Nguyên cứu hiệu quả của phương pháp xử lý cu2+ trong nước thải bằng công nghệ sinh học

Có rất nhiều phương pháp xử lý nước bị ô nhiễm kim loại nặng như: phương pháp vật lý: trao đổi ion, keo tụ bằng dòng điện, thẩm thấu ngược và lọc nano, kết tủa hoặc hấp phụ, công nghệ si

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

TRẦN THỊ DUY LY

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ

NƯỚC THẢI BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Hoàng Nam

PGS.TS.Trần Thị Hồng Vân

HÀ NỘI, NĂM 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận án này là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu và tài liệu được trích dẫn trong luận văn là trung thực Kết quả nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào đã được công bố trước đó

Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình

Hà Nội, tháng 6 năm 2017

Tác giả luận văn

Trần Thị Duy Ly

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, lời đầu tiên tôi xin gửi lời cám ơn chân thành nhất tới thầy giáo TS Nguyễn Hoàng Nam và cô giáo PGS TS Trần Thị Hồng Vân – người đã giao đề tài, chỉ bảo tận tình và cho tôi những kiến thức quý báu trong quá trình nghiên cứu

Tôi xin cảm ơn phòng thí nghiệm Hóa học – Khoa Đại Cương – Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm

Xin chân thành cảm ơn các bạn, các em làm việc trong phòng thí nghiệm Hóa Môi Trường đã giúp đỡ tôi trong quá trình tìm tài liệu và làm thực nghiệm

Trong quá trình thực thiện, mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thiện một cách tốt nhất nhưng do thời gian có hạn nên luận văn của tôi không thể tránh khỏi những sai sót, vậy tôi rất mong thầy cô xem xét và thông cảm

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Trần Thị Duy Ly

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxigen Demand

COD Chemical Oxigen Demand

RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hồ chứa thải của Công ty mỏ tuyển đồng Sin Quyền sặc sụa mùi tanh của

đồng và thuốc nổ (Ảnh: Hùng Võ/Vietnam+) 11

Hình 2.1 Máy trắc quang ABS Optizen 2120UV 37

Hình 2.3 Mô hình xử lý đồng 38

Hình 2.4 Sự xuất hiện sự phân lớp của dung dịch sau khi kết thúc phản ứng 43

Hình 3.1 Phổ hấp thụ của phức màu được hình thành từ Cu2+ với DDC (đo ABS) 55

Hình 3.2 Phổ hấp thụ của phức màu được hình thành từ Cu2+ với DDC (đo %T) 55

Hình 3.3 Phổ hấp thụ của phức màu được hình thành từ Cu2+ với DDC 56

Hình 3.4 Sự tuân theo định luật Beer của phức Cu(DDC)2 59

Hình 3.6 Đường chuẩn COD – ABS 63

Hình 3.7 Đường chuẩn nồng độ SO42- 64

Hình 3.8 Giá trị pH phụ thuộc vào các chặng của hệ thống xử lý nước thải mạ điện 66

Hình 3.9 Giá trị dung lượng bazơ phụ thuộc vào các chặng của hệ thống 68

Hình 3.10 Giá trị COD trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải 69

Hình 3.11 Hàm lượng SO42- trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải 71

Hình 3.12 Hàm lượng của sunfua theo từng chặng 72

Hình 3.13 Hàm lượng Cu2+ trung bình theo từng chặng trong hệ thống 73

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Một số đặc điểm đặc trưng của đồng 6

Bảng 1.2 Khử kim loại nặng trong bể với bùn hoạt tính 25

Bảng 2.1 Thành phần chính của nước thải 39

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của pH đến sự tạo phức Cu(DDC)2 56

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của lượng dư thuốc thử đến sự tạo phức Cu(DDC)2 57

Bảng 3.3 Sự phụ thuộc mật độ quang vào thời gian lắc 58

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của các ion kim loại đến sự tạo phức Cu(DDC)2 60

Bảng 3.5 Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Cu2+ 61

Bảng 3.6 Kết quả đo ABS với nồng độ COD biến thiên trong khoảng 50-500mg/L 63

Bảng 3.7 Kết quả đo ABS với nồng độ của SO42- biến thiên trong khoảng 50-500mg/L 64 Bảng 3.5 Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định Cu2+ 82

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 2

3 KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC 2

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 2

6 GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

8 ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN 3

9 CẤU TRÚC LUẬN VĂN 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN TỐ ĐỒNG 5

1.1.1 Tính chất vật lý, hóa học của đồng 5

1.1.1.1 Tính chất vật lý 5

1.1.1.2 Tính chất hóa học 6

1.1.2 Ứng dụng 7

1.1.3 Hoạt tính sinh hóa của đồng 7

1.2 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÀ SỰ CẦN THIẾT PHẢI XỬ LÝ ION CU2+ 9

1.2.1 Quy chuẩn của thế giới và Việt Nam về sự có mặt của đồng nước thải 9

1.2.1.1 Thế giới 9

1.2.1.2 Việt Nam 9

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm ion Cu2+ trong nước 9

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỒNG 11

1.3.1 Phương pháp phân tích hóa học 11

1.3.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng 11

1.3.1.2 Phương pháp phân tích thể tích 12

1.3.2 Phương pháp điện hóa [10, 14, 16] 13

1.3.2.1 Phương pháp cực phổ 14

1.3.2.2 Phương pháp von-ampe hòa tan 14

1.3.3.Phương pháp chiết và sắc ký [8, 10, 16] 15

1.3.3.1 Phương pháp chiết 15

1.3.3.2 Sắc ký 15

1.3.4 Phương pháp phân tích quang học [9, 15, 16] 16

1.3.4.1 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử 16

1.3.4.2 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 16

1.3.4.3 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử 17

1.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỒNG TRONG NƯỚC THẢI 20

1.4.1 Phương pháp vật lí 20

1.4.1.1 Phương pháp k o tụ ng ng iện 20

1.4.1.2 Phương pháp hấp phụ 21

1.4.1.3 Phương pháp trao ổi ion 22

1.4.1.4 Phương pháp tách ng màng 22

1.4.1.5 Phương pháp thẩm thấu ngược 22

1.4.2 Phương pháp hóa học 23

1.4.2.1 Phương pháp kết tủa 23

1.4.2.2 Phương pháp trung h a 24

1.4.3 Phương pháp sinh học 24

1.4.4 Phương pháp kết hợp 29

1.4.5 Phương pháp sử dụng mùn cưa để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải 29

1.4.5.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 29

1.4.5.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 31

1.4.5.3 Khái quát về mùn cưa trong xử lý nước thải chứa kim loại nặng 33

1.4.5.4 Tình hình sử dụng các hợp chất hữu cơ khác nhau để làm nguồn cacbon và

chất khử trong xử lý nước thải chứa kim loại nặng và giàu sunfat 34

1.4.5.5 Sử dụng mùn cưa như chất hấp phụ sinh học để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước ô nhiễm kim loại nặng và sunfat 34

CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 36

2.1 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 36

2.1.1 Hoá chất 36

2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 36

2.1.3 Thiết bị xử lý 37

2.1.4 Thành phần của nước thải 39

2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 41

2.3.1 Pha chế dung dịch thuốc thử và các dung dịch khác cần dùng 42

2.3.2 Qui trình xác định Cu2+ 43

2.3.3 Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình tạo phức của Cu2+ với thuốc thử Pb(DDC)2 43

2.3.3.1 Khảo sát ước sóng tối ưu 44

2.3.3.2 Ảnh hưởng của pH ến sự tạo phức 44

2.3.3.3 Ảnh hưởng của lượng ư thuốc thử 44

2.3.3.4 Ảnh hưởng của thời gian lắc thuốc thử với dung dịch Cu 2+ 45

2.3.3.5 Khảo sát sự tuân th o ịnh luật Beer của phức Cu(DDC) 2 45

2.3.3.6 Ảnh hưởng của ion kim loại ến sự tạo phức màu Cu(DDC) 2 45

2.3.4 Xây dựng đường chuẩn xác định Cu2+ bằng phương pháp trắc quang 46

2.3.5 Xác định hàm lượng Cu2+ bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử nhờ sự tạo phức với DDC 49

2.4 LẤY MẪU VÀ BẢO QUẢN MẪU 50

2.4.1 Lấy mẫu 50

2.4.2 Bảo quản mẫu 50

2.5.1 Xác định hàm lượng COD trong hệ thống 50

2.5.1.1 Nguyên tắc 50

2.5.1.2 Xác ịnh hàm lượng COD 51

2.5.3 Xác định chỉ tiêu S bằng phương pháp iot 52

2.5.3.1 Nguyên tắc 52

2.5.3.2 Cách tiến hành 53

2.5.5 Xác định giá trị dung lượng bazơ 54

2.5.5.1 Chuẩn bị hóa chất và dụng cụ 54

Cách tiến hành 54

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55

3.1 KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHO QUÁ TRÌNH XÁC ĐỊNH Cu2+ VỚI THUỐC THỬ Pb(DDC)2 55

3.1.1 Khảo sát bước sóng tối ưu 55

3.1.2 Ảnh hưởng của giá trị pH đến sự tạo phức 56

3.1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc thử 57

3.1.4 Ảnh hưởng của thời gian lắc mẫu 57

3.1.5 Khảo sát sự tuân theo định luật Lambert Beer 58

3.1.6 Khảo sát sự ảnh hưởng của ion kim loại đến sự tạo phức màu Cu(DDC)2 59

3.1.7 Quy trình phân tích 61

3.2 CÁC ĐƯỜNG CHUẨN ĐƯỢC XÂY DỰNG 61

3.2.1 Đường chuẩn xác định Cu2+ 61

3.3 HIỆU QUẢ XỬ LÝ TRONG HỆ THỐNG 65

3.3.1 Tốc độ bay hơi nước 65

3.3.2 Dung lượng bazơ 67

3.3.3 Nhu cầu oxi hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand) 69

3.3.4 Hiệu quả loại bỏ SO42- 70

3.3.5 Hàm lượng S 72

3.3.6 Hiệu quả loại bỏ Cu2+ 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Nước là tài nguyên hết sức quan trọng đối với sự sống của con người và thiên nhiên, tham gia vào các quá trình sinh hóa trong cơ thể sống Ngoài ra nước còn có vai trò to lớn đối với các ngành kinh tế sản xuất công nghiệp, nông nghiệp

du lịch… Trong khi đó, môi trường nước hiện nay, vì nhiều nguyên nhân khác nhau ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng Việc môi trường nước bị ô nhiễm đã tác động mạnh mẽ đến sức khỏe con người và sinh vật

Ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt trong môi trường nước vấn đề không chỉ của Việt Nam mà là vấn đề toàn cầu Nó đe dọa đến sức khỏe của cộng đồng cũng như

sự tồn tại và phát triển bền vững của xã hội Việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước là vấn đề mang tính cấp thiết, đòi hỏi có sự quan tâm, đầu tư và nghiên cứu

sâu rộng hơn nữa để tìm ra các phương pháp xử lý một cách hiệu quả nhất

Có rất nhiều phương pháp xử lý nước bị ô nhiễm kim loại nặng như: phương pháp vật lý: trao đổi ion, keo tụ bằng dòng điện, thẩm thấu ngược và lọc nano, kết tủa hoặc hấp phụ, công nghệ sinh học…Trong đó sử dụng phương pháp công nghệ sinh học là một trong những phương pháp có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác vì tiết kiệm được chi phí, thân thiện môi trường, hiệu quả cao Tuy nhiên, phương pháp này vẫn còn khá mới mẻ đối với Việt Nam và hiệu quả của phương pháp đến đâu thì vẫn là một vấn đề khiến nhiều người hoài nghi Chính vì vậy tôi

chọn đề tài “Nghiên cứu hiệu quả của phương pháp xử lý Cu 2+ có trong nước thải bằng công nghệ sinh học” Đây được coi như tiền đề cho việc áp dụng rộng

rãi phương pháp này vào thực tế trong tương lai

Để xác định hiệu quả của phương pháp, ta phải đánh giá được sự giảm thiểu nồng độ của ion kim loại nặng trước và sau xử lí, ở đây cụ thể là đồng Có nhiều phương pháp có thể dụng để xác định hàm lượng kim loại nặng trong nước, ở đây

em lựa chọn sử dụng phương pháp phổ hấp thụ phân tử là một trong những phương pháp hiện đại, có độ nhạy, độ chính xác cao, đơn giản, dễ thao tác và có độ ổn định

cao, phù hợp với việc xác định vi lượng các nguyên tố kim loại nặng trong nước và các đối tượng khác Khi sử dụng phương pháp này trong nhiều trường hợp không cần phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích nên tốn ít mẫu và thời gian

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu hiệu quả của việc sử dụng công nghệ sinh học để xử lý Cu2+trong nước thải, làm sạch môi trường thông qua việc xác định hàm lượng của Cu2+

trước và sau xử lí bằng phương pháp đo quang

3 KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Ion Cu2+ và hệ thống xử lí ion kim loại nặng được tạo thành từ đá vôi kết hợp mùn cưa và vi sinh

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

- Ion Cu2+ có thể được loại bỏ hiệu quả nhờ tạo kết tủa CuS với S2-, kết tủa này có tích số tan nhỏ và dễ dàng được loại bỏ

- Một số vi sinh vật có khả năng khử sunfat thành sunfua thông qua hoạt động sinh học, từ đó tạo nguồn sunfua kết tủa với ion kim loại và loại bỏ sunfat khỏi nước thải Vì vậy cần tạo ra môi trường sống phù hợp và lợi dụng hoạt động sống của chúng để tạo ra nguồn sunfua

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu các hệ thống xử lý nước thải phòng thí nghiệm cũng như nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt

- Tìm hiểu hệ thống xử lý nước thải phòng thí nghiệm bằng đá vôi kết hợp mùn cưa và vi sinh

- Tìm hiểu và quy trình phân tích chuẩn để xác định hàm lượng của ion Cu2+theo phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử là Pb(DDC)2

- Xây dựng đường chuẩn và quy trình phân tích của ion Cu2+

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình loại bỏ Cu2+ trong hệ thống xử

lí nhờ đá vôi kết hợp mùn cưa như theo từng chặng của hệ thống: pH, dung lượng bazơ, hàm lượng sunfat, hàm lượng sunfua, COD

- Ứng dụng quy trình phân tích để xác định hàm lượng Cu2+có trong nước thải phòng thí nghiệm hóa học ở từng chặng của hệ thống

- Thông qua kết quả phân tích thu được, đưa ra đánh giá hiệu quả của việc sử dụng đá vôi kết hợp mùn cưa và vi sinh để loại bỏ ion Cu2+có trong nước thải

6 GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu khả năng loại bỏ Cu2+ trong nguồn nước thải giả định, được pha

mô phỏng trong phòng thí nghiệm, chưa áp dụng cho nguồn thải lấy trực tiếp từ bên

ngoài

7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Dùng phương pháp sinh học (sự hoạt động của các vi sinh vật) để loại bỏ

Cu2+ có trong nước thải, chất thải hữu cơ

- Dùng phương pháp phổ hấp thụ phân tử để xác định hàm lượng của Cu2+trước và sau xử lí, từ đó đánh giá hiệu quả của phương pháp

8 ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN

- Sử dụng các nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có và phế thải để xử lí môi trường và tạo ra một quy trình công nghệ xử lí đơn giản nhưng hiệu quả đó là mùn cưa Mùn cưa là chất thải có thành phần chính là xenlulozơ, nó không thể sử dụng trực tiếp để khử sunfat thành sunfua hay nitrat thành nitơ Nhưng thông qua quá trình thủy phân xenlulozơ và chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ có mạch cacbon ngắn như rượu etylic, metanol, … Kết hợp với nguồn cacbon vô cơ do quá trình hòa tan cacbonat,

cả hai nguồn cacbon này đóng vai trò là nguồn cacbon và chất khử, có thể được các

vi sinh tiếp nhận dễ dàng, thúc đẩy quá trình khử sunfat thành sunfua, nitrat thành nitơ… Thông qua đó, ion sunfua được hình thành sẽ tiếp tục loại bỏ các ion kim loại nặng và H+ dưới dạng kết tủa sunfua và H2S đồng thời loại bỏ được một phần phế thải hữu cơ góp một phần vào việc giảm thiểu hiệu ứng nhà kính do quá trình đốt mùn cưa gây ra

Ngoài ra, mùn cưa có bề mặt lớn làm bề mặt cho vi sinh hoạt động, phát triển Đồng thời, nó còn đóng vai trò làm vật liệu hấp phụ trong quá trình loại bỏ

một số ion thông qua cơ chế hấp phụ vật lý, cũng như đóng vai trò làm vật liệu lọc các chất kết tủa, các chất rắn lơ lửng để làm sạch nước

- Về mặt lý thuyết, đề tài góp phần nghiên cứu lí thuyết cho việc phân tích

xác định vi lượng đồng trong nước bằng phương pháp đo quang, một trong những phương pháp hiện đại và có độ chính xác cao, thông qua đó đánh giá sự giảm nồng

9 CẤU TRÚC LUẬN VĂN

- Lời cam đoan

- Mục lục

- Danh mục hình vẽ, bảng biểu, kí hiệu viết tắt

- Phần mở đầu

- Chương I: Tổng quan

- Chương II: Thực nghiệm

- Chương III: Kết quả và thảo luận

- Kết luận

- Danh mục các tài liệu tham khảo, các phụ lục đi kèm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN TỐ ĐỒNG

Đồng là kim loại nặng khá phổ biến trên Trái đất Trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleep nó có số thứ tự là 29 và là nguyên tố thuộc nhóm IB của các chu kì 4

Nguyên tố đồng có ký hiệu hóa học là Cu, kim loại và các hợp kim của nó đã được sử dụng cách đây hàng ngàn năm để chế tạo một số công cụ bằng đồng có độ tinh khiết cao tạo nên thời đại đồ đồng là bước chuyển tiếp quan trọng trong tiến trình phát triển của lịch sử loài người Trong thời kỳ La Mã, đồng chủ yếu được

khai thác ở Síp, vì thế tên gọi ban đầu của kim loại này là сyprium (kim loại Síp), sau đó được gọi tắt là сuprum Trong tự nhiên, đồng tồn tại ở dạng tự do rất ít mà

chủ yếu ở dạng hợp chất Các hợp chất của nó thường tồn tại ở dạng muối đồng (II), chúng thường có màu xanh lam hoặc xanh lục của các loại khoáng như ngọc lam và trong lịch sử đã được sử dụng rộng rãi làm chất nhuộm Các công trình kiến trúc được xây dựng có đồng bị ăn mòn tạo ra màu xanh lục verdigris (hoặc patina)

Quặng đồng thường ở dạng sunfua (chủ yếu) và không sunfua như: Cancopirit (CuFeS2), Cancozin (CuS2), Bozit (Cu5FeS4), Crozocola (CuS2O3.nH2O), Malachit [Cu(OH)2CO3], Cuprit (Cu2O), Fenozit (CuO) Nguyên tố đồng chiếm khoảng 10-2 (%) khối lượng vỏ Trái đất, vào khoảng 3,610-3 (%) tổng số nguyên tử Đồng có 11 đồng

vị là 58Cu đến 68Cu, chủ yếu là đồng vị thiên nhiên: 63

Dưới đây là bảng 1.1 tóm tắt một số đặc điểm đặc trưng về tính chất vật lí của đồng

Bảng 1.1 Một số đặc điểm đặc trưng của đồng

Khối lượng nguyên tử (g/mol) 63,546 Lớp electron hoá trị 3d104s1Bán kính nguyên tử (Ao ) 1,28 Khối lượng riêng (g/cm3) 8,94 Nhiệt độ nóng chảy (0C) 1083 Nhiệt độ sôi (0

Ở 130 ÷ 200oC, nguyên tố đồng cháy tạo ra đồng (I) oxit (Cu2O màu đỏ gạch) Ở nhiệt độ cao hơn, đồng cháy tạo ra đồng (II) oxit (CuO màu đen), phản ứng cho ngọn lửa màu xanh lục

Đồng tan tốt trong HNO3, H2SO4 đặc nóng nhờ phản ứng oxi hóa khử nhưng phản ứng rất chậm với HCl đặc do:

2Cu + 4HCl → 2H[CuCl]2 + H2 (1.3)

Về khả năng tạo phức của ion Cu 2+ : Đồng là một trong những nguyên tố

có khả năng tạo phức mạnh Đây là một tính chất đặc trưng của các nguyên tố chuyển tiếp Nó tạo ra nhiều phức có tính chất đặc trưng và nhiều ứng dụng quan trọng với cả phân tử vô cơ và hữu cơ [12, 18, 19]

Ion Cu2+ có khả năng tạo phức với nhiều loại phối tử khác nhau, từ các phân

tử trung hòa đến các anion: các halogen, amoniac, xianua, tạo các dạng phức [CuX3]-, [CuX4]2-, [Cu(NH3)4]2+, phản ứng với feroxianua Cu2[Fe(CN)6], EDTA, đithizon, đimetylglioxim, 1-(2-pyriđylazo)-2-naphtol

Các phức của Cu2+ với các phối tử khác nhau thường có màu đặc trưng (xanh, vàng, nâu), phức của Cu2+ với NH3 có màu xanh đậm [18]

1.1.2 Ứng dụng

Hiện nay, đồng là kim loại quan trọng đối với công nghiệp và kỹ thuật Từ đồng, người ta có thể tạo ra rất nhiều vật dụng khác nhau Hơn 50% lượng đồng khai thác hàng năm được dùng làm dây dẫn điện, hơn 30% dùng để chế hợp kim Các ion đồng (II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất diệt khuẩn, diệt nấm và làm chất bảo quản gỗ Với số lượng đủ lớn, các ion này là chất độc đối với các sinh vật bậc cao hơn, với nồng độ thấp hơn, nó là một vi chất dinh dưỡng đối với hầu hết các thực vật và động vật bậc cao Các hợp chất, chẳng hạn như dung dịch Fehling, có ứng dụng trong phân tích hóa học

Đồng (II) sunfat được sử dụng như là thuốc bảo vệ thực vật và chất làm sạch nước Nhưng cũng chính vì việc sử dụng với số lượng lớn như trên mà tình trạng ô nhiễm đồng đang là vấn đề đáng quan tâm [12, 18]

1.1.3 Hoạt tính sinh hóa của đồng

Vai tr của đồng với cơ thể đ ng vật v th c vật

Trong cơ thể, đồng là phần cấu thành nên nhiều enzim quan trọng (tirozinaza, oxidaza…), hợp chất của nó thúc đẩy sự hấp thu và sử dụng sắt để tổng hợp hemoglobin và photpholipit Hơn nữa Cu còn tham gia vào quá trình sản xuất hồng cầu, sinh tổng hợp elastin, tổng hợp hormone và sắc tố, đồng liên kết với suproxit đismutat bảo vệ các tế bào trước sự tấn công của các gốc tự do… Sự thiếu hụt đồng thường dẫn đến thiếu máu đối với trẻ nhỏ, mất sắc tố ở lông tóc Hàm lượng đồng trong cơ thể người khoảng 0,1g và nhu cầu hàng ngày khoảng 2 mg Điều này cho thấy đồng rất cần cho cơ thể

Đối với thực vật thì đồng (hàm lượng 5 ÷ 20 ppm) là nguyên tố rất đặc biệt

về mặt sinh vật học ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển sản lượng của cây Đồng là chất xúc tác của những quá trình oxi hoá nội bào; thành phần của mencytochrome oxydase và thành phần của nhiều enzim – ascorbic, axitaxidase, phenolase, lactase; xúc tiến quá trình hình thành vitamin A; cần thiết cho sự hình thành diệp lục và làm xúc tác cho một số phản ứng khác trong cây, nhưng thường không tham gia vào thành phần của chúng Cây muốn phát triển bình thường, đều cần phải có một ít đồng, cây hấp thụ đồng dưới dạng Cu(II), nhiều loại cây rau biểu hiện thiếu đồng với lá thiếu sức trương, rủ xuống và có mầu xanh, chuyển sang quầng mầu da trời tối trước khi trở nên bạc lá, uốn cong và cây không

ra hoa được Lượng đồng thiếu hụt có thể được bổ sung dễ dàng trong một thời gian dài bằng cách bón đồng sunfat hay đồng oxit Và nếu dùng những hợp chất của đồng để bón cho đất (đặc biệt là đất bùn lầy) thì thu hoạch thường tăng lên rất cao Chelat hay đồng sunfat trung tính (25% đồng) rất phù hợp cho việc bón lá [12, 18]

Tác hại của đồng

Mặc dầu vậy, nếu thừa đồng thì lại dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng Khi đó nó sẽ tích tụ lại trong cơ thể gây bệnh Wilson – một bệnh lí gâytích tụ đồng ở gan, não, mắt, thận và một số cơ quan khác Dần dần thì sự tích tụ nhiều chất đồng sẽ gây tổn thương các cơ quan và nguy hiểm cho cơ thể, thậm chí là tử vong Đặc biệt, nó thay thế Zn trong các enzim làm mất hoạt tính của enzim gây

ra rối loạn dạ dày, những bệnh về gan, thận và phổi Các ion đồng (II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất diệt khuẩn, diệt nấm và làm chất bảo quản gỗ Với số lượng đủ lớn, các ion này là chất độc đối với các sinh vật bậc cao hơn, với nồng độ thấp hơn, nó là một vi chất dinh dưỡng đối với hầu hết các thực vật và động vật bậc cao hơn Nơi tập trung đồng chủ yếu trong cơ thể động vật là gan, cơ và xương [18]

1.2 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÀ SỰ CẦN THIẾT PHẢI XỬ LÝ ION CU 2+ 1.2.1 Quy chuẩn của thế giới và Việt Nam về s có mặt của đồng nước thải

Bộ Y tế ban hành theo thông tư số: 04/2009/TT-BYT thì hàm lượng đồng tổng số

cho ph p tối đa là 1 mg/l (Xem phụ lục)

Theo “Quy chuẩn k thuật quốc gia về nước thải công nghiệp của bộ Tài nguyên và môi trường ban hành kèm theo quyết định số: 47/2011/TT-BTNMT thì nồng độ cho ph p tối đa của đồng (Cmax) khi xả vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt và nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước

sinh hoạt đều là 2 mg/l (Xem phụ lục)

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm ion Cu 2+ trong nước

Công cuộc công nghiệp hoá được gắn với tình trạng ô nhiễm gia tăng Ô nhiễm do kim loại nặng thải ra từ các ngành công nghiệp là một mối đe doạ nghiêm trọng đối với sức khoẻ nhân dân và sự an toàn của hệ sinh thái Việt Nam là nước có nền kinh tế nông nghiệp nhưng hoạt động công nghiệp đem lại 20% GDP Nhịp độ phát triển công nghiệp nhanh, đạt trên 10% Sự phát triển trong hoạt động công nghiệp đang vượt sự phát triển của cơ sở hạ tầng Hiện nay, các ngành công nghiệp đều đổ trực tiếp chất thải chưa được xử lý vào môi trường Kim loại nặng và độc tố

là các thành phần đặc trưng của các chất thải công nghiệp Theo kết quả quan trắc

và phân tích môi trường, hàm lượng đồng, chì, ca-đi-mi và cô-ban ở các vùng nước ven biển gần các thị trấn và trung tâm công nghiệp lớn nhiều hơn so với mức tự nhiên của chúng trong nước biển Đặc biệt, đồng và kẽm được coi là hàm lượng cao không thể chấp nhận được (http://123doc.org/document/203535-o-nhiem-kim-loai-nang-trong-nuoc.htm)

Nguồn nước thải của nhiều ngành công nghiệp mạ điện (CNMĐ), các khu khai thác mỏ và các làng nghề cơ kim khí có chứa hàm lượng KLN, sunfat, nitrat, amoni …rất cao Đặc biệt, các làng nghề cơ kim khí là một trong những loại làng nghề phát triển rất mạnh trong những năm gần đây đã đáp ứng nhu cầu của thị trường và tạo công ăn việc làm cho người lao động Tuy nhiên, sự phát triển của làng nghề còn mang tính tự phát, chưa có quy hoạch, trình độ công nghệ còn thấp

đã gây ra một loạt các tác động nghiêm trọng đến môi trường Cả nước có khoảng

1450 làng nghề thì 100% các làng nghề được điều tra đều gây ô nhiễm môi trường Các làng nghề sử dụng lượng lớn hoá chất và thải ra môi trường khối lượng nước thải không nhỏ có độ độc hại cao, chứa nhiều kim loại nặng như: Fe, Cr, Ni, Cu, Pb Tại Hà Nội, hiện có hàng chục công ty, nhà máy có cơ sở mạ điện với lượng nước thải từ vài chục đến vài trăm m3/ ngày Tuy nhiên hiện nay, giải quyết vấn đề ô nhiễm trên còn gặp rất nhiều khó khăn [20]

Đồng là một kim loại điển hình trong số các kim loại nặng hay gây ô nhiễm 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 Nước thải từ nhà máy luyện kim, xi mạ, thuộc da, sản xuất thuốc trừ sâu, các làng nghề tái chế kim loại, sản xuất thuốc diệt cỏ hay phim ảnh cũng góp phần làm tăng lượng đồng trong nguồn nước Đặc biệt, hai nguồn gây ô nhiễm đồng chính là các nhà máy mạ kim loại và hoạt động khai thác đồng tại các mỏ đồng Theo một số nghiên cứu thì hàm lượng các kim loại nặng trong nước thải của các làng nghề tái chế kim loại, các khu

mỏ khai thác quặng đồng hầu hết đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần và đều thải trực tiếp vào môi trường mà không qua xử lý, hàm lượng các kim loại nặng như

Cu, Pb và Zn trong nước thải rất cao Đây là những nguy cơ gây ô nhiễm đất và các nguồn nước mặt trong khu vực [20]

Trong những khu mỏ khai thác đồng với sản lượng lớn của Việt Nam, mỏ đồng Sin Quyền – Lào Cai nổi lên là một trong những địa điểm đen về ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường nước do hoạt động khai thác không đi kèm với trách

nhiệm bảo vệ môi trường Hoạt động khai khoáng thiếu an toàn của các doanh nghiệp khai thác mỏ đóng trên địa bàn tỉnh đã trở thành những vấn đề nhức nhối, làm ảnh hưởng nặng nề đến môi trường sống của người dân khu vực

Hình 1.1 Hồ chứa thải của Công ty mỏ tuyển đồng Sin Quyền sặc sụa mùi tanh

của đồng và thuốc nổ (Ảnh: Hùng Võ/Vietnam+)

Tóm lại, các chất ô nhiễm chứa ion đồng và hợp chất của đồng trong nước mặt và nước thải có xuất xứ bởi nhiều nguyên nhân và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, nguyên nhân chủ yếu là do tác động của con người Do vậy, cần thiết xây dựng các hệ thống xử lí và thu hồi đồng trước khi xả thải ra môi trường Hệ thống cần có chi phí xây dựng và lắp đặt phù hợp, áp dụng được trên quy mô rộng và cho hiệu quả cao

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỒNG

1.3.1 Phương pháp phân tích hóa học

1.3.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng

Phân tích khối lượng là một phương pháp phân tích định lượng hóa học, trong đó người ta dựa vào việc xác định chính xác khối lượng của chất cần phân tích (hoặc các hợp chất của nó) được tách ra khỏi mẫu phân tích ở dạng tinh khiết

hoặc dưới dạng hợp chất có thành phần đã biết

Quy trình phân tích bằng phương pháp này được bắt đầu từ việc cân chính xác một lượng mẫu cần phân tích (nếu ở mẫu ở trạng thái rắn) rồi chuyển mẫu về dạng dung dịch Nếu mẫu ban đầu ở trạng thái dung dịch thì chỉ cần cần lấy một thể tích chính xác rồi kết tủa chất cần phân tích dưới dạng hợp chất khó tan Sau đó, tiến hành lọc rửa kết tủa, sấy khô tới khối lượng không đổi Từ khối lượng không đổi, người ta tính được hàm lượng chất cần phân tích trong mẫu

Trong các giai đoạn nói trên thì giai đoạn làm kết tủa đóng vai trò quan trọng nhất Việc chọn thuốc thử làm kết tủa có ý ngh a to lớn đối với độ chính xác phân tích cũng như quyết định đến các thao tác xử lí kết tủa về sau Việc chọn thuốc thử phải căn cứ vào yêu cầu của dạng kết tủa và dạng cân

Chúng ta có thể xác định Cu dưới dạng CuS

Phương pháp này dễ mắc sai số trong quá trình cân và thời gian phân tích kéo dài Mặt khác phải khống chế được khoảng pH để giữ bền các kết tủa, để kết tủa được kim loại cần phân tích phải loại trừ các nguyên tố cùng kết tủa với thuốc thử Vì những hạn chế trên phương pháp này chỉ được dùng khi xác định một lượng lớn chất phân tích [10, 14]

M Có thể xác định Cu theo 2 phương pháp là chuẩn độ tạo phức và chuẩn độ oxi hóa khử

- Đối với phương pháp chuẩn độ tạo phức: có thể xác định Cu(II) với chất chỉ thị murexit bằng dung dịch EDTA đã biết nồng độ chính xác, trong dung dịch đệm amoniac Phản ứng kết thúc chuẩn độ khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu tím hoa cà

Trước chuẩn độ:

Cu2+ + 4NH3  Cu( NH3)42+ (1.4) Cu(NH3)42+ + H4In  Cu(H2In) + 2NH4+ + 2NH3 (1.5)

(xanh) (vàng)

Khi chuẩn độ bằng EDTA:

Cu(NH3)42+ + H2Y2-  CuY2- + 2NH3 + 2NH4+ (1.6) Tới sát điểm tương đương:

Cu(H2In)- + H2Y2- + NH3  CuY2- + H3In2- + NH4+ (1.7) (vàng) (tím)

- Đối với phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử để xác định Cu2+: dùng chất khử là I-, trong đó ion Cu2+ phản ứng với I- trong dung dịch CH3COOH để giải phóng I2 Sau đó I2 được chuẩn độ bằng dung dịch Na2S2O3 đã biết trước nồng độ, chỉ thị là hồ tinh bột chuyển từ màu xanh đậm sang không màu

Trước chuẩn độ: 2Cu2+ + 5I- → 2CuI ↓ + I3- (1.8)

Phản ứng chuẩn độ: I3- + 2S2O32- → S4O62- + 3I- (1.9)

Các nguyên tố Fe, Sb, Nb, V… ảnh hưởng đến ph p xác định này Để loại bỏ

sự cản trở của Fe và Mo trong phép chuẩn độ iot- thiosunfat, người ta thêm một lượng nhỏ NaF hoặc NH4F Khi mẫu chứa nhiều Fe và V thì phải tách đồng dưới dạng đồng sunfua Khi trong mẫu có mặt Mn với lượng lớn hơn vài mg thì thêm 1 -

2 ml H2SO4

Khi sử dụng phương pháp iot - thiosunfat, nhiệt độ thích hợp thường nhỏ hơn 2500C và phải cho chỉ thị hồ tinh bột gần cuối quá trình chuẩn độ để tránh hiện tượng hấp phụ I2 lên hồ tinh bột [6, 8]

1.3.2 Phương pháp điện hóa [10, 14, 16]

Các phương pháp phân tích điện hóa là những phương pháp dựa trên việc ứng dụng các hiện tượng, quy luật có liên quan tới các phản ứng điện hóa xảy ra trên ranh giới tiếp xúc giữa các điện cực nhúng trong dung dịch phân tích hoặc liên quan tới các tính chất điện hóa của dung dịch phân tích tạo nên môi trường giữa các điện cực Các phương pháp này được chia làm hai nhóm:

- Nhóm các phương pháp ứng dụng các tính chất điện hóa của dung dịch phân tích như tính dẫn điện, độ trở kháng… Nhóm phương pháp này cổ điển, có độ nhạy thấp, tính chọn lọc k m

- Nhóm thứ hai rất quan trọng, bao gồm các phương pháp dựa trên phản ứng điện hóa, trong đó phương pháp von-ampe hòa tan và cực phổ cổ điển được ứng dụng rộng rãi nhất

1.3.2.1 Phương pháp cực phổ

Là phương pháp dựa trên sự khử các ion kim loại xảy ra trên điện cực ở các thế khác nhau (catot Hg và trên catot khác) Nhờ việc theo dõi sự biến đổi giữa cường độ dòng điện và thế trong quá trình điện phân khi chất phân tích chuyển đến điện cực chỉ bằng khuyếch tán, tín hiệu thu được (cường độ dòng điện phân) sẽ cho tín hiệu phân tích định lượng vì cường độ dòng có quan hệ với nồng độ chất phản ứng ở điện cực

Dung môi có thể dùng là dung môi nước hoặc khác nước Khoảng tối ưu của nồng độ cho ph p đo cực phổ là 10-2 ÷10-4 M Các dạng khác nhau của ph p đo cực phổ có thể cho ph p xác định các nồng độ ở mức 10-3 μg/ml Thể tích có thể tiến hành phân tích dung dịch là 1 - 2 ml, thậm chí trong một giọt dung dịch (ứng với sự xác định lượng chất từ một vài miligam tới vài nanogam) Sai số tương đối từ 2÷3% (so với các phương pháp khác) Nói chung đây là phương pháp có thể dùng rộng rãi để xác định định tính và định lượng nhiều chất với độ nhạy, độ chính xác,

độ chọn lọc cao một cách nhanh chóng và kinh tế

Khi tiến hành phương pháp cực phổ định lượng dùng điện cực giọt Hg ta cần rất chú ý tới các yếu tố: nền cực phổ (chất điện ly trơ), nhiệt độ của dung dịch, hằng

số mao quản của điện cực (chiều cao và tiết diện), dùng khí trơ để đuổi oxi, dùng chất hoạt động bề mặt (gelatin)

1.3.2.2 Phương pháp von-ampe hòa tan

Đây là phương pháp phân tích điện hoá dựa trên hai kỹ thuật phân tích chất điện phân ở thế giám sát và qu t von-ampe hoà tan ngược chiều

Ưu điểm nổi bật nhất của phương pháp này là có độ nhạy cao (10-8

÷10-6 M), xác định được nhiều kim loại Với kỹ thuật hiện đại ngày nay, phương pháp này có

khả năng phát hiện các nguyên tố đến 10-9 M với sai số khoảng 5÷15% Nhưng nhược điểm của phương pháp này là quy trình phân tích phức tạp đòi hỏi người thực hiện phải có kiến thức tương đối sâu về phân tích điện hoá mới xử lý được đúng từng loại mẫu, đối với từng nguyên tố khác nhau

1.3.3.Phương pháp chiết và sắc ký [8, 10, 16]

1.3.3.1 Phương pháp chiết

Một trong các phương pháp làm giàu lượng vết các kim loại được sử dụng rộng rãi nhất là phương pháp chiết bằng một dung môi hữu cơ không trộn lẫn với nước Phương pháp này có ưu điểm như: có thể chiết chất cần phân tích từ những dung dịch có nồng độ rất nhỏ, tốc độ chiết lớn sự tách giữa pha nước và pha hữu cơ nhanh, dễ dàng Phần dịch chiết được định lượng bằng các phương pháp khác nhau

độ khác nhau và tách khỏi nhau

Các phương pháp sắc ký được sử dụng rộng rãi trong phân tích định lượng

để tách và làm giàu các cấu tử riêng biệt từ những hỗn hợp phức tạp của các chất vô

cơ và hữu cơ Nhờ một hệ thống detector mà ta có thể phát hiện ra hàm lượng của từng chất có trong mẫu Tùy từng pha động khác nhau mà ta có các phương pháp tách sắc ký khác nhau

Sử dụng detector cực phổ hỗn hống để xác định đồng, độ nhạy đạt được từ 5÷10 mg/ml Khi dùng detector cực chọn lọc ion, độ nhạy đạt từ 5÷20 mg/ml

Hiện nay, để phân tích các kim loại như đồng, chì, người ta dùng chủ yếu là phương pháp sắc ký lỏng cao áp Mẫu được bơm vào cột sắc ký nhờ một van bơm mẫu có vòng chứa một thể tích mẫu nhất định, sau đó dùng bơm cao áp để bơm pha động vào cột với vận tốc xác định và không đổi từ đầu tới cuối cột sắc ký Lượng

chất đi ra được xác định bằng detector Phương pháp này có độ nhạy rất cao, thời gian ngắn, hiệu quả tốt: độ nhạy cỡ 25 mg/ml, thậm chí với detector có độ chọn lọc cao: 0,2 mg/l

1.3.4 Phương pháp phân tích quang học [9, 15, 16]

1.3.4.1 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử

Đây là kỹ thuật phân tích được ứng dụng rộng rãi và là một trong những phương pháp quan trọng nhất của ph p phân tích Phương pháp này cho ph p xác định định tính và định lượng hàm lượng đa lượng hoặc vi lượng của rất nhiều nguyên tố (khoảng gần nửa số nguyên tố của bảng hệ thống tuần hoàn)

Ưu điểm của phương pháp này là phân tích nhanh, hàng loạt, tốn ít mẫu, phân tích được nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu, cho độ nhạy và độ chính xác cao Phân tích được cả những đối tượng rất xa dựa vào ánh sáng phát xạ của chúng

Độ nhạy cỡ 0,001%

Để có thể hạn chế các yếu tố ảnh hưởng (như độ nhớt dung dịch, sự phát xạ của nền, sự chen lấn vạch phổ, sự ion hóa các nguyên tố lạ), làm giảm sai số, người

ta thêm vào dung dịch các chất có thế kích thích phát xạ nhỏ hơn thế phát xạ của nguyên tố phân tích, hoặc thêm vào dung dịch các phụ gia có thế ion hóa nhỏ hơn thế ion hóa của nguyên tố phân tích

1.3.4.2 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

AAS là một trong những phương pháp hiện đại, được áp dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm phân tích trên thế giới Phương pháp này xác định được hầu hết các kim loại trong mọi loại mẫu sau khi đã chuyển chúng về dạng dung dịch

Mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ hấp thụ A và nồng độ chất phân tích Cxđược thể hiện qua phương trình: Aλ=a.Cx

Sự phụ thuộc giữa A và Cx là tuyến tính Vì thế khi mẫu có cường độ A nằm trong đường chuẩn, người ta sẽ tìm được nồng độ Cx của nó

AAS là một phương pháp phân tích lượng vết chính xác tới hàm lượng cỡ ppm Ph p đo AAS có ưu điểm lớn là rất nhạy, nhanh, ổn định và chính xác Tuy

nhiên, hệ thống máy móc rất đắt tiền và sự nhiễm bẩn ảnh hưởng tới kết quả phân tích Nhược điểm của phương pháp này là chỉ cho biết thành phần của nguyên tố mà không thấy được trạng thái cấu trúc của nó trong mẫu Thêm nữa, phương pháp này vẫn chưa thể được sử dụng để xác định một số phi kim hoặc các hợp chất còn lại trong thuốc trừ sâu… Để phân tích hàm lượng đồng trong các đối tượng nghiên cứu, người ta vẫn phải làm giàu hàm lượng của nguyên tố này lên nhiều lần Vì quá trình làm giàu rất dễ bị nhiễm bẩn nên để hạn chế nhược điểm này, kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa ra đời cho ph p xác định tới hàm lượng ppb Do đó có thể bỏ qua giai đoạn làm giàu mẫu

Với 2 k thuật nguyên tử hóa, ta có 2 ph p đo tương ứng: ph p đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) có độ nhạy cỡ 0,1 ppm và ph p đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa dùng lò graphit (GF-AAS) có độ nhạy cao hơn k thuật ngọn lửa 50 - 1000 lần, cỡ 0,1 - 1ppb

+ K thuật F-AAS dùng năng lượng nhiệt của ngọn đèn khí để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích Do đó, mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hóa mẫu phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ ngọn lửa

+ K thuật GF-AAS dùng năng lượng nhiệt của dòng đèn có công suất lớn

và trong môi trường khí trơ (khí argon) để nguyên tử hóa mẫu phân tích trong thời gian rất ngắn Quá trình nguyên tử hóa xảy ra theo các giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro luyện hóa mẫu, nguyên tử hóa để đo độ hấp thụ nguyên tử và cuối cùng là làm sạch cuvet Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố quyết định mọi diễn biến của quá trình nguyên tử hóa mẫu, do vậy lựa chọn nhiệt độ thích hợp là một khâu rất quan trọng

Với k thuật GF-AAS, mẫu phân tích không cần làm giàu sơ bộ và lượng mẫu tiêu tốn ít, trong khi k thuật F-AAS khi xác định lượng vết các nguyên tố có thể vẫn phải làm giàu mẫu

1.3.4.3 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử

Phương pháp phổ hấp thụ phân tử là phương pháp phổ biến, được sử dụng

rộng rãi trong các phòng phân tích hóa học [9, 14]

a Nguyên tắc

Muốn xác định một cấu tử X nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượng chất cần xác định X

Cơ sở định lượng của phương pháp phổ hấp thụ phân tử dựa theo định luật Bougher - Lampere - Beer: “Khi chiếu một chùm tia sáng đơn sắc qua dung dịch thì mức độ hấp thụ của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ các phân tử hấp thụ

Biểu thức của định luật: A = ε.l.C (1.10)

Trong đó

A là mật độ quang

ε là hệ số hấp thụ phân tử

C là nồng độ (mol/l)

L là chiều dày của lớp hấp thụ (cm)

Ưu iểm của phương pháp

Phương pháp phổ hấp thụ phân tử cho ph p xác định nồng độ của chất ở khoảng 10-5 - 10-7 M và là một trong các phương pháp được dùng khá phổ biến Với một đường chuẩn cho ph p xác định hàng loạt mẫu

Độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng

Thao tác đơn giản, dễ thực hiện, chi phí thấp

c Nhược iểm của phương pháp

Không chọn lọc, một số thuốc thử có thể tạo nhiều phức với nhiều ion

 Dựa vào ưu điểm của phương pháp này, kết hợp với điều kiện cơ sở vật chất có trong phòng thí nghiệm bộ môn Hóa của trường Đại học Mỏ - Địa chất, chúng tôi quyết định lựa chọn phương pháp xác định hàm lượng đối với nguyên tố đồng là phổ hấp thụ phân tử dựa vào khả năng tạo phức của Cu2+

với một lượng

thuốc thử thích hợp nào đó Thuốc thử có thể là đithizon, NaDDC, CuFeron hoặc Pb(DDC)2 Ở đề tài này thuốc thử đƣợc chọn là Pb(DDC)2

d Các loại muối i tyl ithiocac aminat thường sử dụng [7, 18]

- Natri đietylđithiocacbaminat (NaDDC)

Cấu tạo

Ở dạng hiđrat NaDDC có công thức phân tử là C5H10NS2Na.3H2O

Công thức cấu tạo:

Pb(DDC)2 có đƣợc bằng cách thực hiện phản ứng trao đổi giữa muối của kim

loại chì với natri đietylđithiocacbaminat:

Tính chất

Pb(DDC)2 là chất rắn màu trắng, khối lượng riêng d = 2,38 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 320-323oC Pb(DDC)2 không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ như clorofom, toluen…

Pb(DDC)2 là thuốc thử chọn lọc với Cu (II), Hg (II), Ag (I), Bi (III), Tl (III) Pb(DDC)2 không bền với ánh sáng mặt trời vì vậy khi điều chế thuốc thử này để sử dụng phải bảo quản trong điều kiện cách li khỏi ánh sáng mặt trời

Ứng dụng

Người ta dùng Pb(DDC)2 để chiết một số ion từ nước lên pha hữu cơ

Trong đề tài này chúng tôi đã dùng Pb(DDC)2 để chiết đồng mà không dùng trực tiếp NaDDC bởi vì Pb(DDC)2 hạn chế được sự cùng tạo phức và cùng bị chiết một số các kim loại khác như Pt (IV), Sb (III), Te (IV), Pb (II) những ion này sẽ bị cùng tạo phức và cùng bị chiết với Cu2+ khi ta dùng thuốc thử là NaDDC

1.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỒNG TRONG NƯỚC THẢI

Cho đến nay, trên thế giới đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu theo các hướng khác nhau, nhằm xử lí hàm lượng của các ion kim loại nặng trong đó có ion đồng như: phương pháp vật lí (keo tụ bằng dòng điện, phương pháp hấp thụ, phương pháp trao đổi ion), phương pháp hóa học…

1.4.1 Phương pháp vật lí

1.4.1.1 Phương pháp keo tụ ng ng điện

Nhóm nghiên cứu Adhoum đã dựa trên sự hình thành tại chỗ của các chất có khả năng keo tụ ở các điện cực, sử dụng Al kim loại làm điện cực đã loại bỏ được rất hiệu quả một số ion kim loại nặng có trong nước thải của nhà máy mạ điện Kỹ

2

↓ trắng

thuật này kết hợp ba quá trình phụ thuộc lẫn nhau chính, hỗ trợ nhau để loại bỏ các chất ô nhiễm như: quá trình điện hóa, keo tụ và thủy phân [21]

Phương pháp này có nhiều thuận tiện và ưu điểm để loại bỏ đồng, kẽm và crôm từ nước thải của nhà máy mạ điện, tuy nhiên quá trình keo tụ bằng dòng điện

là khá phức tạp và có thể bị ảnh hưởng bởi một số các thông số hoạt động, chẳng hạn như nồng độ của chất gây ô nhiễm, pH ban đầu và mật độ dòng Nhìn chung phương pháp này đạt hiệu quả cao, tuy nhiên chi phí cho quá trình xử lý cũng như

đầu tư thiết bị ban đầu đòi hỏi cao

1.4.1.2 Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ là quá trình hấp phụ chất bẩn hòa tan ở bề mặt ranh giới giữa pha lỏng và pha rắn Đây là phương pháp hiệu quả để thu hồi các cấu tử quý hiếm, làm sạch khí thải, nước thải khi nồng độ chất ô nhiễm trong dòng thải không lớn Trong xử lý nước thải, phương pháp hấp phụ có khả năng xử lý triệt để

nước thải chứa đồng thời nhiều kim loại nặng với nồng độ ion trong dung dịch nhỏ

Một ưu điểm lớn của hấp phụ so với các phương pháp khác là có thể sử dụng các vật liệu tự nhiên để xử lý môi trường như các khoáng, vật liệu trấu, mùn cưa hoặc tận dụng chất thải của ngành khác như tro bay, xỉ than, bùn thải Hơn nữa các vật liệu hấp phụ có thể hoàn nguyên, tái sử dụng Hấp phụ kim loại nặng bằng các vật liệu tự nhiên được đánh giá là phương pháp có hiệu suất cao, giá thành rẻ [3]

Nhóm tác giả L Monser đã biến tính than hoạt tính để loại bỏ đồng, kẽm, crom Cacbon hoạt tính biến tính được sử dụng là một vật liệu xốp trơ nó có khả năng phân bố các chất trên bề mặt k nước, làm cho chúng tiếp cận với các chất phản ứng Do đó, khả năng hấp phụ và tỷ lệ loại bỏ được tăng lên đáng kể [26]

Nói chung, cacbon hoạt tính hấp phụ không những có hiệu quả trong việc loại bỏ các kim loại và chất vô cơ mà còn loại bỏ được các hợp chất hữu cơ Khả năng hấp phụ và tỷ lệ loại bỏ của than hoạt tính tùy thuộc vào từng chất cần xử lý

Các phương pháp vật lý đòi hỏi chi phí đầu vào cũng như chi phí đầu tư thiết

bị tương đối đắt tiền mặc dù hiệu quả là không thể phủ nhận nhưng nó không phù

hợp với điều kiện kinh tế của các nước nghèo trong đó có Việt Nam

1.4.1.3 Phương pháp trao đổi ion

Nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion là dùng ionit là nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hiđrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion Quá trình trao đổi ion được tiến hành trong cột cationit và anionit Các vật liệu nhựa này

có thể thay thế được mà không làm thay đổi tính chất vật lý của các chất trong dung dịch và cũng không làm biến mất hoặc hòa tan Các ion dương hay âm cố định trên các gốc này đẩy ion cùng dấu có trong dung dịch thay đổi số lượng tải toàn bộ có trong chất lỏng trước khi trao đổi Cơ chế phản ứng như sau:

AmB + mC → mAC + B

Ưu iểm: Có dung lượng trao đổi ion lớn, hiệu quả xử lý kim loại cao, đơn

giản, dễ sử dụng, không gian xử lý nhỏ, có khả năng thu hồi kim loại có giá trị, không tạo ra chất thải thứ cấp

Nhược iểm: Chi phí xử lý cao cũng như cần phải có quá trình rửa giải bởi

vậy nó cần bổ sung thêm chi phí mua dung môi, do đó không phù hợp với các nhà máy có quy mô lớn cũng như các nước nghèo

1.4.1.4 Phương pháp tách ng màng

Ở phương pháp tách màng thành phần của các chất tan, chất huyền phù keo được tách ra bằng màng Trong phương pháp này người ta phải n n bằng áp suất cao lên phía dung dịch cần xử lý, bởi vì quá trình tách chỉ diễn ra thông qua sự chênh lệch về áp suất giữa phía dung dịch cần xử lý và dịch lọc

Phương pháp tách màng được phân biệt theo tính chất của màng (kích cỡ lỗ của màng và kích thước của phần từ cần tách, về cơ bản người ta phân chia thành phương pháp thẩm thấu ngược, lọc nano, siêu lọc, và lọc micro [36] Để xử lý nước thải chứa kim loại người ta xử dụng chủ yếu là phương pháp thẩm thấu ngược [27]

1.4.1.5 Phương pháp thẩm thấu ngược

Quá trình thẩm thấu được đặc trưng giữa 2 thành phần được tách ra thông qua màng bán thấm Các dung môi sạch (nước) có thể được đi qua màng, nồng độ

trong dung dịch giảm thông qua việc pha loãng Người ta áp dụng hiệu ứng này trong kỹ thuật ngược trở lại, bằng cách nén áp suất cao vào dung dịch để chống lại việc nước đi qua lỗ của màng bán thấm, như vậy người ta có thể sử dụng kỹ thuật này để loại bỏ các chất hữu cơ, các chất vô cơ (kim loại) ra khỏi nước [23] Áp suất được sử dụng cho quá trình lọc bằng phương pháp này thường là từ 20 - 100 bar Vật liệu để chế tạo màng thường dùng các sản phẩm tự nhiên như xelulo axetat và sản phẩn tổng hợp như polyamide, polypropylen [24] Ưu điểm của phương pháp là giảm thiểu được việc sử dụng hóa chất cũng như là giảm thiểu được thay đổi thành phần hóa học Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là: màng lọc rất dễ hỏng, hoặc bị tắc trong quá trình lọc nên phải thường xuyên thay màng lọc Không phù hợp với các nước nghèo

1.4 Phương pháp hóa học

1.4.2.1 Phương pháp kết tủa

Trong quá trình kết tủa, các ion kim loại hòa tan trong nước sẽ được chuyển thành dạng không tan, sau đó lắng xuống Ưu điểm lớn của phương pháp kết tủa là thiết bị cho xử lý đơn giản Phương pháp kết tủa có thể được phân chia thành các phương pháp kết tủa cacbonat, sunfua hay phương pháp trung hòa tùy thuộc vào chất được dùng cho quá trình kết tủa [24, 26]

Khi xử lý kim loại, cần thiết xử lý sơ bộ để khử đi các chất cản trở quá trình kết tủa Thí dụ như CN- và NH3 hình thành các phức với nhiều kim loại làm giảm hiệu quả quá trình kết tủa

 Phương pháp kết tủa cac onat

Trong phương pháp kết tủa cacbonat, natri cacbonat (sô-đa) rẻ hơn so với NaOH được sử dụng cho việc kết tủa các kim loại nặng Các kết tủa được tạo ra dễ dàng lắng xuống, tốt hơn so với kết tủa hiđroxit [26]

Phương trình dưới đây mô tả kết tủa của cacbonat kim loại:

m Men+ + n CO32- Mem(CO3)n (1.12)

Có thể sử dụng hỗn hợp NaOH và Na2CO3 để kết tủa kim loại dưới dạng

muối cacbonat tinh thể, hiệu quả hơn phương pháp trung hòa (NaOH) trong việc loại bỏ kim loại nặng Tuy nhiên các chất này chỉ có thể sử dụng cho việc xử lý nước thải có chứa độ axit cao

 Phương pháp kết tủa sunfua

Trong l nh vực công nghiệp kết tủa sunfua ít có ý ngh a, mặc dù tích số tan của các sunfua kim loại nặng là tương đối nhỏ, ngay cả các phức chất nó cũng có thể bị chuyển dạng kết tủa sunfua [24, 25], nguyên nhân cơ bản là độ độc và giá thành của các chất sunfua như H2S, Na2S, NaHS cao Việc sử dụng H2S đòi hỏi phải

có các biện pháp giảm thiểu sự phát tán mùi

Kết tủa sunfua của các kim loại nặng có thể được mô tả đơn giản như sau:

Me2+ + S2- MeS (1.13)

1.4.2.2 Phương pháp trung h a

Một phần lớn nước thải trong công nghiệp luyện kim cũng như nước thải chứa kim loại nặng như nước thải axit mỏ rất axit và được trung hòa bởi các chất kiềm Về cơ bản các kim loại được kết tủa đồng thời với nhau Các chất được sử dụng cho quá trình kết tủa là NaOH, Ca(OH)2 Các ion kim loại nặng kết tủa phụ thuộc vào các anion và nồng độ của hiđroxit hay các muối khó tan Kết tủa của kim loại ở dạng hiđroxit có thể được mô tả theo phương trình phản ứng dưới đây:

vi lượng trong quá trình phát triển sinh khối

Cơ chế hấp thụ kim loại nặng ở thực vật, vi sinh vật như sau:

Giai đoạn 1: Tích tụ các kim loại nặng và sinh khối, làm giảm nồng độ các kim loại này ở trong nước

Giai đoạn 2: Sau quá trình phát triển ở mức tối đa sinh khối, vi sinh vật

thường lắng xuống đáy bùn hoặc kết thành mảng nổi trên bề mặt và cần phải lọc

hoặc thu sinh khối ra khỏi môi trường nước

Ưu iểm: Thu nhận kim loại nặng ở mức độ cao, diện tích bề mặt riêng của

sinh khối lớn, giá thành thấp, thân thiện với môi trường

Theo nghiên cứu, hiện nay người ta đã tìm được rất nhiều loài thực vật và vi sinh vật có khả năng tích lũy kim loại nặng Đáng chú ý có một số vi sinh vật có thể tích lũy kim loại nặng từ hàng chục đến hàng trăm lần so với hàm lượng có trong

môi trường Chẳng hạn như Pseudomonas fluorosen sinh trưởng trong môi trường

tổng hợp có Pb(COOH)2 thì lượng Pb tích luỹ được đến 1/3 trọng lượng khô Vi khuẩn Bacillus có khả năng hấp thụ 178 mg Cr/g sinh khối khô

Bảng 1.2 Khử kim loại nặng trong bể với bùn hoạt tính

Nước thải vào Nước thải ra

Sử dụng bùn hoạt tính (sinh khối vi sinh vật) để thu gom kim loại nặng cũng

là một trong những biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt chứa kim loại nặng Bùn hoạt tính ở bể thứ cấp có thành phần giống với aixt humic mà axit này có nhiều nhóm chức năng nối với kim loại Khi qua hệ thống xử lý các ion này sẽ bị giữ lại trong bùn Tuy nhiên ban đầu kim loại nặng thường gây độc với hệ sinh hóa hiếu khí cũng như kị khí của bùn hoạt tính, khi đã thích nghi vi sinh vật có khả năng chịu được nồng độ KLN tương đối cao [22]

K thuật hấp phụ sinh học cũng thường được sử dụng Các vật liệu sinh học

có nguồn gốc từ sinh khối tảo, nấm, vi khuẩn được sử dụng để hấp phụ thu hồi kim loại nặng Chẳng hạn như đối với tảo, người ta thấy rằng sự hấp thu sinh học các ion kim loại nặng nhờ tảo tốt hơn so với sự kết tủa hoá học ở khả năng thích nghi với sự thay đổi pH và nồng độ kim loại nặng; tốt hơn phương pháp trao đổi ion

và thẩm thấu ngược ở khả năng nhạy cảm với sự hiện diện của chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ và sự hiện diện của các kim loại khác Tuy nhiên, để thuận tiện cho quá trình xử lý và thu gom KLN, sinh khối tảo thường được cố định với chất mang (silicagel, polyacryamide, polyvinyl ) Đã có nhiều nghiên cứu thông báo về khả năng cố định tế bào vi tảo lên các chất mang khác nhau Có nghiên cứu cho thấy khi

cố định tế bào tảo Chlorella vulgaris lên chất mang alginate, phức hợp này có khả năng hấp thu Cu nhanh chóng (với hơn 90% ion Cu2+ trong dung dịch được hấp thụ trong vòng 3 giờ) Hay sử dụng chế phẩm AlgaSORB (cũng là từ sinh khối tảo Chlorella vulgaris) có khả năng xử lý nước thải chứa KLN có nồng độ từ 1  100mg/L với năng suất xử lý tới 380 lít/phút [30]

Thực vật thuỷ sinh cũng có khả năng tích lũy kim loại nặng Chúng có thể hút, giữ, hấp thụ kim loại nặng qua từng phần hoặc toàn bộ cơ thể như thân, rễ, của chúng lá ưu điểm của thực vật thuỷ sinh là tốc độ tăng sinh khối nhanh, bộ rễ phát triển mạnh và được coi như là bộ lọc các chất vô vơ và hữu cơ rất tốt Mặt khác trong quá trình quang hợp thực vật thuỷ sinh sử dụng CO2 và làm tăng lượng ôxy hòa tan trong môi trường nước thải cần thiết cho qua trình nitrát hoá và ôxy hóa hiếu khí các KLN cũng như các chất hữu cơ khác Kim loại nặng thường được chuyển vào thực vật thuỷ sinh từ các lông rễ đến hệ thống mạch rễ và từ đó tới các

cơ quan của cây Quá trình trao đổi hấp thụ xảy ra với tốc độ lớn trong giai đoạn rễ sinh trưởng và phát triển mạnh

Có rất nhiều loài thực vật thuỷ sinh có khả năng tích luỹ kim loại nặng như bèo tây, bèo cái, rong đuôi chó, lau sậy Với mỗi loại thực vật và kim loại khác nhau thì khả năng tích lũy cũng khác nhau trong các bộ phận của cây Ví dụ cà chua hấp thụ và tích lũy Pb, Cd, As, Zn chủ yếu ở trong rễ và một phần trong quả Trong khi đó rễ cây cải củ tích lũy các kim loại này ít hơn trong lá

Bằng thực nghiệm, một số tác giả đã chứng minh vai trò quan trọng của thực vật thuỷ sinh trong việc tích lũy vào cơ thể của chúng các KLN khác nhau Chẳng hạn cây bèo lục bình có khả năng hấp thụ Pb, Cr, Ni, Fe, Zn trong môi trường nước thải mạ điên Trong khi cây rong đuôi chó và bèo tấm lại có khả năng giảm thiểu

được Fe, Cu, Pb và Zn trong nước hồ Bảy Mẫu Một loại thực vật nổi trên mặt nước

– cây Najas graminea Del., đã được các nhà khoa học Đài Loan sử dụng để xử lý

Cu, Zn, Pb, Cd Đây là loại thực vật có khả năng hấp thụ KLN mạnh, đặc biệt là với

Pb, dễ nuôi trồng và thu hoạch Một loài thủy sinh vật khác là rau muống (Ipomea

aquatica Firsk), có khả năng tích lũy Cu, Ni, Cr và Zn Qua hệ thống rễ, rau muống

có năng tích lũy 0,552mg Cu; 0,213 mg Ni; 0,090mg Cr và 0,009mg Zn trên 1 gam sinh khối khô trong vòng 48 giờ ở nồng độ kim loại là 5mg/L [20]

Phương pháp sinh học được coi là phương pháp kinh tế, thân thiện với môi trường, thích hợp cho việc xử lý ở những nơi có hàm lượng kim loại nặng thấp và thường là công đoạn sau cùng của quá trình xử lý nước thải Đặc điểm của phương pháp này là nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60mg/l và phải bổ xung đủ chất dinh dưỡng N, P, các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự phát triển của các tác nhân sinh học Sử dụng phương pháp sinh học đòi hỏi thời gian nhiều hơn các phương pháp khác vì cần thời gian lưu dài Sản phẩm của quá trình xử lý là sản phẩm phân hủy của các tác nhân ô nhiễm, sinh khối và nước sau khi xử lý

 Sử ụng công nghệ đất ngập nước nhân tạo (Constructe wetlan ) để xử

lý ô nhiễm KLN

Các vùng đất ngập nước tự nhiên từ xa xưa đã được sử dụng để làm sạch nước thải nhưng chúng có một số hạn chế trong quá trình vận hành do khó kiểm soát về chế độ thủy lực và có khả năng ảnh hưởng xấu vì thành phần nước thải đến môi trường sống của động vật hoang dã và hệ sinh thái trong đó

Công nghệ đất ngập nước nhân tạo (bãi lọc trồng cây) là công nghệ xử lý sinh thái được xây dựng nhằm khắc phục những nhược điểm nhưng vẫn bảo tồn được những ưu điểm của bãi đất ngập nước tự nhiên [3]

Đối với công nghệ này thì việc khảo sát tìm kiếm được các loài thực vật có khả năng siêu tích lũy các chất ô nhiễm, tạo môi trường và bề mặt cho các vi sinh vật phát triển là rất quan trọng Ngày nay, danh mục trên 450 loài thực vật có khả năng hấp thụ cao kim loại nặng đã được công bố [20]

Phương pháp dùng lau, sậy xử lý nước thải do Giáo sư Kathe Seidel người Đức đưa ra từ những năm 60 của thế kỷ 20 Các cánh đồng lau sậy có thể xử lý được nhiều loại nước thải có chất độc hại khác nhau và nồng độ ô nhiễm lớn Hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp có chứa kim loại thì hiệu quả xử lý COD, BOD5, crom, đồng, nhôm, sắt, chì, kẽm đạt 90-100% [22, 23] Đến năm 2006, chỉ riêng ở

Mỹ và Canada đã có hàng ngàn hệ thống xử lý nước thải (thành phố, công nghiệp, khai thác mỏ ) bằng công nghệ sử dụng TVTS đang hoạt động Hiện tại, đã có rất nhiều bằng phát minh sáng chế về công nghệ sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm kim loại nặng Ardea-Torresday và cs đã đăng kí Patent N 5927005 về xử lý đất chứa

chì, đồng, niken và cadimi bằng cây bụi Larrea tridentata Sinh khối tạo ra sẽ được

quản lý bằng cách đốt lấy tro rồi đem chôn hoặc để tuyển khoáng Salt và cs thì có Patent N 5928406 xử lý đất ô nhiễm crôm bằng các loài cây họ Cải Một loại thực

vật nổi trên mặt nước - cây Najas graminea Del., đã được các nhà khoa học Đài

Loan sử dụng hiệu quả để xử lí Cu, Zn, Pb, Cd và Zn Đây là loại thực vật có khả năng hấp thụ KLN rất mạnh, đặc biệt là đối với chì, dễ nuôi trồng và dễ thu hoạch

[20] Một loại thực vật thuỷ sinh khác – Rau muống (Ipomoea aquatica Forsk) có

khả năng tích luỹ mạnh Cu, Ni, Cr và Zn

Nhìn chung các phương pháp sinh học đạt hiệu quả cao trong việc xử lí kim loại nặng nhưng lại có tốc độ xử lí chậm, đòi hỏi đầu tư thiết bị lớn, chi phí vận hành cao hoặc cần diện tích đất lớn [29]

 Lọc sinh học

Lọc sinh học là dạng bể có sử dụng lớp vật liệu đệm trong quá trình lọc, các

đ a vật liệu đệm tạo thành các đ a lọc sinh học

Nguyên lý chung:

- Quá trình oxy hóa bằng sinh học dạng màng sinh học gồm hai loại vi sinh vật là vi sinh vật hiếu khí và vi sinh k khí Vi sinh vật tồn tại ở hai dạng lơ lửng và trên giá thể

- Nguyên lý: vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu lọc (nhựa, chất dẻo có các hình dạng khác nhau)

 Bể hiếu khí

Bể hiếu khí là dạng bể oxy hóa được cấp không khí cưỡng bức Trong bể, các vi sinh vật tồn tại, sinh trưởng và phát triển ở dạng huyền phù, lơ lửng (bông sinh học) Dưới tác động của các vi sinh vật này, các chất hữu cơ bị phân hủy thành

CO2 và H2O Phương pháp này được dùng chủ yếu để xử lý các chất hữu cơ dễ phân hủy [34]

 Bể metan

Bể metan là hệ thống xử lí sinh học yếm khí nhân tạo Trong bể diễn ra các quá trình phân giải yếm khí thông qua quá trình lên men nhằm phân giải các hợp chất hữu cơ có hàm lượng BOD cao (3000 ÷ 10000 mg/L) Tác nhân sinh học chủ yếu của dạng bể này nói chung gồm hai nhóm vi sinh vật chính sinh khí metan (metangenase) và sinh khí H2S, thông qua con đường dùng các chất hữu cơ làm nguồn chất khử để khử sunfat về sunfua [41]

 Hồ sinh học

Các hồ sinh học là một trong những hình thức lâu đời nhất để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Hồ sinh học dùng để xử lý những nguồn thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các chất hữu cơ xảy ra một cách tự nhiên Ban đầu, cấu trúc các hồ khá đơn giản nên không thể hiện rõ các đặc điển vật lý, hóa học và các quá trình sinh học phức tạp trong suốt hoạt động sinh hóa, kết quả làm hạn chế sự hiểu biết về các yếu tố có tác động đến hiệu suất của quá trình

1.4.4 Phương pháp kết hợp

Tác giả H A Golestani và cộng sự đã sử dụng phương pháp kết hợp keo tụ, tạo bông và lọc nano để xử lý nước thải của nhà máy mạ điện đạt kết quả rất tốt, không những loại bỏ được các kim loại nặng mà còn loại bỏ được các hợp chất hữu

cơ, các chất rắn lơ lửng, chất rắn hòa tan, độ đục đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt [29]

1.4.5 Phương pháp sử dụng m n cưa để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải

1.4.5.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Một số công trình nghiên cứu của Mỹ và Nhật Bản đã công bố có thể sử