Nghiên cứu tính chất hấp phụ Asen trên quặng Pyrolusit biến tính

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




Nguyễn Đức Hải




NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HẤP PHỤ As TRÊN
QUẶNG PYROLUSIT BIẾN TÍNH




LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC



Hà Nội - 2014


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

Nguyễn Đức Hải

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HẤP PHỤ As TRÊN
QUẶNG PYROLUSIT BIẾN TÍNH


Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Chu Xuân Quang
PGS.TS. Đỗ Quang Trung

Hà Nội - 2014


LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy PGS.TS. Đỗ
Quang Trung, người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian qua để tôi
hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hóa môi trường,
Khoa Hóa học, trường ĐHKHTN Hà Nội nơi em đã thực hiện công việc nghiên
cứu của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến của các anh chị,
các bạn sinh viên để tôi hoàn thiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Học viên

Nguyễn Đức Hải










MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ASEN 2
1.1.1 Sự tồn tại của asen trong tự nhiên 2
1.1.2. Độc tính của asen 5
1.1.3. Tình trạng ô nhiễm asen 7
1.1.4. Một số công nghệ xử lý asen 13
1.2. SỬ DỤNG QUẶNG PYROLUSIT VÀ ZIRCONI TRONG HẤP PHỤ XỬ LÝ
ASEN 15
1.2.1. Ứng dụng quặng pyrolusit trong xử lý nước 15
1.2.2. Ứng dụng của Zirconi trong xử lý asen 19
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 21
2.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 21
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 21

2.1.2. Nội dung nghiên cứu 21
2.2. HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ 21
2.2.1. Dụng cụ 21
2.2.2. Hóa chất 21
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ÁP DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM 23


2.3.1. Xác định asen bằng phương pháp thủy ngân bromua 23
2.3.2. Xác định mangan và sắt bằng phương pháp trắc quang 25
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ 28
2.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 28
2.4.2. Nhiễu xạ Rơnghen X (X-ray diffactionXRD) 29
2.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 30
2.5. CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ ASEN TỪ QUẶNG PYROLUSIT. 31
2.5.1. Quặng pyrolusit tự nhiên 31
2.5.2. Quặng pyrolusit tự nhiên biến tính bằng nhiệt 31
2.5.3. Quặng pyrolusit biến tính bằng phương pháp hóa học 31
2.5.4. Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ As của vật liệu. 31
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35
3.1. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ ASEN TỪ QUẶNG
PYROLUSIT 35
3.1.1. Quặng pyrolusit tự nhiên 35
3.1.2. Quặng pyrolusit được biến tính bằng nhiệt 40
3.1.3. Quặng pyrolusit được biến tính bằng phương pháp hóa học 43
3.2. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ASEN CỦA CÁC VẬT LIỆU 49
3.2.1. Khảo sát khả năng hấp phụ As của quặng pyrolusit tự nhiên 49
3.2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ asen của quặng pyrolusit biến tính bằng phương
pháp nhiệt. 55

3.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ As của quặng pyrolusit khi biến tính bằng
phương pháp hóa học 60
KẾT LUẬN 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO 70





















DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Mẫu chứa asen trong tự nhiên 2
Hình 1.2. Giản đồ pH của As 5
Hình 1.3. Bản đồ phân bố khu vực ô nhiễm asen trên thế giới 9
Hình 1.4. Bản đồ các khu vực nhiễm asen trên toàn quốc 11

Hình 1.5. Các khu vực bị nhiễm asen tại miền bắc Việt Nam 13
Hình 2.1. Đường chuẩn asen từ 10-90 ppb 24
Hình 2.2. Đường chuẩn asen từ 100 - 900 ppb 25
Hình 2.3. Đường chuẩn của Mn bằng phương pháp trắc quang 26
Hình 2.4. Đường chuẩn của Fe bằng phương pháp trắc quang 27
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét 28
Hình 2.6. Tia tới và tia phản xạ trên tinh thể 29
Hình 2.7. Đường hấp phụ đẳng nhiệt langmuir 33
Hình 2.8. Đồ thị để xác định các hằng số trong phương trình langmuir 34
Hình 3.1. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu M-1 36
Hình 3.2. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu M-2 37
Hình 3.3. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu M-3 38


Hình 3.4. Ảnh SEM của vật liệu M-1 39
Hình 3.5. Ảnh SEM của vật liệu M-2 40
Hình 3.6. Ảnh SEM của vật liệu M-3 40
Hình 3.7. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu M-1/500/5 41
Hình 3.8. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu M-1/500/5 42
Hình 3.9. Ảnh SEM của vật liệu M-1/500/5 43
Hình 3.10. Kết quả chụp BET của vật liệu M-1/Zr 44
Hình 3.11. Kết quả chụp BET của vật liệu M-1/500/5/Zr 45
Hình 3.12. Kết quả chụp BET của vật liệu M-1/500/5/HCl/Zr 46
Hình 3.13. Ảnh SEM của vật liệu M-1/Zr 47
Hình 3.14. Ảnh SEM của vật liệu M-1/500/5/Zr 48
Hình 3.15. Ảnh SEM của vật liệu M-1/500/5/HCl/Zr 48
Hình 3.16. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ asen của vật liệu M-2 51
Hình 3.17. Đồ thị sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian 52
Hình 3.18. Đường hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu M-2 54
Hình 3.19. Đường thẳng xác định các hệ số của phương trình Langmuir 54

Hình 3.20. Khả năng hấp phụ asen của vật liệu M-1 sau khi biến tính bằng nhiệt 55
Hình 3.21. Đồ thị sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ vào thời gian 57
Hình 3.22. Đường hấp phụ cân bằng của vật liệu M-1/500/5 59


Hình 3.23. Đường thẳng xác định các hệ số của phương trình Langmuir 59
Hình 3.24. Khả năng hấp phụ asen của vật liệu M-1/500/5 sau khi đã biến tính bằng các
loại axit khác nhau 61
Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ asen của vật liệu M-
1/500/5/HCl/Zr 63
Hình 3.26. Đường hấp phụ đẳng nhiệt asen của vật liệu M-1/500/5/HCl/Zr 65
Hình 3.27. Đường thẳng xác định các hệ số của phương trình langmuir. 65
Hình 3.28. Khả năng hấp phụ Asen của các vật liệu 66
Hình 3.29. Cơ chế hấp phụ As trên vật liệu 68

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các trạng thái bền của As trong dung dịch nước ở các điều kiện khác nhau 4
Bảng 1.2. Hàm lượng asen ở các vùng khác nhau trên thế giới 8
Bảng 2.1. Kết quả xác định dung dịch chuẩn asen từ 10 – 90ppb. 24
Bảng 2.2. Kết quả xác định dung dịch chuẩn asen từ 100 – 900 ppb. 24
Bảng 2.3. Kết quả xác định dung dịch chuẩn Mn 26
Bảng 2.4. Kết quả xác định dung dịch chuẩn Fe 27
Bảng 3.1. Thành phần Mn và Fe trong quặng pyrolusit (Cao Bằng – Việt Nam) 35
Bảng 3.2. Kết quả chụp BET của các vật liệu 46
Bảng 3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ asen của quặng pyrolusit tự nhiên. 49
Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ asen của vật liệu M-2 50
Bảng 3.5. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ As của vật liệu M-2 52
Bảng 3.6. Tải trọng hấp phụ của vật liệu M-2 53
Bảng 3.7. Khảo sát khả năng hấp phụ asen của vật liệu M-1 sau khi biến tính bằng
nhiệt 55
Bảng 3.8. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ nung đến khả năng hấp phụ asen của vật liệu
M-1 56
Bảng 3.9. Khảo sát thời gian hấp phụ cân bằng của vật liệu M-1/500/5 57
Bảng 3.10. Khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu M-1/500/5 58


Bảng 3.11. Khảo sát khả năng hấp phụ asen của vật liệu M-1/500/5 sau khi đã biến tính
bằng các loại axit khác nhau 60
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ asen của các vật liệu được biến tính
bằng Zr(IV) 62
Bảng 3.13. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ asen của vật liệu 63
M-1/500/5/HCl/Zr. 63
Bảng 3.14. Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu M-1/500/5/HCl/Zr 64

Bảng 3.15. Tải trọng hấp phụ của các vật liệu 66
















DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
M-1 Quặng pyrolusit tự nhiên mẫu 1
M-2 Quặng pyrolusit tự nhiên mẫu 2
M-3 Quặng pyrolusit tự nhiên mẫu 3
M-1/500/5
Quặng pyrolusit tự nhiên mẫu 1 biến tính bằng nhiệt ở 500
o
C, tốc
độ gia nhiệt 5
o
C/phút
M-1/500/5/HCl
Quặng pyrolusit tự nhiên mẫu 1 biến tính bằng nhiệt ở 500

o
C, tốc
độ gia nhiệt 5
o
C/phút, biến tính tiếp bằng HCl 2M.
M-1/Zr Quặng pyrolusit tự nhiên mẫu 1 biến tính bằng Zr
M-1/500/5/Zr
Quặng pyrolusit tự nhiên mẫu 1 biến tính bằng nhiệt ở 500
o
C, tốc
độ gia nhiệt 5
o
C/phút, biến tính tiếp bằng Zr
M-1/500/5/HCl/Zr
Quặng pyrolusit tự nhiên mẫu 1 biến tính bằng nhiệt ở 500
o
C, tốc
độ gia nhiệt 5
o
C/phút, biến tính tiếp bằng HCl 2M và Zr







1

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường nói chung, ô nhiễm môi trường nước nói riêng đã trở thành
vấn đề rất cấp bách, liên quan trực tiếp đến đời sống sinh hoạt của con người. Các
nguồn gây ô nhiễm nước rất đa dạng, các kim loại nặng trong đó có asen là nguyên tố
gây tác hại rất lớn. Asen ở nồng độ thấp trong nước uống cũng gây ảnh hưởng nghiêm
trọng đến sức khỏe, các công nghệ loại bỏ asen ngày càng trở nên quan trọng. Các quy
định hiện hành về tiêu chuẩn nước uống được trở nên nghiêm ngặt hơn và đòi hỏi hàm
lượng arsen được giảm xuống thấp nhất. Hiện nay có các phương pháp xử lí asen mang
lại hiệu quả cao là: trao đổi ion, xử lí bằng màng, hấp phụ, hoặc kết tủa hóa học Chi
phí xử lý, hoạt động công nghệ phức tạp, kỹ năng cần thiết để vận hành công nghệ và
xử lý lượng asen còn lại sau quá trình xử lý là những yếu tố cần thiết trước khi lựa
chọn phương pháp xử lý.
Hấp phụ là một trong những phương pháp phổ biến nhất để xử lý Asen trong
nước bởi giá thành thấp mà hiệu quả xử lý lại cao. Hiện nay có rất nhiều vật liệu có thẻ
dùng để hấp phụ asen tốt như: than hoạt tính, pyrolusite, latarite, betonite… Nhằm mục
đích đóng góp một phần nhỏ trong việc phát triển các vật liệu có khả năng xử lý nguồn
nước bị nhiễm asen một cách tối ưu và kinh tế nhất, chúng tôi đã chọn nghiên cứu đề
tài:
“Nghiên cứu tính chất hấp phụ As trên quặng pyrolusit biến tính”






2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ASEN
1.1.1 Sự tồn tại của asen trong tự nhiên
Asen có số hiệu nguyên tử 33, là một nguyên tố rất phổ biến và xếp thứ 20 trong

tự nhiên, chiếm khoảng 0,00005% trong vỏ trái đất, xếp thứ 14 trong nước biển và thứ
12 trong cơ thể người [22]. Asen lần đầu tiên được Albertus Magnus (Đức) viết vào
năm 1250, khối lượng nguyên tử của nó bằng 74,92, asen là một á kim gây ngộ độc
khét tiếng và có nhiều dạng thù hình: màu vàng (phân tử phi kim) và một vài dạng màu
đen và xám (á kim) chỉ là số ít mà người ta có thể nhìn thấy. Ba dạng có tính kim loại
của asen với cấu trúc tinh thể khác nhau cũng được tìm thấy trong tự nhiên (các khoáng
vật asen sensu stricto và hiếm hơn là asenolamprit cùng parasenolamprit), nhưng nói
chung nó hay tồn tại dưới dạng các hợp chất asenua và asenat. Asen và các hợp chất
của nó được sử dụng như là thuốc trừ dịch hại, thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu và trong một
loạt các hợp kim.

Hình 1.1. Mẫu chứa asen trong tự nhiên
Asen có thể tồn tại ở các trạng thái oxi hóa là -3, +3, +5, asen cũng dễ tự liên kết
với chính nó, chẳng hạn tạo thành các cặp As-As trong sulfua đỏ hùng hoàng (α-As
4
S
4
)
và các ion As
4
3-
vuông trong khoáng coban asenua có tên skutterudit. Ở trạng thái ôxi
3

hóa +3, tính chất hóa học lập thể của asen chịu ảnh hưởng bởi sự có mặt của cặp
electron không liên kết [7,9].
Tính chất hóa học của asen rất giống với nguyên tố đứng trên nó là phốtpho.
Tương tự như phốtpho, nó tạo thành các ôxít kết tinh, không màu, không mùi
như As
2

O
3
và As
2
O
5
là những chất hút ẩm và dễ dàng hòa tan trong nước để tạo thành
các dung dịch có tính axít. Axít asenic (V), tương tự như axít phốtphoric, là một axít
yếu. Tương tự như phốt pho, asen tạo thành hiđrua dạng khí và không ổn định, đó
là arsin (AsH
3
). Sự tương tự lớn đến mức asen sẽ thay thế phần nào cho phốtpho trong
các phản ứng hóa sinh học và vì thế nó gây ra ngộ độc. Tuy nhiên, ở các liều thấp hơn
mức gây ngộ độc thì các hợp chất asen hòa tan lại đóng vai trò của các chất kích
thích và đã từng phổ biến với các liều nhỏ như là các loại thuốc chữa bệnh cho con
người vào giữa thế kỷ 18.
Nguyên tố asen được tìm thấy ở nhiều dạng thù hình rắn: dạng màu vàng thì
mềm, dẻo như sáp và không ổn định, và nó làm cho các phân tử dạng tứ diện As
4
tương
tự như các phân tử của phốtpho trắng. Các dạng màu đen, xám hay 'kim loại' hơi có cấu
trúc kết tinh thành lớp với các liên kết trải rộng khắp tinh thể. Chúng là các chất bán
dẫn cứng với ánh kim. Tỷ trọng riêng của dạng màu vàng là 1,97 g/cm³, dạng asen xám
hình hộp mặt thoi nặng hơn nhiều với tỷ trọng riêng 5,73 g/cm³, các dạng á kim khác
có tỷ trọng tương tự.
Asen hiếm khi được tìm thấy ở trạng thái tự do trong tự nhiên mà phần lớn nó ở
trạng thái kết hợp với lưu huỳnh, oxi và sắt. Trong nước ngầm nó tồn tại trong trạng
thái kết hợp với oxy chủ yếu ở hóa trị III và hóa trị V. Không giống như các ion kim
loại nặng và các anion có chứa oxy khác, asen có thể di động trong một khoảng rộng
trong các điều kiện oxy hóa khử ở các giá trị pH phổ biến trong nước ngầm (pH=6.5-

8.5). Vì thế mà trong khi các cation và anion có chứa oxy khác chỉ có hàm lượng cỡ
ppb thì hàm lượng của asen có thể lên tới cỡ ppm.
4

Hai yếu tố quan trọng cơ bản ảnh hưởng đến các dạng tồn tại của asen và cả tính
tan trong dung dịch nước là pH và thế oxy hóa khử. Trong điều kiện oxy hóa và ở pH
nhỏ hơn 6.9, dạng H
2
AsO
4
-
chiếm ưu thế hơn cả còn HAsO
4
2-
chủ yếu tồn tại ở pH cao
hơn. Trong điều kiện khử và ở giá trị pH thấp hơn 9.2 dạng H
3
AsO
3
chiếm ưu thế. Ở
pH ngược lại sự phụ thuộc của As(III) và As(V) được phát hiện là gần như vào pH và
sự có mặt của các anion hấp phụ đặc biệt khác. Thông thường As(III) thường được tìm
thấy nhiều hơn trong nước ngầm ở điều kiện khử so với As(V) còn trong điều kiện oxy
hóa thì ngược lại.
Bảng 1.1. Các trạng thái bền của As trong dung dịch nước ở các điều kiện khác nhau
Điều kiện khử Điều kiện oxy hóa
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 AsO
4
2-
14 AsO
3
3-
12-14 AsO
4
3-

5

Hình 1.2. Giản đồ pH của As
Trong khi hầu hết các kim loại có xu hướng không tan trong khoảng pH trung
tính thì asen có thể tan ở vùng pH gần trung tính với nồng độ tương đối cao. Điều này
giải thích tại sao nước ngầm dễ bị nhiễm asen và các anion chứa oxy khác [13,14].
1.1.2. Độc tính của asen
Mức độ gây độc của asen tùy thuộc vào dạng asen hữu cơ hay asen vô cơ và
trạng thái oxi hóa của chúng. Nhìn chung asen vô cơ độc hơn asen hữu cơ và As(III)
độc hơn so với As(V). Một số cơ quan trong cơ thể động vật bị ảnh hưởng bởi asen
như: da, hệ hô hấp, hệ thần kinh, hệ tuần hoàn, hệ miễn dịch, cơ quan sinh sản, dạ dày,
ruột. Chỉ số LD
50
qua miệng
(liều lượng gây chết trung bình 50% quần thể nghiên cứu)
đối với asen vô cơ tương ứng là 15-293mg/kg và 11-150mg/kg thể trọng của chuột và
các động vật thí nghiệm khác. Tiếp xúc với 70-80mg As
2
O
3
qua đường ăn uống là nguy
hiểm đến tính mạng đối với con người [15].

6

Asenit

(As

III)

thng

c

hn

l

Asenat

(As

V). c tớnh ca cỏc hp cht
asen i vi sinh vt di nc tng theo dóy : asin>asenit>asenat>hp cht asen hu
c. C ch bin i sinh hc ca asen trong c th ngi rt phc tp, tựy theo hp
cht. Hin nay cha cú bin phỏp hu hiu cha bnh nhim c asen.
+ Asen Vụ C
Asen vụ c cú th phỏ hu cỏc mụ

trong h hụ hp, trong gan v thn. Nú tỏc
ng lờn cỏc enzim hot ng m bo cho quỏ trỡnh hụ hp. Cỏc nghiờn cu ó ch ra
c ch gõy c chớnh ca asen l do s liờn kt ca nú vi cỏc nhúm sunfuahydryl SH,
lm mt chc nng hot ng ca cỏc enzim.
AsO
3
-3
SH
SH
As

O
-
Enzym
+ +
2 OH
-
Enzym
SH
SH
-

Asen(V) c ch cỏc enzim sinh nng lng cho t bo nh cỏc enzim sinh ra
ATP lm chu trỡnh xitric b kỡm hóm.

C
C
H
OPO
3
2-
H OH
O
+ PO
4
3-
C
C
O
OPO
3

2-
H OH
O
PO
3
2-
C
C
O
OPO
3
2-
H OH
O
AsO
3
3-
ATP
Phân huỷ thành sản
phẩm đầu

+ Asen Hu C
7

Các hợp chất asen(V) (R-AsO
3
H
2
) ít ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim nhưng
trong những điều kiện thích hợp chúng có thể khử về dạng asen(III) độc hơn.

Các hợp chất asen(III) bao gồm aseno và asenoso. Các hợp chất aseno (R-
As=As-R) bị oxi hoá dễ dàng ngay cả khi có vết oxi, tính hoạt động của chúng được
cho là do sự chuyển hoá thành các dẫn xuất aseno tương ứng. Các dẫn xuất này có thể
đợc chia thành các hợp chất thế một lần và các hợp chất thế hai lần theo phản ứng của
chúng với nhóm sunfuahydryl. Những hợp chất thế một lần, ví dụ R-As=O, phản ứng
với enzim chứa nhóm -SH.
R-As
O
+
2R'SH
R-As
SR'
SR'

Một số enzim chứa hai nhóm thiol có thể phản ứng với hợp chất asen thế một
lần, bằng cách đó tạo ra cấu trúc vòng 5 cạnh. Phản ứng này thuận nghịch với đithiol.
Axit liponic, cần thiết cho giai đoạn đầu trong sự oxi hoá của piruvate, bị ức chế bằng
cách này bởi liuzit (sử dụng làm khí độc) [10].

protein
S
S
AsCH CHCl
+
BAL
protein
SH
SH
+
ClCH

CHAsH
2
S
S
CH
CH
2
OH
CH2

1.1.3. Tình trạng ô nhiễm asen
Hiện nay do sự bùng nổ dân số, vấn đề cung cấp nước sạch cho sinh hoạt đang
là một vấn đề lớn mà xã hội quan tâm. Trong khi đó nguồn nước bề mặt ngày càng bị ô
nhiễm bởi nguồn nước thải sinh hoạt, nước thải từ các nhà máy, xí nghiệp, ….thì việc
sử dụng nguồn nước ngầm là một giải pháp hữu hiệu cho việc cung cấp nước sạch.
Nước ngầm ít chịu ảnh hưởng của con người, hầu như không có các hạt keo hay cặn lơ
lửng, các chỉ tiêu vi sinh vật tốt hơn nước bề mặt. Tuy nhiên khi khai thác nguồn nước
8

ngầm chúng ta phải đối mặt với một vấn đề rất đáng lo ngại, đó là sự nhiễm kim loại
nặng, đặc biệt là asen. Nguồn asen có trong nước ngầm chủ yếu là do sự hòa tan các
hợp chất có chứa asen trong đất, hoạt động núi lửa, sản xuất công nông nghiệp.
1.1.3.1. Nhiễm độc asen trên thế giới
Hiện nay trên thế giới có hang chục triệu người đã bị bệnh rụng móng chân,
sừng hóa da, ung thư da… do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ asen
cao. Nhiều nước đã phát hiện hàm lượng asen rất cao trong nguồn nước sinh hoạt như
Canada, Alaska, Chile, Trung Quốc, Thái Lan, Bangladesh … Sự có mặt của asen ở các
vùng khác nhau trên thế giới được tổng hợp trong bảng 1.2 và hình 1.3. [16].
Bảng 1.2. Hàm lượng asen ở các vùng khác nhau trên thế giới

9


Hình 1.3. Bản đồ phân bố khu vực ô nhiễm asen trên thế giới
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. Đến năm 1993 mới có 1546 nạn nhân của căn bệnh Asenicosis (bệnh
nhiễm độc asen) nhưng cho đến thời điểm này đã phát hiện 13500 bệnh nhân trong số
558000 người được kiểm tra ở 462 làng thuộc 47 vùng bị liệt vào khu vực nhiễm asen
cao. Hàm lượng asen tối đa thu được trong nước uống là 4,43 mg/l gấp tới 443 lần giá
trị Asen cho phép của tổ chức y tế thế giới WHO (10μg/l) [10].
Con số bệnh nhân nhiễm độc Asen ở Archentina cũng có tới 20000 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 cứu mới 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, những nạn nhân đầu tiên có triệu chứng nhiễm
asen đã được phát hiện từ năm 1971, cho đến năm 1995 đã có 217 nạn nhân chết vì
10

asen.
Asen trong nước ngầm có nguồn gốc tự nhiên và nó được giải phóng ra từ trầm
tích vào nước ngầm do các điều kiện thiếu ôxy của lớp đất gần bề mặt. Nước ngầm này
bắt đầu được sử dụng sau khi các tổ chức phi chính phủ (NGO) phương Tây hỗ trợ
chương trình làm các giếng nước lớn để lấy nước uống vào cuối thế kỷ 20. Chương
trình này được đề ra nhằm ngăn ngừa việc uống nước từ nước bề mặt bị nhiễm khuẩn,
nhưng lại không chú trọng tới kiểm định asen trong nước ngầm. Nhiều quốc gia và khu
vực khác ở Đông Nam Á, như Việt Nam, Campuchia, Tây Tạng, Trung Quốc, được coi
là có các điều kiện địa chất tương tự giúp cho quá trình tạo nước ngầm giàu asen.
1.1.3.2. Nhiễm độc asen tại Việt Nam
Do cấu tạo tự nhiên của địa chất, nhiều vùng của nước ta nước ngầm bị nhiễm

asen, hiện tượng nước dưới đất bị nhiễm độc asen đã được báo động, không chỉ ở các
quốc gia như Băngladesh, ấn Độ, Trung Quốc, mà ở Việt Nam cũng đã bắt đầu xuất
hiện ngày càng nhiều. Điển hình như khu vực Quỳnh Lôi, Hai Bà Trưng, Hà Nội đã có
nhiều gia đình phải chịu những hậu quả và di chứng nặng nề do nhiễm độc asen, nhiều
trường hợp đã tử vong. Với tình trạng khoan giếng bừa bãi như hiện nay (do nước máy
khan hiếm), đa số lại không có thiết bị xử lý triệt để (thường chỉ dùng các biện pháp
thô sơ như để lắng, lọc lấy nước trong ), lại thiếu sự hướng dẫn và kiểm soát của các
cơ quan chức năng thì chất lượng sức khỏe của người dân sẽ giảm sút là điều không thể
tránh khỏi.
Năm 1997, các nhà địa hoá và địa chất thuỷ văn đã lấy mẫu nước ngầm phân
tích và kết quả cho thấy có 29% số mẫu nước lấy từ tầng Holocen có hàm lượng asen
vượt giới hạn cho phép và có 6% số mẫu nước lấy từ tầng Pleistocen có hàm lượng
asen vượt quá tiêu chuẩn cho phép (Theo TCVN, hàm lượng asen cho phép là
0,05mg/l).
11


Hình 1.4. Bản đồ các khu vực nhiễm asen trên toàn quốc
(Nguồn UNICEF)
Ở Việt Nam, nước dưới đất bị nhiễm độc bởi asen chủ yếu được phát hiện ở
đồng bằng Bắc bộ và đồng bằng Nam bộ.
Theo kết quả phân tích của Văn phòng đại diện UNICEF tại Hà Nội và Trung
tâm nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường nông thôn trung ương 6 tháng đầu năm 1999
cho thấy, mẫu nước của 351 trong số tổng số 519 giếng khoan ở Quỳnh Lôi (Hai Bà
Trưng - Hà Nội) được phân tích thì có 25% số mẫu có hàm lượng asen vượt tiêu chuẩn
cho phép của Việt Nam và nếu theo tiêu chuẩn của Tổ chức y tế thế giới (WHO là 0,01
mg/L) thì có tới 68% vượt tiêu chuẩn cho phép Trong thời gian này, UNICEF phối
hợp với Trung tâm nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường nông thôn đã tiến hành kiểm
tra asen trong nước của 1227 giếng khoan nông tại 6 tỉnh Phú Thọ, Thanh Hóa, Quảng
Ninh, Hà Tây (cũ), Hải Phòng và Thái Bình.Tại tỉnh Thanh Hóa chỉ có 11 giếng khoan

12

trong 201 lỗ khoan có asen lớn hơn 0,05 mg/l, cao nhất đạt 0,1mg/L (4 giếng
khoan).Tại tỉnh Quảng Ninh tất cả 175 mẫu phân tích đều có hàm lượng asen nhỏ hơn
0,05 mg/L, chất lượng nước ở đây nhìn chung là tốt.Tại tỉnh Hà Tây (cũ) chỉ có 01 kết
quả phân tích asen trong nước lỗ khoan nông có hàm lượng asen lớn hơn 0,05
mg/L.Tại thành phố Hải Phòng chỉ có 01 trong 49 mẫu nước lỗ khoan phân tích có hàm
lượng asen vượt tiêu chuẩn cho phép Việt Nam 3 lần.Tại tỉnh Thái Bình, kết quả tất cả
195 mẫu phân tích đều có hàm lượng asen nhỏ hơn 0,05 mg/L. Việt Trì - Lâm Thao có
12% số mẫu vượt giới hạn trên. ở các vùng khác đều thấp hoặc nếu vượt thì không quá
5% (như ở Hải Phòng). Hàm lượng asen trong nước xét theo tính phổ biến thì về mùa
khô cao hơn mùa mưa.
Ở đồng bằng Nam bộ, cho đến nay các kết quả đánh giá ô nhiễm nước dưới đất
bởi asen rất ít. Một số kết quả phân tích của Liên đoàn địa chất thủy văn - địa chất công
trình miền Nam gần đây cho thấy chưa phát hiện ra vùng nào có hàm lượng asen vượt
quá tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam.

13


Hình 1.5. Các khu vực bị nhiễm asen tại miền bắc Việt Nam
(Nguồn UNICEF)
1.1.4. Một số công nghệ xử lý asen
Loại bỏ As ra khỏi nước được thực hiện theo phương pháp hấp phụ trên nhôm
oxit, sắt oxit hay mangan dioxit hoặc trao đổi ion trên nhựa anionit, pH và thế oxy hóa
khử của môi trường nước rất quan trọng.
Theo các nhà chuyên môn, hiện nay tồn tại khá nhiều công nghệ khử asen trong
nước ngầm. Để lựa chọn công nghệ phù hợp cần nghiên cứu cụ thể các điều kiện như
loại nguồn nước, đặc điểm thành phần hóa học của chúng; điều kiện địa chất thủy văn,
khí tượng. Các nguyên tắc để chọn công nghệ phải đạt được các tiêu chí: Chất lượng