ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
------------------------------

TRẦN VĂN SƠN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ ASEN TRONG
NƯỚC CỦA CÂY RÁNG CHÂN XỈ (PTERIS VITTATA L.)
TẠI XÃ TRUNG CHÂU, HUYỆN ĐAN PHƯỢNG,
THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thanh Hải

Thái Nguyên, năm 2015

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –
ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
------------------------------

TRẦN VĂN SƠN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ ASEN TRONG
NƯỚC CỦA CÂY RÁNG CHÂN XỈ (PTERIS VITTATA L.)
TẠI XÃ TRUNG CHÂU, HUYỆN ĐAN PHƯỢNG,
THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thanh Hải

Thái Nguyên, năm 2015

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –
ĐHTN




i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là kết quả của quá trình thực
nghiệm của tôi trong phòng thí nghiệm và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Thái nguyên, ngày 20 tháng 10 năm 2015
Học viên

Trần Văn Sơn


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –
ĐHTN




ii

LỜI CẢM ƠN
Bằng tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn
TS. Nguyễn Thanh Hải cùng toàn thể các thầy cô giáo trong ngành Khoa học
Môi trường, trường Đại Học Nông Lâm thái nguyên đã giao đề tài, hướng
dẫn chu đáo và tận tình trong suốt quá trình em nghiên cứu và hoàn thành
luận văn.
Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các anh (chị) cán bộ của
Trung tâm phân tích chất lượng sản phảm Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ
em trong suốt quá trình làm thí nghiệm.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh,
ủng hộ và động viên để em có thể hoàn thành quá trình học tập, nghiên cứu
và thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 10 năm 2015
Học viên

Trân Văn Sơn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –
ĐHTN





iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –
ĐHTN




iv

MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề...................................................................................................... 1
2. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................ 2
2.1. Mục tiêu tổng quát ..................................................................................... 2
2.2. Mục tiêu cụ thể ........................................................................................... 2
3. Ý nghĩa của đề tài.......................................................................................... 2
3.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học ......................................... 2
3.2. Ý nghĩa thực tễn ........................................................................................ 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU........................................................ 4
1.1. Tổng quan về Asen..................................................................................... 4
1.1.1. Giới thiệu chung ...................................................................................... 4
1.1.2.Tính chất vật lý......................................................................................... 7
1.1.3.Tính chất hóa học ..................................................................................... 8
1.1.4. Con đường xâm nhập trong nước.......................................................... 10
1.1.5. Cơ chế.................................................................................................... 10
1.1.6. Độc tính của Asen ................................................................................. 11

1.1.7. Cơ chế gây độc của Asen ...................................................................... 12
1.1.8. Ảnh hưởng của asen .............................................................................. 15
1.1.9. Ứng dụng của Asen ............................................................................... 19
1.2. Hiện trạng ô nhiễm Asen trên thế giới và ở Việt nam ............................. 21
1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm Asen trên Thế giới................................................. 21
1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm Asen ở Việt Nam................................................... 22
1.3.Các phương pháp xử lý Asen .................................................................... 23
1.3.1. Oxi hoá As (III) ..................................................................................... 23
1.3.2. Kĩ thuật keo tụ - kết tủa......................................................................... 26

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –
ĐHTN




1.3.3. Phương pháp trao đổi ion ......................................................................
28
1.3.4. Phương pháp lọc màng.......................................................................... 28
1.3.5. Phương pháp hấp phụ............................................................................
29
1.3.6. Tổng quan về Biện pháp sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm kim loại nặng
trong nước ............................................................................................. 29
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU...................................................................................................... 34
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 34
2.1.1 Đối tượng nghiên cưu............................................................................. 34
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu............................................................................... 34
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................................ 34
2.2.1. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................. 34

2.2.2.Thời gian nghiên cứu ............................................................................. 34
2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 34
2.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 35
2.4.1. Phương pháp lấy mẫu ngoài thực địa.................................................... 35
2.4.2. Phương pháp phân tích.......................................................................... 36
2.4.3. Phương phap bố tri thi nghiêm.............................................................. 37
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu..................................................................... 40
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................... 41
3.1. Hiện trạng sử dụng và chất lượng nước tại khu vực nghiên cứu .............
41
3.1.1. Hiện trạng sử dụng nước trong khu vực nghiên cứu ............................ 41
3.1.2. Chất lượng nước khu vực nghiên cứu ................................................... 41
3.2. Kết quả nuôi trồng cây ráng chân xỉ trong nước tại phòng thí nghiệm ... 43
3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý asen trong


nước của cây Ráng chân xỉ đối với mẫu gây nhiễm nhân tạo. ............. 45
3.3.1. Kết quả chuẩn độ pH, và phân tch nồng độ As ban đầu ...................... 45


3.3.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp thụ Asen trong nước môi trường axit .
45
3.3.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp thụ As trong nước môi trường khoảng
trung
tnh......................................................................................................... 47
3.3.4. Kết quả khảo sát khả năng hấp thụ As trong nước môi trường bazo....
48
3.3.5. Tổng hợp so sánh và đánh giá ............................................................... 50
3.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý asen
trong nước của cây Ráng chân xỉ đối với mẫu gây nhiễm nhân tạo..... 51

3.5. Kêt́ qua khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Asen ban đầu đến hiệu quả
xử
lý Asen của cây Rang Chân Xi ............................................................. 52
3.5.1. Khảo sát hiệu quả xử lý As trong nước khi nồng độ As ban đầu ở mức
lớn hơn 90 (µg/l) ...................................................................................
52
3.5.2. Khảo sát hiệu quả xử lý As trong nước khi nồng độ As ban đầu ở mức
thấp <90 (µg/l) ..................................................................................... 55
3.5.3. Tổng hợp nhận xét, so sánh và đánh giá. .............................................. 57
3.6. Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý Asen trong nước bằng cây Ráng Chân Xỉ
đối với mẫu thực địa .............................................................................
58
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................... 61
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 61
ĐỀ NGHỊ......................................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 63


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT


Ký Nghĩa từ
hiệ :Asen
As : Bộ tài
nguyên môi
BTN
trường
MT
: Bộ y tế
BY

: Đại học quốc
ĐHQgia Hà Nội
GH : Cây Ráng
chân Xỉ
pter
: Quy chuẩn
s
Việt Nam
vit
: Tiêu chuẩn
a L Việt Nam
QC : Tổ chức Y tế
Thế giới
N
TC
VHO


vii


vii

DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Hàm lượng Asen trong một số khoáng vật....................................... 5
Bảng 1.2. Trạng thái tồn tại các dạng Asen trong điều kiện oxi hóa khử và pH
khác nhau .............................................................................................. 19
Bảng 3.1. Kết quả thông số pH, nhiệt độ tại hiện trường ............................... 42
Bảng 3.2. Kết quả phân tch hàm lượng As trong mẫu khu vực nghiên cứu........

42
Bảng 3.3. Kêt́ qua khao sat anh hương cua pH đên
́ hiêu qua xư ly asen trong
nươc cua cây Rang Chân Xi (trong môi trường axit) ........................... 46
Bảng 3.4. Kêt́ qua khao sat anh hương cua pH đên
́ hiêu qua xư ly asen trong
nươc cua cây Rang Chân Xi (trong môi trường axit) ........................... 47
Bảng 3.5. Kêt́ qua khao sat anh hương cua pH đên
́ hiêu qua xư ly asen trong
nươc cua cây Rang Chân Xi (trong môi trường bazo) ......................... 49
Bang 3.6. kêt́ qua khao sat anh hương cua thơi gian đến hiêu qua xư ly asen
trong nươc cua cây Rang Chân Xi ........................................................ 51
Bảng 3.7: Kết quả phân tích hàm lượng As trong mẫu ban đầu ..................... 53
Bảng 3.8. Kết quả phân tích As trong mẫu sau xử lý ..................................... 53
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ Asen đến hiệu quả xử lý Asen của cây ráng
chân xỉ ................................................................................................... 54
Bảng 3.10: Kết quả phân tích hàm lượng As trong mẫu ban đầu ................... 55
Bảng 3.11. Kết quả phân tích As trong mẫu sau xử lý ................................... 55
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ Asen đến hiệu quả xử lý Asen của cây
ráng chân xỉ........................................................................................... 56
Bảng 3.13. Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ As ban đầu đến hiệu quả
xử lý As trong nước của cây Ráng chân xỉ ................................................
57
Bảng 3.14. Hiệu quả xử lý Asen trong nước bằng cây Ráng chân xỉ đối với
mẫu thực địa..........................................................................................


vii

59



viii


viii

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1: Khoáng vật chứa Asen ...................................................................... 6
Hình 1.2. Cấu Trúc không gian các hợp chất của asen ..................................... 9
Hình 1.3. Các con đường xâm nhập asen vào cơ thể. .................................... 17
Hình 1.4. Đồ thị biểu diễn phần mol của H3AsO3 ,H2AsO3-,HAsO32- ,AsO 3-

3

theo pH (Asen III) ................................................................................. 18
Hình 1.5. Đồ thị biểu diễn phần mol của H3AsO4 ,H2AsO4-,HAsO42- ,AsO4

3-

theo pH (Asen V) .................................................................................. 18
Hình 1.6: Sử dụng thảm thực vật trong xử lý nước ........................................ 31
Hình 3.1. Hàm lượng Asen trong mẫu thực địa khu vực nghiên cứu ............. 43
Hình 3.2 : Cây ráng chân xỉ sau 5 ngày nuôi trồng trong nước ...................... 44
Hình 3.3: cây Ráng chân xỉ sau 4 tuần nuôi trồng .......................................... 44
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp thụ As của cây ráng chân xỉ trong
môi
trường axit..............................................................................................
46

Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn khả năng hấp thụ As của cây ráng chân xỉ trong
môi
trường trung tnh.....................................................................................
48
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn khả năng hấp thụ As của cây ráng chân xỉ trong
môi
trường bazo. ...........................................................................................
49
Hình 3.7. Ảnh hưởng của Ph đến hiệu suất hấp thụ As trong nước................ 50
Hình 3.8. Biểu diễn khả năng hấp thụ của cây Ráng chân xỉ theo thời gian .. 52
Hình 3.9. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Asen ban đầu đến hiệu quả xử lý..... 53
Hình 3.10. Biểu diễn hiệu suất hấp thụ của cây Ráng chân xỉ........................ 54
Hình 3.11. Biểu diễn hiệu suất hấp thụ của cây Ráng chân xỉ........................ 56
Hình 3.12. Kết quả thực nghiệm xử lý As trong mẫu nước thực địa của 2 đề


viii

tài........................................................................................................... 60


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Asen là một nguyên tố rất phổ biến trong tự nhiên, tồn tại dưới nhiều
dạng hợp chất khác nhau cả vô cơ lẫn hữu cơ. Asen có cấp độ độc hại là Ia
(cực độc) và có thể xâm nhập vào cơ thể con người thông qua chuỗi thực
phẩm, nước uống và không khí. Một lượng cực nhỏ (0,1-0,2g) có thể gây chết
người khi bị nhiễm độc cấp tính và khi bị nhiễm độc mãn tnh thì có thể gây

ra nhiều loại bệnh khác nhau, tổn thương da, một số bệnh cơ tim, cao
huyết áp, thiếu máu cơ tim.
Trên thế giới hiện nay đã có hàng chục triệu người mắc các căn bệnh
này do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ Asen cao và điều đáng lo
ngại là hiện nay chưa có phương pháp điều trị hiệu quả các căn bệnh nguy
hiểm này.
Thực trạng ô nhiễm Asen ở nước ta hiện nay đã tới mức báo động,
theo một số khảo sát mới đây cho thấy nguồn nước ngầm ở nhiều nơi
thuộc châu thổ sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long như Hà Nội, Phú Thọ,
Hà Nam, Đồng Tháp, Kiên Giang, Long An, bị nhiễm Asen nặng với nồng độ
cao gấp nhiều lần tiêu chuẩn của Bộ Y tế. Mặc dù bị nhiễm asen nhưng
nước ngầm vẫn được khai thác rộng rãi ở thủ đô Hà Nội và nhiều tỉnh
thành khác. Tính đến nay nước ta có hơn 1 triệu giếng khoan có nồng độ
asen cao hơn từ 20 đến 50 lần tiêu chuẩn của Bộ Y tế và có khoảng 10,5
triệu người bị nhiễm độc bởi Asen. Phần lớn ở các vùng nông thôn sử dụng
nước trực tiếp từ các giếng khoan mà không qua xử lý hoặc xử lý rất thô sơ.
[14].
Sử dụng thực vật trong việc xử lý các chất ô nhiễm là một công nghệ
hoàn toàn mới mẻ, đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển. Theo đánh giá


2

sơ bộ, giá thành trung bình của xử lý chất ô nhiễm bằng các phương pháp
hoá học, cơ học, lý hoá học… cao hơn rất nhiều lần so với giá thành xử lý
môi


3


trường ô nhiễm bằng biện pháp sinh học. Do đó ngày càng cần có
nhiều nghiên cứu chuyên sâu hơn nữa để hoàn thiện các cơ chế xử lý chất ô
nhiễm bằng thực vật để có thể ứng dụng chúng một các rộng rãi trong thực
tế nhằm giảm bớt các chi phí tốn kém và có thể áp dụng trong các điều kiện
của nền kinh tế đang phát triển.
Chính vì vậy, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu, khả năng xử lý
Asen trong nước của cây Ráng chân xỉ (Pteris vittata L) tại Xã Trung Châu,
Huyện Đan Phượng, Thành Phô Hà Nội” sẽ góp phần tìm kiếm đưa ra
phương pháp mới, đơn giản, kinh phí thấp có tính khả khi về ứng dụng
trong xử lý môi trường nói chung và xử lý Asen nói riêng.
2. Mục têu của đề tài
2.1. Mục tiêu tổng
quát
- Gop phần lưa chon bô sung môt loai thưc vât mơi xư ly Asen trong
môi
nươc.

trương
- Gop phần đưa ra được phương pháp tối ưu đơn giản, dễ áp dụng

trong xử lý nước.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm Asen trong nước tại khu vực
nghiên cứu.
- Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý Asen trong mẫu nước gây nhiễm
nhân tạo và mẫu thực địa.
- Xac định được một số yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng, hiệu quả
xử lý As trong nước của cây Ráng chân xỉ.
3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học



4

- Giup người học nâng cao và hoàn thiện kiến thức đã học, rút ra kinh
nghiệm thực tế phục vụ cho công tác sau này.


5

- Kêt́ qua nghiên cưu la cơ sở khoa học phục vụ cho công việc nghiên
cứu xử lý asen.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Luận văn góp phần đánh giá được mức độ nguy hại, mức độ ảnh
hưởng, hiện trạng ô nhiễm asen đang diễn ra, hậu quả của ô nhiễm asen với
con người.
- Các kết quả nghiên cứu thu được sẽ làm cơ sở khoa học cho việc phát
triển hơn nữa công nghệ sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng trong nước nói
chung và As nói riêng.


6

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về Asen
1.1.1. Giới thiệu chung
Asen hay còn gọi là thạch tn, có ký hiệu hóa học là As và số nguyên
tử 33. Nó phân bố rộng rãi trong vỏ trái đất với hàm lượng trung bình
khoảng

2mg/kg, có mặt trong đất, đá, nước, không khí ở dạng vết. Khối lượng
nguyên tử của nó bằng 74,92. Asen là một á kim gây ngộ độc khét tiếng và
có nhiều dạng thù hình: màu vàng (phân tử phi kim) và một vài dạng màu
đen và xám (á kim). Ba dạng có tính kim loại của asen với cấu trúc tinh
thể khác nhau cũng được tìm thấy trong tự nhiên, nhưng nói chung nó hay
tồn tại dưới dạng các hợp chất asenua và asenat. Vài trăm loại khoáng vật
như thế đã được biết tới. Asen và các hợp chất của nó được sử dụng
như là thuốc trừ dịch hại, thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu và trong một loạt các
hợp kim.[8]
Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của nó là -3 (asenua: thông thường
trong các hợp chất liên kim loại tương tự như hợp kim), +3 (asenit và
phần lớn các hợp chất asen hữu cơ), +5 (asenat: phần lớn các hợp chất vô cơ
chứa ôxy của Asen ổn định). Asen cũng dễ tự liên kết với chính nó, chẳng hạn
tạo thành các cặp As-As trong sulfua đỏ hùng hoàng (α-As4S4) và các ion
As43- vuông trong khoáng coban asenua có tên skutterudit.


7

Hàm lượng asen trong một số khoáng vật phổ biến.
Bảng 1.1. Hàm lượng Asen trong một số khoáng vật
STT

Tên đá hoặc khoáng vật

Khoảng nồng độ Asen (Mg/kg)

Khoáng vật Sulphit
1


Marcasit

20-60

2

Chalcopyrite

10-5000

3

Sphalerit

5-17000

4

Galen

5-10000
Khoáng ôxit

5

Fe(3+)oxithydroxid

>76000

6


Fe oxid

>2000

7

Magnetid

2.7-41
Khoáng Silicat

8

Quartz

0.4-1.3

9

Penspat

<0.1-2.1

10

Biotit

11


Amphibol

1.4
1.1-2.3
Khoáng cacbonat

12

Calcit

1-8

13

Dolomit

<3

14

Xiderit

<3
Khoáng Sunphat

15

Gypsum/anhydrite

<1-6


16

Barit

<1-12

17

Jarosit

34-1000

18

Apatit

1-1000
(Nguồn: Nguyễn Hoài Châu và nnk 2006)


8

Asen là thành phần của hơn 200 khoáng vật khác nhau. Khoáng vật
phổ biến nhất là Arsenopyrite (FeAsS), có hàm lượng tới vài chục gam/kg
quặng, tếp đến là khoáng Asenua (27 loại), sunfua (13 loại), muối sunfo (65
loại) và các sản phẩm ôxy hóa của chúng (2 dạng ôxit, 11 dạng Asenit, 116
dạng Asenat và 7 dạng silicat) [10]

Hình 1.1: Khoáng vật chứa Asen

Asen về tính chất hóa học rất giống với nguyên tố đứng trên nó là phốt
pho. Tương tự như phốtpho, nó tạo thành các ôxít 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. Axít asenic (V), tương tự
như axít phốtphoric, là một axít yếu. Tương tự như phốtpho, Asen tạo
thành hiđrua dạng khí và không ổswn định, đó là arsin (AsH3). Sự tương tự
lớn đến mức Asen sẽ thay thế phần nào cho phốtpho trong các phản ứng hóa
sinh học và vì thế nó gây ra ngộ độc. Tuy nhiên, ở các liều thấp hơn mức gây
ngộ độc thì các hợp chất asen hòa tan lại đóng vai trò của các chất kích thích
và đã từng phổ biến với các liều nhỏ như là các loại thuốc chữa bệnh cho con
người vào giữa thế kỷ 18.
Khi bị nung nóng trong không khí, nó bị ôxi hóa để tạo ra triôxít asen;
hơi từ phản ứng này có mùi như mùi tỏi. Mùi này cũng có thể phát hiện bằng
cách đập các khoáng vật asenua như asenopyrit bằng búa. Asen (và một
số hợp chất của Asen) thăng hoa khi bị nung nóng ở áp suất tiêu chuẩn,