Khảo sát nước thải phòng thí nghiệm hóa phân tích và nghiên cứu phương pháp xử lý

Nước là một tài nguyên thiên nhiên quý giá, là một trong bốn thành phần cấu tạo môi trường, bao gồm thủy quyển, thạch quyển, khí quyển và sinh quyển. Trái đất sẽ không thể có sự sống nếu thiếu nước. Nước đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và đời sống. Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã làm cho đời sống đời sống con người ngày càng nâng cao. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó là tình trạng ô nhiễm môi trường. Vấn đề môi trường đang là một vấn đề mang tính toàn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và đời sống của con người đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước đang ngày càng gia tăng. Rất nhiều các hóa chất độc hại được thải vào các nguồn nước từ các hoạt động sống, các quá trình sản xuất của con người,… Trong đó phải kể đến các hóa chất, chất thải, đặc biệt là các kim loại nặng từ các phòng thí nghiệm, thực hành hóa trong các trường học, viện nghiên cứu,… Hiện nay, ở Việt Nam chưa có quy trình và đội ngũ chuyên xử lý rác thải, nước thải phòng thí nghiệm. Thực tế, tình trạng hồn nhiên xả các chất dung môi, hóa chất trực tiếp xuống hệ thống ống thoát nước trong các trường ĐH, các viện nghiên cứu rất phổ biến. Mặc dù số lượng chất thải từ các phòng thí nghiệm chưa phải là lớn như ở nước ngoài, khi thải ra môi trường, chúng có thể chưa gây ảnh hưởng ngay, nhưng về lâu dài, chúng tích tụ, mức độ nguy hại đối với môi trường, sinh vật và con người là có thật. Vì vậy, xử lý nước thải phòng thí nghiệm là một vấn đề cần đáng quan tâm, không chỉ bảo vệ môi trường, mà trước mắt là bảo vệ ngay chính cộng đồng sinh viên trong các trường đại học, nhân viên trong các viện nghiên cứu, chứ chưa nói đâu xa. Khoa Hóa học, Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu với nhiều phòng thí nghiệm đang hoạt động, phục vụ công tác học tập và nghiên cứu của sinh viên khoa hóa, một trong những phòng thí nghiệm có ảnh hưởng đến chất lượng nước thải của trường chính là phòng thí nghiệm hóa phân tích. Do đó, để góp phần giảm thiếu ô nhiễm nước trong trường học em xin chọn đề tài “Khảo sát nước thải phòng thí nghiệm hóa phân tích và nghiên cứu phương pháp xử lý”.

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC, Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 4

1.1 Khái niệm 4

1.2 Vai trò của nước 5

1.2.1 Vai trò của nước đối với đời sống con người 7

1.2.2 Vai trò của nước đối với động - thực vật 10

1.2.3 Vai trò của nước đối với sản xuất 12

1.3 Ô nhiễm môi trường nước 13

1.3.1 Khái niệm ô nhiễm môi trường nước 13

1.3.2 Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước 14

a) Ô nhiễm tự nhiên 15

b) Ô nhiễm nhân tạo 16

1.3.3 Các tác nhân gây ô nhiễm 19

a) Các ion vô cơ hòa tan 19

b) Các kim loại nặng 22

c) Nồng độ pH 25

d) Các tác nhân khác 26

1.4 Phương pháp xử lý 26

1.4.1 Phương pháp xử lý cơ học 27

1.4.2 Phương pháp kết tủa 27

1.4.5 Phương pháp hấp thụ 34

1.4.6 Phương pháp trao đổi ion 35

1.4.7 Phương pháp trung hòa 36

1.4.8 Các quá trình tách bằng màng 38

1.4.9 Phương pháp oxy hóa – khử 40

a) Oxy hóa bằng Clo 41

b) Oxy hóa bằng peoxyt hydro (H2O2) 41

c) Oxy hóa bằng Ozon 42

d) Làm sạch bằng khử 44

1.4.10 Phương pháp làm sạch sinh học 45

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 49

2.1 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 49

2.2 Nội dung khảo sát nước thải phòng thí nghiệm hóa phân tích, cở sở 3, Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu 49

2.2.1 Nội dung khảo sát 50

2.2.2 Địa điểm nghiên cứu 50

a) Thời gian, địa điểm lấy mẫu 50

b) Địa điểm tiến hành thí nghiệm 50

2.3 Phương pháp xác định các chỉ tiêu vật lý 51

2.3.1 Khảo sát nhiệt độ 51

2.3.2 Xác định hàm lượng cặn theo TCVN 4560 – 88 51

a) Xác định hàm lượng cặn lơ lửng 51

b) Xác định hàm lượng cặn hòa tan 52

c) Xác định hàm lượng cặn vô cơ hòa tan 53

2.3.3 Xác định DO bằng phương pháp Winkler (theo tiêu chuẩn TCVN 4556 – 88) 54

2.4 Phương pháp xác định các chỉ tiêu hóa học 58

2.5 Phương pháp xử lý nước thải 58

2.5.1 Trung hòa axit, kết tủa kim loại 59

a) Khảo sát lượng thể tích của Ca(OH)2 5% dùng để trung hòa pH nước thải 59

b) Khảo sát lượng kết tủa thu được khi xử lý bằng Ca(OH)2 59

c) Khảo sát khả năng kết tủa Pb(II), Ni(II) hydroxyt bằng sữa vôi Ca(OH)2 60

d) Tiến hành thử nghiệm xử lý 60

2.5.2 Keo tụ chất rắn lơ lửng 60

2.5.3 Xử lý màu bằng than hoạt tính 61

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ 62

3.1 Kết quả khảo sát trước khi xử lý 62

3.1.1 Khảo sát các chỉ tiêu vật lý 62

a) Khảo sát nhiệt độ 62

b) Chất rắn lơ lửng 62

c) Hàm lượng cặn hòa tan 63

d) Hàm lượng cặn vô cơ hòa tan 63

e) Hàm lượng oxy hòa tan DO 64

f) Nhu cầu oxy hóa học COD 64

3.1.2 Kết quả khảo sát các chỉ tiêu hóa học của nước thải 65

3.2 Kết quả khảo sát lượng thể tích Ca(OH)2 dùng để trung hòa 66

3.3 Kết quả khảo sát lượng kết tủa thu được khi xử lý bằng Ca(OH)2 67

3.4 Kết quả khảo sát kết tủa Pb(OH)2, Ni(OH)2 bằng Ca(OH)2 68

3.5 Thành phần hóa – lý của nước sau xử lý 70

3.5.1 Các chỉ tiêu vật lý sau khi xử lý 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 78

BOD Nhu cầu oxy sinh hóa

Bảng 1.1 Phân bố lượng nước trên thế giới 7

Bảng 1.2 Nồng độ kim loại trong dòng thải đối với quá trình kết tủa một số kim loại trong nước 28

Bảng 1.3 pH tại điểm bắt đầu kết tủa hydroxyt của các kim loại 29

Bảng 1.4 Lượng tác nhân theo lý thuyết để trung hòa các axit 38

Bảng 1.5 Các quá trình tách bằng màng 39

Bảng 1.6 So sánh thế oxy hóa của ozon với một số chất oxy hóa 42

Bảng 1.7 Hệ thống các phương pháp và công trình xử lý sinh học theo nguyên lý oxy hóa 46

Bảng 3.1 Bảng kết quả khảo sát nhiệt độ 62

Bảng 3.2 Khảo sát kết quả hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải 62

Bảng 3.3 Khảo sát hàm lượng cặn hòa tan trong nước thải 63

Bảng 3.4 Khảo sát hàm lượng cặn vô cơ hòa tan trong nước thải 63

Bảng 3.5 Khảo sát hàm lượng oxy hòa tan của mẫu nước thải 64

Bảng 3.6 Nhu cầu oxy hóa học trong nước thải 64

Bảng 3.7 Kết quả một số chỉ tiêu hóa học của nước thải chưa được xử lý 65

Bảng 3.8 Khảo sát sự biến thiên pH của nước thải khi được xử lý bằng Ca(OH)2 66

Bảng 3.9 Khối lượng kết tủa thu được tương ứng với thể tích Ca(OH)2 67

Bảng 3.10 Kết quả khảo sát kết tủa Ni(OH)2 và Pb(OH)2 bằng Ca(OH)2 5% 68

Bảng 3.11 Thành phần vật lý của nước sau xử lý 70

Bảng 3.12 Thành phần hóa học của nước thải sau khi xử lý 71

Đề mục Trang

Hình 1.1 Vòng tuần hoàn của nước 5

Hình 1.2 Tỉ lệ giữa các loại nước trên thế giới 6

Hình 1.3 Cơ thể con người cần 2 – 2,5 lít nước uống mỗi ngày 8

Hình 1.4 Thực vật, chồi non nảy mầm nhờ có nước 10

Hình 1.5 Vai trò của nước với nông nghiệp 12

Hình 1.6 Nước xả thải của công ty Vedan làm ô nhiễm sông Thị Vải 14

Hình 1.7 Lũ lụt lịch sử ở Bangkok, Thái Lan mang theo nhiều rác thải gây ô nhiễm .15

Hình 1.8 Nhiều kênh, rạch ở Tp Hồ Chí Minh đang bị ô nhiễm nặng do rác thải sinh hoạt của người dân 16

Hình 1.9 Khả năng hòa tan của một số hydroxyt kim loại theo pH 29

Hình 2.1 Xác định hàm lượng cặn lơ lửng 51

Hình 2.2 Đun cách thủy cốc đựng mẫu xác định hàm lượng cặn hòa tan 53

Hình 2.3 Nung chén sứ đựng tinh cặn tại nhiệt độ 600 oC để xác định hàm lượng cặn vô cơ hòa tan 53

Hình 2.4 Xác định hàm lượng DO bằng phương pháp chuẩn độ 55

Hình 2.5 Đun sôi dung dịch mẫu để xác định hàm lượng COD của nước thải 56

Hình 2.6 Quá trình chuẩn độ COD của mẫu nước bằng dung dịch KMnO4 57

Hình 3.1 Ảnh hưởng của Ca(OH)2 đến sự kết tủa Ni(II), Pb(II) Hydroxyt 69

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nước là một tài nguyên thiên nhiên quý giá, là một trong bốn thành phần cấutạo môi trường, bao gồm thủy quyển, thạch quyển, khí quyển và sinh quyển Tráiđất sẽ không thể có sự sống nếu thiếu nước Nước đóng vai trò quan trọng trong sảnxuất công nghiệp, nông nghiệp và đời sống

Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã làm cho đời sống đời sốngcon người ngày càng nâng cao Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó là tình trạng ônhiễm môi trường Vấn đề môi trường đang là một vấn đề mang tính toàn cầu, ảnhhưởng trực tiếp đến sức khỏe và đời sống của con người đặc biệt là ô nhiễm môitrường nước đang ngày càng gia tăng Rất nhiều các hóa chất độc hại được thải vàocác nguồn nước từ các hoạt động sống, các quá trình sản xuất của con người,…Trong đó phải kể đến các hóa chất, chất thải, đặc biệt là các kim loại nặng từ cácphòng thí nghiệm, thực hành hóa trong các trường học, viện nghiên cứu,…

Hiện nay, ở Việt Nam chưa có quy trình và đội ngũ chuyên xử lý rác thải,nước thải phòng thí nghiệm Thực tế, tình trạng hồn nhiên xả các chất dung môi,hóa chất trực tiếp xuống hệ thống ống thoát nước trong các trường ĐH, các việnnghiên cứu rất phổ biến Mặc dù số lượng chất thải từ các phòng thí nghiệm chưaphải là lớn như ở nước ngoài, khi thải ra môi trường, chúng có thể chưa gây ảnhhưởng ngay, nhưng về lâu dài, chúng tích tụ, mức độ nguy hại đối với môi trường,sinh vật và con người là có thật

Vì vậy, xử lý nước thải phòng thí nghiệm là một vấn đề cần đáng quan tâm,không chỉ bảo vệ môi trường, mà trước mắt là bảo vệ ngay chính cộng đồng sinhviên trong các trường đại học, nhân viên trong các viện nghiên cứu, chứ chưa nóiđâu xa Khoa Hóa học, Trường ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu với nhiều phòng thí nghiệmđang hoạt động, phục vụ công tác học tập và nghiên cứu của sinh viên khoa hóa,một trong những phòng thí nghiệm có ảnh hưởng đến chất lượng nước thải của

trường chính là phòng thí nghiệm hóa phân tích Do đó, để góp phần giảm thiếu ônhiễm nước trong trường học em xin chọn đề tài “Khảo sát nước thải phòng thínghiệm hóa phân tích và nghiên cứu phương pháp xử lý”.

2 Tình hình nghiên cứu

Cho đến nay có rất nhiều công trình nghiên cứu xử lý các kim loại nặngtrong nước thải từ các nhà máy công nghiệp, từ các cơ sở sản xuất, luyện kim, ,…tuy nhiên lại rất ít hoặc chưa có công trình nghiên cứu khảo sát và xử lý nước thảiphòng thí nghiệm

3 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của đồ án này “Khảo sát nước thải phòng thí nghiệm hóa phân tích

và nghiên cứu phương pháp xử lý” nhằm khảo sát mức độ ô nhiễm của nước thảiphòng thí nghiệm hóa phân tích dựa vào phân tích các chỉ tiêu của nước thải theoTCVN và QCVN Dựa trên kết quả khảo sát được đưa ra phương pháp xử lý thíchhợp nhằm đảm bảo các chỉ tiêu nước thải đạt tiêu chuẩn trước khi xả vào môitrường

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để thực hiện những mục đích nghiên cứu trên ta cần xác định một số chỉ tiêucủa nước thải như: BOD, DO, COD, pH, nhiệt độ, clorua, sunfat, photphat, hàmlượng một số kim loại nặng Dùng một số hóa chất như than hoạt tính, sữa vôiCa(OH)2…để xử lý nước thải

5 Phương pháp nghiên cứu

thải PTN Hóa phân tích dựa trên TCVN 5945:2010 và QCVN 40:2011/BTNMTcùng các bài thực hành thí nghiệm Hóa phân tích;

 Tiến hành thu thập nước thải phòng thí nghiệm Hóa phân tích

Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

nghiệm

 Tiến hành xử lý một số chỉ tiêu vượt tiêu chuẩn

6 Kết quả đạt được

Qua quá trình thực hiện đồ án đã thu được một số kết quả như sau:

phân tích

niken, pH, hàm lượng chất lơ lửng, …

giảm ô nhiễm nước thải PTN Hóa phân tích

7 Cấu trúc của đồ án

Nội dung của đồ án bao gồm:

Chương 1: Tổng quan về nước,

Ô nhiễm môi trường nước và phương pháp xử lý

Chương 2: Phương pháp thực nghiệm.

Chương 3: Kết quả

Kết luận – Kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC,

Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ1.1 Khái niệm

Nước là một hợp chất hóa học của Oxy và Hydro, có công thức hóa học

là H 2 O, nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời

sống Nước tinh khiết không có màu, không mùi, không vị và chúng tồn tại ở badạng chính đó là lỏng, rắn, khí

Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực Các hợp chất phân cựchoặc có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước Tính hòa tan củanước đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xảy

ra trong môi trường nước

Nước tinh khiết không dẫn điện Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nướchay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịchnước cho phép dòng điện chạy qua

Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axíthoặc bazơ Ở pH = 7 (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt (OH-) cân bằng vớihàm lượng của hydronium (H3O+) Khi phản ứng với một axit mạnh hơn thí dụ nhưHCl, nước phản ứng như một chất kiềm:

tuần hoàn này thể hiện rõ sự tồn tại và vận động của nước trên mặt đất, trong lòngđất và trong bầu khí quyển của trái đất.

Hình 1.1 Vòng tuần hoàn của nước [28]

1.2 Vai trò của nước

Nước là thành phần quan trọng của các tế bào sinh học và là môi trường củacác quá trình sinh hóa cơ bản như quang hợp

Hơn 70% diện tích của Trái Đất được bao phủ bởi nước Lượng nước trênTrái Đất có vào khoảng 1,38 tỉ km³ Trong đó 97,4% là nước mặn trong các đạidương trên thế giới, phần còn lại, 2,6% là nước ngọt, tồn tại chủ yếu dưới dạngbăng tuyết đóng ở hai cực và trên các ngọn núi, chỉ có 0,3% nước trên toàn thế giới(hay 3,6 triệu km³) là có thể sử dụng làm nước uống

Hình 1.2 Tỉ lệ giữa các loại nước trên thế giới [29]

Nước là một dạng tài nguyên thiên nhiên, là một môi trường và cũng là mộtmôi trường thành phần Nước đáp ứng được hầu hết các nhu cầu về ăn uống, hoạtđộng công nghiệp, năng lượng, nông nghiệp, dịch vụ và vận tải …

Nước được sử dụng trong công nghiệp từ lâu như là nguồn nhiên liệu (cốixay nước, máy hơi nước, nhà máy thủy điện), như là chất trao đổi nhiệt

Bảng 1.1 Phân bố lượng nước trên thế giới [6]

Nguồn nước nước (km Thể tích 3 )

Thể tích nước (dặm khối)

% nước ngọt

% của tổng lượng nước

1.2.1 Vai trò của nước đối với đời sống con người

Nước là khởi nguồn của sự sống trên trái đất, đồng thời cũng là nguồn để duytrì sự sống tiếp tục tồn tại nơi đây Sinh vật không có nước sẽ không thể sống nổi vàcon người nếu thiếu nước cũng sẽ không tồn tại

Hình 1.3 Cơ thể con người cần 2 – 2,5 lít nước uống mỗi ngày [30]

Nguồn nước ảnh hưởng tới đời sống con người như [14]:

- Nước là một thành phần tất yếu trong sinh hoạt và ăn uống của chúng ta

Nó cần thiết cho sự phát triển và duy trì mọi hoạt động trong cơ thểchúng ta

- Nước đóng vai trò rất quan trọng đối với sự sống vì con người ta không

thể nào sống mà không có nước

- Trong những điều kiện mát mẻ không uống nước con người có thể tồn tại

được 7 ngày, nhưng con người có thể sống trên 60 ngày không ăn

- Nước chiếm khoảng 75% cơ thể lúc mới sinh và khoảng 60% khi con

người trưởng thành

- Nước được hiện diện ở tất cả các cơ quan trong con người với tỷ lệ khác

nhau

- Cơ thể thiếu nước không chỉ ảnh hưởng tới sức khỏe mà còn tạo ra những

biểu hiện như mất ngủ, mệt mỏi, kém tập trung

- Nước trong cơ thể chúng ta có thể có nguồn gốc từ mọi loại chất lỏnguống được và thức ăn, nước cũng xuất hiện do kết quả trao đổi chất đạm,chất béo

Nước là yếu tố thứ hai quyết định sự sống chỉ sau không khí, vì vậy conngười không thể sống thiếu nước Nước chiếm khoảng 58 – 67% trọng lượng cơ thểngười lớn và đối với trẻ em lên tới 70 – 75%, đồng thời nước quyết định tới toàn bộquá trình sinh hóa diễn ra trong cơ thể con người

Khi cơ thể mất nước, tình trạng rối loạn chuyển hóa sẽ xảy ra, Protein vàEnzyme sẽ không đến được các cơ quan để nuôi cơ thể, thể tích máu giảm, chấtđiện giải mất đi và cơ thể không thể hoạt động chính xác Tình trạng thiếu nước dokhông uống đủ hàng ngày cũng sẽ ảnh hưởng tới hoạt động của não bởi có tới 75 –80% thành phần mô não được cấu tạo từ nước, điều này gây trí nhớ kém, thiếu tậptrung, tinh thần và tâm lý giảm sút …

Nước cũng là một nguồn cung cấp khoáng chất quan trọng cho cơ thể bởi nóhòa tan khoáng chất như Flo, Iốt, kẽm, canxi, …, là môi trường cho các phản ứngsinh hóa và cũng là nguồn nuôi dưỡng, phát tán nòi giống sinh vật Nước giúp cho

cơ thể duy trì nhiệt độ ổn định để chống chọi với thời tiết, giúp làn da tươi trẻ mịnmàng, giúp cơ thể tràn đầy năng lượng và đẹp hơn

Không những vậy, nước còn là bộ phận quan trọng của hệ thống bài tiết, giúp

cơ thể thải loại những chất độc tích tụ hàng ngày qua hệ dinh dưỡng và hô hấp Việccung cấp nước đầy đủ sẽ giúp tránh được các bệnh nguy hiểm như sỏi thận, viêmbàng quang, viêm cơ khớp, ung thư và các bệnh khác do độc tố tích lũy lâu ngàysinh ra

1.2.2 Vai trò của nước đối với động - thực vật

Đối với các sinh vật ở cạn, sau nhân tố nhiệt độ, nước (ở cả thể lỏng – dạngnước và thể khí – độ ẩm trong không khí) là một nhân tố sinh thái vô cùng quantrọng Trong lịch sử phát triển của sinh giới trên bề mặt trái đất luôn luôn gắn liềnvới môi trường nước Các sinh vật đầu tiên xuất hiện trong môi trường nước Quátrình đấu tranh lên sống ở cạn, chúng cũng không tách khỏi môi trường nước, nướccần thiết cho quá trình sinh sản Sự kết hợp của các giao tử hầu hết được thực hiệntrong môi trường nước, nước cần thiết cho quá trình trao đổi chất [13]

Hình 1.4 Thực vật, chồi non nảy mầm nhờ có nước [31]

Nước chứa trong cơ thể sinh vật một hàm lượng rất cao, từ 50 - 90% khốilượng cơ thể sinh vật là nước, có trường hợp nước chiếm tỷ lệ cao hơn, tới 98% như

ở một số cây mọng nước, ở ruột khoang (ví dụ: thủy tức)

Nước là thành phần bắt buộc của tế bào sống Có nhiều nước thực vật mớihoạt động bình thường được Nhưng hàm lượng nước trong thực vật không giốngnhau, thay đổi tùy thuộc loài hay các tổ chức khác nhau của cùng một loài thực vật.Hàm lượng nước còn phụ thuộc vào thời kỳ sinh trưởng của cây và điều kiện ngoạicảnh mà cây sống Vì vậy:

- Nước là thành phần cấu trúc tạo nên chất nguyên sinh (>90%)

chuyển thành gel và hoạt động sống của nó sẽ giảm sút

- Các quá trình trao đổi chất đều cần nước tham gia Nước nhiều hay ít sẽảnh hưởng đến chiều hướng và cường độ của quá trình trao đổi chất.

- Nước là nguyên liệu tham gia vào một số quá trình trao đổi chất

- Sự vận chuyển các chất vô cơ và hữu cơ đều ở trong môi trường nước

nước chiếm một lượng lớn trong tế bào thực vật, duy trì độ trương của

tế bào cho nên làm cho thực vật có một hình dáng nhất định

bảo đảm mối liên hệ khăng khít sự thống nhất giữa cơ thể và môitrường Trong quá trình trao đổi giữa cây và môi trường đất có sự thamgia tích cực của ion H+ và OH- do nước phân ly ra

trong cây khiến chúng phản ứng mau lẹ không kém một số thực vật bậcthấp dưới ảnh hưởng của tác nhân kích thích của ngoại cảnh

- Nước có một số tính chất hóa lý đặc biệt như tính dẫn nhiệt cao, có lợicho thực vật phát tán và duy trì nhiệt lượng trong cây Nước có sứccăng bề mặt lớn nên có lợi cho việc hấp thụ và vận chuyển vật chất.Nước có thể cho tia tử ngoại và ánh sáng trông thấy đi qua nên có lợicho quang hợp Nước là chất lưỡng cực rõ ràng nên gây hiện tượngthủy hóa và làm cho keo ưa nước được ổn định

Một số thực vật hạ đẳng (rêu, địa y) có hàm lượng nước ít (5 – 7%), chịuđựng thiếu nước lâu dài, đồng thời có thể chịu đựng được sự khô hạn hoàn toàn.Thực vật thượng đẳng mọc ở núi đá hay sa mạc cũng chịu được hạn còn đại đa sốthực vật nếu thiếu nước lâu dài thì chết Cung cấp nước cho cây là điều không thểthiếu được để bảo đảm thu hoạch tốt Việc thỏa mãn nhu cầu nước cho cây là điềukiện quan trọng nhất đối với sự sống bình thường của cây Những khả năng to lớntheo hướng này nhằm phục vụ sự phát triển và kĩ thuật tưới trong nông nghiệp Cuốicùng nước giữ vai trò tích cực trong việc phát tán nòi giống của các sinh vật, nước

còn là môi trường sống của nhiều loài sinh vật [15].

1.2.3 Vai trò của nước đối với sản xuất [12], [16]

- Trong nông nghiệp: Tất cả các cây trồng và vật nuôi đều cần nước để

phát triển

Hình 1.5 Vai trò của nước với nông nghiệp [32]

Từ một hạt cải bắp phát triển thành một cây rau thương phẩm cần 25 lít

nước; lúa cần 4.500 lít nước để cho ra 1 kg hạt Dân gian ta có câu: “Nhất nước,

nhì phân, tam cần, tứ giống”, qua đó chúng ta có thể thấy được vai trò của nước

trong nông nghiệp Theo FAO, tưới nước và phân bón là hai yếu tố quyết định hàngđầu là nhu cầu thiết yếu, đồng thời còn có vai trò điều tiết các chế độ nhiệt, ánhsáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thoáng khí trong đất, làm cho tốc độ tăng sảnlượng lương thực vượt qua tốc độ tăng dân số thế giới Đối với Việt Nam, nước đãcùng với con người làm lên nền Văn minh lúa nước tại châu thổ sông Hồng – cáinôi Văn minh của dân tộc, của đất nước, đã làm nên các hệ sinh thái nông nghiệp cónăng xuất và tính bền vững vào loại cao nhất thế giới, đã làm nên một nước Việt

Nam có xuất khẩu gạo đứng nhất nhì thế giới hiện nay Nước Việt Nam theo nghĩađen đúng của nó là nước.

- Trong Công nghiệp:

Nước cho nhu cầu sản xuất công nghiệp rất lớn Nước dùng để làm nguội cácđộng cơ, làm quay các tubin, là dung môi làm tan các hóa chất màu và các phản ứnghóa học Để sản xuất 1 tấn gang cần 300 tấn nước, một tấn xút cần 800 tấn nước.Người ta ước tính rằng 15% sử dụng nước trên toàn thế giới công nghiệp như: cácnhà máy điện, sử dụng nước để làm mát hoặc như một nguồn năng lượng, quặng vànhà máy lọc dầu, sử dụng nước trong quá trình hóa học, và các nhà máy sản xuất, sửdụng nước như một dung môi Mỗi ngành công nghiêp, mỗi loại hình sản xuất vàmỗi công nghệ yêu cầu một lượng nước, loại nước khác nhau Nước góp phần làmđộng lực thúc đẩy sự phát triển kinh tế Nếu không có nước thì chắc chắn toàn bộcác hệ thống sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, … Trên hành tinh này đều ngừnghoạt động và không tồn tại

Từ 3.000 năm trước công nguyên, người Ai Cập đã biết dùng hệ thống tướinước để trồng trọt và ngày nay con người đã khám phá thêm nhiều khả năng củanước đảm bảo cho sự phát triển của xã hội trong tương lai: nước là nguồn cung cấpthực phẩm và nguyên liệu công nghiệp dồi dào, nước rất quan trọng trong nôngnghiệp, công nghiệp, trong sinh hoạt, thể thao, giải trí và cho rất nhiều hoạt độngkhác của con người Ngoài ra nước còn được coi là một khoáng sản đặc biệt vì nótàng trữ một nguồn năng lượng lớn và lại hòa tan nhiều vật chất có thể khai thácphục vụ cho nhu cầu nhiều mặt của con người

1.3 Ô nhiễm môi trường nước

1.3.1 Khái niệm ô nhiễm môi trường nước

Ô nhiễm môi trường nước là hiện tượng các vùng nước như sông, hồ, biển,nước ngầm, , bị các hoạt động của con người làm nhiễm các chất có thể gây hạicho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên

Hình 1.6 Nước xả thải của công ty Vedan làm ô nhiễm sông Thị Vải [33]

Ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và chất lượng nước khôngđáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn cho phép và cóảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật

Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý – hoá học– sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồnnước trở nên độc hại với con người và sinh vật Làm giảm độ đa dạng sinh vật trongnước

Hiến chương châu Âu về nước đã định nghĩa:

"Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượngnước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nôngnghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã"

1.3.2 Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước

Có nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan dẫn đến tình trạng ô nhiễmmôi trường nước như sự gia tăng dân số, mặt trái của quá trình công nghiệp hóa,hiện đại hóa, cơ sở hạ tầng yếu kém, lạc hậu, nhận thức của người dân về vấn đề

môi trường còn chưa cao, …, đáng chú ý là sự bất cập trong hoạt động quản lý, bảo

vệ môi trường Nhận thức của nhiều cơ quan quản lý, tổ chức và cá nhân có tráchnhiệm về nhiệm vụ bảo vệ môi trường nước chưa sâu sắc và đầy đủ, chưa thấy rõ ônhiễm môi trường nước là loại ô nhiễm gây nguy hiểm trực tiếp, hàng ngày và khókhắc phục đối với đời sống con người cũng như sự phát triển bền vững của đấtnước

Lũ lụt có thể làm nước mất sự trong sạch, khuấy động những chất dơ trong

hệ thống cống rãnh, mang theo nhiều chất thải độc hại từ nơi đổ rác, và cuốn theocác loại hoá chất trước đây đã được cất giữ

Hình 1.7 Lũ lụt lịch sử ở Bangkok, Thái Lan mang theo rác thải gây ô nhiễm [34]

Nước lụt có thể bị ô nhiễm do hoá chất dùng trong nông nghiệp, kỹ nghệhoặc do các tác nhân độc hại ở các khu phế thải Công nhân thu dọn lân cận cáccông trường kỹ nghệ bị lụt có thể bị tác hại bởi nước ô nhiễm hoá chất

Ô nhiễm nước do các yếu tố tự nhiên (núi lửa, xói mòn, bão, lụt, ) có thểrất nghiêm trọng, nhưng không thường xuyên, và không phải là nguyên nhân chínhgây suy thoái chất lượng nước toàn cầu

b) Ô nhiễm nhân tạo

Từ sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt (domestic wastewater): Là nước thải phát sinh từ các hộgia đình, bệnh viện, khách sạn, cơ quan trường học, chứa các chất thải trong quátrình sinh hoạt, vệ sinh của con người

Hình 1.8 Nhiều kênh, rạch ở Tp Hồ Chí Minh đang bị ô nhiễm nặng do rác thải

sinh hoạt của người dân [35]

Thành phần cơ bản của nước thải sinh hoạt là các chất hữu cơ dễ bị phân hủysinh học (cacbohydrat, protein, dầu mỡ), chất dinh dưỡng (photpho, nitơ), chất rắn

và vi trùng gây bệnh nguy hiểm Tùy theo mức sống và lối sống mà lượng nước thảicũng như tải lượng các chất có trong nước thải của mỗi người trong một ngày là

khác nhau Nhìn chung mức sống càng cao thì lượng nước thải và tải lượng thảicàng cao Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinhhoạt không được xử lý thích đáng là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễmmôi trường nghiêm trọng.

Từ công nghiệp

Nước thải công nghiệp (industrial wastewater): là nước thải từ các cơ sở sảnxuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải Khác với nước thải sinhhoạt hay nước thải đô thị, nước thải công nghiệp không có thành phần cơ bản giốngnhau, mà phụ thuộc vào ngành sản xuất công nghiệp cụ thể Ví dụ, nước thải củacác xí nghiệp chế biến thực phẩm thường chứa lượng lớn các chất hữu cơ, nước thảicủa các xí nghiệp thuộc da ngoài các chất hữu cơ còn có các kim loại nặng,sulfua,

Có nhiều hoạt động sản xuất công nghiệp gây ô nhiễm nước, trong đó chủyếu là:

nghiệp, khu chế xuất đã đi vào hoạt động ở nước ta mới chỉ có khoảng 62% khucông nghiệp, chế xuất có hệ thống xử lý nước thải Các công trình này dù đã đi vàohoạt động nhưng hiệu quả không cao, dẫn đến tình trạng 75% nước thải khu côngnghiệp thải ra ngoài với lượng ô nhiễm cao Chất lượng nước thải công nghiệp đềuvượt quá nhiều lần giới hạn cho phép Đặc biệt là nước thải các ngành công nghiệpnhuộm, thuộc da, chế biến thực phẩm, hóa chất có hàm lượng các chất gây ô nhiễmcao, không được xử lý thải trực tiếp vào hệ thống thoát nước đã làm cho nguồn

nước bị ô nhiễm nặng [22].

- Do khai thác khoáng sản: Trong chất thải này có thể có các hóa chấtđộc hại mà người ta sử dụng để tách quặng khỏi đất đá Trong chất thải ở các mỏthường có các hợp chất sulfide – kim loại, chúng có thể tạo thành axít, với khốilượng lớn chúng có thể gây hại đối với đồng ruộng và nguồn nước ở xung quanh

- Từ các lò nung và chế biến hợp kim: Trong quá trình sản xuất và chếbiến các loại kim loại như đồng, nicken, kẽm, bạc, kobalt, vàng và kadmium, môitrường bị ảnh hưởng nặng nề Hydrofluor, Sunfua – dioxit, Nitơ – oxit khói độccũng như các kim loại nặng như chì, Arsen, Chrom, Kadmium, Nickel, đồng vàkẽm bị thải ra môi trường.

Từ hoạt động sản xuất nông, ngư nghiệp

 Trong sản xuất nông nghiệp:

Các hoạt động chăn nuôi gia súc: Phân, nước tiểu gia súc, thức ăn thừakhông qua xử lý đưa vào môi trường và các hoạt động sản xuất nông nghiệp khác,thuốc trừ sâu, phân bón từ các ruộng lúa, dưa, vườn cây, rau chứa các chất hóa họcđộc hại có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước mặt

Trong quá trình sản xuất nông nghiệp, đa số nông dân đều sử dụng thuốc bảo

vệ thực vật gấp ba lần liều khuyến cáo Chẳng những thế, nông dân còn sử dụng cảcác loại thuốc trừ sâu đã bị cấm như Aldrin, Thiodol, Monitor, Trong quá trìnhbón phân, phun xịt thuốc, người nông dân không hề trang bị bảo hộ lao động Đa sốnông dân không có kho cất giữ bảo quản thuốc, thuốc khi mua về chưa sử dụngđược cất giữ khắp nơi, kể cả gần nhà ăn, giếng sinh hoạt, Đa số vỏ chai thuốc saukhi sử dụng xong bị vứt ngay ra bờ ruộng, số còn lại được gom để bán phế liệu

 Trong sản xuất ngư nghiệp:

Nước ta là nước có bờ biển dài và có nhiều điều kiện thuận lợi cho ngànhnuôi trồng thủy hải sản, tuy nhiên cũng vì đó mà việc ô nhiễm nguồn nước do các

hồ nuôi trồng thủy sản gây ra không phải là nhỏ

Nguyên nhân là do thức ăn, nước trong hồ, ao nuôi lâu ngày bị phân hủykhông được xử lý tốt mà xả ra sông suối, biển gây ô nhiễm nguồn nước Các chấtthải nuôi trồng thủy sản là nguồn thức ăn dư thừa thối rữa bị phân hủy, các chất tồn

dư sử dụng như hóa chất và thuốc kháng sinh, vôi và các loại khoáng chất Chất thải

ao nuôi công nghiệp có thể chứa đến trên 45% Nitrogen và 22% là các chất hữu cơkhác, là nguồn có thể gây ô nhiễm môi trường và dịch bệnh thủy sản phát sinh trongmôi trường nước

Bên cạnh đó, các xưởng chế biến mỗi ngày chế biến hàng tấn thủy hải sản,tuy nhiên trong quá trình chế biến đã thải ra môi trường toàn bộ lượng nước thải,bao gồm cả hóa chất, chất bảo quản Ngoài ra, nhiều loại thủy hải sản chỉ lấy mộtphần, phần còn lại vứt xuống sông, biển làm nước bị ô nhiễm, bốc mùi hôi khóchịu.

Từ dịch vụ

Ngành dịch vụ càng ngày càng chiếm một phần lớn của thương mại toàn cầu.Khu vực dịch vụ bao gồm nhiều lĩnh vực khác nhau từ du lịch, qua tài chính chođến lĩnh vực y tế, chăm sóc sức khỏe, Tuy nhiên, sự phát triển đó cũng đã để lạimột nỗi lo lớn cho môi trường, đó là một lượng nước thải lớn không qua xử lí mà xảtrực tiếp ra môi trường Đặc biệt là nước thải trong y tế

Nước thải y tế (bệnh viện) bao gồm nước thải từ các phòng phẫu thuật,phòng xét nghiệm, phòng thí nghiệm, từ các nhà vệ sinh, khu giặt là, rửa thực phẩm

và việc làm vệ sinh phòng, …, cũng có thể từ các hoạt động sinh hoạt của bệnhnhân, người nuôi bệnh và cán bộ công nhân viên làm việc trong bệnh viện, Nướcthải y tế có khả năng lan truyền rất mạnh các vi khuẩn gây bệnh, nhất là đối vớinước thải được thải ra từ các bệnh viện hay những khoa truyền nhiễm, lây nhiễm

Nước thải bệnh viện chứa vô số các loại vi trùng, vi rút và các mầm bệnhsinh học khác trong máu mủ, dịch, đờm, phân của người bệnh, các loại hóa chất độchại từ cơ thể và chế phẩm điều trị, thậm chí cả chất phóng xạ Do đó nó được xếpvào danh mục chất thải nguy hại, gây nguy hiểm cho người tiếp xúc

Sau khi hòa vào hệ thống nước thải sinh hoạt, những mầm bệnh này chu dukhắp nơi, xâm nhập vào các loại thủy sản, vật nuôi, cây trồng, nhất là rau thủy canh

và trở lại với con người Việc tiếp xúc gần với nguồn ô nhiễm còn làm tăng nguy

cơ ung thư và các bệnh hiểm nghèo khác cho người dân [17]

1.3.3 Các tác nhân gây ô nhiễm

a) Các ion vô cơ hòa tan [20]

Nhiều ion vô cơ có nồng độ rất cao trong nước tự nhiên, đặc biệt là trongnước biển.Trong nước thải đô thị luôn chứa một lượng lớn các ion Cl-, SO42-, PO43-,

Na+, K+ Trong nước thải công nghiệp, ngoài các ion kể trên còn có thể có các chất

vô cơ có độc tính rất cao như các hợp chất của Hg, Pb, Cd, As, Sb, Cr, F,

ăn uống và sinh hoạt

Sulfat (SO4 2- ):

Các nguồn nước tự nhiên, đặc biệt nước biển và nước phèn, thường có nồng

độ sulfat cao Sulfat trong nước có thể bị vi sinh vật chuyển hóa tạo ra sulfit và axitsulfuric có thể gây ăn mòn đường ống và bê tông Ở nồng độ cao, sulfat có thể gâyhại cho cây trồng

5942 – 1995) quy định nồng độ tối đa của amoni (hoặc amoniac) trong nguồn nướcdùng vào mục đích sinh hoạt là 0,05 mg/l (tính theo N) hoặc 1,0 mg/l cho các mụcđích sử dụng khác

đến chất lượng nước sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản Trẻ em uống nước chứanhiều nitrat có thể bị mắc hội chứng methemoglobin (hội chứng “trẻ xanh xao”).TCVN 5942 – 1995 quy định nồng độ tối đa của nitrat trong nguồn nước mặt dùngvào mục đích sinh hoạt là 10 mg/l (tính theo N) hoặc 15 mg/l cho các mục đích sửdụng khác.

Photphat (PO 4 3- ):

Cũng như nitrat, photphat là chất dinh dưỡng cần cho sự phát triển của thựcvật thủy sinh Nồng độ photphat trong các nguồn nước không ô nhiễm thường nhỏhơn 0,01 mg/l Nước sông bị ô nhiễm do nước thải đô thị, nước thải công nghiệphoặc nước chảy tràn từ đồng ruộng chứa nhiều loại phân bón, có thể có nồng độphotphat đến 0,5 mg/l Photphat không thuộc loại hóa chất độc hại đối với conngười, nhiều tiêu chuẩn chất lượng nước không quy định nồng độ tối đa chophotphat

Mặc dù không độc hại đối với người, song khi có mặt trong nước ở nồng độtương đối lớn, cùng với nitơ, photphat sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng(eutrophication, còn được gọi là phì dưỡng) Theo nhiều tác giả, khi hàm lượngphotphat trong nước đạt đến mức ≥ 0,01 mg/l (tính theo P) và tỷ lệ P:N:C vượt quá1:16:100, thì sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng nguồn nước Từ eutrophication bắtnguồn từ tiếng Hy Lạp, có nghĩa là “được nuôi dưỡng tốt” Phú dưỡng chỉ tình trạngcủa một hồ nước đang có sự phát triển mạnh của tảo Mặc dù tảo phát triển trongđiều kiện phú dưỡng có thể hỗ trợ cho chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nước, nhưng

sự phát triển bùng nổ của tảo sẽ gây ra những hậu quả làm suy giảm mạnh chấtlượng nước

Hiện tượng phú dưỡng thường xảy ra với các hồ, hoặc các vùng nước ít lưuthông trao đổi Khi mới hình thành, các hồ đều ở tình trạng nghèo chất dinh dưỡng(oligotrophic) nước hồ thường khá trong Sau một thời gian, do sự xâm nhập củacác chất dinh dưỡng từ nước chảy tràn, sự phát triển và phân hủy của sinh vật thủysinh, hồ bắt đầu tích tụ một lượng lớn các chất hữu cơ Lúc đó bắt đầu xảy ra hiệntượng phú dưỡng với sự phát triển bùng nổ của tảo, nước hồ trở nên có màu xanh,

một lượng lớn bùn lắng được tạo thành do xác của tảo chết Dần dần, hồ sẽ trởthành vùng đầm lầy và cuối cùng là vùng đất khô, cuộc sống của động vật thủy sinhtrong hồ bị ngừng trệ.

Xyanua (CN - ):

Xyanua là chất có tính độc rất cao và sẽ gây tử vong nếu ăn vào, hít vào hoặc

để thấm vào da, … Ngoài ion tự do CN- còn có phức xyanua, kẽm, cadimi, đồng,muối, mùn, chất hữu cơ, dao động từ 5 – 300 mg/l, nồng độ tổng các kim loại 30 –

70 mg/l, pH > 7 và chứa một ít tạp chất cơ học Cần xử lý để nồng độ xyanua (CN-)không quá 0,01 mg/l Có thể dùng sunphat sắt FeSO4.7H2O để biến CN- thành mộthợp chất xanh berlin hay xanh tuabun làm cho xyanua trở thành không độc

b) Các kim loại nặng [18], [19]

Pb, Hg, Cr, Cd, As, Mn, Ni, Sb, Al, Cu, Zn, Fe thường có trong nước thải

công nghiệp Hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao đối với con người vàcác động vật khác

Chì (Pb): Chì có trong nước thải của các cơ sở sản xuất pin, acqui, luyện kim, hóa

dầu Chì còn được đưa vào môi trường nước từ nguồn không khí bị ô nhiễm do khíthải giao thông Chì có khả năng tích lũy trong cơ thể, gây độc thần kinh, gây chếtnếu bị nhiễm độc nặng

Những biểu hiện của ngộ độc chì cấp tính như nhức đầu, dễ bị kích thích, vànhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh Khi bị nhiễm độc lâu dài đốivới con người có thể bị giảm trí nhớ, giảm khả năng hiểu, giảm chỉ số IQ, thiếumáu, chì cũng được biết là tác nhân gây ung thư phổi, dạ dày và u thần kinh đệm.Nhiễm độc chì có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy thai, … Hàmlượng cho phép trong nước uống đóng chai là 10 µg/l (QCVN 6 – 1:2010/BYT),trong nước ngầm là 10 µg/l (QCVN 09:2008/BTNMT)

Thủy ngân (Hg): Thủy ngân là kim loại được sử dụng trong nông nghiệp (thuốc

chống nấm) và trong công nghiệp (làm điện cực) Trong tự nhiên, thủy ngân đượcđưa vào môi trường từ nguồn khí núi lửa Ở các vùng có mỏ thủy ngân, nồng độ

thủy ngân trong nước khá cao Nhiều loại nước thải công nghiệp có chứa thủy ngân

ở dạng muối vô cơ của Hg(I), Hg(II) hoặc các hợp chất hữu cơ chứa thủy ngân

Thủy ngân là kim loại nặng rất độc đối với con người, đặc biệt độc hại làmethyl thủy ngân Vào thập niên 50, 60, ô nhiễm thủy ngân hữu cơ ở vịnhMinamata, Nhật Bản, đã gây tích lũy Hg trong hải sản Hơn 1000 người đã chết do

bị nhiễm độc thủy ngân sau khi ăn các loại hải sản đánh bắt trong vịnh này Đây làmột trong các sự cố môi trường nghiêm trọng nhất trong lịch sử hiện đại

Thủy ngân dễ bay hơi ở nhiệt độ thường nếu hít phải sẽ rất độc đến hệ thầnkinh, hệ tiêu hóa, phổi, thận có thể gây tử vong Trẻ em khi bị ngộ độc sẽ bị co giật,phân liệt, … Hàm lượng thủy ngân cho phép trong nước uống đóng chai là 6µg/l(QCVN 6 – 1:2010/BYT), trong nước ngầm là 1µg/l (QCVN 09:2008/ BTNMT)

Crôm (Cr): Tồn tại ở 2 dạng hóa trị 3 và 6 tuy nhiên ở hóa trị 6 crôm gây ảnh

hưởng xấu đến con người Gây loét dạ dày, ruột non, viêm gan, viêm thận, ung thưphổi … Hàm lượng cho phép trong nước uống đóng chai là 50 µg/l (QCVN 6 –1:2010/BYT), trong nước ngầm là 50 µg/l (QCVN 09:2008/BTNMT)

Asen (As): Asen trong các nguồn nước có thể do các nguồn gây ô nhiễm tự nhiên

(các loại khoáng chứa asen) hoặc nguồn nhân tạo (luyện kim, khai khoáng ) Asenthường có mặt trong nước dưới dạng asenit (AsO33-), asenat (AsO43-) hoặc asen hữu

cơ (các hợp chất loại methyl asen có trong môi trường do các phản ứng chuyển hóasinh học asen vô cơ)

Asen và các hợp chất của nó là các chất độc mạnh (cho người, các động vậtkhác và vi sinh vật), nó có khả năng tích lũy trong cơ thể và gây ung thư Độc tínhcủa các dạng hợp chất asen: As(III) > As(V) > Asen hữu cơ

As hóa trị 3 độc hơn rất nhiều so với hóa trị 5 Liều lượng gây chết ngườikhoảng 50 – 300 mg nhưng phụ thuộc vào từng người Con người bị nhiễm độcasen lâu dài qua thức ăn hoặc không khí dẫn đến bệnh tim mạch, rối loạn hệ thầnkinh, rối loạn tuần hoàn máu, rối loạn chức năng gan, thận Ngộ độc asen cấp tính

có thể gây buồn nôn, khô miệng, khô họng, rút cơ, đau bụng, ngứa tay, ngứa chân,rối loạn tuần hoàn máu, suy nhược thần kinh, … Hàm lượng cho phép trong nước

uống đóng chai là 10 µg/l (QCVN 6 – 1:2010/BYT), trong nước ngầm là 50 µg/l(QCVN 09:2008/BTNMT).

Cađimi (Cd): Cađimi được biết gây tổn hại đối với thận và xương ở liều lượng cao,

gây xương đau nhức trở nên giòn và dễ gãy… Hàm lượng cho phép trong nướcuống đóng chai là 3 µg/l (QCVN 6 – 1:2010/BYT), trong nước ngầm là 5µg/l(QCVN 09:2008/BTNMT)

Đồng (Cu): Đồng hiện diện trong nước do hiện tượng ăn mòn trên đường ống và

các dụng cụ thiết bị làm bằng đồng hoặc đồng thau Các loại hóa chất diệt tảo được

sử dụng rộng rãi trên ao hồ cũng làm tăng hàm lượng đồng trong nguồn nước Nướcthải từ nhà máy luyện kim, xi mạ, thuộc da, sản xuất thuốc trừ sâu, diệt cỏ hay phimảnh cũng góp phần làm tăng lượng đồng trong nguồn nước

Đồng không tích lũy trong cơ thể nhiều đến mức gây độc Ở hàm lượng 1 – 2mg/l đã làm cho nước có vị khó chịu, và không thể uống được khi nồng độ cao từ 5– 8 mg/l Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng đồng nhỏhơn 2 mg/l

Kẽm (Zn): Kẽm ít khi có trong nước, ngoại trừ bị ô nhiễm từ nguồn nước thải của

các khu khai thác quặng Chưa phát hiện kẽm gây độc cho cơ thể người, nhưng ởhàm lượng > 5 mg/l đã làm cho nước có màu trắng sữa Tiêu chuẩn nước uống vànước sạch đều quy định hàm lượng kẽm < 3mg/l

Sắt (Fe): Do ion sắt hai dễ bị oxy hóa thành hydroxyt sắt ba, tự kết tủa và lắng nên

sắt ít tồn tại trong nguồn nước mặt Đối với nước ngầm, trong điều kiện thiếu khí,sắt thường tồn tại ở dạng ion Fe2+ và hoà tan trong nước Khi được làm thoáng, sắthai sẽ chuyển hóa thành sắt ba, xuất hiện kết tủa hydroxyt sắt ba có màu vàng, dễlắng Trong trường hợp nguồn nước có nhiều chất hữu cơ, sắt có thể tồn tại ở dạngkeo (phức hữu cơ) rất khó xử lý Ngoài ra, nước có độ pH thấp sẽ gây hiện tượng ănmòn đường ống và dụng cụ chứa, làm tăng hàm lượng sắt trong nước

Sắt không gây độc hại cho cơ thể Khi hàm lượng sắt cao sẽ làm cho nước có

vị tanh, màu vàng, độ đục và độ màu tăng nên khó sử dụng Tiêu chuẩn nước uống

và nước sạch đều quy định hàm lượng sắt nhỏ hơn 0,5 mg/l

Niken (Ni): Niken ít khi hiện diện trong nước, ngoại trừ bị ô nhiễm từ nguồn nước

thải của ngành điện tử, gốm sứ, ắc quy, sản xuất thép Đối với một số gia súc, thựcvật, vi sinh vật, niken được xem là nguyen tố vi lượng, còn đối với cơ thể con ngườiđiều này chưa rõ ràng Người ta chưa quan sát thấy hiện tượng ngộ độc niken quađường tiêu hóa từ thức ăn và nước uống Tiếp xúc lâu dài với niken gây hiện tượngviêm da và có thể xuất hiện dị ứng ở một số người Ngộ độc niken qua đường hôhấp gây khó chịu, buồn nôn, nếu kéo dài sẽ ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trungương, gan thận nhồi máu cơ tim, ung thư… Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều

quy định hàm lượng niken nhỏ hơn 0,02 mg/l [7].

c) Nồng độ pH

pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý Các côngtrình xử lý nước thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm tronggiới hạn từ 7 – 7,6 Như chúng ta đã biết môi trường thuận lợi nhất để vi khuẩn pháttriển là môi trường có pH từ 7 – 8 Các nhóm vi khuẩn khác nhau có giới hạn pHhoạt động khác nhau Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi nhất với pH từ 4,8 –8,8 còn vi khuẩn nitrat với pH từ 6,5 – 9,3 Vi khuẩn lưu huỳnh có thể tồn tại trongmôi trường có pH từ 1 – 4

Ngoài ra pH còn ảnh hưởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng bằngcách tạo bông cặn bằng phèn nhôm

Nước thải sinh hoạt có pH = 7,2 – 7,6 Nước thải công nghiệp có pH rất khácnhau phụ thuộc từng loại công nghiệp

Các xí nghiệp sản xuất có thể thải ra nước thải có tính acid hoặc kiềm rất caochẳng những làm cho nguồn nước không còn hữu dụng đối với các hoạt động giảitrí như bơi lội, chèo thuyền mà còn làm ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật Nồng độacid sulfuric cao làm ảnh hưởng đến mắt của những người bơi lội ở nguồn nướcnày, ăn mòn thân tàu thuyền, hư hại lưới đánh cá nhanh hơn Nguồn nước lân cận

một số xí nghiệp có thể có pH thấp đến 2 hoặc cao đến 11; Trong khi cá chỉ có thểtồn tại trong môi trường có 4,5 < pH < 9,5.

Hàm lượng NaOH cao thường phát hiện trong nước thải ở các xí nghiệp sản xuấtbột giặt, thuộc da, nhuộm vải sợi NaOH ở nồng độ 25 ppm đã có thể làm chết cá

[25].

d) Các tác nhân khác

Ngoài các tác nhân trên còn có các tác nhân khác như màu, mùi vị, … cũnggây ra ô nhiễm cho nguồn nước

Màu: Nước nguyên chất thì không có màu, tuy nhiên nước thải, nước ngoài thiên

nhiên thường có màu Độ màu trong nước có nguồn gốc từ các hợp chất hữu cơ bị

phân hủy bởi vi sinh vật, các hợp chất keo sắt, các tác nhân gây màu như Crom(Cr), sắt (Fe),… hay từ nước thải công nghiệp hoặc do sự phát triển của rong rêu,tảo Tiêu chuẩn về nước thải công nghiệp qui định độ màu của nước thải nhỏ hơn 70mg/l Pt

Mùi vị: Nước có mùi là do có nguồn gốc từ nước thải công nghiệp hóa chất, chế

biến thực phẩm, dầu mỡ Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ, các xác chết động vậttrong nước, do các chất khí, các muối khoáng hoà tan, các hợp chất vô cơ và vi sinhvật Nước có thể có mùi bùn, mùi mốc, mùi tanh, mùi Clo, mùi phenol Vị mặn, vị

chua, vị chát, vị đắng

1.4 Phương pháp xử lý

Phương pháp xử lý nước thải nói chung và kim loại nặng nói riêng đều cần:

- Đơn giản, rẻ tiền

- Hiệu quả xử lý cao (với chất thải chứa kim loại nặng)

- Chất thải (kim loại nặng) trong nước thải đầu ra phải nhỏ hơn so với tiêuchuẩn cho phép

- Tuổi thọ của vật liệu xử lý cao

- Không gây ra chất ô nhiễm thứ cấp

- Có thể hoàn nguyên lại chất quý hiếm (kim loại quý)

Nói chung là khó có phương pháp nào đáp ứng đủ những yêu cầu trên, thôngthường mỗi phương pháp chỉ đáp ứng đươc một phần Tùy theo hoàn cảnh sử dụng

mà ta có thể lựa chọn phương pháp thích hợp, tối ưu nhất để sử dụng

1.4.1 Phương pháp xử lý cơ học

Trong nước thải thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng Để tách cácchất này ra khỏi nước thải, thường sử dụng các phương pháp cơ học như lọc quasong chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực li tâm

và lọc để tách các chất không hòa tan ra khỏi nước thải Phương pháp xử lý cơ họcthường đơn giản, rẻ tiền, có hiệu quả xử lý chất lơ lửng cao Tùy theo kích thước,tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ cần làm sạch

mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp

Phương pháp này thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của quy trình xử lý,quá trình được xem như bước đệm để loại bỏ các tạp chất vô cơ và hữu cơ khôngtan hiện diện trong nước nhằm đảm bảo tính an toàn cho các thiết bị và các quátrình xử lý tiếp theo

Cơ chế của phương pháp

Mn+ + Am- = MmAn(kết tủa)

[ M]m [A]n > Tt MA

Tt : tích số tan

Đây là phương pháp thông thường nhất để xử lý hầu hết các kim loại trongnước thải dưới dạng kết tủa với OH-, CO32-, SO42-, S2-, PO43-…, bằng cách đưa thêmtác nhân hóa học vào trong nước Trong đó S2-, OH- được sử dụng nhiều nhất vì nó

có thể tạo kết tủa dễ dàng với hầu hết các kim loại, còn các ion PO43-, SO42-, Cl- ,chỉ tạo kết tủa với một số các ion kim loại nhất định do vậy chúng chỉ được dùngkhi dòng thải chứa đơn kim loại hoặc một vài kim loại nhất định Sau đó, các dạngkết tủa được tách ra khỏi nước nhờ quá trình lắng, lọc Các hóa chất thường được sửdụng trong quá trình kết tủa là NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3, Na2S …, trong đó phổbiến nhất là Ca(OH)2

Đối với mỗi kim loại khác nhau có pH thích hợp để kết tủa khác nhau tùythuộc vào khả năng tạo kết tủa của M(OH)n và tùy thuộc vào nồng độ các kim loại

có trong nước thải cần xử lý

Bảng 1.2 Nồng độ kim loại trong dòng thải đối với quá trình kết tủa một số kim

loại trong nước [9]

0,005

Kết tủa sunfua kết hợp lọcKết tủa đồng thời với sắt

0,01 – 0,02

Kết tủa hydroxytKết tủa sunfua

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý như nhiệt độ, hóa chất sửdụng, nồng độ kim loại trong nước, … và đặc biệt là pH Do đó, để tối ưu quá trình

xử lý, tùy thuộc đặc tính nước thải mà lựa chọn hóa chất phù hợp và tiến hành xử lý

Bảng 1.3 chỉ nêu mức pH tối thiểu để có thể kết tủa các kim loại nặng ở mức

pH này độ kết tủa của các kim loại không phải là cực đại

Hình 1.9 khả năng hòa tan của một số hydroxyt kim loại theo pH [7]

Độ pH kết tủa cực đại của tất cả các kim loại không trùng nhau, do đó ta tìmmột vùng pH tối ưu, giá trị từ 7 – 11 tùy theo giá trị cực tiểu cần tìm để loại bỏ kimloại mà không gây hại

Theo như hình trên, hầu hết các kim loại kết tủa cực đại ở pH = 9 ÷ 11 Khi

pH tăng quá khoảng này thì độ kết tủa giảm do các kim loại có khả năng tạo phứckhi ở mức pH cao, tức là nồng độ kiềm cao (phức này có thể là phức của ion kimloại với một chất khác không phải chỉ với OH-)

Zn(OH)2 + 2OH- ⇌ [Zn(OH)4]

2-Cu(OH)2 + 2OH- ⇌ [Cu(OH)4]

2-Phương pháp kết tủa được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp như mộttrong những phương pháp truyền thống đơn giản và rất hiệu quả, đặc biệt là đối vớinhững dòng thải có nồng độ kim loại tương đối cao Ưu điểm của phương pháp này

là chi phí xử lý thấp và vận hành đơn giản Nhược điểm của phương pháp kết tủa là

sử dụng nhiều hóa chất, lượng bùn thải phát sinh lớn và có hàm lượng kim loại nặngrất cao Nếu như bùn thải này không được xử lý đúng kỹ thuật thì sẽ gây ô nhiễm

kim loại trong đất và nước ngầm.

Ưu, nhược điểm của phương pháp:

Ưu điểm:

- Chất lượng nước sau xử lý đáp ứng được chất lượng B (TCVN5495/2010);

Nhược điểm:

- Với nồng độ kim loại cao, phương pháp này xử lý không triệt để;

- Tốn kinh phí như vận chuyển, chôn lấp khi đưa bùn thải đi xử lý;

- Khi sử dụng tác nhân tạo kết tủa là OH- thì khó điều chỉnh pH đối vớinước thải có chứa kim loại nặng lưỡng tính Zn;

1.4.3 Phương pháp đông keo tụ [1]

Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thểtách được các hạt keo hòa tan vì chúng có kích thước nhỏ, để tách các hạt nhỏ đó thìcần tăng kích thước nó lên nhờ tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán, liên kết lạithành các hạt lớn hơn làm tăng vận tốc lắng Do vậy cần phải áp dụng phương pháp

xử lý hoá học, đó là phương pháp đông keo tụ

Đông keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất, trong đócác hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của các chất keo tụ mà liên kết vớinhau tạo thành bông keo có kích thước lớn và người ta có thể tách chúng ra khỏinước dễ dàng bằng các phương pháp lọc hay tuyển nổi

Các chất đông tụ thường dùng là: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al(OH)5Cl,Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4).12H2O.

Nhôm sunfat khi cho vào nước sẽ tác dụng tương hộ với bicacbonat chứatrong nước và tạo thành nhôm hydroxyt ở dạng gel:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2↑Nếu độ kiềm không đủ ta phải tăng thêm bằng cách cho thêm vôi, khi đó:

Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2⇌ 2Al(OH)3 + 3CaSO4

Bông hydroxyt tạo thành sẽ hấp phụ và dính kết các chất huyền phù, các chất

ở dạng keo trong nước thải tức là chuyển sang trạng thái tập hợp không ổn định.Với các điều kiện thủy động học thuận lợi, các bông đó sẽ lắng xuống đáy bể lắng ởdạng cặn

Nếu dùng các muối sắt sẽ tạo thành sắt hydroxyt không hòa tan.

2FeCl3 + 3Ca(OH)2 → 3CaCl2 + 2Fe(OH)3↓

Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 3CaSO4 + 2Fe(OH)3↓Hiệu suất đông tụ cao nhất khi giá trị pH = 4 ÷ 8,5 Để loại các bông lớn và

dễ lắng người ta cho thêm các chất trợ đông tụ Đó là chất cao phân tử tan trongnước và dễ phân ly thành ion Chất trợ đông tụ thông dụng nhất là polyacryalamit(CH2CHCOONH2)n [2].

Ngoài ra việc xác định liều lượng phèn để đưa vào xử lý nước ta có thể xácđịnh theo công thức thực nghiệm sau:

a = 4 M

Trong đó : a là liều lượng tính theo Al2(SO4)3 (mg/l)

M là độ màu của nước tính theo thang màu platin-coban

Bằng cách sử dụng quá trình đông keo tụ người ta có thể tách được hoặcgiảm đi các thành phần có trong nước như các kim loại nặng: Al3+, As, Cd2+, Cr3+,

Cu2+, Fe3+, Pb2+…, các chất bẩn lơ lửng, các anion PO43- và cải thiện độ đục, màu sắccủa nước

1.4.4 Phương pháp hấp phụ [7]

Hấp phụ là quá trình hút khí bay hơi hoặc chất hòa tan trong chất lỏng lên bềmặt chất rắn xốp gọi là quá trình hấp phụ

Phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong

xử lý nước thải nói chung và nước thải chứa kim loại nặng nói riêng Phương pháphấp phụ được sử dụng khi xử lý nước thải chứa các hàm lượng chất độc hại khôngcao Quá trình hấp phụ kim loại nặng xảy ra giữa bề mặt lỏng của dung dịch chứakim loại nặng và bề mặt rắn

Hiện nay người ta đã tìm ra nhiều loại vật liệu có khả năng hấp phụ kim loạinặng như: Than hoạt tính, than bùn, các loại vật liệu vô cơ như oxit sắt (Fe2O3), oxitmangan (MnO2), tro bay, xỉ than, bằng các vật liệu polyme hóa học hay polyme sinhhọc