Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu FK đối với Arsen

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

Chương 1
GIỚI THIỆU
Nước là một trong những yếu tố vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và
phát triển của con người. Hiện nay với sự bùng nổ dân số thế giới thì vấn đề cung
cấp nước sạch phục vụ nhu cầu ăn uống và sinh hoạt của con người đang trở
thành vấn đề nóng bỏng mà xã hội quan tâm. Trong khi các nguồn nước mặt như:
sông, suối, ao, hồ đang ngày càng bị ô nhiễm một cách nghiêm trọng bởi nước
thải sinh hoạt, nước thải từ các nhà máy công nghiệp, hoạt động nông nghiệp,…
thì hiện trạng biến đổi khí hậu toàn cầu làm cho trái đất nóng dần lên cũng là
nguyên nhân góp phần làm cho nguồn nước ngày càng bị cạn kiệt.
Vì vậy, việc tái sử dụng nguồn nước thải từ các nhà máy công nghiệp hoặc
khai thác tốt nguồn nước có sẵn trong tự nhiên là việc làm rất cần thiết hiện nay.
Trong đó, việc khai thác và sử dụng nước ngầm được xem như là một giải pháp
hữu hiệu. Nước ngầm thường là nguồn nước được ưa thích đối với các hệ thống
cấp nước cộng đồng bởi vì các nguồn nước ngầm thường ít ô nhiễm và lưu lượng
khai thác không phải phụ thuộc nhiều vào sự biến động của môi trường. Tuy
nhiên, trong quá trình khai thác nước ngầm thì sự tồn tại của Arsen là một trong
những vấn đề đáng quan tâm thời gian gần đây.
Vấn đề ô nhiễm Arsen trong nước ngầm là một thực trạng đáng lo ngại
không chỉ của Việt Nam mà của cả Thế Giới. An Giang là tỉnh có mức độ ô
nhiễm Arsen trong nước ngầm rất cao, điển hình là huyện An Phú có trên 800
giếng khoan nhiễm Arsen. Nồng độ Arsen trong các tầng trầm tích được phát
hiện đến độ sâu 40 m.
Nhận thức được những ảnh hưởng của Arsen đến sức khỏe con người. Vì lý
do đó nên nhóm nghiên cứu chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp
phụ của vật liệu FK đối với Arsen”.
Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng nguồn tro trấu từ các lò đốt (đã

hoạt hóa bằng axit H2SO4) và gắn các hợp chất vô cơ (chất HĐBM có hoạt tính
riêng đối với Arsen) làm vật liệu hấp phụ Arsen có trong nước ngầm.

SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

1


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

Chương 2
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về hấp phụ
2.1.1. Hấp phụ
Hấp phụ là quá trình hút các chất lên bề mặt các vật liệu xốp nhờ các lực bề
mặt. Các vật liệu xốp gọi là chất hấp phụ, chất bị hút gọi là chất bị hấp phụ.
Hấp phụ được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất thực phẩm và
nhiều lĩnh vực chế biến khác, từ việc tách triệt để các chất khí có hàm lượng
thấp, tẩy màu, tẩy mùi các dung dịch đến hấp phụ các chất độc hại trong nước và
khí thải. Ngày nay các chất hấp phụ đã được chế tạo để tách các đồng phân
Parafin, tách nhiều chất lỏng hữu cơ phân tử thấp thay cho quá trình chưng luyện
trong những trường hợp khó khăn. Chất hấp phụ còn giữ vai trò quan trọng trong
việc sản xuất chất xúc tác. ( Nguyễn Bin, 2005)
2.1.2. Bản chất hiện tượng hấp phụ
Như chúng ta đã biết, các phần tử trên bề mặt chất rắn luôn tồn tại một năng
lượng dư, đó là do: giới hạn bề mặt của vật liệu và sự mất trật tự bên trong cấu
trúc của vật liệu.

Chính nguồn năng lượng dư này đã giúp các phân tử có khả năng bắt lấy
các phân tử khác nằm gần vị trí đó trên bề mặt chất rắn nhằm giải tỏa nguồn năng
lượng dư, đây chính là bản chất của hiện tượng hấp phụ. Và vị trí của nguồn năng
lượng dư này được gọi là tâm hấp phụ. Người ta không thể xác định được giá trị
năng lượng dư trên các tâm hấp phụ. Trong thực tế, để đánh giá khả năng hấp
phụ của vật liệu người ta thường dùng thông số bề mặt riêng của vật liệu (là diện
tích bề mặt của chất hấp phụ tính cho một gam chất hấp phụ, thường có đơn vị
m2/g hoặc Sr).
Điều đó có thể hiểu là vật liệu nào có diện tích bề mặt riêng càng lớn thì
khả năng hấp phụ càng lớn.
Tuy nhiên, ngoài giá trị Sr thì bản chất của chất hấp phụ và yếu tố hình học
cũng giữ một vai trò quyết định đến quá trình hấp phụ.
Thực nghiệm cho thấy, các vật liệu có S r ≥ 200 m2/g cho khả năng hấp phụ
rất cao, cho nên chúng được sử dụng nhiều hơn (so với các vật liệu có S r ≤ 200
m2/g) trong quá trình hấp phụ.

SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

2


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

Bảng 2.1: Diện tích bề mặt riêng của một số vật liệu hấp phụ

`

Tên vật liệu

Chất bị hấp phụ

1
2
3
4

Than hoạt tính
Silicagen
Oxit nhôm
Zeolite

N2
N2
N2
N2

Diện tích bề mặt riêng
(Sr hoặc m2/g)
400 ÷ 1000
200 ÷ 500
200 ÷ 400
200 ÷ 300

( Nguồn : Rice hush ash market study 2003 – UK)

2.1.3. Phân loại các quá trình hấp phụ
Dựa vào bản chất quá trình hấp phụ, có thể chia thành hai loại đó là hấp phụ

vật lý và hấp phụ hóa học. Trong đó:
a. Hấp phụ vật lý
Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ được thực hiện bởi các lực vật lý ví dụ
như lực Van - der - Walls. Đặc điểm của quá trình này là:
- Xảy ra ở nhiệt độ thường (có thể ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường).
- Năng lượng cho quá trình này thường vào khoảng ≤ 20kJ/mol.
- Không hình thành liên kết hóa học.
- Có thể hình thành các hấp phụ chồng chất lên nhau.
Lưu ý rằng các yếu tố như diện tích bề mặt riêng (S r), kích thước lỗ xốp,
bản chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ (tính phân cực) sẽ quyết định khả
năng hấp phụ.
Chất hấp phụ
Lớp hấp phụ thứ hai
Lớp hấp phụ thứ nhất

Hình 2.1: Mô tả hấp phụ vật lý với hai lớp chất hấp phụ
b. Hấp phụ hóa học

SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

3


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

Là quá trình hấp phụ được thực hiện bởi các lực liên kết có bản chất hóa
học. Tức là quá trình này có sự hình thành các liên kết hóa học. Đặc điểm của

quá trình này là:
Được thực hiện ở nhiệt độ cao.

-

Quá trình được tiến hành chậm hơn so với các quá trình phản ứng hóa học
và hấp phụ vật lý.

-

Chỉ tạo hấp phụ đơn lớp.

-

Phụ thuộc vào pH và bản chất axit – bazơ giữa chất hấp phụ và chất bị hấp
phụ.
Hình 2.2: Giản đồ năng lượng hoạt hóa cho phản ứng hóa học A+B
A-B

∆H
A-B

c. Tiêu chuẩn phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
Bảng 2.2: Tiêu chuẩn phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

Hấp phụ vật lý

Hấp phụ hóa học

Entanpy hấp phụ

8 – 20 kJ/mol

40 – 80 kJ/mol

Năng lượng hoạt hóa E

Bằng không

Thường nhỏ

Nhiệt độ hấp phụ

Phụ thuộc vào nhiệt độ Phụ thuộc năng lượng
sôi nhưng thường rất hoạt hóa nhưng thường
thấp
không cao

Số lớp hấp phụ

Có thể nhiều lớp

Chỉ một lớp

2.1.4. Cơ chế hấp phụ
Cơ chế hấp phụ trong môi trường nước phụ thuộc vào bản chất hóa học của
chất bị hấp phụ, chất hấp phụ và yếu tố ngoại cảnh của môi trường như pH, nhiệt
độ, cường độ ion, sự có mặt chất lạ …

SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT

MSSV: DMT092098

4


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

Có 3 tương tác chính trong quá trình hấp phụ: chất hấp phụ - chất bị hấp
phụ, chất hấp phụ - dung môi nước, chất bị hấp phụ - dung môi. Lực nào tương
tác mạnh hơn sẽ đóng vai trò quyết định cơ chế.
2.1.5. Động học quá trình hấp phụ
Quá trình hấp phụ từ pha (lỏng hay khí) lên bề mặt xốp của chất hấp phụ
gồm ba giai đoạn:
- Chuyển chất lỏng từ pha lỏng đến bề mặt ngoài của các hợp chất hấp phụ.
- Khuyến tán vào các mao quản của hạt.
- Hấp phụ: quá trình hấp phụ làm bảo hòa dần từng phần không gian hấp
phụ, đồng thời làm giảm độ tự do của các phân tử bị hấp phụ, nên luôn kèm theo
sự tỏa nhiệt. Hiệu ứng này rất đáng kể đối với hấp phụ khí. (Nguyễn Bin, 2005)
2.2. Tổng quan về nước ngầm
2.2.1. Hiện trạng sử dụng nước ngầm
Đồng bằng Sông Cửu Long:
ĐBSCL hiện có hơn 400.000 giếng nước ngầm cùng hàng trăm trạm cấp
nước tập trung khai thác nước ngầm với quy mô lớn. Một số tỉnh như Trà Vinh,
Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau gần như sử dụng 100% nước ngầm phục vụ sinh
hoạt và các hoạt động sản xuất kinh doanh. Hiện tại Cà Mau đang là địa phương
dẫn đầu ĐBSCL về khai thác nước ngầm với 137.988 giếng đang sử dụng. Tuy
nhiên ĐBSCL hiện có hàng ngàn giếng khai thác nước ngầm đang bị bỏ phế,
không được trám và lấp đúng kỹ thuật dẫn đến nguy cơ sụp, lún tầng khai thác,

suy thoái tầng nước, nhiễm mặn, ô nhiễm nguồn nước ngầm rất lớn. Trong đó,
Cà Mau có 3.238 giếng, Bạc Liêu 1.700 giếng, Trà Vinh 1.600 giếng…
Tỉnh An Giang:
Theo số liệu từ Trung tâm Quan trắc và Kỹ thuật Tài nguyên Môi trường
tỉnh An Giang cung cấp, hiện nay toàn tỉnh có 7133 giếng, trong đó chỉ có 6466
giếng là đang sử dụng, còn 667 giếng còn lại đang trong tình trạng không được
sử dụng và bị hư hỏng, chiếm tỷ lệ là 9,35%, đó là một tỷ lệ khá cao. Từ trước
đến nay chưa có cơ quan nào có trách nhiệm xử lý nước giếng bị ô nhiễm hoặc
giếng bị hư hỏng nên nguy cơ gây nhiễm bẩn nguồn nước ngầm khá cao. Các địa
phương có số lượng giếng nhiều nhất của tỉnh là Tri Tôn, An Phú, Chợ Mới, Tân
Châu…

SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

5


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

Ở tỉnh ta số lượng giếng phục vụ cho các mục đích khác nhau có sự chênh
lệch rất lớn. Số lượng giếng phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt chiếm tỷ lệ cao nhất
92,12%. Trong khi đó, số giếng phục vụ cho sản xuất nông nghiệp chỉ chiếm
7,3% và số giếng còn lại chiếm tỷ lệ chưa tới 0,6% (một tỷ lệ rất thấp) nhưng vừa
phục vụ cho công nghiệp (0,26%) vừa cung cấp nước cho các trạm bơm cấp
nước của tỉnh (0,32%).
2.2.2. Vai trò của nước ngầm đối với đời sống
Đối với các hệ thống cấp nước công cộng, nước ngầm luôn là nguồn nước

được ưa thích hơn. Vì nước mặt thường dễ bị ô nhiễm và có trữ lượng khai thác
không ổn định, thay đổi theo mùa. Trong khi đó, nước ngầm ít chịu ảnh hưởng
bởi các tác động của con người và hàm lượng chất rắn lơ lửng, rong tảo là rất
thấp, gần như là không có. Các chỉ tiêu vi sinh vật gây bệnh trong nước ngầm
cũng tốt hơn nước mặt. Thế nhưng vì trữ lượng lớn và dễ khai thác nên nguồn
nước mặt trên trái đất đang được khai thác và sử dụng quá mức nên ngày càng bị
hao hụt về số lượng, suy giảm về chất lượng. Do đó, hiện nay nước ngầm đóng
vai trò hết sức quan trọng và cần thiết đối với cuộc sống của con người. Nước
ngầm thường được sử dụng phục vụ cho sinh hoạt, các ngành công nghiệp, y học,
du lịch.v.v… Đối với một số vùng ven biển, nhiễm phèn, khô hạn nước ngầm còn
dùng để sản xuất hoa màu và nuôi trồng thủy sản. Bên cạnh đó nước ngầm còn
đóng góp rất lớn cho dòng chảy sông ngòi của nhiều con sông.
2.2.3. Thành phần và đặc điểm của nước ngầm
Trong nước ngầm thường tồn tại các anion và cation, mà chủ yếu là Na +,
Ca2+, Fe2+, Mg2+, NH4+, HCO3-, SO42-, Cl-. Thế nhưng Fe2+, Mn2+ là thành phần
luôn được quan tâm, chú trọng trong quá trình xử lý nước cấp, vì sự hiện diện
thường xuyên của chúng trong nước ngầm với hàm lượng khá cao. Thực tế nước
ngầm còn chứa rất nhiều loại muối như: Na 2CO3, MgCO3, Na2SO4, Fe2(SO4)3,
Al2(SO4)3, NaHCO3... NaCl, NaBr. Thành phần chất lượng của nước ngầm phụ
thuộc vào nguồn gốc của nước ngầm, cấu trúc địa tầng của khu vực và chiều sâu
địa tầng nơi khai thác nước. Người ta chia nước ngầm ra làm hai loại khác nhau:
- Nước ngầm hiếu khí (có oxy): thông thường nước có oxy có chất lượng
tốt, có trường hợp không cần xử lý mà có thể cấp trực tiếp cho người tiêu thụ.
Trong nước có oxy sẽ không có các chất khử như H2S, CH4, NH4+…
- Nước ngầm yếm khí (không có oxy): trong quá trình nước thấm qua các
tầng đất đá, oxy bị tiêu thụ. Khi lượng oxy hòa tan trong nước bị tiêu thụ hết, các

SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

6


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

chất hòa tan như Fe2+, Mn2+ sẽ được tạo thành. Mặt khác các quá trình khử NO 3=> NH4+; SO42- => H2S; CO2 => CH4 cũng xảy ra. (Nguyễn Thị Thu Thuỷ, 2006)
2.2.4. Nguồn gốc và nguyên nhân gây ô nhiễm nước ngầm
 Nguồn tự nhiên:

Lũ lụt, hạn hán, xói mòn, rửa trôi các hợp chất hữu cơ và vô cơ từ quá trình
phân hủy xác động thực vật và quá trình theo nước mưa thấm vào nước ngầm.
 Nguồn nhân tạo:

Đây là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước ngầm, bao gồm các vấn đề
sau:
- Tốc độ phát triển kinh tế cùng với sự bùng nổ dân số kéo theo nhu cầu sử
dụng nước gia tăng. Dẫn đến tình trạng khai thác nước ngầm quá mức và bừa bãi
không theo qui định và làm suy giảm về số lượng và suy thoái về chất lượng
nước. Mực nước ngầm hạ thấp sẽ dễ bị nhiễm mặn, tạo điều kiện để các chất độc,
chất bẩn xâm nhập và làm ô nhiễm nước ngầm.
- Nước thải từ các khu công nghiệp, khu chế xuất, khu chăn nuôi, bệnh
viện, khu dân cư và nước rỉ từ các bãi rác, bể phân hóa học.
- Dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc bảo vệ thực vật, phân bón
hóa học… từ các cánh đồng.
- Nạn khai thác rừng bừa bãi làm giảm khả năng giữ đất, giữ nước, dẫn đến
lượng nước thấm vào đất cũng giảm theo, do đó trữ lượng nước ngầm sẽ bị hạ
thấp.
2.3. Tổng quan về Arsen (thạch tín)

2.3.1. Arsen
Arsen (As) là nguyên tố hình thành tự nhiên trong vỏ trái đất. As nguyên
chất là kim loại màu xám, nhưng dạng này ít tồn tại trong thiên nhiên. Người ta
thường tìm thấy As tồn tại dưới dạng hợp chất với một hay một số nguyên tố
khác như oxy, clo, lưu huỳnh,... Arsen kết hợp với những nguyên tố trên tạo
thành các hợp chất Arsen vô cơ như các khoáng vật: Đá thiên thạch, Orpiment
(As2S3), Arsenolite (As2O3),… hợp chất của Arsen với carbon và hydro gọi là hợp
chất As hữu cơ. Các dạng hợp chất hữu cơ của As thường ít độc hại so với các
hợp chất As vô cơ. (Lê Huy Bá, 2006)
Qua các tài liệu nghiên cứu cho thấy độc tính của As phụ thuộc rất lớn vào
hình thức tồn tại, trạng thái oxy hóa và độ tan (hay hàm lượng) của nó trong môi
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

7


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

trường, cụ thể là các dạng hợp chất As hóa trị III có độc tính cao hơn dạng hóa trị
V.
2.3.2. Tính chất của Arsen
Arsen và các hợp chất vô cơ của nó là những chất rất độc, chúng tồn tại phổ
biến trong thiên nhiên và cũng có mặt trong sản xuất công nghiệp. Arsen là một á
kim màu xám trắng, mùi tỏi, tỷ trọng là 5,7 (tỷ trọng của nước là 1). Khi làm
nóng As chảy ra và thăng hoa ở nhiệt độ 613 0C. (Lê Huy Bá, 2006)
As tinh khiết được xem là không độc, nhưng trong điều kiện bình thường
As không bao giờ ở trạng thái tinh khiết vì khi tiếp xúc với không khí một phần

As đã bị phân hóa oxit rất độc. Arsen cháy trong không khí tạo thành khói trắng
gọi là trioxit arsen rất độc. (Lê Huy Bá, 2006)
2.3.3. Nguồn gốc và sự phân bố Arsen trong môi trường
As là nguyên tố khá phổ biến trên trái đất. Trong thiên nhiên As có thể tồn
tại trong môi trường đất, nước, không khí, sinh học... và liên quan chặt chẽ tới
các quá trình địa chất, địa hóa, sinh địa hóa. Trong lớp vỏ trái đất As chiếm
khoảng 0,001%, tồn tại chủ yếu dưới dạng các loại quặng như: quặng arsenite
của Cu, Pb, Ag hoặc quặng sunfua: As 2S2; As2S; As2S3,... As cũng có thể có trong
than đá với hàm lượng cao. Đồng thời người ta còn tìm thấy sự hiện diện của As
trong đá, quặng; đất, vỏ phong hóa; trầm tích bời rời; không khí, nước và trong
cơ thể sinh vật. Trong khí quyển tồn tại cả As vô cơ và hữu cơ, người ta còn phát
hiện sự có mặt của As trong nước mưa dưới dạng arsenit. Ngoài ra As còn tồn tại
trong rau quả, thực phẩm, trong cơ thể động vật và người với nồng độ rất nhỏ,
gọi là vi lượng. Dưới tác động của các quá trình tự nhiên và nhân sinh khác nhau
As có thể di chuyển từ các hợp phần môi trường này sang hợp phần môi trường
khác dẫn đến sự phân bố phức tạp của các nguyên tố trong tự nhiên.
2.3.4. Nguồn gốc ô nhiễm Arsen
Các quá trình phong hóa đá chứa As và các hoạt động của con người thải As
vào môi trường đất, nước và không khí.
Quá trình tự nhiên:
Quá trình nhiệt dịch, tạo quặng sulfua, đá kim, vàng; hoạt động núi lửa; quá
trình phong hóa...diễn ra ở các vùng núi với các đá biến đổi nhiệt dịch, quặng
vàng, đa kim.

SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

8

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

Quá trình xói mòn, phong hóa làm giàu As trong quặng oxyhydroxit sắt sau
đó là những quá trình bồi đắp phù sa, trầm tích hóa dẫn tới hình thành trầm tích
chứa As trong các địa tầng.
Quá trình khử hóa, hòa tan các khoáng chất giàu As trong đất vào nguồn
nước ngầm. Do đó, những vùng có nhiều khoáng giàu As thì khả năng gây ô
nhiễm nguồn nước càng cao.
Hoạt động của con người:
As được sử dụng nhiều trong công nghiệp và được sử dụng hạn chế trong
thuốc trừ sâu, chất phụ gia trong thức ăn gia súc và trong các dược phẩm.
 Trong công nghiệp:

- As xâm nhập vào môi trường qua nguồn nước thải công nghiệp, khí thải,
xử lý các khoáng As, sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch, các chất thải rắn trong
công nghiệp…
- Các ngành công nghiệp khai thác và chế biến các loại quặng, nhất là
quặng sunfua, luyện kim tạo ra nguồn ô nhiễm As.
- Chế tạo, sản xuất các hoá chất bảo vệ thực vật.
 Trong nông nghiệp
As có mặt trong thành phần của các loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, chất
diệt côn trùng...
Theo điều tra của UNICEF, As có trong tất cả đất, đá, các trầm tích, được
hình thành từ hàng nghìn năm trước tại Việt Nam với nồng độ khác nhau. As từ
đá tan vào các mạch nước ngầm; vì vậy, mạch nước ngầm ở mọi nơi trên lãnh thổ
Việt Nam đều có nguy cơ nhiễm As. Ngoài ra, cũng không loại trừ khả năng
nhiễm độc As từ các nguồn nhân tạo như gần các nhà máy hoá chất, các khu khai
thác quặng, những khu vực nông nghiệp sử dụng hoá chất bảo vệ thực vật, những

khu vực dân tự động đào và lấp giếng không đúng tiêu chuẩn kỹ thuật khoan
giếng của UNICEF khiến chất bẩn, chất độc hại bị thẩm thấu xuống mạch nước
ngầm.
2.3.5. Hiện trạng nguồn nước bị nhiễm Arsen
a. Tình hình nhiễm Arsen trên thế giới
Ở Liên xô trước đây việc đốt than làm nhiệt năng đã thải vào không khí
khoảng 3000 tấn As/năm. Người ta đã phát hiện nhiều vùng ô nhiễm đất, nước,
thực vật bởi As ở Bawngladet, Ấn Độ, Mỹ, Italia, Nhật,… Ước tính có tới hàng
chục triệu người trên thế giới đang sống trong những vùng môi trường giàu As có
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

9


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

nguy cơ đe dọa sức khỏe và tính mạng. Tại Băngladet có khoảng 2 – 4 triệu
giếng khoan khai thác nước. Thử nghiệm 8000 giếng khoan ở 60 trong 64 tỉnh cả
nước cho thấy có 51% số mẫu nước có hàm lượng As vượt quá 0,05 mg/l
(ngưỡng quy định của tổ chức WHO là 0,01 mg/l).
Sự ô nhiễm Arsen trong nước dưới đất ở vùng Ronphiboon ở Thái Lan lại
có nguyên nhân do nước thải giàu arsenopyrit từ những khu vực khai thác chế
biến quặng thiếc – volfram đã ngấm vào lòng đất.
Hiện tượng ô nhiễm Arsen trong môi trường đã được phát hiện ở nhiều nơi
trên thế giới, trong đó có những khu vực hàm lượng hàm lượng Arsen rất cao
như: ở Anh trong đất tới 2%, ở Mỹ trong nước tới 8 mg/l, Chile – 800mg/l, Gana
– 175 mg/l,… (Lê Huy Bá, 2006)

b. Tình hình nhiễm Arsen ở Việt Nam
Theo báo cáo chưa đầy đủ của Chương trình nước sạch (Bộ Nông nghiệp và
Phát triển nông thôn), ở nước ta hiện có 10 – 15 triệu dân đang sử dụng mạch
nước ngầm. Qua kết quả kiểm tra 1 triệu giếng khoan của chương trình này cho
thấy: tỷ lệ nhiễm As lên đến 26% – 46%, nhằm khu vực có nồng độ As cao gấp
20 – 50 lần tiêu chuẩn của WHO, bao gồm vùng trung du (khoan sâu) và cả vùng
đồng bằng, thành phố (khoan nông hơn) như Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Hà Nam,
Hà Tây, Hưng Yên, Nam Định, An Giang, Đồng Tháp.
Hà Nội nằm trong danh sách 10 tỉnh, thành có nguồn nước ngầm bị nhiễm
As vượt quá mức cho phép và ảnh hưởng đến sức khỏe người dân (Hà Nội, Hà
Nam, Hà Tây, Hưng Yên, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình, Hải Dương, Đồng
Tháp và An Giang). Mức độ ô nhiễm As trong nước ngầm tại Hà Nội phân bố
không đều theo diện tích và chiều sâu các tầng chứa nước, thường tập trung ở
một số khu vực có địa hình thấp và trũng, nhất là khu công nghiệp tập trung. V ề
mặt phân vùng ô nhiễm As thì khu vực Nam Hà Nội bị ô nhiễm nặng hơn so với
các khu vực khác. Hai huyện Thanh Trì và Từ Liêm của Hà Nội là những vùng bị
nhiễm nặng nhất.
ĐBSCL có cấu tạo địa tầng tương tự như Bangladesh, do đó có nguy cơ ô
nhiễm As là rất cao. Qua một nghiên cứu của Viện Vệ sinh – Y tế công cộng (Bộ
Y tế) về khảo sát, đánh giá hiện trạng ô nhiễm As trong nước ngầm tại 4 tỉnh
ĐBSCL là Long An, Đồng Tháp, Kiên Giang và An Giang cho thấy, mức độ
nhiễm As ở hàm lượng khá cao, đe dọa sức khỏe của người dân. Tại một số
huyện của Đồng Tháp và An Giang, tình trạng này rất đáng báo động khi phần
lớn các mẫu khảo sát đều bị nhiễm với hàm lượng vượt ngưỡng 100 ppb, cá biệt
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

10

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

có những mẫu lên tới 1.000 ppb, trong khi theo quy chuẩn Việt Nam QCVN
09:2008/BTNMT, hàm lượng As trong nước ngầm không được lớn hơn 50 ppb.
Tại Long An, trong tổng số 4.876 mẫu nước ngầm được khảo sát có 56% số
mẫu nhiễm As.
Tại Đồng Tháp, tình hình cũng đáng báo động, khi có trên 67% số mẫu
trong tổng số 2.960 mẫu nước ngầm được khảo sát đã phát hiện nhiễm As. Trong
đó, huyện Thanh Bình có tỷ lệ nhiễm As cao với 85% số mẫu thử có hàm lượng
trên 50ppb.
Trên 51% số mẫu thử trong tổng số hơn 3.000 mẫu được khảo sát phát hiện
đã nhiễm As tại Kiên Giang.
c. Tình hình nhiễm Arsen trên địa bàn tỉnh An Giang:
Tổng số mẫu khảo sát tại tỉnh An Giang là 2.699 mẫu với tỉ lệ nhiễm As là
20,18%, tập trung nhiều tại một số huyện như: An Phú 97,3%, Phú Tân 53,19%,
Tân Châu 26,98% và Chợ Mới 27,82%. Hàm lượng As trong nước ngầm tại các
huyện này khi phân tích đều từ 100 ppb trở lên, được tìm thấy ở các giếng tầng
nông, độ sâu chưa tới 60m và được dùng cho sinh hoạt phổ biến trong người dân.
Đặc biệt theo thống kê vào năm 2005, huyện An Phú có 257 trên tổng số 450
giếng trên địa bàn tỉnh có hàm lượng As cao hơn QCVN, chiếm tỷ lệ là 57,11%.
Trong tháng 11/2006, Viện Y học lao động và môi trường TP.HCM đã tổ
chức khám sức khỏe cho người dân tại 2 huyện Tri Tôn và An Phú, kết quả có
đến 10 ca nghi nhiễm As với những biểu hiện của bệnh As ở giai đoạn đầu như
sừng hóa da, tăng giảm sắc tố da, xuất hiện các đốm sẫm màu trên cơ thể.
Tỉnh An Giang đã khuyến cáo các tổ chức, cá nhân không khoan lắp giếng
mới, tiến hành lấp 112 giếng khoan bị nhiễm nặng thạch tín; đồng thời khẩn
trương triển khai kế hoạch xây dựng các trạm cấp nước sạch với quy mô nhỏ.
2.4. Triệu chứng nhiễm độc Arsen

2.4.1. Cơ chế gây độc của Arsen
As tự do cũng như hợp chất của nó rất độc. Trong hợp chất thì hợp chất của
As(III) là độc nhất. Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã xếp As vào nhóm độc loại A
gồm: Hg, Pb, Se, Cd, As.
Người bị nhiễm độc As thường có tỷ lệ bị đột biến NST rất cao. Ngoài việc
gây nhiễm độc cấp tính As còn gây độc mãn tính do tích luỹ trong gan với các
mức độ khác nhau.
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

11


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

Từ lâu, arsen ở dạng hợp chất vô cơ đã được sử dụng làm chất độc (thạch
tín), một lượng lớn arsen loại này có thể gây chết người, mức độ nhiễm nhẹ hơn
có thể thương tổn các mô hay các hệ thống của cơ thể. Arsen có thể gây 19 loại
bệnh khác nhau, trong đó có các bệnh nan y như ung thư da, phổi. Sự nhiễm độc
Arsen được gọi là arsenicosis. Đó là một tai họa môi trường đối với sức khỏe con
người. Những biểu hiện của bệnh nhiễm độc Arsen là chứng sạm da (melanosis),
dày biểu bì (kerarosis), từ đó dẫn đến hoại thư hay ung thư da, viêm răng, khớp...
Hiên tại trên thế giới chưa có phương pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc Arsen.
Con đường xâm nhập chủ yếu của As vào cơ thể là qua con đường thức
ăn, ngoài ra còn một lượng nhỏ qua nước uống và không khí. Cơ chế gây độc của
arsen là nó tấn công vào các nhóm sulfuahydryl của enzym làm cản trở hoạt động
của các enzym. As(III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein do As(III) tấn công
vào liên kết có nhóm sunphua.

Tóm lại, tác dụng hóa sinh chính của As là: làm đông tụ protein; tạo phức
với coenzym và phá hủy quá trình photphat hóa tạo ra ATP.
Hàm lượng As trong cơ thể người khoảng 0.08-0.2 ppm, tổng lượng As có
trong người bình thường khoảng 1,4 mg. As tập trung trong gan, thận, hồng cầu,
homoglobin và đặc biệt tập trung trong não, xương, da, phổi, tóc. Hiện nay người
ta có thể dựa vào hàm lượng As trong cơ thể con người để tìm hiểu hoàn cảnh và
môi trường sống, như hàm lượng As trong tóc nhóm dân cư khu vực nông thôn
trung bình là 0,4-1,7 ppm, khu vực thành phố công nghiệp 0,4-2,1 ppm, còn khu
vực ô nhiễm nặng 0,6-4,9 ppm.
Độc tính của các hợp chất As → arsenat → Arsenit → đối với sinh vật
dưới nước tăng dần theo dãy Arsen hợp chất As hữu cơ. Trong môi trường sinh
thái, các dạng hợp chất As hóa trị (III) có độc tính cao hơn dạng hóa trị (V). Môi
trường khử là điều kiện thuận lợi để cho nhiều hợp chất As hóa trị V chuyển sang
As hóa trị III. Trong những hợp chất As thì H 3AsO3 độc hơn H3AsO4. Dưới tác
dụng của các yếu tố oxi hóa trong đất thì H3AsO3 có thể chuyển thành dạng
H3AsO4.
Nhiễm độc Arsen thường qua đường hô hấp và tiêu hoá dẫn đến các thương
tổn da như tăng hay giảm màu của da, tăng sừng hoá, ung thư da và phổi, ung thư
bàng quang, ung thư thận, ung thư ruột...Ngoài ra, Arsen còn có thể gây các bệnh
khác như: to chướng gan, bệnh đái đường, bệnh sơ gan...Khi cơ thể bị nhiễm độc
As, tuỳ theo mức độ và thời gian tiếp xúc sẽ biểu hiện những triệu chứng với
những tác hại khác nhau, chia ra làm hai loại sau: nhiễm độc cấp tính và nhiễm
độc mãn tính. (Trần Thị Thanh Hương, 2010)
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

12


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

2.4.2. Nhiễm độc cấp tính
a. Do hấp thụ chất Arsen trong đường tiêu hóa
Trường hợp này hiếm xảy ra, nếu xảy ra thường là do anhidrit arsenơ hoặc
có thể là do chì arsenat được nuốt vào. Triệu chứng nhiễm độc thường gặp là rối
loạn tiêu hóa (đau bụng, nôn, bỏng và khô miệng, tiêu chảy nhiều và cơ thể bị
mất nước …) đây là các triệu chứng xảy ra trong giờ đầu tiên sau khi nuốt phải
As. Bệnh cũng tương tự như bệnh tả, có thể dẫn đến tử vong trong vòng 12 – 18
giờ. Trường hợp sống sót thì nạn nhân có thể bị viêm da tróc vảy và viêm dây
thần kinh ngoại vi.
b. Do hít thở không khí có bụi, khói hoặc hơi chứa Arsen
Các triệu chứng thường gặp là:
- Kích ứng các đường hô hấp với biểu hiện ho, đau, khi hít vào thấy khó
thở.
- Rối loạn thần kinh như nhức đầu, chóng mặt, đau các chi.
- Rối loại tiêu hóa thường xảy ra rất chậm so với trường hợp nuốt phải As,
với các biểu hiện buồn nôn, nôn, tiêu chảy, đau vùng bụng.
- Hiện tượng xanh tím mặt được cho là có tác dụng gây liệt của As đối với
mao mạch.
- Các tổn thương ở mắt như viêm da mi mắt, viêm kết mạc,…
c. Khi da tiếp xúc với Arsen
Có thể gây ra viêm da tiếp xúc, viêm nang lông, loét,…
2.4.3. Nhiễm độc mãn tính
Nhiễm độc As mãn tính có thể gây ra các tác dụng toàn thân và cục bộ. Các
triệu chứng nhiễm độc As mãn tính xảy ra như sau:
- Tổn thương da, với các biểu hiện ban đỏ, sần và mụn nước, các tổn
thương kiểu loét nhất là các phần da hở, tăng sừng hóa gan bàn tay và bàn chân,
nhiễm sắc, các vân trắng ở móng. Thường kèm theo viêm nhiều dây thần kinh.

- Tổn thương các niêm mạc, như viêm kết – giác mạc, kích ứng các đường
hô hấp trên. Có thể làm thủng vách ngăn mũi.
- Rối loạn dạ dày – ruột bao gồm buồn nôn, đau bụng, tiêu chảy và táo bón
luân phiên nhau, loét dạ dày.
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

13


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

- Rối loạn thần kinh có các biểu hiện như viêm dây thần kinh ngoại vi cảm
giác - vận động, đây có thể là biểu hiện duy nhất của nhiễm độc As mãn tính.
- Tác động đến gan. Nuốt hoặc hít phải As trong không khí một cách
thường xuyên, liên tiếp có thể dẫn tới các tổn thương thoái hóa gan, từ đó có thể
dẫn đến xơ gan như đã thấy ở những công nhân dùng các chất liệu côn trùng có
chứa As.
- Tác động đến tim do As có thể tác động trên cơ tim.
- Ung thư da có thể xảy ra khi tiếp xúc với As như thường xuyên nuốt phải
trong thời gian dài hoặc da liên tục tiếp xúc với As. Arsen cũng được cho là
nguyên nhân nhiều của bệnh ung thư khác ví dụ như bệnh ung thư phổi. (Lê Huy
Bá, 2006)

SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

14

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

2.5. Một số phương pháp xử lý Arsen
Do tính chất và khả năng hấp phụ tạo thành các hợp chất ít tan của As (V)
cao hơn As (III) nên trong hầu hết các phương pháp xử lý thông thường, người ta
phải chuyển As từ dạng hóa trị +3 sang As hóa trị +5, để dễ dàng xử lý cũng như
loại bỏ As ra khỏi nước.
2.5.1. Phương pháp keo tụ - kết tủa

Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ xử lý As bằng phương pháp keo tụ - kết tủa
Đây là công nghệ thường được sử dụng nhất.
Nguyên tắc công nghệ: sử dụng tác động lý học (làm giàn mưa), hóa chất
chuyển đổi (oxi hóa) As từ dạng As(III) sang dạng As(V) và được tách ra bằng
bể lắng hay bể lọc.
Hóa chất thường sử dụng là: muối, hoặc hydroxit sắt(III), phèn nhôm,
clorine, muối mangan, đồng… Hiệu quả quá trình keo tụ phụ thuộc vào pH của
nước, lượng chất keo tụ và thời gian tiếp xúc.
- Phương pháp cộng kết tủa - lắng - lọc: là phương pháp xử lý đơn giản
nhất, bằng cách bơm nước ngầm từ giếng khoan, sau đó làm thoáng bằng giàn
mưa để oxi hóa sắt, mangan, tạo hydroxit sắt và hydroxit mangan kết tủa. Song
song đó, As(III) cũng được oxi hóa thành As(V), có khả năng hấp phụ lên bề
mặt của các bông keo tụ hydroxyt Sắt hay hydroxit Mangan tạo thành và lắng
xuống đáy bể, hoặc hấp phụ và bị giữ lại trên bề mặt hạt cát trong bể lọc. Công
nghệ này chủ yếu dùng để xử lý sắt và mangan, đồng thời cho phép loại bỏ 50 80% As có trong mạch nước ngầm. Đối với các hộ gia đình sử dụng giếng
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

15


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

khoan đơn lẻ, có hàm lượng sắt cao trong nước ngầm, mô hình làm thoáng nước
ngầm bằng cách phun mưa trên bề mặt bể lọc cát (lọc chậm) khá phổ biến ở các
hộ gia đình hiện nay, cho phép loại bỏ tới 80% As trong nước ngầm cùng với
loại bỏ sắt và mangan. Nhưng phương pháp này có nhược điểm là hàm lượng
As trong nước ngầm sau khi xử lý lại phụ thuộc rất nhiều vào thành phần các
chất và hợp chất có trong nước nguồn. Vì vậy đa số các trường hợp, nồng độ As
sau khi xử lý đều không đạt tiêu chuẩn cho phép và cần phải được xử lý tiếp tục
bằng các phương pháp khác.
- Keo tụ bằng hóa chất: Dùng hóa chất tạo kết tủa nhờ các phản ứng hóa
học với các ion trong dung dịch sắt. Sắt thường tồn tại trong nước ngầm ở dạng
Hydro cacbonat hòa tan, khi gặp oxi sẽ được phản ứng tạo thành chất kết tủa.
Lắng trong một thời gian dài sẽ làm cho As có trong nước kết hợp và lắng xuống
đáy cùng với sắt. Phương pháp keo tụ đơn giản nhất là sử dụng vôi sống (CaO)
hoặc vôi tôi (Ca(OH)2) để khử As, có thể kết hợp làm mềm nước. Hiệu suất đạt
khoảng 40 - 70%. Để đạt được hiệu suất cao cần điều chỉnh pH > 10,5. Tuy nhiên
phương pháp sử dụng vôi để kết tủa có hạn chế là tạo ra một lượng cặn lớn sau
xử lý và hàm lượng As sau khi xử lý thường không đạt yêu cầu, lớn hơn mức cho
phép của QCVN 09:2008/BTNMT. Ngoài ra còn có thể dùng phương pháp keo
tụ, kết tủa bằng Sunfat nhôm hay Clorua sắt.
2.5.2. Phương pháp oxy hóa
Oxy hoá là phương pháp tương đối đơn giản bằng cách dùng các tác nhân
oxi hoá như oxy, chlorine, ozone… trong đó oxy được đưa vào bằng phương

pháp làm thoáng hoặc sục khí. Đồng thời các chất oxy hoá cũng oxy hoá sắt và
mangan có sẵn trong nước ngầm. As sẽ kết hợp với các hợp chất này tạo thành
kết tủa hay chất ít tan. Sau khi kết tủa nước được lọc, hợp chất As dạng keo được
giữ lại một phần trong bể lắng hoặc trực tiếp qua các lớp vật liệu lọc theo các cơ
chế khác nhau. Sau đó có thể dùng các phương pháp bổ sung để loại bỏ As ra
khỏi nguồn nước. Tuỳ theo điều kiện người ta có thể lựa chọn các phương pháp
oxy hoá khác nhau.
- Oxy hóa bằng các chất oxy hóa mạnh: Do As(III) bị oxy hóa thành
As(V) với tốc độ rất chậm, có thể sử dụng các chất oxy hóa mạnh như Cl2, H2O2
hoặc O3 (các chất oxy hóa được phép sử dụng trong cấp nước) để oxy hóa As(III)
thành As(V), sau đó lắng và loại bỏ As ra khỏi nước.
- Oxy hóa điện hóa: Có thể xử lý nước chứa As bằng phương pháp dùng
điện cực là hợp kim và áp dụng cho các hộ sử dụng nước quy mô nhỏ.
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

16


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

- Oxy quang hóa: Nhóm các nhà khoa học Australia đã phát minh ra công
nghệ loại bỏ arsenite (As(III)) và cả các chất hòa tan khác như sắt, phosphorus,
sulfur,... ra khỏi nước bằng cách đưa chất oxy hóa và chất hấp phụ quang hóa
(chiếu tia cực tím) vào nước rồi lắng bằng cách tách As(V) ra khỏi nước nhờ hấp
phụ bằng các hạt Fe (III). Chất oxy hóa có thể là oxy tinh khiết hoặc sục khí.
Chất hấp phụ quang hóa có thể là Fe(II), Fe(III), Ca(II). Có thể sử dụng ánh sáng
mặt trời làm nguồn tia cực tím. Phản ứng có thể xảy ra ở nhiệt độ trong phòng và

ánh sáng thấp, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp.
2.5.3. Phương pháp trao đổi ion
Tương tự như quá trình hấp thụ, tuy nhiên lớp vật liệu lọc là những hạt
nhựa có khả năng trao đổi, thu giữ các ion As trên bề mặt hạt nhựa. Sau thời
gian, các hạt nhựa được hoàn nguyên để đảm bảo khả năng xử lý.
Đây là quá trình trao đổi giữa các ion trong pha rắn và pha lỏng, mà không
làm thay đổi cấu trúc của chất rắn. Có thể loại bỏ các ion arsenate (As (V)) trong
nước bằng phương pháp trao đổi ion với vật liệu trao đổi gốc anion axit mạnh
(Cl-). 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 hòa As. Nồng độ As sau xử
lý có thể hạ thấp tới dưới 2 ppb. Tuy nhiên công nghệ trao đổi ion tương đối phức
tạp, ít có khả năng áp dụng cho từng hộ gia đình đơn lẻ.
2.5.4. Phương pháp lọc
Phương pháp lọc được sử dụng để tách các chất rắn ra khỏi nước bằng cách
cho đi qua khối vật liệu lọc bằng cát, than hoạt tính, vải lọc... Những vật liệu này
có tác dụng cho nước đi qua và giữ các chất bẩn như: bùn, sét, các hạt thể keo,
các hạt nhỏ từ các chất hữu cơ trong tự nhiên, các hợp chất kết tủa của Fe và Mn,
bông tụ keo, vi khuẩn... Đây là giải pháp đơn giản nhất và hoàn toàn có thể áp
dụng trong mỗi gia đình. Bể lọc trong các gia đình nông thôn Việt Nam thông
thường được thiết kế gồm hai bể, bể trên chứa vật liệu lọc như cát có sẵn ở địa
phương, bể dưới dùng để chứa nước đã lọc. Khi nước ngầm được bơm lên bể lọc
và chảy qua tầng cát, As sẽ được cộng kết với Fe(OH) 3 và được giữ lại trên bề
mặt cát. Loại bể này thường được dùng để loại bớt sắt trong nước giếng nếu
không nước có mùi rất tanh, có màu vàng, gây khó chịu cho vị giác.
- Công nghệ lọc qua lớp vật liệu lọc là cát: As được loại bỏ khỏi nước
trong bể lọc cát nhờ sự đồng kết tủa với Fe(III) trên bề mặt của các hạt cát và
không gian giữa các lỗ rỗng trong lớp cát. Fe(II) ở dạng hòa tan trong nước, sẽ
bị oxy hóa bởi oxy của không khí để tạo thành Fe(III). Hydroxit Fe(III) sẽ được
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

17


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

hấp phụ trên bề mặt các hạt cát và tạo thành một lớp hấp phụ mỏng. As (V) và
As(III) trong nước sẽ hấp phụ vào lớp Fe(OH) 3 đó và bị giữ lại ở lớp vật liệu
lọc. Kết quả, nước ra khỏi bể lọc đã được giải phóng khỏi sắt và As.
- Công nghệ lọc màng: Có 4 loại màng lọc: màng tinh lọc, siêu lọc, lọc
nano và lọc thẩm thấu ngược.
Nguyên tắc công nghệ: các màng lọc có kích thước lỗ rất nhỏ sẽ giữ lại
những chất không tan, ion As. Lõi lọc tinh và siêu tinh được sử dụng theo sau
quá trình đồng kết tủa. Nhược điểm của công nghệ là chi phí đầu tư và vận hành
cao do thay các lõi lọc.
Sử dụng các màng bán thấm, chỉ cho phép nước và một số chất hòa tan đi
qua, để làm sạch nước. Công nghệ lọc màng cho phép có thể tách bất cứ loại
chất rắn hòa tan nào ra khỏi nước, kể cả As. Tuy nhiên, phương pháp này
thường rất đắt tiền và do đó thường được sử dụng trong những trường hợp cần
thiết, bắt buộc, khó áp dụng các phương pháp khác như khử muối, loại bỏ một
số ion như As...
Hiệu suất và chi phí cho quá trình lọc màng phụ thuộc vào chất lượng
nước nguồn và yêu cầu chất lượng nước sau xử lý. Thông thường, nếu nước
nguồn càng bị ô nhiễm, yêu cầu chất lượng nước sau xử lý càng cao, thì màng
lọc càng dễ bị tắc bởi các tạp chất bẩn, cặn lắng và cặn sinh vật (tảo, rêu, vi sinh
vật...).
Ngoài ra, hiện nay trên thế giới đang nghiên cứu những công nghệ khác để
xử lý As như: quá trình điện phân để loại bỏ As, dùng thực vật để hút As trong

nước (một số loài thực vật như thủy trúc (Cyperus Alternifolius hay cây Thalia
dealbata) hoặc khoai nước Colocasia Esculenta cũng cho hiệu suất loại bỏ As
khỏi nước) … Hoặc kết hợp phương pháp oxi hóa, hấp phụ - lọc với trồng cây
hay oxi hóa với lọc cát và trồng cây.

SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

18


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

2.6. Phương pháp hấp phụ xử lý Arsen
Đây cũng là công nghệ khá phổ biến, vận hành đơn giản. Trong thực tế
thường sử dụng kết hợp với công nghệ đồng kết tủa cho hiệu quả rất cao
(>90%).
Nguyên tắc công nghệ: nước ngầm nhiễm As được đưa qua lớp vật liệu lọc
có tính năng hấp thụ As.
Vật liệu lọc: nhôm hoạt tính, than hoạt tính, hạt đồng – kẽm, hạt sắt
(hydroxit, oxit), cát bọc thuốc tím (KMnO 4), sét khoáng (cao lanh, bentonite);
bô-xít, hematile, felspat; nhựa tổng hợp trao đổi anion; mùn cưa; bột giấy...
Hấp phụ được định nghĩa là hiện tượng tăng nồng độ của một chất lỏng,
khí (hoặc hơi) của một chất nào đó trên bề mặt một chất rắn so với xung quanh
nó. Hấp phụ là quá trình liên kết khí hoặc chất lỏng trên bề mặt vật thể rắn xốp.
Quá trình hấp phụ có thể là quá trình chọn lọc và thuận nghịch, có nghĩa là mỗi
chất hấp phụ có khả năng chỉ hấp phụ những chất xác định và không hấp phụ
những chất khác có trong hỗn hợp khí hoặc dung dịch. Các chất bị hấp phụ có

thể tách được ra khỏi chất hấp phụ bằng cách giải hấp phụ. (Phạm Nguyên
Chương, 2002)
Đặc trưng rõ rệt nhất của chất hấp phụ so với các chất rắn khác là cấu trúc
xốp và diện tích bề mặt của nó. Do vậy, người ta thường chọn những chất hấp
phụ có cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn. Diện tích bề mặt của chất hấp phụ
gồm có hai phần: diện tích trong và diện tích ngoài của hạt hấp phụ. Diện tích
ngoài có trị số rất nhỏ, nên mức độ đóng góp của nó vào tổng diện tích là không
đáng kể. Vì thế, quá trình hấp phụ thường diễn ra bên trong lòng hạt chất hấp
phụ. Để tiếp cận đến trung tâm hấp phụ ở bên trong, các chất hấp phụ cần phải
được dịch chuyển từ ngoài vào trong và khi giải hấp phụ sẽ dịch chuyển ngược
lại từ trong ra ngoài. Quá trình dịch chuyển này được gọi là quá trình dịch
chuyển khối. Quá trình hấp phụ diễn ra theo nhiều giai đoạn nối tiếp nhau:
chuyển khối ngoài, chuyển khối qua màng, chuyển khối bên trong và quá trình
hấp phụ thật sự, gắn chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ.
- Hấp phụ bằng nhôm hoạt hóa: Nhôm hoạt hóa được sử dụng có hiệu
quả để xử lý nước có hàm lượng chất rắn hòa tan cao. Tuy nhiên, nếu trong
nước tồn tại các hợp chất của Selen, Florua, Clorua, Sunfat với hàm lượng cao,
chúng có thể cạnh tranh hấp phụ. Nhôm hoạt hóa có tính lựa chọn cao đối với
As(V), vì vậy mỗi lần xử lý có thể giảm tới 5 – 10 % khả năng hấp phụ. Cần
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

19


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

hoàn nguyên và thay thế vật liệu lọc khi sử dụng. Thời gian làm việc của thiết bị

phụ thuộc vào chất lượng nước và hàm lượng sắt trong nước nguồn. Hàm lượng
sắt trong nước nguồn càng cao sẽ tạo ra FeAsO4 làm tăng hiệu suất xử lý As.
- Hấp phụ bằng vật liệu Laterite: Laterite là loại đất axit có màu đỏ, rất
phổ biến ở các vùng nhiệt đới. Thành phần chủ yếu của Laterite là các hydroxit
Sắt và hydroxit Nhôm, hoặc các oxit ngậm nước của chúng, và một lượng nhỏ
các hợp chất của Mangan, Titan. Ở điều kiện tự nhiên, loại đất sét này có điện
tích bề mặt dương, có khả năng hấp phụ các chất bẩn mang điện tích âm như As.
Có thể đưa laterite trực tiếp vào nước cần xử lý như chất hấp phụ, sau đó để
lắng, hoặc có thể sử dụng làm vật liệu hấp phụ trong bể lọc. Tại Ấn Độ, người ta
đã nghiên cứu thực nghiệm để xử lý As với nồng độ cao trong nước ngầm bằng
laterite theo tỷ lệ 5 g laterite/100 ml nước. Hiệu suất xử lý đạt 50 – 90 %. Hiệu
suất có thể đạt cao hơn khi xử lý laterite trước bằng dung dịch HNO 3 0,01 M.
- Sử dụng viên sắt có chứa Clo: Khi đưa những viên sắt vào trong nước,
Clo có tác dụng làm chất oxi hóa, chuyển As(III) thành As(V). Sau đó As(V) sẽ
bị hấp phụ lên các bông hydroxit Sắt đã tạo thành. Sau đó khuấy trộn, để lắng
rồi gạn nước trong hoặc lọc qua ống lọc. Cặn lắng chứa As được thải ra bãi phế
thải. As ở đây chuyển hóa sang thể bay hơi AsH3 và khuếch tán vào không khí.
- Sử dụng mạt sắt kết hợp với cát: Công nghệ này do các chuyên gia
Trường Đại học Connecticut, Mỹ đưa ra. Người ta sử dụng cột lọc với vật liệu
hấp phụ bằng mặt sắt trộn lẫn với cát thạch anh. Nước ngầm được trộn lẫn với
Sulfat Bari và lọc qua cột lọc. Mạt sắt là các Ion sắt hóa trị 0, khử As vô cơ
thành dạng kết tủa cùng với sắt, hỗn hợp kết tủa, hay kết hợp với sulfat tạo Pyrit
As. Phương pháp này có thể được áp dụng để lắp đặt một thiết bị xử lý nước
riêng biệt, hay lắp đặt như một chi tiết trong thiết bị xử lý nước giếng khoan.
- Hydroxyt sắt: Hydroxit sắt dạng hạt được sử dụng trong cột hấp phụ.
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, so với phương pháp nhôm hoạt hóa, có ưu
điểm là đơn giản. 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. Nồng độ As trong nước trước xử lý 100 – 180 mg/l, sau xử lý đạt < 10
mg/l.

SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

20


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

2.7. Một số nghiên cứu về vật liệu hấp phụ Arsen
 Tổng hợp vật liệu Nanocompozit Fe 3O4/MnO2, xác định các đặc trưng và khả
năng hấp phụ Asen của vật liệu
Bằng phương pháp kết tủa và phân hủy nhiệt MnSO 4 khi có mặt các hạt
nano Fe3O4 trong dung dịch đã chế tạo được nano composite Fe 3O4/MnO2. Các
nghiên cứu XRD, FTIR, SEM, TEM và phép đo đường cong từ hóa cho thấy vật
liệu nano composite siêu thuận từ được tạo thành với nhân Fe 3O4 hình cầu kích
thước 10-12 nm được bao bọc bên ngoài bởi lớp vỏ MnO 2 có chiều dày khoảng
2-3 nm. Vật liệu này thể hiện khả năng hấp phụ Asen tốt hơn rõ rệt so với vật liệu
nano Fe3O4. (Phạm Văn Lâm, 2009)
 Tổng hợp vật liệu Mangan dioxit kích cỡ nanomet trên chất mang Laterit và

nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu đối với Asen
Vật liệu tổng hợp từ Mangan dioxit kích cỡ nanomet trên chất mang Laterit
có bề mặt xốp và có nhiều khe, lổ hổng, đặc biệt trên đó cố định được cát hạt
Mangan dioxit kích cỡ nanomet hứa hẹn khả năng hấp phụ As cao.
Trong điều kiện tĩnh, pH tối ưu cho sự hấp phụ của vật liệu: pH = 6-8, thời

gian đạt cân bằng hấp phụ là 6h, tải trọng hấp phụ As là: 25,71 mg/g.
Nghiên cứu sơ bộ khả năng hấp phụ As trong điều kiện động, 1kg vật liệu
có thể xử lý được 17,5 m3 nước, với nồng độ As ban đầu vào khoảng 300ppb.
Vật liệu tổng hợp có khả năng tái sử dụng tốt, và sau khi hấp phụ As có thể
dễ dàng giải hấp bằng dung dịch NaOH 1M với hiệu suất 97%. (Nguyễn Thị Kim
Dung, 2011)
 Nghiên cứu chế tạo vật liệu Nano γ-Fe2O3 hấp phụ Asen, Sắt và Mangan

Vật liệu hấp phụ γ-Fe2O3 kích thước nanomet được chế tạo bằng phương
pháp đốt cháy gel PVA ở điều kiện tối ưu: tỉ lệ mol Fe/PVA = 1/3;
Fe/NH4NO3=4/1; nhiệt độ tạo gel 80oC, nhiệt độ nung 250oC, thời gian nung 3h.
Đã nghiên cứu khả năng hấp phụ sắt, mangan và arsen của vật liệu hấp phụ.
Dung lượng hấp phụ cực đại trên vật liệu nano γ-Fe 2O3 là 150,07 Fe(III) mg/g,
138,89 mg Mn(II)/g, đối với là 48,02 mg As(III)/g và 57,09 mg As(V)/g. (Lưu
Minh Đại, 2010)

SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

21


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

 Tổng hợp oxit hỗn hợp hệ Mn – Fe kích thước nanomet ứng dụng để xử lý As,

Fe và Mn trong nước sinh hoạt
Vật liệu oxit hỗn hợp Mn2O3 – Fe2O3 kích thước nanomet trên chất mang là

cát thạch anh có khả năng hấp phụ kim loại nặng là rất khả quan vì các thiết bị
hấp phụ tách As, sắt và mangan cần giải quyết bài toán công suất thích hợp và
chất lượng nước sau xử lý hay nói cách khác là kích thước vật liệu đủ lớn để đảm
bảo tốc độ dòng không gây tắc nghẽn dòng chảy. Cát thạch anh có kích thước hạt
0,5 – 1 mm là thích hợp và được lựa chọn và có khả năng ứng dụng thực tế.
(Phạm Ngọc Chức, 2011).
 Tổng hợp vật liệu FK hấp phụ As bằng phương pháp tẩm và nung trên chất

mang là tro trấu sau khi hoạt hóa bằng axit H2SO4
Trong đề tài này, nhóm thí nghiệm chúng tôi sẽ tổng hợp vật liệu FK bằng
phương pháp tẩm và nung trên chất mang là tro trấu sau khi hoạt hóa bằng axit
H2SO4 sau đó tiến hành cho vật liệu FK hấp phụ trên mẫu nước ngầm có nhiễm
As và xác định tải lượng hấp phụ của vật liệu FK đối với As.

SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

22


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

2.8. Tổng quan về tro trấu
2.8.1. Tro trấu
Tro trấu là sản phẩm thu được sau quá trình đốt trấu. Thông thường khi đốt
trấu chúng ta thu được 2 loại tro: tro đen và tro trắng. Tùy thuộc vào công nghệ
và nhiệt độ đốt trấu mà tỉ lệ của hai loại tro này thu được rất khác nhau.
- Tro đen thì hàm lượng cacbon trong tro rất cao (khoảng 54%) nên được

ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực hấp phụ.
- Tro trắng thì hàm lượng cacbon trong tro rất thấp, chủ yếu là SiO 2 (chiếm
khoảng 80% khối lượng). Cho nên, tro trắng này được ứng dụng trong một số
lĩnh vực công nghiệp: công nghiệp silicat (sản xuất thủy tinh chất lượng cao), xây
dựng (sản xuất xi – măng Portland,...)
2.8.2. Thành phần hóa học của tro trấu
Bảng 2.3: Thành phần hóa học của tro trấu
Các thành phần

Phần trăm về khối lượng (%)

Độ ẩm (%)

9,5

Hàm lượng SiO2 (%)

10,1

Hàm lượng C (%)

54,7

Hàm lượng H (%)

9,2

Hàm lượng O (%)

8,3

Hàm lượng N (%)

< 0,1

Hàm lượng S (%)

< 0,1
(Nguồn: Nguyễn Thùy Trang, 2009)

2.8.3. Một số ứng dụng của tro trấu
Hiện nay trên thế giới thì tro trấu được ứng dụng rất nhiều vào các ngành
công nghiệp như:
- Trong ngành sản xuất thép: Vì có tính cách nhiệt tốt và nhiệt độ nóng
chảy cao nên tro trấu được sử dụng làm chất cách nhiệt giữa các tấm thép để
ngăn chặn việc bị nguội nhanh để đảm bảo sự đông đặc, ổn định hình dạng của
thép.
- Trong ngành hóa học: Hiện nay trên thế giới đang nghiên cứu sử dụng
tro trấu để làm chất hấp phụ, sản xuất oxit silic.
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

23


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

- Trong nông nghiệp: Tro trấu có khả năng cải tạo đất tốt, vì tro trấu có cấu

trúc xốp nên đối với đất bạc màu chai cứng thì tro trấu làm đất tơi xốp lại, tro
trấu có hàm lượng khoáng nhiều dùng để bón cho hoa màu.
- Trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng: Trong tro trấu hàm lượng SiO2
khá cao (42%) do đó tro trấu được dùng làm chất phụ gia trong xây dựng như ximăng, gạch chịu lửa, công nghệ bán dẫn...
2.8.4. Ảnh hưởng của Tro trấu đến môi trường và sức khỏe con người
- Bụi tro trấu gây ra bệnh đau mắt.
- Đối với thực vật, bụi tro trấu làm ảnh hưởng đến khả năng quang hợp, làm
giảm sức sống và khả năng thụ phấn của cây.

Chương 3
PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tượng nghiên cứu
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

24


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

- Vật liệu hấp phụ Arsen trong nước ngầm từ tro trấu.
3.2. Thời gian nghiên cứu
- Thời gian nghiên cứu: 14/01/2013 đến ngày 24/04/2013.
3.3. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ FK có hiệu quả cao đối với Arsen.
3.4. Nội dung nghiên cứu
Trong nghiên cứu này chúng tôi thực hiện 3 nội dung sau:
3.4.1. Thu mẫu nước ngầm nhiễm Arsen

- Mẫu nước được thu nhận từ giếng, bảo quản và phân tích hàm lượng
Arsen theo điều kiện trong nghiên cứu trước đây (Vũ Thị Đan Thanh, 2011).
3.4.2. Tổng hợp vật liệu FK
- Cách lấy mẫu tro trấu tại các lò đốt và tổng hợp chất mang từ tro trấu bằng
cách hoạt hóa tro trấu với H2SO4 đã được hướng dẫn trong nghiên cứu trước đây
(Lê Ngọc Hăng, 2009).
- Gắn các gốc hoạt động bề mặt (HĐBM) có hoạt tính hấp phụ cao đối với
Arsen lên bề mặt của tro trấu đã hoạt hóa bằng phương pháp nung.
3.4.3. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu FK đối với Arsen trong
nước ngầm
- Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả hấp phụ Arsen.
- Ảnh hưởng của hàm lượng chất HĐBM đến hiệu quả hấp phụ Arsen.
- Xác định tải lượng hấp phụ Arsen của vật liệu mới này.
3.5. Phương tiện và vật liệu nghiên cứu
3.5.1. Phương tiện nghiên cứu
- Địa điểm thực hiện: các thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm
khoa Kỹ Thuật – Công Nghệ - Môi Trường.
- Các dụng cụ làm thí nghiệm (ống đong, bình định mức, ống nghiệm,
erlen…)
- Các thiết bị phân tích và bảo quản mẫu (Máy ICP, cân phân tích, tủ sấy,
máy khuấy, lò nung, bình hút ẩm,…)
3.5.2. Vật liệu nghiên cứu
SVTH: Nguyễn Văn Cam – DH10MT
MSSV: DMT092098

25