Asen là một nguyên tố đa lượng đứng thứ 20 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Asen thường tồn tại ở dạng ít tan và bền như dạng nguyên tố, hợp chất asenua, asenat…nên bình thường asen ít có khả năng gây độc tới môi trường; nhưng khi chúng chuyển hóa sang dạng tan trong nước như các axit As(
III), As(V) và As hữu cơ, đặc biệt As(III) thì lại có tính độc cao gây ô nhiễm môi
trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động thực vật.
As và Mn giải phóng vào môi trường nước theo hai con đường chính:
Thứ nhất: Do quá trình phong hóa của quặng chứa Asenua, Mn(II) và Fe(II) vào trong môi trường nước và sự hòa tan của các sản phẩm tạo thành sau quá trình phong hóa.
Thứ hai: Do quá trình khử yếm khí của các hợp chất chứa asenat, Mn(II), Mn(IV) và Fe(III) là sản phẩm ít tan của quá trình phong hóa bị rửa trôi lắng đọng lại trong trầm tích và phù sa ở các đồng bằng châu thổ tạo thành các dạng tan vào các tầng ngậm nước dưới đất.
Quá trình khử yếm khí các hợp chất chứa asenat, sắt và mangan ít tan dưới dạng muối, oxit, hydroxit diễn ra trong các tầng ngậm nước thường xảy ra khá chậm, kéo dài hàng năm, hàng trăm năm thậm chí đến hàng nghìn năm phụ thuộc cấu trúc địa hóa và các điều kiện môi trường. Để có thể hiểu rõ quá trình giải phóng As, Mn, Fe, Pb, Cd, Hg, Cu, Co, Ni, Cr, Zn xảy ra như thế nào, khi nào xảy ra, và tương tác của chúng giữa hai pha rắn và láng, tác giả của luận văn đã thiết kế hệ
61
thống mô phỏng điều kiện yếm khí tự nhiên, trong đó khối vật chất trong hệ thống được cấu tạo tương tự tầng ngậm nước tự nhiên. Tuy rằng còn đơn giản so với thực tế nhưng có thể tạo điều kiện để nghiên cứu và tìm hiểu quá trình này.
Vật chất trong cột bao gồm 3 lớp:
- Lớp thứ 1: lớp sỏi có đường kính 2- 5mm
- Lớp thứ 2 : Cát sạch trộn với xỉ pyrit tỉ lệ 3:1
- Lớp thứ 3 : là một lớp sỏi có đường kính 2- 5mm,
Pha nước được pha có thành phần tương tự như thành phần nước mưa tự nhiên được bơm liên tục qua cột với tốc độ tương tự như hiện tượng ngấm dần của dòng nước xảy ra trong tự nhiên.
Quá trình khử yếm khí của hợp chất chứa asen, sắt và mangan trong tự nhiên chủ yếu do sự có mặt của các hợp chất hữu cơ có trong lòng đất. Hợp chất hữu cơ này là sản phẩm của xác động, thực vật thối rữa. Nồng độ các hợp chất hữu cơ này trong tự nhiên thường rất nhỏ, do đó quá trình khử thường diễn rất chậm là như vậy. Để rút ngắn thời gian chuyển hóa đó tác giả của luận án đã bổ sung lượng chất hữu cơ trong nghiên cứu của mình lên hàng trăm đến hàng nghìn lần so với thực tế.
Từ kết quả phân hủy ở điều kiện yếm khí, dạng tan chủ yếu của asen, sắt và mangan là As (III), Mn(II), Fe(II). Nếu cung cấp oxy vào, Fe(II) sẽ bị oxy hóa lên Fe(III) tạo kết tủa dạng hydroxyt, As(III) và Mn(II) cũng bị oxy hóa chuyển thành
As(V) và MnO2 , As(V) sẽ cộng kết hấp phụ lên bề mặt của hydroxit sắt và mangan
62