Luận văn, nghiên cứu, đánh giá hiệu quả xử lý nước ô nhiễm cr và sunfat

MỞ ĐẦU Ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong đất và nước đang là vấn đề trầm trọng đối với nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Điều này đã và đang thu hút sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học do đây là loại ô nhiễm rất phức tạp, ngày càng phổ biến và tiềm ẩn nhiều nguy cơ đối với sự sống của sinh vật nói chung và của con người nói riêng. Tại Việt Nam, nước thải của một số ngành công nghiệp như mạ điện, luyện kim, sơn, khai thác chế biến crôm, thuộc da, khai thác mỏ… chứa nhiều kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường. Đặc biệt, nước thải của một số làng nghề kim cơ khí chứa hàm lượng KLN, sulfat, nitrate, amoni …rất cao. Cả nước có khoảng 1450 làng nghề thì 100% các làng nghề được điều tra đều gây ô nhiễm môi trường. Các làng nghề sử dụng lượng lớn hoá chất và thải ra môi trường khối lượng nước thải không nhỏ có độ độc hại cao, chứa nhiều kim loại nặng như: Fe, Cr, Ni, Zn, CN. Cụ thể, mỗi ngày làng nghề Phùng Xá, Thạch Thất, Hà Nội ước tính thải ra khoảng 5000 m3 nước thải các loại. Các nước thải này có hàm lượng Cr, Ni, Pb, Cd, COD, sulfat, nitrate, amoni vượt tiêu chuẩn cho phép (TCCP) nhiều lần 5. Hiện có nhiều phương pháp được áp dụng để xử lý nước thải nhiễm KLN như hóa học, hóa lý và sinh học. Mặc dù xử lý nước thải nhiễm KLN bằng các phương pháp hóa học và hóa lý (kết tủa hóa học, oxy hóakhử, trao đổi ion, keo tụ tạo bông cặn, hấp phụ, xử lý điện hóa, sử dụng màng,…) đạt tiêu chuẩn môi trường cho phép nhưng các phương pháp này đều có chi phí xử lý cao do sử dụng hóa chất, vật liệu đắt tiền, đồng thời tạo ra lượng cặn lớn từ kết tủa kim loại và hóa chất tồn dư gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường. Trong nước thải của các cơ sở trên ngoài hàm lượng KLN cao còn có các hợp chất hữu cơ, các ion sulfat, nitrate, amoni,…lẫn trong nước và phương pháp hóa lý khó loại bỏ tạp chất này. Các phương pháp hoá học phù hợp để xử lý kim loại trong các nguồn nước thải công nghiệp vì hiệu quả của phương pháp đạt cao khi trong nước có nồng độ cao của kim loại cần xử lý. Tuy nhiên, trong thực tế vẫn còn những tồn tại khi sử dụng các phương pháp này. Đó là, do thành phần ô nhiễm của các dòng thải rất phức tạp, tồn tại nhiều yếu tố cản trở, nên hiệu quả xử lý không triệt để. Do vậy, trong thực tế, sau khi xử lý bằng các biện pháp hóa học lại phải cần đến các biện pháp xử lý bổ sung nhằm loại bỏ nốt lượng kim loại vẫn còn dư lại trong nước sau xử lý. Do nồng độ dư của kim loại trong nước là rất nhỏ nên việc loại bỏ nốt là vô cùng khó khăn. Các phương pháp hóa học không còn tác dụng trong khi các biện pháp sinh học có thể mang lại hiệu quả. Sử dụng phương pháp sinh học (sử dụng thực vật thủy sinh, vật liệu hấp phụ sinh học và vi sinh vật đặc hiệu) để xử lý ô nhiễm KLN có nhiều ưu điểm như dễ ứng dụng, chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Phương pháp này đã được nhiều nước quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong xử lý nước thải ô nhiễm KLN như ở Nhật Bản, Đức, Thái Lan, Trung Quốc,.... Nghiên cứu này, mùn cưa từ các quá trình chế biến gỗ sẽ được sử dụng với cả hai mục đích là hấp phụ và chuyển hóa sinh học KLN trong nước thải. Chính vì vậy em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Cr và sunfat bằng mùn cưa, đá vôi ở quy mô phòng thí nghiệm” để nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp của mình, đây là một đối tượng nghiên cứu rất mới ở Việt Nam và trên thế giới.

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan kim loại nặng .8 1.1.1 Nguồn gốc phát sinh KLN ảnh hưởng mơi trường sức khỏe người 1.1.2 Tình hình nhiễm KLN giới .10 1.1.3 Tình hình nhiễm KLN Việt Nam 10 1.2 Các phương pháp xử lý ô nhiễm KLN .12 1.2.1 Phương pháp kết tủa 12 1.2.2 Phương pháp trao đổi ion 13 1.2.3 Phương pháp điện hóa 14 1.2.4 Phương pháp hấp phụ .15 1.2.5 Phương pháp sinh học .17 1.3 Xử lý KLN phương pháp sinh học 19 1.3.1 Phương pháp hấp thụ hấp phụ sinh học 19 1.3.2 Chuyển hóa sinh học 20 1.3.3 Sử dụng mùn cưa để xử lý KLN .22 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 Vật liệu nghiên cứu 26 2.2 Địa điểm nghiên cứu 27 2.3 Phương pháp nghiên cứu 27 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .31 3.1 Đánh giá khả xử lý KL đá vôi, mùn cưa hỗn hợp đá vôi - mùn cưa 31 3.2 Đánh giá hiệu quả xử lý kim loại qua thí nghiệm liều lượng mùn cưa 36 3.3 Đánh giá khả xử lý ô nhiễm Cr sunfat nước mùn cưa quy mơ phịng thí nghiệm .38 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 DANH MỤC VIẾT TẮT CNMĐ Công nghệ mạ điện KL Kim loại KLN Kim loại nặng MT Môi trường QCVN Quy chuẩn Việt Nam SV Sinh vật TCCP Tiêu chuẩn cho phép TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VN Việt Nam VSV Vi sinh vật DANH MỤC HÌNH Hình Nội dung Trang 1.1 Tinh thể Cr tinh khiết 99,999% bên khối hộp cm3 10 1.2 Sơ đồ số công đoạn CNMĐ 12 2.1 Mùn cưa sau nghiền nát sàng 26 2.2 Hình ảnh đá vôi 27 3.1 Màu Cr6+ lúc 0h công thức 32 3.2 Hiệu suất xử lý Cr6+ nồng độ 100mg/l (CT1) 175mg/l (CT2) theo thời gian thí nghiệm 34 3.3 Hiệu suất xử lý Cr3+ nồng độ 20mg/l (CT1) 35mg/l (CT2) theo thời gian thí nghiệm 35 3.4 Hiệu suất xử lý Cr6+, Cr3+ theo liều lượng mùn cưa 38 3.5 Hiệu suất xử lý Cr6+ theo thời gian thí nghiệm 40 3.6 Hiệu suất xử lý Cr3+ theo thời gian thí nghiệm 40 DANH MỤC BẢNG Bảng Nội dung Trang 1.1 So sánh hấp phụ vật lí hấp phụ hóa học 16 3.1 Hiệu loại bỏ Cr đá vôi, mùn cưa hỗn hợp đá vôi mùn cưa theo thời gian thí nghiệm 33 3.2 Khả loại bỏ Cr hỗn hợp đá vôi mùn cưa theo liều lượng mùn cưa 37 3.3 Hiệu loại bỏ Cr đá vôi mùn cưa theo thời gian thí nghiệm 39 MỞ ĐẦU Ơ nhiễm kim loại nặng (KLN) đất nước vấn đề trầm trọng nhiều nước giới Việt Nam Điều thu hút quan tâm đặc biệt nhà khoa học loại ô nhiễm phức tạp, ngày phổ biến tiềm ẩn nhiều nguy sống sinh vật nói chung người nói riêng Tại Việt Nam, nước thải số ngành công nghiệp mạ điện, luyện kim, sơn, khai thác chế biến crôm, thuộc da, khai thác mỏ… chứa nhiều kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường Đặc biệt, nước thải số làng nghề kim khí chứa hàm lượng KLN, sulfat, nitrate, amoni …rất cao Cả nước có khoảng 1450 làng nghề 100% làng nghề điều tra gây ô nhiễm môi trường Các làng nghề sử dụng lượng lớn hố chất thải mơi trường khối lượng nước thải khơng nhỏ có độ độc hại cao, chứa nhiều kim loại nặng như: Fe, Cr, Ni, Zn, CN Cụ thể, ngày làng nghề Phùng Xá, Thạch Thất, Hà Nội ước tính thải khoảng 5000 m nước thải loại Các nước thải có hàm lượng Cr, Ni, Pb, Cd, COD, sulfat, nitrate, amoni vượt tiêu chuẩn cho phép (TCCP) nhiều lần [5] Hiện có nhiều phương pháp áp dụng để xử lý nước thải nhiễm KLN hóa học, hóa lý sinh học Mặc dù xử lý nước thải nhiễm KLN phương pháp hóa học hóa lý (kết tủa hóa học, oxy hóa-khử, trao đổi ion, keo tụ tạo bơng cặn, hấp phụ, xử lý điện hóa, sử dụng màng,…) đạt tiêu chuẩn môi trường cho phép phương pháp có chi phí xử lý cao sử dụng hóa chất, vật liệu đắt tiền, đồng thời tạo lượng cặn lớn từ kết tủa kim loại hóa chất tồn dư gây nhiễm thứ cấp cho môi trường Trong nước thải sở ngồi hàm lượng KLN cao cịn có hợp chất hữu cơ, ion sulfat, nitrate, amoni,…lẫn nước phương pháp hóa lý khó loại bỏ tạp chất Các phương pháp hoá học phù hợp để xử lý kim loại nguồn nước thải cơng nghiệp hiệu phương pháp đạt cao nước có nồng độ cao kim loại cần xử lý Tuy nhiên, thực tế tồn sử dụng phương pháp Đó là, thành phần nhiễm dịng thải phức tạp, tồn nhiều yếu tố cản trở, nên hiệu xử lý không triệt để Do vậy, thực tế, sau xử lý biện pháp hóa học lại phải cần đến biện pháp xử lý bổ sung nhằm loại bỏ nốt lượng kim loại dư lại nước sau xử lý Do nồng độ dư kim loại nước nhỏ nên việc loại bỏ nốt vơ khó khăn Các phương pháp hóa học khơng tác dụng biện pháp sinh học mang lại hiệu Sử dụng phương pháp sinh học (sử dụng thực vật thủy sinh, vật liệu hấp phụ sinh học vi sinh vật đặc hiệu) để xử lý nhiễm KLN có nhiều ưu điểm dễ ứng dụng, chi phí thấp thân thiện với môi trường Phương pháp nhiều nước quan tâm nghiên cứu ứng dụng xử lý nước thải ô nhiễm KLN Nhật Bản, Đức, Thái Lan, Trung Quốc, Nghiên cứu này, mùn cưa từ trình chế biến gỗ sử dụng với hai mục đích hấp phụ chuyển hóa sinh học KLN nước thải Chính em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, đánh giá hiệu xử lý nước ô nhiễm Cr sunfat mùn cưa, đá vơi quy mơ phịng thí nghiệm” để nghiên cứu đồ án tốt nghiệp mình, đối tượng nghiên cứu Việt Nam giới CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan kim loại nặng 1.1.1 Nguồn gốc phát sinh KLN ảnh hưởng mơi trường sức khỏe người Kim loại nặng kim loại có khối lượng riêng lớn 5g/cm Một số kim loại nặng cần thiết cho sinh vật, chúng xem nguyên tố vi lượng Một số không cần thiết cho sống, vào thể sinh vật khơng gây độc hại Kim loại nặng gây độc hại với môi trường thể sinh vật hàm lượng chúng vượt tiêu chuẩn cho phép Hầu hết KLN tồn nước dạng ion Độc tính kim loại nặng sức khỏe người động vật đặc biệt nghiêm trọng sư tồn lâu dài bền vững mơi trường Một gun nhân khác khiến cho KLN độc hại chúng chuyển hóa tích lũy thể người hay động vật thông qua chuỗi thức ăn hệ sinh thái Quá trình bắt đầu với nồng độ thấp KLN tồn nước cặn lắng sau tích tụ loài thực vật động vật sống nước luân chuyển dần qua mắt xích chuỗi thức ăn cuối đến sinh vật bậc cao người nồng độ KLN đủ lớn để gây độc hại phá hủy ADN, gây ung thư Các KLN có hàm lượng nhỏ nguyên tố vi lượng cần thiết cho thể người sinh vật Chúng tham gia cấu thành enzym, vitamin, đóng vai trị quan trọng trình trao đổi chất Nhưng hàm lượng KLN vượt quy định gây tác động xấu nhiễm độc mãn tính, chí ngộ độc cấp tính dẫn đến tử vong Về mặt sinh hóa KLN có lực lớn với nhóm –SH nhóm – SCH3 enzym thể Vì enzym bị hoạt tính làm cản trở q trình tổng hợp protein thể SH [enzym] S + M2 [enzym] SH Me + 2H+ S Crôm (Cr) kim loại màu trắng bạc, có ánh xanh Trong tự nhiên Cr có nhiều khống vật crơmít, số loại đá serpentine, granit Trong nước, crôm dạng Cr3+ Cr6+ dạng Cr3+ thường gặp Phần lớn Cr3+ Cr6+ có mơi trường từ chất thải cơng nghiệp (công nghiệp mạ, sơn, khai thác chế biến crôm, thuộc da ) Hình 1.1 Tinh thể Crom tinh khiết 99,999% bên khối hộp cm³ Crom kim loại hợp chất crom (III) thông thường không coi nguy hiểm cho sức khỏe, hợp chất crom hóa trị sáu (crom VI) lại độc hại nuốt/hít phải Liều tử vong hợp chất crom (VI) độc hại khoảng nửa thìa trà vật liệu Phần lớn hợp chất crom (VI) gây kích thích mắt, da màng nhầy, gây bệnh người có địa dị ứng Crom (VI) có thành phần xi măng Porland gây bệnh dị ứng xi măng với người có địa dị ứng có thời gian tiếp xúc qua da thường xuyên đủ lâu với xi măng Phơi nhiễm kinh niên trước hợp chất crom (VI) gây tổn thương mắt vĩnh viễn, không xử lý cách Khi nồng độ nằm khoảng cho phép vào thể người crom gây tác hại: nhiễm độc crom nồng độ thấp người nhiễm độc cảm thấy có vị KL, ớn lạnh, đau cơ, crom tích lũy gan thận, gây tổn thương gan thận làm tổn thương quan khác Crom (VI) công nhận tác nhân gây ung thư người Ô nhiễm kim loại nặng (KLN) đất nước vấn đề trầm trọng nhiều nước giới Việt Nam Điều thu hút quan tâm đặc biệt nhà khoa học loại ô nhiễm phức tạp, ngày phổ biến tiềm ẩn nhiều nguy sống sinh vật nói chung người nói riêng 1.1.2 Tình hình nhiễm KLN giới Hiện tượng suy giảm chất lượng nước mặt, nước ngầm nhiều nơi giới nhiễm kim loại nặng (KLN) có nguồn gốc cơng nghiệp niken, crơm, chì, asen, đồng, selen, thuỷ ngân, cadimi, thực tế cần sớm có giải pháp xử lí Viện nghiên cứu Blacksmith, New York bình chọn danh sách 10 thành phố nhiễm giới có tới thành phố liên quan đến nhiễm KLN Lâm Phần, Thiên Anh (Trung Quốc); Sukindan, Vapi (Ấn Độ); La Oroya (Peru); Dzerzhinsk, Norilsk (Nga); Chernobyl (Ukraine); Sumgayit (Azerbaijan); Kabwe (Zambia) Điển Lâm Phần, Tianying (Trung Quốc) nơi bị ô nhiễm nặng KLN [26] Những kim loại độc ngấm vào máu nhiều hệ trẻ em Tianying làm giảm số thông minh Theo kết phân tích thủy sản hồ nước khu vực biển phía đơng tỉnh Giang Tơ, có nhiều kim loại khác thủy ngân, cadimi, crơm, kẽm chì tồn 41% thủy sản Abida Begum cs phân tích nước, sinh vật phù du, cá trầm tích cho thấy nước sông Cauvery, Ấn Độ bị ô nhiễm số KLN (Cr, Cu, Mn, Co, Ni, Pb, ) Trong nước, hàm lượng kim loại nghiên cứu xếp theo trình tự Cr>Cu-Mn > Co > Ni > Pb > Zn Hàm lượng Cr Ni nước tương ứng 18,24 28,2 ppm Hàm lượng cao nhiều tiêu chuẩn cho phép Ấn Độ [11] Nghiên cứu Sainz cộng (2004) cho biết, vùng cửa sông Huelva Tây Nam Bồ Đào Nha cửa sông giới bị nhiễm bẩn KLN mức cao giới Trung bình tổng lượng kim loại đổ vào cửa sơng 895,1kg/h [23] 1.1.3 Tình hình nhiễm KLN Việt Nam Nguồn nước thải nhiều ngành công nghiệp mạ điện (CNMĐ), khu khai thác mỏ làng nghề kim khí có chứa hàm lượng KLN, sulfat, nitrate, amoni …rất cao Đặc biệt, làng nghề kim khí loại làng nghề phát triển mạnh năm gần Nhiều hoạt động sản xuất tái chế sắt thép, cán, kéo, đột dập… tạo sản phẩm cuốc xẻng, cày bừa, lề, đinh ghim, sắt thép xây dựng…đáp ứng nhu cầu thị trường, tạo công ăn việc làm thu nhập cho phần lớn người dân làng Tuy nhiên, phát triển làng nghề cịn mang tính tự phát, chưa có quy hoạch, trình độ cơng nghệ cịn thấp, người lao động chưa đào tạo đầy đủ gây loạt tác động nghiêm trọng đến môi trường Cả nước có khoảng 1450 làng nghề 100% làng nghề điều tra gây ô nhiễm mơi trường Các làng nghề sử dụng lượng lớn hố chất thải môi trường khối lượng nước thải khơng nhỏ có độ độc hại cao, chứa nhiều kim loại nặng như: Fe, Cr, Ni, Zn, CN Cụ thể, ngày làng nghề Phùng Xá, Thạch Thất, Hà Nội ước tính thải khoảng 5000 m nước thải loại Các nước thải có hàm lượng Cr, Ni, Pb, Cd, COD, sulfat, nitrate, amoni vượt tiêu chuẩn cho phép (TCCP) nhiều lần [5] Ngành CNMĐ có khối lượng nước thải không nhiều lại chứa hố chất độc hại axít, xút kim loại nặng Cr, Ni Tại Hà Nội, có hàng chục cơng ty, nhà máy có sở mạ điện với lượng nước thải từ vài chục đến vài trăm m3/ ngày Môi trường nước bị ô nhiễm hoạt động khai khoáng tuyển quặng nhiều nhà khoa học nước quan tâm nghiên cứu (Nguyễn Văn Bình cs., Đặng Đình Kim cs., ) Các tác giả xác định hàm lượng kim loại nặng As, Pb, Bi, Sn, Cu, Cd, Fe, W khu vực mỏ thiếc khai thác Sơn Dương, Tuyên Quang nhiều mỏ thuộc tỉnh Thái Nguyên vượt TCCP Hiện nay, giải vấn đề nhiễm cịn gặp nhiều khó khăn ... nghiệm 34 3.3 Hiệu suất xử lý Cr3 + nồng độ 20mg/l (CT1) 35mg/l (CT2) theo thời gian thí nghiệm 35 3.4 Hiệu suất xử lý Cr6 +, Cr3 + theo liều lượng mùn cưa 38 3.5 Hiệu suất xử lý Cr6 + theo thời... Quốc, Nghiên cứu này, mùn cưa từ trình chế biến gỗ sử dụng với hai mục đích hấp phụ chuyển hóa sinh học KLN nước thải Chính em lựa chọn đề tài ? ?Nghiên cứu, đánh giá hiệu xử lý nước ô nhiễm Cr sunfat... S Cr? ?m (Cr) kim loại màu trắng bạc, có ánh xanh Trong tự nhiên Cr có nhiều khống vật cr? ?mít, số loại đá serpentine, granit Trong nước, cr? ?m dạng Cr3 + Cr6 + dạng Cr3 + thường gặp Phần lớn Cr3 + Cr6 +