Nghiên cứu khả năng lắng đọng và vận chuyển của chì ( pb) trong môi trường nước

Do đó, trong khuôn khổ luận văn này chúng tôi thực hiện bước đầu “ Nghiên cứu khả năng lắng đọng và vận chuyển của chì Pb trong môi trường nước” ở các điều kiện khác nhau, từ đó có một c

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Hồng Côn

Hà Nội, 2011

MỤC LỤC

Danh mục các bảng………

Danh mục các hình vẽ, đồ thị………

MỞ ĐẦU………

Chương 1 TỔNG QUAN………

1.1 Môi trường nước và sự ô nhiễm môi trường nước …………

1.1.1 Sự ô nhiễm nguồn nước………

1.1.2 Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công nghiệp ………

1.2 Giới thiệu về chì ………

1.2.1 Tính chất của chì

1.2.1.1.Tính chất vật lý………

1.2.1.2 Tính chất hóa học

1.2.1.3 Các dạng tồn tại của chì trong nước

1.2.2 Độc tính của chì ………

1.2.3.Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm chì trong môi trường

1.2.4 Hiện trạng ô nhiễm chì trong môi trường nước trên thế giới

1.3 Các phương pháp xử lý chì trong nước

1.3.1 Phương pháp kết tủa

1.3.2 Phương pháp keo tụ

1.3.3 Phương pháp hấp phụ

1.3.4 Phương pháp trao đổi ion

1.4 Các phương pháp xác định chì

1.4.1 Phương pháp trắc quang

1.4.1.1 Thuốc thử dithizone

1.4.1.2 Phương pháp chiết

1.4.2 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Chương 2 THỰC NGHIỆM………

2.1 Mục tiêu nghiên cứu.……….2.2.Phạm vi và đối tượng nghiên cứu………

2.3 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm và hóa chất thí nghiệm…………

2.3.1 Dụng cụ

1

-2.3.2 Thiết bị thí nghiệm

2.3.3 Hóa chất

2.4 Quy trình xây dựng đường chuẩn của Pb2+ theo phương pháp trắc quang

2.5 Xác định chì bằng phương pháp AAS

2.6 Quy trình nghiên cứu với các mẫu chì khác nhau

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………

3.1 Khảo sát sự chuyển hóa của chì từ dạng thải Pb(OH)2

3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường…………

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của các ion đến độ tan của Pb(OH)2 tại pH mà chì hydroxit có độ tan nhỏ nhất.………

3.1.2.4 3.1.2.5 Ảnh hưởng đồng thời của các ion Cl-, SO4 3.1.3 Ảnh hưởng của các ion có khả năng tạo phức với chì

3.1.3.1 Ion CH3COO-

3.1.3.2 Ion C6H5O7 3.1.4 Ảnh CH3COO- , C6H5O7 3.2 Khảo sát sự chuyển hóa của chì khi dạng thải là PbS

3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH

3.2.2 Khảo pH=7

3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3 3.2.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của các ion có khả năng tạo phức với chì

28 28

29 31 31 34 34 34

36 36 37 38 40 42 43 43 44

45 47 47

48 48 50 51

52 52 53 54

3.3.2 Khảo sát hàm lượng chì khi dạng thải là Pb3(PO4)2 khi có mặt

các ion tạo kết tủa với chì tại pH = 7

-DANH MỤC BẢNG

BảngBảng 2.1Bảng 3.1

Bảng 3.2Bảng 3.3Bảng 3.4Bảng 3.5Bảng 3.6Bảng 3.7Bảng 3.8Bảng 3.9Bảng 3.10

Bảng 3.11Bảng 3.12Bảng 3.13Bảng 3.14

Bảng 3.15Bảng 3.16Bảng 3.17Bảng 3.18Bảng 3.19

Bảng 3.20Bảng 3.21

5

-DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

HìnhHình 1.1

Hình 1.2Hình 2.1

Hình 3.1Hình 3.2Hình 3.3Hình 3.4Hình 3.5Hình 3.6Hình 3.7

Hình 3.8Hình 3.9Hình 3.10Hình 3.11Hình 3.12Hình 3.13Hình 3.14Hình 3.15Hình 3.16Hình 3.17Hình 3.18Hình 3.19Hình 3.20.Hình 3.21Hình 3.22

MỞ ĐẦU

Hiện nay, ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nóng bỏng mang tính toàncầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và đời sống của con người Đặc biệt là ônhiễm các kim loại nặng

Kiểm soát các nguồn nước thải là công việc hết sức cần thiết nhằm giảmthiểu ô nhiễm do nước thải Công việc xử lý nước thải thường được thực hiện ngaytại nơi phát sinh nước thải hoặc trước khi thải vào nguồn tiếp nhận và sau đó thìthường không được quan tâm nữa Trong khi đó, hiện nay các phương pháp xử lýkim loại nặng thường thải ra một lượng bùn thải rất lớn Theo thời gian, nếu lượngbùn thải này không được xử lý một cách phù hợp nó sẽ gây ô nhiễm môi trường mộtcách nghiêm trọng do tác động của các yếu tố môi trường

Một trong các kim loại nặng có độc tính cao đối với cơ thể con người là chì.Chì là kim loại có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất như sản xuất ăcquy,pin, cáp điện, dệt nhuộm, luyện kim, sản xuất khai thác khoáng sản Do đó lượngchì thải ra môi trường là rất lớn

Có nhiều phương pháp xử lý chì như phương pháp kết tủa, phương phápthẩm thấu ngược hay phương pháp điện thẩm tách Các phương pháp này đều thải

ra một lượng bùn thải rất lớn và thường không được xử lý Lượng chì thải ra dướidạng bùn thải này liệu đã an toàn với môi trường hay chưa? Liệu trải qua một thờigian dài cùng với sự thay đổi môi trường nước có làm ảnh hưởng đến sự lắng đọng

và vận chuyển của chì trong bùn và trong nước hay không? Đây là một trong nhữngvấn đề rất cấp thiết đối với các nhà khoa học, môi trường học và của toàn nhân loại

Do đó, trong khuôn khổ luận văn này chúng tôi thực hiện bước đầu “ Nghiên cứu

khả năng lắng đọng và vận chuyển của

chì (Pb) trong môi trường nước” ở các điều kiện khác nhau, từ đó có một cách

nhìn khái quát nhất về sự an toàn và nguy hiểm của các dạng thải chì và bước đầu

đề ra các biện pháp tối ưu nhất làm giảm thiểu ô nhiễm chì trong nước

Chương 1: TỔNG QUAN 1.2 Môi trường nước và sự ô nhiễm môi trường nước [1]

1.2.1 Sự ô nhiễm nguồn nước

7

-Nước có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của sựsống trên trái đất Nước là thành phần quan trọng của tất cả các sinh vật, vật chất cótrên trái đất Nước tham gia vào mọi quá trình xảy ra trong tự nhiên, nó tác độngđến sự biến đổi của trái đất cũng như sự sống trên trái đất Nói cách khác, nước lànguồn gốc của sự sống là môi trường trong đó diễn ra các quá trình sống.

Trên trái đất hơn 97% là nước biển, còn lại dưới 3% là nước ngọt Nước ngọtđược con người sử dụng nhằm phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau như cung cấpcho sinh hoạt, tưới tiêu trong nông nghiệp, giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp,làm nguyên liệu và các tác nhân trao đổi nhiệt trong rất nhiều quá trình quan trọng

Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp nhưhiện nay, các nguồn nước ngày càng bị nhiễm bẩn bởi các loại chất thải khác nhau,gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, đe dọa sức khỏe và cuộc sống của con người.Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước bao gồm:

Chất hữu cơ: Chất hữu cơ gây ô nhiễm nguồn nước bao gồm các chất hữu cơ

tổng hợp, dầu mỡ, các chất thải sinh hoạt…

Các chất hữu cơ tổng hợp bao gồm nhiên liệu, chất dẻo, dung môi, chất tẩyrửa, thuốc bảo vệ thực vật, dược phẩm… Các chất này có mặt trong nước sẽ làmcho nước có màu , mùi vị lạ, có tác hại đối với các loài động vật và thực vật sốngtrong nước Dầu mỡ nổi trong nước sẽ làm giảm sự truyền ánh sáng qua lớp nước,làm giảm DO của nước, gây bệnh cho nhiều loài động thực vật sống trong nước.Các thuốc bảo vệ thực vật không bị phân hủy sẽ bị tích tụ trong đất ngày càngnhiều, và ngấm vào nguồn nước gây ô nhiễm nguồn nước

Vi sinh vật: Trong nước có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, các đơn bào,

rong tảo…chúng xâm nhập vào nước từ môi trường xung quanh, chúng sống vàphát triển trong nước Có thể chia chúng thành hai loại:

Loại vi sinh vật có hại là các vi trùng gây bệnh có trong nguồn chất thải,bệnh của người và gia súc như bệnh tả, thương hàn Vi khuẩn E -coli là vi khuẩnđặc trưng cho mức độ nhiễm trùng của nước

Các loại rong tảo làm cho nước có màu xanh, khi chết thối rữa sẽ làm tănghàm lượng chất hữu cơ trong nước, làm cho nước có mùi, giảm DO và tăng BODcủa nước

Các chất vô cơ: Nguồn nước tự nhiên thường bị ô nhiễm bởi các kim loại và

các chất vô cơ khác Nếu hàm lượng của chúng trong nước nhỏ thì có tác dụng tốtcho sinh trưởng, phát triển của động thực vật ở trong nước và cả những động thựcvật sử dụng nguồn nước đó Nhưng nếu hàm lượng cao sẽ gây

động tới các loại thủy sản, tiếp đó là đến các động vật sống trên cạn và cuối cùng làcon người Trong số những kim loại nặng độc hại phải kể đến như: Ni,

Hg, Pb, Cd, Cr, Cu

Ni: Niken là nguyên tố lượng vết chủ yếu có trong thành phần của một số

enzym và tham gia vào quá trình tạo cấu trúc màng Nếu tiếp xúc thường xuyên vớiniken, người ta có thể bị viêm mũi, hen, suyễn Mặt khác khi cơ thể hấp thụ mộtlượng lớn niken qua đường thức ăn và nước uống sẽ gây bệnh ung thư hoặc ảnhhưởng đáng kể đến hệ thần kinh trung ương

Hg: Các dạng thủy ngân có độc tính không giống nhau và trong thiên nhiên

nó chuyển hóa thành các dạng khác nhau Metyl thủy ngân là dạng độc nhất Vikhuẩn sống trong bùn ở các hồ ao, tổng hợp ra metan và thải ra hợp chất trung gian

là metyl cobalamin, chất này tác dụng với thủy ngân tạo thành dimetyl thủy ngân

tính rất cao

Có hai nguồn gây ra ô nhiễm thủy ngân là tự nhiên và nhân tạo Nguồn thủyngân nhân tạo thoát ra chủ yếu từ các chất thải, nước thải, khói bụi của các nhà máyluyện kim, nhà máy pin-acquy, nhà máy sản xuất đèn huỳnh quang, nhiệt kế, nhàmáy sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, nhà máy mạ, sơn và đặc biệt là trong các nhàmáy sản xuất xút, clo bằng điện phân Người ta tính được rằng cứ sản xuất một tấnclo thì có khoảng 0.172kg thủy ngân xâm nhập vào môi trường Lượng thủy ngân

an toàn đối với nước uống là < 0.001mg/l Hàm lượng thủy ngân trong cá tươi từ0.5 – 1.0 µg/g là không an toàn đối với con người

Pb: Là nguyên tố có độc tính cao đối với sức khỏe của con người và động

vật Nó tác động đến tủy xương và quá trình hình thành các huyết cầu tố, nó thaythế canxi trong xương Thực vật trồng trên những đất có hàm lượng chì cao thì nó

sẽ hấp thụ chì và tích tụ lại, sau đó xâm nhập vào động vật do ăn các thực vật đó.Đặc tính nổi bật của chì là sau khi xâm nhập vào cơ thể sống nó ít bị đào thải màtích tụ theo thời gian, tức là gây ra hiện tượng tích lũy sinh học

9

-Trong nước tự nhiên hàm lượng chì thấp ( 20 µg/l) nên nó không phải là tác nhân ônhiễm nguy hiểm.

Chì xâm nhập vào cơ thể con người qua nước uống bị ô nhiễm, thức ăn làđộng vật, thực vật nhiễm chì Khi vào cơ thể nó tích tụ lại rồi đến một mức độ nào

đó mới bắt đầu gây độc Chì tác động mạnh vào hệ thần kinh, làm giảm trí thôngminh, tác động vào máu, thận và tác động lên hệ enzym có liên quan đến quá trìnhtạo máu

Cd: xâm nhập vào khí quyển, nước qua nguồn tự nhiên và nhân tạo Cd xâm

nhập vào cơ thể người chủ yếu qua thức ăn từ thực vật được trồng trên đất giàu Cdgây nhiễu loạn hoạt động của một số enzym nhất định

Cr: Trong tự nhiên, crom tồn tại trong khoáng vật chủ yếu dưới dạng

trong công nghệ chế tạo máy, lượng này chiếm đến hơn một nửa toàn bộ lượngcrom Những hợp kim Ni, Cr được ứng dụng làm ra các cặp nhiệt điện, thiết bị côngnghiệp chịu nhiệt, hợp kim chịu nhiệt dùng trong tuốc bin động cơ phản lực, hợpkim thép không rỉ dùng trong môi trường nhiệt độ cao và ăn mòn Crom cũng cótrong thành phần của các chất ức chế quá trình ăn mòn, các loại mực khác nhau,thuốc nhuộm, chất bảo quản thực phẩm, công nghiệp mạ và thuộc da Trong luyệnkim, crom được điều chế dưới dạng hợp kim với sắt (ferocrom) và đây là một trong

các chi tiết máy

Độc tính của crom có quan hệ chặt chẽ với dạng tồn tại hóa học của nó Hầuhết các hiệu ứng gây độc hại của crom được gây ra bởi các hợp chất crom (VI).Theo nhiều nghiên cứu gần đây thì các hợp chất crom (VI) là những tác nhân gâyung thư

Cu: Các hợp chất của đồng không độc lắm, các muối đồng gây tổn thương

đường tiêu hóa, gan thận và niêm mạc Độc nhất là muối đồng xianua Đối vớingười lớn tỷ lệ hấp thu và lưu giữ đồng tùy thuộc vào lượng đưa vào cơ thể hàngngày Sự kích thích dạ dày cấp tính có thể xảy ra ở một số người sau khi uống nước

có nồng độ đồng trên 3mg/l Đồng có thể gây vị cho nước, ăn uống lâu dài nguồnnước có nồng độ đồng cao sẽ làm nguy cơ bị xơ gan

1.2.2 Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công nghiệp

[12]

Nghành khai thác mỏ

Khoa học càng phát triển, nhu cầu của con người và xã hội ngày càng caodẫn tới sản lượng kim loại do con người khai thác hàng năm cũng tăng lên Sảnlượng chì khai thác hàng năm khoảng hai triệu tấn Trong khoảng thời gian 1935 –

1980 sản lượng cadimi và cacbon tăng 10 – 16 lần Thủy ngân và bạc tăng 2.5 lần.Sản lượng sắt tăng từ 182 triệu tấn (1930) lên 912 triệu tấn (1979) Sản lượng nhômtăng 80 lần thứ tự trong sản lượng khai thác (1930 – 1980): Al> Mo> V> Co> Cr>Ni> Cd> Mn> Se> Te> Cu> Fe> Sb> Zn> Si> Be> Pb> Hg> Ag> S đã nảy sinh yêucầu cấp thiết về xử lý nước thải chứa các kim loại đó Tuy nhiên, mức độ ô nhiễmcác kim loại nặng trong nước lại không tương ứng với sản lượng khai thác củachúng Mức độ ô nhiễm các kim loại nặng tăng theo thứ tự sau: Fe> Mn> Al> Zn>Pb> Cr> Ni> Sn> Mo> Sb> V> Co> Cd> Ag> Hg> Bi> Te> Be Trong thực tếngười ta thường nghiên cứu ảnh hưởng của một số kim loại như: Cr, Cu, Pb, Cd, Ni,

Zn, Hg, As

Công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ

Theo số liệu của cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ US -EPA thì thườngxuyên có sự phát thải kim loại từ các quy trình sản xuất hóa chất vô cơ, đó là quá

Việc khảo sát môi trường vùng lân cận của các nhà máy sản xuất xút -clo,theo công nghệ cũ cho thấy có sự nhiễm độc thủy ngân ở đất, nước và các sinh vậtsống xung quanh khu vực đó Nguyên nhân là do công nghệ sản xuất xút – clo ở cácnhà máy có sử dụng đến điện cực catot chế tạo từ thủy ngân Dòng nước thải từ bểđiện phân có nồng độ thủy ngân cao hơn rất nhiều lần mức độ cho phép

Người ta nhận thấy rằng ở nhiều cơ sở, xí nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơhàm lượng kim loại nặng trong nước thải đã vượt quá mức cho phép Chính vì vậyvấn đề cấp bách đặt ra là phải xử lý, tách loại các kim loại đó ra khỏi nguồn nướctrước khi ra khỏi môi trường

Công nghiệp mạ điện

-11-Nước thải của quá trình mạ điện có hàm lượng kim loại nặng rất lớn Khinghiên cứu tại một nhà máy mạ crom ở Mỹ đã chỉ ra rằng trong nước thải rửa, nồng

độ crom là 1.84mg/l và niken là 4.1mg/l Nước rửa từ quá trình mạ đồng có hàmlượng crom lên đến 0.84mg/l và đồng là 0.44mg/l Như vậy quá trình mạ điện củacác nhà máy là một nguyên nhân không nhỏ gây ra sự ô nhiễm kim loại nặng

Quá trình sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm người ta phát hiện thấy nồng độcủa một số kim loại rất cao như: nhôm 100mg/l, kẽm 10mg/l Đặc biệt khi nồng độcao có thể lên tới 40mg/l đối với coban, 62mg/l đối với chì và kẽm là 900mg/l

Các quá trình sử dụng kim loại

Nhiều kim loại nặng được sử dụng trong các lĩnh vực công nghệ, giao thôngvận tải, cơ khí, xây dựng sinh hoạt như nhôm, antimon, cadimi, asen, đồng, chì,kẽm, thủy ngân Trong đó, chì thường được dùng để sản xuất mực in, xăng, pin.Hằng năm trên thế giới sử dụng khoảng 3 triệu tấn chì trong đó 40% được xử dụngcho sản xuất acquy, 20% sử dụng cho xăng dưới dạng chì ankyl ( gần đây lượng chì

sử dụng trong lĩnh vực này đã giảm do công nghệ sản xuất xăng không chì), 12% sửdụng trong công trình xây dựng, 6% sử dụng cho các đường dây cáp điện, 5% sửdụng trong quân sự , 17% sử dụng trong các mục đích khác

Việt nam là một nước đang phát triển, đang trong thời kỳ công nghiệp hóa,hiện đại hóa đã khuyến khích các thành phần kinh tế, các ngành nghề truyền thống

mở rộng phát triển Trong đó quan tâm đến một số ngành nghề thủ công ở các vùngnông thôn, đó là tái chế và tái sử dụng lại các vật liệu như đồng, chì Chính cáchoạt động này đã gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường nước bị ô nhiễmkim loại nặng

Trong chất sống (chủ yếu là thực vật) có chứa khoảng 5.10-5 mg/kg theo khối

xanh bao bọc trên bề mặt bảo vệ cho chì không bị oxi hóa tiếp

một số nguyên tố phi kim loại khác như lưu huỳnh, photpho

dịch axit Tuy nhiên chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit clohiđric

nhưng với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó, chì có thể tan vì

muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan:

- 13

-PbSO4 + H2SO4 → Pb(HSO4)2

1.3.1.3 Các dạng tồn tại của chì trong nước [4], [9], [13]

Chì là kim loại tương tự nhôm, crom, kẽm có hydroxit, oxit tương ứng làlưỡng tính Do đó trong nước chì tồn tại ở các dạng khác nhau phụ thuộc vào pHcủa môi trường và nồng độ chì

Trong dung dịch nước chì tồn tại ở hai trạng thái hóa trị, chủ yếu là

(b)

Hình 1.1 Biểu đồ ranh giới các dạng tồn tại của chì trong dung dịch ở các giá trị pH

-15-Chì kim loại và muối sunfua của nó được coi là không gây độc do chúngkhông được cơ thể hấp thụ Tuy nhiên, các hợp chất chì tan trong nước thì rất độc.

Khi cơ thể bị nhiễm độc chì sẽ gây ức chế một số enzym quan trọng của quátrình tổng hợp máu gây cản trở quá trình tạo hồng cầu Nói chung, chì phá hủy quátrình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố khác cần thiết cho máu như cytochromes

Khi hàm lượng chì trong máu đạt khoảng 0,3ppm thì nó ngăn cản quá trình

sử dụng oxi để oxi hóa glucozơ, tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó làmcho cơ thể mệt mỏi Ở nồng độ cao hơn (> 0,8ppm) có thể gây nên bệnh thiếu máu

do thiếu các sắc tố hồng cầu Hàm lượng chì trong máu nằm trong khoảng 0,5 –0,8ppm gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy tế bào não

Xương là nơi tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với photphat trongxương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó

Tóm lại, khi xâm nhập vào cơ thể động vật chì gây rối loạn tổng hợphemoglobin, giảm thời gian sống của hồng cầu, thay đổi hình dạng tế bào, xơ vữađộng mạch, làm cho con người ngu đần, mất cảm giác, gây ra các bệnh về tai, mũi,họng, viêm phế quản Khi bị ngộ độc chì sẽ có triệu chứng đau bụng, buồn nôn,tiêu chảy, ăn không ngon miệng và co cơ, sảy thai, kém sinh ra tinh trùng

Trẻ em bị nhiễm độc chì có thể trầm trọng hơn người trưởng thành, đặc biệt

là trẻ em dưới 6 tuổi vì hệ thần kinh còn non yếu và chức năng đào thải chất độcchưa hoàn thiện Một số trẻ có thể bị nhiễm ngay từ khi còn trong bụng mẹ do chìnhiễm qua nhau thai hoặc bú sữa mẹ có hàm lượng chì cao Tới khi lớn trẻ em tiêuthụ các loại thực phẩm chứa chì, nuốt chì lẫn trong đất, bụi khi bò chơi trên mặt đấthoặc ăn các mảnh vụn sơn tường nhà cũ Do trẻ em có mức hấp thụ gấp 4-5 lầnngười lớn Mặt khác, thời gian bán phân hủy chì ở trẻ em cũng lâu hơn nhiều so vớingười lớn Do đó, trẻ em dưới 6 tuổi và phụ nữ có thai là những đối tượng mẫn cảmvới những ảnh hưởng nguy hại do chì gây ra

Khi bị nhiễm độc chì, có thể giải độc bằng cách dùng các hóa chất nhưEDTA; 2,3-dimecaptopropanol, penicilamin là các hóa chất có khả năng tạo phứcchelat với chì.

1.3.3 Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm chì trong môi trường

Nguồn gốc gây ô nhiễm chì trong môi trường bao gồm nguồn gốc tự nhiên

và nhân tạo

Nguồn gốc tự nhiên, phần lớn chì đi vào môi trường là do hoạt động của núi

lửa, đá biến chất Tuy nhiên, nguồn ô nhiễm chì từ các quá trình địa hóa là khôngđáng kể so với các hoạt động nhân tạo

Nguồn gốc nhân tạo, chủ yếu do các hoạt động sản xuất công nghiệp, giao

thông vận tải và sinh hoạt của con người Chì (cả hai dạng vô cơ và hữu cơ) cótrong nước thải của các nhà máy sản xuất pin, acqui, luyện kim, hóa dầu chì cònđược đưa vào môi trường do khí thải giao thông, khai khoáng, đốt nhiên liệu hóa

thạch, sản xuất và tái chế chì, sản xuất các hợp kim chì, đốt cháy các loại rác thải,sản xuất các loại phân bón hóa học, sản xuất xi măng, công nghiệp sản xuất

-17-nghiệp sơn) Phần lớn những nước có nền công -17-nghiệp phát triển cao thì nguy cơ ônhiễm nguồn nước do chì ở đó cũng cao hơn ở những nước khác do sử dụng nhiềunguồn nguyên liệu chứa chì.

Hoạt động nông nghiệp sử dụng các loại phân bón hóa học không tinh khiết

và thuốc trừ sâu cũng đã đưa một lượng lớn kim loại nặng vào đất và nước ngầm.Các kim loại nặng trong bùn thải được dùng để bón ruộng, trong đó chì thường tồntại dưới dạng hợp chất cacbonat (khoảng 60%) cũng là nguồn đưa kim loại này vàođất và nước Việc sử dụng các nguồn nước tưới ô nhiễm kim loại nặng cũng là vấn

được chuyển vào nước bằng các quá trình lý - hóa học khác nhau Khi sử dụngnguồn nước thải công nghiệp, nước mưa, nước chảy tràn đô thị và nông nghiệp,nước do quá trình khai thác mỏ để tưới vào đất thì hàm lượng chì trong đất vànước ngầm tăng dần theo thời gian

1.3.4 Hiện trạng ô nhiễm chì trong môi trường nước trên thế giới

Theo đánh giá của viện nghiên cứu Blacksmith (Mỹ) trong 10 khu vực ônhiễm nhất thế giới có Thiên Tân (Trung Quốc), La Oroya (Peru), Dalnegorsk (Nga)

và Kebwe (Zambia) là những khu vực bị ô nhiễm nặng nề do ngành công nghiệpkhai thác và luyện chì Chì là chất gây ô nhiễm được nói đến nhiều nhất trong danhsách của viện Blacksmith vì tác hại của nó đối với trẻ em rất nghiêm trọng

Tại La Oroya (Peru), ngành công nghiệp chủ yếu của thành phố này là khaithác và luyện chì Từ năm 1922 các cơ sở nấu kim loại đã làm ô nhiễm thành phốnày Đến năm 1992, ngành công nghiệp này đã bắt đầu phát triển mạnh mẽ khiến từkhông khí, đất cho đến nước đều bị nhiễm chì nặng Việc khai thác và chế biến chì

ở đây đã làm cho hàm lượng chì nhiễm vào máu của trẻ em ở thành phố này cao ởmức đáng ngại Số người có nguy cơ bị ảnh hưởng là 35 nghìn người, 99% số trẻ

em có hàm lượng chì nhiễm vào máu vượt mức cho phép Theo những cuộc khảosát gần đây hàm lượng chì trung bình cao gấp ba lần giới hạn cho phép của WHO.Ngay cả sau khi hàm lượng chì trong không khí từ các cơ sở sản xuất kim loại đãgiảm thì chì vẫn còn tồn tại trong đất hàng thế kỉ nữa Tuy nhiên cho đến nay vẫnchưa có kế hoạch nào nhằm xử lý vấn đề này [17]

-18-Thung lũng sông Rudnaya (Nga) là khu vực khai thác mỏ và luyện kim loại

có tỷ lệ bệnh ung thư cũng như các bệnh mãn tính rất cao do xử dụng công nghệ đãlỗi thời Các thị trấn như Dalnegorsk, Rudnaya Pristan được xây dựng xung quanhcác nhà máy luyện chì và cảng biển, là một trong những khu vực ô nhiễm chì và cácchất độc hại khác lớn nhất ở Nga Tại đây, bệnh đường hô hấp, tổn thương thầnkinh chiếm tỷ lệ cao nhất trong khu vực, đặc biệt nghiêm trọng ở trẻ em Khoảng50% trẻ em được xét nghiệm cho thấy có hàm lượng chì trong máu rất cao Việnnghiên cứu Blacksmith đã xếp thị trấn Dalnegorsk là một trong mười khu vực ônhiễm nhất thế giới [16]

Thiên Tân là một khu công nghiệp hàng đầu Trung Quốc và cũng là mộttrong những thành phố ô nhiễm nhất nước này Lĩnh vực sản xuất chính của thànhphố là ngành công nghiệp khai thác chì Do không quan tâm đến vấn đề môi trườngnên hiện nay nồng độ chì trong không khí và đất ở đây cao gấp 10 lần mức độ chophép, còn trong cây cối là gấp 24 lần Số người có khả năng bị tác động của ô nhiễmchì và các kim loại khác vào khoảng 140.000 người Qua kiểm tra cho thấy lúa mỳ

có chứa lượng chì cao gấp 24 lần tiêu chuẩn của Trung Quốc [24]

Tại Kabwe (Zambia), ô nhiễm chì có thể tác động tới 255.000 người Tínhtrung bình, mức nhiễm chì ở trẻ em cao hơn chuẩn cho phép của Cơ quan bảo vệmôi trường Mỹ từ 5 - 10 lần, và có thể thậm chí còn cao hơn mức gây tử vong

Tại Việt Nam, nước thải của các nhà má y hóa chất và khu luyện kim hầu hết

có hàm lượng chì rất cao, vượt quá giá trị tối đa cho phép của QCVN gấp nhiều lần(giá trị tối đa khoảng từ 0,1 - 0,5mg/l) Cụ thể, nước thải của nhà máy sản xuất Pb -

Zn có hàm lượng chì khoảng 5,0 - 7,0 mg/l; nhà máy sản xuất Mo - W là 0 - 16,0mg/l

Tại các làng nghề tái chế kim loại khu vực Yên Phong (Bắc Ninh), hiệntượng ô nhiễm chì trong nước thải và khí thải rất nghiêm trọng, nồng độ chì trongkhu vực đã vượt quá TCCP tới 87,2 lần [14]

Làng nghề tái chế chì Đông Mai (Hưng Yên), hàm lượng chì thải ra trongnguồn nước với mức trung bình là 0,77mg/l, vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 7,7-15lần Ở nơi ao hồ đãi và đổ xỉ, hàm lượng là 3,278mg/l, vượt quá tiêu chuẩn chophép từ 32-65 lần

Tại xã Bản Thi - Chợ Đồn - Bắc Kạn, các hộ dân sinh sống lân cận xưởngtuyển của Xí nghiệp chì kẽm Chợ Điền và mỏ chì kẽm Bản Thi đều có biểu hiện của

ô nhiễm chì rõ ràng Xưởng tuyển thường xuyên dùng nhiều hoá chất để lọc tuyểnlấy quặng chì kẽm, nước xả ra được cho qua bể lắng rồi chảy thẳng xuống nguồnnước nơi các hộ dân sinh sống

Vì vậy việc xử lý để giảm bớt hàm lượng chì trong nước là việc cấp bách vàcần thiết để bảo vệ môi trường cũng như sức khoẻ con người

1.4 Các phương pháp xử lý chì trong nước.

1.4.1 Phương pháp kết tủa.

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc chuyển dạng tan của kim loại cần xử

lý sang dạng không tan sau đó loại bỏ chúng bằng cách lắng lọc

lý tiếp theo Lượng bùn sinh ra khá lớn và khó có thể tái sử dụng Nếu không tái sửdụng và không xử lý lượng bùn này thì lượng chì tích tụ trong bùn ngày càng nhiều

và chúng có thể tan vào môi trường nước gây ô nhiễm bất cứ lúc nào nếu môitrường nước bị thay đổi

1.4.2 Phương pháp keo tụ.

Cơ sở của phương pháp là dựa trên quá trình trung hòa điện tích giữa các hạtkeo và liên kết các hạt keo lại với nhau dẫn đến trạng thái keo của các hạt bị phá vỡtạo thành các khối bông lớn và sa lắng xuống Trong quá trình sa lắng chúng kéotheo các tạp chất và các hạt lơ lửng

-20-Các chất keo tụ thường là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp hai muối đó

chất keo tụ phụ thuộc vào tính chất lý hóa, nồng độ của các tạp chất trong nước, pH

và giá thành của chất keo tụ Để tăng cường hiệu quả của quá trình keo tụ người tacòn dùng các chất trợ keo tụ có nguồn gốc thiên nhiên như tinh bột, xenlulozo,dextrin, các este Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép hạ thấp liều lượng chất keo

tụ, giảm thời gian của quá trình keo tụ và nâng cao tốc độ lắng của các hạt bôngkeo

1.4.3 Phương pháp hấp phụ.

Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách pha Đây là phương pháptách chất trong đó các cấu tử từ hỗn hợp lỏng hoặc khí được hấp phụ trên bề mặt rắncủa chất hấp phụ

Chất hấp phụ là chất có bề mặt tại đó xảy ra quá trình hấp phụ Đó là nhữngchất có diện tích bề mặt lớn đồng thời có nhiều trung tâm hoạt động có khả nănghút các chất bị hấp phụ

Các chất hấp phụ thường sử dụng như silicagen, than hoạt tính, các loạikhoáng sét, các hydroxit kim loại, các sản phẩm phụ như bùn than hoạt tính, xỉ,tro có giá thành rẻ, dễ kiếm

Chất bị hấp phụ là chất được tập trung trên bề mặt chất hấp phụ, thường

vật lý và hấp phụ hóa học

Hấp phụ vật lý: là hấp phụ được gây bởi lực hút Van der Waals giữa các phần

tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Lực hút này yếu do đó nhiệt tỏa ra

trong quá trình hấp phụ thường từ 2 – 3 kcal/mol Tốc độ hấp phụ vật lý xảy ranhanh hơn do quá trình hấp phụ không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử, hấp phụ vật lýrất ít phụ thuộc vào bản chất hóa học bề mặt chất hấp phụ

Hấp phụ hóa học: được thực hiện bởi lực liên kết hóa học giữa các phân tử

trên bề mặt chất hấp phụ và phân tử chất bị hấp phụ Lực này bền khó bị phá vỡ nênnhiệt tỏa ra trong quá trình hấp phụ thường lớn hơn 22 kcal/mol Hấp phụ hóa họcđòi hỏi sự hoạt hóa phân tử nên tốc độ hấp phụ chậm hơn và phụ thuộc rất nhiềuvào bản chất hóa học của bề mặt chất hấp phụ

- Có trung tâm hoạt động: nhóm chức, phân tử có khả năng tạo liên kết hóa học.

Cân bằng hấp phụ: Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch và có thểbiểu diễn dưới dạng một phản ứng hóa học

A: chất hấp phụ

O: bề mặt chất hấp phụ còn trống

Các phân tử chất bị hấp phụ khi đã bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ vẫn

có thể di chuyển trở lại pha lỏng hoặc pha khí Theo thời gian phân tử chất lỏnghoặc chất khí di chuyển lên bề mặt chất rắn càng nhiều thì sự di chuyển ngược lạipha lỏng hoặc pha khí của chúng sẽ tăng lên Đến một thời gian nào đó, tốc độ hấpphụ lên bề mặt của chất hấp phụ sẽ bằng tốc độ di chuyển của chúng ra ngoài phalỏng hoặc pha khí, khi đó quá trình hấp phụ sẽ đạt trạng thái cân bằng

Phương pháp hấp phụ có hiệu quả xử lý cao, quy trình xử lý đơn giản, côngnghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp Vật liệu hấp phụ có độ bền khá cao, cókhả năng tái sử dụng nhiều lần nên chi phí xử lý thấp nhưng hiệu quả xử lý cao.Phương pháp này đang được đưa vào ứng dụng nhiều trong kĩ thuật xử lý nước vànước thải

1.4.4 Phương pháp trao đổi ion.

Trao đổi ion là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hóa học giữa iontrong pha lỏng và ion trong pha rắn

Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng ionit là nhựa hữu cơtổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion

Nhựa trao đổi ion có thể tổng hợp từ hợp chất vô cơ hay hữu cơ có gắn các

-22-RCl + A- → RA + ClQuá trình trao đổi ion có thể được tiến hành trong các cột anionit hoặccationit.

-K Srinivasa Rao và các cộng sự [20] đã nghiên cứu xử lý nước thải có chứa

Pb và Fe bằng cách sử dụng hai loại nhựa trao đổi ion khác nhau là Duolite ES 467(có chứa nhóm chức amino-phosphonic) và nhựa vòng càng trao đổi ion (có chứanhóm chức axít hydroxamic)

Phương pháp trao đổi ion được sử dụng rộng rãi trong các quá trình xử lýnước thải cũng như nước cấp Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ionthường được sử dụng để khử các muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu,khử kim loại nặng cũng như các ion kim loại khác trong nước Trong xử lý nướcthải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại các kim loại (kẽm, đồng, crom,niken, chì, thủy ngân, cadimi, các hợp chất của asen, xianua, photpho và các chấtphóng xạ) Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạchnước cao

Tuy nhiên phương pháp này cần chi phí đầu tư và vận hành khá cao nên ítđược sử dụng cho các công trình lớn và thường chỉ sử dụng cho các trường hợp đòihỏi chất lượng xử lý cao

Trong các phương pháp xử lý ở trên thì phương pháp kết tủa, phương phápkeo tụ là các phương pháp đã và đang được sử dụng nhiều nhất Đồng thời đây cũng

là những phương pháp thải ra lượng bùn thải rất lớn Do đó việc xác định nồng độchì trong nước ở những khu vực sử dụng bùn thải để tái sử dụng cho sản xuất nôngnghiệp hoặc khu vực hồ chứa bùn thải là rất quan trọng

1.5 Các phương pháp xác định chì

Có nhiều phương pháp xác định chì như phương pháp trắc quang, phươngpháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES),phương pháp cực phổ, phương pháp vôn-ampe hòa tan, phương pháp ICP - MS.Trong luận văn này chúng tôi sử dụng hai phương pháp trắc quang và phương phápphổ hấp thụ nguyên tử

1.5.1 Phương pháp trắc quang [5].

Phương pháp này chính là phương pháp phổ hấp thụ phân tử trong vùng VIS

UV-Ở điều kiện bình thường các phân tử và nhóm phân tử ở trạng thái bền vững

và nghèo năng lượng Đây là trạng thái cơ bản nhưng khi có một chùm sáng với

năng lượng thích hợp chiếu vào thì các điện tử hóa trị trong các liên

kết sẽ hấp thụ năng lượng chùm sáng, chuyển lên trạng thái kích thích với mức

chính là năng lượng mà phân tử hấp thụ từ nguồn sáng để tạo ra phổ hấp thụ

phân tử của chất

Nguyên tắc: Phương pháp xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của dung

dịch chứa ion cần xác định với một thuốc thử hữu cơ hoặc vô cơ trong môi trường

thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng đơn sắc Phương trình định lượng của phép

đo:

A=KCTrong đó:

và là một phương pháp được sử dụng rất phổ biến

Xác định chì bằng phương pháp trắc quang – thuốc thử dithizone là phương

pháp có độ nhạy và độ chính xác cao Thuốc thử dithizone có thể tạo phức màu rất

tốt với chì, cho dù hàm lượng chì là rất nhỏ

1.5.1.1 Thuốc thử dithizone

Thuốc thử dithizone là tên gọi tắt của 1,5-diphenylthiocarbazone hoặc có thể

gọi theo các tên sau: n,n-diphenyl-C-mercaptoformazane, phenylazothio-formic

acid 2-phenylhydrazide

Dithizone tồn tại ở ba dạng cấu tạo:

Dithizone ở dạng tinh thể màu tím đen có ánh kim, điểm nóng chảy 165oC

Dithizone là một axit yếu hai lần axit, khi tan trong nước phân ly rất yếutheo hai nấc

Theo Fisơ công thức cấu tạo của dithizonat một lần thế có dạng:

S = C

Theo I VIN có dạng:

Theo Deiger :

S - C -N=N-CM

NH -N

C

Ở đây n là hóa trị của kim loại:

Công thức cấu tạo của dithizonat hai lần thế có dạng sau:

Phản ứng tạo phức của dithizone với kim loại xảy ra khi cho dung dịch chứa

kim loại lắc đều với dung môi hữu cơ có hòa tan dithizone Phức màu tạo thành

phân bố chính trong pha hữu cơ:

Cấu trúc chính của phức dithizonat của kim loại hóa trị hai như sau:

Nếu kim loại dư hoặc pH cao, các ion kim loại như Cu (II), Ag, và Hg chophức phụ mà cấu trúc của chúng tương ứng với kim loại hóa trị một và hai như sau:

-26-Ion chì Pb2+ trong dung dịch thường tạo phức chì dithizonat một lần thế (saukhi đã loại bỏ các yếu tố cản trở) Hợp chất này không tan trong nước

nhưng tan trong dung môi hữu cơ có màu đỏ anh đào

Phức tạo thành có cấu tạo:

Pb

Nguyên tử hydro trong nhóm mecapto được thay thế bởi kim loại

Phức chì này tan trong dung môi hữu cơ và được chiết tách rồi đem đo quang

1.5.1.2 Phương pháp chiết [3], [11].

Chiết là quá trình vận chuyển vật chất giữa hai pha không tan lẫn vào nhaukhi chúng tiếp xúc với nhau Chiết nhằm mục đích làm giàu vật chất hoặc tách cácchất ra khỏi nhau

Khái niệm chiết chỉ giành cho quá trình vận chuyển vật chất giữa hai pha làrắn - lỏng hoặc lỏng - lỏng Đối với hai pha rắn – khí hay lỏng – khí người ta quanniệm đó là các quá trình hấp thụ hay hấp phụ, chứ không gọi là chiết

Quá trình chiết xảy ra sau khi hệ đạt tới cân bằng, hai pha sẽ tách khỏi nhau.Vật chất được chuyển vào pha nào, pha đó được gọi là phần chiết (hay dịch chiết)pha còn lại gọi là nước cái (hay nước mẹ) Thông thường trong phân tích, phầnchiết thường là pha hữu cơ còn nước cái là pha nước sau khi chiết

pha trong hệ chiết

pha hữu cơ

Đối với hệ chiết này quá trình chiết không xảy ra các phản ứng hóa học,

mà vận hành thuần túy theo quy luật độ tan của các chất giữa hai pha Hệ chiết nàychỉ dùng để chiết các cấu tử là những hợp chất không phân cực (gồm các hợp chấtcộng hóa trị, các hợp chất hữu cơ, cá phần tử không mang điện tích) Dung môi sửdụng là những dung môi hữu cơ không hoặc ít phân cực Đây cũng là hệ chiết được

sử dụng nhiều trong công nghiệp

Đối với những hệ chiết vật lý, các chất có phân tử càng lớn thì hệ số phân bốcàng lớn và phân tử không chứa các nhóm chức có khả năng liên kết hóa học thìkhả năng chiết sẽ cao

Trong điều kiện thường, nguyên tử không thu cũng không phát ra năng lượngdưới dạng các bức xạ năng lượng, lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản Khinguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu chúng ta kích thích nó bằng một chùm sángđơn sắc có năng lượng phù hợp có độ dài sóng trùng với các vạch phổ phát xạ đặctrưng của nguyên tố đó thì chúng sẽ hấp thụ các tia sáng đó và sinh ra phổ hấp thụnguyên tử.

Trên cơ sở sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử, ta thấy phổ hấp thụnguyên tử chỉ được sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và ở mứcnăng lượng kích thích Vì vậy, muốn thực hiện được phép đo phổ AAS cần phảithực hiện các công việc sau:

hơi Đây là quá trình hóa hơi mẫu

do của các nguyên tố cần phân tích trong mẫu để chúng có khả năng hấp thụ bức xạđơn sắc Đây là giai đoạn quan trọng nhất và quyết định đến kết quả của phép đoAAS

chiếu vào đám hơi nguyên tử đó Phổ hấp thụ sẽ xuất hiện

qua môi trường hấp thụ, phân ly chúng thành phổ và chọn một vạch phổ cần đo củanguyên tố phân tích hướng vào khe đo để đo cường độ của nó Trong một giới hạnnhất định của nồng độ, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ củanguyên tố cần phân tích theo phương trình:

Aλ= k C.L

C: Nồng độ nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ

-29-Chương 2: THỰC NGHIỆM

2.1 Mục tiêu nghiên cứu.

Hiện nay, ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên trầm trọng, là vấn đề cấpbách mang tính toàn cầu Đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng

Chì là một trong những kim loại được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

Do đó, lượng chì thải ra môi trường là rất lớn, gây ảnh hưởng trầm trọng đến sứckhỏe và đời sống của con người Với tính chất đặc biệt, khi các dạng chì thải rangoài môi trường có thể quay trở lại gây ô nhiễm môi trường nước bất cứ lúc nàonếu môi trường thay đổi Vì vậy, mục tiêu nghiên cứu của đề tài là : Nghiên cứu sựlắng đọng và vận chuyển của chì trong môi trường nước

2.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Trong khuôn khổ đề tài chúng tôi chỉ bước đầu nghiên cứu chì với các mẫunghiên cứu trong phòng thí nghiệm Kết quả thu được có thể ứng dụng để nghiêncứu các mẫu nước thải thực tế

Đối tượng nghiên cứu là các dạng hợp chất ít tan của chì và các dạng hợpchất tan trong nước của chì trong các môi trường nước khác nhau

2.3 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm và hóa chất thí nghiệm

Cuvet thủy tinh:

Các dụng cụ khác: Phễu lọc, giấy lọc, đũa thủy tinh, giá đỡ, bình tia nước cất…

2.3.2 Thiết bị thí nghiệm

Cân phân tích, cân kỹ thuật

Máy lắc, máy sấy, tủ hút