Chương 1 Tổng Quan
1.5. Cỏc phương phỏp xử lý asen
1.5.1. Oxi hoỏ As(III)
Quỏ trỡnh ơxy hố As(III) lờn As(V) khơng loại asen ra khỏi nước, nhưng nú là bước rất quan trọng để tăng hiệu quả quỏ trỡnh xử lý. Cỏc tỏc nhõn được dựng để ụxy hoỏ As(III) là: cỏc chất ụxy hoỏ (oxy, ozone, pemanganat, clo, hypoclorit, clo diụxit, hydro peroxit, muối ferat…), xỳc tỏc quang hố, ơxy hố bằng pha rắn, tỏc nhõn fenton…
1.5.2. Kĩ thuật đồng kết tủa/keo tụ
Trong xử lý nước cấp, cỏc muối của nhụm (Al2(SO4)3.18H2O), sắt (FeCl3, Fe2(SO4)3.7H2O) được sử dụng nhiều để loại cặn lơ lửng, làm trong nước. Cỏc ion Al3+, Fe3+ thuỷ phõn ngay sau khi cỏc muối được hồ tan trong nước ở pH thớch hợp tạo ra cỏc bụng cặn hydroxit.
Al2(SO4)3.18H2O = 2Al3+ + 3SO42- + 18H2O 2Al3+ + 6H2O = 2Al(OH)3 + 6H+
FeCl3 = Fe3+ + 3Cl-
Fe3+ + 3 H2O = Fe(OH)3 + 3 H+
Cỏc bụng cặn này sẽ kộo theo cỏc hạt lơ lửng cũng như hấp phụ cỏc ion, chất hữu cơ trong nước. Asen cũng bị hấp phụ lờn cỏc bụng keo này.
H2AsO4- + Al(OH)3 Al-As (dạng phức) + cỏc sản phẩm khỏc Fe(OH)3(rắn) + H3AsO4 FeAsO4.2H2O + H2O
FeOH + AsO43- + 3 H+ FeH2AsO4 + H2O
FeOH + AsO43- + 2 H+ FeHAsO4- + H2O (FeOH: kớ hiệu cho tõm bề mặt)
Trong điều kiện pH < 8, As(III) tồn tại ở dạng khụng phõn ly, As(V) tồn tại ở dạng anion nờn khả năng keo tơ As(III) là rất kộm. Do vậy, bước ơxy hố As(III) lờn As(V) là cần thiết trước khi thực hiện quỏ trỡnh keo tụ. Hiệu quả của quỏ trỡnh keo tụ cũn phụ thuộc vào pH của dung dịch. Khoảng giỏ trị pH tối ưu đối với muối nhụm là 7,2 ữ 7,5, với muối sắt là 6 ữ 8 [11]. Cỏc nghiờn cứu liờn quan đến khả năng xử lý Asen bằng muối của Fe3+ cho thấy ở điều kiện pH và nồng độ chất keo tụ thớch hợp khả năng xử lý cú thể đạt 99% [11]. Hiệu quả xử lý của muối Al3+ thường thấp hơn và nằm trong khoảng 80 ữ 90% [11].
Ngoài ra, phương phỏp làm mềm nước bằng vụi hoặc sơđa cũng cú khả năng loại asen. Kết quả thực nghiệm của cỏc tỏc giả Sorg và Logsdon cho thấy quỏ trỡnh làm mềm nước loại được 90% As(V) (với nồng độ ban đầu là 0,4 ppm) ở pH = 10,5 và 70% As(III) ở pH = 11 [11]. Cơ chế loại asen được giải thớch là do Asen hấp phụ lờn canxi cacbonat, magiờ hydrụxit và cú thể tạo kết tủa trực tiếp canxi asenat. Phương phỏp này chỉ cú thể ỏp dụng được đối với cỏc nguồn nước cú độ cứng cao.
1.5.3. Kĩ thuật hấp phụ
Hấp phụ là một trong những phương phỏp được dựng để xử lý Asen trong nước. Hiệu quả của quỏ trỡnh phụ thuộc vào dạng tồn tại của Asen trong dung dịch, cỏc tạp chất trong nước nền, bản chất của chất hấp phụ (diện tớch bề mặt riờng, điện tớch bề mặt, cỏc nhúm chức trờn bề mặt). Khả năng hấp phụ Asen của nhiều vật liệu đó được nghiờn cứu như: cỏc khoỏng vật trong tự nhiờn: Gypsum, Kaolinite, Gibbsite, Goethite, Zeolites, Illite, Montmorillonite,… cỏc vật liệu đó biến tớnh như: cỏt phủ ụxit sắt,… hay cỏc vật liệu tổng hợp: than hoạt tớnh, cỏc dạng sắt hydroxit (vơ định hỡnh, Goethite, Ferrihydrite, Hemattite), nhụm ụxit, zeolite tẩm nhụm, Titan ụxit,…
Cỏc kết quả nghiờn cứu cho thấy, As(V) cú khả năng hấp phụ tốt hơn As(III) ở pH nhỏ hơn 8 [31, 21, 27]. pH của dung dịch cú ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Asen của vật liệu [22, 19]. Một trong những vật liệu được chỳ ý, nghiờn cứu nhiều là sắt hydroxit ở dạng tinh thể hay vơ định hỡnh. Ảnh hưởng của cỏc anion trong nước như SiO33-
, PO43-,SO42-, CO32- và cỏc tạp chất hữu cơ đến quỏ trỡnh hấp phụ Asen đó được nghiờn cứu chi tiết [23, 26, 28].
Trao đổi ion là một phương phỏp hoỏ lý. Trong phương phỏp này, cỏc ion được trao đổi giữa pha động là dung dịch chứa Asen và pha tĩnh là nhựa trao đổi ion. Nhựa trao đổi ion là mạng lưới 3 chiều của hydrocacbon cú chứa nhiều nhúm trao đổi ion. Cỏc nhúm này cú thể được thay thế bởi cỏc ion cựng điện tớch cú ỏi lực mạnh hơn với nhựa trao đổi. Để loại Asen bằng phương phỏp trao đổi ion, nước nhiễm Asen được cho chảy qua cột nhồi chất trao đổi bằng ỏp suất. Nhựa trao đổi là loại anion cú tớnh bazơ mạnh (dạng clorua hay hydroxit) và ổn định ở khoảng pH từ 6,5 đến 9. Trong phương phỏp này, hiệu quả của quỏ trỡnh loại Asen phụ thuộc vào pH của dung dịch và hàm lượng của cỏc ion khỏc trong dung dịch. Sự cú mặt của sắt trong dung dịch cũng ảnh hưởng đến khả năng loại Asen. Trong quỏ trỡnh trao đổi, hiện tượng nồng độ Asen đầu ra cao hơn đầu vào cú thể xẩy ra. Nguyờn nhõn của hiện tượng này là do sự cú mặt của ion sulfat trong dung dịch và khả năng trao đổi ion đó bóo hồ. Ion sulfat cú thể giải hấp Asen khi được đi qua cột trao đổi. Hiện tượng này được giải quyết bằng cỏch tiến hành thực nghiệm xỏc định thể tớch nước vận hành an tồn cho nguồn nước. Chu kỡ hoạt động và tỏi sinh nhựa trao đổi được đưa ra trờn cơ sở kết quả thực nghiệm trờn. Quỏ trỡnh tỏi sinh nhựa bao gồm 4 bước: rửa ngược, tỏi sinh bằng dung dịch NaCl (đối với nhựa clorua) bằng dung dịch NaOH (đối với nhựa hydroxit), rửa nhẹ bằng nước và bước thứ 4 là sục nước sạch qua để làm sạch nhựa.
1.5.5. Cỏc phương phỏp khỏc
Ngoài cỏc phương phỏp kể trờn cịn cú thờm cỏc phương phỏp xử lý Asen khỏc như: Phương phỏp lọc màng, phương phỏp điện hoỏ, phương phỏp xử lý sinh học …
Từ quỏ trỡnh nghiờn cứu cỏc phương phỏp tụi thấy trong nước ngầm, sắt là tạp chất phổ biến và chủ yếu tồn tại ở trạng thỏi hoỏ trị +2.Trong quỏ trỡnh xử lý nước ngầm, sắt hoỏ trị +2 dễ dàng bị ơxy hố bởi ơxy khơng khớ và tạo sản phẩm sắt (III) hydroxit. Sản phẩm này khụng tan trong nước và là chất hấp phụ Asen rất tốt. Lợi dụng sự cú mặt của sắt trong nước ngầm để xử lý Asen là một phương phỏp tối ưu về khớa cạnh kỹ thuật và kinh tế.Tuy nhiờn trong điều kiện khử của nước ngầm, Asen chủ yếu tồn tại ở trạng thỏi hoỏ trị +3. Nhiều bỏo cỏo cho thấy rằng khả năng hấp phụ của As(III) lờn sắt (III) hydroxit kộm hơn As(V) ở pH gần giỏ trị trung hoà. Do vậy để tăng hiệu quả xử lý Asen của quỏ trỡnh hấp phụ lờn sắt hydroxit, As(III) cần được oxy hoỏ thành As(V). Trong số cỏc chất ơxy hố thỡ Clo tự do và KMnO4 rất cú tiềm năng làm chất ụxy hoỏ As(III).