Nguồn gốc, sự di chuyển và các tương tác của các hợp chất As trong nước ngầm

Đề tài 15: Trình bày nguồn gốc, sự di chuyển và các tương tác của các hợp chất
Asen trong nước ngầm.
•

•

Ơ nhiễm nguồn nước ngầm: xảy ra khi các chất ô nhiễm được thải ra
mặt đất và xâm nhập vào nước ngầm. Loại ơ nhiễm này cũng có thể xảy
ra một cách tự nhiên do sự hiện diện của một thành phần nhỏ và không
mong muốn được gọi là chất gây ô nhiễm
Chất gây ô nhiễm thường tạo ra một lượng lớn chất gây ô nhiễm
trong tầng ngậm nước. Sự di chuyển của nước và sự phân tán trong tầng
ngậm nước lan truyền chất ô nhiễm trên một khu vực rộng hơn., làm cho
nguồn nước an toàn cho con người và động vật hoang dã. Sự chuyển
động của chùm chất gây ô nhiễm, được gọi là mặt trước của chùm chất
gây ơ nhiễm, có thể được phân tích thơng qua mơ hình vận chuyển thủy
văn hoặc mơ hình nước ngầm. Phân tích ơ nhiễm nước ngầm có thể tập
trung vào đặc điểm đất và địa chất, địa chất thủy văn và bản chất của các
chất gây ơ nhiễm.

•

Ơ nhiễm có thể xảy ra từ hệ thống vệ sinh tại chỗ, bãi chôn lấp, nước
thải từ các nhà máy xử lý nước thải, cống thoát nước, trạm xăng dầu
hoặc do sử dụng q nhiều phân bón trong nơng nghiệp. Ơ nhiễm cũng
có thể xảy ra từ các chất gây ơ nhiễm xảy ra tự nhiên, chẳng hạn như
asen hoặc florua. Sử dụng nước ngầm bị ô nhiễm gây nguy hiểm cho
sức khỏe cộng đồng thông qua ngộ độc hoặc lây lan bệnh.

•

Các cơ chế khác nhau có ảnh hưởng đến việc vận chuyển các chất ơ
nhiễm, ví dụ: khuếch tán, hấp phụ, kết tủa, phân rã, trong nước ngầm.
Sự tương tác của ô nhiễm nước ngầm với nước mặt được phân tích bằng
cách sử dụng các mơ hình vận chuyển thủy văn.

•

Asen và florua đã được Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) công nhận là chất
gây ô nhiễm vô cơ nghiêm trọng nhất trong nước uống trên toàn thế
giới.
Asen kim loại có thể xảy ra tự nhiên trong nước ngầm, được thấy
thường xuyên nhất ở châu Á. Ở đồng bằng sơng Hằng phía bắc Ấn Độ
và Bangladesh bị ơ nhiễm nước ngầm nghiêm trọng do Asen xuất hiện
tự nhiên ảnh hưởng đến 25% giếng nước trong vùng nông của hai tầng
chứa nước
Floride tự nhiên trong nước ngầm đang ngày càng được quan tâm khi
nước ngầm càng được sử dụng sâu hơn. Floride đặc biệt có thể giải
phóng từ đá núi lửa có tính axit và tro núi lửa phân tán khi nước ở độ
cứng thấp. Hàm lượng florua cao trong nước ngầm là một vấn đề
nghiêm trọng ở Pampas Argentina, Chile, Mexico, Ấn Độ, Pakistan, Rift
Đông Phi và một số đảo núi lửa.

-

-

I. Nguồn

gốc của Asen

1. Tổng quan về Asen
- Asen một nguyên tố hóa học có ký hiệu As và Khối lượng nguyên tử của
nó bằng 74,92, số nguyên tử 33. Asen là một á kim gây ngộ độc và có nhiều
dạng thù hình, hay tồn tại dưới dạng các hợp chất asenua và asenat. Asen và
các hợp chất của nó được sử dụng như là thuốc trừ dịch hại, thuốc diệt
cỏ, thuốc trừ sâu và trong một loạt các hợp kim.
- Trong tiếng Việt, asen thường bị gọi là thạch tín - vốn là từ chỉ quặng oxit
của nó - asen trioxit (As 2O3), cũng là chất độc như asen. Nhưng thạch tín
là arsenolit, một dạng khác của asen và có độc, hình thành thứ cấp như là sản
phẩm phong hóa (oxi hóa) của các khoáng vật sulfua chứa asen trong
các mạch nhiệt dịch.
* Tính chất vật lý:

Asen khơng gây mùi khó chịu trong nước, (cả khi ở hàm lượng có thể
gây chết người ), khó phân hủy . Là nguyên tố phổ biến thứ 20 trong các
nguyên tố có trên bề mặt trái đất. Hàm lượng trung bình từ 1,5-2mg/kg đất.
Theo từ điển Bách khoa dược học xuất bản năm 1999, thạch tín là tên
gọi thơng dùng chỉ ngun tố Asen, nhưng cũng đồng thời dùng chỉ hợp chất
ơxit của Asen hóa trị III (As2O3). Ôxit này màu trắng, dạng bột, tan được
trong nước, rất độc Được phân định ở vị trí 33 trong HTTH:
[Ar].3d10.4s2.4p3,
Nó được xem như một dạng phi kim, hay được gọi: á kim. Nó mang
nhiều độc tính tương tự một số kim loại nặng như chì và thủy ngân. Khối
lượng phân tử 74.9216 g/mol, khơng hịa tan trong nước.
Vỏ trái đất chỉ chứa một hàm lượng rất nhỏ thạch tín(~0,0001%); tuy
nhiên, nó lại phân bố rộng rãi trong tự nhiên.
Trong tự nhiên, nguyên tố thạch tín tồn tại ở dạng nguyên chất với ba
dạng hình thù (dạng alpha có màu vàng, dạng beta có màu đen, dạng gamma
có màu xám). Nguyên tố thạch tín cũng tồn tại ở một số dạng ion khác.

Dạng vơ cơ của thạch tín độc hơn so với dạng hữu cơ của nó.
*

Tính chất hóa học:

Asen (As) tồn tại dưới dạng các hợp chất. (Chính các hợp chất của asen
mới là những độc chất cực mạnh ).
Trong nước Asen tồn tại ở 2 dạng hố trị: hợp chất Asen hóa trị III và V.
(Hợp chất Asen hóa trị III có độc tính cao hơn dạng hóa trị V.) Mơi trường
ơxy hóa là điều kiện thuận lợi để cho nhiều hợp chất hóa trị V chuyển sang
dạng Asen hóa trị III.


Trong môi trường sinh thái, các dạng hợp chất As hóa trị (III) có độc
tính cao hơn dạng hóa trị (V). Môi trường khử là điều kiện thuận lợi để cho
nhiều hợp chất As hóa trị V chuyển sang As hóa trị III.
Trong những hợp chất As thì H3AsO3 độc hơn H3AsO4. Dưới tác dụng
của các yếu tố oxi hóa trong đất thì H3AsO3 có thể chuyển thành dạng
H3AsO4.
Thế oxy hóa khử, độ pH của mơi trường và lượng kaloit giàu Fe3+…, là
những yếu tố quan trọng tác động đến q trình oxy hóa - khử các hợp chất
As trong tự nhiên Asen có khả năng kết tủa cùng các ion sắt.
Trong mơi trường khí hậu khơ: hợp chất Asen thường tồn tại ở dạng ít
linh động. Trong điều kiện ẩm ướt :các hợp chất Asen sulfua dễ bị hòa tan,
rửa trơi hoặc hồ tan để thâm nhập vào đất, vào nước và khơng khí.
As tham gia phản ứng với Oxy trở thành dạng As2O3 rồi sau đó là
As2O5. Nếu trong mơi trường yếm khí thì As(V) sẽ bị khử về trạng thái
As(III).
4As + 3O2 = 2As2O3
Cấu trúc của Arsenic (tương tác và không tuơng tác)

As2O3 + O2 = As2O5
4As(s) + 5O2(g) → As4O10(s)
4As(s) + 3O2(g) → As4O6(s)
Asen tham gia phản ứng với tất cả các halogen trong môi trường
acid.
2As + 3CL2 = 2AsCL3
AsCL3 + Cl2 = AsCL5
2As +3F2 = 2AsF3
2As(s) + 5F2(g) → 2 AsF5(g)
2As(s) + 3Br2(g) → 2AsBr3(s) [vàng phale]
2As(s) + 3I2(g) → 2AsI3(s) [đỏ ]


Các q trình sinh - địa - hóa
Sự phân bố rộng rãi của nguyên tố asen được bắt nguồn từ q trình địa
hóa. Điều này có nghĩa nồng độ của asen gia tăng khi càng xuống sâu dưới các
tầng đất hoặc mạch nước ngầm.
Hai mơi trường có khả năng tích tụ nồng độ asen cao đó là (1) tại khu vực
vũng, vịnh kín ở miền khí hậu khơ hạn đến bán khơ hạn, và (2) tại những tầng
nước ngầm có tính khử mạnh, thường gặp ở vùng chứa nhiều lắng cặn phù sa
với nồng độ sulphate thấp.
Các tầng lớp lắng cặn mỏng ở địa vực thấp, nơi có độ nghiêng thủy vực
thấp, là khu vực đặc trưng chứa nhiều asen trong mạch nước ngầm.
Các tầng nước ngầm có nồng độ asen cao thường ở độ sâu từ 20 đến 120m.
Ở 20m, cấu trúc địa chất chứa nhiều đất sét pha cát trộn lẫn với kankar. Xuống
đến độ sâu 120m, đất cát mịn pha sét có thể chứa nồng độ asen lên đến 550
µg/L.
Ở dưới tầng đất ngầm, asen thường xuất hiện nhiều trong các hỗn hợp
khống tạo đá (ví dụ: ơ-xít sắt, đất sét, hoặc các hỗn hợp khống sulphide) Rất
nhiều asen bị kết dính trong các hỗn hợp khống pyrite ở lưu vực phù sa.

Đáng chú ý là trong quá trình bơm nước lên từ những khu vực giếng sâu
làm hạ thấp mực nước ngầm; ơ-xy theo đó sẽ xâm nhập vào thúc đẩy q trình
ơ-xy hóa khống pyrite.
Quy trình phản ứng ơxy-hóa khống pyrite cũng đồng nghĩa với việc giải
phóng ngun tố asen vào mơi trường nước. Càng xuống sâu dưới các tầng địa
chất của một số địa vực đã nêu, nồng độ asen cao hơn.
Ở trong những tầng địa chất này, phản ứng ơ-xy hóa đối với khống chất
sulphide diễn ra càng mạnh; và vì thế, giải phóng một lượng asen lớn hơn. Ở
mơi trường có độ ẩm càng cao, các hỗn hợp khoáng sulphide tham gia vào q
trình phong hóa càng nhanh chóng. Khống pyrite là một trong những điển
hình của hỗn hợp khống kém ổn định nhất trong q trình va chạm với phong
hóa.
Các hợp chất Asen hữu cơ đã tìm thấy trong tự nhiên
Dẫn xuất ribose chứa asen (R =
một vài nhóm)


Arsenobetain, một trong các hợp
chất asen hữu cơ phổ biến nhất
trong tự nhiên. Cũng phổ biến cịn
có arsenocholin, với nhóm
CH2OH thế chỗ cho nhóm CO2H).

Trimethylasin, được sinh ra từ
phản ứng vi sinh đối với các sắc
tố chứa asenat - một hợp chất
asen hữu cơ nặng mùi được sinh
ra khá phổ biến trong các phản
ứng vi sinh trên các chất nền chứa
asen vơ cơ

-

Các hợp chất asen hóa trị 5 dễ dàng bị khử thành hợp chất asen hóa trị 3
và có thể đã từng có vai trị như là một tác nhân nhận electron trên Trái
Đất nguyên thủy. Các hồ chứa một lượng đáng kể asen vơ cơ hịa tan là
nơi nuôi dưỡng các vùng sinh vật chịu được asen.

-

Asen là nguyên tố tự nhiên có trong lớp vỏ trái đất và mặt ở khắp mọi
nơi trên trải đất, chiếm khoảng 10-4% khối lượng các nguyên tố có
trong vỏ trái đất. Về tính chất hóa học, asen là á kim, khơng màu, khơng
mùi vị thuộc nhóm 5 trong bảng tuần hồn Mendeleev, có các hóa trị: -3,
0, +3, +5, các trạng thái hóa trị này có thể chuyển đổi với nhau tùy thuộc
vào sự có mặt của các ion cũng như pH của mơi trường. Asen dạng
ngun tố (hóa trị 0) không tan trong nước và rất hiếm gặp ở trạng thái
tồn tại tự do trong tự nhiên. Trong phần lớn các hợp chất, asen mang hóa
trị +3 (ký hiệu là As(III)), hoặc oxy hóa thành asen hóa trị + 5 (As(V)),
ở trạng thái hóa trị này, các hợp chất asen tương đối bền vững. Muối của
asen có độ tan khác nhau, phụ thuộc vào pH, lực ion và thế oxy hóa –
khử của mơi trường. Ví dụ trong mơi trường mang tính khử và pH thấp
thì As(III) sẽ chiếm ưu thế, ngược lại trong mơi trường oxy hóa và pH
cao thì As(V) sẽ là dạng bền hơn.

-

Asen có mặt trong nước tự nhiên với nồng độ thấp, chỉ khoảng vài
1µg/L hoặc nhỏ hơn. Nồng độ asen trong nước biển ở khoảng 1 - 8µg/L,
trong nước ngọt khơng ơ nhiễm là 1 - 10µg/L và tăng cao đến 100 –
5.000µg/L tại những vùng có khống hóa sulfur và vùng mỏ. Trong

nước, asen thường tồn tại ở dạng asenat (As(V)) hoặc asenit (As(III)).
Các hợp chất asen hữu cơ dạng metyl hóa như MMA – axit monometyl
asonic, DMA – axit dimethyl asonic, TMA – axit trimetyl asonic có mặt
một cách tự nhiên trong nước là kết quả của hoạt động sinh học.


-

Hàm lượng asen trung bình trong nước ngầm thường là 1 - 2µg/L. Ở
những vùng có đá núi lửa và các cặn khống sulfur, hàm lượng asen đo
được có khi cao hơn 3.000µg/L. Theo tổng hợp của WHO, kết quả khảo
sát chất lượng nước ngầm cho thấy các khu vực có tầng ngậm
nước được phát hiện bị ơ nhiễm asen với nồng độ trên 50µg/L như: Ấn
Độ, Bangladesh, Nepal, Myanmar, Cambodia, Trung Quốc, Đài Loan,
Việt Nam, Hungary, Rumania, Argentina, Chile, Mexico và nhiều vùng
trên nước Mỹ, đặc biệt là vùng Tây Nam.

-

Từ những năm 1999 trở lại đây các nhà khoa học Việt Nam dưới sự hỗ
trợ của các Tổ chức Nhân đạo quốc tế đã tiến hành những khảo sát về
tình trạng ơ nhiễm asen ở quy mơ rộng hơn, mang tính hệ thống hơn.
Kết quả cho thấy tình trạng ô nhiễm asen trong nước ngầm ở Việt Nam
được khẳng định là hiện thực và hiện tượng này tương đối phổ biến ở
các vùng đồng bằng thuộc lưu vực 2 sông: sông Hồng và sông Mê
Kông.

2. Phân

loại

Asen được chia làm hai loại: asen vô cơ và asen hữu cơ.
- Asen hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên từ sự phân hủy các lồi cá, hải sản,
khơng có độc tính và đào thải nhanh chóng khỏi cơ thể con người. trong khi
arsen vơ cơ có độc tính mạnh,
- Asen vơ cơ có độc tính cực mạnh gấp 4 lần thủy ngân. Và được cơ quan
nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) và liên minh Châu Âu (EU) công nhận
Asen vô cơ là chất gây ung thư nhóm 1.
•

Methyl hóa Asen:

-

Asen vơ cơ và các hợp chất của nó, trong q trình tham gia vào chuỗi
thức ăn, được trao đổi chất (khử độc tính) khơng ngừng thơng qua q
trình gọi là methyl hóa. Q trình methyl hóa xảy ra với các phản ứng
methyl hóa khử và oxi hóa luân phiên, nghĩa là khử asen hóa trị 5 thành
asen hóa trị 3 tiếp theo là bổ sung nhóm methyl (CH3).

-

Có hai lộ trình mà theo đó các hợp chất asen vơ cơ được methyl hóa.

-

Lộ trình thứ nhất sử dụng Cyt19 asen methyltransferaza để methyl hóa
asen (III) thành hợp chất asen (V) monomethyl hóa (đơn methyl
hóa). Hợp chất này sau đó được chuyển hóa thành hợp chất asen (III)
monomethyl hóa bằng việc sử dụng Glutathion S-Transferaza Omega-1
(GSTO1). Hợp chất asen (V) monomethyl hóa sau đó cũng có thể bị

methyl hóa một lần nữa bằng Cyt19 asen methyltransferaza để tạo ra
hợp chất dimethyl asen (V) để sau đó chuyển hóa thành hợp chất
dimethyl asen (III) bởi Glutathion S-Transferase Omega-1 (GTSO1)


-

Lộ trình thứ hai sử dụng glutathion (GSH) kết hợp với asen (III) để tạo
ra phức chất asen (GS) 3. Phức chất này có thể tạo thành phức chất asen
(III) GS monomethyl hóa bằng sử dụng Cyt19 asen methyltransferaza,
và phức chất GS monomethyl hóa này nằm trong cân bằng với asen (III)
monomethyl hóa. Cyt19 asen methyltransferaza có thể methyl hóa phức
chất một hay nhiều lần, và nó tạo thành một phức chất asen GS dimethyl
hóa, và nó nằm trong cân bằng với phức chất dimethyl asen (III). Các
hợp chất asen monomethyl hóa và dimethylat hóa đều dễ dàng bài tiết
theo nước tiểu. Tuy nhiên, hợp chất monomethyl hóa được chỉ ra là có
hoạt tính cao hơn và độc hại hơn so với các hợp chất asen vô cơ đối với
các hepatocyte (tế bào gan), keratinocyte ở da, và các tế bào biểu mơ
cuống phổi (phổi) ở người.

-

Methyl hóa bằng enzym của asen là một q trình khử độc tính; nó có
thể được methyl hóa thành methylasenit, dimethylasenit hay
trimethylasenit, tất cả đều có hóa trị 3. Q trình methyl hóa được xúc
tác bởi asen methyltransferaza (AS3MT) ở động vật có vú để chuyển
giao một nhóm methyl trên phụ nhân tử S-adenomethionin (SAM) cho
asen (III). Bản sao tương đồng của AS3MT được tìm thấy ở vi khuẩn và
được gọi là CmArsM. Enzym này được thử nghiệm trong 3 trạng thái
(không phối thể, liên kết asen (III) và liên kết SAM). Khu vực liên kết

asen (III) sử dụng nhóm thiol của phần cịn lại của cysein. Sự xúc tác
bao gồm thiol hóa Cys72, Cys174 và Cys224. Trong phản ứng SN2,
điện tích dương trên nguyên tử lưu huỳnh của SAM hút electron liên kết
từ cacbon của nhóm methyl, và nó tương tác với cặp electron đơn độc
của asen để tạo ra một liên kết As−C, giải phóng S-Adenosyl-Lhomocystein (SAH)

3. Sự

phân bổ và chu chuyển của Asen trong tự nhiên:
Có 105 nước hoặc vùng lãnh thổ trên thế giới bị phơi nhiễm As, và có
khoảng 226 triệu người phơi nhiễm với As từ nước uống và thực phẩm. Đặc
biệt tại châu Á, nguồn nước ngầm bị ô nhiễm As nghiêm trọng nhất, với hàm
lượng dao động từ dưới 0,5 µg/l đến 3200 µg/l. Trong nước, As vơ cơ có thể
được methyl hóa nhờ các sinh vật (TVN, thực vật lớn, động vật và vi sinh vật)
để tạo thành các dạng As hữu cơ,các dạng As hữu cơ có thể lại được chuyển
thành As vơ cơ thơng qua q trình phân hủy sinh học
II. Cơ

chế Asen đi vào trong nguồn nước
Lan truyền trong môi trường nước

1.

Con đường xâm nhập trong nước:

Con đường tự nhiên : sự tích tụ trong các tầng trầm tích chứa nước.
Khi điều kiện mơi trường thay đổi, nó được giải phóng và đi vào nước ngầm
dưới dạng các ion , sự hoà tan tự nhiên của khoáng chất và quặng,

Con đường nhân tạo: do chất thải công nghiệp (, nhất là trong quá trình
làm thủy tinh, đồ gốm, thuộc da, sản xuất thuốc nhuộm và chất màu để pha
sơn, chất bảo quản gỗ;), sử dụng phân bón và hóa chất bảo vệ thực vật , hoạt
động đào và lấp giếng không đúng tiêu chuẩn kỹ thuật của người dân. Asen
thâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua thực phẩm, nước uống và khơng khí.
2.

Cơ chế:

Asenic xâm nhập vào nước từ các cơng đoạn hịa tan các chất và quặng
mỏ , từ nước thải công nghiệp và từ sự lắng đọng khơng khí. Ở một vài nơi,
đơi khi Arsenic xuất hiện trong nước ngầm do sự ăn mòn các nguồn khống
vật thiên nhiên. Asen được giải phóng vào mơi trường nước do q trình
oxi hóa các khống sunfua hoặc khử các khoáng oxi hidroxit giàu Asen. Về
cơ chế xâm nhiễm các kim loại nặng, trong đó có Asen vào nước ngầm cho
đến nay đã có nhiều giả thiết khác nhau nhưng vẫn chưa thống nhất.
Thơng qua các q trình thủy địa hóa và sinh địa hóa, các điều kiện địa
chất thủy văn mà Asen có thể xâm nhập vào mơi trường nước. Hàm lượng
Asen trong nước dưới đất phụ thuộc vào tính chất và trạng thái mơi trường
địa hóa. Asen tồn tại trong nước dưới đất ở dạng H3AsO41- (trong mơi
trường pH axit đến gần trung tính), HAsO42- (trong mơi trường kiềm).
Hợp chất H3AsO3 được hình thành chủ yếu trong mơi trường oxi hóakhử yếu. Các hợp chất của Asen với Na có tính hịa tan rất cao. Những muối
của Asen với Ca, Mg và các hợp chất Asen hữu cơ trong mơi trường pH gần
trung tính, nghèo Ca thì độ hòa tan kém hơn các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là
Asen-axit fulvic thì rất bền vững, có xu thế tăng theo độ pH và tỷ lệ Asenaxit fulvic. Các hợp chất của As5+ hình thành theo phương thức này. .
Phức chất As như vậy có thể chiếm tới 80% các dạng hợp chất Arsen tồn
tại trong nước dưới đất. Asen trong nước dưới đất thường tập trung cao
trong kiểu nước bicarbonat như bicarbonat Cl, Na, B, Si. Nước dưới đất
trong những vùng trầm tích núi lửa, một số khu vực quặng hóa nguồn gốc
nhiệt dịch, mỏ dầu-khí, mỏ than, …thường giàu As. .

Nếu nước dưới đất khơng có oxy thì các hợp chất Arsenat được khử
thành Arsenua chất này có độc tính gấp 4 lần Arsenat. Trong trường hợp
tầng đất giàu chất hữu cơ và sắt thì khả năng hấp thụ As tốt, khiến tiềm năng
ô nhiễm sẽ cao hơn Nguyên nhân khiến cho nước ngầm có hàm lượng As
cao là do sự oxy hóa Arsenopyrit, pyrit trong các tầng sét và lớp kẹp than
bùn trong bồi tích cũng như giải phóng As dạng hấp thụ khi khử keo
hydroxyt Fe3+ bởi các hợp chất hữu cơ và vi sinh vật.
* Ví dụ: Vấn đề ơ nhiễm As tại Hồ Tây


Phương pháp của Sviezhev (1984), Frederick E. Smith (1970) và Jorgensen
(1980), được áp dụng để thiết lập mơ hình chu chuyển của Asen trong nước.

Q trình thực hiện bài tốn mô phỏng gồm 4 bước:
* Bước 1: Xác định hàm lượng As trong các thành phần: nồng độ As trong
nước, As trong TVN, ĐVN, cá mè, cá rô phi, cá chép, cá trơi, ĐVĐ.
*Bước 2: Phân tích mối quan hệ giữa các thành phần: Sự vận chuyển của As
trong các thành phần được thể hiện trong bảng 3.14
Bảng 3.14: Ma trận thể hiện mối quan hệ giữa các thành phần trong hệ sinh thái khu
vực Hồ Tây

Trong đó:A: hàm lượng As từ các nguồn vào hồ
Yij: As chuyển từ thành phần i sang thành phần j.Zi : đầu ra của thành phần i.


* Bước 3: Lập mơ hình tốn cho trạng thái ổn định của các thành phần:
trạng thái cân bằng của mỗi thành phần trong hệ sinh thái, được thiết lập khi
tổng đầu vào bằng tổng đầu ra. Do đó, để tìm điểm cân bằng của hệ phương
trình 3.1, ta giải hệ này bằng cách cho vế phải bằng 0.
* Bước 4: Kiểm tra độ nhạy của mơ hình: Xác minh những ý nghĩa sinh thái

của sự sắp xếp các biến

Trong đó:
A: hàm lượng As từ các nguồn đổ
vào hồ
Xi : biến trạng thái của thành phần i
Yji:hàm trạng thái thể hiện sự chu
chuyển As từ thành phần j sang
thành phần i
Yij: hàm trạng thái thể hiện sự chu
chuyển As từ thành phần i sang
thành phần j
Zi: Đầu ra của thành phần i

III. Tác

hại của của ô nhiễm As trong nguồn nước
Asen gây ung thư biểu mô da , phế quảng, phổi, các xoang …do Asen và
các hợp chất của Asen có tác dụng lên nhóm Sulphydryl (-SH) phá vỡ quá trình
phophoryl hóa. Các Enzim sản sinh năng lượng của tế bào trong chu trình axit
xitric bị ảnh hưởng rất lớn. Enzym bị ức chế do việc tạo phức với Asen(III) làm
ngăn cản sự sản sinh phân tử ATP. Do Asen có tính chất hóa học tương tự như
Photpho, nên chất này có thể làm rối loạn photpho ở một số q trình hóa sinh.

Hiệu ứng hóa sinh của As:
As thường có mặt trong thuốc trừ sâu, diệt nấm, diệt cỏ dại. Trong số
các hợp chất của Asen thì As (III) là độc nhất. As (III) thể hiện tính độc bằng


cách tấn cơng lên các nhóm _SH của enzim, làm cản trở hoạt động của

enzim.

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

Do có sự tương tự về tính chất hóa học với phospho, asen can thiệp vào
một số q trình hóa sinh làm rối loạn phospho. Có thể thấy được hiện
tượng này khi nghiên cứu sự phát triển hóa sinh của chất sinh năng lượng
chủ yếu là ATP (ađennozin triphotphat). Một giai đoạn quan trọng trong quá
trình hình thành và phát triển của ATP là tổng hợp enzim của 1,3 –
diphotphoglixerat từ glixerandehit – 3 - photphat. Asen sẽ dẫn đến sự tạo
thành 1 – aseno – 3 – phophoglixerat gây cản trở giai đoạn này. Sự photpho
hóa được thay bằng sự asen hóa, q trình này kèm theo sự thủy phân tự
nhiên tạo thành 3 – photphoglixerat và asenit.
Asen (III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein là do sự tấn cơng liên
kết của nhóm sunfua bảo tồn các cấu trúc bậc 2 và bậc 3. Như vậy, asen có
3 tác dụng hóa sinh là: làm đơng tụ protein, tạo phức với coenzim và phá
hủy q trình photpho hóa.


Các chất chống độc As là các hóa chất có nhóm _SH hoạt động mạnh
hơn ở enzim, có khả năng tạo liên kết với asen (III). Ví dụ như chất 2,3 –
dimercaptopropanol

Ảnh hưởng của Asen đến cơ thể người.
Asen gây ung thư biểu mô da , phế quảng, phổi, các xoang …do Asen và
các hợp chất của Asen có tác dụng lên nhóm Sulphydryl (-SH) phá vỡ q
trình phophoryl hóa. Các Enzim sản sinh năng lượng của tế bào trong chu
trình axit xitric bị ảnh hưởng rất lớn. Enzym bị ức chế do việc tạo phức với

Asen(III) làm ngăn cản sự sản sinh phân tử ATP. Do Asen có tính chất hóa
học tương tự như Photpho, nên chất này có thể làm rối loạn photpho ở một
số q trình hóa sinh.
Hàm lượng Asen trong nước sinh hoạt phải < 0,01 mg/l mới là đạt yêu
cầu. Theo tổ chức y tế thế giới WHO cứ 10.000 người thì có 6 người bị ung
thư do sử dụng nước ăn có nồng độ asen > 0,01 mg/l nước. Asen là nguyên
tố khi được ăn vào rất khó hấp thụ và phần lớn được triệt tiêu ở nguyên
dạng.
Các hợp chất Asen hòa tan trong nước được hấp thụ nhanh chóng từ ống
tiêu hóa; Asen (V) và Asen hữu cơ được đào thải qua thận rất nhanh và hầu
như tồn bộ. Asen vơ cơ có thể được tích lũy ở da, xương và cơ bắp; chu kỳ
bán hủy của nó trong cơ thể người trong vòng 20 đến 40 ngày. Mặc dầu các
kết quả nghiên cứu cho thấy Asen có thể là một nguyên tố thiết yếu cho một
số loài động vật như dê, chuột, gà nhưng chưa có bằng chứng để nói rằng
Asen cần cho người.


Nhiễm độc Asen cấp của con người chủ yếu phụ thuộc vào nhịp độ đào
thải khỏi cơ thể của các hợp chất. Arsine được coi là dạng độc nhất sau đó
đến Arsenite (Arsenic (III)), Arsenate (Arsenic (V)) và hợp chất thạch tính
hữu cơ.
Hiện tại vẫn chưa có một bản liệt kê đầy đủ nào về các loại bệnh do
Asen. Asen vô cơ được coi là chất gây ung thư đồng thời nó cũng gây nhiều
tác động khác nữa. Đơi khi các triệu chứng khó thở gây ra bởi Asen bị nhầm
lẫn với triệu chứng của các bệnh khác.
Asen có thể gây bệnh cấp tính hay mãn tính, tuy nhiên dưới góc độ Asen
trong nước uống thường chỉ có các bệnh mãn tính (do dùng nước uống chứa
nồng độ Asen quá từ năm lần mức cho phép sẽ gây ra các bệnh ung thư, bao
gồm ung thư da, ung thư bàng quang, thận, phổi, gan, các bệnh tiểu đường)
do Asen gây ra. Trong nước uống, Asen không trông thấy được, không mùi

vị, nên không thể phát hiện. Sự phát hiện người nhiễm Asen rất khó do
những triệu chứng của bệnh phải từ 5 đến 15 năm sau mới xuất hiện. Bởi
vậy, các nhà hóa học cịn gọi Asen là “sát thủ vơ hình”.
Và một điều đáng lưu ý là Asen độc gấp 4 lần so với thủy ngân. Ngộ
độc Asen là các bệnh kinh niên do sử dụng nước uống có chứa Asen ở nồng
độ cao trong một khoảng thời gian dài. Các hiệu ứng bao gồm sự thay đổi
màu da, sự hình thành của các vết cứng trên da, ung thư da, ung thư phổi,
ung thư thận và bàng quang cũng như có thể dẫn tới hoại tử. Asen là một
chất rất độc. Có thể chết ngay nếu uống một lượng bằng nửa hạt ngô (bắp).
Nếu bị ngộ độc cấp tính bởi Asen sẽ có biểu hiện: khát nước dữ dội, đau
bụng, nôn mửa, tiêu chảy, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt rồi thâm tím, bí tiểu
và tử vong nhanh.
Nếu bị nhiễm độc Asen ở mức độ thấp, mỗi ngày một ít với liều lượng
dù nhỏ nhưng trong thời gian dài sẽ gây: mệt mỏi, buồn nôn và nôn, hồng
cầu và bạch cầu giảm, da sạm, rụng tóc, sút cân, giảm trí nhớ, mạch máu bị
tổn thương, rối loạn nhịp tim, đau mắt, đau tai, viêm dạ dày và ruột, làm kiệt
sức, ung thư...
Người uống nước ô nhiễm Asen lâu ngày sẽ có các đốm sẫm màu trên
thân thể hay đầu các chi, niêm mạc lưỡi hoặc sừng hoá da, gây sạm và mất
sắc tố, bệnh Bowen (biểu hiện đầu tiên là một phần cơ thể đỏ ửng, sau đó bị
chảy nước và lở loét). Bệnh sừng hoá da thường xuất hiện ở tay, chân, lòng
bàn tay, gan bàn chân - phần cơ thể cọ xát nhiều hoặc tiếp xúc ánh sáng
nhiều lâu ngày sẽ tạo thành các đinh cứng màu trắng gây đau đớn. Bệnh đen
và rụng móng chân có thể dẫn đến hoại tử, rụng dần từng đốt ngón chân.


Ảnh hưởng độc hại đáng lo ngại nhất của asen tới sức khoẻ là khả năng
gây đột biến gen, ung thư, thiếu máu, các bệnh tim mạch (cao huyết áp, rối
loạn tuần hoàn máu, viêm tắc mạch ngoại vi, bệnh mạch vành, thiếu máu
cục bộ cơ tim và não), các loại bệnh ngoài da (biến đổi sắc tố, sạm da, sừng

hoá, ung thư da...), tiểu đường, bệnh gan và các vấn đề liên quan tới hệ tiêu
hoá, các rối loạn ở hệ thần kinh - ngứa hoặc mất cảm giác ở chi và khó nghe.
Sau 15 - 20 năm kể từ khi phát hiện, người nhiễm độc Asen sẽ chuyển sang
ung thư và chết.
IV. Biện

pháp - Các phương pháp xử lý:

1. Một số phương pháp đơn giản nhưng có hiệu quả để loại bỏ Asen
trong nước ngầm:
Lọc hấp phụ: : Phương pháp lọc được sử dụng để tách các chất rắn ra
khỏi nước bằng cách cho nước thô đi qua khối vật liệu lọc bằng cát, than
hoạt tính, vải lọc, cát thạch anh... Những vật liệu này có tác dụng cho nước
đi qua và giữ các chất bẩn như: bùn, sét, các hạt thể keo, các hạt nhỏ từ các
chất hữu cơ trong tự nhiên, các hợp chất kết tủa của sắt và măng-gan, bông
tụ keo, vi khuẩn... Đây là giải pháp đơn giản nhất và hồn tồn có thể áp
dụng trong mỗi hộ gia đình. Asen có thể được hấp phụ lên bề mặt của các
vật liệu dạng hạt, hạt sét hay vật liệu gốc xen-lu-lô như than hoạt tính đã xử
lý bằng một số hợp chất kim loại; các hợp chất ơ-xít sắt, ơ-xít ti-tan, ơ-xít silíc; sét khống (cao lanh, bentonite); bơ-xít, hematile, felspat; nhựa tổng hợp
trao đổi anion; than xương; cát bọc lớp ơ-xít sắt hoặc đi-ơ-xít man-gan
(MnO2); mùn cưa; bột giấy.
Ơxy hóa: Ơxy hóa là phương pháp đơn giản, đưa ôxy tác dụng và chiếm
lấy điện tử trong nguyên tử của chất phản ứng. Làm thống bằng cách sục
khơng khí vào nước, có thể ơxy hóa asen và sắt có trong nước, tạo kết tủa
FeAsO4.
Sử dụng ánh sáng mặt trời: Đây là quá trình xử lý asen đơn giản trong
cấp nước sinh hoạt lấy từ nguồn nước ngầm nhờ sử dụng phản ứng ơxy hóa
asen (III) thành asen (V) nhờ ánh nắng mặt trời. Sau đó tách asen (V) ra
khỏi nước nhờ hấp phụ bằng các hạt Fe (III). Phản ứng ơxy hóa quang hóa
được tăng cường hiệu suất nhờ nhỏ thêm vài giọt chanh hoặc nước vơi đặc,

giúp cho q trình tạo bơng keo có hiệu quả cao hơn.
Để xử lý loại bỏ Asen trong nước ngầm, người ta sử dụng nhiều phương
pháp khác nhau như keo tụ dùng các muối kim loại hư muối sắt, muối
nhôm...


2.

Loại bỏ asen khỏi nước:

Theo Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dùng phương pháp ơxy
hóa thơng thường và ánh sáng mặt trời có thể loại trừ được các tạp chất, đặc
biệt là Asen ra khỏi nước ngầm. Các gia đình sử dụng nước giếng khoan
nên xử lý bằng phương pháp sục khí, giàn mưa, bồn lắng, lọc..., vừa để khử
sắt, vừa loại bỏ được Asen trong nước.
Các gia đình dùng bơm điện: Làm giàn mưa bằng ống nhựa, khoan 150200 lỗ có đường kính từ 1,5 đến 2 mm, tùy theo công suất máy bơm đang sử
dụng. Dưới cùng bể lọc là lớp sỏi đỡ dày khoảng 1 gang, trên lớp sỏi đỡ là
lớp cát dày khoảng 2,5-3 gang.
Các gia đình dùng bơm tay: Cho nước từ vịi bơm rót vào máng mưa có
nhiều lỗ nhỏ để khơng khí dễ tan vào nước, phát huy hiệu quả ơxy hóa của
khơng khí. Bằng những biện pháp đơn giản, ít tốn kém và rất hiệu quả trên,
Asen sẽ khơng cịn là “sát thủ vơ hình” nữa.
3. Giải độc thạch tín:
Đại học Kalyani, Ấn Độ, đã tìm ra một phương pháp hiệu quả và rẻ tiền
giải độc Asen trong cơ thể của những người sử dụng nước ngầm ô nhiễm
bằng thuốc giải độc có tên arsenicum album. Tuy nhiên, loại thuốc này vẫn
đang trong thời gian thử nghiệm.
Trong trường hợp đã bị nhiễm độc Asen, muốn giảm bớt các triệu chứng
của bệnh do Asen, người bệnh cần được đảm bảo chế độ ăn uống thật tốt,
giảm protein, bổ sung các vitamin để giúp cơ thể thải loại Asen nhanh hơn.

Bên cạnh đó, bệnh nhân có thể dùng thuốc giúp gan thải Asen ra khỏi cơ thể
như thuốc DMPS và DMSA.
Tuy nhiên phải có sự hướng dẫn của bác sĩ vì đây là những loại thuốc có
thể gây ra nhiều phản ứng phụ.
4. Dị nước ơ nhiễm asen bằng vi khuẩn phát sáng:
Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Cơng nghệ môi trường Thụy
Sĩ đã lợi dụng khả năng nhạy cảm với Asen của vi khuẩn Escherichia coli để
biến đổi gen sao cho chúng phát sáng khi dò thấy Asen trong nước.
Thành cơng trên có thể cứu sống nhiều người đang sử dụng nước ngầm
bị ô nhiễm loại chất độc tự nhiên này. E.coli hiện cũng đang được thử
nghiệm tại Việt Nam, chi phí thấp mà khơng bị giải phóng các hố chất độc
hại vào mơi trường.


Chỉ mất từ 1.000-2.000 đồng/kg, người dân có thêm một phương pháp
lọc asen ngay tại nhà bằng cách sử dụng quặng pyrolusite có chứa mangan.
Quặng pyrolusite sử dụng trong nghiên cứu trên là quặng có xuất xứ từ Cao
Bằng.
Thành phần chủ yếu của quặng là mangan dioxit (MnO2), chiếm từ 40 60%. Ngồi ra cịn có nhiều hợp chất kim loại khác từ sắt, silic, nhôm... Mẫu
quặng được sử dụng bằng cách nghiền thành bột mịn và xử lý nung ở nhiệt
độ 400oC. Bột quặng sau đó được cho vào các cốc thủy tinh có chứa dung
dịch Asen ở nhiều nồng độ khác nhau. Kết quả cho thấy, khi được nung tới
400oC, quặng pyrolysite có khả năng hấp thụ cao nhất lượng asen trong
nước.
Ứng dụng pyrolusite để loại bỏ Asen trong nước ngầm thực tế cho thấy
sau khi xử lý hàm lượng Asen trong nước giảm từ 170ppb xuống còn dưới
10ppb ( 0,01mg/lít) theo Tiêu chuẩn Việt Nam và đạt tiêu chuẩn cho nước ăn
uống.
Cứ một gam pyrolusite có thể lọc tối đa 0,175mg Asen trong một lít
nước.

Quặng có chứa nhiều tạp chất khác nhau, nên cần phải nghiên cứu kỹ
hơn để tránh làm thôi nhiễm nguồn nước sau khi đã lọc sạch Asen. Nếu là
quặng sạch, người ta chỉ cần dùng nước rửa sạch quặng, sau đó nghiền nhỏ
và bỏ trực tiếp vào nước. Asen trong nước sẽ được lọc sạch. Ngồi ra, việc
xử lý bột quặng có chứa Asen vẫn còn đang được nghiên cứu. Asen là một
chất vô cơ, nên không chuyển biến thành các chất khác.
Việc xử lý không cẩn thận sẽ trả Asen lại vào nguồn nước. Hiện nay, thị
trường cũng có một phương pháp để lọc phèn và Asen trong nước là cát bọc
mangan dioxit ở ngoài (manganised sand) với giá 11USD/kg. Tuy nhiên,
loại này chỉ chủ yếu sử dụng cho các nhà công nghệ xử lý nước ở quy mơ
lớn.
Kiến nghị
1. Cần có các nghiên cứu chi tiết về các dạng tồn tại của As trong cơ thể
cá ở hồ Tây nói riêng và các thủy vực khác ở Việt Nam nói chung để có
các kết quả đánh giá rủi ro một cách chuẩn xác hơn.
2. Tiếp tục nghiên cứu sự biến động hàm lượng As qua các năm để đưa ra
mơ hình dự báo chính xác nhất về sự biến động hàm lượng

Trải lời câu hỏi cảu thầy và các bạn


Câu 1: Trong mơi trường nước ngầm thì tồn tại chủ yếu là asen 3 hay 5 ?

Trong phần lớn các hợp chất, asen mang hóa trị +3 (ký hiệu là As(III)),
hoặc oxy hóa thành asen hóa trị + 5 (As(V)), ở trạng thái hóa trị này, các
hợp chất asen tương đối bền vững. Muối của asen có độ tan khác nhau,
phụ thuộc vào pH, lực ion và thế oxy hóa – khử của mơi trường. Ví dụ
trong mơi trường mang tính khử và pH thấp thì As(III) sẽ chiếm ưu thế,
ngược lại trong mơi trường oxy hóa và pH cao thì As(V) sẽ là dạng bền
hơn.

Asen có mặt trong nước tự nhiên với nồng độ thấp, chỉ khoảng vài
1µg/L hoặc nhỏ hơn. Nồng độ asen trong nước biển ở khoảng 1 - 8µg/L,
trong nước ngọt khơng ơ nhiễm là 1 - 10µg/L và tăng cao đến 100 –
5.000µg/L tại những vùng có khống hóa sulfur và vùng mỏ. Trong nước,
asen thường tồn tại ở dạng asenat (As(V)) hoặc asenit (As(III)). Các hợp
chất asen hữu cơ dạng metyl hóa như MMA – axit monometyl asonic,
DMA – axit dimethyl asonic, TMA – axit trimetyl asonic có mặt một cách
tự nhiên trong nước là kết quả của hoạt động sinh học.

Câu 2: Lọc và hấp phụ khác gì nhau ?

Thưa thầy do chúng e ghi nhầm ạ là chúng e đang dùng phương pháp
lọc hấp phụ với chất hấp phụ là than hoạt tính ạ, chứ khơng phải với 2
phương pháp khác nhau ạ.


Câu 3 : Khi phân hủy Asen hữu cơ sẽ ra gì?

Arsen hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên từ sự phân hủy các lồi cá, hải sản,
khơng có độc tính và đào thải nhanh chóng khỏi cơ thể con người.Asen
hữu cơ tồn tại ở nhiều dạng, mỗi dạng lại có độc tố khác nhau. Khi tồn tại
trong hợp chất, nếu asen có liên kết với carbon thì đó là Asen hữu cơ.
Asen hữu cơ phân hủy chủ yếu ra axit amin và muối, nó tồn tại ở trong
axit amin là chủ yếu.