Xác định hàm lượng chì, thủy ngân, asen trong một số mẫu nước mặt và đất ở khu vực mỏ than khe sim bằng phương pháp phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử

[1] Trong quá trình khai thác than, các hợp chất của một số nguyên tố như Asen và một số các kim loại nặng như: chì, thuỷ ngân, cadimi.... Mục tiêu chính của luận văn là: - Khảo sát các

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS VƯƠNG TRƯỜNG XUÂN

THÁI NGUYÊN - 2016

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS Vương Trường Xuân - Bộ môn

môi trường - Trường Đại học khoa học - Đại học Thái Nguyên đã hướng dẫn tận tình, chu đáo và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Tôi chân thành gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô giáo của Trường Đại học khoa học đã trang bị cho tôi những kiến thức bổ ích, thiết thực cũng như sự nhiệt tình, ân cần dạy bảo trong những năm vừa qua

Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng chí trong Viện hóa học, trung tâm y

tế dự phòng tỉnh Quảng Ninh và công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên Khe Sim đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu

và hoàn thành Luận văn

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và làm Luận văn

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 10 năm 2016

Tác giả luận văn

Hà Thị Thái Minh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN a MỤC LỤC b DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT e DANH MỤC CÁC BẢNG f DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH h

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tình hình nghiên cứu kim loại nặng trên thế giới 3

1.2 Tình hình nghiên cứu kim loại nặng ở Việt Nam 4

1.3 Giới thiệu chung về nguyên tố Pb, As, Hg 5

1.3.1 Chì 5

1.3.2 Asen 8

1.3.3 Thủy ngân 12

1.4 Giới thiệu một số vấn đề cơ bản về phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 15

1.4.1 Nguyên tử hoá mẫu 17

1.4.2 Nguồn phát bức xạ đơn sắc 19

1.4.3 Hệ thống đơn sắc 19

1.4.4 Nhân quang điện (Detector) 20

1.5 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (ICP-OES) 20

1.5.1 Cơ sở lý thuyết 20

1.5.2 Cấu trúc máy 21

1.5.3 Ưu điểm của ICP-OES 23

1.5.4 Nhiễu phổ trong ICP-OES 23

1.6 Một số phương pháp xử lý mẫu đất, trầm tích xác định hàm lượng kim loại nặng 25

1.7 Giới thiệu công ty TNHH MTV than Khe Sim 26

1.7.1 Đặc điểm công ty TNHH MTV than Khe Sim 26

1.7.2 Các công trình, biện pháp thu gom, xử lý nước thải: 27

Chương 2 THỰC NGHIỆM 31

2.1 Đối tượng nghiên cứu 31

2.2 Các nội dung nghiên cứu 31

2.3 Phương pháp nghiên cứu 31

2.3.1 Lấy mẫu và xử lí mẫu 31

2.3.1.1 Lấy mẫu 31

2.3.1.2 Quy trình xử lí mẫu 33

2.3.2 Tính kết quả 34

2.3.3 Tiến hành đo phổ các mẫu chuẩn và các mẫu phân tích 35

2.4 Trang thiết bị và hóa chất 35

2.4.1 Trang thiết bị 35

2.4.2 Hóa chất 36

2.4.3 Chuẩn bị hoá chất và dung dịch chuẩn 36

2.5 Phương pháp xử lí số liệu 37

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của Asen, chì, thuỷ ngân 38

3.1.1 Khảo sát xác định khoảng tuyến tính 39

3.1.2 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của Asen chì và thuỷ ngân 42

3.1.3 Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo 46

3.1.4 Đánh giá hiệu suất thu hồi 48

3.1.5 Kết quả phân tích mẫu 50

3.2 Điều kiện vận hành thiết bị ICP - OES và kết quả đo 51

3.2.1 Điều kiện vận hành thiết bị ICP - OES 51

3.2.2 Kết quả phân tích phân tích mẫu trên thiết bị ICP-OES 52

3.3 So sánh kết quả phân tích phân tích mẫu theo phương pháp ICP-OES và phương pháp AAS 57

KẾT LUẬN 63

PHỤ LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

F-AAS : Flame atomic absorption spectrometry -

Phổ hấp thu nguyên tử ngọn lửa GF-AAS : Graphite furnace atomic absorption spectrometry -

Phổ hấp thu nguyên tử lò graphite ICP-OES : Inductively coupled plasma optical emission

spectrometry - Quang phổ phát xạ ghép cặp cao tần cảm ứng

IS : Internal standard - Nội chuẩn

LOD : Limit of detection - Giới hạn phát hiện LOQ : Limit of quantitation - Giới hạn định lượng QCVN /BTNMT : Quy chuẩn Việt Nam/ Bộ tài nguyên môi trường Rec : Recovery - Hiệu suất thu hồi

TNHH MTV : Trách nhiệm hữu hạn một thành viên

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Một số hằng số vật lý của chì 5

Bảng 1.2: Một số hằng số vật lý của Asen 8

Bảng 1.3: Một số hằng số vật lý của thủy ngân 12

Bảng 2.1 Địa điểm vị trí mẫu đất phân tích xung quanh khu vực mỏ than Khe Sim 31

Bảng 2.2 Địa điểm và vị trí lấy mẫu nước thải mỏ than Khe Sim 32

Bảng 2.3 Địa điểm và vị trí lấy mẫu nước bề mặt ở khu vực xung quanh mỏ than Khe Sim 32

Bảng 2.4: Địa điểm và vị trí lấymẫu nước thải sinh hoạt ở khu vực xung quanh mỏ than Khe Sim 33

Bảng 3.1: Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của Asen và chì 38

Bảng 3.2: Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thuỷ ngân 38

Bảng 3.3: Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của As, Pb 39

Bảng 3.4: Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của Hg 41

Bảng 3.5: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ Asen 42

Bảng 3.6: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ chì 44

Bảng 3.7: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ thuỷ ngân 45

Bảng 3.8: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo As 47

Bảng 3.9: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Pb 47

Bảng 3.10: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Hg 48

Bảng 3.11: Hiệu suất thu hồi của As, Pb, Hg trong mẫu nước 49

Bảng 3.12: Hiệu suất thu hồi của As, Pb, Hg trong mẫu đất 49

Bảng 3.13: Kết quả đo tổng hàm lượng tổng As Pb, Hg của nước thải mỏ than Khe Sim 50

Bảng 3.14: Kết quả đo hàm lượng tổng As, Pb, Hg của nước mặt ở khu vực xung quanh mỏ than Khe Sim 50

Bảng 3.15 Kết quả tổng hàm lượng As, Pb, Cd trong nước thải sinh hoạt khu

mỏ Khe Sim 51

Bảng 3.16 Kết quả hàm lượng As, Pb, Hg tổng số trong đất tại khu vực mỏ than Khe Sim 51

Bảng 3.17: Kết quả đo tổng hàm lượng As, Pb, Hg của nước thải ở khu vực xung quanh mỏ than Khe Sim 52

Bảng 3.18: Kết quả đo tổng hàm lượng As, Pb, Hg của nước mặt ở khu vực xung quanh mỏ than Khe Sim 52

Bảng 3.19: Kết quả tổng hàm lượng tổng As, Pb, Hg trong nước thải sinh hoạt khu mỏ Khe Sim 53

Bảng 3.20: Kết quả tổng hàm lượng As, Pb, Hg tổng số trong đất tại khu vực mỏ than Khe Sim 53

Bảng 3.21: Kết quả đo Asen trong mẫu nước 57

Bảng 3.22: Kết quả đo Chì trong mẫu nước 58

Bảng 3.23: Kết quả đo Asen trong mẫu đất 59

Bảng 3.24: Kết quả đo Chì trong mẫu đất 60

Bảng 3.25: Kết quả đo thủy ngân trong mẫu đất 61

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH

Sơ đồ 1: Hệ thống trang bị của thiết bị đo phổ AAS 16

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo của phổ kế 22

Hình 1.2 Cấu tạo máy ICP-OES 23

Hình 1.3 Hiện tượng chồng lấp phổ toàn phần 24

Hình 1.4 Hiện tượng chồng lấp phổ một phần 24

Hình 3.1: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của As 40

Hình 3.2: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Pb 40

Hình 3.3: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Hg 42

Hình 3.4: Đồ thị đường chuẩn của As 43

Hình 3.5: Đường chuẩn của Pb 44

Hình 3.6: Đường chuẩn của Hg 45

Hình 3.7: Tổng hàm lượng kim loại nặng trong nước thải mỏ than Khe Sim 54

Hình 3.8: Tổng hàm lượng kim loại nặng trong nước mặt mỏ than Khe Sim 55

Hình 3.9: Tổng hàm lượng kim loại nặng trong nước thải sinh hoạt khu mỏ than Khe Sim 56

Hình 3.10: Tổng hàm lượng kim loại nặng đất khu mỏ than Khe Sim 56

Hình 3.11: Đường hồi quy so sánh hai phương pháp đối với asen trong mẫu nước 58

Hình 3.12: Đường hồi quy so sánh hai phương pháp đối với chì trong mẫu nước 59

Hình 3.13: Đường hồi quy so sánh hai phương pháp đối với Asen trong mẫu đất 60

Hình 3.14: Đường hồi quy so sánh hai phương pháp đối với chì trong mẫu đất 61

Hình 3.15 : Đường hồi quy so sánh hai phương pháp đối với thủy ngân trong mẫu đất 62

MỞ ĐẦU

Than là một nguồn tài nguyên không tái tạo vô cùng quý giá của nước ta Hiện nay, mỗi năm chúng ta thu được doanh thu hàng trăm tỷ đồng từ hoạt động khai thác và kinh doanh than, mang lại công ăn việc làm cho hàng nghìn công nhân Trữ lượng than tập trung chủ yếu tại tỉnh Quảng Ninh Đến nay, trên toàn bộ diện tích của tỉnh có 43 mỏ và điểm khai thác than chính Tuy nhiên, song song với những tiềm năng, triển vọng và thành tựu kinh tế đã đạt được trong những năm qua, tỉnh Quảng Ninh đang phải đối mặt với những thách thức không nhỏ về môi trường

do nhu cầu than trên thế giới ngày càng tăng nhanh nên ngành than đã tổ chức lại sản xuất, tăng cường đầu tư trang thiết bị máy móc hiện đại, sản lượng khai thác than không ngừng tăng nhanh Mặt khác, theo tính toán để khai thác cụ thể, để sản xuất 1 tấn than, doanh nghiệp cần bóc đi từ 8 đến 10 m³ đất phủ và thải từ 1 đến 3 m³ nước thải mỏ Trung bình hàng năm, các mỏ than của Tập đoàn Công nghiệp Than và Khoáng sản Việt Nam đã thải ra môi trường 182,6 triệu m³ đất đá, khoảng

70 triệu m³ nước thải mỏ dẫn đến một số vùng thuộc tỉnh Quảng Ninh bị ô nhiễm đến mức báo động như Mạo Khê, Uông Bí, Cẩm Phả [1]

Trong quá trình khai thác than, các hợp chất của một số nguyên tố như Asen

và một số các kim loại nặng như: chì, thuỷ ngân, cadimi được giải phóng và có thể đi vào trong nước ngầm, nước bề mặt và vào trong đất, gây ô nhiễm môi trường

ở mỏ than và khu vực xung quanh [2]

Mỏ than Khe Sim là một trong những mỏ than lớn ở Quảng Ninh, cùng với những dây truyền và thiết bị hiện đại mang lại năng suất cao, mỗi ngày xí nghiệp khai thác hàng trăm tấn than Tuy nhiên, hoạt động của xí nghiệp cũng thải ra môi trường một lượng lớn nước thải cùng với bụi và các chất thải rắn nó cũng tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm các kim loại nặng đối với môi trường xung quanh

Chính vì vậy, công tác đánh giá ảnh hưởng nguy cơ gây ô nhiễm các kim loại nặng trong quá trình khai thác than tới môi trường tại xí nghiệp Than Khe Sim cần

được quan tâm đúng mức để có được những giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường cũng như bảo vệ sức khỏe người dân và công nhân

Vì vậy chúng tôi chọn đề tài: ‘‘XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG THỦY NGÂN, CHÌ, ASEN TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC MẶT VÀ ĐẤT Ở KHU VỰC MỎ THAN KHE SIM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ VÀ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ ’’.

Mục tiêu chính của luận văn là:

- Khảo sát các điều kiện tối ưu của phương pháp AAS và ICP-OES để xác định hàm lượng tổng số của asen, chì và thuỷ ngân

- Ứng dụng quy trình phân tích vừa xây dựng xác định vừa đánh giá hiện trạng hàm lượng tổng số của các nguyên tố này trong đất và nước mặt tại khu vực

mỏ than Khe Sim

Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo cho các đơn vị có hoạt động khai

thác khoáng sản và các đơn vị tư vấn về môi trường

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu kim loại nặng trên thế giới

Rất nhiều nhà khoa học trên thế giới đã tiến hành những công trình nghiên cứu

về ảnh hưởng độc chất của kim loại nặng đối với môi trường, động vật và con người

Trong đó tập trung nghiên cứu các kim loại như Hg, Pb, Cd và nguyên tố As F.K.Kaferstein (1972) đã tiến hành nghiên cứu về sự luân chuyển của kim loại nặng hấp thu vào cơ thể, chúng được đào thải rất chậm, đặc biệt chúng có tích luỹ và tàng trữ trong nhiều cơ quan bộ phận của cơ thể gây ra rối loạn chuyển hoá các chất, làm suy giảm khả năng đáp ứng miễn dịch của cơ thể, thậm chí chúng còn

là các chất gây ung thư như Hg, Pb, Cd và As

Theo Thomas (1986), các nguyên tố như: Cu, Zn, Cd, Hg, Cr, As,… thường chứa trong phế thải của các nhà máy luyện kim màu, sản suất ô tô Cũng theo Thomas khi nước thải chứa 13 mg Cu/l, 10 mg Pb/l, 1 mg Zn/l sẽ gây ô nhiễm đất nghiêm trọng Ở một số nước như Đan Mạch, Nhật Bản, Anh, Ailen hàm lượng Pb cao hơn 100 mg/kg đã phản ánh tình trạng ô nhiễm Pb nghiêm trọng [3]

Đến những năm của thập kỷ 90 nguy cơ nhiễm độc kim loại nặng ngày càng gia tăng do độc tính, tính chất phức tạp của hỗn hợp từng kim loại Nhiều công trình nghiên cứu về sự ô nhiễm Hg, Pb, Cd và As rất chi tiết và toàn diện Trong đó phải

kể đến công trình nghiên cứu quốc tế về an toàn khoa học IPCS Chương trình hợp tác giữa: Chương trình môi trường liên hợp quốc -UNDP, Tổ chức y tế thế giới-WHO và liên đoàn lao động quốc tế - ILO) Một trong những thành công của những chương trình IPCS như sau:

- Đã khảo sát nguồn Pb, Hg và Cd trong tự nhiên ở nhiều vùng, nhiều đối

tượng khác nhau

- Khảo sát được hàm lượng Pb, Hg và Cd trong bầu không khí, trong nước, trong động vật thuỷ sinh, trong cá, động vật có xương sống, thực vật làm thức ăn cho động vật và người

1.2 Tình hình nghiên cứu kim loại nặng ở Việt Nam

Trong khoảng 10 năm gần đây do sự phát triển nền kinh tế xã hội đặc biệt là ngành công nghiệp hoá chất, việc sử dụng phân hoá học, thuốc bảo vệ thực vật trong nông nghiệp, các phế thải sinh hoạt, phế thải chăn nuôi không được quản lý và

sử dụng đúng làm cho nguồn nước bề mặt, đất nông nghiệp, đặc biệt là chất thải của các nhà máy xí nghiệp làm môi trường bị ô nhiễm Trước sự tấn công ồ ạt của các nguồn thải này đã đe doạ trực tiếp đến sức khoẻ của con người, bởi chính nguồn rác thải này đã làm ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường sống Và vấn đề này đã được công luận cảnh cáo nhiều lần trên phương tiện đại chúng Tình trạng đó gây nên nhiều nỗi lo lắng cho các cấp lãnh đạo, các ngành cho mọi người dân và làm xôn xao dư luận xã hội Nhiều công trình đã tiến hành nghiên cứu, khảo sát về tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất, nước, không khí và một số loại thực phẩm

- Nguyễn Đức Trang, Đậu Ngọc Hào, Phạm Văn Tự và cộng sự (1999) nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu xác định, định lượng một vài độc chất hoá sinh học tồn dư ở thịt và các sản phẩm thịt, xác định nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa

- Nguyễn Tài Lương và cộng sự (2000) với đề tài: Nghiên cứu hàm lượng 3 kim loại nặng Pb, Hg, Cd trong thịt lợn ở một số vùng thuộc đồng bằng Bắc Bộ

- Năm 2006, nhóm của tác giả Phạm Ngọc Thụy đã nghiên cứu hiện trạng kim loại Hg, As, Pb, Cd trong đất, nước và một số rau trồng trên khu vực 14 xã thuộc huyện Đông Anh-Hà Nội với 39 mẫu đất mặt, 39 mẫu nước mặt và 136 mẫu

rau các loại Kết quả cho thấy chưa có biểu hiện nhiễm As trên các đối tượng khảo sát Ô nhiễm Hg chủ yếu trong nước nông nghiệp, trong đất và rau trồng ít trường hợp bị nhiễm nguyên tố này Nhiều mẫu đất, nước bị ô nhiễm Pb và các mẫu rau sử dụng đất trồng hay nguồn nước này đều ô nhiễm Pb Hàm lượng Cd trong các mẫu đất ở mức an toàn, một số mẫu nước và rau bị ô nhiễm nguyên tố này [4]

- Theo nghiên cứu năm 2007 của các tác giả Hoàng Thị Thanh Thủy, Từ Thị Cẩm Loan, Nguyễn Như Hà Vy xác định hàm lượng các kim loại Cd, Cr, Cu, Pb,

Zn trong trầm tích sông tại Tp Hồ Chí Minh cho thấy đã có sự tích lũy kim loại trong trầm tích sông rạch Đặc biệt, tại nhiều vị trí như kênh Tân Hóa Lò Gốm và Tàu Hủ-Bến Nghé, hàm lượng một số kim loại vượt qua giới hạn cho phép [5]

- Năm 2008, luận án tiến sĩ của tác giả Vũ Đức Lợi “Nghiên cứu xác định các dạng thủy ngân trong các mẫu sinh học và môi trường"[6]

Nhìn chung, các công trình nghiên cứu đã bước đầu gợi cho chúng ta một cách nhìn tổng quan về mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong đất, nước và thực phẩm Hơn thế chúng ta còn thấy mức độ tác hại của kim loại nặng đối với cơ thể

con người để chúng ta có những biện pháp thích hợp phòng ngừa

1.3 Giới thiệu chung về nguyên tố Pb, As, Hg

1.3.1 Chì (Pb)

1.3.1.1 Tính chất lý hóa học của nguyên tố chì

Chì (Pb) thuộc nhóm IVA trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Chì có hai trạng thái oxy hóa bền chính là Pb(II) và Pb(IV) và có bốn đồng vị là

204Pb, 206Pb, 207Pb và 208Pb Trong môi trường axit nó tồn tại dưới dạng ion Pb2+

trong các hợp chất vô cơ và hữu cơ [7]

Bảng 1.1: Một số hằng số vật lý của chì

Nhiệt bay hơi, kJ mol -1

Bán kính nguyên tử, Ao 1,74

Chì (Pb) thuộc nhóm IVA trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Chì có hai trạng thái oxy hóa bền chính là Pb(II) và Pb(IV) và có bốn đồng vị là

204Pb, 206Pb, 207Pb và 208Pb Trong môi trường axit nó tồn tại dưới dạng ion Pb2+

trong các hợp chất vô cơ và hữu cơ

Chì có trong tự nhiên dưới dạng khoáng Sunfua Galen, khoáng Cacbonate

Cerussite và Sunfat Anglessite Trong đất có một lượng nhỏ chì, sự hoà tan của chì

trong đất tăng lên do quá trình axit hoá trong (đất chua) Chì có khả năng được tích

tụ trong cây trồng trong quá trình sinh trưởng và do đó đối với cây lương thực bị

nhiễm chì có thể dẫn đến sự ngộ độc do chì

Ở điều kiện thường, chì bị oxi hóa tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc trên bề mặt bảo vệ cho chì không tiếp tục bị oxi hóa nữa

Do E0(Pb2+/Pb) = - 0,126 V nên về nguyên tắc chì tan được trong HCl loãng và H2SO4 dưới 80% nhưng thực tế chì chỉ tương tác trên bề mặt với dung dịch axit HCl loãng và axit H2SO4 dưới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan (PbCl2 và PbSO4).Với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó thì chì có khả năng tạo phức tan

PbCl2 + 2HCl → H2[PbCl4]

PbSO4 + H2SO4 → Pb(HSO4)2

Chì tác dụng với HNO3 ở bất kì nồng độ nào

3Pb + 8HNO3 → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O 1.3.1.2 Hợp chất của chì a Chì oxit

- Chì có hai oxit là PbO, PbO2 và hai oxit hỗn hợp là chì metaplombat Pb2O3 (hay PbO.PbO2), chì orthoplombat Pb3O4 (2PbO.PbO2)

- Monooxit PbO là chất rắn có hai dạng: PbO -α màu đỏ và PbO -β màu vàng, PbO tan chút ít trong nước nên chì có thể tương tác với nước khi có mặt oxi PbO tan trong axit và tan trong kiềm mạnh, khi đun nóng trong không khí bị oxi hoá thành Pb3O4

Đioxit PbO2 là chất rắn màu nâu đen, có tính lưỡng tính nhưng tan trong kiềm dễ hơn trong axit Khi đun nóng PbO2 mất dần oxi biến thành các oxit trong

đó chì có số oxi hoá thấp hơn:

290 - 320oC 390 - 420oC 530 - 550oC

PbO2 Pb2O3 Pb3O4 PbO (nâu đen) (vàng đỏ) (đỏ) (vàng)

Chì orthoplombat (Pb3O4) hay còn gọi là minium, là hợp chất của Pb có các

số oxi hoá +2, +4 Nó là chất bột màu đỏ da cam, được dùng chủ yếu là để sản xuất thuỷ tinh pha lê, men đồ sứ và đồ sắt, làm chất màu cho sơn (sơn trang trí và sơn bảo vệ cho kim loại không bị rỉ)

PbI2 + 2KI → K2[PbI4] PbCl + 2HCl → H [PbCl ]

1.3.1.3 Độc tính của chì

Chì là nguyên tố có độc tính cao đối với con người và động vật Nó xâm nhập vào cơ thể sống chủ yếu qua con đường tiêu hóa, hô hấp,… Tác động đến tủy xương và quá trình hình thành huyết cầu tố, nó thay thế canxi trong xương

Đặc tính nổi bật của chì là sau khi xâm nhập vào cơ thể sống nó ít bị đào thải

mà tích tụ theo thời gian Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất chậm, chủ yếu qua nước tiểu [8]

Sau khi chì xâm nhập vào cơ thể người qua đường nước uống nó tích tụ lại rồi đến một mức độ nào đó mới gây độc Khi nồng độ chì trong nước uống là 0,042

- 1,000 mg/l sẽ xuất hiện triệu chứng bị ngộ độc kinh niên ở người Các hợp chất hữu cơ chứa chì có độc tính cao gấp hàng trăm lần so với các hợp chất vô cơ Khi bị nhiễm độc chì, nó sẽ gây ra nhiều bệnh như: Giảm trí thông minh; Các bệnh về máu, thận, tiêu hóa, ung thư,… Sự nhiễm độc chì có thể dẫn đến tử vong [9]

Những biểu hiện của ngộ độc chì cấp tính như nhức đầu, tính dễ cáu, dễ bị kích thích, và nhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh

Con người bị nhiễm độc lâu dài đối với chì có thể bị giảm trí nhớ, giảm khả năng hiểu, giảm chỉ số IQ, xáo trộn khả năng tổng hợp hemoglobin có thể dẫn đến bệnh thiếu máu

Chì cũng được biết là tác nhân gây ung thư phổi, dạ dày và u thần kinh đệm Nhiễm độc chì có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy thai, làm suy thoái nòi giống

1.3.2 Asen (As)

1.3.2.1 Tính chất lí hóa học của asen

Về tính chất lí học asen có tính chất gần với các kim loại, nó có bốn dạng thù hình: dạng kim loại, vàng, xám và nâu Asen thường gặp ở dạng kim loại có màu sáng bạc Asen kim loại có ánh kim, có cấu trúc tinh thể gần giống phốt pho đen Sau đây là một số thông số vật lí của asen

Bảng 1.2: Một số hằng số vật lý của Asen

Nhiệt bay hơi, kJ mol -1 615

Khi gặp lạnh As ngưng lại thành tinh thể tà phương, hơi asen có mùi tỏi rất độc Asen là một chất bán dẫn, dễ nghiền thành bột Người ta có thể tạo hợp chất bán dẫn của asen như GaAs, có tính chất bán dẫn như silic và gecmani

Asen là nguyên tố bán kim loại, có tính chất hoá học gần với tính chất của á kim, cấu hình lớp vỏ điện tử hoá trị của asen là 4s24p3 Trong cấu hình điện tử của asen có sự tham gia của các obital d vì vậy có khả năng mở rộng vỏ hoá trị, trong các hợp chất asen có 3 giá trị số oxi hoá: -3, +3, +5 Số oxi hoá -3 rất đặc trưng cho asen Khi đun nóng trong không khí asen cháy tạo thành oxit, ngọn lửa màu xanh là của As2O3 Về tính chất điện thế, asen đứng giữa hidro và đồng nên nó không tác dụng với các axit không có tính oxi hoá, nhưng dễ dàng phản ứng với các axit HNO3, H2SO4 đặc…

3 As + 5 HNO3 + 2 H2O → 3 H3AsO4 + 5 NO Khi phản ứng với các halogen, các halogenua asen được tạo ra, hợp chất này trong môi trường nước dễ bị thuỷ phân tạo axit tương ứng

AsCl3 + 3H2O → 2H3AsO3 + 3HCl Khi khử H3AsO3 ta thu được khí asin:

H3AsO3 + 3Zn + 6HCl → 3ZnCl2 + AsH3 + 3H2O

H3AsO3 thể hiện tính chất như một axit khi tác dụng với muối tạo thành muối mới và axit mới

H3AsO3 + CuSO4 → CuHAsO3 + H2SO4

CuHAsO3 có kết tủa màu vàng lục trong môi trường kiềm nó tan trong dung dịch màu xanh

CuHAsO3 + NaOH → CuNaAsO3 + H20 Một số hợp chất quan trọng của As5+ như As2S5, H3AsO4, Ag3AsO4,… Trong

đó As2S5 không tan trong nước và axit HCl, chỉ tan trong NaOH, HNO3, NH4OH, vì vậy dựa vào tính chất này có thể xác định asen bằng phương pháp phổ khối lượng

As2S5 + (NH4)2S → (NH4)3AsS4 Khi cho axit asenic tác dụng với molipdat amoni trong môi trường axit HNO3 cho kết tủa màu vàng, muối này được dùng để định tính và định lượng asen

H3AsO4 + 12(NH4)2MoO4 + 21HNO3 →

→ (NH4)3H4[As(Mo2O7)6] + 21NH4NO3+ 10H2O Trong hợp chất này As5+ có vai trò như P5+, nó làm ion trung tâm điển hình tạo phức dị đa axit, và phức này cũng có thể khử về phức dị đa màu xanh

Trong hợp chất AsH3, asen thể hiện tính oxy hoá -3, liên kết trong asin là liên kết cộng hoá trị, đây cũng là đặc điểm do cấu hình điện tử của asen AsH3 thể hiện tính khử mạnh ví dụ như khi tác dụng với H2SO4 loãng:

2AsH3 + 6H2SO4 → 6SO2 + As2O3 + 9H2O hay khi tác dụng với I2: AsH3 + 4I2 + 4H2O → H3AsO4 +8HI [11]

1.3.2.3 Các dạng tồn tại và sự chuyển hoá của asen trong môi trường

Asen là một nguyên tố tồn tại khá phổ biến trong tự nhiên, nó đứng thứ 20

và chiếm khoảng 1.10-4 % tổng nguyên tố trong vỏ trái đất Asen phân bố chủ yếu trong các quặng sunfua như pyrit có thể lên đến hàng trăm mg/kg, hàm lượng cao của asen có thể tìm thấy trong than đá lên đên 1500 mg/kg, ngoài ra còn trong các khoáng vật như: asenua đồng, niken, sắt,… Trong tự nhiên asen tồn tại ở cả dạng

vô cơ và hữu cơ

Asen là nguyên tố cancofil dễ tạo sunfua với lưu huỳnh, tạo hợp chất với selen, telua và đặc biệt là với đồng, niken, sắt, bạc Có khoảng gần 140 khoáng vật độc lập của asen, trong đó 60% là asenat và 35% là các sunfua Các khoáng vật

quan trọng nhất của asen là: rialga (AsS), ocpimen (As2S3), asopyrit (FeAsS)… Asen còn kết hợp các nguyên tố khác thay thế lưu huỳnh trong các hợp chất như: Lơlingit (FeAs2), Smartina (As2Co) Các loại hợp chất này thường được tạo thành ở nhiệt độ thấp Asen thường di chuyển trong đất, trong trầm tích, trong thực động vật

và trong các vùng có hoạt động sinh học trong đại dương Trong nước asen thường tồn tại chủ yếu dưới các dạng asenit, asenat, monometylasonic axit, hay dimetylasinic axit… nhưng có hàm lượng rất thấp, chủ yếu asen bị thuỷ phân lắng xuống bùn Môi trường nước có tính oxi hoá, As thường ở dạng asenat, nhưng dưới điều kiện khử thì asenit lại là chủ yếu Hàm lượng asen trung bình trong nước chỉ khoảng 10µg/l, tuy nhiên có thể cao hơn do ảnh hưởng của chất thải công nghiệp, thuốc diệt cỏ… Sự metyl hoá asen vô cơ sang metyl và dimetyl asenic là được tạo bởi các hoạt động của các vi sinh vật trong nước Một vài sinh vật biển có khả năng chuyển asen vô cơ sang hợp chât asen hữu cơ phức tạp

Từ các mỏ tập trung, asen bị phong hoá cùng các kim loại khác và sau đó được vận chuyển đi phân tán trong môi trường Một phần lớn asenat được kết tủa trở lại hoặc hấp phụ trên các hạt kiểu phù sa và được các dòng sông, suối mang từ trên núi xuống bồi đắp các đồng bằng châu thổ của các con sông Cùng với nhôm, sắt và các kim loại khác và khoảng 6% các vật chất hữu cơ trong trầm tích chứa một lượng đáng kể asen Trong điều kiện yếm khí (ở trong lòng đất), các vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ nói trên, tạo ra môi trường khử CO2 Tiếp đó là quá trình khử, hoà tan sắt và giải phóng asen đã bị hấp phụ trên đó Đồng thời với quá trình giải phóng asen là quá trình khử As (V) về As (III) và chúng đi vào nước ngầm Ngoài việc giải phóng asen tự nhiên trên thì con người cũng góp phần vào việc làm nhiễm asen Việc sử dụng các hoá chất có chứa asen trong nông nghiệp, lâm nghiệp dưới các dạng thuốc trừ sâu, trừ cỏ, thuốc chống nấm, diệt tảo, bảo quản gỗ Trong công nghiệp luyện kim màu và công nghiệp bán dẫn, công nghiệp khai thác than cũng góp phần làm ô nhiễm asen.[12]

1.3.2.4 Độc tính của asen

Hầu hết các dạng hợp chất asen đều độc [13] Về đặc điểm sinh học, asen

có vai trò quan trọng đối với sinh vật, ở hàm lượng nhỏ asen có khả năng kích thích sự phát triển của sinh vật Nhưng ở nồng độ cao, asen gây độc cho người,

động, thực vật Nếu bị nhiễm độc cấp tính, asen có thể gây tử vong trong vòng vài giờ đến một ngày Trong môi trường tiếp xúc thường xuyên với asen ở nồng độ vượt quá độ an toàn nhưng chưa có thể gây độc cấp tính, asen gây nhiễm độc mãn tính và thường biểu hiện ở các triệu trứng lâm sàng như: mệt mỏi, chán ăn, giảm trọng lượng cơ thể, xuất hiện các bệnh về dạ dày, ngoài da (hội chứng đen da, ung thư da), gan bàn chân, rối loạn chức năng gan

Qua các thử nghiệm với động vật, các nhà khoa học đã tìm ra giới hạn gây tử vong với một số loài khác nhau là từ 11-150 mg/kg trọng lượng cơ thể Đối với người liều gây tử vong là từ 70-180mg/kg trọng lượng cơ thể Kết quả này đã được rút ra qua những trường hợp bị ngộ độc As và đã tử vong trong các bệnh viện Asen

đi vào cơ thể bằng tất cả các con đường có thể như: hít thở, ăn uống và thẩm thấu qua da Trong đó, uống nước nhiễm asen là con đường chính để asen xâm nhập vào trong cơ thể Khi vào trong cơ thể, đặc biệt là các As (III) tấn công ngay lập tức vào các enzym có chứa nhóm -SH và cản trở hoạt động của chúng

Asenat cũng giống như photphat, dễ kết tủa với các kim loại và ít độc hơn so với asenit, vào cơ thể asenat sẽ thế chỗ của photphat trong chuỗi phản ứng tạo adenozintriphotphat (ATP) do đó ATP sẽ không được hình thành

Khi có mặt của asenat, tác dụng sinh hoá chính mà chính nó tạo ra đông tụ protein, tạo ra phức với coenzym và phá huỷ quá trình hoạt động photphat hoá để tạo ra ATP

1.3.3 Thủy ngân (Hg)

1.3.3.1 Tính chất lí hóa học của thủy ngân

Thuỷ ngân (Hg) là nguyên tố thuộc nhóm IIB trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, có số thứ tự là 80.[14]

Bảng 1.3: Một số hằng số vật lý của thủy ngân

Năng lượng ion hoá, eV

I1

I2

I3

10,43 18,56 34,3

Thuỷ ngân là chất lỏng ở nhiệt độ thường có màu trắng bạc, nhưng trong

không khí ẩm dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim, thuỷ ngân bay

hơi ngay tại nhiệt độ phòng, hơi thủy ngân gồm những phân tử đơn nguyên tử, áp

suất hơi của thuỷ ngân phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ, ở 200C áp suất hơi bão hoà

của thuỷ ngân là 1,3.103 mmHg Thuỷ ngân có trọng lượng riêng là 13,55 (ở 200C),

khi hoá rắn trở nên dễ rèn như chì và là những tinh thể bát diện phát triển thành hình

kim Thuỷ ngân tinh khiết khi đổ ra sẽ tạo thành những giọt tròn lấp lánh, linh động

Thuỷ ngân tan được trong các dung môi phân cực và không phân cực, dung dịch

của thuỷ ngân trong nước (khi không có không khí) ở 250C chứa 6.10-8g Hg/l Thuỷ

ngân tạo nên nhiều hợp kim với các nguyên tố kim loại, hợp kim của thủy ngân

được gọi là hỗn hống

Tính chất của thuỷ ngân phụ thuộc vào trạng thái oxi hoá của nó Phần lớn

thuỷ ngân tồn tại trong nước, đất, trầm tích, sinh vật (tất cả môi trường trừ khí

quyển) đều ở dạng các muối thuỷ ngân vô cơ hoặc hữu cơ Trong muối vô cơ, thuỷ

ngân có hoá trị I và II, trong các hợp chất hữu cơ thuỷ ngân có hoá trị II Thuỷ ngân

không tác dụng với oxi ở nhiệt độ thường, nhưng tác dụng rõ rệt ở 3000C tạo thành

HgO và ở 4000C oxit đó lại phân huỷ thành nguyên tố Thuỷ ngân phản ứng dễ dàng

với nhóm halogen và lưu huỳnh Thuỷ ngân chỉ tan trong những axit có tính oxi hoá

mạnh như HNO3, H2SO4 đặc

Ví dụ: Hg + 4HNO3 (đặc) → Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

6Hg + 8HNO3 (loãng) → 3Hg2(NO3)2 + 2NO + 4H2O Trong thiên nhiên, thuỷ ngân tồn tại chủ yếu dưới dạng các khoáng vật: xinaba

hay thần sa (HgS), timanic (HgSe), colodoit (HgTe), livingtonit (HgSb4O7), montroydrit

(HgO), calomen (Hg2Cl2)…Rất hiếm khi gặp thuỷ ngân dưới dạng tự do Thần sa là quặng duy nhất của thuỷ ngân, nhiều khi bắt gặp chúng tạo thành các mỏ lớn Nói chung thần sa khác với các sunfua khác là khá bền vững trong miền oxi hoá

Trong không khí, thuỷ ngân tồn tại dạng hơi nguyên tử, dạng metyl thuỷ ngân hoặc dạng liên kết với các hạt lơ lửng Trong nước biển và đất liền, thuỷ ngân

vô cơ bị metyl hoá thành các dạng metyl thuỷ ngân và được tích luỹ vào động vật Một phần thuỷ ngân này liên kết với lưu huỳnh tạo thành kết tuả thuỷ ngân sunfua

và giữ lại trong trầm tích Ngoài ra, một số loài thực vật còn có khả năng tích luỹ thuỷ ngân ở dạng ít độc tính hơn như những giọt thuỷ ngân hoặc thuỷ ngân sunfua

Để có sự hiểu biết hơn về chu trình thuỷ ngân trong môi trường, chúng ta cần biết những dạng tồn tại của nó trong mỗi dạng sinh thái khác nhau Trong nước tự nhiên, các hợp chất của thuỷ ngân dễ bị khử hoặc bị bay hơi nên hàm lượng của thuỷ ngân trong nước rất nhỏ Nồng độ, của thuỷ ngân trong nước ngầm, nước mặt thấp thường nhỏ hơn 0,5 µg/l Nó có thể tồn tại ở dạng kim loại, dạng ion vô cơ hoặc dạng hợp chất hữu cơ Trong môi trường nước giàu oxi, thuỷ ngân tồn tại chủ yếu dạng hoá trị II

1.3.3.2 Độc tính của thủy ngân

Tính độc của thủy ngân phụ thuộc vào các dạng hợp chất hóa học của nó [15]

- Thủy ngân kim loại ở trạng thái lỏng tương đối trơ và có độc tính thấp Nhưng hơi thủy ngân thì rất độc, do thủy ngân ở dạng hơi sẽ dễ dàng bị hấp thu ở phổi rồi vào máu và trong quá trình hô hấp dẫn đến hủy hoại hệ thần kinh trung ương

- Dạng muối thủy ngân (I) Hg22+ có độc tính thấp do khi vào cơ thể sẽ tác dụng với ion Cl- có trong dạ dày tạo thành hợp chất không tan Hg2Cl2 sau đó bị đào thải ra ngoài

- Dạng muối thủy ngân (II) Hg2+ có độc tính cao hơn nhiều so với muối

Hg22+, nó dễ dàng kết hợp với các amino axit có chứa lưu huỳnh của protein Hg2+

cũng tạo liên kết với hemoglobin và albumin trong huyết thanh vì cả hai chất này đều có chứa nhóm thiol (SH) Song Hg 2+ không thể dịch chuyển qua màng tế bào nên nó không thể thâm nhập vào các tế bào sinh học

- Các hợp chất hữu cơ của thủy ngân có độc tính cao nhất, đặc biệt là metyl thủy ngân CH3Hg+, chất này tan được trong mỡ, phần chất béo của các màng

Đặc tính nguy hiểm nhất của ankyl thủy ngân (RHg+) là có thể dịch chuyển được qua màng tế bào và thâm nhập vào mô của bào thai qua nhau thai Khi người

mẹ bị nhiễm metyl thủy ngân thì đứa trẻ sinh ra thường chịu những thương tổn không thể hồi phục được về hệ thần kinh trung ương, gây nên bệnh tâm thần phân liệt, co giật, trí tuệ kém phát triển Khi thủy ngân liên kết với màng tế bào sẽ ngăn cản quá trình vận chuyển đường qua màng làm suy giảm năng lượng của tế bào, gây rối loạn việc truyền các xung thần kinh Nhiễm độc metyl thủy ngân cũng dẫn tới sự phân chia nhiễm sắc thể, phá vỡ nhiễm sắc thể và ngăn cản sự phân chia tế bào Các triệu chứng nhiễm độc thủy ngân bắt đầu xuất hiện khi nồng độ metyl thủy ngân (CH3Hg+) trong máu vào khoảng 0,5 ppm

Trong môi trường nước, thủy ngân và muối của thủy ngân có thể chuyển hóa thành metyl thủy ngân hay dimetyl thủy ngân (CH3)2Hg bởi các vi khuẩn kỵ khí Đimetyl thủy ngân trong môi trường axit yếu sẽ chuyển hóa thành metyl thủy ngân (CH3Hg+)

1.4 Giới thiệu một số vấn đề cơ bản về phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Cơ sở lí thuyết của phép đo:

Đo sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do ở trong trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố đó trong môi trường hấp thụ

Muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần phải thực hiện các quá trình sau:

1 Chọn các điều kiện và một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích

từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự

do Đó chính là quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu

2 Chiếu chùm tia bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử tự do vừa được tạo ra ở trên Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó

3 Tiếp đó, nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm sáng,

phân ly và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tích để đo cường độ

của nó Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ Trong một giới hạn nồng độ nhất

định của nồng độ C, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của

nguyên tố ở trong mẫu phân tích theo phương trình:

Aλ = k.C.b (*) Trong đó: Aλ: Cường độ của vạch phổ hấp thụ

k: Hằng số thực nghiệm

C: Nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ b: Hằng số bản chất (0< b ≤ 1)

Hằng số thực nghiệm k phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hoá hơi và nguyên

tử hoá mẫu nhất định đối với một hệ thống máy AAS và với các điều kiện đã chọn

cho mỗi phép đo; b là hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng

nguyên tố Giá trị b=1 khi nồng độ C nhỏ, khi C tăng thì b nhỏ xa dần giá trị 1 Như

vậy, mối quan hệ giữa Aλ và C là tuyến tính trong một khoảng nồng độ nhất định

Khoảng nồng độ này được gọi là khoảng tuyến tính của phép đo

Trong phép đo AAS, phương trình (*) ở trên chính là phương trình cơ sở để

định lượng một nguyên tố

Trang bị của phép đo

Dựa vào nguyên tắc của phép đo, ta có thể mô tả hệ thống trang bị của thiết

bị đo phổ AAS theo sơ đồ 1.1

Sơ đồ 1: Hệ thống trang bị của thiết bị đo phổ AAS

Phần 1 Nguồn phát chùm tia bức xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân

tích Đó có thể là đèn catốt rỗng (Hollow Cathode Lamp-HCL), hay đèn phóng điện

không điện cực (Electrodeless Discharge Lamp-EDL), hoặc nguồn phát bức xạ liên

tục đã được biến điệu

Phần 2 Hệ thống nguyên tử hoá mẫu Hệ thống này được chế tạo theo ba

loại kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu Đó là:

- Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa đèn khí (F-AAS)

- Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa (ETA-AAS)

- Kỹ thuật hoá hơi lạnh (CV-AAS)

Phần 3 Bộ phận đơn sắc (hệ quang học) có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn

tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện và đo tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ

Phần 4 Bộ phận khuyếch đại và chỉ thị tín hiệu AAS Phần chỉ thị tín hiệu

có thể là:

- Điện kế chỉ thị tín hiệu AAS

- Bộ tự ghi để ghi các pic hấp thụ

- Bộ chỉ thị hiện số

- Bộ máy in

- Máy tính với màn hình để hiển thị dữ liệu, phần mềm xử lý số liệu và điều khiển toàn bộ hệ thống máy đo [16]

1.4.1 Nguyên tử hoá mẫu

Nguyên tử hoá mẫu là công việc hết sức quan trọng của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, vì chỉ có các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi mới cho phổ hấp thụ nguyên tử

Mục đích của quá trình này là tạo ra được đám hơi các nguyên tử tự do từ mẫu phân tích với hiệu suất cao càng ổn định, để phép đo đạt kết quả chính xác và

có độ lặp lại cao Hiện nay thường dùng hai kỹ thuật đó là nguyên tử hoá mẫu phân tích trong ngọn lửa khí và nguyên tử hoá không ngọn lửa, vì vậy ứng với hai kỹ thuật hoá mẫu này ta có hai phép đo tương ứng là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử trong ngọn lửa và phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa

a Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa

Kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn và trong môi trường khí trơ Quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo ba giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro hoá luyện mẫu, nguyên tử hoá để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm sạch

cuvet Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định mọi sự diễn biến của quá trình nguyên tử hoá mẫu [17]

- Giai đoạn sấy khô mẫu: Giai đoạn này đảm bảo cho việc dung môi hoà tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng và hoàn toàn, không làm bắn mẫu, mất mẫu Nhiệt độ và thời gian sấy khô của mỗi loại mẫu là phụ thuộc vào bản chất của các chất ở trong mẫu và dung môi hoà tan nó Không nên sấy mẫu ở nhiệt độ cao và sấy khô nhanh Nhiệt độ phù hợp đa số với mẫu vô cơ trong dung môi nước nằm trong khoảng 100 - 150 0C trong thời gian từ 25 - 40 giây với lượng mẫu được bơm vào cuvet nhỏ hơn 100L

- Giai đoạn tro hoá luyện mẫu: Trong giai đoạn này các hợp chất hữu cơ và mùn có trong mẫu bị tro hoá (đốt cháy), đồng thời cũng là để nung luyện mẫu ở một nhiệt độ thuân lợi cho giai đoạn nguyên tử hoá mẫu tiếp theo Tro hoá mẫu phải từ

từ và ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ giới hạn

- Giai đoạn nguyên tử hoá: Giai đoạn này thực hiện trong khoảng thời gian rất ngắn từ 3 đến 6 giây và tốc độ tăng nhiệt rất lớn từ 1800 - 2500 oC/giây

Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa ra đời sau kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu trong ngọn lửa Nhưng kỹ thuật này phát triển rất nhanh và được ứng dụng rất phổ biến Kỹ thuật này cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy rất cao (ppb) Do

đó khi phân tích lượng vết các kim loại trong nhiều trường hợp không cần làm giầu

sơ bộ các nguyên tố cần xác định Tuy nhiên độ ổn định của phép đo này thường kém hơn phép đo trong ngọn lửa, ảnh hưởng của phổ nền là rất lớn

b Nguyên lý của kỹ thuật hoá hơi lạnh

Hai kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa và không ngọn lửa đều sử dụng năng lượng nhiệt để nguyên tử hoá mẫu Tuy nhiên có một số nguyên tố có nhiệt độ nguyên tử hoá cao, nghĩa là nhiệt độ chuyển từ dạng ion về dạng nguyên tử tự do:

Hg2+ → Hg0 (hơi)

As3+ → As0 (hơi) nhưng nhiệt độ bay hơi của chúng lại rất thấp Do vậy các nguyên tử tự do sẽ bị mất trong quá trình đó nếu sử dụng hai kỹ thuật kể trên Chính vì thế người ta phải sử dụng kỹ thuật hoá hơi lạnh cho các nguyên tố loại này Kỹ thuật hoá hơi lạnh dựa trên việc chuyển các nguyên tố cần xác định về dạng hợp chất hydrua hoặc nguyên

tử tự do dễ bay hơi Kỹ thuật này được áp dụng cho các nguyên tố: Hg, As, Se, Te,

Sb, Sn, Bi…là những nguyên tố dễ chuyển về dạng nguyên tử tự do hoặc hợp chất hydrua dễ bay hơi nhờ phản ứng với các chất khử mạnh nào đó Các chất khử được dùng là: bột kẽm, bột magie, NaBH4, SnCl2…

Phản ứng của NaBH4 với các nguyên tố trong mẫu xảy ra như sau:

2 NaBH4 + Hg2+ → Hgo + B2H6↑ + H2↑ + 2Na+

6 NaBH4 + As3+ → AsH3↑ + 3 B2H6↑ + 3/2 H2↑ + Na+ Đối với nguyên tố thuỷ ngân, trong dung dịch nó là cation, sau khi được khử thành thủy ngân trung hoà sẽ bay hơi thành các nguyên tử tự do ngay ở nhiệt độ phòng Người ta thường dùng hai chất khử là NaBH4 và SnCl2, phản ứng xảy ra như sau:

2 NaBH4 + Hg2+ → Hg + B2H6↑ + H2↑ + 2Na+ SnCl2 + Hg2+ → Sn4+ + Hg0 + 2Cl-

Các phản ứng được diễn ra trong một thiết bị kín, sau đó hơi thủy ngân được khí mang dẫn tới cuvet thạch anh nằm trên chùm sáng của đèn catôt rỗng Phương pháp này có độ chính xác và độ nhạy cao, thao tác dễ dàng nên được sử dụng rộng trên thế giới

1.4.2 Nguồn phát bức xạ đơn sắc

Trong phép đo này ta cần có nguồn phát ra bức xạ đơn sắc của nguyên tố cần phân tích để chiếu qua môi trường hấp thụ Nguồn phát này thường là các đèn catốt rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực (EDL), các đèn phổ liên tục có biến điệu (đã được đơn sắc hoá) Các đèn này có các tính chất: tạo ra được tia phát

xạ nhậy đặc trưng của nguyên tố cần phân tích; Chùm tia phát xạ này có cường độ

ổn định, lặp lại được trong nhiều lần đo khác nhau trong cùng điều kiện, điều chỉnh được với cường độ mong muốn cho mỗi phép đo; Cung cấp được một chùm tia phát

xạ thuần khiết chỉ bao gồm một số vạch nhậy đặc trưng của nguyên tố phân tích, phổ nền của nó không đáng kể; cường độ của chùm tia phát xạ đơn sắc của đèn là cao và bền vững theo thời gian, không bị các yếu tố vật lý khác nhiễu loạn, ít bị ảnh hưởng bởi các dao động của điều kiện làm việc [17]

1.4.3 Hệ thống đơn sắc

Hệ thống đơn sắc là hệ thống để thu, phân ly, chọn và phát hiện vạch phổ hấp thụ cần phải đo Hệ thống đơn sắc là một máy quang phổ có độ phân giải tương đối cao Chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố cần nghiên cứu được

máy và vào hệ trực chuẩn rồi vào bộ tán sắc vào hệ hội tụ để chọn 1 tia cần đo Tại

đó chùm sáng đa sắc được chuẩn trực, phân ly và sau đó chỉ một vạch phổ cần đo được chọn và hướng vào khe đo tác dụng vào nhân quang điện để phát hiện và xác định cường độ của vạch hấp thụ đó

1.4.4 Nhân quang điện (Detector)

Các nhân quang điện tử hoạt động theo hiệu ứng quang điện tử ngoài (khi hấp thụ ánh sáng sẽ bứt điện tử khỏi bề mặt bị chiếu sáng) và hiệu ứng phát quang điện tử thứ cấp Các điện tử được bố trí để đo dòng điện tử sơ cấp rơi trên emitơ (cực phát) đầu tiên sẽ gây sự phát xạ điện tử thứ cấp từ emitơ thứ hai các điện tử nay lại hướng về các emitơ tiếp theo cứ như vậy cường độ dòng ra của máy được khuếch đại nhiều lần [17]

Để tiến hành nghiên cứu xác định tổng hàm lượng Pb, As trong quá trình đo mẫu chúng tôi sử dụng hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS-AA-240Z với kĩ thuật GF-AAS không ngọn lửa và tiến hành xác định hàm lượng Hg chúng tôi sử dụng kĩ thuật hydrua hóa trên máy VAG-77 Tiến hành đo tổng Pb, As, Hg trên thiết bị phát xạ nguyên tử ICP-OES

1.5 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (ICP-OES)

1.5.1 Cơ sở lý thuyết

Nguyên tắc: dựa trên sự khác biệt về năng lượng phát xạ (đặc trưng bởi bước sóng) của nguyên tử hay ion (ở trạng thái tự do), khi nhận được năng lượng kích thích bởi sóng radio

Hệ thống ICP-OES sử dụng phương pháp nguyên tử hóa mẫu bằng chùm tia plasma Tại khu vực nguyên tử hóa, nhiệt độ có thể lên đến 10000 K, lớn hơn rất nhiều so với kỹ thuật ngọn lửa (F-AAS) hoặc kỹ thuật lò graphit (GF-AAS) Ưu điểm này của hệ thống giúp phân tích chính xác những nguyên tố có khả năng chịu nhiệt cao và loại bỏ sự ảnh hưởng của nền mẫu

Chùm tia plasma được tạo ra bởi 3 yếu tố là dao động sóng cao tần radio, dòng hơi argon (Ar) và trường điện từ ở khu vực gần đỉnh “ngọn đuốc” (Torch) Dòng khí Argon khi được thổi qua trường điện từ bị tác động, tạo ra các ion và electron Hỗn hợp này sẽ được thổi vào thiết bị đốt (Torch), tại đây, dưới sự tác

động của sóng radio cao tần (còn gọi là sự kết nối cảm ứng) giúp ổn định hỗn hợp khí dẫn điện (Argon và electron), duy trì cường độ và hình dáng chùm tia plasma

Các nguyên tử hay ion của nguyên tố, khi nhận năng lượng kích thích từ nguồn plasma, sẽ chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích Trạng thái kích thích này chỉ tồn tại trong thời gian ngắn (10-12-10-8 giây), sau đó các mảnh ion hoặc nguyên tử sẽ phát ra bức xạ đặc trưng và trở về trạng thái cân bằng Các bức

xạ này sẽ được thu vào dầu dò dưới dạng các bước sóng riêng biệt (sau khi qua hệ thống lăng kính và bộ lọc đơn sắc) Các nguyên tố khác nhau sẽ có các bức xạ với bước sóng đặc trưng khác nhau Tín hiệu quang sẽ được chuyển thành tín hiệu điện

và được xử lý bằng phần mềm của máy tính

Cường độ vạch phổ (phát xạ) tỷ lệ với nồng độ nguyên tử hay ion có trong mẫu thử theo phương trình Lomaskin - Schraibow:

I=a.Cb (*) Trong đó: I: cường độ vạch phát xạ

C: nồng độ nguyên tử hoặc ion cho cường độ phát xạ I a: được gọi là hằng số thực nghiệm

b: là hằng số bản chất, phụ thuộc bản chất từng nguyên tố Dựa vào phương trình (*) để định lượng một nguyên tố trong dung dịch khi

so sánh cường độ vạch phát xạ gây ra bởi nguyên tố này trong dung dịch với cường

độ phát xạ của một dãy dung dịch chuẩn biết trước nồng độ

1.5.2 Cấu trúc máy

a Bộ phận tiêm mẫu: có chức năng hóa hơi mẫu (dạng dung dịch) thành các

hạt sol khí với kích thước cực nhỏ

- Bơm: chuyển mẫu (dạng dung dịch hoặc hơi) vào thiết bị phun

- Thiết bị phun: chuyển mẫu dưới dạng dung dịch thành các hạt sol khí và đưa vào buồng lọc

- Buồng lọc: loại bỏ các hạt sol khí có kích thước lớn và chuyển mẫu vào trung tâm nguồn plasma

b Nguồn plasma: tại đây, mẫu sẽ được cung cấp năng lượng đến trạng thái

kích thích (trạng thái có thể phát xạ)

- Nguồn phát sóng radio: nguồn phát ra dao động điện từ trường cao tần (27,12 triệu vòng/giây)

- Thiết bị tải: bức xạ này sẽ được đưa tới bộ phận đốt bằng thiết bị tải

- Thiết bị đốt: tại đây bức xạ sẽ được chuyển thành plasma bởi dòng thổi argon

c Phổ kế: chức năng chính là gây nhiễu xạ ánh sáng trắng thành các bước

sóng đơn sắc Đầu dò có tác dụng thu nhận các bức xạ có bước sóng khác nhau và thực hiện đo lường mật độ quang của các bức xạ Mật độ quang tỉ lệ thuận với nồng

độ của nguyên tố

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo của phổ kế

d Thiết bị chuyển hóa thành tín hiệu điện: chuyển hóa các tín hiệu quang từ đầu dò thành các tín hiệu điện

e Phần mềm và máy tính: điều khiển quá trình phân tích, lựa chọn các điều kiện phân tích, xử lý các tín hiệu điện thu được và xuất kết quả

Hình 1.2 Cấu tạo máy ICP-OES 1.5.3 Ưu điểm của ICP-OES

Khu vực nguyên tử hóa mẫu có nhiệt độ cao (lên đến 10000 K) Ưu thế này giúp phân tích các nguyên tố có khả năng chịu nhiệt cao với độ chính xác thích hợp

và loại bỏ sự ảnh hưởng phức tạp của nền mẫu

Mật độ electron trong trường điện từ cao (1014-1016 cm-3), nguồn cung cấp năng lượng kích thích ổn định

Phân tích đồng thời nhiều nguyên tố (hơn 60 nguyên tố cùng một lúc) với độ chính xác cao

Sự cản nhiễu nền và sự cản nhiễu của các yếu tố hóa học thấp

Giới hạn phát hiện thấp đối với hầu hết các nguyên tố

Khoảng tuyến tính rộng, độ đúng và độ chính xác cao

1.5.4 Nhiễu phổ trong ICP-OES

a Ảnh hưởng phức tạp của nền mẫu

Phổ phát xạ phụ thuộc vào thành phần của nền mẫu khảo sát Nếu trong mẫu tồn tại sự hiện diện các nguyên tố có nồng độ cao (ngoài nguyên tố cần xác định), phổ đồ sẽ xuất hiện những bức xạ nền liên tục Hiện tượng này gọi là sự trôi nền, nó

sẽ gây ra sự sai khác về đường nền của phổ thu được so với phổ của dung dịch mẫu tinh khiết (chỉ tồn tại duy nhất nguyên tố cần xác định)

Để khắc phục tình trạng này, có thể tiến hành phân tích mẫu điển hình cho

b Hiện tượng chồng lấp phổ

Chồng lấp phổ, một trong những vấn đề thường gặp nhất của ICP-OES, là hệ quả trực tiếp từ đặc tính nguyên tử hóa mẫu bằng nhiệt độ cao (để giảm ảnh hưởng của những nền mẫu dễ bay hơi và tối ưu sự phát xạ của nguyên tố) Khi đó, phổ của những nguyên tố có hàm lượng vết sẽ bị ảnh hưởng bởi những nguyên tố có nồng độ cao Vì vậy, sự lựa chọn bước sóng phụ thuộc rất nhiều vào đặc trưng phổ gần bước sóng đó

Sự chồng lấp phổ trực tiếp (che lấp toàn phần) Hiện tượng này xảy ra khi 2 nguyên tố khác nhau cùng phát xạ ở 1 bước sóng Trong trường hợp này, ta không thể phân giải được phổ của từng nguyên tố riêng biệt

Hình 1.3 Hiện tượng chồng lấp phổ toàn phần

Sự chồng lấp cánh phổ (che lấp một phần) Hiện tượng này còn gọi là sự mở rộng peak Sự mở rộng peak là do sự cộng hưởng Độ rộng của peak sẽ tăng tỉ lệ thuận với số lượng va chạm giữa các nguyên tử ở trạng thái kích thích và cơ bản

Hình 1.4 Hiện tượng chồng lấp phổ một phần

Để khắc phục hiện tượng nhiễu phổ này, có thể sử dụng phần mềm MSF (Perkin-Elmer) hoặc FAST (Varian/Agilent)

Phần mềm MSF cho phép xây dựng mô hình đường nền phổ thích hợp của nguyên tố cần phân tích có trong mẫu thông qua việc phân tích 3 yếu tố: nền mẫu, mẫu trắng và dung dịch mẫu tinh khiết (chỉ chứa nguyên tố cần phân tích) Sau khi xây dựng mô hình, phần mêm sẽ tự động hiệu chỉnh lại đường nền phổ và xác định chính xác hàm lượng nguyên tố cần phân tích trong mẫu

Phần mềm FAST sử dụng kỹ thuật xây dựng mô hình phổ tiên tiến để phân tách tín hiệu chất phân tích từ phổ thô (thu được) ban đầu Mô hình này được xây dựng bằng cách đo lường hàm lượng các thành phần mong muốn và kết quả tương ứng, thong thường là 3 yếu tố: dung dịch mẫu trắng, dung dịch chất phân tích tinh khiết và dung dịch nhiễu tinh khiết Vì vậy, để sử dụng phần mềm này, cần hiểu rõ bản chất nhiễu do nền mẫu gây ra [18]

1.6 Một số phương pháp xử lý mẫu đất, trầm tích xác định hàm lượng kim loại nặng

Hoàng Thị Thanh Thủy, Nguyễn Như Hà Vy, Từ Cẩm Loan đã phá mẫu trầm tích bằng HCl đặc và HNO3 đặc theo tỷ lệ thể tích là 3:1 trong bình cầu và đun nóng trong vòng 2h ở nhiệt độ 80oC (trước đó ngâm hóa chất trong vòng 10-12h) để xác định các kim loại nặng trong trầm tích sông, rạch tại thành phố Hồ Chí Minh Hàm

lượng tổng các kim loại được đo bằng máy hấp thụ nguyên tử ngọn lửa AAS.[5]

Các tác giả M Bettinelli, G M Beone, S Speziaa và C Baffi đã sử dụng hỗn hợp dung dịch gồm HF: HCl: HNO3 theo tỷ lệ thể tích 1: 3: 1 xử lý mẫu đất và trầm tích để xác định hàm lượng tổng các ion kim loại (Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb

và Zn) trong các mẫu đó bằng kỹ thuật ICP-MS [19]

Xiaodan Wang, Genwei Cheng, Xianghao Zhong và Mai - Heli đã sử dụng các axit H2SO4, HNO3 và HF để xử lý mẫu đất, xác định tổng hàm lượng các kim loại B, Mo, Zn, Cu, Se, Cd, Pb, Cr, Ni, Hg và As trong các mẫu đất rừng lấy tại vùng núi cao phía đông Tibetan Plateu của Trung Quốc Kết quả cho thấy có sự tương quan giữa các tính chất của đất và tổng hàm lượng các kim loại[20.]

Tessieretal đã nghiên cứu và phát triển quy trình chiết rút các dạng liên kết của kim loại trong mẫu đất và trầm tích, đồng thời cũng đưa ra phương pháp xác

định hàm lượng tổng tất cả các dạng của kim loại Tác giả đã sử dụng các axit mạnh như HF, H2O2, HNO3, HClO4 để xử lý mẫu và thu được kết quả tốt [21]

Tác giả Vũ Đức Lợi đã tiến hành vô cơ hoá mẫu trầm tích sử dụng hỗn hợp 3 axit với tỉ lệ HNO3 : HClO4 : H2SO4 là 1:1:5 thì hiệu suất thu hồi tốt với thời gian phân huỷ 30 phút [6]

1.7 Giới thiệu công ty TNHH MTV than Khe Sim

1.7.1 Đặc điểm công ty TNHH MTV than Khe Sim

Công ty TNHH một thành viên than Khe Sim được thành lập ngày 17/2/1998 theo quyết định số 148/QĐ-QP với nhiệm vụ huấn luyện dự bị động viên và khai thác than trên địa bàn thành phố Cẩm Phả Công ty đi vào hoạt động khai thác thạn với chủng loại sản phẩm chính là than Antranxit

* Địa hình:

Phần lớn diện tích khu mỏ là dãy núi cao Khe Sim gồm các đồi núi tiếp nhau

và bị phân tách mạnh mẽ bởi hệ thống suối cạn Do địa hình cao rất dốc nên các suối chỉ có nước vào mùa mưa Phần lớn địa hình còn ở trạng thái nguyên thủy, chỉ

có một phần địa hình bị phân cách bởi tầng khai thác lộ thiên vỉa dày của Công ty TNHH MTV Khe Sim ở trung tâm mỏ và công trường khai thác than lộ thiên các phân vỉa dày của Công ty than Thống Nhất - Vinacomin ở phía Đông Nam khu mỏ Ngoài ra còn có một số tầng đất đá thải ở phía Đông khu mỏ

* Sông suối

Do đặc điểm địa hình địa mạo nên hệ thống dòng chảy nước mặt của mỏ được chia thành hai hệ thống chảy về hướng Bắc và hướng Nam Trong mỏ không

có sông, suối suối lớn mà chỉ có khe nhỏ, hầu hết là các khe cạn Vào mùa mưa khi

có nước, nước mưa từ các sường dốc vào các khe suối, nhưng tiêu thoát nhanh không có khả năng gây lụt lội trong mỏ

* Đặc điểm công nghệ khai thác than

Khai thác than của Công ty TNHH MTV Khe Sim áp dụng phương pháp: Khai thác lộ thiên

Công nghệ khai thác than lộ thiên được cơ giới hóa hoàn toàn bao gồm các khâu công nghệ và thiết bị chủ yếu sau:

- Phá vỡ đất đá: Chủ yếu bằng khoan nổ mìn Thiết bị khoan là máy khoan xoay cầu, các loại máy khoan xoay đập thủy lực, đường kính lõ khoan từ 90-250 mm

- Xúc bốc: Sử dụng máy xúc, dung tích gầu từ 1,2- 5 m3

- Vận tải: Hiện nay vận tỉa đất đá và vận chuyển than trong mỏ chủ yếu bằng

ô tô có trọng tải 10-30 tấn, vận tải than ngoài mỏ bằng đường sắt, băng tải và ô tô

- Đổ thải đất đá: Chủ yếu dùng hình thức đổ tải ô tô, kết hợp máy gạt Bãi thải chủ yếu là bãi thải ngoài kết hợp đổ bãi thải trong vào các khai trường đã kết thúc

Ngoài ra, trong quá trình khai thác mỏ lộ thiên còn có các khâu phụ trợ khác như: thoát nước, làm đường, sửa chứa thiết bị

Hàng năm, công ty TNHH MTV Khe Sim phối hợp với công ty cổ phần tin học, Công nghệ, Môi trường -Vinacomin thực hiện quan trắc môi trường định kì 3 tháng một lần/ năm Quan trắc môi trường định kì giúp kiểm tra, giam sát chất lượng môi trường khu vực đồng thời làm giảm thiểu ô nhiễm nếu có đảm bảo sự phát triển bền vững của công ty

1.7.2 Các công trình, biện pháp thu gom, xử lý nước thải:

1.7.2.1 Mạng lưới thu gom nước thải, thoát nước

a Rãnh thu nước trên các tầng khai thác trong khai trường sản xuất

- Vị trí thi công tại dọc các tầng chân khai thác, chân bãi thải

- Hệ thống rãnh thu nước hở, thu gom nước mặt từ các tầng khai thác, mặt bằng bãi thải chảy về suối thoát nước (thuộc hệ thống bảo vệ môi trường khu vực Tây Khe Sim) và về hố lắng, lắng đọng đất đá trước khi chảy ra suối Lép Mỹ

- Nạo vét, bốc xúc đất đá, khơi thông rãnh thoát nước bằng máy đào

- Thời gian thực hiện: trước mùa mưa bão hàng năm và sửa chữa, khơi thông khi bị tắc ngẽn khi có mưa bão

b Rãnh thu gom xung quanh xưởng sửa chữa, văn phòng công trường

- Vị trí thi công xung quanh xưởng, văn phòng Công trường

- Hệ thống rãnh thu nước hở, xây gạch, đá hộc, thu gom nước mặt từ các mặt bằng xưởng về hố lắng ba ngăn để tách dầu mỡ và nước thải văn phòng về bể xử lý nước thải sinh hoạt

1.7.2.2 Các công trình xử lý nước thải đã được xây lắp

a Công trình xử lý nước thải sinh hoạt:

- Vị trí xây dựng: Khu nhà ở công nhân Phân xưởng Vận tải tiêu thụ

- Mục tiêu: Xử lý toàn bộ lượng nước thải sinh hoạt từ khu vực văn phòng và nhà ăn, nhà sinh hoạt trên khu vực Công trường 1, Phân xưởng VT-TT đạt tiêu chuẩn xả thải (QCVN14:2008/BTNMT) trước khi thải vào môi trường

- Nước thải phát sinh chủ yếu từ chế biến thực phẩm, nước thải vệ sinh tắm giặt và nước thải từ mặt bằng xưởng sửa chữa Đối với nước thải từ mặt bằng xưởng sửa chữa được dẫn về bể lắng dầu ba ngăn thông qua hệ thống rãnh thoát nước xung quanh xưởng sửa chữa Thành phần nước có lẫn dầu mỡ, bùn thải nhưng khi qua bể lắng dầu ba ngăn hầu như dầu mỡ thải, bùn thải có lẫn trong nước không còn Thành phần chỉ gồm các kim loại nặng chưa lắng ở bể lắng dầu ba ngăn Nước thải được dẫn vào bể thu gom phải đi qua hệ thống song chắn rác để loại bỏ rác, cặn lớn Tại bể thu gom các cặn lắng có kích thước lớn sẽ lắng xuống, chỉ còn cặn lơ lửng Sau đó nước thải được bơm cưỡng bức sang bể lắng trung hòa bằng bơm nước thải ngầm Tại bể trung hòa có lắp đặt hệ thống bơm ngầm giống bể thu gom Ngoài ra

bể còn lắp thêm hệ thống máy để đo pH trước khi bơm sang bể số 3 - bể xử lý sinh học Nếu pH không thuộc khoảng 6 - 7,5 thị tự động hóa chất (NaOH) được cho vào

để trung hòa độ pH thông qua đường ống dẫn hóa chất và bơm định lượng, thời gian lưu nước thải là 8 đến 12 giờ tùy thuộc lượng nước chảy vào bể thu gom, bể trung hòa mang tính chất gần giống như bể lắng sơ cấp, tại đây có thể loại bỏ được 50 -

70 % chất rắn lơ lửng và 25 - 40 % BOD của nước Thời gian xử lý tối thiểu là 48 giờ Nước thải sau đó được chảy tràn sang bể lắng thứ cấp Bể có công dụng lắng các cặn bẩn mà vi sinh vật đã phân giải các chất hữu cơ từ bể số 3 Nước thải sau đó được dẫn sang bể keo tụ, bể tuyển nổi rồi chuyển sang bể lắng thứ cấp số 2 rồi tới

bể khử trùng Bể keo tụ và bể tuyển nổi có dung tích là như nhau: 6m3 Bể đều có hệ thống đường ống dẫn hóa chất vào để giúp cho quá trình keo tụ và tuyển nổi diễn ra được nhanh hơn Ngoài ta bể còn lắp thêm hệ thống máy khuấy được đặt ở mặt bể

để khuấy trộn đều hóa chất và nước thải Nước thải từ bể lắng thứ cấp số 01 tự chảy tràn sang bể tuyển nổi Tại đây hóa chất sử dụng là PAA dùng để kết dính các hạt cặn lơ lửng không lắng được kết dính lại thành bông lớn, nặng hơn nên dễ lắng hơn Tại bể keo tụ hóa chất sử dụng là PAC ít ăn mòn thiết bị, ít ảnh hưởng tới độ pH,

hóa chất này có tác dụng kết dính các hạt có kích thứơc nhỏ thành hạt có kích thước lớn để lắng Thời gian lưu là 12 - 14 giờ Nước được dẫn tới bể lắng thứ 2 để lắng các hạt đã được hóa chất PAA, PAC làm keo tụ, tuyển nổi Sau đó nước được dẫn tới bể khử trùng Hóa chất xử lý: Hoá chất có chứa clo NaOCl (nước javel), Cloramin CH3C6H4SO2NaCl nhằm loại bỏ vi sinh vật tồn tại trong nước thải Kết thúc quá trình xử lý, nước thải đạt tiêu chuẩn cho phép được dẫn ra hệ thông thoát nước và chảy ra ngoài môi trường

b Công trình xử lý nước thải bề mặt

Nước thải từ điểm phát sinh được dẫn vào hệ thống rãnh thoát nước, ống thoát nước được bố trí xung quanh xưởng sửa chữa và trong kho chứa chất thải nguy hại Nước từ hệ thống rãnh, hệ thống đường ống thoát nước được dẫn vào bể tập trung Tại bể tập trung bùn đất theo nước sẽ được lưu giữ lại Sau đó nước được dẫn vào bể lắng dầu ba ngăn thông qua đường ống dẫn nước Tại bể lắng dầu ba ngăn nước thải chủ yếu là nước có lẫn váng dầu và một số thành phần vô cơ cha lắng hết tại bể tập trung nước thải Do đặc thù váng dầu thải luôn nhẹ hơn nước nên tại ngăn thứ nhất bể lắng dầu ba ngăn, váng dầu thải được lưu giữ tại bể và một số tạp chất vô cơ lơ lửng, nước thải được dẫn sang ngăn thứ hai thông qua 02 đường ống thoát nước được thiết

kế hạn chế váng dầu chảy qua bể Nước thải được dẫn sang ngăn thứ ba Nước sau khi sang bể thứ ba hầu như không còn tồn tại váng dầu thải, cặn vô cơ lơ lửng, nước

thải thông qua đường ống dẫn nước chảy vào suối thoát nước

c Đối với nước moong:

Hiện tại, công tác thoát nước moong được thực hiện bằng phương pháp bơm cưỡng bức nước từ lòng moong theo rãnh thoát nước ra hố lắng và nguồn tiếp nhận

là suối Lép Mĩ Do nước moong phát sinh chủ yếu là nước mưa chảy từ mặt bằng bãi thải thu gom về moong nước nên thành phần nước thải chủ yếu là các tạp chất

vô cơ thường có trong nước moong như Fe, Mn, Cu, Zn Nước moong khi được bơm ra môi trường tiếp nhận nước thường có màu xanh trong, không mùi, không vị Nước được bơm vào hệ thống rãnh dẫn nước tới 01 hố lắng được đặt trước cửa xả Tại đây nước được lưu lại để lắng các tạp chất Nước lưu ở hố lắng khoảng 1-2 giờ