đồ án hóa phân tích crom

phân tích hàm lượng crom trong nước thải. đồ án đại học công nghiệp hà nội khoa hóa. phân tích hàm lượng crom trong nước thải. đồ án đại học công nghiệp hà nội khoa hóa. phân tích hàm lượng crom trong nước thải. đồ án đại học công nghiệp hà nội khoa hóa.

Mở đầu

Nước là hợp chất hoá học phổ biến nhất trên trái đất Nước có mặt ở mọinơi, đóng vai trò rất quan trọng trong hoạt động thực tiễn đời sống con người.Trong các ngành công nghiệp, nước được dùng làm dung môi, chất rửa, chất làmlạnh và thực sự là nguồn nguyên liệu quý giá Cùng với sự phát triển mạnh

mẽ, hiện nay môi trường sống ngày càng bị ô nhiễm ảnh hưởng trực tiếp đến đờisống và sức khoẻ con người, trong đó không thể nào bỏ qua được sự ô nhiễmmôi trường nước.Trong quá trình sinh sống và phát triển con người càng khaithác nhiều nguồn tài nguyên thiên nhiên hơn, trong đó có những tài nguyênkhông tái tạo được thì sẽ đi đến chỗ cạn kiệt như: nạn chặt phá rừng quá nặng

nề, khai thác tài nguyên khoáng sản, khai thác nước … Mặt khác con ngườicũng sản sinh ra nhiều chất thải hơn và càng làm cho môi trường bị ô nhiễm vàsuy thoái Sự suy thoái của môi trường đang đe dọa tới sức khỏe và tính mạngcủa hàng trăm triệu người dân trên thế giới nhất là các nước đang phát triển.Chính vì vậy mà trong thời đại hiện nay, trên phạm vi toàn thế giới và trongtừng quốc gia nổi lên vấn đề cơ bản nhất có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe củacon người đó là vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm môi trườngnước nói riêng

Như chúng ta đã biết, nước cũng như không khí rất cần thiết cho sự sống vàcác hoạt động của cơ thể con người, cho sự tồn tại và phát triển của môi trườngxung quanh Trong cơ thể mỗi con người lượng nước sạch cần thiết trong mộtngày dùng để ăn uống từ 2,5 – 3 lít nước và dùng cho các nhu cầu khác như tắmgiặt … bình quân cần phải từ 100 – 120 lít/ngày

Nguy cơ khan hiếm nước và tình trạng các nguồn nước sạch bị ô nhiễm dẫnđến tình trạng thiếu nước sạch phục vụ cho ăn uống và cho sinh hoạt của conngười càng ngày càng trầm trọng Ở nước ta đang bước vào thời kỳ đẩy mạnhcông nghiệp hóa, hiện đại hóa cùng với sự gia tăng về dân số, do vậy mà vấn đềnước sạch đã trở lên cấp bách hơn bao giờ hết Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã

tiến hành nghiên cứu cơ cấu bệnh tật ở Châu Á và đã đi đến kết luận như sau: “Tại một số nước ở Châu Á có 60% bệnh nhiễm trùng và 40% tử vong là do nướcdùng sinh hoạt không hợp vệ sinh”.

Quỹ Nhi Đồng Liên Hiệp Quốc (UNICEF) lại cảnh báo: “ Hàng năm, tại cácnước đang phát triển có khoảng 14 triệu trẻ em dưới 5 tuổi bị chết và 5 triệu trẻ

em bị tàn tật do dùng nước bị ô nhiễm”

Có rất nhiều chỉ tiêu để đánh giá chất lượng nước như: độ pH, độ kiềm, độaxit, hàm lượng oxi (DO, BOD, COD), hàm lượng chất hữu cơ, chất bảo vệ thựcvật, hàm lượng các cation, anion… Nước sạch đưa vào cơ thể nhiều nguyên tốcần thiết cho sự sống như: Iot, Sắt, Flo, Kẽm, Đồng, Mangan … Tuy nhiên khinồng độ của chúng trong nước vượt quá mức cho phép thì nó sẽ gây ra các bệnhhiểm nghèo Do đó nước dùng cho cuộc sống phải đủ về số lượng và đảm bảo antoàn về chất lượng

Mangan là một trong những kim loại có nhiều trong vỏ trái đất Nhu cầudinh dưỡng mỗi ngày đối với cơ thể con người từ 30 – 50 µg/kg thể trọng Nếu

dư thừa, mangan thì sẽ gây ra các bệnh hiểm nghèo như: viêm túi mật, ảnhhưởng đến vị giác và tuyến giáp trạng… Người ta đã ghi nhận được chứng cứ vềtính nhiễm độc thần kinh do tiếp xúc lâu với bụi có chứa mangan là tác dụng lên

hệ thần kinh trung ương, gây tổn thương thận và bộ máy tuần hoàn, phổi, ngộđộc nặng có thể dẫn tới tử vong

Vì vậy, việc xác định chính xác hàm lượng các kim loại nặng độc hại nhưMangan trong nước là vô cùng cần thiết Nó góp phần bảo vệ sức khỏe cộngđồng, đồng thời cũng góp phần xây dựng quy trình phục vụ kiểm tra chất lượngnước Do hàm lượng Mn trong nước nhỏ nên để kiểm soát hàm lượng Mn đòihỏi các phương pháp phân tích phải có độ chọn lọc và độ chính xác cao Nhữngphương pháp von ampe hòa tan, phương pháp kích hoạt notron, phương phápICP-MS (quang phổ cao tần plasma - khối phổ), phương pháp AES (quang phổphát xạ nguyên tử) và rộng rãi hơn là phương pháp AAS (quang phố hấp thụnguyên tử) được sử dụng để xác định lượng vết Mn Các phương pháp này đòihỏi thiết bị đắt tiền, tốn thời gian phân tích, trình độ tay nghề cao và thường

được trang bị cho nhũng phòng thí nghiệm lớn Đe khắc phục được nhữngnhược điểm trên, phương pháp đo quang phân tử (spectrophotometry) được ưutiên xem xét Đặc biệt, phương pháp đo quang động học xúc tác là một nhánhquan trọng sẽ được quan tâm đến vì thời gian phân tích ít, thiết bị rẻ tiền, thuốcthử dễ tìm mà đạt được độ nhạy và độ chọn lọc thích hợp.

Xuất phát từ mục tiêu đó chúng tôi lựa chọn đề tài:

“Phân tích và đánh giá hàm lượng Mangan trong nước đặc biệt là trong nước thải theo phương pháp trắc quang”.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1.TÍNH CHẤT CỦA CÁC ION KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC VÀ TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM CỦA CHÚNG

1.1.1.Thủy quyển

Nước là yếu tố quyết định sự tồn tại và phát triển của sự sống trên trái đất,

nó tham gia vào thành phần cấu trúc của sinh quyển, điều hoà các yếu tố của khíhậu trái đất thông qua chu trình vận động của nó Ngoài ra nước còn chứa đựngnhiều tiềm năng khác: trong sinh hoạt hàng ngày, trong sản xuất nông nghiệp,trong sản xuất công nghiệp, tạo ra điện năng

Nưóc trên trái đất có khối lượng ước tính 1.454.000.000 km3 Diện tích mặtnước chiếm đến 70% diện tích bề mặt trái đất Hơn 97,3% lượng nước toàn cầu

là nước mặn ở đại dương, khoảng 2,7% là nước ngọt (nhưng trong 2,7% này thìnước tồn tại ở dạng băng là 77,2%, nước ngầm là 22,4%, ở hồ là 0,35%, khíquyển là 0,04% còn lại trong nước suối là 0,01%) Như vậy chúng ta thấy chỉ córất ít là lượng nước được dùng cho hoạt động sinh hoạt hàng ngày của chúng ta

1.1.2.Tình trạng ô nhiễm

Với tình hình dân số ngày càng tăng, quá trình đô thị hoá, công nghiệp hoá

và nông nghiệp thâm canh phát triển thì cùng với nó là nhu cầu nước ngọt ngàycàng tăng Bên cạnh đó còn là sự ô nhiễm nước mặt, nước ngầm bị khai thác bừabãi và ngày càng nghiêm trọng, kéo theo đó là lượng nước sạch ngày càng hạnhẹp

Nguồn gốc gây ô nhiễm nước có thể là do tự nhiên hay nhân tạo Ô nhiễm cónguồn gốc tự nhiên do nước mưa hoặc tuyết, kéo theo các chất bẩn, ô nhiễm rồichảy ra sông ngòi, ao hồ rồi cuối cùng đổ ra biển, một phần ngấm xuống đất là ônhiễm nguồn nước ngầm Còn ô nhiễm nhân tạo gây ra chủ yếu do hoạt dộngcủa con người: do các hoạt động từ công nghiệp, nông nghiệp, thủy sản, y tế…Những chất gây ô nhiễm nguồn nước thường được thẩm thấu dần từ nướcmặt xuống các tầng sâu hơn, rồi tích tụ lại trong mạch nước ngầm Ta thấy rõ

hậu quả của nó thông qua chuỗi thức ăn của con người:

Và như vậy thì con người sẽ chịu mọi hậu quả do chính mình gây nên

Nền công nghiệp nước ta tuy chưa phát triển mạnh nhưng chất thải ra của nó

đã gây ra những ảnh hưởng to lớn đến sự ô nhiễm môi trường Hầu hết các chấtthải từ nhà máy thải ra đều chưa được xử lí một cách triệt để thậm chí được thảitrực tiếp ra các sông ngòi, cống thải vào môi trường Xung quanh khu vực củanhiều nhà máy, đất và nước đã bị ô nhiễm bởi các hoá chất độc hại do các nhàmáy đó thải ra

Theo các nghiên cứu của các nhà khoa học thì khi nồng độ của một số hoáchất trong nước cao quá tiêu chuấn cho phép sẽ gây ra một số bệnh cho chongười và sinh vật

Thí dụ: Crôm gây ung thư, Cadimi gây bệnh giòn xương, đau thận, thiếumáu

Ô nhiễm nước là một vấn đề nan giải và rộng khắp không phải ở một quốcgia mà là toàn cầu Vì thế việc kiểm soát và hạn chế ô nhiễm nước là một yêucầu cấp bách và cần thiết Nó liên quan đến các yếu tố chính trị, kinh tế, khoa

NướcKhông khí

Thực vậtĐộng vật

học và công nghệ của mỗi quốc gia Chính vì vậy mỗi quốc gia đều đưa ra tiêuchuấn chất lượng có thế đánh giá chất lượng nguồn nước và nước thải.

Trong tiêu chuẩn Việt Nam cũng có tiêu chuẩn nước mặt, nước ngầm, nướcthải công nghiệp nói chung Tuy nhiên, do đặc thù của từng ngành công nghiệp

có khác nhau, nên trong tương lai sẽ có tiêu chuẩn để đánh giá nước thải chotừng ngành công nghiệp được ban hành

Bảng 1.Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp đểlàm cơ sở tính giá trị tối đa cho phép

- Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải côngnghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mụcđích cấp nước sinh hoạt;

1.2.THỰC TRẠNG Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG, NGUYÊN NHÂN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

1.2.1.Giới thiệu chung về kim loại nặng

Kim loại nặng là những kim loại có phân tử lượng lớn hơn 52(g) bao gồmmột số loại như As, Cd, Cr, Cu, Pb,Hg,Se, Zn… chúng có nguồn gốc từ cácnguồn nước thải trong công nghiệp, nông nghiệp cũng như trong tự nhiên VD:cadimi có nguồn gốc từ chất thải công nghiệp,trong chất thải khi khai thácquặng, crôm trong mạ kim loại nước thải của sản phẩm gốc crôm hay chì trongcông nghiệp than ,dầu mỏ, thuỷ ngân trong chất thải công nghiệp khai tháckhoáng sản, thuốc trừ sâu.Chúng đều có những tác hại nhất định như: As có thể

gây ung thư,Cd có thể gây ra huyết áp cao, đau thận phá huỷ các mô và tế bàomáu,chì rất độc ảnh hưởng tới thận và thần kinh hay thuỷ ngân là một kim loạirất đôc.Các kim loại này khi thải vào nước làm cho nước bị nhiễm bẩn mất đimột số tính chất hoá lý đặc biệt cũng như những tính chất và thành phần thay đổilàm ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái và sức khoẻ con người.việc nhậnbiết nước bị ô nhiễm có thể căn cứ vào trạng thái hoá học,vật lý, hoá lý, sinh họccủa nước Ví dụ như khi nước bị ô nhiễm sẽ có mùi khó chịu,vị không bìnhthường,màu không trong suốt,số lượng cá và các thuỷ sinh vật khác giảm cỏ dạiphát triển, nhiều mùn,hoặc có váng dầu mỡ trên mặt nước…Số lượng ngày càngtăng của kim loại nặng trong môi trường là nguyên nhân gây nhiễm độc đối vớiđất, không khí và nước Việc loại trừ các thành phần chứa kim loại nặng độc rakhỏi các nguồn nước, đặc biệt là nước thải công nghiệp là mục tiêu môi trườngquan trọng bậc nhất phải giải quyết hiện nay.

Đã có nhiều giải pháp được đưa ra nhằm loại bỏ kim loại nặng trong nướcthải trước khi thải ra môi trường Bên cạnh các phương pháp hóa - lý với những

ưu thế không thể phủ nhận được người ta đã bắt đầu nghiên cứu sử dụng cácbiện pháp sinh học vì nhiều loài sinh vật có khả năng hấp thu kim loại nặng Xử

lý kim loại nặng dựa trên hiện tượng hấp thu sinh học (biosorption) có thể là mộtgiải pháp công nghệ của tương lai Trong số các sinh vật có khả năng đóng vaitrò là chất hấp thu sinh học (biosorbent) thì các loài tảo được đặc biệt chú ý Rấtnhiều trong số đó là các loài tảo có kích thước hiển vi hay còn gọi là vi tảo(microalgae)

Ô nhiễm kim loại trong nước thải công nghiệp: hầu hết các kim loại nặngnhư Pb, Hg, Cd, As, Cu, Zn, Fe, Cr, Co,Mn, Se, Mo tồn tại trong nước ở dạngion Chúng phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, trong đó chủ yếu là từ các hoạtđộng công nghiệp.Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong đa sốtrường hợp, các kim loại nặng khi đã phóng thích vào môi trường thì sẽ tồn tạilâu dài Chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn mà ở đó con người làmắt xích cuối cùng

Quá trình này bắt đầu với những nồng độ rất thấp của các kim loại nặng tồntại trong nước hoặc cặn lắng, rồi sau đó được tích tụ nhanh trong các động vật

và thực vật sống trong nước Tiếp đến là các động vật khác sử dụng các thực vật

và động vật này làm thức ăn, dẫn đến nồng độ các kim loại nặng được tích lũytrong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn Cuối cùng ở sinh vật cao nhất trong chuỗithức ăn, nồng độ kim loại sẽ đủ lớn để gây ra độc hại Con người, xét theo quanđiểm sinh thái, thường có vị trí cuối cùng trong chuỗi thức ăn, vì thế họ vừa làthủ phạm vừa là nạn nhân của ô nhiễm kim loại nặng.Nguồn ô nhiễm kim loạinặng từ các hoạt động công nghiệp là hết sức phong phú: công nghiệp hóa chất,khai khoáng, gia công và chế biến kim loại, công nghiệp pin và ắc qui, côngnghiệp thuộc da

1.2.2 Thực trạng ô nhiễm kim loại nặng

Công cuộc công nghiệp hoá được gắn với tình trạng ô nhiễm gia tăng Ônhiễm do kim loại nặng thải ra từ các ngành công nghiệp là một mối đe doạnghiêm trọng đối với sức khoẻ nhân dân và sự an toàn của hệ sinh thái.Việt Nam

là nước có nền kinh tế nông nghiệp nhưng hoạt động công nghiệp đem lại 20%GDP Nhịp độ phát triển công nghiệp nhanh, đạt trên 10% Sự phát triển tronghoạt động công nghiệp đang vượt sự phát triển của cơ sở hạ tầng.Hiện nay, cácngành công nghiệp đều đổ trực tiếp chất thải chưa được xử lý vào môi trường.Kim loại nặng và độc tố là các thành phần đặc trưng của các chất thải côngnghiệp

Theo kết quả quan trắc và phân tích môi trường, hàm lượng Đồng, Chì,Cacdimi và Côban ở các vùng nước ven biển gần các thị trấn và trung tâm côngnghiệp lớn nhiều hơn so với mức tự nhiên của chúng trong nước biển Đặc biệt,Đồng và Kẽm được coi là hàm lượng cao không thể chấp nhận được, và ThuỷNgân, mặc dù chưa đạt tới "mức ô nhiễm", nhưng đã đạt tới mức cho phép

Việt Nam đặt mục tiêu tăng gấp đôi GNP vào năm 2000 và quá trình côngnghiệp hoá có tầm quan trọng lớn đối với sự phát triển kinh tế Quá trình côngnghiệp hoá dự kiến sẽ được tập trung ở các vùng thành thị, trong đó có các trungtâm đô thị ven biển lớn của Việt Nam Các ngành công nghiệp của Việt Namđều đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển và hiện không có đủ các phương tiệncần thiết để giảm và loại trừ các tác động môi trường do các hoạt động của mình

gây ra Đây là một nguy cơ gây ô nhiễm tiềm tàng, đe doạ hệ sinh thái vùng ven

bờ và biển

Vì vậy, loài người thường xuyên phải chiụ đựng ảnh hưỏng của nhiều kimloại độc có trong môi trường ở các mức độ khác nhau Sự nhiễm độc này phốbiến ở nước đang phát triển, đặc biệt ở các khu vực công nghiệp.Thông thường,con người không dễ nhận ra sự tồn tại cuá kim loại nặng trong môi trưòng.Chính vì vậy mà khó có thế tránh đưọc tác hại của chúng Chúng là nhũngnguyên tố bền vững nhất trong môi trường, cũng như trong cơ thế động vật vàcon ngưòi Trên thực tế, so với cuộc đời của các sinh vật thì có thế coi như thòigian tồn tại của kim loại là vĩnh cửu Nói chung, chúng không thế chuyển vị vàkhông thể tiêu huỷ Ngưòi ta cho rằng độc tính của toàn bộ khối lượng kim loạihàng năm trong sinh quyến có tác hại lớn hơn nhiều lần so với toàn bộ rác thảihữu cơ và phóng xạ Theo Nriagu và Pacyna tại nhiều khu vực công nghiệpnồng độ các kim loại trong môi trường đã nâng cao đến mức có thế trở thànhmối đe doạ cho sức khoẻ con người

Không phải chỉ có con người là chịu tác hại của nạn ô nhiễm do kim loại gây

ra mà nó ảnh hưởng tới toàn bộ sinh thái, nó đã làm biến đổi một số đặc tính củacây cối, gây dị tật bất thường, bệnh tật của các loài chim thú và con người Hơnnữa, kim loại và các hợp kim của chúng là những chất không thể thiếu được đốivới khoa học và công nghệ hiện đại, có rất ít kim loại con người đã biết đến màchưa được sử dụng trong thực tiễn Trong cuộc sống ngày nay, tốc độ ứng dụngcủa kim loại xâm nhập vào môi trường nước một cách tuỳ ý Cần nghiêm túckiểm soát, hạn chế sử dụng lí kíp thời nạn ô nhiễm kim loại nặng

Ngoài ra, sự phát triển cùa công nghiệp hiện đại đã tạo nền văn minh vậtchất chưa từng có, nhưng cũng đã mang lại cho loài người sự nguy hại về ônhiễm môi trường, trong đó có môi trường nước có nguy cơ bị ô nhiễm cao nhất

vì phần lớn các chất thải công nghiệp được vận chuyển vào vòng di chuyển củanước Các kim loại nặng như: Pb, Hg, Cd, Cr, As, Cu, Fe, Zn, Mn Đều phátsinh chủ yếu từ các hoạt động sản xuất công nghiệp, mà hầu hết chúng đều tồntại trong nước dưới dạng muối tan, khi chúng tôn tại ở dạng cation, khi ở dạnganion

1.2.3.Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng trong nước

Sự tập trung công nghiệp và đô thị hoá cao độ gây tác động lớn đối với môitrường, trong đó có môi trường nước Các dòng xả nước thải gây ô nhiễm môitrường nước mặt, nước ngầm, gây ô nhiễm đất Các nguồn nước thải chính ở các

đô thị và khu công nghiệp hiện nay là:

· Sinh hoạt đô thị thải ra một lượng tương đối lớn, khoảng 80% lượng nướccấp Lượng nước thải này xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận mà không có bất kỳmột biện pháp xử lý nào Nước thải sinh hoạt chủ yếu chứa các chất ô nhiễmhữu cơ

· Nước thải từ các cơ sở công nghiệp, thủ công nghiệp, đều chưa qua xử lýhoặc chỉ xử lý sơ bộ Các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp rất đa dạng,

có cả chất hữu cơ, dầu mỡ, kim loại nặng, Nồng độ COD, BOD, DO, tổngcoliform đều không đảm bảo tiêu chuẩn cho phép đối với nước thải xả ra nguồn

· Nước mưa chảy tràn, đặc biệt là nước mưa đợt đầu

Nước thải sinh hoạt ở các thành phố là một nguyên nhân chính gây nên tìnhtrạng ô nhiễm nước và vấn đề này có xu hướng càng ngày càng xấu đi Nướcthải và nước mưa, nhất là nước mưa đợt đầu, đều không được xử lý Trong các

đô thị, do dân số tăng nhanh, nhưng hệ thống thoát nước không được cải tạo xâydựng kịp thời, nên nước thải trực tiếp chảy vào các sông mà không được kiểmsoát chặt chẽ Vấn đề càng xấu đi do sự quản lý chất hải rắn và xử lý các chấtthải công nghiệp không đầy đủ ở các thành phố lớn, thị xã và khu công nghiệp,nên tình trạng ô nhiễm vốn đã xấu, sẽ có chiều hướng nghiêm trọng hơn, kéotheo là vấn đề sức khoẻ cộng đồng, cũng như chất lượng đời sống sẽ xấu đi.Tìnhtrạng ô nhiễm nước rõ ràng nhất là ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, HảiPhòng, Đà Nẵng, Huế, Nam Định, Hải Dương và các thành phố, thị xã lớn Tại

Hà Nội, hầu như các chất thải sinh hoạt và công nghiệp đều không được xử lý.Trong số 82 khu công nghiệp mới, chỉ khoảng 20 khu công nghiệp có trạm

xử lý nước thải tập trung Đó là các trạm xử lý nước thải tại Khu Công nghiệpBắc Thăng Long, Khu Công nghiệp Nội Bài ở Hà Nội; Khu Công nghiệp

Nomura ở Hải Phòng, Khu Công nghiệp Việt Nam - Xingapo ở Bình Dương,

Số khu công nghiệp còn lại vẫn chưa có trạm xử lý nước thải tập trung

Trong số các doanh nghiệp đã khảo sát, năm 2002, có tới 90% số doanhnghiệp không đạt yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng dòng xả nước thải xả ra môitrường 73% số doanh nghiệp xả nước thải không đạt tiêu chuẩn, do không cócác công trình và thiết bị xử lý nước thải Có 60% số công trình xử lý nước thảihoạt động vận hành không đạt yêu cầu Nước thải hiện thời chưa được phân loại.Trong tương lai gần, hệ thống thoát nước của các thành phố sẽ được cải tạonhiều hơn và việc sử dụng lại hệ thống thoát chung là điều không tránh khỏi Rấtcần thiết nghiên cứu, cụ thể hóa các phương án cải tạo các hệ thống chung trởthành các hệ thống thoát nước nửa riêng, chọn ra các phương án cải tạo, chiatách nước thải hợp lý nhất

1.2.4 Các biện pháp khắc phục ô nhiễm

1.2.4.1 Xử lý ô nhiễm kim loại nặng bằng các phương pháp hóa lý.

Bằng con đường xử lý hóa học người ta có thể loại trừ kim loại nặng ra khỏinước thải Với các nguồn nước thải công nghiệp có nồng độ kim loại nặng cao

và pH cực đoan thì việc xử lý chúng bằng các phương pháp hóa lý là rất ưu thế Các phương pháp hóa lý thường được sử dụng là:

- Phương pháp bay hơi

- Phương pháp kết tủa hóa học

- Phương pháp trao đổi ion

- Phương pháp hấp phụ

- Kỹ thuật màng

- Phương pháp điện hóa

Khi nồng độ kim loại trong nước thải cao, khối lượng nước thải không quálớn thì các phương pháp xử lý hóa-lý tỏ ra rất hiệu quả Tuy nhiên, nước thải saukhi được xử lý vẫn còn một lượng kim loại nặng nhất định Điều này không phải

là không nguy hiểm đối với môi trường Điều quan trọng là phương thức xử lý

hóa lý có thể không hiệu quả hoặc quá đắt khi nồng độ khởi đầu của kim loạinặng trong nước thải chỉ khoảng 10-100 mg/lít Và như vậy, trong những điềukiện mà phương pháp xử lý hóa lý tỏ ra quá đắt và quá phức tạp thì các biệnpháp sinh học có cơ hội thay thế một cách thành công.

1.2.4.2 Xử lý ô nhiễm kim loại nặng bằng các phương pháp sinh học.

Cơ sở của phương pháp này là hiện tượng nhiều loài sinh vật (thực vật thủysinh, tảo, nấm, vi khuẩn ) có khả năng giữ lại trên bề mặt hoặc thu nhận vàobên trong các tế bào của cơ thể chúng các kim loại nặng tồn tại trong đất vànước (hiện tượng hấp thu sinh học-biosorption)

Các phương pháp sinh học để xử lý kim loại nặng bao gồm:

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MANGAN2.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN TỐ MANGAN

Mangan là kim loại chuyển tiếp, thuộc phân nhóm phục nhóm (VII) và nằm

ở ô số 25, chu kỳ 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn

Cấu hình electron: ls2 2s2 2p6 3s2 3p63d5 4s2

Khối lượng nguyên tử: 54,938đvc

Trong tự nhiêm mangan là nguyên tố khá phổ biến, chiếm 0,1% tronglượng

vỏ trái đất, mangan có trong nước suối, nước hồ, nước biển và có trong cơ thể sống của động thực vật và con người Các khoáng vật chủ yếu của mangan làquặng piroluzit (MnO), các quặng hosmanit (Mn3O4) và bonit (Mn2O3) cũng cógiá trị lớn

Lượng chứa mangan tính theo thành phần phần trăm trong thạch quyển là0,09%, trong đất là 0,085%, trong cơ thế sống là 0,01% Ngoài ra mangan còntồn tại ở một số khoáng vật như:

• Prilomelan: mMnO.MnO2.nH2O có thành phần hoá học không cố định, tỷ

lệ MnO và MnO2 thay đổi nhiều hay ít tuỳ theo quá trình oxy hoá

• Mangan kim loại được điều chế bằng cách dùng nhôm khử oxit của nótrong lò điện

2.2.TÍNH CHẤT CỦA MANGAN

2.2.1 Tính chất vật lý

Mangan là kim loại màu trắng xám tương đối hoạt động nhưng ở nhiệt độthường mangan phản ứng với oxy bao phủ bề ngoài kim loại bảo vệ cho kim loại

không bị oxy hóa tiếp ngay cả khi đun nóng tỷ trọng là 7,43 Nhiệt độ nóng chảy1.250°C; nhiệt độ sôi là 2.151 °c.

Thế oxy hoá khử của A13+/A1 Mn2+/Mn Zn2+/Zn

Mangan dễ tan trong axít tạo thành muối tương ứng và giải phóng hyđro:

Mn + 2HC1 → MnCl2 + H2↑

Mn + H2SO4 → MnSO4 + H2↑

Mangan phản ứng với HNO3 loãng:

3Mn + 8HNO3(L) → 3 Mn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2OMangan không phản ứng với H2SO4 và HNO3 đặc nguội mà chỉ phản ứngvới H2SO4 và HNO3 đặc, nóng

Mn + 4HNO3(đ) → Mn(NO3)2+ 2NO2↑ + 2H2OMangan là kim loại đứng trước Fe, trong dãy điện hóa, nó có ái lực với oxycòn lớn hơn Fe, điều này có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp luyện thép.Trong khi nấu thép để tăng chất lượng của thép, người ta dùng Mn ở giai đoạncuối để khử S , O2 Mangan khử oxy của oxit ở trong thép biến MnO2 đi vàodưới dạng xỉ silicat (MnSiO3)

Đồng thời magan khử lưu huỳnh của sunphat sắt (FeS) lẫn trong thép biếnSO2↑

Bột magan nóng (gần 1000°C) khử được nước

2Mn + 4H2O → 2Mn(OH)2+ 2H2

2.3 NHỮNG HỢP CHẤT CỦA MAGAN :

2.3.1 Hợp chất của Mn(II).

Số phối trí đặc trung của Mn(II) là 6 ứng với dạng lai hoá sp3d2 với sự phân

bố liên kết 8 mặt Các hợp chất Mn(II) đều có tính thuận từ và đều có 5 electronđộc thân

Đa số hợp chất Mn(II) dễ tan trong nước, ít tan là MnO màu lục xám, MnS,MnF2, Mn(OH)2, MnCO3 và Mn3(PO4)2 Khi tan trong nước các muối Mn(II)phân li tạo phức aquơ kiểu [Mn(OH2)6]2+ làm cho dung dịch có màu hồng.

Các muối Mn(II) trong môi trường kiềm dễ tạo thành Mn(OH)2 với tích sốtan là 7.1er15

Mn2+ + 2H2O + 2NH3 → Mn(OH)2 + 2NH4+Khi NH4+ dư và đun nóng dung dịch sẽ có phản ứng

Mn(OH)2 + 2NH4+→ Mn2+ + 2NH3 + 2H2O

Áp dụng phản ứng này đế có thể tách và xác định riêng từng kim loại tronghợp kim chứa Mn, Fe, Ba Mầu được phân hủy bằng HC1, sau đó dùng dungdịch H2SO4 loãng kết tủa Ba ở dạng BaSO4, thêm NH4Cl vào dung dịch và cho

từ từ dung dịch NH3 đến khi metyl da cam chuyến màu thì Fe(III) kết tủa ở dạngFe(OH)3 Nước lọc chỉ chứa Mn(II)

Lượng Mn(II) trong dung dịch chứa Fe(III), Cr(III), Mn(II) được tách bằngbột ZnO dư Ban đầu dùng H2SO4 phân hủy mẫu, sau đó dùng dung dịch NH3trung hòa lượng axit dư Cho dư bột ZnO vào bình, Fe(III) và Cr(III) sẽ đi vàokết tủa nên Mn(II) nằm trong nước lọc:

ZnO + H2O → Zn2+ + 2OH

-Cr3++3OH- → Cr(OH)3

Fe3+ + 3OH-→ Fe(OH)3Mn(II) là chất oxi hóa yếu, phải dùng phương pháp điện phân hoặc chất khửmạnh như Al mới có thế chuyển Mn(II) về Mn(0)

Khi tác dụng với các chất oxi hóa các hợp chất Mn(II) thể hiện tính

khử Trong môi trường kiềm Mn(OH)2 bị O2 của không khí oxi hóa:

6Mn(OH)2 + O2 → 2Mn2MnO4 + 6H2O

( Đây là một phản ứng dùng để định lượng oxi hòa tan trong nước) Trongmôi trường kiềm mạnh, Mn2+ có thể bị oxi hóa thành MnO42- :

3MnSO4 + 2KClO3 + 12KOH → 3K2MnO4 + 2KCl + 3K2SO4 + 6H2O

Trong môi trường axit những chất oxi hóa mạnh như PbO2 oxi hóa Mn2+thành MnO4- :

2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 + 2H2O

Mn(II) có thể kết hợp với các chất vô cơ (như cyanua) và các chất hữu cơ(như etilendiamin, oxalat, EDTA) tạo thành các phức bền

2.3.2 Hợp chất của Mn(III)

Hợp chất của Mn(III) là hợp chất ít bền và có tính oxi hóa khử

Mn(III) oxit Mn2O3 màu đen tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vậtbraunit Khi tác dụng với axit loãng tạo ra MnO2 và muối Mn(II) Nhưng khi tácdụng với axit đặc cho muối Mn(III)

Mn(III) hiđroxit được kết tủa từ dung dịch nước không có thành phần ứngđúng Mn(OH)3 mà là hiđrat Mn2O3.xH2O Ở 1000C hiđrat này mất nước tạothành mono hiđrat Mn2O3.H2O thường được biểu diễn là MnOOH và tồn tạitrong tự nhiên dưới dạng khoáng vật Manganit

Những muối Mn(III) đơn giản và tương đối thông dụng là: MnF3,Mn2(SO4)3, Mn(CH3COO)3 Trong dung dịch Mn3+ dễ bị phân hủy theo phảnứng:

2Mn3+ + 2H2O MnO2 + Mn2+ + 4H+

Tuy nhiên Mn3+ tồn tại bền hơn khi ở các trạng thái phức chất Ví dụ:

MnO2, Mn(OH)4 là những hợp chất vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử,không tan trong nước

Khi tác dụng với chất khử chúng đóng vai trò chất oxi hóa, Ví dụ:

MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2OKhi tác dụng với chất oxi hóa chúng đóng vai trò chất khử, sản phẩm lànhững hợp chất Mn(VI), Mn(VII):

3MnO2 + KClO3 + 6KOH → 3K2MnO4 + KCl + 3H2O2MnO2 + 3PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2H2O

2.3.4 Hợp chất của Mn(VI)

Mn(VI) chỉ được biết trong ion manganat (MnO42-) có màu lục thẫm Người

ta đã tách được tinh thể muối manganat của kim loại kiềm, amôni, kim loại kiềmthổ, chì, cacđimi

MnO42- chỉ tồn tại trong dung dịch có dư kiềm, trong trường hợp ngược lạichúng thủy phân theo phương trình:

3K2MnO4 + 2H2O → 2KMnO4 + MnO2 + 4KOHK2MnO4 + H2SO4 → H2MnO4 + K2SO4( 3H2MnO4 → 2HMnO4 + MnO2 + 2H2O)Các hợp chất Mn(VI) là những chất oxi hóa mạnh, tuy nhiên khi tác dụngvới

các chất oxi hóa mạnh hơn thì sẽ thể hiện tính khử:

2K2MnO4 + Cl2 → 2KMnO4 + 2KCllon MnO42- theo thuyết trường tinh thể được xem là phức chất của kim loạichuyển tiếp

2.3.5 Hợp chất của Mn(VII)

Anhiđric pemanganic Mn2O7 là chất lỏng nhờn, màu đen xanh, khôngbền Người ta điều chế nó bằng cách tác dụng H2SO4 đặc lên KMnO4 :

2KMnO4 + H2SO4 → Mn2O7 + K2SO4 + H2O

Mn2O7 là hợp chất oxit axit điển hình, tác dụng mạnh với nước theo phảnứng:

Mn2O7 + H2O → 2HMnO4

Ion MnO4- có màu đỏ tím tồn tại nhiều dưới dạng muối KMnO4 là chất oxihóa mạnh và được dùng rộng rãi trong phòng thí nghiệm Sản phẩm khửpemanganat được tạo thành tương ứng với tính chất của môi trường

Trong môi trường axit mạnh:

MnO-4 + 5e + 8H+ → Mn2+ + 4H2OTrong môi trường acid yếu, trung tính:

MnO-4 + 4H+ + 3e → MnO2 + 2H2OMôi trường kiềm:

MnO4- + e → MnO4

2-2.4 SỰ PHÂN BỐ CỦA MANGAN TRONG TỰ NHIÊN

Mangan là nguyên tố phổ biến ở mọi nơi trên trái đất chiếm khoảng

1000 ppm (0,1%) trong vỏ Trái Đất, đứng hàng thứ 12 về mức độ phổ biến củacác nguyên tố ở đây Từ sông hồ, biển cả cho đến những cơ thể sống như độngvật, thực vật và con người Có khoản 150 khoáng vật

Hàm lượng mangan trong vỏ trái đất chiếm khoản 0,1% và 0,03% tổng sốnguyên tử

Các khoáng vật chủ yếu của mangan là quặng pyroluzit MnO2 hay heumanitMn3O2, Braunit Mn3O2 cũng có giá trị lớn Các quặng quan trọng khác thường có

sự phân bố liên quan đến các quặng sắt.Các nguồn trên đất liền lớn nhưng phân

bố không đều Khoảng 80% nguồn tài nguyên mangan đã được biết đến trên thếgiới được tìm thấy ở Nam Phi, các mỏ khác được tìm thấy ở Ukraina, Ấn Độ,Trung Quốc, Brasil…

2.5 VAI TRÒ CỦA MANGAN

Các hợp chất của mangan được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tếquốc dân Gần 95% Mn được sản xuất là dùng để chế thép trong ngành luyệnkim Mn có khả năng loại oxi, loại lưu huỳnh trong thép, gang và có khả năngtạo hợp kim với sắt hành thép đặc biệt, truyền cho thép những phẩm chất tốt nhưkhó gỉ, cứng và chịu mài mòn.Thép Mn chứa 1 – 2% Mn dùng làm đường ray,trụ mô tơ, bánh răng Thép mangan chứa 10- 15% Mn, có độ trắng và độ bền

cao, dùng để làm những chi tiết cứng, chịu va đập như búa, má của máy đập đá,

bi của mấy nghiền quặng và gàu của tàu nạo vét sông Thép không gỉ loại không

có Ni chứa 14% Cr và 15% Mn chịu được axit HNO3 và những khí chứa lưuhuỳnh Gang kính chứa 5-20%Mn Hợp kim chứa 83% Cu, 13% Mn và 4% Niđược dùng trong kỹ nghệ sản xuất dây điện trở Hợp kim chứa 56,6% Cu;0,5%Mn; 13% Ni được dùng làm cặp pin nhiệt điện

Trong ngành hoá học, mangan thường dùng làm chất xúc tác cho một số quátrình phản ứng

Trong các đối tượng sinh học, mangan đóng vai trò đặc biệt quan trọng ởthực vật Mangan tham gia vào nhiều quá trình như hô hấp, quang hợp, tổng hợpClorophylhidrocacbon và vitamin c

Mangan giữ vai trò quan trọng trong quá trình oxy hoá và có thành phầnmen oxy hoá, lon Mn2+ tham gia trong nhiều phản ứng trao đổi trung gian, thí dụ

Mn2+ kích thích sự phân giải của gluxit, hoạt hoá quá trình photphoric hoáglucoza (men photopho gluconutaza), sự tạo thành axit pyruvic (menenolaza),

sự oxy isoxitric (men isoxiticcodehy draza) Ion mangan Mn2+ làm tăng cường

sự trao đổi protit thông qua sự hoạt hoá các men dipeptidaza và acginaza.Nguyên tố này tham gia vào quá trình tạo xương bằng cách hoạt hoá menphotphataza của xương và photphataza kiềm tích luỹ Ca3(PO4) ở mô xương.Trong hầu hết các quá trình này những ion Mn2+ có thể thay thế được nhiều ion

và cánh) Mangan có hàm lượng nhỏ trong sinh vật và là nguyên tố vi lượngquan trọng đối với sự sống Đất thiếu Mn làm cho thực vật thiếu Mn, điều nàyảnh hưởng lớn đến sự phát triển của xương động vật Ion Mn là chất hoạt hóamột số enzim xúc tiến một số quá trình tạo thành chất clorofin (chất diệp lục),

tạo máu và sản xuất những kháng thể nâng cao sức đề kháng của cơ thể Mangancần cho quá trình đồng hóa nitơ của thực vật và quá trình tổng hợp protein.

Mangan có vai trò sinh lý rất quan trọng đối với cây trồng, đó là sự tham giacủa mangan vào quá trình oxy hoá - khử xảy ra trong tế bào sống Người tathường thấy những triệu chứng thiếu mangan ở cây thể hiện ở việc xuất hiệntrên lá những đốm úa vàng nhỏ rải rác và sự phát triển bộ rễ rất yếu Đê bổ sunglượng mangan trong đất trồng trọt, người ta thường bón phân NPK có chứa vilượng mangan [Mn2+] như ở dạng muối MnSO4 Theo nghiên cứu ở vùng nhiệtđới có nhiều người bị mắc bệnh bướu cổ đã phát hiện rằng, ngoài thiếu iốt, thức

ăn, nước uống ở đây còn có hàm lượng Zn, Mn, Co, Cu rất thấp Việc thiếu Mn,

Co, Cu trong thức ăn đã góp phần làm suy yếu sức khỏe, góp phần thúc đẩybệnh bướu cổ phát triển Nhu cầu Mangan của người lớn là 8 mg mỗi ngày.Thực phẩm chứa nhiều Mn là củ cải đỏ, cà chua, đậu tương, khoai tây Mn làmgiảm lượng đường trong máu nên tránh được bệnh tiểu đường Người bị nhiễm

Mn trong một thời gian dài thường mắc các bệnh thần kinh, rối loạn vận động,nhiễm độc mức hàm lượng cao kim loại này sẽ gây các bệnh về hô hấp Với conngười, mangan gây ra hội chứng được gọi là “manganism”, gây ảnh hưởng đến

hệ thần kinh trung ương, bao gồm các triệu chứng như đau đầu, mất ngủ, viêmphổi, run chân tay, đi lại khó khăn, co thắt cơ mặt, tâm thần phân liệt và thậmchí ảo giác

Mangan không phải là tác nhân gây độc nguy hiểm, vì trong nhiều nguồnnước, nồng độ của nó dao động từ 0,005- lmg/ml Những hoạt động khaikhoáng, nhà máy sản xuất pin, đốt nhiên liệu hoá thạch là những nguồn cung cấpnước Mn vào nước Với nồng độ quá cao trong nước, mangan là nguyên nhângây ra hiện tượng nước cứng, hiện tượng nhuộm màu các dụng cụ nấu nướng,

đồ dùng nhà tắm và quần áo, gây mùi trong thức ăn và nước uống

CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MANGAN