Luận án tiến sĩ nghiên cứu quá trình nhiễm asen và mangan trong nước dưới tác độ

®¹i häc quèc gia hµ néi Tr-êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn ------------------ NguyÔn ThÞ Kim Dung Nghiªn cøu qu¸ tr×nh nhiÔm asen vµ mangan trong n-íc d-íi t¸c ®éng cña ®iÒu kiÖn oxy hãa – khö vµ øng dông ®Ó xö lý chóng t¹i nguån LuËn ¸n tiÕn sÜ hãa häc Hµ Néi - 2011 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ®¹i häc quèc gia hµ néi Tr-êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn ------------------ NguyÔn ThÞ Kim Dung Nghiªn cøu qu¸ tr×nh nhiÔm asen vµ mangan trong n-íc d-íi t¸c ®éng cña ®iÒu kiÖn oxy hãa – khö vµ øng dông ®Ó xö lý chóng t¹i nguån Chuyªn ngµnh : Hãa m«i tr-êng M· sè : 62 44 41 01 LuËn ¸n tiÕn sÜ hãa häc Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: H-íng dÉn chÝnh: PGS. TrÇn Hång C«n H-íng dÉn phô : PGS. Bïi Duy Cam Hµ Néi - 2011 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC Mục lục 1 Danh mục các kỳ hiệu, các chữ viết tắt 6 Danh mục các bảng 7 Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9 MỞ ĐẦU 11 Chương 1: TỔNG QUAN 14 1. Các dạng tồn tại của asen và mangan trong tự nhiên 14 1.

Asen và mangan trong đá, đất và trầm tích 14 1. Asen và mangan trong đá và khoáng 14 1. Asen và mangan trong đấ t và vỏ phong hóa 18 1. Asen và mangan trong trầ m tích bở rời 19 1.

Asen và mangan trong không khí 20 1. Asen và mangan trong môi trường nước 20 1. Asen trong môi trường nước 20 1. Mangan trong môi trường nước 24 1.

Asen trong sinh quyển 25 1. Sự chuyển hóa giữa các dạng của asen và mangan trong môi 26 trường 1.Chuyển hóa của asen và mangan trong quá trình phong hóa, oxi 26 hóa 1. Quá trình khử sinh hóa tự nhiên trong lòng đất 33 1. Quá trình di chuyển và tồn lưu của asen và mangan trong tự nhiên 38 1.

Di chuyển và tích lũy asen trong hệ thống thuỷ sinh 40 1. Di chuyển và tích lũy asen trong không khí và trong đất 41 1. Sự di chuyển mangan trong môi trường 43 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Di chuyển mangan thông qua hoạt động vi sinh vật trong đất 44 1.

Quá trình hấp thu, chuyển hóa, tích lũy và tác động của asen và 44 mangan trong cơ thể con người 1. Quá trình hấp thu, chuyển hóa, tích lũy và tác động của asen đối 44 cơ thể con người 1. Sự chuyể n hóa sinh hóa của asen 46 1. Tác động của asen đối với con người 47 1.

Quá trình hấp thu, chuyển hóa, và tác động của mangan đối cơ 48 thể con người 1. Sự hấp thu, chuyển hóa của mangan đối cơ thể con người 48 1. Tác động của mangan đối với con người 49 1. Các giải pháp công nghệ giảm thiểu, xử lý asen và mangan trong 49 môi trường nước 1.

Cố định và tách asen bằng cách lắng/lọc 49 1. Quá trình cố định loại bỏ asenat 51 1. Quá trình cố định loại bỏ asenit 52 1. Cố định và loại bỏ asen dựa trên quá trình oxi hóa – khử 53 1.

Cố định và loại bỏ asen dựa trên các phản ứng trao đổi ion 55 1. Giải pháp giảm thiểu và cố định mangan 56 Chương 2: THỰC NGHIỆM 45 2. Đối tượng nghiên cứu: 58 2. Phương pháp luận 58 2.

Thiết kế thiết bị nghiên cứu 61 2. Thiế t bi ̣nghiê n cứu quá triǹ h phong hóa quă ̣ng asenopyrit 61 2. Thiế t kế lắ p đă ̣t và vâ ̣n hành thiế t bi ̣nghiên cứu yế m khí 63 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Hê ̣ thố ng nghiên cứu quá triǹ h cố đinh ̣ asen và mangan 66 2.

Các phương pháp nghiên cứu 66 2. Nghiên cứu các quá trình oxi hóa As(III) thành As(V) trong 66 nước tinh khiết (nước deion) 2.Nghiên cứu quá trình oxi hóa của asen(III) khi có mặt Mn và Fe 66 2. Nghiên cứu quá trình chuyển hóa của asen và mangan trong 67 môi trường nước có thành phần tương tự như nước mưa ngấ m qua đấ t. Nghiên cứu quá trình oxi hóa, kết tủa và chuyển dạng của sắt 67 hydroxit.

Nghiên cứu ảnh hưởng của trạng thái thù hình của sắt(III) 68 hydroxit đến khả năng cộng kết – hấp phụ asen và mangan 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ sắt(II) ban đầu 68 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH 68 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion khác 68 2.

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phong hóa 69 trong điều kiện quặng ngập nước. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa 69 asen, mangan và sắt trong điều kiện yếm khí trên thiết bị mô phỏng 2. Lấy mẫu và phân tích mẫu. Xác định riêng lẻ As(III) và As(V) trong mẫu nước bằng 72 phương pháp ICP- AES kết hợp sử dụng vật liệu trao đổi ion Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 74 3.

Quá trình oxy hóa asen(III) thành asen(V) trong dung dịch nước 74 3. Quá trình oxy hóa asen(III) thành asen(V) trong nước tinh khiết 74 3. Ảnh hưởng của Fe đến hiệu suất chuyển hóa As(III) thành As(V) 76 3. Quá trình chuyển hóa As(III) và Mn (II) trong môi trường nước 77 có thành phần tương tự nước mưa ngấm qua đất 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Quá trình kết tủa, cộng kết, hấp phụ của asen, sắt và mangan 79 3. Quá trình oxi hóa – thủy phân và các dạng kết tủa của sắt 79 3. Khả năng cộng kết – hấp phụ asen và mangan của các dạng 82 sắt(III)hydroxit 3. Ảnh hưởng nồng độ Fe(II) đến khả năng tách loại asen và 84 mangan 3.

Ảnh hưởng của pH đến khả năng tách loại asen và mangan 86 3. Ảnh hưởng nồng độ NH4+, NO3- 87 3. Ảnh hưởng nồng độ HCO3-, SO42- 88 3. Ảnh hưởng nồng độ ion phốt phát 89 3.

Nghiên cứu khả năng giải phóng asen, mangan và sắt vào môi 92 trường nước từ quặng asenopyrit 3. Nghiên cứu khả năng phong hóa giải phóng asen, mangan và sắt 92 từ quặng asenopyrit trong điều kiện ngập nước. Sự biế n thiên của pH , ORP, asen, mangan và sắ t trong quá 92 trình phong hóa qu ặng asenopyrit 3. Sự biế n thiên nồ ng đô ̣ của HCO 3-, SO42-, NO3- 96 3.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phong hóa giải phóng asen, 99 sắt và mangan ra môi trường nước từ quặng asenopyrit 3. Ảnh hưởng pH đến sự giải phóng asen và mangan 99 3. Ảnh hưởng của silicat và phốt phát đến sự giải phóng asen 101 3. Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy và nhiệt độ 104 3.

Nghiên cứu khả năng giải phóng asen, sắt và mangan từ quặng 106 asenopyrit trong điều kiện quặng bị thấm nước 3. Nghiên cứu sự chuyển hóa của As, Mn và Fe trong điều kiện yếm 108 khí 3.Sự biến thiên nồng độ của Fe(T), As(T) và Mn(II) ở các vị trí 108 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com khác nhau trên cột yếm khí mô phỏng 3.Biến thiến nồng độ As(III), As(V) trong môi trường yếm khí 115 3. Sự biến thiên của sunfua - sunfat và amoni - nitrat 117 3. Sự biến thiên của nồng độ hydrocacbonat và photphat 120 3.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển hóa asen, sắt và mangan 122 trong điều kiện yếm khí 3. Tác động của oxy vào môi trường yếm khí 133 3. Nghiên cứu khả năng cố định Fe2+, As(III) và Mn2+ khi có tác 133 động của oxi 3. Biến thiên nồng độ của sunfat, phốt phát và silicat 136 3.

Biến thiên nồng độ của amoni, nitrat và nitrit 138 3. Ảnh hưởng của ion phốt phát đến quá trình cố định As, Mn và Fe 139 3. Ảnh hưởng của ion silicat đến quá trình cố định As, Mn và Fe 141 3. Đề xuất phương án cố định asen, sắt và mangan ngay trong tầng 142 ngậm nước khi khi khai thác nước ngầm KẾT LUẬN 145 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN 147 QUAN ĐẾN LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO 149 11 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN AAS: Phổ hấp thụ nguyên tử As(T): asen tổng DMA : Đimetylasin DO : Oxy hòa tan Eh: Thế của điện cực bạch kim so với điện cực hydro chuẩn FMO: Các hợp chất sắt và mangan hydroxit/oxit Fe(T): Tổng sắt HAO: Nhôm hydroxit HFO: Sắt hydroxit ICP-AES: Quang phổ nguyên tử cảm ứng plasma MMA : Monometylasonic ORP : Thế Oxy hóa khử TMAO : Trimetylasin oxit VĐH: Vô định hình VHG: Thiết bị tạo hơi hydrua VSV: Vi sinh vật USEPA: Us Enviromental Protection Agency USSR : Liên bang Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Xô viết (Liên xô cũ) USA : Hợp chủng quốc Hoa Kỳ UV-VIS : Máy quang phổ tử ngoại – khả kiến.

WHO : Tổ chức y tế thế giới 12 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên Bảng Trang Bảng 1.1 Các dạng asen chính trong tự nhiên 14 Bảng 1.2 Hàm lượng asen đặc trưng trong những dạng quặng, đá 16 phổ biến Bảng 1.3 Chuỗi phản ứng oxy hóa khử dưới sự có mặt của vi sinh 35 vật Bảng 2.1 Thành phần nền chủ yếu của pha nước mưa 61 Bảng 2.2 Thành phần nền chủ yếu của pha nước mưa ngấm qua đất 64 Bảng 2.3 Các phương pháp phân tích 71 Bảng 3.1 Kết quả chuyển hóa As(III) thành As (V) trong dung dịch 74 nước tinh khiết ( nước deion) Bảng 3.2 Kết quả chuyển hóa As(III) và Mn(II) ở hai nồng độ oxy 76 Hòa tan khác nhau khi có mặt của sắt Bảng 3.3 Kết quả chuyển hóa As(III) và Mn (II) trong nước có 78 thành phần tương tự như nước mưa ngấm qua đất Bảng 3.4 Sự giảm nồng độ sắt (II) theo thời gian sục khí 80 Bảng 3.5 Biến thiên tỷ lệ Fe(III)hydroxit vô định hình theo thời 81 gian Bảng 3.6 Ảnh hưởng của tỉ lệ dạng Vô định hình đến khả năng 82 tách loại As và Mn Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nồng độ Fe(II) đến HS tách loại As và 84 Mn Bảng 3.8 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất tách loại Asen 86 vàMangan Bảng 3.9 Ảnh hưởng NH4+, NO3- 88 Bảng 3.10 Ảnh hưởng nồng độ HCO3-, SO42- 89 Bảng 3.11 Ảnh hưởng nồng độ ion phốt phát 90 Bảng 3.12 Sự biến thiên theo thời gian của pH, ORP, As(T), 93 Mn(II),Fe(T) trong quá trình phong hóa quặng asenopyrit. 13 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.13 Sự biến thiên của pH, HCO3-, SO42-, NO3- theo thời gian 84 trong quá trình phong hóa.14 Ảnh hưởng pH đến sự hòa tan As, Mn và Fe 100 Bảng 3.15 Ảnh hưởng của phốt phát đến quá trình giải phóng asen 102 Bảng 3.16 Ảnh hưởng của silicat đến quá trình giải phóng Asen 103 Bảng 3.17 Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy 104 Bảng 3.18 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng phong hóa quặng 105 Asenopyrit Bảng 3.