Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý của bùn đỏ tây nguyên đối với một số ion độc hại trong nước

Hồ chứa bùn đỏ xây dựng phải đảm bảo các tiêu chí như: không gây ra hiện tượng thẩm thấu các chất ô nhiễm môi trường; lòng hồ phải được xử lý thi công và lót vải địa kỹ thuật hoặc vải nh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

………

NGUYỄN VĂN THƠM

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CỦA BÙN ĐỎ TÂY NGUYÊN ĐỐI VỚI MỘT SỐ

ION ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

………

NGUYỄN VĂN THƠM

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ

CỦA BÙN ĐỎ TÂY NGUYÊN ĐỐI VỚI MỘT SỐ

ION ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC

Chuyên ngành: Hóa môi trường

Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN HỒNG CÔN

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Trần Hồng Côn, người đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình tận tình hướng dẫn

em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp

Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã dốc lòng truyền đạt kiến thức trong thời gian em học tập Với vốn kiến thức được tiếp thu không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu luận văn mà còn là hành trang quý báu cho

em trong công việc và cuộc sống sau này

Em chân thành cảm ơn NCS Phạm Thị Mai Hương đã ủng hộ và giúp đỡ

em rất nhiệt tình trong quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến của các anh chị, các bạn sinh viên để tôi hoàn thiện luận văn này

Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy, Cô thật dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

Trân trọng kính chào quý Thầy, Cô!

Học viên cao học

Nguyễn Văn Thơm

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

XRF X-Ray Fluorescence Phổ huỳnh quang tia X

Microscope Kính hiển vi điện tử quét

3 TEM Transmission Electron

Microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua

4 pHpzc pH-Point of zero charge pH tại điểm đẳng điện

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số hiệu

1.1

Thành phần nguyên tố của bùn đỏ Bảo Lộc

(phương pháp phổ huỳnh quang tia X - XRF) 3

1.2

Bảng 1.2 Thành phần nguyên tố của bùn đỏ tại

1.3 Thành phần bùn đỏ lấy từ nhà máy hóa chất Tân Bình tại

1.5 Bán kính ion NH4+ và bán kính của các ion kim loại kiềm 19 2.1 Kết quả xác định dung dịch chuẩn asen từ 10 – 90ppb 29 2.2 Kết quả xác định dung dịch chuẩn asen từ 100 – 900 ppb 29

3.1 Thành phần hóa học của bùn đỏ khô nguyên liệu 39 3.2 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ As của TRMA 41 3.3 Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMA 350 43 3.4 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMA 350 44 3.5 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ As của TRMW 45 3.6 Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMW 350 47 3.7 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMW 350 48 3.8 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của TRMA 49 3.9 Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMA 600 51 3.10 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMA 600 52 3.11 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của TRMW 53

3.12 Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMW 600 55 3.13 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMW 600 56

DANH MỤC HÌNH VẼ

Số hiệu

1.2 Đường cong Clo hoá tới điểm đột biến đối với nước có amoni 22

2.3 Đường chuẩn dùng để xác định nồng độ NH4+ trong mẫu

2.5 Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét 34

2.8 Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Langmuir 38

3.2 Kết quả phân tích nhiệt mẫu bùn đỏ nguyên liệu 41

3.4 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMA 350 43 3.5 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMA 350 43 3.6 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của TRMA 350 44

3.8 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMW 350 46 3.9 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMW 350 47 3.10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của TRMW 350 48

3.12 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMA 600 50

3.13 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMA 600 51 3.14 Phương trình tuyến tính Langmuir của vật liệu TRMA 600 52

3.16 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMW 600 54 3.17 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMW 600 55 3.18 Phương trình tuyến tính Langmuir của vật liệu TRMW 600 56

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN 2

1.1 Bùn đỏ 2

1.1.1 Nguồn gốc của bùn đỏ 2

1.1.2 Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ 2

1.1.3 Tình hình bùn đỏ ở Tây Nguyên 4

1.1.4 Các phương pháp xử lý bùn đỏ 4

1.2 Vấn đề ô nhiễm nước 8

1.2.1 Asen và các phương pháp xử lý Asen 8

1.2.2 Amoni và các phương pháp xử lý Amoni 17

CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM 26

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn 26

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 26

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 26

2.2 Hóa chất và thiết bị dụng cụ 26

2.2.1 Hóa chất 26

2.2.2 Thiết bị và dụng cụ 27

2.3 Phương pháp phân tích Asen và Amoni trong nước 28

2.3.1 Phân tích Asen bằng phương pháp thủy ngân bromua 28

2.3.2 Phân tích Amoni bằng phương pháp Nessler 30

2.4 Chế tạo các loại vật liệu hấp phụ từ bùn đỏ 32

2.4.1 Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA) 32

2.4.2 Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW) 32

2.5 Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu hấp phụ 32

2.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD) 32

2.5.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 33

2.5.3 Phương pháp xác định giá trị pH tại điểm đẳng nhiệt 35

2.5.4 Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu 35

CHƯƠNG 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Các đặc tính của bùn đỏ nguyên liệu 39

3.1.1 Thành phần hóa học của bùn đỏ nguyên liệu 39

3.1.2 Thành phần khoáng học của bùn đỏ nguyên liệu 40

3.1.3 Kết quả chụp phân tích nhiệt của bùn đỏ nguyên liệu 40

3.2 Vật liệu hấp phụ Asen từ bùn đỏ 41

3.2.1 Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA) 41

3.2.2 Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW) 45

3.3 Vật liệu hấp phụ Amoni từ bùn đỏ 49

3.3.1 Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA) 49

3.3.2 Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW) 53

KẾT LUẬN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

LỜI MỞ ĐẦU

Song song với sự phát triển của nền công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì ô nhiễm môi trường đang trở thành một vấn đề cấp bách đối với toàn xã hội Bên cạnh quá trình sản xuất của các nghành công nghiệp thì đi cùng với nó

là một lượng lớn rác thải công nghiệp được thải ra môi trường

Bùn đỏ là chất thải từ quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxite theo công nghệ Bayer Việc xử lý loại bỏ bùn đỏ là một vấn đề quan trọng đối với môi trường vì hai lý do chính: một là bùn đỏ có độc tính do pH cao, hai là khối lượng bùn đỏ thải ra rất lớn Tác động đến môi trường của bùn đỏ có thể dẫn tới sự ô nhiễm tầng nước ngầm hay ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt, ảnh hưởng đến đất canh tác và thảm thực vật xung quanh khu vực khai thác và những nơi thấp hơn Do đó vấn đề cấp bách đặt ra là việc xử lý bùn đỏ thải ra sao cho hợp

lý và phù hợp với kinh tế

Chính vì vậy, em đã thực hiện để tài nghiên cứu “ Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý của bùn đỏ Tây Nguyên đối với một số ion độc hại trong nước”, mà cụ thể trong đề tài này sẽ khảo sát đánh giá đối với asen và amoni

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN 1.1 Bùn đỏ

1.1.1 Nguồn gốc của bùn đỏ

Bùn đỏ là chất thải trong quá trình sản xuất alumina từ quặng bauxite theo công nghệ Bayer- sáng chế của Karl Joseph Bayer năm 1888 Quá trình sản xuất alumina thực chất là quá trình làm giàu Al2O3 nhằm tách lượng Al2O3 trong bauxite ra khỏi các hợp chất khác

Theo công nghệ Bayer, bauxite thô được nghiền rửa để thu được quặng tinh bauxite, quặng tinh được nung với NaOH trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thích hợp Dung dịch aluminat (NaAlO2) sau đó được tách đem kết tủa tạo thành Al(OH)3, rửa và nung Al(OH)3 sẽ thu được Al2O3 là bột màu trắng có hàm lượng Al2O3 chiếm tới 98,5-99,5% Trong tiến trình tinh chế Alumina ở trên, phần quặng không tan trong kiềm được lắng, rửa và loại khỏi dây chuyền Bã thải này được gọi là bùn đỏ [27]

1.1.2 Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ

Bùn đỏ thải ra gồm có pha lỏng và pha rắn Pha lỏng có tính kiềm mạnh chứa thành phần nhôm tan trong kiềm Pha rắn bao gồm các thành phần chính như Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2,…Thành phần khoáng của bùn đỏ chủ yếu bao gồm Gibssite, Boemite, Hematite, Goethite, Manhetite,… cùng một số chất hóa học khác nữa như Nitrogen, Potasium, Chromium,Zinc [8]

Quá trình điều chế Alumina, bauxite được nghiền nhỏ Do đó, bùn thải khi khô là các hạt bụi mịn (60% hạt có ф< 1 μm) dễ phát tán vào không khí gây

ô nhiễm môi trường, tiếp xúc thường xuyên với bụi này gây ra các bệnh về da,

về mắt Pha lỏng của bùn đỏ có tính kiềm gây ăn mòn đối với vật liệu Khi không được thu gom, cách ly với môi trường, pha lỏng này có thể thấm vào đất ảnh hưởng đến cây trồng, xâm nhập vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước Nước thải từ bùn tiếp xúc với da gây tác hại như ăn da, làm mất đi lớp nhờn khiến da khô ráp, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy và loét

mủ ở vết rách xước trên da [29]

Bảng 1.1 Thành phần nguyên tố của bùn đỏ Bảo Lộc (phương pháp phổ huỳnh quang tia X – XRF) [8]

Thành phần

hóa học % khối lượng

Thành phần hóa học % khối lượng

Bảng 1.2 Thành phần nguyên tố của bùn đỏ tại

Nhà máy Alumin Lâm Đồng [7]

Bảng 1.4: Các dạng cấu trúc pha trong bùn đỏ khô

đỏ được thải ra Với quy hoạch phát triển bauxite ở Tây Nguyên, dự án alumin Nhân Cơ công suất 600.000 tấn alumin/năm sẽ thải ra lượng bùn đỏ khô là 566.000 tấn/năm, dung dịch bám theo bùn đỏ là 610.000 tấn/năm; dự án alumin Tân Rai sẽ thải ra lượng bùn đỏ khô là 636.720 tấn/năm, dung dịch bám theo bùn đỏ là 687.720 tấn/năm Hai nhà mấy alumin Nhân Cơ và Tân Rai có lượng bùn đỏ thải ra khoảng 1,2-1,3 triệu tấn/năm [7]

Bùn đỏ sinh ra là tất yếu vì lượng nhôm trong quặng tinh đạt đến 47 – 49%

và phản ứng tách nhôm trong quặng đạt hiệu suất 70 – 75% Đây là nguồn thải lớn cần được quản lý, xử lý triệt để và an toàn

Ở các tỉnh Tây Nguyên, nổi bật là ở tỉnh Lâm Đồng và tỉnh Đăk Nông, đang chịu ảnh hưởng của bùn đỏ Toàn tỉnh Đăk Nông có 13 mỏ Bauxite, trải đều trên địa bàn các huyện nằm ở thượng nguồn 2 hệ thống sông lớn là Srepok (gồm các nhánh Krông Bông, Krông Păk, Krông Ana, Krông Nô - đổ vào dòng chính sông Mê Kông) và Đồng Nai (gồm các nhánh chính là Đăk Huýt, Đăk Glun, Đăk Rtit, Đăk Nông - đổ vào sông Đồng Nai) Phần diện tích sông Srepok trên địa bàn Đăk Nông là 3.583 km2 (chiếm 50% diện tích toàn tỉnh), sông Đồng Nai là 2.934,4 km2 (chiếm 45% diện tích tỉnh)

Theo các nhà khoa học Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, các dự án khai thác đều cần đến những diện tích đất rất lớn làm bãi thải bùn Kết quả tính toán cho thấy, để chế biến được 1 tấn Alumin từ Bauxite, các nhà máy phải thải

ra môi trường 2 tấn bùn đỏ Cứ mỗi năm trong giai đoạn 2007 - 2015 (thực hiện theo quy hoạch), các dự án ở Tây Nguyên sẽ sản xuất 6,6 triệu tấn Alumin và lượng bùn đỏ thải ra sẽ khoảng 12 triệu tấn Các hồ chứa quá mong manh trước biến cố thiên tai như lụt, lũ quét… là nguyên nhân dẫn đến thảm họa môi trường trong tương lai Vì vậy, việc xử lý bùn đỏ là vấn đề bức thiết mang tính “sống còn” cho các dự án Bauxite ở Tây Nguyên

1.1.4 Các phương pháp xử lý bùn đỏ

Các phương pháp xử lý bùn đỏ hiện nay đang được áp dụng bao gồm các phương án chính sau:

- Xử lý phần chất lỏng đi kèm bùn đỏ hoặc phát sinh trong hồ bùn đỏ bằng cách tái sử dụng trong dây chuyền sản xuất hoặc trung hoà bằng nước biển (trường hợp nhà máy đặt cạnh biển) hoặc trung hoà bằng CO2

- Chôn lấp bùn đỏ đã thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi trường

- Xử lý bùn đỏ từ bãi thải, dùng cho các ứng dụng như vật liệu xây dựng (gạch, ngói, ), làm đường, chế biến sơn, chế tạo các vật liệu đặc biệt khác

Việc lựa chọn các phương án xử lý bùn đỏ sau thải được thực hiện tùy theo các nhà máy alumin cụ thể, tuy nhiên hiện nay phương án chôn lấp, hoàn thổ chiếm ưu thế và được áp dụng rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ đang được nghiên cứu, thử nghiệm vì chi phí để thực hiện cao, hiệu quả kinh tế thấp

*Phương pháp chôn lấp:

Bên cạnh khai thác mỏ Bauxite, đơn vị đấu thầu Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam cũng đã đề xuất một số phương án xử lý bùn đỏ Một trong những phương án khả thi nhất là chôn lấp Hồ chứa bùn đỏ là một bộ phận của hệ thống sản xuất alumina từ quặng bauxite, hồ này được thiết kế rất

kỹ để chống thấm chất lỏng trong bùn đỏ xuống nước ngầm theo chiều đứng và chiều ngang Để chống tràn, chủ đầu tư xây dựng hệ thống thoát nước mưa hoàn chỉnh xung quanh hồ bảo đảm không có nước mưa chảy xuống hồ gây tràn hồ

Hồ sẽ nạo sạch lớp thực bì, bùn và được cán lót 2 lớp đất sét (dày 60cm) với lớp lót vải địa kỹ thuật ở giữa Bảo đảm chống thấm tuyệt đối Mỗi hồ được ngăn ra thành nhiều ngăn nhỏ và lượng bùn đỏ sẽ được thải theo từng ngăn Khi đầy ngăn thì dùng công nghệ xử lý hút nước (chủ yếu là nước thải chứa xút) để đưa nước xút này trở lại nhà máy Alumin sử dụng cho công nghệ chế biến Alumin và qua đó cũng làm khô bùn đỏ Sau đó sẽ lấp đất đảm bảo chôn vĩnh viễn nếu như không sử dụng chất thải này

Hồ chứa bùn đỏ xây dựng phải đảm bảo các tiêu chí như: không gây ra hiện tượng thẩm thấu các chất ô nhiễm môi trường; lòng hồ phải được xử lý thi công và lót vải địa kỹ thuật hoặc vải nhựa có độ thấm đạt các yêu cầu của tiêu chuẩn, quy chuẩn của Việt Nam đối với bãi chôn lấp rác thải nguy hại; không có hiện tượng phát sinh và phát tán bụi ra môi trường; đảm bảo khả năng hoàn thổ trả lại đất cho canh tác trong thời gian ngắn nhất với chi phí nhỏ nhất; không tiềm ẩn bất cứ khả năng gây thảm họa nào đặc biệt là khả năng vỡ đập gây ô nhiễm môi trường và nguy hiểm trên diện rộng

Xung quanh hồ sẽ xây dựng hệ thống kênh thu nước mặt, nước mưa từ lưu vực xung quanh để dẫn thoát ra khỏi phạm vi lòng hồ, đảm bảo lượng mưa xuống hồ chỉ là lượng mưa thu trực tiếp từ diện tích mặt thoáng của hồ

Theo thiết kế, phía dưới các lớp cát, vải địa kỹ thuật sẽ là ống hút nước (bùn được lắng đọng trong lòng hồ) từ bùn để tái sử dụng Hồ bùn đỏ cũng được chia thành nhiều ngăn để khi bùn được thải đầy (đã hút hết nước tái sử dụng), từng ngăn sẽ được làm khô và phủ đất phía trên, trồng cây Để bảo đảm mục tiêu này, đáy và vách của hồ bùn đỏ được lót bằng sét và nén chặt, sau đó là lớp nhựa HDPE chống thấm được hàn mối với nhau rất kỹ Một lớp cát dày được bố trí trên lớp nhựa HDPE và trong lớp cát bố trí một hệ thống ồng đục lỗ để thu gom nước thấm xuống từ bùn đỏ để bơm ngược về công đoạn nung bauxite để thu hồi chất kiềm đưa vào tái sử dụng Khi lượng bùn đỏ cao dần lên trong hồ, lớp chất lỏng trên mặt bùn đỏ sẽ được thu theo hệ thống ống đặt đứng theo vách hồ chứa bùn đỏ

Chất lỏng trong hồ bùn đỏ sẽ được thu hồi triệt để Chất đặc còn lại trong

hồ tích lũy cao dần lên đến độ cao quy định sẽ được phủ lên một lớp vật liệu chống thấm và sau đó đổ lên 3-6 m đất để trồng cây Sau cùng, mặt hồ chứa bùn

đỏ sẽ trở thành một vùng cây rừng xanh tốt Bên cạnh một hồ chứa bùn đỏ đang hoạt động, luôn luôn có một hồ chứa còn trống bên cạnh để chứa nước trong trường hợp mưa quá lớn và tràn khỏi mặt hồ chứa bùn đỏ (trên cơ sở thống kê lượng mưa cực đại trong 100 năm) Với nguyên tắc thiết kế này, sẽ không có nước tràn từ mặt hồ bùn đỏ ra môi trường

*Phát triển hệ thực vật đệm trước khi chuyển đất thành đất trồng trọt

Cách này không thể áp dụng đối với các chủng cây lấy gỗ hoặc công nghiệp vì hệ mao mạch trên bộ rễ của các cây sẽ bị phá hỏng ngay khi tiếp xúc với môi trường kiềm mạnh của bùn đỏ nhưng có thể áp dụng cho các hệ cây không có khả năng cho thu hoạch, nhưng có khả năng sinh trưởng trên môi trường độc hại, hút dần các độc tính trong đất rồi bằng phương pháp cơ học, hủy diệt hệ thực vật này để tạo môi trường cho hệ thực vật có ích cho môi trường và thu hoạch hơn Quá trình này phải mất từ 20 đến 30 năm mới có thể tái tạo một phần khả năng của đất Tuy nhiên đối với vùng Tây nguyên, đất đai trong vùng

dự án rất gần kề với khu dân cư, trồng trọt hoặc thậm chí là khu nông trang của người dân nên việc chờ đợi lâu cho rừng tái tạo như thế là hoàn toàn không hợp

lý Hoặc nếu muốn áp dụng phương pháp này thì cần phải có một kế hoạch di dân phù hợp

* Trung hòa độc tính của bùn đỏ

Cách này có thể thực hiện được bằng sử dụng nước biển Những nghiên cứu về phương pháp này chỉ ra rằng, cứ 1 khối bùn đỏ cần 2 khối nước biển để trung hòa Độ kiềm của bùn sẽ giảm từ 12 xuống khoảng 8,5; độ pH vừa phải để

lớp rễ cây có thể chịu đựng được Theo lí giải của các nghiên cứu, sự tồn tại của một lượng lớn Ca2+ và Mg2+ trong nước biển sẽ tạo thành các hidroxit dưới dạng kết tủa, làm giảm pH của bùn Phương pháp này được coi tối ưu đối với các dự

án gần biển vì sau đó, lớp bùn sa lắng không gây nguy hiểm cho hệ sinh thái ven biển Có lẽ vì lí do này mà từ đầu, dự án Bauxite Tây Nguyên có ý định tạo đường dẫn đưa bùn đỏ ra bờ biển Việt Nam Sự vận chuyển đất bỏ đi như thế sẽ khiến các tỉnh Tây Nguyên mất đất trồng trọt Sau khai thác, cả vùng sẽ thành các vũng lầy diện rộng không có khả năng làm nông nghiệp Đồng thời, với mật

độ mưa lớn, sẽ tạo ra sự xói mòn đất, làm lộ ra lớp nền đá cứng không phù hợp với việc canh tác nông nghiệp hay trồng rừng Áp dụng phương pháp này tại chỗ bằng việc trút xuống lớp muối khô CaCl2 hay MgCl2 sẽ giảm được độ pH, nhưng thay thế gốc hydroxyl (OH-) bằng gốc muối clorua sẽ khiến đất nhiễm mặn, mất khả năng trồng trọt Điều này không khả thi với vùng đất Tây Nguyên

vì chi phí cho các loại muối trên và khả năng tẩy mặn là rất khó khăn

* Lọc bỏ và thay thế các độc chất trong bùn đỏ

Có thể sử dụng các phương pháp trao đổi ion để thay natri và hidroxite trong NaOH bằng kali và photphat Phương pháp này đã cho thấy một số kết quả trong phòng thí nghiệm, nhưng chưa thể triển khai đại trà vì chi phí màng lọc và khó khăn về thời gian trao đổi Những kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng để việc trao đổi ion hoàn tất cho 1m3 bùn đỏ, phải mất 10 ngày Rõ ràng chưa thể áp dụng với dự án bauxite ở Tây Nguyên

Ngoài những phương pháp trên người ta còn đề ra một số phương pháp xử

lý khác như là:

- Tìm kiếm các nguồn phối trộn để trung hòa bùn đỏ: cần tập trung khai thác các nguồn hữu cơ có tính acid: than bùn chua (pH < 4), đặc biệt là than bùn vùng Di Linh, Lâm Hà, Đam Rông khá dồi dào, tăng cường sử dụng than bùn

ủ phân chuồng bón phủ lên trên bùn đỏ

- Trên nền bùn đỏ đã xử lý trung hòa, khảo nghiệm các nhóm thực vật hoặc cây trồng thích hợp có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế và đồng thời cải tạo - tái tạo đất trồng Nhờ đó giải quyết triệt để có tính bền vững các vấn nạn ô nhiễm nêu trên Dự kiến các nhóm thực vật chọn lọc đưa vào thử nghiệm gồm: chuối, dứa, sắn, sen, súng, lúa, củ niễng, rau muống, dầu mè; các nhóm thực vật chọn lọc mới cho khảo nghiệm; từ các nhóm cây hoang dại, cây cảnh, cây rừng Thử nghiệm trên cây trồng chậu để xác định khả năng sử dụng chế phẩm thu được làm phân bón sinh học, giá thể trồng cho một số loại cây

- Dùng phế liệu của một số công ty khác để xử lý trung hòa cho bùn đỏ, chẳng hạn phế thải của Công ty men Mauri La Ngà hoặc Công ty Vedan Về bản chất phế thải các công ty này là cặn rỉ môi trường sau lên men vi sinh, rất giàu hữu cơ, song rất chua (pH < 2,5), thời gian qua việc giải quyết xử lý chưa triệt

để, gây hậu quả về môi trường Như vậy có thể giải được cùng lúc bài toán ô nhiễm ở hai lĩnh vực, nghĩa là dùng chính các phế liệu gây ô nhiễm nặng đó xử

lý lẫn nhau, đưa về một môi trường có khả năng cho thực vật phát triển…

1.2 Vấn đề ô nhiễm nước

Nước là nguồn tài nguyên rất cần thiết cho sự sống trên Trái Đất Nước luôn luôn tuần hoàn trong thế giới tự nhiên, dưới hình thức của những chu trình nước Nước sạch không chứa các chất nhiễm bẩn, vi khuẩn gây bệnh và các chất hóa học ảnh hưởng đến sức khỏe con người Ngoài ra, nước sạch còn được quy định về thành phần giới hạn của một số ion kim loại nặng, một số chất thải dưới mức cho phép của Tổ chức y tế Thế giới

Vấn đề ô nhiễm nước mặt, nước ngầm ngày càng trở nên nghiêm trọng,

có những nơi đến mức báo động Nguyên nhân là do: rác tồn đọng nhiều trong khu dân cư và chưa được xử lý, điều kiện vệ sinh môi trường khu vực dân cư vừa thiếu, vừa không đảm bảo vệ sinh; hệ thống thoát nước và nước thải thường xuyên bị ứ đọng, tắc; nước thải công nghiệp, các xí nghiệp, bệnh viện… hầu hết không được xử lý hay làm sạch trước khi thải vào hệ thống thoát nước chung; nhiều vùng, nguồn nước ngầm bị ô nhiễm, do gần các cơ sở có ô nhiễm nặng và nguy hiểm Nhiều nơi chất lượng nước suy giảm mạnh, nhiều chỉ tiêu về các chất độc hại trong nước cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần [3, 5]

1.2.1 Asen và các phương pháp xử lý Asen

1.2.1.1 Nguồn gốc ô nhiễm Asen trong nước

Chúng ta biết rằng, giải quyết tốt vấn đề nguồn gốc ô nhiễm Asen giúp nhận diện được nguồn sinh ra Asen, dạng tồn tại và cơ chế di chuyển của nó trong nước ngầm, từ đó có những biện pháp phòng tránh, xử lý và dự báo ảnh hưởng của ô nhiễm Asen Tuy nhiên, nguồn gốc của Asen trong nước là một vấn

đề rất khó và phức tạp Theo lý thuyết, Asen trong nước có 2 nguồn gốc là nguồn gốc tự nhiên và nguồn gốc nhân tạo Nguồn gốc tự nhiên bao gồm các nguồn gốc do các quá trình địa chất và trầm tích tạo nên dưới tác động của các quá trình như: quá trình ôxy hoá, quá trình khử, quá trình sinh hoá Nguồn gốc nhân tạo bao gồm các hoạt động của con người sinh ra như: đốt than, khí thải, nước thải chứa Asen, sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, nước tưới, các chất thải

công nghiệp Sự có mặt của Asen trong nước là kết quả của rất nhiều các quá trình dưới sự tác động của hàng loạt các yếu tố [15]

1.2.1.2 Tính chất vật lý và hóa học của Asen

Asen là một bán kim loại có số thứ tự 33 trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev, trọng lượng nguyên tử 74,91 Khi ở nhiệt độ 250C nó có tỷ trọng 5,73 g/cm3 Nguyên tố As thuộc nhóm VA, có cấu hình [Ar] 3d104s24p3 có obitan p trống nên ngoài việc cho những hợp chất trong đó chúng có số oxi hoá +3 hoặc -3, nó còn có khả năng tạo nên 2 liên kết cộng hoá trị nữa để tạo nên hợp chất có số oxi hoá +5

Tùy theo từng điều kiện môi trường mà Asen có thể tồn tại ở nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau: -3, 0, +3,+5 Trong nước tự nhiên, Asen tồn tại chủ yếu

ở 2 dạng hợp chất vô cơ là asenat [As(V)], asenit [As(III)] As(V) là dạng tồn tại chủ yếu của asen trong nước bề mặt và As(III) là dạng chủ yếu của Asen trong nước ngầm Dạng As(V) hay các asenat gồm AsO43-, HAsO42-, H2AsO4-,

H3AsO4; còn dạng As(III) hay các asenit gồm H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32- và AsO33- [13]

Trong nước ngầm Asen tồn tại ở trạng thái yếm khí dưới dạng As(III) và dạng trung tính Khi tiếp xúc với không khí (nước mặt) một phần lớn As(III) bị chuyển thành As(V) Các hợp chất của As(III) có tính độc cao hơn

Asen ở dạng đơn chất và dạng hợp chất đều có tính chất vừa kim loại vừa không kim loại nên được gọi là nguyên tố nửa kim loại Asen tồn tại chủ yếu dưới dạng khoáng vật sunfua như Reanga (As4S4), oripenent (As2S3) ngoài ra chúng còn lẫn trong khoáng vật của các kim loại khác Nếu không có oxi hay nguồn nước, các quặng này không tan trong nước Khi con người khoan, khai thác nước đã vô tình đưa oxi lọt xuống tầng sâu, theo thời gian, do kết quả hoạt động của vi khuẩn, phản ứng hoá học, các khoáng chứa Asen tan ra [14, 19]

Trong nước ngầm, Asen tồn tại cả dưới vô cơ và hữu cơ Asen không 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 Độc tính của Asen rất khác nhau, độc tính của As(III) độc gấp 50 lần As(V), Asen ở dạng vô cơ độc hơn ở dạng hữu cơ

Asen bền trong không khí khô, nhưng bề mặt bị oxi hóa dần trong không khí ẩm thành lớp xỉn màu đồng, cuối cùng thành lớp vỏ màu đen bao quanh nguyên tố.Khi đun nóng Asen cũng tuơng tác với brom, iot, lưu huỳnh

Asen không tác dụng với axit không có tính oxi hóa, nhưng dễ dàng phản ứng với các axit HNO3, H2SO4 đặc:

3As + 5HNO3 + 2 H2O = 3 H2SO4 + 5NO

Các halogenua được tạo ra khi Asen phản ứng với halogen, các hợp chất này dễ bị thủy phân tạo axit tương ứng trong môi trường nước:

3As + 5Cl2 + 2H2O = 2H3AsO4 + 10HCl Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của Asen là +3 (Asenit (III): trong phần lớn các hợp chất Asen hữu cơ), +5 (Asenat (V): phần lớn các hợp chất vô cơ chứa ôxy của Asen) Các ôxít của nó 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 axít [25]

Một số tính chất hóa học của các hợp chất Asen:

+ Hợp chất của As -3 :

As-3 thường tồn tại ở dạng asin AsH3 và các hợp chất Asen hữu cơ, AsH3 là một chất khí không màu, có mùi tỏi, phân huỷ ở 3000C, có thể bốc cháy không khí và rất độc (liều lượng gây chết người là 250ppm)

AsH3 có tính khử mạnh, nó có thể khử được các muối của kim loại về kim loại, tác dụng với các chất oxi hoá mạnh như I2, KMnO4, KIO3, tính chất này của AsH3 đã được dùng để xác định As trong nhiều công trình nghiên cứu

AsH3 + 6AgNO3 + 3H2O → 6Ag + H3AsO4 + 6HNO3

AsH3 + 2I2 + 4H2O → H3AsO4 + 8I– + 11H+5AsH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 5H3AsO4 + 4K2SO4 + 8MnSO4 + 12H2O

5AsH3 + 8 IO3 – → 5AsO43- + 4I2 + 4H2O + 7H+AsH3 tác dụng với muối HgCl2 tẩm trên giấy lọc tạo ra hợp chất có màu biến đổi từ vàng – đỏ – nâu: AsH2(HgCl); AsH(HgCl2)2; As2Hg2 Tính chất này của AsH3 được ứng dụng trong phép phân tích so màu bán định lượng

AsH3 được điều chế theo nguyên tắc cho hiđro mới sinh (hiđro nguyên tử) khử các hợp chất của As Trước đây theo phương pháp cổ điển người ta điều chế Asin bằng cách cho muối của chúng tác dụng với axit:

Mg3As2 + 6HCl → 3MgCl3 + 2AsH3

Dễ dàng hơn là cho hợp chất tan được của Asen tác dụng với hidro mới sinh (Zn +HCl hoặc Sn + HCl):

As2O3 + 6Zn + 12 HCl → 6ZnCl2 + 2AsH3 + 3H2O Hiện nay trên thế giới phương pháp phổ biến nhất để điếu chế AsH3 là cho NaBH4 tác dụng với As(III) trong môi trường axit HCl:

NaBH4 + H+ + 3H2O → H3BO3 + Na+ + 8[H]

6[H] + AsO33- + 3H+ → AsH3 + 3H2O

+ Hợp chất của As(III):

As (III) tồn tại chủ yếu trong các hợp chất như As2O3, AsCl3, AsO3

3-*Oxit As2O3:

As2O3 ở thể rắn có màu trắng rất độc, liều lượng chết người là 0,1g

Ở trạng thái khí nó tồn tại dưới dạng phân tử kép As4O4, khi nhiệt độ trên

1800C nó phân li thành phân tử đơn

As2O3 tan ít trong nước (1,7g trong 100g H2O) cho dung dịch axit yếu arsenous:

As2O3 + H2O → 4 H3AsO3

Axit arsenous có tính chất lưỡng tính nhưng theo các hàng số phân ly dạng axit và dạng bazơ thì tính chất axit của nó ưu thế hơn (Kax=6.10-10;

Kb=1.10-14)

Mặc dù khó tan trong nước nhưng As2O3 lại tan tốt trong kiềm:

As2O3 + 6NaOH → 2Na3AsO3 + 3H2O

As2O3 thể hiện tính khử khi tác dụng với O3, H2O2, FeCl3, K2Cr2O7, KMnO4, HNO3…khi đó nó bị oxi hoá đến AsO43-

Điều chế oxit của As(III) bằng cách đốt Asen trong không khí

*Sunfua của As(III) (As2S3):

Sunfua của As(III) thu được khi cho H2S tác dụng với các hợp chất tan As(III) trong môi trường axit:

Na3[As(OH)6] + 3H2S + HCl → As2S3 + 6HCl + 12H2O

As2S3 không tan trong HCl đặc Tính chất này được ứng dụng để tách As

ra khỏi hỗn hợp Sb và Sn trong quá trình phân tích As2S3 dễ tan trong kiềm hay khi có mặt bazơ sunfua:

As2S3 + 3Na3S → 2Na3AsS3

As2S3 + 6NaOH → Na3AsS3 + Na3AsO3 + 3H2O

As2S3 + (NH4)2CO3 → (NH4)3AsS3 + 3CO2

Phản ứng thứ 3 có thể được dùng để tách loại Asen trong quá trình phân tích

As2S3 chuyển thành AsO43- khi đun nóng với kiềm hoặc (NH4)2CO3 và H2O2:

As2S3 + (NH4)2CO3 + 14H2O2 → (NH4)3AsO4 + (NH4)4SO4 + 6CO2 + 14H2O

As2S3 cũng có thể bị hoà tan trong HNO3đ hoặc trong nước cường thuỷ và

bị oxi hoá lên As(V)

*AsCl3:

AsCl3 là chất lỏng dạng dầu, không màu, tan trong nước và bị thuỷ phân mạnh Vì AsCl3 dễ bay hơi nên khi đun nóng dung dịch axit arsenous đã được bão hoà HCl ta có thể đuổi hết Asen ra khỏi dung dịch Tính chất này được ứng dụng để chưng cất các hợp chất As(III)

Các hợp chất của As(III) chủ yếu có tính khử:

Trong môi trường kiềm yếu ( pH = 8) As(III) khử I2 thành I–:

Ngoài tính khử các hợp chất As(III) còn thể hiện tính oxi hoá thành As3-

Axit asenic chỉ oxi hoá được những chất khử mạnh như HI, tạo thành I2:

H3AsO4 + 2HI → H3AsO3 + I2 + H2O Axit asenic được điều chế bằng cách cho Asen tác dụng HNO3 đặc nóng:

3As + HNO3 + 2H2O → 3H3AsO4 +5NO

*As2S5: Là hợp chất axit, tan khi có mặt sunfua bazơ:

As2S5 + 3Na2S → 2Na3AsS4

*AsX5:

Tính chất hoá học đặc trưng của AsX5 là dễ kết hợp với một số hợp chất tạo nên sản phẩm có dạng AsF5.IF7, kết hợp với halogenua kim loại kiềm MX tạo thành phức có công thức chung M(EX6)

Tác dụng với nước tạo thành axit asenic:

AsX5 + 4H2O → H3AsO4 + 5HX

1.2.1.3 Độc tính của Asen

Về mặt sinh học Asen là một chất độc có thể gây 19 bệnh khác nhau trong

đó có ung thư da và phổi Mặt khác Asen có vai trò trong trao đổi nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin Asen ảnh hưởng đến thực vật như một chất cản trở trao đổi chất, làm giảm mạnh năng suất, đặc biệt trong môi trường thiếu photpho Độc tính của Asen với những sinh vật dưới nước tăng theo dãy Asen→Asenit→Asenat→hợp chất Asen hữu cơ

Asen và hợp chất của Asen có mặt ở khắp mọi nơi như trong không khí, đất, thức ăn, nước uống và có thể xâm nhập vào cơ thể theo 3 đường: hô hấp, da

và chủ yếu là ăn uống Các hợp chất dễ tan của Asen hấp thụ qua đường tiêu hóa vào máu tới 90% và ra khỏi máu đến các tổ chức rất nhanh, nửa giờ sau khi tiếp xúc đã tìm thấy liên kết của Asen với protein trong gan, thận, bàng quang, sau

24 giờ trong máu chỉ còn lại 0,1% Asen được đào thải chủ yếu là qua nước tiểu

Trong số các hợp chất của Asen thì As(III) là độc nhất Mức độ độc hại của các chất được sắp xếp theo thứ tự: Asin > As(III) (As2O3)> As(V) > Asen hữu cơ As(III) thể hiện tính độc bằng cách tấn công lên các enzim, làm cản trở hoạt động của enzim

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 Có thể thấy được hiện tuợng này khi nghiên cứu sự phát triển hóa sinh của chất sản ra năng lượng chủ yếu là ATP (adenozin triphotphat) Asen(III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein do sự tấn công các liên kết sunfua bảo toàn cấu trúc bậc 2 và 3

Như vậy, Asen có 3 tác dụng sinh hóa là: làm đông tụ protein, tạo phức với enzim và phá hủy quá trình photpho hóa

Nhiễm độc Asen cấp tính xảy ra do ăn uống phải asen với liều lượng lớn (1-2g) Các nghiên cứu cho thấy triệu chứng nhiễm độc rất đa dạng, phụ thuộc vào hợp chất Asen đã ăn phải Có thể gặp các biểu hiện tổn thương thận, rối loạn chức năng tim mạch, đôi khi xuất hiện phù phổi cấp, suy hô hấp, gan to Nếu được cứu chữa kịp thời, bệnh nhân có thể sống sót, nhưng để lại các di chứng

nặng nề về não, suy tủy, suy thận, thiếu máu, giảm bạch cầu, tan huyết, xạm da

và tổn thương đa dây thần kinh ngoại biên

Bệnh nhiễm độc Asen mãn tính do sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm Asen xảy ra ở nhiều nước trên thế giới Nguyên nhân gây bệnh là do dân cư sử dụng nguồn nước bị nhiễm Asen cao (0,35-1,10mg/l) từ các giếng khoan để sinh hoạt Asen còn gây hàng loạt các bệnh nội khoa như: gây tăng huyết áp, gây tắc ngoại

vi, bệnh mạch vành, mạch máu não dẫn đến thiếu máu cục bộ cơ tim và não, là những cơ quan đảm nhận chức năng sống quan trọng Nguy cơ mắc bệnh và tử vong do nhồi máu cơ tim tăng cao Nguy cơ mắc bệnh viêm tắc mạch ngoại biên tăng theo thời gian tiếp xúc với Asen ngay ở nồng độ > 0,02mg/l

Biểu hiện lâm sàng của bệnh rất đa dạng, do Asen gây tác hại rộng rãi tới chức năng của nhiều hệ cơ quan: thần kinh, tim mạch, tiêu hóa, hô hấp Mức độ tổn thương phụ thuộc vào độ nhạy cảm của từng cá thể, vào liều lượng và thời gian tiếp xúc Quá trình phát triển bệnh âm ỉ, kéo dài Ở giai đoạn sớm thường tìm thấy các tổn thương da, các triệu chứng hay gặp như như: Biến đổi sắc tố da (pigmentation), dày sừng (hyperkeratosis) ở lòng bàn chân, bàn tay, đối xứng hai bên, đôi khi kèm theo các vết nứt nẻ Các tổn thương có thể phát triển thành ung thư da Nguy cơ mắc bệnh tăng ngay cả khi uống nước có nồng độ Asen < 0,05mg/l Bệnh thường phát triển sau khi tiếp xúc một thời gian dài ủ bệnh (5-10 năm, có thể là lâu hơn) [14]

Ngoài ra Asen có thể làm tổn thương thần kinh, ảnh hưởng đến việc sinh sản ở phụ nữ và tăng nguy cơ mắc bệnh xơ gan, thiếu máu, rối loạn chuyển hóa protein và đường Điều đáng lo ngại nhất là Asen có thể gây ung thư da, phổi, bàng quang, thận Asen thúc đẩy quá trình phát triển khối u, làm rối loạn quá trình tổng hợp ADN, đặc biệt là trong các nguyên bào sợi và các tế bào tủy xương bạch cầu, làm giảm số lượng bạch cầu ngoại vi, thay đổi khả năng miễn dịch và làm giảm sức đề kháng của cơ thể chống lại tế bào ung thư

Mặt khác, Asen còn có khả năng làm rối loạn gen, sai lạc nhiễm sắc thể, làm gẫy nhiễm sắc tử và nhiễm sắc thể, gây tăng tần số sinh sản của nhân và gây hiện tượng lệch bội Một số nghiên cứu về các biến đổi sinh học của Asen trong

cơ thể và phương pháp điều trị cho thấy, khả năng tích lũy Asen trong cơ thể là rất lớn, đặc biệt là khi tiếp xúc lâu dài với liều lượng nhỏ

Mặc dù có tính độc như trên, song không phải tất cả các dạng Asen đều độc và kể cả những dạng Asen có tính độc thì ở hàm lượng nhỏ Asen lại có khả năng kích thích sự phát triển của sinh vật Theo các công trình nghiên cứu, thì Asen vô cơ độc hơn Asen hữu cơ Vì vậy biết các dạng Asen là thách thức lớn đối với các nhà khoa học nghiên cứu về môi trường và sức khỏe

1.2.1.4 Tình hình ô nhiễm Asen hiện nay

Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu người đã bị bệnh đen và rụng móng chân, sừng hoá da, ung thư da… do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ asen cao Nhiều nước đã phát hiện hàm lượng asen rất cao trong nguồn nước sinh hoạt như Canada, Alaska, Chile, Arhentina, Trung Quốc, India, Thái Lan, Bangladesh,…

Ở Việt Nam, đồng bằng sông Cửu Long cũng phát hiện ra nhiều giếng khoan có hàm lượng asen cao nằm ở Đồng Tháp và An Giang Sự ô nhiễm asen

ở miền Bắc hiện phổ biến và cao hơn ở miền Nam Qua điều tra cho thấy 1/4 số

hộ gia đình sử dụng trực tiếp nước ngầm không qua xử lý ở ngoại thành Hà Nội

đã bị ô nhiễm asen, tập trung nhiều ở phía Nam thành phố (20,6%), huyện Thanh Trì (41%) và Gia Lâm (18,5%) Điều nguy hiểm là asen không gây mùi khó chịu khi có mặt trong nước ngay cả khi ở hàm lượng gây chết người nên nếu không phân tích mẫu mà chỉ bằng cảm quan thì không thể phát hiện được sự tồn tại của asen Bởi vậy các nhà khoa học còn gọi asen là “sát thủ vô hình’’

1.2.1.5 Các phương pháp xử lý Asen

* Phương pháp tạo kết tủa:

Nguyên lý hoạt động: Asenat AsO43- có khả năng tạo thành một số hợp chất kết tủa tan thấp như sắt asenat FeAsO4, canxi Asenat Ca3(AsO4)2, hay mangan asenat Mn3(AsO4)2 Ion sắt, canxi, mangan thường gặp trong nước ngầm và cũng cần được xử lý: loại bỏ sắt, mangan hay khử cứng trong nước ngầm bằng phương pháp vôi, soda Trong quá trình xử lý đó có thể loại bỏ được một phần asen hoặc bổ sung trực tiếp các yếu tố gây kết tủa từ ngoài vào

Điều kiện pH tối ưu cho kết tủa asen là 7 Trong môi trường kiềm, song song với sự tạo thành sắt asenat còn các phản ứng cạnh tranh tạo ra sắt hydroxit

và oxit, còn trong môi trường axit thì asen nằm ở dạng hợp chất trung hòa không tham gia phản ứng kết tủa Phản ứng tạo ra mangan asenat cũng có thể tiến trình tương tự Kết tủa asen dưới dạng sản phẩm không hòa tan chỉ có thể thực hiện được với As(V), tức là trước đó cần oxy hóa triệt để As(III) thành As(V) Sau khi kết tủa asen, nước được lọc, hợp chất asen dạng keo được giữ lại trong tầng lọc theo cơ chế hấp phụ trên vật liệu lọc và với chính nó đã bị hấp phụ trước đó

* Phương pháp trao đổi ion:

Nguyên lý hoạt động: Nếu nguồn nước chứa Asen có độ khoáng thấp (<500mg/l) và ít sunfat (<25mg/l) thì có thể sử dụng phương pháp trao đổi ion

để xử lý asen Oxy hóa As(III) thành As(V) trước khi trao đổi Nước sau khi

được làm trong và clo hóa (oxy hóa) được chảy qua cột chứa anionit mạnh dạng Cl- có độ dày 0,75-1,5m, trao đổi ion tại pH=8-9, tái sinh được thực hiện dễ dàng với muối NaCl

Sử dụng anionit mạnh thương phẩm với thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng 5-6 phút đạt mức độ làm sạch rất cao.Tùy nồng độ sunfat nhưng vẫn tiềm ẩn nguy cơ đẩy Asen ra khỏi nhựa, có thời điểm nước sau xử lý cao hơn nước đầu vào tới 160% Tái sinh nhựa có thể sử dụng dòng cùng chiều Lượng dung dịch NaCl 3,5% cần để tái sinh không vượt quá 3 lần thể tích tầng nhựa, Asen được tách ra khỏi nhựa còn dễ hơn bicarbonate do hiệu ứng đảo tính chọn lọc của HAsO42-, dung dịch tái sinh có thể được xử lý bằng cách bổ sung muối Fe(III) hay muối nhôm (phèn nhôm) hoặc vôi

Nhôm oxit dạng (ᵞ-Al2O3) là chất hấp phụ asen được sử dụng rộng rãi nhất, vật liệu này thường là dạng hạt có kích thước không lớn (0.3-0.6mm) Nhôm oxit được dùng làm vật liệu hấp phụ asen là do độ chọn lọc cao của nó đối với hợp chất asen Vì là quá trình tạo phức trên bề mặt nên nhôm oxit có diện tích bề mặt cao sẽ thuận lợi cho quá trình hấp phụ pH thích hợp cho quá trình hấp phụ asen trên oxit nằm trong khoảng 5,5-6, tại pH cao hơn như pH=8 dung dịch hấp phụ chỉ còn non một nửa so với nó tại pH=6 Dung lượng hấp phụ của nhôm oxit với Asen giảm rất mạnh khi có mặt sunfat nhưng hầu như không thay đổi khi có tác động của ion clorua Tạp chất hữu cơ, chất keo có mặt trong nước cũng ảnh hưởng xấu đến quá trình hấp phụ của asen trên nhôm oxit

Asen tạo phức trên bề mặt nhôm oxit khá bền vững nên khi tái sinh phải dùng dung dịch xút 4% sau đó trung hòa với axit sunfuric 2% Tuy vậy dù có tăng nồng độ axit thì cũng chỉ tách được 50-70% lượng asen trong chất hấp phụ,

do vậy dung lượng hoạt động của chu kỳ sau giảm 10-15% và nhôm oxit sẽ mất

tác dụng sau vài chu kỳ hoạt động Do khó khăn trong việc tái sinh và xử lý dung dịch tái sinh chứa nồng độ asen cao nên một số nhà công nghệ chỉ có ý định sử dụng cột một lần sau đó loại bỏ chất hấp phụ đã bão hòa asen

Ngoài ra, sắt oxit, mangan dioxit gần đây được sử dụng làm chất hấp phụ asen Đặc biệt là mangan dioxit có khả năng oxy hóa trực tiếp As(III) thành As(V) ngay trong cột hấp phụ mà không cần oxy hòa tan

Do có nhiều chất có thể sử dụng làm chất hấp phụ asen mà những chất này có thể tồn tại sẵn ở trong nước (Fe, Mn) hoặc là hóa chất dùng để xử lý nước (phèn nhôm) nên người ta có thể tận dụng các yếu tố trên để xử lý asen đồng thời loại bỏ các thành phần đó Để đạt hiệu quả tốt cần chú ý tới các điều kiện oxy hóa As(III) thích hợp vì tính hấp phụ của As(III) thấp hơn nhiều so với As(V) [15]

*Phương pháp sinh học:

Các nhà nghiên cứu thu thập 157 loài thực vật trên các bãi thải quặng và các vùng phụ cận chọn lọc được 33 loài cây có thể sống được trên nền đất ô nhiễm cao Trong đó có hai loài dương xỉ P.calomelanos L – loài bản địa mọc tại

xã Hà Thượng (Đại Từ, Thái Nguyên) và loài dương xỉ P.vittata L mọc tại khu

mỏ chì-kẽm làng Hích xã Tân Long ( Đồng Hỳ, Thái Nguyên) là những loài siêu tích lũy asen Khả năng tích lũy kim loại nặng, hàm lượng asen lên đến 5.876 và

2426,3mg/kg sinh khối khô

Nồng độ Asen càng cao thì thời gian sống của cây càng ngắn, cả hai loài dương xỉ nêu trên đều chống chịu Asen cao hơn so với các loài cây khác đã công

bố Nhưng khi so sánh hai loại cây trên thì thấy khả năng chống chịu của P.vittata với Asen tốt hơi nhiều so với loài P.calomelanos Nếu trồng đồng thời hai loài dương xỉ này trong quá trình xử lý thì nên thu hoạch trong khoảng từ tháng 3 đến tháng 4 Do từ tháng 3, cả hai loại cây trên đã loại bỏ được một lượng Asen lớn hơn nhiều so với tháng 2 và cây chết vào khoảng cuối tháng 4

1.2.2 Amoni và các phương pháp xử lý Amoni

1.2.1.1 Nguồn gốc ô nhiễm Amoni trong nước

Nitơ chiếm khoảng 78% khí quyển Trái đất và là thành phần của mọi cơ thể sống Ô nhiễm nước bởi các hợp chất chứa nitơ có thể là do quá trình thấm xuyên nước mặt xuống các tầng phía dưới Các chất ô nhiễm như các hợp chất nitơ sẽ từ nước mặt thấm xuống nước ngầm Đó là nguyên nhân gây ô nhiễm nước ngầm Như vậy nếu nguồn nước mặt bị ô nhiễm thì dẫn đến nguồn nước

ngầm cũng bị ô nhiễm Ngoài ra quá trình lắng đọng giữ lại cũng như hàng loạt các hợp chất chứa nitơ từ các quá trình tự nhiên (amonaxit, amid, hợp chất nitơ

dị vòng…) cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm nước bởi các hợp chất nitơ Ở môi trường pH từ 6 - 8 nitơ nằm chủ yếu dưới dạng NH4+ Amoni có thể xuất hiện trong nước ngầm từ nước thải sinh hoạt, bãi chôn lấp phế thải, nghĩa trang… do kết quả của quá trình Amon hóa - phân hủy các hợp chất chứa nitơ như đạm, nước tiểu và axit nucleic… bởi vi sinh vật hay do việc sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu có chứa nitơ trong nông nghiệp Amoni hòa tan trong nước tạo thành dạng hydroxit amoni (NH4OH) và sẽ phân ly thành ion amoni (NH4+) và ion hydroxit (OH-) [12]

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến trình trạng nhiễm bẩn amoni trong nước nhưng một trong những nguyên nhân chính là do việc sử dụng quá mức lượng phân bón hữu cơ, thuốc trừ sâu, hoá chất cho thực vật đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn nước hoặc do quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ Ngoài

ra, mức độ ô nhiễm còn phụ thuộc vào loại hình canh tác của từng khu vực

Nguồn ô nhiễm nitơ trong nước bề mặt có thể từ nhiều nguồn khác nhau: công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt đời sống,…Các ngành công nghiệp sử dụng nitrat trong sản xuất là nguồn chủ yếu gây ô nhiễm nguồn nước Nitrat được thải qua nước thải hoặc rác thải Trong hệ thống ống khói còn chứa nhiều oxit nitơ thải vào khí quyển, gặp mưa và một số quá trình biến đổi hóa học khác, chúng rơi xuống đất dưới dạng HNO3, HNO2 Do đó hàm lượng của các ion này trong nước tăng lên

Nông nghiệp hiện đại là nguồn gây ô nhiễm lớn cho nước Việc sử dụng phân bón hóa học chứa nitơ với số lượng lớn, thành phần không hợp lý, sử dụng bừa bãi thuốc trừ sâu, diệt cỏ,… thông qua quá trình rửa trôi, thấm, lọc, lượng nitrat hóa, amoni trong nước bề mặt và nước ngầm ngày càng lớn

Trong nước thải sinh hoạt cũng có chứa một hàm lượng nitơ nhất định Việc nước thải sinh hoạt không được xử lý chảy vào hệ thống các con sông trong thành phố cũng là một trong các nguồn gốc gây ô nhiễm nước [1, 9]

1.2.1.2 Tính chất vật lý và hóa học của Amoni

* Tính chất vật lý:

Khi hòa tan trong nước, Amoni đồng thời tồn tại ở 2 hình thức: không ion hoá (NH3) và ion hoá (NH4+) Trạng thái cân bằng giữa 2 hình thức tồn tại này phụ thuộc vào pH và nhiệt độ

Ion amoni NH4+ có cấu tạo hình tứ diện đều với bốn nguyên tử hidro ở đỉnh và nguyên tử Nitơ trung tâm Mô tả cấu tạo hình tứ diện đều của ion NH4+

Hình 1.1: Cấu trúc tứ diện đều của ion amoni

Bảng 1.5: Bán kính ion NH 4 + và bán kính của các ion kim loại kiềm

Ở nhiệt độ thường : NH4HCO3 → NH3 + CO2 + H2O

+ Nếu là muối của axit khó bay hơi và nhiều nấc thì đun nóng sẽ biến thành muối axit và giải phóng amoniac:

(NH4)2SO4 → NH4HSO4 + NH3 ↑

NH4HSO4 → H2SO4 + NH3↑

H2SO4 → SO3 ↑ + H2O

3SO3 + 2NH3 → 3SO2 + N2 + 3H2O

1.2.1.3 Tác hại của Amoni trong nước

Amoni thật ra không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người Ở trong nước ngầm Amoni không thể chuyển hóa được do thiếu oxi Nhưng trong quá trình khai thác, lưu trữ và xử lý…Amoni được chuyển hoá thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) là những chất có tính độc hại tới con người, vì nó có thể chuyển hoá thành Nitrosamin có khả năng gây ung thư cho con người

Amoni còn là yếu tố gây cản trở trong công nghệ xử lý nước cấp thể hiện

ở hai khía cạnh:

+ Amoni trong nước làm giảm tác dụng của clo là tác nhân sát trùng chủ yếu áp dụng ở các nhà máy nước Việt Nam, do phản ứng với clo tạo thành monocloamin là chất sát trùng thứ cấp hiệu quả kém clo hơn 100 lần

+ Amoni cùng với một số vi lượng trong nước (photpho, sắt, mangan…)

là “thức ăn” để vi khuẩn phát triển, gây hiện tượng “không ổn định sinh học” của chất lượng nước sau xử lý Nước có thể bị đục, đóng cặn trong hệ thống dẫn, chứa nước Nước bị xuống cấp về các yếu tố cảm quan (độ trong, mùi, vị)

Các hợp chất nitơ trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho người sử dụng nước Nitrat tạo ra chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo nên những nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở người cao tuổi Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat từ sữa mẹ, hoặc qua nước dùng để pha sữa Sau khi vào cơ thể, nitrat được chuyển hoá nhanh thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột Nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khoẻ con người Khi tác dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo thành các hợp chất chứa nitơ gây ung thư [24, 30]

1.2.1.4 Tình hình ô nhiễm Amoni hiện nay

Theo đánh giá của nhiều báo cáo và hội thảo khoa học thì tình trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm đã được phát hiện tại nhiều vùng trong cả nước Chẳng hạn như tại thành phố Hồ Chí Minh: “Theo chi cục bảo vệ môi trường thành phố Hồ Chí Minh, kết quả quan trắc nước ngầm tầng nông gần đây của nước ngầm ở khu vực ngoại thành đang diễn biến ngày càng xấu đi Cụ thể nước

ngầm ở trạm Đông Thạch (huyện Hóc Môn) bị ô nhiễm amoni (68,73 mg/l cao gấp 1,9 lần so với năm 2005) và có hàm lượng nhôm cao, độ mặn tăng và mức

độ ô mhiễm chất hữu cơ cũng tăng nhanh trong những năm gần đây; nồng độ sắt trong nước ngầm của một số khu vực khác như Linh Trung, Trường Thọ (Thủ Đức), Tân Tạo (Bình Chánh)…cũng khá cao (11,76 đến 27,83 mg/l) vượt tiêu chuẩn cho phép gần 50 lần

Ngoài ra còn có một số khu vực khác cũng bị ô nhiễm amoni trong nước ngầm nhưng khu vực bị ô nhiễm amoni trong nước ngầm nặng nề nhất trong cả nước là khu vực đồng bằng Bắc Bộ Theo kết quả khảo sát của trung tâm nghiên cứu thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia cùng trường Đại học Mỏ-Địa Chất thì phần lớn nước ngầm khu vực đồng bằng Bắc Bộ gồm các tỉnh như: Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình và phía nam Hà Nội đều bị nhiễm bẩn amoni rất nặng Xác suất các nguồn nước ngầm nhiễm amoni có nồng độ cao hơn tiêu chuẩn nước sinh hoạt khoảng 70-80% Có thể cho rằng phần lớn các nguồn nước ngầm đang sử dụng không đạt tiêu chuẩn về amoni và các hợp chất hữu cơ

Theo kết quả khảo sát của các nhà khoa học Viện Địa lý thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam thì hầu như các mẫu nước từ các huyện của tỉnh Hà Nam đều có tỷ lệ nhiễm amoni ở mức đáng báo động Chẳng hạn như tại

Lý Nhân có mẫu nước với hàm lượng lên tới 111,8 mg/l, còn ở Duy Tiên là 93,8 mg/l…Trong khi đó, các kết quả khảo sát của trường Đại học Mỏ-Địa Chất Hà Nội cũng cho biết chất lượng nước ngầm ở tầng mạch nông và mạch sâu tại các địa phương này cũng có hàm lượng Nitơ trung bình > 20mg/l vượt mức tiêu chuẩn Việt Nam cho phép rất nhiều lần (Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT nồng độ NH4+ tối đa cho phép là 3mg/l)

1.2.1.5 Các phương pháp xử lý Amoni

Amoniac (NH3) là chất khí và ở dạng bazơ yếu, độ tan trong nước rất cao, tại 200C áp suất thường độ tan là 520g/l Khi tan trong nước nó tồn tại ở hai dạng: amoniac (NH3) là dạng trung hoà và dạng ion amoni NH4+ Phụ thuộc vào

pH của nước mà tỷ lệ NH3/NH4+ được xác định

Trong nước ngầm, các hợp chất nitơ có thể tồn tại dưới dạng các hợp chất là: nitrit, nitrat và amoni Có rất nhiều phương pháp xử lí amoni trong nước ngầm đã được các nước trên thế giới thử nghiệm và đưa vào áp dụng như: Làm thoáng để khử NH3 ở môi trường pH cao (pH = 10-11); Clo hóa với nồng độ cao hơn điểm đột biến (break-point) trên đường cong hấp thụ Clo trong nước tạo

Cloramin; Trao đổi ion NH4+ và NO3- bằng các vật liệu trao đổi Cation/Anion; Nitrat hóa bằng phương pháp sinh học; Nitrat hóa kết hợp với khử nitrat; Công nghệ Annamox, Sharon/Annamox (nitrit hóa một phần amoni, sau đó amoni còn lại là chất trao điện tử, nitrit tạo thành là chất nhận điện tử, được chuyển hóa thành khí nitơ nhờ các vi khuẩn kỵ khí); Phương pháp điện hóa, điện thẩm tách, điện thẩm tách đảo chiều; [12, 30, 31]

* Phương pháp Clo hoá đến điểm đột biến:

Clo gần như là hoá chất duy nhất có khả năng oxi hoá NH4+/NH3 ở nhiệt

độ phòng thành N2 Khi hoà tan Clo trong nước tùy theo pH của nước mà Clo có thể nằm dạng HClO hay ion ClO- do có phản ứng theo phương trình:

Cl2 + H2O HCl + HClO (pH < 7) HClO H+ + ClO- (pH >8) Khi trong nước có NH4+ sẽ xảy ra các phản ứng sau:

OH+ + NH4+→ NH4OH ⇔ NH3 + H2O HClO + NH3 = H2O + NH2Cl (Monocloramin) HClO + NH2Cl = H2O + NHCl2 (Dicloramin)

HClO + NHCl2 = H2O + NCl3 (Tricloramin)

Nếu có Clo dư sẽ xảy ra phản ứng phân huỷ các Cloramin

HClO +2 NH2Cl = N2 + 3Cl- + H2O Lúc này lượng Clo dư trong nước sẻ giảm tới số lượng nhỏ nhất vì xảy ra phản ứng phân huỷ Cloramin, điểm tương đương ứng với giá trị này gọi là điểm đột biến

Hình1.2: Đường cong Clo hoá tới điểm đột biến đối với nước có amoni

Theo lý thuyết để xử lý NH4+ phải dùng tỷ lệ Cl:N = 7,6:1 song trên thực

tế phải dùng 8:1 hoặc hơn để oxi hoá NH3 Do xảy ra các phản ứng đã nêu, quá

trình Clo hoá thực tế xảy ra theo một đường cong có dạng đặc biệt, có “điểm đột biến” như ở hình1.2 Những nghiên cứu trước đây cho thấy, tốc độ phản ứng của Clo với các hợp chất hữu cơ bằng một nửa so với phản ứng với amoni Khi amoni phản ứng gần hết, Clo dư sẽ phản ứng với các hợp chất hữu cơ có trong nước để hình thành nhiều chất có mùi đặc trưng khó chịu Trong đó khoảng 15%

là các hợp chất nhóm THM-trihalometan và HAA-axit axetic halogen đều là các chất có khả năng gây ung thư và bị hạn chế nồng độ nghiêm ngặt

Ngoài ra với lượng Clo cần dùng rất lớn, vấn đề an toàn trở nên khó giải quyết đối với các nhà máy lớn Đây là những lý do khiến phương pháp Clo hoá mặc dù đơn giản về mặt thiết bị, rẻ về mặt kinh tế và xây dựng cơ bản nhưng rất khó áp dụng

* Phương pháp đuổi khí (Air Stripping):

Amoni ở trong nước tồn tại dưới dạng cân bằng:

NH4+ NH3 (khí hoà tan) + H+ ; pKa = 9,5 Như vậy, ở pH gần 7 chỉ có một lượng rất nhỏ khí NH3 so với ion amoni Nếu ta nâng pH tới 9,5 tỷ lệ [NH3]/[NH4+] = 1, và càng tăng pH cân bằng càng chuyển

về phía tạo thành NH3 Khi đó nếu áp dụng các kỹ thuật sục khí hoặc thổi khí thì

NH3 sẽ bay hơi theo định luật Henry, làm chuyển cân bằng về phía phải:

NH4+ + OH- NH3 + H2O Trong thực tế pH phải nâng lên xấp xỉ 11, lượng khí cần để đuổi NH3 ở mức 1600m3 không khí/ m3 nước và quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường Phương pháp này áp dụng được cho nước thải, khó có thể đưa được nồng độ

NH4+ xuống dưới 1,5mg/l nên rất hiếm khi được áp dụng để xử lý nước cấp

* Phương pháp Ozon hoá với xúc tác Bromua

Để khắc phục nhược điểm của phương pháp Clo hoá điểm đột biến người

ta có thể thay thế một số tác nhân oxi hoá khác là ozon với sự có mặt của Br- Về

cơ bản xử lý NH4+ bằng O3 với sự có mặt của Br- cũng diễn ra theo cơ chế giống như phương pháp xử lý dùng Clo Dưới tác dụng của O3, Br- bị oxi hoá thành BrO- theo phản ứng sau đây:

Đây chính là điểm tương đồng của hai phương pháp Clo hoá và Ozon hoá xúc tác Br-

và tính ăn mòn) Ở phương pháp sinh học có thể thực hiện bao gồm hai quá trình nối tiếp nhau là nitrat hoá và khử nitrat hoá như sau:

- Quá trình nitrat hoá:

Quá trình chuyển hoá về mặt hoá học được viết như sau:

NH4+ + 1,5O2 → NO2- + 2H+ + H2O

NO2- + 0,5O2 → NO3

-Phương trình tổng:

NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O (1) Phản ứng tạo sinh khối cũng xảy ra đồng thời với quá trình Nitrat hóa theo phương trình:

NH4+ + HCO3- + 4CO2 + H2O → C5 H7 O2N + 5O2 (2) Trong đó C5H7O2N là công thức tượng trưng cho tế bào vi khuẩn

Kết hợp (1) và (2), phương trình tổng cộng của quá trình oxi hóa và tạo sinh khối là:

22NH4+ + 37O2 + HCO3- + 4CO2 → C5H7O2N + 21NO3- + 20H2O + 42H+

Từ phương trình trên ta thấy rằng tính kiềm sẽ giảm dần trong suốt quá trình Nitrat hóa

- Quá trình khử nitrat hoá:

Khác với quá trình nitrat hoá quá trình khử nitrat hoá sử dụng oxi từ nitrat nên gọi là anoxic (thiếu khí) Các vi khuẩn ở đây là dị dưỡng nghĩa là cần nguồn Cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới

Quá trình khử nitrat hoá là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp nhau:

NO3- NO2- NO N2O N2

Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất (chất cho điện tử), chúng có thể là chất hữu cơ (phổ biến là axit axetic), H2 và S Khi có mặt đồng thời NO3- và các

chất cho điện tử, chất cho điện tử bị oxi hoá, đồng thời NO3- nhận điện tử và khử

về N2 Vi khuẩn tham gia vào quá trình khử nitrat bao gồm: Bacilus,

Pseudômnas, Methanomonas, Paracocas, Spiritum, Thiobacilus,…

* Phương pháp trao đổi ion:

Quá trình trao đổi ion là một quá trình hoá lý thuận nghịch trong đó xảy ra phản ứng trao đổi giữa các ion trong dung dịch điện ly với các ion trên bề mặt hoặc bên trong của pha rắn tiếp xúc với nó Quá trình trao đổi ion tuân theo định luật bảo toàn điện tích, phương trình trao đổi ion được mô tả một cách tổng quát như sau:

AX + B- AB + X

CY + D+ CD + Y+

Trong đó AX là chất trao đổi anion, CY là chất trao đổi cation

Phản ứng trao đổi là phản ứng thuận nghịch, chiều thuận được gọi là chiều trao đổi, chiều nghịch được gọi là chiều phản ứng tái sinh Mức độ trao đổi ion phụ thuộc vào:

- Kích thước hoá trị của ion

- Nồng độ ion có trong dung dịch

- Bản chất của chất trao đổi ion

- Nhiệt độ

Nhựa trao đổi ion dạng rắn được dùng để thu những ion nhất định trong dung dịch và giải phóng vào dung dịch một lượng tương đương các ion khác có cùng dấu điện tích Nhựa trao đổi cation (Cationit) là những hợp chất cao phân

tử hữu cơ có chứa các nhóm chức có khả năng trao đổi với công thức chung là

RX Trong đó R là gốc hữu cơ phức tạp, có thể là: COOH-, Cl-…

Phản ứng trao đổi cation giữa chất trao đổi và cation có trong dung dịch

R-H(Na) + NH4+ R-NH4 + H+(Na+) 2R-H + Ca2+ R2Ca + 2H+Trong thực tế nhựa trao đổi ion được sản xuất và ứng dụng rộng rải nhất Trong nước ngầm ngoài ion amoni (thường chiếm tỉ lệ thấp so với các cation khác) còn tồn tại các cation hoá trị I và hoá trị II như Ca2+,Mg2+, K+, Na+,…phần lớn các nhựa cation có độ chọn lọc thấp đối với ion amoni Để ứng dụng thực tiễn cần tìm được chất trao đổi ion có độ chọn lọc cao đối với ion amoni