Phân tích và xử lý asen trong nước sinh hoạt

Phân tích và xử lý asen trong nước sinh hoạt

Cùng với sự phát triển mọi mặt của xã hội, những yêu cầu về vệ sinh an toàn thực phẩm và nước uống của con người ngày càng cao. Vấn đề sử dụng nước sạch trong sinh hoạt trở thành vấn đề cấp thiết. Do phát hiện ra sự lây nhiễm các bệnh đường ruột, bệnh truyền nhiễm khi sử dụng nước mặt làm nước sinh hoạt, con người đa khai thác sử dụng nước ngầm để thay thế.Ưu điểm của nước ngầm là có thành phần khá ổn định, hầu như không chứa các hợp chất hữu cơ và có rất ít các vi sinh vật. Tuy nhiên sau một thời gian dài sử dụng. người ta mới phát hiện ra rằng trong nước ngầm có chứa một số kim loại nặng có khả năng gây ra nhiễm độc đối với cơ thể người, trong số đó asen là nguyên tố gây độc nguy hiểm nhất. Gần đây, trên một số phưng tiện thông tin đại chúng có đưa tin về sự có mặt của asen trong nước ngầm ở Việt nam.
Vì vậy việc phân tích và xử lý asen đang là vấn đề nóng bỏng, riêng năm ngoái ở khoa Hoá, đại học tổng hợp đã có khoảng 15 cái khoá luận làm về đề tài này và năm nay chắc cũng vậy. Mình cũng không chuyên về cái này, hiện cũng đang tìm hiểu nên có những chỗ không đủ hoặc không chính xác mong các bạn góp ý để rút kinh nghiệm. Các bác có gì thì cứ thoải mái trao đổi nhé.

Welcome to Clb Hoá học​

Trước ta cần xem xét đến tính chất của asen và các hợp chất của nó
I. Asen - Tính chất lý hoá
Cũng giống như phốt pho, asen tồn tại ở một vài dạng thù hình. Asen kim loại và asen xám bền nhất ở điều kiện thường và ngay ca khi đun nóng . Nhìn bề ngoài có thể thấy chúng giống như những chất có cấu tạo tinh thể, ròn và có ánh kim ở những vết vừa mới vỡ. Tỷ trọng của asen xám là 5,72g/cm3. Khi đốt nóng dưới áp suất thường chúng thăng hoa. Khác với các dạng thù hình khác, asen xám có tính dẫn điện như kim loại.
Asen không hoà tan trong nước. Trong không khí ở nhiệt độ thường nó bị ôxy hoá rất chậm, còn khi bị đốt nóng mạnh nó bị cháy tạo thành oxit As2O3 màu trắng và có mùi tỏi đặc trưng. ở nhiệt độ cao asen có kh năng tác dụng với nhiều nguyên tố. Trong các hợp chất, asen thường có số oxy hoá -3, +3 và +5.
Asen tự do cũng như các hợp chất của nó đều rất độc.
Một số hợp chất quan trọng của Asen:
- Asen hydrua hay asin AsH3:
Đây là chất khí không màu, rất độc có mùi tỏi đặc trưng và ít tan trong nước. Asin được tạo thành khi khử tất ca các hợp chất vô co của asen bằng hydro mới sinh. Ví dụ:
As2O3 + 6 Zn + 6 H2SO4 = 2 AsH3, + 6 ZnSO4 + 3H2O
Asin tưng đối kém bền, khi đốt nóng nó dễ dàng bị phân huỷ thành hydro và asen tự do. Tính chất này của asin được sử dụng để phát hiện asen trong các chất khác nhau. Trong các chất cần phân tích, dưới tác dụng của các chất khử, các hợp chất của asen cũng như asen tự do bị chuyển thành asin AsH3. Sau đó san phẩm của quá trình khử được đốt nóng, asin bị phân huỷ, asen gii phóng ra sẽ tạo thành lớp màng màu đen có ánh kim đặc trưng ở phần được làm lạnh của dụng cụ mà người ta hay gọi là "gưng asen".
Asen có thể tạo với một số kim loại một số hợp chất có tên gọi là asenua kiểu Cu3As, Cu3As2....
- Asen (III) ôxit As2O3:
Chất này được tạo thành khi đốt cháy asen trong không khí hoặc nung các quặng chứa asen. Asen (III) oxit màu trắng và hay được gọi là asen trắng. Oxit asen (III) ít tan trong nước, ở 150C dung dịch b?o hoà chứa khong 1,5% As2O3. Khi tan trong nước Asen (III) oxit tác dụng với dung môi tạo thành Asen (III) hydroxit hay còn gọi là axit asen.
As2O3 + 3 H2O = 2 As(OH)3
Asen (III) hydroxit là chất lưỡng tính, nhưng tính axit trội hn.
- Axit orthoasen H3AsO3:
Hợp chất này không điều chế được ở dạng tự do mà chỉ tồn tại trong dung dịch nước, khi đó có cân bằng:
H3AsO3 , H2O + HAsO2
Cân bằng này thường chuyển dịch mạnh về bên phi tức là có xu hướng hình thành axit metaasen. Hằng số phân ly của axit này K = 6.10-10. Dưới sự tác dụng của kiềm với As2O3 ta nhận được muối của axit asen.
As2O3 + 6 KOH = 2 K3AsO3 + 3 H2O

Welcome to Clb Hoá học​

Arsenic còn được biết đến với cái tên "thạch tím", rất tốt cho việc tự tử. Trước đây, Arsenic được dùng trong thuốc trừ sâu. Hiện nay, ta vẫn có thể tìm thấy arsenic trong thuốc diệt chuột nhập lậu từ Trung Quốc.
Arsenic thường tồn tại dưới dạng As3+ và As5+. Trong nước ngầm As3+ phổ biến hơn. As3+ có thể bị oxi hoá trong điều kiện binh thường thành As5+ (phản ứng chậm)
Độc tính:
As hữu cơ KHÔNG độc. Tiêu thụ một lượng nhỏ As 3+ hoặc 5+ mỗi ngày có thể dẫn đến nhiều bệnh mãn tính.
Tiêu chuẩn As trong nước sinh hoạt của Úc là 7 microgram/L (7 phần tỉ), châu Âu và Nhật là 10 microg/L.
Mỹ trước đây là 50 microg/L, nhưng vài năm trước EPA tính là hàm lượng As tối đa trong nước sinh hoạt mà không gây ảnh hưởng đến sức khỏe người dùng là 5 microg/L. Tuy nhiên để tất cả các nhà máy sử lý nước của Mỹ đáp ứng được tiêu chuẩn này, Mỹ sẽ phải tốn nhiều tỉ đô. Cãi nhau một hồi, quốc hội Mỹ chấp nhận để EPA đặt giới hạn As trong nước sinh hoạt là 10 microg/L. Đến năm 2005, tiêu chuẩn này sẽ có hiệu lực.
Tiêu chuẩn của VN và của WHO là 50 microg/L. Tuy vậy, một nghiên cứu công bố năm 2001 (do nhóm của GS phạm hùng Việt kết hợp với nhóm của GS Walter Giger Swiss, đăng trên ES&T, 2001) cho thấy vùng đông nam HN bi nhiễm As khá nặng. Phần lớn các mẫu nước máy đã sử lý không đạt tiêu chuẩn. Tuy vậy chưa có bất kỳ một dấu hiệu nhiệm độc As của người dân HN.
Phân tích:
Có nhiều phương pháp có thể dùng để phân tích As.
1. Dùng máy Inductive Couple Plasma - Mass Spectrometry (ICP-MS). Phương pháp này chính xác, đơn giản, nhưng kiếm đủ tiền để mua một cái ICP-MS thì không. Limit of detection có thể đạt tới dưới 1 microg/L. VN chưa có thiết bị này.
2. Khử As thành AsH3 rồi phân tích bằng máy inductive couple plasma - Atomic emission spectrometry (ICP-AES). VN cũng chưa có thiệt bị này.
3. KHử As thành AsH3 rồi phân tích bằng máy atomic adsorption spectrometry (AAS) theo tôi biết thì cả HN và Sài Gòn đang dùng phương pháp này.
4. Cho As tác dụng với một chất khỉ gì đấy rồi phân tích bằng UV spectrometry. Detection limit của pp này không tốt.
5. Còn vài pp nữa.
Sử lý:
As3+ khó sử lý hơn As5+ (trong phần lớn các trường hợp).
1. Dùng NF/RO membrane
2. Ion exchange resin
3. Lọc qua activated aluminium hoặc iron coated sand (cát bọc sắt oxide)
4. Đồng kết tủa As và Fe, Mn (As, Fe, Mn thường đi cùng với nhau trong nước ngầm).
Tư vấn môi trường-cung cấp thiết bị môi trường
Chất lượng Mỹ-Giá Việt Nam

Asen là nguyên tố đặc biệt cần thiết khi ở hàm lượng rất thấp nhưng là chất độc cực mạnh khi ở hàm lượng đủ lớn đối với cơ thể con người và các sinh vật khác.Asen là nguyên tố gây ra 19 bệnh nguy hiểm trong đó có ung thư phổi và da.

Cái này cũng không chính xác bác à. Theo TCVN-2002 thì nồng độ tối đa asen trong nước sinh hoạt là 10 microgram/L. Còn tiêu chuẩn của WHO là 5microgram/L cơ.
Hanội là khu vực nhiễm asen nặng, khi lấy 200 mẫu thì thấy 34% số điểm lấy mẫu có hàm lượng vuợt 0,05mg/L đặc biệt có 3,4% vượt 0,3mg/L, 15,5% số giếng khoan vượt tiêu chuẩn của việt nam và 92,2% vượt quá tiêu chuẩn của WHO.
Ngoài các phương pháp phân tích asen bác kể ra thì phổ biến hiện nay các phòng thí nghiệm hay sử dụng các Kit chuẩn để phân tích. Ưu điểm của phương pháp này là cho kết quả nhanh, làm được nhiều mẫu trong một thời gian ngắn. Các Kit này dựa trên nguyên tắc so màu : đầu tiên ôxi hoá As3 thành As5 rồi khử As5 thành Asin. Asin sau đó tác dụng với giấy so màu tẩm bromua thuỷ ngân. Tuỳ theo nồng độ của asin mà tạo thành màu từ vàng tới nâu, dựa vào bảng so màu chuẩn ta tính được nồng độ asen có trong mẫu. Nói chung các Kit của Mỹ hiện có phổ phát hiện asen rất rộng.

Welcome to Clb Hoá học​

Còn một phương pháp nữa để xác định tổng Arsenic vô cơ là phương pháp điện hoá. Trong đó có rất nhiều kiểu nhưng chủ yếu là volampe hoà tan anốt hoặc catốt , hoặc hấp phụ . Tôi đã làm và thấy nó khá nhạy và chính xác. Tất nhiên để kiểm tra nó có tốt(đủ nhạy , lặp lại khoảng tuyến tính rộng ) hay không tôi dùng Certified Material Reference và so sánh với các phương pháp khác

I. Asen- Tính chất hoá lý(tiếp)
Các hợp chất asen (III) có tính khử, khi bị oxy hoá chúng chuyển thành các hợp chất asen (V).
- Axit asenic:
ở điều kiện thường, hợp chất này ở trạng thái rắn, nó tan tốt trong nước. Về độ axit, axit này mạnh tương đương với axit phosphoric. Muối của axit này là asenat rất giống với muối phosphat tương ứng. Khi nung axit asenic ta thu được asen (V) oxit hay còn gọi là anhydric asenic ở dạng chất màu trắng như thuỷ tinh.
Tính chất axit của hợp chất này mạnh hơn axit asen. Khi cho tác dụng với kiềm nó có thể tạo thành 3 loại muối, ví dụ:
Na3AsO4, Na2HAsO4, NaH2AsO4
II. Những ảnh hưởng của asen đến sức khoẻ con người
Từ hàng ngàn năm nay, asen luôn được coi là một trong những chất rất độc. Asen có thể xâm nhập vào co thể người qua đường thực phẩm, nước uống..., tích luỹ dần và gây ra quá trình nhiễm độc từ từ. Các triệu chứng bệnh lý nhiễm độc asen có thể xuất hiện sau khi nhiễm từ 5 đến 20 năm tuỳ thuộc vào mức độ nhiễm độc, vào sức đề kháng của cơ thể người và vào các vấn đề dinh dưỡng. Lúc đầu bệnh lý biểu hiện dưới dạng các chấm đen trên da rồi sau đó có thể gây ra ung thư da, gan và thận. Khả năng gây ung thư của các hợp chất asen lần đầu tiên được phát hiện từ rất sớm (1887) bởi Hutchinson khi ông quan sát thấy những biểu hiện bất thường ở những bệnh nhân bị tổn thưng da được xử lý bằng asen. Vào năm 1980 cơ quan quốc tế về nghiên cứu ung thư (IARC) đuợc xác định rằng các hợp chất asen vô co là tác nhân gây ra ung thư da và phổi ở người. Từ đó đến nay đa có nhiều nghiên cứu về ung thư do nhiễm độc asen trong nước sinh hoạt đa được công bố. Hầu hết các công trình nghiên cứu đều chỉ ra mối liên quan rất rõ rệt giữa một số ung thư nội tạng với nhiễm độc asen ở nồng độ cỡ vài trăm microgram/l trong nước uống. Ngay ca khi con người uống nước có hàm lượng asen thấp (cỡ 0,1mg/l) trong thời gian dài cũng có thể gây ra bệnh thần kinh.
Cơ chế biến đổi sinh học của asen trong co thể người rất phức tạp. Sự hấp thụ và đào thải các hợp chất asen tuỳ thuộc nhiều vào loại hợp chất và ca vào đặc điểm của các cá thể. Sau một số nghiên cứu người ta đi tới kết luận rằng trẻ em nhạy cảm hon nhiều so với người lớn nếu bị nhiễm độc asen vô cơ qua đường tiêu hoá. Nhìn chung dạng xâm nhập của asen vào cơ thể chủ yếu là asen vô cơ mà nguồn chính qua đường ăn, uống và san phẩm bài tiết chủ yếu là axit dimethyl asenic và các monomethyl asenic.

Welcome to Clb Hoá học​

Asen vô cơ là nguyên nhân phá huỷ các mô trong hệ hô hấp, trong gan và thận. Nó tác động lên các enzym hoạt động ** bo cho quá trình hô hấp. Nhiều năm trước đây người ta đã nhận thấy asen vô cơ ức chế các enzym hoạt động và phản ứng với các nhóm sulfuahydryl của protein. Nhiều enzym chứa các nhóm đó cũng bị tác động bởi asenit theo sơ đồ sau:
SH S
Enzym + AsO33- , Enzym As - O- + 2 OH-
SH S
Có một khuynh hướng cho rằng asen vô cơ ở trạng thái hoá trị 3 [As(III)] có độc tính cao hơn asen hoá trị 5 [As(V)]. ý tưởng này được rút ra từ một số kết qua thực nghiệm, khi đưa các dạng asen khác nhau vào cơ thể động vật. Tuy nhiên cũng chưa có một số liệu so sánh cụ thể nào về sự nhiễm độc của động vật sau một thời gian đủ dài nên không thể khẳng định được chắc chắn rằng As (V) kém độc hơn As (III). Ngay trong cơ thể động vật, asen vô cơ hoá trị V cũng bị khử thành asen vô cơ hoá trị III. Như vậy nếu xét đến tính độc ta không cần phải phân biệt asen trong nước nằm ở dạng As(III) hay As(V) mà chỉ cần quan tâm tới tổng lượng asen vô cơ mà thôi. Tuy nhiên vì tính chất hoá học của As (III) và As (V) trong môi trường nước có khác nhau nên để làm sạch nước sinh hoạt ta cần phải phân biệt chúng nhằm đưa ra công nghệ thích hợp và hiệu quả.
Thật không may là nước nhiễm asen không có màu, không mùi, không viị nên không thể phát hiện được bằng phương pháp cảm quan. Hiện nay chưa có phưong pháp y học nào cho phép chữa trị có hiệu qua các căn bệnh gây ra do nhiễm độc asen. Tình hình có thể được kiểm soát tốt hơn nếu người dân không tiếp tục ăn nước có nhiễm asen và hiện tượng nhiễm độc chưa phát triển tới mức xuất hiện bệnh lý. Theo khuyến cáo của tổ chức Y tế thế giới (WHO), nồng độ asen trong nước sinh hoạt nên ở mức 0,01mg/l, hiện nay tiêu chuẩn của Việt Nam cũng đã giảm xuống 0,01mg/l.

Welcome to Clb Hoá học​