1 Ch ChCh Chơ ơơ ơng ngng ng 9. 9.9. 9. M MM Mộ ộộ ột tt t s ss số ốố ố c cc cô ôô ông ngng ng ngh nghngh nghệ ệệ ệ x xx xử ửử ử lý lýlý lý Arsen ArsenArsen Arsen trong trongtrong trong n nn nớ ớớ ớc cc c ng ngng ngầ ầầ ầm mm 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 (HAsS 2 ), arsen nguyên tố (As 0 ) và arsen ở dạng khí Arsine AsH 3 (As(-III)). - Các hợp chất Arsenate (As(V): H 3 AsO 4 , H 2 AsO 4 - , HAsO 4 2- , AsO 4 3- . - Các hợp chất Arsenite (As(III): Các hợp chất arsen vô cơ bị khử, nh H 3 AsO 3 , H 2 AsO 3 - , HAsO 3 2- , AsO 3 3- . Các hợp chất arsen hữu cơ: (CH 3 ) 2 AsO(OH), C 6 H 5 AsO(OH) 2 , vv Các dạng hợp chất hữu cơ của arsen thờng ít độc hơn so với các hợp chất arsen vô cơ. 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 CH 3 AsO(OH) 2 hay Dimethyl arsenic acid (cacodylic) (CH 3 ) 2 AsO(OH). Những chất này có thể đợc Methyl hoá tiếp tạo Trimethylarsine bay hơi rất độc và Dimethylarsine (III) rất độc. Giới thiệu về arsen Nồng độ các hợp chất Arsenat As(V) trong nớc ngầm phụ thuộc vàp pH 3 Arsen tồn tại phổ biến trong môi trờng xung quanh, và mọi ngời đều tiếp xúc với một lợng nhỏ của chúng. Con đờng thâm nhập chủ yếu của arsen vào cơ thể là qua đờng thức ăn (trung bình 25 - 50 àg/ngđ), ngoài ra còn một lợng nhỏ qua nớc uống và không khí. Một số loài cá và thuỷ sản dùng làm thực phẩm chứa arsen cao hơn bình thờng, nhng lợng arsen này thờng tồn tại dới dạng hợp chất arsen hữu cơ ít độc. As trong tế bào thực vật: 0,01 - 5 ppm / trọng lợng khô. Thực vật biển: nhiều As hơn. Tảo biển, tảo nâu: 94 ppm. Tế bào ngời: < 0,3 ppm. Tôm cá biển: 120 ppm/trọng lợng 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 Trớc kia, các hợp chất arsen vô cơ: sơn, thuốc nhuộm, bả chuột, thuốc chữa một số bệnh truyền nhiễm nh hen, vảy nến, 4 As(III) As(V) Nhiều vùng trên thế giới đang bị ô nhiễm hay có dấu hiệu bị ô nhiễm arsen trong nớc ngầm với hàm lợng cao, nh ấn Độ, Bangladesh, Mông Cổ, Đài loan, Ghana, Achentina, Chilê, 97% dân số Bangladesh (116 triệu ngời) đang sử dụng nớc ngầm làm nguồn nớc cấp cho sinh hoạt. Trong số đó có tới 77 triệu ngời sử dụng nguồn nớc có chứa arsen với hàm lợng 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 5 Arsen có ảnh hởng tới sức khỏe con ngời nh thế nào? Một lợng lớn Arsen có thể gây chết ngời. Mức độ ô nhiễm nhẹ hơn có thể dẫn đến thơng 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 lợng hồng cầu và bạch cầu trong máu, rối loạn tim mạch, tổn thơng mạch máu, suy gan, thận, rối loạn thần kinh, gây cảm giác nh bị gai đâm vào lòng bàn chân và tay. Arsen có ảnh hởng tới sức khỏe con ngời nh thế nào? Khi bị nhiễm độc Arsen dạng hợp chất vô cơ qua đờng 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 đợc chữa trị đúng cách và kịp thời, những hạt nhỏ này có thể sẽ biến chứng gây ung th da. Arsen còn tăng nguy cơ gây ung th trong cơ thể, nhất là ở gan, thận, bàng quang và phổi. Nhiễm độc các hợp chất Arsen vô cơ qua đờng hô hấp: đau nhẹ đến đau nhức da, mắt, miệng, , bệnh ung th phổi. 6 Ô nhiễm arsen qua đờng hô hấp với nồng độ khoảng 200 àg/m 3 thờng gây đau rát mũi, họng và da nơi tiếp xúc. Bị nhiễm độc ở mức cao hơn sẽ có những triệu chứng tơng tự nh ô nhiễm mạn tính qua đờng miệng ở mức trung bình. Arsen có ảnh hởng tới sức khỏe con ngời nh thế nào? US EPA: với lợng tiếp nhận hàng ngày 1 àg/kg.ngđ (khoảng 50 - 100 àg đối với ngời lớn) trong thời gian dài có thể dẫn tới nguy cơ ung th da với xác suất 0.1% (1/1000). Lợng này tơng đơng với sử dụng nớc nguồn ô nhiễm arsen với hàm lợng 25 - 50 àg/L trong một đời ngời. Hít thở thờng xuyên không khí chứa 1àg/m 3 arsen có thể dẫn đến ung th với xác suất khoảng 0.4% (4/1000). Arsen có ảnh hởng tới sức khỏe con ngời nh thế nào? 7 Nồng độ giới hạn cho phép của arsen trong nớc uống (TCVN): 10 àg/L. WHO: đã hạ thấp nồng độ giới hạn cho phép của Arsen trong nớc cấp uống trực tiếp xuống 10 àg/L. US EPA, EU: hớng tới 2 - 20 àg/L. Đức: 10 àg/L từ 1/1996 (Driehaus W. và nnk, 1998). Các công nghệ xử lý arsen trong nớc ngầm Các nhóm giải pháp công nghệ chủ yếu: Tạo kết tủa - Lắng Keo tụ - Lắng Lọc 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 thờng không đáp ứng đợc 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. 8 Cơ 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 thờng tồn tại trong nớc ngầm ở dạng Hydro cacbonat Sắt (II) hoà tan. Khi gặp oxy, sẽ đợc oxy hoá và tạo thành chất kết tủa. Các hợp chất của Arsen có khả năng hấp phụ lên các bông kết tủa đó (Phơng pháp cộng kết tủa) Các trạm xử lý nớc ngầm chứa sắt thờng đợc thiết kế theo công nghệ làm thoáng - lắng - lọc. Những trạm này cũng khử đợc arsen mà không dùng hoá chất keo tụ. 9 2. Keo tụ Dùng các chất keo tụ, nh 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 nớc 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 thờng cho hiệu quả xử lý cao hơn so với cùng một lợng phèn nhôm, độ dao động pH cho phép lớn hơn. So sánh hiệu quả khử arsen với 3 loại phèn keo tụ khác nhau: FeCl 3 , FeSO 4 , Al 2 (SO 4 ) 3 : FeCl 3 cho phép đạt hiệu suất khử arsen cao nhất: > 90 %. 3. lọc - Vật liệu thông thờng: cát, than antraxit, than hoạt tính dạng hạt, - Vật liệu rẻ tiền ở địa phơng: vải, than, sơ dừa ép, xơ mớp, sỏi nhỏ, 10 4. Hấp phụ: Arsen có thể đợc 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 MnO 2 ; các vật liệu xellulo (mùn ca, 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. [...]... cát 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 l Sulfat bari v cát thạch anh - Cột thứ hai với vật liệu lọc l mạt sắt v cát thạch anh - Sắt bị oxy hoá, tạo môi trờng thiếu khí (anoxic) đối với arsen (trong điều kiện thiếu oxy) Mạt sắt (`các Ion sắt hoá trị 0), khử arsen vô cơ... Arsenic Có thể đa laterite trực tiếp v o nớc cần xử lý nh chất hấp phụ, sau đó để lắng, hoặc có thể sử dụng l m vật liệu hấp phụ trong bể lọc 5 Trao đổi Ion Anion axit mạnh (Cl-): chuyển gốc arsenate H2AsO 4- sang arsenate HAsO4 2- Arsen sau xử lý có thể hạ thấp tới dới 2 ppb Ho n nguyên: NaCl 13 6 Oxy hoá L m thoáng bằng cách sục không khí v o nớc, có thể oxy hoá arsen v sắt có trong nớc, tạo chất... chính l các chât oxy hoá n y (Khoa G.H., Emett M.T et al, 199 7) 15 8 Chng cất bằng năng lợng mặt trời Phơng pháp n y sử dụng năng lợng mặt trời để l m bốc hơi nớc, sau đó cho nớc ngng tụ lại Quá trình bay hơi v ngng tụ nớc sẽ tách tất cả các chất, trong đó có cả arsen ra khỏi nớc ở các nớc vùng nhiệt đới, với nguồn năng lợng mặt trời sẵn có 16 9 Lọc màng Có nhiều loại m ng lọc đợc sử dụng nh vi lọc,... oxy hoá quang hoá As(III) th nh As(V) nhờ ánh sáng mặt trời, sau đó ách As(V) ra khỏi nớc nhờ hấp phụ bằng các hạt Fe(III) - Tăng cờng hiệu suất nhờ nhỏ thêm v i giọt chanh, giúp cho quá trình tạo các bông keo Fe(III) H m lợng sắt trong nớc ngầm ít nhất 3 mg/l, cờng độ bức xạ UV-A 50 Wh/m2 Filter design: aeration step u ủi m: lm thoỏng ủ m b o cho s bóo hũa ụxy ủ ụxy húa s t Nh c ủi m: cụng trỡnh ủũi...Oxyt 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 nớc l As (III) v As(V): PEI's Aqua-BindTM - Arsenic Nhôm hoạt hoá Nhôm hoạt hoá có tính lựa chọn cao đối với As(V) Cần tính đến khả năng ho n nguyên v thay thế vật liệu lọc khi sử dụng H m lợng sắt trong nớc nguồn c ng cao, hiệu suất khử . AsH 3 (As(-III)). - Các hợp chất Arsenate (As(V): H 3 AsO 4 , H 2 AsO 4 - , HAsO 4 2- , AsO 4 3- . - Các hợp chất Arsenite (As(III): Các hợp chất arsen vô cơ bị khử, nh H 3 AsO 3 , H 2 AsO 3 - ,. giới hạn cho phép của Arsen trong nớc cấp uống trực tiếp xuống 10 àg/L. US EPA, EU: hớng tới 2 - 20 àg/L. Đức: 10 àg/L từ 1/ 199 6 (Driehaus W. và nnk, 199 8). Các công nghệ xử lý arsen trong nớc. 1 Ch ChCh Chơ ơơ ơng ngng ng 9. 9. 9. 9. M MM Mộ ộộ ột tt t s ss số ốố ố c cc cô ôô ông ngng ng ngh nghngh nghệ ệệ ệ x xx xử ửử ử