Trong số đó có tới 77 triệu người sử dụng nguồn nước có chứa arsen với hàm lượng cao.. Lượng này tương đương với sử dụng nước nguồn ô nhiễm arsen với hàm lượng 25 - 50 à g/L trong một đờ
Trang 1Chươ ươ ương ng ng 9 9.
M
Mộ ộ ộtttt ssssố ố ố c c cô ô ông ng ng ngh ngh nghệệệệ x x xử ử ử lý lý
Arsen
Arsen trong trong trong n n nướ ướ ước c c ng ng ngầ ầ ầm m
Giới thiệu về arsen
• Arsen là nguyên tố hình thành tự nhiên trong vỏ Trái đất
• Các hợp chất arsen vô cơ:
Arsenat (As(V), arsenite (As(III), arsenic sulfide (HAsS2), arsen
nguyên tố (As0) và arsen 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 arsen vô cơ bị
khử, như H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-, AsO33-
• Các hợp chất arsen hữu cơ: (CH3)2AsO(OH), C6H5AsO(OH)2,
vv
• Các dạng hợp chất hữu cơ của arsen thường ít độc hơn so với
các hợp chất arsen vô cơ
Trang 2• Trong MT khử (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 được Methyl hoá tiếp tạo
Dimethylarsine (III) rất độc.
Giới thiệu về arsen
Nồng độ các hợp chất Arsenat As(V)
trong nước ngầm phụ thuộc vàp pH
Trang 3• Arsen tồn tại phổ biến trong môi trường xung quanh, và
mọi người đều tiếp xúc với một lượng nhỏ của chúng
• Con đường thâm nhập chủ yếu của arsen vào cơ thể là
qua đường thức ăn (trung bình 25 - 50 à g/ngđ), ngoài ra
còn một lượng nhỏ qua nước uống và không khí Một số
loài cá và thuỷ sản dùng làm thực phẩm chứa arsen cao
hơn bình thường, nhưng lượng arsen này thường tồn tại
dưới dạng hợp chất arsen hữu cơ ít độc
• As trong tế bào thực vật: 0,01 - 5 ppm / trọng lượng khô.
• Thực vật biển: nhiều As hơn Tảo biển, tảo nâu: 94 ppm.
• Tế bào người: < 0,3 ppm.
• Tôm cá biển: 120 ppm/trọng lượng khô.
Công dụng:
Sản xuất thuốc trừ sâu, diệt cỏ (cả arsen hữu cơ và arsen
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
Trước kia, các hợp chất arsen vô cơ: sơn, thuốc nhuộm,
bả chuột, thuốc chữa một số bệnh truyền nhiễm như hen,
vảy nến,
Trang 4As(III) As(V)
• Nhiều vùng trên thế giới đang bị ô nhiễm hay có
dấu hiệu bị ô nhiễm arsen trong nước ngầm với
Cổ, Đài loan, Ghana, Achentina, Chilê,
• 97% dân số Bangladesh (116 triệu người) đang
sử dụng nước ngầm làm nguồn nước cấp cho
sinh hoạt Trong số đó có tới 77 triệu người sử
dụng nguồn nước có chứa arsen với hàm lượng
cao.
Max n
Country n natural
a anthropogenic
m mine waste
mg/L
People
at risk
Nepal
Laos Cambodia
Pakistan
Thailand Sumatra
3.6 n 11 Mio.?
Vietnam
0.4 n 10 Mio.
USA
Arsenic in groundwater worldwide
Trang 5Arsen có ảnh hưởng tới sức khỏe
con người như thế nào?
• Một lượng lớn Arsen có thể gây chết người
• Mức độ ô nhiễm nhẹ hơn có thể dẫn đến thương tổn các
mô hay các hệ thống của cơ thể
• Khi Arsen thâm nhập qua miệng: đau rát hệ thống tiêu
hóa, buồn nôn, nôn mửa và tiêu chảy Ngoài ra có thể bị
giảm lượng hồng cầu và bạch cầu trong máu, rối loạn tim
mạch, tổn thương mạch máu, suy gan, thận, rối loạn
thần kinh, gây cảm giác như bị gai đâm vào lòng bàn
chân và tay
Arsen có ảnh hưởng tới sức khỏe
con người như thế nào?
• Khi bị nhiễm độc Arsen dạng hợp chất vô cơ qua đường
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 được chữa trị đúng
cách và kịp thời, những hạt nhỏ này có thể sẽ biến
chứng gây ung thư da
• Arsen còn tăng nguy cơ gây ung thư trong cơ thể, nhất là
ở gan, thận, bàng quang và phổi
• Nhiễm độc các hợp chất Arsen vô cơ qua đường hô hấp:
đau nhẹ đến đau nhức da, mắt, miệng, , bệnh ung thư
phổi
Trang 6• Ô nhiễm arsen qua đường hô hấp với nồng độ
khoảng 200 à g/m3 thường gây đau rát mũi, họng
và da nơi tiếp xúc.
• Bị nhiễm độc ở mức cao hơn sẽ có những triệu
chứng tương tự như ô nhiễm mạn tính qua đường
miệng ở mức trung bình.
Arsen có ảnh hưởng tới sức khỏe
con người như thế nào?
à g/kg.ngđ (khoảng 50 - 100 à g đối với người lớn)
trong thời gian dài có thể dẫn tới nguy cơ ung thư
da với xác suất 0.1% (1/1000) Lượng này tương
đương với sử dụng nước nguồn ô nhiễm arsen với
hàm lượng 25 - 50 à g/L trong một đời người
• Hít thở thường xuyên không khí chứa 1à g/m3
arsen có thể dẫn đến ung thư với xác suất
khoảng 0.4% (4/1000)
Arsen có ảnh hưởng tới sức khỏe
con người như thế nào?
Trang 7Nồng độ giới hạn cho phép của arsen trong
nước uống (TCVN): 10 à g/L
WHO: đã hạ thấp nồng độ giới hạn cho phép
của Arsen trong nước cấp uống trực tiếp
xuống 10 à g/L.
US EPA, EU: hướng tới 2 - 20 à g/L
Đức: 10 à g/L từ 1/1996 (Driehaus W và nnk,
1998).
Các công nghệ xử lý arsen
trong nước ngầm
• Các nhóm giải pháp công nghệ chủ yếu:
• Tạo kết tủa - Lắng
• Keo tụ - Lắng
• Hấp phụ
• Ôxy hoá
• Lọc màng
• Oxy hoá quang năng, …
• Có nhiều giải pháp công nghệ rẻ tiền, thậm chí không tốn kém chi phí
Các giải pháp tạm thời, rẻ tiền thường không đáp ứng được 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.
Trang 8Cơ chế quá trinh xử lý Asen
In solution
iron oxidation
iron coagulation
arsenic oxidation
arsenic co-precipitation
In sand filter
iron oxidation iron precipitation on sand arsenic oxidation arsenic co-precipitation
1 Tạo kết tủa - Lắng
• Tạo các chất kết tủa với các ion tan trong dung
dịch Sắt thường tồn tại trong nước ngầm ở dạng
Hydro cacbonat Sắt (II) hoà tan Khi gặp oxy, sẽ
được oxy hoá và tạo thành chất kết tủa Các hợp
chất của Arsen có khả năng hấp phụ lên các
‘’bông’’ kết tủa đó (Phương pháp cộng kết tủa)
• Các trạm xử lý nước ngầm chứa sắt thường được
thiết kế theo công nghệ làm thoáng - lắng - lọc.
Những trạm này cũng khử được arsen mà không
dùng hoá chất keo tụ
Trang 92 Keo tụ
• Dùng các chất keo tụ, như các muối của Sắt hoặc Nhôm
(phèn), chuyển arsen từ dạng tan sang dạng không tan
nhờ phản ứng hoá học, sau đó tách ra khỏi nước nhờ lắng
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 thường cho hiệu quả xử lý cao hơn so với cùng
một lượng phèn nhôm, độ dao động pH cho phép lớn hơn
• So sánh hiệu quả khử arsen với 3 loại phèn keo tụ khác
nhau: FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3: FeCl3 cho phép đạt hiệu
suất khử arsen cao nhất: > 90 %
3 lọc
• - Vật liệu thông thường: cát, than antraxit, than
hoạt tính dạng hạt,
• - Vật liệu rẻ tiền ở địa phương: vải, than, sơ dừa
ép, xơ mướp, sỏi nhỏ,
Trang 104 Hấp phụ:
• Arsen có thể đ−ợc 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 c−a, bột giấy
báo), vv
• Hiệu suất xử lý tăng nếu sử dụng các chất oxy
hoá hỗ trợ quá trình hấp phụ arsen.
• 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 Phosphate lại làm ức chế
• t = 12 h 3,5 ngđ.
Trang 11Oxyt nhôm kim loại hoạt hoá
• Vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ nhôm,
có khả năng tách arsen ở 2 dạng tồn tại phổ
biến ở trong nước là As (III) và As(V):
PEI's Aqua-BindTM - Arsenic
• 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 lượng sắt trong nước nguồn càng cao, hiệu
suất khử arsen và chu kỳ làm việc giữa hai lần
hoàn nguyên càng tăng.
• Hạn chế: lượng vật liệu hấp phụ thải ra lớn: 50
-200 g / m3 nước (gấp gần 10 lần so với lượng cặn
tạo thành khi sử dụng phương pháp keo tụ bằng
phèn sắt).
Nhôm hoạt hoá
Trang 12• Công nghệ giảm thiểu arsen AsRT: Cột 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 trường thiếu khí (anoxic) đối với
arsen (trong điều kiện thiếu oxy) Mạt sắt (`các Ion sắt hoá
trị 0), khử arsen vô cơ thành dạng kết tủa cùng với sắt, hỗn
hợp kết tủa, hay kết hợp với sulfat tạo Pyrit arsen Arsen
trong nước được giữ lại trong cột lọc Arsen trong nước sau
xử lý đạt dưới 27 ppb
Sử dụng mạt sắt kết hợp với cát
Hydroxyt sắt
• Vật liệu hấp phụ: bột giấy báo có phủ một lớp
Hydroxyt sắt (III) (Giấy báo cắt vụn được 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)
• Hydroxyt sắt dạng hạt: cột hấp phụ của
Driehaus Vật liệu này có khả năng hấp phụ cao:
Nồng độ arsen trong nước trước xử lý 100 – 180
ppb, sau xử lý đạt < 10 ppb.
Trang 13• 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
nước của chúng, và một lượng nhỏ các hợp chất
của Mangan, Titan ở điều kiện tự nhiên, loại đất
sét này có điện tích bề mặt dương, có khả năng
hấp phụ các chất bẩn mang điện tích âm như
Arsenic Có thể đưa laterite trực tiếp vào nước
cần xử lý như chất hấp phụ, sau đó để lắng,
hoặc có thể sử dụng làm vật liệu hấp phụ trong
bể lọc
5 Trao đổi Ion
• Anion axit mạnh (Cl-): chuyển gốc arsenate
H2AsO4- sang arsenate HAsO42-
• Arsen sau xử lý có thể hạ thấp tới dưới 2 ppb.
• Hoàn nguyên: NaCl.
Trang 146 Oxy hoá
• Làm thoáng bằng cách sục không khí vào nước, có thể
oxy hoá arsen và sắt có trong nước, tạo chất kết tủa
FeAsO4
• Làm thoáng đơn giản và lắng: arsen sẽ được tách cùng
với Hydroxyt Sắt kết tủa Hiệu suất xử lý đạt 25% đối với
nước ngầm chứa nhiều sắt
• Phản ứng oxy hoá quang hoá nhờ năng lượng bức xạ
(SORAS): oxy hoá quang hoá As(III) thành As(V) nhờ
ánh sáng mặt trời, sau đó ách As(V) ra khỏi nước nhờ
hấp phụ bằng các hạt Fe(III)
- Tăng cường hiệu suất nhờ nhỏ thêm vài giọt
chanh, giúp cho quá trình tạo các bông keo Fe(III)
• Hàm lượng sắt trong nước ngầm ít nhất 3 mg/l, cường độ
bức xạ UV-A 50 Wh/m2
Ư u ủ i ể m: làm thoỏng ủả m b ả o cho s ự bóo hũa
ụxy ủể ụxy húa s ắ t
Nh ượ c ủ i ể m: cụng trỡnh ủ ũi h ỏ i k ỹ n ng và v ậ t li ệ
ủặ c bi ệ t, t ố n kộm
ch ư a ph ổ bi ế n r ộ ng rói ở mi ề n b ắ c VN
Filter design: aeration step
Trang 157 Oxy quang hoá
• Loại bỏ Arsenite (As(III)) và cả các chất hoà tan khác như
Sắt, Phosphorus, Sulfur, khỏi nước bằng cách đưa
chất oxy hoá và chất hấp phụ quang hoá: chiếu tia cực
tím vào nước 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 như Cl2,
H2O2hoặc O3 Phần lớn chi phí xử lý chính là các chât oxy
hoá này (Khoa G.H., Emett M.T et al, 1997)
Trang 168 Chưng cất bằng năng lượng mặt trời
• Phương pháp này sử dụng năng lượng mặt trời
để làm bốc hơi nước, sau đó cho nước ngưng tụ
lại Quá trình bay hơi và ngưng tụ nước sẽ tách
tất cả các chất, trong đó có cả arsen ra khỏi
nước
• ở các nước vùng nhiệt đới, với nguồn năng lượng
mặt trời sẵn có.
Trang 179 Läc mµng
• Cã nhiÒu lo¹i mµng läc ®−îc sö dông nh− vi läc,
thÈm thÊu ng−îc, ®iÖn thÈm t¸ch, siªu läc vµ läc
nano.
• Arsenic removal by biofilter
10 Ph−¬ng ph¸p sinh häc – sö dông
biofilter & iron oxidysing bacteria