(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu quá trình giải phóng asen từ trầm tích trẻ ven sông

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

Nguyễn Nhƣ Kh

NGHIÊN CỨU Q TRÌNH GIẢI PHĨNG ASEN
TỪ TRẦM TÍCH TRẺ VEN SƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2012


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

Nguyễn Nhƣ Kh

NGHIÊN CỨU Q TRÌNH GIẢI PHĨNG ASEN
TỪ TRẦM TÍCH TRẺ VEN SƠNG
Chun ngành: Khoa học mơi trƣờng
Mã số

: 608502

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TS Dieke Postma
TS. Phạm Thị Kim Trang

Hà Nội - 2012


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU

1

Chƣơng 1: TỔNG QUAN

3

1.1. Giả thiết về q trình giải phóng asen từ trầm tích trẻ ra nƣớc ngầm

3

1.1.1. Cơ chế khử hịa tan các khống ôxit sắt

3

1.1.2. Một số giả thiết khác

4

1.2. Sự phân bố của asen trong trầm tích và khống

5

1.2.1. Sự phân bố của asen trong trầm tích

5

1.2.2. Sự phân bố của As trong các khoáng

7

1.2.3. Sự phân bố của As trong các khống ơxit sắt

9

1.3. Vai trị của vi khuẩn đối với sự giải phóng asen

12

1.3.1.Vai trị của vi khuẩn khử sắt

12

1.3.2. Vai trò của vi khuẩn khử nitrat, sunfat

13

1.3.3. Vai trò của vi khuẩn khử trực tiếp As

13

1.4.Ảnh hƣởng của vật chất hữu cơ tới sự giải phóng asen

15

1.4.1. Vai trị tạo mơi trƣờng khử

16

1.4.2. Vai trị cạnh tranh hấp phụ

20

1.4.3. Các vai trò khác của hữu cơ

20


Chƣơng 2 : ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

23

2.1. Địa điểm thời gian và đối tƣợng nghiên cứu

23

2.1.1. Địa điểm nghiên cứu

23

2.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu

24

2.1.3. Thời gian nghiên cứu

24

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu

24

2.2.1. Phƣơng pháp tổng quan tài liệu

24

2.2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm

24

2.2.3. Phƣơng pháp xử lí số liệu

33

Chƣơng 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

34

3.1. Sự phân bố của asen trên các pha khống ơxit sắt trong trầm tích

34

3.2. Kết quả nghiên cứu về ảnh hƣởng của vi khuẩn, tác nhân hữu cơ và

40

bùn thải đến sự giải phóng asen từ trầm tích ra nƣớc ngầm
3.2.1. Kết quả về ảnh hƣởng của vi khuẩn tới sự giải phóng asen từ

41

trầm tích ra nƣớc ngầm
3.2.2. Kết quả về ảnh hƣởng của vật chất hữu cơ tới sự giải phóng

44

asen từ trầm tích ra nƣớc ngầm
KẾT LUẬN

53

KIẾN NGHỊ

54

TÀI LIỆU THAM KHẢO

55

PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
AAS

: Atom Absorption Spectrophotometer- Máy quang phổ hấp thụ
nguyên tử

As(T)

: Asen tổng

CETASD

: Research Center for Environmental Technology and Sustainable
Development – Trung tâm Công nghệ Môi trƣờng và Phát triển Bền
vững

DANIDA

: Danish International Development Agency -Tổ chức phát triển
quốc tế Đan Mạch

Fe(T)

:

Sắt tổng

HVG

: Hydride Vapor Generator -Bộ tạo khí hydrua

PHREEQC : Phần mềm mơ hình hóa chun dụng cho các q trình thủy địa hóa
diễn ra trong trầm tích và nƣớc ngầm, do hai nhà khoa học
Parkhurst và Appelo nghiên cứu và phát triển từ năm 1999.
UV-Vis

: Quang phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại và khả kiến

RSD

: Relative Standard Deviation (Độ lệch chuẩn tƣơng đối)

TOC

: Total Organic Carbon- Tổng cacbon hữu cơ


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1

Tên bảng

Trang

Hàm lượng As đặc trưng trong đá, trầm tích, đất và các trầm

6

tích bề mặt khác
Bảng 1.2

Hàm lượng As trong một số khoáng

7

Bảng 1.3 Thành phần tính theo % các dạng As trong một số nghiên cứu

11

Bảng 2.1 Tóm tắt phương pháp chiết

29

Bảng 2.2 Tóm tắt thí nghiệm đánh giá vai trị của vi khuẩn và hữu cơ

30

Bảng 3.1 Hàm lượng As, Fe tổng từ các bước chiết trầm tích

34

Bảng 3.2 Tỉ lệ mol Fe/As trong nước ngầm và trầm tích các khu vực

39

nghiên cứu

Bảng 3.3 Kết quả nồng độ Fe và As trong thí nghiệm đánh giá vai trò

42

của vi khuẩn
Bảng 3.4 Tổng nồng độ hữu cơ và hàm lượng As trong trầm tích và nước

45

tại hai khu vực trầm tích trẻ và cổ
Bảng 3.5

Kết quả nồng độ Fe và As trong các thí nghiệm trộn trầm tích
và nước sơng có và khơng bổ sung hữu cơ

46


DANH MỤC HÌNH

Tên hình

Trang

Hình 1.1

Sự ơ nhiễm As do sự bổ sung hữu cơ tại các khu vực ao hồ

17

Hình 1.2

Sự giải phóng As khi có bổ sung hữu cơ, tính tốn theo mơ

17

hình PHREEQC
Hình 1.3

Vai trị của hợp chất hữu cơ đối với sự giải phóng As từ trầm

18

tích ra nước ngầm
Hình 2.1

Mơ tả mặt cắt từ khu vực Đan Phượng (trầm tích trẻ) tới Phú

23

Kim (trầm tích cổ)
Hình 2.2

Lấy mẫu trầm tích tại hai khu vực nghiên cứu

25

Hình 2.3

Lấy mẫu nước ở các độ sâu từ 0,25-3m

26

Hình 2.4

Quy trình chiết trầm tích

28

Hình 2.5

Một số hình ảnh thực hiện thí nghiệm chiết trầm tích

29

Hình 2.6

Một số hình ảnh thực hiện thí nghiệm ủ trầm tích

31

Hình 3.1

Sự phân bố As trên các khống ơxit sắt trong trầm tích trẻ và cổ

35

Hình 3.2

Sự phân bố các dạng khống ơxit sắt trong trầm tích

36

Hình 3.3

Sự giải phóng As trong điều kiện có và khơng có vi khuẩn

42

Hình 3.4

Q trình hịa tan khơng đồng thời của Fe và As

43

Hình 3.5

Nồng độ Fe (hình A và B) và nồng độ As (hình C và D) trong

47

các dung dịch ủ trầm tích trẻ có (●) và khơng bổ sung hữu cơ
(▲); trầm tích cổ có (○) và khơng bổ sung hữu cơ (∆).
Hình 3.6

Nồng độ As trong các dung dịch ủ trầm tích trẻ có (●) và
khơng (▲) bổ sung bùn; trầm tích cổ có (○) và không bổ sung
bùn (∆).

51

MỞ ĐẦU
Ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm thƣờng đƣợc phát hiện thấy tại các vùng đồng
bằng cạnh những con sông lớn. Ở đồng bằng châu thổ sông Hồng, Việt Nam, nƣớc
ngầm tại khu vực có nồng độ asen cao, trong khong t 1 ữ 3050 àg/L (trung bỡnh
159 àg/L) c phát hiện năm 1998 [11]. Mặc dù vậy, cho tới nay, nguyên nhân
dẫn đến As có mặt trong tầng chứa nƣớc vẫn chƣa đƣợc hiểu rõ.
Cơ chế giả thuyết phổ biến là quá trình phân hủy hữu cơ bởi vi khuẩn hình
thành điều kiện khử khiến các khống ơxit sắt bị hịa tan, kéo theo sự giải phóng
asen từ trầm tích ra nƣớc ngầm.Theo giả thuyết này, asen càng nhiều trên các
khống sắt có thể bị hịa tan thì cơ hội As giải phóng từ trầm tích trẻ ra nƣớc ngầm
càng cao. Vi khuẩn tham gia quá trình phân hủy hữu cơ tạo môi trƣờng khử. Môi
trƣờng càng nhiều hữu cơ thuận lợi cho sự khử hòa tan sắt diễn ra thì nguy cơ ơ
nhiễm asen càng tăng. Trầm tích chứa hữu cơ hoạt động cao và dạng asen bám trên
trầm tích khơng chặt chẽ thì sự giải phóng asen đƣợc cho là sẽ diễn ra mạnh nhất.
Ngƣợc lại, với trầm tích với hữu cơ bền, khơng bị phân hủy sinh học và asen ở dạng
bị mang trong các ôxit sắt bền vững thì q trình giải phóng asen chậm. Nghĩa là
q trình giải phóng asen phụ thuộc đặc tính khống học của trầm tích và điều kiện
mơi trƣờng bao gồm hợp chất hữu cơ và vi khuẩn trong tầng chứa nƣớc.
Với kết cấu trầm tích trẻ có chứa các khống sắt ở dạng linh động, mơi trƣờng
giàu hữu cơ do phù sa bồi tích, khu vực đồng bằng ven sơng thƣờng có nƣớc ngầm
bị ơ nhiễm As. Các nghiên cứu trƣớc đây đã tìm hiểu sự có mặt As trong nƣớc
ngầm nhƣng chủ yếu chỉ tập trung phân tích các mẫu nƣớc. Số lƣợng nghiên cứu về
trầm tích khu vực đồng bằng sông Hồng liên quan tới sự ô nhiễm As vẫn còn hạn
chế. Cho đến nay, nồng độ As trong nƣớc ngầm có mối tƣơng quan nhƣ thế nào với
cấu trúc khống học của trầm tích và mơi trƣờng tại khu vực vẫn chƣa đƣợc hiểu rõ.
Vì vậy, luận văn với đề tài “Nghiên cứu quá trình giải phóng As từ trầm
tích trẻ ven sơng” thực hiện nghiên cứu với các nội dung sau:

1


1, Nghiên cứu sự phân bố asen trên các khoáng ơxit sắt trong trầm tích trẻ
2, Bước đầu tìm hiểu vai trị của vi khuẩn đối với sự giải phóng asen
3, Bước đầu tìm hiểu sự ảnh hưởng của hợp chất hữu cơ đối với sự giải
phóng asen
Luận văn này là một phần của dự án hợp tác quốc tế “Ô nhiễm As trong
nƣớc ngầm tại đồng bằng châu thổ sông Hồng ở Việt Nam - VietAs -DANIDA”
giữa Việt Nam và Đan Mạch (). Luận văn mong muốn đóng
góp phần nhỏ trong việc tìm hiểu sự vận chuyển asen trong tầng chứa nƣớc tại khu
vực nghiên cứu nói riêng và đồng bằng châu thổ sơng Hồng nói chung.

2


Chƣơng 1 - TỞNG QUAN

1.1. Giả thiết về q trình giải phóng asen từ trầm tích trẻ ra nƣớc ngầm
Nghiên cứu tại nhiều khu vực khác nhau trên thế giới, các nhà khoa học đã
đƣa ra một số giả thiết về cơ chế giải phóng asen từ trầm tích ra nƣớc ngầm. Các giả
thiết chủ yếu là: quá trình oxi hóa khống pyrite có chứa asen tại các khu vực có
tính oxi hóa, cơ chế giải phóng asen do các anion cạnh tranh vị trí hấp phụ với asen
trên bề mặt các khống và sự hịa tan của các khống ôxit sắt trong điều kiện khử
[35]. Cơ chế mang tính tổng quát nhất vẫn đang đƣợc tìm hiểu và bổ sung với
những nghiên cứu tại các khu vực có sự xuất hiện asen trong tầng chứa nƣớc.
1.1.1. Cơ chế khử hịa tan các khống ơxit sắt
Một trong ba cơ chế trên đƣợc thừa nhận phổ biến đó là q trình khử hịa
tan của các khống ơxit sắt dẫn tới sự giải phóng asen từ trầm tích vào nƣớc ngầm.
Với giả thiết này, các hạt trầm tích mang vật chất hữu cơ theo dịng chảy của sơng,

trải qua thời gian bồi tích tạo thành lớp trầm tích trẻ châu thổ. Hoạt động vi sinh
diễn ra trong đất sử dụng chất hữu cơ nhƣ là nguồn thức ăn và tiêu thụ O2, NO3-,
SO42- cho các q trình phân hủy hữu cơ. Mơi trƣờng khử đƣợc hình thành sau đó.
Dƣới tác dụng của điều kiện khử và các vi sinh vật, các ôxit sắt sẽ bị hịa tan. Q
trình này kéo theo sự dịch chuyển của asen từ dạng liên kết trong pha rắn sang pha
lỏng, cụ thể là bị hòa tan trong nƣớc ngầm.
Phƣơng trình tổng quát đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
Vi khuẩn

4FeOOH(As(V)) + CH2O + 7H2CO3

→ 4Fe2+ +8 HCO3- + 6H2O +As(III)

[9,36]

Kết quả là tầng chứa nƣớc ở môi trƣờng khử thƣờng có nồng độ sắt hịa tan
cao kèm theo nồng độ As tăng cao, độ kiềm (bicacbonat) cao [9].

3


Trên thế giới, các nhà khoa học đã phát hiện ra rất nhiều vùng nƣớc ngầm có
mơi trƣờng khử giàu As. Điển hình là vùng Băng-la-đét và Tây Bengal, nồng độ As
trong nƣớc ngầm ở đây nằm trong một khoảng rộng từ < 0.5 đến 3200 µg/L, với
27% giếng nơng <150 m ở Băng-la-đét có chứa nồng độ As hơn 50 µg/L. Ngồi ra
các vùng nhƣ Đài Loan, Bắc Trung Quốc và Việt Nam cũng là những vùng có nƣớc
ngầm có mơi trƣờng khử chứa nồng độ As cao [45].
1.1.2. Một số cơ chế giả thiết khác
Ngoài cơ chế khử hòa tan khá phổ biến nêu trên, một số giả thiết khác cũng
đƣợc đƣa ra khi nghiên cứu các vùng ô nhiễm asen, cụ thể:

- Giả thiết về sự ôxi hóa quặng pyrite: Asen thƣờng tồn tại nhiều trong các
khống của sunfua, đặc biệt là asenopyrit (FeAsS) bởi khả năng đồng kết tủa của nó
với sunfua. Dƣới các điều kiện oxy hóa các khống này bị oxy hóa và giải phóng As
cùng với sunfat. Cơ chế này thƣờng giải thích cho sự ô nhiễm As ở trong hoặc xung
quanh các khu khai mỏ.
- Giả thiết về cơ chế cạnh tranh vị trí hấp phụ với As của một số anion như
phôtphat, bicacbonat, hay các hợp chất hữu cơ humic: Các anion phốtphat,
bicacbonat có cấu trúc tƣơng tự asenat nên cạnh tranh vị trí hút bám trên bề mặt
khống, cản trở sự hấp phụ của As do vậy làm tăng lƣợng As linh động trong nƣớc
ngầm [45]. Các hợp chất humic có cấu trúc phân tử kềnh càng cũng có thể cạnh
tranh vị trí hấp phụ với As [21].
Các cơ chế giả thiết vẫn đang đƣợc bổ sung bằng những bằng chứng thực
nghiệm tại hiện trƣờng cũng nhƣ trong phịng thí nghiệm. Các nhân tố ảnh hƣởng
tới q trình giải phóng As trong tự nhiên đƣợc đề cập đến trong các nghiên cứu
thƣờng là cấu trúc khống học của trầm tích chứa As, thế oxi hóa khử, lƣợng
cacbon hữu cơ và các ion cạnh tranh bề mặt [12, 25, 39]. Kết quả khảo sát nƣớc
ngầm tại các khu vực ô nhiễm As sẽ chỉ ra mối tƣơng quan giữa As với các nguyên
tố khác. Dựa trên các kết quả đó, chúng ta có thể giả thuyết cơ chế giải phóng có thể
diễn ra trong tầng chứa nƣớc khu vực. Tuy nhiên, các nghiên cứu cụ thể hơn vẫn rất
cần thiết để chứng minh tính phù hợp của cơ chế giả thuyết đó. Ví dụ, tại Băng-la-

4


đét, một số nghiên cứu tập trung phân tích mối tƣơng quan của TOC với nồng độ
As cao trong nƣớc ngầm. Các nghiên cứu này đi tìm bằng chứng cho cơ chế khử
hòa tan oxit sắt hoặc cơ chế cạnh tranh vị trí hấp phụ của các hữu cơ humic. Trong
khi đó, khi tìm thấy mối tƣơng quan thuận giữa hàm lƣợng sunfua với As, các nhà
khoa học đƣa ra giả thuyết về sự oxi hóa của các khống sắt pyrite. Khảo sát các
thơng số địa hóa đặc trƣng cho thấy môi trƣờng của nƣớc ngầm tại khu vực đồng

bằng sơng Hồng có tính khử. Mối tƣơng quan thuận giữa hàm lƣợng Fe và As trong
nƣớc ngầm đƣợc tìm thấy trong các nghiên cứu trƣớc đây. Cơ chế giả thuyết đƣợc
cho là phù hợp với vùng này là sự khử hịa tan của các khống ơxit sắt kéo theo sự
giải phóng As từ trầm tích ra nƣớc ngầm.
Trong nghiên cứu này, chúng tơi tìm hiểu về cấu trúc khống học của trầm
tích, vai trị của vi khuẩn và hợp chất hữu cơ đối với q trình giải phóng As. Tổng
hợp từ các nghiên cứu về sự phân bố asen trong trầm tích và khống, các dạng và
vai trị của hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng nhƣ vai trò của vi khuẩn đƣợc trình
bày sơ lƣợc sau đây.
1.2. Sự phân bố của asen trong trầm tích và khống
1.2.1. Sự phân bố của asen trong trầm tích
Trầm tích đặc trƣng cho các vùng đồng bằng tích tụ và đồng bằng châu thổ ở
Băng-la-đét có hàm lƣợng asen thƣờng trong khoảng 0,4-10 mg/kg, trung bình là 4
mg/kg [11]. Tại vùng nội Mơng Cổ, lƣợng asen trong trầm tích biến đổi trong
khoảng rộng từ 7,3 đến 73,3 mg/kg (trung bình là 18,9 mg/kg) cao hơn nhiều so với
trầm tích tại các khu vực khác [23].
Các trầm tích bở rời có hàm lƣợng asen khác nhau không đáng kể. Bùn và
đất sét thƣờng có nồng độ asen cao hơn cát. Giá trị asen trong trầm tích bở rời
thƣờng trong khoảng 3-10 mg/kg, thay đổi phụ thuộc vào kết cấu và nguồn gốc
khoáng (bảng 1.1).

5


Bảng 1.1. Hàm lƣợng As đặc trƣng trong đá và trầm tích [45].
Loại đá/ trầm tích

Nồng độ trung bình của As (mg/kg)

Đá cát

4,1 (0,6-120)

Đá vơi

2,6 (0,4- 188)

Trầm tích cổu Fe

1-2900

Thạch cao/anhydrite (trầm tích bở rời)

3,5 (0,1-10)

Cát bồi tích (Băng-la-đét)

2,9 (1,0–6,2)

Bùn/sét bồi tích (Băng-la-đét)

6,5 (2,7–14,7)

Trầm tích đáy sơng (Băng-la-đét)

1,2–5,9

Trầm tích hồ

6 (<1–72)

Trầm tích hồ bị ơ nhiễm bởi vùng khai mỏ,
British Colombia
Trầm tích hồ chứa bị ơ nhiễm bởi vùng khai
mỏ, Montana, Mỹ

342 (80–1104)

100–800

Nồng độ As trung bình trong các trầm tích suối ở Anh và xứ Wales thƣờng
biến động trong khoảng 5-8 mg/kg. Báo cáo tổng hợp của Smedley và cộng sự
(2001) đã đƣa ra các giá trị asen trong trầm tích sơng hồ từ nghiên cứu của tác giả
Datta và Subramanian (1997) nhƣ sơng Gangers có asen trung bình khoảng 2,0
mg/kg, từ sơng Brahmaputra trung bình 2,8 mg/kg. Hàm lƣợng As trong trầm tích
hồ biến đổi trong khoảng 0,9 và 44 mg/kg (trung bình 5,5 mg/kg). Giá trị nồng độ
cao nhất phổ biến là trong khoảng 13 mg/kg [45].
Nhƣ vậy, mỗi dạng trầm tích với cấu trúc khác nhau chứa lƣợng asen khác
nhau. Một số nghiên cứu cũng chỉ ra trong mơi trƣờng tự nhiên, các trầm tích hạt
mịn có chứa nhiều hữu cơ nhƣ trầm tích sơng hồ có chứa nhiều asen hơn. Giá trị

6


asen trong trầm tích phụ thuộc vào kết cấu, khả năng lƣu giữ asen của các khống
trong trầm tích, nguồn gốc trầm tích và mơi trƣờng mà trầm tích tồn tại.
1.2.2. Sự phân bố asen trong các khoáng
Trong hơn 200 khống có chứa asen các khống orpiment (thƣ hồng),
khống realga (hùng hồng) và asenopyrit là các khống đƣợc biết đến nhiều nhất
[45]. Các khống khác tƣơng đối hiếm trong mơi trƣờng tự nhiên. Nồng độ lớn nhất

của các khoáng này có mặt trong các vùng bị khống hóa và thƣờng đi cùng với các
kim loại chuyển tiếp nhƣ Cd, Pb, Ag, Au, Sb, P, W và Mo. Bảng 1.2 liệt kê một số
khống As chính và nguồn gốc hình thành của các khống đó trong tự nhiên.
Bảng 1.2. Hàm lƣợng As trong một số khoáng [45].
Khoáng

Khoảng nồng độ

Khoáng

(mg/kg)

Khoáng sunfua

Khoảng nồng độ
As (mg/kg)

Khống silicat

Pyrite

100–77000

Quartz

0,4–1,3

Galena

5–10000

Feldspar

<0,1–2,1

Chalcopyrite

10–5000

Biotite

Khống sắt ơxit

1,4

Khống cacbonat

Hematite

< 160

Calcite

1–8

Fe ơxit

< 2000

Dolomite

<3

Fe(III) ơxi hydroxit

< 76000

Siderite

<3

Các khống khác

Khống sunfat

Apatite

<1–1000

Fluorite

<2

Barite

<1–12

Gypsum/anhydrite

<1–6

Tuy khơng phải là thành phần chủ yếu nhƣng As có mặt thƣờng xuyên với
các giá trị nồng độ khác nhau trong các khoáng vật tạo đá phổ biến. Do tính chất

7


hóa học gần giống với S, nồng độ cao nhất của As thƣờng đƣợc tìm thấy trong các
khống sunfua, trong đó nhiều nhất vẫn là quặng pyrite. Nồng độ asen trong pyrite,
pyrite than đá, galena và marcasite có thể biến đổi, ngay cả trong các hạt. As có mặt
trong cấu trúc tinh thể của các khoáng sunfua nhƣ một sự thay thế cho S.
Nồng độ As cao cũng đƣợc tìm thấy trong nhiều khống ơxit và các ơxit kim
loại ngậm nƣớc. Trong đó, As có thể là một phần của cấu trúc khoáng hoặc chỉ là
một thành phần bị hấp phụ lên khoáng. Đối với các khoáng ferrihydrite và
lepidocrocite, hầu hết asen liên kết với bề mặt của khoáng. Dạng asen này có khả
năng bị hịa tan dƣới điều kiện mơi trƣờng tự nhiên. Trong khi đó trong khống
goethite, asen dạng hịa tan chỉ chiếm 30% [35].
Tìm hiểu khả năng liên kết bề mặt của asen với các khoáng trong trầm tích,
một số nghiên cứu nhận thấy sự hấp phụ của asenate lên các (hydro)oxit sắt rất
mạnh mẽ kể cả ở nơi có nồng độ As thấp trong dung dịch. As có thể bị hấp phụ lên
đất sét và lên bề mặt của canxit, một khoáng phổ biến trong nhiều dạng trầm tích.
Tuy nhiên lƣợng này nhỏ hơn rất nhiều so với sự hấp phụ lên ôxit sắt. Phản ứng hấp
phụ của As lên các trầm tích giải thích cho nồng độ tƣơng đối thấp (không độc hại)
của As đƣợc tìm thấy trong tự nhiên. Nồng độ As trong các khống vật phốtphat
thƣờng thay đổi nhƣng có thể đạt tới giá trị cao, ví dụ lên đến 1000 mg/kg trong
apatite. Tuy nhiên, các khống phốtphat thƣờng ít phổ biến hơn nhiều so với các
khống vật ơxit và vì lẽ đó nên đóng góp phần nhỏ đối với tổng hàm lƣợng As trong
trầm tích. Asen có thể thay thế cho các Si4+, Al3+, Fe3+ và Ti4+ trong nhiều kết cấu
khoáng vật nên có thể xuất hiện trong nhiều khống tạo thành đá khác, mặc dù ở
nồng độ thấp hơn nhiều. Các khống silicat thơng thƣờng nhất chứa khoảng 1

mg/kg hoặc ít hơn. Khống cacbonat thƣờng chứa ít hơn 10 mg/kg As [45].
Với sự xuất hiện phong phú và phổ biến của khống ơxit sắt mang asen trong
tự nhiên cũng nhƣ kết quả từ nhiều thí nghiệm, các nghiên cứu đã đƣa ra giả thiết về
vai trị chủ đạo của khống ơxit sắt tác động đến quá trình asen lƣu chuyển trong
tầng chứa nƣớc.

8


Nhiều phƣơng pháp khác nhau đƣợc các tác giả áp dụng để tìm hiểu sâu hơn
về dạng asen liên kết hay phân bố nhƣ thế nào trong các pha của khống ơxit sắt.
Phƣơng pháp chiết trình tự với các tác nhân chiết chọn lọc cho từng pha khoáng
đƣợc nhiều tác giả sử dụng để xác định sự có mặt asen trên các pha khống ơxit sắt.
1.2.3. Sự phân bố của As trong các pha khống ơxit sắt
Do asen trong tự nhiên có mặt phổ biến nhất ở trong các khống pyrit nên
ngƣời ta thƣờng quan sát thấy mối tƣơng quan chặt giữa asen và sắt (hydro)oxit ở
nhiều khu vực. Sử dụng phƣơng pháp chiết trình tự chọn lọc, các nhà nghiên cứu đã
từng bƣớc tìm hiểu sự phân bố của asen trong các liên kết pha rắn, đặc biệt là có
thêm những bằng chứng về sự đồng hành của asen và sắt tại các khu vực ô nhiễm
asen. Các nghiên cứu thực hiện từ đối tƣợng trầm tích tại các khu vực bị tác động
do hoạt động của con ngƣời cho tới đối tƣợng trầm tích gần nhƣ là nguyên bản tự
nhiên đều đƣa ra các con số thể hiện liên kết của asen trên các pha khoáng sắt chiếm
chủ yếu trong pha rắn.
Một số pha khoáng sắt đƣợc nghiên cứu cụ thể nhƣ pha khống sắt dễ hịa
tan, pha khống tinh thể và pha khống ơxit sắt vơ định hình. Asen có thể bị hấp
phụ trên bề mặt khống hoặc liên kết với pha khống sắt có khả năng hịa tan, điều
này kéo theo sự giải phóng asen thƣờng gặp trong tự nhiên. As liên kết trên pha
khoáng tinh thể có thể bị hịa tan một khi điều kiện khử của môi trƣờng phá vỡ liên
kết tinh thể của sắt ơxit. Ngồi ra cịn có dạng As liên kết trên pha khống khá bền vững.
Nghiên cứu trầm tích tại một vùng có các nhà máy cơng nghiệp nặng ở

Singapo, tác giả Goh và đồng nghiệp đã tìm thấy gần 40% dạng As trong pha rắn bị
hấp phụ trên bề mặt các ôxit Fe khi dùng dịch chiết phốtphat; 15% liên kết As với
các khống Fe vơ định hình; 25% As liên kết với (hydro)oxit sắt tinh thể, khoáng sunfua [24].
Thí nghiệm trên vùng đất chịu sự tác động của hoạt động nông nghiệp tại
vùng trồng nho ở Quebec, Canada đã tìm thấy asen liên kết trên (hydro)oxit Fe và
Al chiếm ƣu thế hơn so với các dạng liên kết khác. Chỉ một phần nhỏ As ở dạng
hấp phụ chiếm 4% tổng nồng độ asen. Dạng As liên kết với các (hydro)oxit Al, Fe

9


vơ định hình và trên pha khống Al, Fe tinh thể lần lƣợt chiếm 24-30% và 30-34%
hàm lƣợng As tổng [23].
Một nghiên cứu về trầm tích đất ngập nƣớc vùng Woburn, Massachusetts
cho thấy, tại độ sâu 30 – 40 cm, các trầm tích này chứa hàm lƣợng As rất cao, lên
tới 15000 µg/g. Kết quả phân tích chỉ ra rằng 80% As ở trầm tích đất ngập nƣớc
liên kết với các pha (hydro)oxit Fe vơ định hình, Fe tinh thể và các pha Fe hỗn hợp
nhiều hóa trị nhƣ rỉ xanh (Fe4(II)Fe2(III)(OH)12SO4.3H2O) và magnetite (Fe3O4). Phần
As còn lại liên kết với các khoáng sunfua [14].
Một nghiên cứu của Postma và cộng sự (2007) thực hiện chiết trình tự đối
với các mẫu trầm tích thu đƣợc từ đồng bằng châu thổ sông Hồng cho thấy chỉ một
phần nhỏ As (10-15%) là ở dạng hấp phụ, trong đó hấp phụ lên các khống
cacbonat là khơng đáng kể. Hầu hết As (60-80%) liên kết với pha khống ơxit Fe
trong trầm tích. Phần nhỏ As cịn lại thu đƣợc từ các khống silicat hoặc pyrite [36].
Với trầm tích thu đƣợc từ 3 địa điểm khác nhau ở đồng bằng châu thổ sông
Hồng, tác giả Berg và cộng sự (2008) chỉ ra rằng phần lớn As (60%) là dạng dễ
dàng hòa tan, hấp phụ trên các pha sắt [11]. Tác giả cũng đƣa ra giả thuyết rằng
lƣợng As đƣợc giải phóng ra nƣớc ngầm khơng liên quan đến hàm lƣợng As tổng
trên trầm tích cũng nhƣ các khoáng nhƣ silicat hoặc sunfua mà liên quan đến tỉ lệ
Fe/As trong trầm tích. Tác giả cho rằng tỉ lệ Fe/As trong trầm tích càng cao thì khả

năng As bị giải phóng ra nƣớc ngầm càng kém, hàm lƣợng As hấp phụ lên các
khoáng càng tăng [11].

10


Bảng 1.3. Thành phần % các dạng As trong một số nghiên cứu [20, 24, 29, 33, 35, 49]
Khu vực nghiên cứu
Mỹ

STT

Dạng As liên kết (%)

1

Pha hấp phụ

62

2

Pha các khoáng dễ hịa tan

2

3

4

Áo

As liên kết với ơxit sắt vơ
định hình
Pha khoáng hydroxit tinh thể

10

Tây Ban

Trung

Việt

Nha

Quốc

Nam

23-27

40

61
16

2

43

24 – 30

20

30

30 – 34

15,7

6

6
25

5

Pha các khống cịn lại

5

17

2

Nhƣ vậy, các pha khống ơxit sắt đƣợc cho là nguồn chứa As trong trầm
tích. Kết quả về sự phân bố As trên các khoáng trong từng loại trầm tích là khác
nhau. Điều này có thể là do các phƣơng pháp khác nhau đƣợc sử dụng khi tìm hiểu
về hàm lƣợng As trên các khống và trầm tích. Nhƣng cấu trúc khống học khơng

đồng nhất của các trầm tích cũng là nguyên nhân của sự phân bố As đa dạng.
Tùy thuộc vào dạng liên kết của As trên các pha khoáng này mà các tác giả
dự đoán khả năng asen có thể giải phóng từ trầm tích ra nƣớc ngầm dƣới các điều
kiện môi trƣờng cụ thể. Một giả thuyết phổ biến là q trình khử hịa tan của
khống sắt ơxit dƣới điều kiện mơi trƣờng khử kéo theo sự giải phóng asen. Giả
thuyết này vẫn đang đƣợc củng cố thêm bởi các bằng chứng khoa học từ các nghiên
cứu tại các khu vực khác nhau. Một số nghiên cứu tập trung vào sự phân bố asen
trên các pha khống để xác định nguồn asen có thể đƣợc giải phóng ra mơi trƣờng.
Một số khác lại phân tích các yếu tố tác động đến q trình khử hịa tan nhƣ vật chất
hữu cơ hay sự tham gia của vi khuẩn.

11


1.3. Vai trò của vi khuẩn đối với sự giải phóng asen
Cho đến nay, cơ chế mang tính tổng qt lí giải cho sự giải phóng asen từ
trầm tích vào nƣớc ngầm vẫn chƣa rõ ràng, tuy nhiên đã có nhiều nghiên cứu chỉ ra
những bằng chứng cụ thể về vai trò của vi sinh vật đối với sự vận chuyển asen [19].
Các dạng vi khuẩn thƣờng đƣợc đề cập đến trong nhiều nghiên cứu là vi khuẩn khử
sắt và vi khuẩn khử As trực tiếp.
Vi khuẩn tham gia phân hủy các hợp chất hữu cơ trong môi trƣờng thúc đẩy
sự hòa tan của Fe trong phản ứng sau:
Vi khuẩn

4FeOOH(As(V)) + CH2O + 7H2CO3

→

4Fe2+ +8 HCO3- + 6H2O +As(III) [9, 36]

Có hai giả thuyết đƣợc đề nghị đối với sự tham gia của vi khuẩn trong q
trình giải phóng asen. Phổ biến nhất là asen bị tác động do sự khử hòa tan Fe(III)
tạo Fe(II) do các vi khuẩn khử sắt dị hóa. Giả thuyết cịn lại cho rằng sự khử As(V)
thành As(III) trực tiếp thông qua hoạt động vi khuẩn (bằng con đƣờng hô hấp hoặc
giải độc) và gián tiếp thông qua sunfua (do vi khuẩn khử sunfat xúc tác) [52].
1.3.1. Vai trị của vi khuẩn khử Fe
Các ơxi hydroxit sắt trong trầm tích đƣợc coi là vật liệu hấp phụ quan trọng
nhất đối với asen. Cả As(V) và As(III) đều có khả năng gắn kết với các bề mặt sắt
ơxi hydroxit. Q trình khử sinh học của các ơxi hyroxit sắt này dẫn tới sự hịa tan
asen có thể ảnh hƣởng tới nồng độ asen trong nƣớc ngầm. Vi khuẩn khử kim loại
đƣợc giả thiết là giữ vai trị “chìa khóa” trong q trình giải phóng asen [28,52].
Cụ thể, vi khuẩn khử Fe(III) có thể gây ra sự hịa tan của ơxi hydroxit sắt.
Điều này dẫn tới thay đổi diện tích bề mặt của hydroxit sắt hóa trị hai dạng tinh thể
yếu có diện tích bề mặt lớn thành dạng ơxit sắt có diện tích bề mặt nhỏ nhƣ
magnetite hoặc gỉ xanh [28,45]. Đi kèm theo đó, sự hịa tan của ơxi hydroxit sắt
hoặc sự thay đổi diện tích bề mặt có thể tác động tới asen bám trên các ơxi hydroxit
sắt này khiến chúng giải phóng và dễ dàng bị chuyển sang pha lỏng. Vi khuẩn xúc

12


tác quá trình khử Fe(III) cũng đƣợc tìm thấy là một trong những nguyên nhân gây ra
sự giải phóng asen từ khống scorodite, trầm tích có mang asen và các hydroxit sắt.
Tuy nhiên, một nghiên cứu khác cho rằng vi khuẩn tham gia sự khử hòa tan
và vận chuyển của ferrihydroxit có mang asen lại khơng gây ra sự giải phóng asen.
Geobacter sulfurreducens là một vi khuẩn khử Fe(III), khơng khử As(V) mà lại giữ
99,9% asen do sự hình thành của khoáng chứa Fe(II) từ sự khử Fe(III). Các tác giả
cho rằng sự thay đổi bề mặt của các sắt ơxi hydroxit có thể tạo ra các dạng khống
thứ cấp có khả năng chứa asen trong pha khống mới [28,46,52].
1.3.2. Vai trị của vi khuẩn khử nitrat, sunfat

Có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng cả vi khuẩn khử nitrat và vi khuẩn khử
sunfat cũng có thể dùng As(V) nhƣ một chất nhận electron tạm thời. Ba dạng vi
khuẩn bao gồm vi khuẩn khử sắt, khử nitrat và khử sunfat đều có mặt nhiều trong
các tầng trầm tích. Mặc dù các dạng vi khuẩn này khơng trực tiếp chuyển hóa As có
mặt trên các khống ơxit nhƣng chúng có thể xúc tác sự khử As(V) thành As(III)
linh động hơn và điều này có thể gây ra sự khử giải hấp của asen. Vi khuẩn sử dụng
As(V) nhƣ chất nhận electron cho quá trình phân hủy hữu cơ để thu năng lƣợng cho
q trình phát triển thơng qua sự khử dị hóa As(V) đã đƣợc xác định tại môi trƣờng
nƣớc chứa asen cao bao gồm Bacillus sp, Desulfitobacterium, Sulfurospirillum,
Desulfotomaculum sp và Desulfomicrobium [25].
1.3.3. Vai trò của vi khuẩn khử trực tiếp As
Vi khuẩn cịn có thể khử trực tiếp As(V) bằng hai con đƣờng: một là cơ chế
khử dị hóa (hay cịn gọi là con đƣờng hô hấp), hai là cơ chế giải độc. Khử dị hóa
As(V) thƣờng diễn ra dƣới điều kiện thiếu khí và vi sinh vật thu năng lƣợng cho
sinh trƣởng bằng quá trình khử As(V) diễn ra đồng thời với sự oxi hóa hợp chất hữu
cơ [52]. Sự khử As và Fe diễn ra khác nhau do các chủng vi khuẩn khác nhau vốn
có sẵn trong mơi trƣờng trầm tích. Khi vi khuẩn đƣợc làm giàu thì các chủng khác
nhau sẽ có ƣu tiên khác nhau đối với khử asen và khử sắt.

13


Khi quan sát thấy sự khử không đồng thời của Fe và As trong thí nghiệm ủ
trầm tích của mình, tác giả Zhang và cộng sự cho rằng sự phát triển vi sinh ƣu tiên
quá trình khử As hơn so với sự khử Fe trong thời gian ủ. Vì thế, có thể Fe chỉ bị
khử sau khi mà As(V) đã bị khử hết và Fe đóng vai trị nhƣ một chất nhận electron.
Tác giả giả thiết là hai quá trình này phụ thuộc vào chủng loại vi khuẩn, môi trƣờng
và cả tỉ lệ Fe/As trong trầm tích sử dụng [52].
Các vi sinh vật khử dị hóa As(V) nhƣ S.barnesii và B.benzoevorans có thể
khử và hịa tan As bị hấp phụ hoặc đồng kết tụ với ferrihydrite hoặc (hydro)oxit

nhôm và chỉ khiến As bị hòa tan hoặc khiến cả As và Fe hòa tan đồng thời. Chuỗi vi
khuẩn sulfurospillum barnesii SES-3 có thể hơ hấp As (V) đƣợc phát hiện năm 1999 [27].
Vi khuẩn khử As(V) nhƣ chủng Sulfurospirillum và Geobacter có thể đóng
một vai trị quan trọng trong sự giải phóng As trong tầng trầm tích Đơng Nam Á khi
sử dụng các hợp chất dầu hoặc cacbon hữu cơ dễ phân hủy nhƣ chất cho electron
cho sự khử As(V). Tác giả Héry cùng cộng sự đã chỉ ra sự có mặt của các vi khuẩn
khử As trong trầm tích Cam-pu-chia nhƣng ở mức độ không phổ biến. Chúng
không bị phát hiện cho đến khi bị kích thích bởi nguồn cacbon bổ sung (acetate)
[27]. Tuy nhiên các đặc tính của nhóm vi khuẩn trong các môi trƣờng trên không
chứng tỏ rõ ràng về hoạt tính hoặc vai trị sinh thái cụ thể của các vi sinh vật này.
Thêm nữa, sự khử As(V) thơng qua cơ chế giải độc cũng có thể liên quan tới
sự xuất hiện của As(III) trong đất hiếu khí và nƣớc bề mặt. Một vài vi khuẩn khử
As(V) đƣợc tìm thấy dƣới điều kiện hiếu khí và gây ra sự giải phóng asen từ vùng
khai mỏ. Dựa vào đặc điểm của một vài loài vi khuẩn tự dƣỡng hiếu khí đƣợc phân
lập từ nƣớc thải mỏ thì có thể vi khuẩn đã khử As(V) bằng cơ chế giải độc.
Vai trị của vi sinh đƣợc tìm hiểu sâu hơn nhằm nâng cao sự hiểu biết về cơ
chế giải phóng asen từ trầm tích ra nƣớc ngầm. Dù khơng thể phủ nhận đƣợc tầm
quan trọng của hoạt động vi sinh trong q trình asen bị rửa trơi từ pha rắn sang pha
lỏng nhƣng cơ chế hoạt động vẫn đang còn là vấn đề tranh cãi. Ngày càng có nhiều
nghiên cứu cho rằng vai trị của q trình khử hịa tan Fe không chiếm ƣu thế tuyệt

14


đối trong q trình giải phóng asen. Sự có mặt của các vi khuẩn xúc tác sự khử
Fe(III) cũng đƣợc đánh giá đúng mực hơn khi các nghiên cứu phát hiện các chủng
vi khuẩn có khả năng kháng As thơng qua q trình hơ hấp hoặc cơ chế giải độc.
Tuy nhiên vì lƣợng vi khuẩn khử Fe(III) có mặt khá phổ biến trong môi trƣờng và
các vi khuẩn này cũng có khả năng khử và giải phóng asen dƣới điều kiện mơi
trƣờng thích hợp, các vi khuẩn này có thể đóng một vai trị quan trọng trong q

trình vận chuyển asen trong tầng chứa nƣớc. Các thí nghiệm về sự ảnh hƣởng của
hoạt động vi sinh tới quá trình khử hòa tan asen vẫn rất cần thiết để bổ sung thêm
những bằng chứng hữu ích khi đi tìm giả thiết mang tính tổng quát nhất về cơ chế này.
Bên cạnh đó, một số nghiên cứu khác chỉ ra rằng hợp chất hữu cơ đóng một
vai trị quan trọng trong việc hình thành điều kiện thuận lợi cho quá trình giải phóng
asen vào nƣớc ngầm. Các q trình sinh học trong trầm tích cổu hữu cơ có thể tạo
nên mơi trƣờng khử thúc đẩy sự hịa tan các khống sắt ơxit kéo theo q trình asen
bị rửa trơi [26]. Để hiểu rõ hơn về vai trò của hợp chất hữu cơ, thông tin từ một số
tài liệu tham khảo đƣợc sẽ đƣợc tổng hợp ở dƣới đây.
1.4. Ảnh hƣởng của hợp chất hữu cơ tới sự giải phóng asen
Vật chất hữu cơ dẫn tới sự khử của Fe(III) và As có thể đƣợc cung cấp bằng
các con đƣờng: một là sự đồng tích tụ của các dạng thực vật với trầm tích theo thời
gian địa chất; hai là hữu cơ hịa tan do sự phân hủy gần đây của thực vật trong đất
hiện tại hoặc trong các tầng bị chôn vùi và vận chuyển tới một vị trí khác do dịng
chảy nƣớc ngầm [22]. Những kết quả từ phân tích cacbon phóng xạ và hữu cơ địa
hóa của trầm tích từ các tầng có nồng độ asen cao tại vùng Nam và Đơng Nam Á
(ví dụ nhƣ Tây Bengal và Cam-pu-chia) đã cho thấy hữu cơ trong đất có nhiều
nguồn khác nhau bao gồm: (1) hữu cơ còn lại theo thời gian phân hủy, (2) các hữu
cơ trong trầm tích cổ hơn hoạt động lại do sự xói mịn từ các trầm tích bở rời già ở
đầu nguồn của vị trí nghiên cứu, (3) hữu cơ bề mặt hiện đại do nƣớc ngầm vận
chuyển (nhƣ bùn thải), (4) các hydro cacbon có nguồn gốc dầu thẩm thấu từ tầng
trầm tích sâu hơn vào tầng nơng do q trình nhiệt hóa xảy ra trong tự nhiên [8].

15


Các nghiên cứu trƣớc đây đƣa ra những giả thuyết khác nhau về vai trị của
hữu cơ trong q trình giải phóng As. Các quan điểm nhƣ vai trị tạo môi trƣờng
khử, cạnh tranh hấp phụ và một số quan điểm khác sẽ đƣợc trình bày sau đây.
1.4.1. Vai trị tạo môi trường khử của hữu cơ

Một giả thuyết đƣợc đặt ra là quá trình phân hủy hữu cơ hình thành điều kiện
khử khiến các khống ơxit sắt bị hịa tan kéo theo sự giải phóng asen liên kết trên
những pha khống đó. Theo giả thuyết này, sự giải phóng asen từ trầm tích ra nƣớc
ngầm có diễn ra hay không và với hàm lƣợng asen nhƣ thế nào sẽ phụ thuộc vào
lƣợng hữu cơ hoạt động và sự phân bố asen trong trầm tích. Trầm tích với hữu cơ
bền và asen ở dạng bị mang trong các ôxit sắt bền vững thì q trình giải phóng
asen chậm. Ngƣợc lại, với dạng hữu cơ hoạt động cao và dạng asen bám trên trầm
tích khơng chặt chẽ thì sự giải phóng asen đƣợc cho là sẽ diễn ra mạnh nhất. Sự
chuyển dịch của các hữu cơ hòa tan hoạt động dƣới tác động của con ngƣời nhƣ
việc bơm tƣới tiêu trong nông nghiệp khiến cho vùng cát vốn thiếu nguồn hữu cơ
cũng có thể tạo điều kiện khử hịa tan dẫn tới asen bị giải phóng vào nƣớc ngầm [22].
Sự xâm nhập hữu cơ một cách tự nhiên cũng đƣợc nghiên cứu tại các khu
vực có sự ơ nhiễm asen mà nguồn cung cấp hữu cơ có thể là từ các ao hồ cận kề vì
trầm tích sơng hồ mịn là dạng chứa nhiều chất hữu cơ [26] (hình 1.1). Trong các
trầm tích trẻ bở rời, các chất hữu cơ mang tính chất “tƣơi mới” và có thể là nguồn
electron chính tạo nên điều kiện khử đƣợc quan sát tại một số tầng bị ảnh hƣởng
asen. Chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học từ nguồn dầu cũng đƣợc xem là nguồn
hữu cơ quan trọng khi mà các thí nghiệm sinh hóa chỉ ra rằng dạng hữu cơ này bị
oxi hóa tại vị trí có sự giải phóng asen.

16


Hình 1.1. Sự ơ nhiễm asen do sự bổ sung hữu cơ tại các khu vực ao hồ [26]
Sự có mặt của chất hữu cơ (CH2O) ảnh hƣởng đáng kể đến q trình giải
phóng asen từ sắt hydroxit vào nƣớc ngầm (ảnh hƣởng này đƣợc mô phỏng với
PHREEQC). Với lƣợng hữu cơ tăng từ 0,1 - 5 mmol CH2O trong mơi trƣờng, asen
đƣợc giải phóng ra với một lƣợng rất lớn (lên tới 4000 µg/L) (hình 1.2) [1].

Nồng độ Fe, mg/L

As(III)

Fe2+

As(V)
Lƣợng CH2O thêm vào hệ, mmol/L

Hình 1.2. Sự giải phóng As khi có bổ sung hợp chất hữu cơ. Tính tốn theo
mơ hình PHREEQC [1].

17


Vật chất hữu cơ có thể khử sắt ơxit do tƣơng tác trực tiếp hoặc gián tiếp dƣới
tác động của vi sinh vật. Một khi bị oxi hóa, các hợp chất humic có thể chuyển
electron đơn thuần hóa học cho Fe(III) và khử Fe(III) thành Fe(II). Sự khử Fe diễn
ra làm thay đổi dạng cấu trúc của khống sắt, ví dụ nhƣ sự chuyển dạng của
ferrihydrite thành khoáng ổn định hơn nhƣ goethite và khoáng hỗn hợp Fe(II)Fe(III) nhƣ magnetite, và thơng thƣờng các khống này có khả năng giữ asen kém
hơn so với ferrihydrite ban đầu. Vì thế mà As trở nên dễ dàng bị hòa tan chuyển pha
từ dạng liên kết trong pha rắn sang dạng liên kết trong pha lỏng.
Phản ứng giữa pha sắt ôxit và chất hữu cơ diễn ra nhƣ sau:
4FeOOH + CH2O + 7H2CO3

4Fe2+ + 8HCO3- + 6H2O

→

Nếu pha sắt ơxit có mang As, phƣơng trình tổng qt có thể nhƣ sau:
Vi khuẩn

4FeOOH(As(V)) + CH2O + 7H2CO3

→

4Fe2+ +8 HCO3- + 6H2O +As(III) [9,36]

Vai trò của hợp chất hữu cơ có thể đƣợc trình bày tổng quát theo hình 1.3.
Hợp chất hữu cơ
Hợp chất hữu cơ dạng rắn

Hợp chất hữu cơ hòa tan
Hợp chất humic

Hợp chất khơng humic

Tạo điều kiện khử:
Fe3+

Humic axit
ax

Fulvic

→

Fe2+

Cạnh tranh vị trí hấp phụ

As5+ →

As3+

Tạo lớp che bề mặt khoáng

Humin

Tạo hỗn hợp phức
Hình 1.3. Vai trị của hợp chất hữu cơ đối với sự giải phóng asen từ trầm tích ra
nƣớc ngầm [21].

18