khảo sát một số chỉ tiêu trong nước thải ở khu công nghiệp trà nóc thành phố cần thơ

Nước sau khi được sử dụng cho các quá trình sinh hoạt và sản xuất của con người đều trở thành nước thải có chứa nhiều vi sinh vật và các chất ô nhiễm, đặc biệt là nước thải ra từ các nhà

BỘ MÔN HÓA HỌC

- -

NGUYỄN THỊ BÍCH HUYÊN

KHẢO SÁT MỘT SỐ CHỈ TIÊU TRONG NƯỚC THẢI

Ở KHU CÔNG NGHIỆP TRÀ NÓC

THÀNH PHỐ CẦN THƠ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: HÓA HỌC

CẦN THƠ – 2013

BỘ MÔN HÓA HỌC

- -

NGUYỄN THỊ BÍCH HUYÊN

KHẢO SÁT MỘT SỐ CHỈ TIÊU TRONG NƯỚC THẢI

Ở KHU CÔNG NGHIỆP TRÀ NÓC

Kỹ sư NGUYỄN XUÂN DƯ

CẦN THƠ – 2013

Bộ môn Hóa học - -

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1 Cán bộ hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Đạt

Kỹ sư Nguyễn Xuân Dư

 Đề tài: Khảo sát một số chỉ tiêu trong nước thải ở khu công nghiệp

Trà Nóc, thành phố Cần Thơ

 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Bích Huyên MSSV: 2102249

2 Nội dung nhận xét:

a Nhận xét về hình thức LVTN:

b Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):

 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

c Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng

nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):

- Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Bích Huyên MSSV: 2102249

- Lớp: Cử nhân hóa học Khóa: 36

2 Nội dung nhận xét

a Nhận xét về hình thức LVTN:

b.Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):

 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

 Những vấn đề còn hạn chế:

c Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):

d Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày tháng năm 2013 Cán bộ chấm phản biện

Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất

cứ luận văn cùng cấp nào khác

Tôi cũng đã chỉnh sửa luận văn theo ý kiến của hội đồng

Cần Thơ, ngày tháng năm 2013

Nguyễn Thị Bích Huyên

Lời đầu tiên, con xin gửi lời biết sâu sắc đến ba mẹ đã có công sinh thành, nuôi nấng, dạy dỗ con nên người Ba mẹ luôn quan tâm, động viên con vượt qua mọi khó khăn để con có thể đạt được như ngày hôm nay

Em xin gửi lời cám ơn đến toàn bộ quý thầy cô trong Bộ môn Hóa học, khoa Khoa học Tự Nhiên, trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt kiến thức trong suốt quá trình học tập ở trường và tạo điều kiện cho chúng em thực hiện luận văn tốt nghiệp

Tiếp theo, em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Đạt, cô Nguyễn Thị Diệp Chi đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Em cũng xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Xuân Dư cùng các anh chị tại Trung tâm Kỹ thuật và Ứng dụng Công nghệ Cần Thơ đã tận tình chỉ bảo

và giúp em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp, tạo cơ hội cho em tiếp cận với công việc thực tế, nâng cao kiến thức trong ngành Hóa

Cuối cùng, xin cảm ơn các thành viên trong lớp Hóa học khóa 36 đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên tôi những lúc gặp khó khăn trong học tập, đời sống, cũng như trong quá trình thực hiện luận văn

MỤC LỤC

- -

Trang MỤC LỤC - i

DANH MỤC BẢNG - i

DANH MỤC HÌNH - iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - v

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU - 2

1.1 Đặt vấn đề - 2

1.2 Mục tiêu cụ thể - 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN - 3

2.1 Thực trạng nguồn nước các Khu công nghiệp (KCN) - 3

2.1.1 Thực trạng nguồn nước các KCN ở Đồng bằng sông Cửu Long - 3 2.1.2 Thực trạng nguồn nước tại KCN Trà Nóc - 3

2.2 Tổng quan về ammonia - 4

2.2.1 Sơ lược về NH3 - 4

2.2.2 Các phương pháp phân tích - 5

2.3 Tổng quan về chất hoạt động bề mặt anion (CHĐBM anion) - 6

2.3.1 Giới thiệu CHĐBM anion - 6

2.3.2 Một số CHĐBM anion thường sử dụng trong công nghiệp - 7

2.3.3 Tác hại - 8

2.3.4 Các phương pháp phân tích - 8

2.4 Tổng quan về Crom - 9

2.4.1 Sơ lược về Crom - 9

2.4.2 Ứng dụng và tác hại - 10

2.4.3 Các phương pháp phân tích - 11

2.5 Hệ thống ICP-OES - 13

2.5.1 Nguyên tắc hoạt động - 13

2.5.2 Các bộ phận chính của ICP-OES - 14

2.5.3 Cản nhiễu trong phép đo với ICP-OES - 16

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM - 18

3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện - 18

3.2 Phương pháp nghiên cứu - 18

3.2.1 Phương pháp lấy mẫu - 18

3.2.2 Phương pháp phân tích - 18

3.2.3 Phương pháp xử lý số liệu - 18

3.3 Thiết bị và dụng cụ - 19

3.4 Hoạch định thi nghiệm - 19

3.5 Tiến hành thí nghiệm - 19

3.5.1 Xác định NH3 - 19

3.5.2 Xác định CHĐBM anion - 22

3.5.3 Xác định Cr(VI) - 24

3.5.4 Xác định Crom tổng - 26

3.5.5 Xác định Cr(III) - 28

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN - 29

4.1 Hàm lượng NH3 - 29

4.2 Hàm lượng CHĐBM anion - 30

4.3 Hàm lượng Cr(VI) - 32

4.4 Hàm lượng Crom tổng - 33

4.5 Hàm lượng Cr(III) - 34

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 36

5.1 Kết luận - 36

5.2 Kiến nghị - 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

PHỤ LỤC 39

DANH MỤC BẢNG

- -

Bảng 3.1 Các lĩnh vực hoạt động của 16 vị trí lấy mẫu 19

Bảng 3.2 Cách pha dãy chuẩn NH3 20

Bảng 3.3 Độ hấp thu NH3 21

Bảng 3.4 Độ hấp thu của CHĐBM 23

Bảng 3.5 Pha dãy chuẩn Cr(VI) 25

Bảng 3.6 Độ hấp thu Cr(VI) 25

Bảng 3.7 Điều kiện chạy máy ICP–OES 27

Bảng 3.8 Pha dãy chuẩn Crom tổng 27

Bảng 3.9 Cường độ phát xạ của Crom 27

Bảng 4.1 Kết quả xác định NH3 tại 16 vị trí 29

Bảng 4.2 Kết quả xác định CHĐBM anion tại 16 vị trí 30

Bảng 4.3 Kết quả xác định Cr(VI) tại 16 vị trí 32

Bảng 4.4 Kết quả xác định hàm lượng Crom tổng 33

Bảng 4.5 Kết quả tính hàm lượng Cr(III) 34

DANH MỤC HÌNH

- -

Hình 2.1 Cấu tạo của Torch trong ICP-OES 15

Hình 2.2 Sơ đồ hoạt động ICP-OES 16

Hình 3.1 Dãy chuẩn NH3 21

Hình 3.2 Đường chuẩn NH3 21

Hình 3.3 Đường chuẩn CHĐBM 24

Hình 3.4 Dãy chuẩn Cr(VI) 25

Hình 3.5 Đường chuẩn Cr(VI) 26

Hình 3.6 Đường chuẩn Cr tổng 28

Hình 4.1 Biểu đồ so sánh nồng độ NH3 với TCVN 29

Hình 4.2 Biểu so sánh nồng độ CHĐBM anion với TCVN 31

Hình 4.3 Biểu đồ so sánh nồng độ Cr(VI) với TCVN 32

Hình 4.4 Biểu đồ so sánh nồng độ Cr(III) với TCVN 34

part per trillion Tiêu chuẩn Việt Nam Dung dịch

Ultra Violet Visible Limit of Detection Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry Flame atomic absorption spectroscopy

Graphite furnace atomic absorption spectrometry Association of Official Analytical Chemists Environmental Protection Agency

International Organization for Standardization

KHẢO SÁT MỘT SỐ CHỈ TIÊU TRONG NƯỚC THẢI

Ở KHU CÔNG NGHIỆP TRÀ NÓC

Năm bảo vệ: 2013

Abstract: Objective of the current work is to study and evaluate on the

pollution water caused by the wastewater from the Tra Noc Industrial Zone

Methods of analysis selected consist of the analysis of ammonia by phenate

method, simplified spectrophotometric method using methylene blue for

determining anionic surfactants, and the analysis of chromium by ICP-OES

and Cr(VI) by a colorimetric method with 1.5-Diphenylcarbazide These

methods were studied on wastewater samples taken at Tra Noc Industrial

Zone, Can Tho city The results showed that some standards of wastewater

samples within the limits prescribed by the latest wastewater standards of

Vietnam

Tóm tắt: Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu và đánh giá sự ô nhiễm

nguồn nước gây ra bởi nước thải từ khu công nghiệp Trà Nóc Những phương

pháp phân tích được chọn để nghiên cứu bao gồm phân tích ammonia bằng

phương pháp phenate, các chất hoạt động bề mặt anion bằng phương pháp đo

chỉ số MBAS, Crom tổng bằng ICP-OES và Cr(VI) bằng phương pháp so màu

với 1,5-Diphenylcarbazide Những phương pháp này được nghiên cứu trên các

mẫu nước thải được lấy tại Khu công nghiệp Trà Nóc, thành phố Cần Thơ Kết

quả nghiên cứu cho thấy một số tiêu chuẩn của các mẫu nước thải nằm trong

giới hạn cho phép của tiêu chuẩn mới nhất về nước thải của Việt Nam

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Nước là khởi nguồn của sự sống trên trái đất Nước giúp duy trì sự sống,

sự trao đổi chất và cân bằng hệ sinh thái Con người và các loài sinh vật khác

sẽ không thể sống và tồn tại nếu thiếu nước

Hiện nay, sự bùng nổ dân số cùng với tốc độ đô thị hóa, công nhiệp hóa

đã gây ra sức ép lớn cho nguồn nước Nước sau khi được sử dụng cho các quá trình sinh hoạt và sản xuất của con người đều trở thành nước thải có chứa nhiều vi sinh vật và các chất ô nhiễm, đặc biệt là nước thải ra từ các nhà máy,

xí nghiệp, bệnh viện,… Các loại nước thải này sẽ được xử lý và trả lại môi trường tự nhiên Tuy nhiên, nếu quá trình xử lý không tốt sẽ dẫn đến một thảm họa vô cùng nghiêm trọng Các nhà khoa học cảnh báo đến năm 2025, tỉ lệ dân

số không đủ nước sạch để sống sẽ tăng lên trên 60% (Hội nghị APDA lần thứ

19, 14/12/2003)

Thành phố Cần Thơ – Nơi có nền kinh tế phát triển mạnh cùng với tốc

độ công nghiệp hóa đang tăng nhanh cũng đang đối mặt với các vấn đề về ô nhiễm nước, đặc biệt các nguồn nước xung quanh các nhà máy, khu công nghiệp,… do các đơn vị này chưa có hệ thống xử lý hoặc xử lý chưa đạt mức quy định nguồn nước trước khi thải ra môi trường, gây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sống của người dân và các loài sinh vật khác Vì vậy, việc xác định hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải trước khi đưa ra môi trường

là rất quan trọng và cấp thiết

Khu công nghiệp Trà Nóc thuộc một trong các Khu công nghiệp có quy

mô lớn, tập trung nhiều các công ty, xí nghiệp đang hoạt động với nhiều lĩnh vực khác nhau Hàm lượng các chất thải chứa trong nó cũng sẽ khác nhau đối với từng lĩnh vực nên việc kiểm soát và xử lý nguồn nước này trở nên khó khăn Vì vậy, khả năng nước thải này sau khi trải qua các quá trình xử lý nhưng vẫn chưa đạt yêu cầu là rất cao

Từ những vấn đề trên, đề tài “Khảo sát một số chỉ tiêu trong nước thải

ở khu công nghiệp Trà Nóc, thành phố Cần Thơ” góp phần đánh giá chất

lượng nước, giúp cho việc kiểm soát hàm lượng thực sự của các chất thải (amonia, chất hoạt động bề mặt, Crom,…) và đưa ra biện pháp hữu hiệu ngăn ngừa tác hại, nhằm bảo vệ nguồn nước cũng như bảo vệ cuộc sống cho người dân xung quanh

1.2 Mục tiêu cụ thể

Tiến hành khảo sát hàm lượng một số chỉ tiêu: ammonia, các chất hoạt động bề mặt anion, Crom (Cr(III), Cr(VI)) trong nước thải ở khu công nghiệp Trà Nóc, thành phố Cần Thơ

Đánh giá chất lượng nước thải ở Khu công nghiệp Trà Nóc theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5945:2005/BTNMT - Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia

về nước thải công nghệp)

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN 2.1 Thực trạng nguồn nước các Khu công nghiệp (KCN)

2.1.1 Thực trạng nguồn nước các KCN ở Đồng bằng sông Cửu Long

Để phá thế thuần nông, dưới áp lực chuyển dịch cơ cấu kinh tế và tốc độ

tăng trưởng, hầu hết các tỉnh/thành ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL)

đều chọn phát triển công nghiệp như một hướng mở tất yếu Sau thời gian phát

triển khu/cụm công nghiệp để thu hút đầu tư, hầu hết các địa phương đều có

cơ chế thoáng Từ cơn khát đầu tư, các dự án sử dụng công nghệ lạc hậu, gây

ô nhiễm cũng được cấp phép Hệ lụy là môi trường đang bị bức tử từng ngày,

ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh kế của người dân vùng giáp ranh

Theo báo cáo của Bộ Khoa học và Công nghệ, đến thời điểm này, vùng

ĐBSCL có 120 KCN, cụm công nghiệp (CCN) được quy hoạch với hơn

26.500 ha Định hướng đến năm 2020, toàn vùng sẽ có khoảng 240 KCN,

CCN, tương đương 50.000 ha… Các chuyên gia nhận định: Sự gia tăng liên

tục về số lượng các KCN, CCN tại ĐBSCL thời gian qua đã góp phần quan

trọng trong giải quyết bài toán phát triển kinh tế Thế nhưng, cả vùng ĐBSCL

đã và đang phải đối mặt với những tác động môi trường tiêu cực từ quá trình

hoạt động các KCN, CCN như: ô nhiễm môi trường nước, không khí và chất

thải rắn… Theo báo cáo về quản lý môi trường tại các tỉnh/thành ĐBSCL, mỗi

năm các doanh nghiệp trong các KCN, CCN xả thẳng ra môi trường 47 triệu

lít nước thải và 220.000 tấn chất thải rắn… Đây là tác nhân chính gây nên tình

trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng tại các đô thị Chế biến thủy sản xuất

khẩu và chế biến rau quả là những ngành luôn dẫn đầu trong các ngành sản

xuất gây ô nhiễm môi trường

2.1.2 Thực trạng nguồn nước tại KCN Trà Nóc

Đi tiên phong trong việc thành lập cách nay hơn 20 năm (KCN đầu tiên

của ĐBSCL, quy mô 300 ha, cơ bản lấp đầy), thế nhưng KCN Trà Nóc 1, Trà

Nóc 2 thuộc thành phố Cần Thơ đến nay vẫn đang trong quá trình xây dựng

một nhà máy xử lý nước thải tập trung Hầu hết các doanh nghiệp đều tự xử lý

nước tại chỗ, sau đó xả ra sông Hậu Trong điều kiện đầu tư, vận hành hệ

thống xử lý nước thải tốn kém, đã xảy ra nhiều vụ việc các doanh nghịêp chạy

không hết công suất Nước thải chưa qua xử lý được xả trực tiếp ra sông Hậu,

thường là vào những thời điểm ít người để ý

Tình trạng ô nhiễm môi trường xung quanh KCN Trà Nóc ngày càng

nghiêm trọng, gây bức xúc cho người dân Nhiều người dân ở các khu vực

xung quanh, đặc biệt, trước đây người dân ở khu vực Thới Hòa, phường

Phước Thới, quận Ô Môn (tiếp giáp với KCN Trà Nóc) sử dụng nguồn nước

của Rạch Chôm để sinh hoạt, sản xuất Nhưng những năm gần đây, nguồn

nước này đã có màu đen, mùi hôi, không thể sử dụng được Các giếng khoan

của người dân cũng không thể xài vì nguồn nước ngầm bị ô nhiễm, mùi rất

khó chịu (Báo Cần Thơ, 12/11/2013)

2.2 Tổng quan về ammonia

2.2.1 Sơ lược về NH 3

2.2.1.1 Nguồn phát sinh và sự tồn tại

Trong tự nhiên, một lượng nhỏ NH3 tồn tại trong khí quyển do hợp chất này được tạo ra từ các quá trình phân hủy các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ động, thực vật Ngoài ra, các hoạt động sinh hóa hàng ngày của người và động vật cũng là nguồn sinh ra NH3

Nước mặt thường chỉ chứa một lượng nhỏ NH3 (dưới 0.05 ppm) Nồng

độ NH3 trong nước ngầm thường cao hơn nhiều so với nước mặt (Do quá trình khai thác nước ngày càng mở rộng đã kéo theo giải phóng các hợp chất của N được phát sinh ngay trong lớp đất bùn chứa nhiều chất hữu cơ bị phân hủy, điều này dẫn đến hàm lượng NH3 trong nước ngầm tăng lên)

Chẳng hạn như tại thành phố Hồ Chí Minh: “Theo chi cục bảo vệ môi trường thành phố Hồ Chí Minh, kết quả quan trắc nước ngầm tầng nông gần đây cho thấy lượng nước ngầm ở khu vực ngoại thành đang diễn biến ngày càng xấu đi Cụ thể nước ngầm ở trạm Đông Thạch (huyện Hóc Môn) bị ô nhiễm NH3 (68,73 ppm cao gấp 1,9 lần so với năm 2005)”

Hiện nay, ngoài nguồn NH3 trong tự nhiên còn có nguồn NH3 nhân tạo (từ các nhà máy sản xuất phân ure, nhà máy chuyên sản xuất NH3 lỏng và các

xí nghiệp chế biến thủy hải sản,…) liên tục được thải ra môi trường

Nồng độ NH3 trong nước thải đô thị hoặc nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm thường rất cao, có lúc lên đến 100 ppm Theo kết quả khảo sát của các nhà khoa học Viện Địa lý thuộc Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam thì hầu như các mẫu nước từ các huyện của tỉnh Hà Nam đều có t

lệ nhiễm NH3 ở mức đáng báo động.Chẳng hạn như tại Lý Nhân có mẫu nước với hàm lượng NH3 lên tới 111, ppm

Tiêu chuẩn Môi trường Việt Nam về nước mặt (TCVN 5942:1995) quy định nồng độ tối đa của NH3 trong nguồn nước dùng vào mục đích sinh hoạt là 0,05 ppm (tính theo N) hoặc 1 ppm cho các mục đích sử dụng khác, còn đối với nước thải công nghiệp là 5 ppm

2.2.1.2 Tác hại[1]

NH3 tồn tại trong nước không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người nhưng các sản phẩm chuyển hóa từ NH3 (NO2-, NO3-) là yếu tố gây độc Các hợp chất NO2-, NO3- hình thành do quá trình oxy hóa của vi sinh vật trong quá trình xử lý Nồng độ NH3 cao sẽ gây ra mùi hôi, thúc đẩy quá trình phát trển của các loài vi sinh vật Trong môi trường acid, giàu oxy, NH3 sẽ biến đổi theo chu trình và sản phẩm cuối cùng là NO3-, ảnh hưởng đến sức khỏe con người

NH3 cũng làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước và có thể gây độc cho

hệ động vật thủy sinh Đặc biệt đối với cá, khi bị nhiễm độc NH3 thường có các triệu chứng sau:

2.2.2.1 Phương pháp Phenate (Indophenol)[1-3]

Phản ứng Berthelot dựa trên sự thể hiện màu xanh của dung dịch khi NH3 phản ứng với phenol và hỗn hợp dung dịch oxy hóa (alkaline citrate

và sodium hypochloride) với xúc tác sodium nitroprusside tạo hợp chất phức

có màu xanh Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng và cường độ màu của hợp chất phức này được đo ở bước sóng 640 nm

Yếu tố ảnh hưởng: Sự hiện diện của ion Ca2+, Mg2+ sẽ tạo thành hydroxide ở pH cao Để khắc phục, cần thêm vào mẫu nước phân tích muối Seignett (KNaC4H4O6) để tạo phức với ion Ca2+, Mg2+

M2+ + KNaC4H4O6  K+ + Na+ + MC4H4O6 Phương pháp này chỉ dùng phân tích các mẫu nước thải có độ cứng nhỏ hơn 400 ppm và nồng độ nitrite nhỏ hơn 5 ppm

Giới hạn phát hiện: 0,3 ppt tới 5 ppm

2.2.2.2 Phương pháp salicylate[4]

NH3 phản ứng với salicylate và ion hypochloride với sự tham gia của sodium nitrosopentacyno ferrate (III) tạo phức hợp màu xanh và đo cường độ màu của phức này ở bước sóng 655 nm

, Mg2+

2.2.2.3 Phương pháp Nessler[1,5]

NH3 có trong mẫu nước sẽ tác dụng với phức chất potassium tetraIodomercurate (K2[HgI4]), hình thành phức chất có màu vàng nâu, cường độ màu đậm hay nhạt tùy thuộc vào hàm lượng NH3

có trong mẫu nước Đo hợp chất phức này ở bước sóng 430 nm

2 K2HgI4 + NH3 + 3KOH  Hg(HgIONH2) + 7KI + 2 H2O

2K2HgI4 + NH3 + KOH  Hg(HgI3NH2)+ 5KI + H2O

Các ion sắt, mangan, cũng tạo phức màu vàng với thuốc thử nessler

Để khắc phục, cần thêm vào mẫu nước phân tích muối Seignett (KNaC4H4O6)

để che các ion sắt, mangan,… và cũng để tạo phức với các ion Ca2+

, Mg2+ Thuốc thử này rất nhạy với NH3 nên chỉ áp dụng với mẫu nước có hàm lượng NH3 rất nhỏ (< 0,1 ppm)

2.3 Tổng quan về chất hoạt động bề mặt anion (CHĐBM anion) 2.3.1 Giới thiệu CHĐBM anion

2.3.1.1 Khái niệm

CHĐBM (Surfactants, Surface active agents) là chất khi cho vào dung môi thì sức căng bề mặt của dung môi sẽ giảm xuống Các phân tử CHĐBM

có tác động lớn vào các bề mặt không khí/nước hoặc dầu/nước

CHĐBM được chia thành bốn loại:

 CHĐBM mang điện tích dương (Cationic surfactants): Phân tử của CHĐBM mang điện tích dương có khả năng tan vào nước phân ly thành anion kim loại và cation hữu cơ

 CHĐBM không mang điện tích (Non – ionic surfactants, NI): Các CHĐBM không mang điện tích (NI) có nhóm hữu cơ không ion hóa trong nước Đầu kỵ nước gồm một dãy chất béo, đầu ưa nước thường chứa các nguyên tử nitrogene, oxygene hoặc sulfur không ion hóa Chúng hòa tan được

là nhờ sự tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử nước và một số nhóm chức trong đầu ưa nước

 CHĐBM lưỡng tính (Amphoteric/zwitterionic surfactants): Các phân

tử thuộc nhóm này khi hòa tan sẽ phụ thuộc vào pH của môi trường mà chúng phân ly thành anion hay cation Trong môi trường kiềm, chúng sẽ có hoạt tính anion; trong mội trường acid, chúng có hoạt tính cation

 CHĐBM mang điện tích âm (Anionic surfactants): Phân tử của

CHĐBM mang điện tích âm có khả năng tan vào nước phân ly thành cation kim loại và anion hữu cơ là một mạch hydrocarbon khá dài

CHĐBM anion có cấu tạo gồm hai phần: một đầu ưa nước (hydrophyl) là gốc sulfate (-OSO3), carboxylic (COO-),… và một đầu kỵ nước (hydrophop) thường là mạch dài chứa từ 8-21 carbon như các alkyl thuộc mạch alkane, alkene mạch thẳng hoặc nhánh, hay có gắn vòng cyclo hoặc vòng benzene,… Đầu ưa nước có khả năng hòa tan tốt trong nước

2.3.2 Một số CHĐBM anion thường sử dụng trong công nghiệp [6]

Trong một số ngành công nghiệp, phần lớn các CHĐBM được sử dụng là các có tính chất tẩy rửa mạnh Sau đây là một số loại phổ biến:

 Alkyl benzene sulfonate (ABS): là CHĐBM được sử dụng phổ biến nhất, gồm hai loại: ABS mạch nhánh và ABS mạch thẳng

 ABS mạch nhánh rất độc, chỉ còn sử dụng tại một số quốc gia

Cấu trúc:

 ABS mạch thẳng (linear alkylbenzene sulfonate, viết tắt LAS): LAS được sản xuất bởi quá trình sulfo hóa LAB (linear alkylbenzene) với tác nhân sulfo hóa khác nhau

Cấu trúc

H C

SO3Na

CH3(CH2)x (CH2)yCH3

Vào năm 1946, ABS đã xuất hiện và được điều chế bằng cách sulfonate hóa các rượu béo Các ABS này tồn tại ở dạng mạch nhánh (tetrapropylene) Các ABS này có khả năng phân hu sinh học yếu, gây ô nhiễm môi trường

nên đã bị lên án Người ta đã tìm ra giải pháp bằng cách thay thế chất tetrapropylene bằng các mạch thẳng – LAS (linear alkylbenzene sulfonate) để thay thế nó

LAS có khả năng phân hủy sinh học cao và dễ phân hủy trong điều kiện hiếu khí; có tính tương thích cao hơn các CHĐBM anion khác, do chúng có thể sử dụng trong cả môi trường acid hay kiềm như một loại chất tẩy rửa dạng lỏng hay dạng bột đều được

 Akyl ether sulfate

Cấu trúc

n Loại CHĐBM này thường được sử dụng trong các loại sản phẩm ở dạng lỏng như nước rửa chén,… Trong các loại akyl ether sulfate, Sodium lauryl ether sulfate (SLES) là chất được sử dụng phổ biến nhất trong nhiều loại sản phẩm Nó ít gây độc, có tính chất tẩy rửa và tạo bọt nhiều, ít rát da, không sắc, không mùi và đặc biệt có thể dễ dàng mua được trên thị trường với giá trung bình

2.3.3 Tác hại

Vùng da bị tổn thương là nơi dễ bị các vi khuẩn dễ dàng thâm nhập vào

cơ thể nhất, điều này rất nguy hiểm và sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe của con người Các CHĐBM cũng sẽ theo con đường này đi vào cơ thể tiêu diệt các tế bào (mức độ phá hủy của chúng phụ thuộc vào loại CHĐBM) Da

bị mất nước hay tổn thương lớp chất béo bảo vệ sẽ dễ bị lão hóa hơn Không chỉ có thế, các CHĐBM có thể tích tụ trong não, gan, tim, mỡ và theo thời gian sẽ dần dần phá hủy cơ thể

Các CHĐBM trong nước thải có khả năng kết dính các chất độc hoặc tạo các dẫn xuất với các chất khác khó phân hủy sinh học, gây cản trở cho các quá trình xử lý

2.3.4 Các phương pháp phân tích

2.3.4.1 Phương pháp đo chỉ số methylene blue (MBAS)[7-8]

Sự tạo muối giữa methylene blue với các CHĐBM anion trong môi trường kiềm Các muối này được chiết bằng chloroform và sau đó lớp chloroform được chiết lại với dung dịch methylene blue acid Đo độ hấp thụ của pha hữu cơ tách biệt ở bước sóng hấp thụ cực đại 650 nm

Vì độ tinh khiết và độ bền, nên dung dịch chuẩn là dodecyl benzene sulfonic methyl ester Dung dịch chuẩn được chuẩn bị từ dodecyl benzene sulfonic ester acid sau khi đã xà phòng hóa thành muối sodium Tính chỉ số MBAS theo dodecyl benzene sulfonic methyl ester

Phương trình phản ứng tạo muối MBAS:

Yếu tố ảnh hưởng: Giá trị MBAS có thể cao do những chất khác không

phải CHĐBM anion cũng tạo hợp chất với methylene blue trong chloroform Loại ảnh hưởng này bằng cách chiết tách các CHĐBM anion của mẫu vào ethyl acetate

2.3.4.2 Phương pháp chuẩn độ hai pha trực tiếp[9]

Xác định CHĐBM anion trong môi trường chứa pha nước và chloroform bằng cách chuẩn độ với dung dịch chuẩn CHĐBM cation (benzentoni chloride), chỉ thị là hỗn hợp của thuốc nhuộm cation (dimidi bromide) và thuốc nhuộm anion (đisunfin xanh)

Chú thích – Quá trình hoá học: CHĐBM anion sẽ tạo muối với thuốc nhuộm cation tan được trong chloroform, lớp này có màu hồng ánh đỏ

Trong quá trình chuẩn độ bezentoni chloride sẽ thay thế dimidi bromua trong muối và màu hồng sẽ mất khi thuốc nhuộm chuyển sang pha nước Lượng dư bezentoni chlorua sẽ tạo muối với thuốc nhuộm anion tan được trong chlorofom và có màu xanh

2.4 Tổng quan về Crom

2.4.1 Sơ lược về Crom

Crom là nguyên tố có trong vỏ trái đất và tồn tại ở dạng quặng FeO.Cr2O3 là chủ yếu Trong bảng tuần hoàn, Crom là kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm VIB, được ký hiệu là Cr, có màu trắng, nặng, sáng chói nhưng lại giòn và dễ bể Ở nhiệt độ thường, Crom bền với nước và không khí vì có một lớp oxide mỏng trên bề mặt bảo vệ

Crom có nhiều số oxy hóa nhưng đặc trưng vẫn là Cr(II), Cr(III) và Cr(VI) Chúng tạo thành các ion có màu, các phức chất, các hợp chất bán dẫn

và các chất có tính thuận từ Mặc dù có nhiều số oxy hóa khác nhau nhưng trong tự nhiên dưới các tác nhân oxy hóa hoặc tác nhân khử khác nhau, Crom tồn tại chủ yếu ở hai dạng Cr(III) và Cr(VI) Cr(III) là trạng thái tồn tại bền nhất của Crom, thường ở dạng phức với số phối trí là 6, dung dịch có màu xanh lá cây Cr(VI) thể hiện tính oxy hóa mạnh, dung dịch sẽ có màu vàng hay cam tùy thuộc vào nồng độ

Hàm lượng Crom tổng có trong nước tự nhiên chưa bị ô nhiễm là 1–10 ppt[10] Do chu kỳ nước chảy qua những vùng khác nhau nên hàm lượng Crom sẽ thay đổi từ nước thải, nước sông hồ và nước đổ ra biển

Trong nước thải, hàm lượng Crom thường tương đối cao, nhiều nhất là trong nước thải của các xí nghiệp hoặc các cơ sở sản xuất có sử dụng Crom (sản xuất sơn, dệt may,…)

Ví dụ: Crom là thành phần tạo ra màu đỏ của hồng ngọc, vì thế nó được sử dụng trong sản xuất hồng ngọc tổng hợp; Các muối Crom nhuộm màu cho thủy tinh thành màu xanh lục của ngọc lục bảo,…

Do khả năng bền trong không khí và nước nên Crom được dùng làm chất

xi mạ, giúp chống rỉ sét cho các thành phẩm như: các linh kiện bán dẫn, thép chống rỉ,…

2.4.2.2 Tác hại[11]

Crom là một kim loại độc, có tác dụng gây dị ứng trên da Tính độc của Crom thể hiện mạnh nhất trong các hợp chất Cr(VI), là chất có thể gây ung thư khi tiếp xúc lâu dài, Cr(III) thì ít độc hơn

Những đối tượng có nguy cơ mắc bệnh do phôi nhiễm Crom là người lao động tiếp xúc với Crom trong các ngành chế tạo acqui, luyện kim, sản xuất sáp nến, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, thuốc nổ, xi măng, men sứ, cao su, mạ điện,

mạ Crom,… Cơ thể người cần Crom ở dạng vi lượng để duy trì trao đổi lượng đường Tuy nhiên khi cơ thể hấp thụ quá nhiều Crom thì khả năng gây độc là rất cao Khi bị nhiễm độc Crom thường có các triệu chứng: đau đầu, thiếu máu, gây sút, suy thận và máu bị biến chất Có khi còn thấy váng đầu và tê liệt khứu giác Nghiêm trọng hơn, Crom có thể gây ra đột biến gen, làm thay đổi hình thái tế bào có thể dẫn đến quái thai ở người và động vật Độc tính của Cr(VI) gấp 10-100 lần Cr(III)

Một lượng lớn Crom từ xí nghiệp dệt nhuộm, sơn và các cơ sở sản xuất

sử dụng Crom được thải ra môi trường gây ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt Nước thải từ các công trình xây dựng khi Crom có trong thành phần ximent được thải ra ngoài dưới dạng Cr(VI) làm ô nhiễm nguồn nước xung quanh, các động vật thủy sinh không sống được, tảo cũng như thực vật không phát triển

và quá trình sinh hóa diễn ra một cách khác thường

Vì vậy, việc xác định Crom trong nước là rất cần thiết, giúp cho việc kiểm soát hàm lượng thực sự của chúng và đưa ra biện pháp hữu hiệu ngăn ngừa tác hại Crom có thể gây ra

2.4.3 Các phương pháp phân tích

2.4.3.1 Cr(VI)

 Phương pháp trắc quang dùng 1,5 – diphenylcacbazide [12-13]

Trong môi trường acid, phản ứng oxy hóa khử giữa Cr(VI) và thuốc thử diphenylcacbazide (DPC) xảy ra Ngay lập tức Cr(VI) chuyển về dạng Cr(III) còn thuốc thử chuyển về dạng oxy hóa là 1,5 – diphenylcacbazone (DPCO) Sau đó hình thành tức thời phức màu tím đỏ đặc trưng hấp thu cực đại ở bước sóng 540 nm

Theo H marchart phản ứng oxy hóa khử giữa Cr(VI) với DPC:

+

Phức được hình thành trong điều kiện môi trường acid, theo như các nghiên cứu có thể sử dụng một số loại acid sau: H3PO4[14], HClO4[12] và

H2SO4[12]

Đây là phương pháp đặc trưng để xác định hàm lượng Cr(VI) trong nước

vì phức màu hình thành có hệ số hấp thu ε 34 200[12] ở bước sóng 540 nm Khoảng nồng độ tuyến tính tuân theo định luật Lambert – Beer rộng từ 0,01-0,5 ppm[14], 0,04-16 ppm[12]

Các yếu tố cản trở: Đa số các ion kim loại khác không gây ảnh hưởng đến quá trình xác định Cr(VI) với thuốc thử Diphenylccbazide Với một lượng lớn ion thủy ngân từ 200 ppm trở lên mới gây ảnh hưởng Đối với Fe(III), hàm lượng từ 10 ppm đã bắt đầu làm thay đổi cường độ màu của phức

 Phương pháp chuẩn độ Ampe [15]

Dựa vào sự thay đổi cường độ dòng giới hạn (Id) trong quá trình chuẩn

độ để xác định điểm tương đương của phản ứng Việc xác định Cr(VI) dưới dạng Cr2O72-, phản ứng chuẩn độ xảy ra trong môi trường acid với chất chuẩn

Quá trình xác định Cr(VI) trong phương pháp này thực hiện dựa trên phương pháp dòng chảy, tiêm mẫu trực tiếp vào dòng chảy được điều khiển bởi bơm và van điều chỉnh Sau khi ra khỏi cột tách, dung dịch sẽ phản ứng thuốc thử và đo trên detector UV – VIS

Phương pháp này cho phép xác định Cr(VI) từ 1-1000 ppt

Khi có sự hiện diện của các anion có trong mẫu đem xác định như: Cl-,

SO42- với hàm lượng lớn sẽ đẫn đến sự quá tải trên cột tách, dẫn đến kết quả tách kém Và nếu có mặt của một số chất khử trong dung dịch như SO32- thì

Cr(VI) bị khử về Cr(III), kết quả không chính xác

2.4.3.2 Crom tổng

 Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử [17]

Việc xác định hàm lượng Crom trong nước theo phương pháp này phổ biến nhất là dùng kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (F–AAS) và kỹ thuật nguyên tử hóa bằng lò graphic (GF–AAS)

Theo F–AAS, sử dụng ngọn lửa acetylene/không khí và dùng đèn catod rỗng để xác định Crom, cho Crom đi qua ngọn lửa, tiến hành đo năng lượng quang phổ hấp thu tại bước sóng 357,9 nm

Để nâng độ nhạy người ta dùng kỹ thuật GF–AAS, DD chứa Crom được phun vào lò graphic đốt nóng bằng điện, nhiệt độ tro hóa trong lò nhiệt điện là 1000ºC, nhiệt độ nguyên tử hóa là 2700ºC và độ hấp thu đo tại 357,9 nm Đối với phương pháp GF–AAS, khi xác định Crom ở hàm lượng rất nhỏ

sẽ dễ bị nhiễu bởi dung dịch nền Phương pháp F–AAS cũng bị ảnh hưởng của một số ion kim loại như Na+, K+, Ca2+, Mg2+

 Phương pháp ICP–OES [18]

Phương pháp này dựa trên cơ sở đo độ phát xạ ánh sáng của Crom bằng

kỹ thuật quang phổ Nguyên tử hay ion Crom sẽ nhận năng lượng kích thích từ nguồn phát xạ plasma chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích nhờ vào nguồn plasma cảm ứng cao tầng Trạng thái kích thích này chỉ tồn tại trong thời gian rất ngắn (khoảng 10-12–10-8s), sau đó sẽ phóng thích năng lượng hấp thu dưới dạng bức xạ λ để trở về trạng thái bền nhất (trạng thái cơ bản) Cường độ bức xạ λ được phân tán nhờ bộ phận cách tử và đi qua detector Đo cường độ ở bước sóng 205,552 nm Kết quả đo được sẽ được kiểm soát và xử lý bằng máy tính

ICP là môi trường kích thích phổ có nhiệt độ cao (4000-10000ºC) được tạo ra bởi năng lượng cảm ứng cao tần của dòng điện được cấp từ máy phát cao tần có tần số 27,12 MHz hay 450 MHz

Nguyên tử hay dạng ion của nguyên tố sẽ được đưa vào nguồn plasma

và nhận năng lượng kích thích từ nguồn phát xạ plasma chuyển từ trạng thái

cơ bản lên trạng thái kích thích Trạng thái kích thích này chỉ tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn (khoảng 10-12–10-8s), sau đó sẽ phóng thích năng lượng hấp thu dưới dạng bức xạ λ để trở về trạng thái bền nhất (trạng thái cơ bản)

Bước sóng λ đặc trưng cho từng nguyên tử hoặc ion và cường độ vạch phát xạ t lệ với nồng độ nguyên tử hay ion có trong dung dịch theo phương trình Lomaskin – Schraibow sau:



I = a.Cb Trong đó:

Dựa vào phương trình trên xác định hàm lượng một nguyên tố trong dung dịch bằng cách so sánh cường độ vạch phát xạ của nguyên tố này trong dung dịch với cường độ vạch phát xạ của một dãy dung dịch chuẩn của nguyên tố này đã biết trước nồng độ

ICP-OES có nhiều ưu điểm so với F–AAS và GF–AAS nhờ:

 Ảnh hưởng của matrix mẫu hầu như không có hoặc rất ít

 Xác định được các mẫu có hàm lượng muối hòa tan đến 20%

Do có những ưu việt đó, mà hiện nay nguồn plasma ICP-OES được ứng dụng rất rộng rãi, là công cụ xác định hàm lượng các nguyên tố trong các lĩnh vực như nông nghiệp và thực phẩm, sinh học và y tế, địa chất, môi trường và nước, kim loại, hữu cơ, hóa chất và mỹ phẩm

2.5.2 Các bộ phận chính của ICP-OES

Hệ thống ICP-OES có thể được chia thành các bộ phận quan trọng như sau: hệ thống chuyển mẫu vào plasma, máy phát cao tần RF, torch, hệ quang học và ghi đo tín hiệu (detector)

2.5.2.1 Hệ thống chuyển mẫu vào plasma

Gồm các thành phần như: bơm, bộ phun sương (neulizer) và buồng phun (spray chamber)

- Bơm được dùng để chuyển mẫu từ bình chứa đến bộ phun sương và chuyển dung dịch thải từ buồng phun ra ngoài Bơm được sử dụng để ổn định tốc độ hút mẫu, giảm thiểu các ảnh hưởng do độ nhớt, t trọng và sức căng bề mặt

- Bộ phun sương có chức năng chuyển mẫu từ dạng lỏng sang dạng sương để đưa vào plasma Có nhiều dạng Bộ phun sương khác nhau như: concentric nebulizer (đồng tâm), cross – flow nebulizer (theo dòng), ultrasonic nebulizer (siêu âm), Mỗi dạng có hiệu quả phun sương khác nhau Bộ phun sương càng tốt thì tạo được hạt sương có kích thước càng nhỏ và mật độ càng cao

- Buồng phun dùng loại bỏ những hạt sương có kích thước lớn hơn

10 μm, được đặt giữa bộ phun sương và torch

2.5.2.2 Torch

Torch gồm hai ống thạch anh kết hợp với injector tạo thành hệ gồm ba ống tròn đồng tâm để chuyển khí Argon và mẫu dạng sương vào plasma