BÀI THUYẾT TRÌNH QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG

I GIỚI THIỆU:a. Định nghĩa: Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 gcm3. Chúng xuất hiện ở nồng độ thấp hơn nhiều ở trong nước so với ion chính (SO42, C1, NO3, Mg2 +, Ca2 +, ...) nên thường được gọi là kim loại vết.b. Nguồn tạo KLN: Nguồn tự nhiên: KLN được lọc từ đất và đá khi tiếp xúc với nước. Nguồn nhân tạo: chủ yếu là chất thải công nghiệp từ việc khai thác, sản xuất và sự hoạt động của các nhà máy chế tạo kim loại, hoặc nước thải trong nước và nước thải đường giao thông. c. Sự tồn tại của KLN: KLN xâm nhập vào nước mặt thông qua sự giáng thủy. KLN được thải ra bầu khí quyển bởi các quá trình công nghiệp (ví dụ như Hg từ việc đốt than, Pb từ xăng) và tồn tại trong nước mặt hoặc nước ngầm. Việc xử lý chất thải kim loại ở các bãi chôn lấp có thể dẫn đến ô nhiễm KLN ở nước ngầm và nước mặt. Quá trình axit hóa của nước mặt và nước ngầm bởi mưa axit có thể dẫn đến tăng sự thẩm thấu của các kim loại và vì thế nồng độ của chúng cao hơn trong nước. Hơn nữa mưa axit có thể dẫn đến sự gia tăng nồng độ của KLN trong nước do acid làm rửa trôi kim loại ra khỏi đường ống.

BÀI THUYẾT TRÌNH QUAN TRẮC

MÔI TRƯỜNG

NHÓM 6A

1, Trần Thị Anh Thư 1022298

2, Hà Huy Hiếu 1022096

3, Lê Hoàng Thủy Tiên 1022300

4, Lưu Đức Tân 1022255

5, Nguyễn Thị Hải 1022084

GVHD: TÔ THỊ HIỀN

LỚP : 10CMT

BÀI THUYẾT TRÌNH KIM LOẠI NẶNG

- Nguồn tự nhiên: KLN được lọc từ đất và đá khi tiếp xúc với nước

- Nguồn nhân tạo: chủ yếu là chất thải công nghiệp từ việc khai thác, sản xuất và

sự hoạt động của các nhà máy chế tạo kim loại, hoặc nước thải trong nước và nướcthải đường giao thông

c Sự tồn tại của KLN:

KLN xâm nhập vào nước mặt thông qua sự giáng thủy KLN được thải ra bầu khí quyển bởi các quá trình công nghiệp (ví dụ như Hg từ việc đốt than, Pb từ xăng) và tồn tại trong nước mặt hoặc nước ngầm Việc xử lý chất thải kim loại ở các bãi chôn lấp có thể dẫn đến ô nhiễm KLN ở nước ngầm và nước mặt Quá trìnhaxit hóa của nước mặt và nước ngầm bởi mưa axit có thể dẫn đến tăng sự thẩm thấu của các kim loại và vì thế nồng độ của chúng cao hơn trong nước Hơn nữa mưa axit có thể dẫn đến sự gia tăng nồng độ của KLN trong nước do acid làm rửa trôi kim loại ra khỏi đường ống

d Ảnh hưởng của KLN:

- Tích cực: một số KLN rất cần thiết cho cơ thể sống và con người Chúng là

nguyên tố vi lượng không thể thiếu KLN được gọi là thiết yếu khi: (1) hiện diện trong bộ phận khỏe mạnh; (2) xuất hiện trong tế bào khi mới sinh ra; (3) có sự cân bằng tự nhiên trong máu; (4) điều khiển quá trình bài tiết; (5) biết được chức năng sinh học

VD: Fe giúp ngăn ngừa bệnh thiếu máu Zn là tác nhân quan trọng trong hơn

100 loại enzym, Trên nhãn của các lọ thuốc bổ sung khoáng thường có Cr, Cu, Fe,

Zn, Mn, Mg, K

- Tiêu cực:

Nhiều KLN có độc tính cao đối với con người và các sinh vật sống khác

VD: Hg, Pb, Cd, Ni, As, Sn có thể gây rối loạn hành vi của con người do tác đông trực tiếp đến chức năng tư duy và thần kinh, gây biến đổi gen, loãng xương Không giống như nhiều chất ô nhiễm hữu cơ khác, KLN có thể không bị suy thoái trong môi trường bởi quá trình hóa học hoặc sinh học Một số phản ứng xảy

ra trong môi trường tạo ra các hợp chất có thể còn độc hại hơn (ví dụ như methyl hóa Hg)

KLN được tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn Do đó, trong các cấp sinh vật càng cao thì nồng độ KLN chứa trong cơ thể chúng càng nhiều  mối nguy hiểm khi sử dụng các loại thực vật, động vật đó làm thực phẩm

Ô nhiễm KLN xảy ra trong nước mặt và ven biển trên toàn thế giới Nó đang trởthành một vấn đề môi trường lớn

Mức kim loại nặng cho phép (Theo QCVN)

Chỉ tiêu Nước mặt Nước biển ven bờ Nước ngầm Nước thải

Xử lý tại nguồn là cách duy nhất để kiểm soát ô nhiễm kim loại độc hại.

Như chúng ta đã biết nguồn tạo KLN chủ yếu là chất thải công nghiệp từ việc khai thác, sản xuất và sự hoạt động của các nhà máy chế tạo kim loại, hoặc nước thải trong nước và nước thải đường giao thông

Xử lý tại nguồn :

- Áp dụng các công nghệ thu khí thải, nước thải và xử lý KLN trước khi phát thải ra môi trường

- Thay đổi nguyên liệu đầu vào

- Thay đổi công nghệ, may móc khai thác, sản xuất

- Kiểm soát nội vi, quản lí chặt các khâu sản xuất

- Hạn chế pha Pb vào xăng

Bảng 4.18: Nồng độ của một số kim loại nặng trong nước

Nước biển có nồng độ KLN rất thấp, tuy nhiên, ở vùng ven biển tiếp nhận nước thải và chất thải khác nên nồng độ KLN có thể cao hơn đáng kể so với những gì được thể hiện trong bảng

Nồng độ trong sông có thể khác nhau đáng kể Nồng độ KLN trong nước vùng sâu vùng xa có thể thấp hơn nhiều so với những gì thể hiện trong bảng, trong khi nước bị ô nhiễm ở các khu công nghiệp có thể có nồng độ KLN cao hơn Nồng độ KLN trong nước mưa thường thấp hơn so với trong nước sông Nồng độ của một

số kim loại (Zn, Pb, Cu) trong nước máy có thể cao hơn đáng kể so với những thể hiện trong bảng do sự tích tụ của kim loại từ đường ống trong nước đọng

Các hướng dẫn và tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế đối với các kim loại nặng trong nước về việc sử dụng khác nhau được tóm tắt trong Phụ lục 111 Một số kim loại quan trọng trong thủy quyển sẽ được thảo luận chi tiết dưới đây

II- CÁC KIM LOẠI NẶNG ĐIỂN HÌNH

1- Nhôm

Nhôm thường không được coi là một kim loại độc hại

Nhôm được tìm thấy ở những bệnh nhân bị bệnh Alzheimer (bệnh mất trí nhớ) Nhôm được cho là nguyên nhân gây chết cá trong nước mặt bị axit hóa Sự gia tăng lượng nhôm vào dung dịch làm cho pH giảm, và cùng với độ pH thấp, có thể

dẫn đến cái chết cá Những loài cá con nhạy cảm hơn với nồng độ nhôm cao và độ

pH thấp Nồng độ nhôm cao kèm theo độ pH thấp cũng gây độc đối với động vật lưỡng cư như ếch Sự suy giảm số lượng cá trong hồ và sông bị acid hóa cũng dẫn đến một sự suy giảm một số loài chim săn bắt cá

Nhôm chính là một trong những yếu tố làm giảm sự tăng trưởng thực trên các đất chua Mặc dù nó không gây hại đối với sự phát triển của thực vật ở các đất có độ

pH trung tính, khi nồng độ của cation Al3+ trong đất chua tăng và làm rối loạn sự phát triển và chức năng của rễ

Hầu hết các đất chua được bảo hòa với nhôm hơn là các ion hydro Độ chua của đất là kết quả của quá trình thủy phân các hợp chất nhôm Khái niệm dùng vôi để điều chỉnh độ chua để xác định mức độ bảo hòa cơ sở trong các loại đất là cơ sở cho các công đoạn thí nghiệm đất trong phòng thí nghiệm, từ đó xác định lượng vôi cần thiết cung cấp cho đất

Phèn KAl(SO4)2.12H2O, được sử dụng trong việc xử lý nước uống, nhưng số lượng thêm vào, và một số thông số hoạt động (ví dụ như độ pH), phải được kiểm soát cẩn thận

Nồng độ nhôm trong nước uống cao do sự sơ suất hoặc kiểm soát kém của các quá trình xử lý nước

2- Đồng

Đồng được sử dụng rộng rãi trong các hợp kim, ống nước, dây điện, sơn, gốm

sứ và thuốc trừ sâu Đồng là một yếu tố cần thiết và thường không được coi là có hại cho sức khỏe con người

Đồng là nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho các loài động, thực vật bậc cao Đồng được tìm thấy trong một số loại enzym, bao gồm nhân đồng của cytochrom coxidas, enzym chứa Cu-Znsuperoxid dismutas, và nó là kim loại trung tâm của

chất chuyên chở ôxy hemocyanin Máu của cua móng ngựa (cua vua) Limulus

polyphemus sử dụng đồng thay vì sắt để chuyên chở ôxy

Theo tiêu chuẩn RDA của Mỹ về đồng đối với người lớn khỏe mạnh là

0,9 mg/ngày

Đồng được vận chuyển chủ yếu trong máu bởi protein trong huyết tương gọi

là ceruloplasmin Đồng được hấp thụ trong ruột non và được vận chuyển

tới gan bằng liên kết với albumin

Một bệnh gọi là bệnh Wilson sinh ra bởi các cơ thể mà đồng bị giữ lại, mà không tiết ra bởi gan vào trong mật Căn bệnh này, nếu không được điều trị, có thể dẫn tớicác tổn thương não và gan.

Người ta cho rằng kẽm và đồng là cạnh tranh về phương diện hấp thụ trong bộ máytiêu hóa vì thế việc ăn uống dư thừa một chất này sẽ làm thiếu hụt chất kia

Các nghiên cứu cũng cho thấy một số người mắc bệnh về thần kinh như

bệnh schizophrenia có nồng độ đồng cao hơn trong cơ thể Tuy nhiên, hiện vẫn chưa rõ mối liên quan của đồng với bệnh này như thế nào (là do cơ thể cố gắng tích lũy đồng để chống lại bệnh hay nồng độ cao của đồng là do căn bệnh này gây ra)

Nguồn chính của đồng trong nước uống là từ sự ăn mòn các đường ống được

sử dụng trong hệ thống phân phối nước Ở nồng độ cao, đồng có thể gây một mùi

vị khó chịu cho nước và ảnh hưởng đến một số cá nhân bị rối loạn chuyển hóa đồng gọi là bệnh Wilson (Bệnh Wilson, còn gọi là bệnh thoái hóa gan nhân đậu, là

do sự bài tiết đồng ra khỏi đường mật diễn ra không hiệu quả nên đồng bị tích tụ trong một vài mô bao gồm gan, não và giác mạc)

Chì có thể gây tổn thương cho hệ thần kinh và thận và nó bị nghi ngờ là chất gây ung thư Trẻ em tiếp xúc với hàm lượng chì cao thì đặc biệt nguy hiểm

Chì trong môi trường tồn tại ở dạng vô cơ Pb2- Hợp chất chì kim loại hữu cơ, chẳng hạn như tetramethyllead, (CH3)4Pb, trimethyllead, (CH3) 3Pb +, và

dimethyllead (CH3) 2Pb2 +, có mặt ở nồng độ thấp hơn nhiều so với chì vô cơ Đây có thể là kết quả của sự phát xạ và sự suy giảm của một số các tetraalkyllead thêm vào xăng hoặc sự methyl hóa sinh học của chì vô cơ trong trầm tích Chì được thêm vào xăng là một hỗn hợp của tetrametyl- và tetraethyllead, nhưng hầu hết trong số này được chuyển thành muối chì vô cơ trong quá trình đốt Một phần nhỏ có thể được phát ra dưới dạng kim loại hữu cơ (cơ kim) và cuối cùng là phân hủy để tạo chì vô cơ trong môi trường:

- Chì đi vào cơ thể con người qua nước uống, không khí và thức ăn bị nhiễm chì.

- Chì tích tụ ở xương, kìm hãm quá trình chuyển hoá canxi bằng cách kìm hãm sự chuyển hoá vitamin D

- Tiêu chuẩn tối đa cho phép theo WHO nồng độ chì trong nước uống: £ 0,05 mg/ml

4- Thủy ngân

- Các hoạt động sản sinh ra thủy ngân:

+ Xử lý chất thải chứa thủy ngân

+ Khai thác mỏ và luyện kim của chính thủy ngân, và quá trình đốt cháy than

+ Thuỷ ngân đưa vào môi trường từ các chất thải, bụi khói của các nhà máy luyện

kim, sản xuất đèn huỳnh quang, nhiệt kế, thuốc bảo vệ thực vật, bột giấy…

Việc sử dụng thủy ngân trong khai thác mỏ bạc và vàng gây ô nhiễm nguồn không khí, nước và gây hại cho người tiếp xúc, nhất là người khai thác vàng Sử dụng thủy ngân để hòa tan vàng, sau đó dùng nhiệt độ làm cho thủy ngân bay hơi, còn lai thu được vàng nguyên chất

Thủy ngân dễ dàng bay vào vào khí quyển, từ đó nó có thể xâm nhập vào vùng nước mặt khi có mưa

-Tính độc của thủy ngân và hợp chất của Hg:

Tất cả các hợp chất thủy ngân đều độc hại, mức độ độc tùy thuộc vào dạng tồn

tại Thuỷ ngân nguyên tố tương đối trơ, không độc Nhưng thuỷ ngân dễ bay hơi ở

nhiệt độ thường nên nếu hít phải sẽ rất độc Thuỷ ngân có khả năng phản ứng với axit amin chứa lưu huỳnh, các hemoglobin, abumin; có khả năng liên kết màng tế bào, làm thay đổi hàm lượng kali, thay đổi cân bằng axit bazơ của các mô, làm thiếu hụt năng lượng cung cấp cho tế bào thần kinh Trẻ em bị ngộ độc thuỷ ngân

sẽ bị phân liệt, co giật không chủ động

Hợp chất hữu cơ thủy ngân, chẳng hạn như metyl thuỷ ngân, CH3Hg+ , và

dimethylmercury, (CH3)2 Hg, đặc biệt độc hại Nó có thể được phát thải vào môi trường một cách trực tiếp trong nước thải, hoặc hình thành từ thủy ngân vô cơ do

vi khuẩn trong trầm tích Trong nước, metyl thủy ngân là dạng độc nhất, nó làm

phân liệt nhiễm sắc thể và ngăn cản quá trình phân chia tế bào, độc đến đến mức chỉ vài micrôlít rơi vào da có thể gây tử vong

Thủy ngân có thể được tích trữ trong chuỗi thức ăn, nồng độ trong cá và động vật có vỏ có thể lớn hơn hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm ngàn lần so với trong nước Thủy ngân tích tụ trong cá cũng có thể gây tử vong cho các loài chim và động vật khác khi ăn phải

Trong lịch sử đã từng xảy ra việc ô nhiễm thủy ngân ở vịnh Minamata, Nhật Bản, năm 1953 Một nhà máy hóa chất thải ra nước thải có chứa metyl thuỷ ngân vào vịnh và nó đã tích tụ ở cá và động vật có vỏ Những người dân địa phương đã

ăn nhưng sinh vật đó và đã bị ngộ độc thủy ngân hữu cơ, còn gọi là "bệnh

Minamata" Điều này dẫn đến 41 trường hợp tử vong và hơn 110 người đã bị ảnh hưởng Một số người bị rối loạn thần kinh nghiêm trọng khiến họ bị tê liệt suốt đời.Hơn nữa, trẻ sơ sinh của các bà mẹ chịu ảnh hưởng bị khuyết tật bẩm sinh

Nồng độ tối đa cho phép của WHO trong nước uống là 1mg/l; nước nuôi thuỷ sản là 0,5mg/l

- Cách xác định thủy ngân:

Ở nồng độ thấp, thủy ngân không thể được xác định bằng AAS thông thường và các thủ tục phải được sửa đổi Trong phương pháp hơi lạnh, các hợp chất thủy ngânđược đưa về dạng hơi nguyên tố thủy ngân và phân tích bằng AAS trong một đầu

dò đặc biệt (xem Phần 5.13.19)

5- Thiếc

Thiếc được sử dụng trong các hợp kim, bột màu, thuốc nhuộm và trong mạ kim loại Một số hợp chất hữu cơ được sử dụng như chất ổn định trong nhựa PVC và chất bảo quản gỗ Tributyltin đã được áp dụng rộng rãi như một chất chống gỉ cho các thân tàu, thuyền để ngăn chặn sự phát triển của các sinh vật biển

Tributyltin có độc tính cao đối với tất cả các sinh vật biển Nó bị thoái hóa dần trong nước nhưng nó tích lũy trong trầm tích và khi đó quá trình thoái hóa chậm hơn nhiều

 Ngoài ra còn có một số kim loại nặng điển hình gây độc tính cao cho con người như asen (As)

Asen hay còn gọi là thạch tín asen tạo thành hiđrua dạng khí và không ổn định, đó

là arsin (AsH3) Sự tương tự lớn đến mức asen sẽ thay thế phần nào cho phốtpho trong các phản ứng hóa sinh học và vì thế nó gây ra ngộ độc Tuy nhiên, ở các liều thấp hơn mức gây ngộ độc thì các hợp chất asen hòa tan lại đóng vai trò của

các chất kích thích và đã từng phổ biến với các liều nhỏ như là các loại thuốc chữa bệnh cho con người vào giữa thế kỷ 18

Asen (As): là kim loại có thể tồn tại ở dạng tổng hợp chất vô cơ và hữu cơ Trong

tự nhiên tồn tại trong các khoáng chất Nồng độ thấp thì kích thích sinh trưởng, nồng độ cao gây độc cho động thực vật

- Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm asen là núi lửa, bụi đại dương

- Nguồn nhân tạo gây ô nhiễm asen là quá trình nung chảy đồng, chì, kẽm, luyện thép, đốt rừng, sử dụng thuốc trừ sâu…

Asen có thể gây ra 19 căn bệnh khác nhau Các ảnh hưởng chính đối với sức khoẻ con người: làm keo tụ protein do tạo phức với asen III và phá huỷ quá trình

photpho hoá; gây ung thư tiểu mô da, phổi, phế quản, xoang…

- Tiêu chuẩn cho phép theo WHO nồng độ asen trong nước uống là 50mg/l

III- CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KLN

- Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS (đo quang): dựa vào độ hấp

thu ánh sáng của dung dịch phức tạo thành giữa inon cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng

Phương pháp định lượng phép đo: A = KC

Trong đó: A là độ hấp thu, K là hằng số hấp thu, C là nồng độ

PP này cho phép phân tích ở nồng độ: 10^-5 - 10^-7M

Là pp được sử dụng khá phổ biến

- Phổ hấp thu nguyên tử ngọn lửa (AAS)

AAS - Atomic Absorption Spectrophotometric

Ở điều kiện thường, nguyên tử không hấp thu hay phát ra năng lượng Nhưng khi ở trạng thái hơi tự do, nếu ta kích thích chúng bằng một năng lượng dưới dạng chúm tia sáng có bước sóng xác định thì các nguyên tử đó sẽ hấp thụ bức

xạ có bước sóng nhất định ứng với tia bức xạ mà chúng có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của nó

Dựa vào khả năng hấp thụ chọn lọc các bức xạ cộng hưởng của nguyên tử ở trạng thái tự do Đối với mỗi nguyên tử, vạch cộng hưởng là vạch quang phổ nhạy nhất của phổ phát xạ nguyên tử của chính nguyên tố đó

Các nguyên tử ở trạng thái bình thường thì chúng không hấp thu bức xạ năng lượng nhưng khi chúng ở trạng thái tự do dưới dạng những đám hơi nguyên tử thì chúng hấp thu và bức xạ năng lượng Mỗi nguyên tử chỉ hấp thu những bức

xạ nhất định tương ứng với những bức xạ mà chúng có thể phát ra trong quá trình phát xạ của chúng Khi nguyên tử nhận năng lượng chúng chuyển lên mứcnăng lượng cao hơn gọi là trạng thái kích thích Quá trình đó gọi là quá trình hấp thu năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ của nguyên tử đó Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thu nguyên tử

Có thể xác định các chất có nồng độ trong khoảng ppm- ppb với độ chính xác cao

- Phổ phát xạ nguyên tử (AES)

AES - Atomic emission spectroscopy

Khi ở điều kiện bình thường, nhguyeen tử không hấp thu hay phát xạ năng lượng nhưng nếu bị kích thích thì các điện tử hóa sẽ nhận năng lượng và chuyểnlên trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn Trạng thái này không bền, chúng có xu hướng giải phóng năng lượng dưới dạng phát ra các bức xạ để trở

về trạng thái ban đầu bền vững hơn Các bức xạ này gọi là phổ phát xạ nguyên tử