Cỏc nhà khoa học đó đưa ra giả thuyết nguyờn nhõn sự hũa tan asen tự nhiờn vào nước ngầm như sau :
Do sự oxy húa pyrit sắt bởi oxi khụng khớ : một số nhà khoa học đó nghiờn cứu và đi đến khẳng định sự cú mặt của asen trong cỏc trầm tớch chứa pyrit sắt . Việc khai thỏc nước ngầm với quy mụ ngày càng tăng làm cho mức nước ngầm giảm dần đó tạo điều kiện để cỏc trầm tớch pyrit sắt tiếp xỳc với khụng khớ dẫn đến phản ứng oxy húa pyrit sắt thành FeSO4 , Fe2(SO4)3 , và axit sunfuric . Quỏ trỡnh này giải phúng cả asen và nú bị oxy húa thành asenit (AsO2-) và asenat (AsO3-) mà cả hai đều tan trong nước ngầm .trong vũng 20 năm trở lại đõy do cuộc cỏch mạng xanh ở vựng Bengan đó làm giảm mức nước ngầm một cỏch đỏng kể và đõy là một trong những vựng mà nước ngầm bị nhiễm asen với mức độ cao .
Phản ứng khử cỏc oxyhydroxyt sắt chứa asen : giả thuyết về quỏ trỡnh oxy húa nờu trờn khụng thể giải thớch được vỡ sao lại cú một hàm lượng lớn asen ở cỏc giếng sõu và điều kiện yếm khớ . Một số cụng trỡnh nghiờn cứu về lĩnh vực này đó chỉ ra rằng trong cỏc giếng sõu , asen bị giải phúng do cỏc oxyhydroxyt sắt chứa asen bị
SR‟ SR‟
24
khử ở mụi trường yếm khớ . Đõy là nguyờn nhõn chớnh làm cho hàm lượng asen cao trong nước ngầm ở khu vực song Gange , Bangladesh .
Do cỏc vi sinh vật : Khi phõn tớch nước ở bề mặt ở một vựng gần Montpellier ( Phỏp ) , một vựng cú trữ lượng kim loại nặng lớn , người ta nhận được kết quả pH từ 2,5-3,5 và hàm lượng asen từ 0,1 – 0,3 mg/l đồng thời cũng thấy sự cú mặt thường xuyờn của một nhúm vi sinh vật . cỏc kết quả thực nghiệm đó chứng tỏ đú là nguyờn nhõn gõy nờn hàm lượng asen cao trong nước . Cú thể giải thớch rằng cỏc vi sinh vật đúng vai trũ như chất xỳc tỏc cung cấp oxi cho quỏ trỡnh oxi húa cỏc sunfua kim loại làm giải phúng axit sunfuaric và kim loại . Sau đú axit sunfuaric hũa tan kim loại tọa thành muối sunfat faf hũa tan asen vào nước .
Cỏc dạng tồn tại của asen trong nước phụ thuộc vào pH và thế oxi húa khử . Asen (V) thường tồn tại trong nước ngầm cú điều kiện oxy húa ở dạng H2AsO4
2-
( trong mụi trường pH axit đến gần trung tớnh ) , HAsO4
2-
( trong mụi trường kiềm ) . Cũn asen (III) tồn tại trong nước ngầm ở dạng H3AsO3 được hỡnh thành trong mụi trường khử và pH >7
Trong mụi trường nước, H3AsO3, phõn ly thành cỏc dạng ion sau: H3AsO3 = H2AsO3
-
+ H+ pK 1,As(III) =9,2 H2AsO3- = HAsO32- + H+ pK 2,As(III) =12,1 HAsO32- = AsO33- + H+ pK 3,As(III) =12,9 H3AsO4 phõn ly thành cỏc dạng ion sau:
H3AsO4 = H2AsO4- + H+ pK 1,As(V) =2,2 H2AsO4
-
= HAsO4 2-
+ H+ pK 2,As(V) =6,98 HAsO42- = AsO43- + H+ pK 3,As(V) =11,5
Hỡnh1.9 Đồ thị biểu diễn phần mol của H3AsO3 ,H2AsO3 - ,HAsO3 2- ,AsO3 3- theo pH (Asen III)
25
Hỡnh 1.10. Đồ thị biểu diễn phần mol của H3AsO4 ,H2AsO4 - ,HAsO4 2- ,AsO4 3- theo pH (Asen V)
Trạng thỏi tồn tại của cỏc dạng asen trong cỏc điều kiện oxi húa khử và pH khỏc nhau cụ thể được chỉ ra ở bảng sau :
Bảng 4. Trạng thỏi tồn tại cỏc dạng Asen trong điều kiện oxi húa khử và pH khỏc nhau
Điều kiện khử Điều kiện oxi húa
pH As(III) pH As(V) 0 - 9 H3AsO3 0 - 2 H3AsO4 10 - 12 H2AsO3 - 3 - 6 H2AsO4 - 13 HAsO32- 7 - 11 HAsO42- 14 AsO3 3- 12 - 14 AsO4 3-
Trong khi hầu hết cỏc kim loại cú xu hướng khụng tan hoặc ớt tan trong vựng pH trung tớnh thỡ asen cú thể tan ở vựng pH trung tớnh cú nồng độ tương đối cao . Do đú trong nước ngầm dễ bị nhiễm asen và cỏc anion chứa oxi khỏc .
Asen cú thể kết hợp với một số nguyờn tố tạo thành cỏc hợp chất asen vụ cơ như cỏc khoỏng vật : đỏ thiờn thạch , reagal , orpiment , arsenopyrite … hợp chất của asen với cỏc bon và hydro gọi là hợp chất asen hữu cơ . Thường thỡ cỏc dạng hợp chất hữu cơ của asen ớt độc hại hơn so với cỏc hợp chất asen vụ cơ