1.3 .Một số cơ chế giải phóng As từ trầm tích vào nƣớc ngầm
1.3.1 .Giải phóng As do sự khử hịa tan của các oxit sắt
Ở điều kiện khử mạnh, phản ứng khử của Fe (III) và SO42- diễn ra, xuất hiện các tác nhân cho sự giải phóng As từ khống oxit sắt. Quá trình này diễn ra trên các lƣu vực sơng rộng có tải lƣợng phù sa lớn. Lƣợng cacbon hữu cơ của trầm tích có thể xác định tốc độ điều kiện khử đƣợc hình thành. Đất hữu cơ sinh ra ngay lập tức bị phân hủy và sử dụng lƣợng O2, NO3-, SO42- hòa tan trong tầng ngậm nƣớc và hình thành nên mơi trƣờng khử. Tại các lớp trầm tích trẻ có nhiều vật liệu hữu cơ, hoạt động sống của vi sinh vật diễn ra rất mãnh liệt, đặc biệt là các vi sinh vật kỵ khí, các q trình chuyển hóa vi sinh tiêu thụ hết oxy hịa tan và xúc tác cho các phản ứng oxy hóa khử khác xảy ra. Kết quả là mơi trƣờng trầm tích và nƣớc ngầm thƣờng mang tính khử. Nó đƣợc thể hiện ở giá trị thế oxi hóa khử (Eh) thấp, hàm lƣợng cao của các chất dạng khử nhƣ Fe2+
, Mn2+, NH4+, CH4, hàm lƣợng thấp các chất dạng oxy hóa nhƣ SO4 2+, NO3 -, Fe3+ . Q trình oxy hóa các chất hữu cơ đƣợc cho là xảy ra theo chuỗi phản ứng ơxi hố khử sau (hình 1.1)
1. Hơ hấp hiếu khí: CH2O + O2 → H2O + CO2 2. Sự khử Nitơ: CH2O + H2O + N2 + H+ → Amoni (NH4) + CO2 5CH2O + 4NO3- → 2N2 + 4HCO3- + CO2 + 3H2O 3. Sự khử Mn: CH2O + 2 MnO2 + 3CO2 + H2O 2Mn2+ + HCO3- 4. Sự khử Sắt:
4FeOOH (As(V)) + CH2O + 7H2CO3 → 4Fe2+
2Fe2O3.xH3AsO3 + CH2O +7H+ → 4Fe2+
+ HCO3- + 4H2O + 2xH3AsO3 5. Sự khử sunphat:
2CH2O + SO42- → 2HCO3- + H2S Trong điều kiện mơi trƣờng có nhiều Fe2+
, quá trình diễn ra nhƣ sau: 8Fe2++ SO42- + 20H2O 8Fe(OH)3 + HS- + 15H+ 6. Sự tạo thành metan: 2CH2O → CH4 + CO2 Vi sinh vật khử oxit sắt Vi khuẩn khử sunfat Vật chất hữu cơ
Vi khuẩn lên men
Vi khuẩn Methanogenic
Hình 1.1.Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ xảy ra trong điều kiện khử [8]
Ngoài ra, khi xem xét các dạng tồn tại của As trong mơi trƣờng ngƣời ta thấy rằng As có thể tồn tại ở các dạng hóa trị +3 và +5 với tên gọi là hợp chất asenit và asenat. Dạng tồn tại của As phụ thuộc vào pH và thế oxi hố khử trong mơi trƣờng. Trong môi trƣờng ơxi hóa hoặc pH cao, các dạng hợp chất của As hóa trị +5 sẽ chiếm ƣu thế. Ngƣợc lại, trong môi trƣờng khử hoặc pH thấp, dạng hợp chất của As hóa trị +3 (H3AsO3) lại chiếm tỉ lệ cao. Các phép đo thực địa cho thấy nƣớc ngầm thƣờng có pH nằm trong khoảng 6 - 8, Eh nhỏ hơn 200mV. Giả sử trong nƣớc ngầm có As thì dạng tồn tại chủ yếu sẽ là H3AsO3 và HAsO4 2-. Trong đó dạng hợp chất khơng điện tích (H AsO ) sẽ linh động hơn dạng có điện tích (HAsO 2-) (hình 1.2).
Nhƣ vậy, cơ chế khử cho rằng môi trƣờng khử đã chuyển sắt hóa trị III kết tủa sang sắt hóa trị II hịa tan. Quá trình này làm giải hấp phụ các ion asenat trên bề mặt hydroxit sắt (III) ra môi trƣờng nƣớc, đồng thời asenat cũng bị khử thành asenit khơng có điện tích, khó bị tái hấp phụ, linh động trong mơi trƣờng nƣớc.
Hình 1.2. Các dạng tồn tại của asen trong nước phụ thuộc vào pH và thế oxi hóa khử [8]