4. Ý nghĩa
1.1. Tổng quan về asen
1.1.3. Xử lý Asen
1.1.3.1. Các phương pháp xử lý trên Thế giới
* Các phương pháp hóa học:
- Thông thường xử lý As (V) có hiệu quả hơn xử lý As (III). Nhiều hệ thống xử lý bao gồm cả bước oxy hóa chuyển đổi As(III) thành As(V). Quá trình oxy hóa không loại bỏ asen khỏi dung dịch nhưng nâng cao hiệu quả các quá trình xử lý tiếp theo như cộng kết tủa, hấp phụ, lọc,….
- Oxy hóa bằng không khí [3]: Quá trình diễn ra chậm, thời gian đến hàng tuần. Quá trình oxy hóa có thể được xúc tác bằng vi khuẩn, axit mạnh hoặc dung dịch kiềm, đồng, bột cacbon hoạt tính và nhiệt độ cao.
- Oxy hóa bằng tác nhân hóa học [4]: Oxy hóa trực tiếp bởi nhiều chất khác như Clo, hypoclorit, ozon, permanganate, H2O2, tác nhân Fenton (H2O2/Fe2+).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Oxy hóa và loại asen bằng năng lượng mặt trời (SORAS) [5]:
Sử dụng phản ứng oxy hóa quang hóa As(III) thành As(V) nhờ ánh sáng mặt trời, sau đó tách As(V) ra khỏi nước nhờ hấp phụ bằng các hạt Fe(III).
* Các phương pháp hóa lý:
- Kết tủa và lọc [6]: Muối nhôm và Sắt được thêm vào nước sẽ hình thành dung dịch hydroxit không hòa tan. Những hydroxit kim loại kết tủa kéo theo Asen theo cơ chế cộng kết – hấp phụ. Hiệu quả xử lý ở quy mô phòng thí nghiệm có thể đạt tới 99% ở các điều kiện tối ưu và nồng độ Asen còn dưới 1 ppb. Còn với các hệ thống xử lý thực tiễn ngoài hiện trường thì hiệu quả xử lý thấp hơn trong khoảng 59-90%.
- Làm mềm bằng vôi: Quá trình làm mềm nước bằng vôi có hiệu quả trong việc loại bỏ các ion gây độ cứng đồng thời cũng có hiệu quả trong việc loại bỏ asen tương tự như quá trình kết tủa với muối kim loại. Làm mềm bằng vôi là quá trình vôi thủy phân và kết hợp với axit cacbonic tạo ra canxi cacbonat, hoạt động như là tác nhân hấp phụ đối với việc xử lý asen.
*Phương pháp hấp phụ:
- Hấp phụ lên vật liệu có thành phần là Sắt: Mạt Sắt (Sắt kim loại), Sắt hydroxit, các vật liệu phủ Sắt, oxit Sắt là những vật liệu được sử dụng cho quá trình hấp phụ asen từ nước ngầm. Hiệu quả loại bỏ Asen vô cơ ra khỏi dung dịch của Sắt đạt trên 95% ở cả trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường [7].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Hấp phụ lên nhôm và các hợp chất của nhôm: oxit nhôm hoạt hóa có
khả năng hấp phụ cao hơn 10 lần so với các vật liệu thông thường khi có mặt ion cạnh tranh. Nhôm hoạt hóa sử dụng xử lý hiệu quả đối với nước có hàm lượng chất rắn hòa tan cao. Tuy nhiên, nếu trong nước có các hợp chất của selen, florua, clorua, sulfat với hàm lượng cao chúng có thể cạnh tranh vị trí hấp phụ [8].
- Hấp phụ lên vật liệu có thành phần Mangan dioxit.
- Trao đổi ion: Đây là quá trình trao đổi giữa các ion trong pha rắn và pha lỏng, không làm thay đổi cấu trúc chất rắn. Vật liệu trao đổi ion có ưu điểm là có thể sử dụng dung dịch muối NaCl đậm đặc để hoàn nguyên hạt trao đổi đã bão hòa asen.
*Các phương pháp màng:
Sử dụng các loại màng vi lọc (MF), siêu lọc (UF), lọc Nano (NF) và thẩm thấu ngược (RO) để lọc nước loại bỏ asen với hiệu quả loại bỏ và chi phí đầu tư cũng như có những ưu nhược điểm khác nhau.
*Một số công nghệ khác:
Ngoài hai loại vật liệu chính được sử dụng nhiều nhất trong xử lý asen trong nước ngầm là Fe, các hợp chất Fe, Al còn có rất nhiều công trình nghiên cứu về các loại vật liệu khác đã được nghiên cứu như các chất trao đổi ion, than hoạt tính, oxit titan, nguyên liệu cellulose, vật liệu hấp phụ cao phân tử – polymer vô cơ,….
1.1.3.2. Các phương pháp xử lý Asen đã và đang được nghiên cứu, áp dụng tại Việt Nam
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Viện Hóa học Công nghiệp nghiên cứu phân tích và xử lý asen trong nước ngầm và đưa ra một hệ xử lý quy mô hộ gia đình, chủ yếu để lọc asen và mangan. Nguyên tắc là sử dụng quặng Mangan để kết tủa As(V) dưới dạng Mn3(AsO4)2. Sau thời gian sử dụng, hàng năm phải bổ sung cát đen đã hoạt hóa thành cát chuyên dụng vào cột.
- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội nghiên cứu sử dụng quặng Sắt tự nhiên hoặc hydroxit Sắt tổng hợp dưới dạng những hạt nhỏ kích thước trung bình 2-4 mm. Hệ thiết bị xử lý asen gia đình cũng đã được thiết kế chế tạo gồm 2 cột, cột thứ nhất để hấp phụ còn cột thứ hai để lọc.
- Viện Địa lý, VAST phối hợp với Viện Nghiên cứu Địa chất Khoáng sản nghiên cứu thí nghiệm sản xuất vật liệu hấp thu asen dưới dạng bột, là nguyên liệu dễ kiếm, công nghệ chế tạo không quá phức tạp, giá thành thấp, sử dụng đơn giản.
- Đại học Xây dựng, Đại học Huế....cũng có những báo cáo về một số công nghệ xử lý asen trong nước ngầm.
- Viện Khoa học Vật liệu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ pyrolusite với thành phần chính gồm MnO2 71,2%; Fe2O3 10,2%; SiO2 15,3%; CaO 0,6% và MgO 0,3% và có kích thước hạt 0,9-1,5mm để xử lý As trong nước. Viện cũng nghiên cứu sử dụng vật liệu MF-97 với kích thước hạt 2-4 mm là vật liệu phủ MnO2 làm vật liệu xử lý Fe và Mn đồng thời xử lý As.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Một phương pháp được nghiên cứu nhiều là phương pháp oxy hóa cộng kết tủa. Chất oxy hóa có thể là oxy không khí hoặc là hóa chất như NaOCl, Cl2, KMnO4 hoặc H2O2. As(III) oxy hóa lên As(V) và sau đó cộng kết tủa cùng hydroxit Sắt.
- Dưới đây là bảng so sánh ưu nhược điểm của một số phương pháp xử lý ô nhiễm Asen trong nước ngầm đã và đang được nghiên cứu, sử dụng và được coi là phù hợp với điều kiện Việt Nam
Bảng 1.3. Ƣu nhƣợc điểm các phƣơng pháp xử lý Asen
Phƣơng pháp
Ƣu điểm Nhƣợc điểm
Hấp phụ
- Có thể tận dụng các công trình xử lý nước nhiễm Sắt và Mangan đã có của hộ gia đình.
- Lắp đặt và vận hành đơn giản.
- Cần thay thế chất hấp phụ. Chất hấp phụ sẵn có trên thị trường nhưng giá thành vẫn còn cao so với điều kiện nông thôn Việt Nam.
- Khó kiểm soát nồng độ asen đầu ra luôn luôn đảm bảo dưới mức cho phép (nồng độ asen trong nước xử lý đầu ra tăng dần theo thời gian do vật liệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Phƣơng pháp
Ƣu điểm Nhƣợc điểm
- Không phải bổ sung thêm hóa chất
bão hòa)
- Giá thành xử lý cao nếu nồng độ asen trong nước đầu vào cao.
Oxy hóa cộng kết tủa
Oxi hóa bằng oxy không khí – Cộng kết tủa - Đơn giản, dễ lắp đặt, - Giá thành rẻ, - Có thể tận dụng các công trình xử lý nước nhiễm Sắt và Mangan đã có của hộ gia đình
- Hiệu suất xử lý không cao đối với nguồn nước nhiễm asen với nồng độ cao. - Chỉ có thể áp dụng với những nguồn nước có nồng độ Sắt lớn để có thể cộng kết tủa (hoặc phải bổ sung Sắt) Oxi hóa bằng NaOCl, Cl2 – Cộng kết tủa - Chi phí giá thành rẻ, - Dễ lắp đặt, - Dễ dàng ứng dụng cho các nhà máy xử lý nước hiện có
- Chất lượng nguồn nước phải sạch để hạn chế sự tạo thành các chất hữu cơ Clo độc hại. - Cần oxy hóa Fe2+ trước khi xử lý bằng chất oxy hóa,
- Khó kiểm soát được lượng Clo dư.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Phƣơng pháp
Ƣu điểm Nhƣợc điểm
Oxy hóa bằng H2O2 – Cộng kết tủa
- Có thể loại bỏ triệt để asen trong nước với hàm lượng asen cao, - Nồng độ Sắt không cần lớn do đó có thể áp dụng cho cả vùng nồng độ Sắt trong nước thấp,
- Không cần oxy hóa Fe2+ trước khi xử lý asen,
- Có thể áp dụng cho cả quy mô xử lý tập trung cũng như quy mô hộ gia đình,
- Chi phí xử lý thấp.
- Cần bổ sung hóa chất H2O2, - Cần bổ sung Sắt nếu hàm lượng Sắt trong nguồn nước không đủ lớn.
Mỗi phương pháp kể trên đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Tuy nhiên cho đến nay việc tìm kiếm, tổng hợp các loại vật liệu hấp phụ xử lý ô nhiễm Asen có ưu điểm về hiệu quả xử lý, chi phí sản xuất và chế tạo thiết bị vừa phải, dễ triển khai và vận hành ở quy mô nhỏ và vừa, và đặc biệt là khắc phục được nhược điểm của các loại hình công nghệ xử lý nêu trên vẫn là vấn đề thời sự được các tổ chức khoa học, các nhà khoa học trong nước quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ thực tế đó, trong phạm vi của đề tài này tôi lựa chọn phương pháp hấp phụ làm cơ sở để chế tạo vật liệu xử lý Asen.