Đánh giá hiện trạng ô nhiễm Asen trong nước ngầm Hà Nội, ứng dụng vật liệu Hydroxit sắt III phế thải để hấp phụ Asen trong nước ngầm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM




NGUYỄN BÁ CẢNH
ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM ASEN
TRONG NƢỚC NGẦM HÀ NỘI, ỨNG DỤNG
VẬT LIỆU HYDROXIT SẮT III PHẾ THẢI ĐỂ
HẤP PHỤ ASEN TRONG NƢỚC NGẦM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG








Thái Nguyên -2014


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ii
LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là kết quả của quá trình thực
nghiệm của tôi trong phòng thí nghiệm và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.


Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Học viên


Nguyễn Bá Cảnh










Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


iii

LỜI CẢM ƠN

Bằng tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn
PGS.TS Trịnh Lê Hùng cùng toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Sau đại
học ngành Khoa học Môi trường, trường Đại Học Nông Lâm đã giao đề tài,
hướng dẫn chu đáo và tận tình trong suốt quá trình em nghiên cứu và hoàn
thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các anh chị em trong phòng thí nghiệm của
Trung tâm Công nghệ Môi trường Việt Nhật đã tạo điều kiện thuận lợi và
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ban lãnh đạo, các anh
chị em trong Công ty Cổ phần Thương mại và Kỹ thuật Việt-Sing đã luôn
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Học viên


Nguyễn Bá Cảnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


iv
MỤC LỤC
Nội dung
Trang
MỞ ĐẦU 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu của đề tài 3

2.1. Mục tiêu tổng quát 3
2.2. Mục tiêu cụ thể 3
3. Yêu cầu của đề tài 3
4. Ý nghĩa 3
4.1. Ý nghĩa khoa học 3
4.2. Ý nghĩa thực tiễn 3
CHƢƠNG 1: 5
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5
1.1. Tổng quan về asen 5
1.1.1. Giới thiệu về asen 5
1.1.2. Ô nhiễm asen 19
1.1.3. Xử lý Asen 23
1.2. Tổng quan về Hyđroxit sắt (III) phế thải trong bùn thải mạ 29
1.3. Tổng quan về phương pháp hấp phụ 32
1.3.1. Nguyên lý chung của phương pháp hấp phụ 32
1.3.2. Các đặc tính của chất hấp phụ 33
1.3.3. Khả năng hấp phụ asen của hyđroxit sắt 36
1.3.4. Một số chất hấp phụ đang sử dụng trong xử lý nước 37
CHƢƠNG 2: 39
ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39
2.1. Đối tượng nghiên cứu 39
2.2. Phạm vi và thời gian nghiên cứu 39
2.3. Nội dung nghiên cứu 39

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


v
2.4. Phương pháp nghiên cứu: 40
2.4.1. Phương pháp kế thừa sử dụng tài liệu thứ cấp ( số liệu thứ cấp) 40

2.4.2. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu: 40
2.4.3. Phương pháp bố trí các thí nghiệm: 43
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu 51
2.4.5. Phương pháp đối chiếu với quy chuẩn tiêu chuẩn Việt Nam 51
CHƢƠNG 3: 53
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 53
3.1. Hiện trạng Asen trong nước ngầm ở Hà nội 53
3.1.1. Thực trạng ô nhiễm Asen trong nước ngầm ở Hà Nội: 53
3.1.2. Hiện trạng Asen trong nước ngầm Hà Nội 56
3.2. Xác định thành phần các chất có trong bùn thải mạ 62
3.3. Chế tạo vật liệu hấp phụ từ Hidroxyt sắt III phế thải. 63
3.4. Đánh giá khả năng hấp phụ Asen của vật liệu 65
3.4.1. Xác định thời gian tối ưu để hấp phụ Asen của vật liệu 65
3.4.2. Xác định pH tối ưu để hấp phụ Asen của vật liệu 67
3.4.3. Xác định phương pháp tối ưu để vật liệu hấp phụ Asen 69
3.4.4. Ứng dụng vật liệu vào mẫu thực tế 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77
1. Kết luận 77
2. Kiến nghị 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu
: Nghĩa của từ
C

: Nồng độ gam/lít
MF
: Màng lọc nước kích thước Micromet
NF
: Màng lọc nước kích thước nanomet
RO
: Màng lọc nước thẩm thấu ngược
UBND
: Ủy ban nhân dân
UF
: Màng lọc nước kích thước Micromet
UNICEF
: Quỹ bảo trợ nhi đồng liên hợp quốc
WHO
: Tổ chức y tế thế giới
TCVN
: Tiêu chuẩn Việt Nam
TT KHTN&CN QG
: Trung tâm nước sạch và vệ sinh môi trường quốc gia
TT. NS&VSMTNT
: Trung tâm nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn
%
: Phần trăm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


vii
DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Trang

Bảng 1.1. Hàm lượng Asen trong một số khoáng vật 8
Bảng 1.2. Hàm lượng asen trong một số loại đá ở Việt Nam 16
Bảng 1.3. Ưu nhược điểm các phương pháp xử lý Asen 27
Bảng 1.4. Một số chất hấp phụ đang được ứng dụng 37
Bảng 2.1. Bảng vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu tại Đông Anh 40
Bảng 2.2. Bảng vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu tại Từ Liêm 41
Bảng 2.3. Bảng vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu tại Gia Lâm 41
Bảng 2.4. Bảng vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu tại Thanh Trì 42
Bảng 3.1. Nồng độ asen trung bình tại các huyện ngoại thành Hà Nội 54
Bảng 3.2. Hàm lượng Asen trong mẫu nước ở Đông Anh 58
Bảng 3.3. Hàm lượng Asen trong mẫu nước ở Từ Liêm 59
Bảng 3.4. Hàm lượng Asen trong mẫu nước tại Gia Lâm 60
Bảng 3.5. Hàm lượng Asen trong mẫu nước ở Thanh Trì: 61
Bảng 3.6. Thành phần chủ yếu các chất có trong phế thải 62
Bảng 3.7. Tỉ lệ phối trộn vật liệu tối ưu 63
Bảng 3.8. Khả năng hấp phụ asen của vật liệu 65
Bảng 3.9. Hiệu suất hấp phụ Asen của vật liệu ở các pH khác nhau. 67
Bảng 3.10. Hiệu suất hấp phụ asen theo mẻ của vật liệu 70
Bảng 3.11. Hiệu suất hấp phụ asen theo phương pháp lọc hấp phụ dòng

chảy xuôi. 71
Bảng 3.12. Hiệu suất hấp phụ Asen theo phương pháp lọc hấp phụ dòng
chảy ngược qua lớp vật liệu từ dưới lên 72
Bảng 3.13. Hiệu suất hấp phụ Asen mẫu nước gia đình theo phương pháp
lọc hấp phụ dòng chảy ngược qua lớp vật liệu từ dưới lên 74


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang

Hình 1.1. Cấu chúc không gian các hợp chất của asen 8
Hình 1.2. Các con đường xâm nhập asen vào cơ thể. 13
Hình 1.3. Bản đồ phân bố khu vực ô nhiễm Asen trên thế giới 20
Hình 1.4. Bản đồ khu vực nhiễm Asen trên toàn quốc 23
Hình 1.5. Sơ đồ công ghệ xử lý nước thải ngành mạ 32
Hình 2.1. Bố trí thí nghiệm chế tạo vật liệu 46
Hình 2.2. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian tối ưu 46
Hình 2.3. Bố trí thí nghiệm xác định pH tối ưu 47
Hình 2.4 . Bố trí thí nghiệm xác định phương pháp 48
Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm xác định phương pháp lọc tối ưu 50
Hình 2.6. Bố trí thí nghiệm xác định hời gian tối ưu 51
Hình 3.1. Tình hình nhiễm Asen ở Hà Nội năm 2006 54
Hình 3.2. Biểu đồ tỉ lệ phần trăm các chất trong bùn thải 63
Hình 3.3. Ảnh vật liệu tối ưu 65
Hình 3.4. Biểu đồ hiệu suất xử lý Asen ở các thời gian khác nhau với Asen
đầu vào 0,1 mg/l 66

1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Asen (Thạch tín) cho thấy sự tồn tại cũng như ảnh hưởng của asen trên
toàn thế giới và ở Việt Nam. Đặc biệt nguy cơ nước uống bị nhiễm độc bởi
asen (thạch tín) đã được phát hiện từ lâu trên Thế giới và ở nước ta, nhưng từ
giữa tháng 05 năm 2000 đến nay vấn đề này mới được phổ biến rộng rãi trên
các phương tiện thông tin đại chúng trong nước.
Asen là một chất rất độc, độc gấp 4 lần thuỷ ngân. Asen tác động xấu
đến hệ tuần hoàn, hệ thần kinh. Nếu bị nhiễm độc từ từ, mỗi ngày một ít, tuỳ
theo mức độ bị nhiễm và thể tạng mỗi người, có thể xuất hiện nhiều bệnh
như: rụng tóc, buồn nôn, sút cân, ung thư, giảm trí nhớ Asen làm thay đổi
cân bằng hệ thống enzim của cơ thể, nên tác hại của nó đối với phụ nữ và trẻ
em là lớn nhất [3].
Theo GS. TS Đào Ngọc Phong, những người bị nhiễm độc asen mãn tính
ở thượng nguồn Sông Mã có 31 triệu chứng lâm sàng [13].
Asen không gây mùi vị khó chịu khi có mặt trong nước ngay cả ở lượng
đủ làm chết người, nên không thể phát hiện bằng cảm quan. Bởi vậy có nhà
báo gọi nó là kẻ “giết người vô hình” (Invisible Killer) [22].
Hiện tại đã có nhiều công trình nghiên cứu nhưng vẫn chưa có giải pháp
tốt nhất: Các vật liệu hấp phụ chưa trở thành hàng hóa phổ biến trên thị
trường, có người mua nước tinh khiết, có người dùng máy lọc nước RO, có
2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

người cũng không có điều kiện phân tích xác định hàm lượng asen và chấp
nhận sử dụng vì không có điều kiện tiếp cận các thiết bị xử lý,….
Để giải quyết vấn đề cấp bách về hiện trạng ô nhiễm asen trong nguồn
nước và bảo vệ sức khỏe của người dân, các nhà khoa học trên thế giới nói
chung và ở Việt Nam nói riêng đã tiến hành rất nhiều nghiên cứu về phương
pháp loại bỏ asen. Cho đến nay, các kết quả nghiên cứu cho thấy các hợp chất
Hyđrôxyt và ô xít của sắt (III) cho khả năng loại bỏ asen rất tốt.
Song song với vấn đề về ảnh hưởng của asen thì vấn đề về nước thải
công nghiệp cũng được các nhà quản lý, các doanh nghiệp và người dân hết
sức quan tâm về những ảnh hưởng của nó đến môi trường, hầu hết các nhà
máy sản xuất công nghiệp đều phải có hệ thống xử lý nước thải để xả thải ra
môi trường đạt tiêu chuẩn cho phép, đặc biệt nước thải ngành mạ trong công
đoạn tẩy rỉ sắt cho ra một lượng bùn thải lớn có thành phần chủ yếu là
hydroxit sắt (III) với hàm lượng cao, bùn thải này có thể được tận dụng để
làm nguyên vật liệu hấp phụ asen trong nước.
Mặt khác về kinh tế, các vật liệu loại asen thương mại đang được bán
trên thị trường hiện nay có giá thành khá cao và khó sử dụng với người dân.
Nhằm góp phần giải quyết những vấn đề trên, chúng tôi đã tiến hành các
nghiên cứu với mục tiêu tận dụng được phế thải để làm vật liệu có khả năng
xử lý asen tốt, dễ chế tạo và giá thành rẻ, phù hợp với cả những người dân có
thu nhập thấp. Trong các phương pháp xử lý asen, phương pháp hấp phụ là
phương pháp đơn giản, dễ áp dụng và cho hiệu quả xử lý asen tốt.
Xuất phát từ thực tế trên, được sự nhất trí của nhà trường và khoa
chuyên môn dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của: PGS TS. Trịnh Lê Hùng tôi tiến
3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

hành nghiên cứu đề tài: “Đánh giá hiện trạng ô nhiễm asen trong nước
ngầm Hà Nội, ứng dụng vật liệu Hyđroxit sắt (III) phế thải để hấp phụ
asen trong nước ngầm”.
2. Mục tiêu của đề tài
2.1. Mục tiêu tổng quát
Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu, đánh giá khả năng
sử dụng của vật liệu, đánh giá khả năng sản xuất vật liệu.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Đánh giá hiện trạng ô nhiễm asen trong nước ngầm thành phố Hà Nội.
- Ứng dụng khả năng hấp phụ Asen của Hyđroxit sắt (III) phế thải.
3. Yêu cầu của đề tài
- Đánh giá mức độ ảnh hưởng của ô nhiễm asen trong nước ngầm ở Hà Nội
- Ứng dụng hydroxyt sắt III phế thải ngành mạ để xử lý Asen trong nước
ngầm ở Hà Nội
4. Ý nghĩa
4.1. Ý nghĩa khoa học
- Xác định hiệu quả hấp phụ Asen đối với vật liệu chế tạo từ hyđroxit sắt
(III) phế thải ngành mạ.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Nêu ra được hiện trạng về ô nhiễm asen trong nước ngầm ở thành phố
Hà Nội.
- Góp phần giải quyết theo hướng tái sử dụng các phế liệu, phế thải
ngành mạ thành thương phẩm có tác dụng xử lý được Asen trong nước ngầm.

4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


CHƢƠNG 1:
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tổng quan về asen
1.1.1. Giới thiệu về asen
* Nguồn gốc asen:
Asen là tên Tiếng Việt hay còn gọi là Thạch tín, tên Anh là asrenic.
Nguyên tố asen kí hiệu là As. Asen tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau. Trong
tự nhiên asen có trong nhiều loại khoáng vật như realgar As
4
S
4
, orpoment
As
2
S
3
, orsenolite As
2
O
3

, orsenopyrite FeAsS. Trong nước asen thường tồn tại
ở dạng asenit hoặc asenate (AsO
3
3-
,
AsO
4
3-
). Các hợp chất asen methyl có
trong môi trường do chuyển hóa sinh học.
Asen là một nguyên tố không chỉ có trong nước mà còn có trong không
khí, đất, thực phẩm và có thể xâm nhập vào cơ thể con người. nguyên nhân
chủ yếu khiến nhiều vùng ở nước ta nhiễm asen là do cấu tạo địa chất.
Trong công nghiệp asen có trong ngành luyện kim, xử lý quặng, sản xuất
thuốc bảo vệ thực vật, thuộc da. Asen thường có mặt trong thuốc trừ sâu, diệt
nấm, diệt cỏ dại…
Ngoài ra, những khu vực người dân tự động đào và lấp giếng không
đúng tiêu chuẩn kỹ thuật khiến chất bẩn, độc hại bị thẩm thấu xuống mạch
nước, cũng như việc khai thác nước ngầm quá lớn làm cho mực nước trong
giếng hạ xuống khiến cho khí oxy đi vào địa tầng và gây ra phản ứng hóa học
tạo ra thạch tín từ quặng pyrite trong đất và nước ngầm nông.
* Tính chất vật lý:
Asen không gây mùi khó chịu trong nước ngay cả khi hàm lượng có thể
gây chết người và khó phân hủy.
Asen là nguyên tố phổ biến thứ 20 trong các nguyên tố có trên bề mặt
trái đất, hàm lượng trung bình là 1,5 – 2 mg/kg đất.
6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Theo từ điển bách khoa dược học xuất bản năm 1999, Thạch tín là tên
gọi thông thường chỉ nguyên tố asen, nhưng cũng đồng thời dùng chỉ hợp chất
oxit của asen hóa trị III (As
2
O
3
). Ô xít có màu trắng, dạng bột, tan trong nước,
rất độc.
Ở vị trí thứ 33 trong bảng hệ thống tuần hoàn Menđeleep có cấu trúc
electron là : [Ar].3d
10
.4s
2
.4p
3
. Asen mang nhiều độc tính tương tự như một số
kim loại nặng như chì và thủy ngân, khối lượng phân tử là 74,9216g/mol,
không hòa tan trong nước.
Vỏ trái đất chỉ chứa một hàm lượng rất nhỏ asen (~0.0001%). Tuy nhiên
nó lại phân bố rộng khắp trái đất. Trong tự nhiên thạch tín tồn tại ở dạng
nguyên chất với ba dạng thù hình (dạng alpha có màu vàng, dạng bê ta có
màu đen, dạng gama có màu xám). Nguyên tố Asen cũng tồn tại ở một số
dạng ion khác.
* Tính chất hóa học:
Asen tồn tại dưới các dạng hợp chất. trong nước asen tồn tại ở 2 hóa trị
hóa trị (III) và hóa trị (V). Hợp chất asen hóa trị (III) có độc tính cao hơn
dạng hóa trị asen hóa trị (V).
Asen có khả năng cộng kết với nhiều các ôxít kim loại như Fe, Mg, Al,
Zn. Trong môi trường khí hậu khô: Các hợp chất Asen dễ bị hòa tan, rửa trôi

để thâm nhập vào đất, vào nước, vào không khí.
Asen tham gia phản ứng với oxy trở thành dạng As
2
O
3
rồi sau đó trở thành
As
2
O
5
. nếu trong môi trường yếm khí thì As(V) sẽ bị khử về trạng thái As(III).
4As + 3O
2
2As
2
O
3
As
2
O
3
+ O
2
As
2
O
5
Asen tham gia phản ứng với tất cả các halogen trong môi trường axit
2As + 3Cl
2

2AsCl
3
AsCl
3
+ Cl
2
AsCl
5
2As + 3F
2
2AsF
3

Quy trình phản ứng Oxy hóa diễn ra như sau:
7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


+ Ở dạng Ion:
FeAsS + O
2
+ H
2
O H
2
AsO
4
-
+ H

3
AsO
3

+ SO
4
2-
+ H
+

+ FeOOH
+ Ở dạng hoàn chỉnh:
FeAsS + O
2
+ H
2
O H
3
AsO
4

+ H
3
AsO
3

+ H
2
SO
4

+ FeOOH
* Một số hợp chất của asen
Ở trạng thái tự nhiên Asen tồn tại nhiều dạng hợp chất khác nhau nhưng
dạng gây độc và ảnh hưởng tới con người nhiều nhất là asen (III)
- Asen(III) clorua (AsCl
3
)

+ Khối lượng phân tử: 181.24 gam/mol
+ Nhiệt độ đông đặc: -16
0
C
+Nhiệt độ sôi: 130
0
C
+ Trạng thái: dung dịch
+ D=2150-2205 kg/m
3

- Asen(V) florua (AsF
5
)

+ Khối lượng phân tử: 169.914 gam/mol
+Nhiệt độ đông đặc: -79.8
0
C
- Nhiệt độ sôi: -52.8
0
C

+ Trạng thái: khí
+ D=7.456 kg/m
3

- Asen(III) oxit (As
2
O
3
)

+ Khối lượng phân tử:197.84gam/mol
+ Nhiệt độ đông đặc: 313
0
C
+ Nhiệt độ sôi: 460
0
C
+ Trạng thái: tinh thể rắn
+ D= 3704 kg/m
3

- Asen(V) oxit (As
2
O
5
)

+ Khối lượng phân tử: 229.84gam/mol
+ Nhiệt độ nóng chảy: 315
0

C
8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


+ Màu trắng
+ Trạng thái: rắn
+ D= 4320kg/m
3

Hình 1.1. Cấu chúc không gian các hợp chất của asen
* Hàm lƣợng asen trong một số khoáng vật phổ biến.
Bảng 1.1. Hàm lƣợng Asen trong một số khoáng vật
STT
Tên đá hoặc khoáng vật
Khoảng nồng độ Asen (Mg/kg)
Khoáng vật Sulphit
1
Marcasit
20-60
2
Chalcopyrite
10-5000
3
Sphalerit
5-17000
4
Galen
5-10000

Khoáng ôxit
5
Fe(3+)oxithydroxid
>76000
6
Fe oxid
>2000
7
Magnetid
2.7-41
Khoáng Silicat
8
Quartz
0.4-1.3
9
Penspat
<0.1-2.1
10
Biotit
1.4
11
Amphibol
1.1-2.3
Khoáng cacbonat
12
Calcit
1-8
13
Dolomit
<3

14
Xiderit
<3
Khoáng Sunphat
9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


15
Gypsum/anhydrit
<1-6
16
Barit
<1-12
17
Jarosit
34-1000
18
Apatit
1-1000
(Nguồn: Nguyễn Hoài Châu và nnk(2006))
* Lan truyền asen trong môi trƣờng nƣớc.
- Con đƣờng xâm nhập trong nƣớc
+ Con đường tự nhiên:
Sự tích tụ trong các tầng trầm tích chứa nước, khi điều kiện môi trường
thay đổi, asen được giải phóng và đi vào nước ngầm dưới dạng các ion, sự
hòa tan tự nhiên giữa khoáng chất và quặng.
+ Con đường nhân tạo:
Do chất thải công nghiệp (nhất là trong các ngành thuộc da, làm thủy

tinh, đồ gốm, sản xuất thuốc nhuộm), sử dụng phân bón và hóa chất bảo vệ
thực vật, hoạt động đào và lấp giếng không đúng tiêu chuẩn kỹ thuật của
người dân.
Asen thâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua thực phẩm, nước uống và
không khí.
- Cơ chế:
+ Asen xâm nhập vào nước từ các công đoạn hòa tan các chất và quặng
mỏ, từ nước thải công nghiệp và sự tự lắng đọng của không khí.
+ Asen được giải phóng ra môi trường nước do quá trình oxy hóa các
khoáng sunfua hoặc khử các khoáng oxi hidroxit giàu asen.
+ Thông qua quá trình sinh địa hóa, thủy địa hóa và các điều kiện địa
chất thủy văn mà Asen có thể thâm nhập vào môi trường nước.
10

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


+ Hàm lượng asen trong nước dưới đất phụ thuộc vào tính chất và trạng
thái môi trường địa hóa. Asen tồn tại dưới đất, trong nước có dạng H
2
AsO
4
1-
(
trong môi trường axit đến gần trung tính)
+ H
2
AsO
4
2-

(trong môi trường kiềm). hợp chất H
3
AsO
3
được hình thành
chủ yếu ở quá trình khử yếu. Các hợp chất của asen với Na có tính hòa tan rất
cao. Phức chất asen có thể chiếm tới 80% các dạng hợp chất asen tồn tại trong
nước dưới đất.
+ Asen trong nước dưới đất thường tập trung cao trong các hợp chất
bicarbonat như bicacbonat Cl, Na, B, Si.
+ Nước dưới đất không có oxi thì hợp chất asenat được khử thành asenit,
có độc tính gấp 4 lần asenat. Trong trường hợp tầng nhiều sắt và chất hữu cơ
thì khả năng hấp thụ asen tốt khiến tiềm năng ô nhiễm sẽ cao hơn.
+ Nguyên nhân khiến cho nước ngầm có hàm lượng asen cao hơn là do
sự oxi hóa asenopyrit, pyrite trong các tầng sét và lớp kẹp than bùn trong bồi
tích cũng như giải phóng asen dạng hấp thụ khi khử keo hyđroxit Fe
3+
bởi các
hợp chất hữu cơ và vi sinh vật.
* Ảnh hƣởng của asen.
- Hiệu ứng hóa sinh của asen:
+ Asen thể hiện tính độc bằng cách tấn công nên các nhóm –SH của
enzim, làm cản trở hoạt động của enzim.

11

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


+ Các enzim sản sinh năng lượng của tế bào trong chu trình axit nitric bị

ảnh hưởng rất lớn. bởi vì các enzim bị ức chế do việc tạo phức với As(III),
dẫn đến thuộc tính sản sinh ra các phần tử ATP bị ngăn cản.

Đihidrolipoicaxitprotein
Phức bị thụ động hóa của Protein và As
Do sự tương tự về tính chất hóa học với phosphor, As can thiệp vào một
số quá trình hóa sinh làm rối loạn phospho. Ta thấy hiện tượng này khi nghiên
cứu sự phát triển hóa sinh của các chất sinh năng lượng chủ yếu là ATP
(anđennzin triphotphat). Một số giai đoạn quan trọng trong quá trình hình
thành và phát triển của ATP là tổng hợp enzim của 1,3-diphotphatglixerat từ
glixerandehit-3-photphat. Vì vậy, Asen xẽ dẫn đến sự tạo thành hợp chất 1-
aseno-3-photphoglixerat gây cản trở giai đoạn này.
Asen(III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein do sự tấn công liên kết
của nhóm sunfua bảo toàn các cấu trúc bậc 2 và bậc 3.
Như vậy asen có 3 tác dụng hóa sinh là:
+ Làm đông tụ protein
+ Tạo phức với coenzim
+ Phá hủy các quá trình photpho hóa.
12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu



* Tiêu chuẩn về asen.
Năm 1993 tổ chức y tế thế giới đã hạ tiêu chuẩn khuyến cáo tối đa với
asen trong nước từ 0,05mg/l xuống 0,01mg/l. Việc thay đổi này dựa trên bằng
chứng dịch tễ học về mối liên quan giữa asen và ung thư.
Theo TCVN 5944-1995 nồng độ asen cho phép là 0,05mg/Năm 2002 bộ
y tế Việt Nam đã đưa tiêu chuẩn asen nhỏ hơn hoặc bằng 0,01 mg/l vào áp

dụng cho đến nay.
* Ảnh hƣởng của asen tới sức khỏe con ngƣời.
13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu



Hình 1.2. Các con đường xâm nhập asen vào cơ thể.
Theo khuyến cáo của Bộ Y Tế asen đi vào cơ thể của con người chủ yếu
là do ăn uống và do sử dụng nước.
* Ngộ độc asen có 2 dạng: Cấp tính và mãn tính
- Ngộ độc asen cấp tính: có triệu chứng giống như bệnh tả, xuất hiện rất
nhanh có thể là ngay sau khi ăn phải asen. Bệnh nhân nôn mửa, đau bụng, tiêu
chảy liên tục, khát nước dữ dội, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt rồi thâm tím và
chết sau 24 giờ.
- Ngộ độc asen mãn tính: Dạng này sảy ra do tích lũy liều lượng nhỏ
asen trong thời gian dài. Triệu chứng bao gồm mặt xám, tóc dụng, viêm dạ
dày viêm ruột, đau mắt, đau tai, đi đứng loạng choạng, người gầy còm, kiệt
sức rồi tử vong sau vài tháng hoặc vài năm.
- Ảnh hưởng độc hại đáng lo ngại nhất của asen tới sức khỏe là khả năng
gây đột biến gen, ung thư, thiếu máu, các bệnh tim mạch, các bệnh ngoài da,
tiểu đường, bệnh gan. Vì vậy Asen còn được gọi là “sát thủ vô hình”
14

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


* Vai trò của asen:
- Asen là nguyên tố có mặt trong nhiều loại hóa chất sử dụng trong nhiều

ngành công nghiệp khác nhau như: Hóa chất, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật,
dệt, nhuộm…
- Nhiều ngành công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch như: công
nghiệp xi măng, nhiệt điện…công nghệ đốt chất thải rắn cũng là nguồn gây ô
nhiễm nước, không khí bởi asen.
* Nghiên cứu về asen trên thế giới:
- Con người đã biết đến asen từ rất lâu, asen được dùng làm thuốc độc từ
thời cổ đại. Suốt thời gian dài việc nghiên cứu về asen không được chú ý mà
cũng có rất ít công trình nghiên cứu công bố về nó.
- Từ cuối thế kỉ XX đến nay, việc nghiên cứu asen đã đạt được nhiều kết
quả hầu hết các nghiên cứu về Asen đều tập chung vào các vấn đề chính sau:
+ Nghiên cứu các vấn đề về hiện trạng phân bố và tồn tại của asen trong
nước ngầm: Sự tồn tại hàm lượng asen cao trong nước hoặc ô nhiễm asen
trong các nguồn nước ngầm trên thế giới là một vấn đề lớn, một số quốc gia
nó đã trở thành quốc nạn, điển hình là các nước: Banglades, Tây Bengan, một
số bang của Hoa Kỳ, Trung Quốc…
+ Nghiên cứu các biện pháp xử lý asen: Các nghiên cứu tập trung vào
các vấn đề công nghệ để loại trừ asen ra khỏi nước nhằm đảm bảo an toàn
cho người tiêu dùng.
+ Nghiên cứu các biểu hiện lâm sàng và bệnh lý của asen ở người đã bị
ảnh hưởng hoặc phát bệnh để tìm ra phương pháp chữa bệnh.
15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


- Trong vòng 20 năm trở lại đây, nhiều tác giả đã công bố các công trình
nghiên cứu về asen. Rất nhiều công trình được trình bày tại hội thảo, tạp chí,
bài báo…trên mạng internet cũng thường xuyên đăng tải nhiều thông tin của
nhiều tác giả khắp nơi trên thế giới. một số tác giả và công trình nghiên cứu

Asen tiêu biểu có thể kể đến sau đây:
+ Năm 1995, Norvell đã nghiên cứu sự phân bố, nguồn gốc di chuyển
của các nguyên tố Asen, selen và uran là vùng trung tâm tầng chứa nước
Oklahoma (Hoa Kỳ).
+ Năm 1998, Jaccobson Gerry đã nghiên cứu sự nhiễm độc của người sử
dụng nước ngầm nhiễm asen. Ông cho rằng ô nhiễm asen trong các nguồn
nước ngầm là một vấn đề nghiêm trọng và là một vấn đề lớn cần đầu tư
nghiên cứu giải quyết.
+ Năm 2000, Nickson R.T đã nghiên cứu asen trong nước ngầm và cho
rằng một trong những con đường di chuyển asen vào nước là sự tách cơ học
của nó từ môi trường chứa vào nước ngầm. Điều này được tác giả minh
chứng bằng sự tồn tại của asen ở vùng Banglades và Tây Bengan.
* Tình hình nghiên cứu về asen ở Việt Nam
Nghiên cứu asen có hệ thống và quy mô ở Việt Nam mới thực sự được
chú ý trong vòng 10 năm trở lại đây , nhất là từ năm 2000 trở lại đây. Các kết
quả nghiên cứu bước đầu cho thấy trong một số loại đất đá và nước ngầm ở
nhiều địa phương hàm lượng asen khá cao. Nội dung chính của các công trình
đó có thể được tóm tắt như sau:
Kết quả nghiên cứu về địa hóa của Asen và hiện tượng phân bố asen ở
một số khu vực cho thấy sự tồn tại của asen có liên quan đến mạch nhiệt dịch.
Các tác giả cho rằng những nơi có hàm lượng asen cao thường liên quan đến
16

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


khoáng vật sunfua đa kim như các mỏ atimon, thủy ngân, coban, molybden,
đồng và than, than bùn, sét, giàu vật chất hữu cơ, các tích tụ nguồn gốc đầm
hồ và cả trong nước thải.
+ Quá trình đó được biểu diễn theo phương trình:

4FeAs + 13O
2
+ 6H
2
O → 4FeSO
4
+ 4H
3
AsO
4
(Asenat)
+ Asenat trong môi trường tự nhiên dễ dàng chuyển hóa thành HAsO
4
2-

và H
2
AsO
4
3-
di chuyển trong nước, hấp thụ vào đất, bùn và thực vật.
Bảng 1.2. Hàm lƣợng asen trong một số loại đá ở Việt Nam
TT
Loại đá
Hàm lƣợng As (ppm)
1
Magma
0,5 – 2,8
2
Cacbonat

2,0
3
Cát kết
1,2
4
Trầm tích
6,6
(Nguồn: Đỗ Văn Ái, Mai Trọng Thuận, Nguyễn Khắc Vinh)
Đối với Hà Nội, việc nghiên cứu asen trong nước ngầm cũng được chú ý
trong nhiều năm nay. Năm 1993, Đỗ Trọng Sự đã lấy mẫu phân tích và phát
hiện hàm lượng asen cao trong các tầng nước ở Hà Nội. Tuy lượng mẫu phân
tích còn khá ít và chưa có hệ thống nhưng cũng đã phát hiện biểu hiện ô
nhiễm asen trong nước.
-Từ năm 2000 đến nay, khá nhiều tác giả đã công bố kết quả nghiên cứu về
asen trong nước ngầm khu vực Hà Nội. Đã có hàng nghìn mẫu nước hàng trăm
mẫu đất được lấy và phân tích cả ở trong và ngoài nước nhằm nghiên cứu quy
luật phân bố biến đổi của asen để tìm ra các giải pháp phòng ngừa và xử lý.
17

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


* Các phƣơng pháp phân tích asen trong phòng thí nghiệm
- Phương pháp quang phổ sử dụng phức bạc dietylithiocacbanmat
(SDDC):
Phương pháp quang phổ sử dụng phức bạc dietylithiocacbanmat (SDDC)
là một trong các phương pháp cổ điển để xác định asen trong các mẫu nước
với nồng độ asen nằm trong khoảng 0,002-2 mg/l. Asenat bị khử thành
asin(AsH
3

) do tác dụng của dòng hidro sinh ra. Khí asin tạo thành phản ứng
với dung dịch bạc dietylithiocacbanmat trong pyridin tạo thành hợp chất có
màu đỏ. Phức màu được đo sự hấp thụ quang ở bước sóng 560nm (kính lọc
xanh) hoặc 546nm (đun hơi thủy ngân).
- Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS [3, 10]
Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là một kỹ thuật phổ biến trong
phân tích lượng vết các kim loại với độ chọn lọc, độ nhạy, độ lặp lại cao, có
thể phân tích hàng loạt mẫu trong thời gian ngắn, giá thành thiết bị không quá
đắt . Kết hợp với kỹ thuật khí hydrua hóa, phương pháp này đã được áp dụng
rộng rãi để phân tích lượng vết asen và một số kim loại vết khác như selen…
Nguyên tắc của phép đo: toàn bộ asen vô cơ hòa tan trong dung dịch
mẫu được chuyển về dạng As(III) nhờ tác nhân khử NaI hoặc KI trước khi
hydrua hóa. Sau đó, As(III) phản ứng mới hydro mới sinh (tạo thành khi tác
nhân NaBH
4
gặp môi trường axit ) và tạo ra hợp chất hidrua asen hay còn gọi
là khí asin, AsH
3
. Khí asin sẽ được dẫn vào bộ phận nguyên tử hóa mẫu để
tạo ra các đám hơi nguyên tử tự do. Các nguyên tử này sẽ hấp thụ các tia sáng
có bước song đặc trưng và cho kết quả độ hấp thụ.
Giới hạn phát hiện của phương pháp: 0,05-0,1 µg/l
- Phương pháp Von-Ampe hòa tan anot