Nghiên cứu phương pháp phân tích các kim loại Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn trong nước thải một số làng nghề truyền thống và khu công nghiệp của Huyện Yên Phong Tỉnh Bắc Ninh

NGUYỄN VĂN KỶ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC KIM LOẠI: Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn TRONG NƯỚC THẢI MỘT SỐ LÀNG NGHỀ TRUYỀN THỐNG VÀ KHU CÔNG NGHIỆP CỦA HUYỆN YÊN PHONG – TỈNH BẮC NINH

NGUYỄN VĂN KỶ

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC KIM LOẠI:

Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn TRONG NƯỚC THẢI MỘT SỐ LÀNG NGHỀ

TRUYỀN THỐNG VÀ KHU CÔNG NGHIỆP CỦA HUYỆN YÊN PHONG – TỈNH BẮC NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Thái Nguyên - Năm 2012

NGUYỄN VĂN KỶ

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC KIM LOẠI:

Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn TRONG NƯỚC THẢI MỘT SỐ LÀNG NGHỀ TRUYỀN THỐNG VÀ KHU CÔNG NGHIỆP CỦA HUYỆN YÊN PHONG – TỈNH BẮC NINH

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60.44.29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS LÊ LAN ANH

Thái Nguyên - Năm 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả đưa ra trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Xác nhận của Khoa Chuyên môn

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Kỷ

LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS Lê Lan Anh đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên

cứu và thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Vũ Đức Lợi, thầy Bùi Đức Hưng cùng các cô, chú, anh, chị cán bộ phòng Hoá Phân tích, Viện Hoá học – Viện Khoa học và công

nghệ Việt Nam đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong

quá trình hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm và các thầy cô Khoa Hoá học, Khoa sau Đại học – Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã giúp đỡ và cho tôi những ý

kiến đóng góp quý báu

Và tôi xin cảm ơn các anh, chị, các bạn học viên lớp cao học Hoá K18, gia đình, người thân đã động viên, giúp đỡ tôi để tôi hoàn thành luận văn này

Thái Nguyên, tháng 8 năm 2012

Tác giả

Nguyễn Văn Kỷ

MỤC LỤC

Trang bìa phụ

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt vi

Danh mục các bảng vii

Danh mục các hình ix

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

I.1 Nguồn gốc nước thải 3

I.1.1 Nước thải sinh hoạt 3

I.1.2 Nước thải công nghiệp 3

I.2 Thành phần nước thải 3

I.3 Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước [16, 26, 33, 37] 7

I.3.1 Độ pH 7

I.3.2 Nhiệt độ 7

I.3.3 Màu sắc 8

I.3.4 Mùi vị 9

I.3.5 Độ đục 9

I.3.6 Độ mặn 9

I.3.7 Chất rắn trong nước 10

I.3.8 Chất rắn bay hơi 10

I.3.9 Chất rắn có thể lắng 10

I.3.10 Độ kiềm toàn phần 10

I.3.11 Độ axit 11

I.3.12 Độ cứng của nước 12

I.3.13 Hàm lượng oxi hòa tan trong nước (DO: dissolved oxygen) [16] 14 1.3.14 Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD: biochemical oxygen demand) 15

Trang

I.3.15 Nhu cầu oxi hóa học (COD: chemical oxygen demand) 15

I.3.16 Hàm lượng sắt và mangan trong nước 16

I.3.17 Hàm lượng photpho [16] 16

I.3.18 Hàm lượng sunfat [26] 16

I.3.19 Hàm lượng nitơ [16] 17

I.3.20 Hàm lượng kim loại nặng: Pb, Cu, Ni, Cd… [16, 26] 17

I.3.21 Hàm lượng chất dầu mỡ [26] 17

I.3.22 Các chỉ tiêu vi sinh [37] 17

I.4 Tác động của nước thải chưa được xử lý [16, 26, 37] 17

I.5 Sự ô nhiễm trong nước thải khu công nghiệp và làng nghề ở huyện Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh [24] 19

I.6 Kim loại nặng và tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường 20

I.6.1 Giới thiệu về kim loại nặng [19, 25] 20

I.6.2 Vai trò, chức năng của một số kim loại nặng 21

I.7 Phương pháp cực phổ và von-ampe hoà tan, Von-Ampe hoà tan hấp phụ [5, 6, 31, 32] 28

I.7.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp cực phổ 28

I.7.2 Nguyên tắc chung của phương pháp von-ampe hoà tan [6, 10] 32

I.7.3 Phương pháp Von-Ampe hoà tan hấp phụ (AdSV) [36,37] 33

I.7.4 Một số kỹ thuật ghi đường von-ampe hòa tan 35

I.7.5 Ưu điểm của phương pháp Von-ampe hòa tan 35

I.7.6 Giới thiệu về điện cực dùng trong phương pháp von-ampe hòa tan 36

I.7.7 Ưu điểm của phương pháp Von-ampe hòa tan 38

Chương 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP 39

II.1 Thiết bị, dụng cụ và hoá chất 39

II.1.1 Thiết bị và dụng cụ 39

II.1.2 Hóa chất 40

II.2 Phương pháp nghiên cứu 40

II.2.1 Khảo sát xây dựng quy trình phân tích theo phương pháp von – ampe hòa tan 40

II.2.2 Khảo sát tìm các điều kiện tối ưu 41

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42

III.1 Khảo sát các điều kiện tối ưu 42

III.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của môi trường phân tích cho các ion: Bi3+, Cd2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+, Zn2+ 42

III.1.2 Khảo sát điều kiện phân tích cho ion Ni2+ [35, 38] 53

III.1.3 Khảo sát điều kiện phân tích cho ion Bi3+ [34] 61

III.2 Xây dựng đường chuẩn 68

III.2.1 Đường chuẩn xác định Zn2+ [5], [12] 68

III.2.2 Đường chuẩn xác định hàm lượng Cd2+ [5], [16] 71

III.2.4 Đường chuẩn xác định hàm lượng Cu2+[5, 11, 12] 76

III.2.5 Đường chuẩn xác định hàm lượng Ni2+ 78

III.2.6 Đường chuẩn xác định hàm lượng Bi3+[5, 34] 81

III.3 Khảo sát độ lặp lại, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 82

III.3.1 Khảo sát độ lặp lại [5, 11, 12] 82

III.3.2 Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) [5, 7, 9, 11, 12, 18] 85

III.4 Xác định hàm lượng các kim loại Zn, Cd, Pb, Ni, Bi trong mẫu nước thải 87

III.4.1 Chuẩn bị mẫu phân tích và quy trình xử lý mẫu [15, 16, 20, 26, 27] 87

III.4.2 Ứng dụng phương pháp thêm chuẩn xác định hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, Bi trong mẫu nước thải 88

III.5 Kết quả đo quang phổ phát xạ plasma (ICP – AES) của một số mẫu nước thải 100

III.6 Tổng hợp kết quả phân tích xác định hàm lượng (Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, Bi) của một số mẫu nước thải ở Yên Phong và so sánh với TCVN 101

KẾT LUẬN 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

PHỤ LỤC 110

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

:

AE Auxililary Electrode Điện cực phù trợ

ASV Anodic Strinping Voltammetry Von – Ampe hòa tan anot

CSV Cathodic Strinpping

Voltammetry Von – Ampe hòa tan catot

CV Cyclic Voltammetry Von – Ampe vòng

DP Differential Pulse Xung vi phân

DPASV Differential Pulse Anodic

GHĐL Limit of quantification Giới hạn định lượng

GHPH Limit of detection Giới hạn phát hiện

HMDE Hanging Mercury Drop

Electrode Điên cực giọt thủy ngân treo ICP-AES Inductively Coupled Plasma -

Atomic Emission Spectrometry

quang phổ phát xạ nguyên tử plasma

KĐLĐ Not Quantitative Không định lượng được

KPHĐ Not Detected Không phát hiện được

MFE Mercury Film Electrode Điện cực màng thủy ngân

NPP Normal Pulse Polarography Phương pháp cực phổ xung biến

đổi đều LOD limit of detection Giới hạn phát hiện

LOQ limit of quantitation Giới hạn định lượng

ppm Part per million Phần triệu

R Coefficient of corelation Hệ số tương quan

RDE Rotating Disk Electrode Điện cực đĩa quay

RE Reference Electrode Điên cực so sánh

SSE Solid State Electrode Điện cực rắn

WE Working Electrode Điện cực làm việc

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Phân bố và dạng của nước trên Trái đất 4

Bảng 1.2 Các đặc điểm lý học, h/học và sinh học của nước thải và nguồn sinh ra nó 5

Bảng 1.3 Các chất ô nhiễm quan trọng cần chú ý đến trong quá trình xử lý nước thải 6

Bảng 1.4 Các loại chất thải và các nguồn thải chính 7

Bảng 1.5 Độ cứng của nước biểu thị bằng hàm lượng CaCO3 14

Bảng 1.6 Chỉ số DO trong nước ở áp suất 1atm và các nhiệt độ khác nhau 15

Bảng 1.7 Ảnh hưởng của nước thải đến môi trường 19

Bảng 1.8 Thế bán sóng của Cu2+,Zn2+,Cd2+,Pb2+ ,Ni2+,Bi3+ trong một số nền 30

Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật ghi đo nền HCl 43

Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật ghi đo nền NaAc + HAc 44

Bảng 3.3 Kết quả đo khảo sát chọn nền điện li tối ưu 45

Bảng 3.4 các thông số kỹ thuật ghi đo nền NaAc + HAc 46

Bảng 3.5 Kết quả đo khảo sát nồng độ nền điện li tối ưu 49

Bảng 3.6 Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân 50

Bảng 3.7 Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 51

Bảng 3.8 Các thông số kỹ thuật ghi đo Khảo sát thế điện phân làm giàu 52

Bảng 3.9 Kết quả đo khảo sát thế điện phân làm giàu 53

Bảng 3.10 các thông số kỹ thuật ghi đo nền HCl + pyridin 54

Bảng 3.11 Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền HCl tối ưu 55

Bảng 3.12 Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền Pyridin tối ưu 57

Bảng 3.13 các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 58

Bảng 3.14 Kết quả ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 59

Bảng 3.15 Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân 60

Bảng 3.16 Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 61

Bảng 3.17 Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát nồng độ nền 62

Bảng 3.18 Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền (NaAc + HAc) tối ưu 63

Bảng 3.19 Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền Pyrogalic tối ưu 64

Bảng 3.20 Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 65

Bảng 3.21 Kết quả ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 66

Bảng 3.22 Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân 67

Bảng 3.23 Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 68

Trang

Bảng 3.24 Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Zn2+ 69

Bảng 3.25 Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Zn2+ Ip theo C(mg/l) 70

Bảng 3.26 Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Cd2+ 71

Bảng 3.27 Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Cd2+ Ip theo C(mg/l) 72

Bảng 3.28 Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Pb 73

Bảng 3.29 Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Pb2+ Ip theo C(mg/l) 74

Bảng 3.30 Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Cu 2+ 76

Bảng 3.31 Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Cu2+ Ip theo C(mg/l) 77

Bảng 3.32 Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Ni 78

Bảng 3.33 Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Ni2+ Ip theo C(mg/l) 79

Bảng 3.34 Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Bi 81

Bảng 3.35 Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Bi3+ Ip theo C(mg/l) 82

Bảng 3.36 Kết quả đo khảo sát độ lặp lại 84

Bảng 3.37 Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 86

Bảng 3.38 Bảng miêu tả vị trí lấy mẫu 87

Bảng 3.39 Các thông số ghi đo xác định đồng thời hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu 89

Bảng 3.40 Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Zn, Pb, Cu 91

Bảng 3.41 Hàm lượng Zn, Pb, Cu trong nước thải 93

Bảng 3.42 Các thông số kỹ thuật ghi đo 94

Bảng 3.43 Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Cd 94

Bảng 3.44 Hàm lượng Cd trong nước thải 95

Bảng 3.45 Các thông số số kỹ thuật ghi đo xác định hàm lượng Ni 96

Bảng 3.46 Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Ni 97

Bảng 3.47 Hàm lượng Ni trong mẫu nước thải 97

Bảng 3.48 Các thông số số kỹ thuật ghi đo xác định hàm lượng Bi 98

Bảng 3.49 Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Bi 99

Bảng 3.50 Hàm lượng Bi trong mẫu nước thải 99

Bảng 3.51 K/quả đo ICP-AES xác định Zn, Cd của một số mẫu so với DP-ASV 100

Bảng 3.52 K/quả đo ICP-AES xác định Pb,Cu,Ni của một số mẫu so với DP-ASV 101 Bảng 3.53 Kết quả hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, Bi trong 6 mẫu nước 101

Bảng 3.54 Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ một số kim loại trong nước thải công nghiệp 102

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, PHỔ ĐỒ, ĐỒ THỊ

Hình 3.1 Phổ đồ khảo sát nền điện li HCl 0.05M 43

Hình 3.2 Phổ đồ khảo sát nền điện li NaAc + HAc (0,05M và pH = 4,5) 44

Hình 3.3 Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li (NaAc + HAc) 0,01M 46

Hình 3.4 Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NaAc + HAc 0,02M 47

Hình 3.5 Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NaAc + HAc 0.04 M 47

Hình 3.6 Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NaAc + HAc 0.05M 48

Hình 3.7 Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NaAc + HAc 0.1 M 48

Hình 3.8 phổ đồ khảo sát thời gian điện phân 50

Hình 3.9 phổ đồ Khảo sát thế điện phân làm giàu 53

Hình 3.10 Phổ đồ khảo sát nồng độ của nền HCl 54

Hình 3.11 Phổ đồ khảo sát nồng độ của pyridin (0,025-0,40M) 56

Hình 3.12 Phổ đồ khảo sát nồng độ của pyridin (0,45-0,65M) 56

Hình 3.13 Phổ đồ ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 59

Hình 3.14 Phổ đồ ghi đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 60

Hình 3.15 Phổ đồ khảo sát nồng độ của nền (NaAc + HAc) 62

Hình 3.16 Phổ đồ khảo sát nồng độ của pyrogalic (0,5-1,3M) 64

Hình 3.17 Phổ đồ ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 66

Hình 3.18 Phổ đồ ghi đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 67

Hình 3.19 Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Zn 69

Hình 3.20 Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ Zn2+ 70

Hình 3.21 Đường chuẩn xác định Zn2+ trong khoảng 0,015 ÷ 0,2 (mg/l) 70

Hình 3.22 Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Cd2+ 72

Hình 3.23 Sự phụ thuộc của Ipic vào nồng độ Cd2+ 72

Hình 3.24 Đường chuẩn xác định Cd2+ trong khoảng 0,00125÷0,025 (mg/l) 73

Hình 3.25 Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Pb 74

Hình 3.26 Sự phụ thuộc của Ipic vào nồng độ Pb2+ 75

Hình 3.27 Đường chuẩn xác định Pb2+ trong khoảng 0,00125÷0,05 (mg/l) 75

Hình 3.28 Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Cu2+ 76

Hình 3.29 Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ Cu2+ 77

Hình 3.30 Đường chuẩn xác định Cu2+ trong khoảng 0,025 ÷ 0,3 (mg/l) 78

Trang

Hình 3.31 Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Ni2+ 79

Hình 3.32 Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ Ni2+ 80

Hình 3.33 Đường chuẩn xác định Ni2+ trong khoảng 0,025 ÷ 0,2 (mg/l) 80

Hình 3.34 Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Bi3+ 81

Hình 3.35 Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ Bi3+ 82

Hình 3.36 Phổ đồ khảo sát độ lặp lại của phép đo Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ 83

Hình 3.37 Phổ đồ khảo sát độ lặp lại của phép đo Ni2+, Bi3+ 84

Hình 3.38 Bản đồ vị trí lấy mẫu nước thải tại Yên Phong – Bắc Ninh 87

Hình 3.39 Phổ đồ xác định đồng thời Zn, Cd, Pb, Cu mẫu L1 chưa làm giàu 90

Hình 3.40 Phổ đồ thêm chuẩn xác định đồng thời Zn, Pb, Cu trong mẫu L1 92

Hình 3.41 Phổ đồ thêm chuẩn xác định đồng thời Zn, Pb, Cu trong mẫu L2 92

Hình 3.42 Đồ thị thêm chuẩn xác định Zn trong mẫu L1, L2 92

Hình 3.43 Đồ thị thêm chuẩn xác định Pb trong mẫu L1, L2 93

Hình 3.44 Đồ thị thêm chuẩn xác định Cu trong mẫu L1, L2 93

Hình 3.45 Phổ đồ thêm chuẩn xác dịnh Cd trong mẫu L1, L2 95

Hình 3.46 Đồ thị thêm chuẩn xác dịnh Cd trong mẫu L1, L2 95

Hình 3.47 Phổ đồ thêm chuẩn xác dịnh Ni mẫu L1, L2 96

Hình 3.48 Đồ thị thêm chuẩn xác dịnh Ni trong mẫu L1, L2 97

Hình 3.49 Phổ đồ thêm chuẩn xác dịnh Bi mẫu L1, L2 98

Hình 3.50 Đồ thị thêm chuẩn xác dịnh Bi trong mẫu L1, L2 99

MỞ ĐẦU

Ngày nay trong y học, người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim loại có vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống và con người Sự thiếu hụt hay mất cân bằng của nhiều kim loại vi lượng trong các bộ phận của cơ thể như gan, tóc, máu, huyết thanh, là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật, ốm đau hay suy dinh dưỡng, đặc biệt là sự có mặt của các kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, Cd,

Mn, Fe, trong máu và trong huyết thanh của người [16, 26, 37]

Tuy nhiên, cùng với mức độ phát triển của công nghiệp và sự đô thị hoá, hiện nay môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng Các nguồn thải kim loại nặng từ các khu công nghiệp vào không khí, vào nước, vào đất, vào thực phẩm rồi xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, hít thở dẫn đến sự nhiễm độc

Do đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong môi trường sống, đặc biệt là trong môi trường nước thải và tác động của chúng tới cơ thể con người nhằm

đề ra các biện pháp tối ưu bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết [16, 26]

Để giải quyết nhiệm vụ đó, một loạt các phương pháp phân tích có tính đa năng đã ra đời như: quang phổ hấp thụ nguyên tử, quang phổ phát xạ plasma, sắc kí khí cột mao quản, sắc kí lỏng hiệu năng cao và các phương pháp phân tích điện hoá hiện đại mà điển hình là các phương pháp von-ampe hoà tan Phương pháp này

có nhiều ưu điểm nổi bật như độ nhạy và độ chọn lọc cao, giới hạn phát hiện thấp và đặc biệt chi phí thấp nên chúng được ứng dụng rộng rãi trong phân tích [1, 2, 31, 32] Chính vì vậy mà chúng tôi đã chọn đề tài:

"Nghiên cứu phương pháp phân tích các kim loại: Bi , Cd, Cu, Ni, Pb, Zn trong nước thải một số làng nghề truyền thống và khu công nghiệp của huyện Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh"

Để thực hiện đề tài này, chúng tôi đặt ra các nhiệm vụ chính:

1 Nghiên cứu, xây dựng quy trình phân tích xác định hàm lượng các kim loại kẽm, cađimi, đồng, chì, niken, bitmut trong nước thải bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan trên điện cực màng thủy ngân

2 Khảo sát chọn nền điện li tối ưu cho các kim loại phân tích

3 Khảo sát chọn nồng độ nền điện li tối ưu

4 Khảo sát các điều kiện tối ưu của máy đo

5 Khảo sát sự ảnh hưởng của các cation lên phép đo

6 Khảo sát khoảng tuyến tính, xây dựng đường chuẩn của kẽm, cacđimi, đồng, chì niken, bitmut trong phương pháp phân tích Von – Ampe hòa tan

7 Đánh giá độ lặp, tìm giới hạn phát hiện (GHPH) và giới hạn định lượng (GHĐL) của phương pháp

8 Phân tích mẫu thực bằng phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm chuẩn

9 Xác định hàm lượng của các kim loại kẽm, cađimi, đồng, chì, niken, bitmut trong mẫu nước ở các làng nghề ở xã Văn môn và khu công nghiệp (KCN) huyện Yên Phong tỉnh Bắc Ninh

10 Đánh giá và so sánh kết quả thu được với những nghiên cứu trước đã được tham khảo trong các tài liệu, các phương pháp phân tích hiện đại khác

Luận văn được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm Các nội dung chính của luận văn được thực hiện tại Phòng Hóa Phân tích - Viện Hoá học - Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam

Chương 1 TỔNG QUAN I.1 Nguồn gốc nước thải

Nước thải có nguồn gốc từ các nguồn nước sử dụng trong công nghiệp và sinh hoạt Nước mưa và nước thấm cũng là một nguồn nước thải khá lớn Bản thân nước mưa là nước sạch nhưng khi rơi xuống mặt đất sẽ bị pha trộn và nhiễm bẩn [26, 29]

I.1.1 Nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải đen và nước thải xám Nước thải từ toilet được gọi là nước thải đen Nước thải đen chứa hàm lượng cao chất rắn và một lượng đáng kể thức ăn cho vi khuẩn (nitơ và phốt pho) Nước thải đen có thể được tách thành hai phần: phân và nước tiểu Mỗi một người, hàng năm có thể thải ra trung bình 4 kg N

và 0,4 kg P trong nước tiểu và 0,55 kg N và 0,18 kg P trong phân [16, 26]

Nước thải xám bao gồm nước giặt rũ quần áo, tắm rửa và nước sử dụng trong nhà bếp Nước từ trong nhà bếp có thể chứa lượng lớn chất rắn và dầu mỡ

Cả hai loại nước thải đen và thải xám có thể chứa mầm bệnh của người đặc biệt

là nước thải đen [26]

I.1.2 Nước thải công nghiệp

Rất khó phân loại nước thải từ tất cả các ngành công nghiệp Mỗi một ngành công nghiệp có nước thải đặc trưng của ngành đó Ví dụ, nước thải của ngành công nghiệp dệt nhuộm chứa các chất hữu cơ mang màu và một số hóa chất độc hại khó phân hủy Nước thải của các cơ sở mạ chứa hàm lượng kim loại nặng cao và có pH thấp Nước thải chế biến thực phẩm chủ yếu là chứa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy bằng vi sinh [26]

I.2 Thành phần nước thải

Trên b́ình diện toàn cầu, nước là một tài nguyên vô cùng phong phú nhưng nước chỉ hữu dụng với con người khi nó ở đúng nơi, đúng chỗ, đúng dạng và đạt chất lượng theo yêu cầu Hơn 99% trữ lượng nước trên thế giới nằm ở dạng không hữu dụng đối với đa số các mục đích của con người do độ mặn (nước biển), địa điểm, dạng (băng hà) [28]

Bảng 1.1 Phân bố và dạng của nước trên Trái đất [28]

(km 2 )

Tổng thể tích nước (km 3 )

% tổng lượng nước

Các đại dương và biển (nước mặn) 361.000.000 1.230.000.000 97,2000 Khí quyển (hơi nước) 510.000.000 12.700 0,0010

hồ (nguồn nước) cần phải được xử lý thích đáng Mức độ xử lý phụ thuộc vào nồng

độ bẩn của nước thải; khả năng pha loãng giữa nước thải với nước nguồn và các yêu cầu về mặt vệ sinh, khả năng "tự làm sạch của nguồn nước" [29]

Theo các qui định về bảo vệ môi trường của Việt Nam, ô nhiễm nước là việc đưa vào các nguồn nước các tác nhân lý, hóa, sinh học và nhiệt không đặc trưng về thành phần hoặc hàm lượng đối với môi trường ban đầu đến mức có khả năng gây ảnh hưởng xấu đến sự phát triển bình thường của một loại sinh vật nào đó hoặc thay đổi tính chất trong lành của môi trường ban đầu

Theo một định nghĩa khác "Ô nhiễm nước mặt diễn ra khi đưa quá nhiều các tạp chất, các chất không mong đợi, các tác nhân gây nguy hại vào các nguồn nước, vượt khỏi khả năng tự làm sạch của các nguồn nước này"

Để thiết kế các công trình xử lý nước thải, trước tiên chúng ta phải biết đặc điểm, thành phần của các chất gây ô nhiễm [28]

Bảng 1.2 Các đặc điểm lý học, hóa học và sinh học

của nước thải và nguồn sinh ra nó [21]

Lý học

Màu Nước thải sinh hoạt hay công nghiệp, thường do sự phân

hủy của các chất thải hữu cơ

Mùi Nước thải công nghiệp, sự phân hủy của nước thải

Chất rắn Nước cấp, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, xói mòn

đất

Nhiệt Nước thải sinh hoạt, công nghiệp

Hóa học

Carbohydrate Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Dầu, mỡ Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Thuốc trừ sâu Nước thải nông nghiệp

Phenol Nước thải công nghiệp

Protein Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Chất hữu cơ bay hơi Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Các chất nguy hiểm Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Các chất khác Do sự phân hủy của các chất hữu cơ trong nước thải trong

tự nhiên Tính kiềm Chất thải sinh hoạt, nước cấp, nước ngầm

Chlorua Nước cấp, nước ngầm

Kim loại nặng Nước thải công nghiệp

Nitrogen Nước thải sinh hoạt, công nghiệp

pH Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Phospho Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp; rửa trôi Lưu huỳnh Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp; nước cấp

H2S Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt

Methane Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt

Oxygen Nước cấp, sự trao đổi qua bề mặt tiếp xúc không khí -

nước

Sinh học

Động vật Các ḍang chảy hở và hệ thống xử lý

Thực vật Các ḍng chảy hở và hệ thống xử lý

Eubacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

Archaebacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

Viruses Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

Bảng 1.3 Các chất ô nhiễm quan trọng cần chú ý đến trong quá trình xử lý nước thải [21]

Các chất rắn lơ

lửng

Tạo nên bùn lắng và môi trường yếm khí khi nước thải chưa

xử lư được thải vào môi trường Biểu thị bằng đơn vị mg/l Các chất hữu cơ có

Các mầm bệnh

Các bệnh truyền nhiễm có thể lây nhiễm từ các vi sinh vật gây bệnh trong nước thải Thông số quản lư là MPN (Most Probable Number)

Các dưỡng chất

N và P cần thiết cho sự phát triển của các sinh vật Khi được thải vào nguồn nước nó có thể làm gia tăng sự phát triển của các loài không mong đợi Khi thải ra với số lượng lớn trên mặt đất nó có thể gây ô nhiễm nước ngầm

Không thể xử lý được bằng các biện pháp thông thường Ví

dụ các nông dược, phenols

Kim loại nặng

Có trong nước thải thương mại và công nghiệp và cần loại

bỏ khi tái sử dụng nước thải Một số ion kim loại ức chế các quá trình xử lý sinh học

Chất vô cơ hoà tan Hạn chế việc sử dụng nước cho các mục đích nông, công

nghiệp

Nhiệt năng Làm giảm khả năng bão hoà oxy trong nước và thúc đẩy sự

phát triển của thủy sinh vật Ion hydrogen Có khả năng gây nguy hại cho TSV

Ở các thành phố có nhiều nhà máy, khu công nghiệp, nước thải công nghiệp ảnh hưởng rất lớn đến thành phần nước thải chung của thành phố, thị trấn vì nó chứa nhiều các chất gây ô nhiễm ở nồng độ cao và tùy theo từng nhà máy thành phần chất gây ô nhiễm rất phức tạp Do đó để giảm thiểu chi phí cho việc quản lý và xử

lý, mỗi nhà máy cần phải có các hệ thống xử lý riêng để nước thải thải vào các nguồn nước công cộng phải đạt đến một tiêu chuẩn cho phép nào đó [30, 37]

Bảng 1.4 Các loại chất thải và các nguồn thải chính [21]

Từ cống rănh, kênh thoát

Loại chất thải

Nước thải sinh hoạt

Nước thải công nghiệp

Chảy tràn từ khu sx nông nghiệp

Chảy tràn ở khu vực thành thị

Độ pH là một trong những chỉ tiêu cần xác định đối với chất lượng nước Giá trị

đo pH cho phép chúng ta quyết định xử lý nước theo phương pháp thích hợp hoặc điều chỉnh lượng hóa chất trong quá trình xử lý nước Sự thay đổi pH trong nước có thể dẫn tới những thay đổi về thành phần các chất trong nước do quá trình hòa tan hoặc kết tủa, hoặc thúc đẩy hoặc ngăn chặn những phản ứng hóa học, sinh học xảy

ra trong nước [16]

Xác định pH bằng các máy đo pH Các máy đo pH hiện nay đều là các máy hiện

số Độ chính xác của các máy này thường là 1% đơn vị pH

I.3.2 Nhiệt độ

Nhiệt độ của nước là một chỉ tiêu cần đo khi lấy mẫu nước

Nhiệt độ của nước ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình sinh hóa xảy ra trong nước

Nhiệt độ của nước phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết hay môi trường khu vực Riêng nhiệt độ của nước ngầm, các lớp nước tầng đáy sâu của hồ… ít phụ thuộc vào môi trường hơn Nhiệt độ nước thải công nghiệp đặc biệt là nước thải của nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện hạt nhân thường cao hơn từ 10 – 25oC so với nước thường

Nước nóng có thể gây ô nhiễm hoặc có lợi tùy theo mùa và vị trí địa lý Vùng có khí hậu ôn đới nước nóng có tác dụng xúc tiến sự phát triển của vi sinh vật và các quá trình phân hủy Nhưng ở những vùng nhiệt đới, nhiệt độ cao của nước ở sông

hồ sẽ làm thay đổi quá trình sinh hóa và hóa lý bình thường của hệ sinh thái nước, giảm lượng oxi hòa tan vào nước và tăng nhu cầu oxi của cá lên 2 lần Một số loài sinh vật không chịu được nhiệt độ cao sẽ chết hoặc phải di chuyển đi nơi khác, nhưng có một số loài khác lại phát triển mạnh ở nhiệt độ thích hợp [26]

Chỉ tiêu nhiệt độ cần đo ngay tại nơi lấy mẫu bằng nhiệt kế hay bằng các máy đo nhiệt độ

I.3.3 Màu sắc

Nước sạch trong suốt và không màu Nếu bề mặt đáy của nước rất lớn ta có cảm giác nước màu xanh nhẹ, đó là do sự hấp thụ chọn lọc các bước sóng nhất định của ánh sáng mặt trời

Nước bẩn là do các chất bẩn trong nước gây nên Màu sắc của nước ảnh hưởng đến thẩm mỹ khi sử dụng nước, ảnh hưởng đến chất lượng nước khi sử dụng trong sản xuất [16]

Màu của nước gây ra bởi:

+ Màu của các chất hữu cơ: màu này rất khó xử lý bằng các phương pháp đơn giản Nước có màu xanh đậm hoặc có váng trắng chứng tỏ trong nước có nhiều chất phú dưỡng hoặc các thực vật nổi phát triển quá mức và sản phẩm phân hủy thực vật

Các hợp chất của Fe3+ không tan làm cho nước có màu nâu đỏ Nước thải sinh hoạt hay nước thải công nghiệp có nhiều màu sắc khác nhau Thường là màu xám hay màu tối

Khi nước bị ô nhiễm có màu sẽ cản trở sự truyền ánh sáng mặt trời vào nước, làm ảnh hưởng tới hệ sinh thái nước Nếu là màu do hóa chất gây nên sẽ rất độc đối với sinh vật sống trong nước [26]

I.3.4 Mùi vị

Nước sạch không có mùi, vị Nước có mùi vị khó chịu là nước bị ô nhiễm Nguyên nhân của sự ô nhiễm là do sản phẩm phân hủy các chất hữu cơ trong nước hoặc do nguồn nước thải có chứa những chất khác nhau, ví dụ: mùi phân

C8H5NHCH3, mùi trứng thối H2S, mùi hôi của mercaptan (CH3SH, CH3(CH2)3SH, mùi cá ươn của amin (CH3NH2, (CH3)2NH, (CH3)3N), mùi thịt thối của diamin NH2

Đơn vị chuẩn của độ đục là sự cản quang bởi 1 mg SiO2 hòa tan trong 1 lít nước cất gây ra được gọi là 1 đơn vị độ đục Đo độ đục của nước bằng các máy đo độ đục Độ đục càng lớn có nghĩa là độ nhiễm bẩn của nước càng cao và phải có biện pháp xử lý thích hợp [16, 26]

I.3.7 Chất rắn trong nước

Gồm hai loại là chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan Tổng hai loại chất rắn trên gọi là tổng chất rắn trong nước

Chất rắn lơ lửng: phần chất rắn không bị hòa tan có kích thước tử 0,01 – 0,1 μm như khoáng sét, bùn, than, mùn… Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục, thay đổi màu sắc và các tính chất khác Hàm lượng chất rắn lơ lửng được xác định bằng lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 103 – 105oC tới khi khối lượng không đổi Đơn vị tính là mg/l Ngoài ra hàm lượng chất rắn lơ lửng có thể xác định bằng máy quang phổ hấp thụ phân tử (so màu)

Chất rắn hòa tan: mắt thường không thể nhìn thấy được, làm cho nước có mùi,

vị khó chịu, đôi khi cũng làm cho nước có màu Đó là chất khoáng vô cơ, hữu cơ như các muối clorua, cacbonat, nitrat, photphat…

Nguồn nước có hàm lượng chất rắn cao không dùng được trong công nghiệp và

trong sinh hoạt [26, 37]

I.3.8 Chất rắn bay hơi

Hàm lượng chất rắn bay hơi là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù

ở 550oC trong một khoảng thời gian nhất định Thời gian này phụ thuộc vào loại nước cần xác định (nước thải, bùn, nước uống…) Đơn vị tính là mg/l Hàm lượng chất rắn bay hơi trong nước thường biểu thị cho hàm lượng chất hữu cơ trong nước [16]

I.3.9 Chất rắn có thể lắng

Chất rắn có thể lắng là thể tích phần chất rắn của một lít nước mẫu đã lắng xuống đáy phễu sau một thời gian xác định (khoảng 1 giờ) Đơn vị đo là ml/l

I.3.10 Độ kiềm toàn phần

Được định nghĩa là hàm lượng các chất có trong nước có khả năng phản ứng với axit mạnh

Độ kiềm rất quan trọng trong việc xử lý nước và trong môi trường hóa sinh của các loại nước tự nhiên Thông thường người ta cần phải xác định được nồng độ

kiềm để tính toán khối lượng các hóa chất cần thêm vào khi xử lý nước Nước có tính kiềm cao thường có độ pH cao và chứa lượng chất rắn hòa tan cao Tính chất này của nước có thể có hại đối với các dụng cụ đun nước, việc sản xuất thức ăn và các hệ thống nước ở thành phố Độ kiềm có tác dụng như một dung dịch đệm và là nguồn cung cacbon vô cơ, vì vậy góp phần quyết định khả năng của nước trong việc trợ giúp cho sự phát triển của tảo và các loài sinh vật sống dưới nước khác Các nhà sinh học cũng sử dụng độ kiềm làm thước đo chất lượng của nước Nhìn chung, các khoáng chất chính quyết định tính kiềm trong nước là ion bicacbonat, ion cacbonat

và ion hidroxit [16, 37]

Ngoài ra còn có các hóa chất khác ảnh hưởng đến độ kiềm của nước là ammoniac và các base liên hợp của photphoric, silicic, boric và các axit vô cơ Cũng cần phải phân biệt giữa độ base cao, được xác định bằng độ pH tăng, và độ kiềm cao xác định bằng khả năng nhận H+ Trong khi pH chỉ cường độ thì độ kiềm chỉ khả năng Việc dùng phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O làm chất kết tụ là một ví dụ cho tầm quan trọng của tính kiềm trong việc xử lý nước Ion nhôm hidrat là một axit khi có nước sẽ kết hợp với base tạo ra nhôm hidroxit kết tủa Phản ứng này khử kiềm trong nước Đôi khi cũng cần bổ sung thêm kiềm để ngăn chặn việc nước trở nên quá axit

Độ kiềm có đơn vị là CaCO3 mg/l dựa theo phản ứng trung hòa axit Trọng lượng tương đương của canxi cacbonat bằng ½ trọng lượng theo công thức của nó

vì chỉ cần ½ phân tử CaCO3 để trung hòa một ion H+ Tuy nhiên thể hiện độ kiềm bằng mgCaCO3/l có thể dẫn đến nhầm lẫn với mđương lượng/l là đơn vị thường dùng trong hóa học

Đối với nước tự nhiên, độ kiềm của nước phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các muối cacbonat, hidrocacbonat của kim loại kiềm và kiềm thổ, trong trường hợp này

pH của nước thường >= 8,3 [16, 26]

I.3.11 Độ axit

Đối với các nguồn nước tự nhiên, độ axit được định nghĩa là hàm lượng của các chất có trong nước có khả năng tham gia phản ứng với kiềm mạnh Nước axit

thường rất ít gặp trừ trường hợp bị ô nhiễm nặng Độ axit của nước thường do sự có mặt của các axit như: H2PO4-, CO2, H2S, các protein, các axit béo và các ion kim loại có tính axit, đặc biệt là ion Fe3+ Độ axit khó xác định hơn độ kiềm, lý do là hai hợp chất chủ yếu tác động đến tính axit là CO2 và H2S đều là chất tan dễ bay hơi và biến mất trong mẫu thử Cất và lưu giữ các mẫu nước đại diện để phân tích của khí này thường rất khó [16, 26]

Thuật ngữ axit vô cơ tự do được dùng cho các axit mạnh trong nước như H2SO4

và HCl Nước axit trong các hầm mỏ có chứa nhiều axit vô cơ Trong khi nồng độ axit được xác định bằng việc chuẩn độ với bazơ đến điểm cuối của phenolphthalein (pH = 8,3, khi cả axit mạnh và axit yếu đều được trung hòa), thì axit vô cơ tự do được xác định bằng việc chuẩn độ với bazơ đến điểm cuối methyl da cam (pH = 4,3, khi chỉ có axit mạnh được trung hòa)

Độ axit của một số ion hydrat kim loại cũng có thể làm tăng tính axit của nước

Để ngắn gọn, ion H3O+ được viết tắt đơn giản hơn thành H+

Độ axit của nước có nguồn gốc khác nhau do quá trình thủy phân, oxi hóa khoáng vật và chất hữu cơ, hoạt động vi sinh, lắng đọng từ khí quyển, nước thải từ các hoạt động công nghiệp, sự hòa tan của khí CO2 Trong đó, khí CO2 hòa tan vào nước là nguồn chính đóng góp vào độ axit của nước [16, 26]

I.3.12 Độ cứng của nước

Trong các cation có trong hầu hết các hệ thống nước sạch, ion canxi thường có nồng độ cao nhất và có ảnh hưởng lớn nhất đối với hóa học môi trường nước, cũng như việc sử dụng và xử lý nước Tính chất hóa học của canxi, mặc dù khá phức tạp, nhưng vẫn đơn giản hơn tính chất hóa học của các ion kim loại chuyển tiếp trong nước Canxi là nguyên tố quan trọng trong các quá trình địa hóa Các khoáng chất tạo thành các nguồn ion canxi chủ yếu trong nước Các khoáng chất chủ yếu góp phần tạo ra ion canxi là thạch cao CaSO4.2H2O, CaSO4, dolomite CaMg(CO3)2, aragonite, vốn là các dạng khác nhau của CaCO3 [37]

Canxi xuất hiện trong nước là do sự cân bằng giữa canxi và các hợp chất magie cacbonat cùng với CO2 tan trong nước, khí này từ không khí hay các chất hữu cơ bị thối rữa trong các chất cặn Nước chứa lượng lớn cacbon dioxit sẽ hòa tan nhanh chóng canxi từ các hợp chất cacbonat

Nồng độ CO2 trong nước quyết định độ hòa tan của canxi cacbonat Lượng cacbon dioxit mà nước có được nhờ vào sự cân bằng với không khí không đủ để tạo

ra canxi hòa tan trong nước tự nhiên, đặc biệt là nước ngầm Thay vào đó, hoạt động hô hấp của các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có trong nước, trong các chất cặn và đất sẽ cung cấp lượng CO2 cần thiết để hòa tan CaCO3 trong nước Đây

là một yếu tố hết sức quan trọng trong các chu trình hóa học môi trường nước và các quá trình chuyển hóa địa hóa [16]

Ion canxi, cùng với ion magie, đôi khi là ion sắt II, quyết định độ cứng của nước Minh họa điển hình nhất về độ cứng của nước là kết tủa vón cục của phản ứng giữa xà phòng với ion canxi trong nước cứng Nhiệt độ tăng có thể làm cho phản ứng này xảy ra bằng cách giải phóng khí CO2 và chất kết tủa trắng của canxi cacbonat có thể hình thành trong nước sôi có độ cứng tạm thời

Do có sự có mặt của các muối, chủ yếu là các muối canxi và muối magie, nước cứng không gọi là nước ô nhiễm vì không gây hại cho sức khỏe con người Nhưng

độ cứng của nước lại có ảnh hưởng lớn đến sản xuất công nghiệp như đóng cặn trong nồi hơi do tạo kết tủa với các ion Ca2+, Mg2+; pha chè không ngấm, làm giảm tác dụng của hợp chất tạo bọt của xà phòng [16, 26]

Độ cứng của nước được chia làm thành hai loại:

+ Độ cứng tạm thời: do các muối hydrocacbonat của canxi và magie tạo nên, khi đun nước sôi độ cứng tạm thời sẽ mất, do tạo kết tủa CaCO3 và MgCO3

+ Độ cứng vĩnh cửu: do các muối sunfat, clorua của canxi và magie tạo nên Ngoài ra một số các cation kim loại khác như: Al3+, Fe3+,… cũng làm tăng độ cứng của nước, độ cứng vĩnh cửu thường rất khó loại trừ

Độ cứng của nước được biểu thị bằng hàm lượng của CaCO3, đơn vị là mg/l Có thể phân loại độ cứng của nước như sau:

Bảng 1.5 Độ cứng của nước biểu thị bằng hàm lượng CaCO 3 [26]

Độ cứng của nước Hàm lượng CaCO3 (mg/l) Nước mềm

Nước cứng trung bình Nước quá cứng

< 50

≈ 150

> 300

I.3.13 Hàm lượng oxi hòa tan trong nước (DO: dissolved oxygen) [16]

Cùng với trị số pH, khí oxi hòa tan là yếu tố thủy hóa quan trọng xác định cường

độ hàng loạt quá trình sinh hóa xảy ra trong môi trường nước Với khả năng hoạt động hóa học mạnh, oxi hòa tan trong nước là một hợp phần rất linh động, sự phân

bố theo không gian và biến đổi theo thời gian của nó chịu tác động của hàng loạt hiện tượng và quá trình, trong đó đáng kể nhất là quá trình tương tác của nước, khí quyển, hoạt động của thủy sinh vật, mức độ ô nhiễm của nước…Chính vì vậy oxi hòa tan trong nước được xem là một trong những yếu tố chỉ thị cho khối nước, cho nhiều quá trình lý hóa xảy ra trong đó, đồng thời nó còn được sử dụng như một chỉ tiêu cơ bản để đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường, nhất là ô nhiễm chất hữu cơ Tất cả các sinh vật đều phụ thuộc vào oxi dưới dạng nào đó để duy trì quá trình trao đổi chất đáp ứng sinh sản và phát triển Lượng oxi hòa tan trong nước rất ít, với nước sạch, độ hòa tan của oxi ở 0oC, 1atm là 14,6 ppm

Chỉ số DO thấp có nghĩa là nước có nhiều chất hữu cơ, nhu cầu oxi hóa tăng nên tiêu thụ nhiều oxi trong nước Chỉ số DO cao chứng tỏ nước có nhiều rong tảo tham gia quá trình quang hợp giải phóng oxi, thậm chí đạt trên mức bão hòa (nếu đạt giá trị 200% được gọi là siêu bão hòa) [16]

Về mặt hóa học, oxi không tham gia phản ứng với nước, độ hòa tan oxi vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ Ngoài ra còn phụ thuộc vào tiêu hao oxi do quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ do vi khuẩn hiếu khí, sự bổ sung oxi do quá trình quang hợp, hao hụt oxi do quá trình hô hấp của động vật trong nước và chiều sâu của nước

Bảng 1.6 Chỉ số DO trong nước ở áp suất 1atm và các nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ o C 0 5 10 15 20 25 30 Nước ngọt (ppm) 14,6 12,8 11,3 10,2 9,2 8,4 7,6 Nước biển (ppm) 11,3 10,0 9,0 8,1 7,1 6,7 6,1

1.3.14 Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD: biochemical oxygen demand)

Nhu cầu sinh hóa là lượng oxy mà sinh vật đã sử dụng trong quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong nước Đơn vị tính theo mg/l

Chất hữu cơ + O2 vi khuẩn CO2 + H2O + tế bào mới Oxi cần cho quá trình này là oxi hòa tan trong nước Quá trình oxi hóa sinh học xảy ra rất chậm và kéo dài

Chỉ số BOD chỉ ra lượng oxi mà vi khuẩn tiêu thụ trong phản ứng oxi hóa các chất hữu cơ trong nước ô nhiễm, chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ

có khả năng phân hủy sinh học trong nước ô nhiễm càng nhiều

Trong thực tế không thể xác định lượng oxi cần thiết để vi sinh vật oxi hóa hoàn toàn chất hữu cơ có trong nước, chỉ xác định được lượng oxi cần thiết để vi sinh vật oxi hóa các hợp chất hữu cơ trong 5 ngày ở nhiệt độ 20oC trong buồng tối, kết quả được biểu thị bằng BOD5 [16, 26]

I.3.15 Nhu cầu oxi hóa học (COD: chemical oxygen demand)

Trong nước thường tồn tại những hợp chất vô cơ, hữu cơ có khả năng tiêu thụ oxi hòa tan bằng các phản ứng hóa học Nguồn gốc và hàm lượng các hợp chất này trong nước mặt và nước thải rất khác nhau, bản chất và tính chất hóa học của chúng cũng rất khác nhau Theo quan hệ hóa học giữa chúng với oxi hoặc với một số chất khác thì đại đa số trong chúng có tính khử, một số lại có tính oxi hóa Tuy nhiên, dù mang đặc trưng nào thì những hợp chất này cũng vẫn có khả năng tiêu thụ một lượng oxi hòa tan trong nước Tập hợp những chất và hợp chất có khả năng tiêu thụ oxi hòa tan trên tạo nên “nhu cầu oxi hóa hóa học” của nước (tức là khả năng tiêu thụ oxi trong các phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong nước)

Những hợp phần có khả năng tiêu thụ oxi trong nước bằng con đường hóa học như đã nêu trên, thường có nguồn gốc là các hợp chất hữu cơ, chủ yếu là các hợp

chất phức tạp và đa dạng của cacbon Như vậy, nhu cầu oxi hóa học của nước được tạo nên chủ yếu do hợp phần hữu cơ có trong nước Do đó có thể dùng COD để đặc trưng định lượng cho hàm lượng của hợp phần này

Nguồn cung cấp các chất hữu cơ cho nước tự nhiên còn chủ yếu do sự phân hủy tàn tích hữu cơ và các sản phẩm của quá trình hoạt động sống của động vật, các xác động thực vật…Ngoài ra, chất hữu cơ còn được cung cấp từ các nguồn nước thải công nghiệp và sinh hoạt Chính vì vậy COD của nước còn được coi là một chỉ tiêu của ô nhiễm môi trường

Tóm lại, COD là nhu cầu oxi cần thiết cho quá trình oxi hóa toàn bộ các chất hữu cơ trong mẫu nước thành CO2 và H2O bằng các tác nhân oxi hóa mạnh [16, 26]

I.3.16 Hàm lượng sắt và mangan trong nước

Khi trong nước có chứa các ion sắt và mangan, chúng sẽ gây nên độ đục và màu trong nước:

Các ion này có tính chất duy trì sự phát triển của một số vi khuẩn gây thối rữa trong hệ thống phân phối nước

Nước có hàm lượng sắt > 0,3 mg/l và mangan > 0,05 mg/l sẽ gây mùi tanh, khó chịu, làm nước có màu Khi bị oxi hóa chúng chuyển thành các hợp chất sắt và mangan hóa trị cao gây keo hoặc kết tủa làm tắc các đường ống dẫn nước [16, 26]

I.3.17 Hàm lượng photpho [16]

Photpho có thể tồn tại trong nước dưới các dạng H2PO4

-, HPO4

2-,PO4 3-

, các poly photphat như Na3(PO3)6 và phopho hữu cơ

Đây là nguồn dinh dưỡng cho các thực vật dưới nước, chúng gây ô nhiễm và góp phần thúc đẩy hiện tượng phì dinh dưỡng ở các ao, hồ

I.3.18 Hàm lượng sunfat [26]

Hàm lượng sunfat trong nước cao sẽ ảnh hưởng tới việc hình thành H2S gây mùi khó chịu, nhiễm độc với cá, ngoài ra còn gây hiện tượng đóng cặn cứng trong nồi đun, gây hiện tượng xâm thực ăn mòn đường ống dẫn

SO4 2-

+ hợp chất hữu cơ vi khuẩn S2- + H2O + CO2

S2- + 2H + yếm khí H2S

I.3.19 Hàm lượng nitơ [16]

Hợp chất nitơ trong nước tự nhiên là nguồn dinh dưỡng cho thực vật Trong nước nitơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như: NO3

-, NO2 -

,…

Hàm lượng các hợp chất chứa nitơ cũng là một chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước Hàm lượng NH3 cao gây nhiễm độc cho các sinh vật sống trong nước; hàm lượng NO2

-, NO3 -

cao sẽ kết hợp với hồng cầu tạo thành chất không vận chuyển oxi gây bệnh xanh xao thiếu máu

I.3.20 Hàm lượng kim loại nặng: Pb, Cu, Ni, Cd… [16, 26]

Các kim loại nặng thường có trong nước thải đô thị hoặc nước thải công nghiệp Những kim loại này ở các pH khác nhau tồn tại ở các dạng khác nhau gây ô nhiễm nước, độc hại với sinh vật

I.3.21 Hàm lượng chất dầu mỡ [26]

Chất dầu mỡ trong nước có thể là chất béo, axit hữu cơ, dầu, sáp… Chúng có thể gây khó khăn cho quá trình vận chuyển nước, ngăn cản oxy hòa tan trong nước và tạo lớp phân cách bề mặt với khí quyển

I.3.22 Các chỉ tiêu vi sinh [37]

Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo và các đơn bào Chúng xâm nhập vào nước từ các môi trường xung quanh hoặc sống trong nước Có thể chia làm hai loại:

+ Loại vi sinh có hại là các vi khuẩn gây bệnh từ các nguồn rác thải, bệnh của người và các động vật như tả, thương hàn, bại liệt…

Vi khuẩn E – coli là vi khuẩn đặc trưng cho mức độ nhiễm trùng nước

+ Các loại rong tảo làm nước có màu xanh, khi thối rửa làm tăng hàm lượng chất hữu cơ trong nước Các chất hữu cơ này phân hủy sẽ tiêu thụ oxi, gây hiện tượng thiếu oxi và làm ô nhiễm nước

I.4 Tác động của nước thải chưa được xử lý [16, 26, 37]

Các chất bẩn trong nước thải là tác nhân tác động trực tiếp đối với môi trường và sức khỏe con người Đó là chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ phân hủy sinh học, vi

khuẩn gây bệnh, hợp chất hữu cơ khó phân hủy, chất dinh dưỡng (N, P), kim loại nặng và các chất vô cơ hòa tan Bảng 1.1 đưa ra sự tác động điển hình của các chất

ô nhiễm trong nước thải đối với môi trường và con người

Chất rắn trong nước thải sinh hoạt có thể lắng đọng thành cặn, làm tắc hệ thống ống thoát nước, lấp đầy kênh rạch và sông ngòi Dầu mỡ tạo thành bọt trôi nổi gây mất thẩm mỹ của nguồn nước tự nhiên

Chất dinh dưỡng N và P gây ra sự phú dưỡng trong nước Các hồ và nước sông chảy với tốc độ chậm bị ảnh hưởng nhiều hơn so với nước sông chảy tốc độ nhanh hơn Trong các hồ và sông có dòng chảy chậm, tảo được nuôi dưỡng bằng các chất dinh dưỡng, khi chúng bị phân hủy sẽ lắng xuống mặt đáy như trầm tích Sau đó, chất dinh dưỡng lại được giải phóng khỏi trầm tích trở lại pha nước Đây là chu trình sinh sản và chết của tảo trong môi trường nước Trong giai đoạn đầu, sự sống dưới nước phú dưỡng khá phong phú, tảo phát triển rất mạnh, một lượng lớn tảo bắt đầu chết để cho một chu kỳ sinh sản mới Sự phân hủy tảo chết làm cho BOD của nước tăng lên, dẫn đến nước bị suy giảm lượng oxy Một số loại tảo tiết ra chất độc

có thể làm nguy hại đến các loại chim ăn cá và làm gây bỏng lên da khi tiếp xúc với nước Nước bị phú dưỡng sẽ nâng giá thành xử lý, đặc biệt trong xử lý nước cho mục đích sinh hoạt [26]

Kim loại nặng và các chất độc hại khác được sử dụng trong nhà là những nguồn

ô nhiễm cho nguồn nước Kim loại nặng bao gồm Cu, Zn, Cd, Ni, Cr và Pb có nguồn gốc từ những vật liệu chế tạo đường ống cung cấp nước, các chất tẩy rửa, các loại vật liệu sử dụng để lợp mái nhà, hệ thống thoát nước, v.v Khi hàm lượng kim loại nặng trong nước thải đủ cao, chúng sẽ đầu độc vi khuẩn, thực vật, động vật và con người Các nguồn khác của những vật liệu độc hại có trong nước thải gia đình

là thuốc chữa bệnh quá đát, chất diệt côn trùng và diệt cỏ, các dung môi hữu cơ, sơn

và các chất hóa học khác Các chất này có thể ăn mòn đường ống dẫn nước thải và làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến các hệ thống của nhà máy xử lý nước thải Khi có mặt với hàm lượng cao, kim loại nặng trong nước thải sẽ gây bất lợi cho quá trình

xử lý [37]

Bảng 1.7 Ảnh hưởng của nước thải đến môi trường [29]

Chất rắn lơ lửng

(SS)

Nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp, xói mòn bởi dòng chảy

Gây ra sự lắng đọng bùn và điều kiện kỵ khí trong môi trường nước

Vi khuẩn gây bệnh

(Pathogens) Nước thải sinh hoạt Truyền bệnh cho cộng đồng

Chất dinh dưỡng Nước thải sinh hoạt và

nước thải công nghiệp

Có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng

I.5 Sự ô nhiễm trong nước thải khu công nghiệp và làng nghề ở huyện Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh [24]

Huyện Yên Phong - Bắc Ninh có diện tích tự nhiên là 112,5 km2 là huyện có diện tích lớn nhất tỉnh Bắc Ninh, dân số là 134.600 người (năm 2004), tập trung các làng nghề truyền thống từ lâu đời như Văn Môn, Phong Khê, Đồng Kỵ… và các

nhà máy, xí nghiệp thuộc ngành công nghiệp nhẹ: cơ khí, lắp ráp, chế biến nông lâm hải sản, vật liệu xây dựng cao cấp, may mặc, điện tử, nấu rượu, chế biến và sản xuất giấy, nấu lại một một số kim loại như nhôm, kẽm Khó có thể thống kê được

về sự phân loại rạch ròi về thành phần hóa học của nước thải công nghiệp Tuy nhiên sự nhiễm bẩn bởi các chất độc hại và kim loại nặng trong nước thải ở các Khu công nghiệp Yên Phong và ở các làng nghề truyền thống trong huyện là điều không thể tránh khỏi Sự ô nhiễm này đã tồn tại nhiều năm nay và có xu hướng ngày càng nghiêm trọng hơn ở địa phương, gây ra nhiều căn bệnh nguy hiểm cho người dân và đang là vấn đề nhức nhối cho đời sống của nhân dân trong vùng Do đó để giải quyết một phần về giảm thiểu ô nhiễm môi trường của nhân loại nói chung và của quê hương Yên Phong nói riêng mà chúng tôi thực hiện đề tài:

"Nghiên cứu phương pháp phân tích các kim loại: Bi 3+ , Cd 2+ , Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ ,

Zn 2+ trong nước thải một số làng nghề truyền thống và khu công nghiệp của huyện Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh"

Với mẫu nước lấy để phân tích ở các làng nghề xã Văn Môn và khu công nghiệp của huyện Yên Phong tỉnh Bắc Ninh

I.6 Kim loại nặng và tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường

I.6.1 Giới thiệu về kim loại nặng [19, 25]

Kim loại nặng phân bố rộng rãi trên vỏ trái đất Chúng được phong hóa từ các dạng đất đá tự nhiên, tồn tại trong môi trường dưới dạng bụi bay hòa tan trong sông

hồ, nước biển, sa lắng trầm tích

Trong vòng hai thập kỉ qua, kim loại nặng được thải từ các hoạt động sản xuất của con người đóng góp thêm vào lượng tồn tại sẵn có của chúng trong tự nhiên Các công trình khai thác mỏ, giao thông, sản xuất tinh chế đều thải các kim loại nặng vào môi trường, chủ yếu dưới dạng bụi khói hay nước thải Ví dụ như chì (Pb) được cho vào xăng để tăng hiệu xuất động cơ, kim loại có độc tính cao này đi cùng khí thải vào môi trường Các kim loại được thải vào môi trường theo nhiều nguồn khác nhau và ngày càng trở nên nguy hiểm cho con người và môi trường sống [19] Một số kim loại luôn tồn tại trong cơ thể của con người và cần thiết cho sức khỏe con người Sắt giúp ngăn ngừa việc thiếu máu, kẽm là tác nhân quan trọng

trong 100 phản ứng enzym Trên nhãn của các lọ thuốc vitamin hay thuốc bổ xung khoáng chất thường có Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, K, Se và Zn Chúng thường có hàm lượng thấp và được biết đến như lượng vết Lượng nhỏ của kim loại này cần có trong khẩu phần ăn của con người vì chúng không thể thiếu được trong các phần tử sinh học như hemoglobin và các hợp chất sinh hóa cần thiết cho sự sống Nhưng nếu cơ thể hấp thụ lượng lớn các kim loại này thì có thể gây rối loạn các quá trình sinh lý, trở nên độc hại cho cơ thể hoặc làm mất tính năng của các kim loại vết khác Ví dụ như lượng Zn cao có thể làm mất tác dụng của Cu bằng một kim loại cần thiết cho cơ thể [25, 26]

Các kim loại nặng là những kim loại có tỉ trọng gấp 5 lần tỷ trọng của nước Chúng bền và thường không tham gia vào các quá trình sinh hóa của cơ thể Chúng thường tích tụ sinh học (chuyển tiêp trong chuỗi thức ăn và đi vào cơ thể con người) chúng gồm: Hg, Cr, As, Cu, Cd, Al, Pb, Se, Sb chúng xâm nhập vào cơ thể con người theo các đường hô hấp, tiếp xúc hoặc do ăn uống

Ngày nay sự nhiễm độc kim loại nặng mãn tính có thể xuất phát từ việc sử dụng kim loại trong các loại sơn, mực, trong nước máy, các hóa chất chế biến thực phẩm, các sản phẩm chăm sóc sắc đẹp (mỹ phẩm, dồi gội đầu, thuốc nhuộm tóc ) trong xã hội công nghiệp hiện nay con người không thể tránh khỏi việc nhiễm các hóa chất độc và các kim loại

Các nghiên cứu cho thấy rằng các kim loại nặng có thể gây rối loạn hành vi của thần kinh, khả năng tư duy, gây độc đến máu, gan, da, cơ quan sản xuất hoocmoon [19, 23, 25]

I.6.2 Vai trò, chức năng của một số kim loại nặng

I.6.2.1 Vai trò, chức năng và sự nhiễm độc chì

Chì là một kim loại nặng có độc tính cao và cũng được sử dụng khá phổ biến trong sản xuất và tiêu dùng Trong công nghiệp chì được sử dụng trong ắc quy, dây cáp điện, đầu đạn và ống dẫn trong công nghiệp hóa học Nhưng lượng lớn thiếc và chì được sử dụng để điều chế hợp kim quan trọng, ngoài ra chì hấp thụ tốt các tia phóng xạ và tia Rơnghen nên chì được sử dụng làm tấm bảo vệ khi làm việc với các tia này [23]

Chì gây độc hại đến cơ thể, tác động lên thần kinh, tổng hợp hemoglobin và sự chuyển hóa vitamin D Trẻ em đặc biệt rất nhạy cảm với những độc tính này do một

số nguyên nhân:

- Các hoạt động từ tay đến miệng (do tiếp xúc hay ăn phải sơn và bụi chì)

- Hệ thần kinh đang phát triển dễ bị tổn thương khi tiếp xúc với chì

- Tỉ lệ hấp thụ chì của trẻ em cao hơn so với người trưởng thành

Chì là một thành phần không cần thiết của khẩu phần ăn, nó xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp, thức ăn đồ uống hàng ngày được tích lũy trong cơ tăng dần theo thời gian Theo tính toán liều lượng chì tối đa có thể chấp nhận hàng ngày cho người do thức ăn tạm thời quy định là 0,005mg/Kg thể trọng Bình thường con người tiếp nhận hàng ngày từ 0,05 đến 0,1mg Pb không hại từ các nguồn như: không khí, nước và thực phẩm nhiễm nhẹ chì, nhưng tiếp nhận lâu dài 1mg/1ngày

sẽ bị nhiễm độc mãn tính, nếu như hấp thụ 1mg Pb trong một lần có thể sẽ gây tử vong Các hợp chất của Pb đều độc đối với động vật Mặc dù, Pb không gây hại nhiều cho thực vật nhưng lượng Pb tích tụ trong cây trồng sẽ chuyển qua động vật qua đường tiêu hóa Do vậy, Pb không được sử dụng làm thuốc trừ sâu Pb kim loại

và muối sulphua của nó được coi như không gây độc do chúng không bị cơ thể hấp thụ Tuy nhiên, các muối Pb tan trong nước như PbCl2, Pb(NO3)2, Pb(CH3COO)2 rất độc Khi xâm nhập vào cơ thể chì tập trung ở xương và tại đây chì tác tụng với Photphat trong xương rồi truyền vào các mô mền của cơ thể và thực hiện độc tính của nó Ngoài ra Chì còn ngưng đọng ở gan, lá lách, thận chì phá hủy quá trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố cần thiết khác trong máu như cytochrom, cản trỏ

sự tổng hợp nhân hemo và tích trong các tế bào hồng cầu, làm giảm thời gian sống của hồng cầu Do đó sẽ dẫn tới việc thiếu máu và dẫn tới việc đau bụng ở người lớn

ở người lớn và viêm não ở trẻ em

Chì còn gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe do hợp chất ankyl – chì được cho vào xăng ôtô, xe máy với vai trò làm chất kích nổ mà tính độc hại cao của

nó với con người gần đây mới được phát hiện vì thế trên thế giới bây giờ người ta không dùng xăng pha chì nữa

+ Ngộ độc cấp tính: Ngộ độc xảy ra do thức ăn có chứa hàm lượng chì, tuy ít nhưng liên tục hàng ngày Chỉ cần hàng ngày cơ thể hấp thụ 1mg Pb trở lên sau một

vài năm các triệu chứng như sưng lợi, da vàng, đau khớp xương, bại liệt tay, phụ nứ

dễ bị sẩy thai

+ Khi bị nhiễm Chì trong máu với nồng độ cao hơn 800mg/L Có thể gây ra các bệnh tổn thương về tiểu động mạch, mao dẫn đến bệnh phù, thoái hóa các nơron thần kinh…giảm chỉ số IQ ở trẻ em đang lớn

Các thành phần của thực phẩm có khả năng làm giảm ảnh hưởng của chì:

+ Canxi: vì canxi có một vài tính chất giống chì nên trong một số trường hợp có thể cạnh tranh với chì trong sự kết hợp với một số protein của màng nhầy ruột vốn

có vai trò tích cực trong hấp thụ chì, do đó làm giảm sự nhiễm độc bởi chì

+ Ion photphat cũng làm giảm ảnh hưởng của chì nhờ tính chất không hòa tan của nó

Một số thành phẩm của chì làm tăng khả năng hấp thu chì như: vitamin D, rượu etylic, axit citric vì thế tốt nhất là tránh những nơi có chì ở bất kì dạng nào trong dinh dưỡng, chú ý dùng các thực phẩm có hàm lượng chì dưới mức cho phép,

có đủ Ca, Mg để hạn chế ảnh hưởng của Pb

I.6.2.2 Vai trò, độc tính của Cd

Cadmi là một nguyên tố rất độc đối với môi trường sống cũng như đối với con người Nguồn ô nhiễm cadimi xuất phát từ ô nhiễm không khí khai thác mỏ, nhà máy luyện kim, hải sản Nguồn chính của cadimi thải vào nước là các điện cực dùng trên tàu và nước thải Cd tồn tại chủ yếu ở dạng hòa tan trong nước, quá trình tích lũy nhiều trong các động vật nguyên thể như trai, ốc, sò, ngao [19]

Đối với các thực vật sống dưới nước, tính độc hại của Cd ngang với độc tính của Ni và Cr(III) và có phần kém độc hơn so với Hg(CH3)2 và Cu Tất nhiên điều này còn phụ thuộc vào từng loài, từng điều kiện của sự ảnh hưởng của Cd Ở hàm lượng 0,02-1 mg/l Cd sẽ kìm hãm quá trình quang hợp và phát triển của thực vật Hàm lượng cho phép của Cd trong nước là 5 μg/l

Đối với con người Cd có thể xâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách khác nhau

ví dụ như tiếp xúc với bụi Cd, ăn uống các nguồn có sự ô nhiễm Cd Cadimi

thường được tích luỹ dần trong thận, gây triệu chứng độc mãn tính Nếu để lâu có thể gây mất chức năng thận và sự mất cân bằng các thành phần khoáng trong xương Liều lượng 30 mg cũng đủ dẫn đến tử vong Cũng có nhiều giả thiết cho rằng cho rằng

Cd có thể thay thế Zn trong cơ thể làm giảm khả năng sản sinh tế bào [25, 26]

Chính vì mức độ độc hại của các kim loại Cd và Pb cho nên đã có nhiều tiêu chuẩn về chất lượng môi trường

I.6.2.3 Vai trò và độc tính của Zn

Trong sản xuất, kẽm chủ yếu dùng để làm lớp phủ bảo vệ sắt, thép và chế tạo hợp kim, sản suất pin, tấm in, chất khử trong tinh chế vàng, bạc Hợp chất của kẽm được dùng trong y học như thuốc gây nôn, giảm đau, chữa ngứa, thuốc sát trùng [25]

Kẽm là nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu và nó sẽ gây ra các chứng bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa Trong cơ thể con người, Zn thường tích tụ trong gan, là

bộ phận tích tụ chính của các nguyên tố vi lượng trong cơ thể Trong máu, 2/3 Zn được kết nối với Albumin và hầu hết các phần còn lại được tạo phức với λ – macroglobin Zn còn khả năng gây ung thư đột biến, gây ngộ độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn dịch Sự thiếu hụt Zn trong cơ thể gây

ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo tinh hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác [37]

Có khoảng 100 loại enzim cần có kẽm để hình thành các phản ứng hóa học trong tế bào Trong cơ thể con người có khoảng 2 gam đến 3 gam kẽm, hiện diện trong hầu hết các loại tế bào và các bộ phận của cơ thể, nhưng nhiều nhất tại gan, thận, lách, xương, ngọc hành, tinh hoàn, da, tóc, móng Mất đi một lượng nhỏ kẽm

có thể làm đàn ông sụt cân, và có thể mắc bệnh vô sinh Phụ nữ có thai nếu thiếu kẽm có thể sinh con thiếu cân, thậm chí có thể bị lưu thai, dễ bị bệnh ngoài da, giảm khả năng đề kháng của cơ thể Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy kẽm có thuộc tính chống oxi hóa, do vậy nó được sử dụng như là nguyên tố vi lượng để chống lại sự lão hóa của cơ thể, đặc biệt là da Một số người có vị giác hay khứu giác bất thường

do thiếu kẽm, điều này giải thích tại sao một số các loại thuốc chống kém ăn, điều trị biếng ăn có thành phần chứa kẽm Kẽm cần thiết cho thị lực, kích thích tổng hợp protein, giúp tế bào hấp thu chất đạm để tổng hợp tế bào mới, nhanh liền sẹo Bạch

cầu cần có kẽm để chống lại nhiễm trùng và ung thư Nhu cầu kẽm hàng ngày của một người khoảng 10mg đến 15mg Nguồn thức ăn nhiều kẽm là từ động vật như

sò, thịt, sữa, trứng, thịt gà, cá, tôm, cua, nước máy,… Người ta chưa thấy sự ngộ độc do kẽm qua thức ăn và nước uống, mà chỉ thấy sự gây độc do hơi kẽm với người đúc và nấu kẽm, hàn xì… Lượng kẽm lớn qua đường miệng gây hại dạ dày [19, 37]

I.6.2.4 Vai trò sinh học, độc tính của Cu và hợp chất của nó

Đồng là một nguyên tố rất đặc biệt về mặt sinh vật học Có lẽ nó là chất xúc tác của những quá trình oxi hoá nội bào Người ta đã nhận xét rằng, rất nhiều cây muốn phát triển bình thường, đều cần phải có một ít đồng và nếu dùng những hợp chất của đồng để bón cho đất (đặc biệt là đất bùn lầy) thì thu hoạch thường tăng lên rất cao Các cơ thể thực vật có độ bền rất khác nhau đối với lượng đồng dư [19, 25] Đối với thực vật thì đồng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển sản lượng của cây Đồng có tác dụng kích thích các loại men, tạo điều kiện cho cây sử dụng protein và hình thành clorofin Thiếu đồng thì cây không phát triển được Đồng có tác dụng giúp cây chống hạn, chịu rét, làm tăng khả năng giữ nước của mô, bảo vệ diệp lục khỏi bị phá huỷ đồng thời còn có tác dụng làm tăng quang hợp

Các nguyên tố vi lượng ảnh hưởng không những đến quá trình phát triển của thực vật mà còn có tầm quan trọng đối với hoạt động sống của động vật và con người

Trong các động vật thì một số loài nhuyễn thể (bạch tuộc) có chứa đồng nhiều nhất Trong các động vật cao đẳng, đồng tập trung chủ yếu ở gan và ở các hạch tế bào của những mô khác Ngược lại các tế bào tại các chỗ sưng chứa rất ít đồng Nếu sinh vật bị thiếu đồng (mỗi ngày cần đến 5mg) thì việc tái tạo hemoglobin sẽ giảm dần và sinh ra bệnh thiếu máu Muốn chữa bệnh này nguời ta cho hợp chất của đồng vào đồ ăn

Nguồn các nguyên tố vi lượng trong cơ thể con người thường xuyên được bổ sung từ rau, quả, các loại lương thực thực phẩm có trong thức ăn hàng ngày Trong thành phần các loại lương thực thực phẩm, sự có mặt của các nguyên tố vi lượng, đặc biệt là các kim loại nặng trong đó có đồng với hàm lượng không thích hợp sẽ gây ra ảnh hưởng tiêu cực đối với con người

Thiếu hoặc mất cân bằng nguyên tố kim loại vi lượng trong các bộ phận cơ thể như máu, huyết thanh, tóc, gan, mật… là nguyên nhân hay triệu chứng của ốm đau, bệnh tật hoặc suy dinh dưỡng Hàm lượng đồng trong toàn bộ cơ thể xấp xỉ 0,1g và nhu cầu hàng ngày của một người đàn ông có sức khỏe trung bình là 2mg Ở trẻ sơ sinh và đang bú mẹ, thiếu đồng dẫn đến thiếu máu nặng và thiếu bạch cầu trung tính Ở trẻ em mắc bệnh suy nhược nhiệt đới gọi là Kawashiskor thì biểu hiện thiếu đồng là mất sắc tố ở lông tóc Qua phân tích người ta thấy ở những trẻ mất khả năng đọc và đánh vần hoặc đọc và đánh vần khó nhọc thì hàm lượng đồng và magie trong tóc cao hơn nhiều so với các trẻ đối chứng (bình thường) [37]

Nếu hàm lượng đồng trong tóc tăng nhiều (quá giới hạn) thì bệnh kéo theo bao gồm cả thiếu máu, viêm gan, viêm tuyến giáp trạng và suy thận Nếu ở mô não, nồng độ Cu tăng và nồng độ Zn giảm thì sẽ xuất hiện chứng sớm mất trí Một bệnh gọi là bệnh wilson sinh ra bởi các cơ thể mà đồng bị giữ lại, mà không tiết ra bởi gan vào trong mật Căn bệnh này nếu không được điều trị có thể dẫn tới các tổn thương não và gan

Trong số các đồ ăn thì sữa và men có chứa nhiều đồng nhất Một điều đáng chú ý là trong máu nguời mẹ có thai, người ta thấy lượng đồng tăng gấp đôi so với lúc bình thường

Vì vậy xác định chính xác hàm lượng nguyên tố đồng trong các thực phẩm và trong cơ thể người bình thường để xây dựng các chỉ tiêu sinh học và dinh dưỡng là

vô cùng cần thiết để chăm sóc và bảo vệ cộng đồng

I.6.2.5 Nguồn gốc phát sinh, độc tính và nồng độ giới hạn của Niken [19, 25, 37]

* Nguồn gốc phát sinh

 Nguồn gốc tự nhiên:

Trong tự nhiên niken thường phát sinh từ các nguồn như sau:

+ Từ các nham thạch của núi lửa

+ Từ các muối ở biển

+ Từ các vụ cháy rừng

 Nguồn gốc nhân tạo:

Nước thải chứa niken chủ yếu có nguồn gốc từ nước thải mạ điện, trong công nghiệp mạ điện niken thường tồn tại chủ yếu dưới dạng muối niken sunfat, clorua, hay citrat Ngoài ra niken còn có trong một số các nghành công nghiệp sau:

+ Công nghiệp sản xuất pin, acquy

+ Công nghiệp luyện kim

+ Công nghiệp dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ

Đặc biệt trong các công nghiệp sản xuất các hợp kim có chứa niken, theo thống kê trên thế giới thì có tới 75% niken được sản xuất là từ các sản phẩm hợp kim như hợp kim thép, hợp kim niken, đồng-niken, niken kim loại và các hợp kim khác

Đối với một số gia súc, thực vật, vi sinh vật niken được xem như là nguyên

tố vi lượng, còn với cơ thể người điều đó chưa rõ ràng Nó có tác dụng hoạt hoá một

số enzym Hiện nay người ta vẫn chưa quan sát thấy hiện tượng ngộ độc niken qua đường miệng từ thức ăn và nước uống

Tiếp xúc lâu dài với niken gây hiện tượng viêm da và có thể xuất hiện dị ứng

ở một số người Ngộ độc niken qua đường hô hấp gây khó chịu và buồn nôn, đau đầu, nếu kéo dài sẽ ảnh hưởng tới phổi, hệ thần kinh trung ương, gan và thận Chất hữu cơ Niken cacbonyl có độc tính cao gây ung thư

* Nồng độ giới hạn:

Nồng độ giới hạn của niken trong nước sinh hoạt được WHO qui định là 20µg/l còn của Việt Nam thì nồng độ Ni tối đa có trong nước sinh hoạt là 0,2 mg/l

I.6.2.6 Sơ lược về Bitmut

Bitmut có kí hiệu: Bi, nằm ở ô 83 trong hệ thống tuần hoàn, có cấu hình electron [Xn]5d106s26p3, khối lượng nguyên tử: 208,98 Bán kính nguyên tử :1,82

A0, bán kính ion Bi3+: 1,20 A0 Nhiệt độ nóng chảy tương tối thấp (2710C), nhiệt độ sôi: 1564oC Bitmut là một kim loại nặng có khối lượng riêng: 9,8 g/cm3, độ âm điện 1,9 Bitmut là một kim loại có tính khử yếu, có thế điện cực dương

o

Bi V

E   [19, 25]

Bitmut là một nguyên tố đã được biết từ thế kỷ thứ 15 nhưng mãi đến thế kỷ thứ 18 mới đuợc phân biệt như một kim loại độc lập Mặc dù được phát hiện muộn

so với những kim loại thông dụng khác nhưng tốc độ ứng dụng bitmut ngày càng nhanh Bitmut và các hợp chất của nó ngày càng được sử dụng rộng rãi đặc biệt là trong y học, dược phẩm, chế tạo điện cực, chất bán dẫn, vật liệu composit, hợp kim

dễ nóng chảy và trong vật liệu siêu dẫn Trong y học, dược phẩm bitmut có trong các loại thuốc chữa bệnh viêm loét dạ dày, ung thư dạ dày, thực quản (trong thuốc Colloidal Bismut Subcitrate, thuốc Gastrostat), nhiều hợp chất của bitmut được dùng để chữa bệnh ngoài da, nhiễm khuẩn, bitmut được còn nghiên cứu kết hợp với CD4-2 và CD4-IgG2 trong việc điều trị HIV Bitmut là một kim loại dễ nóng chảy,

ở trạng thái lỏng nó tồn tại trong khoảng nhiệt độ rất rộng nên nó được ứng dụng làm chất mang nhiệt Bitmut lỏng có thể kết hợp với nhiều kim loại thành hợp kim, đặc biệt là các hợp kim dễ nóng chảy như hợp kim Woods có thành phần 50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn, 12,5% Cd có nhiệt độ nóng chảy 68 - 720C được sử dụng làm cầu chì, van xả nước cứu hoả, nút an toàn cho các xilanh khí, Bitmut kết hợp với nhiều kim loại khác tạo nhiều loại gốm có tính chất quý báu được dùng làm các bộ phận như chân, tay giả Bitmut làm chất xúc tác trong quá trình hoá học và chất ức chế ăn mòn cũng như chế tạo lớp phủ dẫn điện cho các loại phi kim Bitmut được làm điện cực trong phương pháp von ampe hoà tan cho phép xác định nhiều kim loại khác có độ chính xác cao [19, 37]

I.7 Phương pháp cực phổ và von-ampe hoà tan, Von-Ampe hoà tan hấp phụ [5, 6, 31, 32]

I.7.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp cực phổ

Phương pháp phân tích cực phổ hay phương pháp phân tích vôn-ampe là phương pháp dựa vào việc nghiên cứu đường cong vôn – ampe (đường cong phân cực) biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào điện thế khi điện phân đặc biệt, trong đó có một điện cực có diện tích bề mặt bé Quá trình khử (hay oxi hóa) các ion chủ yếu xảy ra trên vi điện cực Xây dựng đồ thị I = f(E) (I là cường độ