Phương pháp loại bỏ asen trong nước
Asen là chất cực kỳ nguy hiểm có thể gây ung thư cho con người. Vì vậy cần thiết phải loại bỏ asen ra khỏi nguồn nước sinh hoạt ăn uống. Bài viết này đề cập đến các phương pháp loại bỏ asen trong nước được chia sẻ từ kinh nghiệm trên 15 năm hoạt động trong ngành xử lý nước của chuyên gia xử lý nước Sao Việt có tham khảo tài liệu của Tổ chức Y tế Môi trường công cộng Mỹ.
Các phương pháp loại bỏ asen chủ yếu bao gồm:
? Quá trình oxy hóa
? Keo tụ, lắng và lọc
? Hấp phụ
? Trao đổi ion
? Lọc màng
Quá trình oxy hóa
Hầu hết các công nghệ loại bỏ asen có hiệu quả nhất trong việc loại bỏ dạng asen pentavalent (Asen V) vì dạng hóa trị III (Asen (III) – arsenite) chủ yếu không được tính dưới PH 9,2. Asen ít di động hơn arsenite, nó có xu hướng kết tủa với các cation kim loại hoặc hấp phụ vào bề mặt rắn. Do đó nhiều hệ thống xử lý nước bao gồm bước oxy hóa để chuyển đổi arsenite thành asen.
Arsenit có thể bị oxy hóa bởi oxy , hypoclorit (HClO), permanganate (HMNO4) và hydrogen peroxide. Oxy trong khí quyển là chất oxy hóa dễ dàng nhất và nhiều phương pháp oxy hóa trong xử lý nước như oxy hóa bằng giàn mưa, tháp cao tải, ejector …
Tuy nhiên quá trình oxy hóa loại bỏ asen diễn ra rất chậm và có thể mất vài tuần để oxy hóa. Quá trình này có thể được xúc tác bởi vi khuẩn, các dung dịch có tính axit hoặc kiềm, đồng, than hoạt tính dạng bột và nhiệt độ cao.
Keo tụ, lắng và lọc
Lắng thụ động
Sau khi được oxy hóa nước được lưu trữ tại các bể lắng cũng có thể làm giảm nồng độ asen, quá trình này còn được gọi là lắng thụ động. Quá trình lắng thụ động đòi hỏi nước cần được lưu trữ trong một thời gian đủ dài cho phép trao đổi oxy từ không khí với nước. Việc giảm asen bằng lắng thụ động phụ thuộc vào chất lượng nước đặc biệt là sự hiện của sắt kết tủa trong nước. Độ kiềm cao và sự hiện diện của sắt làm tăng khả năng loại bỏ asen bằng lắng thụ động.
Một phương pháp đã được thử nghiệm trong dự án thí điểm giảm asen của Bộ Ngoại giao Đan Mạch tại Bangladesh cũng có hiệu quả cao là phương pháp oxy hóa tại chỗ sắt và asen trong tầng ngậm nước. Công nghệ xử lý là lấy nước từ ống giếng để oxy hòa tan trong khí với oxy trong khí quyển. Nước oxy sau đó được phép chảy ngược trở lại vào nước ngầm và nước ngầm bị nhiễm asen qua cùng một giếng. Điều này cho phép tạo thành lớp phủ hydroxit sắt trên các hạt cát xung quanh bộ lọc của giếng. Nước thu lại từ giếng sẽ giảm đáng kể lượng asen và sắt.
Keo tụ tạo bông và lọc
Keo tụ tạo bông và lọc là phương pháp loại bỏ được nhiều nhất asen ra khỏi nước. Trong suốt quá trình asenic được loại bỏ ra khỏi nước theo 3 cơ chế
+ Kết tủa: Hình thành các hợp chất không hòa tan
+ Keo tụ tạo bông: Sự kết hợp của các asen hòa tan với các hydroxit kim loại đang hình thành ( ví dụ như đồng kết tủa với sắt III)
+ Hấp phụ: Liên kết tĩnh điện của asen hoàn tan với bề mặt bên ngoài của hydroxit kim loại không hoàn tan.
Công nghệ keo tụ tạo bông đã được sử dụng từ năm 1970 ở miền bắc Chile để loại bỏ asenic ra khỏi nước uống. Hiện tại có thể giảm asen từ 400 µg/l xuống 10µg/l với tốc độ 500l/giây với điều kiện độ PH, quá trình oxy hóa và keo tụ tạo bông được kiểm soát chặt chẽ.
Quá trình keo tụ tạo bông sử dụng phèn nhôm, PAC đem lại hiệu quả cao trong việc loại bỏ asen. Khi được thêm vào nước các hóa chất này hòa tan trong một vài phút nhờ động tác khuấy. Trong quá trình này tất cả các loại vi hạt và ion tích điện âm đều được gắn vào các bông cặn. Asen cũng được hấp thụ vào các khối bông cặn. Các bông cặn này có thể được loại bỏ một phần bằng công đoạn lắng, sau đó công đoạn lọc có thể đảm bảo loại bỏ hoàn toàn tất cả các bông cặn này.
Phương pháp loại bỏ asen bằng keo tụ tạo bông phụ thuộc vào độ PH và liều lượng hóa chất.
Sử dụng sự hiện diện của sắt tự nhiên trong nước ngầm
Việc sử dụng sắt tự nhiên trong nước ngầm là phương pháp có khả năng loại bỏ asen bằng cách hấp phụ, có nghĩa là không cần thêm hóa chất. Kết tủa sắt hình thành bởi quá trình oxy hóa của sắt hòa tan có khả năng loại bỏ asen bởi oxy hóa, keo tụ tạo bông, hấp thụ, kết tủa và lọc. Hiệu quả của phương pháp này tùy thuộc vào hàm lượng asen và sắt trong nước. Nó có thể được nâng cao bằng cách tăng thời gian tiếp xúc giữa asen và các kết tủa sắt.
Keo tụ tạo bông bằng vôi
Xử lý nước bằng cách sử dụng vôi CaO, hoặc dung dịch nước vôi Ca(OH)2 để loại bỏ asen. Sử dụng vôi tương tự như việc sử dụng các muối kim loại, canxi hydroxit kết tủa hoạt động như một chất kết tủa cho asen. Vôi thừa sẽ không hòa tan nhưng vẫn là chất trợ keo tụ và phải được loại bỏ cùng với kết tủa qua quá trình lắng và lọc. Tuy nhiên hiệu quả loại bỏ asen bằng vôi là tương đối thấp thường từ 40-70%. Hiệu quả loại bỏ cao nhất đạt được ở PH 10 – 11,4.
Một số phương pháp khác sử dụng nhôm hoạt tính, than hoạt tính, sắt và cát tráng mangan, oxit sắt ngậm nước … cũng có thể được sử dụng để loại bỏ asenic ra khỏi nước. Hiệu quả của các phương pháp này phụ thuộc vào việc sử dụng các tác nhân oxy hóa để kích thích sự hấp phụ của asen .
Nhôm hoạt tính: Nhôm hoạt tính Al2O3 có bề mặt trong khoảng 200 – 300m2/g. Diện tích bề mặt lớn tạo cho vật liệu một diện tích rất lớn để hấp thụ asen. Khi nước đi qua một cột nhôm hoạt hóa, các tạp chất trong đó có asenic có trong nước được hấp thụ trên bề mặt của các hạt nhôm hoạt hóa. Cuối cùng cột trở nên bão hòa, đầu tiên ở các lớp trên sau đó xuống dưới đáy và cuối cùng cột được bão hòa hoàn toàn. Tái sinh hạt nhôm bão hòa bằng dung dịch 4% NaOH. Việc loại bỏ asen bằng nhôm hoạt hóa phụ thuộc vào độ PH và hàm lượng asen trong nước. Hiệu quả giảm xuống khi điểm tiếp xúc với điện tích không được tính đến và ở PH 8,2 nơi bề mặt bị tích điện âm, khả năng loại bỏ chỉ có 2 -5% công suất ở PH tối ư
Loại bỏ asen trong nước bằng trao đổi ion
Trao đổi ion tương tự như nhôm hoạt tính, chỉ môi trường là loại nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion. Nhựa tổng hợp dựa trên các polymer liên kết chéo được gọi là ma trận. Các nhóm chức năng tích điện được gắn vào ma trận thông qua liên kết hóa trị và phân loại thành các nhóm có tính axit mạnh, yếu, bazo mạnh và yếu. Quá trình trao đổi ion ít phụ thuộc vào độ PH của nước. Nhựa trao đổi ion có thể dễ dàng tái sinh bằng dung dịch NaCl
Lọc màng
Màng tổng hợp được sử dụng để loại bỏ nhiều chất gây ô nhiễm từ nước bao gồm các tác nhân gây bệnh, muối và các ion kim loại khác nhau. Thông thường có 2 loại màng lọc được sử dụng: màng áp suất thấp như vi lọc và siêu lọc – Màng áp lực cao như lọc nano và thẩm thấu ngược (màng lọc nước RO). Việc loại bỏ asen bằng lọc màng là độc lập với PH và sự hiện diện của các chất hòa tan khác nhưng bất lợi khi có sự hiện diện của các chất keo. Khi màng bị ô nhiễm bởi các tạp chất trong nước không thể rửa ngược. Vì vậy nước có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao cần phải xử lý trước khi thực hiện loại bỏ asen bằng lọc màng để tránh tắc nghẽn.
