N.V.Anh-Xu ly nuoc cap-Xu ly Asen

Một số công nghệ xử lý Arsen nớc ngầm, phục vụ cho cấp nớc sinh hoạt đô thị v" nông thôn PGS TS Nguyễn Việ Việt Anh Trung tâ tâm Kỹ thuậ thuật môi tr trờng đô thị v khu công nghiệ nghiệp (CEETIA), Tr Trờng Đại học Xây dựng Giới thiệu arsen? Arsen l nguyên tố hình th nh tự nhiên vỏ Trái đất Các hợp chất arsen vô cơ: Arsenat (As(V), arsenite (As(III), arsenic sulfide (HAsS2), arsen nguyên tố (As0) v arsen dạng khí Arsine AsH3 (As(-III)) - Các hợp chất Arsenate (As(V): H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42, AsO43- - Các hợp chất Arsenite (As(III): Các hợp chất arsen vô bị khử, nh H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-, AsO33- Các hợp chất arsen hữu cơ: (CH3)2AsO(OH), C6H5AsO(OH)2, vv Các dạng hợp chất hữu arsen thờng độc so với hợp chất arsen vô PGS TS Nguyễn Việt Anh, Trờng ĐHXD Giới thiệu arsen? Trong MT khử (lòng đất): VK kỵ khÝ (Methanogenic bacteria) khö As(V) sang As (III) v Metyl hoá chúng, tạo nên Methylarsenic hay Dimethyl arsenic acid acid CH3AsO(OH)2 (cacodylic) (CH3)2AsO(OH) Những chất n y đợc Methyl hoá tiếp tạo Trimethylarsine bay độc v Dimethylarsine (III) độc Nồng độ hợp chất Arsenat As(IV) n−íc −íc ngÇ ngÇm phơ th thc v5p pH PGS TS Ngun ViƯt Anh, Tr−êng §HXD Arsen tån phổ biến môi trờng xung quanh, v ngời tiếp xúc với lợng nhỏ chúng Con đờng thâm nhập chủ yếu arsen v o thể l qua đờng thức ăn (trung bình 25 - 50 ug/ngđ), ngo i lợng nhỏ qua n−íc ng v kh«ng khÝ Mét sè lo i cá v thuỷ sản dùng l m thực phẩm chứa arsen cao bình thờng, nhng lợng arsen n y thờng tồn dới dạng hợp chất arsen hữu Ýt ®éc As tÕ b o thùc vËt: 0,01 ppm / trọng lợng khô Thực vật biển: nhiều As Tảo biển, tảo nâu: 94 ppm Tế b o ngời: < 0,3 ppm Tôm cá biển: 120 ppm/trọng lợng khô Công dụng: Sản xuất thuốc trừ sâu, diệt cỏ (cả arsen hữu v arsen vô cơ) Bảo quản gỗ (Thuốc nhuộm, sơn.) Luyện kim (tăng độ cứng đồng); Gốm v thuỷ tinh, Bán dẫn, Điện tử, Y học, Hoá chất, vv Trớc kia, hợp chất arsen vô cơ: sơn, thuốc nhuộm, bả chuột, thuốc chữa số bệnh truyền nhiễm nh hen, vảy nến, PGS TS Ngun ViƯt Anh, Tr−êng §HXD NhiỊu vïng giới bị ô nhiễm hay có dấu hiệu bị ô nhiễm arsen nớc ngầm với h m lợng cao, nh ấn độ, Bangladesh, Mông cổ, Đ i loan, Ghana, Achentina, Chilê, 97% dân số Bangladesh (116 triệu ngời) sử dụng nớc ngầm l m nguồn nớc cấp cho sinh hoạt Trong số có tíi 77 triƯu ng−êi sư dơng ngn n−íc cã chøa arsen víi h m l−ỵng 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 mg/L PGS TS Ngun ViƯt Anh, Tr−êng §HXD n People at risk n natural a anthropogenic m mine waste Arsen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe ng−êi nh− thÕ n5o? Mét lợng lớn Arsen gây chết ngời Mức độ ô nhiễm nhẹ dẫn đến thơng tổn mô hay hệ thống thể Khi Arsen thâm nhập qua miệng: đau rát hệ thống tiêu hóa, buồn nôn, nôn mửa v tiêu chảy Ngo i bị giảm lợng hồng cầu v bạch cầu máu, rối loạn tim mạch, tổn thơng mạch máu, suy gan, thận, rối loạn thần kinh, gây cảm giác nh bị gai đâm v o lòng b n chân v tay Arsen có ảnh hởng tới sức khỏe ngời nh n5o? Khi bị nhiễm độc Arsen dạng hợp chất vô qua đờng miệng: l xuất vết m u đen v sáng da, hạt ngô nhỏ lòng b n tay, lòng b n chân v nạn nhân Nếu không đợc chữa trị cách v kịp thời, hạt nhỏ n y biến chứng gây ung th da Arsen tăng nguy gây ung th− c¬ thĨ, nhÊt l ë gan, thËn, b ng quang v phổi Nhiễm độc hợp chất Arsen vô qua đờng hô hấp: đau nhẹ đến đau nhøc da, m¾t, miƯng, , bƯnh ung th− phỉi PGS TS Nguyễn Việt Anh, Trờng ĐHXD Arsen có ảnh hởng tới sức khỏe ngời nh n5o? Ô nhiễm arsen qua đờng hô hấp với nồng độ khoảng 200 ug/m3 thờng gây đau rát mũi, họng v da nơi tiếp xúc Bị nhiễm độc mức cao có triệu chứng tơng tự nh ô nhiễm mạn tính qua đờng miệng mức trung bình Arsen có ¶nh h−ëng tíi søc kháe ng−êi nh− thÕ n5o? US EPA: víi l−ỵng tiÕp nhËn h ng ng y ug/kg.ngđ (khoảng 50 - 100 ug ngời lín) thêi gian d i cã thĨ dÉn tíi nguy ung th da với xác suất 0.1% (1/1000) Lợng n y tơng đơng với sử dụng nớc nguồn « nhiƠm arsen víi h m l−ỵng 25 - 50 ug/l đời ngời Hít thở thờng xuyên không khÝ chøa 1ug/m3 arsen cã thĨ dÉn ®Õn ung th− với xác suất khoảng 0.4% (4/1000) PGS TS Nguyễn Việt Anh, Trờng ĐHXD Nồng độ giới hạn cho phép arsen nớc uống (TCVN): 10 ug/l WHO: đs hạ thấp nồng độ giới hạn cho phép Arsen n−íc cÊp uèng trùc tiÕp xuèng 10 ug/l US EPA, EU: h−íng tíi - 20 ug/l §øc: 10 ug/l từ 1/1996 (Driehaus W v nnk, 1998) Các công nghệ nghệ xử lý arsen nớc ớc ngầ ngầm Các nhóm giải pháp công nghệ chủ yếu: ã Tạo kết tủa - Lắng ã Keo tụ - Lắng ã Lọc ã Hấp phụ ã Ôxy hoá ã Lọc m ng ã Oxy hoá quang năng, ã PGS TS Nguyễn Việt Anh, Trờng ĐHXD Có nhiều giải pháp công nghệ rẻ tiền, chí không tốn chi phí Các giải pháp tạm thời, rẻ tiền thờng không đáp ứng đợc tiêu chuẩn WHO (10 ppb) Cần thiết phải sử dụng giải pháp d i hạn, hay sử dụng kết hợp số công nghệ Cơ chế 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 T¹o kÕt tủa , Lắng Tạo chất kết tủa với ion tan dung dịch Sắt thờng tồn nớc ngầm dạng Hydro cacbonat Sắt (II) ho tan Khi gặp oxy, đợc oxy hoá v tạo th nh chất kết tủa Các hợp chất Arsen có khả hấp phụ lên kết tủa (Phơng pháp cộng kết tủa) Các trạm xử lý nớc ngầm chứa sắt thờng đợc thiết kế theo công nghệ l m thoáng - lắng - lọc Những trạm n y khử đợc arsen m không dùng hoá chất keo tơ PGS TS Ngun ViƯt Anh, Tr−êng §HXD Keo tơ Dïng c¸c chÊt keo tơ, nh− c¸c mi Sắt Nhôm (phèn), chuyển arsen từ dạng tan sang dạng không tan nhờ phản ứng hoá học, sau tách khỏi nớc nhờ lắng lọc - Có thể phải oxy hoá sơ v /hoặc điều chỉnh pH - Xử lý cặn thải chứa arsen từ trình keo tụ? Keo tụ Phèn sắt thờng cho hiệu xử lý cao so với lợng phèn nhôm, độ dao động pH cho phép lớn So sánh hiệu khử arsen với loại phèn keo tụ khác nhau: FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3: FeCl3 cho phép đạt hiệu suất khử arsen cao nhất: > 90 % PGS TS Ngun ViƯt Anh, Tr−êng §HXD lọc - Vật liệu thông thờng: cát, than antraxit, than hoạt tính dạng hạt, - Vật liệu rẻ tiền địa phơng: vải, than, sơ dừa ép, xơ mớp, sỏi nhỏ, Hấp phụ: Arsen đợc hấp phụ lên bề mặt vật liệu dạng h¹t, h¹t sÐt hay vËt liƯu gèc xellulo nh−: Than hoạt tính; than hoạt tính đs xử lý số hợp chất kim loại; hợp chất oxyt sắt, oxyt titan, oxyt silic; sÐt kho¸ng (caolanh, bentonite, ); boxit, hematite, felspat; nhựa tổng hợp trao đổi anion; chitin v chitosan; bone char; cát bọc lớp oxyt sắt dyoxit mangan MnO2; c¸c vËt liƯu xellulo (mïn c−a, bét giấy báo), vv Hiệu suất xử lý tăng sử dụng chất oxy hoá hỗ trợ trình hÊp phơ arsen PGS TS Ngun ViƯt Anh, Tr−êng §HXD Dùng mạt sắt (Fe hoá trị 0) Fe = 2000 mg/l Hiệu suất đạt > 93% Sự có mặt Sulffat l m tăng hiệu suất xử lý, Phosohate l¹i l m øc chÕ t = 12 h 3,5 ngđ Oxyt nhôm kim loại hoạt hoá Vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ nhôm, có khả tách arsen dạng tồn phỉ biÕn ë n−íc l As (III) v As(V): PEI's Aqua-BindTM - Arsenic PGS TS Ngun ViƯt Anh, Tr−êng ĐHXD Nhôm hoạt hoá Nhôm hoạt hoá có tính lựa chọn cao As(V) Cần tính đến khả ho n nguyªn v thay thÕ vËt liƯu läc sử dụng H m lợng sắt nớc nguồn c ng cao, hiƯu st khư arsen v chu kú l m việc hai lần ho n nguyên c ng tăng Hạn chế: lợng vật liệu hấp phụ thải lín: 50 - 200 g / m3 n−íc (gÊp gÇn 10 lần so với lợng cặn tạo th nh sử dụng phơng pháp keo tụ phèn sắt) Sử dụng mạt sắt kết hợp với cát Công nghệ giảm thiĨu arsen AsRT: Cét läc víi vËt liƯu hÊp phơ mạt sắt trộn lẫn với cát thạch anh Hệ thèng bao gåm cét läc nèi tiÕp - Cét thø nhÊt víi vËt liƯu läc 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) arsen (trong điều kiện thiếu oxy) Mạt sắt (`các Ion sắt hoá trị 0), khử arsen vô th nh dạng kết tủa với sắt, hỗn hợp kết tủa, hay kết hợp với sulfat tạo Pyrit arsen Arsen nớc đợc giữ lại cột lọc Arsen nớc sau xử lý đạt dới 27 ppb PGS TS Nguyễn Việt Anh, Trờng ĐHXD Hydroxyt sắt ã Vật liệ liƯu hÊp phơ: phơ: bét giÊy b¸o cã phđ phđ lớp Hydroxyt sắt (III) (Giấy (Giấy báo cắ cắt vụn đợ đợc trộ trộn với khoá khoáng chất Blender v nghiỊn nhá nhá th nh bét Sau ®ã tré trộn với hydroxyt sắt v khuấy đều, ều, l m hydroxyt sắt bá bám v o cá sợi xellulo) xellulo) Hydroxyt sắt dạng hạt: cột hấp phụ Driehaus Vật liệu n y có khả hấp phụ cao: Nång ®é arsen n−íc tr−íc xư lý 100 – 180 ppb, sau xử lý đạt < 10 ppb Laterite §Êt sÐt cã m u ®á, rÊt phỉ biÕn ë vùng nhiệt đới Th nh phần chủ yếu Laterite l Hydroxyt Sắt v Nhôm, oxyt ngậm nớc chúng, v lợng nhỏ hợp chất Mangan, Titan điều kiện tự nhiên, loại đất sét n y có điện tích bề mặt dơng, có khả hấp phụ chất bẩn mang điện tích âm nh Arsenic Có thể đa laterite trực tiếp v o n−íc cÇn xư lý nh− chÊt hÊp phơ, sau để lắng, sử dụng l m vËt liƯu hÊp phơ bĨ läc PGS TS Nguyễn Việt Anh, Trờng ĐHXD Trao đổi Ion Anion axit m¹nh (Cl-): chun gèc arsenate H2AsO4sang arsenate H2AsO42- Arsen sau xư lý cã thĨ h¹ thÊp tíi d−íi ppb Ho n nguyên: NaCl Oxy hoá L m thoáng cách sục không khí v o nớc, oxy hoá arsen v sắt có nớc, tạo chất kết tủa FeAsO4 L m thoáng đơn giản v lắng: arsen đợc tách với Hydroxyt Sắt kết tủa Hiệu suất xử lý đạt 25% nớc ngầm chứa nhiều sắt Phản ứng oxy hoá quang hoá nhờ lợng xạ (SORAS): oxy hoá quang hoá As(III) th nh As(V) nhờ ánh sáng mặt trời, sau ách As(V) khỏi nớc nhờ hấp phụ hạt Fe(III) - Tăng cờng hiệu suất nhờ nhỏ thêm v i giọt chanh, giúp cho trình tạo keo Fe(III) H m lợng sắt nớc ngầm mg/l, cờng độ xạ UV-A 50 Wh/m2 PGS TS Ngun ViƯt Anh, Tr−êng §HXD Filter design: aeration step Advantage: aeration assures oxygen saturation for iron oxidation Disadvantage: construction requires special material and skills, higher costs not yet widespread in Northern Vietnam Oxy quang hoá Loại bỏ Arsenite (As(III)) v chất ho tan khác nh Sắt, Phosphorus, Sulfur, khỏi nớc cách đa chất oxy hoá v chất hấp phụ quang ho¸: chiÕu tia cùc tÝm v o n−íc råi sau lắng Chất oxy hoá l oxy tinh khiết sục khí Chất hấp phụ quang hoá có thĨ l Fe(II), Fe(III), Ca(II) Cã thĨ sư dơng ¸nh sáng mặt trời l m nguồn tia cực tím Phản ứng xảy nhiệt độ phòng v ánh sáng thấp, không đòi hỏi thiết bị phức tạp Do As(III) bị oxy hoá th nh As(V) với tốc độ chậm, sử dụng chất oxy hoá mạnh nh Cl2, H2O2 O3 Phần lớn chi phí xử lý l chât oxy ho¸ n y (Khoa G.H., Emett M.T et al, 1997) PGS TS Ngun ViƯt Anh, Tr−êng §HXD PGS TS Ngun Việt Anh, Trờng ĐHXD Chng cất lợng mặt trời Phơng pháp n y sử dụng lợng mặt trời để l m bốc nớc, sau cho nớc ngng tụ lại Quá trình bay v ngng tụ nớc tách tất chất, có arsen khỏi nớc - nớc vùng nhiệt đới, với nguồn lợng mặt trời sẵn có Lọc m"ng Có nhiều loại m ng lọc đợc sử dụng nh vi lọc, thẩm thấu ngợc, điện thẩm tách, siêu lọc v lọc nano PGS TS Nguyễn Việt Anh, Trờng ĐHXD 10 Phơ ng phá Phơng ph¸p sinh häc – sư dơng biofilter & iron oxidysing bacteria Arsenic removal by biofilter PGS TS Ngun ViƯt Anh, Tr−êng §HXD ... thiết phải sử dụng giải pháp d i hạn, hay sử dụng kết hợp số công nghệ Cơ chế qu¸ trinh xư lý Asen In solution In sand filter iron oxidation iron oxidation iron coagulation iron precipitation