ô nhiễm asen và phương pháp xử lý

luận văn về ô nhiễm asen và phương pháp xử lý

1 MỤC LỤC LI M U . 4 NG QUAN . 5 1.1. Ô nhi lý 5 1.1.1 Dng tn ti ca Asen trong t nhiên 5 c tính ca Asen . 8 1.1.3 Tình trng ô nhim Asen . 10 1.1.4 Mt s công ngh x lý ô nhim asen . 17 1.2 Ô nhim photphat và  lý . 20 1.2.1 Ô nhim photphat 20 1.2.2 X lý ô nhim photphat 21 1.3 S dng Than hot tính và Zirconi trong hp ph x lý Asen và photphat 24 1.3.1 Than hot tính 24 1.3.2 C nh Zr trên ch loi b As và Photphat 27 C NGHIM . 35 2.1 Mc tiêu và ni dung nghiên cu ca lu 35 2.1.1 Mc tiêu nghiên cu 35 2.1.2 Ni dung nghiên cu . 35 2.2 Hóa cht, dng c . 35 2 2.2.1 Dng c . 35 2.2.2 Hóa cht và vt liu . 36  dng trong thc nghim 38 nh PO 4 3- . 38 nh As by ngân bromua . 39 nh Zr bi arsenazo (III) . 41 2.4 C nh Zirconi trên than hot tính và nha XAD-7 43 2.4.1 C nh Zr (IV) trên nha XAD-7 43 2.4.2 Ch to vt liu than hot tính c nh Zr(IV) 44 c tính ca vt liu hp ph 44 i trng hp ph ci 44 2.5.2 nh giá tr n ca vt liu 45 2.5.3 Nhiu x -ray diffactionXRD) . 46 n t quét (SEM) 48 2.5.5 t trng (TGA) . 50 T QU VÀ THO LUN . 51 3.1 Nghiên cu ch to vt liu hp ph . 51 3.1.1 Kho sát ng ca n axit trong quá trình ch to vt liu than hot tính c nh Zr (IV) 51 3.1.2 Kho sát ng ca thi gian trong quá trình ch to vt liu than hot tính c nh Zr (IV) 53 3 3.1.3 Khc tính ca mt s loi vt liu 54 3.2 Kho sát kh p ph asen và phophat các vt liu . 61 3.2.1 Kho sát ti trng hp ph photphat ca các vt liu 61 3.2.2 Kho sát ti trng hp ph As ca các vt liu . 68  p ph photphat và asen ca các vt liu . 76 3.3 Nghiên cu kh ng dng x lý asen ca vt liu . 79 3.3.1 Nghiên cu kh i hp tái s dng ca vt liu 79 3.3.2 Kho sát ng cn kh p ph As ca vt liu 80 3.3.3 Kho sát hp ph ng ca vt liu vi As . 83 3.3.4 Kt qu x lý mu thc t . 84 KT LUN . 85 TÀI LIU THAM KHO . 87 4 LỜI MỞ ĐẦU Hin nay, tình hình ô nhim ngu c nói chung và ngu c sinh hot nói riêng bi asen là v toàn xã hi quan tâm khi nhu cu v chng cuc sng ngày càng cao. Theo các nghiên cu gi dân Hà Ni và mt s tnh min bc (thung bng sông Hng), min nam (thung bng sông C phi s dng asen cao gp t 10 n n tiêu chun c sch. u này ng nghiêm trng và trc tip ti sc kho ca con i, do s c hi ca asen mang li. Nó gây ra rt nhiu loi nguy hi i  ng vi chúng ta. Vic loi b   c thi c   , nhà máy hay xí nghic loi b c bit là nguc ngm là vô cùng cn thit và cp bách. Than hot tính t c s d làm sc. Tuy nhiên, ng dng ca nó trong x c mi ch dng li  vic loi b các hp cht h và mt s các thành phn không phân cng nh c. Vi mng dng ca than hot tính trong vic x c sinh hoc bit là loi b c hin nghiên c  tài: Nghiên cứu xử lý các hợp chất asen và photphat trong nguồn nước ô nhiễm với than hoạt tính cố định Zr (IV). 5 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Ô nhiễm Asen và phương pháp xử lý 1.1.1 Dạng tồn tại của Asen trong tự nhiên Asen (s hiu nguyên t 33) là mt nguyên t rt ph bin và xp th 20 trong t nhiên, chim khong 0.00005% trong v t, xp th c bin và th  i [4]. Nó có trong hu ht các loi hàm ng t 0,n 2,5 mg/Kg. Asen  dng tinh th có màu xám bc, ròn và có khng nguyên t là 74,9; trng riêng là 5,73, tan chy  nhi 817 0 i áp sut 28 atm), sôi  613 0 C và áp su 372 0 C. K t   c tinh ch       i Albertus Magnus, nguyên t này liên tc là trung tâm ca các cuc tranh lun. Asen di chuyn trong t nhiên nh các hong ca thi tit, ca h sinh vt, các ho     t phun trào núi la và các ho ng ca con i. M t và thm th 8 và 2380x10 8 gam asen. Hu ht các v ng là kt qu ca s n au kin t nhiên. Tuy nhiên, các hong khai thác m, cùng vi khai thác nhiên liu hóa thch, s dng thuc tr sâu có asen, các thuc dit c, các cht làm khô nông sn, các ph gia có asen trong th o ra thêm nhng nh hng. Arsen tn ti vi s oxi hóa -3, 0, +3 và +5. Các trng thái t nhiên bao gm các asenious axit (H 3 AsO 3 , H 3 AsO 3 , H 3 AsO 3 2- ,), các asenic axit (H 3 AsO 4 , H 3 AsO 4 - , H 3 AsO 4 2- , các asenit, asenat, metyl-asenic axit, dimethylarsinic axit,   ng ng thy trong t nhiên ca arsen là asenit (AsO 3 3- ) và asenat (AsO 4 3-     sen (III) và Asen (V). Dng As (V) hay các asenat gm AsO 4 3- , HAsO 4 2- , H 2 AsO 4 - dng As (III) hay các asenit gm H 3 AsO 3 , 6 H 2 AsO 3 - , HAsO 3 2- và AsO 3 3- . Các dng tn ti ca Asen trong t nhiên ph thuc nhiu king. 1.1.1.1 Ảnh hưởng của pH [5] Hình 1.1 Ảnh hưởng của pH đến dạng tồn tại của Asen Mt s dng dng tn ti ca As: As (III), As (V), chu cân bng axit-b, vì th s có mt ca các dng tn ti chính và các dng ph s da vào pH. As(OH) 3 s phân ly liên ti H 3 AsO 3  H 2 AsO 3 - + H + pK 1 = 9,2 H 2 AsO 3 -  HAsO 3 2- + H + pK 2 = 12,1 HAsO 3 2-  3 3- + H + pK 3 = 12,7 Hình 1.1 cho thy ti pH trung tính, H 3 AsO 3 chim t l chính trong khi H 2 AsO 3 - ch chim 1 t l rt nh (<1%) và s có mt ca HAsO 3 2- và AsO 3 3- là  As (V) là mt axit 3 n: H 3 AsO 4  H 2 AsO 4 - + H + pK 1 = 2,3 H 2 AsO 4 -  4 2- + H + pK 2 = 6,8 HAsO 4 2-  4 3- + H + pK 3 = 11,6 7 Ti pH 7, cân bng ch yu tn ti dng H 2 AsO 4 - và HAsO 4 2- .  pH < 5,    còn dng H 2 AsO 4 - , s có mt ca các dng khác không . 1.1.1.2 Ảnh hưởng của pH-E h Th ôxi-hóa kh và pH là các yu t quyn dng tn ti ca Asen trong.  u kin ôxi-hóa, và pH thp (nh ng H 2 AsO 4 - chi, trong khi  pH cao HAsO 4 2- li chi (H 3 AsO 4 0 và AsO 4 3- ch có th tn tng axit u kin kh và pH thp (nh n chi H 3 AsO 3 0 (Hình 1.2)[23] Hình 1.2 Đồ thị E h -pH các dạng tồn tại của As trong hệ gồm As-O 2 -H 2 O tại 25 o C và áp suất 1 bar [23] Quá trình hp ph t yu t quyn các dng tn ti ca asen. Các phân t sc bit có kh p ph tt As vì vy nó là yu t quyn s di chuyn cc ngng st 8 i ln mà nhiu vùng c ngm b ô nhi khi qua quá trình x lý st (l t tiêu chuc sch [7][22]. Hình 1.3 cho bit các dng tn ti ca As trong h As-Fe-H 2 O   có n s hp ph asen trên FeOOH (Hfo).  th cho thy kh p ph tt asen (asenate)  vùng pH gu kin ôxi hóa và kh yu.  u kin ôxi hóa, dng tn ti ca As trong dung d c 2 vùng pH, khi c gim.  u kin ôxi hóa mnh, các dng asenite chi  mt vùng pH rng, do liên kt ca nó vi Hfo không nh [20]. Hình 1.3 Đồ thị E h -pH của hệ As-Fe-H 2 O [20] 1.1.2 Độc tính của Asen i vi c thc vng vc chng minh là nhân t i vic ca i vi sc khe con i theo các m t tn và d dày. c tính cnh ph thuc vào các dng tn ti ci v sng, bao gng vt khác, nhng dng Asen vô ng As h s LD 50 qua ming (ling gây 9 cht trung bỡnh 50% qun th nghiờn cui vng l 15- 293mg/kg v 11-150mg/kg th trng ca chung vt thớ nghim khỏc. Tip xỳc vi 70-80 mg As 2 O 3 nh l nguy him n tớnh mng i vi [5]. c tớnh ca cỏc hp chi vi sinh vp cht asen h bii sinh hc c i rt phc tp, tu theo tng hp cht. Hia cú bin phỏp hu hiu cha bnh nhim c asen. Asen vụ c. phỏ hu cỏc mụ trong h hụ hp, trong gan v thn. Nú ng lờn cỏc enzim hom bo cho quỏ trỡnh hụ hp. Cỏc nghiờn cu c chớnh ca asen l do s liờn kt ca nú vi cỏc nhúm sunfuahydryl SH, lm mt chng ca enzim. Asen(V) c ch ng cho t cỏc enzim sinh ra ATP lm chu trỡnh xitric b kỡm hóm. AsO 3 -3 SH SH As O - Enzym + + 2 OH - Enzym SH SH - C C H OPO 3 2- H OH O + PO 4 3- C C O OPO 3 2- H OH O PO 3 2- C C O OPO 3 2- H OH O AsO 3 3- ATP Phân huỷ thành sản phẩm đầu 10  Asen hữu cơ. Các hp cht asen(V) (R-AsO 3 H 2 ) ít nh hn hot tính ca enzim u kin thích hp chúng có th kh v dc  Các hp cht asen(III) bao gm aseno và asenoso . Các hp cht aseno (R-As=As-R) b oxi hoá d dàng ngay c khi có vt oxi, tính hong ca chúng c cho là do s chuyn hoá thành các dn xut aseno tng. Các dn xut này có th c chia thành các hp cht th mt ln và các hp cht th hai ln theo phn ng ca chúng vi nhóm sunfuahydryl . Nhng hp cht th mt ln, ví d R-As=O, phn ng vi enzim cha nhóm -SH. Mt s enzim cha hai nhóm thiol có th phn ng vi hp cht asen th mt ln, bo ra cu trúc vòng 5 cnh. Phn ng này thun nghch vi n thiu trong s oxi hoá ca piruvate, b c ch bng cách này bi liuzit (s dc). 1.1.3 Tình trạng ô nhiễm Asen Hin nay do s bùng n dân s th gii, v cung cc sch cho sinh hot v ln mà xã hi quan tâm. Trong khi ngun nc b mt: sông, sui, ao, h  ô nhim nng bi nc thi sinh hot, nc thi t các nhà máy công nghip thì vic s dng ngun nc ng là mt gii pháp hu hiu cho vic cung c c s c ngm ít chu nh ng b ng ca con ngi. Chng nc ngng t R-As O + 2R'SH R-As SR' SR' protein S S AsCH CHCl + BAL protein SH SH + ClCH CHAsH 2 S S CH CH 2 OH CH2 [...]... Bản đồ ô nhiễm As tại lưu vực sông MeKong –Việt Nam [8] 1.1.4 Một số công nghệ xử lý ô nhiễm asen 1.1.4.1 Công nghệ kết tủa, lắng/lọc Hầu hết các phương pháp xử lý asen đều liên quan đến quá trình kết tủa và lọc, hoặc sử dụng muối kim loại hoặc làm mềm nước bằng vôi Phương pháp xử lý này rất có hiệu quả khi loại bỏ các chất rắn lơ lửng và hoà tan ngoài asen như độ đục, sắt, mangan, phốt phát và florua... màng lọc đặc biệt, các chất gây ô nhiễm được giữ lại nhờ các tương tác vật lý Để xử lý nước bằng phương pháp lọc màng, trước hết người ta phải loại bỏ các chất rắn lơ lửng và đưa asen về dạng As(V) 1.1.4.4 Phương pháp sử dụng thực vật (phytoremediation) Xử lý ô nhiễm bằng thực vật là công nghệ thân thiện với môi trường, ứng dụng phương pháp này trong xử lý As ở những vùng ô nhiễm As đã được một số tác... Sử dụng phương pháp trồng cây để làm hấp thu, loại bỏ lượng As 19 trong đất yêu cầu thời gian dài Tuy nhiên lợi thế của phương pháp này là thân thiện với môi trường, không đưa thêm vào môi trước các hóa chất xử lý nào khác 1.2 Ô nhiễm photphat và các phương pháp xử lý 1.2.1 Ô nhiễm photphat Trong môi trường nước, P tồn tại ở các dạng: H2PO4-, HPO42-, PO43-, dạng polymetaphotphat như: (NaPO3)6 và photpho... giảm mùi, mầu và giảm nguy cơ hình thành các chất ô nhiễm thứ cấp Quá trình kết tủa và lọc để loại bỏ asen cũng sẽ làm tăng chất lượng nước 17 Muối kim loại thường dùng là muối nhôm và muối sắt clorua hoặc sunphat Hiệu quả xử lý asen bằng muối nhôm hoặc muối sắt ở quy mô phòng thí nghiệm có hiệu quả xử lý tới 99% ở các điều kiện tối ưu và nồng độ asen còn lại dưới 1mg/L Còn đối với các hệ xử lý thực tiễn... dưỡng 1.2.2 Xử lý ô nhiễm photphat Biện pháp hiệu quả nhất hiện nay để loại bỏ photphat là tạo ra muối photphat ít tan với sắt, nhôm và canxi và phương pháp sinh học Trong một số trường hợp có thể sử dụng phương pháp hấp phụ và trao đổi ion 1.2.2.1 Kết tủa photphat [1] Kết tủa photphat (đơn và một phần loại trùng ngưng) với các ion nhôm, sắt, canxi tạo ra các muối tương ứng có độ tan thấp và tách chúng... là Yên Phụ (III), Hạ Đình (VI) và Pháp Vân (VIII) bị nhiễm khá nặng Nhưng nguồn nước sau xử lý có nồng độ asen giảm đi rõ rệt, chỉ xấp xỉ trên mức tiêu chuẩn (0,01 mg/L) hoặc đã đạt tiêu chuẩn nước không nhiễm asen (Hong Con, Tran 2001) Bản đồ nhiễm asen của các bãi giếng đang khai thác được thể hiện trên hình 1.7 14 Hình 1.6 Tình hình nhiễm asen ở Hà nội 12/1999 (A-Đông Anh, B-Từ Liêm, C-Gia Lâm,... bảng 1 và hình 2 [20] Bảng 1.1 Hàm lượng asen ở các vùng khác nhau trên thế giới 11 Hình 1.4 Bản đồ phân bố khu vực ô nhiễm asen trên thế giới [20] Ở Trung Quốc, trường hợp bệnh nhân nhiễm độc Asen đầu tiên được phát hiện từ năm 1953 Số liệu thống kê cho thấy 88% nhiễm qua thực phẩm, 5% từ không khí và 7% từ nước uống Đến năm 1993 mới có 1546 nạn nhân của căn bệnh Asenicosis (bệnh nhiễm độc Asen) nhưng... công bố, các kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng ứng dùng Zr vào xử lý ô nhiễm Asen và photphat rất có triển vọng M Suzuki [9] đã nghiên cứu tổng hợp và cố định dạng tinh thể monoclinic và cubic Zr trên nhựa XAD-7, và khảo sát khả năng hấp phụ As (III) và As (V) của vật liệu Kết quả cho thấy dạng monoclinic hấp phụ As tốt hơn nhiều dạng cubic, vật liệu hấp phụ tốt As (III) ở pH từ 9-10, As (V) ở môi... bằng châu thổ sông Ganges nằm giữa Tây Bengal của Ấn Độ và Bangladesh (Chowdhury và cộng sự, 1999) Ở Tây Bengal, trên 40 triệu người có nguy cơ nhiễm độc Asen do sống trong các 12 khu vực có nồng độ Asen cao Tới nay đã có 0,2 triệu người bị nhiễm và nồng độ Asen tối đa trong nước cao gấp 370 lần nồng độ cho phép của WHO Tại Bangladesh, trường hợp đầu tiên nhiễm Asen mới được phát hiện vào năm 1993,... 3 triệu người dân Mỹ có nguy cơ nhiễm độc Asen, mức độ nhiễm Asen trong nước uống dao động từ 0,045 – 0,092 mg/l Còn ở Nhật Bản, những nạn nhân đầu tiên có triệu chứng nhiễm Asen đã được phát hiện từ năm 1971, cho đến năm 1995 đã có 217 nạn nhân chết vì Asen 1.1.3.2 Ô nhiễm Asen tại Việt Nam Do cấu tạo tự nhiên của địa chất, nhiều vùng của nước ta nước ngầm bị nhiễm Asenic (thạch tín) Theo thống kê