Bài giảng Công nghệ xử lý nước: Xử lý chất đặc biệt trong nước - PGS.TS. Nguyễn Việt Anh

Công nghệ xử lý nớc

1. Giới thiệu về Asen
xử lý các chất đặc biệt
trong nớc

Xử lý Asen

PGS. TS. Nguyễn Việt Anh
Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trờng,
Trờng đại học Xây dựng

Giới thiệu về Asen

Asen là nguyên tố hình thành tự nhiên trong vỏ Trái đất.
Các hợp chất asen vô cơ:
- Arsenat (As(V), arsenite (As(III), arsenic sulfide (HAsS2),
asen nguyên tố (As0) và asen ở dạng khí Arsine AsH3 (As(III)).
- Các hợp chất Arsenate (As(V): H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42, AsO43-.
- Các hợp chất Arsenite (As(III): Các hợp chất asen vô cơ bị
khử, nh H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-, AsO33-.
Các hợp chất asen hữu cơ: (CH3)2AsO(OH),
C6H5AsO(OH)2, vv...
Các dạng hợp chất hữu cơ của asen thờng ít độc hơn so
với các hợp chất asen vô cơ.

Nồng độ các hợp chất Arsenat As(IV)
trong nớc ngầm phụ thuộc vàp pH

Trong MT khử (trong lòng đất):
VK kỵ khí (Methanogenic bacteria) khử As(V) sang

As (III) và Metyl hoá chúng, tạo nên Methylarsenic
acid CH3AsO(OH)2 hay Dimethyl Arsenic Acid
(cacodylic) (CH3)2AsO(OH).
Những chất này có thể đợc Methyl hoá tiếp tạo
Trimethylarsine bay hơi rất độc và Dimethylarsine (III)
rất độc.

Công dụng:
Asen tồn tại phổ biến trong môi trờng xung quanh,
và mọi ngời đều tiếp xúc với một lợng nhỏ của
chúng.
Con đờng thâm nhập chủ yếu của asen vào cơ thể
là qua đờng thức ăn (trung bình 25 - 50 ug/ngđ),
ngoài ra còn một lợng nhỏ qua nớc uống và không
khí. Một số loài cá và thuỷ sản dùng làm thực phẩm
chứa asen cao hơn bình thờng, nhng lợng asen
này thờng tồn tại dới dạng hợp chất asen hữu cơ ít
độc.
As trong tế bào thực vật: 0,01 - 5 ppm / trọng lợng khô.
Thực vật biển: nhiều As hơn. Tảo biển, tảo nâu: 94 ppm.
Tế bào ngời: < 0,3 ppm.
Tôm cá biển: 120 ppm/trọng lợng khô.

PGS. TS. Nguyễn Việt Anh, IESE

Sản xuất thuốc trừ sâu, diệt cỏ (cả asen hữu cơ và
asen vô cơ).
Bảo quản gỗ.
(Thuốc nhuộm, sơn.)
Luyện kim (tăng độ cứng của đồng);

Gốm và thuỷ tinh, Bán dẫn, Điện tử, Y học, Hoá chất,
vv...
Trớc kia, các hợp chất asen vô cơ: sơn, thuốc
nhuộm, bả chuột, thuốc chữa một số bệnh truyền
nhiễm nh hen, vảy nến, ...

1


Công nghệ xử lý nớc

As(III)

Arsenic in groundwater worldwide

As(V)

Nhiều vùng trên thế giới đang bị ô nhiễm hay có dấu
hiệu bị ô nhiễm asen trong nớc ngầm với hàm lợng
cao, nh ấn độ, Bangladesh, Mông cổ, Đài loan,
Ghana, Achentina, Chilê, ...

USA
0.4

n

10 Mio.

Vietnam

3.6 n 11 Mio.?

97% dân số Bangladesh (120 triệu ngời) đang sử
dụng nớc ngầm làm nguồn nớc cấp cho sinh hoạt.
Trong số đó có tới 77 triệu ngời sử dụng nguồn nớc
có chứa asen với hàm lợng cao.

Nepal
Pakistan
Laos
Cambodia

Thailand
Sumatra

Country

Max

n

People
at risk

n natural
a anthropogenic
m mine waste

mg/L

Asen có ảnh hởng tới sức khỏe
con ngời nh thế nào?
Một lợng lớn Asen có thể gây chết ngời.
Mức độ ô nhiễm nhẹ hơn có thể dẫn đến thơng tổn
các mô hay các hệ thống của cơ thể.
Khi Asen thâm nhập qua miệng: đau rát hệ thống tiêu
hóa, buồn nôn, nôn mửa và tiêu chảy. Ngoài ra có
thể bị giảm lợng hồng cầu và bạch cầu trong máu,
rối loạn tim mạch, tổn thơng mạch máu, suy gan,
thận, rối loạn thần kinh, gây cảm giác nh bị gai đâm
vào lòng bàn chân và tay.

Asen có ảnh hởng tới sức khỏe
con ngời nh thế nào?
Ô nhiễm asen qua đờng hô hấp với nồng độ khoảng
200 ug/m3 thờng gây đau rát mũi, họng và da nơi
tiếp xúc.
Bị nhiễm độc ở mức cao hơn sẽ có những triệu chứng
tơng tự nh ô nhiễm mạn tính qua đờng miệng ở
mức trung bình.

Asen có ảnh hởng tới sức khỏe
con ngời nh thế nào?
Khi bị nhiễm độc Asen dạng hợp chất vô cơ qua
đờng miệng: là sự xuất hiện các vết màu đen và
sáng trên da, những hạt ngô nhỏ trong lòng bàn
tay, lòng bàn chân và trên mình nạn nhân. Nếu
không đợc chữa trị đúng cách và kịp thời, những hạt
nhỏ này có thể sẽ biến chứng gây ung th da.
Asen còn tăng nguy cơ gây ung th trong cơ thể, nhất

là ở gan, thận, bàng quang và phổi.
Nhiễm độc các hợp chất Asen vô cơ qua đờng hô
hấp: đau nhẹ đến đau nhức da, mắt, miệng, ....,
bệnh ung th phổi.

Asen có ảnh hởng tới sức khỏe
con ngời nh thế nào?
US EPA: với lợng tiếp nhận hàng ngày 1 ug/kg.ngđ
(khoảng 50 - 100 ug đối với ngời lớn) trong thời gian
dài có thể dẫn tới nguy cơ ung th da với xác suất
0.1% (1/1000). Lợng này tơng đơng với sử dụng
nớc nguồn ô nhiễm asen với hàm lợng 25 - 50 ug/l
trong một đời ngời.
Hít thở thờng xuyên không khí chứa 1ug/m3 asen có
thể dẫn đến ung th với xác suất khoảng 0.4%
(4/1000).

PGS. TS. Nguyễn Việt Anh, IESE

2


Công nghệ xử lý nớc

2. Các công nghệ xử lý asen
trong nớc ngầm
Các nhóm giải pháp công nghệ chủ yếu:
Tạo kết tủa - Lắng
Keo tụ - Lắng
Lọc

Hấp phụ
Ôxy hoá
Lọc màng
Oxy hoá quang năng,

WHO: nồng độ giới hạn cho phép của Asen trong
nớc cấp uống trực: 10 ug/l.
US EPA, EU: hớng tới 2 - 20 ug/l.
Việt Nam: nồng độ giới hạn cho phép của Asen
trong nớc cấp:
Ăn uống: 10 ug/l (QCVN 01:2009/BYT).
Sinh hoạt, cấp nớc tập trung: 10 ug/l (QCVN
02:2009/BYT, Giới hạn I).

Quy mô nhỏ: tập trung vào các giải pháp công nghệ đơn giản,
chi phí thấp.
Nhìn chung, các giải pháp tạm thời, chi phí thấp thờng không
đáp ứng đợc tiêu chuẩn của WHO (10 ppb). Cần thiết phải sử
dụng những giải pháp dài hạn, hay sử dụng kết hợp một số công
nghệ.

Sinh hoạt, cấp nớc tại chỗ hộ gia đình: 50 ug/l (QCVN
02:2009/BYT, Giới hạn II).

2.1. Tạo kết tủa - Lắng - lọc
Nguyên tắc: tạo các chất kết tủa với các ion tan trong
dung dịch.
Sắt thờng tồn tại trong nớc ngầm ở dạng Hydro
cacbonat Sắt (II) hoà tan. Khi gặp oxy, sẽ đợc oxy
hoá và tạo thành chất kết tủa. Các hợp chất của

Asen có khả năng hấp phụ lên các bông kết
tủa đó (Phơng pháp cộng kết tủa)

Cơ chế quá trinh xử lý Asen
In solution

In sand filter

iron oxidation

iron oxidation

iron coagulation

iron precipitation on sand

arsenic oxidation

arsenic oxidation

arsenic co-precipitation

arsenic co-precipitation

Tách khỏi nớc nhờ Lắng và Lọc
Các trạm xử lý nớc ngầm chứa sắt thờng đợc thiết
kế theo công nghệ làm thoáng - lắng - lọc. Những
trạm này cũng khử đợc asen mà không cần dùng
hoá chất keo tụ.

2.2. Keo tụ - lắng - lọc
Dùng các chất keo tụ, nh các muối của Sắt hoặc
Nhôm (phèn), chuyển Asen từ dạng tan sang dạng
không tan nhờ phản ứng hoá học, sau đó tách ra khỏi
nớc nhờ lắng và/hoặc lọc.
Có thể phải oxy hoá sơ bộ và/hoặc điều chỉnh pH.
Xử lý cặn thải chứa arsen từ quá trình keo tụ?
Phèn Sắt thờng cho hiệu quả xử lý cao hơn so với
cùng một lợng phèn Nhôm, độ dao động pH cho
phép lớn hơn.

2.3. lọc
Vật liệu lọc thông thờng: cát, than antraxit, than hoạt
tính dạng hạt, ...
Vật liệu lọc rẻ tiền ở địa phơng: vải, than, sơ dừa
ép, xơ mớp, sỏi nhỏ, ...

So sánh hiệu quả khử Asen với 3 loại phèn keo tụ khác
nhau: FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3:
FeCl3 cho phép đạt hiệu suất loại bỏ Asen cao nhất: > 90 %.

PGS. TS. Nguyễn Việt Anh, IESE

3


Công nghệ xử lý nớc

2.4. Hấp phụ:
Asen có thể đợc hấp phụ lên bề mặt của các vật liệu

dạng hạt, hạt sét hay vật liệu gốc xellulo nh: Than
hoạt tính; than hoạt tính đã xử lý bằng một số hợp
chất kim loại; các hợp chất oxyt sắt, oxyt titan, oxyt
silic; sét khoáng (caolanh, bentonite, ...); boxit,
hematite, felspat; nhựa tổng hợp trao đổi anion; chitin
và chitosan; bone char; cát bọc một lớp oxyt sắt hoặc
dyoxit mangan MnO2; các vật liệu xellulo (mùn ca,
bột giấy báo), vv...

Dùng mạt sắt (Fe hoá trị 0)
Fe = 2000 mg/l. Hiệu suất luôn đạt > 93%.
Sự có mặt của Sulffat làm tăng hiệu suất xử lý, trong
khi Phosohate lại làm ức chế.
t = 12 h ... 3,5 ngđ.

Hiệu suất xử lý tăng nếu sử dụng các chất oxy hoá hỗ
trợ quá trình hấp phụ asen.

dùng Oxyt
O
nhôm kim loại hoạt hoá
Vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ nhôm,
có khả năng tách Asen ở 2 dạng tồn tại phổ biến
ở trong nớc là As (III) và As(V)
(Aqua-BindTM, vv.)
Nhôm hoạt hoá có tính lựa chọn cao đối với As(V).
Cần tính đến khả năng hoàn nguyên và thay thế vật
liệu lọc khi sử dụng.
Hàm lợng sắt trong nớc nguồn càng cao, hiệu suất
khử asen và chu kỳ làm việc giữa hai lần hoàn

nguyên càng tăng.
Hạn chế: lợng vật liệu hấp phụ thải ra lớn: 50 - 200
g / m3 nớc (gấp gần 10 lần so với lợng cặn tạo
thành khi sử dụng phơng pháp keo tụ bằng phèn
sắt).

dùng Hydroxyt sắt
Vật liệu hấp phụ: bột giấy báo có phủ một lớp
Hydroxyt sắt (III) (Giấy báo cắt vụn đợc trộn với
khoáng chất Blender và nghiền nhỏ thành bột. Sau
đó trộn với hydroxyt sắt và khuấy đều, làm hydroxyt
sắt bám vào các sợi xellulo).
Vật liệu phấp phụ Hydroxyt sắt dạng hạt (Driehaus,
Đức). Vật liệu này có khả năng hấp phụ cao:
Nồng độ arsen trong nớc trớc xử lý 100 180 ppb,
sau xử lý đạt < 10 ppb.

PGS. TS. Nguyễn Việt Anh, IESE

Sử dụng mạt sắt kết hợp với cát
Công nghệ AsRT: Lọc với vật liệu hấp phụ bằng mạt
sắt trộn lẫn với cát thạch anh.
Hệ thống bao gồm 2 cột lọc nối tiếp.
- Cột thứ nhất với vật liệu lọc là Sulfat Bari và cát
thạch anh.
- Cột thứ hai với vật liệu lọc là mạt sắt và cát thạch
anh.
Sắt bị oxy hoá, tạo môi trờng thiếu khí (anoxic) đối
với Asen (trong điều kiện thiếu oxy). Mạt sắt (= các
Ion sắt hoá trị 0) khử Asen vô cơ thành dạng kết tủa

cùng với sắt, hỗn hợp kết tủa, hay kết hợp với Sulfat
tạo Pyrit Asen. Asen đợc giữ lại trong cột lọc. Arsen
trong nớc sau xử lý đạt dới 27 ppb.

dùng Laterite
Là loại đất sét có màu đỏ, rất phổ biến ở các vùng
nhiệt đới.
Thành phần chủ yếu của Laterite là các Hydroxyt Sắt
và Nhôm, hoặc các oxyt ngậm nớc của chúng, và
một lợng nhỏ các hợp chất của Mangan, Titan.
ở điều kiện tự nhiên, loại đất sét này có điện tích bề
mặt dơng, có khả năng hấp phụ các chất bẩn mang
điện tích âm nh Arsenic.
Có thể đa laterite trực tiếp vào nớc cần xử lý nh
chất hấp phụ, sau đó để lắng, hoặc có thể sử dụng
làm vật liệu hấp phụ trong bể lọc.

4


Công nghệ xử lý nớc

2.5. Trao đổi Ion

2.6. Oxy hoá

Anion axit mạnh (Cl-): chuyển gốc arsenate H2AsO4sang arsenate H2AsO42- .
Asen sau xử lý có thể đạt dới 2 ppb.
Hoàn nguyên: NaCl.

Làm thoáng bằng cách sục không khí vào nớc, có
thể oxy hoá asen và sắt có trong nớc, tạo chất kết
tủa FeAsO4.
Làm thoáng đơn giản và lắng: Asen sẽ đợc tách
cùng với Hydroxyt Sắt kết tủa. Hiệu suất xử lý đạt
25% đối với nớc ngầm chứa nhiều sắt.

2.7. Oxy hóa quang hoá

Advantage:

aeration assures oxygen saturation for
iron oxidation

Disadvantage: construction requires special material
and skills, higher costs

Loại bỏ Arsenite (As(III)) và cả các chất hoà tan khác
nh Sắt, Phosphorus, Sulfur, ... khỏi nớc bằng cách
đa chất oxy hoá và chất hấp phụ quang hoá.
Chiếu tia cực tím vào nớc rồi sau đó lắng.
Chất oxy hoá có thể là oxy tinh khiết hoặc sục khí.
Chất hấp phụ quang hoá có thể là Fe(II), Fe(III),
Ca(II).
Có thể sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn tia cực
tím.
Phản ứng có thể xảy ra ở nhiệt độ trong phòng và
ánh sáng thấp, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp.
Do As(III) bị oxy hoá thành As(V) với tốc độ rất chậm,
có thể sử dụng các chất oxy hoá mạnh nh Cl2, H2O2

hoặc O3. Phần lớn chi phí xử lý chính là các chât oxy
hoá này (Khoa G.H., Emett M.T. et al, 1997).

Phơng pháp SORAS
Phản ứng oxy hoá quang hoá nhờ năng lợng bức
xạ (SORAS):
oxy hoá quang hoá As(III) thành
As(V) nhờ ánh sáng mặt trời, sau đó tách As(V) ra
khỏi nớc nhờ hấp phụ bằng các hạt Fe(III).
Tăng cờng hiệu suất nhờ nhỏ thêm vài giọt
chanh, giúp cho quá trình tạo các bông keo
Fe(III).
Hàm lợng sắt trong nớc ngầm ít nhất 3 mg/l, cờng
độ bức xạ UV-A 50 Wh/m2.

PGS. TS. Nguyễn Việt Anh, IESE

5


Công nghệ xử lý nớc

2.8. Chng cất bằng năng lợng mặt trời
Phơng pháp này sử dụng năng lợng mặt trời để làm
bốc hơi nớc, sau đó cho nớc ngng tụ lại. Quá
trình bay hơi và ngng tụ nớc sẽ tách tất cả các
chất, trong đó có cả Asen ra khỏi nớc.
áp dụng tốt ở các nớc vùng nhiệt đới, với nguồn
năng lợng mặt trời sẵn có.

2.9. Lọc màng
Có nhiều loại màng lọc đợc sử dụng nh vi lọc, thẩm
thấu ngợc, điện thẩm tách, siêu lọc và lọc nano.

PGS. TS. Nguyễn Việt Anh, IESE

2.10. Phơng pháp sinh học
Arsenic removal by biofilter - With Iron oxidyzing bacteria

6