Công nghệ xử lý nước cấp 2015 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ Asen hợp chất Asen chất độc mạnh lại nguyên tố tồn phổ biến tự nhiên dạng vô lẫn hữu Chúng xâm nhập vào thể thông qua nhiều đường mà người nhận thấy cảm quan chúng vốn không màu, không mùi, không vị “gặm nhấm”, “thâm nhập” vào Trên giới, tình trạng ô nhiễm Asen nước ngầm đạt đến mức đáng báo động, nước Châu Âu, Nam Mỹ sức nghiên cứu để cải tiến biện pháp phòng tránh cải thiện tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng Ở nước Nga, Trung Quốc, Canada, Băng-la-đét tình trạng báo động Asen đưa lên mức cao Biểu đồ 1: Mức sản xuất Asen Thế Giới năm 2006 Tại Việt Nam, nước ngầm nhiễm độc Asen nỗi lo ngày người dân, vùng có nồng độ asen ô nhiễm cao  Ở Hà Nội vùng lân cận xuất ô nhiễm Asen nước ngầm đất với nồng vượt hàng chục lần tiêu chuẩn cho phép (Số liệu năm 2000) không Asen có mặt nước mặt, nước thải nước mưa Khu vực phía Nam Hà Nội đạt đến mức ô nhiễm Asen cao nước  Tại đồng Sông Cửu Long mức độ ô nhiễm Asen nước ngầm đặc biệt nước giếng khoan nghiêm trọng Với độc tính chết người, xâm nhập vào thể, Asen gây bệnh đáng sợ đột biến Gen, rối loạn thần kinh gây tổn hại não bộ, suy giảm miễn dịch, ung thư da, viêm tróc da, vẩy sừng, hoại tử hàng loạt chứng bệnh hiểm nghèo chết hậu cuối hiểu biết để phòng tránh giảm thiểu tác hại chúng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ASEN 1.1 Nguồn gốc Asen Công nghệ xử lý nước cấp 2015 Asen hay gọi thạch tín Là kim loại nặng phổ biến tự nhiên - Tên gọi số hợp chất thường gặp Asen:  Thân hoa: có thành phần chủ yếu As 2O3 coi thạch tín thiên nhiên -  Độc sa: có thành phần chủ yếu hợp chất lẫn sắt, asen sunfua AsFeS  Hùng hoàng: có thành phần chủ yếu asen sunfua - Asen hay tồn dạng hợp chất asenua asenat Hình 1.1: Mẫu Asen nguyên chất Asen nguyên tố có nhiều khoáng vật nhất, tới 368 dạng nhóm hydroarsen arsenat – với 213 khoáng vật, sulfurarsenat – 73 khoáng vật, intêmtallit – 40 khoáng vật Trong đá phiến sét phần lớn As tồn silicat (85,5 – 92,5%), phần nhỏ lại dạng hợp chất khác oxit, sulfat, arsenua (khoảng - 14,5 %).Có nhiều quặng hoá nguồn gốc nhiệt dịch giàu arsen, hệ số làm giàu chúng so với đá vây quanh từ hàng chục tới hàng trăm lần đương nhiên độc tích sinh thái quặng lớn Sự phân bố rộng rãi nguyên tố asen bắt nguồn từ trình địa hóa Nồng độ asen gia tăng xuống sâu tầng đất mạch nước ngầm Hai môi trường có khả tích tụ nồng độ asen cao khu vực vũng, Công nghệ xử lý nước cấp 2015 vịnh kín miền khí hậu khô hạn đến bán khô hạn, tầng nước ngầm có tính khử mạnh, thường gặp vùng chứa nhiều lắng cặn phù sa với nồng độ sulphate thấp Các tầng lớp lắng cặn mỏng địa vực thấp, nơi có độ nghiêng thủy vực thấp, khu vực đặc trưng chứa nhiều asen mạch nước ngầm Các tầng nước ngầm có nồng độ asen cao thường độ sâu từ 20 đến 120m Ở 20m, cấu trúc địa chất chứa nhiều đất sét pha cát trộn lẫn với kankar Xuống đến độ sâu 120m, đất cát mịn pha sét chứa nồng độ asen lên đến 550 µg/L Ở tầng đất ngầm, asen thường xuất nhiều hỗn hợp khoáng tạo đá (ví dụ: ô-xít sắt, đất sét, hỗn hợp khoáng sulphide) Rất nhiều asen bị kết dính hỗn hợp khoáng pyrite lưu vực phù sa Trong trình bơm nước lên từ khu vực giếng sâu làm hạ thấp mực nước ngầm; ô-xy theo xâm nhập vào thúc đẩy trìnhô-xy hóa khoáng pyrite Quy trình phản ứng ôxy-hóa khoáng pyrite đồng nghĩa với việc giải phóng nguyên tố asen vào môi trường nước Càng xuống sâu tầng địa chất số địa vực nêu, nồng độ asen cao Ở tầng địa chất này, phản ứng ô-xy hóa khoáng chất sulphide diễn càngmạnh; thế, giải phóng lượng asen lớn Ở môi trường có độ ẩm cao, hỗn hợp khoáng sulphide tham gia vào trình phong hóa nhanh chóng Khoáng pyrite điển hình hỗn hợp khoáng ổn định trình va chạm với phong hóa Quy trình phản ứng ô-xy hóa diễn ra: • Ở dạng ion FeAsS + O2+ H2O • H2AsO4- + H3AsO3+ SO42- + H+ + FeOOH Ở dạng hoàn chỉnh FeAsS + O2+ H2O H3AsO4 + H3AsO3+ H2SO4 + FeOOH As đá quặng Lượng Asen đá magma từ: 0,5-2,8 ppm (Các cacbonat: ppm, Đá kết tinh: 1,2 ppm) As có 368 dạng khoáng chất khác As đất vỏ phong Ở Việt Nam hàm lượng trung bình As đất hóa Tây Bắc dao động khoảng 2,6 – 11 ppm As trầm tích bời rời Trong trầm tích biển ven bờ Việt Nam có hàm lượng As (trao đổi ion) dao động khoảng 0,16,1 ppm As không khí nước Dạng As tồn chủ yếu nước đất Công nghệ xử lý nước cấp 2015 H3AsO4-1 (trong môi trường pH axit đến gần trung tính), HAsO4-2 (trong môi trường kiềm) Cây trồng chứa hàm lượng As định, cao: Trong lúa (khô) 110-200, ngô (khô) 30-40, bắp cải (tươi) 20-50 As sinh vật 1.2 Tính chất vật lý - Màu sắc: Màu xám kim loại Khối lượng nguyên tử : 74,92160 đvc Khối lượng riêng: 5727 Kg/m3 Trạng thái vật chất : rắn Độ cứng : 3.5 Điểm nóng chảy: 1.0900K Điểm sôi: 8870K Nhiệt dung riêng: 328,88J/(Kg.K) Độ dẫn nhiệt: 50.2 W/(m.K) 1.3 Tính chất hóa học asen Hình 1.2: Asen phòng thí nghiệm hóa học Trạng thái ôxi hóa phổ biến -3 (asenua: thông thường hợp chất liên kim loại tương tự hợp kim), +3 (asenat (III) hay asenit phần lớn hợp chất asen hữu cơ), +5 (asenat (V): phần lớn hợp chất vô chứa ôxy asen ổn định) Asen dễ tự liên kết với nó, chẳng hạn tạo thành cặp As-As sulfua đỏ hoàng (α-As4S4) ion As43- vuông Công nghệ xử lý nước cấp 2015 khoáng coban asenua có tên skutterudit Ở trạng thái ôxi hóa +3, tính chất hóa học lập thể asen chịu ảnh hưởng có mặt cặp electron không liên kết Asen tính chất hóa học giống với nguyên tố đứng phốtpho Tương tự phốtpho, tạo thành ôxít kết tinh, không màu, không mùi As2O3 As2O5 chất hút ẩm dễ dàng hòa tan nước để tạo thành dung dịch có tính axít Axít asenic (V), tương tự axít phốtphoric, axít yếu Tương tự phốtpho, asen tạo thành hiđrua dạng khí không ổn định, arsin (AsH3) Sự tương tự lớn đến mức asen thay phần cho phốtpho phản ứng hóa sinh học gây ngộ độc Tuy nhiên, liều thấp mức gây ngộ độc hợp chất asen hòa tan lại đóng vai trò chất kích thích phổ biến với liều nhỏ loại thuốc chữa bệnh cho người vào kỷ 18 Khi bị nung nóng không khí, bị ôxi hóa để tạo triôxít asen; từ phản ứng có mùi mùi tỏi Mùi phát cách đập khoáng vật asenua asenopyrit búa Asen (và số hợp chất asen) thăng hoa bị nung nóng áp suất tiêu chuẩn, chuyển hóa trực tiếp thành dạng khí mà không chuyển qua trạng thái lỏng Trạng thái lỏng xuất áp suất 20 atm trở lên, điều giải thích điểm nóng chảy lại cao điểm sôi Asen nguyên tố tìm thấy nhiều dạng thù hình rắn: dạng màu vàng mềm, dẻo sáp không ổn định, làm cho phân tử dạng tứ diện As4 tương tự phân tử phốtpho trắng Các dạng màu đen, xám hay 'kim loại' có cấu trúc kết tinh thành lớp với liên kết trải rộng khắp tinh thể Chúng chất bán dẫn cứng với ánh kim Tỷ trọng riêng dạng màu vàng 1,97 g/cm³; dạng 'asen xám' hình hộp mặt thoi nặng nhiều với tỷ trọng riêng 5,73 g/cm³; dạng kim khác có tỷ trọng tương tự Tổng quát :  Tính axit- bazơ: Trong môi trường axit đặc As tồn dạng cation (AsO) + không màu Acid Arsenơ H3AsO3 acid yếu , tan nước Trong dung dịch kiềm ( pH >10) tồn dạng anion Asennit ( AsO 2)-, có (HAsO4) Asen oxyd ( As2O3 ) tan dung dịch HCl đặc  Tính tạo phức As(III) tạo phức với ion Cl- dung dịch HCl: AsOCl, AsOHCl2, AsCl3 H3AsO3 + [H]+ +[Cl]-  AsOCl + 2H2O Công nghệ xử lý nước cấp 2015 As tạo phức với ion (S)2-, As2S3 As2S5 tan nhiều kiềm sulful kiềm: As2S3 + 3(S)2-  2(AsS3)3As2S5 + 3(S)2-  2(AsS4)3-  Tính chất oxi hóa – khử Asen bị khử thành asen AsH : As + (H)+  AsH3 Asen(III) bị khử thành As : (AsO2)- + 4(H)+ + 3e-  As + 2H2O 1.4 Nhiễm độc asen  Nhiễm độc cấp tính: Nếu bị ngộ độc cấp tính asen có biểu hiện: khát nước dội, đau bụng, nôn mửa, tiêu chảy, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt thâm tím, bí tiểu tử vong nhanh  Nhiễm độc mãn tính: Nhiễm độc asen mãn tính gây tác dụng toàn thân cục Các triệu chứng nhiễm độc asen mãn tính xảy sau 2-8 tuần, biểu sau: - Tổn thương da - Tổn thương niêm mạc - Rối loạn thần kinh - Rối loạn dày, ruột - Tê đầu chi, đau chi, bước khó khăn, suy nhược - Ung thư da - Asen tác động đến tim 1.5 Tình hình Ô nhiễm Asen Việt Nam Tại Việt Nam nước sử dụng cho sinh hoạt 70 % nước mặt 30 % nước ngầm Với tốc độ gia tăng dân số phát triển kinh tế cao, nguồn nước ngầm nước ta giảm trữ lượng chất lượng Mức độ ô nhiễm arsenic nước ngầm nước ta nghiêm trọng Tỷ lệ mẫu nước giếng khoan đồng sông Hồng có nồng độ arsenic cao giới hạn cho phép tương đối cao, có nơi cao tới vài trăm lần biết, so với quy định WHO cộng đồng châu Âu, nồng độ arsenic cho phép có nước 10 g/l, số nghiên cứu cho thấy nồng độ arsenic mẫu nước ngầm Việt Nam cao mức trên, trung bình 30g/l đồng châu thổ sông Mêkông miền Nam 150g/l đồng sông Hồng Công nghệ xử lý nước cấp 2015 Hà Nam địa phương có mức độ nhiễm arsenic nước nặng 80% giếng khoan có nồng độ arsenic cao mức nguy hiểm từ 100 g/l đến 500 g/l Hà Tây, mức độ nhiễm arsenic nguồn nước ngầm cao Khi kiểm tra 11.500 mẫu nước 11 huyện phát thấy gần 40% số mẫu bị nhiễm arsenic, có nơi nồng độ nhiễm cao 0,05 g/l, theo quy định WHO, hàm lượng arsenic nước sinh hoạt mức 0,01 g/l Ô nhiễm asen nguồn nước ngầm Hà Nội có nơi lên gấp 40 lần so với mức cho phép Ô nhiễm amôni vượt mức cho phép từ 20 đến 30 lần Giá trị nồng độ asen nước ngầm 10 µg/l 50µg/l tiêu chuẩn cho phép cấp nước ăn uống sinh hoạt QCVN 01/2009 QCVN 02/2009 Bộ Y Tế Ô nhiễm asen nhà máy cấp nước tập trung Tám nhà máy cấp nước Hà Nội gồm: Mai Dịch, Ngọc Hà, Yên Phụ, Ngô Sỹ Liên, Lương Yên, Hạ Đình, Tương Mai, Pháp Vân khảo sát vào thời điểm 1999 Kết cho thấy: nước chưa qua xử lý nhà máy trên, ô nhiễm asen mức 240-320 µg/l ba nhà máy mức 37-82 µg/l nhà máy lại Các hệ thống cấp nước áp dụng công nghệ xử lý nước truyền thống: bão hòa khí lọc cát, qua giảm thiểu asen trước đến tay người tiêu dùng Nước sau xử lý nhà máy bị ô nhiễm với mức nồng độ từ 25-91 µg/l Địa điểm Số lượng mẫu đo Nồng độ trung bình (µg/l) Khoảng nồng độ (µg/l) Đông Anh 48 31 [...]... trọng để khử asen ở đây là 26 Công nghệ xử lý nước cấp 2015 độ lớn của hạt hợp chất asen và của màng, đặc tính hóa học như tính thân nhựa và điện tích bề mặt của hai nhân tố trên Hiệu suất và chi phí cho quá trình lọc màng phụ thuộc vào chất lượng nước nguồn và yêu cầu chất lượng nước sau xử lý Thông thường, nếu nguồn nước càng bị ô nhiễm, yêu cầu chất lượng nước sau xử lý càng cao, thì màng lọc càng... suất thấp (20-100 psi) 27 Công nghệ xử lý nước cấp 2015 Hình 3.5: Cấu trúc phóng đại của màng siêu lọc 3.4.3 Màng lọc nano - Màng lọc nano là một lớp màng vật liệu mỏng có khả năng phân tách vật chất theo đặc tính vật lý và hóa học, có kích thước lỗ rỗng khoảng 0,001µm, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 100 – 600 psi Hình 3.6: Hình dạng màng lọc Nano 28 Công nghệ xử lý nước cấp - - 2015 Hình dạng... cặn lơ lửng và các chất khử khác Khi cho Clo vào nước xảy ra các phản ứng sau: Cl2 + H2O = HOCl + HCl Hoặc ở dạng phương trình phân ly: 3.1.2 11 Công nghệ xử lý nước cấp 2015 Cl2 + H2O = 2H+ + OCl- + ClLượng Clo thêm vào phụ thuộc vào thành phần của nước Cho vào nước khoảng 0,8 – 2 mg/l clo để tạo ra 0,2 mg/l clo dư dùng cho mục đích khử trùng sau khi xử lý • Ưu, Nhược điểm Ưu điểm Nhược điểm Đơn giản,... Trong kỹ thuật lọc trượt luôn có một lượng nước nạp được hồi lưu Nước nạp tròng vòng tuần hoàn chảy song song với màng, chỉ một phần nhỏ nước nạp được chảy qua màng và phần lớn thoát ra khỏi module Do vậy lọc trượt gây tổn hao năng lượng lớn do phải tạo áp lực cho toàn bộ nước nạp 30 Công nghệ xử lý nước cấp 2015 Hình 3.8 : Sơ đồ lọc trượt Tốc độ dòng chảy của nước nạp song song với màng tương đối cao,... dưới dạng sản phẩm không tan chỉ có thể thực hiện được với asen(V)  Ưu điểm: có thể xử ký nhanh chóng asen  Nhược điểm: • Tiêu tốn nhiều hóa chất • 15 Công nghệ xử lý nước cấp 2015 Có thể làm tắc nghẽn các công trình phía sau Ảnh hưởng đến nước sau xử lý Cần oxi hóa triệt để asen (III) thành asen (V) 3.3 Phương pháp hấp phụ  Nguyên tắc loại asen bằng phương pháp hấp phụ: • Hấp phụ là một quá trình... một thiết bị xử lí nước riêng biệt, hay lắp đặt như một chi tiết trong thiết bị xử lý nước giếng khoan Asen trong nước sau xử lý đạt dưới 27mg/l Kết hợp phương pháp oxi hóa, hấp phụ- lọc với cây trồng hay oxi hóa với lọc cát và trồng cây Một số loài thực vật như thủy trúc (Cyperus Alternifolius hay cây Thalia dealbata) hoặc khoai nước Colocasia Esculenta cũng cho hiệu suất loại bỏ Asen khỏi nước  Ưu... tương đối đơn giản; Các hóa chất thông dụng  Nhược điểm: Tạo ra các chất thải rắn độc hại; Phải thực hiện quá trình oxi hóa trước khi xử lý 3.3.2  Phương pháp hấp phụ bằng vật liệu có thành phần Nhôm: Nguyên lý hoạt động: 19 Công nghệ xử lý nước cấp 2015 Với các nguồn nước có độ khoáng cao phương pháp hấp phụ tỏ ra hiệu quả do tính tương tác đặc thù của hệ Vật liệu hấp phụ được sử dụng là một số oxit... 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 20 Công nghệ xử lý nước cấp 2015 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.. .Công nghệ xử lý nước cấp • 2015 Giàn mưa kết hợp lắng tiếp xúc 1 ống dẫn nước lên dàn mưa 2- máng chính chữ U 3- máng nhánh chữ V có răng cưa 4- là chớp 5- sàng tung 6- ngăn thu nước 7- ống dẫn nước vào bể tiếp xúc 8- ống trung tâm 9- máng thu 10- ống dẫn nước trong bể lọc 11- ống xả cặn Oxi hóa và loại Asen bằng tác nhân hóa học... hóa Fe2+ trước khi xử lý asen Có thể áp dụng cho các quy mô xử lý tập trung cũng như quy mô hộ gia đình Chi phí xử lý thấp Nhược điểm Cần bổ sung hóa chất H2O2 Cần bổ sung Sắt nếu hàm lượng sắt trong nguồn nước không đủ  Kali pemanganate ( KMnO4) 12 Công nghệ xử lý nước cấp 2015 Nguyên lý hoạt động: Các phản ứng hóa học xảy ra giữa KMnO4 và As (III) 2MnO4 + 5As3+ + 16H+  5As5+ + 2Mn2+ + 8H2O ( pt.1)