Nghiên cứu xây dựng hệ thống xử lý asen cho nước sinh hoạt công suất 5m3ngày sử dụng vật liệu bùn đỏ biến tính

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

Nguyễn Quốc Hưng

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ ASEN
CHO NƯỚC SINH HOẠT CÔNG SUẤT 5M3/NGÀY SỬ DỤNG VẬT LIỆU BÙN ĐỎ
BIẾN TÍNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2017


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

Nguyễn Quốc Hưng

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ ASEN
CHO NƯỚC SINH HOẠT CÔNG SUẤT 5M3/NGÀY SỬ DỤNG VẬT LIỆU
BÙN ĐỎ BIẾN TÍNH
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số:

60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Phạm Thị Thúy
PGS. TS. Nguyễn Mạnh Khải

Hà Nội – Năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thiện được nội dung của luận văn thạc sĩ khoa học, ngoài sự nỗ
lực không ngừng của bản thân, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới
quý thầy cô bộ môn Công nghệ nói riêng và toàn thể thầy cô Khoa Môi trường, Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung đã luôn quan tâm và
tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích và vô cùng quý báu cho tôi trong
suốt thời gian theo học tại trường.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành và tri ân sâu sắc tới TS. Phạm Thị Thúy
và PGS. TS. Nguyễn Mạnh Khải, người đã trực tiếp hướng dẫn, luôn luôn sát sao, động
viên, nhắc nhở kịp thời và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian
thực hiện nghiên cứu phục vụ cho luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn ThS. Phạm Hoàng Giang cùng các cán bộ thuộc Phòng
Thí nghiệm Bộ Môn Công nghệ, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
– ĐHQGHN đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi hết sức nhiệt tình trong quá trình phân tích và vận
hành thiết bị thực nghiệm để tôi có thể thuận lợi hoàn thành luận văn của cá nhân mình.
Cuối cùng, tôi xin dành lời cảm ơn chân thành tới toàn thể gia đình, bạn bè và
đồng nghiệp, những người vẫn luôn quan tâm, giúp đỡ, động viên tôi và đồng thời cũng
là chỗ dựa tinh thần vững chắc giúp tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao trong suốt
thời gian học tập và quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn thạc sĩ khoa học vừa qua.

TÁC GIẢ

Nguyễn Quốc Hưng

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................3
1.1. Tổng quan về asen ..................................................................................................3
1.1.1. Giới thiệu về asen..............................................................................................3
1.1.2. Các dạng tồn tại và chuyển hóa của asen trong tự nhiên .................................4
1.1.3. Ảnh hưởng của asen đến sức khỏe ....................................................................8
1.2. Ô nhiễm asen tại Việt Nam và trên thế giới .......................................................13
1.3. Các phương pháp xử lý asen trong nguồn nước cấp .........................................18
1.3.1. Phương pháp oxi hóa ......................................................................................19
1.3.2. Phương pháp đông tụ/ đồng kết tủa kết hợp lắng ...........................................20
1.3.3. Phương pháp trao đổi ion ...............................................................................21
1.3.4. Công nghệ màng .............................................................................................22
1.3.5. Phương pháp sinh học.....................................................................................22
1.3.6. Xử lý asen bằng phương pháp hấp phụ ..........................................................22
1.4. Phương pháp hấp phụ ..........................................................................................27
1.4.1. Nguyên lý chung của phương pháp hấp phụ ...................................................27
1.4.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ....................................................30
1.4.3. Động học hấp phụ của thí nghiệm dòng chảy liên tục ....................................30
1.5. Chất lượng nước và hiện trạng cấp nước của làng Cự Đà, Hà Nội .................36
1.6. Tổng quan bùn đỏ từ quá trình sản xuất nhôm.................................................39
1.6.1. Công nghệ thải bùn đỏ và đặc tính của bùn đỏ ..............................................39
1.6.2. Thành phần và tính chất của bùn đỏ ...............................................................40
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................41
2.1. Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................................41
2.2. Nội dung nghiên cứu.............................................................................................41
2.2. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................41
2.2.1. Phương pháp kế thừa tài liệu thứ cấp .............................................................41

2.2.2. Phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ As ......................................................41
2.2.3. Khảo sát pH tối ưu cho quá trình hấp phụ As của vật liệu bằng thí nghiệm mẻ
...................................................................................................................................44
2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước vật liệu đến hiệu quả hấp phụ asen trong
điều kiện hấp phụ động bằng thí nghiệm cột hấp phụ dòng chảy liên tục ................44


2.2.5. Chế tạo và lắp đặt mô hình pilot .....................................................................46
2.2.6. Quy trình và kế hoạch vận hành .....................................................................52
2.2.7. Các phương pháp phân tích ............................................................................52
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................54
3.1. Đặc điểm của vật liệu ...........................................................................................54
3.1.1. Đặc điểm bề mặt vật liệu .................................................................................54
3.1.2. Cấu trúc pha của vật liệu ................................................................................55
3.2. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ asen của vật liệu ...........................57
3.2.1. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu đến khả năng hấp phụ As trong điều kiện
dòng chảy liên tục .....................................................................................................58
3.3. Đánh giá khả năng xử lý As của hai loại vật liệu hấp phụ với hệ lọc quy mô
thực tế 5m3/ngày.đêm ..................................................................................................66
3.3.1. Hệ lọc quy mô 5m3/ng.đ với vật liệu hấp phụ chế tạo từ quặng sắt oxit ........66
3.3.2. Hệ lọc quy mô 5m3/ng.đ với vật liệu hấp phụ chế tạo từ sắt (III) hydroxit ....70
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ..........................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................77
PHỤ LỤC .....................................................................................................................85


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Hàm lượng asen trong một số khoáng vật ................................................................. 5
Bảng 1.2: Một số nghiên cứu về vật liệu hấp phụ xử lý asen ................................................... 24
Bảng 1.3: Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối và phương pháp hạn chế ... 32

Bảng 2.1: Bảng tỷ lệ phối trộn vật liệu (theo %)...................................................................... 42
Bảng 2.2: Bảng thống số kĩ thuật các thiết bị của hệ thống xử lý ............................................ 51
Bảng 3.1: Các thông số trong mô hình Thomas và Yoone – Nelson ........................................ 64


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Con đường xâm nhập As vào cơ thể người ................................................................ 8
Hình 1.2: Nhiễm độc asen mãn tính ......................................................................................... 12
Hình 1.3: Khảo sát hiện trạng con người sử dụng một số nguồn nước phơi nhiễm asen ở một
số quốc gia trên thế giới năm 2007 (x103 người) ..................................................................... 13
Hình 1.4: Bản đồ dự báo các vùng trên thế giới có nồng độ asen tổng trong nước ngầm cao
hơn Tiêu chuẩn Y tế Thế giới .................................................................................................... 14
Hình 1.5: Vị trí các khu vực đã và có nguy cơ ô nhiễm asen trong nước ngầm tại một số tỉnh
thuộc Trung Quốc ..................................................................................................................... 15
Hình 1.6: Sự phân bố asen trong nước ngầm theo nồng độ tại khu vực Đồng Bằng Sông Hồng
.................................................................................................................................................. 18
Hình 1.7: Mô hình cột hấp phụ đơn giản ................................................................................. 31
Hình 1.8: Đường cong thoát của cột hấp phụ .......................................................................... 32
Hình 1.9: Đồ thị sự phụ thuộc ln(Co/Ct – 1) vào thời gian theo mô hình Thomas .................. 34
Hình 1.10: Đồ thị sự phụ thuộc ln(Ce/(Co – Ce)) vào thời gian theo mô hình Yoon-Nelson .. 36
Hình 1.11: Bản đồ địa chính xã Cự Đà .................................................................................... 37
Hình 1.12: Vị trí trường mầm non Cự Khê .............................................................................. 38
Hình 2.1: Sơ đồ chế tạo vật liệu ............................................................................................... 43
Hình 2.2: Mô hình thí nghiệm cột hấp phụ .............................................................................. 45
Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ tóm tắt của hệ pilot xử lý asen ...................................................... 47
Hình 2.4: Hệ pilot xử lý As trong nước ngầm công suất 5m3/ngày .......................................... 50
Hình 3.1: Ảnh chụp SEM độ phóng đại 30.000 lần của các mẫu vật liệu hấp phụ sau khi biến
tính ............................................................................................................................................ 54
Hình 3.2: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu O550 ........................................................................... 55
Hình 3.3: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu H550 ........................................................................... 56

Hình 3.4: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ As của các vật liệu biến tính ................ 57
Hình 3.5: Nồng độ As trong dung dịch sau cột hấp phụ chứa vật liệu O550 ở 3 kích thước khác
nhau .......................................................................................................................................... 59
Hình 3.6: Nồng độ As trong dung dịch sau cột hấp phụ chứa vật liệu H550 ở 3 kích thước khác
nhau .......................................................................................................................................... 60
Hình 3.7: Đồ thị sự phụ thuộc của ln(Co/Ce – 1) vào t của nồng độ As (V) sau khi hấp phụ bằng
các vật liệu với kích cỡ khác nhau theo Thomas ...................................................................... 62
Hình 3.8: Đồ thị sự phụ thuộc của ln(Ce/(Co-Ce)) vào t của As (V) khi hấp phụ bằng các vật
liệu theo mô hình Yoon – Nelson .............................................................................................. 63


Hình 3.9: Giá trị pH của nước sau các công đoạn xử lý trong hệ sử dụng vật liệu hấp phụ O550L ................................................................................................................................................ 66
Hình 3.10: Nồng độ Fe trong nước sau các công đoạn xử lý trong hệ sử dụng vật liệu hấp phụ
O550-L ...................................................................................................................................... 67
Hình 3.11: Nồng độ As trong nước sau các công đoạn xử lý trong hệ sử dụng vật liệu hấp phụ
O550-L ...................................................................................................................................... 68
Hình 3.12: Giá trị pH của nước sau các công đoạn xử lý trong hệ sử dụng vật liệu hấp phụ
H550-M..................................................................................................................................... 70
Hình 3.13: Nồng độ Fe trong nước sau các công đoạn xử lý trong hệ sử dụng vật liệu hấp phụ
H550-M..................................................................................................................................... 71
Hình 3.14: Nồng độ As trong nước sau các công đoạn xử lý trong hệ sử dụng vật liệu hấp phụ
H550-M..................................................................................................................................... 73


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Ý nghĩa

ATP

Adenosine triphosphat

BYT

Bộ Y tế

DMA

Axit dimetyl asonic

CETASD

Trung tâm Nghiên cứu công nghệ Môi trường và Phát triển
Bền vững

H550

Vật liệu hấp phụ giàu sắt nguồn gốc từ sắt (III) hydroxit

H550 – L

Vật liệu hấp phụ giàu sắt nguồn gốc từ sắt (III) hydroxit kích
thước 8 – 9,5 mm

H550 – M

Vật liệu hấp phụ giàu sắt nguồn gốc từ sắt (III) hydroxit kích
thước 3,75 – 4,75 mm

H550 – S

Vật liệu hấp phụ giàu sắt nguồn gốc từ sắt (III) hydroxit kích
thước 1 – 2 mm

ICP-MS

Phương pháp Quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần kết
nối khối phổ

MMA

Axit monometyl asonic

KCN

Khu công nghiệp

KLN

Kim loại nặng

O550

Vật liệu hấp phụ nguồn gốc từ quặng sắt oxit

O550 – L

Vật liệu hấp phụ nguồn gốc từ quặng sắt oxit kích thước 8
– 9,5 mm

O550 – M

Vật liệu hấp phụ nguồn gốc từ quặng sắt oxit kích thước
3,75 – 4,75 mm

O550 – S

Vật liệu hấp phụ nguồn gốc từ quặng sắt oxit kích thước 1
– 2 mm

PTN

Phòng thí nghiệm

QCVN

Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia

SEM

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy)


TCVN

Tiêu Chuẩn Quốc gia (Việt Nam)

TMA

Axit trimetyl asonic

UNICEF

Quỹ Nhi đồng Liên Hợp Quốc

WHO

Tổ chức Y tế Thế Giới

X – Ray

Phổ nhiễu xạ tia X


MỞ ĐẦU
Hiện nay, vấn đề môi trường đã và đang trở thành vấn đề chung của tất cả các
quốc gia trên thế giới, đặc biệt là những vấn đề về nguồn nước - nhân tố thiết yếu của
sự sống. Ô nhiễm nước đang là đề tài nóng bỏng và mối quan tâm hàng đầu của toàn thế
giới.
Những năm gần đây, ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt là asen, đang có được sự
quan tâm của nhiều nhà khoa học cũng như cộng đồng dân cư. Trong các tầng địa chất
và nước ngầm ở Việt Nam tồn tại sẵn một lượng asen đáng kể, do đó sự thay đổi các
đặc tính thuỷ địa hoá bởi hoạt động nhân sinh của con người đã thúc đẩy quá trình giải
phóng asen vào nước ngầm. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp
là sự tăng nhanh hàm lượng kim loại nặng (KLN) trong các nguồn nước thải, đã làm ảnh
hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc loại bỏ các kim loại
trong nước đã trở thành vấn đề quan trọng để đảm bảo chất lượng nước. Do đó, việc áp
dụng các phương pháp xử lý nhằm loại bỏ chúng ra khỏi môi trường là rất cần thiết và
ngày càng được quan tâm nhằm bảo vệ môi trường sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Có

nhiều phương pháp được áp dụng nhằm loại bỏ các ion KLN ra khỏi môi trường nước
như: phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp sinh học, phương pháp trao đổi ion,
phương pháp điện hóa… Trong đó, phương pháp hấp phụ sử dụng một vật liệu có khả
năng hấp phụ cao được sử dụng rộng rãi.
Tiếp xúc lâu với asen thường mắc bệnh về tim mạch như cao huyết áp, mạch máu
não. Những biểu hiện bên ngoài như tổn thương da (biến đổi sắc tố da, sừng hoá…). Vì
vậy cần phải tìm ra những giải pháp nhằm loại bỏ asen khỏi nguồn nước ngầm để bảo
vệ sức khỏe của người dân.
Để khắc phục tình trạng nước bị ô nhiễm, giải pháp được đề ra đó là phải có các
hệ thống xử lý nước tập trung cho các cụm dân cư, với đầy đủ các giai đoạn xử lý sắt,
asen, các kim loại nặng, vi khuẩn và các tạp chất khác nhằm cung cấp đủ nước sạch đạt
tiêu chuẩn cho sản xuất và sinh hoạt của người dân.

1


Do đó, nhằm thử nghiệm các vật liệu hấp phụ từ phế phẩm cũng như các vật liệu
giàu sắt để hấp phụ asen trong điều kiện thực tế, cũng như bước đầu xây dựng và kiểm
tra các thông số vận hành của mô hình pilot, sử dụng các phương pháp chủ yếu như
phương pháp kế thừa tài liệu, phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ As, cũng như là các
phương pháp khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ asen của vật liệu, … tôi
tiến hành thực hiện đề tài: ‘‘Nghiên cứu xây dựng hệ thống xử lý asen cho nước sinh
hoạt công suất 5m3/ngày.đêm sử dụng vật liệu bùn đỏ biến tính”.
Mục tiêu của đề tài:
❖ Đánh giá khả năng xử lý As của một số loại vật liệu từ bùn đỏ cũng như các
hợp chất giàu sắt khác ở điều kiện hấp phụ động trong quy mô phòng thí
nghiệm và quy mô pilot.
❖ Chế tạo và lắp đặt thành công hệ xử lý asen quy mô pilot công suất 5m3/ngày.

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về asen
1.1.1. Giới thiệu về asen
Asen hay còn gọi là thạch tín, tên tiếng Anh là Arsenic, là một nguyên tố hóa học
(á kim) có ký hiệu là As, số hiệu nguyên tử là 33. Asen được nhắc đến lần đầu tiên vào
năm 1250 bởi giáo sư người Đức Albertus Mangnus (người Đức) [40]. Asen là nguyên
tố có tính chất hóa học giống nguyên tố đứng trên nó trong Bảng tuần hoàn là photpho,
bởi vậy nó có các tính chất như có thể tạo thành các oxit kết tinh không màu, không mùi
như As2O3 và As2O5 là những chất hút ẩm và dễ dàng hòa tan trong nước để tạo thành
các dung dịch có tính axit. Asen có thể tạo thành hydrua dạng khí và không ổn định
(arsin AsH3) [18, 40].
Asen là một nguyên tố không chỉ có trong nước, không khí, đất, thực phẩm mà
còn có trong cơ thể con người. Ở mức độ bình thường, nước tiểu có chứa 0,005-0,004
mg As/L, tóc chứa 0,08-0,25 mg As/kg, móng tay, móng chân chứa 0,43-1,08 mg As/kg
[24].
Trong công nghiệp, asen có trong các ngành luyện kim, xử lý quặng, sản xuất
thuốc bảo vệ thực vật, thuộc da. Asen thường có mặt trong thuốc trừ sâu, diệt nấm, diệt
cỏ dại… Trong công nghiệp asen được điều chế bằng cách đun nóng các khoáng phù
hợp trong điều kiện không có không khí, hoặc khử asen trioxit với than đá [50]:
FeAsS (700°C)  FeS + As (khí)  As (rắn)
As4O6 + 3C  4As + 3CO2
Tùy thuộc vào môi trường địa chất, asen có thể tồn tại ở bốn trạng thái oxi hóa 3, 0, +3, +5, có hai đồng vị là 75As (đồng vị bền) và 78As (đồng vị phóng xạ với chu kỳ
bán rã là 26.8h). Asen dạng nguyên tố (hóa trị 0) rất hiếm gặp ở dạng tồn tại tự do trong
nước tự nhiên vì thế các trạng thái oxi hóa hoạt động quan trọng chủ yếu là III và V [26].
Các hợp chất asen dạng metyl hóa như MMA - axit monometyl asonic, DMA - axit
dimetyl asonic, TMA - axit trimetyl asonic có mặt một cách tự nhiên trong môi trường

3

như là kết quả của hoạt động sinh học. Hợp chất thương phẩm quan trọng nhất của asen
là As2O3, là sản phẩm phụ được sinh ra trong quá trình nấu chảy các quặng đồng hay chì
[35].
1.1.2. Các dạng tồn tại và chuyển hóa của asen trong tự nhiên
a) Asen trong vỏ trái đất
Asen là nguyên tố hiếm trong vỏ trái đất, nồng độ trung bình của asen trong các
đá lửa và đá trầm tích vào khoảng 2mg/kg, và có nồng độ cao hơn trong các trầm tích
sét mịn và khoáng photphorit. Asen tồn tại tự nhiên trong hơn 200 loại khoáng khác
nhau, một số được nêu trong Bảng 1.1, trong đó khoảng 60% là asenat, 20% dạng
sulphua và sulphonat, 20% còn lại bao gồm asenua, asenit, oxit, silicat và asen nguyên
tố. Do quá trình phong hoá, asen trong các loại quặng bị rửa trôi theo nước, thấm vào
đất và gây ô nhiễm đất và nước [54]. Một số khoáng chứa asen thường gặp như: realgar
(AsS), orpiment (As2S3), asenopyrit (FeAsS), loellingite (FeAs2), asenolit (As2O3),
domeykite (Cu3As), enargite (Cu3AsS4) [1, 10].

4


Bảng 1.1: Hàm lượng asen trong một số khoáng vật
STT Tên đá hoặc khoáng vật

Khoảng nồng độ As (mg/kg)

Khoáng vật Sulphit
1

Marcasit

20 - 60

2

Chalcopyrite

10 -5000

3

Sphalerit

5 - 17000

4

Galen

5 - 10000
Khoáng ôxit

5

Fe(3+)oxithydroxit

> 76000

6

Fe oxit

7

Magnetit

> 2000
2,7 – 41
Khoáng Silicat

8

Quartz

0,4 - 1,3

9

Penspat

10

Biotit

< 0,1 - 2,1
1,4

11

Amphibol

1,1 - 2,3
Khoáng cacbonat

12

Calcit

1–8

13

Dolomit

<3

14

Xiderit

15

Gypsum/anhydrit

<1-6

16

Barit

17

Jarosit

< 1 - 12
34 - 1000

18

Apatit

1 - 1000

<3
Khoáng Sunphat

(Nguồn: Nguyễn Hoài Châu và cộng sự (2006) [5] )

b) Asen trong đất và trầm tích
Hàm lượng asen tự nhiên trong đất nhiều nơi khoảng 0,1- 40 mg/kg, trung bình
là 5mg/kg, trong đó đất cát có hàm lượng asen thấp nhất, còn đất bồi và đất mùn hữu cơ

5


có nồng độ asen cao hơn. Tuy nhiên các hoạt động của con người đã làm tăng đáng kể
asen trong đất. Hàm lượng asen lên tới 50 – 550 mg/kg được tìm thấy trong đất nông
nghiệp đã sử dụng thuốc trừ sâu chứa asen và 20100 – 35500 mg/kg trong đất ở bãi rác
thải của một nhà máy sản xuất thuốc trừ sâu [29].
c) Asen trong nước
Nồng độ As tối đa cho phép trong nước ăn theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) là

10μg/L. Nồng độ asen trong nước biển thường trong khoảng 1 - 8 μg/L, trong nước ngọt
không ô nhiễm là 1 - 10 μg/L và tăng cao đến 100 – 5000 μg/L ở những vùng có khoáng
hóa sulphua và vùng mỏ. Trong môi trường có thế oxi hóa khử cao, asen thường tồn tại
ở trạng thái hóa trị 5 (asenat) như H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42- và AsO43- [25]. Tuy nhiên,
dưới hầu hết các điều kiện khử và thế oxi hóa thấp, các asenit (As III) chiếm ưu thế.
Trong các hợp chất của asen thì H3AsO3 độc hơn H3AsO4. Dưới tác dụng của các yếu
tố oxy hóa trong đất thì H3AsO3 có thể chuyển thành dạng H3AsO4. Thế oxy hóa khử,
độ pH của môi trường và lượng kaloit giàu Fe3+…, là những yếu tố quan trọng tác động
đến quá trình oxy hóa khử các hợp chất asen trong tự nhiên. Asen có khả năng tạo kết
tủa với các ion sắt [27, 41].
Hàm lượng asen trung bình trong nước ngầm là 1 - 2 μg/L. Tuy nhiên, ở những
vùng có đá núi lửa và các cặn khoáng sulphua, hàm lượng asen đo được có thể cao hơn
3000μg/L. Theo các nhà khoa học, những vùng có asen cao có thể do nguyên nhân tự
nhiên hoặc do các hoạt động của con người [29, 46]. Ở Hungary, Vasany, nồng độ asen
phát hiện trong nước ngầm trong khoảng 1 - 171 μg/L, trung bình là 68μg/L. Hàm lượng
asen cao sinh ra từ đá gốc giàu asen được tìm thấy trong nước giếng khoan ở tây nam
Phần Lan với nồng độ từ 17 – 980 μg/L, tại một số vùng ở Mexico là 8- 624 μg/L với
hơn 50% số mẫu vượt quá 50 μg/L, còn ở tây nam Đài Loan nồng độ asen trung bình là
671 μg/L. Ô nhiễm asen trong nước ngầm từ các trầm tích giàu asen đã được phát hiện
trên diện rộng ở Ấn Độ và Bangladesh. Kết quả phân tích nước ngầm trong 6 quận ở tây
Bengan, Ấn Độ cho thấy nồng độ asen chủ yếu từ 193 – 737 μg/L với giá trị cao nhất
lên tới 3700 μg/L [46].

6


Những nghiên cứu địa hóa ở Bangladesh đã cho thấy hai mặt của quá trình vận
chuyển asen do các khoáng vật của sắt gây ra [41]. Quá trình hòa tan hyđroxit đã giải
phóng ra Fe2+ và các chất hấp phụ lên nó, trong đó bao gồm cả As, đây là nguyên nhân
chính gây ra ô nhiễm asen ở hầu hết các khu vực ô nhiễm nước ngầm. Ngược lại, các

hợp chất của Fe2+ được oxi hóa và bị thủy phân kết tủa thành sắt (III) hyđroxit làm giảm
đáng kể lượng asen tan trong nước. Điều này chứng tỏ khả năng hấp phụ tốt asen của
các khoáng vật chứa sắt.
d) Asen trong cơ thể người và động vật
Trong cơ thể người và động vật, asen tích lũy ở các mô với nồng độ khác nhau
tùy thuộc vào sự phơi nhiễm ở những vùng khác nhau. Ở các động vật có vú, asen thường
tích tụ trong các mô ngoại bì, chủ yếu trong lông tóc và móng. Hàm lượng asen trong
các động vật nuôi và con người thường nhỏ hơn 0,3 mg/kg. Toàn bộ cơ thể người có thể
chứa từ 3 – 4 mg asen và có xu hướng tăng theo tuổi. Các phép phân tích cho thấy, trừ
tóc, móng và răng, hàm lượng asen trong các mô trong cơ thể người thường nhỏ hơn 0,3
– 147 μg/mg trọng lượng khô, từ 0,01 - 0,09 μg/mg trọng lượng ướt [1].
Asen vô cơ có ái lực đặc biệt với tóc và các mô giàu keratin khác. Nồng độ asen
bình thường trong tóc là 0,08 - 0,25 mg/kg hoặc 50 – 400 μg/mg, từ 1 mg/kg trở lên coi
là nhiễm độc. Lượng asen tổng trong nước tiểu người bình thường trong khoảng 5 – 40
μg/ngày, trường hợp nhiễm độc cấp tính và bán cấp tính, lượng asen thường lớn hơn 100
μg/ngày [1, 33]. Trong nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước và
trên thế giới đã chỉ ra rằng khả năng tích lũy của asen trong cơ thể là rất lớn kể cả khi
tiếp nhận với một liều lượng nhỏ trong thời gian dài. Nói chung, các dạng asen hữu cơ
được đào thải nhanh hơn các dạng asen vô cơ và asen (V) được thải loại nhanh hơn asen
(III) [24].

7


1.1.3. Ảnh hưởng của asen đến sức khỏe
a) Sự chuyển hóa asen trong cơ thể
Con người phơi nhiễm với rất nhiều dạng asen vô cơ và hữu cơ khác nhau từ thực
phẩm, nước và các yếu tố môi trường như được trình bày trong Hình 1.1. Mỗi dạng asen
có các tính chất hóa lý và hoạt tính sinh học khác nhau. Khi đi vào cơ thể, các dạng hòa
tan của asen được hấp thụ qua dạ dày, asen (V) ở dạng vô cơ hay hữu cơ đều hấp thụ

kém hơn asen (III) vì asen (V) ít có tương tác với thành dạ dày hơn. Sau đó theo đường
máu asen được chuyển tới các cơ quan khác chủ yếu ở dạng MMA.
Sự chuyển hóa asen trong cơ thể người bao gồm hai quá trình. Sau khi đi vào các
tế bào, asenat được khử về asenit rồi bị metyl hóa thành MMA và DMA, quá trình này
xảy ra trong gan, sau đó được bài tiết ra ngoài theo đường nước tiểu vì khả năng liên kết
của MMA và DMA với các phân tử trong cơ thể kém [12, 43].

Hình 1.1: Con đường xâm nhập As vào cơ thể người
b) Độc tính của asen
Asen là chất độc, nó còn được gọi là thạch tín. Chỉ cần uống một lượng nhỏ bằng
nửa hạt ngô cũng có thể gây chết người. Asen có thể đi vào cơ thể người qua đường ăn

8


uống, hít thở hoặc tiếp xúc qua da. Khi đi vào cơ thể nó thường tập trung ở móng tay,
móng chân, tóc. Asen có thể được bài tiết khỏi cơ thể người nhờ tróc vảy da hoặc qua
tuyến mồ hôi [1, 24, 33]. Asen tích lũy trong cơ thể gây tác động đến các vùng chính:
hệ tiêu hóa, da, hệ thần kinh, dây thần kinh vận động, từ đó làm tăng nguy cơ mắc các
bệnh về thần kinh, gan, thiếu máu, rối loạn chuyển hóa protein và đường, sừng hóa da
[33, 43, 46] hoặc gây các biểu hiện nhiễm cấp như sốt, chán ăn, gan to, sạm da, và loạn
nhịp tim, sự xúc cảm thần kinh ngoại vi, ảnh hưởng dạ dày. Sự nhiễm mãn asen vô cơ ở
hệ thần kinh biểu hiện bắt đầu với những sự biến đổi cảm giác, sa sút trí tuệ, sự nhạy
cảm và yếu mỏi các cơ. Sự nhiễm độc asen được đặc biệt quan tâm còn bởi các ảnh
hưởng tới khả năng sinh sản, gây quái thai và gây ung thư, nhất là gây ung thư da [33].
Độc tính của asen phụ thuộc vào dạng hóa học và các trạng thái oxi hóa. Độ độc
của các dạng asen tăng dần theo thứ tự: As (0) < các hợp chất asonium < As (V) vô cơ
< các asenoxit (As (III) hữu cơ) < As (III) vô cơ < Asin [33, 39].
c) Cơ chế gây độc của asen
Cơ chế gây độc của asen là phá hủy các mô trong hệ hô hấp, trong gan và thận,

nó tác động lên các enzyme (enzyme chống oxi hóa …) tấn công vào các nhóm hoạt
động -SH của enzyme làm vô hiệu hóa enzyme, tác động của asen lên trung tâm hoạt
động (-SH) của enzyme làm mất hoạt tính của enzyme [39, 42]:

Các enzyme sản sinh năng lượng của tế bào trong chu trình axit Nitric bị ảnh
hưởng rất lớn. Bởi các enzyme bị ức chế do việc tạo phức với As (III) dẫn đến thuộc
tính sản sinh ra các phần tử ATP bị ngăn cản:

9


Do sự tương tự về tính chất hóa học với photpho, asen can thiệp vào một số quá
trình hóa sinh làm rối loạn Photpho. Một số giai đoạn quan trọng trong quá trình hình
thành và phát triển của ATP là tổng hợp enzyme 1,3-diphotphatglixerat từ glixerandegit3-photphat. Vì vậy, dẫn đến sự tạo thành hợp chất 1-Aseno-3-photphoglixerat gây cản
trở giai đoạn này [61, 63].
Asen (III) ở nồng độ cao còn làm đông tụ protein, do As (III) tấn công vào các
liên kết có nhóm Sulfua, trong môi trường yếm khí As (III) có thể tạo hợp chất (CH3)3As
rất độc. Asen (V) ở dạng AsO43- có tính chất tương tự PO43- sẽ thay thế PO42- gây ức
chế enzyme ngăn cản quá trình tạo ATP [63].

Như vậy asen có 3 tác dụng hóa sinh là:
 Làm đông tụ protein
 Tạo phức với coenzim
 Phá hủy các quá trình photpho hóa.

10


d) Tác động của asen

 Tác động của asen tới sinh vật tự nhiên
Cơ thể sống, cả trong nước và trên cạn, phản ứng khác nhau khi nhiễm asen. Các
tác động phụ thuộc vào dạng hóa học của asen, tính chất của môi trường xung quanh và
tính nhạy cảm sinh học của bản thân cơ thể sống.
Một cá thể hoặc toàn bộ quần thể có thể bị ảnh hưởng bởi asen. Những ảnh hưởng
xấu nhất có thể dẫn đến tử vong, chậm phát triển và vô sinh. Môi trường nào bị nhiễm
độc asen thì số lượng loài đó sẽ suy giảm mạnh [1].

 Ảnh hưởng của asen đến sức khỏe của con người
Asen xâm nhập vào cơ thể con người thông qua nước uống, nhiễm do da tiếp xúc
liên tục với nguồn nước, không khí bị ô nhiễm. Sự nhiễm độc Asen được gọi là
Asenicosis. Đó là một tai họa môi trường với sức khỏe con người.
Khi cơ thể bị nhiễm độc asen, tùy theo mức độ và thời gian tiếp xúc sẽ biểu hiện
những triệu chứng với những tác hại khác nhau và được chia ra làm 2 loại sau:
 Nhiễm độc cấp tính
Qua đường tiêu hóa: khi Anhydrit Asenous hoặc Asenate xâm nhập vào cơ thể
sẽ gây các biểu hiện triệu trứng nhiễm độc như: rối loạn tiêu hóa (đau bụng, nôn mửa,
khô miệng, tiêu chảy nhiều và cơ thể bị mất nước), bệnh tương tự như bệnh tả có thể
dẫn đến tử vong từ 12-18h. Trường hợp còn sống, nạn nhân có thể bị viêm da tróc vảy
và viêm dây thần kinh ngoại vi.
Qua đường hô hấp hít thở không khí có bụi, khói hoặc hơi As: có các triệu chứng
như: kích ứng các đường hô hấp với biểu hiện ho, đau các chi; hiện tượng xanh tím mặt
được cho là tác dụng gây liệt của asen đối với các mao mạch. Ngoài ra có các tổn thương
về mắt như: viêm da mí mắt, viêm kết mạc [24].

11


 Nhiễm độc mãn tính
Trong môi trường tiếp xúc thường xuyên với asen ở nồng độ vượt quá độ an toàn

nhưng chưa có thể gây độc cấp tính, Asen gây nhiễm độc mãn tính và thường biểu hiện
các triệu chứng lâm sàng như: mệt mỏi, chán ăn, giảm trọng lượng cơ thể, xuất hiện các
bệnh về dạ dày, ngoài da (hội chứng đen da, ung thư da), rối loạn chức năng gan. Nhiễm
độc asen có thể gây ra các tác dụng toàn thân và cục bộ. Các triệu chứng nhiễm độc asen
mãn tính xảy ra sau 2 – 8 tuần, biểu hiện các triệu chứng: ban đỏ, bàn chân, bàn tay
nhiễm sắc, viêm kết mạc, niêm mạc hô hấp; buồn nôn đau bụng, loét dạ dày, rối loạn
thần kinh, ung thư da, ... [24, 61].

Hình 1.2: Nhiễm độc asen mãn tính
Từ năm 2002 trở về trước, Tiêu chuẩn nhà nước về ăn uống TCVN 5501-1991
và tiêu chuẩn đối với nước ăn uống và sinh hoạt của Bộ Y tế số 505 BYT/QĐ 13/4/1992
quy định, nước có hàm lượng As lớn hơn 0,05 mg/L là nước ô nhiễm, còn nước có hàm
lượng As nhỏ hơn 0,05 mg/L là nước đảm bảo tiêu chuẩn ăn uống và sinh hoạt. Tuy
nhiên, theo QCVN 01: 2009/ BYT và QCVN 02:2009/BYT mới nhất của Việt Nam quy
định giới hạn hàm lượng asen trong nước uống và nước sinh hoạt là 0,01 mg/L, bằng
tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và một số nước Châu Âu.

12


1.2. Ô nhiễm asen tại Việt Nam và trên thế giới

 Ô nhiễm asen trên thế giới
Ô nhiễm asen trong nước ngầm tạo ra nguy cơ sức khỏe lớn cho hàng triệu người,
ở nhiều vùng trên thế giới, nước ngầm có chứa asen được sử dụng cho mục đích nước
uống và tưới tiêu. Mặc dù cơ chế vận động địa chất của asen đã được tìm hiểu khá rõ,
nhưng mức độ ảnh hưởng trên quy mô toàn cầu vẫn còn chưa được biết tới. Đã có nhiều
nghiên cứu xây dựng các bản đồ xác suất dựa trên các mô hình trên tương ứng với các
khu vực bị ô nhiễm asen đã được biết đến trên thế giới và mô tả các khu vực chưa kiểm
tra có khả năng bị ô nhiễm asen cao.

Hình 1.3: Khảo sát hiện trạng con người sử dụng một số nguồn nước phơi nhiễm
asen ở một số quốc gia trên thế giới năm 2007 (x103 người)
(Nguồn: Choong và cộng sự, 2007[62])

Hình 1.3 thể hiện hiện trạng dân số sử dụng nguồn nước phơi nhiễm asen ở một
số quốc gia trên thế giới. Trong đó, số người sử dụng nước ô nhiễm asen nhiều nhất là
các quốc gia khu vực Châu Á như Trung Quốc, Ấn Độ và cả Việt Nam. Các nước châu
Á bị phơi nhiễm asen chủ yếu là các nước đông dân cư, làm gia tăng rủi ro sức khỏe cho
các cộng đồng địa phương cũng như có thể tạo thành một thảm họa môi trường.
Manouchehr Amini và cộng sự (2008) [47] đã xây dựng được bản đồ các vùng
trên thế giới có nồng độ asen tổng cao hơn Tiêu chuẩn Y tế Thế giới trong các khu vực

13


có nước ngầm điều kiện kị khí (có mặt các chất khử) và khu vực có độ pH/oxy hóa cao
như trong Hình 1.4. Các khu vực bị ô nhiễm nổi tiếng ở Bangladesh, Ấn Độ, Nepal,
Trung Quốc, Đài Loan và Đông Nam Á (như Campuchia và Việt Nam) tương ứng với
các khu vực dự đoán có nồng độ asen cao.

Hình 1.4: Bản đồ dự báo các vùng trên thế giới có nồng độ asen tổng trong nước
ngầm cao hơn Tiêu chuẩn Y tế Thế giới
(Nguồn: Manouchehr Amini và cộng sự, 2008 [47])

Asen cao trong nước ngầm đã được phát hiện ở Nadia, Musidaba, Manda,
Badhamam, các quận phía Nam và Bắc Panaganas của tây Bengan với hàm lượng từ 10
- 590 μg/L, 15 - 800 μg/L [35]. Kết quả phân tích 221 mẫu nước ngầm của 221 làng
thuộc quận Nadia cho thấy 143 mẫu có nồng độ asen cao hơn tiêu chuẩn cho phép của
Ấn Độ là 50 μg/L. Các nghiên cứu dịch tễ học đã chỉ ra bằng chứng về những tổn thương

trên da và gan do asen trong gần 92,5% số người phơi nhiễm với asen trong nước ngầm
có nồng độ 0,2 - 2,0 mg/L.
Tại Trung Quốc, ngoài địa nhiệt và khai thác mỏ, hai điều kiện môi trường chính
được cho là có liên quan đến việc làm tăng asen tự nhiên trong môi trường nước ngầm

14


trong môi trường kiềm hiếu khí tại các tầng nước trong vùng khô cằn và rải rác, nơi có
độ pH cao sẽ dẫn đến sự khử muối kiềm của asen từ các oxit khoáng, trong điều kiện
khử mạnh, nơi mà sự giải phóng asen có liên quan đến việc giải phóng các chất sắt
(hydr)ôxit chứa asen trong các trầm tích [45].
Chương trình Điều tra Quốc gia Trung Quốc do Bộ Y tế Trung Quốc thực hiện
đã kiểm tra khoảng 445.000 giếng tại 20.517 thôn của 292 quận (12% của tất cả các
quận ở Trung Quốc) về ô nhiễm asen, được thể hiện trong Hình 1.5. Gần 5% số giếng
khảo sát, hàm lượng asen trong nước cao hơn tiêu chuẩn của Trung Quốc trước đây là
50 mg/L, và khoảng 10.000 cá thể được ghi nhận có ảnh hưởng bởi các bệnh liên quan
đến phơi nhiễm asen [45].

Hình 1.5: Vị trí các khu vực đã và có nguy cơ ô nhiễm asen trong nước ngầm tại
một số tỉnh thuộc Trung Quốc
(Nguồn: Luiz Rodriguez-Lado và cộng sự (2013) [45])

Việc sử dụng giếng khoan vẫn đang tiếp diễn, và ước tính có 5,6 triệu người sử
dụng nước có nồng độ asen cao trong nước uống (> 50 mg/L) và khoảng 14,7 triệu người
bị phơi nhiễm với nồng độ asen > 10 mg/L [36, 45]. Do diện tích của Trung Quốc rộng
lớn nên phải mất vài thập kỷ để hoàn thành việc kiểm tra hàng triệu giếng khoan để xác
định sự xuất hiện và mức độ ô nhiễm asen tại quốc gia này [45].

15