Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Công nghệ xử lý nước: Xử lý chất đặc biệt trong nước cung cấp cho người học các kiến thức về xử lý asen trong nước bao gồm: Định nghĩa asen, các công nghệ xử lý asen trong nước ngầm. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
C«ng nghƯ xư lý n−íc Giíi thiƯu vỊ Asen xử lý chất đặc biệt nớc Xử lý Asen PGS TS Ngun ViƯt Anh ViƯn Khoa häc vµ Kỹ thuật Môi trờng, Trờng đại học Xây dựng Giới thiệu Asen Asen nguyên tố hình thành tự nhiên vỏ Trái đất Các hợp chất asen vô c¬: - Arsenat (As(V), arsenite (As(III), arsenic sulfide (HAsS2), asen nguyên tố (As0) asen dạng khí Arsine AsH3 (As(III)) - Các hợp chất Arsenate (As(V): H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42, AsO43- - Các hợp chất Arsenite (As(III): Các hợp chất asen vô bị khử, nh H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-, AsO33- Các hợp chất asen hữu cơ: (CH3)2AsO(OH), C6H5AsO(OH)2, vv Các dạng hợp chất hữu asen thờng độc so với hợp chất asen vô Nồng độ hợp chất Arsenat As(IV) nớc ngầm phụ thuộc vàp pH Trong MT khử (trong lòng đất): VK kỵ khí (Methanogenic bacteria) khử As(V) sang As (III) Metyl hoá chúng, tạo nên Methylarsenic acid CH3AsO(OH)2 hay Dimethyl Arsenic Acid (cacodylic) (CH3)2AsO(OH) Những chất đợc Methyl hoá tiếp tạo Trimethylarsine bay độc Dimethylarsine (III) độc Công dụng: Asen tồn phổ biến môi trờng xung quanh, ngời ®Ịu tiÕp xóc víi mét l−ỵng nhá cđa chóng Con đờng thâm nhập chủ yếu asen vào thể qua đờng thức ăn (trung bình 25 - 50 ug/ngđ), lợng nhỏ qua nớc uống không khí Một số loài cá thuỷ sản dùng làm thực phẩm chứa asen cao bình thờng, nhng lợng asen thờng tồn dới dạng hợp chất asen hữu độc As tế bào thực vật: 0,01 - ppm / trọng lợng khô Thực vật biển: nhiều As Tảo biển, tảo nâu: 94 ppm Tế bào ngời: < 0,3 ppm Tôm cá biển: 120 ppm/trọng lợng khô PGS TS Nguyễn Việt Anh, IESE Sản xuất thuốc trừ sâu, diệt cỏ (cả asen hữu asen vô cơ) Bảo quản gỗ (Thuốc nhuộm, sơn.) Luyện kim (tăng độ cứng đồng); Gốm thuỷ tinh, Bán dẫn, Điện tử, Y học, Hoá chất, vv Trớc kia, hợp chất asen vô cơ: sơn, thuốc nhuộm, bả chuột, thuốc chữa số bệnh truyền nhiễm nh hen, vảy nến, Công nghƯ xư lý n−íc As(III) Arsenic in groundwater worldwide As(V) Nhiều vùng giới bị ô nhiễm hay có dấu hiệu bị ô nhiễm asen nớc ngầm với hàm lợng cao, nh ấn độ, Bangladesh, Mông cổ, Đài loan, Ghana, Achentina, Chilê, USA 0.4 n 10 Mio Vietnam 3.6 n 11 Mio.? 97% d©n sè Bangladesh (120 triệu ngời) sử dụng nớc ngầm làm nguồn nớc cấp cho sinh hoạt Trong số có tới 77 triƯu ng−êi sư dơng ngn n−íc cã chøa asen với hàm lợng cao Nepal Pakistan Laos Cambodia Thailand Sumatra Country Max n People at risk n natural a anthropogenic m mine waste mg/L Asen cã ¶nh h−ëng tíi søc khỏe ngời nh nào? Một lợng lớn Asen gây chết ngời Mức độ ô nhiễm nhẹ dẫn đến thơng tổn mô hay hệ thống thể Khi Asen thâm nhập qua miệng: đau rát hệ thống tiêu hóa, buồn nôn, nôn mửa tiêu chảy Ngoài bị giảm lợng hồng cầu bạch cầu máu, rối loạn tim mạch, tổn thơng mạch máu, suy gan, thận, rối loạn thần kinh, gây cảm giác nh bị gai đâm vào lòng bàn chân tay Asen có ảnh hởng tới sức khỏe ngời nh nào? Ô nhiễm asen qua đờng hô hấp với nồng độ khoảng 200 ug/m3 thờng gây đau rát mũi, họng da nơi tiếp xúc Bị nhiễm độc mức cao có triệu chứng tơng tự nh ô nhiễm mạn tính qua đờng miệng mức trung bình Asen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe ng−êi nh− thÕ nào? Khi bị nhiễm độc Asen dạng hợp chất vô qua đờng miệng: xuất vết màu đen sáng da, hạt ngô nhỏ lòng bàn tay, lòng bàn chân nạn nhân Nếu không đợc chữa trị cách kịp thời, hạt nhỏ biến chứng gây ung th da Asen tăng nguy gây ung th thể, gan, thận, bàng quang phổi Nhiễm độc hợp chất Asen vô qua đờng hô hấp: đau nhẹ đến ®au nhøc da, m¾t, miƯng, , bƯnh ung th− phỉi Asen cã ¶nh h−ëng tíi søc kháe ng−êi nh− nào? US EPA: với lợng tiếp nhận hàng ngày ug/kg.ngđ (khoảng 50 - 100 ug ngời lín) thêi gian dµi cã thĨ dÉn tíi nguy ung th da với xác suất 0.1% (1/1000) Lợng tơng đơng với sử dụng nớc nguồn ô nhiễm asen với hàm lợng 25 - 50 ug/l đời ngời Hít thở thờng xuyên không khí chứa 1ug/m3 asen dẫn đến ung th với xác suất kho¶ng 0.4% (4/1000) PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE Công nghệ xử lý nớc Các công nghệ xử lý asen nớc ngầm Các nhóm giải pháp công nghệ chủ yếu: Tạo kết tủa - Lắng Keo tụ - Lắng Lọc Hấp phụ Ôxy hoá Lọc màng Oxy hoá quang năng, WHO: nồng độ giới hạn cho phép Asen n−íc cÊp uèng trùc: 10 ug/l US EPA, EU: h−íng tíi - 20 ug/l ViƯt Nam: nång ®é giíi h¹n cho phÐp cđa Asen n−íc cÊp: ¡n ng: 10 ug/l (QCVN 01:2009/BYT) Sinh ho¹t, cÊp n−íc tËp trung: 10 ug/l (QCVN 02:2009/BYT, Giới hạn I) Quy mô nhỏ: tập trung vào giải pháp công nghệ đơn giản, chi phí thấp Nhìn chung, giải pháp tạm thời, chi phí thấp thờng không đáp ứng đợc tiêu chuẩn WHO (10 ppb) Cần thiết phải sử dụng giải pháp dài hạn, hay sử dụng kết hợp số công nghệ Sinh hoạt, cấp nớc chỗ hộ gia đình: 50 ug/l (QCVN 02:2009/BYT, Giới hạn II) 2.1 Tạo kết tủa - Lắng - lọc Nguyên tắc: tạo chất kết tủa với ion tan dung dịch Sắt thờng tồn nớc ngầm dạng Hydro cacbonat Sắt (II) hoà tan Khi gặp oxy, đợc oxy hoá tạo thành chất kết tủa Các hợp chất Asen có khả hấp phụ lên kết tủa (Phơng pháp cộng kết tủa) Cơ chế trinh xử lý Asen In solution In sand filter iron oxidation iron oxidation iron coagulation iron precipitation on sand arsenic oxidation arsenic oxidation arsenic co-precipitation arsenic co-precipitation Tách khỏi nớc nhờ Lắng Lọc Các trạm xử lý nớc ngầm chứa sắt thờng đợc thiết kế theo công nghệ làm thoáng - lắng - lọc Những trạm khử đợc asen mà không cần dùng hoá chất keo tụ 2.2 Keo tụ - lắng - läc Dïng c¸c chÊt keo tơ, nh− c¸c mi cđa Sắt Nhôm (phèn), chuyển Asen từ dạng tan sang dạng không tan nhờ phản ứng hoá học, sau tách khỏi nớc nhờ lắng và/hoặc lọc Có thể phải oxy hoá sơ và/hoặc điều chỉnh pH Xử lý cặn thải chứa arsen từ trình keo tụ? Phèn Sắt thờng cho hiệu xử lý cao so với lợng phèn Nhôm, độ dao động pH cho phÐp lín h¬n 2.3 läc VËt liƯu läc thông thờng: cát, than antraxit, than hoạt tính dạng hạt, Vật liệu lọc rẻ tiền địa phơng: vải, than, s¬ dõa Ðp, x¬ m−íp, sái nhá, So sánh hiệu khử Asen với loại phèn keo tụ khác nhau: FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3: FeCl3 cho phép đạt hiƯu st lo¹i bá Asen cao nhÊt: > 90 % PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE C«ng nghƯ xư lý nớc 2.4 Hấp phụ: Asen đợc hấp phụ lên bề mặt vật liệu dạng hạt, h¹t sÐt hay vËt liƯu gèc xellulo nh−: Than ho¹t tính; than hoạt tính xử lý số hợp chất kim loại; hợp chất oxyt sắt, oxyt titan, oxyt silic; sÐt kho¸ng (caolanh, bentonite, ); boxit, hematite, felspat; nhựa tổng hợp trao đổi anion; chitin chitosan; bone char; cát bọc lớp oxyt sắt dyoxit mangan MnO2; c¸c vËt liƯu xellulo (mïn c−a, bét giÊy báo), vv Dùng mạt sắt (Fe hoá trị 0) Fe = 2000 mg/l Hiệu suất đạt > 93% Sự có mặt Sulffat làm tăng hiệu suất xử lý, Phosohate lại làm ức chế t = 12 h 3,5 ngđ Hiệu suất xử lý tăng sử dụng chất oxy hoá hỗ trợ trình hấp phụ asen dùng Oxyt O nhôm kim loại hoạt hoá Vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ nhôm, có khả tách Asen dạng tồn phổ biến nớc As (III) As(V) (Aqua-BindTM, vv.) Nhôm hoạt hoá có tính lựa chọn cao As(V) Cần tính đến khả hoàn nguyên thay vật liệu lọc sử dụng Hàm lợng sắt nớc nguồn cao, hiệu suất khử asen chu kỳ làm việc hai lần hoàn nguyên tăng Hạn chế: lợng vật liệu hấp phơ th¶i lín: 50 - 200 g / m3 nớc (gấp gần 10 lần so với lợng cặn tạo thành sử dụng phơng pháp keo tụ phèn s¾t) dïng Hydroxyt s¾t VËt liƯu hÊp phơ: bét giÊy báo có phủ lớp Hydroxyt sắt (III) (Giấy báo cắt vụn đợc trộn với khoáng chất Blender nghiền nhỏ thành bột Sau trộn với hydroxyt sắt khuấy đều, làm hydroxyt sắt bám vào sợi xellulo) Vật liệu phấp phụ Hydroxyt sắt dạng hạt (Driehaus, Đức) Vật liệu có khả hấp phụ cao: Nồng ®é arsen n−íc tr−íc xư lý 100 – 180 ppb, sau xử lý đạt < 10 ppb PGS TS Nguyễn Việt Anh, IESE Sử dụng mạt sắt kết hợp với cát Công nghệ AsRT: Lọc với vật liệu hấp phụ mạt sắt trộn lẫn với cát thạch anh HÖ thèng bao gåm cét läc nèi tiÕp - Cét thø nhÊt víi vËt liƯu läc lµ Sulfat Bari cát thạch anh - Cột thứ hai với vật liệu lọc mạt sắt cát thạch anh Sắt bị oxy hoá, tạo môi trờng thiếu khí (anoxic) Asen (trong điều kiện thiếu oxy) Mạt sắt (= Ion sắt hoá trị 0) khử Asen vô thành dạng kết tủa với sắt, hỗn hợp kết tủa, hay kết hợp với Sulfat tạo Pyrit Asen Asen đợc giữ lại cột lọc Arsen nớc sau xử lý đạt dới 27 ppb dùng Laterite Là loại đất sét có màu đỏ, phổ biến vùng nhiệt đới Thành phần chủ yếu Laterite Hydroxyt Sắt Nhôm, oxyt ngậm nớc chúng, lợng nhỏ hợp chất Mangan, Titan điều kiện tự nhiên, loại đất sét có điện tích bề mặt dơng, có khả hấp phụ chất bẩn mang điện tích âm nh Arsenic Có thể đa laterite trực tiếp vào nớc cần xử lý nh chất hấp phụ, sau để lắng, sử dụng làm vật liệu hấp phụ bĨ läc C«ng nghƯ xư lý n−íc 2.5 Trao đổi Ion 2.6 Oxy hoá Anion axit mạnh (Cl-): chun gèc arsenate H2AsO4sang arsenate H2AsO42- Asen sau xư lý đạt dới ppb Hoàn nguyên: NaCl Làm thoáng cách sục không khí vào nớc, oxy hoá asen sắt có nớc, tạo chất kết tủa FeAsO4 Làm thoáng đơn giản lắng: Asen đợc tách với Hydroxyt Sắt kết tủa Hiệu suất xử lý đạt 25% nớc ngầm chứa nhiều sắt 2.7 Oxy hóa quang hoá Advantage: aeration assures oxygen saturation for iron oxidation Disadvantage: construction requires special material and skills, higher costs Loại bỏ Arsenite (As(III)) chất hoà tan khác nh Sắt, Phosphorus, Sulfur, khỏi nớc cách đa chất oxy hoá chất hấp phụ quang hoá Chiếu tia cực tím vào nớc sau lắng Chất oxy hoá oxy tinh khiết sục khí Chất hấp phụ quang hoá Fe(II), Fe(III), Ca(II) Có thể sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn tia cực tím Phản ứng xảy nhiệt độ phòng ánh sáng thấp, không đòi hỏi thiết bị phức tạp Do As(III) bị oxy hoá thành As(V) víi tèc ®é rÊt chËm, cã thĨ sư dơng chất oxy hoá mạnh nh Cl2, H2O2 O3 Phần lớn chi phí xử lý chât oxy hoá (Khoa G.H., Emett M.T et al, 1997) Phơng pháp SORAS Phản ứng oxy hoá quang hoá nhờ lợng xạ (SORAS): oxy hoá quang hoá As(III) thành As(V) nhờ ánh sáng mặt trời, sau tách As(V) khỏi nớc nhờ hấp phụ hạt Fe(III) Tăng cờng hiệu suất nhờ nhỏ thêm vài giọt chanh, giúp cho trình tạo keo Fe(III) Hàm lợng sắt nớc ngầm mg/l, cờng độ xạ UV-A 50 Wh/m2 PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE C«ng nghƯ xư lý n−íc 2.8 Chng cất lợng mặt trời Phơng pháp sử dụng lợng mặt trời để làm bốc nớc, sau cho nớc ngng tụ lại Quá trình bay ngng tụ nớc tách tất chất, có Asen khỏi nớc áp dụng tốt nớc vùng nhiệt đới, với nguồn lợng mặt trời sẵn có 2.9 Lọc màng Có nhiều loại màng lọc đợc sử dụng nh vi lọc, thẩm thấu ngợc, điện thẩm tách, siêu lọc vµ läc nano PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE 2.10 Phơng pháp sinh học Arsenic removal by biofilter - With Iron oxidyzing bacteria ... lợng 25 - 50 ug/l đời ngời Hít thở thờng xuyên không khí chứa 1ug/m3 asen dẫn đến ung th với xác st kho¶ng 0.4% (4/1000) PGS TS Ngun ViƯt Anh, IESE Công nghệ xử lý nớc Các công nghệ xử lý asen... tr−íc xư lý 100 – 180 ppb, sau xử lý đạt < 10 ppb PGS TS Nguyễn Việt Anh, IESE Sử dụng mạt sắt kết hợp với cát Công nghệ AsRT: Lọc với vật liệu hấp phụ mạt sắt trộn lẫn với cát thạch anh HÖ thèng... oxidation arsenic co-precipitation arsenic co-precipitation Tách khỏi nớc nhờ Lắng Lọc Các trạm xử lý nớc ngầm chứa sắt thờng đợc thiết kế theo công nghệ làm thoáng - lắng - lọc Những trạm khử