Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý của bùn đỏ tây nguyên đối với một số ion độc hại trong nước

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

NGUYỄN VĂN THƠM

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ
CỦA BÙN ĐỎ TÂY NGUYÊN ĐỐI VỚI MỘT SỐ
ION ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015


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

NGUYỄN VĂN THƠM

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ
CỦA BÙN ĐỎ TÂY NGUYÊN ĐỐI VỚI MỘT SỐ
ION ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC
Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số: 60440120
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN HỒNG CÔN

Hà Nội - 2015

Luận văn thạc sĩ

LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Trần
Hồng Côn, người đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình tận tình hướng dẫn
em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Khoa Hóa học – Trường Đại
học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã dốc lòng truyền đạt kiến
thức trong thời gian em học tập. Với vốn kiến thức được tiếp thu không chỉ là
nền tảng cho quá trình nghiên cứu luận văn mà còn là hành trang quý báu cho
em trong công việc và cuộc sống sau này.
Em chân thành cảm ơn NCS. Phạm Thị Mai Hương đã ủng hộ và giúp đỡ
em rất nhiệt tình trong quá trình thực hiện luận văn.
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.
Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy, Cô thật dồi dào sức khỏe và thành
công trong sự nghiệp cao quý của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai
sau.
Trân trọng kính chào quý Thầy, Cô!
Học viên cao học

Nguyễn Văn Thơm

Nguyễn Văn Thơm

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường

Luận văn thạc sĩ
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT

Viết tắt

Tên tiếng anh

Tên tiếng việt

1

XRD

X-Ray Diffraction

Nhiễu xạ tia X

XRF

X-Ray Fluorescence

Phổ huỳnh quang tia X

2

SEM

Scanning Electron
Microscope

Kính hiển vi điện tử quét

3

TEM

Transmission Electron
Microscopy

Kính hiển vi điện tử truyền qua

4

pHpzc

pH-Point of zero charge

pH tại điểm đẳng điện

5

TRMA

Bùn đỏ trung hòa kiềm

6

TRMW

Bùn đỏ rửa nước đến pH=7

Nguyễn Văn Thơm

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

Thành phần nguyên tố của bùn đỏ Bảo Lộc
1.1

(phương pháp phổ huỳnh quang tia X - XRF).

3

Bảng 1.2. Thành phần nguyên tố của bùn đỏ tại
1.2

3

Nhà máy Alumin Lâm Đồng.

1.3

Thành phần bùn đỏ lấy từ nhà máy hóa chất Tân Bình tại
thành phố Hồ Chí Minh.

3

1.4

Các dạng cấu trúc pha trong bùn đỏ khô.

3

1.5

Bán kính ion NH4+ và bán kính của các ion kim loại kiềm.

19

2.1

Kết quả xác định dung dịch chuẩn asen từ 10 – 90ppb.

29

2.2

Kết quả xác định dung dịch chuẩn asen từ 100 – 900 ppb.

29

2.3

Giá trị mật độ quang ABS.

31

3.1

Thành phần hóa học của bùn đỏ khô nguyên liệu.

39

3.2

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ As của TRMA.

41

3.3

Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMA 350.

43

3.4

Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMA 350.

44

3.5

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ As của TRMW.

45

3.6

Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMW 350.

47

3.7

Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMW 350 .

48

3.8

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của TRMA.

49

3.9

Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMA 600.

51

3.10

Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMA 600.

52

3.11

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của TRMW.

53

Nguyễn Văn Thơm

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
3.12

Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMW 600.

55

3.13

Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMW 600.

56

Nguyễn Văn Thơm

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình vẽ

Tên hình vẽ

Trang

1.1

Cấu trúc tứ diện đều của ion amoni.

19

1.2

Đường cong Clo hoá tới điểm đột biến đối với nước có amoni.

22

2.1

Đường chuẩn asen từ 10-90 ppb.

29

2.2

Đường chuẩn asen từ 100 - 900 ppb.

30

2.3

Đường chuẩn dùng để xác định nồng độ NH4+ trong mẫu
nước.

31

2.4

Tia tới và tia phản xạ trên tinh thể.

32

2.5

Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét.

34

2.6

Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu.

35

2.7

Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.

37

2.8

Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Langmuir.

38

3.1

Giản đồ XRD của mẫu bùn đỏ Tân Rai.

40

3.2

Kết quả phân tích nhiệt mẫu bùn đỏ nguyên liệu.

41

3.3

Giản đồ XRD của vật liệu TRMA 350.

42

3.4

Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMA 350.

43

3.5

Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMA 350.

43

3.6

Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của TRMA 350.

44

3.7

Giản đồ XRD của vật liệu TRMW 350.

46

3.8

Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMW 350.

46

3.9

Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMW 350.

47

3.10

Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của TRMW 350.

48

3.11

Giản đồ XRD của vật liệu TRMA 600.

50

3.12

Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMA 600.

50

Nguyễn Văn Thơm

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
3.13

Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMA 600.

51

3.14

Phương trình tuyến tính Langmuir của vật liệu TRMA 600.

52

3.15

Giản đồ XRD của vật liệu TRMW 600.

54

3.16

Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMW 600.

54

3.17

Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMW 600.

55

3.18

Phương trình tuyến tính Langmuir của vật liệu TRMW 600.

56

Nguyễn Văn Thơm

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN ............................................................................... 2
1.1. Bùn đỏ ........................................................................................................ 2
1.1.1. Nguồn gốc của bùn đỏ......................................................................... 2
1.1.2. Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ. .................................................. 2
1.1.3. Tình hình bùn đỏ ở Tây Nguyên. ........................................................ 4
1.1.4. Các phương pháp xử lý bùn đỏ. .......................................................... 4
1.2. Vấn đề ô nhiễm nước. ................................................................................ 8
1.2.1. Asen và các phương pháp xử lý Asen. ................................................ 8
1.2.2. Amoni và các phương pháp xử lý Amoni. ........................................ 17
CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM ........................................................................ 26
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn. ...................................... 26

2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................... 26
2.1.2. Nội dung nghiên cứu. ........................................................................ 26
2.2. Hóa chất và thiết bị dụng cụ..................................................................... 26
2.2.1. Hóa chất............................................................................................. 26
2.2.2. Thiết bị và dụng cụ............................................................................ 27
2.3. Phương pháp phân tích Asen và Amoni trong nước. ............................... 28
2.3.1. Phân tích Asen bằng phương pháp thủy ngân bromua. .................... 28
2.3.2. Phân tích Amoni bằng phương pháp Nessler.................................... 30
2.4. Chế tạo các loại vật liệu hấp phụ từ bùn đỏ. ............................................ 32
2.4.1. Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA)....................................................... 32
2.4.2. Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW)............................................... 32
2.5. Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu hấp phụ........................ 32
2.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD). ..................................... 32
2.5.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM). ................................ 33
2.5.3. Phương pháp xác định giá trị pH tại điểm đẳng nhiệt. ..................... 35
2.5.4. Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu. ..................... 35

Nguyễn Văn Thơm

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
CHƯƠNG 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................... 39
3.1. Các đặc tính của bùn đỏ nguyên liệu. ...................................................... 39
3.1.1. Thành phần hóa học của bùn đỏ nguyên liệu.................................... 39
3.1.2. Thành phần khoáng học của bùn đỏ nguyên liệu.............................. 40
3.1.3. Kết quả chụp phân tích nhiệt của bùn đỏ nguyên liệu. ..................... 40
3.2. Vật liệu hấp phụ Asen từ bùn đỏ. ............................................................. 41
3.2.1. Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA)....................................................... 41

3.2.2. Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW)............................................... 45
3.3. Vật liệu hấp phụ Amoni từ bùn đỏ. .......................................................... 49
3.3.1. Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA)....................................................... 49
3.3.2. Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW)............................................... 53
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 58

Nguyễn Văn Thơm

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ

LỜI MỞ ĐẦU
Song song với sự phát triển của nền công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước thì ô nhiễm môi trường đang trở thành một vấn đề cấp bách đối với toàn xã
hội. Bên cạnh quá trình sản xuất của các nghành công nghiệp thì đi cùng với nó
là một lượng lớn rác thải công nghiệp được thải ra môi trường.
Bùn đỏ là chất thải từ quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxite theo công
nghệ Bayer. Việc xử lý loại bỏ bùn đỏ là một vấn đề quan trọng đối với môi
trường vì hai lý do chính: một là bùn đỏ có độc tính do pH cao, hai là khối lượng
bùn đỏ thải ra rất lớn. Tác động đến môi trường của bùn đỏ có thể dẫn tới sự ô
nhiễm tầng nước ngầm hay ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt, ảnh hưởng
đến đất canh tác và thảm thực vật xung quanh khu vực khai thác và những nơi
thấp hơn. Do đó vấn đề cấp bách đặt ra là việc xử lý bùn đỏ thải ra sao cho hợp
lý và phù hợp với kinh tế.
Chính vì vậy, em đã thực hiện để tài nghiên cứu “ Nghiên cứu đánh giá
khả năng xử lý của bùn đỏ Tây Nguyên đối với một số ion độc hại trong
nước”, mà cụ thể trong đề tài này sẽ khảo sát đánh giá đối với asen và amoni.

Nguyễn Văn Thơm

1

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN
1.1. Bùn đỏ
1.1.1. Nguồn gốc của bùn đỏ.
Bùn đỏ là chất thải trong quá trình sản xuất alumina từ quặng bauxite theo
công nghệ Bayer- sáng chế của Karl Joseph Bayer năm 1888. Quá trình sản xuất
alumina thực chất là quá trình làm giàu Al2O3 nhằm tách lượng Al2O3 trong
bauxite ra khỏi các hợp chất khác.
Theo công nghệ Bayer, bauxite thô được nghiền rửa để thu được quặng
tinh bauxite, quặng tinh được nung với NaOH trong điều kiện nhiệt độ và áp
suất thích hợp. Dung dịch aluminat (NaAlO2) sau đó được tách đem kết tủa tạo
thành Al(OH)3, rửa và nung Al(OH)3 sẽ thu được Al2O3 là bột màu trắng có hàm
lượng Al2O3 chiếm tới 98,5-99,5%. Trong tiến trình tinh chế Alumina ở trên,
phần quặng không tan trong kiềm được lắng, rửa và loại khỏi dây chuyền. Bã
thải này được gọi là bùn đỏ [27].
1.1.2. Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ.
Bùn đỏ thải ra gồm có pha lỏng và pha rắn. Pha lỏng có tính kiềm mạnh
chứa thành phần nhôm tan trong kiềm. Pha rắn bao gồm các thành phần chính
như Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2,…Thành phần khoáng của bùn đỏ chủ yếu bao
gồm Gibssite, Boemite, Hematite, Goethite, Manhetite,… cùng một số chất hóa
học khác nữa như Nitrogen, Potasium, Chromium,Zinc...[8].

Quá trình điều chế Alumina, bauxite được nghiền nhỏ. Do đó, bùn thải
khi khô là các hạt bụi mịn (60% hạt có ф< 1 μm) dễ phát tán vào không khí gây
ô nhiễm môi trường, tiếp xúc thường xuyên với bụi này gây ra các bệnh về da,
về mắt. Pha lỏng của bùn đỏ có tính kiềm gây ăn mòn đối với vật liệu. Khi
không được thu gom, cách ly với môi trường, pha lỏng này có thể thấm vào đất
ảnh hưởng đến cây trồng, xâm nhập vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn
nước. Nước thải từ bùn tiếp xúc với da gây tác hại như ăn da, làm mất đi lớp
nhờn khiến da khô ráp, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy và loét
mủ ở vết rách xước trên da [29].

Nguyễn Văn Thơm

2

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
Bảng 1.1. Thành phần nguyên tố của bùn đỏ Bảo Lộc
(phương pháp phổ huỳnh quang tia X – XRF) [8].
Thành phần
Thành phần
% khối lượng
% khối lượng
hóa học
hóa học
Al2O3
27,67
P2O5
0,163

Fe2O3
36,28
Cr2O3
0,120
SiO2
8,486
CuO
0,015
CaO
0,066
ZnO
0,010
TiO2
5,389
ZrO2
0,064
MnO
0,045
SO3
0,221
K2O
0,024
MKN
20,330

TT
1
2
3
4

5
6

Bảng 1.2. Thành phần nguyên tố của bùn đỏ tại
Nhà máy Alumin Lâm Đồng [7].
Thành phần hóa
Đơn vị
Hàm lượng
học
Độ ẩm
%
20,42
Al2O3
%
16,71
TiO2
%
5,83
Fe2O3
%
51,10
Na2O
%
5,32
SiO2
%
6,98

Bảng 1.3.Thành phần bùn đỏ lấy từ nhà máy hóa chất Tân Bình tại thành
phố Hồ Chí Minh [8].

Fe2O3 Al2O3 SiO2
Na2O TiO2
CaO
SO3
P2O5
Cr2O3
47,44% 31,26% 6,17% 6,64% 6,73% 0,41% 0,44% 0,24% 0,22%

STT
1
2
3
4
5

Bảng 1.4: Các dạng cấu trúc pha trong bùn đỏ khô.
Công thức hóa học
Dạng tồn tại
Al(OH)3
Gibbsite
FeO(OH)
Geothite
Fe2O3
Hematite
SiO2
Quartz
1.08Na2O.Al2O3.1.68SiO2.1.8H2O Sodium Aluminum Silicate Hydrate

Nguyễn Văn Thơm

3

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
1.1.3. Tình hình bùn đỏ ở Tây Nguyên.
Theo kết quả điều tra thăm dò địa chất chưa đầy đủ, nước ta có trữ lượng
khoáng sản Bauxite lớn phân bố rộng từ Bắc đến Nam với trữ lượng khoảng 5,5
tỷ tấn quặng nguyên khai; tương đương với 2,4 tỷ tấn quặng tinh; tập trung chủ
yếu ở Tây Nguyên. Do đó ngành công nghiệp sản xuất nhôm từ quặng Bauxite
đang được định hướng phát triển mạnh mẽ, đi kèm với nó là một lượng lớn bùn
đỏ được thải ra. Với quy hoạch phát triển bauxite ở Tây Nguyên, dự án alumin
Nhân Cơ công suất 600.000 tấn alumin/năm sẽ thải ra lượng bùn đỏ khô là
566.000 tấn/năm, dung dịch bám theo bùn đỏ là 610.000 tấn/năm; dự án alumin
Tân Rai sẽ thải ra lượng bùn đỏ khô là 636.720 tấn/năm, dung dịch bám theo
bùn đỏ là 687.720 tấn/năm. Hai nhà mấy alumin Nhân Cơ và Tân Rai có lượng
bùn đỏ thải ra khoảng 1,2-1,3 triệu tấn/năm [7].
Bùn đỏ sinh ra là tất yếu vì lượng nhôm trong quặng tinh đạt đến 47 – 49%
và phản ứng tách nhôm trong quặng đạt hiệu suất 70 – 75%. Đây là nguồn thải
lớn cần được quản lý, xử lý triệt để và an toàn.
Ở các tỉnh Tây Nguyên, nổi bật là ở tỉnh Lâm Đồng và tỉnh Đăk Nông,
đang chịu ảnh hưởng của bùn đỏ. Toàn tỉnh Đăk Nông có 13 mỏ Bauxite, trải
đều trên địa bàn các huyện nằm ở thượng nguồn 2 hệ thống sông lớn là Srepok
(gồm các nhánh Krông Bông, Krông Păk, Krông Ana, Krông Nô - đổ vào dòng
chính sông Mê Kông) và Đồng Nai (gồm các nhánh chính là Đăk Huýt, Đăk
Glun, Đăk Rtit, Đăk Nông - đổ vào sông Đồng Nai). Phần diện tích sông Srepok
trên địa bàn Đăk Nông là 3.583 km2 (chiếm 50% diện tích toàn tỉnh), sông Đồng
Nai là 2.934,4 km2 (chiếm 45% diện tích tỉnh).
Theo các nhà khoa học Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, các dự án

khai thác đều cần đến những diện tích đất rất lớn làm bãi thải bùn. Kết quả tính
toán cho thấy, để chế biến được 1 tấn Alumin từ Bauxite, các nhà máy phải thải
ra môi trường 2 tấn bùn đỏ. Cứ mỗi năm trong giai đoạn 2007 - 2015 (thực hiện
theo quy hoạch), các dự án ở Tây Nguyên sẽ sản xuất 6,6 triệu tấn Alumin và
lượng bùn đỏ thải ra sẽ khoảng 12 triệu tấn. Các hồ chứa quá mong manh trước
biến cố thiên tai như lụt, lũ quét… là nguyên nhân dẫn đến thảm họa môi trường
trong tương lai. Vì vậy, việc xử lý bùn đỏ là vấn đề bức thiết mang tính “sống
còn” cho các dự án Bauxite ở Tây Nguyên.
1.1.4. Các phương pháp xử lý bùn đỏ.
Các phương pháp xử lý bùn đỏ hiện nay đang được áp dụng bao gồm các
phương án chính sau:

Nguyễn Văn Thơm

4

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
- Xử lý phần chất lỏng đi kèm bùn đỏ hoặc phát sinh trong hồ bùn đỏ
bằng cách tái sử dụng trong dây chuyền sản xuất hoặc trung hoà bằng nước biển
(trường hợp nhà máy đặt cạnh biển) hoặc trung hoà bằng CO2.
- Chôn lấp bùn đỏ đã thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi trường.
- Xử lý bùn đỏ từ bãi thải, dùng cho các ứng dụng như vật liệu xây dựng
(gạch, ngói,...), làm đường, chế biến sơn, chế tạo các vật liệu đặc biệt khác...
Việc lựa chọn các phương án xử lý bùn đỏ sau thải được thực hiện tùy
theo các nhà máy alumin cụ thể, tuy nhiên hiện nay phương án chôn lấp, hoàn
thổ chiếm ưu thế và được áp dụng rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ đang
được nghiên cứu, thử nghiệm vì chi phí để thực hiện cao, hiệu quả kinh tế thấp.

*Phương pháp chôn lấp:
Bên cạnh khai thác mỏ Bauxite, đơn vị đấu thầu Tập đoàn Công nghiệp
Than – Khoáng sản Việt Nam cũng đã đề xuất một số phương án xử lý bùn đỏ.
Một trong những phương án khả thi nhất là chôn lấp. Hồ chứa bùn đỏ là một bộ
phận của hệ thống sản xuất alumina từ quặng bauxite, hồ này được thiết kế rất
kỹ để chống thấm chất lỏng trong bùn đỏ xuống nước ngầm theo chiều đứng và
chiều ngang. Để chống tràn, chủ đầu tư xây dựng hệ thống thoát nước mưa hoàn
chỉnh xung quanh hồ bảo đảm không có nước mưa chảy xuống hồ gây tràn hồ.
Hồ sẽ nạo sạch lớp thực bì, bùn... và được cán lót 2 lớp đất sét (dày 60cm) với
lớp lót vải địa kỹ thuật ở giữa. Bảo đảm chống thấm tuyệt đối. Mỗi hồ được
ngăn ra thành nhiều ngăn nhỏ và lượng bùn đỏ sẽ được thải theo từng ngăn. Khi
đầy ngăn thì dùng công nghệ xử lý hút nước (chủ yếu là nước thải chứa xút) để
đưa nước xút này trở lại nhà máy Alumin sử dụng cho công nghệ chế biến
Alumin và qua đó cũng làm khô bùn đỏ. Sau đó sẽ lấp đất đảm bảo chôn vĩnh
viễn nếu như không sử dụng chất thải này.
Hồ chứa bùn đỏ xây dựng phải đảm bảo các tiêu chí như: không gây ra
hiện tượng thẩm thấu các chất ô nhiễm môi trường; lòng hồ phải được xử lý thi
công và lót vải địa kỹ thuật hoặc vải nhựa có độ thấm đạt các yêu cầu của tiêu
chuẩn, quy chuẩn của Việt Nam đối với bãi chôn lấp rác thải nguy hại; không có
hiện tượng phát sinh và phát tán bụi ra môi trường; đảm bảo khả năng hoàn thổ
trả lại đất cho canh tác trong thời gian ngắn nhất với chi phí nhỏ nhất; không
tiềm ẩn bất cứ khả năng gây thảm họa nào đặc biệt là khả năng vỡ đập gây ô
nhiễm môi trường và nguy hiểm trên diện rộng...
Xung quanh hồ sẽ xây dựng hệ thống kênh thu nước mặt, nước mưa từ
lưu vực xung quanh để dẫn thoát ra khỏi phạm vi lòng hồ, đảm bảo lượng mưa
xuống hồ chỉ là lượng mưa thu trực tiếp từ diện tích mặt thoáng của hồ.
Nguyễn Văn Thơm

5

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
Theo thiết kế, phía dưới các lớp cát, vải địa kỹ thuật sẽ là ống hút nước
(bùn được lắng đọng trong lòng hồ) từ bùn để tái sử dụng. Hồ bùn đỏ cũng được
chia thành nhiều ngăn để khi bùn được thải đầy (đã hút hết nước tái sử dụng),
từng ngăn sẽ được làm khô và phủ đất phía trên, trồng cây. Để bảo đảm mục tiêu
này, đáy và vách của hồ bùn đỏ được lót bằng sét và nén chặt, sau đó là lớp nhựa
HDPE chống thấm được hàn mối với nhau rất kỹ. Một lớp cát dày được bố trí
trên lớp nhựa HDPE và trong lớp cát bố trí một hệ thống ồng đục lỗ để thu gom
nước thấm xuống từ bùn đỏ để bơm ngược về công đoạn nung bauxite để thu hồi
chất kiềm đưa vào tái sử dụng. Khi lượng bùn đỏ cao dần lên trong hồ, lớp chất
lỏng trên mặt bùn đỏ sẽ được thu theo hệ thống ống đặt đứng theo vách hồ chứa
bùn đỏ.
Chất lỏng trong hồ bùn đỏ sẽ được thu hồi triệt để. Chất đặc còn lại trong
hồ tích lũy cao dần lên đến độ cao quy định sẽ được phủ lên một lớp vật liệu
chống thấm và sau đó đổ lên 3-6 m đất để trồng cây. Sau cùng, mặt hồ chứa bùn
đỏ sẽ trở thành một vùng cây rừng xanh tốt. Bên cạnh một hồ chứa bùn đỏ đang
hoạt động, luôn luôn có một hồ chứa còn trống bên cạnh để chứa nước trong
trường hợp mưa quá lớn và tràn khỏi mặt hồ chứa bùn đỏ (trên cơ sở thống kê
lượng mưa cực đại trong 100 năm). Với nguyên tắc thiết kế này, sẽ không có
nước tràn từ mặt hồ bùn đỏ ra môi trường.
*Phát triển hệ thực vật đệm trước khi chuyển đất thành đất trồng trọt.
Cách này không thể áp dụng đối với các chủng cây lấy gỗ hoặc công
nghiệp vì hệ mao mạch trên bộ rễ của các cây sẽ bị phá hỏng ngay khi tiếp xúc
với môi trường kiềm mạnh của bùn đỏ nhưng có thể áp dụng cho các hệ cây
không có khả năng cho thu hoạch, nhưng có khả năng sinh trưởng trên môi
trường độc hại, hút dần các độc tính trong đất rồi bằng phương pháp cơ học, hủy
diệt hệ thực vật này để tạo môi trường cho hệ thực vật có ích cho môi trường và

thu hoạch hơn. Quá trình này phải mất từ 20 đến 30 năm mới có thể tái tạo một
phần khả năng của đất. Tuy nhiên đối với vùng Tây nguyên, đất đai trong vùng
dự án rất gần kề với khu dân cư, trồng trọt hoặc thậm chí là khu nông trang của
người dân nên việc chờ đợi lâu cho rừng tái tạo như thế là hoàn toàn không hợp
lý. Hoặc nếu muốn áp dụng phương pháp này thì cần phải có một kế hoạch di
dân phù hợp.
* Trung hòa độc tính của bùn đỏ.
Cách này có thể thực hiện được bằng sử dụng nước biển. Những nghiên
cứu về phương pháp này chỉ ra rằng, cứ 1 khối bùn đỏ cần 2 khối nước biển để
trung hòa. Độ kiềm của bùn sẽ giảm từ 12 xuống khoảng 8,5; độ pH vừa phải để
Nguyễn Văn Thơm

6

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
lớp rễ cây có thể chịu đựng được. Theo lí giải của các nghiên cứu, sự tồn tại của
một lượng lớn Ca2+ và Mg2+ trong nước biển sẽ tạo thành các hidroxit dưới dạng
kết tủa, làm giảm pH của bùn. Phương pháp này được coi tối ưu đối với các dự
án gần biển vì sau đó, lớp bùn sa lắng không gây nguy hiểm cho hệ sinh thái ven
biển. Có lẽ vì lí do này mà từ đầu, dự án Bauxite Tây Nguyên có ý định tạo
đường dẫn đưa bùn đỏ ra bờ biển Việt Nam. Sự vận chuyển đất bỏ đi như thế sẽ
khiến các tỉnh Tây Nguyên mất đất trồng trọt. Sau khai thác, cả vùng sẽ thành
các vũng lầy diện rộng không có khả năng làm nông nghiệp. Đồng thời, với mật
độ mưa lớn, sẽ tạo ra sự xói mòn đất, làm lộ ra lớp nền đá cứng không phù hợp
với việc canh tác nông nghiệp hay trồng rừng. Áp dụng phương pháp này tại chỗ
bằng việc trút xuống lớp muối khô CaCl2 hay MgCl2 sẽ giảm được độ pH,
nhưng thay thế gốc hydroxyl (OH-) bằng gốc muối clorua sẽ khiến đất nhiễm

mặn, mất khả năng trồng trọt. Điều này không khả thi với vùng đất Tây Nguyên
vì chi phí cho các loại muối trên và khả năng tẩy mặn là rất khó khăn.
* Lọc bỏ và thay thế các độc chất trong bùn đỏ.
Có thể sử dụng các phương pháp trao đổi ion để thay natri và hidroxite
trong NaOH bằng kali và photphat. Phương pháp này đã cho thấy một số kết quả
trong phòng thí nghiệm, nhưng chưa thể triển khai đại trà vì chi phí màng lọc và
khó khăn về thời gian trao đổi. Những kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng để việc
trao đổi ion hoàn tất cho 1m3 bùn đỏ, phải mất 10 ngày. Rõ ràng chưa thể áp
dụng với dự án bauxite ở Tây Nguyên.
Ngoài những phương pháp trên người ta còn đề ra một số phương pháp xử
lý khác như là:
- Tìm kiếm các nguồn phối trộn để trung hòa bùn đỏ: cần tập trung khai
thác các nguồn hữu cơ có tính acid: than bùn chua (pH < 4), đặc biệt là than bùn
vùng Di Linh, Lâm Hà, Đam Rông... khá dồi dào, tăng cường sử dụng than bùn
ủ phân chuồng bón phủ lên trên bùn đỏ.
- Trên nền bùn đỏ đã xử lý trung hòa, khảo nghiệm các nhóm thực vật
hoặc cây trồng thích hợp có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế và đồng thời cải
tạo - tái tạo đất trồng. Nhờ đó giải quyết triệt để có tính bền vững các vấn nạn ô
nhiễm nêu trên. Dự kiến các nhóm thực vật chọn lọc đưa vào thử nghiệm gồm:
chuối, dứa, sắn, sen, súng, lúa, củ niễng, rau muống, dầu mè; các nhóm thực vật
chọn lọc mới cho khảo nghiệm; từ các nhóm cây hoang dại, cây cảnh, cây
rừng... Thử nghiệm trên cây trồng chậu để xác định khả năng sử dụng chế phẩm
thu được làm phân bón sinh học, giá thể trồng cho một số loại cây.
Nguyễn Văn Thơm

7

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường

Luận văn thạc sĩ
- Dùng phế liệu của một số công ty khác để xử lý trung hòa cho bùn đỏ,
chẳng hạn phế thải của Công ty men Mauri La Ngà hoặc Công ty Vedan. Về bản
chất phế thải các công ty này là cặn rỉ môi trường sau lên men vi sinh, rất giàu
hữu cơ, song rất chua (pH < 2,5), thời gian qua việc giải quyết xử lý chưa triệt
để, gây hậu quả về môi trường. Như vậy có thể giải được cùng lúc bài toán ô
nhiễm ở hai lĩnh vực, nghĩa là dùng chính các phế liệu gây ô nhiễm nặng đó xử
lý lẫn nhau, đưa về một môi trường có khả năng cho thực vật phát triển…
1.2. Vấn đề ô nhiễm nước.
Nước là nguồn tài nguyên rất cần thiết cho sự sống trên Trái Đất. Nước
luôn luôn tuần hoàn trong thế giới tự nhiên, dưới hình thức của những chu trình
nước. Nước sạch không chứa các chất nhiễm bẩn, vi khuẩn gây bệnh và các chất
hóa học ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Ngoài ra, nước sạch còn được quy
định về thành phần giới hạn của một số ion kim loại nặng, một số chất thải dưới
mức cho phép của Tổ chức y tế Thế giới.
Vấn đề ô nhiễm nước mặt, nước ngầm ngày càng trở nên nghiêm trọng,
có những nơi đến mức báo động. Nguyên nhân là do: rác tồn đọng nhiều trong
khu dân cư và chưa được xử lý, điều kiện vệ sinh môi trường khu vực dân cư
vừa thiếu, vừa không đảm bảo vệ sinh; hệ thống thoát nước và nước thải thường
xuyên bị ứ đọng, tắc; nước thải công nghiệp, các xí nghiệp, bệnh viện… hầu hết
không được xử lý hay làm sạch trước khi thải vào hệ thống thoát nước chung;
nhiều vùng, nguồn nước ngầm bị ô nhiễm, do gần các cơ sở có ô nhiễm nặng và
nguy hiểm. Nhiều nơi chất lượng nước suy giảm mạnh, nhiều chỉ tiêu về các
chất độc hại trong nước cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần [3, 5].
1.2.1. Asen và các phương pháp xử lý Asen.
1.2.1.1. Nguồn gốc ô nhiễm Asen trong nước.
Chúng ta biết rằng, giải quyết tốt vấn đề nguồn gốc ô nhiễm Asen giúp
nhận diện được nguồn sinh ra Asen, dạng tồn tại và cơ chế di chuyển của nó
trong nước ngầm, từ đó có những biện pháp phòng tránh, xử lý và dự báo ảnh
hưởng của ô nhiễm Asen. Tuy nhiên, nguồn gốc của Asen trong nước là một vấn

đề rất khó và phức tạp. Theo lý thuyết, Asen trong nước có 2 nguồn gốc là
nguồn gốc tự nhiên và nguồn gốc nhân tạo. Nguồn gốc tự nhiên bao gồm các
nguồn gốc do các quá trình địa chất và trầm tích tạo nên dưới tác động của các
quá trình như: quá trình ôxy hoá, quá trình khử, quá trình sinh hoá. Nguồn gốc
nhân tạo bao gồm các hoạt động của con người sinh ra như: đốt than, khí thải,
nước thải chứa Asen, sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, nước tưới, các chất thải
Nguyễn Văn Thơm

8

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
công nghiệp... Sự có mặt của Asen trong nước là kết quả của rất nhiều các quá
trình dưới sự tác động của hàng loạt các yếu tố [15].
1.2.1.2. Tính chất vật lý và hóa học của Asen.
Asen là một bán kim loại có số thứ tự 33 trong bảng hệ thống tuần hoàn
Mendeleev, trọng lượng nguyên tử 74,91. Khi ở nhiệt độ 250C nó có tỷ trọng
5,73 g/cm3. Nguyên tố As thuộc nhóm VA, có cấu hình [Ar] 3d104s24p3 có
obitan p trống nên ngoài việc cho những hợp chất trong đó chúng có số oxi hoá
+3 hoặc -3, nó còn có khả năng tạo nên 2 liên kết cộng hoá trị nữa để tạo nên
hợp chất có số oxi hoá +5.
Tùy theo từng điều kiện môi trường mà Asen có thể tồn tại ở nhiều trạng
thái oxi hóa khác nhau: -3, 0, +3,+5. Trong nước tự nhiên, Asen tồn tại chủ yếu
ở 2 dạng hợp chất vô cơ là asenat [As(V)], asenit [As(III)]. As(V) là dạng tồn tại
chủ yếu của asen trong nước bề mặt và As(III) là dạng chủ yếu của Asen trong
nước ngầm. Dạng As(V) hay các asenat gồm AsO43-, HAsO42-, H2AsO4-,
H3AsO4; còn dạng As(III) hay các asenit gồm H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32- và
AsO33- [13].

Trong nước ngầm Asen tồn tại ở trạng thái yếm khí dưới dạng As(III) và
dạng trung tính. Khi tiếp xúc với không khí (nước mặt) một phần lớn As(III) bị
chuyển thành As(V). Các hợp chất của As(III) có tính độc cao hơn.
Asen ở dạng đơn chất và dạng hợp chất đều có tính chất vừa kim loại vừa
không kim loại nên được gọi là nguyên tố nửa kim loại. Asen tồn tại chủ yếu
dưới dạng khoáng vật sunfua như Reanga (As4S4), oripenent (As2S3) ngoài ra
chúng còn lẫn trong khoáng vật của các kim loại khác. Nếu không có oxi hay
nguồn nước, các quặng này không tan trong nước. Khi con người khoan, khai
thác nước đã vô tình đưa oxi lọt xuống tầng sâu, theo thời gian, do kết quả hoạt
động của vi khuẩn, phản ứng hoá học, các khoáng chứa Asen tan ra [14, 19].
Trong nước ngầm, Asen tồn tại cả dưới vô cơ và hữu cơ. Asen không gây
mùi khó chịu trong nước, (cả khi ở hàm lượng có thể gây chết người), khó phân
hủy .Là nguyên tố phổ biến thứ 20 trong các nguyên tố có trên bề mặt trái đất.
Độc tính của Asen rất khác nhau, độc tính của As(III) độc gấp 50 lần As(V),
Asen ở dạng vô cơ độc hơn ở dạng hữu cơ...
Asen bền trong không khí khô, nhưng bề mặt bị oxi hóa dần trong không
khí ẩm thành lớp xỉn màu đồng, cuối cùng thành lớp vỏ màu đen bao quanh
nguyên tố.Khi đun nóng Asen cũng tuơng tác với brom, iot, lưu huỳnh.
Asen không tác dụng với axit không có tính oxi hóa, nhưng dễ dàng phản
ứng với các axit HNO3, H2SO4 đặc:
Nguyễn Văn Thơm

9

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
3As + 5HNO3 + 2 H2O = 3 H2SO4 + 5NO
Các halogenua được tạo ra khi Asen phản ứng với halogen, các hợp chất

này dễ bị thủy phân tạo axit tương ứng trong môi trường nước:
3As + 5Cl2 + 2H2O = 2H3AsO4 + 10HCl
Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của Asen là +3 (Asenit (III): trong phần
lớn các hợp chất Asen hữu cơ), +5 (Asenat (V): phần lớn các hợp chất vô cơ
chứa ôxy của Asen). Các ôxít của nó kết tinh, không màu, không mùi như As2O3
và As2O5 là những chất hút ẩm và dễ dàng hòa tan trong nước để tạo thành các
dung dịch có tính axít [25].
Một số tính chất hóa học của các hợp chất Asen:
+ Hợp chất của As-3:
As-3 thường tồn tại ở dạng asin AsH3 và các hợp chất Asen hữu cơ,
AsH3 là một chất khí không màu, có mùi tỏi, phân huỷ ở 300 0C, có thể bốc cháy
không khí và rất độc (liều lượng gây chết người là 250ppm).
AsH3 có tính khử mạnh, nó có thể khử được các muối của kim loại về kim
loại, tác dụng với các chất oxi hoá mạnh như I 2, KMnO4, KIO3, tính chất này
của AsH3 đã được dùng để xác định As trong nhiều công trình nghiên cứu.
AsH3 + 6AgNO3 + 3H2O → 6Ag + H3AsO4 + 6HNO3
AsH3 + 2I2 + 4H2O → H3AsO4 + 8I– + 11H+
5AsH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 5H3AsO4 + 4K2SO4 + 8MnSO4 + 12H2O
5AsH3 + 8 IO3– → 5AsO43- + 4I2 + 4H2O + 7H+
AsH3 tác dụng với muối HgCl2 tẩm trên giấy lọc tạo ra hợp chất có màu
biến đổi từ vàng – đỏ – nâu: AsH2(HgCl); AsH(HgCl2)2; As2Hg2. Tính chất này
của AsH3 được ứng dụng trong phép phân tích so màu bán định lượng.
AsH3 được điều chế theo nguyên tắc cho hiđro mới sinh (hiđro nguyên tử)
khử các hợp chất của As. Trước đây theo phương pháp cổ điển người ta điều chế
Asin bằng cách cho muối của chúng tác dụng với axit:
Mg3As2 + 6HCl → 3MgCl3 + 2AsH3
Dễ dàng hơn là cho hợp chất tan được của Asen tác dụng với hidro mới
sinh (Zn +HCl hoặc Sn + HCl):
As2O3 + 6Zn + 12 HCl → 6ZnCl2 + 2AsH3 + 3H2O
Hiện nay trên thế giới phương pháp phổ biến nhất để điếu chế AsH3 là

cho NaBH4 tác dụng với As(III) trong môi trường axit HCl:
NaBH4 + H+ + 3H2O → H3BO3 + Na+ + 8[H]
Nguyễn Văn Thơm

10

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
6[H] + AsO33- + 3H+ → AsH3 + 3H2O
+ Hợp chất của As(III):
As (III) tồn tại chủ yếu trong các hợp chất như As2O3, AsCl3, AsO33*Oxit As2O3:
As2O3 ở thể rắn có màu trắng rất độc, liều lượng chết người là 0,1g.
Ở trạng thái khí nó tồn tại dưới dạng phân tử kép As 4O4, khi nhiệt độ trên
180 C nó phân li thành phân tử đơn.
0

As2O3 tan ít trong nước (1,7g trong 100g H2O) cho dung dịch axit yếu
arsenous:
As2O3 + H2O → 4 H3AsO3
Axit arsenous có tính chất lưỡng tính nhưng theo các hàng số phân ly
dạng axit và dạng bazơ thì tính chất axit của nó ưu thế hơn (K ax=6.10-10;
Kb=1.10-14)
Mặc dù khó tan trong nước nhưng As2O3 lại tan tốt trong kiềm:
As2O3 + 6NaOH → 2Na3AsO3 + 3H2O
As2O3 thể hiện tính khử khi tác dụng với O3, H2O2, FeCl3, K2Cr2O7,
KMnO4, HNO3…khi đó nó bị oxi hoá đến AsO43-.
Điều chế oxit của As(III) bằng cách đốt Asen trong không khí
*Sunfua của As(III) (As2S3):

Sunfua của As(III) thu được khi cho H2S tác dụng với các hợp chất tan
As(III) trong môi trường axit:
Na3[As(OH)6] + 3H2S + HCl → As2S3 + 6HCl + 12H2O
As2S3 không tan trong HCl đặc. Tính chất này được ứng dụng để tách As
ra khỏi hỗn hợp Sb và Sn trong quá trình phân tích. As2S3 dễ tan trong kiềm hay
khi có mặt bazơ sunfua:
As2S3 + 3Na3S → 2Na3AsS3
As2S3 + 6NaOH → Na3AsS3 + Na3AsO3 + 3H2O
As2S3 + (NH4)2CO3 → (NH4)3AsS3 + 3CO2
Phản ứng thứ 3 có thể được dùng để tách loại Asen trong quá trình phân tích.
As2S3 chuyển thành AsO43- khi đun nóng với kiềm hoặc (NH4)2CO3 và H2O2:
As2S3 + (NH4)2CO3 + 14H2O2 → (NH4)3AsO4 + (NH4)4SO4 + 6CO2 + 14H2O
As2S3 cũng có thể bị hoà tan trong HNO3đ hoặc trong nước cường thuỷ và
bị oxi hoá lên As(V).
Nguyễn Văn Thơm

11

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
*AsCl3:
AsCl3 là chất lỏng dạng dầu, không màu, tan trong nước và bị thuỷ phân
mạnh. Vì AsCl3 dễ bay hơi nên khi đun nóng dung dịch axit arsenous đã được
bão hoà HCl ta có thể đuổi hết Asen ra khỏi dung dịch. Tính chất này được ứng
dụng để chưng cất các hợp chất As(III).
Các hợp chất của As(III) chủ yếu có tính khử:
Trong môi trường kiềm yếu ( pH = 8) As(III) khử I2 thành I–:
AsO33- + I2 + H2O → AsO43- + 2I– + 2H+

Trong môi trường axit, As(III) phản ứng với các chất oxi hoá mạnh như
K2Cr2O7, KMnO4, KBrO3, …
5AsO33- + 2MnO4– + 6H+ → 5AsO43- + 2Mn2+ + 3H2O
3AsO33- + BrO3– + 6H+ → 3AsO43- + Br– + 3H2O
AsO33- + Cr2O72- + 8H+ → AsO43- + 2Cr3+ + 4H2O
Đây là những phản ứng được dùng để xác định hàm lượng lớn Asen bằng
phương pháp phân tích thể tích.
Ngoài tính khử các hợp chất As(III) còn thể hiện tính oxi hoá thành As 3-.
+Hợp chất của As(V):
As(V) là mức oxi hoá cao nhất của Asen. Hợp chất của As(V) chủ yếu là
As2O5, AsX5, As2S5, AsO43-.
*Oxit As2O5:
As2O5 là chất ở dạng khối vô định hình giống như thuỷ tinh, phân huỷ ở
nhiệt độ cao (trên 4000C) tạo thành As4O6.
As2O5 dễ tan trong nước tạo thành axit asenic nên để trong không khí sẽ
bị chảy rữa:
As2O5 + 3H2O → 2H3AsO4
Axit asenic chỉ oxi hoá được những chất khử mạnh như HI, tạo thành I2:
H3AsO4 + 2HI → H3AsO3 + I2 + H2O
Axit asenic được điều chế bằng cách cho Asen tác dụng HNO3 đặc nóng:
3As + HNO3 + 2H2O → 3H3AsO4 +5NO
*As2S5: Là hợp chất axit, tan khi có mặt sunfua bazơ:
As2S5 + 3Na2S → 2Na3AsS4

Nguyễn Văn Thơm

12

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường

Luận văn thạc sĩ
*AsX5:
Tính chất hoá học đặc trưng của AsX5 là dễ kết hợp với một số hợp chất
tạo nên sản phẩm có dạng AsF5.IF7, kết hợp với halogenua kim loại kiềm MX
tạo thành phức có công thức chung M(EX6).
Tác dụng với nước tạo thành axit asenic:
AsX5 + 4H2O → H3AsO4 + 5HX
1.2.1.3. Độc tính của Asen.
Về mặt sinh học Asen là một chất độc có thể gây 19 bệnh khác nhau trong
đó có ung thư da và phổi. Mặt khác Asen có vai trò trong trao đổi nuclein, tổng
hợp protit và hemoglobin. Asen ảnh hưởng đến thực vật như một chất cản trở
trao đổi chất, làm giảm mạnh năng suất, đặc biệt trong môi trường thiếu
photpho. Độc tính của Asen với những sinh vật dưới nước tăng theo dãy
Asen→Asenit→Asenat→hợp chất Asen hữu cơ.
Asen và hợp chất của Asen có mặt ở khắp mọi nơi như trong không khí,
đất, thức ăn, nước uống và có thể xâm nhập vào cơ thể theo 3 đường: hô hấp, da
và chủ yếu là ăn uống. Các hợp chất dễ tan của Asen hấp thụ qua đường tiêu hóa
vào máu tới 90% và ra khỏi máu đến các tổ chức rất nhanh, nửa giờ sau khi tiếp
xúc đã tìm thấy liên kết của Asen với protein trong gan, thận, bàng quang, sau
24 giờ trong máu chỉ còn lại 0,1%. Asen được đào thải chủ yếu là qua nước tiểu.
Trong số các hợp chất của Asen thì As(III) là độc nhất. Mức độ độc hại
của các chất được sắp xếp theo thứ tự: Asin > As(III) (As2O3) > As(V) > Asen
hữu cơ. As(III) thể hiện tính độc bằng cách tấn công lên các enzim, làm cản trở
hoạt động của enzim.
Do sự tương tự về tính chất hóa học với photpho, Asen can thiệp vào một
số quá trình hóa sinh làm rối loạn photpho. Có thể thấy được hiện tuợng này khi
nghiên cứu sự phát triển hóa sinh của chất sản ra năng lượng chủ yếu là ATP
(adenozin triphotphat). Asen(III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein do sự
tấn công các liên kết sunfua bảo toàn cấu trúc bậc 2 và 3.

Như vậy, Asen có 3 tác dụng sinh hóa là: làm đông tụ protein, tạo phức
với enzim và phá hủy quá trình photpho hóa.
Nhiễm độc Asen cấp tính xảy ra do ăn uống phải asen với liều lượng lớn
(1-2g). Các nghiên cứu cho thấy triệu chứng nhiễm độc rất đa dạng, phụ thuộc
vào hợp chất Asen đã ăn phải. Có thể gặp các biểu hiện tổn thương thận, rối loạn
chức năng tim mạch, đôi khi xuất hiện phù phổi cấp, suy hô hấp, gan to... Nếu
được cứu chữa kịp thời, bệnh nhân có thể sống sót, nhưng để lại các di chứng
Nguyễn Văn Thơm

13

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ
nặng nề về não, suy tủy, suy thận, thiếu máu, giảm bạch cầu, tan huyết, xạm da
và tổn thương đa dây thần kinh ngoại biên.
Bệnh nhiễm độc Asen mãn tính do sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm Asen
xảy ra ở nhiều nước trên thế giới. Nguyên nhân gây bệnh là do dân cư sử dụng
nguồn nước bị nhiễm Asen cao (0,35-1,10mg/l) từ các giếng khoan để sinh hoạt.
Asen còn gây hàng loạt các bệnh nội khoa như: gây tăng huyết áp, gây tắc ngoại
vi, bệnh mạch vành, mạch máu não dẫn đến thiếu máu cục bộ cơ tim và não, là
những cơ quan đảm nhận chức năng sống quan trọng. Nguy cơ mắc bệnh và tử
vong do nhồi máu cơ tim tăng cao. Nguy cơ mắc bệnh viêm tắc mạch ngoại biên
tăng theo thời gian tiếp xúc với Asen ngay ở nồng độ > 0,02mg/l.
Biểu hiện lâm sàng của bệnh rất đa dạng, do Asen gây tác hại rộng rãi tới
chức năng của nhiều hệ cơ quan: thần kinh, tim mạch, tiêu hóa, hô hấp... Mức độ
tổn thương phụ thuộc vào độ nhạy cảm của từng cá thể, vào liều lượng và thời
gian tiếp xúc. Quá trình phát triển bệnh âm ỉ, kéo dài. Ở giai đoạn sớm thường
tìm thấy các tổn thương da, các triệu chứng hay gặp như như: Biến đổi sắc tố da

(pigmentation), dày sừng (hyperkeratosis) ở lòng bàn chân, bàn tay, đối xứng
hai bên, đôi khi kèm theo các vết nứt nẻ. Các tổn thương có thể phát triển thành
ung thư da. Nguy cơ mắc bệnh tăng ngay cả khi uống nước có nồng độ Asen <
0,05mg/l. Bệnh thường phát triển sau khi tiếp xúc một thời gian dài ủ bệnh (5-10
năm, có thể là lâu hơn) [14].
Ngoài ra Asen có thể làm tổn thương thần kinh, ảnh hưởng đến việc sinh
sản ở phụ nữ và tăng nguy cơ mắc bệnh xơ gan, thiếu máu, rối loạn chuyển hóa
protein và đường. Điều đáng lo ngại nhất là Asen có thể gây ung thư da, phổi,
bàng quang, thận. Asen thúc đẩy quá trình phát triển khối u, làm rối loạn quá
trình tổng hợp ADN, đặc biệt là trong các nguyên bào sợi và các tế bào tủy
xương bạch cầu, làm giảm số lượng bạch cầu ngoại vi, thay đổi khả năng miễn
dịch và làm giảm sức đề kháng của cơ thể chống lại tế bào ung thư.
Mặt khác, Asen còn có khả năng làm rối loạn gen, sai lạc nhiễm sắc thể,
làm gẫy nhiễm sắc tử và nhiễm sắc thể, gây tăng tần số sinh sản của nhân và gây
hiện tượng lệch bội. Một số nghiên cứu về các biến đổi sinh học của Asen trong
cơ thể và phương pháp điều trị cho thấy, khả năng tích lũy Asen trong cơ thể là
rất lớn, đặc biệt là khi tiếp xúc lâu dài với liều lượng nhỏ.
Mặc dù có tính độc như trên, song không phải tất cả các dạng Asen đều
độc và kể cả những dạng Asen có tính độc thì ở hàm lượng nhỏ Asen lại có khả
năng kích thích sự phát triển của sinh vật. Theo các công trình nghiên cứu, thì
Asen vô cơ độc hơn Asen hữu cơ. Vì vậy biết các dạng Asen là thách thức lớn
đối với các nhà khoa học nghiên cứu về môi trường và sức khỏe.
Nguyễn Văn Thơm

14

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường


Luận văn thạc sĩ

1.2.1.4. Tình hình ô nhiễm Asen hiện nay.
Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu người đã bị bệnh đen và rụng
móng chân, sừng hoá 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, Arhentina, Trung Quốc, India, Thái
Lan, Bangladesh,…
Ở Việt Nam, đồng bằng sông Cửu Long cũng phát hiện ra nhiều giếng
khoan có hàm lượng asen cao nằm ở Đồng Tháp và An Giang. Sự ô nhiễm asen
ở miền Bắc hiện phổ biến và cao hơn ở miền Nam. Qua điều tra cho thấy 1/4 số
hộ gia đình sử dụng trực tiếp nước ngầm không qua xử lý ở ngoại thành Hà Nội
đã bị ô nhiễm asen, tập trung nhiều ở phía Nam thành phố (20,6%), huyện
Thanh Trì (41%) và Gia Lâm (18,5%). Điều nguy hiểm là asen không gây mùi
khó chịu khi có mặt trong nước ngay cả khi ở hàm lượng gây chết người nên nếu
không phân tích mẫu mà chỉ bằng cảm quan thì không thể phát hiện được sự tồn
tại của asen. Bởi vậy các nhà khoa học còn gọi asen là “sát thủ vô hình’’.
1.2.1.5. Các phương pháp xử lý Asen.
* Phương pháp tạo kết tủa:
Nguyên lý hoạt động: Asenat AsO43- có khả năng tạo thành một số hợp
chất kết tủa tan thấp như sắt asenat FeAsO4, canxi Asenat Ca3(AsO4)2, hay
mangan asenat Mn3(AsO4)2. Ion sắt, canxi, mangan thường gặp trong nước
ngầm và cũng cần được xử lý: loại bỏ sắt, mangan hay khử cứng trong nước
ngầm bằng phương pháp vôi, soda. Trong quá trình xử lý đó có thể loại bỏ được
một phần asen hoặc bổ sung trực tiếp các yếu tố gây kết tủa từ ngoài vào.
Điều kiện pH tối ưu cho kết tủa asen là 7. Trong môi trường kiềm, song
song với sự tạo thành sắt asenat còn các phản ứng cạnh tranh tạo ra sắt hydroxit
và oxit, còn trong môi trường axit thì asen nằm ở dạng hợp chất trung hòa không
tham gia phản ứng kết tủa. Phản ứng tạo ra mangan asenat cũng có thể tiến trình
tương tự. Kết tủa asen dưới dạng sản phẩm không hòa tan chỉ có thể thực hiện
được với As(V), tức là trước đó cần oxy hóa triệt để As(III) thành As(V). Sau
khi kết tủa asen, nước được lọc, hợp chất asen dạng keo được giữ lại trong tầng

lọc theo cơ chế hấp phụ trên vật liệu lọc và với chính nó đã bị hấp phụ trước đó.
* Phương pháp trao đổi ion:
Nguyên lý hoạt động: Nếu nguồn nước chứa Asen có độ khoáng thấp
(<500mg/l) và ít sunfat (<25mg/l) thì có thể sử dụng phương pháp trao đổi ion
để xử lý asen. Oxy hóa As(III) thành As(V) trước khi trao đổi. Nước sau khi
Nguyễn Văn Thơm

15

Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường