Mục đích của phơng pháp là điều tra, đánh giá tổng quan hiện trạng hàm lợng asenic trong các nguồn nớc tự nhiên và trong các nguồn nớc cung cấp cho ăn uống, sinh hoạt quy mô gia đình và các công trình khai thác lẻ dùng cho ăn uống, sinh hoạt .
Cơ sở của phơng pháp Test kit: Oxi hoá As+5 về As+3 bằng dung dịch KI, sau đó chuyển hợp chất asenic trong nớc về dạng hợp chất asin (AsH3) bằng hidro nguyên tử.
As2O3 + 12H → 2AsH3 + 3H2O
Hidro nguyên tử đợc tạo ra từ kim loại kẽm và dung dịch HCl. As2O3 + 6Zn + 12HCl → 2AsH3 + 6ZnCl2 + 3H2O
AsH3 khử muối của kim loại kẽm hoạt động nh muối bạc tạo ra hợp chất kép màu vàng.
AsH3 + 6AgNO3 đậm đăc → Ag3As3AgNO3 + 3HNO3
Hợp chất này bị nớc phân huỷ tạo thành H3AsO3 và kết tủa màu vàng đen.
Mức độ ô nhiễm tăng theo chiều từ vàng nhạt đến màu vàng đen của bảng so màu.
Nguyên tắc hoạt động:
1- Cho mẫu nớc cần xác định vào chai đến vạch cần xác định,. 2- Nhỏ vài giọt dung dịch KI vào chai đựng mẫu.
3- Cho tiếp một thìa nhỏ HCl vào chai đựng mẫu. 4- Thêm một thìa nhỏ bột kẽm (Zn).
5- Đóng chai mẫu lại và cho que test có chứa AgNO3 khan vào lỗ nhỏ của nắp chai.
6- Lắc nhẹ trong vòng 20 phút, lấy que test ra so màu với bảng màu.
Phơng pháp test kit có các u điểm: Thực hiện nhanh, thuận tiện cho việc điều tra độc lập trên một diện rộng, mất ít thời gian và điều tra định tính một cách chính xác
1.4.4. Các nhóm phơng pháp loại bỏ arsen trong nớc. [11]
Để loại bỏ asen trong nớc ngầm có thể phân loại thành 7 nhóm giải pháp công nghệ chủ yếu sau:
- Tạo kết tủa/Lắng - Hấp phụ
- Keo tụ/Lắng - Oxi hoá
- Lọc - Lọc màng
- Sử dụng năng lợng ánh sáng mặt trời
Trong luận văn chúng tôi sử dụng phơng pháp hấp phụ bằng đá ong đã hoạt hoá vì hiện nay, việc tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ của các vật liệu khoáng tự nhiên vào quá trình lọc vô trùng là một hớng nghiên cứu có nhiều triển vọng hơn cả. Cơ sở của phơng pháp là các chất hấp phụ xốp có hệ thống bề mặt bên trong rất lớn và có độ xốp rất cao làm cho nó có hoạt tính hấp phụ, khi đợc sử dụng để lọc nớc, nó có khả năng hấp phụ các tạp chất, các hợp chất hữu cơ và giữ lại các vi sinh vật, vi khuẩn, vi trùng trên bề mặt khoáng hấp phụ. Vật liệu lọc nớc phụ thuộc vào tính chất bề mặt của chất hấp phụ, khích thớc hạt rắn, cũng nh sự có mặt của các lỗ xốp, các mao quản trên bề mặt của nó và các trung tâm hấp phụ trên đó. [)
Mỗi loại vật liệu có những đặc tính và yêu cầu chi phí khác nhau. Một số loại đã đợc sản xuất riêng để xử lý nớc nhiễm As. Hiệu suất xử lý của từng loại vật liệu còn phụ thuộc vào việc sử dụng các chất oxi hoá hỗ trợ quá trình hấp phụ As
Bảng 8. Các giải pháp công nghệ xử lý As trong nớc ngầm
Công nghệ Hiệu suất xử lý Chi phí
Tạo kết tủa (dụng phơng pháp tạo kết tủa Fe hoặc Mn có sẵn trong nớc ngầm) 70-80% As sau xử lý (As1) = 20 – 36 ppb 0 Keo tụ Phèn sắt >90% ( Q=40l/ngd,liều lợngK=0.06USD/năm phèn Lp=15mg/l) Phèn nhôm >90% Chi phí thấp Phơng pháp sử dụng các gói hoá chất SX sẵn kiểu
“chè nhúng”
80-90% As1=50- 70ppb
0.05 USD/gói cho 10 lit nớc, rẻ hơn nhiều
nếu SX nhiều Mạt sắt (sắt hoá trị 0) >94-99% 0.22 USD/năm Các hoá chất keo tụ khác:
dạng viên, vôi, các chất cao phân tử (polimers) tự nhiên
hoặc tổng hợp.
Chi phí thấp Lắng-sử dụng kết hợp với
tạo kết tủa hoặc keo tụ Lọc thông thờng: qua vải
lọc, cát, than củi, các vật liệu tự nhiên khác: xơ dừa,
xơ mớp...
Chi phí thấp Hấp phụ 90-96% 0.03USD/20lit0.02USD- Oxit nhôm kim loại hoạt
hoá As1=10- 25ppb
kinh phí đầu t <100USD/1bộ ( rẻ hơn
nữa nếu SX tại chỗ) Nhôm hoạt hoá As1< 50ppb 1400 USD/1bộ ( cho200-300 hộ dân)
Mạt sắt và cát As1 < 27ppb,90% 0.06 USD/l Hidroxyt sắt III (Fe (OH)3)
hoặc bột giấy bao phủ bột
hidroxyt sắt < 50ppb Chi phí thấp
Đá ong 50- 90 % Chi phí bằng 0 hoặc
rất thấp
Các chất hấp phụ khác: đất Sét, Hematit (Fe2O3), tro
đốt Chi phí thấp
Trao đổi ion (anion) < 2ppb
Oxi hoá 25%
Làm thoáng Chi phí thấp
Oxi hoá quang hoá Chi phí thấp
Sử dụng năng lợng mặt trời Chng cất bằng năng lợng mặt trời 0 ppb Công nghệ SORAS Lọc màng Lọc màng keo tụ bằng phèn sắt (Fe3+) + vi lọc Thờng đạt < 2ppb tuỳ thuộc pH, liều
lợng phèn Đắt
Thẩm thấu ngợc 86% Đắt
Điện thẩm tách 80% Đắt
Lọc nano Đắt
Nh vậy, dùng phơng pháp hấp thụ asen trong nớc bằng đá ong mang ý nghĩa thc tiễn rất cao bởi các lý do sau:
1. Đá ong là một vật liệu rất phổ biến ở các vùng trung du miền núi rất dễ lấy, đặc biệt là ở các tỉnh miền Trung nh: Nghệ An, Hà Tĩnh, Thanh Hoá...giá thành rẻ, sử dụng đợc nguyên vật liệu địa phơng, chắc chắn sẽ đợc cộng đồng chấp nhận.
2. Trong thành phần của đá ong chứa một hàm lợng hợp chất của sắt rất lớn nh : FeO(OH ), Fe2O3, K(AlFe) 2AlSi3O10(OH)2.H2O ngoài ra còn có các hợp chất khác nh SiO2...
3. Theo kết quả của nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, khi trong nớc có chứa một hàm lợng sắt lớn lại có theo một hàm lợng nhỏ asen kể cả n- ớc mặt và nớc ngầm. Điều đó chúng tôi cho rằng sắt có thể hấp phụ và giữ asen rất tốt.
4. Theo kinh nghiệm của dân gian, các giếng đào ở các vùng nông thôn khi sử dụng nớc giếng đào qua tầng đá ong thì chất lợng nớc rất tốt, trong, ngọt, ít bị ô nhiễm.
Từ các u điểm trên, chúng tôi đã sử dụng đá ong hoạt hoá để loại bỏ As trong nớc vì đá ong sau khi hoạt hoá khả năng hấp phụ tăng lên gấp 10 lần so với ban đầu.
Chơng 2: Thực nghiệm
2.1. Chuẩn bị các hoá chất và dụng cụ.
2.1.1 Dụng cụ:
- Lò nung nhiệt 10000c - Tủ sấy > 1000c
- Máy đo phổ hấp phụ nguyên tử AAS (tại trờng ĐH- KHTN. ĐHQG Hà Nội)
- Máy phân tích nhiệt (tại trờng ĐH- KHTN. ĐHQG Hà Nội )
- Máy phân tích Rơnghen (X – Ray) tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
- Máy đo pH
- Que thử định tính As (test kit )
2.1.2 Hoá chất:
- Dung dịch HNO3 (60-80%). PA - Dung dịch H2SO4 98%
- Dung dịch H3AsO4 1000mg/l tinh khiết (Mecks ) - Dung dịch HCl 10-3M; 10-2M; 10-1M; 10-6M. - Dung dịch NaOH 10-3M
- Nớc cất hai lần
- Lọ đựng mẫu nớc cần phân tích - ống nghiệm pha mẫu giả
- Phểu lọc - ống hút - pipet, buret.
2.2Lấy mẫu đá ong.
Theo bản đồ phân bố đá ong, chúng tôi đã lựa chọn địa điểm lấy mẫu tại Xóm 5 – xã Liên Thành – huyện Yên Thành – tỉnh Nghệ An. Khu vực dân c ở đây, nguồn nớc sử dụng ăn uống và sinh hoạt chủ yếu là nguồn nớc trong giếng đào truyền thống, qua một lớp đá ong với độ sâu khoảng 7- 10m. Nhìn chung, chất lợng nớc rất tốt, không có biểu hiện của sự ô nhiễm, sức khoẻ ngời dân ở đây ổn định không có biểu hiện các bệnh liên quan đến sự ô nhiễm nớc. Trớc đây, ngời dân ở đây còn dùng đá ong để xây nhà vì khi đào dới lên nó rất mềm, nhng khi đa lên không khí trong một thời gian đá ong lại trở nên rất cứng và có thể xây đợc tờng nhà.
- Diện tích phân bố lớp đá ong khoảng 3 km2, kéo dài trong hai xã Liên Thành và Bắc Thành.
- Chiều dày lớp đá ong khoảng 15 m so với mặt đất - Lấy mẫu ở độ sâu khoảng 1,5 m so với mặt đất. - Lấy mẫu đơn tại một điểm
- Nhiệt độ tại thời điểm lấy mẫu khoảng 320c - Thời tiết khi lấy mẫu: Trời nắng
- Trong vòng 10 ngày trớc khi lấy mẫu không có ma.
- Thời điểm lấy mẫu lúc 15 giờ ngày 14 - 08 - 2008 và kết thúc lúc 16 h. - Lấy mẫu bằng phơng pháp thủ công: Dụng cụ là cuốc, xẻng đào.
- Bảo quản mẫu bằng túi polime dày.
- Bảo quản mẫu tại phòng thí nghiệm: Trong tủ sấy nhiệt độ 400c.
- Ngời lấy mẫu và bảo quản mẫu: Phan Xuân Dũng- Học viên cao học 14 - chuyên ngành Hoá Vô cơ
- Mẫu đợc phân tích ở nhiệt độ 1000oc thực hiện trên máy phân tích nhiệt SETARAM Labsys TG của trờng đại học KHTN – Đại học Quốc gia Hà Nội. Kết quả cho thấy ở nhiệt độ khoảng 600oc cấu trúc phân tử của mẫu bắt đầu ổn định, sự thay đổi về khối lợng không đáng kể. Đây là khoảng nhiệt độ tối u nhất để thực hiện quá trình nung mẫu.
Furnace temperature /°C 100 300 500 700 900 TG/% -6 -3 0 3 6 d TG/%/min -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 HeatFlow/àV -15 -10 -5 0 5 10 Mass variation: -3.02 % Mass variation: -3.85 % Mass variation: -1.42 % Peak :93.57 °C Peak :322.51 °C Peak :535.18 °C Figure: 28/04/2008 Mass (mg):75.98
Crucible:PT 100 àl Atmosphere:Air
Experiment:Vinh
Procedure: 30 ----> 1000C (10 C.min-1) (Zone 2)
Labsys TG
Exo
hình 1.Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu đá ong.
Theo giản đồ phân tích nhiệt của mẫu đá ong, chúng tôi thấy ở 6000C mẫu ổn định, vì vậy chúng tôi chọn nhiệt độ này làm nhiệt độ nung mẫu.
Sau khi phân tích nhiệt, chúng tôi chụp phổ X-ray đợc kết quả nh sau (Hình 2)
Hình 2. phổ nhiễu xạ tia X của mẫu đá ong
Nhận xét: Từ giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy trong mẫu đá ong sau khi nung ở 6000C chỉ còn lại chủ yếu là các pha SiO2, FeO(OH), Fe2O3 và khoáng vật sét.
2.3 Khảo sát sự ảnh hởng của các điều kiện đến khả năng hấp phụ của mẫu.
2.3.1 Pha mẫu chuẩn (mấu giả) dung dịch arsenic
Dùng pipet lấy 2,5 ml dung dịch H3AsO4 cho vào 1000 ml nớc thu đợc dung dịch với nồng độ nhỏ hơn sau đó, cân 0,8 gam NaOH pha loãng trong 1000 ml nớc đợc dung dịch NaOH 10-3M. Nhỏ từ từ dung dịch NaOH 10-3 M, dùng máy đo pH cố định pH trong khoảng từ 6 – 8 (để phù hợp với môi tr- ờng nớc tự nhiên) ta thu đợc dung dịch muối asenat (Na3AsO4) (dung dịch chuẩn).
Lấy dung dịch chuẩn đem đo trên máy AAS để kiểm tra lại hàm lợng As có trong mẫu chuẩn. Kết quả thu đợc sau khi đo 1,3 mg/l.
Chúng tôi dũng mẫu nớc này để nghiên cứu các yếu tố ảnh hởng đến sự hấp phụ và tách loại asen trong nớc, tìm điều kiện tối u.