Nghiên cứu biến tính quặng pyrolusite bằng titan và sắt oxit, làm vật liệu hấp phụ, xử lý một số chất độc hại trong nước

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

Phạm Thị Thanh Yến
Phạm Thị Thanh Yến
NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH QUẶNG PYROLUSITE BẰNG TITAN VÀ SẮT
NGHIÊN
CỨU
BIẾN
TÍNH
QUẶNG
PYROLUSITE
VÀ SẮT
OXIT, LÀM
VẬT
LIỆU
HẤP
PHỤ, XỬ
LÝ MỘT SỐBẰNG
CHẤTTITAN
ĐỘC HẠI
OXIT, LÀM VẬT LIỆU HẤP
PHỤ,NƢỚC
XỬ LÝ MỘT SỐ CHẤT ĐỘC HẠI
TRONG
TRONG NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015
Hà Nội – 2015


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

Phạm Thị Thanh Yến

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH QUẶNG PYROLUSITE BẰNG TITAN VÀ SẮT
OXIT, LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ, XỬ LÝ MỘT SỐ CHẤT ĐỘC HẠI
TRONG NƢỚC

Chuyên ngành: Hóa môi trƣờng
Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN MINH NGỌC

Hà Nội – 2015


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS.
Nguyễn Minh Ngọc đã giao đề tài và nhiệt tình giúp đỡ, cho em những kiến
thức quí báu trong quá trình nghiên cứu. Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy

giáo PGS. TS Trần Hồng Côn cùng các thầy, cô trong phòng thí nghiệm Hóa
môi trƣờng đã tận tình chỉ bảo và hƣớng dẫn em trong suốt thời gian làm luận văn.
Cảm ơn các phòng thí nghiệm trong Khoa Hóa học – Trƣờng Đại học Khoa
học Tự nhiên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm.
Xin chân thành cảm ơn các bạn học viên, sinh viên làm việc trong phòng thí
nghiệm Hóa môi trƣờng đã giúp đỡ tôi trong quá trình tìm tài liệu và làm thực
nghiệm.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Học viên cao học

Phạm Thị Thanh Yến


MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 2
1.1. ASEN .................................................................................................................. 2
1.1.1 Giới thiệu chung về asen ............................................................................... 2
1.1.2. Độc tính của asen ......................................................................................... 4
1.1.3. Tính chất của asen ........................................................................................ 6
1.1.4. Tình trạng ô nhiễm asen ............................................................................... 7
1.1.4.1. Ô nhiễm asen trên thế giới ........................................................................ 7
1.1.4.2. Ô nhiễm asen tại Việt Nam ....................................................................... 9
1.1.5. Một số công nghệ xử lí asen ..................................................................... 10
1.1.5.1. Công nghệ kết tủa, lắng, lọc .................................................................... 11
1.1.5.2. Oxi hoá/khử [16] .................................................................................... 11
1.1.5.3. Công nghệ hấp phụ và trao đổi ion.......................................................... 12
1.1.5.4. Các phƣơng pháp vật lý ........................................................................... 12
1.2. CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ (AMONI, NITRAT, NITRIT) ........................ 13
1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm các hợp chất Nitơ trong nƣớc ..................................... 13
1.2.1.1. Tiêu chuẩn về nồng độ các hợp chất của nitơ trong nƣớc của thế giới

và Việt Nam .......................................................................................................... 13
1.2.1.2. Hiện trạng ô nhiễm các hợp chất Nitơ trong nƣớc .................................. 14
1.2.2. Tác hại của các hợp chất chứa nitơ đối với cơ thể con ngƣời .................... 14
1.3. PYROLUSITE VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG. ............ 15
1.3.1. Giới thiệu chung về quặng pyrolusit .......................................................... 15
1.3.2. Sắt hydroxit/oxit và tính chất hấp phụ ....................................................... 16
1.3.3. Mangan dioxit và tính chất hấp phụ [3,6,8] ............................................... 18
1.3.4. Titan đioxit ................................................................................................. 19
1.3.5. Ứng dụng quặng pyrolusite trong xử lý môi trƣờng ................................. 20
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .................................................................................. 22
2.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................. 22
2.1.1.

Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................... 22


2.1.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 22
2.2. HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ............................................................................ 22
2.2.1. Dụng cụ ...................................................................................................... 22
2.2.2. Hóa chất ...................................................................................................... 22
2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ÁP DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM 23
2.3.1. Xác định asen bằng phƣơng pháp thủy ngân bromua ................................ 23
2.3.1.1. Nguyên tắc của phƣơng pháp .................................................................. 23
2.3.1.2. Xây dựng đƣờng chuẩn Asen .................................................................. 23
2.3.2. Xác định amoni bằng phƣơng pháp trắc quang .......................................... 25
2.3.3. Xác định Nitrat (NO3- ) bằng phƣơng pháp brucine.................................. 26
2.3.4. Xác định Nitrit (NO2-) ............................................................................... 27
2.3.5. Xác định mangan và sắt bằng phƣơng pháp trắc quang ............................. 29
2.3.5.1. Xác định mangan bằng phƣơng pháp trắc quang .................................... 29
2.3.5.2. Xác định sắt bằng phƣơng pháp trắc quang ............................................ 30

2.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU HẤP
PHỤ ......................................................................................................................... 31
2.4.1. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) [14]. .......................................... 31
2.4.2. Phổ tán xạ năng lƣợng tia X (EDX hay EDS) ............................................ 32
2.4.3. Phƣơng pháp tính toán tải trọng hấp phụ cực đại....................................... 33
2.5. PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỪ QUẶNG PYROLUSIT ........... 34
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 36
3.1. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ QUẶNG
PYROLUSIT ........................................................................................................... 36
3.1.1. Chế tạo vật liệu hấp phụ từ quặng Pyrolusit .............................................. 36
3.1.2. Hình thái cấu trúc vật liệu .......................................................................... 37
3.2. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ASEN CỦA QUẶNG TỰ NHIÊN VÀ
CÁC VẬT LIỆU...................................................................................................... 40
3.2.1. Khảo sát khả năng hấp phụ asen của quặng tự nhiên. ................................ 40
3.2.1.1. Thời gian cân bằng hấp phụ của quặng tự nhiên ..................................... 40


3.2.1.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của quặng tự nhiên. ......................... 41
3.2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ asen của vật liệu đã điều chế (M-1, M-2) ...... 43
3.2.2.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu M-1 ........................... 43
3.2.2.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu M-1............................... 44
3.2.2.3. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu M-2 ........................... 45
3.2.2.4. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu M-2............................... 46
3.3. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ AMONI CỦA QUẶNG TỰ NHIÊN
VÀ VẬT LIỆU ........................................................................................................ 48
3.3.1. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni của quặng tự nhiên .............................. 48
3.3.1.1. Thời gian cân bằng hấp phụ NH4+của quặng tự nhiên ............................ 48
3.3.1.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của quặng tự nhiên. ......................... 49
3.3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của vật liệu sau biến tính (M-1, M-2) 50
3.3.2.1. Thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu M-1 ......................................... 50

3.3.2.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu M-1............................... 52
3.3.2.3. Thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu M-2 ......................................... 53
3.3.2.4. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu M-2............................... 54
3.3.2.5. Khảo sát sự hấp phụ amoni và khả năng có thể chuyển hóa thành nitrat
và nitrit của các vật liệu M-1 và M-2 ................................................................... 56
3.3.3. Tiến hành làm thực nghiệm dùng vật liệu M-2 để xử lý nƣớc sông Kim
Ngƣu ..................................................................................................................... 56
3.3.3.1.Phân tích hàm lƣợng amoni, nitat và nitrit sau khi lọc giấy băng xanh: .. 57
3.3.3.2. Xử lý amoni, nitat và nitrit bằng cách cho chạy động với vật liệu M-2 . 57
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 59


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Kết quả xác định dung dịch chuẩn asen từ 10 – 100ppb. .........................24
Bảng 2.2. Kết quả xác định dung dịch chuẩn asen từ 100 - 1000 ppb ......................24
Bảng 2.3. Kết quả xác định dung dịch chuẩn NH4+ ..................................................26
Bảng 2.4. Kết quả xác định dung dịch chuẩn NO3-...................................................27
Bảng 2.5. Kết quả xác định dung dịch chuẩn NO2-...................................................28
Bảng 2.6. Kết quả xác định dung dịch chuẩn Mn .....................................................29
Bảng 2.7. Kết quả xác định dung dịch chuẩn Fe.......................................................31
Bảng 3.1. Lƣợng Fe3+ và Mn2+ thôi ra sau khi ngâm trong dung dịch axit HCl ......36
Bảng 3.2. Thành phần nguyên tố của quặng tự nhiên ...............................................39
Bảng 3.3. Thành phần nguyên tố của vật liệu M-1 ...................................................39
Bảng 3.4. Thành phần nguyên tố của vật liệu M-2 ...................................................40
Bảng 3.5. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của quặng tự nhiên ........................40
Bảng 3.6. Tải trọng hấp phụ asen cực đại của quặng tự nhiên .................................42
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu M-1 ................43
Bảng 3.8. Kết quả tải trọng hấp phụ asen cực đại của vật liệu M-1 ........................44
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu M-2 ................45

Bảng 3.10. Kết quả tải trọng hấp phụ As cực đại của vật liệu M-2 .........................46
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của quặng tự nhiên .........48
Bảng 3.12. Tải trọng hấp phụ NH4+ cực đại của quặng tự nhiên ..............................49
Bảng 3.13. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của Vật liệu M-1 .............50
Bảng 3.14. Tải trọng hấp phụ NH4+ cực đại của quặng M-1 ....................................52
Bảng 3.15. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ NH4+ của vật liệu M-2 ....53
Bảng 3.16. Tải trọng hấp phụ NH4+ cực đại của vật liệu M-2 ..................................54
Bảng 3.17. Kết quả khảo sát sự hấp phụ NH4+, NO3-, NO2- của vật liệu M-1 và M-2
...................................................................................................................................56
Bảng 3.18. Nồng độ amoni, nitrat và nitrit có trong nƣớc sông Kim Ngƣu ............57
Bảng 3.19. Nồng độ amoni, nitrat và nitrit có trong nƣớc sông Kim Ngƣu sau chạy
động qua vật liệu M-2 ...............................................................................................57


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Một mẫu lớn chứa asen tự nhiên ................................................................2
Hình 1.2. Sự phân bố khu vực ô nhiễm asen trên thế giới ..........................................7
Hình 1.3. Bản đồ các khu vực nhiễm asen trên toàn quốc ..........................................9
Hình 1.4. Cấu trúc của pyrolusite..............................................................................16
Hình 1.5. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2 ...........................................19
Hình 2.1. Đƣờng chuẩn asen từ 10-100 ppb .............................................................24
Hình 2.2. Đƣờng chuẩn asen từ 100-1000 ppb .........................................................25
Hình 2.3. Đƣờng chuẩn của NH4+ xác định bằng phƣơng pháp trắc quang ............26
Hình 2.4. Đƣờng chuẩn xác định NO3- bằng phƣơng pháp brucine .......................27
Hình 2.5. Đƣờng chuẩn xác định NO2- ....................................................................29
Hình 2.6. Đƣờng chuẩn của Mangan xác định bằng phƣơng pháp trắc quang .........30
Hình 2.7. Đƣờng chuẩn sắt xác định bằng phƣơng pháp trắc quang .......................31
Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét ..........................................32
Hình 2.9. Nguyên lý của phép phân tích EDX..........................................................33
Hình 2.10 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .....................................................33

Hình 2.11. Đồ thị để xác định các hằng số trong pt Langmuir .................................34
Hình 3.1 . Ảnh SEM quặng tự nhiên .........................................................................37
Hình 3.2. Ảnh SEM vật liệu M-1 ..............................................................................38
Hình 3.3. Ảnh SEM vật liệu M-2 ..............................................................................38
Hình 3.4. Biểu đồ EDX của quặng tự nhiên .............................................................39
Hình 3.5. Biểu đồ EDX của vât liệu M-1..................................................................39
Hình 3.6. Biểu đồ EDX của vât liệu M-2..................................................................40
Hình 3.7. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ asen của quặng tự nhiên.................41
Hình 3.8. Đƣờng cong hấp phụ asen của quặng tự nhiên .........................................42
Hình 3.9. Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir của quặng tự nhiên với asen ..42
Hình 3.10. Thời gian cân bằng hấp phụ asen của vật liệu M-1 ................................43


Hình 3.11. Đƣờng cong hấp phụ asen của vật liệu M-1 ...........................................44
Hình 3.12. Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu M-1 với asen ....45
Hình 3.13. Thời gian cân bằng hấp phụ asen của vật liệu M-2 ................................46
Hình 3.14. Đƣờng cong hấp phụ Asen của vật liệu M-2 ..........................................47
Hình 3.15. Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu M-2 ...................47
Hình 3.16. Thời gian cân bằng hấp phụ NH4+ của quặng tự nhiên ...........................48
Hình 3.17. Đƣờng cong hấp phụ NH4+ của quặng tự nhiên ......................................50
Hình 3.18. Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir của quặng tự nhiên...............50
Hình 3.19. Thời gian cân bằng hấp phụ NH4+ của vật liệu M-1 ...............................51
Hình 3.20. Đƣờng cong hấp phụ NH4+ của M-1 .......................................................52
Hình 3.21. Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu M-1 với NH4+ ...53
Hình 3.22. Thời gian cân bằng hấp phụ NH4+ của vật liệu M-2 ...............................54
Hình 3.23. Đƣờng cong hấp phụ NH4+ của vật liệu M-2 ..........................................55
Hình 3.24. Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu M-2 với NH4+ ...55


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Tên đầy đủ

Số thứ tự

Viết tắt

1

Abs

Absorbance - Đo hấp thụ quang

2

EDX

Energy-dispersive X-ray spectroscopy

3

M-1

Pyrolusit đƣợc hoạt hóa bằng HCl và NaOH, H2O2

4

M-2

5

SEM

Pyrolusit đƣợc hoạt hóa bằng HCl và NaOH, H2O2
có thêm Ti4+
Scanning Electron Microscopy


MỞ ĐẦU
Nƣớc là tài nguyên có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với sự sống của con
ngƣời cũng nhƣ sinh vật trên Trái Đất. Ngày nay nguồn nƣớc đang ngày càng bị ô
nhiễm bởi các hoạt động của con ngƣời. Đặc biệt ô nhiễm asen và amoni đang là
một trong những vấn đề đƣợc quan tâm hàng đầu.
Theo các nghiên cứu gần đây, ngƣời dân một số khu vực ở Hà Nội và một
số tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng, một số tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long
đang phải sử dụng nƣớc có hàm lƣợng asen cao gấp từ 10 đến hàng trăm lần tiêu
chuẩn nƣớc sạch. Hàm lƣợng amoni xác định đƣợc cũng vƣợt chỉ tiêu cho phép
đến 6 lần hoặc cao hơn. Điều này ảnh hƣởng nghiêm trọng và trực tiếp tới sức
khoẻ của con ngƣời, do sự độc hại của asen và amoni mang lại. Nó gây ra rất nhiều
loại bệnh nguy hiểm nhƣ ung thƣ da, phổi.... Vì vậy, việc loại bỏ amoni và các ion
kim loại nặng trong nƣớc thải của các đô thị, nhà máy hay xí nghiệp cũng nhƣ việc
loại bỏ asen trong nƣớc, đặc biệt là nguồn nƣớc ngầm là vô cùng cần thiết và cấp
bách.
Nhằm đóng góp một phần nhỏ trong việc tìm kiếm và phát triển những vật
liệu tối ƣu nhất, kinh tế nhất để xử lý nguồn nƣớc bị nhiễm amoni, kim loại nặng,
chúng tôi đã nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu biến tính quặng pyrolusite bằng titan
và sắt oxit, làm vật liệu hấp phụ, xử lý một số chất độc hại trong nước”.

1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. ASEN
1.1.1 Giới thiệu chung về asen

Hình 1.1. Một mẫu lớn chứa asen tự nhiên
Asen hay còn gọi là thạch tín, có số hiệu nguyên tử 33, là một nguyên tố rất
phổ biến và xếp thứ 20 trong tự nhiên, chiếm khoảng 0,00005% trong vỏ trái đất,
xếp thứ 14 trong nƣớc biển và thứ 12 trong cơ thể ngƣời [13]. Asen lần đầu tiên
đƣợc Albertus Magnus (Đức) viết về nó vào năm 1250. Nó đƣợc phát hiện ở dạng
lƣợng vết trong đất, đá, nƣớc, không khí. khối lƣợng nguyên tử của nó bằng
74,92, asen là một á kim gây ngộ độc khét tiếng và có nhiều dạng thù hình: màu
vàng (phân tử phi kim) và một vài dạng màu đen và xám (á kim) chỉ là số ít mà
ngƣời ta có thể nhìn thấy. Ba dạng có tính kim loại của asen với cấu trúc tinh thể
khác nhau cũng đƣợc tìm thấy trong tự nhiên (các khoáng vật asen sensu stricto và
hiếm hơn là asenolamprit cùng parasenolamprit), nhƣng nói chung nó hay tồn tại
dƣới dạng các hợp chất asenua và asenat.
Hàm lƣợng asen trong nƣớc ngầm phụ thuộc tính chất và trạng thái môi
trƣờng địa hoá. Asen tồn tại trong nƣớc ngầm ở dạng H2AsO4 -1 ( trong môi trƣờng
pH axit gần trung tính ), HAsO4

-2

( trong môi trƣờng kiềm ). Hợp chất H3AsO3

hình thành chủ yếu trong môi trƣờng khử yếu. Các hợp chất của asen với Na có
tính hoà tan rất cao. Những muối của asen với Ca, Mg và các hợp chất asen hữu cơ
trong môi trƣờng pH gần trung tính, nghèo Ca có độ hoà tan kém hơn các hợp

2

chất hữu cơ, đặc biệt asen-axit fulvic rất bền vững có xu thế tăng theo độ pH và tỷ
lệ asen- axit fulvic. Các hợp chất của As5+ hình thành theo phƣơng thức này [9].
Công nghệ đốt chất thải rắn cũng là nguồn gây ô nhiễm không khí, nƣớc bởi
asen. Các ngành công nghiệp khai thác và chế biến các loại quặng cũng đã tạo ra
nguồn ô nhiễm asen. Việc khai thác ở các mỏ nguyên sinh đã phơi lộ các quặng
sunfua, làm gia tăng quá trình phong hoá, bào mòn và tạo ra khối lƣợng lớn đất đá
thải có lẫn asenopyrit ở lân cận khu mỏ. Tại các nhà máy tuyển quặng, asenopyrit
đƣợc tách ra khỏi các khoáng vật có ích và đi vào trong môi trƣờng. Asenopyrit
bị phong hóa, dẫn đến hậu quả là một lƣợng lớn asen đƣợc đƣa vào môi trƣờng
xung quanh, asenopyrit sau khi tách khỏi quặng sẽ thành chất thải và đƣợc chất
đống ngoài trời và trôi vào sông suối, gây ô nhiễm tràn lan. Đó là những nguồn phát
thải asen gây ô nhiễm nƣớc, đất, không khí.
Asen có thể kết hợp với một số nguyên tố tạo thành các hợp chất asen vô cơ
nhƣ các khoáng vật, đá thiên thạch, reagal (AsS), orpiment (As2S3), arsenolite
(As2O3), arsenopyrite (FeAs3, FeAsS, AsSb), vv… Hợp chất của asen với carbon
và hydro gọi là hợp chất asen hữu cơ. Thƣờng thì các dạng hợp chất hữu cơ của
asen ít độc hại hơn so với các hợp chất asen vô cơ. Hàm lƣợng asen trong một số
loại khoáng đá phổ biến dao động nhiều. Ví dụ: quặng sulphite, sulphate, quặng
sắt, quặng sulphate luôn có hàm lƣợng asen cao. Có loại nhƣ pyrite lên tới vài chục
gam trong một kilogam. Quặng oxit sắt cũng chứa nhiều asen.
Asen có thể tồn tại ở 4 trạng thái oxi hoá: -3, 0, +3,+5. Trong nƣớc tự nhiên,
asen tồn tại chủ yếu ở 2 dạng hợp chất vô cơ là asenat [As(V)], asenit [As(III)].
As(V) là dạng tồn tại chủ yếu của asen trong nƣớc bề mặt và As(III) là dạng chủ
yếu của asen trong nƣớc ngầm. Dạng As(V) hay các arsenate gồm AsO43-,
HAsO42-, H2AsO4-, H4AsO4; còn

dạng As(III) hay các arsenit gồm H3AsO3,

H2AsO3-, HAsO32- và AsO33-. Asen còn tồn tại ở nhiều dạng hợp chất hữu cơ nhƣ:

metylasonic, đimetylasinic. Các dạng tồn tại của asen trong nƣớc phụ thuộc vào
pH và thế oxi hoá khử Eh của môi trƣờng [1,5,22].

3


1.1.2. Độc tính của asen
Asen và nhiều hợp chất của nó là những chất độc cực kỳ có hiệu nghiệm.
Asen phá vỡ việc sản xuất ATP thông qua vài cơ chế. Ở cấp độ của chu trình axít
citric, asen ức chế pyruvat dehydrogenaza và bằng cách cạnh tranh với phốtphat
nó tháo bỏ phốtphorylat hóa ôxi hóa, vì thế ức chế quá trình khử NAD+ có liên
quan tới năng lƣợng, hô hấp của ti thể và tổng hợp ATP. Sản sinh của perôxít
hiđrô cũng tăng lên, điều này có thể tạo thành các dạng ôxy hoạt hóa và sức căng
ôxi hóa. Các can thiệp trao đổi chất này dẫn tới cái chết từ hội chứng rối loạn chức
năng đa cơ quan có lẽ từ cái chết tế bào do chết hoại, chứ không phải do chết tự
nhiên của tế bào. Khám nghiệm tử thi phát hiện màng nhầy màu đỏ gạch, do xuất
huyết nghiêm trọng.
Mức độ gây độc của asen tuỳ thuộc vào dạng (hữu cơ hay vô cơ) và trạng
thái oxi hoá của asen. Nhìn chung, asen vô cơ độc hơn nhiều so với asen hữu cơ,
và As(III) độc hơn so với As(V). Một số cơ quan trong cơ thể động vật bị ảnh
hƣởng bởi asen nhƣ: da, hệ hô hấp, hệ tuần hoàn, hệ miễn dịch, hệ thần kinh, cơ
quan sinh sản, dạ dày, ruột. Asen là tác nhân gây ra 19 loại bệnh khác nhau, trong
đó đặc biệt là bệnh ung thƣ da và ung thƣ phổi. Mặt khác, asen còn ảnh hƣởng
đến thực vật nhƣ một chất cản trở trao đổi chất, làm giảm mạnh năng suất, đặc biệt
trong môi trƣờng thiếu photpho. Độc tính của các hợp chất asen đối với sinh vật
dƣới nƣớc tăng theo dãy: asin> asenit>asenat>hợp chất asen hữu cơ.
Bệnh nhiễm độc Asen gọi là bệnh arsenicosis, là loại bệnh rất nguy hại đối
với sức khoẻ của con ngời. Các biểu hiện đầu tiên của việc nhiễm độc asen là chứng
sạm da (melanosis), dầy biểu bì (keratosis), từ đó dẫn đến hoại da hay ung thƣ da.
Cơ chế biến đổi sinh học của asen trong cơ thể ngƣời rất phức tạp, tuỳ theo từng

hợp chất. Hiện nay chƣa có biện pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc asen.
 Asen vô cơ
Asen vô cơ có thể phá huỷ các mô trong hệ hô hấp, trong gan và thận. Nó
tác động lên các enzim hoạt động đảm bảo cho quá trình hô hấp. Các nghiên cứu đã

4


ch ra c ch gõy c chớnh ca asen l do s liờn kt ca nú vi cỏc nhúm
sunfuahydryl SH, lm mt chc nng hot ng ca enzim.
SH
Enzym

SH
+

AsO3

-3

As - O-

Enzym

SH

+

2 OH-

SH

Asen(V) c ch cỏc enzim sinh nng lng cho t bo nh cỏc enzim sinh ra
ATP lm chu trỡnh xitric b kỡm hóm.
OPO32H

C

H

OH
C

OPO32-

+ PO43C
C

O

ATP

OH
O

O

H

PO32-

OPO32H

C

OH
C

Phân huỷ thành sản
phẩm đầu

O

O
AsO33-

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 (R-As=AsR) 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

5


đithiol. Axit liponic, cần thiết cho giai đoạn đầu trong sự oxi hoá của piruvate, bị ức
chế bằng cách này bởi liuzit (sử dụng làm khí độc).
S
protein

S

SH
AsCH

+ ClCH

protein

CHCl + BAL

S

CH2

CHAsH2

SH

S

CH

CH2OH

1.1.3. Tính chất của asen
Nguyên tố As có một số dạng thù hình, dạng phi kim loại và dạng kim loại.
Dạng phi kim loại của asen đƣợc tạo nên khi làm ngƣng tụ hơi tạo thành chất rắn
màu vàng gọi là asen vàng. Asen vàng có mạng lƣới lập phƣơng, gồm những phân
tử As4 liên kết với nhau bằng lực Vanderval. Tan trong CS2 cho dung dịch gồm
những phân tử tứ diện As4. Asen vàng kém bền, ở nhiệt độ thƣờng nó chuyển sang
dạng kim loại.
Dạng kim loại của asen có màu trắng bạc, là chất dạng polime có mạng lƣới
nguyên tử, mỗi nguyên tử As liên kết với 3 nguyên tử As bao quanh bằng liên kết
As-As. Nó có khả năng dẫn diện, dẫn nhiệt nhƣng giòn, dễ nghiền thành bột, không
tan trong CS2.
Trong không khí, As bị oxi hoá trên bề mặt, khi đun nóng tạo thành oxit
4As + 3O2 = 2As2O3
Ở dạng bột nhỏ, Asen bốc cháy trong khí clo tạo thành asen triclorua
2As+ 3Cl2 = 2AsCl3
Khi đun nóng, nó tƣơng tác với brôm, iôt, lƣu huỳnh. Asen tạo nên các

asenua với các kim loại kiềm, kiềm thổ và một số kim loại khác và tạo hợp kim với
các kim loại còn lại. Có thế điện cực dƣơng, As không tan trong dung dịch axit
clohidric nhƣng tan trong axit nitric, tạo ra axit asenic H3AsO4:
3As + 5HNO3 + 2H2O = 3 H3AsO4 + 5NO
Asen còn có thể tan trong kiềm nóng chảy giải phóng khí H2
2As + 6NaOH = 2Na3AsO3 + 3H2

6


1.1.4. Tình trạng ô nhiễm asen
Trên thế giới hiện nay việc cung cấp nƣớc sạch cho sinh hoạt đã là một
vấn đề lớn mà cả xã hội quan tâm. Trong khi nguồn nƣớc bề mặt nhƣ sông; suối;
ao; hồ ngày càng bị ô nhiễm nặng bởi nƣớc thải từ các nhà máy; xí nghiệp, nƣớc
thải sinh hoạt thì việc sử dụng nƣớc ngầm nhƣ là một giải pháp hữu hiệu cho việc
cung cấp nƣớc sạch. Nƣớc ngầm ít chịu ảnh hƣởng do con ngƣời gây ra. Chất lƣợng
nƣớc ngầm thƣờng tốt hơn nƣớc bề mặt. Trong nƣớc ngầm, không có hạt keo hay
cặn lơ lửng, các chỉ tiêu trong nƣớc ngầm cũng tốt hơn. Tuy nhiên, khi khai thác
nguồn nƣớc ngầm, chúng ta phải đối mặt với một vấn đề rất đáng lo ngại, đó là việc
nhiễm độc kim loại nặng, asen. Nguồn asen, kim loại nặng có trong nƣớc 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.
1.1.4.1. Ô nhiễm asen trên thế giới
Năm 1992, TCCP về hàm lƣợng Asen trong nƣớc ăn uống sinh hoạt theo TC
505/ BYT là 0,05 mg/l hay 50 µg/l, nhƣng do độc tính cao của asen nên quy định
theo TC 1329/BYT năm 2002 là 0,01 mg/l hay 10 µg/l tức là nhƣ quy định của Tổ
chức Y tế thế giới (WHO), Mỹ (US EPA), Cộng đồng châu Âu (EU) [19].

Hình 1.2.Sự phân bố khu vực ô nhiễm asen trên thế giới

Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu ngƣời đã bị bệnh đen và rụng
móng chân, sừng hoá da, ung thƣ da… do sử dụng nguồn nƣớc sinh hoạt có nồng độ

7


asen cao. Nhiều nƣớc đã phát hiện hàm lƣợng asen rất cao trong nguồn nƣớc sinh
hoạt nhƣ Canada, Chile, Arhentina, Trung Quốc, India, Thái Lan, Bangladesh v.v…
Ở Trung Quốc, trƣờng hợp bệnh nhân nhiễm độc asen đầu tiên đƣợc phát
hiện từ năm 1953. Số liệu thống kê cho thấy 88% nhiễm qua thực phẩm, 5% từ
không khí và 7% từ nƣớc uống. Đến năm 1993 mới có 1.546 nạn nhân của căn
bệnh asenicosis (bệnh nhiễm độc asen) nhƣng cho đến thời điểm này đã phát hiện
13.500 bệnh nhân trong số 558.000 ngƣời đƣợc kiểm tra ở 462 làng thuộc 47 vùng
bị liệt vào khu vực nhiễm asen cao. Trên cả nƣớc Trung Quốc có tới 13 - 14 triệu
ngƣời sống trong những vùng có nguồn gốc bị ô nhiễm asen cao, tập trung nhiều
nhất ở tỉnh An Huy, Sơn Tây, Nội Mông, Ninh Hạ, Tân Cƣơng. Tại Sơn Tây đã
phát hiện 105 làng bị ô nhiễm asen. Hàm lƣợng asen tối đa thu đƣợc trong nƣớc
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).
Khu vực có vấn đề lớn nhất là vùng đồng bằng châu thổ sông Ganges nằm
giữa Tây Bengal của ấn Độ và Bangladesh (Chowdhury và cộng sự, 1999). Ở Tây
Bengal, trên 40 triệu ngƣời có nguy cơ nhiễm độc asen do sống trong các khu vực
có nồng độ asen cao. Tới nay đã có 0,2 triệu ngƣời bị nhiễm và nồng độ asen tối đa
trong nƣớc cao gấp 370 lần nồng độ cho phép của WHO. Tại Bangladesh, trƣờng
hợp đầu tiên nhiễm asen mới đƣợc phát hiện vào năm 1993, nhƣng cho đến nay có
tới 3.000 ngƣời chết vì nhiễm độc asen mỗi năm và 77 triệu ngƣời có nguy cơ
nhiễm asen. Tổ chức y tế Thế giới đã phải coi đây là "vụ nhiễm độc tập thể lớn nhất
trong lịch sử"[12] .
Số bệnh nhân nhiễm độc asen ở Archentina có khoảng 20 000 ngƣời.
Ngay cả các nƣớc phát triển mạnh nhƣ 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 ngƣời dân Mỹ có nguy cơ nhiễm độc asen, mức độ nhiễm Asen trong nƣớc
uống dao động từ 0,045 – 0,092 mg/l.
Asen trong nƣớc ngầm có nguồn gốc tự nhiên và nó đƣợc giải phóng ra từ
trầm tích vào nƣớc ngầm do các điều kiện thiếu ôxy của lớp đất gần bề mặt. Nƣớc

8


ngầm này bắt đầu đƣợc sử dụng sau khi các tổ chức phi chính phủ (NGO) phƣơng
Tây hỗ trợ chƣơng trình làm các giếng nƣớc lớn để lấy nƣớc uống vào cuối thế kỷ
20. Chƣơng trình này đƣợc đề ra nhằm ngăn ngừa việc uống nƣớc từ nƣớc bề mặt bị
nhiễm khuẩn, nhƣng lại không chú trọng tới kiểm định asen trong nƣớc ngầm.
Nhiều quốc gia và khu vực khác ở Đông Nam Á, nhƣ Việt Nam, Campuchia, Tây
Tạng, Trung Quốc, đƣợc coi là có các điều kiện địa chất tƣơng tự giúp cho quá trình
tạo nƣớc ngầm giàu asen.
1.1.4.2. Ô nhiễm asen tại Việt Nam

Hình 1.3 .Bản đồ các khu vực nhiễm asen trên toàn quốc
Do cấu tạo tự nhiên của địa chất, nhiều vùng của nƣớc ta nƣớc ngầm bị
nhiễm asenic (thạch tín). Theo thống kê chƣa đầy đủ, hiện có khoảng hơn 1 triệu
giếng khoan, nhiều giếng trong số này có nồng độ asen cao hơn từ 20-50 lần theo
tiêu chuẩn của Bộ Y tế 0,01mg/l, gây ảnh hƣởng xấu đến sức khoẻ, tính mạng của
cộng đồng. Vùng nƣớc bị nhiễm Asen của nƣớc ta khá rộng nên việc cảnh báo
nhiễm độc từ nƣớc giếng khoan cho khoảng 10 triệu dân là rất cần thiết. Nghiên
cứu mới đây của các nhà khoa học khẳng định: tại Việt Nam, hàm lƣợng asen có
trong nƣớc ngầm ở khu vực đồng bằng sông Cửu long và ở đồng bằng sông
Hồng, nhiều nơi lên tới hàng trăm µg/l , trong khi đó, nồng độ cho phép đối với
sức khỏe con ngƣời là dƣới 0.01 mg/l. Những vùng bị ô nhiễm nghiêm trọng nhất là

9


phía Nam Hà Nội, Hà Nam, Hà Tây, Hƣng Yên, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình
và Hải Dƣơng. Ở đồng bằng sông Cửu Long cũng phát hiện ra nhiều giếng khoan
có hàm lƣợng Asen cao nằm ở Đồng Tháp và An Giang. Sự ô nhiễm asen ở miền
Bắc hiện phổ biến và cao hơn ở miền Nam.
Năm 1997, các nhà địa hoá và địa chất thuỷ văn đã lấy mẫu nƣớc ngầm phân
tích và kết quả cho thấy có 29% số mẫu nƣớc lấy từ tầng Holocen có hàm lƣợng
asen vƣợt giới hạn cho phép và có 6% số mẫu nƣớc lấy từ tầng Pleistocen có hàm
lƣợng asen vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép.
Ở Việt Nam, nƣớc dƣới đất bị nhiễm độc bởi asen chủ yếu đƣợc phát hiện
ở đồng bằng Bắc bộ và đồng bằng Nam bộ. Theo kết quả phân tích của Văn
phòng đại diện UNICEF tại Hà Nội và Trung tâm nƣớc sinh hoạt và vệ sinh môi
trƣờng nông thôn trung ƣơng 6 tháng đầu năm 1999 cho thấy, mẫu nƣớc của 351
trong số tổng số 519 giếng khoan ở Quỳnh Lôi (Hai Bà Trƣng - Hà Nội) đƣợc phân
tích thì có 25% số mẫu có hàm lƣợng asen vƣợt 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% vƣợt tiêu chuẩn cho phép.. Trong thời gian này, UNICEF phối hợp với Trung
tâm nƣớc sinh hoạt và vệ sinh môi trƣờng nông thôn đã tiến hành kiểm tra asen
trong nƣớc 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 thành phố Hải Phòng chỉ có 01 trong 49 mẫu nƣớc lỗ khoan phân tích có
hàm lƣợng asen vƣợt tiêu chuẩn cho phép Việt Nam 3 lần. Tại tỉnh Thái Bình, kết
quả tất cả 195 mẫu phân tích đều có hàm lƣợng asen nhỏ hơn 0,05 mg/L. Việt Trì Lâm Thao có 12% số mẫu vƣợt giới hạn trên. Ở các vùng khác đều thấp hoặc nếu
vƣợt thì không quá 5% (nhƣ ở Hải Phòng). Hàm lƣợng asen trong nƣớc xét theo
tính phổ biến thì về mùa khô cao hơn mùa mƣa.
1.1.5. Một số công nghệ xử lí asen
Theo các nhà chuyên môn, hiện nay tồn tại khá nhiều công nghệ khử asen

trong nƣớc dƣới đất. Để lựa chọn công nghệ phù hợp cần nghiên cứu cụ thể các

10


điều kiện nhƣ loại nguồn nƣớc, đặc điểm thành phần hóa học của chúng; điều kiện
địa chất thủy văn, khí tƣợng. Các nguyên tắc để chọn công nghệ phải đạt đƣợc
các tiêu chí: Chất lƣợng nƣớc 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 nƣớc khác nhau, với công suất cấp nƣớc
qui mô phục vụ khác nhau; sử dụng đƣợc các nguyên vật liệu nhân công địa
phƣơng; đƣợc cộng đồng chấp nhận.
1.1.5.1. Công nghệ kết tủa, lắng, lọc
Phần lớn các phƣơng pháp xử lý asen đều liên quan đến quá trình kết tủa và
lọc, hoặc sử dụng muối kim loại hoặc làm mềm nƣớc bằng vôi. Phƣơng pháp xử lý
này rất có hiệu quả khi loại bỏ các chất rắn lơ lửng và hoà tan ngoài asen nhƣ
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 kim loại thƣờng dùng là muối nhôm và muối sắt clorua hoặc
sunphat. Hiệu quả xử lý asen bằng muối nhôm hoặc muối sắt ở quy mô phòng
thí nghiệm có hiệu quả xử lý tới 99% ở các điều kiện tối ƣu và nồng độ asen còn
lại dƣới 1mg/L. Còn đối với các hệ xử lý thực tiễn ngoài hiện trƣờng thì hiệu quả
xử lý thấp hơn khoảng từ 50 đến 90%.
Trong quá trình keo tụ và lắng/lọc, asen đƣợc loại bỏ thông qua ba cơ chế
chính:
+ Kết tủa: Sự hình thành của các hợp chất ít tan nhƣ 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.
1.1.5.2. Oxi hoá/khử [16]
Hầu hết các công nghệ xử lý asen chỉ có hiệu quả cao đối với việc loại bỏ

11


asen ở dạng As(V), vì vậy As(III) thƣờng đƣợc oxi hoá lên trạng thái As(V) trƣớc
khi xử lý. Các tác nhân hoá học thƣờng đƣợc sử dụng để oxi hoá asenit thành
asenat bao gồm khí clo, khí ozon, kali pemanganat, hydro peoxit, tác nhân
Fenton‟s (H2O2/Fe2+)... Một số chất rắn nhƣ mangan oxit cũng đƣợc sử dụng để oxi
hoá asen.
Ngoài ra ngƣời ta còn có thể sử dụng trực tiếp các bức xạ từ mặt trời để oxi
hoá asenit thành asenat với sự có mặt của các chất xúc tác nhƣ sunfua, Fe3+,
xitrat...
Nếu chỉ sử dụng quá trình oxi hoá thì không thể loại bỏ asen ra khỏi dung
dịch. Vì thế, quá trình này thƣờng phải kết hợp với các quá trình kết tủa, hấp thụ
hoặc trao đổi ion.
1.1.5.3. Công nghệ hấp phụ và trao đổi ion
Sử dụng phƣơng pháp hấp phụ là tạo ra các vật liệu có diện tích bề mặt lớn,
có ái lực lớn với các dạng asen hoà tan và sử dụng các vật liệu đó để loại bỏ asen
ra khỏi nƣớc. Ngƣời 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...
Phƣơng pháp trao đổi ion có thể đƣợc xem là một dạng đặc biệt của
phƣơng pháp hấp phụ. Trao đổi ion là quá trình thay thế vị trí của các ion bị
hấp phụ trên bề mặt chất rắn bởi các ion hoà tan trong dung dịch. Nhựa trao đổi
ion đƣợc sử dụng rộng rãi trong việc xử lý nƣớc để loại bỏ các chất hoà tan không
mong muốn ra khỏi nƣớc. Các loại nhựa này có một bộ khung polyme liên kết

ngang, đƣợc gọi là nền. Thông thƣờng, nền này đƣợc 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. Phƣơng pháp này rất hiệu quả trong việc loại bỏ
asen. Tuy nhiên, nếu trong dung dịch, nồng độ các ion cạnh tranh với asen (nhƣ
sunfat, florua, nitrat...) lớn, hiệu suất của quá trình sẽ bị giảm.
1.1.5.4. Các phương pháp vật lý
Các phƣơng pháp nhƣ: thẩm thấu ngƣợc, màng lọc nano, điện thẩm tách có

12


khả năng loại bỏ tất cả các dạng asen cùng muối khoáng hòa tan ra khỏi
nƣớc.
Trong quá trình này, ngƣời ta cho nƣớc chảy qua một màng lọc đặc biệt,
các chất gây ô nhiễm đƣợc giữ lại nhờ các tƣơng tác vật lý. Để xứ lý nƣớc bằng
phƣơng pháp lọc màng, trƣớc hết ngƣời ta phải loại bỏ các chất rắn lơ lửng và đƣa
asen về dạng As(V) [21].
Tóm lại, dựa vào các điều kiện cụ thể của mỗi địa phƣơng, cần lựa chọn
một công nghệ xử lý asen trong nƣớc phù hợp. Có thể kết hợp các phƣơng pháp để
tăng hiệu quả loại bỏ asen trong nƣớc đồng thời giảm giá thành sản phẩm và tiện
dụng.
1.2. CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ (AMONI, NITRAT, NITRIT)
1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm các hợp chất Nitơ trong nƣớc
1.2.1.1. Tiêu chuẩn về nồng độ các hợp chất của nitơ trong nước của thế
giới và Việt Nam
Thế giới
Tiêu chuẩn EPA ( US. Environmental protection Agency- cơ quan bảo vệ
môi trƣờng Hoa Kỳ) đối với NO2− trong nƣớc uống trực tiếp không vƣợt quá 1
mg/l.
Theo tiêu chuẩn châu Âu, trong nƣớc cấp uống trực tiếp NH4+ không vƣợt

quá 0,5 mg/l.
Theo tiêu chuẩn của WHO và EPA đối với nƣớc cấp uống trực tiếp hàm
lƣợng NO3- không vƣợt quá 10 mg/l.
Việt Nam
Theo “tiêu chuẩn vệ sinh nƣớc ăn uống ” ban hành kèm quyết định số
1329/2002/BYT-QĐ của Bộ Y tế, nồng độ cho phép của các hợp chất nhƣ sau:
Hàm lƣợng amoniac tính theo anmoni: 1,5 mg/l.
Hàm lƣợng Nitrit tính theo Nitrit : 0,02 mg/l.
Hàm lƣợng Nitrat tính theo Nitrat : 50 mg/l.

13


1.2.1.2. Hiện trạng ô nhiễm các hợp chất Nitơ trong nước
Có thể đánh giá mức độ ô nhiễm bằng cách so sánh nồng độ các hợp chất
Nitơ trong nƣớc thải hoặc nƣớc ngầm với tiêu chuẩn trên.
Do thực trạng hệ thống cấp - thoát nƣớc, xử lí nƣớc cấp và nƣớc thải, chất
thải rắn chƣa đồng bộ, cộng thêm đó là sự phát triển của các ngành công - nông
nghiệp ngày một tăng trong thời gian gần đây, chƣa kể đến các quá trình diễn ra
trong cho nguồn cấp nƣớc duy nhất hiện nay - nguồn nƣớc ngầm, nguy cơ ô nhiễm
ngày một cao, trong đó có ô nhiễm các hợp chất chứa nitơ.
Theo khảo sát của các nhà khoa học, phần lớn nƣớc ngầm ở vùng đồng bằng
Bắc Bộ nhƣ Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Hải Dƣơng... đều bị nhiễm bẩn amoni
(NH4+ ) rất nặng, vƣợt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Tại Hà Nội, Hà Nam, Nam
Định, Ninh Bình, Hải Dƣơng, Hƣng Yên, Thái Bình, xác suất các nguồn nƣớc
ngầm nhiễm amoni ở nồng độ cao hơn tiêu chuẩn là khoảng 70 - 80%.
Nguy hại hơn, mức ô nhiễm đang tăng dần theo thời gian. Trong năm
2002, tại xã Yên Sở, hàm lƣợng amoni là 37,2 mg/l , hiện nay đã tăng lên 45,2
mg/l; tại phƣờng Bách Khoa, mức nhiễm từ 9,4 mg/l, nay tăng lên 14,7 mg/l; có
nơi chƣa từng bị nhiễm amoni, song nay cũng đã vƣợt tiêu chuẩn cho phép nhƣ

Long Biên, Tây Mỗ, Đông Ngạc... Hiện nay, bản đồ nguồn nƣớc nhiễm bẩn đã lan
rộng trên toàn thành phố.
1.2.2. Tác hại của các hợp chất chứa nitơ đối với cơ thể con ngƣời
Các hợp chất chứa nitơ có thể tồn tại dƣới dạng các hợp chất hữu cơ, chứa
nitơ hoặc dạng vô cơ nhƣ: nitrit, nitrat và amoni. Amoni thực ra không quá độc
đối với cơ thể ngƣời. Ở trong nƣớc ngầm, amoni không thể chuyển hóa đƣợc do
thiếu oxy. Khi khai thác lên, vi sinh vật trong nƣớc nhờ O2 trong không khí chuyển
amoni thành các nitrit (NO2-), nitrat (NO3-). Các hợp chất chứa nitơ trong nƣớc có
thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho ngƣời sử dụng nƣớc.
Trong những thập niên gần đây, mức NO3- trong nƣớc uống tăng lên đáng
kể. Nguyên nhân là do sự sử dụng phân đạm vô cơ tăng, gây rò rỉ NO3- xuống
nƣớc ngầm. Hàm lƣợng NO3- trong nƣớc uống tăng gây ra nguy cơ về sức khoẻ đối

14


với cộng đồng. Bản thân NO3- không gây rủi ro cho sức khỏe, nhƣng NO3- khi
chuyển thành NO2- sẽ gây độc. NO2- ảnh hƣởng đến sức khoẻ với 2 khả năng sau:
hội chứng máu Methaemoglobin và ung thƣ tiềm tàng.
+ Chứng máu Methaemo- globinaemia (hội chứng xanh xao trẻ em)
Trẻ nhỏ khoảng 1 tuổi dễ mẫn cảm với sự tồn lƣu huyết cầu tế bào thai do
trong dạ dày không có đủ độ chua để hạn chế sự chuyển hoá NO3- thành NO2-.
NO2- hình thành ở dạ dày, truyền qua đƣờng máu, phản ứng với huyết sắc tố mang
oxy, oxy hoá sắt để tạo thành huyết Methaemoglobin làm giảm khả năng mang
oxy của máu, có khả năng gây tử vong do "ngột ngạt hóa chất". Những quốc gia có
NO3- cao phải cấp nƣớc chai có nồng độ NO3- thấp cho các bà mẹ đang cho con bú
và cho trẻ em đƣợc nuôi bằng sữa bình.
+ Ung thư tiềm tàng
Đối với ngƣời lớn, nitrit kết hợp với các axit amin trong thực phẩm làm
thành một họ chất nitrosamin. Nitrosamin có thể gây tổn thƣơng di truyền tế bào nguyên nhân gây bệnh ung thƣ. Những thí nghiệm cho nitrit vào thức ăn, nƣớc

uống của chuột, thỏ... với hàm lƣợng vƣợt ngƣỡng cho phép thì sau một thời gian
thấy những khối u sinh ra trong gan, phổi, vòm họng của chúng.
Ngoài ra, amoni có mặt trong nƣớc ngầm làm giảm hiệu quả của khâu khử
trùng bằng clo, do nó phản ứng với clo để tạo thành các cloramin, có tác dụng sát
khuẩn yếu hơn nhiều so với clo (khoảng 1000 lần). Ngoài ra, nó còn giảm khả
năng xử lý sắt, mangan bằng công nghệ truyền thống. Amoni là nguồn dinh
dƣỡng, tạo điều kiện cho các vi sinh vật trong nƣớc (kể cả tảo) phát triển nhanh,
làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc thƣơng phẩm, đặc biệt là độ trong, mùi, vị,
nhiễm khuẩn [2].
1.3. PYROLUSITE VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƢỜNG.
1.3.1. Giới thiệu chung về quặng pyrolusit
Pyrolusite (hay pyroluzit) là quặng phổ biến quan trọng thứ hai trong tự
nhiên của mangan. Thành phần chủ yếu của quặng là mangan oxit, oxit sắt. và có
thể chứa thêm một số oxit và một số kim loại khác.

15