 1997), song
qua thống kê của Y tế xã từ tháng 1/2000 đến tháng 9/2003 và kết quả khám sức
khoẻ cho thấy: tỷ lệ bệnh ngoài da, biến đổi sắc tố da, sừng hoá, bệnh lý thai sản, tỷ
lệ ung thư nhìn chung khá cao và có xu hướng tăng theo thời gian [11].
Như vậy, ở Việt Nam không những đã phát hiện thấy các vùng nước ngầm ô
nhiễm asen mà còn có các biểu hiện lâm sàng ở cộng đồng do nhiễm độc asen. Do

vậy, nếu không có biện pháp khắc phục, tiếp tục sử dụng các nguồn nước ô nhiễm
asen kéo dài sẽ dẫn đến tình trạng nhiễm độc nặng nề như đã gặp ở Bangladesh, Ấn
Độ, Trung Quốc….
1.6. Một số phương pháp xử lý asen
Đã có rất nhiều hội nghị quốc tế về asen được tổ chức sau những thảm họa về
ngộ độc asen trên thế giới. Nhiều bài báo, công trình nghiên cứu về các phương
pháp giảm thiểu ô nhiễm asen đã được công bố. Các biện pháp xử lý rất nhiều và đa
dạng, ở đây chủ yếu tập trung vào các phương pháp: hoá học, hoá lý.
1.6.1. Các phương pháp hoá học[13, 16, 20]
Các công nghệ xử lý asen thường xử lý As(V) có hiệu quả hơn xử lý As(III). Vì
vậy nhiều hệ thống xử lý bao gồm cả bước oxy hoá để chuyển As(III) thành As(V).
Quá trình oxy hoá không loại bỏ asen ra khỏi dung dịch nhưng nâng cao hiệu quả
các quá trình xử lý tiếp theo như cộng kết tủa, hấp phụ, lọc…Các tác nhân hoá học

18

thường được sử dụng để oxi hoá asenit thành asenat bao gồm : khí clo, khí ozon,
kali pemanganat, hydro peoxi, tác nhân fenton's (H
2
O
2
/Fe
2+
), mangan oxit Ngoài
ra người ta còn có thể xử lý trực tiếp các bức xạ từ mặt trời để oxi hoá asenit thành
asenat với sự có mặt của các chất xúc tác đồng thể và dị thể. Khi sử dụng quá trình
oxi hoá người ta phải kết hợp với các quá trình keo tụ, hấp thụ hoặc trao đổi ion.
a. Oxy hoá asen bằng không khí:
Oxy không khí là một tác nhân của quá trình oxy hoá As(III), tuy nhiên tốc độ
của quá trình oxy hoá As(III) bằng không khí chậm, thời gian oxy hoá kéo dài

khoảng hàng tuần. Quá trình oxy hoá As(III) bằng không khí có thể được xúc tác
bằng vi khuẩn, axit mạnh hoặc dung dịch kiềm, đồng, bột cacbon hoạt tính, và nhiệt
độ cao.
b. Oxy hoá asen bằng tác nhân hoá học:
As(III) có thể bị oxy hoá trực tiếp bởi nhiều hoá chất khác bao gồm clo,
hypochloride, ozon, permanganate, H
2
O
2
, và tác nhân Fenton (H
2
O
2
/Fe
2+
).
Clo và hypochloride là chất oxy hoá mạnh và có hiệu quả nhưng nó lại có thể
phản ứng với các hợp chất hữu cơ tạo ra hợp chất cơ clo độc hại (thí dụ
trihalometan). Lượng clo thêm vào phụ thuộc vào thành phần của nước. Cho vào
nước khoảng 0,8 - 2 mg/l clo để tạo ra 0,2 mg/l clo dư dùng cho mục đích khử trùng
sau khi xử lý.
Ozon là chất oxy hoá mạnh, khi sục ozon vào nước 1 phút (hàm lượng khoảng
2 mg/l) trước khi lọc sẽ có hiệu quả rất cao trong việc ôxy hoá sắt và mangan, loại
bỏ hiệu quả asen và các kim loại khác. Ozon cũng là chất sát khuẩn mạnh nhưng
không giống như clo, dư lượng của nó không tồn tại lâu trong nước đã xử lý [20].
Permanganate (KMnO
4
) có hiệu quả oxy hoá As(III), Fe(II) và Mn(II) cao .
KMnO
4

có nhiều ở các nước đang phát triển, nó được sử dụng như là chất kháng
sinh cục bộ. Lượng mangan dư trong nước đã xử lý không được vượt quá khuyến
cáo của WHO 0,05 mg/l (WHO, 1993).

19

Hydro peroxit (H
2
O
2
) cũng là chất oxy hoá có hiệu quả, đặc biệt nếu trong nước
bị nhiễm asen có chứa sắt hoà tan nồng độ cao. Sắt (III) hydroxit được hình thành sẽ
cộng kết với asenat[20].
c. Oxy hoá và loại asen bằng năng lượng mặt trời (SORAS)
Đây là quá trình xử lý asen đơn giản trong cấp nước nông thôn từ nguồn nước
ngầm. Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng phản ứng oxy hoá quang hoá As(III)
thành As(V) nhờ ánh sáng mặt trời, sau đó tách As(V) ra khỏi nước bởi sự hấp phụ
trên các hạt Fe(III) hydroxit. Hiệu suất của phản ứng oxy hoá quang hoá sẽ được
tăng cường nếu nhỏ thêm vài giọt chanh, sẽ giúp cho quá trình tạo các bông keo
Fe(III). SORAS có hiệu quả khi hàm lượng sắt trong nước ngầm ít nhất là 3 mg/l,
cường độ bức xạ UV-A 50 Wh/m
2
. Nồng độ asen có thể giảm từ 500ppb xuống
50ppb sau 2-3h.
1.6.2 Các phương pháp hoá lý [4,5,10,14,17,21,22,23]
a. Kết tủa và lọc
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 lọc. Muối kim
loại thường được sử dụng là muối nhôm và muối sắt clorua hoặc sắt sulfat. Hiệu
quả xử lý asen bằng muối nhôm hoặc muối sắt ở quy mô phòng thí nghiệm có hiệu

quả xử lý tới 99% ở các điều kiện tối ưu và nồng độ asen còn lại dưới 1µg/l. Tuy
nhiên, đối với các hệ xử lý thực tiễn ngoài hiện trường thì hiệu quả xử lý thấp hơn
khoảng từ 59- 90%[21].
Khi muối nhôm và sắt được thêm vào nước sẽ và hình thành dung dịch
hydroxide không hoà tan. Những hydroxide kim loại kết tủa kéo theo asen theo cơ
chế cộng kết - hấp phụ. Để trộn đều các chất tạo kết tủa, tăng cường hiệu quả xử lý
cần khuấy mạnh dung dịch. Nếu nước có độ pH thấp thì cần phải bổ sung thêm các
chất kiềm để tạo môi trường kết tủa. Cũng có thể cho các chất polymer để tăng
cường quá trình kết bông và lắng. Những nghiên cứu của Cheng và các cộng sự [21]

20

đã chỉ ra rằng khi thêm 2- 4 mg/l polymer cation cho phép giảm 2/3 hàm lượng
chất kết tủa mà không làm giảm hiệu quả xử lý asen. Vì vậy các polymer có thể
được sử dụng để làm tăng hiệu quả xử lý asen và giảm thể tích bùn thải ra.
b. Làm mềm nước bằng vôi
Độ cứng của nước gây ra bởi các hợp chất canxi và magiê trong nước. Quá
trình làm mềm bằng vôi sẽ loại bỏ các ion kim loại này do sự thay đổi trong cân
bằng carbonate. Khi thêm vôi vào nước sẽ làm tăng giá trị pH và làm cho
bicarbonate chuyển thành carbonate kết quả là canxi bị kết tủa dưới dạng canxi
carbonate. Quá trình làm mềm loại bỏ canxi thường ở khoảng pH 9 đến 9,5. Để loại
bỏ magiê, vôi được thêm vào tới điểm kết tủa magiê hydroxide ở giá trị pH lớn hơn
10,5. Quá trình làm mềm nước bằng vôi đồng thời cũng có hiệu quả trong việc loại
bỏ asen tương tự như quá trình kết tủa với muối kim loại. Như vậy, quá trình loại bỏ
As(III) và As(V) bằng cách làm mềm nước phụ thuộc vào giá trị pH. Nếu quá trình
oxy hoá As(III) thành As(V) diễn ra trước khi làm mềm nước sẽ làm tăng hiệu quả
xử lý asen.
Nhược điểm của quá trình làm mềm nước bằng vôi đối với việc xử lý asen là
hàm lượng vôi sử dụng khá lớn khoảng 800 - 1000 mg/l, điều này sẽ dẫn đến việc
hình thành một lượng bùn thải lớn và sau đó lại phải sử dụng axit để điều chỉnh pH

của nước sau xử lý. Quá trình này thường chỉ được áp dụng cho nước cứng.
c. Phương pháp hấp phụ
Asen có thể được hấp phụ lên bề mặt của các vật liệu hấp phụ như: các hợp
chất oxyt sắt, oxyt titan, oxyt silic; khoáng sét(caolanh, bentonite ), boxit,
hematite, chitin và chitosan; quặng oxit mangan, cát bọc một lớp oxyt sắt hoặc
dioxit mangan MnO
2
; các vật liệu xellulo (mùn cưa, bột giấy báo)
Mỗi loại vật liệu có những đặc tính và yêu cầu chi phí khác nhau. Một số loại
đã được sản xuất riêng để xử lý nước nhiễm asen. Hiệu suất xử lý của từng loại vật
liệu phụ thuộc vào việc sử dụng các chất oxy hoá hỗ trợ quá trình hấp phụ asen.

21

c.1. Hấp phụ lên vật liệu có thành phần là sắt
Mạt sắt (sắt kim loại), sắt hydroxide, các vật liệu phủ sắt, oxit sắt là những vật
liệu được sử dụng cho qúa trình hấp phụ asen từ nước ngầm.
Quá trình loại bỏ asen bằng cách hấp phụ lên mạt sắt kim loại đã được nghiên
cứu ở trong phòng thí nghiệm và áp dụng ngoài hiện trường. Hiệu quả loại bỏ asen
vô cơ ra khỏi dung dịch của sắt đến 95%. Asen được hấp phụ lên bề mặt sắt ở trạng
thái oxi hoá V. Phổ nhiễu xạ tia X cũng cho thấy trên bề mặt của mạt sắt có sự hiện
diện của cả sắt kim loại, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
và cả sắt hydroxide [23].

Hydroxyt sắt dạng hạt cũng được sử dụng trong hấp phụ [10]. Công nghệ này
kết hợp những ưu điểm của phương pháp keo tụ - lọc, có hiệu suất xử lý cao và
lượng cặn sinh ra ít. Hạt hydroxit sắt được sản xuất từ dung dịch FeCl
3
bằng cách
cho phản ứng với dung dịch NaOH. Kết tủa tạo thành được rửa sạch, tách nước
bằng quay ly tâm và tạo hạt dưới áp suất cao. Vật liệu này có khả năng hấp phụ cao.
Cột lọc hấp phụ hoạt động tương tự như lọc hấp phụ bằng cácbon hoạt tính dạng
hạt. Với nước có nồng độ asen 100 - 180 ppb, sau xử lý có thể đạt đến 10 ppb.
Tại Đài Loan, các nhà khoa học đã chế tạo vật liệu sắt nano để hấp phụ asen,
kết quả cho thấy vật liệu hấp phụ 43,62mgAs/g sắt ở pH=4, 42,73mgAs/g sắt ở
pH=7, 37,48mgAs/g sắt ở pH=9.[14]
c.2. Hấp phụ lên nhôm và các hợp chất của nhôm.
- Vật liệu có nguồn gốc từ nhôm: Công ty Project Earth Industries (PEI Inc.) đã
chế tạo ra vật liệu hấp phụ rẻ tiền, có nguồn gốc từ nhôm, có khả năng tách asen ở 2
dạng tồn tại phổ biến ở trong nước là As(III) và As(V). Vật liệu hấp phụ này có đặc
tính hoá học là diện tích bề mặt và độ rỗng cao, có khả năng hấp phụ cao hơn 10 lần
so với các vật liệu thông thường khi có mặt các ion cạnh tranh, tốc độ hấp phụ
nhanh, đạt hiệu suất cao.
Việc thử nghiệm đã được tiến hành ở Ấn Độ và Bangladesh (1998, 1999 cho
phép giảm asen từ giá trị trung bình ban đầu 340 ppb xuống dưới 50 ppb.

22

- Nhôm hoạt hoá: Nhôm hoạt hoá được sử dụng có hiệu quả để xử lý nước có
hàm lượng chất rắn hoà tan cao. Tuy nhiên, nếu trong nước có các hợp chất của
selen, florua, clorua, sulfat , chúng có thể cạnh tranh vị trí hấp phụ.
Phương pháp này tương đối thuận lợi, chỉ cần đổ nước giếng cần xử lý qua lớp
vật liệu nhôm. Nếu hàm lượng sắt trong nước nguồn càng cao thì hiệu suất khử
asen càng cao và chu kỳ làm việc trước khi hoàn nguyên càng tăng.

Một hạn chế của phương pháp sử dụng nhôm hoạt hoá là lượng vật liệu hấp phụ
thải ra lớn: 50 - 200 g/m
3
nước, nghĩa là gấp gần 10 lần so với lượng cặn tạo thành
khi sử dụng phương pháp keo tụ bằng phèn sắt.
c.3. Hấp phụ lên vật liệu có thành phần mangan oxide
Cơ chế của việc loại bỏ asen bởi MnO
2
bước đầu đã được nghiên cứu trên các
tinh thể MnO
2
tổng hợp trong phòng thí nghiệm.
Phản ứng oxi hoá As (III) bởi MnO
2
xảy ra theo 2 bước sau:
2MnO
2
+ H
3
AsO
3
+ H
2
O = 2MnOOH + H
2
AsO
4
-
+ H
+

2MnOOH + H
3
AsO
3
+ 3H
+
= 2Mn
2+
+ H
2
AsO
4
-
+ 2H
2
O
Mặc dù cơ chế phản ứng của As(III) với MnO
2
đã rõ ràng nhưng có rất ít thông
tin về sự hình thành các hợp chất của As(V) sau quá trình oxi hoá As(III).
Sử dụng quặng mangan dioxit tự nhiên và diatomit tự nhiên cho hiệu quả hấp
phụ asen tương đối tốt[5]. Tại Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam đã tổng hợp
MnO
2
kích thước nanomet và nghiên cứu sử dụng vào hấp phụ asen trong nước đạt
tải trọng 32,79mg asen/gam vật liệu.[4]
d. Trao đổi ion
Trao đổi ion có thể được xem là một là một dạng đặc biệt của phương pháp hấp
phụ. Đây là quá trình trao đổi giữa các ion trong pha rắn và pha lỏng. Nhựa trao đổi

ion được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý nước để loại bỏ các chất hoà tan không
mong muốn ra khỏi nước. Các loại nhựa này có một bộ khung polyme liên kết

23

ngang, được gọi là nền, thông thường nền này được tạo thành do polystyren liên kết
ngang với đivinylbenzen. 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, các ion cạnh tranh với asen (như sunfat, florua, nitrat )
có nồng độ lớn, hiệu suất của quá trình tách loại sẽ giảm đi đáng kể. Khi đó các
anionit chuyển từ gốc H
2
AsO
4
-
sang H
2
AsO
4
2
, giải phóng H
+
, pH bị hạ thấp xuống.
Nồng độ sulfate ảnh hưởng tới vận tốc phản ứng: tốc độ phản ứng càng cao khi
lượng sulfate càng cao. Loại vật liệu trao đổi ion này có ưu điểm là có thể sử dụng
dung dịch muối đậm đặc NaCl để hoàn nguyên hạt trao đổi ion đã bão hoà asen.
Nồng độ asen sau xử lý có thể tới dưới 2ppb [14].
e. Chưng cấ t bằng năng lượng mặt trời
Thiết bị chưng cất bằng năng lượng mặt trời có thể sử dụng để xử lý nước
nhiễm asen. Nước cần xử lý được nung nóng lên và bay hơi nhờ năng lượng mặt

trời, sau đó ngưng tụ lại trên bề mặt phía trong thiết bị thu nước dạng tấm và chảy
vào bể. Tuỳ thuộc vào lượng ánh sáng mặt trời, một tấm bề mặt thu nước kích thước
2x10 m có thể cung cấp nước uống cho 20 - 50 người sử dụng trong một ngày đêm
với tiêu chuẩn 4 l/ ng/ngày. Phương pháp này có thể áp dụng để cung cấp nước
uống cho các vùng sâu, vùng xa thiếu nguồn nước uống sạch. Ưu điểm của phương
pháp này là nước sau xử lý có chất lượng tốt, chi phí cho xử lý thấp, có thể sử dụng
các vật liệu địa phương để chế tạo. Thiết bị này không sử dụng điện, có thể xử lý
nước ngầm hoặc nước mặt bị nhiễm asen.
f. Các phương pháp lọc[18,24]
Một số kĩ thuật của phương pháp này như : thẩm thấu ngược, màng lọc nano,
điện thẩm tách có khả năng loại bỏ tất cả các dạng asen hoà tan ra khỏi nước. Các
chất hoà tan trong đó có asen được giữ lại trên màng bán thấm, màng chỉ cho nước
và một số chất tan đi qua.
* Vi lọc (MF)

24

Quá trình vi lọc là kỹ thuật loại bỏ asen phụ thuộc vào sự phân bố kích thước
của các phần tử mang asen trong nước nguồn. Mặc dù MF có thể loại bỏ các dạng
hạt của asen nhưng chỉ quá trình này sẽ kém hiệu quả trong việc xử lý nguồn nước.
Để tăng hiệu quả xử lý đối với nguồn nước, có thể kết hợp với quá trình kết tủa
và MF. Đối với những thiết bị chỉ sử dụng MF thì việc loại bỏ này phụ thuộc vào
nồng độ asen trong nước đầu vào và tỷ lệ dạng hạt theo cơ chế rây cơ học. Do đó
hiệu quả của quá trình xử lý asen bằng MF là hàm của kích thước lỗ.
* Siêu lọc (UF)
Nhìn chung quá trình siêu lọc có khả năng loại bỏ các chất keo và các phần tử
dạng hạt. Nếu hệ xử lý chỉ sử dụng UF thì cũng như MF nó không thể xử lý asen
trong nước ngầm đạt hiệu quả cao. Tuy nhiên UF có thể sử dụng để xử lý nước mặt
với hàm lượng chất keo cao và nồng độ asen cao.
* Lọc nano (NF)

Màng lọc nano có khả năng loại bỏ đáng kể các hợp chất asen hòa tan trong
nước tự nhiên. Màng nano ưu tiên loại bỏ các ion hóa trị hai (như Ca, Mg) nhưng
không có hiệu quả đối với các muối hóa trị một (như Na, Cl). Màng NF có thể loại
bỏ cả As(V) và As(III). Hiệu quả loại bỏ asen trong nước ngầm của NF đạt tới 95%
asen hòa tan, nồng độ asen có thể giảm từ 50ppb xuống 2ppb. Tuy nhiên khi màng
có kích thước lỗ nhỏ thì có khuynh hướng dễ tắc hơn màng UF hoặc MF. Ứng dụng
màng NF cho quá trình xử lý nước mặt có hiệu quả thường không cao nếu không
qua quá trình tiền xử lý để loại bỏ các hạt và các phần tử hòa tan gây tắc.
* Thẩm thấu ngược (RO)
Đây là quá trình lọc màng có hướng dưới tác dụng của chênh lệch áp suất. Tuỳ
thuộc vào đặc tính của màng, thẩm thấu ngược có thể giữ lại tất cả các ion và chỉ
cho nước đi qua. Phương pháp này tốn kém, đắt tiền, nên chỉ sử dụng để cung cấp
một lượng nước nhỏ, có yêu cầu chất lượng cao, ví dụ như trong y tế, vv
* Điện thẩm tách (ED)

25

Điện thẩm tách là quá trình trong đó các ion được vận chuyển qua màng có
chọn lọc đối với các cation và anion dưới tác động của dòng điện một chiều. Trong
quá trình này màng được sắp xếp giữa các điện cực ngược chiều nhau với sự xen kẽ
giữa màng trao đổi anion và màng trao đổi cation. Sự chuyển động của các cation
hoặc anion theo hướng của điện cực trái dấu và kết quả là nó tạo ra các ngăn chứa
nước và các ngăn chứa muối. Điện thẩm tách đảo chiều (EDR) là quá trình điện
thẩm tách (ED) với chu kỳ đảo chiều hướng chuyển động của các ion do sự đảo
chiều phân cực của điện cực. Ưu điểm của sự đảo chiều phân cực là làm giảm khả
năng tắc của màng, giảm chi phí cho quá trình tiền xử lý.
Theo lý thuyết có rất nhiều công nghệ xử lý nhưng để lựa chọn công nghệ xử
lý phù hợp, phải căn cứ vào các điều kiện cụ thể: loại nguồn nước, điều kiện địa
chất, thuỷ văn, đối tượng sử dụng nước, công nghệ thiết bị hiện có, khả năng tài
chính, khả năng sử dụng nguyên vật liệu, năng lượng tại địa phương… Bảng 4 nêu

lên hiệu quả loại bỏ của một số công nghệ và ưu điểm, nhược điểm của các công
nghệ đó.




Bảng 4. Hiệu quả xử lý asen của một số công nghệ
Công nghệ
xử lý
Nồng độ As ban
đầu
Nồng độ As còn lại Ưu điểm Nhược điểm
asenat 350
lg /
µ
6
lg /
µ

asenit 350
lg /
µ
140
lg /
µ

asenat 560
lg /
µ
10

lg /
µ

Kết tủa cùng
với sắt
asenat300
lg /
µ
6
lg /
µ

- chi phí, vốn tương
đối thấp
- quá trình tương
đối đơn giản
- các hoá chất thông
- tạo ra chất
thải rắn độc hại
- hiệu quả thấp
trong việc loại
bỏ asen (III)