Kỹ thuật xử lý nước thiên nhiên 1 LOGO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG Môn học: KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THIÊN NHIÊN ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: XỬ LÝ NƯỚC THIÊN NHIÊN NHIỄM ARSENIC. CBGD: TS. ĐẶNG VIẾT HÙNG LỚP: CAO HỌC K.2008 HVTH: PHAN THẾ NHẬT NGUYỄN LỄ TRẦN BẢO PHÚC Kỹ thuật xử lý nước thiên nhiên 2 NỘI DUNG TRÌNH BÀY TỔNG QUAN VỀ ARSENIC 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ AS TRONG NƯỚC THIÊN NHIÊN 2 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ XỬ LÝ AS 4 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÀ XỬ LÝ AS TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 3 Kỹ thuật xử lý nước thiên nhiên 3 1.TỔNG QUAN VỀ ARSENIC Giới thiệu về nguyên tố As. 1.1 Tính chất của As. 1.2 Tiêu chuẩn áp dụng, phương pháp xác định. 1.5 Tác hại của As. 1.4 Nguồn gốc nhiễm As trong nước thiên nhiên. 1.3 Kỹ thuật xử lý nước thiên nhiên 4 1.1Giới thiệu về nguyên tố As.  Arsenic (As) là một nguyên tố có trong tự nhiên và ở trên bề mặt của vỏ trái đất chiếm khoảng 1 đến 2 mg Asen/kg  Là một kim loại nặng. As tinh khiết có màu xám và ở dạng tinh thể rắn.  Số thứ tự 33 trong bảng HTTH.  M = 74.92159 g/mol; d = 5.73 g/cm3  Hầu hết các hợp chất As vô cơ và hữu cơ đều là bột màu trắng hoặc không màu, không bay hơi, không có vị đặc biệt. Vì vậy rất khó nói rằng trong thực phẩm, nước, không khí có hay không sự hiện diện của As  Nhiều hợp chất As có thể hoà tan trong nước, dễ bị hút bám bởi sắt và mangan, phản ứng với đất sét. Điều này giải thích tại sao As được tìm thấy trong các lớp trầm tích (cặn)  Arsenic được sử dụng làm thuỷ tinh, chất bán dẫn, thuốc trị bệnh, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm. Kỹ thuật xử lý nước thiên nhiên 5 1.2 Tính chất của As.  1.2.1Tính chất vật lý Có tính chất gần với các kim loại, nó có bốn dạng thù hình: dạng kim loại, vàng, xám và nâu. Asen thường gặp ở dạng kim loại có màu sáng bạc. Cấu trúc tinh thể gần giống Photpho đen, khi gặp lạnh nó ngưng thành tinh thể, hơi Asen có mùi tỏi rất độc. Asen còn là một chất bán dẫn, dễ nghiền thành bột, người ta có thể tạo hợp chất bán dẫn của asen như GaAs, có tính chất bán dẫn như silic và gecmani. Thông số vật lý Đơn vị Giá trị Tỉ trọng g/cm 3 5,7 Độ dẫn điện µΩ 30 Bán kính nguyên tử A 0 1,21 Năng lượng ion hoá thứ nhất eV 9,81 Nhiệt độ nóng chảy 0 C 817 Nhiệt độ bay hơi 0 C 615 Kỹ thuật xử lý nước thiên nhiên 6 1.2 Tính chất của As (tt).  1.2.2 Tính chất hóa học Asen là nguyên tố bán kim loại, có tính chất hoá học gần với tính chất của á kim, cấu hình lớp vỏ điện tử hoá trị của Asen là 4S24P3. Trong các hợp chất Asen có 3 giá trị số oxi hoá: -3, +3, +5. Số oxi hoá -3 rất đặc trưng cho Asen. Chất tác dụng với As Phương trình phản ứng Oxy 2As + 3/2 O2  As2O3 Halogen, lưu huỳnh 2As + 5 Cl +8 H2O → 2 H3AsO4 + 10 HCl AsH3 + 4I2 + 4H2 O → H3AsO4 +8HI Phản ứng với kim loại H3AsO3 + 3 Zn + 6 HCl → 3 ZnCl2 + AsH3 + 3 H2O - Phản ứng với nước, dung dịch acid, dung dịch kiềm AsCl3 + 3 H2O → 2 H3AsO3 + 3HCl CuHAsO3 + NaOH → CuNaAsO3 + H2O 2AsH3 + 6H2SO4 → 6SO 2 + As2O3 + 9H2O Kỹ thuật xử lý nước thiên nhiên 7 1.2 Tính chất của As (tt).  1.2.3 Các hợp chất của As As tinh khiết trong tự nhiên rất ít, ta thường thấy nó ở dạng kết hợp với một hay nhiều nguyên tố khác:  Với O2, Cl, S tạo thành hợp chất arsenic vô cơ bao gồm As3+ và As5+ Được tìm thấy trong nhiều loại đá, đặt biệt trong quặng chứa đồng hoặc than chì. Khi quặng được đun nóng để tách đồng hoặc tach chì thì hầu hết Arsenic thoát vào không khí dưới dạng bụi mịn hoặc thu lại bụi Arsenic này và tinh chế thành Arsenic để sử dụng cho các mụch đích khác (bảo quản gỗ: CCA (Chromated copperarsenic); thuốc diệt cỏ, côn trùng:Arsar, Scorch và premix ). Hiện diện trong thực phẩm, thức ăn gia súc, thuốc lá  Với C,H tạo thành hợp chất Arsenic hữu cơ. Hiện diện trong đất với nồng độ 0.1 - 40ppm và trong thuỷ sản như tôm hùm ở nồng độ 25 - 80ppm. Tồn tại chủ yếu trong cơ thể động thực vật. Hai hợp chất hữu cơ không độc, đượ ctìm thấy nhiều nhất trong thực phẩm của người là: Arsenobetaine và arsenocholine. Khi hai hợp chất này vào cơ thể thì nó sẽ được loại thải qua nước tiểu . K thut x lý nc thiờn nhiờn 8 1.2 Tớnh cht ca As (tt). Cỏc hp cht ca As (tt) Teõn Vit tt Coõng thửực hoựa hoùc Arsanilic acid C 6 H 8 AsNO 3 Arsenite acid As(III) H 3 AsO 3 Arsenate acid As(V) H 3 AsO 4 Monomethylarsonous acid MMAA CH 3 AsO(OH) 2 Methylarsonous acid MMAA(III) CH 3 As(OH) 2 (CH 3 AsO) n Dimethylarsinic acid DMAA (CH 3 ) 2 AsO(OH) Dimethylarinuos acid DMAA(III) (CH 3 ) 2 AsOH[((CH 3 ) 2 As) 2 O] Roxarsone C 6 H 6 AsNO 6 Trimethylarsine TMA (CH 3 ) 3 As Trimethylarsine oxide TMAO (CH 3 ) 3 AsO Tetramethlarsonium ion Me4As+ (CH 3 ) 4 As + Arsenocholine AsC (CH 3 )As+CH 2 CH 2 OH Arsenobetaine AsB (CH 3 ) 3 As+CH 2 COO Kỹ thuật xử lý nước thiên nhiên 9 1.3 Nguồn gốc ô nhiễm As trong nước thiên nhiên. 1.3.2 Trong tự nhiên: As ở các hóa trị khác nhau: As+5 (AsO4)-3 và As+3 (As2O3), hiếm hơn As+2 (AsS). As có 140 khoáng vật độc lập, trong đó quan trọng nhất là acsenopirit (FeAsS), reanga (AsS) và ocpimen (AsS3). Ngoài ra As còn có mặt trong các khoáng vật khác như pyrit, v.v… Nguồn cấp As chủ yếu trong môi trường là các mỏ, các đá và khoáng vật chứa As cũng như hoạt động núi lửa. Vật chất hữu cơ cũng có khả năng hấp phụ và tích lũy As. Điều đó giải thích vì sao As tập trung cao trong mùn của đất đen, trong các đá phiến sét than,v.v. Đất và nước vùng có núi lửa, nhất là có nước khoáng đi kèm, thường giàu các As hơn các vùng khác. Quá trình khử keo hydroxyt Fe3+ hoặc oxy hoá các khoáng vật chứa As trong trầm tích thường là nguồn cấp As cho nước ngầm như đối với vùng Hà Nội và vùng tây Bengac. Ngoài ra vi khuẩn là thủ phạm làm tăng mức asen trong nước. John Lloyd, nhà vi sinh vật thuộc ĐH Manchester (Anh). Kỹ thuật xử lý nước thiên nhiên 10 1.3 Nguồn gốc ơ nhiễm As trong nước thiên nhiên (tt). 1.3.2 Trong tự nhiên (tt): Hàm lượng As phân bố trong tự nhiên (%) Thiên thạch sắt 0,036 Thiên thạch đá 20.10 -4 Đá siêu bazơ 5.10 -5 Đá bazơ 2,4.10 -4 Đá trung tính 2,4.10 -4 Đá axít 1,5.10 -4 Đá trầm tích 6,6.10 -4 Trong đất 5.10 -4 Phiến sét 5 – 15.10 -4 Bùn biển 1.10 -3 Nước biển 3,7.10 -7 Thành phần của đất Lượng As (mgAs/kg đất) Đá do núi lửa <1-15 Đất đá cặn cáu <1-900 Sa thạch và đá vơi <1-200 As Phát th i (10ả 6 kg/năm) Tự nhiên Nhân tạo 2,8 78 Phát biểu toàn cầu (theo Galloway, Freedmas,1982 ) [...]... gia súc 10 – 50 mg/kg As Kỹ thuật xử lý nước thiên 11 1.3 Nguồn gốc ô nhiễm As trong nước thiên nhiên (tt) As từ môi trường xâm nhập vào cơ thể người chủ yếu qua chuỗi thức ăn và nước uống như hình bên cạnh Kỹ thuật xử lý nước thiên 12 1.4 Tác hại của As 1.4.1 Tác động của As: Hợp chất ôxit của Asen hóa trị III (As2O3) Ôxit này màu trắng, dạng bột, tan được trong nước, rất độc Khi uống phải một lượng... 2O → MnO2 + 2 H + + O2 HS − + O3 + H + → S + O2 + H 2O Kỹ thuật xử lý nước thiên 24 2.2 OXY HÓA (tt) 2.2.2 Hoạt động (tt): d Oxy hóa bằng oxy e Oxy hóa bằng Fenton Kỹ thuật xử lý nước thiên 25 2.2 OXY HÓA (tt) 2.2.2 Hoạt động (tt): f Oxy hóa bằng quang hóa Kỹ thuật xử lý nước thiên 26 2.3 LỌC MÀNG 2.3.1 Cơ chế: Asen được loại bỏ khỏi nước trong bể lọc cát là nhờ sự đồng kết tủa với Fe(III) trên bề... pháp vật lý - Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử - Phương pháp sắc kí - Phương pháp kích hoạt nơtron - Phương pháp phổ khối - Phương pháp huỳnh quang nguyên tử - Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử Kỹ thuật xử lý nước thiên 18 2.CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ARSENIC TRONG NƯỚC THIÊN NHIÊN 2.1 Phương pháp keo tụ - kết tủa 2.2 Phương pháp oxy hóa 2.3 Phương pháp lọc màng 2.4 Phương pháp làm mềm nước kết hợp... nước có hàm lượng Asen < 0,1 mg/l thì không có khả năng tăng nguy cơ nhiễm ung thư) Tiêu chuẩn As trong máu cho phép theo qui định:Theo bảng tiêu chuẩn, nồng độ gây độc cho cơ thể là 2mcrg/lít máu; nếu xét nghiệm nước tiểu thì nồng độ gây độc là 50mcrg/lít nước tiểu Kỹ thuật xử lý nước thiên 13 1.4 Tác hại của As (tt) 1.4.1 Tác động của As (tt): Một số biểu hiện của các loại bệnh do nhiễm độc As Nhiễm. .. thuật xử lý nước thiên 21 2.1 KEO TỤ - KẾT TỦA (tt) 2.1.2 Hoạt động (tt): Kỹ thuật xử lý nước thiên 22 2.2 OXY HÓA 2.2.1 Cơ chế: Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh (Chlorine,Permaganate, ozone, oxy, Fenton, điện hóa, quang hóa, song âm, nước siêu tới hạn,…) để chuyển hóa As (III) thành As(V), sau đó sự dụng phương pháp keo tụ, kết tủa, hấp phụ để loại bỏ nó ra khỏi nước. .. trong nước, sẽ bị oxi hóa bởi oxi của không khí để tạo thành Fe(III) Hydroxyt Fe(III) sẽ được hấp phụ trên bề mặt các hạt cát và tạo thành một lớp hấp phụ mỏng Arsen (V) và Arsen(III) trong nước sẽ hấp phụ vào lớp Fe(OH)3 đó và bị giữ lại ở lớp vật liệu lọc Kết quả, nước ra khỏi bể lọc đã được giải phóng khỏi sắt và Arsen Kỹ thuật xử lý nước thiên 27 2.3 LỌC MÀNG (tt) 2.3.2 Hoạt động: Kỹ thuật xử lý nước. .. 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 c Hấp phụ bằng sắt (III) phosphate Kỹ thuật xử lý nước thiên 31 2.5 HẤP PHỤ (tt) 2.5.2 Hoạt động (tt) d Hấp phụ bằng sắt kết hợp với chlorine Khi đưa những viên sắt và Chlorine vào trong nước, Clo có tác dụng làm chất oxy... hydroxyt sắt Fe2+ + 2H2O + O2 2Fe3+ + 6OH→ Fe(OH)3 + H3AsO4 → → Fe3+ + OH2Fe(OH)3 ( = Fe2O3.3H2O) FeAsO4.2H2O + H2O Kỹ thuật xử lý nước thiên 32 2.5 HẤP PHỤ (tt) 2.5.2 Hoạt động (tt) Kỹ thuật xử lý nước thiên 33 2.6 TRAO ĐỔI ION 2.6.1 Cơ chế: Có thể loại bỏ các ion Asenate (As (V)) trong nước bằng phương pháp trao đổi ion với vật liệu trao đổi gốc anion axit mạnh (Cl-) hoặc anion bazơ mạnh (OH-) Loại vật... mỗi lần xử lý có thể giảm tới 5 - 10 % khả năng hấp phụ Cần hoàn nguyên và thay thế vật liệu lọc khi sử dụng Kỹ thuật xử lý nước thiên 30 2.5 HẤP PHỤ (tt) 2.5.2 Hoạt động (tt) b Hấp phụ bằng Laterite (đất axit có màu đỏ), - Thành phần chủ yếu là Hydroxyt Sắt và Nhôm, hoặc các oxyt ngậm nước (là những chất có khả năng hấp phụ cao), và một lượng nhỏ các hợp chất của Mangan, Titan - Ở điều kiện tự nhiên, ... nước ngầm mạch sâu (nghiên cứu xử lý tại khu vực Hà Nội) Khi cho các chất keo tụ như muối nhôm, muối sắt vào nước, chúng sẽ bị thủy phân tạo ra các hydroxyt hấp phụ các hợp chất As và lắng xuống Ngoài ra người ta còn dùng muối sắt, nhôm để kết tủa các hợp chất As Kỹ thuật xử lý nước thiên 20 2.1 KEO TỤ - KẾT TỦA (tt) 2.1.2 Hoạt động: Các bước tiến hành keo tụ các chất trong nước theo quy trình sau: Đầu . thuật xử lý nước thiên nhiên 1 LOGO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG Môn học: KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THIÊN NHIÊN ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: XỬ LÝ NƯỚC THIÊN NHIÊN NHIỄM ARSENIC. CBGD:. thuật xử lý nước thiên nhiên 2 NỘI DUNG TRÌNH BÀY TỔNG QUAN VỀ ARSENIC 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ AS TRONG NƯỚC THIÊN NHIÊN 2 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ XỬ LÝ AS 4 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM. thuật xử lý nước thiên nhiên 19 2.CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ARSENIC TRONG NƯỚC THIÊN NHIÊN Phương pháp keo tụ - kết tủa 2.1 Phương pháp oxy hóa 2.2 Phương pháp hấp phụ 2.5 Phương pháp làm mềm nước