Hcmute nghiên cứu khả năng hấp thụ ion kim loại pb2+ trong nước thải bằng cây cỏ năng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI Pb2+ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2012 - 117 S KC0 1 Tp Hồ Chí Minh, 11/2012 Luan van BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM oOo MÃ SÔ: SV2012-117 ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI Pb2+ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG THUỘC NHĨM NGÀNH : CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Th.s NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI : HUỲNH TẤN TÀI ĐƠN VỊ: KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC & THỰC PHẨM Tp.Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG PHẦN ĐẶT VẤN ĐỀ I ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU  Ơ nhiễm chì giới Ô nhiễm môi trường vấn đề nghiêm trọng mà nhiều quốc gia giới phải đối mặt Các vấn đề ô nhiễm khiến người dân khắp trái đất phải đương đầu với nhiều bệnh dịch có sức tàn phá khủng khiếp Nạn nhiễm mơi trường thấy nơi giới, từ Mexico, Nga, Mỹ Trung Quốc, Ấn Độ… Tình trạng nhiễm vài thành phố quốc gia xuất phát từ nhiều lý khác Dựa số liệu từ 1000 đánh giá rủi ro địa điểm ô nhiễm giới hai năm qua Viện Blacksmith - tổ chức hoạt động mơi trường Mỹ, mối đe dọa lớn đến sức khỏe người vấn đề ghi nhận hàng ngày có 100 triệu người giới "thở" "ăn" chất ô nhiễm độc hại thủy ngân, chì crơm Chủ tịch Viện Blacksmith, Richard Fuller cho biết sức khỏe khoảng 100 triệu người nước phát triển bị đe dọa vấn đề ô nhiễm Theo Chủ tịch Fuller, địa điểm độc hại tập đoàn đa quốc gia gây ra, mà thường doanh nghiệp địa phương, ngành công nghiệp thủ công khai thác vàng tái chế pin chì gây Điển hình, trường hợp nhiễm nghiêm trọng tiểu bang Zamfara, phía tây bắc Nigiêria, bác sĩ Tổ chức Bác sĩ Không Biên Giới (MSF) cho biết đến thăm khu vực này, họ không thấy đứa trẻ làng, sau họ biết có 400 trẻ em chết nhiễm độc chì cấp tính khoảng 2500 trẻ cịn lại cấp cứu nhiễm độc chì Ơ nhiễm chì trở nên phổ biến từ hoạt động khai thác mỏ hoạt động khu công nghiệp Hiện nay, người dân toàn giới gánh chịu hậu phát triển công nghiệp không bền vững mà họ gây  Ơ nhiễm chì Việt Nam Nước ta có cơng nghiệp chưa phát triển mạnh, khu công nghiệp đô thị chưa đơng tình trạng nhiễm nước xảy nhiều nơi với mức độ nghiêm trọng khác Các nguồn thải kim loại nặng từ nhà máy khí, nhà máy luyện kim, nhà máy mạ nhà máy hóa chất Tác động kim loại nặng tới môi trường sống lớn, nhiên Việt Nam việc xử lý nguồn nước thải chứa kim loại nặng từ nhà máy chưa có quan tâm mức Bởi nhà máy Việt Nam SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG thường có quy mơ sản xuất vừa nhỏ khả đầu tư vào hệ thống xử lý nước thải hạn chế Hầu hết nhà máy chưa có hệ thống xử lý hệ thống xử lý sơ sài nồng độ kim loại nặng nhà máy thải môi trường thường hệ thống sông, hồ vượt tiêu chuẩn cho phép Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 1.1 Ngồi nƣớc Trên giới có nhiều nghiên cứu ứng dụng thủy sinh vật để xử lý nước thải bao gồm nhóm thực vật trơi như: Lục Bình, Bèo Tai Tượng, Bèo Cám,… nhóm thực vật ngập nước : Cỏ Năng Tương, Sậy, Bồn Bồn, Thủy Trúc, Cỏ Đuôi Mèo, Cỏ Vetiver,…Tuy nhiên phần lớn ứng dụng thực nước ô đới Đan Mạch, Úc, Mỹ, Cộng hòa Sec,…Một số nước nhiệt đới ưng dụng chưa nhiều Thái Lan, Malaysia, Indonesia,… (Brix, 2003; Cooper, 2003; Silva et al, 2003) Cụ thể công trinh nghiên cứu Soulwène Kouki (2009) sử dụng Sậy cỏ Đuôi Mèo trồng đất trộn sỏi để sử lý nước thải sinh hoạt hiệu xử lý đạt 95% Cơng trình nghiên cứu Nathasith Chiarawatchi (2010) trồng cỏ Đuôi Mèo đất phèn nuôi Trùng Quế kết hợp để xử lý nước thải chăn nuôi heo đạt hiệu loại bỏ chất ô nhiễm hữu 98% Ngồi cơng trình kể trên, nghiên cứu khác Đức, Thái Lan, Thụy Sỹ, Bồ Đồ Nha cho thấy sử dụng thực vật xử lý nước thải loại bỏ vi sinh vật gây bệnh nước thải sinh hoạt nước thải đô thị, xử lý phân bùn xử lý nước thải cơng nghiệp, nước rị rĩ bãi rác… Khơng thực vật từ hệ thống sử lý chế biến, sử dụng làm thức ăn cho gia súc, phân bón cho đất, làm bột giấy, làm nguyên liệu cho sản xuất đồ thủ công mỹ nghệ nguồn lượng thân thiện với mơi trường Vì vậy, việc ứng dụng thủy sinh thực vật xử lý nước thải nhiều nước giới hướng đến công nghệ xử lý chi phí thấp, thân thiện với mơi trường, đảm báo tính đa dạng sinh học, đồng thời tạo cảnh quan đẹp xử lý nơi sống, sinh sản cho sinh vật thủy sinh (Headley and Tarner, 2006) 1.2 Trong nƣớc Ở Việt Nam có vài nghiên cứu dùng thủy sinh thực vật để xử lý nước như: dùng Lục Bình, Cỏ Vetiver, Bèo Tai Tượng, Bèo Cám, Rau Dừa Nước, Rau Muống, Sậy, Cỏ Voi, Cỏ Năng Tương,…Các loại thủy sinh thực vật có ưu điểm xử lý nước thải sinh khối tăng nhanh, hiệu xử lý chất thải hữu nước cao Các đề tài nghiên SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG cứu áp dụng phương pháp Việt Nam “ Xử lý nước thải sinh hoạt bải lọc ngầm trồng dòng chảy thẳng đứng điều kiện Việt Nam” trung tâm kỹ thuật Môi trường đô thị khu công nghiệp ( Trường ĐH Quốc Gia Hà Nội); “ Xây dựng mơ hình hệ thống đất ngậm nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt xã Minh Nơng, Bến Gót, Việt Trì” Trường ĐH Quốc Gia Hà Nội,…đã cho thấy hoàn toàn áp dụng phương pháp điều kiện Việt Nam Có thể khai qt thêm số cơng trình nghiên cứu có liên quan như: TS Tăng Thị Chính (2010) sử dụng kết hợp phế phẩm biomix 2, Bèo Nhật Bản với chế phẩm LTH100 để xử lý nước thải làng nghề tái chế nhựa Đông Mẫu, xã Yên Đông, huyện Yên Lạc (Vĩnh Phúc) nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường cho phép khơng cịn mùi thối Cơng trình nghiên cứu Hội nước Môi trường Tp.HCM dùng kết hợp ba loại thực vật cỏ Vetiver, cỏ Voi, Dầu Mè để xử lý nước rỉ rác cho kết tốt Cơng trình nghiên cứu Nguyễn Hà Phương Ngân (2009) sử dụng Dầu Mè xử lý nước thải chăn nuôi heo, kết loại bỏ 94% chất ô nhiễm hữu nước thải sau qua hệ thống trồng Cơng trình nghiên cứu sử dụng cỏ Năng Tương (Scripus littoralis schrab) để xử lý nước thải đầu Khu cơng nghiệp Tân Bình đạt loại A QCVN 24:2009 cho kết tốt Cơng trình nghiên cứu PGS.TS Nguyễn Việt Anh xử lý nước thải bãi lọc ngầm trồng dòng chảy thẳng đứng điều kiện môi trường Việt Nam, sử dụng trồng xen kẻ loại như: Cỏ Voi, Sậy, Mai Nước, Thủy Trúc, Phát Lộc trồng vật liệu sỏi đá gạch vỡ gồm bể mắc nối dòng chảy ngầm thẳng đứng để xử lý nước thải thoát từ hầm tự hoại kết đạt nồng độ chất ô nhiễm nước thải đạt loại A TCVN 5945 – 1995 Qua cơng trình nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng thủy sinh thực vật xử lý nước thải loại bỏ chất hữu có khả phân hủy sinh học, chất rắn, Nitơ, Phootspho, kim loại nặng, hợp chất hữu kể vi sinh vật virut Các chất ô nhiễm loại bỏ nhờ chế đồng thời hệ thống xử lý lắng, kết tủa, hấp phụ hóa học, trao đổi vi sinh vật hấp thụ thực vật Giới thiệu cỏ Tên khoa học: Eleocharis dulcis Tên phổ thông: Cây Cỏ Năng, Cỏ Năng ống Nguồn gốc xuất xứ: Viễn đông Phân bố Việt Nam: Rộng khắp SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG Giới (regnum): Plantae (không phân hạng): Angiospermae (không phân hạng) Monocots (không phân hạng) Commelinids Bộ (ordo): Poales Họ (familia): Cyperaceae Chi (genus): Eleocharis Hình Cây cỏ 2.1 Đặc điểm hình thái Đây loại thực vật thủy sinh hay nê thực vật, có thân màu xanh rỗng ruột, phát triển cao khoảng 1m đến 1,5 m Gốc bị dài rễ phù to thành củ, củ có kích thước khoảng 10 đến 25 mm đường kính Dạng hình trịn, có vải đen bên ngoài, thường màu nâu sẫm Năng tạo phát hoa chót thân, mang nhiều hoa nhỏ, hoa thường trổ kích thước đạt đến chiều cao tăng trưởng thực vật cỏ Một bụi Cỏ Năng hợp lại nhiều đơn vị, bụi Cỏ Năng hợp thành nhiều nhỏ SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG 2.2 Đặc điểm sinh lý, sinh thái Tốc độ sinh trưởng nhanh, ưa sáng, nhu cầu nước cao Thường sống khu vực ngậm nước, vùng đầm lầy ven sơng lớn, ưa khí hậu nóng ẩm Nhân giống từ tách bụi, mọc khỏe, mầm sống mạnh Do đặc điểm Cỏ Năng sống điều kiện kho hay ngậm nước rễ phát triển mạnh nên Cỏ Năng có nhiều khả xử lý kim loại nước thải Tổng quan chì 3.1 Giới thiệu kim loại chì  Tên gọi vị trí: Chì ( tên Latinh la Plumbum, gọi tắt Pb) nguyên tố hóa học nhóm IV bảng hệ thống tuần hoàn, số thứ tự nguyên tử 82, khối lượng nguyên tử 297,19 , nóng chảy 327,40C, khối lượng riêng 11,34 g/cm3  Tính chất vật lý: Chì kim loại có màu xám nhạt, khơng mùi, khơng vị, khơnghịa tan nước, khơng cháy, chì mềm dễ gia công Tuy nhiên cần bổ sung lương nhỏ nguyên tố antimon, bismuth, arsen, đồng hay kim loại kiềm thổ tăng độ cứng chì lên đáng kể Vì vậy, chì thường sử dụng dạng hợp kim công nghệ chế tạo máy  Tính chất hóa học: - Tác dụng với H2S môi trường clohydric cho kết tủa PbS đen - Tác dụng với K2SO4 cho kết tủa màu vàng PbCrO4 tan dung dịch KOH, không tan axit axetic - Tác dụng với HCl H2SO4 cho kết tủa clorua sulfat - Chì có lực mạnh với lưu huỳnh, tự nhiên thường tồn dạng sulfit - Chì nguyên chất khơng khí thường phủ nhanh lớp oxit mỏng PbO - Chì khó bị ăn mịn, tan axit sulfuric nitric đậm đặc - Trong hợp chất, chì thường có số oxi hóa +2 +4 Những hợp chất Pb2+ bền - Chì hợp chất chì độc Chì khơng bị phân hủy có khả tích tụ thể sinh vật thơng qua chuỗi thức ăn SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG 3.2 Độc tính chì Chì nhiều hợp chất chì nghành độc học xếp vào nhóm độc chất Trong thể, chì khơng bị chuyển hóa, vận chuyển từ phận sang phận khác, bị đào thải qua đường tiết tích tụ lại số quan với hàm lượng tăng dần theo thời gian tiếp xúc Chính vậy, ảnh hưởng gây độc chì nghiêm trọng lâu dài Từ độc học chì người nghiên cứu thập niên 1960, hàm lượng chì máu 60 µg/d L coi bắt đầu gây nguy hại trẻ em người lớn Sau đó, số giảm xuống cịn 30 µg/d L (năm 1975) 25 µg/d L (năm 1985) Ngày nay, hàm lượng chì máu coi bắt đầu gây nguy hại trẻ em la 10 µg/d L người lớn 25 µg/d L ( Theo trung tâm kểm soát bệnh tật Viện nghiên cứu quốc gia an toàn lao động sức khỏe Liên bang Mỹ µg/d L = 100 g/ L) Theo ước tính hàng ngày người đưa vào thể từ 20 – 400 mg Pb Khoảng – 15% Pb thể hấp thu chủ yếu tập trung xương Độc chì gây hại đến chức trí óc, gây vơ sinh, sảy thai tăng huyết áp đặc biệt gây rối loạn thần kinh trí não trẻ em làm giảm số thông minh (IQ) trẻ Chì tồn tích lũy thể đến lượng định gây ảnh hưởng tới sức khỏe Nhiễm độc chì cấp tính mãn tính Nhiễm độc chì thường gây rối loạn trí óc, co giật, đo khớp, mê dẫn đến tử vong Ngồi chì cịn gây độc hệ sinh thái cạn: làm giảm hoạt tính đất ảnh hưởng tới tăng trưởng thực vật… 3.3 Nguồn gốc phát sinh chì  Nguồn tự nhiên : Trong tự nhiên, chì nguyên tố vi lượng có thành phần vỏ trái đất Hàm lượng chì vỏ trái đất vào khoảng 13 µg/g Chì tồn khoảng 84 khống chất, điển hình galen PbS Chì vỏ trái đất xâm nhập vào thành phần khác mơi trường (khí quyển, thủy quyển) nhờ q trình tự nhiên sau: phong hóa trái đất ,động đất núi lửa, xói mịn  Nguồn nhân tạo : Ngày chì ứng dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống tất loại hình cơng nghiệp Nhờ tính chất đặc biệt dễ nấu chảy, dễ gia công, dễ tái chế, dễ tạo hợp kim, khó bị ăn mịn - Cơng nghiệp chế tạo acquy chiếm 60% lượng chì người sử dụng SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG - Ngành sản xuất đạn dược, vỏ bọc dây cáp, cán ép chì chiếm 15 % - Ngồi cịn sử dụng rộng rãi công nghiệp sản xuất sơn, gốm sứ, sản xuất bột màu - Trong nghành chế tạo máy xây dựng chì dùng để chế tạo khớp nối, đường ống, van, chi tiết máy móc có tiếp xúc với mơi trường ăn mịn lộ thiên - Trong nông nghiệp, người ta sử dụng số hợp chất chì có tính kháng sinh làm thuốc trừ sâu - Chì sử dụng rộng rãi giao thông dạng tetralkyl (chất chống nổ xăng) - Trong đời sống ngày, chì sử dụng nhiều hình thức khác nhau: vỏ đựng đồ uống, đồ nấu bếp, mỹ phẩm, đồ chơi trẻ em, đồ điện… Trong tổng lượng chì phát sinh ngồi mơi trường, chì từ hoạt động nhân tạo chiếm 95 % 3.4 Các phƣơng pháp xử lý kim loại chì Hiện có nhiều quy trình cơng nghệ để khử KLN khỏi nước thải:  Keo tụ: (kết tủa), lắng, lọc thơng thường với hóa chất keo tụ hydroxit kim loại, sulfit, cacbonat đồng keo tụ với hydroxit Nhơm Sắt Ngồi cịn có phương pháp khác như: trao đổi ion, hấp phụ, lọc qua màng, điện phân, phương pháp sinh học, kết tủa hóa học  Kết tủa hóa học: kỹ thuật thơng dụng để loại bỏ KLN hịa tan nước thải Phương pháp dựa phản ứng hóa học chất đưa vào nước thải với KLN cần tách, pH thích hợp tạo thành hợp chất kết tủa tách khỏi nước thải phương pháp lắng Hiệu trình kết tủa hóa học phụ thuộc vào yếu tố như: ion KLN, nồng độ chúng nước thải, tác nhân gây kết tủa, điều kiện phản ứng tác nhân cản trở  Ưu điểm phương pháp kết tủa hóa học: + Q trình vận hành đơn giản + Chi phí đầu tư thấp  Nhược điểm phương pháp kết tủa hóa học: + Thời gian xử lý chậm + Chiếm diện tích xử lý lớn + Thể tích bùn cao SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG + Phải xử lý bùn chứa KLN + Yêu cầu giám sát hệ thống liên tục  Kết tủa hydroxit kim loại Me(OH)n: Phương pháp truyền thống xử lý KLN kết tủa hóa học hydroxit kim loại việc keo tụ chúng thành bơng cặn lớn hơn, nặng để lắng sau tách khỏi nước KLN hịa tan mơi trường axit kết tủa môi trường kiềm Cho nên tăng pH dung dịch chứa KLN sang môi trường kiềm làm chúng kết tủa  Kết tủa hudroxit kim loại MeS: Ngồi kết tủa KLN dạng hydroxit cịn kết tủa KLN dạng sulfit Một thuận lợi của vệc sử dụng chất kết tủa so với hydroxit kim loại khả hòa tan dạng hợp chất kim loại thấp so với hydroxit kim loại Me2+ + S2- → MeS↓ Tuy nhiên sử dụng sulfit kết tủa KLN yêu cầu thận trọng việc sử dụng dạng hydroxit Sử dụng q nhiều sulfit dung dịch có tính kiềm hình thành H2S, khí độc có mùi khó chịu  Kết tủa carbonat kim loại (MeCO3): Na2CO3 chất sử dụng trường hợp Na2CO3 + Me2+ → MeCO3↓ + Na+ Nó có ưu điểm muối carbonat khơng hịa tan trở lại mơi trường có tính kiềm Ngồi cịn có khả trung hòa  Trao đổi ion: Dựa nguyên tắc phương pháp trao đổi ion dùng ionit nhựa hữu tổng hợp, chất cao phân tử có gốc hydrocacbon nhóm chức trao đổi ion Quá trình trao đổi ion tiến hành cột cationit anionit Đây phương pháp có hiệu suất cao, thu hồi sản phẩm có giá trị kinh tế Ví dụ q trình trao đổi ion Ni2+: 2(R-SO3H) + Ni- → (R-SO3)2Ni + H+ Trong R- gốc hữu nhựa trao đổi ion, SO3 gốc nhóm cố định nhóm ion hoạt động –SO3H+ Khả trao đổi giảm cạn kiệt tồn nhóm hoạt tính nhựa trao đổi ion bị thay ion kim loại Để khôi phục khả trao đổi ion ngừơi ta rửa vật liệu dung dịch có nồng độ cao ion trao đổi ion H+, hay Na+ … tùy theo lớp lọc H- cationit hay Na-cationit… SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG - Không phải dùng nhiều axit đặc tinh khiết cao đắt tiền - Xử lý triệt để chất hữu - Đốt cháy hết chất hữu cơ, vi làm dung dịch mẫu thu - Nhưng có nhược điểm số chất dễ bay Cd, Pb, Zn, Sn, Sb,… khơng có chất phụ gia chất bảo vệ Xây dựng quy trình phân tích cực phổ 2.1 Thiết bị dụng cụ  Thiết bị - Cân phân tích có độ nhạy chữ số, Model Explore Pro EP214 hang OHAUS (Mỹ) - Cân điện tử có độ nhạy chữ số Model Adventurer Pro AV812 hãng OHAUS (Mỹ) - Tủ sấy Medcenter Eirichturgen GmbH hãng ECOCELL - Máy đo cực phổ 757 VA Computrace gắn với computer chuyên dụng  Dụng cụ - Cốc thuỷ tinh loại 100, 200, 500,… (ml) hãng Duran (Đức) - Bình định mức 250ml, 1000 ml hãng Isolab - Ống đong 10, 50 (ml) hãng SCHOTT (Đức) - Bình tam giác 100 ml, bóp cao su - Giấy lọc xanh Trung Quốc sản xuất - Pipet loại 1ml, 2ml, 5ml, 10ml hãng SCHOTT (Đức) - Micropipet (10-100µl) hiệu labopette Đức sản xuất - Máy xay vật liệu 2.2 Hóa chất - Nước cất - Dung dịch đệm Acetate (PH = 4,6) - Axit HNO3, H2O2 đậm đặc - Dung dịch Pb2+ 1000 ppm pha từ muối chì axetat Pb(CH3 COO)2 SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang 15 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG 2.3 Các bƣớc tiến hành phân tích chì 2.3.1 Lập đƣờng chuẩn Ta dùng máy cực phổ 797VA V83 25 l.C = 10ml Dùng Pb2+ 10ppm 10ml Vhút (µl) 25 25 50 100 200 Vthực (µl) 25 50 100 200 400 231,72 420,5 754,96 1230 2280 236,47 426,72 750,19 1250 2470 234,095 423,61 752,575 1240 2375 0,025 0,05 0,1 0,2 0,4 I (nA) I tb (nA) CPb (ppm) - Dùng ống đong 10ml hút nước cất 0,5ml dd đệm định mức đến 10ml - Đem đo làm mẫu chuẩn - Sau dùng Micropipet hút 25( l) Pb2+ 10ppm đo.Lấy kết đo - Dùng mẫu đo lần bỏ thêm 25( l) Pb2+ 10ppm để thành 50( l) Pb2+ 10ppm đo Lấy kết đo - Tương tự lần thêm 50( l) Pb2+ 10ppm để thành 100( l) Pb2+ 10ppm đo - Lần thêm100( l) Pb2+ 10ppm để thành 200( l) Pb2+ 10ppm đo - Lần thêm 200( l) Pb2+ 10ppm để thành 400( l) Pb2+ 10ppm đo - Ghi kết lần đo.Tính tốn lập đường chuẩn chì SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang 16 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG Dựng đƣờng chuẩn chì Kết đo trắc quang cho ta kết sau: I (nA) 2500 y = 5606,7x + 136,1 R² = 0,998 2000 1500 1000 500 0 0,1 0,2 0,3 Nồng độ(mg/l) 0,4 0,5 Hình Đồ thị mơ tả đường chuẩn chì Như với độ xác R2 = 0,998 đường chuẩn có độ tin cậy cao để sử dụng tính tốn phần với phương trình Y = 5606,7x + 136,1 Trong : Y: độ hấp thụ x : hàm lượng Pb2+ dung dịch SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang 17 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG 2.3.2 Xây dựng mơ hình Kỹ thuật q trình nghiên cứu xây mơ hình kết hợp với dịng chảy ngập toàn bề mặt bể Trên bể bố trí trồng Cỏ Năng Vật liệu để sử dụng trồng đất, cát (1 – mm), đá sỏi ( -5 cm) Hình Bể trồng cỏ SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang 18 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG a) Kích thước bể vật liệu lót Gồm bể, bể làm kính có bề dày – 10 mm Hai bể cịn lại làm thùng xốp Kích thước bể (L × W × H) = 80 cm × 50 cm × 50 cm Đáy bể đổ lớp sỏi dày 10 cm, phía cho đổ tiếp lớp cát dày 10 cm, lớp đất dày 10 cm thấp thành 20 cm để làm giá đỡ cho sinh trưởng - Bố trí ống thu nước sau xử lý ống PVC Ø 34, đục lỗ cách 3cm - Bố trí ống phân phối nước ống PVC Ø 21, đục lỗ hai bên thành ống - Độ dốc đáy bể đặt 1% b) Vận hành mơ hình Hệ thống vận hành với Qvào = 30 lít điều tiết lưu lượng chảy trọng lực, dùng thùng có dung tích 45 lít cho tự chảy vào bể 24h Sau 10 ngày, 20 ngày kiểm tra phân tích mẫu Khảo sát nồng độ từ 10 ppm tăng dần đến ngưỡng hấp thụ ( chết) c) Mật độ trồng Do sống theo cụm, theo bụi nên ta trồng dày đặc bao phủ hết bể bể Tuổi trước trồng có chiều cao 10 – 20 cm 2.3.3 Tiến hành phân tích chì Trong trình nghiên cứu khả hấp thụ kim loại chì cỏ từ mức nồng độ 10 ppm, 50 ppm 10ppm, 500 ppm, 1000 ppm, 1500 ppm, 2000 ppm, 2500 ppm Ở mức 2500 ppm chết hồn tồn ngày đầu từ cho thấy ngưỡng chịu đựng Cỏ Năng chì 2500 ppm Trong nghiên cứu nhóm nhận thấy kết hợp Cỏ Năng lớp vật liệu lọc hết nồng độ chì qua bể chất lượng nước đầu đạt tiêu chuẩn xả thải Phần lớn chì giữ lại lớp vật liệu phần tích lũy chuyển hóa chu trình sống Sơ đồ trình nghiên cứu: Nước thải chứa mức nồng độ Pb2+ Bể trồng cỏ Cây phát triển bình thường Đo nước đầu Phân tích ion kim loại chì sau 10, 20 ngày SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Cây cằn cổi chết Ngừng trình khảo sát Trang 19 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG  Các bước phân tích mẫu: Bước 1: Lấy mẫu Cỏ Năng tươi sau 10 ngày, 20 ngày chia làm phần rễ thân Cho vào cốc thủy tinh sấy khô nhiệt độc 105oC vòng Bước 2: Lấy mẫu sấy khô xay nhỏ cân 1g mẫu thân rễ cho vào cốc sứ 50 ml Cho vào tủ nung với nhiệt độ 550oC mục đích để tro hóa hồn toàn chất hữu thành tro Bước 3: Lấy mẫu tro sau nung cho vào cốc thủy tinh 250 ml cho vào 10 ml HNO3 tỉ lệ (1:1) + 10 ml H2O2 ( 1:1) khấy làm tan tro thành dung dịch đục màu xám Bước Đem cô cạn dung dịch vừa tạo thành, sau cô cạn cho thêm 20 ml HNO3 tỉ lệ (1:10) lọc qua giấy lọc, sau rửa lọc lần 50 ml HNO3 tỉ lệ (1:10) lấy phần nước mang định mức lên 250 ml Bước Lấy dung dịch vừa định mức mang đo máy đo cực phổ Cách đo tương tự lập đường chuẩn Bước Xử lý số liệu thu Cơng thức tính hàm lượng chì mẫu phân tích: CPb  Ce  V  103 M Trong đó: CPb : Hàm lượng kim loại chì có mẫu phân tích (mg/g) Ce : Hàm lượng kim loại chì có dung dịch mẫu (mg/l) M : Khối lượng mẫu phân tích (g) V : Thể tích dung dịch hịa tan (ml) 2.3.4 Kết phân tích  Bảng Nƣớc thải đầu sau qua hệ thống xử lý Nồng độ Pb2+ (ppm) Nồng độ Pb2+ đầu 10 -0.003240 50 0.000565 100 0.002978 500 0.103953 1000 0.232978 1500 0.264153 2000 0.420813 2500 5.566110 SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 QCVN 40:2011/BTNMT A B 0.1 mg/l 0.5 mg/l Trang 20 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG Từ kết khảo sát cho thấy hàm lượng ion kim loại chì nước thải đầu đạt chuẩn theo QCVN 40:2011/BTNMT mức nồng từ 10 – 100 ppm nước đầu đạt tiêu chuẩn loại A Và lại đạt loại B, trừ nồng độ 2500 chưa đạt chuẩn khơng cịn khả sinh trưởng chuyển hóa Pb2+, mức nồng độ chết hoàn tồn  Bảng Chì nồng độ 10 ppm 10 ngày 10ppm 20 ngày Thân Rễ Thân Rễ V( hút) ml 5 5 Hệ số 2 2 Itb (nA) 194.44 294.78 99.76 142.43 0.020813 0.056611 -0.01296 0.002258 0.005203 0.014153 -0.00324 0.000565 Nồng độ chì đo đƣợc Ce (mg/l) Hàm lƣợng chì tích lũy Cpb (mg/g) Hàm lƣợng chì tích lũy trung bình (mg/g) 0.009678024 -0.001338298 10 ngày 20 ngày  Bảng Chì nồng độ 50 ppm 50ppm Thân Rễ Thân Rễ V( hút) ml 2 2 Hệ số 5 5 I tb (nA) 204 2230 284 2120 0.06056 1.867553 0.131912 1.769443 0.01514 0.466888 0.032978 0.442361 Nồng độ chì đo đƣợc Ce (mg/l) Hàm lƣợng chì tích lũy Cpb (mg/g) Hàm lƣợng chì tích lũy trung bình (mg/g) 0.241014092 SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 0.237669461 Trang 21 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG  Bảng Chì nồng độ 100 ppm 10 ngày 100ppm 20 ngày Thân Rễ Thân Rễ V( hút) ml 0.2 0.2 0.2 0.2 Hệ số 50 50 50 50 Itb (nA) 624.56 2230 584 1810 4.356582 18.67553 3.994827 14.92954 1.089146 4.668882 0.998707 3.732385 Nồng độ chì đo đƣợc Ce (mg/l) Hàm lƣợng chì tích lũy Cpb (mg/g) Hàm lƣợng chì tích lũy 2.879013557 2.365545844 10 ngày 20 ngày trung bình (mg/g)  Bảng Chì nồng độ 500 ppm 500ppm Thân Rễ Thân Rễ V( hút) ml 0.02 0.02 0.02 0.02 Hệ số 500 500 500 500 Itb (nA) 586.99 930.78 484.32 800.65 40.21495 70.87763 31.0578 59.27132 10.05374 17.71941 7.764449 14.81783 Nồng độ chì đo đƣợc Ce (mg/l) Hàm lƣợng chì tích lũy Cpb (mg/g) Hàm lƣợng chì tích lũy 13.88657242 trung bình (mg/g) 11.29113896  Bảng Chì nồng độ 1000 ppm 10 ngày 1000ppm 20 ngày Thân Rễ Thân Rễ Pha loãng 10 10 10 10 V( hút) ml 0.2 0.2 0.2 0.2 SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang 22 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG Hệ số 50 50 50 50 Itb (nA) 986.99 1530.78 684 1400.65 75.89101 124.3917 48.86729 112.7854 18.97275 31.09793 12.21682 28.19635 Nồng độ chì đo đƣợc Ce (mg/l) Hàm lƣợng chì tích lũy Cpb (mg/g) Hàm lƣợng chì tích lũy trung bình (mg/g) 25.0353416 20.20658669 10 ngày 20 ngày  Bảng Chì nồng độ 1500 ppm 1500ppm Thân Rễ Thân Rễ Pha loãng 100 100 100 100 V( hút) ml 0.2 0.2 0.2 0.2 Hệ số 50 50 50 50 Itb (nA) 246.99 310.78 218.7 295.8 98.90296 155.7974 73.67107 142.4367 24.72574 38.94934 18.41777 35.60917 Nồng độ chì đo đƣợc Ce (mg/l) Hàm lƣợng chì tích lũy Cpb (mg/g) Hàm lƣợng chì tích lũy 31.83754014 trung bình (mg/g) 27.01346771  Bảng Chì nồng độ 2000 ppm 10 ngày 2000ppm 20 ngày Thân Rễ Thân Rễ Pha loãng 100 100 100 100 V( hút) ml 0.2 0.2 0.2 0.2 Hệ số 50 50 50 50 Itb (nA) 297.83 357.78 275.4 330.65 144.2472 197.7167 124.2419 173.5194 Nồng độ chì đo đƣợc Ce (mg/l) SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang 23 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG Hàm lƣợng chì tích lũy Cpb (mg/g) 36.06181 Hàm lƣợng chì tích lũy 49.42918 31.06047 42.7454959 trung bình (mg/g) 43.37986 37.22016589  Bảng Chì nồng độ 2500 ppm 2500ppm ngày Thân Rễ Pha loãng 100 100 V( hút) ml 0.2 0.2 Hệ số 50 50 Itb (nA) 386.99 630.78 Nồng độ chì đo đƣợc 223.7692 441.2059 55.94229 110.3015 Ce (mg/l) Hàm lƣợng chì tích lũy Cpb (mg/g) Cây chết hoàn toàn SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang 24 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG 45 40 35 30 25 10 Ngày 20 20 Ngày 15 10 -5 Hình Biểu đồ hàm lượng tích lũy chuyển hóa chì 1g mẫu Từ kết khảo sát trình nghiên cứu cho thấy khả tích lũy chuyển hóa ion kim loại chì cao Từ vật liệu hấp thụ ion Pb2+ vào thể từ từ chuyển hóa cung cấp cho sống Tuy nhiên thời gian chuyển hóa ion Pb2+ diễn chậm mức chênh lệch chuyển hóa tích lũy tương đối cao Kết đạt đƣợc 3.1 Tính khoa học Qua đề tài “Nghiên cứu khả hấp thụ ion kim loại Pb2+ nước thải Cỏ Năng” nhằm tìm phương pháp để xử lý nước thải chứa nhiều kim loại nặng nguyên vật liệu thân thiện với mơi trường Tạo cảnh quan xanh, khơng khí lành cho khu cơng nghiệp, nhà máy xí nghiệp Ngồi đề tài cịn cung cấp thêm nhiều thơng tin khả xử lý nước thải thực vật áp dụng nhiều nơi giới Qua cho thấy việc áp dụng thực vật để xử lý kim loại nặng điều kiện phát triển bền vững Việt Nam phù hợp nhằm làm giảm hàm lượng ion kim loại Pb2+ nước thải nhà máy trước thải môi trường nước 3.2 Khả chuyển giao công nghệ ứng dụng thực tế Quy trình xử lý nước thải thực vật phương pháp đơn giản ứng dụng nhiều công đoạn xử lý nước thải sinh hoạt hay nước thải công nghiệp hồ sinh SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang 25 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG học, bãi lọc trồng ngập nước, bãi lọc ngầm, cánh đồng tưới,…Hầu hết hệ thống xử lý nước thải có phận xử lý sinh học chưa trọng bể phụ, chưa đánh giá tiềm thực vật xử lý Qua đề tài nghiên cứu cho thấy khả hấp thụ tích lũy kim loại nặng thực vật nói chung Cỏ Năng nói riêng cao Và việc sử dụng thực vật để xử lý nước thải đạt hiểu cao thực tế 3.3 Hiệu kinh tế xã hội Nhận thấy tầm quan trọng công tác bảo vệ môi trường xử lý nước thải chứa nhiều kim loại nặng tính độc hại chì sức khỏe người, nhóm nghiên cứu khảo sát khả hấp thụ tích lũy chì Cỏ Năng nhằm tìm phương pháp xử lý nước thải với nguồn nguyên, vật liệu thân thiện với môi trường với chi phí xử lý rẽ Cơng tác nghiên cứu góp phần nhỏ q trình tìm kiếm vật liệu có hiệu xử lý cao nhằm giảm hàm lượng chất ô nhiễm thải ngồi mơi trường SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang 26 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Với đề tài “Nghiên cứu khả hấp thụ ion kim loại Pb2+ nước thải Cỏ Năng” nhóm nghiên cứu khảo sát tính chất khả sinh trưởng cỏ điều kiện bị nhiễm kim loại nặng chì với mức độ ô nhiễm khác Qua nghiên cứu cho thấy cỏ sinh trưởng tốt mơi trường nhiễm chì với nồng độ từ 10 ppm – 2000ppm hàm lượng tích lũy chì cao (với 42 mg chì g mẫu nồng độ 2000 ppm) Ngoài ra, cịn chuyển hóa ion kim loại chì q trình sinh trưởng để cung cấp chất dinh dưỡng cho sống Từ kết cho thấy Cỏ Năng có khả xử lý kim loại chì nước thải đạt hiệu suất cao tương ứng với quy mơ thiết kế II THIẾU SĨT, HẠN CHẾ Trong q trình nghiên cứu lần đầu cịn hạn hẹp thời gian, tài chính, kiến thức nên nhóm nghiên cứu nhận thấy có hạn chế sau trình thực hiện: - Chưa khảo sát khả hấp phụ ion kim loại nặng lớp đất, cát, sỏi - Chưa khắc phục ảnh hưởng điều kiện thời tiết lên mơ hình nghiên cứu - Chưa khảo sát thời gian tối ưu hấp thụ chuyển hóa - Sai số từ thiết bị đo, sai số thao tác, sai số lựa chọn tỷ lệ pha loãng mẫu ảnh hưởng tới xác kết III KIẾN NGHỊ Từ kết đạt được, nhóm nghiên cứu xin đề xuất số hướng nghiên cứu để tìm giải pháp tốt áp dụng thực vật vào xử lý Pb2+ nói riêng kim loại nặng khác nói chung, góp phần giải vấn đề ô nhiễm môi trường nước thải - Nghiên cứu khả giải hấp phụ từ thực vật để thu hồi kim loại sau trình xử lý nước thải - Nghiên cứu khả xử lý chất hữu nước thải sinh hoạt Cỏ Năng môi trường ngập nước - Khảo sát ảnh hưởng ion kim loại nặng (Fe2+, Ni2+, Cd2+…) khác lên lực hấp thụ tích lũy Cỏ Năng - Khảo sát ảnh hưởng lớp vật liệu trồng Cỏ Năng, phần lớn chì giữ lại lớp vật liệu trước xử lý SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang 27 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GSTS.KH Lê Huy Bá – Độc Học Môi Trường – Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 2008 [2] Lê Đức, Hóa học phân tích, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 2005 [3] Nguyễn Thanh Phương, Phương pháp nghiên cứu khoa học, Trường đại học Cần Thơ, 07/2000 [3] Lê Thị Mùi, Nghiên cứu xác định hàm lượng kim lọai nặng nước thải khu cơng nghiệp Hịa Khánh, Liên Chiểu, Đà Nẵng phương pháp Von-Ampe hòa tan, Đại học Đà Nẵng [5] Nguyễn Thị Thu Vân (2004) Phân tích định lượng, NXB ĐH Quốc gia TP Hồ Chí Minh [6] http://vi.wikipedia.org/wiki/Chi_Cỏ_Năng [7] http://vi.wikipedia.org/wiki/Chì SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang 28 Luan van S K L 0 Luan van ... mg/l 0.5 mg/l Trang 20 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG Từ kết khảo sát cho thấy hàm lượng ion kim loại chì nước thải đầu đạt chuẩn theo QCVN... tài ? ?Nghiên cứu khả hấp thụ ion kim loại Pb2+ nước thải Cỏ Năng? ?? nhóm nghiên cứu khảo sát tính chất khả sinh trưởng cỏ điều kiện bị nhiễm kim loại nặng chì với mức độ ô nhiễm khác Qua nghiên cứu. .. hình nghiên cứu, SVTH : HUỲNH TẤN TÀI MSSV : 09115041 Trang 10 Luan van NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ ION KIM LOẠI CHÌ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG CÂY CỎ NĂNG xử lý Pb nội dung liên quan đến xử lý kim loại