Nghiên cứu, xác định chất lượng và bước đầu xử lý nước thải ở mương thoát nước đường nguyễn văn huyên nguyễn khánh toàn, quận cầu giấy, hà nội

Mục tiêu nghiên cứu * Đánh giá một số tiêu chí: - Các tiêu chí vật lý: Độ trong, độ đục, mùi… - Các tiêu chí hóa học: Độ kiềm, độ axit, hàm lượng các chất có trong nướccống tổng số các c

LỜI CẢM ƠN

Đề tài này được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hóa Phân tích - KhoaHóa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội và viện Hóa học, viện Công nghệmôi trường – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.GVCC Trần Công Việt,

người thầy đã hướng dẫn em hoàn thành tốt bản luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáotrong Bộ môn Hóa Phân tích, khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội

đã dạy dỗ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em thực nghiệm và hoàn thành tốtluận văn

Em xin trân trọng cảm ơn phòng sau đại học, các phòng ban trường Đạihọc Sư phạm Hà Nội, thư viện trường Đại học Sư phạm Hà Nội và Viện Hànlâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện cho em hoàn thànhluận văn này

HÀ NỘI, ngày 21 tháng 10 năm 2013.

Học viên:

Lê Thị Mai

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về nước và nước thải 4

1.2 Thành phần lí – hóa của nước thải 5

1.2.1 Tính chất vật lý 5

1.2.2 Tính chất hóa học 6

1.3 Các thông số đánh giá ô nhiễm và yêu cầu cần thiết phải xử lý nước thải 8

1.3.1 Các thông số đánh giá ô nhiễm 8

1.3.2 Yêu cầu cần thiết phải xử lý nước thải 15

1.4 Giới thệu về một số kim loại nặng và phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải 16

1.4.1 Giới thiệu về một số kim loại nặng 16

1.4.1.1 Giới thiệu về nguyên tố Chì (Pb) 20

1.4.1.2 Giới thiệu về nguyên tố Cadimi (Cd) 24

1.4.1.3 Giới thiệu về nguyên tố Kẽm (Zn) 27

1.4.1.4 Giới thiệu về nguyên tố Đồng (Cu) 30

1.4.1.5 Niken 33

1.4.2 Phương pháp xử lý kim loại nặng trong môi trường nước 35

1.4.2.1 Phương pháp kết tủa 35

Quá trình kết tủa 36

1.4.2.2 Phương pháp sinh học 40

1.4.2.3 Phương pháp hấp thụ và trao đổi ion 43

1.4.2.4 Phương pháp điện hóa 46

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 49

2.1 Mục đích và đối tượng nghiên cứu của đề tài 49

2.1.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài 49

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 50

2.2 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 50

2.2.1 Dụng cụ 50

2.2.2 Thiết bị 51

2.2.3 Hoá chất 51

2.3 Nội dung nghiên cứu 52

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53

3.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 53

3.2 Xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng và chất tan trong nước 56

3.3 Xác định COD và BOD 5 59

3.4 Xác định hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước thải 73

3.4.1 Khảo sát các thông số máy 73

3.4.2 Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa 78

3.4.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo 80

3.4.4 Xây dựng đường chuẩn (sự phụ thuộc độ hấp thụ vào nồng độ chất phân tích) 83

3.5 Xử lý các chất hữu cơ trong nước thải 88

3.5.1 Xử lý màu và mùi của nước thải 88

3.5.2 Xử lý các chất hữu cơ trong nước thải 89

3.6 Đề xuất phương án xử lý nước thải 90

KẾT LUẬN 94

Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5942 - 1995 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Một số các kim loại nặng và ảnh hưởng của chúng đến cơ

thể sống 18

Bảng 1.4: pH tại điểm bắt đầu kết tủa của các kim loại 37

Bảng 3.1: Kết quả các đợt lấy mẫu 55

Bảng 3.2: Kết quả xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng (mg/l) 58

Bảng 3.3: Kết quả xác định hàm lượng chất rắn tan trong nước (mg/l) 59

Bảng 3.4: Kết quả xác định hàm lượng COD và BOD 5 trong nước thải 72

Bảng 3.5: Vạch đo đặc trưng của các nguyên tố [10] 74

Bảng 3.6: Sự phụ thuộc phổ hấp thụ nguyên tử của chì (2 g/ml) vào cường độ dòng đèn 75

Bảng 3.7: Sự phụ thuộc phổ hấp thụ của chì vào độ rộng khe đo 76

Bảng 3.8: Sự phụ thuộc phổ hấp thụ nguyên tử của chì (2 g/ml) vào chiều cao đầu đốt 77

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của tốc độ dẫn khí axetilen đến độ hấp thụ của chì 79

Bảng 3.10: Các điều kiện tối ưu khi đo phổ hấp thụ trên máy Shimadzu 6300 .80

Bảng 3.11: Kết quả xác định độ hấp thụ của chì (2µg/ml) trong HNO 3 82

Bảng 3.12: Kết quả xác định khoảng tuyến tính của chì 83

Hình 3.1: Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ vào nồng độ chì 84

Bảng 3.13: Khoảng nồng độ tuyến tính để xác định các nguyên tố 85

Bảng 3.14: Kết quả xác định hàm lượng các ion kim loại bằng AES 86

Bảng 3.15: Kết quả xác định hàm lượng các ion kim loại bằng F – AAS 86

Bảng 3.16: Sai số tương đối của kết quả hàm lượng kim loại mẫu thí nghiệm 5 giữa hai phương pháp F – AAS và AES 87

Bảng 3.17: Thời gian khử màu và mùi nước thải bởi vi sinh vật (giây) 89

Bảng 3.18: Kết quả xác định BOD 5 và COD sau khi xử lý bằng BIO – EM 89

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Khả năng hòa tan của hyđroxit kim loại theo pH 38

Hình 3.1: Đồ thị sự phụ thuộc độ hấp thụ vào nồng độ chì 84

Hình 3.2: Xử lý giai đoạn I 91

Hình 3.3: Xử lý giai đoạn II 92

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxi sinh hóa

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển đô thị hóa, công nghiệp hóa, nhu cầu về nước ngày càng nhiều Nhưng nguy cơ ô nhiễm nguồn nước đang trở thành vấn đề cấp thiết ở nước ta Nguồn nước thải từ rất nhiều các khu công nghiệp (các nhà may…, nông nghiệp (phân bón hóa học, thuốc trừ sâu…, nguồn nước thải sinh hoat từ các hộ gia đình, các bệnh viện,…chưa được xử lý, thải ra đưa vào nguồn nước tự nhiên ngày càng lớn, gây ô nhiễm nặng nề đến nước bề mặt và môi trường quanh ta.

Khi nguồn nước bị ô nhiễm, nếu không có sự cảnh báo, ngăn chặn và xử lý sẽ dẫn đến nhiều hậu quả nghiêm trọng, chẳng hạn: khi sử dụng nguồn nước đó cho sinh hoạt (ảnh hưởng đến sức khỏe,đời sống), cho nông nghiệp ( giảm năng xuất, gây độc gián tiếp,…),

và công nghiệp (giảm chất lượng sản phẩm, hỏng thiết bị máy…)

Vì vậy, vấn đề kiểm tra, đánh giá và xử lý các nguồn nước là việc làm cần thiết.

Đặc biệt, với con sông Nhuệ: Hiện nay sông đang bị bồi lắng và ô nhiễm rất nặng, nhất

là mùa cạn, do nước thải công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt từ các quận, huỵên của thành phố Hà Nội, làm ảnh hưởng rất nhiều tới,MT sức khỏe con người, đặc biệt là những người dân sống gần sông Để giải quyết tình trạng ô nhiễm của sông, rất cần thiết phải xử

lý từ đầu nguồn nơi xả nước thải tại các vị trí cống, mương… trước khi đổ ra sông.

Chính vì những lí do trên nên chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu, xác định chất lượng

và bước đầu xử lý nước thải ở mương thoát nước đường Nguyễn Văn Huyên Nguyễn Khánh Toàn, quận Cầu Giấy, Hà Nội”.

-Chúng tôi muốn góp một phần nhỏ bé vào việc làm trong sạch môi trường sống quanh ta.

2 Mục tiêu nghiên cứu

* Đánh giá một số tiêu chí:

- Các tiêu chí vật lý: Độ trong, độ đục, mùi…

- Các tiêu chí hóa học: Độ kiềm, độ axit, hàm lượng các chất có trong nướccống (tổng số các chất hữu cơ, các kim loại nặng…)

- Các tiêu chí sinh học: Các loại động thực vật sống trên mặt nước, trongnước và đáy nguồn nước

* Xử lý các chất hữu cơ tan và lơ lửng

- Xử lý màu, mùi

- Xử lý các ion kim loại đặc biệt là các ion kim loại nặng

- Xử lý các chất hữu cơ…

3 Nhiệm vụ nghiên cứu.

- Lựa chọn nguồn nước thải tiêu biểu, dễ tiếp cận để tiến hànhnghiên cứu

- Nghiên cứu, áp dụng quy trình xác định hàm lượng các chất hữu cơ,các ion kim loại, có thể dùng để đánh giá nước trước và sau khi xử lý.

4 Phương pháp nghiên cứu.

- Sử dụng một số phương pháp thích hợp, xác định đánh giá từng đối tượng

và từng chỉ tiêu thích hợp

- Đo pH, COD, BOD5

- Áp dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử F – AAS, phương pháp phổphát xạ nguyên tử AES

- Sử dụng các phương pháp và công cụ bổ trợ để xử lý các kết quả thu được

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài.

- Vận dụng một cách tổng hợp các phương pháp để giải quyết nhiệm vụ đặt

ra, góp phần giải quyết những vấn đề một cách thực tế, xử lý môi trường nướctheo quy trình một cách hợp lý nhất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nước và nước thải

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng cho tất cả các sinh vật trêntrái đất Nếu không có nước thì chắc chắn không có sự sống xuất hiện, thiếunước thì cả nền văn minh hiện nay cũng không tồn tại được Từ xa xưa, conngười đã biết đến vai trò quan trọng của nước Các nhà khoa học cổ đại đã xemnước là thành phần cơ bản của vật chất, trong quá trình phát triển của xã hội loàingười thì các nền văn minh lớn của nhân loại thường xuất hiện và phát triển trênlưu vực của các con sông lớn như: nền văn minh Lưỡng Hà ở Tây Á nằm ở lưuvực hai con sông lớn là Tigre và Euphrate (thuộc Irak hiện nay); nền văn minh

Ai Cập ở hạ lưu sông Nil; nền văn minh sông Hằng ở Ấn Độ; nền văn minhHoàng Hà ở Trung Quốc; nền văn minh sông Hồng ở Việt Nam

Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua vùngđất ô nhiễm Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia thành

nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp [4, 24]

- Nước thải sinh hoạt: là nước nhà tắm, giặt, hồ bơi, nhà ăn, nhà vệ sinh,nước rửa sàn nhà Chúng chứa khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng.Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là hàm lượng cao các chất hữu cơ(như cacbonhydrat, protein, mỡ); chất dinh dưỡng (photphat, nitơ); vi trùng; chấtrắn và mùi

- Nước thải công nghiệp: Những cơ sở công nghiệp như nhà máy chế biếnthực phẩm, xưởng thuộc da, xưởng giấy và các lò mổ đều thải ra những lượngchất hữu cơ rất lớn Quá trình phân hủy các chất này sẽ làm giảm lượng oxitrong nước Những chất thải vô cơ có thể bị oxi hóa cũng tiêu thụ oxi nước thải

của nhà máy, hầm mỏ thường có tính axit Nước thải của nhiều cơ sở côngnghiệp chứa cả những ion kim loại đa số các ion này đều là những chất độc hạikhi có nồng độ cao xuất hiện khi khai thác và chế biến các nguyên liệu hữu cơ

và vô cơ Trong các quá trình công nghệ các nguồn nước thải là:

a Nước hình thành do phản ứng hóa học (chúng bị ô nhiễm bởi các chất xúctác và các sản phẩm phản ứng)

b Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu, nướctách ra trong qua trình chế biến

c Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bị

d Dung dịch nước cái

e Nước chiết, nước hấp thụ

f Nước làm nguội

g Các nước khác như: nước bơm chân không, từ thiết bị ngưng tụ hòa trộn,

hệ thống thu hồi tro ướt, nước rửa bao bì, nhà xưởng, máy móc

1.2 Thành phần lí – hóa của nước thải

Nước thải chứa rất nhiều loại hợp chất khác nhau, với số lượng và nồng độcũng thay đổi rất khác nhau Có thể phân loại tính chất nước thải như sau:

- Mùi: mùi có trong nước thải sinh hoạt là do có khí sinh ra từ quá trìnhphân hủy các hợp chất hữu cơ hay do có một số chất được đưa thêm vàotrong nước thải Nước thải sinh hoạt thông thường có mùi mốc, nhưng nếu nướcthải bị nhiễm khuẩn thì nó sẽ chuyển sang mùi trứng thối do sự tạo thành H2Strong nước

- Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nhiệt độ của nguồnnước sạch ban đầu, bởi vì có sự gia nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong giađình và các máy móc thiết bị công nghiệp Tuy nhiên, chính những dòng nướcthấm qua đất và lượng nước mưa đổ xuống mới là nhân tố làm thay đổi mộtcách đáng kể nhiệt độ của nước

- Lưu lượng: thể tích thực của nước thải cũng được xem là một trong nhữngđặc tính vật lý của nước thải, có đơn vị là m3/người.ngày Hầu hết các thiết bị xử

lý được thiết kế để xử lý nước thải có lưu lượng 0,378 - 0,756 m3/người.ngày

Vận tốc dòng chảy luôn thay đổi trong ngày [14]

1.2.2 Tính chất hóa học

Các thông số mô tả tính chất hóa học thường là: số lượng các chất hữu cơ,chất vô cơ và chất khí Để đơn giản hơn, ta có thể xác định tính chất hóa họccủa nước thải thông qua các thông số: độ kiềm, BOD, COD, các chất khí hòatan, các hợp chất Nitơ, Photpho, các chất rắn (hữu cơ, vô cơ, huyền phù vàkhông tan) và nước

- Độ kiềm: đặc trưng cho khả năng trung hòa axit, thường là độ kiềmbicarbonate, carbonate và hydroxide Độ kiềm thực chất là môi trường đệm(để giữ pH trung tính) của nước thải trong suốt quá trình xử lý sinh hóa

- Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD): dùng để xác định lượng chất bị phân hủysinh hóa trong nước thải, thường được xác định sau 5 ngày ở nhiệt độ 20oC.BOD5 trong nước thải sinh hoạt thường nằm trong khoảng 100 – 300 mg/l

- Nhu cầu oxi hóa học (COD): dùng để xác định lượng chất bị oxi hóa trongnước thải COD thường nằm trong khoảng 200 - 500 mg/l Tuy nhiên, trongnước thải công nghiệp, nồng độ này có thể gia tăng một cách đáng kể

- Các chất khí hòa tan: đây là những khí có thể hòa tan được trong nước thải.Nước thải công nghiệp thường có nồng độ oxi tương đối thấp

- pH: đây là cách để nhanh chóng phát hiện tính axit của nước thải Giá trị

pH dao động trong khoảng từ 1 - 14 Để xử lý nước thải một cách có hiệu quảthì pH chỉ nên nằm trong khoảng 6,5 - 9 (lý tưởng hơn là từ 6,5 - 8)

- Các chất rắn: hầu hết các chất ô nhiễm trong nước thải có thể được xem làcác chất rắn Mục đích của việc xử lý nước thải là nhằm loại bỏ các chất rắnhoặc chuyển chúng sang dạng ổn định hơn và dễ xử lý Các chất rắn có thểđược phân loại dựa vào thành phần hóa học của chúng (hữu cơ hay vô cơ),hoặc bởi các đặc tính vật lý (có thể lắng đọng, nổi trên mặt nước, hay ở dạngkeo) Nồng độ tổng các chất rắn trong nước thải thường dao động trong khoảng

350 - 1200 mg/l

+ Các chất rắn hữu cơ: bao gồm C, H, O, N, và có thể được chuyểnthành CO2 và H2O khi cháy ở nhiệt độ 550oC

+ Các chất rắn vô cơ: thường không bị ảnh hưởng bởi sự cháy

+ Các chất rắn lơ lửng: loại chất rắn này thường bị giữ lại bởi các bểlọc đệm vật liệu xơ, và có thể được phân loại nhỏ hơn như: tổng các chất rắn lơlửng (TSS), các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS), và các chất rắn lơ lửng cốđịnh Ngoài ra chúng còn được phân loại thành 3 phần dựa vào khả năng lắngđọng: các chất rắn có khả năng lắng đọng, các chất rắn nổi trên mặt ở dạng keo.Tổng hàm lượng các chất rắn lơ lửng trong nước thải thường từ 100 - 350 mg/l

+ Các chất rắn tan: loại chất rắn này sẽ đi qua được các bể lọc đệm vật liệu

xơ và cũng được phân loại thành: tổng hàm lượng các chất rắn tan được(TDS), các chất rắn tan dễ bay hơi và các chất rắn tan cố định Tổng hàmlượng các chất rắn tan được nằm trong khoảng 250 - 850 mg/l

- Nước: luôn là thành phần cấu tạo chính của nước thải Trong một số trườnghợp, nước có thể chiếm đến từ 99,5% - 99,9% trong nước thải (thậm chí ngay

cả trong nước thải ô nhiễm nặng nhất thì hàm lượng các chất bẩn cũng chỉchiếm 0,5%; còn đối với nguồn nước thải được xem là sạch nhất thì nồng độ này

là 0,1%) [13]

1.3 Các thông số đánh giá ô nhiễm và yêu cầu cần thiết phải xử lý nước thải

1.3.1 Các thông số đánh giá ô nhiễm

Đánh giá chất lượng nước cũng như mức độ ô nhiễm nước cần dựa vào một sốthông số cơ bản, so sánh với các chỉ tiêu cho phép về thành phần hóa học vàsinh học đối với từng loại nước sử dụng cho các mục đích khác nhau Các thông

số cơ bản để đánh giá chất lượng nước là: độ pH, màu sắc, độ đục, hàm lượng chấtrắn, các chất lơ lửng, các kim loại nặng, oxi hòa tan… và đặc biệt là 2 chỉ sốBOD, COD Ngoài các chỉ số hóa học trên phải quan tâm đến các chỉ tiêu sinhhọc, đặc biệt là E.coli

* Các chỉ tiêu dùng để đánh giá định tính độ nhiễm bẩn vật lý:

- pH: độ pH tự nó không gây ô nhiễm nhưng đóng vai trò là thông số đặctrưng rất quan trọng cho biết mức độ nhiễm bẩn và xác định sự cần thiết phải điềuchỉnh trước khi xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học Sự thay đổi trị số pHlàm thay đổi các quá trình hòa tan hoặc keo tụ, làm tăng, giảm vận tốc của cácphản ứng hóa sinh xảy ra trong nước

- Nhiệt độ: phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời tiết và bản chất của nước thải

- Mùi: dấu hiệu của mùi rất quan trọng trong việc đánh giá và chấp nhận hệthống nước thải của xí nghiệp Nước có mùi là do các nguyên nhân: chất hữu

cơ từ cống rãnh khu dân cư, xí nghiệp chế biến thực phẩm, nước thải côngnghiệp hóa chất, chế biến dầu mỡ, các sản phẩm phân huỷ cây cỏ, rong tảo,động vật Mặc dù tương đối vô hại (nếu với hàm lượng nhỏ), nhưng mùi có thểgây cảm giác khó chịu, buồn nôn Thông thường mùi có được là mùi tổng hợpcủa nhiều loại mùi khác nhau Khi độ nhiễm bẩn chất hữu cơ không quá lớn,quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra chủ yếu mạnh mẽ (khi nước có đầy đủ oxi)thì nồng độ mùi thường thấp Ngược lại, khi trong nước không có oxi, các chấthữu cơ trung gian được tạo ra do quá trình phân hủy kỵ khí như các axit chưa

no dễ bay hơi, các bazơ Nitơ, CH4, H2S, Mecaptan, Indol, Scatol… nên mùiđược tạo ra rất mạnh, nồng độ chất mùi lớn và gây cảm giác khó chịu

- Màu: nước tự nhiên sạch thường không màu Nước tự nhiên có thể có màu

vì các lý do: Các chất hữu cơ trong cây cỏ bị phân rã, nước có sắt và mangandạng keo hoặc dạng hòa tan, nước có chất thải công nghiệp (crom, tannin,lingin ) Nếu nước có màu là dấu hiệu nước đã bị ô nhiễm Màu của nướcđược phân thành 2 dạng: màu thực do các chất hòa tan hoặc dạng hạt keo, vàmàu biểu kiến là màu của các chất lơ lửng trong nước tạo nên Màu không chỉlàm giảm giá trị cảm quan của nước, nó còn cho biết mức độ ô nhiễm, thậm chícòn cho biết mức độ độc hại của nước Độ màu càng lớn thì mức độ ô nhiễmcàng cao

- Độ đục: độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc

do giới thủy sinh gây ra Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước,ảnh hưởng khả năng quang hợp của các vi sinh vật tự dưỡng trong nước, gâygiảm thẩm mỹ và giảm chất lượng của nước sử dụng Độ đục càng cao thì độnhiễm bẩn càng lớn

* Chỉ tiêu đánh giá định lượng trạng thái chất bẩn tan, không tan: Hàmlượng chất rắn (TS, SS, VSS, DS)

- Tổng chất rắn (TS): được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại saukhi cho bay hơi 1 lit mẫu nước trên bếp cách thủy ở 103oC cho đến khi trọnglượng không đổi Đơn vị tính bằng mg/l (hoặc g/l)

- Chất rắn lơ lửng dạng huyền phù (SS): hàm lượng các chất rắn huyềnphù là trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh, khi lọc 1lmẫu nước qua phễu lọc Gooch rồi sấy khô ở 103 - 105oC tới khi trọng lượngkhông đổi Đơn vị tính bằng mg/l (hoặc g/l)

- Chất rắn hòa tan (DS): là hiệu số tổng chất rắn huyền phù: DS = TS - SS.Đơn vị tính bằng mg/l (hoặc g/l)

- Chất rắn bay hơi (VSS): hàm lượng chất rắn bay hơi là lượng mất đi khinung lượng chất rắn huyền phù ở 550oC trong khoảng thời gian xác định.Đơn vị tính bằng mg/l (hoặc % của SS hoặc TS)

* Các chỉ tiêu đánh giá định lượng độ nhiễm bẩn hữu cơ:

- BOD là lượng oxi (thể hiện bằng g hoặc mg O2 theo đơn vị thể tích) do

vi sinh vật tiêu thụ để oxi hóa sinh học các chất hữu cơ trong bóng tối ở điềukiện chuẩn về nhiệt độ và thời gian Như vậy, BOD phản ánh được lượng chấthữu cơ dễ bị phân huỷ có trong nước mẫu Thông số BOD có tầm quan trọngthực tế vì đó là cơ sở để thiết kế và vận hành hệ thống xử lí nước thải; BOD còn

là thông số cơ bản để đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước, giá trị củaBOD càng lớn nghĩa là mức độ ô nhiễm hữu cơ càng cao Theo quy định của

Bộ Y Tế, nước được dùng trong sinh hoạt có giá trị BOD5 < 4 mg/l Tiêuchuẩn nước thuỷ sản của FAO quy định giá trị BOD < 10 mg/l cho các loại cá

họ cyprinid Vì giá trị của BOD phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian ổn nhiệtnên việc xác định BOD cần tiến hành ở điều kiện tiêu chuẩn, thí dụ ở nhiệt

độ 200C trong thời gian ổn nhiệt 5 ngày (BOD5) hoặc có thể ở nhiệt độ trongthời gian ổn nhiệt 3 ngày (BOD3)

- COD là lượng chất oxi hóa (thể hiện bằng g hoặc mg O2 theo đơn vị thể tích)cần để oxi hóa chất hữu cơ Chỉ số này được dùng rộng rãi để biểu thị hàmlượng chất hữu cơ trong nước thải và nước tự nhiên Hiện nay, tác nhân oxihóa mạnh như kalidicromat (K2Cr2O7) thường được dùng để xác định COD, vìchất này có thể oxi hóa đến 95 - 100% chất hữu cơ

- TOC (Tổng hàm lượng cacbon hữu cơ): là tỉ lệ giữa khối lượng cacbon sovới khối lượng hợp chất Như vậy trị số TOC được tính dựa theo công thức củahợp chất, đơn vị thể hiện là gam hoặc miligam cacbon theo thể tích

- Oxi hòa tan DO: Oxi hòa tan trong nước rất cần cho các sinh vật hiếu khí.Mức oxi hòa tan trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ônhiễm chất hữu cơ, vào hoạt động của thế giới thủy sinh, các hoạt động hóa sinh,hóa học và vật lý của nước Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxi đượcdùng nhiều cho các quá trình hóa sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầmtrọng

- Các hợp chất phenol: Phenol và các chất dẫn xuất phenol có trong nướcthải công nghiệp Các hợp chất phenol làm cho nước có mùi, đồng thời gây táchại cho hệ sinh thái và sức khỏe dân chúng Giá trị LD 50 của pentaclorophenol

là 27 mg/kg đối với chuột Một số phenol có khả năng gây ung thư Theo quyđịnh của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) hàm lượng 2,4-triclophenol vàpentaclophenol trong nước uống không quá 1 mg/l Tiêu chuẩn nước thuỷ sảncủa FAO quy định nồng độ các phenol < 5 mg/l đối với các loại cá họsalmonid và cyprinid

* Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm dinh dưỡng và mức độ phú dưỡnghoá thuỷ vực: là các chất dinh dưỡng (N, P) Trong nước thải, N tồn tại ở các

dạng Nitơ hữu cơ (N - HC), Nitơ amoniac (N - NH3), Nitơ Nitrit (N - NO2-),Nitơ nitrat (N - NO3-), N tổng số và N tự do P thường tồn tại trong nước thải

ở các dạng orthophotphat (PO43-, HPO42-, H2PO4-, H3PO4) hay polyphotphat vàphosphat hữu cơ

- Amoni (NH4+): trong nước bề mặt tự nhiên vùng không ô nhiễm có lượngvết amoni (dưới 0,05 ppm) Nồng độ amoni trong nước ngầm cao hơn nhiều.Lượng amoni trong nước thải từ khu dân cư và nước thải các nhà máy hóachất, chế biến thực phẩm, sữa có thể lên tới 10 -100 mg/l Theo quy định vềnước bề mặt của Hà Lan, lượng ammoni trên 5 mg/l được xem là ô nhiễm nặng.Tiêu chuẩn nước thuỷ sản của FAO yêu cầu nồng độ ammoni < 0,2 mg/l đối vớiloại cá salmonid và 0,8 mg/l đối với loại cá cyprinid

- Nitrat (NO3-): là sản phẩm cuối cùng của sự phân huỷ các chất chứa Nitơ cótrong chất thải của người và động vật Trong nước tự nhiên nồng độ nitratthường dưới 5 mg/l Nước sông MêKông thường có nitrat 0,5 mg/l Ở vùng ônhiễm do chất thải, phân bón, nồng độ nitrat cao trên 10 mg/l là môi trường dinhdưỡng tốt cho sự phát triển rong, tảo gây ảnh hưởng đến chất lượng nước sinhhoạt và thuỷ sản Trẻ con uống nước nhiều nitrat (NO3-) có thể ảnh hưởng đếnmáu (chứng methaemoglobinaemia) Theo quy định của WHO nitrat trong nướcuống không quá 10 mg/l

- Photphat: cũng như nitrat, photphat là chất dinh dưỡng cho sự phát triểnrong tảo Nồng độ photphat trong nguồn nước không ô nhiễm thường < 0,01mg/l Giá trị này ở sông Mêkông thường < 0,05 mg/l nhưng ở các kênh rạch

bị ô nhiễm nước thải sinh hoạt và công nghiệp nồng độ photphat có thể lêntới trên 5 mg/l Photphat là chất có nhiều trong phân người, sản xuất lân, thựcphẩm Photphat không thuộc loại hóa chất độc hại đối với con người Theo quyđịnh của Hà Lan, photphat trong nước uống tối đa là 6 mg/l WHO không quy

định đối với hóa chất này Có 3 trạng thái tồn tại của photphat:orthophotphat, (PO43-) meta hoặc poliphotphat và photphat có liên kết hữu cơ.

- Sunfat (SO42-): Các nguồn nước tự nhiên, đặc biệt nước biển và nước phèn cónồng độ sunfat cao Nước sông Mêkông ở vùng không nhiễm mặn có nồng độsunfat nhỏ hơn 50 mg/l Nước ở vùng có mỏ thạch cao, quặng chứa lưu huỳnh,nước mưa axit và nước thải công nghiệp có nhiều sunfat Nước có nồng độsunfat cao sẽ gây sét rỉ đường ống và các công trình bêtông Ở nồng độ caosunfat còn tác hại đến cây trồng Quy định nước thuỷ lợi của Mỹ hạn chế nồng

độ chất này dưới 1000 mg/l

- Clorua (Cl-): là một trong các ion quan trọng trong nước và nước thải Vịmặn của nước là do ion Cl- tạo ra Nước có Cl- với lượng 250 mg/l có thể gâycảm giác mặn Nếu cation là Ca2+, Mg2+ thì ở nồng độ cao đến 1000 mg/l cũngkhông cho vị mặn

Nồng độ cho phép Cl- trong nước uống theo quy định của WHO là 250mg/l, theo quy định của cộng đồng kinh tế Châu Âu là 25 mg/l Nước mặn vớinồng độ Cl-, Na+ và Bo cao có khả năng gây tác hại đến cây trồng Tiêu chuẩncủa FAO đối với thuỷ lợi cho thấy nếu nồng độ Cl- dưới 4 mg/l (142 mg/l) thìcây trồng không bị ảnh hưởng xấu, nồng độ Cl- trên 10 meg/l (355 mg/l) gây táchại nặng đến cây trồng

* Chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm của các đối tượng nước thải khác nhau:

- Dầu, mỡ bám vào thành ống nước thải, làm giảm công suất đườngống Chúng thường nổi lên trên bề mặt nguồn nước, làm ảnh hưởng tớiquá trình oxi hóa nước Kim loại nặng: phần lớn các kim loại nặng cótrong nước bị ô nhiễm và thường tồn tại dưới dạng ion Các kim loại nặnggây độc hại đến người và động vật

- Chì (Pb): Là kim loại nặng có độc tính đối với não và có thể gây chết ngườinếu bị nhiễm độc nặng Chì có khả năng tích lũy lâu dài trong cơ thể Trongnước sông hồ có lượng vết chì (độ 1 – 50 mg/l), nước biển không ô nhiễm cónồng độ chì 0,03 mg/l

- Thuỷ ngân (Hg): Thuỷ ngân vô cơ, hữu cơ đều cực độc đối với con người

và thuỷ sinh Nồng độ cho phép của WHO đối với thuỷ ngân trong nước uống

là 0,1 mg/l Tiêu chuẩn nước nuôi cá của một số quốc gia chỉ cho phép nồng độthuỷ ngân dưới 0,5 mg/l Hàm lượng thủy ngân trong cá tươi từ 0,5 – 1 mg/l làkhông an toàn đối với con người

- Asen (As): Là chất độc cực mạnh có tác dụng tích lũy và gây ung thư.Nước tự nhiên có chứa vết asen với nồng độ khoảng 10 mg/l Tiêu chuẩn chophép của WHO trong nước sạch là 0,4 – 1 mg/l, nước biển có 1,5 – 1,7 mg/l.Tiêu chuẩn Hà Lan là 5 mg/l Tiêu chuẩn nước nuôi cá cho phép là nồng độasen dưới 25 mg/l

Ngoài các kim loại nặng kể trên hàng loạt nguyên tố khác có độc tính rấtcao như cadmi, crom, selen, niken là các tác nhân gây hại tài nguyên thuỷsinh và sức khỏe con người ngay ở nồng độ thấp

* Chỉ số sinh vật: Vi sinh vật cũng là một chỉ tiêu để đánh giá nước bị ônhiễm Có 3 nhóm vi sinh vật chỉ thị cho nước bị ô nhiễm:

- Nhóm coliform đặc trưng là Escherichia coli (E.coli)

- Nhóm streptococci đặc trưng là Streptococcus faecalis

- Nhóm clostridia khử sulphit đặc trưng là Clostridium perfringens

Sự có mặt các vi sinh này chỉ ra rằng nước bị ô nhiễm phân, như vậy có ýnghĩa là có thể có vi trùng gây bệnh đường ruột trong nước và ngược lại nếu

không có các vi sinh chỉ thị phân có ý nghĩa là có thể không có vi trùng gâybệnh đường ruột

Trong 3 nhóm vi sinh vật chỉ thị trên, nhóm coliform thường được phântích vì:

- Chúng là nhóm vi sinh quan trọng nhất, trong việc đánh giá vệ sinh nguồnnước và có đầy đủ các tiêu chuẩn của loại vi sinh chỉ thị lý tưởng

- Chúng có thể được xác định trong điều kiện thực địa

- Việc xác định coliform dễ dàng hơn xác định các vi sinh chỉ thị khác.Chẳng hạn các quy trình xác định streptococci cần thời gian ổn nhiệt lâu cònviệc xác định clostridia cần phải tiến hành ở 80oC là lên men hai lần nên trongđiều kiện thực địa khó xác định hai loại vi sinh chỉ thị này Trong nhómcoliform có một số loại có khả năng lên men lactose khi nuôi cấy ở 35oC hoặc

37oC tạo ra axit, aldehit và khí trong vòng 48 giờ Có một số loại lại có khảnăng lên men lactose ở 44oC hoặc 44,5oC (nhóm coliform chịu nhiệt) Thuộcloại này có E.Coli

1.3.2 Yêu cầu cần thiết phải xử lý nước thải

Do xu thế phát triển của xã hội cùng với quá trình đô thị hóa đang diễn ra, cácngành công nông nghiệp, các nhà máy, Khu công nghiệp, vùng kinh tế ra đời,các đô thị mới được mở rộng… đòi hỏi cần rất nhiều nước sạch Trên thực tế,thế giới chỉ có khoảng 30 triệu km3 nước ngọt, nguồn dự trữ này không thay đổitrong khi nhu cầu sử dụng nước luôn tăng, nhu cầu nước hàng năm của thế giớihiện nay vào khoảng 3.500 - 3.900 tỉ m3 nước sạch, và một nửa trong số đó trởthành nước thải, còn một nửa không quay trở lại, 1 m3 nước thải có thể làm

“nhiễm bẩn mạnh” 10 m3 nước sạch

Do đó, nguồn nước đã mất dần khả năng tự làm sạch, nhanh chóng bị kiệt đi,gây ra nạn thiếu nước trầm trọng Hiện nay, giải quyết nước cho đời sống conngười và nền kinh tế quốc dân đã trở thành vấn đề thực sự bức thiết Nhiềuquốc gia trên thế giới đã đưa ra những quy định pháp lý nghiêm ngặt về vấn đềnày Việc sử dụng tổng hợp nguồn nước: sinh hoạt, sản xuất, bảo vệ môi trường…đang rất được quan tâm Dựa trên nguồn gốc và đặc tính nước thải của một sốngành nghề sản xuất, có thể nhận thấy hầu hết giá trị các thông số ô nhiễm vượtrất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép, gây ảnh hưởng rất lớn đến chất lượngnước nói chung, và có thể gây tác hại cho sức khỏe con người khi sử dụng.Chính vì vậy xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn quy định hiện nay đang là vấn đềcấp thiết, không những bảo vệ sức khỏe con người, bảo vệ môi trường sống màcòn đảm bảo thực hiện theo đúng chính sách, quy định ban hành của nhà nước.

1.4 Giới thệu về một số kim loại nặng và phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải.

1.4.1 Giới thiệu về một số kim loại nặng

Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 Cáckim loại quan trọng nhất trong việc xử lý nước là Zn, Cu, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr,As Một vài các kim loại trong số này có thể cần thiết cho cơ thể sống (baogồm động vật, thực vật, các vi sinh vật) khi chúng ở một hàm lượng nhất địnhnhư Zn, Cu, Fe Tuy nhiên khi ở một lượng lớn hơn hoặc nhỏ hơn nó sẽ trởnên độc hại Những nguyên tố như Pb, Cd, Ni không có lợi ích nào cho cơ thểsống Những kim loại này khi đi vào cơ thể động vật hoặc thực vật ngay cả ởdạng vết cũng có thể gây độc hại

Trong tự nhiên, kim loại nặng tồn tại trong ba môi trường: môi trường khí,môi trường nước và môi trường đất

Trong môi trường khí, kim loại nặng thường tồn tại ở dạng hơi kimloại Các hơi kim loại này phần lớn là rất độc, có thể đi vào cơ thể con người

và động vật khác qua đường hô hấp Từ đó gây ra nhiều bệnh nguy hiểm chocon người và động vật

Trong môi trường đất thì các kim loại nặng thường tồn tại ở dưới dạngkim loại nguyên chất, các khoáng kim loại, hoặc các ion Kim loại nặng cótrong đất dưới dạng ion thường được cây cỏ, thực vật hấp thụ làm cho cácthực vật này nhiễm kim loại nặng… Và nó có thể đi vào cơ thể con người vàđộng vật thông qua đường tiêu hóa khi người và động vật tiêu thụ các loạithực vật này

Trong môi trường nước thì kim loại nặng tồn tại dưới dạng ion hoặcphức chất Trong ba môi trường thì môi trường nước là môi trường có khảnăng phát tán kim loại nặng đi xa nhất và rộng nhất Trong những điều kiệnthích hợp kim loại nặng trong môi trường nước có thể phát tán vào môitrường đất hoặc khí Kim loại nặng trong nước làm ô nhiễm cây trồng khi cáccây trồng này được tưới bằng nguồn nước có chứa kim loại nặng hoặc đấttrồng cây bị ô nhiễm bởi nguồn nước có chứa kim loại nặng đi qua nó Do đókim loại nặng trong môi trường nước có thể đi vào cơ thể con người thôngqua con đường ăn hoặc uống

Bảng 1.1: Một số các kim loại nặng và ảnh hưởng của chúng đến cơ thể sống n c th s ng ơ thể sống ể sống ống

TÊN KIM

LOẠI

NẶNG

KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ

(g)

KHỐI LƯỢNG RIÊNG

(g/cm3)

ẢNH HƯỞNG ĐẾN THỰC VẬT

ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘNG VẬT

ô nhiễm kim loại nặng Khác biệt so với nước thải ngành công nghiệp, nướcthải sinh hoạt thường có chứa trong nó một lượng kim loại nhất định bởi quátrình tiếp xúc lâu dài với Cu, Zn, hoặc Pb của đường ống hoặc bể chứa

Sự tồn tại của kim loại nặng ở trong nước thải sinh hoạt do các tác nhântrong các mỹ phẩm dùng để trang điểm, rửa mặt Một vài hóa chất được sửdụng trong nông nghiệp cũng làm gia tăng ô nhiễm kim loại nặng như: Cuđược thêm vào thức ăn cho lợn và được bài tiết ra một lượng lớn bởi các loàiđộng vật Kim loại nặng được phân loại nói chung là chất độc hại hoặc rất độchại đối với các động vật sống dưới nước hoặc rất nhiều các loài thực vật, mặc

dù ngay cả khi với mỗi loài hoặc một nhóm loài có liên quan gần gũi vớinhau thì chúng đều có độ nhạy cảm với ảnh hưởng của kim loại là khác nhau.Chỉ một phần nhỏ các tác động của kim loại nặng, đối với các thực vật nhỏthủy sinh được biết đến Tuy nhiên các loại tảo, các loài động vật nhỏ không

có xương sống, được nghiên cứu rộng rãi Nói chung trong môi trường nướcthì kim loại nặng có thể được liệt kê sẵp xếp theo thứ tự giảm độc hại nhưsau: Hg, Cd, Cu, Ni, Pb, Cr, Co… Tuy nhiên, sự sắp xếp này chỉ là tương đối

và các vị trí của các nguyên tố này trong chuỗi sẽ rất khác nhau với từng loài,từng điều kiện và đặc điểm môi trường Phân chia theo sự khác biệt về đặctính của độ nhạy cảm với các kim loại, độc tính của các kim loại rất đa dạngvới các điều kiện môi trường chính bởi vì ảnh hưởng của điều kiện môitrường khác nhau lên các đặc tính của từng kim loại Nghiên cứu ảnh hưởng,hậu quả của kim loại nặng trong nước tới sinh thái thường gặp những cản trở,bởi thực tế là các tạp chất ô nhiễm khác luôn luôn có mặt, do đó khó có thểxác định được mức độ ô nhiễm, hay hậu quả của các kim loại có trong nướcthải gây nên với môi trường sinh thái

Trong môi trường thì các kim loại nặng tồn tại trong các hợp chất vô cơhoặc hữu cơ Có một vài bằng chứng cho thấy rằng khi trong nước thải cóchứa các hợp chất hữu cơ thì độc tính của kim loại đối với các động thực vậtsống giảm đi Tuy nhiên cũng có khi sự tồn tại một số các hợp chất hữu cơ mà

sự có mặt của nó cùng với các kim loại nặng lại làm tăng thêm độc tính củakim loại nặng đó Ví dụ như metyl thủy ngân

Đối với con người một số các kim loại khi tồn tại một hàm lượng nhất địnhtrong cơ thể con người sẽ có ích, tuy nhiên khi nồng độ của các kim loại nàylớn hoặc thấp hơn mức cho phép thì nó sẽ là chất độc gây rối loạn trong cơthể con người và tạo ra các bệnh nguy hiểm như rối loạn cơ quan thần kinh,phá hủy gan, thận hoặc gây ra các bệnh ung thư

1.4.1.1 Giới thiệu về nguyên tố Chì (Pb)

Chì (Pb) thuộc phân nhóm chính nhóm IV, chu kỳ 6 trong bảng hệ thốngtuần hoàn

Chì có số thứ tự: Z = 82

Khối lượng nguyên tử: 207,2

Cấu tạo electron : [Xe]4f145d106s26p2

với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó chì có thể tan vì muối khó tan củalớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan:

PbCl2 + 2HCl  H2PbCl4

PbSO4 + H2SO4  Pb(HSO4)2

Pb dễ dàng tác dụng với axit HNO3 ở bất kỳ nồng độ nào, có thể tan trong

axit axetic và các axit hữu cơ khác [12].

Nguồn phát sinh

* Nguồn gốc tự nhiên :

Hàm lượng chì trong vỏ trái đất 10 - 20 mg/kg

Trong nước ngầm và nước mặt nồng độ của chì không vượt quá 10 g/l Trong không khí lượng chì đưa vào khí quyển khoảng: 330.000tấn/năm, trong đó 80-90% bắt nguồn từ chất phụ gia akyl chì

* Nguồn nhân tạo :

Lượng chì tiêu thụ trên thế giới ngày một tăng do vậy lượng chì thải ra môitrường ngày càng lớn Các nguồn thải ra chì chính là:

+ Khai thác quặng có chứa chì như: mỏ chì sunfit (PbS), chì cacbonat(PbCO3) và chì sunfat(PbSO4)

+ Và một số các quá trình khác

Độc tính

Các tác động của chì lên quá trình sinh hóa, đặc biệt lên quá trình tổnghợp heme cả ở người lớn và trẻ em Khi nồng độ chì trong máu cao người tathấy:

+ Tăng tỷ lệ protoporphyrin tự do ở hồng cầu

+ Tăng đào thải coproporhyrin và axit  - aminolevulinic ( - ALA) trongnước tiểu Do vậy  - ALA không được tích luỹ trong cơ thể

+ Do thiếu heme để tổng hợp hemoglobin nên gây bệnh thiếu máu khinồng độ chì lên tới 1,92 mol/l (40g/l)

+ Chì ảnh hưởng đến hệ thần kinh, hệ sinh sản và máu của con người vàđộng vật Chì được tích luỹ trong xương, dạ dày và máu

+ Trẻ em dễ bị ngộ độc chì hơn người lớn vì cơ thể của trẻ em hấp thụchì dễ dàng hơn và ít có khả năng đào thải chúng

* Dấu hiệu và triệu chứng:

+ Sau một vài tháng tiếp xúc với chì ở nồng độ thấp: kém thông minh,mất trí, da tái do thiếu máu, chán ăn, đau đầu, nôn, đau bụng, mệt mỏi, có vịkim loại trong miệng

+ Với nồng độ cao có thể bị nôn dữ dội, đau khớp, cổ tay, bàn chân rã rời,

co giật, đau bụng

Tiêu chuẩn cho phép của Pb trong nước

Người ta xác định khi nồng độ trong máu dưới 25g/dl thì giảm chỉ sốthông minh (IQ) Nhưng cho đến nay những nghiên cứu chưa có đủ số liệu đểxác định chính xác giá trị ngưỡng độc của chì Giá trị ngưỡng dao động trong

khoảng 10 - 15 g/dl Nếu nồng độ chì trong máu lớn hơn 30 g/dl thì xuấthiện sự suy giảm tốc độ dẫn truyền ngoại biên của người Nếu lớn hơn 40 g/

dl có thể dẫn đến rối loạn chức năng vận động và chức năng của hệ thần kinhthưc vật

Nồng độ cho phép tối đa của chì trong nước uống của tổ chức WHO là 0,05mg/l Tiêu chuẩn cho phép của chì trong nước sinh hoạt của Việt Nam là 0,05mg/l

Chì được dùng để làm tấm điện cực trong ăcquy, dây cáp điện, đầu đạn vàcác ống dẫn trong công nghiệp hoá học Chì hấp thụ tốt tia phóng xạ và tiaRơnghen nên được dùng làm những tấm bảo vệ khi làm việc với những tia đó.Tường của phòng thí nghiệm phóng xạ được lót bằng gạch chì, mỗi viên gạch

đó thường nặng hơn 10 kg Chì và các hợp chất của chì đều rất độc, nên khitiếp xúc cần phải cẩn thận

Tác dụng sinh hóa của chì là do chì gây ức chế một số enzim quan trọngcủa quá trình tổng hợp máu dẫn đến không tạo được hồng cầu, phá hủy quátrình tổng hợp Hemoglobin và các sắc tố khác cần thiết trong máu nhưcytochromes Khi hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cảnquá trình sử dụng oxi để oxi hoá glucozo tạo ra năng lượng cho quá trìnhsống, do đó, làm cho cơ thể mệt mỏi Ở nồng độ cao hơn 0,8 ppm có thể gâythiểu năng (do thiếu Hemoglobin) Hàm lượng chì trong máu khoảng 0,5 –0,8 ppm gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy não

Xương là nơi tàng trữ tích tụ chì trong cơ thể, ở đó, chì tương tác vớiphotphat trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độctính cuả nó

Các chất chống tính độc của chì là các chất có khả năng tạo phức tan vớichì Ví dụ: Dung dịch phức chelat của canxi có thể dùng để giải chì vì phức

chelat của chì bền hơn phức chelat của canxi, nên Pb2+ sẽ thế chỗ Ca2+ trongphức chelat Kết quả là phức chelat chì được tạo thành tan và đào thải rangoài qua nước tiểu Các hóa chất được dùng để giải độc chì là EDTA: 2,3dimerrcapt; propanol; penicillamin

1.4.1.2 Giới thiệu về nguyên tố Cadimi (Cd)

Cadimium (Cd) là nguyên tố hoá học thuộc nhóm IIB, chu kỳ 5 trong bảng

hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, số thứ tự 48, nguyên tử khối112,41 Cd có cấu hình lớp vỏ 18 + 2e là cấu hình tương đối bền Do nănglượng ion hoá thứ 3 rất cao làm cho năng lượng sonvat hoá hay năng lượngtạo thành mạng lưới tinh thể không đủ để làm bền được cho trạng thái oxi hoá+3 Trạng thái oxi hoá cao nhất của Cd chỉ là +2

Đặc điểm của nguyên tố Cd

7,6.10-6 % tổng số nguyên tử tương ứng trong vỏ trái đất Trong thiên nhiên

Cd thường tồn tại trong hợp kim cùng với Zn, Cu

Nguồn gốc phát sinh

* Nguồn gốc tự nhiên :

Cd có trong khoáng vật chứa các kim loại khác đặc biệt là kẽm (Zn)

Cd có trong các nham thạch của núi lửa

* Nguồn gốc nhân tạo :

Cd cũng giống như các kim loại khác được sử dụng trong các hoạt động

sản xuất và sinh hoạt của con người [7].

Các hoạt động công nghiệp là nguồn chính để phát sinh ra các chất thải cóchứa Cd:

+ Công nghiệp luyện kim

+ Trong quá trình lọc dầu

+ Trong công nghiệp khai thác quặng

+ Trong quá trình đốt cháy than và các chất thải rắn

+ Trong công nghiệp điện tử

+ Trong các hoạt động của nghành cơ khí có sử dụng Cd

+ Trong công nghiệp sản xuất pin, acquy

+ Trong công nghiệp mạ

Độc tính

Cd thâm nhập vào cơ thể qua con đường hô hấp và ăn uống

Sau khi thâm nhập vào cơ thể Cd tồn tại ở dạng Cd2+ liên kết với cácprotein tạo thành metalthionein rồi được giữ lại trong thận khoảng 1% và thải

ra ngoài khoảng 99% Phần còn lại này được tích luỹ tăng dần theo tuổi, đếnmột lúc nào đó lượng Cd2+ này đủ lớn có thể thay thế Zn2+ trong các enzim và

gây ra rối loạn trao đổi chất [14]

Ở nồng độ cao Cd gây các bệnh thiếu máu, đau thận và phá hủy tủy xương.Nồng độ ngưỡng của Cd gây tác hại thận là 0,2 mg/l

Trong lịch sử thế giới có nhiều vụ ngộ độc cadimi Nổi tiếng nhất làngộ độc cadimi ở Nhật, người ta gọi là bệnh itai - itai Ở con sông Dinxa củaNhật Bản có mỏ thiếc, qua quá trình khai thác và tuyển nổi quặng đã thảicadmi vào dòng sông, do vậy nước con sông bị nhiễm cadimi Nông dân vùngnày thường lấy nước sông để tưới tiêu trồng trọt lúa và đậu nành Sau 15 - 30năm đã có 150 người chết vì ngộ độc cadimi mãn tính kèm theo bệnh teoxương ở toàn bộ xương Và từ đó bệnh nhiễm độc cadimi này đã đi vào lịch

sử nhiễm độc kim loại nặng với cái tên "itai - itai"

Tiêu chuẩn cho phép của Cd trong nước

Giới hạn độc tính của Cd lên cơ thể người là: PTWI = 0,007 mg/kg trọnglượng cơ thể người/tuần

Tiêu chuẩn của WHO đối với nồng độ tối đa của nước uống là: 0,005 mg/lTiêu chuẩn Việt Nam cho phép nồng độ Cadimi trong nước sinh hoạt:0,005 mg/l

Cd là một kim loại độc hiện đại Nó chỉ mới được phát hiện như mộtnguyên tố vào năm 1817 và được sử dụng trong công nghiệp từ khoảng 50năm trước Hiện nay Cd là một kim loại rất quan trọng trong nhiều ứng dụngkhác nhau, đặc biệt Cd được sử dụng chủ yếu trong mạ điện, vì nó có đặc tínhkhông ăn mòn Ngoài ra Cd còn được sử dụng làm chất màu cho công nghệ

sơn và công nghệ chất dẻo và là catot cho các nguồn pin niken – cadimi, sảnphẩm phụ của công nghệ luyện chì và kẽm.

Phần lớn cadimi xâm nhập vào cơ thể con người, được đào thải, còn một ít(khoảng 0,1%) được giữ lại trong thận Do Cd liên kết với protein tạo thànhmetalotionein có ở thận, phần còn lại được giữ trong cơ thể và dần dần đượctích lũy cùng với tuổi tác Khi lượng Cd được tích lũy đủ lớn, nó có thể thếchỗ của ion kẽm trong các enzim quan trọng và gây ra rối loạn tiêu hóa và cácchứng bệnh rối loạn chức năng của thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá hủytủy xương và gây ung thư

1.4.1.3 Giới thiệu về nguyên tố Kẽm (Zn)

Kẽm là tên gọi của một nguyên tố hóa học trong trong bảng hệ thống tuầnhoàn có ký hiệu Zn và số hiệu nguyên tử bằng 30

Đặc điểm của nguyên tố Zn

là 7,13 (g/cm3), nhiệt độ nóng chảy 419oC, nhiệt độ sôi 907oC Kẽm là mộtkim loại hoạt động trung bình có thể kết hợp với ôxi và các á kim khác, có

phản ứng với axít loãng để giải phóng hidrô Trạng thái ôxi hóa phổ biến củakẽm là +2.

Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 23 trong vỏ Trái đất Các loại khoáng chấtnặng nhất có xu hướng chứa khoảng 10% sắt và 40 - 50% kẽm Các loạikhoáng chất để tách kẽm chủ yếu là sphalerit, blenđơ, smíthonit, calamine,franklinite

Kẽm trong tự nhiên là hỗn hợp của 4 đồng vị ổn định 64Zn, 66Zn, 67Zn, và

68Zn, với đồng vị 64 là phổ biến nhất (48,6% trong tự nhiên) 22 đồng vịphóng xạ được viết đến với phổ biến hay ổn định nhất là 65Zn với chu kỳ bán

rã 244,26 ngày, và 72Zn với chu kỳ bán rã 46,5 giờ Các đồng vị phóng xạkhác có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 14 giờ và phần lớn có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 1giây Nguyên tố này cũng có 4 trạng thái đồng phân nguyên tử

Kẽm là kim loại được sử dụng phổ biến hàng thứ tư sau sắt, nhôm, đồng

tính theo lượng sản xuất hàng năm [14].

+ Kẽm được sử dụng để mạ kim loại, chẳng hạn như thép để chống ăn rỉ + Kẽm được sử dụng trong các hợp kim như đồng thanh, niken trắng, cácloại que hàn, bạc Đức v.v… Đồng thanh có ứng dụng rộng rãi nhờ độ cứng vàsức kháng gỉ cao

+ Kẽm được sử dụng trong dập khuôn, đặc biệt là trong công nghiệp ôtô.Kẽm dạng cuộn được sử dụng để làm vỏ pin

+ Oxit kẽm được sử dụng như chất liệu có màu trắng trong màu nước vàsơn cũng như chất hoạt hóa trong công nghiệp ôtô Sử dụng trong thuốc mỡ,

nó có khả năng chống cháy nắng cho các khu vực da trần Sử dụng như lớp

bột mỏng trong các khu vực ẩm ướt của cơ thể (bộ phận sinh dục) của trẻ em

để chống hăm

+ Clorua kẽm được sử dụng làm chất khử mùi và bảo quản gỗ Sunfua kẽmđược sử dụng làm chất lân quang, được sử dụng để phủ lên kim đồng hồ haycác đồ vật khác cần phát sáng trong bóng tối

+ Methyl kẽm (Zn(CH3)2) được sử dụng trong một số phản ứng tổng hợpchất hữu cơ

+ Stearat kẽm được sử dụng làm chất độn trong sản xuất chất dẻo (plastic)

+ Gluconat glycin kẽm trong các viên nang hình thoi có tác dụng chốngcảm

1.4.1.4 Giới thiệu về nguyên tố Đồng (Cu)

Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng hệ thống tuần hoàn có ký hiệu

Cu, thuộc nhóm IB

Đặc điểm của nguyên tố Cu

Đồng có số thứ tự : Z = 29

Cấu hình electron : [Ar] 3d104s1

Bán kính nguyên tử (Ao) : 1,28

Năng lượng ion hóa (eV): I1= 7,72

I2 = 20,29

I3 = 36,20

Khối lượng nguyên tử : 63,56

Khối lượng riêng (g/cm3 ): 8,94

Độ âm điện : 1,9

Thế điện cực chuẩn Eo

Cu2+/Cu= + 0,34 VĐồng là một kim loại có màu vàng ánh đỏ, có độ dẫn điện và độ dẫn nhiệtcao (trong số các kim loại nguyên chất ở nhiệt độ phòng chỉ có bạc có độ dẫnđiện cao hơn), là kim loại mềm, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi Đồng có lẽ là kimloại được con người sử dụng sớm nhất do các đồ đồng có niên đại khoảngnăm 8700 trước công nguyên (TCN) đã được tìm thấy Ngoài việc tìm thấyđồng trong các loại quặng khác nhau, người ta còn tìm thấy đồng ở dạng kimloại (đồng tự nhiên) ở một nơi Đồng đã được ghi chép trong các tư liệu củamột số nền văn minh cổ đại, và nó có lịch sử sử dụng ít nhất là 10.000 năm Trong thời của nền văn minh Hy Lạp, kim loại này được biết với tên gọi

chalkos Trong thời kỳ La Mã, nó được biết với tên aes Cyprium (aes là thuật

ngữ Latinh chung để chỉ các hợp kim của đồng như đồng đỏ và các kim loạikhác và bởi vì nó được khai thác nhiều ở Síp) Từ những yếu tố lịch sử này, tên

gọi của nó được đơn giản hóa thành Cuprum là tên gọi Latinh của đồng.

Trong Thần thoại Hy Lạp - La Mã cũng như trong thuật giả kim, đồng cóliên quan đến nữ thần Aphrodite (Vệ Nữ) vì vẻ đẹp rực rỡ của nó, việc sửdụng thời cổ đại của nó trong sản xuất gương, và sự liên hệ của nó với Síp, là

quê hương của nữ thần Trong thuật giả kim, ký hiệu của đồng cũng là kýhiệu cho sao kim.

Trong tự nhiên, đồng có thể tìm thấy như là đồng tự nhiên hoặc trong dạngkhoáng chất Các khoáng chất chẳng hạn như cacbonat azurite(2CuCO3Cu(OH)2) và malachite (CuCO3Cu(OH)2) là các nguồn để sản xuấtđồng, cũng như là cát sunfua như chalcopyrite (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4),covellit (CuS), chalcocit (Cu2S) và các ôxít như cuprit (Cu2O)

Phần lớn đồng trích xuất được trong các mỏ lộ thiên trong các khoáng sản

có ít hơn 1% đồng

Có hai đồng vị ổn định là 63Cu và 65Cu, cùng với một số đồng vị phóng xạ.Phần chủ yếu của các đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã ở mức độ phút haynhỏ hơn, đồng vị phóng xạ bền nhất, 64Cu có chu kỳ bán rã 12,7 giờ, có haicách phân rã, tạo ra hai sản phẩm khác nhau

Đồng là vật liệu dễ dát mỏng, dễ uốn, có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệttốt, vì vậy nó được sử dụng một cách rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm: + Dây điện

+ Là một thành phần trong tiền kim loại

+ Trong đồ nhà bếp, chẳng hạn như chảo rán

+ Phần lớn các đồ dùng bằng niken trắng dùng ở bàn ăn (dao, nĩa, thìa) cóchứa một lượng đồng nhất định

+ Là thành phần của gốm kim loại và thủy tinh màu

Nguồn phát sinh

Nguồn thải chính của đồng trong nước thải công nghiệp là nước thải quátrình mạ và nước thải quá trình rửa, ngâm trong bể có chứa đồng Các bể làmbằng đồng và đồng thau thường bị các axit mạnh, trong các quá trình chứa,đựng các dung dịch, oxi hóa làm đồng tan vào trong dung dịch Còn trong cácquá trình mạ, đồng được sử dụng làm nguyên liệu chính hoặc chỉ là lớp phủcho các kim loại như vàng, bạc

Đồng trong nước thải thường tồn tại dưới các dạng: các muối Cu2+ nhưCuCl2, CuSO4 hoặc tồn tại dưới dạng các muối phức Ví dụ: như khi đồngđược kết hợp với kiềm (NaOH) tạo ra Na2[Cu(OH)4] [1, 4, 12].

Độc tính

Đồng có độc tính cao đối với hầu hết các thực vật thủy sinh, ở nồng độ thấp

 0,1 mg/l, nó đã gây ra ức chế không cho các loài thực vật này phát triển.Ngoài ra đồng còn có khả năng làm mất muối bởi vậy làm giảm khả năngthẩm thấu của tế bào Đối với độc tính của đồng lên thực vật thủy sinh thìđồng chỉ đứng sau thủy ngân

Đối với các loài cá nước ngọt thì đồng cũng gần như là kim loại có độc tínhnhất chỉ sau thủy ngân Ngưỡng độc của đồng là LC50 = 0,017 - 1 mg/l, tùythuộc vào điều kiện môi trường và từng loài Đồng ít độc hơn đối với các loài

cá biển vì khả năng tạo phức cao của đồng đối với các muối có trong nướcbiển, các phức này có thể là các phức kết tủa hoặc các phức được tạo ra này ítnguy hiểm hơn

Đối với con người thì đồng không quá độc bởi sự kết hợp trung gian củađồng giữa các axit mạnh và axit yếu Cũng không có bằng chứng nào chứng

tỏ đồng là chất gây ung thư cho con người Tuy nhiên cũng như các kim loạinặng khác, khi ở nồng độ cao, đồng có thể tích luỹ vào các bộ phận trong cơthể như gan, thận và gây tổn thương đối với các cơ quan này.

Các hợp chất của đồng đều độc Đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết và

có vai trò sinh lí trong cơ thể người Đồng liên kết với protein tạo ra các phứchemocurpein, hepatocurpein… trong máu, gan và nhau thai Đồng tham giatạo sắc tố hô hấp hemoglobin Các nghiên cứu cho thấy một số người mắcbệnh về thần kinh như bệnh schizophremia khi Cu có nồng độ cao trong cơthể Cơ thể thiếu đồng sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển, đặc biệt đối với trẻ em.Mọi hợp chất của đồng đều độc, 30 gam đồng (II) sunfat có khả năng gây chếtngười Nồng độ an toàn của đồng trong nước uống dao động theo từng nguồnnhưng thường nằm trong khoảng 1,5 – 2 mg/l Đồng đi vào cơ thể theo conđường thức ăn, mỗi ngày khoảng 2 – 4 mg

1.4.1.5 Niken

Đặc điểm của nguyên tố Ni

Niken có số thứ tự : Z = 28

Cấu hình electron : [Ar] 3d84s2

Khối lượng nguyên tử: 58,71

Nguồn gốc phát sinh

* Nguồn gốc tự nhiên:

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

+ Từ các nham thạch của núi lửa

+ Từ các muối ở biển

+ Từ các vụ cháy rừng

* Nguồn gốc nhân tạo:

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

+ Công nghiệp sản xuất pin, acquy

+ Công nghiệp luyện kim

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

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

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

tố vi lượng, còn với cơ thể người điều đó chưa rõ ràng Nó có tác dụng hoạthóa một số enzym Hiện nay người ta vẫn chưa quan sát thấy hiện tượng ngộđộc niken qua đường miệng từ thức ăn và nước uống