ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN ----------------------- Hoàng Thị Tƣơi NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ CỦA ASEN TRÊN CÁC HẠT TRẦM TÍCH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN ----------------------- Hoàng Thị Tƣơi NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ CỦA ASEN TRÊN CÁC HẠT TRẦM TÍCH Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Phạm Thị Kim Trang MỞ ĐẦU Hà Nội - 2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục Lục MỞ ĐẦU. 1 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN. As phân bố trong khoáng và trầm tích.
Ứng dụng chiết chọn lọc để nghiên cứu sự phân bố của As trên các hạt trầm tích5 1. Các giả thiết về sự rửa trôi As từ trầm tích ra nƣớc ngầm. 9 Chƣơng 2 – ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP. Địa điểm nghiên cứu.
Đối tƣợng nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu. Chiết mẫu trầm tích. Phân tích mẫu.
Hóa chất, thiết bị. 30 Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Kết quả về sự phân bố của As trong một số pha khoáng oxit sắt. Kết quả về thành phần hóa học của nƣớc ngầm tại khu vực nghiên cứu.
Thành phần khoáng đa lƣợng trong nƣớc ngầm. Một số thành phần hóa học liên quan đến quá trình giải phóng As vào nƣớc ngầm. Phân tích mối liên quan giữa sự phân bố của As trên trầm tích và quá trình giải phóng As ra nƣớc ngầm. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
62 63 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục hình Tên hình Trang Hình 1.1: Mô hình vận chuyển asen từ núi xuống đồng bằng châu thổ 10 Hình 1.2: Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ xảy ra trong điều kiện khử 11 Hình 1.3: Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của As theo Eh-pH 12 Hình 2.1: Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu 16 Hình 2.2: Sơ đồ tuyến nghiên cứu 17 Hình 2.3: Hình ảnh chùm giếng tại Vân Cốc 19 Hình 2.4: Hình ảnh khoan giếng 20 Hình 2. Sục khí Nitơ cho các thiết bị lấy mẫu 21 Hình 2. Đo các thông số hiện trường và lấy mẫu nước ngầm qua bộ flowcell 21 Hình 2.7: Minh họa độ ổn định giá trị các thông số hiện trường đo được khi 22 bơm trước khi tiến hành lấy mẫu Hình 2.8: Mô tả hình ảnh một số bước lấy mẫu trầm tích 23 Hình 2.9: Các bước thí nghiệm chiết trầm tích 26 Hình 2.10: Một số hình ảnh mô tả các bước thí nghiệm chiết trầm tích 27 Hình 3.1: Hàm lượng Fe trong trầm tích Vân Cốc và Phú Kim chiết được theo 34 5 bước Hình 3.2: Phân bố phần trăm các dạng Fe chiết được trong trầm tích tại Vân 36 Cốc và Phú Kim Hình 3.3: Hàm lượng As trong trầm tích Vân Cốc và Phú Kim chiết được theo 5 38 bước Hình 3.4: Phân bố phần trăm các dạng As chiết được trong trầm tích tại Vân 39 Cốc và Phú Kim Hình 3.5: Giản đồ piper thể hiện nồng độ các cation và anion chính trong nước 43 ngầm tại khu vực nghiên cứu Hình 3.6 : Sự phân bố của một số thành phần hóa học trong nước ngầm tại Vân 45 Cốc và Phú Kim LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.7: Tương quan giữa hàm lượng As, Fe chiết được bởi các dịch chiết đối 51 với trầm tích ở Vân Cốc Hình 3.8: Mối tương quan của As và Fe trong nước ngầm ở Vân Cốc và Phú 52 Kim Hình 3. Hàm lượng As, Fe trong trầm tích và trong nước ngầm ở Vân Cốc 54 (VC) và Phú Kim (PK) Danh mục bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1: Hàm lượng As trong các khoáng 3 Bảng 1.2: Một số quy trình chiết trình tự As 7 Bảng 2.1 : Các mẫu nước ngầm và mẫu trầm tích tại Vân Cốc 18 Bảng 2.2: Các mẫu nước ngầm và mẫu trầm tích tại Phú Kim 19 Bảng 2.2 : Mô tả 5 bước chiết áp dụng trong nghiên cứu của luận văn 24 Bảng 3.1: Kết quả phân tích Fe, As từ thí nghiệm chiết trầm tích của Vân Cốc 31 và Phú Kim LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Sự có mặt của asen (As) ngay cả ở nồng độ thấp trong nước uống là một mối nguy hại cho sức khỏe con người do nguyên tố này có độc tính cao.
Đã có nhiều nghiên cứu về hiện trạng, mức độ ô nhiễm As trong nước ngầm trên thế giới và tại Việt Nam [7], [20], [24]. Tuy nhiên các nghiên cứu về sự phân bố và độ linh động của As trong pha cát tại các tầng chứa nước vẫn còn khá hạn chế. Việc làm rõ được sự phân bố của As trên các thành phần của khoáng trầm tích sẽ giúp cho chúng ta hiểu thêm về khả năng hòa tan, vận chuyển của As từ trầm tích ra nước ngầm. Phương pháp chiết chọn lọc sử dụng các dung dịch chiết có lực ion, lực ôxy hóa khử khác nhau được áp dụng để đánh giá mức độ phân bố của kim loại nặng nói chung và As nói riêng trên các pha khoáng.
Các thông tin thu được sẽ góp phần minh họa bản chất của cơ chế hình thành As trong nước ngầm. Xuất phát từ những đề cập trên đây, luận văn được thực hiện với tiêu đề “NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ CỦA ASEN TRÊN CÁC HẠT TRẦM TÍCH”. Luận văn được thực hiện trong khuôn khổ của dự án hợp tác với Viện Địa chất và Khoáng sản Đan Mạch và Greenland, trường Đại học Mỏ Địa chất. Các kết quả của luận văn đã được trình bày poster tại Hội nghị Quốc tế về Asen trong nước ngầm khu vực Nam Á tháng 11/2011 tổ chức tại Hà Nội.
Luận văn được thực hiện với các nội dung sau: 1. Nghiên cứu sự phân bố của As trong một số pha khoáng oxit sắt tại khu vực ô nhiễm và không ô nhiễm As. Nghiên cứu mối liên quan giữa As, Fe trong trầm tích và trong nước ngầm tại khu vực ô nhiễm và không ô nhiễm As. Các kết quả thu đuợc sẽ góp phần vào việc hiểu rõ thêm cơ chế hình thành As trong nước ngầm, cung cấp những thông tin bổ ích cho việc quản lý, khai thác nước ngầm an toàn và bền vững.
1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1. As phân bố trong khoáng và trầm tích Asen kí hiệu hóa học là As, là nguyên tố hiếm, chiếm khoảng 0,0005% hàm lượng các nguyên tố trong vỏ trái đất. As có mặt trong khoảng hơn 200 khoáng khác nhau như khoáng thư hoàng orpiment As2S3, khoáng hùng hoàng realgar AsS, mispikel FeAsS, loellingite FeAs2, nicolite NiAs, cobalite CoAsS, tennantite Cu12As4S13… Trong các khoáng, khoảng 60% As tồn tại ở dạng asenat, 20% ở dạng sulfua và sulfonat, 20% còn lại bao gồm asenua, asenit, oxit, silicat và As nguyên tố (dạng này rất hiếm). Khoáng cacbonat và silicat thường chứa As với hàm lượng nhỏ hơn các khoáng nói trên [24] Nồng độ As cao cũng được tìm thấy trong nhiều khoáng oxit và các oxit kim loại.
Nồng độ As trong hidroxit Fe có thể đạt đến các giá trị phần trăm theo khối lượng (bảng 1. Sự hấp phụ của arsenat lên các hidroxit Fe rất mạnh ngay cả khi ở nồng độ As rất thấp trong dung dịch. Sự hấp phụ lên hidroxit Al và Mn có thể cũng quan trọng nếu những oxit này có mặt nhiều. As có thể cũng bị hấp phụ trên bề mặt canxit – một khoáng phổ biến trong nhiều trầm tích.
Tuy nhiên lượng As hấp phụ lên các oxit sắt vẫn là nhiều nhất. Nồng độ As trong các khoáng P rất khác nhau nhưng cũng đạt đến giá trị cao, ví dụ lên đến 1000mg/kg ở apatit (bảng 1. Tuy nhiên các khoáng P kém phổ biến hơn nhiều so với các khoáng oxit và do đó có đóng góp tương đối nhỏ trong các trầm tích. As cũng có thể thay thế cho Si4+, Al3+, Fe3+, Ti4+ trong nhiều cấu trúc khoáng và vì thế có mặt ở nhiều các khoáng đá tạo thành khác, mặc dù ở nồng độ thấp hơn nhiều.
2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1: Hàm lượng As trong các khoáng [24] Khoảng nồng độ Khoảng nồng độ Khoáng Khoáng (mg/kg) (mg/kg) Khoáng sunfua Khoáng Silicat Pyrite 100–77000 Quartz 0,4–1,3 Pyrrhotite 5–100 Feldspar <0,1–2,1 Marcasite 20–126000 Biotite 1,4 Galena 5–10000 Amphibole 1,1–2,3 Sphalerite 5–17000 Olivine 0,08–0,17 Chalcopyrite 10–5000 Pyroxene 0,05–0,8 Khoáng oxit Khoáng cacbonat Hematite lên tới 160 Calcite 1–8 Fe oxit lên tới 2000 Dolomite <3 Fe(III) oxy hydroxit lên tới 76000 Siderite <3 Magnetite 2,7–41 Khoáng sunfat Ilmenite <1 Gypsum/anhydrite <1–6 Các khoáng khác Barite <1–12 Apatite <1–1000 Jarosite 34–1000 Halite <3–30 Fluorite <2 Hàm lượng As trong đất và trầm tích dao động trong khoảng 5- 40 mg/kg. Một số tác giả đã thực hiện nghiên cứu sự phân bố của các dạng As trong trầm tích và cho các kết quả khác nhau. Đối với các trầm tích khác nhau thì sự phân bố của As ở các pha là khác nhau. Nhóm nghiên cứu của Keon 2001 đã đánh giá tính linh động của As trong trầm tích thông qua việc xác định As qua chiết trình tự.
Tác giả đã chiết 5 mẫu trầm tích sông cho kết quả như sau: dạng As liên kết yếu trên bề mặt chiếm 12%, dạng As hấp phụ mạnh chiếm 50%, dạng As dễ hòa tan bằng axit chiếm 2%, dạng As liên kết với oxit sắt vô định hình chiếm 2%, dạng As liên kết 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com với oxit sắt tinh thể chiếm 20%, dạng As liên kết với khoáng Si chiếm 10% và dạng As liên kết trong khoáng sunfua chiếm 5% [13]. Như vậy, As trong trầm tích ở đây chủ yếu là dạng As hấp phụ mạnh và As liên kết với oxit sắt tinh thể và liên kết bền vững trong các khoáng silicat/sunfua. Juan Carlos 2007 tìm thấy rằng As chiếm tỷ lệ cao trong dạng oxyhydroxite vô định hình Al và Fe, trong các dạng tinh thể và phần còn lại. Tác giả đã chỉ ra rằng, As liên kết với khoáng sắt, nhôm vô định hình và tinh thể là chủ yếu.
Khoảng 0 - 2% As được chiết ra ở dạng hấp phụ không đặc trưng, từ 5 – 30% As ở dạng hấp phụ đặc trưng, 20 – 50% là dạng As liên kết với khoáng oxit vô định hình, 20 – 60% As liên kết với khoáng tinh thể [18]. Nghiên cứu của Wenzel với 20 mẫu đất ô nhiễm As ở Úc cho kết quả là As liên kết chủ yếu với oxit Fe, Al vô định hình và tinh thể.