Từ sau thảm họa nhiễm độc asen trên diện rộng ở Bangladesh và Tây Bengal thì rất nhiều hội nghị về asen được tổ chức, các hoạt động thống kê, quan trắc, nghiên cứu khoa học nhằm tìm ra phương pháp xử lý ô nhiễm asen khả thi trong nước ngầm. Các biện pháp xử lý được đưa ra rất nhiều và đa dạng, đã được nghiên cứu và áp dụng ở cả trên thế giới lẫn trong nước, chủ yếu tập trung vào các phương pháp: hóa học, hóa lý, màng và sinh học.
1. Các phương pháp hóa học
1.1. Phương pháp oxy hóa
Hầu hết các công nghệ xử lý asen có hiệu quả khi xử lý asen hoá trị V (arsenate) còn dạng asen hoá trị III (arsenite) phần lớn không tích điện ở pH dưới 9.2. Vì vậy nhiều hệ thống xử lý bao gồm cả bước oxy hoá để chuyển đổi arsenite thành arsenate. Quá trình oxy hoá sẽ không loại bỏ asen ra khỏi dung dịch mà phải đi kèm với các quá trình xử lý khác như kết tủa, hấp phụ hoặc trao đổi ion. Phương pháp này bao gồm: oxy hóa asen bằng không khí, oxy hóa asen bằng phương pháp hóa học.
1.2. Oxy hoá và loại asen bằng năng lượng mặt trời (SORAS)
Đây là quá trình xử lý asen đơn giản trong cấp nước nông thôn từ nguồn nước ngầm, sử dụng phản ứng oxy hoá quang hoá As(III) thành As(V) nhờ ánh sáng mặt trời, sau đó tách As(V) ra khỏi nước nhờ hấp phụ bằng các hạt Fe(III). Hiệu suất của phản ứng oxy hoá quang hoá sẽ được tăng cường nếu nhỏ thêm vài giọt chanh, sẽ giúp cho quá trình tạo các bông keo Fe(III). SORAS có hiệu quả khi hàm lượng sắt trong nước ngầm ít nhất là 3 mg/l, cường độ bức xạ UV-A 50 Wh/m2.
1.3. Chưng cất bằng năng lượng mặt trời
Thiết bị chưng cất bằng năng lượng mặt trời có thể sử dụng để xử lý nước ô nhiễm asen, vi khuẩn, làm ngọt nước biển, nước lợ, vv… Nước cần xử lý được nung nóng lên và bay hơi nhờ năng lượng mặt trời, sau đó ngưng tụ lại trên bề mặt phía trong bề mặt thiết bị thu nước dạng tấm và chảy vào bể chứa. Tuỳ thuộc vào lượng ánh sáng mặt trời thu được, một tấm bề mặt thu nước kích thước 2 x 10 m có thể cung cấp nước uống cho 20 – 50 người sử dụng trong một ngày đêm với tiêu chuẩn 4 l / ng.ngđ. Chi phí xử lý khoảng 0,01 – 0,03 USD/ng.ngđ [22].
2. Các phương pháp hóa lý
2.1. Kết tủa và lọc
Hầu hết các phương pháp xử lý asen đều liên quan đến quá trình kết tủa và lọc, hoặc sử dụng muối kim loại, hoặc làm mềm bằng vôi. Phương pháp xử lý này rất có hiệu quả khi loại bỏ các chất rắn lơ lửng và hoà tan ngoài asen, độ đục, sắt, mangan, photphat và flo. Nó cũng có hiệu quả trong việc làm giảm mùi, màu và giảm nguy cơ hình thành dạng trihalomethane. Quá trình kết tủa và lọc để loại bỏ asen cũng sẽ làm tăng chất lượng nước.
Quá trình loại bỏ asen với muối kim loại được đưa ra từ năm 1934 [5]. Muối kim loại thường được sử dụng là muối nhôm và muối sắt cloride hoặc sắt sulfate. Hiệu quả xử lý asen bằng muối nhôm hoặc muối sắt ở quy mô phòng thí nghiệm có hiệu quả xử lý tới 99% ở các điều kiện tối ưu và nồng độ asen còn lại dưới 1g/l. Còn đối với các hệ xử lý thực tiễn ngoài hiện trường thì hiệu quả xử lý thấp hơn khoảng từ 59 – 90%.
2.2. Trao đổi ion
Đây là quá trình trao đổi giữa các ion trong pha rắn và pha lỏng, mà không làm thay đổi cấu trúc của chất rắn. Công nghệ trao đổi ion tương đối phức tạp, ít có khả năng áp dụng cho từng hộ gia đình đơn lẻ, chỉ nên áp dụng cho quy mô một làng hay lớn hơn. Nói cách khác, cột trao đổi ion thường không đi kèm với chiếc giếng khoan bơm tay .
2.3. Phương pháp hấp phụ
Asen có thể được hấp phụ lên bề mặt của các vật liệu hấp phụ như: các hợp chất oxyt sắt, oxyt titan, oxyt silic; sét khoáng (caolanh, bentonite …); boxit, hematite, felspat; nhựa tổng hợp trao đổi anion; chitin và chitosan; bonechar; quặng oxit mangan, cát bọc một lớp oxyt sắt hoặc dioxit mangan MnO2; các vật liệu xellulo (mùn cưa, bột giấy báo).
Mỗi loại vật liệu có những đặc tính và yêu cầu chi phí khác nhau. Một số loại đã được sản xuất riêng để xử lý nước nhiễm asen. Hiệu suất xử lý của từng loại vật liệu phụ thuộc vào việc sử dụng các chất oxy hoá hỗ trợ quá trình hấp phụ asen.
Tác giả Khair đề xuất công nghệ mới, sử dụng một loại vật liệu hấp phụ rẻ tiền, bột giấy báo có phủ một lớp hydroxyt sắt (III) (1999). Giấy báo cắt vụn được trộn với khoáng chất Blender và nghiền nhỏ thành bột. Hydroxyt sắt được điều chế bằng cách pha Ammonia dropwise với dung dịch Ammonium ferric alum. Sau đó bột giấy báo được trộn với hydroxyt sắt và khuấy đều, làm hydroxyt sắt bám vào các sợi xellulo. Khair đã so sánh chất hấp phụ này với các vật liệu mới khác như: sợi đay đã tẩy lignin, mùn cưa đã tẩy Clo và thấy rằng bột giấy báo phủ hydroxyt sắt cho phép đạt hiệu suất khử asen cao hơn cả, với nồng độ arsen sau xử lý 50 ppb hoặc thấp hơn.
3. Các phương pháp màng
Xử lý asen theo các phương pháp màng thì có nhiều cách thức như: vi lọc (MF), siêu lọc (UF), lọc nano (NF), thẩm thấu ngược (RO), điện thẩm tách (ED)… Công nghệ lọc màng cho phép có thể tách bất cứ loại chất rắn nào ra khỏi nước, kể cả asen. Tuy nhiên, phương pháp này thường rất đắt và do đó thường được sử dụng trong những trường hợp cần thiết, bắt buộc, khó áp dụng các phương pháp khác. Hơn nữa, hiệu suất và chi phí cho quá trình lọc màng phụ thuộc vào đặc điểm nước nguồn và yêu cầu chất lượng nước sau xử lý. Thông thường, nếu nước nguồn càng bị ô nhiễm, yêu cầu chất lượng nước sau xử lý càng cao, thì màng lọc càng dễ bị tắc bởi các tạp chất bẩn, cặn lắng và cặn vi sinh vật (tảo, rong, rêu, vi sinh vật…).
4. Phương pháp sinh học
Parknikar (1998) [16] mô tả hai loại tương tác giữa vi khuẩn và kim loại để loại bỏ asen: i) vi khuẩn oxy hóa và kết tủa As(III) với As(V) và ii) tích lũy asen trong sinh khối vi sinh vật. Phương pháp oxy hóa có thể hoạt động trong hệ phản ứng cố định. Chất hữu cơ như nước mía có thể thêm vào cùng với mạt sắt. Thúc đẩy vi khuẩn oxy hóa sắt có thể oxy hóa sắt nhanh hơn 50.000 lần so với oxy hóa sắt bằng phương pháp hóa học. Asen sau đó được Fe(III) hydroxyt hấp phụ.
Lehimans và cộng sự (2001) tiến hành nghiên cứu áp dụng lọc sinh học để loại bỏ asen (III), trạng thái oxy hóa của asen khó xử lý nhất. Khi nước ngầm qua lớp cát lọc, asen bị giữ lại trên các kết tủa oxit sắt được hình thành liên tục nhờ hoạt động của vi khuẩn sắt. Khi nồng độ cao đến 400 g/l, hiệu suất xử lý asen phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ sắt chứa trong nước ngầm. Với nồng độ ban đầu là 75 g/l, hiệu suất loại bỏ tối đa là 90%, nồng độ sau khi xử lý là dưới 10 g/l. Ngoài ra, còn loại bỏ hoàn toàn được sắt. Kết luận rằng ở nhiệt độ, độ pH và điều kiện oxy hóa tối ưu và có đủ sắt thì lọc sinh học cho phép loại bỏ đồng thời cả Fe và As.
Trong nghiên cứu của nhóm tác giả Fujikawa và cộng sự [27] đã áp dụng hệ thống lọc sinh học sử dụng vi khuẩn bản địa để loại bỏ đồng thời cả As(III), As(V), sắt, mangan và amoni. Trên bề mặt vật liệu lọc, asen trong nước ngầm được hấp phụ vào các kết tủa oxit sắt và mangan sinh học (IMOs) được hình thành bởi các vi khuẩn sắt. Nghiên cứu cho thầy rằng, As(III) hấp phụ trên các IMOs và sau đó dần dần bị oxy hóa thành As(V) bởi hoạt động của vi sinh vật. Do đó, asen được loại bỏ khỏi nguồn nước ngầm.
Leave a Reply