Nội dung

Ch−¬ Ch−¬ng −¬ng 9. Mét sè c«ng nghÖ nghÖ xö lý Arsen trong n−íc −íc ngÇ ngÇm Giíi thiÖu vÒ arsen • Arsen lµ nguyªn tè h×nh thµnh tù nhiªn trong vá Tr¸i ®Êt. • C¸c hîp chÊt arsen v« c¬: Arsenat (As(V), arsenite (As(III), arsenic sulfide (HAsS2), arsen nguyªn tè (As0) vµ arsen ë d¹ng khÝ Arsine AsH3 (As(-III)). - C¸c hîp chÊt Arsenate (As(V): H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42-, AsO43-. - C¸c hîp chÊt Arsenite (As(III): C¸c hîp chÊt arsen v« c¬ bÞ khö, nh− H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-, AsO33-. • C¸c hîp chÊt arsen h÷u c¬: (CH3)2AsO(OH), C6H5AsO(OH)2, vv... • C¸c d¹ng hîp chÊt h÷u c¬ cña arsen th−êng Ýt ®éc h¬n so víi c¸c hîp chÊt arsen v« c¬. 1 Giíi thiÖu vÒ arsen • Trong MT khö (lßng ®Êt): VK kþ khÝ (Methanogenic bacteria) khö As(V) sang As (III) vµ Metyl ho¸ chóng, t¹o nªn Methylarsenic acid CH3AsO(OH)2 hay Dimethyl arsenic acid (cacodylic) (CH3)2AsO(OH). Nh÷ng chÊt nµy cã thÓ ®−îc Methyl ho¸ tiÕp t¹o Trimethylarsine bay h¬i rÊt ®éc vµ Dimethylarsine (III) rÊt ®éc. Nång ®é c¸c hîp chÊt Arsenat As(V) trong n−íc ngÇm phô thuéc vµp pH 2 • Arsen tån t¹i phæ biÕn trong m«i tr−êng xung quanh, vµ mäi ng−êi ®Òu tiÕp xóc víi mét l−îng nhá cña chóng. • Con ®−êng th©m nhËp chñ yÕu cña arsen vµo c¬ thÓ lµ qua ®−êng thøc ¨n (trung b×nh 25 - 50 µg/ng®), ngoµi ra cßn mét l−îng nhá qua n−íc uèng vµ kh«ng khÝ. Mét sè loµi c¸ vµ thuû s¶n dïng lµm thùc phÈm chøa arsen cao h¬n b×nh th−êng, nh−ng l−îng arsen nµy th−êng tån t¹i d−íi d¹ng hîp chÊt arsen h÷u c¬ Ýt ®éc. • • • • As trong tÕ bµo thùc vËt: 0,01 - 5 ppm / träng l−îng kh«. Thùc vËt biÓn: nhiÒu As h¬n. T¶o biÓn, t¶o n©u: 94 ppm. TÕ bµo ng−êi: < 0,3 ppm. T«m c¸ biÓn: 120 ppm/träng l−îng kh«. C«ng dông:
S¶n xuÊt thuèc trõ s©u, diÖt cá (c¶ arsen h÷u c¬ vµ arsen v« c¬).
B¶o qu¶n gç.
(Thuèc nhuém, s¬n.)
LuyÖn kim (t¨ng ®é cøng cña ®ång);
Gèm vµ thuû tinh, B¸n dÉn, §iÖn tö, Y häc, Ho¸ chÊt, vv...
Tr−íc kia, c¸c hîp chÊt arsen v« c¬: s¬n, thuèc nhuém, b¶ chuét, thuèc ch÷a mét sè bÖnh truyÒn nhiÔm nh− hen, v¶y nÕn, ... 3 As(III) As(V) • NhiÒu vïng trªn thÕ giíi ®ang bÞ « nhiÔm hay cã dÊu hiÖu bÞ « nhiÔm arsen trong n−íc ngÇm víi hµm l−îng cao, nh− Ên §é, Bangladesh, M«ng Cæ, §µi loan, Ghana, Achentina, Chilª, ... • 97% d©n sè Bangladesh (116 triÖu ng−êi) ®ang sö dông n−íc ngÇm lµm nguån n−íc cÊp cho sinh ho¹t. Trong sè ®ã cã tíi 77 triÖu ng−êi sö dông nguån n−íc cã chøa arsen víi hµm l−îng cao. Arsenic in groundwater worldwide USA 0.4 n 10 Mio. Vietnam 3.6 n 11 Mio.? Nepal Pakistan Laos Cambodia Thailand Sumatra Country Max n People at risk n natural a anthropogenic m mine waste mg/L 4 Arsen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe con ng−êi nh− thÕ nµo? • Mét l−îng lín Arsen cã thÓ g©y chÕt ng−êi. • Møc ®é « nhiÔm nhÑ h¬n cã thÓ dÉn ®Õn th−¬ng tæn c¸c m« hay c¸c hÖ thèng cña c¬ thÓ. • Khi Arsen th©m nhËp qua miÖng: ®au r¸t hÖ thèng tiªu hãa, buån n«n, n«n möa vµ tiªu ch¶y. Ngoµi ra cã thÓ bÞ gi¶m l−îng hång cÇu vµ b¹ch cÇu trong m¸u, rèi lo¹n tim m¹ch, tæn th−¬ng m¹ch m¸u, suy gan, thËn, rèi lo¹n thÇn kinh, g©y c¶m gi¸c nh− bÞ gai ®©m vµo lßng bµn ch©n vµ tay. Arsen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe con ng−êi nh− thÕ nµo? • Khi bÞ nhiÔm ®éc Arsen d¹ng hîp chÊt v« c¬ qua ®−êng miÖng: lµ sù xuÊt hiÖn c¸c vÕt mµu ®en vµ s¸ng trªn da, nh÷ng “h¹t ng«” nhá trong lßng bµn tay, lßng bµn ch©n vµ trªn m×nh n¹n nh©n. NÕu kh«ng ®−îc ch÷a trÞ ®óng c¸ch vµ kÞp thêi, nh÷ng h¹t nhá nµy cã thÓ sÏ biÕn chøng g©y ung th− da. • Arsen cßn t¨ng nguy c¬ g©y ung th− trong c¬ thÓ, nhÊt lµ ë gan, thËn, bµng quang vµ phæi. • NhiÔm ®éc c¸c hîp chÊt Arsen v« c¬ qua ®−êng h« hÊp: ®au nhÑ ®Õn ®au nhøc da, m¾t, miÖng, ...., bÖnh ung th− phæi. 5 Arsen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe con ng−êi nh− thÕ nµo? • ¤ nhiÔm arsen qua ®−êng h« hÊp víi nång ®é kho¶ng 200 µg/m3 th−êng g©y ®au r¸t mòi, häng vµ da n¬i tiÕp xóc. • BÞ nhiÔm ®éc ë møc cao h¬n sÏ cã nh÷ng triÖu chøng t−¬ng tù nh− « nhiÔm m¹n tÝnh qua ®−êng miÖng ë møc trung b×nh. Arsen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe con ng−êi nh− thÕ nµo? • US EPA: víi l−îng tiÕp nhËn hµng ngµy 1 µg/kg.ng® (kho¶ng 50 - 100 µg ®èi víi ng−êi lín) trong thêi gian dµi cã thÓ dÉn tíi nguy c¬ ung th− da víi x¸c suÊt 0.1% (1/1000). L−îng nµy t−¬ng ®−¬ng víi sö dông n−íc nguån « nhiÔm arsen víi hµm l−îng 25 - 50 µg/L trong mét ®êi ng−êi. • HÝt thë th−êng xuyªn kh«ng khÝ chøa 1µg/m3 arsen cã thÓ dÉn ®Õn ung th− víi x¸c suÊt kho¶ng 0.4% (4/1000). 6 
Nång ®é giíi h¹n cho phÐp cña arsen trong n−íc uèng (TCVN): 10 µg/L.
WHO: ®· h¹ thÊp nång ®é giíi h¹n cho phÐp cña Arsen trong n−íc cÊp uèng trùc tiÕp xuèng 10 µg/L.
US EPA, EU: h−íng tíi 2 - 20 µg/L.
§øc: 10 µg/L tõ 1/1996 (Driehaus W. vµ nnk, 1998). C¸c c«ng nghÖ xö lý arsen trong n−íc ngÇm • C¸c nhãm gi¶i ph¸p c«ng nghÖ chñ yÕu: • T¹o kÕt tña - L¾ng • Keo tô - L¾ng • Läc • HÊp phô • ¤xy ho¸ • Läc mµng • Oxy ho¸ quang n¨ng, … • Cã nhiÒu gi¶i ph¸p c«ng nghÖ rÎ tiÒn, thËm chÝ kh«ng tèn kÐm chi phÝ. C¸c gi¶i ph¸p t¹m thêi, rÎ tiÒn th−êng kh«ng ®¸p øng ®−îc tiªu chuÈn cña WHO (10 ppb). CÇn thiÕt ph¶i sö dông nh÷ng gi¶i ph¸p dµi h¹n, hay sö dông kÕt hîp mét sè c«ng nghÖ. 7 C¬ chÕ qu¸ trinh xö lý Asen In solution In sand filter iron oxidation iron oxidation iron coagulation iron precipitation on sand arsenic oxidation arsenic oxidation arsenic co-precipitation arsenic co-precipitation 1. T¹o kÕt tña - L¾ng • T¹o c¸c chÊt kÕt tña víi c¸c ion tan trong dung dÞch. S¾t th−êng tån t¹i trong n−íc ngÇm ë d¹ng Hydro cacbonat S¾t (II) hoµ tan. Khi gÆp oxy, sÏ ®−îc oxy ho¸ vµ t¹o thµnh chÊt kÕt tña. C¸c hîp chÊt cña Arsen cã kh¶ n¨ng hÊp phô lªn c¸c ‘’b«ng’’ kÕt tña ®ã (Ph−¬ng ph¸p céng kÕt tña) • C¸c tr¹m xö lý n−íc ngÇm chøa s¾t th−êng ®−îc thiÕt kÕ theo c«ng nghÖ lµm tho¸ng - l¾ng - läc. Nh÷ng tr¹m nµy còng khö ®−îc arsen mµ kh«ng dïng ho¸ chÊt keo tô. 8 2. Keo tô • Dïng c¸c chÊt keo tô, nh− c¸c muèi cña S¾t hoÆc Nh«m (phÌn), chuyÓn arsen tõ d¹ng tan sang d¹ng kh«ng tan nhê ph¶n øng ho¸ häc, sau ®ã t¸ch ra khái n−íc nhê l¾ng hoÆc läc. - Cã thÓ ph¶i oxy ho¸ s¬ bé vµ/hoÆc ®iÒu chØnh pH. - Xö lý cÆn th¶i chøa arsen tõ qu¸ tr×nh keo tô? • PhÌn s¾t th−êng cho hiÖu qu¶ xö lý cao h¬n so víi cïng mét l−îng phÌn nh«m, ®é dao ®éng pH cho phÐp lín h¬n. • So s¸nh hiÖu qu¶ khö arsen víi 3 lo¹i phÌn keo tô kh¸c nhau: FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3: FeCl3 cho phÐp ®¹t hiÖu suÊt khö arsen cao nhÊt: > 90 %. 3. läc • - VËt liÖu th«ng th−êng: c¸t, than antraxit, than ho¹t tÝnh d¹ng h¹t, ... • - VËt liÖu rÎ tiÒn ë ®Þa ph−¬ng: v¶i, than, s¬ dõa Ðp, x¬ m−íp, sái nhá, ... 9 4. HÊp phô: • Arsen cã thÓ ®−îc hÊp phô lªn bÒ mÆt cña c¸c vËt liÖu d¹ng h¹t, h¹t sÐt hay vËt liÖu gèc xellulo nh−: Than ho¹t tÝnh; than ho¹t tÝnh ®· xö lý b»ng mét sè hîp chÊt kim lo¹i; c¸c hîp chÊt oxyt s¾t, oxyt titan, oxyt silic; sÐt kho¸ng (caolanh, bentonite, ...); boxit, hematite, felspat; nhùa tæng hîp trao ®æi anion; chitin vµ chitosan; bone char; c¸t bäc mét líp oxyt s¾t hoÆc dyoxit mangan MnO2; c¸c vËt liÖu xellulo (mïn c−a, bét giÊy b¸o), vv... • HiÖu suÊt xö lý t¨ng nÕu sö dông c¸c chÊt oxy ho¸ hç trî qu¸ tr×nh hÊp phô arsen. • Dïng m¹t s¾t (Fe ho¸ trÞ 0) Fe = 2000 mg/l. HiÖu suÊt lu«n ®¹t > 93%. • Sù cã mÆt cña Sulffat lµm t¨ng hiÖu suÊt xö lý, trong khi Phosphate l¹i lµm øc chÕ. • t = 12 h ... 3,5 ng®. 10