Nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng mno2 và tio2 làm vật liệu xử lý asen và amoni trong nước

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

Vũ Thị Thu Trang

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH BẰNG
MnO2 VÀ TiO2 LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ ASEN VÀ AMONI TRONG NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - NĂM 2015


ĐẠI HỌC QUỐC HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Vũ Thị Thu Trang

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH BẰNG MnO2 VÀ TiO2
LÀM VẬT LIỆU XỬ LÝ ASEN VÀ AMONI TRONG NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành:

Hóa môi trường

Mã số:

62440120

Người hướng dẫn khoa học : PGS. TS. Trần Hồng Côn

HÀ NỘI - NĂM 2015


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo
PGS.TS. Trần Hồng Côn đã giao đề tài và nhiệt tình giúp đỡ, cho tôi những kiến
thức quí báu trong quá trình nghiên cứu.
Cảm ơn các thầy cô PTN Hóa Môi trường - Khoa Hóa học – Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm.
Chân thành cảm ơn các bạn học viên, sinh viên làm việc trong phòng thí
nghiệm Hóa môi trường đã giúp đỡ tôi trong quá trình tìm tài liệu và hoàn thiện
luận văn.
Để hoàn thành bản luận văn này, ngoài sự nỗ lực tìm tòi, nghiên cứu của bản
thân, sự giúp đỡ của những người xung quanh, đặc biệt là những người thầy, đồng
nghiệp trường THPT Xuân Mai đã đóng góp một phần không nhỏ trong nghiên cứu
này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2015
Học viên cao học

Vũ Thị Thu Trang


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG

LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................2
1.1. ASEN ................................................................................................................... 2
1.1.1. Giới thiệu chung về Asen ..................................................................................2
1.1.2. Ảnh hưởng của asen đến sức khỏe con người...................................................3
1.1.2.1. Asen Vô Cơ ....................................................................................................3
1.1.2.2. Asen Hữu Cơ ..................................................................................................4
1.1.3. Tình trạng ô nhiễm Asen ...................................................................................5
1.1.3.1. Ô nhiễm Asen trên thế giới ............................................................................5
1.1.3.2. Tình hình ô nhiễm asen tại Việt Nam ............................................................6
1.1.4. Một số công nghệ xử lý asen.............................................................................7
1.1.4.1. Công nghệ kết tủa, lắng, lọc ...........................................................................8
1.1.4.2. Oxi hoá/khử ....................................................................................................8
1.1.4.3. Công nghệ hấp phụ và trao đổi ion. ...............................................................9
1.1.4.4. Các phương pháp vật lý .................................................................................9
1.2. AMONI ................................................................................................................ 9
1.2.1. Giới thiệu chung về Amoni ...............................................................................9
1.2.2. Ảnh hưởng của Amoni đối với sức khỏe con người .......................................10
1.2.3. Tình trạngô nhiễm Amoni ở Việt Nam ...........................................................11
1.2.3.1. Nguồ n gố c ô nhiễm amoni trong nước ngầ m ở Viê ̣t Nam ...........................11
1.2.3.2. Hiện trạng ô nhiễm amoniở Việt Nam .........................................................12
1.2.4. Một số công nghệ xử lý Amoni.......................................................................13
1.2.4.1. Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng .........................................................13
1.2.4.2. Phương pháp Ozon hoá với xúc tác Bromua(Br-)[5] ...................................14
1.3. Than hoạt tính .................................................................................................... 14
1.3.1. Đặc tính của than hoạt tính..............................................................................15
1.3.2. Ảnh hưởng của nhóm bề mặt cacbon-oxi lên tính chất hấp phụ .....................18
1.3.4. Tính axit bề mặt của than ................................................................................24

1.3.5. Tính kị nước ....................................................................................................25
1.5. Tâm hoạt động trên bề mặt than......................................................................... 27
1.6. Phương pháp tính toán tải trọng hấp phụ của vật liệu........................................ 28
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................................31
2.1. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................... 31
2.2. Mục tiêu nghiên cứu........................................................................................... 31
2.3. Danh mục thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu ....................................... 31
2.4. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 32
2.4.1. Chuẩn bị than hoạt tính ...................................................................................32
2.4.2. Oxy hóa bề mặt than hoạt tính (Tạo vật liệu AC-1)........................................32
2.4.3. Tạo vật liệu AC-2 ............................................................................................32
2.4.4. Tạo vật liệu AC-3 ............................................................................................33
2.5. Phương pháp xác định các ion trong dung dịch .................................................33
2.5.1. Phương pháp xác định nồng độ As: Phân tích asen bằng phương pháp so màu
trên giấy tẩm thủy ngân .............................................................................................34
2.5.1.1. Pha dung dịch ...............................................................................................34
2.5.1.2. Nguyên tắc xác định của phương pháp ........................................................34
2.5.1.3. Quy trình phân tích......................................................................................35
2.5.1.4. Dựng đường chuẩn .......................................................................................35
2.5.2. Xác định nồng độ amoni ................................................................................36
2.6. Khảo sát khả năng hấp phụ ion asenat của vật liệu ........................................... 37
2.6.1. Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ As của các vật liệu ....................................37
2.6.2. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ As của vật liệu .....................................37
2.6.3. Xác định dung lượng hấp phụ As cực đại của vật liệu ...................................37
2.7. Khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của vật liệu ................................................. 38
2.7.1. Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ amoni của vật liệu .....................................38
2.7.2. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ amoni cực đại.......................................38
2.7.3. Xác định dung lượng hấp phụ cực đại: ...........................................................38
2.8. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc vật liệu..............................38
2.8.1. Xác định diện tích bề mặt của than................................................................38

2.8.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)...................................................39
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................41
3.1. Xác định một số đặc trưng của than biến tính.................................................... 41
3.1.1. Kết quả đo BET ...............................................................................................41


3.1.2. Kết quả chụp SEM ..........................................................................................42
3.2. Khả năng hấp phụ As của các vật liệu than hoạt tính biến tính ......................... 43
3.2.1. Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ As của các vật liệu AC ..............................43
3.2.1.1. Các mẫu AC-0, AC-1, AC-2, AC-3 .............................................................43
3.2.1.2. Các mẫu AC-2 ..............................................................................................44
3.2.1.3. Các mẫu AC-3 ..............................................................................................44
3.2.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ As của vật liệu ...............................45
3.2.3. Khảo sát dung lượng hấp phụ As cực đại .......................................................45
3.2.3.1. Khảo sát dung lượng hấp phụ As cực đại của vật liệu AC-1 .......................45
3.2.3.2 Khảo sát dung lượng hấp phụ As cực đại của vật liệu AC-2 ........................47
3.2.3.2. Khảo sát dung lượng hấp phụ As cực đại của vật liệu AC- 3 ......................48
3.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của các vật liệu than hoạt tính biến
tính.......... ................................................................................................................... 49
3.3.1. Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ Amoni của các vật liệu AC. ......................50
3.3.2. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ ..............................................................51
3.3.3. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu với amoni ........................52
3.3.3.1. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại amoni của vật liệu AC-1. ................52
3.3.3.2. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại amoni của vật liệu AC2. ..................53
3.3.3.3. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại amoni của vật liệu AC-3. ................54
KẾT LUẬN ..............................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................57


DANH MỤC HÌNH

Hình1.1: Bản đồ phân bố khu vực ô nhiễm asen trên thế giới [3,7] ...........................5
Hình1.2: Bề mặt của một dạng than hoạt tính ôxi hóa ..............................................18
Hình1.4: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ........................................................28
Hình 1.5: Đồ thị để xác định các hằng số trong pt Langmuir ...................................30
Hình 2.1: Đường chuẩn asen .....................................................................................36
Hình 2.2: Đường chuẩn xác định nồng độ NH4+ .....................................................37
Hình 2.3 Dạng đồ thị đường thẳng BET...................................................................38
Hình 2.4 Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM............................................38
Hình 3.1: Đường cong hấp phụ/giải hấp nitơ của mẫu (a) AC-1, (b) AC-2 và (c)
AC-3 ..........................................................................................................................42
Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ As của vật liệu AC2 ...........45
Hình 3.3: Đường hấp phụ đẳng nhiệt của vật liệu AC-1với As ................................46
Hình 3.4: Đồ thị phương trình langmuir của AC-1 với As .......................................47
Hình 3.5: Đường hấp phụ đẳng nhiệt As của vật liệu AC2 ......................................48
Hình 3.6: Đồ thị phương trình langmuir của AC-2 với As .......................................48
Hình 3.7: Đồ thị phương trình langmuir của AC-3 với As .......................................49
Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ amoni ................................52
Hình 3.9: Đồ thị phương trình langmuir của AC-1 với amoni .................................53
Hình 3.10: Đồ thị phương trình langmuir của AC-2 với amoni ...............................54
Hình 3.11: Đồ thị phương trình langmuir của AC-3 với amoni ..............................55


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Danh mục dụng cụ thiết bị cần thiết cho nghiên cứu ...............................31
Bảng 2.2: Danh mục các Hóa chất cần thiết cho nghiên cứu ....................................32
Bảng 2.3: Kết quả thí nghiệm ...................................................................................35
Bảng 3.1: Kết quả khảo sát sơ bộ 4 mẫu vật liệu ......................................................43
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ asen của AC-2 ........................44
Bảng 3.3: Kết quả khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ asen của AC-3 ........................44
Bảng 3.4: Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ As ............................................45

Bảng 3.5: Kết quả khảo sát langmuir của vật liệu AC-1...........................................46
Bảng 3.6: Kết quả hấp phụ As của vật liệu AC-2 (Mn(IV) 3%) ..............................47
Bảng 3.7: Kết quả khảo sát langmuir vật liệu AC3 hấp phụ As ...............................49
Bảng 3.8: Khảo sát khả năng hấp phụ của 4 loại vật liệu .........................................50
Bảng 3.9: Kết quả khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ amoni của AC-2 .....................50
Bảng 3.10: Kết quả khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ amoni của AC-3 ...................50
Bảng 3.11: Thời gian cân bằng hấp phụ amoni ........................................................51
Bảng 3.12: Kết quả khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu AC-1 với
amoni .........................................................................................................................52
Bảng 3.13: Kết quả khảo sát langmuir của vật liệu AC-2 với amoni .......................53
Bảng 3.14: Kết quả khảo sát langmuir của vật liệu AC-3 với amoni .......................54


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, tình hình ô nhiễm nguồn nước nói chung và nguồn nước sinh hoạt
nói riêng bởi các cation kim loại nặng là vấn đề toàn xã hội quan tâm khi nhu cầu về
chất lượng cuộc sống ngày càng cao.
Trên thực tế, tại nhiều địa phương, người dân đang phải sử dụng các nguồn
nước ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm các kim loại nặng như asen, chì, thủy ngân, hay ô
nhiễm amoni. Sử dụng các nguồn nước ô nhiễm này ảnh hưởng trực tiếp đến sức
khỏe của người dân, gây nên các bệnh nguy hiểm đặc biệt là ung thư.
Than hoạt tính từ lâu đã được sử dụng để làm sạch nước. Tuy nhiên, ứng
dụng của nó trong xử lý nước mới chỉ dừng lại ở việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ
và một số các thành phần không phân cực có hàm lượng nhỏ trong nước.
Với mục đích khai thác tiềm năng ứng dụng của than hoạt tính trong việc xử
lý nước sinh hoạt, đặc biệt một lĩnh vực còn rất mới đó là loại bỏ các cation và
anion trong nước; chúng tôi đã chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu biến tính
than hoạt tính bằng MnO2 và TiO2 làm vật liệu xử lý asen và amoni trong nước”.

1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. ASEN
1.1.1. Giới thiệu chung về Asen
Asen hay còn gọi là thạch tín, có số hiệu nguyên tử 33, khối lượng nguyên tử
của nó bằng 74,92, được Albertus Magnus (Đức) viết vào năm 1250. Asen 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. 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.
Asen hay tồn tại dưới dạng các hợp chất asenua và asenat, nhưng 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)
Trạng thái oxi hóa phổ biến nhất của asen là -3 (asenua: thông thường trong
các hợp chất liên kim loại tương tự như hợp kim), +3 (asenat (III) hay asenit và
phần lớn các hợp chất asen hữu cơ), +5 (asenat (V): phần lớn các hợp chất vô cơ
chứa ôxy của asen ổn định). Asen cũng dễ tự liên kết với chính nó, chẳng hạn tạo
thành các cặp As-As trong sulfua đỏ hùng hoàng (α-As4S4) và các ion As43- vuông
trong khoáng coban asenua có tên skutterudit. Ở trạng thái ôxi hóa +3, tính chất hóa
học lập thể của asen chịu ảnh hưởng bởi sự có mặt của cặp electron không liên kết
[6,8].
Vì tính chất hóa học của asen rất giống với nguyên tố đứng trên nó
là phốtpho, nó tạo thành các ôxít kết tinh, không màu, không mùi
như As2O3 và As2O5, 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 (AsH3). 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.
H2AsO3 ít phân ly là dạng tồn tại chủ yếu trong nước ngầm của asen. Hợp
chất H3AsO3 được hình thành chủ yếu trong môi trường khử yếu. Các hợp chất của
asen với Na có tính hòa tan rất cao. Những muối của asen với Ca, Mg và các hợp
2


chất asen hữu cơ trong môi trường pH gần trung tính, nghèo Ca thì độ hòa tan kém
hơn các hợp chất hữu cơ, đặc biệt asen - axít fluvic thì rất bền vững có xu thế tăng
theo độ pH và tỷ lệ Asen-axít fluvic. Các hợp chất của As(III) dễ bị oxi hóa thành
các hợp chất của As(V).
Asen có thể kết hợp với một số nguyên tố tạo thành các hợp chất asen vô cơ
như các khoáng vật, đá thiên thạch, Reagal (AsS), Orpiment (As2S3), Arsenolite
(As2O3), Arsenopyrit (FeAs2, FeAsS, AsSb), vv . . . Hợp chất của Asen với cacbon
và hydro gọi là hợp chất asen hữu cơ. Thường thì các dạng hợp chất hữu cơ của
asen ít độc hại hơn so với các hợp chất asen vô cơ.
1.1.2. Ảnh hƣởng của asen đến sức khỏe con ngƣời
Asen là chất rất độc hại, có thể gây 19 loại bệnh khác nhau, trong đó có các
bệnh nan y như ung thư da, phổi. IARC công nhận asen nguyên tố và các hợp chất
của asen như là các chất gây ung thư nhóm 1, còn EU liệt kê triôxít asen, pentôxít
asen và các muối asenat như là các chất gây ung thư loại 1.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 asenit As(III) độc hơn so với
asenat As(V).
Asen có thể qua đường thực phẩm, nước uống xâm nhập vào cơ thể người,
“chất phổ biến nhất là asenat [HAsO42-; As(V)] và asenit [H3AsO3; As(III)]”.…, tích
luỹ dần và gây ra quá trình nhiễm độc từ từ. Tuỳ thuộc vào mức độ nhiễm độc, sức

đề kháng của cơ thể người và vấn đề dinh dưỡng, các triệu chứng bệnh lý nhiễm
độc asen có thể xuất hiện sau khi nhiễm từ 5 đến 20 năm. Lúc đầu bệnh lý biểu hiện
dưới dạng các chấm đen trên da rồi sau đó có thể gây ra ung thu da, gan và thận.
Ngay cả khi con người uống nước có hàm lượng asen thấp ( cỡ 0,1mg/L) trong thời
gian dài cũng có thể gây ra bệnh thần kinh. Hiện nay chưa có biện pháp hữu hiệu
chữa bệnh nhiễm độc asen.
1.1.2.1. Asen Vô Cơ
Asen vô cơ tác động lên các enzim hoạt động đảm bảo cho quá trình hô hấp,
nên có thể phá huỷ các mô trong hệ hô hấp, trong gan và thận. Các nghiên cứu đã
chỉ ra cơ chế gây độc chính của asen là do sự liên kết của nó với các nhóm
sunfuahydryl SH, làm mất chức năng hoạt động của các enzim.
SH
Enzym

SH
+

SH

AsO3-3

As - O- +

Enzym

2 OH-

SH

3

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.
OPO32H

C

OPO32-

+ PO43H

OH
C

C
C

O

ATP

OH
O

O

H

PO32-

OPO32H

C

OH
C

Phân huỷ thành sản
phẩm đầu

O

O
AsO33-

1.1.2.2. Asen Hu C
Cỏc hp cht asen(V) (R-AsO3H2) ớt nh hng n hot tớnh ca enzim
nhng trong nhng iu kin thớch hp chỳng cú th kh v dng asen(III) c hn.
Cỏc hp cht asen(III) bao gm aseno v asenoso. Cỏc hp cht aseno b oxi
hoỏ d dng ngay c khi cú vt oxi, tớnh hot ng ca chỳng c cho l do s
chuyn hoỏ thnh cỏc dn xut aseno tng ng. Cỏc dn xut ny cú th c chia
thnh cỏc hp cht th mt ln v cỏc hp cht th hai ln theo phn ng ca chỳng
vi nhúm sunfuahydryl. Nhng hp cht th mt ln, vớ d R-As=O, phn ng vi
enzim cha nhúm -SH.
SR'

R-As

O

+

R-As

2R'SH

SR'

Mt s enzim cha hai nhúm thiol cú th phn ng vi hp cht asen th mt
ln, bng cỏch ú to ra cu trỳc vũng 5 cnh. Phn ng ny thun nghch vi
ithiol. Axit liponic, cn thit cho giai on u trong s oxi hoỏ ca piruvate, b c
ch bng cỏch ny bi liuzit (s dng lm khớ c).
S
protein

AsCH
S

S

SH
CHCl + BAL

+ ClCH

protein
SH

CH2

CHAsH2
S

CH

CH2OH

4


1.1.3. Tình trạng ô nhiễm Asen
Việc cung cấp nước sạch cho sinh hoạt đã là một vấn đề lớn mà cả thế giới
hiện nay quan tâm. Sử dụng nước ngầm được coi như là một giải pháp hữu hiệu cho
việc cung cấp nước sạch khi nguồn nước bề mặt như sông; suối; ao; hồ ngày càng bị
ô nhiễm nặng bởi nước thải từ các nhà máy; xí nghiệp, nước thải sinh hoạt. Nước
ngầm ít chịu ảnh hưởng do con người gây ra. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn
nước bề mặt. Trong nước ngầm, không có hạt keo hay cặn lơ lửng, các chỉ tiêu
trong nước ngầm cũng tốt hơn. Tuy nhiên, việc nhiễm độc kim loại nặng, asen là
một vấn đề đáng lo ngại mà chúng ta phải đối mặt khi khai thác nguồn nước ngầm.
Nguồn asen, kim loại nặng có trong nước ngầm chủ yếu do sự hòa tan các
hợp chất có chứa asen, kim loại nặng có trong đất, đá do quá trình phong hóa, hoạt
động núi lửa và một phần do quá trình sản xuất công nông nghiệp xảy ra.
1.1.3.1. Ô nhiễm Asen trên thế giới
Sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ asen cao là nguyên nhân khiến
hang chục triệu người trên thế giới bị bệnh rụng móng chân, sừng hóa da, ung thư
da. 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 hình 1.1.

5


Hình1.1: Bản đồ phân bố khu vực ô nhiễm asen trên thế giới [3,7]
Năm 1953, Trung Quốc phát hiện trường hợp bệnh nhân nhiễm độc asen đầu
tiên. 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. Số liệu thống kê cho thấy 88% nhiễm qua thực phẩm, 5% từ không khí và
7% từ nước uống. 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).
Ở Archentina cũng có tới 20000 bệnh nhân nhiễm độc Asen. 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
asen.
Asen trong nước ngầm có nguồn gốc tự nhiên, do các điều kiện thiếu ôxy của
lớp đất gần bề mặt nên nó được giải phóng ra từ trầm tích vào nước ngầm. 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, nước ngầm bắt đầu được sử dụng. 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. Tình hình ô nhiễm asen tại Việt Nam
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. Do cấu tạo tự nhiên của địa chất, nhiều vùng của nước ta
nước ngầm bị nhiễm asen. 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

6


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, mẫu nước ngầm đã được các nhà địa hoá và địa chất thuỷ văn
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).
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.
Trong 6 tháng đầu năm 1999, Văn phòng đại diện UNICEF tại Hà Nội và
Trung tâm nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường nông thôn trung ương đã tiến hành
xét nghiệm mẫu nước của 351 trong số tổng số 519 giếng khoan ở Quỳnh Lôi (Hai
Bà Trưng - Hà Nội) và kết quả là 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 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 1 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, 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.
1.1.4. Một số công nghệ xử lý asen
Theo các nhà chuyên môn, hiện nay có khá nhiều công nghệ khử asen trong
nước dưới đất. Công nghệ phù hợp cần được chọn dựa theo các nghiên cứu cụ thể
7


các điều kiện như loại nguồn nước, đặc điểm thành phần hóa học của chúng; điều
kiện địa chất thủy văn, khí tượng. Nguyên tắc để chọn công nghệ là phải đạt được
các tiêu chí: Chất lượng nước sau xử lý phải đạt yêu cầu sử dụng; công nghệ đơn
giản; giá thành thấp; không sử dụng hoặc yêu cầu điện năng tối thiểu; có khả năng
áp dụng cho các loại nguồn nước khác nhau, với công suất cấp nước qui mô phục
vụ khác nhau; sử dụng được các nguyên vật liệu nhân công địa phương; được cộng
đồng chấp nhận.
1.1.4.1. Công nghệ kết tủa, lắng, lọc

Quá trình kết tủa và lọc, hoặc sử dụng muối kim loại hoặc làm mềm nước
bằng vôi liên quan đến phần lớn các phương pháp xử lý asen. Phương pháp xử lý
này rất có hiệu quả khi loại bỏ các chất rắn lơ lửng và hoà tan ngoài asen như độ
đục, sắt, mangan, phốt phát và florua. Nó còn có hiệu quả trong việc làm giảm mùi,
mầu và giảm nguy cơ hình thành các chất ô nhiễm thứ cấp.
Muối nhôm và muối sắt clorua hoặc sunphat là các muối kim loại thường
được sử dụng. Ở quy mô phòng thí nghiệm và ở các điều kiện tối ưu, hiệu quả xử lý
asen bằng muối nhôm hoặc muối sắt lên tới 99% và nồng độ asen còn lại dưới
1mg/L. Còn đối với các hệ xử lý thực tiễn ngoài hiện trường thì hiệu quả xử lý thấp
hơn khoảng từ 50 đến 90%.
Trong quá trình keo tụ và lắng/lọc, asen được loại bỏ thông qua ba cơ chế
chính:
 Kết tủa: Sự hình thành của các hợp chất ít tan như Al(AsO4) hoặc Fe(AsO4)
 Cộng kết: Kết hợp các dạng asen tan vào các pha hydroxit kim loại
 Hấp phụ: Sự liên kết tĩnh điện họăc các lực vật lý khác của asen tan với bề
mặt của các hạt hydroxit kim loại.
Cả ba cơ chế này có thể sử dụng độc lập đối với quá trình loại bỏ chất ô
nhiễm.
1.1.4.2. Oxi hoá/khử
As(III) thường được oxi hoá lên trạng thái As(V) trước khi xử lý vì hầu hết
các công nghệ xử lý asen chỉ có hiệu quả cao đối với việc loại bỏ asen ở dạng
As(V). Khí clo, khí ozon, kali pemanganat, hydro peoxit, tác nhân Fenton’s
(H2O2/Fe2+)... là các tác nhân hoá học thường được sử dụng để oxi hoá asenit thành
asenat. Một số chất rắn như mangan oxit cũng được sử dụng để oxi hoá asen.
Ngoài ra, sử dụng trực tiếp các bức xạ từ mặt trời với sự có mặt của các chất
xúc tác như sunfua, Fe3+, xitrat... cũng là một phương pháp để oxi hoá asenit thành
8


asenat. Nếu chỉ sử dụng quá trình oxi hoá thì không thể loại bỏ asen ra khỏi dung

dịch. Vì thế, quá trình này thường phải kết hợp với các quá trình kết tủa, hấp thụ
hoặc trao đổi ion.
1.1.4.3. Công nghệ hấp phụ và trao đổi ion.
Phương pháp hấp phụ là sử dụng các vật liệu có diện tích bề mặt lớn, có ái
lực lớn với các dạng asen hoà tan để loại bỏ asen ra khỏi nước. Người ta đã phát
hiện ra khả năng hấp phụ asen của nhôm oxit đã hoạt hoá (Al2O3), các vật liệu có
chứa oxit, hyđroxit sắt, các loại quặng sắt tự nhiên: limonit, laterit...
Phương pháp trao đổi ion có thể được xem là một dạng đặc biệt của phương
pháp hấp phụ. Trong quá trình trao đổi ion, vị trí của các ion bị hấp phụ trên bề mặt
chất rắn bị thay thế bởi các ion hoà tan trong dung dịch. Trong việc xử lý nước để
loại bỏ các chất hoà tan không mong muốn ra khỏi nước, nhựa trao đổi ion được sử
dụng rộng rãi. Các loại nhựa này có một bộ khung polyme liên kết ngang, được gọi
là nền. Thông thường, nền này được tạo thành do polystyren liên kết ngang với
đivinylbenzen. Các nhóm chức tích điện liên kết với nền thông qua các liên kết
cộng hoá trị. Phương pháp này rất hiệu quả trong việc loại bỏ asen. Tuy nhiên, nếu
trong dung dịch, nồng độ các ion cạnh tranh với asen (như sunfat, florua, nitrat...)
lớn, hiệu suất của quá trình sẽ bị giảm.
1.1.4.4. Các phương pháp vật lý
Các phương pháp như: thẩm thấu ngược, màng lọc nano, điện thẩm tách có
khả năng loại bỏ tất cả các dạng asen cùng muối khoáng hòa tan ra khỏi nước.
Trong quá trình này, nước được chảy qua một màng lọc đặc biệt mà ở đó,
các chất gây ô nhiễm được giữ lại nhờ các tương tác vật lý. Để xứ lý nước bằng
phương pháp lọc màng, trước hết người ta phải loại bỏ các chất rắn lơ lửng và đưa
asen về dạng As(V).

1.2. AMONI
1.2.1. Giới thiệu chung về Amoni
Amoni bao gồm có 2 dạng: không ion hoá (NH3) và ion hoá (NH4). Nguồn
gốc của Amoni trong môi trường nước là từ các quá trình chuyển hóa, nông nghiệp,
công nghiệp và từ sự khử trùng nước bằng cloramin. Lượng Amoni tự nhiên ở trong

nước bề mặt và nước ngầm thường thấp hơn 0,2mg/lít. Các nguồn nước hiếm khí có
thể có nồng độ Amoni lên đến 3mg/lít.
Có nhiều nguyên nhân có thể dẫn đến sự gia tăng hàm lượng Amoni trong
nước mặt như việc chăn nuôi gia súc quy mô lớn, sự nhiễm bẩn Amoni từ các đoạn
9


nối ống bằng vữa xi măng. Amoni trong nước là một chất ô nhiễm do chất thải động
vật, nước cống và khả năng nhiễm khuẩn. Khi hàm lượng Amoni trong nước ăn
uống cao hơn tiêu chuẩn cho phép chứng tỏ nguồn nước đã bị ô nhiễm bởi chất thải
động vật, nước cống và có khả năng xuất hiện các loại vi khuẩn, kể cả vi khuẩn gây
bệnh.
Lượng Amoni trong môi trường so với sự tổng hợp bên trong cơ thể là không
đáng kể. Tác hại của nó chỉ xuất hiện khi tiếp xúc với liều lượng khoảng trên
200mg/kg thể trọng.
Với những lý do trên đây, Amoni được xếp vào nhóm các chỉ tiêu cảm quan
(được đánh dấu bằng chữ a trong bảng tiêu chuẩn theo quyết định 1329/2002/BYTQĐ của Bộ Y tế). Khi Amoni trong nước ăn uống vượt quá tiêu chuẩn cho phép thì
chưa ảnh hưởng lắm tới sức khoẻ nhưng đó là dấu hiệu cho thấy nguồn nước bị ô
nhiễm bởi chất thải có nguồn gốc động vật và có thể chứa các vi khuẩn gây bệnh.
1.2.2. Ảnh hƣởng của Amoni đối với sức khỏe con ngƣời
Amoni thật ra không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Tuy
nhiên, trong quá trình khai thác , lưu trữ và xử lý… Amoni có th ể bị chuyển hóa
thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) là những chấ t có tính đô ̣c ha ̣i tới con người vì nó
có thể chuyển hoá thành Nitrosamin có khả năng gây ung thư cho con người . Chính
vì vậy qui định nồng độ nitrit cho phép trong nước sinh hoạt là khá th ấp.
Như vâ ̣y ở trong nước ng ầm amoni không thể chuyể n hoá đươ ̣c do thiế u oxi ,
khi khai thác lên v i sinh vâ ̣t trong nước nhờ oxi trong không khí chuyể n amoni
thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) tích tụ trong thức ăn . Khi ăn uố ng nước có chứa
nitrit thì cơ thể sẽ hấ p thu nitrit vào m áu và chất này sẽ tranh oxi của hồng cầu làm
hemoglobin mấ t khả năng lấ y oxi , dẫn đế n trình tra ̣ng thiế u máu , xanh da. Vì vậy,

nitrit đă ̣c biê ̣t nguy hiể m đố i với trẻ mới sinh dưới sáu tháng tu
ổi, nó có t hể làm
châ ̣m sự phát triể n , gây bê ̣nh ở đường hô hấ p . Đối với người lớn , nitrit kết hơ ̣p với
các axit amin trong thực phẩm làm thành một h ợp chấ t nitrosami. Nitrosamin có thể
gây tổ n thương di truyề n tế bào , nguyên nhân gây ung thư. Những thí nghiê ̣m cho
nitrit vào trong thức ăn, thức uố ng của chuô ̣t, thỏ…với hàm lượng vượt ngưỡng cho
phép thì thấy sau một thời gian nh ững khố i u sinh ra trong gan , phổ i, vòm họng của
chúng [3].
Các hợp chất nitơ trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho
người sử dụng nước. Nitrat tạo ra chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các
amin để tạo nên những nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở người cao tuổi. Trẻ
10


sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nước dùng để pha sữa.
Sau khi lọt vào cơ thể, nitrat được chuyển hóa nhanh thành nitrit nhờ vi khuẩn
đường ruột. Ion nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khỏe con người. Khi tác
dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo thành các
hợp chất chứa nitơ gây ung thư.
1.2.3. Tình trạngô nhiễm Amoni ở Việt Nam
1.2.3.1. Nguồ n gố c ô nhiễm amoni trong nước ngầ m ở Viê ̣t Nam
Có nhiều nguyên nhân dẫn đến trình trạng nhiễm bẩn amoni và các chất hữu
cơ trong nước ngầ m nhưng mô ̣t trong những nguyên nhân chính là do viê ̣c sử du ̣ng
quá mức lượng phân bón hữu cơ, thuố c trừ sâu, hoá chất, thực vâ ̣t đã gây ảnh hưởng
nghiêm tro ̣ng đế n nguồ n nước , hoă ̣c do quá trình phân huỷ các hơ ̣p chấ t hữu cơ và
các chất trên càng làm đẩ y nhanh quá trin
̀ h nhiễm amoni trong nước ngầ m . Ngoài ra
mức đô ̣ ô nhiễm còn phu ̣ thuô ̣c vào loa ̣i hin
̀ h canh tác của từng khu vực .
Do cấ u ta ̣o điạ chấ t và lich

̣ sử hình thành điạ tầ ng : Kế t quả của những hoa ṭ
đô ̣ng điạ chấ t (xói mòn, xâm thưc…) đã hin
̀ h thành lên tầ ng chứa nước cuô ̣i s ỏi Đê ̣
Tứ. Đây là nguồ n nước chính đươ ̣c khai thác cung cấ p nước sinh hoa ̣t cho các hoa ̣t
đô ̣ng số ng của con người. Tầ ng Đê ̣ Tứ bao gồ m nhiề u loa ̣i kiế n tạo với các loại trầm
tích khác nhau về nguồn gốc . Nhưng nhìn chung các tầ ng này đề u có chứa các ha ̣t
than bùn , đấ t có lẫn các h ợp chất hữu cơ . Khả năng di chuyể n chấ t bẩ n vào tầ ng
nước có liên quan chă ̣t chẽ đến thành phầ n ha ̣t . Hạt càng khô tính lưu thông càng
lớn, khả năng hấ p thu ̣ nhỏ , các chất bẩn di chuyể n dễ dàng , hạt mịn thì ngược lại .
Do quá trình khai thác nước ngày càng mở rộng đã kéo theo giải phóng các hợp
chất của N được phát sinh ngay trong lớp đất bùn chứa nhiều chất hữu cơ bị phân
hủy, điều này dẫn đến hàm lượng N trong nước ngầm tăng lên
Do sự tồ n taị của nguồ n ô nhiễm nằ m ở phía trên mặt đấ t
: Trong nhiề u
năm qua cùng với sự phát triể n của đời số ng xã hô ̣i , sự phát triển của công nghệp và
nông nghiê ̣p chúng ta đã thải vào môi trường mô ̣t lươ ̣ng lớn chấ t thải , mà trong đó
cả nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt đều có hàm lượng chất hữu cơ gây ô
nhiễm sinh ho ̣c cao .Trình trạng khoan khai thác nước mô ̣t cánh tuỳ tiê ̣n của tư nhân
hiê ̣n nay rấ t phổ biế n . Giế ng đươ ̣c khoan có đô ̣ sâu từ 25 m đế n 30 m là nguồ n gố c
tạo ra các cửa sổ thuỷ văn đưa chất nhiễm bẩn xuống nước ngầm
. Ngoài ra việc
khai thác nướ c ngầ m với khố i lươ ̣ng lớn mà lươ ̣ng nước mới không kip̣ bổ xung và
đã ta ̣o ra các ph ễu hạ thấp mực nước, đều này cũng góp phầ n làm cho chấ t bẩ n xâm
nhâ ̣p nhanh hơn . Để bù đắ p lươ ̣ng nước ngầ m bi ̣khai thác , quá trình xâm thực tự
11


nhiên đươ ̣c đẩ y ma ̣nh , nước ngầ m đươ ̣c bổ xung bằ ng viê ̣c thấ m từ nguồ n nước mă ̣t
xuố ng. Đây chính là nghiên nhân của sự gia tăng nồ ng đô ̣ các chấ t ô nhiễm trong
nước ngầ m bởi các chấ t có nguồ n gố c nhân ta ̣o . Do viê ̣c phóng thải mô ̣t lươ ̣ng lớn

các chất thải, nước thải có chứa nhiề u hơ ̣p chấ t Nitơ hoà tan trong nước đã dẫn đế n
sự gia tăng nồ n g đô ̣ các chấ t Nitơ trong nước bề mă ̣t , ví dụ sản phẩm của quá trình
Urê hoá , amoni và muố i amon từ phân bón, từ quá trin
̀ h thố i r ữa và từ dây chuyề n
sinh ho ̣c cũng như từ nước thải sinh hoa ̣t và nước thải công nghiê ̣p…Các chấ t này
theo nước mă ̣t thấ m xuyên từ trên xuố ng hoă ̣c thấ m qua sườn các con sông

, xâm

nhâ ̣p vào nước ngầ m dẫn tới trình tra ̣ng tăng nồ ng đô ̣ amoni trong nước ngầ m .
Do chiều dày đới thông khí : Khi chiề u dày đới thông khí (hay chiề u dày
đường thấ m ) càng nhỏ khả năng xâm nhập các chất bẩn vào tầng chứa nước càng
nhiề u. Nhưng riêng đố i với hơ ̣p chấ t nitrat và nitrit thì chiề u dày đới thông khí lớn ,
quá trình nitrat hoá diễn ra thuận lợi , còn chiều dày đới thông khí nhỏ quá trin
̀ h
nitrat hoá yế u hơn . Đối với thực tế trong điều kiện đới thông khí cà ng dày khi đó
hàm lượng oxi xâm nhâ ̣p từ khí quyể n và các nguồ n khác trên mă ̣t đấ t vào đới thông
khí sẽ lớn, thúc đẩy các đi ều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí .
Khi đó quá trình nitrat hoá xảy ra và làm tăng hàm lươ ̣ng NO 2- và NO3-.
Do độ dố c thuỷ lực lớn : Những nơi có cường đô ̣ dòng chảy ma ̣nh làm tăng
khả năng xâm nhập của các chất ô nhiễm vào nước ngầm . Những khu vực nằ m dưới
đô ̣ dố c cao thường có hàm lươ ̣ng ô nhiễm nă ̣ng hơn những vùng có đô ̣ dố c thấ p
Điề u này phù hơ ̣p với qui luâ ̣t vâ ̣n đô ̣ng tự nhiên của vâ ̣t chấ t .[5]

.

1.2.3.2. Hiện trạng ô nhiễm amoniở Việt Nam
Theo đánh giá của nhiề u báo cáo và hô ̣i thảo khoa ho ̣c thì trình tra ̣ng ô nhiễm
amoni trong nước ngầ m đã đươ ̣c phát hiê ̣n ta ̣i nhiề u vùng trong cả nước . Chẳ ng ha ̣n
như ta ̣i thành phố Hồ Chí Minh : Theo chi cu ̣c bảo vê ̣ môi trường thành phố Hồ Chí

Minh (TP Hồ Chí Minh ), kế t quả quan trắ c nước ngầ m tầ ng nông gầ n đây cho thấ y
lươ ̣ng nước ngầ m ở khu vực ngoa ̣i thành đang diễn biế n ngày càng xấ u đi . Cụ thể
nước ngầ m ở trạm Đông Tha ̣ch (huyê ̣n Hóc Môn) bị ô nhiễm amoni (68,73 mg/l cao
gấ p 1,9 lầ n so với năm 2005) và có hàm lượng nhôm cao , đô ̣ mă ̣n tăng và mức đô ̣ ô
mhiễm chấ t hữu cơ cũng tăng nhanh trong những năm gầ n đây ; nồ ng đô ̣ sắ t trong
nước ngầ m của mô ̣t số khu vực khác như Linh Trung , Trường Tho ̣ (Thủ Đức), Tân
Tạo (Bình Chánh)…cũng khá cao (11,76 đến 27,83 mg/l) vươ ̣t tiêu chuẩ n cho phép
gầ n 50 lầ n [5].

12


Ngoài ra còn có một số khu vực khác cũng bị ô nhiễm amoni trong nước
ngầm nhưng khu vực bị ô nhiễm amoni trong nước ngầm nặng nề nhất trong c
ả
nước là khu vực đồ ng bằ ng Bắ c Bô ̣ . Theo kế t quả khảo sát của trung tâm nghiên
cứu thuô ̣c trung tâm khoa ho ̣c tự nhiên và công nghê ̣ quố c gia và trường Đa ̣i Ho ̣c
Mỏ-Điạ Chấ t thì phần lớn nước ngầm khu vực đồng bằng Bắc Bộ gồm các tỉnh như :
Hà Tây, Hà Nam, Nam Đinh,
̣ Ninh Bin
̀ h, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình và phía
nam Hà Nô ̣i đề u bi ̣nhiễm bẩ n amoni rấ t nă ̣ng
. Xác suất các nguồn nước ngầm
nhiễm amoni có nồ ng đô ̣ cao hơn tiêu chuẩ n nước sinh hoa ̣t

(3 mg/l) khoảng 70-

80%. Trong nhiề u nguồ n nước ngầ m còn chứa nhiề u hơ ̣p chấ t hữu cơ , đô ̣ oxi hoá có
nguồ n đa ̣t 30-40 mg O2/l. Có thể cho rằng phần lớn các nguồn nước ngầm đang sử
dụng không đạt tiêu chuẩn về amoni và các hợp chất hữu cơ [5].

Theo kế t quả khảo sát của các nhà khoa ho ̣c Viê ̣n Điạ lý thuô ̣c Viê ̣n Khoa
Học và Công Nghệ Việt Nam thì hầu như các mẫu nước từ các huyện của tỉnh Hà
Nam đều có tỷ lệ nhiễm amoni ở mức đáng báo động . Chẳ ng hạn như ta ̣i Lý Nhân
có mẫu nước với hàm lượng lên tới 111,8 mg/l gấ p 74 lầ n so với tiêu chuẩ n Bô ̣ Y Tế
(TC BYT), còn ở Duy Tiên là 93,8 mg/l gấ p 63 lầ n…Trong khi đó , các kết quả khảo
sát của trường Đại Học Mỏ-Điạ Chấ t Hà Nô ̣i cũng cho biế t chấ t lươ ̣ng nước ngầ m ở
tầ ng ma ̣ch nông và ma ̣ch sâu ta ̣i các điạ phương này cũng có hàm lươ ̣ng Nitơ trung
bình > 20 mg/l vươ ̣t mức tiêu chuẩ n Viê ̣t Nam cho phé p rấ t nh iề u lầ n . (Tiêu chuẩ n
nước vê ̣ sinh ăn uố ng 1329/BYT-2002 đố i với nồ ng đô ̣ NH 4+ tố i đa cho phép là 1,5
mg/l)[3].
1.2.4. Một số công nghệ xử lý Amoni
1.2.4.1. Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng
Amoni ở trong nước tồ n ta ̣i dưới da ̣ng cân bằ ng:
NH4+
NH3 (khí hoà tan) + H+ ; pka = 9,5
Như vâ ̣y, ở PH gần 7 chỉ có một lượng rất nhỏ khí NH 3 so với ion amoni .
Nế u ta nâng PH tới 9,5 tỷ lệ [NH3]/[ NH4+] = 1, và càng tăng PH cân bằ ng càng
chuyể n về phiá ta ̣o thành NH 3. Khi đó nế u áp du ̣ng các kỹ thuâ ̣t su ̣c khí hoă ̣c thổ i
khí thì NH3 sẽ bay hơi theo định luật Henry, làm chuyển cân bằng về phía phải :
NH4+ + OHNH3 + H2O
Trong thực tế PH phải nâng lên xấ p xỉ 11, lươ ̣ng khí cầ n để đuổ i NH 3 ở mức
1600 m3 không khí / m3 nước và quá trình phu ̣ thuô ̣c vào nhiê ̣t đô ̣ của môi trường .
Phương pháp này áp du ̣ng đươ ̣c cho nước thải , khó có thể đưa được nồng độ NH 4+
xuố ng dưới 1,5mg/l nên rấ t hiế m khi đươ ̣c áp du ̣ng để xử lý nước cấ p .
13


1.2.4.2. Phương pháp Ozon hoá với xúc tác Bromua(Br-)[5]
Để khắ c phu ̣c nhươ ̣c điể m của phương pháp Clo hoá điể m đô ̣t biế n người ta
có thể thay thế một số tác nhân oxi hoá khác là ozon với sự có mặt của Br -. Về cơ

bản xử lý NH 4+ bằ ng O 3 với sự có mă ̣t của Br - cũng diễn ra theo cơ chế giống như
phương pháp xử lý dùng Clo . Dưới tác du ̣ng của O 3, Br- bị oxi hoá thành BrO - theo
phản ứng sau đây:
Br- + O3 + H+ = HBrO + O2
Phản ứng oxi hoá NH4+ đươ ̣c thực hiê ̣n bởi ion BrO- giố ng như của ion ClONH3

+ HBrO = NH2Br + H2O

NH2Br + HBrO = NHBr2 + H2O
NH2Br + NHBr2 = N2 + 3Br- + H+
Đây chiń h là điể m tương đồ ng của hai phương pháp Clo hoá và Ozon hoá
xúc tác Br- .
1.3. Than hoạt tính
Than hoạt tính là chất hấp phụ quí và linh hoạt, được sử dụng rộng rãi cho
nhiều mục đích như loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn và các tạp chất hữu cơ,
vô cơ trong nước thải công nghiệp và sinh hoạt, thu hồi dung môi, làm sạch không
khí, trong kiểm soát ô nhiễm không khí từ khí thải công nghiệp và khí thải động cơ,
trong làm sạch nhiều hóa chất, dược phẩm, sản phẩm thực phẩm và nhiều ứng dụng
trong pha khí. Chúng được sử dụng ngày càng nhiều trong lĩnh vực luyện kim để
thu hồi vàng, bạc, và các kim loại khác, làm chất mang xúc tác. Chúng cũng được
biết đến trong nhiều ứng dụng trong y học, được sử dụng để loại bỏ các độc tố và vi
khuẩn của một số bệnh nhất định. Cacbon là thành phần chủ yếu của than hoạt tính
với hàm lượng khoảng 85 – 95%.
Bên cạnh đó than hoạt tính còn chứa các nguyên tố khác như hidro, nitơ, lưu
huỳnh và oxi. Các nguyên tử khác loại này được tạo ra từ nguồn nguyên liệu ban
đầu hoặc liên kết với cacbon trong suốt quá trình hoạt hóa và các quá trình khác.
Thành phần các nguyên tố trong than hoạt tính thường là 88% C, 0,5% H, 0,5% N,
1%S, 6 –7% O. Tuy nhiên hàm lượng oxy trong than hoạt tính có thể thay đổi từ 120% phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu, cách điều chế. Than hoạt tính
thường có diện tích bề mặt nằm trong khoảng 800 đến 1500m2/g và thể tích lỗ xốp
từ 0,2 đến 0,6cm3/g [19].

Diện tích bề mặt than hoạt tính chủ yếu là do lỗ nhỏ có bán kính nhỏ hơn
2nm. Than hoạt tính chủ yếu được điều chế bằng cách nhiệt phân nguyên liệu thô
14


chứa cacbon ở nhiệt độ nhỏ hơn 10000C. Quá trình điều chế gồm 2 bước: Than hóa
ở nhiệt độ dưới 8000C trong môi trường trơ và sự hoạt hóa sản phẩm của quá trình
than hóa ở nhiệt độ khoảng 950–10000C.
1.3.1. Đặc tính của than hoạt tính
Than hoạt tính với sự sắp xếp ngẫu nhiên của các vi tinh thể và với liên kết
ngang bền giữa chúng, làm cho than hoạt tính có một cấu trúc lỗ xốp khá phát triển.
Chúng có tỷ trọng tương đối thấp (nhỏ hơn 2g/cm3) và mức độ graphit hóa thấp. Cấu
trúc bề mặt này được tạo ra trong quá trình than hóa và phát triển hơn trong quá trình
hoạt hóa, khi làm sạch nhựa đường và các chất chứa cacbon khác trong khoảng trống
giữa các tinh thể. Quá trình hoạt hóa làm tăng thể tích và làm rộng đường kính lỗ. Cấu
trúc lỗ và sự phân bố cấu trúc lỗ của chúng được quyết định chủ yếu từ bản chất
nguyên liệu ban đầu và phương pháp than hóa.
Than hoạt tính có bề mặt riêng phát triển và thường được đặc trưng bằng cấu
trúc nhiều đường mao dẫn phân tán, tạo nên từ các lỗ với kích thước và hình dạng
khác nhau. Người ta khó có thể đưa ra thông tin chính xác về hình dạng của lỗ xốp.
Có vài phương pháp được sử dụng để xác định hình dạng của lỗ, các phương pháp
này đã xác định than thường có dạng mao dẫn mở cả hai đầu hoặc có một đầu kín,
thông thường có dạng rãnh, dạng chữ V và nhiều dạng khác.
Than hoạt tính có lỗ xốp từ 1 nm đến vài nghìn nm. Dubinin đề xuất một
cách phân loại lỗ xốp đã được IUPAC chấp nhận. Sự phân loại này dựa trên chiều
rộng của chúng, thể hiện khoảng cách giữa các thành của một lỗ xốp hình rãnh hoặc
bán kính của lỗ dạng ống. Các lỗ được chia thành 3 nhóm, lỗ nhỏ, lỗ trung và lỗ lớn.
Lỗ nhỏ (Micropores) có kích thước cỡ phân tử, bán kính hiệu dụng nhỏ hơn
2nm. Sự hấp phụ trong các lỗ này xảy ra theo cơ chế lấp đầy thể tích lỗ, và không
xảy ra sự ngưng tụ mao quản. Năng lượng hấp phụ trong các lỗ này lớn hơn rất

nhiều so với lỗ trung hay bề mặt không xốp vì sự nhân đôi của lực hấp phụ từ các
vách đối diện nhau của vi lỗ. Nói chung chúng có thể tích lỗ từ 0,15 – 0,70cm3/g.
Diện tích bề mặt riêng của lỗ nhỏ chiếm 95% tổng diện tích bề mặt của than hoạt
tính. Dubinin còn đề xuất thêm rằng cấu trúc vi lỗ có thể chia nhỏ thành 2 cấu trúc
vi lỗ bao gồm các vi lỗ đặc trưng với bán kính hiệu dụng nhỏ hơn 0,6 – 0,7nm và
siêu vi lỗ với bán kính hiệu dụng từ 0,7 đến 1,6nm. Cấu trúc vi lỗ của than hoạt tính
được xác định rõ hơn bằng hấp phụ khí, hơi và công nghệ tia X.
Lỗ trung (Mesopore) hay còn gọi là lỗ vận chuyển có bán kính hiệu dụng từ
2 đến 50 nm, thể tích của chúng thường từ 0,1 đến 0,2cm3/g. Diện tích bề mặt của lỗ
15


này chiếm không quá 5% tổng diện tích bề mặt của than. Tuy nhiên, bằng phương
pháp đặc biệt người ta có thể tạo ra than hoạt tính có lỗ trung lớn hơn, thể tích của
lỗ trung đạt được từ 0,2 – 0,65cm3/g và diện tích bề mặt của chúng đạt 200m2/g.
Các lỗ này đặc trưng bằng sự ngưng tụ mao quản của chất hấp phụ với sự tạo thành
mặt khum của chất lỏng bị hấp phụ.
Lỗ lớn (Macropore) không có nhiều ý nghĩa trong quá trình hấp phụ của
than hoạt tính bởi vì chúng có diện tích bề mặt rất nhỏ và không vượt quá 0,5m2/g.
Chúng có bán kính hiệu dụng lớn hơn 50nm và thường trong khoảng 500- 2000nm
với thể tích lỗ từ 0,2 – 0,4cm3/g. Chúng hoạt động như một kênh cho chất bị hấp
phụ vào trong lỗ nhỏ và lỗ trung. Các lỗ lớn không được lấp đầy bằng sự ngưng tụ
mao quản.
Do đó, cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính có 3 loại bao gồm lỗ nhỏ, lỗ trung
và lỗ lớn. Mỗi nhóm này thể hiện một vai trò nhất định trong quá trình hấp phụ.Lỗ
nhỏ chiếm 1 diện tích bề mặt và thể tích lớn do đó đóng góp lớn vào khả năng hấp
phụ của than hoạt tính, miễn là kích thước phân tử của chất bị hấp phụ không quá
lớn để đi vào lỗ nhỏ. Lỗ nhỏ được lấp đầy ở áp suất hơi tương đối thấp trước khi bắt
đầu ngưng tụ mao quản. Mặt khác, lỗ trung được lấp đầy ở áp suất hơi tương đối
cao với sự xảy ra ngưng tụ mao quản. Lỗ lớn có thể cho phân tử chất bị hấp phụ di

chuyển nhanh tới lỗ nhỏ hơn
Nhóm cacbon – oxi bề mặt là những nhóm quan trọng nhất ảnh hưởng đến
đặc trưng bề mặt như tính ưa nước, độ phân cực, tính acid, và đặc điểm hóa lý như
khả năng xúc tác, dẫn điện và khả năng phản ứng của các vật liệu này[6], [15], [19].
Thực tế, oxi đã kết hợp thường được biết là yếu tố làm cho than trở nên hữu ích và
hiệu quả trong một số lĩnh vực ứng dụng nhất định. Ví dụ, oxi có tác động quan
trọng đến khả năng hấp phụ nước và các khí, hơi có cực khác, ảnh hưởng đến sự
hấp phụ chất điện phân, lên than sử dụng làm chất lọc trong cao su và nhựa, lên độ
nhớt của graphit cũng như lên tính chất của nó khi là một thành phần trong phản
ứng hạt nhân. Trong trường hợp của sợi cacbon, nhóm bề mặt quyết định khả năng
bám dính của nó vào chất nền là nhựa và sau đó là đặc điểm vật liệu composite.
Theo Kipling, các nguyên tử oxy và hydro là những thành phần cần thiết của than
hoạt tính với đặc điểm hấp phụ tốt, và bề mặt của vật liệu này được nghiên cứu như
một bề mặt hydrocacbon biến đổi ở một sốtính chất bằng nguyên tử oxi.
Than hoạt tính cũng có thể được oxi hóa bằng nhiệt trong không khí, CO2
hoặc oxi. Bản chất và số lượng nhóm oxi - cacbon bề mặt tạo thành từ các sự oxi
16


hóa khác nhau phụ thuộc vào bản chất bề mặt than và cách tạo ra nó, diện tích bề
mặt của nó, bản chất chất oxi hóa và nhiệt độ quá trình. Phản ứng của than hoạt tính
với oxi ở nhiệt độ dưới 4000C chủ yếu tạo ra sự hấp phụ hóa học oxi và sự tạo thành
hợp chất cacbon – oxi bề mặt, khi ở nhiệt độ trên 4000C, sự phân hủy hợp chất bề
mặt và khí hóa cacbon là các phản ứng trội hơn hẳn [19].
C + O2→ C(O) (<4000C)
C + O2→ CO + CO2 (>4000C)

Sự tạo thành hợp chất bề mặt
Sự khí hóa

C(O) → CO + CO2 (>4000C)

Sự phân hủy hợp chất bề mặt

Trong trường hợp sự oxi hóa xảy ra trong dung dịch, phản ứng chính là sự
tạo thành hợp chất bề mặt, mặc dù một vài quá trình khí hóa cũng có thể xảy ra phụ
thuộc độ mạnh của chất oxi hóa và sự khắc nghiệt của điều kiện thí nghiệm. Sự tạo
thành hợp chất cacbon – oxi bề mặt sử dụng than khác nhau. Than hoạt tính và muội
than sử dụng nhiều cách oxi hóa trong pha khí và pha lỏng đã được nghiên cứu
nhiều hơn. Đối những than có đặc trưng axit – bazơ, nhiều nhà khoa học đã bỏ công
sức nghiên cứu để góp phần tìm hiểu nguyên nhân và cơ chế than có bản chất axit
hay bazơ. Một vài thuyết, ví dụ thuyết điện hóa học của Burstein và Frumkin,,
thuyết oxit của Shilov và trường của ông, thuyết pyron của Voll và Boehm đã được
đưa ra để giải thích cho đặc trưng axit – bazơ của than. Các thuyết này và các
nghiên cứu liên quan đã được xem xét lại một cách kỹ lưỡng và được xem xét trong
một vài bài báo tổng kết. Bây giờ người ta đã chấp nhận rằng đặc trưng axit – bazơ
của than là kết quả của quá trình oxi hóa bề mặt, phụ thuộc vào cách tạo thành và
nhiệt độ của quá trình oxi hóa. Dạng nhóm cacbon – oxi bề mặt (axit, bazơ, trung
hòa) đã được xác định, các nhóm axit bề mặt là rất đặc trưng và được tạo thành khi
than được xử lý với oxi ở nhiệt độ trên 4000C hoặc bằng phản ứng với dung dịch
oxi hóa ở nhiệt độ phòng.
Các nhóm chức này ít bền nhiệt và phân hủy khi xử lý nhiệt trong chân
không hoặc trong môi trường khí trơ ở nhiệt độ từ 3500C đến 7500C và giải phóng
CO2. Các nhóm chức axit bề mặt này làm cho bề mặt than ưa nước và phân cực, các
nhóm này là caboxylic, lacton, phenol. Nhóm oxi bazơ trên bề mặt ít đặc trưng hơn
và được tạo ra khi một bề mặt than không còn bất kỳ nhóm oxy bề mặt nào khi xử
lý nhiệt trong chân không hoặc trong môi trường trơ ở nhiệt độ 10000C sau đó làm
nguội ở nhiệt độ phòng, được tiếp xúc với khí oxi. Garten và Weiss đề xuất cấu trúc
dạng pyron cho nhóm chức bazo, nhóm chức này cũng được biết như cấu trúc
chromene. Cấu trúc này có vòng chứa oxy với nhóm hoạt hóa - CH2, - CHR. Theo

17