Nghiên cứu xử lý asen trong nước bằng phương pháp hoá học và hấp phụ

Viện khoa học công nghệ môi trường Đồ án tt nghip Danh mục hình Hình 1: Các đờng sâm nhập Asen vào thể ngời 12 Hình 2: Đồ thị biểu diễn phần mol H3AsO3, H2AsO3-, HasO32-, AsO33-, theo pH Hình 3: Đồ thị biểu diễn phần mol H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42-, AsO43- theo pH Hình 4: Đồ thị biểu diễn biến thiên phần molcủa HOCl OCltheo pH 21 Hình 5: Đồ thị biểu diễn biến thiên số tốc độ phản ứng As(III) + Cl2 theo pH 2 Hình 6: Đồ thị biểu diễn biến thiên nồng độ As(III) nớc Yên Phụ. .22 Hình 7: Hệ thống phân tích xác đinh nồng độ As kỹ thuật Hydrua hóa thiết bị quang phổ ICP 34 Hình 8: Đờng chuẩn KMnO4 0.1 1.0 mg/l 36 Hình 9: Đờng chuẩn KMnO4 1.0  10 mg/l……………………………… …… 37 H×nh 10: KiĨm tra phơng pháp phân tích nồng độ KMnO4 37 Hình 11: Đờng chuẩn Fe(II)pp Ophenaltrolin42 Hình 12: Các đờng cong động häc øng víi C1 vµ C2 (C1 > C2) ……………… 46 Hình 13: Đờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 48 Hình 14: Đồ thị để tìm số phơng trình Langmuir 49 Hình 15: Đờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich vùng tuyến tính 50 Hình 16: Đồ thị để tìm số phơng tr×nh Freundlich …………… 50 Hồ Đức Cường _Lớp CNMT_K47 Viện khoa học công nghệ môi trường Đồ án tt nghip Hình 17: Hệ thống thiết bị ICP .52 Hình 18: Khả ôxi hoá ôxi không khí với hàm lợng Fe(II)= 2mg/l 54 Hình 19: Khả ôxi hoá ôxi không khí với hàm lợng Fe(II)= 5mg/l55 Hình 21: Khả ôxi hoá ôxi không khí với hàm lợng Fe(II)= 7mg/l 55 Hình 20: Khả ôxi hoá ôxi không khí với hàm lợng Fe(II)= 8mg/l 56 Hình 22: Đồ thị biểu diễn hiệu suất ôxi hoá Fe(II) ôxi không khí theo hàm lợng Fe(II) đa vào thời điểm 10 phút 57 Hình 23: Đồ thị biêu diễn khả ôxi hóa As(III) KMnO theo thời gian 59 Hình 24: Đồ thị biêu diễn khả ôxi hãa As(III) b»ng FAC theo thêi gian ……60 H×nh 25: Khả hấp phụ As(III) Fe(OH)3 (trờng hợp Fe(OH)2 = 2mg/l) 62 Hình 26: Khả hấp phụ As(III) Fe(OH)3 (trờng hợp Fe(OH)2 = 5mg/l).63 Hình 27: Khả hấp phụ As(III) Fe(OH)3 (trờng hợp Fe(OH)2 = 8mg/l).64 Hình 28: Đồ thị biểu diễn khả hấp phụ As(III) theo nồng độ Fe(II) đa vào thời điểm 10 phút .65 Hình 29: Khả xử lý Asen theo thêi gian( Fe(II) = 2mg/l, Cl2=2.6 mg/l… … 67 Hình 30: Khả xử lý Asen theo thời gian(Fe(II) = 5mg/l, Cl2=6.34 mg/l..68 Hình 31: Khả xử lý Asen theo thêi gian( Fe(II) = 8mg/l, Cl2=10.14 mg/l 69 Hình 32: Khả xử lý Asen theo thời gian( Fe(II) = 2mg/l, KMnO4=0.654 mg/l …………………………………………………………………………………… H×nh 33: Khả xử lý Asen theo thời gian( Fe(II) = 5mg/l, KMnO4=1.6369 mg/l Hình 34: Khả xử lý Asen theo thời gian( Fe(II) = 8mg/l, KMnO4=2.619 Hồ Đức Cường _Lớp CNMT_K47 Viện khoa học công nghệ môi trường Đồ án tốt nghiệp mg/l 72 Danh mơc b¶ng Bảng 1: Một số khoáng vật tự nhiên chứa asen .5 Bảng 2: Các công dụng hợp chất chứa asen 15 Bảng 3: Hàm lợng asen nớc dới đất .17 Bảng 4: Giá trị ABs theo nồng độ Fe(II) .42 B¶ng 5: KÕt qu¶ Ôxi hóa Fe(II) ôxi không khí hàm lợng Fe(II)=2mg/l 54 Bảng 6: Kết Ôxi hóa Fe(II) ôxi không khí hàm lợng Fe(II)=5mg/l 54 B¶ng 7: Kết Ôxi hóa Fe(II) ôxi không khí hàm lợng Fe(II)=7mg/l 55 Bảng 8: Kết Ôxi hóa Fe(II) ôxi không khí hàm lợng Fe(II)=8mg/l 56 Bảng 9: Kết Ôxi Hóa Asen (III) KMnO4 với hàm lợng KMnO4=1mg/l 59 Bảng 10: Kết Ôxi Hãa Asen (III) b»ng FAC ,FAC=1mg/l…………………….60 B¶ng 11: KÕt qu¶ xư lý AS (III) trêng hỵp Fe(II) = 2mg/l 62 B¶ng 12: KÕt qu¶ xư lý AS (III) trờng hợp Fe(II) = 5mg/l 62 Bảng 13: Kết xư lý AS (III) trêng hỵp Fe(II) = 8mg/l 63 B¶ng 14: KÕt qu¶ xư lý AS (III) trêng hỵp Fe(II) = 2mg/l,Cl2=2.6mg/l .66 B¶ng 15: KÕt qu¶ xư lý AS (III) trêng hỵp Fe(II) =5mg/l,Cl2=6.34mg/l 67 B¶ng 16: KÕt qu¶ xư lý AS (III) trêng hỵp Fe(II) =8mg/l,Cl2=10.14mg/l 68 B¶ng 17: Kết xử lý AS (III) trờng hợp Fe(II) = 2mg/l,KMnO4=0.664mg/l 69 B¶ng 18: Kết xử lý AS (III) trờng hợp Fe(II) = 5mg/l,KMnO4=1.6369mg/l 70 B¶ng 19: KÕt qu¶ xư lý AS (III) trêng hỵp Fe(II) = 8mg/l,KMnO4=2.619mg/l …71 Hồ Đức Cường _Lớp CNMT_K47 Viện khoa học công nghệ môi trường Đồ án tốt nghiệp mỞ ĐẦU Víi sù ph¸t triển công nghiệp ạt nh nay, đà làm ảnh hởng không nhỏ tới chất lợng nớc bề mặt Điều làm cho nớc ngầm ngày trở nên quan träng viƯc sư dơng cho mơc ®Ých sinh hoạt sản xuất Cùng với nhu cầu sử dụng nớc ngầm ngày tăng yêu cầu tìm hiểu nghiên cứu nớc ngầm ngày trở nên cấp thiết Các nghiên cứu gần cho thấy: nguồn nớc ngầm số khu vực giới nói chung Việt Nam nói riêng bị ô nhiễm asen mức độ khác nhau[3, 4, 5, 33] Asen nguyên tố có độc tính cao Độc tính asen phụ thuộc vào trạng thái hoá trị, dạng tồn Trong đó, asen dạng vô độc dạng hữu cơ, asen trạng thái hoá trị +3 (As(III)) độc trạng thái hoá trị +5 (As(V)) Asen gây nhiễm độc liều lợng nhỏ ảnh hởng đến hầu hết quan thể Vì Asen có ảnh hởng đến sức khoẻ ngời nên tổ chức Y tế giới đà đa giới hạn nồng độ asen nớc uống xuống 10 g/L vào năm 1993 Với ngỡng nồng độ này, nhà khoa học ớc tính khoảng 150 triệu ngời dân ấn Độ, 30 triệu ngời dân Banglades[33], triệu ngời Hồ Đức Cường _Lớp CNMT_K47 Viện khoa học công nghệ môi trường Đồ án tốt nghiệp Trung Quèc phải sử dụng nguồn nớc bị ô nhiễm Asen, Việt Nam số vào khoảng 10,5 triệu ngời[5] Để ngăn ngừa giảm thiểu tác hại sức khoẻ ngời, Asen cần đợc loại khỏi ngn níc tríc sư dơng HiƯn trªn thÕ giới, nhiều phơng pháp xử lý Asen đà đợc nghiên cøu nh : hÊp phơ + läc, ®ång kÕt tđa/keo tụ + lọc, trao đổi ion, lọc màng, phơng pháp điện hoá Trong số đó, hấp phụ + lọc phơng pháp dễ thực hiện, có chi phí vận hành thấp, hiệu loại Asen cao Nớc ngầm thờng nhiễm sắt với hàm lợng cao Trớc đa vào sử dụng, sắt đợc loại khỏi nớc theo quy trình cổ điển: Làm thoáng Lắng Lọc Trong trình này, Fe2+ bị ôxi hoá O2 không khí sinh Fe(OH) Fe(OH)3 hình thành vật liệu hấp phụ as(V) tốt, nên thuận lợi cho xử lý Asen Tuy nhiên, điều kiện khử nớc ngầm, Asen tồn chủ yếu trạng thái hoá trị +3 (As(III)) Khả hấp phụ as(III) sắt(III) hydroxit yếu so với as(V) khoảng pH nớc ngầm (thờng từ đến 7,5) trình ôxy hoá As(III) lên As(V) ôxy xảy chậm[14] Do đó, để tăng hiệu trình hấp phụ Asen Fe(OH)3, as(III) cần đợc ôxy hoá thành as(V) chất ôxy hoá nh clo tự (FAC: free activated Chlorine), ozôn, kali pemanganat, H2O2, Vì trọn đề tài tốt nghiệp Nghiên cứu xử lý Asen nớc phơng pháp hoá học hấp phụ Với nội dung nghiên cứu nh sau: Ngiên cứu khả ôxi hoá Asen tác nhân FAC KMnO4, Khảo sát hiệu suất trình ôxi hóa so sánh hiệu chất ôxi hoá Khảo sát thời gian ôxi hoá Asen tác nhân FAC KMnO4, lựa chọn thời gian lu tối u cho trình Đánh giá khả hấp phụ As(III) As(V) cđa s¾t(III) hydroxit Hồ Đức Cường _Lớp CNMT_K47 Viện khoa học công nghệ môi trường Đồ án tốt nghip Nghiên cứu ảnh hởng nồng độ Fe(II) níc ®èi víi hiƯu st hÊp phơ As(III) chất ôxi hoá Nghiên cứu ảnh hởng cđa nång ®é Fe(II) níc ®èi víi hiƯu st hấp phụ As(V) có sử dụng chất ôxi hoá CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT: FAC : free activated chlorine ( Clo tự hoạt động ) Hồ Đức Cường _Lớp CNMT_K47 Viện khoa học công nghệ môi trng ỏn tt nghip CHƯƠNG I - TổNG QUAN I.1 Tổng quan Asen Asen nguyên tố đặc biệt cần thiết (khi hàm lợng thấp) chất độc cực mạnh (khi hàm lợng đủ lớn) thể ngời sinh vật khác Để hạn chế đợc nhiều tác hại phát huy mặt có ích As cần nghiên cứu địa hoá môi trờng As (nguồn, phân bố, hành vi, chế thâm nhập vào môi trờng thể ngời, tác hại giải pháp hạn chế tác động có hại ) Địa hoá môi trờng As cho tranh toàn cảnh nguồn gốc, mức độ, mối quan hệ ô nhiễm hợp phÇn Hồ Đức Cường _Lớp CNMT_K47 Viện khoa học cơng nghệ mơi trường Đồ án tốt nghiệp m«i trờng, sở khoa học để giải triệt để ô nhiễm môi trờng nguyên tố Asen nguyên tố kim có khối lợng nguyên tử 74,92 Trong bảng hệ thống tuần hoàn, Asen có số thứ tự 33, thuộc nhóm Vb Asen phân bố rộng rÃi vỏ trái đất với hàm lợng trung bình khoảng mg/kg[35] Nó có mặt đất, đá, nớc, không khí dạng vết Trong tự nhiên, Asen tồn bốn dạng hoá trị -3, 0, +3 +5 Bảng 1- Một số khoáng vật tự nhiên chứa Asen[11] Tên khoáng Công thức Tên khoáng Công thức Arsenargenti Ag3As Arsenopyrite FeAsS Chloanthite (Ni, Co)As3-x Cobaltite CoAsS Domeykite Cu3As Enargite Cu3AsS4 Loellinggite FeAs2 Tennantite (Cu,Fe te )12As4S13 Niccolite NiAs Pearceite Ag16As2S11 Safflorite (Co, Fe)As2 Proustite Ag3AsS3 Sperrylite PtAs2 Gersdorffite NiAsS Skutterudite (Co, Ni)As3 Glaucodote (Co,Fe)AsS Orpiment As2S3 Arsenolite As2O3 Realgar AsS Adamite Zn2AsO4OH Asen lµ thành phần 200 khoáng vật khác Khoáng vật phổ biến Arsenopyrite (FeAs 0.9S1.1 ữ FeAs1.1S0.9), tiếp đến khoáng asenua (27 loại), sunfua (13 loại), muối sunfo (65 loại) sản phẩm ôxy hoá chúng (2 dạng ôxit, 11 dạng asenit, 116 dạng asenat dạng silicat)[10] Tên số khoáng vật Asen đợc trình bày bảng Hồ Đức Cường _Lớp CNMT_K47 Viện khoa học cụng ngh mụi trng ỏn tt nghip I.2 Đặc điểm phân bố Asen hợp phần môi trờng tự nhiên [6] I.2.1 Asen đá quặng: Hàm lợng Asen đá magma từ 0.5 2.8 ppm, đá cacbonat 2.0 ppm, đá cát kết 1.2 ppm thấp đá trầm tích (6.6ppm) (A.P Vinogradov 1962) As đợc tập trung thành tạo giàu vật chất hữu nh đá phiến Châu Âu Nhật Bản (13 ppm), ®¸ phiÕn ®en ë Mü (5 – 17 ppm) Asen nguyên tố có nhiều khoáng vật nhất, tới 368 dạng nhóm hydroasenat asenat - víi 213 kho¸ng vËt, sunfurasenat – 73 kho¸ng vật, intemetallit 40 khoáng vật Trong đá phiến sét phần lớn Asen tồn silicat (85.5 92.5%), phần nhỏ lại dạng hợp chất khác nh ôxit, sulfua, asenua (khoảng 14.5%) Việt Nam cha có nhiều nghiên cứu chuyên sâu toàn diện Asen thành tạo tự nhiên Các kết phân tích gần phơng pháp phân tích kích hoạt nơtron hấp thụ nguyên tử, ICP có độ nhạy cao xác định Asen cho thấy, hàm lợng trung bình Asen đá magma không bị biến đổi nhiệt dịch < 13.1 ppm (Nguyễn Kinh Quốc, 1992), trầm tích vùng Tây Bắc Việt Nam dao động khoảng 0.28 1.33 ppm, đá phiến sét thuộc hệ tầng Cò Nòi 0.93 ppm, đá cát kết, bột kết thuộc hệ tầng Yên Châu 0.47 ppm, đá cácbonat thuộc hệ tầng Bản Páp 1.33 ppm (Đỗ Văn ái, 1994) Đá vây quanh ë nhiỊu vïng má ngn gèc nhiƯt dÞch thêng chứa Asen với hàm lợng cao Theo Đặng Mai (2000) hàm lợng As quạng vàng kiểu thạch anh-vàng-sulfua đá phun trào bazan thuộc hệ tầng Việt Nam, khu vực Đồi Bù (Hoà Bình) dao động khoảng từ 50 204 ppm Còn hàm lợng Asen Hồ Đức Cường _Lớp CNMT_K47 Viện khoa học cụng ngh mụi trng ỏn tt nghip đá cát bột kết, phiến silic, phiến sét thuộc hệ tầng Thần Sa đới khoáng hoá thạch anh sulfua vàng khu vực Khau Âu La Hiên (Bắc Cạn, Thái Nguyên) đạt 13.2 ppm, quạng 1292 1442 ppm Hàm lợng trung bình As đá phiến xerixit, phiến sét hệ tầng Cốc Xô thuộc vùng mỏ chì - kẽm Chợ Đồn (Bắc Cạn) đạt tới 97.8 ppm hàm lợng Asen quạng chì - kẽm đạt tới 8205 261824 ppm (Đỗ Văn ái, 2000) Nhìn chung, hàm lợng As số vùng mỏ nguồn gốc nhiệt dịch cao so với khu vực khoáng hoá I.2.2 Asen đất vỏ phong hoá Hàm lợng trung bình Asen ®Êt tõ ppm – ppm (K.Bowen, 1979), đất Mỹ 1.7 ppm, Pháp vµ Italia – ppm, Canada – 6.3 ppm, NhËt Bản 3.5 52 ppm, Liên Xô 3.6 ppm Các kiểu đất khác hàm lợng As, hàm lợng trung bình Asen đất phát triển đá cát kết Thái Lan 2.4ppm, Nhật Bản 4ppm, Hàn Quốc 4.6ppm, Canada 5.8ppm, đất Laterit Australia 3ppm Đất phong hoá từ sét kết giàu Asen hơn: Bungari 3.4ppm, Thái Lan 12.8ppm, Anh 25ppm nớc ta tài liệu địa hoá Asen đất.Một số nghiên cứu gần (Đỗ Văn ái,2000) phân bố Asen đất vỏ phong hoá Việt Nam cho thấy: Hàm lợng trung bình Asen đất Tây Bắc giao động khoảng 2.6-11ppm Đất hình thành đá biến chất: phiến xerixit, phiến mica, phiến amphibolit thuộc hệ tầng Nậm Cô, đất đá biến chất thuộc hệ tầng Suối Chiêng có hàm lợng Asen không cao, khoảng 2.6ppm Đất dốc tụ đávôi thuộc diệp Đồng Giao 2.87ppm, đất phát triển cát kết, bột kết, sét kết thuộc hệ tầng Cẩm Thuỷ, cát kết, bột kết thuộc điệp Yên Châu trung H c Cng _Lp CNMT_K47