Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam bằng phương pháp nano oxit sắt từ

Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ

1 MỤC LỤC

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

1

1
1


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

2

2
2


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ

2 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

3

3
3


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ

3 CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
QCVN
As
TB
GDP
nnk
Eh
IR
XRD
SEM
TEM
TGA
GK
GĐ
STT
dd
g

CETASD

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia của Việt Nam
Asen
Trung bình
Tổng sản phẩm quốc nội
Người cộng sự
Điện thế
Infra red (phổ hồng ngoại)
X – ray diffraction (nhiễu xạ tia X)
Scanning Electron Microscope (kính hiển vi điện tử quét)
Transmission electron microscopy (kính hiển vi điện tử truyền qua)
Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermogravimetric analysis)
Giếng khoan
Giếng đào
Số thứ tự
Dung dịch
Gam
Trung tâm Công nghệ Môi trường và Phát triển bền vững

4

4
4


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam

bằng phương pháp nano oxit sắt từ

4 PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Asen (As) là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể, nhưng ở liều lượng cao
thì rất độc. Độc tính này của Asen được con người biết đến từ thời xa xưa mà người
Việt Nam thường gọi với cái tên “ thạch tín” (một độc dược bảnh A). Tính độc cấp của
Asen là chết người và tính độc trường diễn là làm thay đổi huyết sắc tố da, ung thư da
và nếu con người ăn thực phẩm hoặc uống phải đồ uống có hàm lượng Asen cao hơn
hàm lượng cho phép thường dẫn đến ung thư phổi, thận và bàng quang [Wu và cs.,
1998, WHO, 2001].
Vậy tại sao nghiên cứu As là cần thiết? Cùng với sự phát triển của nền kinh tế- xã
hội, nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng tăng. Biết được cơ chế nhiễm bẩn Asen
trong nước ngầm sẽ giúp cho cơ quan quản lý đưa ra các biện pháp thích hợp để bảo
vệ các nguồn nước ngầm, tránh làm ô nhiễm thêm nguồn nước do quá trình khai thác
gây ra. Đồng thời có các biện pháp xử lý nguồn nước đã bị ô nhiễm Asen phù hợp với
cơ chế nhiễm bẩn để có nước sạch cung cấp cho dân chúng, giảm thiểu nguy cơ ảnh
hưởng đến sức khỏe cộng đồng.
Gần đây, hiện tượng nước dưới đất bị nhiễm độc As đã được báo động, không chỉ
ở các quốc gia như Bawngladesh, Ấn Độ, Trung Quốc,... mà ở Việt Nam cũng đã bắt
đầu xuất hiện ngày càng nhiều. Điển hình như khu vực Quỳnh Lôi, Hai Bà Trưng, Hà
Nội đã có nhiều trường hợp đã tử vong (như báo đài đã đưa tin), đa số lại không có
thiết bị xử lý triệt để (thường chỉ dùng các biện pháp thô sơ như để lắng, lọc lấy nước
trong...), lại thiếu sự hướng dẫn và kiểm soát của các cơ quan chức năng thì chất lượng
sức khỏe của người dân sẽ giảm sút là điều không thể tránh khỏi.
Nguyên nhân gây nhiễm độc Asen cho nước dưới đất
Liên quan đến nhiễm độc Asen cho nước dưới đất, trên thế giới đã có nhiều cách
giải thích nguyên nhân gây nhiễm độc như: Do Asenopyrit chứa trong trầm tích Aluvi
bị oxy hóa bởi Oxy từ khí quyển cho phép giải phóng As và tích tụ trong nước dưới
đất; quá trình trao đổi ion Sunfat chứa trong phân bón dư thừa trong đất và ion Asen

trong khoáng vật chưa Asen cho phép giải phóng và tích tụ As trong nước dưới đất;
điều kiện môi trường khử cho phép khử ion Oxyhydroxit sắt (FeOOH) trong đất đá để

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

5

5
5


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
giải phóng và tích tụ As trong nước; mối liên quan chặt chẽ giữa hàm lượng Asen, Sắt
và Mangan.
Từ các cách giải thích nêu trên, chúng tôi cho rằng ở Việt Nam, As trong nước
dưới đất có hàm lượng cao do 3 nguyên nhân sau đây:
• Nước dưới đất ở đồng bằng Bắc Bộ có hàm lượng As cao có liên quan đến
nguồn gốc với các khoáng vật chứa sắt và Mangan trong đất đá, tầng chứa
than bùn hoặc tầng bùn sét phân bố khá rộng rãi ở cả hai đồng bằng trên.
• Asen có hàm lượng cao trong nước dưới đất có thể có nguồn gốc liên quan
với các vùng đá gốc chứa hàm lượng Asen dị thường (như ở đông nam
bản Phúng, huyện Sông Mã, tỉnh Sơn La).
• Asen trong nước dưới đất cao có nguồn gốc từ nước thải công nghiệp (như
ở khu vực Việt Trì).
Xuất phát từ những lý do trên, nhóm nghiên cứu khoa học nhận thấy mức độ ảnh
hưởng nguy hại nên đã lựa chọn Hà Nam là địa điểm thực hiện đề tài: “Nghiên cứu
xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam bằng phương pháp nano oxit sắt từ” .
Sau một thời gian dài thực hiện, đến nay nhóm nghiên cứu đã hoàn thành nhiệm

vụ và báo cáo tổng kết với các nội dung sau:
 Nội dung 1: Tổng hợp vật liệu nano oxit sắt từ anocompozit.
 Nội dung 2: Lấy mẫu nước ngầm và phân tích mẫu khu vực nghiên
cứu theo QCVN.
 Nội dung 3: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ vật
liệu.
 Nội dung 4: Xác định thời gian đật cân bằng của vật liệu hấp phụ.
 Nội dung 5: Xác định dung lượng hấp phụ lớn nhất của vật liệu.
 Nội dung 6: Đánh giá hiệu quả xử lý As trong nước ngầm hấp phụ
trên vật liệu nano oxit sắt từ.

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

6

6
6


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ

1 CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI KHU
VỰC NGHIÊN CỨU
4.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu
4.1.1 Vị trí địa lý
Thanh Liêm là một huyện đồng bằng chiêm trũng, bán sơn địa, nằm ở phía Tây
Nam tỉnh Hà Nam, trên tọa độ địa lý 20027’ độ vĩ Bắc, 105075’ độ kinh Đông. Phía Tây
Bắc và giáp huyện Kim Bảng, thành phố Phủ Lý và huyện Duy Tiên, phía Đông giáp

huyện Bình Lục, phía Nam giáp huyện Ý Yên (Nam Định) và huyện Gia Viễn ( tỉnh Ninh
Bình), phía Tây giáp huyện Lạc Thủy ( tỉnh Hòa Bình).
Toàn huyện hiện có một thị trấn và 19 xã. Tổng diện tích đất tự nhiên toàn huyện là
17.501,94 ha, trong đó đất nông nghiệp 9.200,95 ha chiếm 53%, đất lâm nghiệp chiếm
26%, đất chuyên dùng chiếm 12,2%, đất khu dân cư chiếm 4,2%, còn lại là đất chưa sử
dụng. Đất vùng đồng bằng được hình thành từ phù sa sông Hồng và sông Đáy, thích hợp
với việc trồng lúa và hoa màu. Vùng đồi núi chủ yếu là đất nâu vàng và đất màu, thích
hợp cho phát triển cây lấy gỗ, cây ăn quả và cây công nghiệp.
4.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo
Hà Nam có địa hình đa dạng vừa có đồng bằng, có vùng bán sơn địa, vừa có vùng
trũng. Vùng đồi núi phía Tây có nhiều tài nguyên khoáng sản, đặc biệt là đá vôi, để phát
triển công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, nhất là xi măng; cũng là vùng có nhiều tiềm
năng phát triển du lịch. Vùng đồng bằng có diện tích đất đai màu mỡ, bãi bồi ven sông
Hồng, sông Châu, là tiền đề để phát triển sản xuất nông nghiệp hàng hoá, công nghiệp
chế biến nông sản thực phẩm và du lịch sinh thái. Hà Nam có địa hình đa dạng vừa có
đồng bằng, có vùng bán sơn địa, vừa có vùng trũng. Vùng đồi núi phía Tây có nhiều tài
nguyên khoáng sản, đặc biệt là đá vôi, để phát triển công nghiệp sản xuất vật liệu xây
dựng, nhất là xi măng; cũng là vùng có nhiều tiềm năng phát triển du lịch. Địa hình đó là
điều kiện để phát triển kinh tế đa dạng, với hướng kết hợp kinh tế vùng đồng bằng với
kinh tế vùng đồi núi.
Trên địa bàn tỉnh có ba dạng địa hình: Địa hình núi đá vôi, địa hình đồi thấp và địa
hình đồng bằng.
 Địa hình núi đá vôi: chiếm diện tích lớn, độ cao tuyệt đối lớn nhất 419m,
mức địa hình cơ sở địa phương khoảng 10 đến 14m. Địa hình phân cắt mạnh,
NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

7

Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
nhiều sườn dốc đứng, nhiều đỉnh nhọn cao hiểm trở. Bề mặt phát triển nhiều
kiếm trúc trạm trổ phức tạp.
 Địa hình đồi thấp: gồm các dải đồi bát úp nằm xen kẽ hoặc ven rìa địa hình
núi đá vôi. Điểm chung của dạng địa hình đồi thấp là đỉnh tròn, sườn thoải
(độ dốc sườn 10 – 15o), đa số là các đồi trọc hoặc trồng cây lương thực, cây
công nghiệp. Cấu thành nên dạng địa hình này là các thành tạo lục nguyên
cát kết, bột kết, có vỏ phong hoá dày từ 5 - 15m. Nhiều chỗ do quá trình sói
lở đá gốc rắn chắc lộ ngay trên bề mặt. Đặc biệt một phần của dạng địa hình
này được cấu thành từ các đá trầm tích dolomit.
 Địa hình đồng bằng : Các diện tích mặt bằng bao quanh hai dạng địa hình núi
đá vôi, đồi thấp cũng được xếp vào dạng địa hình.
4.1.3 Đặc điểm khí hậu khí tượng tỉnh Hà Nam
Hà Nam có điều kiện thời tiết, khí hậu mang đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió
mùa, nóng và ẩm ướt.
Nhiệt độ trung bình hàng năm vào khoảng 23 – 24 oC, số giờ nắng trung bình
khoảng 1300 - 1500 giờ/năm. Trong năm thường có 8 - 9 tháng có nhiệt độ trung bình
trên 20o C (trong đó có 5 tháng có nhiệt độ trung bình trên 25 oC) và chỉ có 3 tháng nhiệt
độ trung bình dưói 20oC, nhưng không có tháng nào nhiệt độ dưới 16oC.
Hai mùa chính trong năm (mùa hạ, mùa đông) với các hướng gió thịnh hành: về
mùa hạ gió nam, tây nam và đông nam; mùa đông gió bắc, đông và đông bắc.
Lượng mưa trung bình khoảng 1900mm, năm có lượng mưa cao nhất tới 3176mm
(năm 1994), năm có lượng mưa thấp nhất cũng là 1265,3mm (năm 1998).
Độ ẩm trung bình hàng năm là 85%, không có tháng nào có độ ẩm trung bình dưới
77%. Tháng có độ ẩm trung bình cao nhất trong năm là tháng 3 (95,5%), tháng có độ ẩm
trung bình thấp nhất trong năm là tháng 11 (82,5%).
Khí hậu có sự phân hóa theo chế độ nhiệt với hai mùa tương phản nhau là mùa hạ
và mùa đông cùng với hai thời kỳ chuyển tiếp tương đối là mùa xuân và mùa thu. Mùa hạ
thường kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9, mùa đông thường kéo dài từ giữa tháng 11 đến

giữa tháng 3; mùa xuân thường kéo dài từ giữa tháng 3 đến hết tháng 4 và mùa thu
thường kéo dài từ tháng 10 đến giữa thág 11.
Đặc điểm khí hậu thời tiết được tổng hợp tại bảng sau:
Bảng 1- 1: Số liệu quan trắc thời tiết khí hậu năm 2016

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

8


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
(Nguồn: Trung Tâm dự báo khí tượng thuỷ văn tỉnh Hà Nam 2016)

Tháng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
TB Năm

Nhiệt độ TB
(oC)
16,5
21,3
20,9
22,8
26,4
29,8
29,9
28,5
26,6
24,5
20,7
20,1
24

Số giờ nắng
(h)
62,9
46,2
9,3
82,6
145,9
232,2
233,9
126,2
125,5
88,8
114,6
31,7

1300

Lượng mưa
(mm)
1,6
59,6
47,9
51,7
329,5
53
269,3
228,9
231,8
285,4
11,6
11,8
132

Độ ẩm
(%)
72
87
92
85
83
80
80
86
85
83

73
83
82,42

Tốc độ gió
(m/s)
1,9
1,7
2
1,7
1,6
1,5
1,9
1,2
1,7
1,8
2,1
1,6
1,73

Điều kiện khí hậu, thủy văn trên đây rất thuận lợi cho phát triển một nền nông
nghiệp sinh thái đa dạng, với nhiều loại động thực vật nhiệt đới, á nhiệt đới và ôn đới.
Mùa hạ có nắng và mưa nhiều, nhiệt độ và độ ẩm cao, thích hợp với các loại vật nuôi cây
trồng nhiệt đới, các loại cây vụ đông có giá trị hàng hóa cao và xuất khẩu như cà chua,
dưa chuột,… Điều kiện thời tiết khí hậu cũng thuận lợi cho phát triển các ngành công
nghiệp, thương mại, du lịch, dịch vụ cũng như cho các hoạt động văn hóa xã hội và đời
sống sinh hoạt của dân cư. Vào mùa xuân và mùa hạ có nhiều ngày thời tiết mát mẻ, cây
cối cảnh vật tốt tươi rất thích hợp cho các hoạt động lễ hội du lịch.
4.1.4 Đặc điểm mạng lưới thủy văn
Hà Nam có lượng mưa trung bình cho khối lượng tài nguyên nước rơi khoảng 1,602

tỷ m3. Dòng chảy mặt từ sông Hồng, sông Đáy, sông Nhuệ hàng năm đưa vào lãnh thổ
khoảng 14,050 tỷ m3 nước. Dòng chảy ngầm chuyển qua lãnh thổ cũng giúp cho Hà Nam
luôn luôn được bổ sung nước ngầm từ các vùng khác. Nước ngầm ở Hà Nam tồn tại trong
nhiều tầng, đủ đáp ứng cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội.
Chảy qua lãnh thổ Hà Nam là các sông lớn như sông Hồng, sông Đáy, sông Châu và
các sông do con người đào đắp như sông Nhuệ, sông Sắt, Sông Châu Giang,…
• Sông Hồng là ranh giới phía đông của tỉnh với các tỉnh Hưng Yên và Thái
Bình. Trên lãnh thổ tỉnh, sông có chiều dài 38,6 km. Sông Hồng có vai trò

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

9


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
tưới tiêu quan trọng và tạo nên những bãi bồi màu mỡ với diện tích gần
10.000 ha.
• Sông Đáy là một nhánh của sông Hồng bắt nguồn từ Phú Thọ chảy vào lãnh
thổ Hà Nam. Sông Đáy còn là ranh giới giữa Hà Nam và Ninh Bình. Trên
lãnh thổ Hà Nam sông Đáy có chiều dài 47,6 km. Sông Nhuệ là sông đào dẫn
nước sông Hồng từ Thụy Phương, Từ Liêm, Hà Nội và đi vào Hà Nam với
chiều dài 14,5 km, sau đó đổ vào sông Đáy ở Phủ Lý.
• Sông Châu Giang khởi nguồn trong lãnh thổ Hà Nam. Tại Tiên Phong (Duy
Tiên) sông chia thành hai nhánh, một nhánh làm ranh giới giữa huyện Lý
Nhân và Bình Lục và một nhánh làm ranh giới giữa huyện Duy Tiên và Bình
Lục. Sông Sắt là chi lưu của sông Châu Giang trên lãnh thổ huyện Bình Lục.
4.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội
4.2.1 Dân cư

Số dân: 145.000 người. Mật độ dân số đạt 396 người/km².
4.2.2 Kinh tế - xã hội
Năm 2003 giá trị GDP đạt 389,3 tỷ đồng, tốc độ tăng trưởng kinh tế của huyện đạt
7,27%, cơ cấu kinh tế nông-lâm-thủy sản là 42%, công nghiệp-xây dựng 29%, dịch vụ:
29%. Cơ cấu kinh tế chuyển dịch theo hướng tăng tỷ trọng công nghiệp - xây dựng, giảm
nông – lâm - thủy sản. Hàng năm có 1.732 người lao động được giải quyết việc làm, tỷ lệ
hộ nghèo (theo tiêu chí mới) giảm từ 21,52% năm 2001 xuống còn 14,2% năm 2003.
Toàn huyện có 20 trường học mầm non, 24 trường tiểu học, 22 trường trung học cơ sở và
3 trường trung học phổ thông, 1 trường trung học phổ thông dân lập, 20 trung tâm học tập
cộng đồng, 20 trạm y tế xã đã được kiên cố hóa và có bác sĩ phục vụ. Tỷ lệ trẻ em dưới 5
tuổi bị suy dinh dưỡng còn 27%.
Ngành kinh tế công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp: Năm 2003, giá trị sản xuất toàn
ngành đạt 142,9 tỷ đồng, tốc độ tăng trưởng hàng năm là 12-15%. Huyện có 2.104 cơ sở
sản xuất công nghiệp, trong đó có 4 cơ sở nhà nước. Các sản phẩm chủ yếu là đá, gạch
ngói nung, vôi củ, gạo xay xát, thêu ren... Sản lượng khai thác chế biến đá năm 2003 đạt
xấp xỉ 700.000 m3. Hai nhà máy xi măng Kiện Khê và Việt Trung cho sản lượng 500.000
tấn mỗi năm. Các cơ sở thêu ren xuất khẩu đạt sản lượng 60.000 bộ năm, thu hút nhiều
lao động trên địa bàn.
NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

10


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
Nông lâm-thủy sản: Tổng sản lượng lượng thực có hạt năm 2003 của huyện đạt
77.835 tấn, năng suất bình quân 106 tạ/ha, lương thực bình quân đầu người đạt từ 585
kg/năm. Huyện thực hiện chuyển đổi diện tích cấy một vụ bấp bênh, năng suất thấp,
không ổn định và diện tích ao, hồ, đầm sang nuôi trồng thủy sản kết hợp cấy lúa, trồng

cây ăn quả, chăn nuôi gia súc, gia cầm. Năm 2003, diện tích chuyển dịch đạt 514 ha.
Phong trào sản xuất vụ đông được duy trì trên cả diện tích đất chân hai lúa. Sản xuất vụ
đông góp phần đảm bảo an ninh lương thực, tăng thu nhập cho nông dân, giảm tỷ lệ hộ
nghèo trong nông thôn. Chăn nuôi phát triển và duy trì đàn gia súc, gia cầm theo mô hình
trang trại quy mô lớn. Những năm gần đây, chăn nuôi có xu hướng tăng về tỷ trọng trong
cơ cấu nông nghiệp, năm 2003 đạt 29,5%. Số lượng các đàn trâu, bò, gia cầm và diện tích
nuôi thủy sản liên tục tăng qua các năm, chú trọng vào các loại dê, bò, trâu, lợn. Gia cầm,
cá chim trắng, tôm cành xanh, bò sữa,...
Thương mại-dịch vụ-du lịch: Tổng mức bán lẻ hàng hóa và dịch vụ trên địa bàn
năm 2003 đạt 325,6 tỷ. Toàn huyện có 1.055 người kinh doanh thương mại và dịch vụ cá
thể.
Đầu tư phát triển: Tổng mức vốn được huy động trên địa bàn năm 2003 là 152 tỷ
đồng, trong đó vốn của dân và các doanh nghiệp ngoài quốc doanh chiếm 57%, doanh
nghiệp nhà nước 38% và vốn ngân sách 5%.

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

11


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ

5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUANG VỀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ASEN
5.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trước đây
5.1.1 Tình hình nghiên cứu Asen trên thế giới
Ô nhiễm As trong nước ngầm đã được phát hiện từ những năm đầu của thập niên 80
của thế kỷ 20 khi hàm lượng As trong nước khai thác >50 µ/l. Hình 2-1 trình bày những
khu vực hiện đang có “vấn đề” về As trong nước khai thác trên toàn thế giới. Có thể nói

rằng hầu như nguồn nước ngầm của châu lục nào cũng có “vấn đề” về As.

Hình 2- 1 Phân bố toàn cầu về hiện trạng As trong nước ngầm do các nguồn khác nhau
gây ra. Điểm chấm đỏ là do khai khoáng, điểm chấm xanh là do nước địa nhiệt gây ra ở khu vực
hồ, vùng đỏ là nước ngầm ở các lưu vực khác nhau. (Smedley et all 2002)

Đến nay con người đã biết trong tự nhiên có hàm trăm hợp chất của Asen và ứng
dụng của chúng trong rất nhiều lĩnh vực đời sống, sản xuất. Việc nghiên cứu về Asen
trong một thời gian dài không được chú ý. Mãi đến nửa cuối thế kỷ 20, khi phát hiện
nhiễm độc nước dưới đất ở một số nước, các nhà khoa học mới tập trung nghiên cứu về
Asen nhằm ngăn chặn hiểm họa bệnh tật do Asen trong nước dưới đất gây ra đối với
người sử dụng nước.
Có thể tóm lược các tác giả và công trình nghiên cứu Asen tiêu biểu trên thế giới
trong bảng 2-1.

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

12


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
Bảng 2-1 Các tác giả và công trình nghiên cứu về As trên thế giới

ST
T
1

Tên tác giả

Tên công trình nghiên cứu

Nadakavuren,
Ingermann,
Jeddeloh

Seasonal Variation of Asen concentration in well
water in Lane country, Oregon. Bull. Of Environ.
Contamination and Toxicology.
Distribution of, sources of, and mobilizing Asen,
chromium, selenium and uranium in the central
Oklahoma aquirfer. Unpublished M.S thesis,
Colorado school of mine, golden, Colorado.
Asen occurrence in New Hampshire Ground
water. Geo.Soc. of am. Annual meeting abtracts
with program.
Asen in ground water under oxidizing conditions,
south-west United State. Environ. Geochemistry
and health
Geologic contraints on Asen in groundwater with
application to groundwater modeling.
Groundwater research Rept. University of
Winconsin
Occurrence pesticides, Nitrit plus Nitrate, Asen
and iron in Water from two reaches of the
Missouri River alluvium, northwesterm
Missouri.U.S. Geol.Surv.
Asen poisoning from groundwater in Bengal. The
Worst hydrogeological problem in the world.

Cogeoenvironment Newsletter
Mechanism of Asen release to groundwater in
Bangladesh and West Bangal. Applied
geochemistry
Field investigations of Asen – rich groundwater
in the Bangal Delta Plains, Banladesh. Master of
science thesis. Royal Institute of Technology.
Stockholm, Sweden
Asen in groundwater of the Santiago del Estero,
Argentina. Department of land and Water
resources Engineering, Stockholm, Sweden.
Groundwater chemistry in an aquifer sequence of
Holocen to Pleistocen age in the Mekong Delta,
Vietnam with a special attention to Asen. Master
of science Degree, Royal Institute of Technology.
Stockholm, Sweden.
Asen in goundwater of alluvial aquifers in
Nawanparasi and Kathmandu Districts of Nepal.

2
Norvell
3

Peters, Blum,
Klaue, Karagas

4
Robertson
5
Simo, JA

6

Ziegler AC, WC
Wallace, Blevin
and Maley

7

Jacobson Gerry

8

Nickson R.T

9

Sandra Broms

10

Mattias Claesson

11

Kennet Berg, Tord
Carlsson

12

Antonio Amaya

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

Thời
gian
1984
1995

1998
1989
1996

1999

1998
2000
2001

2003
2005

2002
13


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam

13
14

bằng phương pháp nano oxit sắt từ
Master thesis of science. Department of Nepal.
Master thesis of science. Department of Land and
Water Resources Engineering. Stockholm,
Sweden
P.Bhattachary,
Arsenic in groundwater of the Bengal Delta Plain
G.Jack, et al
aquifers in Bangladesh. Bull. Environ. Contam.
Toxicol 2002.
Thomas E Bridge,
Clean healthy water for Bangladesh – An
Meer T. Husain
Emergency supply is desperately needed to
protect the people from Asen disaster.

2010
2015

Các đồng bằng châu thổ với mật độ dân cư lớn vùng Nam Á và Đông Nam Á
thường phân bố các tầng chứa nước phong phú và phân bố rộng khắp. Khai thác và sử
dụng các tầng chứa nước này đang rất phổ biến hiện nay và kèm theo đó là những vấn đề
nảy sinh. Ví dụ như các tầng chứa nước Ganga – Brahmaputra (Ấn Độ) có hàm lượng
Asen có nguồn gốc tự nhiên rất cao (Bhattacharya và nnk, 1997) còn các tầng chứa nước
đồng bằng sông Mê Kông lại có vấn đề về nhiễm mặn (Jacks & Rajagopalan, 1996),
trong khi đó các tầng chứa nước vùng Hà Nội thuộc đồng bằng châu thổ sông Hồng lại có
hàm lượng Amoni cao (Le Giao, 1995; Andersson & Norrman, 1998) và hiện nay hàm
lượng Asen lớn vượt ngưỡng cho phép cũng đã được phát hiện trong các tầng chứa nước
này (Berg et al., 2001; Smedley and Kinniburgh, 2002). Trong công trình của
Bhattacharya và nnk., (2002), vấn đề Asen có hàm lượng lớn đã được phát hiện và tác giả

đã chỉ ra rằng nhiễm bẩn trong nước ngầm sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người ở các
mức độ khác nhau khi hàm lượng của nó vượt quá giới hạn cho phép 10 µ/l (WHO,
1999), và (WHO 2016).
5.1.2 Tình hình nghiên cứu Asen ở Việt Nam
Đồng bằng Bắc Bộ của Việt Nam cũng đã có dấu đỏ trên bản đồ ô nhiễm Asen trong
nước ngầm của thế giới kể từ khi M. Berg và các cộng sự công bố kết quả điều tra tại khu
vực Hà Nội [Berg và cs., 2001]. Nghiên cứu về Asen ở Việt Nam cũng đã được một số
tác giả đề cập trong các bài báo cáo địa chất, địa chất thủy văn, địa hóa cũng như thủy địa
hóa. Tuy nhiên, việc nghiên cứu Asen chỉ mang tính khái quát và kết hợp khi nghiên cứu
chung với những nguyên tố khác. Các mẫu phân tích Asen chỉ có tính chất đơn lẻ và rải
rác chứ chưa có hệ thống. Kể từ khi Asen là vấn đề nổi cộm của thế giới thì việc nghiên
cứu về chúng mới được chú ý.
NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

14


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
Đặc biệt khi mà đồng bằng Bắc Bộ của Việt Nam lại có điều kiện về địa chất, địa
chất thủy văn, thủy địa hóa giống như các đồng bằng ở Banglades.
Từ năm 2000 đến nay, đã có nhiều công trình của nhiều tác giả nghiên cứu về Asen
trong các nguồn nước. Các kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy lãnh thổ nước ta có
nhiều địa phương bị ô nhiễm Asen với mức độ khá cao. Có thể liệt kê một số công trình
nghiên cứu và tác giả của các công trình đó trong bảng 2-2.
Nhìn chung, phần lớn các nghiên cứu trong thời gian gần đây thường quan tâm
nhiều hơn tới việc xác định hàm lượng Asen và sự phân bố của chúng trong nước ngầm.
Từ những năm đầu thế kỷ 21, nhóm các nhà khoa học tại Trung tâm Công nghệ Môi
trường và Phát triển bền vững (CETASD) thuộc trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã

phối hợp với các nhà khoa học đến từ Thụy Sĩ, Đan Mạch và Nhật Bản... trong quá trình
nghiên cứu về ô nhiễm As ở Việt Nam đã đạt được những thành tựu lớn trong việc tìm ra
nguồn gốc cũng như cơ chế giải phóng và dịch chuyển As trong nước ngầm bằng kỹ thuật
địa hóa [4, 21, 29]. Bên cạnh đó, một số nhà khoa học trẻ đã có những nghiên cứu của
mình về ô nhiễm Asen được trình bày trong đề tài thạc sỹ và tiến sĩ [8, 18] . Trong các
công trình này, các nhà khoa học đã giải thích As trong nước ngầm ở các khu vực nghiên
cứu có nguồn gốc tự nhiên hay còn gọi là nguồn gốc địa chất. Phân bố Asen trong nước
tầng Holocene có quy luật như sau: nước ngầm ở những khu vực bồi tụ phù sa hạt mịn
dọc sông Hồng và trong bồi tụ có nhiều tàn dư hữu cơ thực vật thường có hàm lượng As
cao.
Từ năm 1995 đến 2000, nhiều công trình nghiên cứu điều tra về nguồn gốc asen đã
phát hiện ra nồng độ Asen trong các mẫu nước khảo sát ở khu vực thượng lưu sông Mã,
Sơn La, Phú Thọ, Bắc Giang, Hưng Yên, Hà Nội, Hà Nam, Nam Định, Thanh Hóa,... đều
vượt tiêu chuẩn cho phép đối với nước sinh hoạt của quốc tế và Việt Nam [22]. Nhiều
nghiên cứu đã mở rộng địa bàn quan trắc hiện trạng ô nhiễm asen trong nước ngầm chứa
nước tuổi Đệ Tứ ở một số tỉnh thuộc vùng châu thổ sông Hồng như Hà Nam (Phạm Kiến
Quốc, 2006) , Phú Thọ (Trần Công Bút, 2006). Trong hơn 2 năm (2003 – 2005) Chính
phủ Việt Nam và UNICEF đã khảo sát về nồng độ Asen trong nước của 71.000 giếng
khoan thuộc 17 tỉnh đồng bằng miền Bắc, Trung, Nam. Kết quả phân tích cho thấy,
nguồn nước giếng khoan của các tỉnh vùng lưu vực sông Hồng: Hà Nam, Nam Định, Hà
Tây, Hưng Yên, Hải Dương và các tỉnh An Giang, Đồng Tháp thuộc lưu vực sông Mê
NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

15


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
Kông đều bị nhiễm Asen rất cao. Tỷ lệ các giếng có nồng độ Asen từ 0,1 – 0,5 mg/l (cao

hơn Tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam và Tổ chức Y tế thế giới 10 – 15 lần) của các xã
dao động từ 59,6 – 80%.
Mặc dù người dân Việt Nam thường sử dụng nước giếng khoan sau khi qua bể lọc
sắt, song hiệu quả loại bỏ asen của nhiều bể do dân tự xây lắp chất lượng chưa cao, nên
tỷ lệ các bể có khả năng loại bỏ asen tới giới hạn cho phép chỉ là 41,1%. Ngoài ra, nhiều
hộ gia đình dùng nước giếng khoan trực tiếp không qua bể lọc. Các biện pháp điều trị
hữu hiệu bệnh nhiễm độc asen mãn tính vẫn chưa có. Do vậy, biện pháp phòng bệnh tốt
nhất là hạn chế, tiến tới không sử dụng nguồn nước ô nhiễm asen. Hiện nay, Chính phủ
đã có Kế hoạch hành động quốc gia về giảm thiểu ô nhiễm asen ở Việt Nam với các nội
dung tiến hành khảo sát toàn quốc để xác định mức độ ô nhiễm asen ở nguồn nước ngầm
các khu vực khác nhau, xây dựng bản đồ ô nhiễm asen ở Việt Nam; đánh giá thực trạng
ảnh hưởng của ô nhiễm asen trong nguồn nước sinh hoạt tới sức khỏe của cộng đồng và
xây dựng các biện pháp phòng chống; nghiên cứu và áp dụng các giải pháp làm giảm
thiểu ô nhiễm asen trong nguồn nước; tăng cường thông tin truyền thông nâng cao nhận
thức của cộng đồng về vệ sinh nguồn nước, phòng chống tật do sử dụng nguồn nước bị ô
nhiễm nói chung và ô nhiễm asen nói riêng.
Trong công trình của Berg và nnk, (2001) yêu cầu về hiểu biết sau và rộng hơn về
nhiễm bẩn nước ngầm cũng như nước ăn uống sinh hoạt đang là những đòi hỏi cấp thiết.
Theo Berg và nnk, (2001) trầm tích tự nhiên có thể là nguồn gốc gây ô nhiễm Asen trong
nước ngầm. Tuy nhiên, kết quả phân tích thành phần trong các mẫu trầm tích còn chưa
phát hiện mối quan hệ này. Vì vậy, nghiên cứu sơ bộ nguồn Asen do hoạt động của con
người tạo ra cần được xem xét. Điều kiện môi trường mà phổ biến cho sự tồn tại của hàm
lượng Asen cao trong nước ngầm phải là tầng chứa nước có môi trường khử và trầm tích
phải tương đối trẻ (Smedley & Kinniburgh, 2002). Đồng bằng châu thổ sông Hồng được
thành tạo bởi các trầm tích từ hiện đại đến Pleistocen. Tại khu vực Hà Nội và vùng phụ
cận, hai tầng chứa nước này được phân biệt và nhiều nơi ngăn cách bởi lớp thấm nước
yếu. Trong các lớp thấm nước yếu này, chiều dày lớp sét lẫn than bùn có thể đạt tới 10 m.
Việc khai thác nước với công suất lớn dẫn đến sự hình thành các phễu hạ thấp mực nước
và kết quả là hàm lượng của Amoni trong nước ngầm cũng tăng cao, thậm chí vượt quá
10 mg/l ở khu vực bãi giếng. Đặc biệt ở các bãi giếng phía Nam Hà Nội, hàm lượng

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

16


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
Amoni và Asen cao cũng đã được đề cập trong một vài báo cáo (Chương trình cấp nước
Hà Nội, 1993; Liên đoàn Địa chất Thủy văn Địa chất Công trình miền Bắc, 2003).

Hình 2-2 Mô tả sự phân bố của As trong các công trình cấp nước tập trung cho toàn vùng
đồng bằng sông Hồng.
Bảng 2-2 Các tác giả và công trình nghiên cứu về As ở Việt Nam

ST
T

Tên tác giả

Tên công trình nghiên cứu

Thời gian

1

Hồ Vương
Bính và nnk

Nghiên cứu về địa hoá Asen và sức khoẻ cộng

đồng

1997

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

17


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
2

Cục thuỷ lợi

3

Đỗ Trọng Sự

4

Đỗ Văn ái và
nnk

5

Đặng Văn Can
và nnk

6

Ngô Ngọc Cát
và nnk

7

Cục thuỷ lợi

8

M.Berg và nnk

9

Cục Quản lý
tài nguyên
nước
UNICEF Việt
Nam

10
1
11

Phạm Quý
Nhân và Đặng
Đức Nhận

bằng phương pháp nano oxit sắt từ
Điều tra, nghiên cứu xác định hàm lượng Asen

trong nước dưới đất được tiến hành ở Hà Nội, Hà
Tây, Phú Thọ, Hải Phòng, Quảng Ninh, Thái
Bình và Thanh Hoá
Điều tra mức As trong nước ngầm ở khu vực Hà
Nội
Nhận định bước đầu về quy luật phân bố, di
chuyển và tích luỹ Asen ở vùng mỏ nhiệt dịch có
hàm lượng Asen cao
Nhận định bước đầu về quy luật phân bố, di
chuyển và tích luỹ Asen ở vùng mỏ nhiệt dịch có
hàm lượng Asen cao
Đánh giá nước nhiễm độc Asen ở phường Quỳnh
Lôi, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội - Đề xuất các
giải pháp làm sạch nước.
Điều tra, nghiên cứu xác định hàm lượng Asen
trong nước dưới đất tại Hà Nội
Phân bố hàm lượng As trong nước ngầm tầng
Holocene và Pleistocene ở Hà nội
Điều tra hiện trạng ô nhiễm Asen trong nguồn
nước dưới đất khu vực Đồng bằng trung du Bắc
Bộ
Lấy và phân tích hàm lượng Asen trong nguồn
nước ngầm tại 18 tỉnh thành phố
Nguồn gốc và sự phân bố Amoni và Arsenic
trong các tầng chứa nước đồng bằng sông Hồng

19992000
1999
2000
2000

2000
20002001
2001
2003
20042005
2008

5.2 Tổng quan về Asen
5.2.1 Đặc điểm địa hóa của As
5.2.1.1 Hành vi địa hóa của Asen
Trong bảng hệ thống tuần hoàn của Menđêlêep, Asen là một bán kim loại có số thứ
tự 33, thuộc phân nhóm 5A, trọng lượng nguyên tử 74,91. Khi ở nhiệt độ 25 oC nó có tỷ
trọng 5,73 g/cm3. Đây là nguyên tố chuyển tiếp gần giống như Phốt pho nhưng tính kim
loại mạnh hơn tính á kim. Asen có 2 đồng vị là: As 75 (đồng vị bền) và As78 (đồng vị
phóng xạ) với chu kỳ bán huỷ rất ngắn (T1/2 = 26,8 giờ). Thông thường, Asen tồn tại ở 4
dạng biến thể: 2 biến thể kết tinh và 2 biến thể ẩn tinh, trong đó bền vững là các biến thể
kết tinh còn gọi là As kim loại hay As xám. Asen kim loại có đặc tính là khi bị đốt
nóng đến 615,5 oC thì thăng hoa mà không trải qua thời kỳ nóng chảy. Tuy nhiên nó lại
NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

18


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
nóng chảy ở nhiệt độ 817 – 868 oC dưới áp suất rất cao là 35,8 atm. Trong khí trời, As
kim loại dễ bị ôxy hoá tạo thành Anhydrit Asen theo phương trình
As + O2 = As2O5 (As trắng)
Asen trắng tồn tại dưới dạng một chất bột màu trắng, mịn và có mùi tỏi sặc sụa, độc

mạnh đối với sự sống. Khi tồn tại ở dạng hợp chất axit Asen (H 3AsO4) thì chúng có thể
được dùng trong y tế với một liều lượng nhất định như một loại thuốc trị bệnh. Còn khi
tồn tại ở dạng Hydro Asenua As2H3 (asin) thì nó lại thể hiện là một chất khí không màu,
không mùi, không vị nhưng rất độc cho sự sống. Asenit và Asenat Canxi là chất bột màu
trắng hay xám chứa 40-62% As2O3. Chúng gần như không tan trong nước và cũng là một
chất độc rất mạnh, được sử dụng làm thuốc diệt côn trùng (insecticide). Asen chì được
dùng làm thuốc bảo vệ cây ăn quả.
Trong tự nhiên, Asen tồn tại dưới dạng hợp chất mà rất ít khi gặp Asen đơn chất.
Hiện nay, người ta đã tìm thấy hơn 1.500 hợp chất có chứa Asen, trong đó có gần 400
hợp chất khá bền vững trong tự nhiên. Khi kết hợp với các nguyên tố khác, As có thể
mang hoá trị +5, +3,+2, 0 và -3. Trong nước dưới đất thường gặp Asen có hoá trị +3 và
hoá trị +5. Theo Environmental Protect of America (EPA) thì nhiều hợp chất của Asen có
khả năng kết tụ bền vững trong không khí, đất và nước.
Trong nước dưới đất, As chủ yếu tồn tại dưới dạng ion mang hoá trị +3 và +5 mà
điển hình là các ion HAsO4-2 và HasO3-2. Hàm lượng của các ion đó phụ thuộc vào loại
hình quặng, điều kiện nhiệt động, điều kiện địa hoá cảnh quan (thế oxy hoá - khử, độ
pH). Nước ô nhiễm Asen được hiểu là nước có hàm lượng As cao hơn tiêu chuẩn cho
phép đối với mục đích sử dụng. Nói cách khác, do hàm lượng As cao nên chất lượng của
nước bị xấu đi, không đảm bảo yêu cầu sử dụng. Từ năm 2002 trở về trước, tiêu chuẩn
Việt Nam quy định, nước có hàm lượng As lớn hơn 0,05mg/l là nước ô nhiễm (nhiễm
bẩn), còn nước có hàm lượng As <0,05 mg/l là nước đảm bảo tiêu chuẩn ăn uống và sinh
hoạt. Song, từ giữa năm 2002 trở lại đây, Việt Nam đã hạ ngưỡng giới hạn hàm lượng As
trong nước ăn uống, sinh hoạt xuống 0,01mg/l, bằng tiêu chuẩn của WHO và một số
nước châu Âu.
5.2.1.2 As trong môi trường đất đá
Nguồn cung cấp As chính cho đất và nước là từ các khoáng vật. Asen có mặt trong
nhiều khoáng vật nhưng chủ yếu trong khoảng 200 khoáng vật chính có hàm lượng Asen
NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

19


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
cao (bảng 1, 2, 3 - phụ lục 3). Những khoáng vật có sẵn, tồn tại, tích tụ trong các lớp đá
gốc hoặc được vận chuyển bởi xói mòn, gió hoặc nước. Khi đá gốc bị phong hoá, As bị
biển đổi thành các chất dễ tan (Asenous acid và As acid). Hàm lượng As trong đất thường
cao hơn trong đá. Đất chưa ô nhiễm As trung bình chứa từ 1-40mg/kg. Hàm lượng As
nhỏ nhất trong đất loại cát có nguồn gốc từ granite. Hàm lượng lớn hơn được tìm thấy
Asen trong đất và nước có hàm lượng cao tại những khu vực mỏ than, than bùn, sét giàu
vật chất hữu cơ, các tích tụ nguồn gốc đầm hồ và cả trong nước thải, chất thải. Khi khai
thác khoáng sản thì đất đá bị phá vỡ và các khoáng vật nguyên sinh bị phơi lộ, quá trình
phong hoá phát triển với mức độ cao hơn. Asenopyrit được tách khỏi các khoáng vật đó
và có điều kiện tiếp xúc mạnh với không khí. Asenopyrit bị rửa lũa, dẫn đến một lượng
lớn Asen được đưa vào trong môi trường. Quá trình đó được biểu diễn theo phương trình:
4FeAsS + 13O2 + 6H2O  4FeSO4 + 4H3AsO4
H3AsO4 trong môi trường tự nhiên dễ dàng chuyển hoá thành H2AsO4-2 và HasO3- di
chuyển tốt trong nước, hấp phụ vào đất, bùn và thực vật. Bùn và sét thường có hàm lượng
Asen cao, cát và cuội sỏi thường có hàm lượng nhỏ hơn. Giá trị thường gặp khoảng từ 3 10 mg/kg, tuỳ thuộc vào kích thước hạt và thành phần khoáng vật. Chúng thường có giá
trị cao khi trong các trầm tích đó có pyrit và oxyt sắt.
5.2.1.3 Asen trong môi trường nước
As trong nước ngầm thường gặp ở dạng ion của các chất Arsenite (H 3AsO3) hoặc
Arsenate (H3AsO4) hoặc cả 2 dạng trên. Loại ion nào trong nước chiếm ưu thế là phụ
thuộc vào điều kiện pH và Eh (thế oxy hoá khử) của môi trường. (hình 2-3)

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

20

Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
Hình 2-3 Sự tồn tại của As trong môi trường phụ thuộc vào Eh và pH (theo Appolo và nnk,
2005)

Trong môi trường khử, As chủ yếu tồn tại dạng ở dạng Arsenite, As 3+ còn trong môi
trường oxi hóa, As chủ yếu gặp dạng Arsenate, As 5+. Tỷ lệ của As3+ và As5+ là khác nhau
do điều kiện ôxy hoá khử, hoạt động của vi sinh vật và sự khuếch tán, đối lưu của ôxy từ
khí quyển (Smedley & Kinniburgh, 2002).
Trong nước sông và nước bề mặt, hàm lượng của As thường thấp và thay đổi theo
các vùng khác nhau. sự thay đổi này là do sự hình thành và phong phú của các kênh chứa
nước, sự đóng góp của dòng chảy nước ngầm (base flow), và điều kiện địa chất của vùng.
Hàm lượng As cao thường được tìm thấy ở những vùng có các hoạt động địa nhiệt, vùng
có nước ngầm giàu As hoặc những nơi tồn tại rác thải của các mỏ khoáng sản (do quá
trình khai thác mỏ tạo nên), chất thải sinh hoạt và chất thải từ các nhà máy, xí nghiệp
(Smedley & Kinniburgh, 2002).
As có mặt trong nước ngầm là do sự tương tác qua lại (interaction) giữa đá mẹ, vật
liệu trầm tích với nước ngầm, và thường kèm theo những điều kiện môi trường thuận lợi
cho sự di chuyển của As. Cũng giống như nước mặt, hàm lượng cao của As trong nước
ngầm cũng có thể do các hoạt động nhân sinh gây nên như khai thác mỏ, chất thải sinh
hoạt và ô nhiễm công nghiệp. Song nguyên nhân phổ biến nhất vẫn là các yếu tố tự
nhiên, trong đó phải kể đến các điều kiện địa chất và những điều kiện ưu tiên khác cho sự
tồn tại As (Smedley & Kinniburgh, 2002) (Phụ lục 4: Một số trường hợp nước ngầm bị
ảnh hưởng của As tự nhiên đã được công bố). Sracek et al 2004 đã phân chia hành vi của
As trong nước ngầm ra làm ba đới ôxy hoá khử khác nhau, đó là:
• Đới nông: đới ôxy hoá với sự có mặt của Oxy hoà tan, mà trong đó, các oxít
và hyđroxít sắt tồn tại ổn định và As được hấp phụ trên bề mặt của chúng.
Hàm lượng của As trong đới này thường thấp.

• Đới trung bình: đới khử vừa phải hầu như không có mặt Oxy hoà tan mà
trong đó, các oxít và hyđroxit sắt đã trải qua quá trình phân huỷ và As được
giải phóng ra khỏi bề mặt của chúng.
• Đới sâu: đới khử hoàn toàn, nơi mà sulphat SO 42- bị khử thành H2S. Trong
đới này, As có thể đồng kết tủa với các khoáng vật sulphides thứ sinh ví dụ
như pyrite. Song nếu hàm lượng sulphate trong nước thấp sẽ không có sự tái
NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

21


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
lắng đọng của các khoáng vật thứ sinh, và khi đó, hàm lượng As trong nước
ngầm sẽ tăng lên.
5.2.2 Ứng dụng của Asen
Con người từ xa xưa đã biết sử dụng tính độc của As để làm thuốc diệt côn trùng
(insecticide). As xám được dùng làm thuốc bảo vệ cây ăn quả. Ví dụ xanh Pari Cu là một
chất không tan trong nước và được sử dụng làm thuốc diệt các loài gặm nhấm như chuột
[8]. Cứ 1g muối As có thể gây chết từ 100.000 đến 200.000 con sâu.Ngoài ra As được sử
dụng làm mỹ phẩm, tạo chất làm khô (desicant), trong luyện kim nó dùng để làm bóng
sản phẩm.
As còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: làm thuốc nổ, dùng trong y
tế, chiến tranh hoá học, công nghiệp thuộc da và bảo quản gỗ.

Bảng 2-3 Một số nước sản xuất và bán nhiều sản phẩm As trên thế giới [9]

STT

Tên nước sản xuất As

1
2
3
4
5

Thụy Điển
Mỹ
Mexico
Pháp
Bỉ

Khối lượng
(tấn/năm)
40.000
33.000
15.000
7.000
3.000

Nguồn nhân tạo của As bao gồm tất cả các hoạt động mà có thể giải phóng As vào
trong môi trường như quá trình khai thác mỏ, quá trình nung chảy kim loại, quá trình đốt
nhiên liệu hoá thạch, bảo quản gỗ, sản phẩm thuốc trừ sâu, rác thải... (Wang & Mulligan,
2006). Các nguồn hình thành và sự phân bố của As trong môi trường được tổng hợp trong
hình 2-4.

NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

22


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ

Hình 2- 4 Vòng tuần hoàn của As trong tự nhiên (Mandal and Suzuki, 2002)[9]

5.3 Ảnh hưởng của As đến sức khoẻ con người
5.3.1 Các con đường của As gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người
5.3.1.1 Sự tồn tại của As trong môi trường
Asen xâm nhập vào nước thông qua sự hoà tan các khoáng chất hoặc các loại
khoáng sản, từ các dòng nước thải công nghiệp và các sản phẩm tích tụ từ khí quyển.
Trong nước bề mặt giàu oxy, Asen chủ yếu tồn tại ở dạng As 5+, còn trong điều kiện hàm
lượng oxy giảm như trong cặn bùn của các hồ sâu hay trong nước dưới đất thì chủ yếu là
As3+. Khi độ Ph tăng thì cũng có thể làm tăng hàm lượng Asen hoà tan trong nước.
Trong không khí Asen có hàm lượng từ 0,4 đến 30 nanogram trong một mét khối
(ng/m3). Trong nước tự nhiên , mức Asen dao động từ 1 đến 2 microgram trong một lít
nước (µg/l). Tuy nhiên ở các vùng giàu khoáng sản hàm lượng Asen có thể cao hơn ,
thậm chí có nơi tới 12 mg/l.
5.3.2 Khái quát các biểu hiện tổn thương do ô nhiễm Asen
Asen đi vào cơ thể con người chủ yếu do ăn uống, trong đó con đường phổ biến
nhất là thông qua sử dụng nước. Các nguồn nước đều chưa Asen khi đi vào cơ thể nó sẽ
tích luỹ theo thời gian và khi đạt liều lượng đủ lớn, nó sẽ gây bệng [5,7]. Theo các nhà
dược học, khi liểu lượng Asen đi vào cơ thể đạt tới 65mg/l thì con người sẽ bị nhiễm độc
cấp tính và tử vong [7, 9, 20]. Nếu liều lượng Asen nhỏ nhưng cứ được tích luỹ theo thời
gian, chúng sẽ đạt tới giới hạn nguy hiểm và phát bệnh với những triệu chứng thường gặp
như nôn mửa, đau đớn... Asen dạng nguyên tố khi ăn vào cơ thể rất khó hấp thụ và phần
NCKH 2016 – 2017

Khoa môi trường

23


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
lớn được triệt tiêu ở nguyên dạng hoặc bị cơ thể thải ra. Các hợp chất Asen hoà tan trong
nước được hấp thụ nhanh chóng từ hệ thống tiêu hoá. Asen vô cơ khi vào cơ thể có thể
được tích luỹ ở da, xương và cơ bắp. Chu kỳ phân huỷ của nó trong cơ thể người trong
vòng 20 đến 40 ngày.

Hình 2- 5 Ung thư bàn chân (a) và ung thư da toàn thân (b) do nhiễm As

Y học thế giới đã chứng minh, người bị nhiễm độc Asen dễ mắc các chứng bệnh về
ung thư da, phổi, xoang, viêm răng, khớp... Hiện nay ở Băngladet và một số nước trên thế
giới đã có nhiều người bị các bệnh này [12,13,14,19]. Ở Thái Lan, việc nghiên cứu lâm
sàn tại vùng Ronphiboon đã phát hiện gần 1.000 người bị nhiễm độc Asen mãn tính,
trong đó 1 người đã chết và 20 người bị ung thư da. Hơn 80% học sinh có hàm lượng
Asen cao trong tóc và móng tay. Nhiễm độc Asen cấp của con người chủ yếu phụ thuộc
vào nhịp độ đào thải khỏi cơ thể của các hợp chất. Arsin được coi là dạng độc chất của
Asen, sau đó đến Asennite (As 3+), Asenat (As5+). Liều tử vong đối với người khoảng từ
1,5mg/kg đến 500 mg/kg trọng lượng cơ thể. Nhiễm độc Asen cấp xảy ra do uống nước
với liều từ 1,2 mg/l đến 2,1 mg/l đã được y học ghi nhận.
Asen hoá trị 3 thể hiện tính độc bằng việc tấn công vào các nhóm –SH của các
enzym, làm cản trở hoạt động thậm chí phá huỷ enzym. Có thể minh hoạ quá trình đó
theo sơ đồ sau:
SH

O

S
+ As  Enzym

Enzym
SH
NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

O

As – O
S

24


Đề tài: Nghiên cứu xử lý As trong nước ngầm vùng Hà Nam
bằng phương pháp nano oxit sắt từ
Theo phương trình trên, khi hàm lượng As 3+ cao sẽ làm đông tụ các protein dẫn đến
ngưng tụ hoạt động hoặc phá huỷ tế bào sống.
Quá trình hình thành nên tính độc ảnh hưởng đến sự sống con người của Asen có
thể được minh hoạ bằng phương trình phản ứng:
As2O3 + 6Zn + 6H2O  2AsH3 + 6ZnSO4 +3H2O
Các hợp chất trên đều có trong tự nhiên, As2O3 là một chất không độc, AsH3 ( Asin)
là một chất khí có mùi tỏi đặc trưng và cực độc. Nó đi vào trong nước theo phương trình:
As2O3 + 3H2O  2As(OH)3

(2H3AsO3)

As(OH)3 là một chất lưỡng tính nên chúng không bền mà bị chuyển hoá theo
phương trình :
H3AsO3  H2O + HAsO2

(axit asen)

Các chất trên tích tụ và gây tác hại cho đời sống con người.
Theo báo cáo của hội đồng nghiên cứu quốc gia năm 1999 “ Tiếp xúc với Asen gây
ra cản trở Enzym hoạt động, đặc biệt là các hoạt động sao chép trong tế bào của cơ thể và
có thể gây ra nhiều tác động phi ung thư lên các hệ thống”. Tác động phi ung thư dễ thấy
nhất là tổn thương da [20]. Các triệu chứng đầu tiên trên da thường là các đốm sẫm mầu
do tăng sắc tố da và đốm trắng do giảm sắc tố da. Đốm sẫm màu thường xuất hiện dưới
dạng hình giọt nước trên thân thể hay đầu chi, đôi khi cả trên niêm mạc như lưỡi, lâu dần
gây sừng hoá trên bàn tay, chân. Sừng hoá là hiện tượng khi mà da cứng lên và hình
thanh các nốt mụn. Các mụn này đôi khi đạt tới kích thước 1cm. Thường ung thư da xuất
hiện ở những chỗ sừng hoá này. Thời gian tiếp xúc ít nhất để xuất hiện sừng hoá đã được
báo cáo là trong 2 năm, còn đối với các trường hợp ở Băngladet là 5 năm. Các tổn thương
trên da mới chỉ là các dấu hiệu cho thấy bệnh nhân đã có tiếp xúc với Asen chứ không đề
cập đến hàm lượng Asen trong nước uống mà các bệnh nhân đã sử dụng.
5.4 Nguồn hình thành As trong nước ngầm
Chúng ta biết rằng, giải quyết tốt vấn đề nguồn gốc ô nhiễm Asen giúp nhận diện
được nguồn sinh ra As, dạng tồn tại và cơ chế di chuyển của nó trong nước ngầm, từ đó
có những biện pháp phòng tránh, xử lí và dự báo ảnh hưởng của ô nhiễm Asen. Tuy
nhiên, nguồn gốc của As trong nước ngầm là một vấn đề rất khó và phức tạp. Theo lý
thuyết As trong nước ngầm có hai nguồn gốc là nguồn gốc tự nhiên và nguồn gốc nhân
tạo [1, 6, 9, 12, 15, 21]. Nguồn gốc tự nhiên bao gồm các nguồn gốc do các quá trình địa
NCKH 2016 – 2017
Khoa môi trường

25