Bộ giáo dục và đào tạo Tr ờng đại học vinh Phan xuân dũng Biến tính đá ong để tách loại asen trong nớc ngầm ở một số khu vực phía bắc tỉnh hà tĩnh chuyên ngành: hoá vô cơ mã sô: 60.44.25 Luận văn thạc sĩ hoá học Vinh - 2008 1 Mục lục Lời cảm ơn trang Phần mở đầu 4 chơng I. phần tổng quan . 6 1.1. Nớc trong tự nhiên, các loại tạp chất trong nớc, sự ô nhiểm nớc 6 1.1.1. nớc trong tự nhiên 6 1.1.2. các tạp chất thờng có trong tự nhiên .7 1.1.2.1. khí hoà tan trong nớc 7 1.1.2.1.1. Khí oxi và cacbonic 7 1.1.2.1.2. khí hidrosunfua 8 1.1.2.1.3. khí metan CH 4 .8 1.1.2.2. cặn lơ lửng .8 1.1.2.3. các tạp chất hữu cơ 8 1.1.2.4. các chất tan vô cơ .9 1.1.3. sự ô nhiểm nớc 9 1.1.4. tiêu chuẩn chất lợng nớc uống 10 1.2. Asen 12 1.2.1. khái quát về asen .12 1.2.2. đặc điểm phân bố asen trong các thành phần môi trờng tự nhiên .13 1.2.2.1. nguồn gốc gây ô nhiễm môi trờng 13 1.2.2.1.1. từ hoạt động công nghiệp .13 2 1.2.2.1.2. từ d lợng thuốc bảo vệ thực vật .14 1.2.2.1.3. Từ việc sử dụng quá rộng rải asen .14 1.2.2.1.4. Asen trong đá và quặng 14 1.2.2.1.5. Asen trong đất và vỏ phong hoá .15 1.2.2.1.6. Asen trong nớc .15 1.2.2.1.7. Asen lu chuyển trong khí quyển 17 1.2.2.1.8. Asen trong sinh vật 19 1.2.3. độc tính của asen 20 1.2.4. ô nhiểm asen trên thế giới và Việt Nam .24 1.2.4.1.ô nhiễm asen trên thế giới 24 1.2.4.2.ô nhiễm asen ở Việt Nam .25 1.2.4.3.Tình hình nghiên cứu và xác định hàm lợng asen ở tĩnh Hà Tĩnh 29 1.3. Khái về đá ong 30 1.3.1. Sự hình thành đá ong 30 1.3.2. Vỏ phong hoá laterit đá ong ở Việt Nam .31 1.4. Các phơng pháp nghiên cứu .33 1.4.1. Phơng pháp AAS .33 1.4.1.1. Cơ sở của phơng pháp 33 1.4.1.2. Nguyên tắc của phép đo AAS .34 1.4.1.3. Thiết bị và qui trình phân tích AAS 35 1.4.2. Phơng pháp phân tích nhiệt .36 1.4.3. Phơng pháp test kit 37 1.4.4. Các nhóm phơng pháp loại bỏ asen trong nớc .38 Chơng II. Phần thực nghiệm .42 2.1. Chuẩn bị các hoá chất và dụng cụ 42 2.1.1. Dụng cụ .42 2.1.2. Hoá chất 42 2.2. Lấy mẫu đá ong 42 3 2.3. Khảo sát sự ảnh hởng của các điều kiện đến khả năng hấp phụ của mẫu. 45 2.3.1. Pha mẫu chuẩn (mấu giả) dung dịch arsenic 45 2.3.2. ảnh hởng của thời gian nung mẫu .46 2.3.3. ảnh hởng của nồng độ HCl .47 2.3.4. ảnh hởng của khối lợng đá ong 48 2.3.5. ảnh hởng của thời gian hấp phụ 50 2.4. Lấy mẫu nớc .51 2.4.1. Chuẩn bị dung dịch mẫu .51 2.4.2. Phơng pháp lấy mẫu nứơc ngầm .52 2.4.3. Phơng pháp lấy mẫu nớc Sông Hồ 52 2.4.4. Phân tích nồng độ asen bằng phơng pháp test kit 53 2.4.5. Kết quả xử lý Asen trong nớc dùng đá ong hoạt hoá .56 Chơng 3: Kết luận và kiến nghị .59 3.1. Kết luận 59 3.2. Kiến nghị 59 Tài liệu tham khảo .61 4 Më ®Çu Vấn đề ô nhiễm asen các nguồn nước được sử dụng vào mục đích ăn uống và sinh hoạt cho dân cư đang ngày càng trở nên trầm trọng. Ủy ban kinh tế xã hội Châu Á - Thái Bình Dương (gọi tắt là ESCAP) phối hợp với Tổ Chức Y tế thế giới (WHO) và Quỹ Nhi ®ồng Liên hợp quốc (UNICEF) năm 2001 đã phải triệu tập khẩn cấp một cuộc họp chuyên đề với tên gọi là “Địa chất và sức khỏe: Giải quyết cuộc khủng hoảng thạch tín tại khu vực Châu Á - Thái Bình Dương”, tổ chức tại Băng Cốc – Thái Lan. Cuộc khủng hoảng asen bắt đầu nhen nhóm từ năm 1983 khi mà tại bang Tây Bengal của Ấn Độ người ta đã phát hiện trên 200.000 ca nhiễm độc và trên một triệu người đang nằm trong vùng bị phơi nhiễm. Tại Bangladesh, một quốc gia đứng đầu về số lượng giếng khoan bơm tay của khu vực Châu Á, từ năm 1993 sự nhiễm độc nước giếng do asen càng được khẳng định và tới nay đã có khoảng 35 đến 77 triệu người có nguy cơ bị nhiễm độc. Tổ chức y tế thế giới mô tả sự kiện này là "một thảm họa môi trường lớn nhất từ trước tới nay". Theo thống kê chưa đầy đủ, hiện có khoảng 21,5% dân số Việt Nam (tương đương với 17,2 triệu người) đang sử dụng nguồn nước ăn từ nước giếng khoan, đây là nguồn nước dễ bị nhiễm asen. Cho đến nay, ở Hà Tĩnh chưa có một công bố nào về tình hình nước nhiễm asen, tuy nhiên Hà Tĩnh về cấu tạo địa chất, điều kiện địa lí .không có sự khác biệt nhiều với các địa phương trong cả nước, hơn nữa ở Hà Tĩnh 5 vn cũn rt nhiu ni s dng trc tip nc ging khoan m khụng qua x lớ, ó cú mt s biu hin khỏc thng v cht lng nc v v mt s cn bnh (trong ú cú ung th) cú kh nng liờn quan n ngun asen trong t, trong nc mt s vựng. Vỡ nhng lớ do trờn nờn chỳng tụi chn ti: "Biến tính đá ong để tách loại asen trong nớc ngầm ở một số khu vực phía bắc tỉnh Hà Tĩnh" lm ni dung nghiờn cu cho lun vn cao hc thc s. ti ny c t ra l cn thit vỡ nú va mang ý ngha khoa hc va mang tớnh thc tin, ỏp ng yờu cu thc t H Tnh. c bit kt qu ca ti l ti liu tham kho cho cỏc c quan chc nng H Tnh ỏnh giỏ v cú bin phỏp gim thiu s nhim c asen (nu cú) nhm bo v sc khe cho nhõn dõn. Nhim v t ra l: - Ly mu ỏ ong. - Phõn tớch nhit xỏc nh nhit nung ti u. - Nung ỏ ong nhit ti u ó tỡm. - Chp ph nhiu x tia X d oỏn thnh phn pha ca mu. - Nghiờn cu cỏc yu t nh hng n kh nng hp ph ca mu. - Phõn tớch nh tớnh v nh lng asen trong mt s ngun nc mt s vựng phớa bc Tnh H Tnh - Xỏc nh kh nng hp ph ca ỏ ong ó hot húa (xỏc nh nng asenic trc v sau khi lc qua ỏ ong). - Rỳt ra nhng kt lun cn thit. 6 Chơng 1: Tổng quan 1.1: Nớc trong tự nhiên, các loại tạp chất trong nớc, sự ô nhiễm nớc.[5] 1.1.1 Nớc trong tự nhiên. Nớc là tài sản chung của nhân loại. Nớc rất cần cho đời sống của con ngời. Nớc là nguồn gốc của sự sống, không có nớc thì không có sự sống trên trái đất. Nớc ngày càng có vai trò quan trọng hơn nữa trong nền kinh tế quốc dân. Nớc luôn luôn tuần ho n trong thế giới tự nhiên d ới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Nớc sông, hồ, ao, biểnbốc thành hơi sau đó lại rơi xuống dới hình thức ma, tuyết, một phần thấm vào lòng đất thành nớc ngầm, một phần chảy vào sông ngòi, hồ ao. Theo thống kê hiện nay, tổng số nớc trên trái đất chiếm tới 1450 triệu km 3 , trong đó gồm nớc biển, nớc ao hồ, sông ngòi và n- ớc ngầm. Nguồn nớc mà chúng ta có khả năng khai thác sử dụng cho sinh hoạt tốt nhất là nớc sông hồ và nớc ngầm. Do có các nguồn gốc hình thành khác nhau và cũng chứa các tạp chất khác nhau mà chúng ta cần loại bỏ trong quá trình xử lý nớc. Nớc mặt chủ yếu có nguồn gốc nớc ma, sông, hồ ao có tiếp xúc với không khí, đi qua nhiều vùng sinh thái, dân c nên chứa ít chất khoáng hoà tan. Tuy nhiên, trong nớc mặt thờng có nhiều cặn lơ lững (bùn, phù sa) chứa nhiều chất hữu cơ có nguồn gốc động, thực vật và sinh hoạt của con ng- ời. Ngoài ra, lợng nớc thải từ sản xuất làm ô nhiễm môi trờng có xu thế ngày một gia tăng. Hầu hết các nguồn nớc mặt đều nhiễm khuẩn ở mức độ khác nhau . Nớc ngầm là do nớc ma, nớc mặt và hơi nớc trong không khí ngng tụ lại thẩm thấu trong lòng đất tạo thành. Nớc ngầm đợc giữ lại hoặc chuyển động trong các lỗ rỗng hay khe nứt của các tầng đá tạo nên tầng ngậm nớc. Khả năng ngậm nớc của các tầng sỏi, sạn, cát thô, cát mịn giảm dần do độ rỗng giảm dần. Khả năng ngậm nớc phụ thuộc vào độ nứt nẻ các loại đất sét 7 và hoàng thổ không chứa nớc. Trong quá trình thẩm thấu các lớp đất, các tạp chất, vi trùng đợc giữ lại nên nớc ngầm thờng có chất lợng tốt. Tuy nhiên, n- ớc ngầm thờng chứa các hợp chất vô cơ nh: NH 4 + ; Fe 3+ ; As 5+ , As 3+ . ở nớc ta một số nơi phát hiện nớc ngầm phong phú trong các trầm tích biển, trầm tích sông và trong các tầng đá vôi nứt nẻ. Nớc ngầm ở nớc ta có hàm lợng muối cao ở các vùng đồng bằng ven biển, ở các nơi khác phổ có hàm lợng sắt, mangan, asen, magie, canxi lớn hơn tiêu chuẩn cho phép nên phải xử lý mới dùng đợc. Nớc ngầm mạch sâu đợc các tầng trên bảo vệ nên ít bị nhiễm bẩn bởi các hợp chất hữu cơ hay vi trùng. Nớc ngầm vì thế mà có nhiệt độ ổn định (từ 18-27 0 C), ngoài ra nớc ngầm còn đợc khai thác phân tán, ít ảnh hởng khi có chiến tranh, các khu xử lý phân bố đều, mạng lới đờng ống ít tốn kém. Chính vì đặc trng khác nhau giữa hai loại nớc nên cũng có hai loại công nghệ làm sạch nớc khác nhau là công nghệ xử lý nớc ngầm và công nghệ xử lý nớc mặt. 1.1.2 Các tạp chất thờng có trong tự nhiên. 1.1.2.1 Khí hoà tan trong nớc 1.1.2.1.1 Khí oxi và cacbonic. Đối với nớc mặt, khí có ở trong nớc là do quá trình hoà tan các thành phần của không khí, do các quá trình sống (thực vật quang hợp sinh ra oxi, quá trình hô hấp của động thực vật sinh ra cacbonic) gây ra. Lợng khí có trong nớc phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọng nhất là nhiệt độ trong nớc mặt, hàm lợng oxi khá cao thờng tới 70 - 80 0 0 lợng bảo hoà hoặc lớn hơn. Còn trong nớc ngầm lợng này rất thấp gần nh bằng không. Hàm lợng khí oxi đợc xác định qua chỉ số độ oxi hoà tan DO mlg thờng đợc đo bằng máy hoặc chuẩn độ theo wrigle. Ngợc lại, CO 2 có nhiều trong nớc ngầm, có ít trong nớc mặt. Nguyên nhân là trong điều kiện yếm khí, quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong nớc dẫn đến sự hình thành một lợng lớn CO 2 . CO 2 có thể tồn tại trong 8 nớc dới dạng CO 2 hoà tan, các hợp chất cacbonat: H 2 CO 3 ; HCO 3 - ; và CO 3 2- . Tỉ lệ các hợp chất nói trên phụ thuộc vào pH. Độ pH càng thấp CO 2 tự do càng nhiều và độ hoà tan này có thể xác định bằng các phơng pháp chuẩn tại chỗ. CO 2 liên kết là CO 2 trong các muối gốc HCO 3 _ , CO 3 2- . Đặc biệt cần chú ý dạng HCO 3 - thờng đợc thể hiện dới dạng độ kiềm cũng xác định bằng phơng pháp chuẩn độ. 1.1.2.1.2 Khí hiđrosunfua. Thờng gặp trong nớc ngầm khi phân huỷ các khoáng sunfua dới tác dụng của H 2 CO 3 . H 2 S làm nớc có mùi trứng thối rất khó chịu. 1.1.2.1.3 Khí mêtan-CH 4 . Cũng là sản phẩm của quá trình phân huỷ yếm khí các hợp chất hữu cơ theo phơng trình. Vi khuẩn yếm khí Chất hữu cơ----------------------> CO 2 + CH 4 + H 2 S. 1.1.2.2 Cặn lơ lửng Cặn lơ lửng là đặc trng của nớc mặt, nhất là vào mùa ma lũ, nguốn gốc của cặn lơ lửng là bùn, đất bụi trên mặt đất đợc rửa trôi. Cặn lơ lửng có nguồn gốc vô cơ, hữu cơ lẫn sinh học, cặn lơ lửng có thể đo bằng hai chỉ số là hàm lợng cặn lơ lửng lmg hoặc độ đục. Cần lu ý hai đại lợng này cùng tăng hoặc giảm nhng không tỉ lệ thuận với nhau. Hàm lợng cặn lơ lửng trong nớc sông Việt Nam thờng giao động khoảng vài chục lmg vào mùa nớc trong, vài nghìn lmg vào mùa nớc lũ. 1.1.2.3 Các tạp chất hữu cơ Các tạp chất hữu cơ có nguồn gốc động thực vật, phổ biến nhất là các axit humic, funvic, hiện nay càng có nhiều các tạp chất hữu cơ có nguồn gốc nhân tạo từ các sản phẩm thải của sự sống đến thuốc trừ sâu, phân bón, dầu mỡ, hoá chất các loại . Chất hữu cơ có trong nớc đợc đặc trng gián tiếp bằng hai chỉ số là độ màu và chỉ số oxihoá lmg . Ngày nay, đã có các thiết bị xác định trực tiếp 9 tổng lợng hữu cơ có trong nớc dới dạng chỉ tiêu TOC (tổng cacbon hữu cơ). Tuy nhiên, thiết bị còn đắt nên cha phổ biến ở Việt Nam. Thờng ngời ta xác định hàm lợng hữu cơ gián tiếp qua chỉ số oxi hoá. Chất hữu cơ có trong nớc có thể gặp ở hai dạng hoà tan và cặn lơ lửng. 1.1.2.4. Các chất tan vô cơ. Các chất tan vô cơ trong nớc tồn tại dới dạng cation và anion. Các cation phổ biến nhất là: Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , (vô hại) thờng đi với Cl - , SO 4 2- , HCO 3 - , các cation H + , NH 4 + , Fe 2+ , Fe 3+ , Mn 2+ , Al 3+ , As 3+ , As 5+ thờng đi với OH - , CO 3 2- , NO 2 - , NO 3 - , SO 4 2- . hàm lợng các ion này thờng đợc khống chế nghiêm ngặt trong nớc. Hàm lợng các muối tan đợc đánh giá qua chỉ tiêu tổng chất tan (TDS) và gián tiếp hơn là độ dẫn điện. Nếu nớc nhiễm nhiều Ca 2+ , Mg 2+ (phổ biến đối với nớc ngầm) và anion đi kèm là HCO 3 - thì tạo ra nớc cứng với độ cứng tạm thời. Nếu cation đi kèm là Cl - , SO 4 - tạo ra độ cứng vĩnh cửu. Độ cứng không gây hại cho sức khoẻ con ngời. Tuy nhiên độ cứng cao gây cặn đờng ống, thiết bị, thậm chí có thể gây tắc đờng ống dẫn nớc, đặc biệt đối với các thiết bị nhiệt. Sắt, mangan, asen, l t ạp chất phổ biến nhất trong nớc ngầm, đặc biệt nguy hiểm nhất là asen . 1.1.3 Sự ô nhiễm nớc. Nớc tự nhiên là nớc đợc hình thành dới ảnh hởng của các quá trình tự nhiên, không có tác động của nhân sinh. Do tác động của nhân sinh nớc tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau làm chất lợng của nó bị xấu đi. Các khuynh hớng làm thay đổi chất lợng của nớc dới ảnh hởng hoạt động kinh tế của con ngời là: - Giảm độ pH của nớc ngọt do ô nhiễm bởi H 2 SO 4 , HNO 3 từ khí quyển, tăng hàm lợng SO 4 2- , NO 3 - trong nớc. - Tăng hàm lợng các ion canxi, magie, silic trong nớc ngầm và nớc sông do ma hoà tan, phong hoá các quặng cacbonat. 10