Luận văn: Khả năng xử lý của bùn đỏ về các ion độc hại trong nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
…………………………
NGUYỄN VĂN THƠM
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ
CỦA BÙN ĐỎ TÂY NGUYÊN ĐỐI VỚI MỘT SỐ
ION ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
…………………………
NGUYỄN VĂN THƠM
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ
CỦA BÙN ĐỎ TÂY NGUYÊN ĐỐI VỚI MỘT SỐ
ION ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC
Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số: 60440120
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN HỒNG CÔN
Hà Nội - 2015

Luận văn thạc sĩ
Nguyễn Văn Thơm Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Trần
Hồng Côn, người đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình tận tình hướng dẫn
em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Khoa Hóa học – Trường Đại
học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã dốc lòng truyền đạt kiến
thức trong thời gian em học tập. Với vốn kiến thức được tiếp thu không chỉ là
nền tảng cho quá trình nghiên cứu luận văn mà còn là hành trang quý báu cho
em trong công việc và cuộc sống sau này.
Em chân thành cảm ơn NCS. Phạm Thị Mai Hương đã ủng hộ và giúp đỡ
em rất nhiệt tình trong quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến của các anh chị,
các bạn sinh viên để tôi hoàn thiện luận văn này.
Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy, Cô thật dồi dào sức khỏe và thành
công trong sự nghiệp cao quý của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai
sau.
Trân trọng kính chào quý Thầy, Cô!
Học viên cao học
Nguyễn Văn Thơm

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT Viết tắt Tên tiếng anh Tên tiếng việt
1 XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X
XRF X-Ray Fluorescence Phổ huỳnh quang tia X
2 SEM
Scanning Electron
Microscope
Kính hiển vi điện tử quét
3 TEM
Transmission Electron
Microscopy
Kính hiển vi điện tử truyền qua
4 pHpzc pH-Point of zero charge pH tại điểm đẳng điện
5 TRMA Bùn đỏ trung hòa kiềm
6 TRMW Bùn đỏ rửa nước đến pH=7

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu
bảng
Tên bảng Trang
1.1
Thành phần nguyên tố của bùn đỏ Bảo Lộc
(phương pháp phổ huỳnh quang tia X - XRF).
3
1.2
Bảng 1.2. Thành phần nguyên tố của bùn đỏ tại
Nhà máy Alumin Lâm Đồng.
3
1.3
Thành phần bùn đỏ lấy từ nhà máy hóa chất Tân Bình tại
thành phố Hồ Chí Minh.
3
1.4 Các dạng cấu trúc pha trong bùn đỏ khô. 3
1.5 Bán kính ion NH4
+
và bán kính của các ion kim loại kiềm. 19
2.1 Kết quả xác định dung dịch chuẩn asen từ 10 – 90ppb. 29
2.2 Kết quả xác định dung dịch chuẩn asen từ 100 – 900 ppb. 29
2.3 Giá trị mật độ quang ABS. 31
3.1 Thành phần hóa học của bùn đỏ khô nguyên liệu. 39
3.2 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ As của TRMA. 41
3.3 Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMA 350. 43
3.4 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMA 350. 44
3.5 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ As của TRMW. 45
3.6 Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMW 350. 47
3.7 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMW 350 . 48
3.8 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của TRMA. 49
3.9 Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMA 600. 51
3.10 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMA 600. 52
3.11 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Amoni của TRMW. 53

3.12 Kết quả xác định pHpzc của vật liệu TRMW 600. 55
3.13 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu TRMW 600. 56

DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình vẽ
Tên hình vẽ Trang
1.1 Cấu trúc tứ diện đều của ion amoni. 19
1.2 Đường cong Clo hoá tới điểm đột biến đối với nước có amoni. 22
2.1 Đường chuẩn asen từ 10-90 ppb. 29
2.2 Đường chuẩn asen từ 100 - 900 ppb. 30
2.3
Đường chuẩn dùng để xác định nồng độ NH4
+
trong mẫu
nước.
31
2.4 Tia tới và tia phản xạ trên tinh thể. 32
2.5 Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét. 34
2.6 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu. 35
2.7 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. 37
2.8 Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Langmuir. 38
3.1 Giản đồ XRD của mẫu bùn đỏ Tân Rai. 40
3.2 Kết quả phân tích nhiệt mẫu bùn đỏ nguyên liệu. 41
3.3 Giản đồ XRD của vật liệu TRMA 350. 42
3.4 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMA 350. 43
3.5 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMA 350. 43
3.6 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của TRMA 350. 44
3.7 Giản đồ XRD của vật liệu TRMW 350. 46
3.8 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMW 350. 46
3.9 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMW 350. 47
3.10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của TRMW 350. 48
3.11 Giản đồ XRD của vật liệu TRMA 600. 50
3.12 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMA 600. 50

3.13 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMA 600. 51
3.14 Phương trình tuyến tính Langmuir của vật liệu TRMA 600. 52
3.15 Giản đồ XRD của vật liệu TRMW 600. 54
3.16 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu TRMW 600. 54
3.17 Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRMW 600. 55
3.18 Phương trình tuyến tính Langmuir của vật liệu TRMW 600. 56

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN............................................................................... 2
1.1. Bùn đỏ ........................................................................................................ 2
1.1.1. Nguồn gốc của bùn đỏ......................................................................... 2
1.1.2. Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ................................................... 2
1.1.3. Tình hình bùn đỏ ở Tây Nguyên......................................................... 4
1.1.4. Các phương pháp xử lý bùn đỏ........................................................... 4
1.2. Vấn đề ô nhiễm nước. ................................................................................ 8
1.2.1. Asen và các phương pháp xử lý Asen................................................. 8
1.2.2. Amoni và các phương pháp xử lý Amoni......................................... 17
CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM ........................................................................ 26
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn. ...................................... 26
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................... 26
2.1.2. Nội dung nghiên cứu......................................................................... 26
2.2. Hóa chất và thiết bị dụng cụ..................................................................... 26
2.2.1. Hóa chất............................................................................................. 26
2.2.2. Thiết bị và dụng cụ............................................................................ 27
2.3. Phương pháp phân tích Asen và Amoni trong nước................................ 28
2.3.1. Phân tích Asen bằng phương pháp thủy ngân bromua. .................... 28
2.3.2. Phân tích Amoni bằng phương pháp Nessler.................................... 30
2.4. Chế tạo các loại vật liệu hấp phụ từ bùn đỏ............................................. 32
2.4.1. Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA)....................................................... 32
2.4.2. Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW)............................................... 32
2.5. Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu hấp phụ........................ 32
2.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD)...................................... 32
2.5.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM). ................................ 33
2.5.3. Phương pháp xác định giá trị pH tại điểm đẳng nhiệt. ..................... 35
2.5.4. Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu...................... 35

CHƯƠNG 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................... 39
3.1. Các đặc tính của bùn đỏ nguyên liệu. ...................................................... 39
3.1.1. Thành phần hóa học của bùn đỏ nguyên liệu.................................... 39
3.1.2. Thành phần khoáng học của bùn đỏ nguyên liệu.............................. 40
3.1.3. Kết quả chụp phân tích nhiệt của bùn đỏ nguyên liệu...................... 40
3.2. Vật liệu hấp phụ Asen từ bùn đỏ.............................................................. 41
3.3. Vật liệu hấp phụ Amoni từ bùn đỏ........................................................... 49
KẾT LUẬN......................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 58

Nguyễn Văn Thơm 1 Lớp K23-Cao học Hóa Môi Trường
LỜI MỞ ĐẦU
Song song với sự phát triển của nền công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước thì ô nhiễm môi trường đang trở thành một vấn đề cấp bách đối với toàn xã
hội. Bên cạnh quá trình sản xuất của các nghành công nghiệp thì đi cùng với nó
là một lượng lớn rác thải công nghiệp được thải ra môi trường.
Bùn đỏ là chất thải từ quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxite theo công
nghệ Bayer. Việc xử lý loại bỏ bùn đỏ là một vấn đề quan trọng đối với môi
trường vì hai lý do chính: một là bùn đỏ có độc tính do pH cao, hai là khối lượng
bùn đỏ thải ra rất lớn. Tác động đến môi trường của bùn đỏ có thể dẫn tới sự ô
nhiễm tầng nước ngầm hay ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt, ảnh hưởng
đến đất canh tác và thảm thực vật xung quanh khu vực khai thác và những nơi
thấp hơn. Do đó vấn đề cấp bách đặt ra là việc xử lý bùn đỏ thải ra sao cho hợp
lý và phù hợp với kinh tế.
Chính vì vậy, em đã thực hiện để tài nghiên cứu “ Nghiên cứu đánh giá
khả năng xử lý của bùn đỏ Tây Nguyên đối với một số ion độc hại trong
nước”, mà cụ thể trong đề tài này sẽ khảo sát đánh giá đối với asen và amoni.

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN
1.1. Bùn đỏ
1.1.1. Nguồn gốc của bùn đỏ.
Bùn đỏ là chất thải trong quá trình sản xuất alumina từ quặng bauxite theo
công nghệ Bayer- sáng chế của Karl Joseph Bayer năm 1888. Quá trình sản xuất
alumina thực chất là quá trình làm giàu Al2O3 nhằm tách lượng Al2O3 trong
bauxite ra khỏi các hợp chất khác.
Theo công nghệ Bayer, bauxite thô được nghiền rửa để thu được quặng
tinh bauxite, quặng tinh được nung với NaOH trong điều kiện nhiệt độ và áp
suất thích hợp. Dung dịch aluminat (NaAlO2) sau đó được tách đem kết tủa tạo
thành Al(OH)3, rửa và nung Al(OH)3 sẽ thu được Al2O3 là bột màu trắng có hàm
lượng Al2O3 chiếm tới 98,5-99,5%. Trong tiến trình tinh chế Alumina ở trên,
phần quặng không tan trong kiềm được lắng, rửa và loại khỏi dây chuyền. Bã
thải này được gọi là bùn đỏ [27].
1.1.2. Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ.
Bùn đỏ thải ra gồm có pha lỏng và pha rắn. Pha lỏng có tính kiềm mạnh
chứa thành phần nhôm tan trong kiềm. Pha rắn bao gồm các thành phần chính
như Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2,…Thành phần khoáng của bùn đỏ chủ yếu bao
gồm Gibssite, Boemite, Hematite, Goethite, Manhetite,… cùng một số chất hóa
học khác nữa như Nitrogen, Potasium, Chromium,Zinc...[8].
Quá trình điều chế Alumina, bauxite được nghiền nhỏ. Do đó, bùn thải
khi khô là các hạt bụi mịn (60% hạt có ф< 1 μm) dễ phát tán vào không khí gây
ô nhiễm môi trường, tiếp xúc thường xuyên với bụi này gây ra các bệnh về da,
về mắt. Pha lỏng của bùn đỏ có tính kiềm gây ăn mòn đối với vật liệu. Khi
không được thu gom, cách ly với môi trường, pha lỏng này có thể thấm vào đất
ảnh hưởng đến cây trồng, xâm nhập vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn
nước. Nước thải từ bùn tiếp xúc với da gây tác hại như ăn da, làm mất đi lớp
nhờn khiến da khô ráp, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy và loét
mủ ở vết rách xước trên da [29].

Bảng 1.1. Thành phần nguyên tố của bùn đỏ Bảo Lộc
(phương pháp phổ huỳnh quang tia X – XRF) [8].
Thành phần
hóa học
% khối lượng
Thành phần
hóa học
% khối lượng
Al2O3 27,67 P2O5 0,163
Fe2O3 36,28 Cr2O3 0,120
SiO2 8,486 CuO 0,015
CaO 0,066 ZnO 0,010
TiO2 5,389 ZrO2 0,064
MnO 0,045 SO3 0,221
K2O 0,024 MKN 20,330
Bảng 1.2. Thành phần nguyên tố của bùn đỏ tại
Nhà máy Alumin Lâm Đồng [7].
TT
Thành phần hóa
học
Đơn vị Hàm lượng
1 Độ ẩm % 20,42
2 Al2O3 % 16,71
3 TiO2 % 5,83
4 Fe2O3 % 51,10
5 Na2O % 5,32
6 SiO2 % 6,98
Bảng 1.3.Thành phần bùn đỏ lấy từ nhà máy hóa chất Tân Bình tại thành
phố Hồ Chí Minh [8].
Fe2O3 Al2O3 SiO2 Na2O TiO2 CaO SO3 P2O5 Cr2O3
47,44% 31,26% 6,17% 6,64% 6,73% 0,41% 0,44% 0,24% 0,22%
Bảng 1.4: Các dạng cấu trúc pha trong bùn đỏ khô.
STT Công thức hóa học Dạng tồn tại
1 Al(OH)3 Gibbsite
2 FeO(OH) Geothite
3 Fe2O3 Hematite
4 SiO2 Quartz
5 1.08Na2O.Al2O3.1.68SiO2.1.8H2O Sodium Aluminum Silicate Hydrate

1.1.3. Tình hình bùn đỏ ở Tây Nguyên.
Theo kết quả điều tra thăm dò địa chất chưa đầy đủ, nước ta có trữ lượng
khoáng sản Bauxite lớn phân bố rộng từ Bắc đến Nam với trữ lượng khoảng 5,5
tỷ tấn quặng nguyên khai; tương đương với 2,4 tỷ tấn quặng tinh; tập trung chủ
yếu ở Tây Nguyên. Do đó ngành công nghiệp sản xuất nhôm từ quặng Bauxite
đang được định hướng phát triển mạnh mẽ, đi kèm với nó là một lượng lớn bùn
đỏ được thải ra. Với quy hoạch phát triển bauxite ở Tây Nguyên, dự án alumin
Nhân Cơ công suất 600.000 tấn alumin/năm sẽ thải ra lượng bùn đỏ khô là
566.000 tấn/năm, dung dịch bám theo bùn đỏ là 610.000 tấn/năm; dự án alumin
Tân Rai sẽ thải ra lượng bùn đỏ khô là 636.720 tấn/năm, dung dịch bám theo
bùn đỏ là 687.720 tấn/năm. Hai nhà mấy alumin Nhân Cơ và Tân Rai có lượng
bùn đỏ thải ra khoảng 1,2-1,3 triệu tấn/năm [7].
Bùn đỏ sinh ra là tất yếu vì lượng nhôm trong quặng tinh đạt đến 47 – 49%
và phản ứng tách nhôm trong quặng đạt hiệu suất 70 – 75%. Đây là nguồn thải
lớn cần được quản lý, xử lý triệt để và an toàn.
Ở các tỉnh Tây Nguyên, nổi bật là ở tỉnh Lâm Đồng và tỉnh Đăk Nông,
đang chịu ảnh hưởng của bùn đỏ. Toàn tỉnh Đăk Nông có 13 mỏ Bauxite, trải
đều trên địa bàn các huyện nằm ở thượng nguồn 2 hệ thống sông lớn là Srepok
(gồm các nhánh Krông Bông, Krông Păk, Krông Ana, Krông Nô - đổ vào dòng
chính sông Mê Kông) và Đồng Nai (gồm các nhánh chính là Đăk Huýt, Đăk
Glun, Đăk Rtit, Đăk Nông - đổ vào sông Đồng Nai). Phần diện tích sông Srepok
trên địa bàn Đăk Nông là 3.583 km2
(chiếm 50% diện tích toàn tỉnh), sông Đồng
Nai là 2.934,4 km2
(chiếm 45% diện tích tỉnh).
Theo các nhà khoa học Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, các dự án
khai thác đều cần đến những diện tích đất rất lớn làm bãi thải bùn. Kết quả tính
toán cho thấy, để chế biến được 1 tấn Alumin từ Bauxite, các nhà máy phải thải
ra môi trường 2 tấn bùn đỏ. Cứ mỗi năm trong giai đoạn 2007 - 2015 (thực hiện
theo quy hoạch), các dự án ở Tây Nguyên sẽ sản xuất 6,6 triệu tấn Alumin và
lượng bùn đỏ thải ra sẽ khoảng 12 triệu tấn. Các hồ chứa quá mong manh trước
biến cố thiên tai như lụt, lũ quét… là nguyên nhân dẫn đến thảm họa môi trường
trong tương lai. Vì vậy, việc xử lý bùn đỏ là vấn đề bức thiết mang tính “sống
còn” cho các dự án Bauxite ở Tây Nguyên.
1.1.4. Các phương pháp xử lý bùn đỏ.
Các phương pháp xử lý bùn đỏ hiện nay đang được áp dụng bao gồm các
phương án chính sau:

- Xử lý phần chất lỏng đi kèm bùn đỏ hoặc phát sinh trong hồ bùn đỏ
bằng cách tái sử dụng trong dây chuyền sản xuất hoặc trung hoà bằng nước biển
(trường hợp nhà máy đặt cạnh biển) hoặc trung hoà bằng CO2.
- Chôn lấp bùn đỏ đã thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi trường.
- Xử lý bùn đỏ từ bãi thải, dùng cho các ứng dụng như vật liệu xây dựng
(gạch, ngói,...), làm đường, chế biến sơn, chế tạo các vật liệu đặc biệt khác...
Việc lựa chọn các phương án xử lý bùn đỏ sau thải được thực hiện tùy
theo các nhà máy alumin cụ thể, tuy nhiên hiện nay phương án chôn lấp, hoàn
thổ chiếm ưu thế và được áp dụng rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ đang
được nghiên cứu, thử nghiệm vì chi phí để thực hiện cao, hiệu quả kinh tế thấp.
*Phương pháp chôn lấp:
Bên cạnh khai thác mỏ Bauxite, đơn vị đấu thầu Tập đoàn Công nghiệp
Than – Khoáng sản Việt Nam cũng đã đề xuất một số phương án xử lý bùn đỏ.
Một trong những phương án khả thi nhất là chôn lấp. Hồ chứa bùn đỏ là một bộ
phận của hệ thống sản xuất alumina từ quặng bauxite, hồ này được thiết kế rất
kỹ để chống thấm chất lỏng trong bùn đỏ xuống nước ngầm theo chiều đứng và
chiều ngang. Để chống tràn, chủ đầu tư xây dựng hệ thống thoát nước mưa hoàn
chỉnh xung quanh hồ bảo đảm không có nước mưa chảy xuống hồ gây tràn hồ.
Hồ sẽ nạo sạch lớp thực bì, bùn... và được cán lót 2 lớp đất sét (dày 60cm) với
lớp lót vải địa kỹ thuật ở giữa. Bảo đảm chống thấm tuyệt đối. Mỗi hồ được
ngăn ra thành nhiều ngăn nhỏ và lượng bùn đỏ sẽ được thải theo từng ngăn. Khi
đầy ngăn thì dùng công nghệ xử lý hút nước (chủ yếu là nước thải chứa xút) để
đưa nước xút này trở lại nhà máy Alumin sử dụng cho công nghệ chế biến
Alumin và qua đó cũng làm khô bùn đỏ. Sau đó sẽ lấp đất đảm bảo chôn vĩnh
viễn nếu như không sử dụng chất thải này.
Hồ chứa bùn đỏ xây dựng phải đảm bảo các tiêu chí như: không gây ra
hiện tượng thẩm thấu các chất ô nhiễm môi trường; lòng hồ phải được xử lý thi
công và lót vải địa kỹ thuật hoặc vải nhựa có độ thấm đạt các yêu cầu của tiêu
chuẩn, quy chuẩn của Việt Nam đối với bãi chôn lấp rác thải nguy hại; không có
hiện tượng phát sinh và phát tán bụi ra môi trường; đảm bảo khả năng hoàn thổ
trả lại đất cho canh tác trong thời gian ngắn nhất với chi phí nhỏ nhất; không
tiềm ẩn bất cứ khả năng gây thảm họa nào đặc biệt là khả năng vỡ đập gây ô
nhiễm môi trường và nguy hiểm trên diện rộng...
Xung quanh hồ sẽ xây dựng hệ thống kênh thu nước mặt, nước mưa từ
lưu vực xung quanh để dẫn thoát ra khỏi phạm vi lòng hồ, đảm bảo lượng mưa
xuống hồ chỉ là lượng mưa thu trực tiếp từ diện tích mặt thoáng của hồ.

Theo thiết kế, phía dưới các lớp cát, vải địa kỹ thuật sẽ là ống hút nước
(bùn được lắng đọng trong lòng hồ) từ bùn để tái sử dụng. Hồ bùn đỏ cũng được
chia thành nhiều ngăn để khi bùn được thải đầy (đã hút hết nước tái sử dụng),
từng ngăn sẽ được làm khô và phủ đất phía trên, trồng cây. Để bảo đảm mục tiêu
này, đáy và vách của hồ bùn đỏ được lót bằng sét và nén chặt, sau đó là lớp nhựa
HDPE chống thấm được hàn mối với nhau rất kỹ. Một lớp cát dày được bố trí
trên lớp nhựa HDPE và trong lớp cát bố trí một hệ thống ồng đục lỗ để thu gom
nước thấm xuống từ bùn đỏ để bơm ngược về công đoạn nung bauxite để thu hồi
chất kiềm đưa vào tái sử dụng. Khi lượng bùn đỏ cao dần lên trong hồ, lớp chất
lỏng trên mặt bùn đỏ sẽ được thu theo hệ thống ống đặt đứng theo vách hồ chứa
bùn đỏ.
Chất lỏng trong hồ bùn đỏ sẽ được thu hồi triệt để. Chất đặc còn lại trong
hồ tích lũy cao dần lên đến độ cao quy định sẽ được phủ lên một lớp vật liệu
chống thấm và sau đó đổ lên 3-6 m đất để trồng cây. Sau cùng, mặt hồ chứa bùn
đỏ sẽ trở thành một vùng cây rừng xanh tốt. Bên cạnh một hồ chứa bùn đỏ đang
hoạt động, luôn luôn có một hồ chứa còn trống bên cạnh để chứa nước trong
trường hợp mưa quá lớn và tràn khỏi mặt hồ chứa bùn đỏ (trên cơ sở thống kê
lượng mưa cực đại trong 100 năm). Với nguyên tắc thiết kế này, sẽ không có
nước tràn từ mặt hồ bùn đỏ ra môi trường.
*Phát triển hệ thực vật đệm trước khi chuyển đất thành đất trồng trọt.
Cách này không thể áp dụng đối với các chủng cây lấy gỗ hoặc công
nghiệp vì hệ mao mạch trên bộ rễ của các cây sẽ bị phá hỏng ngay khi tiếp xúc
với môi trường kiềm mạnh của bùn đỏ nhưng có thể áp dụng cho các hệ cây
không có khả năng cho thu hoạch, nhưng có khả năng sinh trưởng trên môi
trường độc hại, hút dần các độc tính trong đất rồi bằng phương pháp cơ học, hủy
diệt hệ thực vật này để tạo môi trường cho hệ thực vật có ích cho môi trường và
thu hoạch hơn. Quá trình này phải mất từ 20 đến 30 năm mới có thể tái tạo một
phần khả năng của đất. Tuy nhiên đối với vùng Tây nguyên, đất đai trong vùng
dự án rất gần kề với khu dân cư, trồng trọt hoặc thậm chí là khu nông trang của
người dân nên việc chờ đợi lâu cho rừng tái tạo như thế là hoàn toàn không hợp
lý. Hoặc nếu muốn áp dụng phương pháp này thì cần phải có một kế hoạch di
dân phù hợp.
* Trung hòa độc tính của bùn đỏ.
Cách này có thể thực hiện được bằng sử dụng nước biển. Những nghiên
cứu về phương pháp này chỉ ra rằng, cứ 1 khối bùn đỏ cần 2 khối nước biển để
trung hòa. Độ kiềm của bùn sẽ giảm từ 12 xuống khoảng 8,5; độ pH vừa phải để

lớp rễ cây có thể chịu đựng được. Theo lí giải của các nghiên cứu, sự tồn tại của
một lượng lớn Ca2+
và Mg2+
trong nước biển sẽ tạo thành các hidroxit dưới dạng
kết tủa, làm giảm pH của bùn. Phương pháp này được coi tối ưu đối với các dự
án gần biển vì sau đó, lớp bùn sa lắng không gây nguy hiểm cho hệ sinh thái ven
biển. Có lẽ vì lí do này mà từ đầu, dự án Bauxite Tây Nguyên có ý định tạo
đường dẫn đưa bùn đỏ ra bờ biển Việt Nam. Sự vận chuyển đất bỏ đi như thế sẽ
khiến các tỉnh Tây Nguyên mất đất trồng trọt. Sau khai thác, cả vùng sẽ thành
các vũng lầy diện rộng không có khả năng làm nông nghiệp. Đồng thời, với mật
độ mưa lớn, sẽ tạo ra sự xói mòn đất, làm lộ ra lớp nền đá cứng không phù hợp
với việc canh tác nông nghiệp hay trồng rừng. Áp dụng phương pháp này tại chỗ
bằng việc trút xuống lớp muối khô CaCl2 hay MgCl2 sẽ giảm được độ pH,
nhưng thay thế gốc hydroxyl (OH-
) bằng gốc muối clorua sẽ khiến đất nhiễm
mặn, mất khả năng trồng trọt. Điều này không khả thi với vùng đất Tây Nguyên
vì chi phí cho các loại muối trên và khả năng tẩy mặn là rất khó khăn.
* Lọc bỏ và thay thế các độc chất trong bùn đỏ.
Có thể sử dụng các phương pháp trao đổi ion để thay natri và hidroxite
trong NaOH bằng kali và photphat. Phương pháp này đã cho thấy một số kết quả
trong phòng thí nghiệm, nhưng chưa thể triển khai đại trà vì chi phí màng lọc và
khó khăn về thời gian trao đổi. Những kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng để việc
trao đổi ion hoàn tất cho 1m3
bùn đỏ, phải mất 10 ngày. Rõ ràng chưa thể áp
dụng với dự án bauxite ở Tây Nguyên.
Ngoài những phương pháp trên người ta còn đề ra một số phương pháp xử
lý khác như là:
- Tìm kiếm các nguồn phối trộn để trung hòa bùn đỏ: cần tập trung khai
thác các nguồn hữu cơ có tính acid: than bùn chua (pH < 4), đặc biệt là than bùn
vùng Di Linh, Lâm Hà, Đam Rông... khá dồi dào, tăng cường sử dụng than bùn
ủ phân chuồng bón phủ lên trên bùn đỏ.
- Trên nền bùn đỏ đã xử lý trung hòa, khảo nghiệm các nhóm thực vật
hoặc cây trồng thích hợp có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế và đồng thời cải
tạo - tái tạo đất trồng. Nhờ đó giải quyết triệt để có tính bền vững các vấn nạn ô
nhiễm nêu trên. Dự kiến các nhóm thực vật chọn lọc đưa vào thử nghiệm gồm:
chuối, dứa, sắn, sen, súng, lúa, củ niễng, rau muống, dầu mè; các nhóm thực vật
chọn lọc mới cho khảo nghiệm; từ các nhóm cây hoang dại, cây cảnh, cây
rừng... Thử nghiệm trên cây trồng chậu để xác định khả năng sử dụng chế phẩm
thu được làm phân bón sinh học, giá thể trồng cho một số loại cây.

- Dùng phế liệu của một số công ty khác để xử lý trung hòa cho bùn đỏ,
chẳng hạn phế thải của Công ty men Mauri La Ngà hoặc Công ty Vedan. Về bản
chất phế thải các công ty này là cặn rỉ môi trường sau lên men vi sinh, rất giàu
hữu cơ, song rất chua (pH < 2,5), thời gian qua việc giải quyết xử lý chưa triệt
để, gây hậu quả về môi trường. Như vậy có thể giải được cùng lúc bài toán ô
nhiễm ở hai lĩnh vực, nghĩa là dùng chính các phế liệu gây ô nhiễm nặng đó xử
lý lẫn nhau, đưa về một môi trường có khả năng cho thực vật phát triển…
1.2. Vấn đề ô nhiễm nước.
Nước là nguồn tài nguyên rất cần thiết cho sự sống trên Trái Đất. Nước
luôn luôn tuần hoàn trong thế giới tự nhiên, dưới hình thức của những chu trình
nước. Nước sạch không chứa các chất nhiễm bẩn, vi khuẩn gây bệnh và các chất
hóa học ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Ngoài ra, nước sạch còn được quy
định về thành phần giới hạn của một số ion kim loại nặng, một số chất thải dưới
mức cho phép của Tổ chức y tế Thế giới.
Vấn đề ô nhiễm nước mặt, nước ngầm ngày càng trở nên nghiêm trọng,
có những nơi đến mức báo động. Nguyên nhân là do: rác tồn đọng nhiều trong
khu dân cư và chưa được xử lý, điều kiện vệ sinh môi trường khu vực dân cư
vừa thiếu, vừa không đảm bảo vệ sinh; hệ thống thoát nước và nước thải thường
xuyên bị ứ đọng, tắc; nước thải công nghiệp, các xí nghiệp, bệnh viện… hầu hết
không được xử lý hay làm sạch trước khi thải vào hệ thống thoát nước chung;
nhiều vùng, nguồn nước ngầm bị ô nhiễm, do gần các cơ sở có ô nhiễm nặng và
nguy hiểm. Nhiều nơi chất lượng nước suy giảm mạnh, nhiều chỉ tiêu về các
chất độc hại trong nước cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần [3, 5].
1.2.1. Asen và các phương pháp xử lý Asen.
1.2.1.1. Nguồn gốc ô nhiễm Asen trong nước.
Chúng ta biết rằng, giải quyết tốt vấn đề nguồn gốc ô nhiễm Asen giúp
nhận diện được nguồn sinh ra Asen, dạng tồn tại và cơ chế di chuyển của nó
trong nước ngầm, từ đó có những biện pháp phòng tránh, xử lý và dự báo ảnh
hưởng của ô nhiễm Asen. Tuy nhiên, nguồn gốc của Asen trong nước là một vấn
đề rất khó và phức tạp. Theo lý thuyết, Asen trong nước có 2 nguồn gốc là
nguồn gốc tự nhiên và nguồn gốc nhân tạo. Nguồn gốc tự nhiên bao gồm các
nguồn gốc do các quá trình địa chất và trầm tích tạo nên dưới tác động của các
quá trình như: quá trình ôxy hoá, quá trình khử, quá trình sinh hoá. Nguồn gốc
nhân tạo bao gồm các hoạt động của con người sinh ra như: đốt than, khí thải,
nước thải chứa Asen, sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, nước tưới, các chất thải

công nghiệp... Sự có mặt của Asen trong nước là kết quả của rất nhiều các quá
trình dưới sự tác động của hàng loạt các yếu tố [15].
1.2.1.2. Tính chất vật lý và hóa học của Asen.
Asen là một bán kim loại có số thứ tự 33 trong bảng hệ thống tuần hoàn
Mendeleev, trọng lượng nguyên tử 74,91. Khi ở nhiệt độ 250
C nó có tỷ trọng
5,73 g/cm3
. Nguyên tố As thuộc nhóm VA, có cấu hình [Ar] 3d10
4s2
4p3
có
obitan p trống nên ngoài việc cho những hợp chất trong đó chúng có số oxi hoá
+3 hoặc -3, nó còn có khả năng tạo nên 2 liên kết cộng hoá trị nữa để tạo nên
hợp chất có số oxi hoá +5.
Tùy theo từng điều kiện môi trường mà Asen có thể tồn tại ở nhiều trạng
thái oxi hóa khác nhau: -3, 0, +3,+5. Trong nước tự nhiên, Asen tồn tại chủ yếu
ở 2 dạng hợp chất vô cơ là asenat [As(V)], asenit [As(III)]. As(V) là dạng tồn tại
chủ yếu của asen trong nước bề mặt và As(III) là dạng chủ yếu của Asen trong
nước ngầm. Dạng As(V) hay các asenat gồm AsO4
3-
, HAsO4
2-
, H2AsO4
-
,
H3AsO4; còn dạng As(III) hay các asenit gồm H3AsO3, H2AsO3
-
, HAsO3
2-
và
AsO3
3-
[13].
Trong nước ngầm Asen tồn tại ở trạng thái yếm khí dưới dạng As(III) và
dạng trung tính. Khi tiếp xúc với không khí (nước mặt) một phần lớn As(III) bị
chuyển thành As(V). Các hợp chất của As(III) có tính độc cao hơn.
Asen ở dạng đơn chất và dạng hợp chất đều có tính chất vừa kim loại vừa
không kim loại nên được gọi là nguyên tố nửa kim loại. Asen tồn tại chủ yếu
dưới dạng khoáng vật sunfua như Reanga (As4S4), oripenent (As2S3) ngoài ra
chúng còn lẫn trong khoáng vật của các kim loại khác. Nếu không có oxi hay
nguồn nước, các quặng này không tan trong nước. Khi con người khoan, khai
thác nước đã vô tình đưa oxi lọt xuống tầng sâu, theo thời gian, do kết quả hoạt
động của vi khuẩn, phản ứng hoá học, các khoáng chứa Asen tan ra [14, 19].
Trong nước ngầm, Asen tồn tại cả dưới vô cơ và hữu cơ. Asen không gây
mùi khó chịu trong nước, (cả khi ở hàm lượng có thể gây chết người), khó phân
hủy .Là nguyên tố phổ biến thứ 20 trong các nguyên tố có trên bề mặt trái đất.
Độc tính của Asen rất khác nhau, độc tính của As(III) độc gấp 50 lần As(V),
Asen ở dạng vô cơ độc hơn ở dạng hữu cơ...
Asen bền trong không khí khô, nhưng bề mặt bị oxi hóa dần trong không
khí ẩm thành lớp xỉn màu đồng, cuối cùng thành lớp vỏ màu đen bao quanh
nguyên tố.Khi đun nóng Asen cũng tuơng tác với brom, iot, lưu huỳnh.
Asen không tác dụng với axit không có tính oxi hóa, nhưng dễ dàng phản
ứng với các axit HNO3, H2SO4 đặc:

3As + 5HNO3 + 2 H2O = 3 H2SO4 + 5NO
Các halogenua được tạo ra khi Asen phản ứng với halogen, các hợp chất
này dễ bị thủy phân tạo axit tương ứng trong môi trường nước:
3As + 5Cl2 + 2H2O = 2H3AsO4 + 10HCl
Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của Asen là +3 (Asenit (III): trong phần
lớn các hợp chất Asen hữu cơ), +5 (Asenat (V): phần lớn các hợp chất vô cơ
chứa ôxy của Asen). Các ôxít của nó kết tinh, không màu, không mùi như As2O3
và As2O5 là những chất hút ẩm và dễ dàng hòa tan trong nước để tạo thành các
dung dịch có tính axít [25].
Một số tính chất hóa học của các hợp chất Asen:
+ Hợp chất của As-3
:
As-3
thường tồn tại ở dạng asin AsH3 và các hợp chất Asen hữu cơ,
AsH3 là một chất khí không màu, có mùi tỏi, phân huỷ ở 3000
C, có thể bốc cháy
không khí và rất độc (liều lượng gây chết người là 250ppm).
AsH3 có tính khử mạnh, nó có thể khử được các muối của kim loại về kim
loại, tác dụng với các chất oxi hoá mạnh như I2, KMnO4, KIO3, tính chất này
của AsH3 đã được dùng để xác định As trong nhiều công trình nghiên cứu.
AsH3 + 6AgNO3 + 3H2O → 6Ag + H3AsO4 + 6HNO3
AsH3 + 2I2 + 4H2O → H3AsO4 + 8I–
+ 11H+
5AsH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 5H3AsO4 + 4K2SO4 + 8MnSO4 + 12H2O
5AsH3 + 8 IO3
–
→ 5AsO4
3-
+ 4I2 + 4H2O + 7H+
AsH3 tác dụng với muối HgCl2 tẩm trên giấy lọc tạo ra hợp chất có màu
biến đổi từ vàng – đỏ – nâu: AsH2(HgCl); AsH(HgCl2)2; As2Hg2. Tính chất này
của AsH3 được ứng dụng trong phép phân tích so màu bán định lượng.
AsH3 được điều chế theo nguyên tắc cho hiđro mới sinh (hiđro nguyên tử)
khử các hợp chất của As. Trước đây theo phương pháp cổ điển người ta điều chế
Asin bằng cách cho muối của chúng tác dụng với axit:
Mg3As2 + 6HCl → 3MgCl3 + 2AsH3
Dễ dàng hơn là cho hợp chất tan được của Asen tác dụng với hidro mới
sinh (Zn +HCl hoặc Sn + HCl):
As2O3 + 6Zn + 12 HCl → 6ZnCl2 + 2AsH3 + 3H2O
Hiện nay trên thế giới phương pháp phổ biến nhất để điếu chế AsH3 là
cho NaBH4 tác dụng với As(III) trong môi trường axit HCl:
NaBH4 + H+
+ 3H2O → H3BO3 + Na+
+ 8[H]

6[H] + AsO3
3-
+ 3H+
→ AsH3 + 3H2O
+ Hợp chất của As(III):
As (III) tồn tại chủ yếu trong các hợp chất như As2O3, AsCl3, AsO3
3-
*Oxit As2O3:
As2O3 ở thể rắn có màu trắng rất độc, liều lượng chết người là 0,1g.
Ở trạng thái khí nó tồn tại dưới dạng phân tử kép As4O4, khi nhiệt độ trên
1800
C nó phân li thành phân tử đơn.
As2O3 tan ít trong nước (1,7g trong 100g H2O) cho dung dịch axit yếu
arsenous:
As2O3 + H2O → 4 H3AsO3
Axit arsenous có tính chất lưỡng tính nhưng theo các hàng số phân ly
dạng axit và dạng bazơ thì tính chất axit của nó ưu thế hơn (Kax=6.10-10
;
Kb=1.10-14
)
Mặc dù khó tan trong nước nhưng As2O3 lại tan tốt trong kiềm:
As2O3 + 6NaOH → 2Na3AsO3 + 3H2O
As2O3 thể hiện tính khử khi tác dụng với O3, H2O2, FeCl3, K2Cr2O7,
KMnO4, HNO3…khi đó nó bị oxi hoá đến AsO4
3-
.
Điều chế oxit của As(III) bằng cách đốt Asen trong không khí
*Sunfua của As(III) (As2S3):
Sunfua của As(III) thu được khi cho H2S tác dụng với các hợp chất tan
As(III) trong môi trường axit:
Na3[As(OH)6] + 3H2S + HCl → As2S3 + 6HCl + 12H2O
As2S3 không tan trong HCl đặc. Tính chất này được ứng dụng để tách As
ra khỏi hỗn hợp Sb và Sn trong quá trình phân tích. As2S3 dễ tan trong kiềm hay
khi có mặt bazơ sunfua:
As2S3 + 3Na3S → 2Na3AsS3
As2S3 + 6NaOH → Na3AsS3 + Na3AsO3 + 3H2O
As2S3 + (NH4)2CO3 → (NH4)3AsS3 + 3CO2
Phản ứng thứ 3 có thể được dùng để tách loại Asen trong quá trình phân tích.
As2S3 chuyển thành AsO4
3-
khi đun nóng với kiềm hoặc (NH4)2CO3 và H2O2:
As2S3 + (NH4)2CO3 + 14H2O2 → (NH4)3AsO4 + (NH4)4SO4 + 6CO2 + 14H2O
As2S3 cũng có thể bị hoà tan trong HNO3đ hoặc trong nước cường thuỷ và
bị oxi hoá lên As(V).

*AsCl3:
AsCl3 là chất lỏng dạng dầu, không màu, tan trong nước và bị thuỷ phân
mạnh. Vì AsCl3 dễ bay hơi nên khi đun nóng dung dịch axit arsenous đã được
bão hoà HCl ta có thể đuổi hết Asen ra khỏi dung dịch. Tính chất này được ứng
dụng để chưng cất các hợp chất As(III).
Các hợp chất của As(III) chủ yếu có tính khử:
Trong môi trường kiềm yếu ( pH = 8) As(III) khử I2 thành I–
:
AsO3
3-
+ I2 + H2O → AsO4
3-
+ 2I–
+ 2H+
Trong môi trường axit, As(III) phản ứng với các chất oxi hoá mạnh như
K2Cr2O7, KMnO4, KBrO3, …
5AsO3
3-
+ 2MnO4
–
+ 6H+
→ 5AsO4
3-
+ 2Mn2+
+ 3H2O
3AsO3
3-
+ BrO3
–
+ 6H+
→ 3AsO4
3-
+ Br–
+ 3H2O
AsO3
3-
+ Cr2O7
2-
+ 8H+
→ AsO4
3-
+ 2Cr3+
+ 4H2O
Đây là những phản ứng được dùng để xác định hàm lượng lớn Asen bằng
phương pháp phân tích thể tích.
Ngoài tính khử các hợp chất As(III) còn thể hiện tính oxi hoá thành As3-
.
+Hợp chất của As(V):
As(V) là mức oxi hoá cao nhất của Asen. Hợp chất của As(V) chủ yếu là
As2O5, AsX5, As2S5, AsO4
3-
.
*Oxit As2O5:
As2O5 là chất ở dạng khối vô định hình giống như thuỷ tinh, phân huỷ ở
nhiệt độ cao (trên 4000
C) tạo thành As4O6.
As2O5 dễ tan trong nước tạo thành axit asenic nên để trong không khí sẽ
bị chảy rữa:
As2O5 + 3H2O → 2H3AsO4
Axit asenic chỉ oxi hoá được những chất khử mạnh như HI, tạo thành I2:
H3AsO4 + 2HI → H3AsO3 + I2 + H2O
Axit asenic được điều chế bằng cách cho Asen tác dụng HNO3 đặc nóng:
3As + HNO3 + 2H2O → 3H3AsO4 +5NO
*As2S5: Là hợp chất axit, tan khi có mặt sunfua bazơ:
As2S5 + 3Na2S → 2Na3AsS4

*AsX5:
Tính chất hoá học đặc trưng của AsX5 là dễ kết hợp với một số hợp chất
tạo nên sản phẩm có dạng AsF5.IF7, kết hợp với halogenua kim loại kiềm MX
tạo thành phức có công thức chung M(EX6).
Tác dụng với nước tạo thành axit asenic:
AsX5 + 4H2O → H3AsO4 + 5HX
1.2.1.3. Độc tính của Asen.
Về mặt sinh học Asen là một chất độc có thể gây 19 bệnh khác nhau trong
đó có ung thư da và phổi. Mặt khác Asen có vai trò trong trao đổi nuclein, tổng
hợp protit và hemoglobin. Asen ảnh hưởng đến thực vật như một chất cản trở
trao đổi chất, làm giảm mạnh năng suất, đặc biệt trong môi trường thiếu
photpho. Độc tính của Asen với những sinh vật dưới nước tăng theo dãy
Asen→Asenit→Asenat→hợp chất Asen hữu cơ.
Asen và hợp chất của Asen có mặt ở khắp mọi nơi như trong không khí,
đất, thức ăn, nước uống và có thể xâm nhập vào cơ thể theo 3 đường: hô hấp, da
và chủ yếu là ăn uống. Các hợp chất dễ tan của Asen hấp thụ qua đường tiêu hóa
vào máu tới 90% và ra khỏi máu đến các tổ chức rất nhanh, nửa giờ sau khi tiếp
xúc đã tìm thấy liên kết của Asen với protein trong gan, thận, bàng quang, sau
24 giờ trong máu chỉ còn lại 0,1%. Asen được đào thải chủ yếu là qua nước tiểu.
Trong số các hợp chất của Asen thì As(III) là độc nhất. Mức độ độc hại
của các chất được sắp xếp theo thứ tự: Asin > As(III) (As2O3) > As(V) > Asen
hữu cơ. As(III) thể hiện tính độc bằng cách tấn công lên các enzim, làm cản trở
hoạt động của enzim.
Do sự tương tự về tính chất hóa học với photpho, Asen can thiệp vào một
số quá trình hóa sinh làm rối loạn photpho. Có thể thấy được hiện tuợng này khi
nghiên cứu sự phát triển hóa sinh của chất sản ra năng lượng chủ yếu là ATP
(adenozin triphotphat). Asen(III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein do sự
tấn công các liên kết sunfua bảo toàn cấu trúc bậc 2 và 3.
Như vậy, Asen có 3 tác dụng sinh hóa là: làm đông tụ protein, tạo phức
với enzim và phá hủy quá trình photpho hóa.
Nhiễm độc Asen cấp tính xảy ra do ăn uống phải asen với liều lượng lớn
(1-2g). Các nghiên cứu cho thấy triệu chứng nhiễm độc rất đa dạng, phụ thuộc
vào hợp chất Asen đã ăn phải. Có thể gặp các biểu hiện tổn thương thận, rối loạn
chức năng tim mạch, đôi khi xuất hiện phù phổi cấp, suy hô hấp, gan to... Nếu
được cứu chữa kịp thời, bệnh nhân có thể sống sót, nhưng để lại các di chứng

nặng nề về não, suy tủy, suy thận, thiếu máu, giảm bạch cầu, tan huyết, xạm da
và tổn thương đa dây thần kinh ngoại biên.
Bệnh nhiễm độc Asen mãn tính do sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm Asen
xảy ra ở nhiều nước trên thế giới. Nguyên nhân gây bệnh là do dân cư sử dụng
nguồn nước bị nhiễm Asen cao (0,35-1,10mg/l) từ các giếng khoan để sinh hoạt.
Asen còn gây hàng loạt các bệnh nội khoa như: gây tăng huyết áp, gây tắc ngoại
vi, bệnh mạch vành, mạch máu não dẫn đến thiếu máu cục bộ cơ tim và não, là
những cơ quan đảm nhận chức năng sống quan trọng. Nguy cơ mắc bệnh và tử
vong do nhồi máu cơ tim tăng cao. Nguy cơ mắc bệnh viêm tắc mạch ngoại biên
tăng theo thời gian tiếp xúc với Asen ngay ở nồng độ > 0,02mg/l.
Biểu hiện lâm sàng của bệnh rất đa dạng, do Asen gây tác hại rộng rãi tới
chức năng của nhiều hệ cơ quan: thần kinh, tim mạch, tiêu hóa, hô hấp... Mức độ
tổn thương phụ thuộc vào độ nhạy cảm của từng cá thể, vào liều lượng và thời
gian tiếp xúc. Quá trình phát triển bệnh âm ỉ, kéo dài. Ở giai đoạn sớm thường
tìm thấy các tổn thương da, các triệu chứng hay gặp như như: Biến đổi sắc tố da
(pigmentation), dày sừng (hyperkeratosis) ở lòng bàn chân, bàn tay, đối xứng
hai bên, đôi khi kèm theo các vết nứt nẻ. Các tổn thương có thể phát triển thành
ung thư da. Nguy cơ mắc bệnh tăng ngay cả khi uống nước có nồng độ Asen <
0,05mg/l. Bệnh thường phát triển sau khi tiếp xúc một thời gian dài ủ bệnh (5-10
năm, có thể là lâu hơn) [14].
Ngoài ra Asen có thể làm tổn thương thần kinh, ảnh hưởng đến việc sinh
sản ở phụ nữ và tăng nguy cơ mắc bệnh xơ gan, thiếu máu, rối loạn chuyển hóa
protein và đường. Điều đáng lo ngại nhất là Asen có thể gây ung thư da, phổi,
bàng quang, thận. Asen thúc đẩy quá trình phát triển khối u, làm rối loạn quá
trình tổng hợp ADN, đặc biệt là trong các nguyên bào sợi và các tế bào tủy
xương bạch cầu, làm giảm số lượng bạch cầu ngoại vi, thay đổi khả năng miễn
dịch và làm giảm sức đề kháng của cơ thể chống lại tế bào ung thư.
Mặt khác, Asen còn có khả năng làm rối loạn gen, sai lạc nhiễm sắc thể,
làm gẫy nhiễm sắc tử và nhiễm sắc thể, gây tăng tần số sinh sản của nhân và gây
hiện tượng lệch bội. Một số nghiên cứu về các biến đổi sinh học của Asen trong
cơ thể và phương pháp điều trị cho thấy, khả năng tích lũy Asen trong cơ thể là
rất lớn, đặc biệt là khi tiếp xúc lâu dài với liều lượng nhỏ.
Mặc dù có tính độc như trên, song không phải tất cả các dạng Asen đều
độc và kể cả những dạng Asen có tính độc thì ở hàm lượng nhỏ Asen lại có khả
năng kích thích sự phát triển của sinh vật. Theo các công trình nghiên cứu, thì
Asen vô cơ độc hơn Asen hữu cơ. Vì vậy biết các dạng Asen là thách thức lớn
đối với các nhà khoa học nghiên cứu về môi trường và sức khỏe.

1.2.1.4. Tình hình ô nhiễm Asen hiện nay.
Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu người đã bị bệnh đen và rụng
móng chân, sừng hoá da, ung thư da… do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có
nồng độ asen cao. Nhiều nước đã phát hiện hàm lượng asen rất cao trong nguồn
nước sinh hoạt như Canada, Alaska, Chile, Arhentina, Trung Quốc, India, Thái
Lan, Bangladesh,…
Ở Việt Nam, đồng bằng sông Cửu Long cũng phát hiện ra nhiều giếng
khoan có hàm lượng asen cao nằm ở Đồng Tháp và An Giang. Sự ô nhiễm asen
ở miền Bắc hiện phổ biến và cao hơn ở miền Nam. Qua điều tra cho thấy 1/4 số
hộ gia đình sử dụng trực tiếp nước ngầm không qua xử lý ở ngoại thành Hà Nội
đã bị ô nhiễm asen, tập trung nhiều ở phía Nam thành phố (20,6%), huyện
Thanh Trì (41%) và Gia Lâm (18,5%). Điều nguy hiểm là asen không gây mùi
khó chịu khi có mặt trong nước ngay cả khi ở hàm lượng gây chết người nên nếu
không phân tích mẫu mà chỉ bằng cảm quan thì không thể phát hiện được sự tồn
tại của asen. Bởi vậy các nhà khoa học còn gọi asen là “sát thủ vô hình’’.
1.2.1.5. Các phương pháp xử lý Asen.
* Phương pháp tạo kết tủa:
Nguyên lý hoạt động: Asenat AsO4
3-
có khả năng tạo thành một số hợp
chất kết tủa tan thấp như sắt asenat FeAsO4, canxi Asenat Ca3(AsO4)2, hay
mangan asenat Mn3(AsO4)2. Ion sắt, canxi, mangan thường gặp trong nước
ngầm và cũng cần được xử lý: loại bỏ sắt, mangan hay khử cứng trong nước
ngầm bằng phương pháp vôi, soda. Trong quá trình xử lý đó có thể loại bỏ được
một phần asen hoặc bổ sung trực tiếp các yếu tố gây kết tủa từ ngoài vào.
Điều kiện pH tối ưu cho kết tủa asen là 7. Trong môi trường kiềm, song
song với sự tạo thành sắt asenat còn các phản ứng cạnh tranh tạo ra sắt hydroxit
và oxit, còn trong môi trường axit thì asen nằm ở dạng hợp chất trung hòa không
tham gia phản ứng kết tủa. Phản ứng tạo ra mangan asenat cũng có thể tiến trình
tương tự. Kết tủa asen dưới dạng sản phẩm không hòa tan chỉ có thể thực hiện
được với As(V), tức là trước đó cần oxy hóa triệt để As(III) thành As(V). Sau
khi kết tủa asen, nước được lọc, hợp chất asen dạng keo được giữ lại trong tầng
lọc theo cơ chế hấp phụ trên vật liệu lọc và với chính nó đã bị hấp phụ trước đó.
* Phương pháp trao đổi ion:
Nguyên lý hoạt động: Nếu nguồn nước chứa Asen có độ khoáng thấp
(<500mg/l) và ít sunfat (<25mg/l) thì có thể sử dụng phương pháp trao đổi ion
để xử lý asen. Oxy hóa As(III) thành As(V) trước khi trao đổi. Nước sau khi

được làm trong và clo hóa (oxy hóa) được chảy qua cột chứa anionit mạnh dạng
Cl- có độ dày 0,75-1,5m, trao đổi ion tại pH=8-9, tái sinh được thực hiện dễ
dàng với muối NaCl.
Sử dụng anionit mạnh thương phẩm với thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng
5-6 phút đạt mức độ làm sạch rất cao.Tùy nồng độ sunfat nhưng vẫn tiềm ẩn
nguy cơ đẩy Asen ra khỏi nhựa, có thời điểm nước sau xử lý cao hơn nước đầu
vào tới 160%. Tái sinh nhựa có thể sử dụng dòng cùng chiều. Lượng dung dịch
NaCl 3,5% cần để tái sinh không vượt quá 3 lần thể tích tầng nhựa, Asen được
tách ra khỏi nhựa còn dễ hơn bicarbonate do hiệu ứng đảo tính chọn lọc của
HAsO4
2-
, dung dịch tái sinh có thể được xử lý bằng cách bổ sung muối Fe(III)
hay muối nhôm (phèn nhôm) hoặc vôi.
Phản ứng hóa học:
3Na2HAsO4+ 3H2O+ 2FeCl3 Fe(OH)3+ Fe(H2AsO4)+6NaCl
2Na2HAsO4+ NaHCO3+ 4Ca(OH)2 CaCO3+Ca3(AsO4)+3H2O+5NaOH
*Phương pháp hấp phụ:
Nguyên lý hoạt động: Với các nguồn nước có độ khoáng cao, phương
pháp hấp phụ tỏ ra có hiệu quả do tính tương tác đặc thù của hệ. Vật liệu hấp
phụ được sử dụng là một số oxit kim loại như nhôm, sắt, mangan hay hỗn hợp
các oxit kể trên. Asen (dạng asenat) hấp phụ trên các vật liệu oxit trên theo cơ
chế tạo ra phức chất bề mặt trên chất rắn. Theo đó trước khi tạo ra liên kết hóa
học chúng được hấp phụ và nó thường là giai đoạn chậm nhất của quá trình.
Nhôm oxit dạng (ᵞ-Al2O3) là chất hấp phụ asen được sử dụng rộng rãi
nhất, vật liệu này thường là dạng hạt có kích thước không lớn (0.3-0.6mm).
Nhôm oxit được dùng làm vật liệu hấp phụ asen là do độ chọn lọc cao của nó
đối với hợp chất asen . Vì là quá trình tạo phức trên bề mặt nên nhôm oxit có
diện tích bề mặt cao sẽ thuận lợi cho quá trình hấp phụ. pH thích hợp cho quá
trình hấp phụ asen trên oxit nằm trong khoảng 5,5-6, tại pH cao hơn như pH=8
dung dịch hấp phụ chỉ còn non một nửa so với nó tại pH=6. Dung lượng hấp phụ
của nhôm oxit với Asen giảm rất mạnh khi có mặt sunfat nhưng hầu như không
thay đổi khi có tác động của ion clorua. Tạp chất hữu cơ, chất keo có mặt trong
nước cũng ảnh hưởng xấu đến quá trình hấp phụ của asen trên nhôm oxit.
Asen tạo phức trên bề mặt nhôm oxit khá bền vững nên khi tái sinh phải
dùng dung dịch xút 4% sau đó trung hòa với axit sunfuric 2%. Tuy vậy dù có
tăng nồng độ axit thì cũng chỉ tách được 50-70% lượng asen trong chất hấp phụ,
do vậy dung lượng hoạt động của chu kỳ sau giảm 10-15% và nhôm oxit sẽ mất

tác dụng sau vài chu kỳ hoạt động. Do khó khăn trong việc tái sinh và xử lý
dung dịch tái sinh chứa nồng độ asen cao nên một số nhà công nghệ chỉ có ý
định sử dụng cột một lần sau đó loại bỏ chất hấp phụ đã bão hòa asen.
Ngoài ra, sắt oxit, mangan dioxit gần đây được sử dụng làm chất hấp phụ
asen. Đặc biệt là mangan dioxit có khả năng oxy hóa trực tiếp As(III) thành
As(V) ngay trong cột hấp phụ mà không cần oxy hòa tan.
Do có nhiều chất có thể sử dụng làm chất hấp phụ asen mà những chất
này có thể tồn tại sẵn ở trong nước (Fe, Mn) hoặc là hóa chất dùng để xử lý
nước (phèn nhôm) nên người ta có thể tận dụng các yếu tố trên để xử lý asen
đồng thời loại bỏ các thành phần đó. Để đạt hiệu quả tốt cần chú ý tới các điều
kiện oxy hóa As(III) thích hợp vì tính hấp phụ của As(III) thấp hơn nhiều so với
As(V) [15].
*Phương pháp sinh học:
Các nhà nghiên cứu thu thập 157 loài thực vật trên các bãi thải quặng và
các vùng phụ cận chọn lọc được 33 loài cây có thể sống được trên nền đất ô
nhiễm cao. Trong đó có hai loài dương xỉ P.calomelanos L – loài bản địa mọc tại
xã Hà Thượng (Đại Từ, Thái Nguyên) và loài dương xỉ P.vittata L mọc tại khu
mỏ chì-kẽm làng Hích xã Tân Long ( Đồng Hỳ, Thái Nguyên) là những loài siêu
tích lũy asen. Khả năng tích lũy kim loại nặng, hàm lượng asen lên đến 5.876 và
2426,3mg/kg sinh khối khô.
Nồng độ Asen càng cao thì thời gian sống của cây càng ngắn, cả hai loài
dương xỉ nêu trên đều chống chịu Asen cao hơn so với các loài cây khác đã công
bố. Nhưng khi so sánh hai loại cây trên thì thấy khả năng chống chịu của
P.vittata với Asen tốt hơi nhiều so với loài P.calomelanos. Nếu trồng đồng thời
hai loài dương xỉ này trong quá trình xử lý thì nên thu hoạch trong khoảng từ
tháng 3 đến tháng 4. Do từ tháng 3, cả hai loại cây trên đã loại bỏ được một
lượng Asen lớn hơn nhiều so với tháng 2 và cây chết vào khoảng cuối tháng 4.
1.2.2. Amoni và các phương pháp xử lý Amoni.
1.2.1.1. Nguồn gốc ô nhiễm Amoni trong nước.
Nitơ chiếm khoảng 78% khí quyển Trái đất và là thành phần của mọi cơ
thể sống. Ô nhiễm nước bởi các hợp chất chứa nitơ có thể là do quá trình thấm
xuyên nước mặt xuống các tầng phía dưới. Các chất ô nhiễm như các hợp chất
nitơ sẽ từ nước mặt thấm xuống nước ngầm. Đó là nguyên nhân gây ô nhiễm
nước ngầm. Như vậy nếu nguồn nước mặt bị ô nhiễm thì dẫn đến nguồn nước

ngầm cũng bị ô nhiễm. Ngoài ra quá trình lắng đọng giữ lại cũng như hàng loạt
các hợp chất chứa nitơ từ các quá trình tự nhiên (amonaxit, amid, hợp chất nitơ
dị vòng…) cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm nước bởi các hợp chất nitơ. Ở môi
trường pH từ 6 - 8 nitơ nằm chủ yếu dưới dạng NH4
+
. Amoni có thể xuất hiện
trong nước ngầm từ nước thải sinh hoạt, bãi chôn lấp phế thải, nghĩa trang… do
kết quả của quá trình Amon hóa - phân hủy các hợp chất chứa nitơ như đạm,
nước tiểu và axit nucleic… bởi vi sinh vật hay do việc sử dụng phân bón, thuốc
trừ sâu có chứa nitơ trong nông nghiệp. Amoni hòa tan trong nước tạo thành
dạng hydroxit amoni (NH4OH) và sẽ phân ly thành ion amoni (NH4
+
) và ion
hydroxit (OH-
) [12].
Có nhiều nguyên nhân dẫn đến trình trạng nhiễm bẩn amoni trong nước
nhưng một trong những nguyên nhân chính là do việc sử dụng quá mức lượng
phân bón hữu cơ, thuốc trừ sâu, hoá chất cho thực vật đã gây ảnh hưởng nghiêm
trọng đến nguồn nước hoặc do quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ. Ngoài
ra, mức độ ô nhiễm còn phụ thuộc vào loại hình canh tác của từng khu vực.
Nguồn ô nhiễm nitơ trong nước bề mặt có thể từ nhiều nguồn khác nhau:
công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt đời sống,…Các ngành công nghiệp sử dụng
nitrat trong sản xuất là nguồn chủ yếu gây ô nhiễm nguồn nước. Nitrat được thải
qua nước thải hoặc rác thải. Trong hệ thống ống khói còn chứa nhiều oxit nitơ
thải vào khí quyển, gặp mưa và một số quá trình biến đổi hóa học khác, chúng
rơi xuống đất dưới dạng HNO3, HNO2. Do đó hàm lượng của các ion này trong
nước tăng lên.
Nông nghiệp hiện đại là nguồn gây ô nhiễm lớn cho nước. Việc sử dụng
phân bón hóa học chứa nitơ với số lượng lớn, thành phần không hợp lý, sử dụng
bừa bãi thuốc trừ sâu, diệt cỏ,… thông qua quá trình rửa trôi, thấm, lọc, lượng
nitrat hóa, amoni trong nước bề mặt và nước ngầm ngày càng lớn.
Trong nước thải sinh hoạt cũng có chứa một hàm lượng nitơ nhất định.
Việc nước thải sinh hoạt không được xử lý chảy vào hệ thống các con sông
trong thành phố cũng là một trong các nguồn gốc gây ô nhiễm nước [1, 9].
1.2.1.2. Tính chất vật lý và hóa học của Amoni.
* Tính chất vật lý:
Khi hòa tan trong nước, Amoni đồng thời tồn tại ở 2 hình thức: không ion
hoá (NH3) và ion hoá (NH4
+
). Trạng thái cân bằng giữa 2 hình thức tồn tại này
phụ thuộc vào pH và nhiệt độ.
Ion amoni NH4
+
có cấu tạo hình tứ diện đều với bốn nguyên tử hidro ở
đỉnh và nguyên tử Nitơ trung tâm. Mô tả cấu tạo hình tứ diện đều của ion NH4
+
.

Hình 1.1: Cấu trúc tứ diện đều của ion amoni.
Bảng 1.5: Bán kính ion NH4
+
và bán kính của các ion kim loại kiềm.
Ion NH4
+
Li+
Na+
K+
Rb+
Cs+
Bán kính
(0
A)
1.43 0.78 0.98 1.33 1.49 1.65
Theo bảng trên ta thấy bán kính của ion NH4
+
tương đương với bán kính
của các ion kim loại kiềm do đó muối amoni có nhiều tính chất giống với muối
của kim loại kiềm như: dạng tinh thể, độ hòa tan. Ion NH4
+
không màu nên các
muối amoni đều không màu và dễ tan trong nước [9].
* Tính chất hóa học:
Muối amoni bị thủy phân trong dung dịch cho môi trường axit yếu:
NH4
+
+ H2O = NH3 + H3O+
Các muối amoni đều ít bền với nhiệt, tùy thuộc vào bản chất của axit tạo
muối mà phản ứng nhiệt phân của muối amoni cũng khác nhau:
+ Nếu là muối của axit tính oxi hóa như HNO2, HNO3 khi được đun nóng
thì axit được giải phóng sẽ oxi hóa NH3 thành N2 hay oxit của Nitơ:
NH4NO2 → N2 + 2H2O
NH4NO3 → N2O + 2H2O
+ Nếu là muối của axit dễ bay hơi thì khi đun nóng sẽ phân hủy theo quá
trình ngược với phản ứng kết hợp:
NH4Cl → NH3 + HCl
(NH4)2CO3 → NH3 + NH4HCO3
Ở nhiệt độ thường : NH4HCO3 → NH3 + CO2 + H2O

+ Nếu là muối của axit khó bay hơi và nhiều nấc thì đun nóng sẽ biến
thành muối axit và giải phóng amoniac:
(NH4)2SO4 → NH4HSO4 + NH3 ↑
NH4HSO4 → H2SO4 + NH3↑
H2SO4 → SO3 ↑ + H2O
3SO3 + 2NH3 → 3SO2 + N2 + 3H2O
1.2.1.3. Tác hại của Amoni trong nước.
Amoni thật ra không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. Ở
trong nước ngầm Amoni không thể chuyển hóa được do thiếu oxi. Nhưng trong
quá trình khai thác, lưu trữ và xử lý…Amoni được chuyển hoá thành nitrit
(NO2
-
) và nitrat (NO3
-
) là những chất có tính độc hại tới con người, vì nó có thể
chuyển hoá thành Nitrosamin có khả năng gây ung thư cho con người.
Amoni còn là yếu tố gây cản trở trong công nghệ xử lý nước cấp thể hiện
ở hai khía cạnh:
+ Amoni trong nước làm giảm tác dụng của clo là tác nhân sát trùng chủ
yếu áp dụng ở các nhà máy nước Việt Nam, do phản ứng với clo tạo thành
monocloamin là chất sát trùng thứ cấp hiệu quả kém clo hơn 100 lần.
+ Amoni cùng với một số vi lượng trong nước (photpho, sắt, mangan…)
là “thức ăn” để vi khuẩn phát triển, gây hiện tượng “không ổn định sinh học”
của chất lượng nước sau xử lý. Nước có thể bị đục, đóng cặn trong hệ thống
dẫn, chứa nước. Nước bị xuống cấp về các yếu tố cảm quan (độ trong, mùi, vị).
Các hợp chất nitơ trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho
người sử dụng nước. Nitrat tạo ra chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các
amin để tạo nên những nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở người cao
tuổi. Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat từ sữa mẹ, hoặc qua nước dùng để
pha sữa. Sau khi vào cơ thể, nitrat được chuyển hoá nhanh thành nitrit nhờ vi
khuẩn đường ruột. Nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khoẻ con người.
Khi tác dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể
tạo thành các hợp chất chứa nitơ gây ung thư [24, 30].
1.2.1.4 Tình hình ô nhiễm Amoni hiện nay.
Theo đánh giá của nhiều báo cáo và hội thảo khoa học thì tình trạng ô
nhiễm amoni trong nước ngầm đã được phát hiện tại nhiều vùng trong cả nước.
Chẳng hạn như tại thành phố Hồ Chí Minh: “Theo chi cục bảo vệ môi trường
thành phố Hồ Chí Minh, kết quả quan trắc nước ngầm tầng nông gần đây của
nước ngầm ở khu vực ngoại thành đang diễn biến ngày càng xấu đi. Cụ thể nước

ngầm ở trạm Đông Thạch (huyện Hóc Môn) bị ô nhiễm amoni (68,73 mg/l cao
gấp 1,9 lần so với năm 2005) và có hàm lượng nhôm cao, độ mặn tăng và mức
độ ô mhiễm chất hữu cơ cũng tăng nhanh trong những năm gần đây; nồng độ sắt
trong nước ngầm của một số khu vực khác như Linh Trung, Trường Thọ (Thủ
Đức), Tân Tạo (Bình Chánh)…cũng khá cao (11,76 đến 27,83 mg/l) vượt tiêu
chuẩn cho phép gần 50 lần.
Ngoài ra còn có một số khu vực khác cũng bị ô nhiễm amoni trong nước
ngầm nhưng khu vực bị ô nhiễm amoni trong nước ngầm nặng nề nhất trong cả
nước là khu vực đồng bằng Bắc Bộ. Theo kết quả khảo sát của trung tâm nghiên
cứu thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia cùng trường
Đại học Mỏ-Địa Chất thì phần lớn nước ngầm khu vực đồng bằng Bắc Bộ gồm
các tỉnh như: Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng Yên,
Thái Bình và phía nam Hà Nội đều bị nhiễm bẩn amoni rất nặng. Xác suất các
nguồn nước ngầm nhiễm amoni có nồng độ cao hơn tiêu chuẩn nước sinh hoạt
khoảng 70-80%. Có thể cho rằng phần lớn các nguồn nước ngầm đang sử dụng
không đạt tiêu chuẩn về amoni và các hợp chất hữu cơ.
Theo kết quả khảo sát của các nhà khoa học Viện Địa lý thuộc Viện Khoa
học và Công nghệ Việt Nam thì hầu như các mẫu nước từ các huyện của tỉnh Hà
Nam đều có tỷ lệ nhiễm amoni ở mức đáng báo động. Chẳng hạn như tại
Lý Nhân có mẫu nước với hàm lượng lên tới 111,8 mg/l, còn ở Duy Tiên là 93,8
mg/l…Trong khi đó, các kết quả khảo sát của trường Đại học Mỏ-Địa Chất Hà
Nội cũng cho biết chất lượng nước ngầm ở tầng mạch nông và mạch sâu tại các
địa phương này cũng có hàm lượng Nitơ trung bình > 20mg/l vượt mức tiêu
chuẩn Việt Nam cho phép rất nhiều lần. (Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về chất
lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT nồng độ NH4
+
tối đa cho phép là
3mg/l).
1.2.1.5 Các phương pháp xử lý Amoni.
Amoniac (NH3) là chất khí và ở dạng bazơ yếu, độ tan trong nước rất cao,
tại 200
C áp suất thường độ tan là 520g/l. Khi tan trong nước nó tồn tại ở hai
dạng: amoniac (NH3) là dạng trung hoà và dạng ion amoni NH4
+
. Phụ thuộc vào
pH của nước mà tỷ lệ NH3/NH4
+
được xác định.
Trong nước ngầm, các hợp chất nitơ có thể tồn tại dưới dạng các hợp chất
là: nitrit, nitrat và amoni. Có rất nhiều phương pháp xử lí amoni trong nước
ngầm đã được các nước trên thế giới thử nghiệm và đưa vào áp dụng như: Làm
thoáng để khử NH3 ở môi trường pH cao (pH = 10-11); Clo hóa với nồng độ cao
hơn điểm đột biến (break-point) trên đường cong hấp thụ Clo trong nước tạo

Cloramin; Trao đổi ion NH4
+
và NO3
-
bằng các vật liệu trao đổi Cation/Anion;
Nitrat hóa bằng phương pháp sinh học; Nitrat hóa kết hợp với khử nitrat; Công
nghệ Annamox, Sharon/Annamox (nitrit hóa một phần amoni, sau đó amoni còn
lại là chất trao điện tử, nitrit tạo thành là chất nhận điện tử, được chuyển hóa
thành khí nitơ nhờ các vi khuẩn kỵ khí); Phương pháp điện hóa, điện thẩm tách,
điện thẩm tách đảo chiều;...[12, 30, 31].
* Phương pháp Clo hoá đến điểm đột biến:
Clo gần như là hoá chất duy nhất có khả năng oxi hoá NH4
+
/NH3 ở nhiệt
độ phòng thành N2. Khi hoà tan Clo trong nước tùy theo pH của nước mà Clo có
thể nằm dạng HClO hay ion ClO-
do có phản ứng theo phương trình:
Cl2 + H2O HCl + HClO (pH < 7)
HClO H+
+ ClO-
(pH >8)
Khi trong nước có NH4
+
sẽ xảy ra các phản ứng sau:
OH+
+ NH4
+
→ NH4OH ⇔ NH3 + H2O
HClO + NH3 = H2O + NH2Cl (Monocloramin)
HClO + NH2Cl = H2O + NHCl2 (Dicloramin)
HClO + NHCl2 = H2O + NCl3 (Tricloramin)
Nếu có Clo dư sẽ xảy ra phản ứng phân huỷ các Cloramin
HClO +2 NH2Cl = N2 + 3Cl-
+ H2O
Lúc này lượng Clo dư trong nước sẻ giảm tới số lượng nhỏ nhất vì xảy ra
phản ứng phân huỷ Cloramin, điểm tương đương ứng với giá trị này gọi là điểm
đột biến.
Hình1.2: Đường cong Clo hoá tới điểm đột biến đối với nước có amoni.
Theo lý thuyết để xử lý NH4
+
phải dùng tỷ lệ Cl:N = 7,6:1 song trên thực
tế phải dùng 8:1 hoặc hơn để oxi hoá NH3. Do xảy ra các phản ứng đã nêu, quá

trình Clo hoá thực tế xảy ra theo một đường cong có dạng đặc biệt, có “điểm đột
biến” như ở hình1.2. Những nghiên cứu trước đây cho thấy, tốc độ phản ứng của
Clo với các hợp chất hữu cơ bằng một nửa so với phản ứng với amoni. Khi
amoni phản ứng gần hết, Clo dư sẽ phản ứng với các hợp chất hữu cơ có trong
nước để hình thành nhiều chất có mùi đặc trưng khó chịu. Trong đó khoảng 15%
là các hợp chất nhóm THM-trihalometan và HAA-axit axetic halogen đều là các
chất có khả năng gây ung thư và bị hạn chế nồng độ nghiêm ngặt.
Ngoài ra với lượng Clo cần dùng rất lớn, vấn đề an toàn trở nên khó giải
quyết đối với các nhà máy lớn. Đây là những lý do khiến phương pháp Clo hoá
mặc dù đơn giản về mặt thiết bị, rẻ về mặt kinh tế và xây dựng cơ bản nhưng rất
khó áp dụng.
* Phương pháp đuổi khí (Air Stripping):
Amoni ở trong nước tồn tại dưới dạng cân bằng:
NH4
+
NH3 (khí hoà tan) + H+
; pKa = 9,5
Như vậy, ở pH gần 7 chỉ có một lượng rất nhỏ khí NH3 so với ion amoni. Nếu ta
nâng pH tới 9,5 tỷ lệ [NH3]/[NH4
+
] = 1, và càng tăng pH cân bằng càng chuyển
về phía tạo thành NH3. Khi đó nếu áp dụng các kỹ thuật sục khí hoặc thổi khí thì
NH3 sẽ bay hơi theo định luật Henry, làm chuyển cân bằng về phía phải:
NH4
+
+ OH-
NH3 + H2O
Trong thực tế pH phải nâng lên xấp xỉ 11, lượng khí cần để đuổi NH3 ở mức
1600m3
không khí/ m3
nước và quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường.
Phương pháp này áp dụng được cho nước thải, khó có thể đưa được nồng độ
NH4
+
xuống dưới 1,5mg/l nên rất hiếm khi được áp dụng để xử lý nước cấp.
* Phương pháp Ozon hoá với xúc tác Bromua.
Để khắc phục nhược điểm của phương pháp Clo hoá điểm đột biến người
ta có thể thay thế một số tác nhân oxi hoá khác là ozon với sự có mặt của Br-
. Về
cơ bản xử lý NH4
+
bằng O3 với sự có mặt của Br-
cũng diễn ra theo cơ chế giống
như phương pháp xử lý dùng Clo. Dưới tác dụng của O3, Br-
bị oxi hoá thành
BrO-
theo phản ứng sau đây:
Br-
+ O3 + H+
= HBrO + O2
Phản ứng oxy hoá NH4
+
được thực hiện bởi ion BrO-
giống như của ion ClO-
:
NH3 + HBrO = NH2Br + H2O
NH2Br + HBrO = NHBr2 + H2O
NH2Br + NHBr2 = N2 + 3Br-
+ H+

Đây chính là điểm tương đồng của hai phương pháp Clo hoá và Ozon hoá xúc
tác Br-
.
* Phương pháp sinh học:
Đây là phương pháp xử lý amoni được nhiều nhà khoa học trong và ngoài
nước quan tâm nghiên cứu và cũng cho được nhiều kết quả khả quan. Mặc dù xử
lý sinh học cũng được thực hiện bằng nhiều quá trình vật lý, hoá học và hoá lý
nhưng phương pháp sinh học lại mang một ý nghĩa hoàn toàn khác và ngày càng
trở nên quan trọng. Phương pháp vi sinh xuất phát từ những tính năng của nó
như xử lý dể dàng các sản phẩm trong nước, không gây ô nhiễm thứ cấp đồng
thời cho ra sản phẩm nước với một chất lượng hoàn toàn bảo đảm sạch về mặt
hoá chất độc hại và ổn định về hoạt tính sinh học, chất lượng cao (cả về mùi, vị
và tính ăn mòn). Ở phương pháp sinh học có thể thực hiện bao gồm hai quá trình
nối tiếp nhau là nitrat hoá và khử nitrat hoá như sau:
- Quá trình nitrat hoá:
Quá trình chuyển hoá về mặt hoá học được viết như sau:
NH4
+
+ 1,5O2 → NO2
-
+ 2H+
+ H2O
NO2
-
+ 0,5O2 → NO3
-
Phương trình tổng:
NH4
+
+ 2O2 → NO3
-
+ 2H+
+ H2O (1)
Phản ứng tạo sinh khối cũng xảy ra đồng thời với quá trình Nitrat hóa
theo phương trình:
NH4
+
+ HCO3
-
+ 4CO2 + H2O → C5 H7 O2N + 5O2 (2)
Trong đó C5H7O2N là công thức tượng trưng cho tế bào vi khuẩn
Kết hợp (1) và (2), phương trình tổng cộng của quá trình oxi hóa và tạo sinh
khối là:
22NH4
+
+ 37O2 + HCO3
-
+ 4CO2 → C5H7O2N + 21NO3
-
+ 20H2O + 42H+
Từ phương trình trên ta thấy rằng tính kiềm sẽ giảm dần trong suốt quá trình
Nitrat hóa.
- Quá trình khử nitrat hoá:
Khác với quá trình nitrat hoá quá trình khử nitrat hoá sử dụng oxi từ nitrat
nên gọi là anoxic (thiếu khí). Các vi khuẩn ở đây là dị dưỡng nghĩa là cần nguồn
Cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới.
Quá trình khử nitrat hoá là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp nhau:
NO3
-
NO2
-
NO N2O N2
Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất (chất cho điện tử), chúng có thể là
chất hữu cơ (phổ biến là axit axetic), H2 và S. Khi có mặt đồng thời NO3
-
và các

chất cho điện tử, chất cho điện tử bị oxi hoá, đồng thời NO3
-
nhận điện tử và khử
về N2. Vi khuẩn tham gia vào quá trình khử nitrat bao gồm: Bacilus,
Pseudômnas, Methanomonas, Paracocas, Spiritum, Thiobacilus,…
* Phương pháp trao đổi ion:
Quá trình trao đổi ion là một quá trình hoá lý thuận nghịch trong đó xảy ra
phản ứng trao đổi giữa các ion trong dung dịch điện ly với các ion trên bề mặt
hoặc bên trong của pha rắn tiếp xúc với nó. Quá trình trao đổi ion tuân theo định
luật bảo toàn điện tích, phương trình trao đổi ion được mô tả một cách tổng quát
như sau:
AX + B-
AB + X-
CY + D+
CD + Y+
Trong đó AX là chất trao đổi anion, CY là chất trao đổi cation.
Phản ứng trao đổi là phản ứng thuận nghịch, chiều thuận được gọi là
chiều trao đổi, chiều nghịch được gọi là chiều phản ứng tái sinh. Mức độ trao
đổi ion phụ thuộc vào:
- Kích thước hoá trị của ion.
- Nồng độ ion có trong dung dịch.
- Bản chất của chất trao đổi ion.
- Nhiệt độ.
Nhựa trao đổi ion dạng rắn được dùng để thu những ion nhất định trong
dung dịch và giải phóng vào dung dịch một lượng tương đương các ion khác có
cùng dấu điện tích. Nhựa trao đổi cation (Cationit) là những hợp chất cao phân
tử hữu cơ có chứa các nhóm chức có khả năng trao đổi với công thức chung là
RX. Trong đó R là gốc hữu cơ phức tạp, có thể là: COOH-
, Cl-
…
Phản ứng trao đổi cation giữa chất trao đổi và cation có trong dung dịch.
R-H(Na) + NH4
+
R-NH4 + H+
(Na+
)
2R-H + Ca2+
R2Ca + 2H+
Trong thực tế nhựa trao đổi ion được sản xuất và ứng dụng rộng rải nhất.
Trong nước ngầm ngoài ion amoni (thường chiếm tỉ lệ thấp so với các cation
khác) còn tồn tại các cation hoá trị I và hoá trị II như Ca2+
,Mg2+
, K+
, Na+
,…phần
lớn các nhựa cation có độ chọn lọc thấp đối với ion amoni. Để ứng dụng thực
tiễn cần tìm được chất trao đổi ion có độ chọn lọc cao đối với ion amoni.

CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn.
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu.
Nghiên cứu, chế tạo các vật liệu hấp phụ Asen, Amoni trong nước có hiệu
quả cao trên cơ sở bùn đỏ Tây Nguyên. Khảo sát khả năng hấp phụ Asen,
Amoni của chúng.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu.
- Nghiên cứu thủy phân, ổn định bùn đỏ bằng cách rửa kiềm, sấy, nung.
- Nghiên cứu thủy phân, ổn định bùn đỏ bằng cách trung hòa kiềm, rửa,
nung.
- Nghiên cứu xác định thành phần khoáng học của bùn đỏ sản phẩm sau ổn
định.
- Nghiên cứu hình thái và cấu trúc bề mặt của hai loại vật liệu bùn đỏ đã
được ổn định.
- Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ Asen của vật liệu được tạo ra.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ Amoni của vật liệu được tạo ra.
- Xác định phương trình hấp phụ đẳng nhiệt của các ion trên các vật liệu
bùn đỏ được tạo ra.
2.2. Hóa chất và thiết bị dụng cụ.
2.2.1. Hóa chất.
- Dung dịch HCl 1M: cho 500ml nước cất vào bình định mức 1000ml,
dùng pipet hút 83,5ml HCl đặc rồi định mức đến 1000ml.
- Dung dịch NaOH 1M: Cân chính xác 40g NaOH hòa tan vào trong
1000ml nước cất.
- Chỉ thị màu Nessler (K2HgI4): Cân 10g HgI2 và 7g KI hòa tan bằng nước
cất 2 lần (dd A). Cân 16g NaOH hòa tan vào nước cất 2 lần (dd B). Để nguội bớt
dd B rồi đổ từ từ dung dịch A vào dung dịch B, khuấy đều. Gạn dung dịch vào
bình định mức 100ml tối màu, định mức tới vạch. Dung dịch cần được bảo quản
tránh ánh sáng và đậy nắp.
- Dung dịch NH4Cl 10ppm: Sấy khô NH4Cl tinh khiết phân tích ở nhiệt độ
1000
C trong 1 giờ, cân chính xác 2,972g NH4Cl tinh thể đã sấy khô, hòa tan
trong 1000ml H2O cất 2 lần ta được dung dịch chuẩn NH4
+
1000 ppm . Hút 10ml

dung dịch tiêu chuẩn 1000 ppm ở trên, định mức thành 1000 ml ta được dung
dịch tiêu chuẩn NH4
+
10 ppm.
- Dung dịch muối Seignet: Cân 50g muối seignet (KNaC4H4O6 - KaliNatri
Tatrat) hòa tan trong 100ml nước cất 2 lần. Đun sôi một thời gian cho hết NH3
rồi định mức tới 100ml.
- Pha dung dịch asen 1g/l: Hòa tan 1,32g As2O3 trong 10ml H2O đã hòa
tan 4g NaOH, dùng dung dịch HCl 6M chuyển về môi trường axit yếu (pH 5-6),
sau đó cho vào bình định mức 1000ml thêm nước cất đến vạch được dung dịch
As 1g/l (1000ppm).
- Dung dịch KI 10%: Cân 10 g KI, hoà tan trong cốc với 30ml nước cất,
rồi cho vào bình định mức 100ml đã tráng rửa bằng nước cất. Tráng cốc 3 lần
rồi thêm nước cất đến vạch định mức, đậy nút, lắc đều. Dung dịch KI pha xong
đựng trong chai màu, có nút kín.
- Dung dịch SnCl2 bão hòa: cho 5g thiếc hạt (Sn) vào 100ml dung dịch
HCl 1:1, để trong lọ thủy tinh đậy kín, sau 48 giờ được dung dịch SnCl2. Khi
làm thí nghiệm, nếu thiếc tan hết thì thêm vài hạt thiếc để luôn giữ dung dịch
SnCl2 bão hòa.
- Giấy tẩm Pb(CH3COO)2 : Cân 10g Pb(CH3COO)2 hoà tan trong 100ml
nước cất. Dung dịch pha xong được tẩm đều lên giấy lọc, để khô tự nhiên. Giấy
được cắt với kích thước 60×80 mm và bảo quản trong lọ thuỷ tinh màu, kín.
- Giấy tẩm HgBr2: Hòa tan 4g HgBr2 trong 100ml cồn 96%. Dung dịch
pha xong được tẩm đều trên giấy lọc thô không chứa asen. Để khô tự nhiên.
Giấy tẩm HgBr2 được cắt với kích thước 3x150 mm và bảo quản trong lọ thủy
tinh màu đậy kín.
2.2.2. Thiết bị và dụng cụ.
- Cân phân tích Sartorius TE214S do Đức sản xuất độ chính xác 0,1mg.
- Tủ sấy Memmert UNB500 do Đức sản xuất, nhiệt độ sấy từ nhiệt độ phòng
đến 3000
C.
- Máy đo pH HANA HI221102.
- Máy so màu quang phổ Genesys UV-VIS, bước sóng 190nm-1100nm.
- Lò nung Naberthem LE6/11/B150 do Đức sản xuất, nhiệt độ nung tối đa là
11000
C
- Máy lắc DAIHAN SHO-1DI do Hàn Quốc sản xuất, tốc độ lắc từ 10-300
vòng/phút.
- Máy lọc hút chân không.
- Máy khuấy HS-30T do Hàn Quốc sản xuất.

- Máy chụp SEM Hitachi S-4800 Scanning electron microscope.
- Máy nhiễu xạ X –D8 Advance Bruker.
- Các dụng cụ thủy tinh dùng trong phòng thí nghiệm như cốc, buret, pipet, bình
định mức,…
2.3. Phương pháp phân tích Asen và Amoni trong nước.
2.3.1. Phân tích Asen bằng phương pháp thủy ngân bromua.
* Nguyên tắc:
Chuyển hoàn toàn As(V) thành As(III) trong môi trường axit, dùng
Hidro mới sinh để khử asen vô cơ thành asin và dẫn khí asin qua cột ống tác
dụng với muối HgBr2 tẩm trên giấy lọc tạo thành hợp chất có màu biến đổi
từ vàng đến nâu. So sánh chiều cao cột màu trên giấy ta có thể biết nồng độ
asen trong mẫu phân tích. Trong quá trình khử, hợp chất asen thành asin
đồng thời cũng tạo ra các hợp chất dễ bay hơi: SbH3, PH3, GeH3, H2S. Do đó,
để hạn chế ta phải cho hơi đi qua ống làm sạch có chứa giấy tẩm
Pb(CH3COO)2.
Phương trình phản ứng:
AsO4
3-
+ 2I-
+ 2H+
→ AsO3
3-
+ I2 + H2O
Zn + 2HCl → ZnCl2 + 2H
AsO3
3-
+ 9H → AsH3↑ + 3H2O
AsH3+ 3HgBr2 → As(HgBr2)3 +3HBr
* Xây dựng đường chuẩn Asen:
Lấy một lượng chính xác mẫu cần phân tích (V=50ml) vào bình định mức
100ml. Sau đó thêm lần lượt 30ml HCl 1:2 và 1ml KI để khử toàn bộ As(V) về
As(III). Để yên khoảng 15 phút, lượng I2 giải phóng làm cho dung dịch có màu
vàng. Cho 3 giọt SnCl2 bão hòa vào trong bình, lắc đều để khử I2 về dạng I-
, để
yên trong 5 phút, nếu không thấy xuất hiện màu vàng là được. Giấy tẩm HgBr2
đã cắt nhỏ kích thước 3x150mm được cho vào ống thủy tinh nhỏ, dài, khô, có
nút cao su, được nối với thiết bị. Giấy phải được vuốt thẳng trước khi cho vào
ống. Tiếp theo, cho 3g Zn kim loại vào thiết bị đồng thời quấn nhanh giấy tẩm
Pb(CH3COO)2 vào phần trên thiết bị. Đút ống thủy tinh có chứa giấy tẩm HgBr2
vào miệng bình. Khí AsH3 được sinh ra do phản ứng của asenit với hidro mới
sinh ra sẽ bốc lên, làm giấy tẩm HgBr2 chuyển từ màu trắng sang màu vàng nâu.

Để phản ứng trong 60 phút sau đó lấy giấy tẩm HgBr2 ra đo chiều cao khoảng
màu. Lượng asen có trong mẫu sẽ tỷ lệ với chiều cao đo được.
- Xây dựng đường chuẩn asen từ 10-90ppb:
Bảng 2.1: Kết quả xác định dung dịch chuẩn asen từ 10 – 90ppb.
C(ppb) 10 20 30 50 60 80 90
L(mm) 2,8 3,7 4,4 5,4 6,3 8 8,6
Hình 2.1: Đường chuẩn asen từ 10-90 ppb.
Phương trình đường chuẩn xác định asen nồng độ từ 10 – 90 ppb:
y = 0,0715x + 2,1292
- Xây dựng đường chuẩn asen từ 100-900ppb:
Bảng 2.2: Kết quả xác định dung dịch chuẩn asen từ 100 – 900 ppb.
C(ppb) 100 300 400 500 600 800 900
L(mm) 10 14,7 16,8 19,5 23 27,5 31

Hình 2.2: Đường chuẩn asen từ 100 - 900 ppb.
Phương trình đường chuẩn xác định asen nồng độ từ 100 – 900 ppb:
y = 0,0262x + 6,8634
2.3.2. Phân tích Amoni bằng phương pháp Nessler.
* Nguyên tắc:
Trong môi trường kiềm NH4
+
tác dụng với thuốc thử Nessler tạo thành
phức có màu từ vàng đến nâu, phụ thuốc vào nồng độ Amoni trong dung dịch.
Dựa trên quan hệ tuyến tính giữa nồng độ Amoni và độ hấp thụ quang ABS của
phức màu sẽ xác định được nồng độ Amoni cần phân tích.
* Các yếu tố cản trở:
Sắt gây cản trở xác định được loại bỏ bằng muối Seignet. Các hợp chất
hữu cơ, các alcol, aldehyt, các amin béo và thơm, các cloramin phản ứng được
với thuốc thử Nessler, khi có mặt chúng trong nước phải chưng cất để tách
amoniac trước khi xác định. Trong trường hợp nước đục phải xử lý bằng dung
dịch kẽm sunfat 25%.
* Xây dựng đường chuẩn:
Pha dung dịch amoni có nồng độ 5ppm từ dung dịch amoni nồng độ 1g/l.
Chuẩn bị dãy ống nghiệm và lần lượt cho vào mỗi ống nghiệm các dung dịch
theo bảng sau. Sau khi cho thuốc thử, lắc đều, để yên trong 10 phút sau đó đo độ
hấp thu quang ở bước sóng 420 nm.

Tiến hành đo mật độ quang ta thu được kết quả sau:
Bảng 2.3: Giá trị mật độ quang ABS.
STT
VNH4+
5ppm
(ml)
Vnước cất
(ml)
Vseignet
(ml)
VNessler
(ml)
CNH4+
(ppm)
ABS
1 0 5 0,2 0,5 0 0,00
2 0,5 4,5 0,2 0,5 0,5 0,122
3 1 4 0,2 0,5 1 0,228
4 1,5 3,5 0,2 0,5 1,5 0,333
5 2 3 0,2 0,5 2 0,440
6 3 2 0,2 0,5 3 0,623
7 4 1 0,2 0,5 4 0,88
Hình 2.3: Đường chuẩn dùng để xác định nồng độ NH4
+
trong mẫu nước.
Ta có phương trình của đường chuẩn là:
y = 0,2145x + 0,0089.

2.4. Chế tạo các loại vật liệu hấp phụ từ bùn đỏ.
Nguyên liệu chế tạo vật liệu hấp phụ là bùn đỏ Tây Nguyên được lấy từ
Tân Rai, Việt Nam có độ kiềm cao pH ≈12.
2.4.1. Bùn đỏ trung hòa kiềm (TRMA).
Sử dụng axit HCl 1M để trung hòa bùn đỏ về pH=7, sau đó rửa sạch ion
Cl-
bằng nước cất. Bùn sau trung hòa được sấy khô ở 600
C rồi nghiền mịn đem
sàng qua sàng rây 0,3mm và đem nung ở các nhiệt độ 1500
C, 3500
C, 5000
C,
6000
C, 7000
C, 8000
C trong 4h. Ta kí hiệu các loại vật liệu thu được sau khi nung
tương ứng là TRMA 150, TRMA 350, TRMA 500, TRMA 600, TRMA 700,
TRMA 800.
2.4.2. Bùn đỏ rửa nước đến pH=7 (TRMW)
Sử dụng nước cất để rửa bùn đỏ về pH=7, sau đó bùn đỏ được sấy khô ở
600
C rồi nghiền mịn đem sàng qua sàng rây 0,3mm và đem nung ở các nhiệt độ
1500
C, 3500
C, 5000
C, 6000
C, 7000
C, 8000
C trong 4h. Ta kí hiệu các loại vật liệu
thu được sau khi nung tương ứng là TRMW 150, TRMW 350, TRMW 500,
TRMW 600, TRMW 700, TRMW 800.
2.5. Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu hấp phụ.
2.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD).
* Nguyên tắc xác định:
Theo nguyên lý về cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các
nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một quy tắc xác định.
Khi chùm tia rơnghen tới bề mặt tinh thể và đi vào bên trong mạng lưới tinh thể
thì mạng lưới này đóng vai trò như các phân tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên
tử, ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm phát ra các tia phản xạ.
Hình 2.4: Tia tới và tia phản xạ trên tinh thể.

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào phương
trình Vulf-bragg:
n.λ=2d.sinө
Trong đó: n là bậc nhiễu xạ.
λ là bước sóng của tia X.
d là khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể.
ө góc giữa tia tới và mặt phẳng phản xạ.
Với mỗi nguồn tia X có bước sóng xác định, khi thay đổi góc tới ө, mỗi
vật liệu có giá trị đặc trưng. So sánh giá trị d và d chuẩn sẽ xác định được cấu
trúc mạng tinh thể của chất nghiên cứu.
Có nhiều phương pháp để nghiên cứu cấu trúc bằng tia X:
- Phương pháp bột: khi mẫu nghiên cứu là bột tinh thể, gồm những vi tinh
thể nhỏ li ti.
- Phương pháp đơn tinh thể: khi mẫu bột nghiên cứu gồm những đơn tinh
thể có kích thước đủ lớn, thích hợp cho việc nghiên cứu.
Từ hình ảnh nhiễu xạ ghi nhận được ta biết được cấu trúc của mẫu.
* Ứng dụng:
Phương pháp nhiễu xạ tia X được dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật
liệu. Ngoài ra phương pháp này còn có thể ứng để xác định động học của quá
trình chuyển pha, kích thước hạt và xác định đơn lớp bề mặt của xúc tác kim loại
trên chất mang.
2.5.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM).
Hiển vi điện tử quét là phương pháp sử dụng chùm tia electron năng
lượng cao để khảo sát những vật thể rất nhỏ. Kết quả thu được qua những khảo
sát này phản ánh về mặt hình thái, diện mạo và tinh thể của vật liệu mà chúng
cần xác định. Phương diện hình thái bao gồm hình dạng và kích thước của hạt
cấu trúc nên vật liệu. Diện mạo là đặc trưng bề mặt của một vật liệu bao gồm kết
cấu bề mặt hoặc độ cứng của vật liệu. Phương diện tinh thể học mô tả cách sắp
xếp của các nguyên tử trong vật thể như thế nào. Chúng có thể sắp xếp có trật tự
trong mạng tạo nên trạng thái tinh thể hoặc sắp xếp ngẫu nhiên hình thành dạng
vô định hình. Cách sắp xếp của các nguyên tử một cách có trật tự sẽ ảnh hưởng
đến các tính chất như độ dẫn điện, khả năng hấp phụ và độ bền của vật liệu.
Phương pháp hiển vi điện tử quét được phát triển lần đầu tiên vào năm
1942 và thiết bị có giá trị thương mại được giới thiệu vào năm 1965. Phương
pháp này được phát triển muộn hơn so với phương pháp Kính hiển vi điện tử

truyền qua (TEM) là do những khó khăn về mặt điện tử trong việc quét dòng
electron. Nhưng phương pháp SEM tỏ ra phổ biến hơn so với TEM do SEM có
thể thu được những bức ảnh có chất lượng ba chiều cao, có sự rõ nét hơn và
không đòi hỏi phức tạp trong khâu chuẩn bị mẫu. Phương pháp SEM đặc biệt
hữu dụng bởi vì nó cho độ phóng đại có thể thay đổi từ 10 đên 100.000 lần với
hình ảnh rõ nét, hiển thị ba chiều phù hợp cho việc phân tích hình dạng và cấu
trúc bề mặt.
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét
Hình 2.5 là sơ đồ đơn giản của thiết bị SEM, chùm electron từ ống phóng
được đi qua một vật kính và được lọc thành một dòng hẹp. Vật kính chứa một số
cuộn dây (cuộn lái electron) được cung cấp với điện thế thay đổi, cuộn dây tạo
nên một trường điện từ tác động lên chùm electron, từ đó chùm electron sẽ quét
lên bề mặt mẫu tạo thành trường quét. Tín hiệu của cuộn lái cũng được chuyển
đến ống catot để điều khiển quá trình quét ảnh trên màn hình đồng bộ với quá
trình quét chùm electron trên bề mặt mẫu. Khi chùm electron đập vào bề mặt
mẫu tạo thành một tập hợp các hạt thức cấp đi tới detector, tại đây nó được
chuyển thành tín hiệu điện và được khuyếch đại.Tín hiệu điện được gửi tới ống
tia catot và được quét lên màn hình tạo nên ảnh. Độ nét của ảnh được xác định
bởi một số hạt thứ cấp đập vào ống tia catot, số hạt này lại phụ thuộc vào góc
bắn ra của electron khỏi bề mặt mẫu, tức là phụ thuộc vào mức độ lồi lõm của bề
mặt. Vì thế ảnh thu được sẽ phản ánh diện mạo của bề mặt vật liệu.

2.5.3. Phương pháp xác định giá trị pH tại điểm đẳng nhiệt.
Giá trị trung hòa điện (Point of Zero Charge – pHpzc) là giá trị pH tại đó
bề mặt vật liệu trung hòa về điện. Phương pháp xác định dựa trên giả thiết là các
proton H+
và các nhóm hydroxyl OH-
là các ion quyết định điện tích, vật liệu
trong dung dịch sẽ hấp thụ H+
hoặc OH-
. Điện tích của bề mặt vật liệu phụ thuộc
vào pH của dung dịch. Các phân tử kim loại trên bề mặt có thể liên kết hoặc phá
liên kết với proton của dung dịch phụ thuộc vào đặc điểm của vật liệu và pH của
dung dịch. Do đó, bề mặt tích điện dương khi kết hợp với proton của dung dịch
trong môi trường axít và tích điện âm khi mất proton trong môi trường kiềm.
Phương pháp xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện pHpzc của các vật liệu
được tiến hành như sau: lấy 0,5 gam vật liệu cần nghiên cứu cho vào 50ml dung
dịch KCl 0,1M; pH của dung dịch được điều chỉnh từ 2-12 bằng dung dịch
NaOH 1M hoặc HCl 1M. Sau khi đạt cân bằng, xác định lại pH của dung dịch,
gọi là pH sau (pHf) của dung dịch. Từ đó xác định được ΔpH = pHf – pH.
Vẽ đồ thị pH và ΔpH, đồ thị này cắt trục Ox tại giá trị nào đó chính là
pHpzc của vật liệu cần nghiên cứu. Từ đó vẽ đồ thị xác định pHpzc của vật liệu.
Hình 2.6: Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu.
Giá trị pHpzc cho biết trong điều kiện thí nghiệm đó bề mặt vật liệu mang
điện tích âm hay dương, nếu tiến hành thí nghiệm khảo sát các vật liệu trên ở
môi trường pH< pHpzc thì bề mặt vật liệu mang điện tích dương, ngược lại bề
mặt vật liệu mang điện tích âm [20, 21, 22].
2.5.4. Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu.
2.5.4.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ:
Việc khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ hay khảo sát động học hấp phụ
giúp chúng ta đánh giá được quá trình hấp phụ là nhanh hay chậm, xác định
được thời gian cân bằng hấp phụ để làm thí nghiệm xây dựng đường đẳng nhiệt
hấp phụ. Quá trình hấp phụ coi như đạt cân bằng khi ta có 3 số liệu sát nhau dao
động quanh 1 con số (sai lệch giữa 2 con số cuối không quá 2%) [2, 6, 10].

Luận văn: Khả năng xử lý của bùn đỏ về các ion độc hại trong nước

Luận văn: Khả năng xử lý của bùn đỏ về các ion độc hại trong nước

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Luận văn: Khả năng xử lý của bùn đỏ về các ion độc hại trong nước

Similar to Luận văn: Khả năng xử lý của bùn đỏ về các ion độc hại trong nước (20)

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận văn: Khả năng xử lý của bùn đỏ về các ion độc hại trong nước