Nghiên ứu khả năng làm sạch nước thải bị nhiễm kim loại nặng của dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí bằng một số loại thực vật thủy sinh

bộ giáo dục đào tạo Nguyễn Cao Tuấn trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học Kỹ thuật môi trờng ngành : kỹ thuật m«i trêng NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÀM SẠCH NƯỚC THẢI BỊ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG CỦA DÂY CHUYỀN XỬ LÝ BỀ MẶT VŨ KHÍ BẰNG MỘT SỐ LOẠI THỰC VẬT THỦY SINH Ngun Cao Tn 2007 - 2009 Hµ Néi 2009 Hµ Néi 2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205166551000000 i Môc lôc Môc lôc Më ®Çu Ch¬ng Tỉng quan 1.1 Đặc điểm công nghệ nguồn nớc thải dây chun xư lý bỊ mỈt vị khÝ 1.1.1 Đặc điểm công nghệ xử lý bề mặt vũ khí 1.1.1.1 C«ng nghƯ nhm ®en vị khÝ 1.1.1.2 Công nghệ mạ Crôm 1.1.1.2 Công nghệ mạ Niken 1.1.1.4 C«ng nghƯ phèt ph¸t ho¸ 1.1.2 Đặc điểm ô nhiễm nớc thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí 1.1.3 Nhận xét đặc điểm nguồn nớc thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí 10 1.2 Tính chất, nguồn gốc độc tính Crôm niken thực vật 10 1.2.1 Tính chất Crôm Niken 10 1.2.2 Nguồn gốc phân bố Crôm Niken môi truờng 11 1.2.3 Mối quan hệ đất - trồng 15 1.2.4 Một số nghiên cứu ảnh hởng độc tính Crôm Niken đến thực vật 17 1.2.4.1 ảnh hởng độc tính Crôm thực vật 17 1.2.4.2 ảnh hởng độc tính Niken thùc vËt 23 1.3 Tæng quan số phơng pháp điển hình xử lý nớc thải chứa kim loại Nặng 30 1.3.1 Phơng pháp kết tủa hóa học 30 1.3.2 Ph¬ng pháp trao đổi ion 33 1.3.3 Phơng pháp điện hoá 34 1.3.4 Phơng pháp sinh học 34 1.4 C«ng nghệ xử lý kim loại nặng đất, nớc thùc vËt 35 1.4.1 Giíi thiƯu 35 1.4.2 Công nghệ xử lý kim loại nỈng b»ng thùc vËt 36 1.4.3 Các loài thực vật có khả hấp thơ kim lo¹i 38 1.4.4 Phytoremediation 39 ii Môc lôc CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 2.1 Đối tượng nghiên cứu 44 2.2 Thiết bị, hóa chất nguyên liệu nghiên cứu 44 2.2.1 Thiết bị 44 2.2.2 Hóa chất nguyên liệu 44 2.3 Phương pháp nghiên cứu 45 2.3.1 Phương pháp phân tích nồng độ kim loại nặng nước 45 2.3.2 Phương pháp phân tích hàm lượng kim loại nặng thực vật đất 47 2.3.3 Phương pháp chuẩn bị thực vật thủy sinh cho nghiên cứu 51 2.3.4 Phương pháp điều chế dung dịch thí nghiệm chứa khoảng 10mg/l Cr 10mg/l Ni 51 2.4 Thiết kế thí nghiệm 52 2.4.1 Khảo sát khả hấp thu Crôm Niken số thực vật thủy sinh 52 2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng sinh khối đến khả hấp thu Crôm, Niken rong chó, rong chồn thủy trúc 53 2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ kim loại đến khả hấp thu Crơm, Niken rong chó, rong chồn thủy trúc 53 2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu đến khả hấp thu Crơm, Niken rong chó, rong chồn 53 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 Khảo sát khả xử lý crơm niken rong chó rong đuôi chồn 55 3.2 Động học q trình hấp thu crơm niken rong chó 58 3.1.1 Xác định bậc phản ứng theo phương pháp đường cong 59 3.1.2 Xác định số tốc độ phản ứng (k) 61 3.3 Khả tích lũy kim loại nặng rong chó 62 3.4 Ảnh hưởng sinh khối đến khả xử lý crơm niken rong chó 64 3.5 Ảnh hưởng nồng độ kim loại ban đầu đến hiệu suất xử lý crôm niken rong chó 67 3.6 Ảnh hưởng pH ban đầu đến hiệu suất xử lý crôm niken rong chó 70 iii Môc lôc 3.7 Khả xử lý crôm niken thủy trúc 71 3.8 Động học q trình xử lý crơm niken thủy trúc 74 3.8.1 Xác định bậc phản ứng theo phương pháp đường cong 74 3.8.2 Xác định số tốc độ phản ứng (k) 75 3.9 Khả hấp thu kim loại thủy trúc đất 76 3.10 Ảnh hưởng sinh khối đến khả xử lý kim loại thủy trúc 80 3.11 Ảnh hưởng nồng độ crôm niken ban đầu đến hiệu suất xử lý thủy trúc 82 3.12 Khả kết hợp thủy trúc rong chó việc làm nguồn nước bị nhiễm crôm niken 84 3.13 Đề xuất quy trình xử lý nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí thực vật thủy sinh 85 KẾT LUẬN 89 iv Danh mục hình bảng Danh mục hình Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ nhm ®en vị khÝ Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ mạ Cr«m Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ mạ Niken Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ phốt phát hóa H×nh 1.2 Mô hình giả thuyết độc tính vận chuyển Crôm rễ 18 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nớc thải chứa kim loại theo phơng pháp kết tủa 32 Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống thiết bị trao đổi ion 34 H×nh 1.5 Các chế phytoremediation 40 Hình 1.6 Cơ chế phytovolatilization 41 Hình 1.7 Cơ chế phytostabilization 42 Hình 1.8 Cơ chế phytoextraction 43 H×nh 2.1 H×nh häc nguån - mÉu - detector minh hoạ cho phơng pháp tính cờng độ tia X huỳnh quang đặc trng 49 Hình 3.1 Khả xử lý kim loại nặng rong chó, chồn 54 Hình 3.2 Đường cong động học biểu diễn suy giảm nồng độ kim loại trình xử lý 59 Hình 3.3 Phổ phân tích hình quang tia X rong chó 63 Hình 3.4 Ảnh hưởng sinh khối đến khả xử lý kim loại nặng rong chó 65 Hình 3.5 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu đến khả xử lý kim loại 68 Hình 3.6 Hiệu suất xử lý nồng độ kim loại khác 68 Hình 3.7 Hiệu suất xử lý Crơm Niken rong chó sau ngày pH khác 70 Hình 3.8 Sự suy giảm nồng độ kim loại trình xử lý thủy trúc 72 Hình 3.9 Đường cong động học biểu diễn suy giảm nồng độ kim loại trình xử lý 74 Hình 3.10 Sự suy giảm nồng độ kim loại sinh khối khác 81 Hình 3.11 Khả xử lý kim loại thủy trúc nồng độ kim loại ban đầu khác 82 v Danh mục hình bảng Hỡnh 3.12 Kh nng kt hợp rong chó thủy trúc việc xử lý Crôm Niken 84 Hình 3.13 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí 86 Danh mục Bảng Bảng 1.1 Chất lợng nớc thải số dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí Bảng 1.2 Nồng độ Crôm Niken ®Êt trång 12 B¶ng 1.3 Ước tính toàn cầu việc thải Crôm Niken vào khí từ nguồn tự nhiên ngời vào năm 1983 14 Bảng 1.4: Nồng độ Crôm Niken bùn thải toàn cầu 15 Bảng 1.5 Mối quan hệ nồng độ Crom trình phát triển hấp thu thực vật 19 Bảng 1.6 ảnh hởng Crôm đến trình sinh trởng phát triển thực vật20 Bảng 1.7 Khả hấp thu Nikel số thùc vËt 25 Bảng 1.8 Sự phân bố Niken quan cđa thùc vËt 26 B¶ng 1.9 Thứ tự độc tính kim loại nặng số loài 28 Bảng 1.10 Phạm vi pH cho trình kết tủa số kim loại 30 Bảng 1.11 Một số loài thực vật có khả tích luỹ kim loại nặng cao 37 Bảng 1.12 Một sè loµi thùc vËt cho sinh khèi nhanh cã thĨ sử dụng để xử lý kim loại nặng 38 Bảng 1.13: Phân loại chế, đối tợng thực loài thực vật tơng ứng 41 Bảng 3.1 Khả xử lý Crơm, Niken rong chó rong chồn 53 Bảng 3.2 Hiệu suất xử lý Crôm Niken rong chó, chồn 57 Bảng 3.3 Sự suy giảm nồng độ kim loại q trình xử lý rong chó 59 Bảng 3.4 Giá trị số tốc độ phản ứng thời điểm khác 62 Bảng 3.5 Khả tích lũy Crơm Niken rong chó 62 Bảng 3.6 Ảnh hưởng khối lượng sinh khối đến hiệu suất xử lý kim loại rong chó 64 Bảng 3.7 Tốc độ xử lý Crôm Niken rong chó 66 Bảng 3.8 Ảnh hưởng nồng độ kim loại ban đầu đến hiệu suất xử lý rong đuôi chó 68 vi Danh mục hình b¶ng Bảng 3.9 Khả xử lý Crơm Niken rong chó điều kiện pH ban đầu khác 70 Bảng 3.10 Hiệu xuất xử lý Crơm Niken rong chó sau ngày điều kiện pH khác (%) 70 Bảng 3.11 Khả xử lý Crôm Niken thủy trúc 71 Bảng 3.12 So sánh tốc độ xử lý Cr Ni thủy trúc rong chó 73 Bảng 3.13 Sự suy giảm nồng độ kim loại trình xử lý thủy trúc 74 Bảng 3.14 Giá trị số tốc độ phản ứng thời điểm khác 76 Bảng 3.15 Khả hấp thu Crôm Niken gốc rễ thân thủy trúc 77 Bảng 3.16 Khối lượng Crôm mà thủy trúc hấp thu 78 Bảng 3.17 Khối lượng Niken mà thủy trúc hấp thu đuợc 78 Bảng 3.18 Khối lượng kim loại tích lũy đất trồng thủy trúc 79 Bảng 3.19 Mối tương quan khối lượng kim loại tích lũy đất trồng (MTLĐ), thủy trúc (MTLTT) thực tế khối lượng kim loại đưa vào (M) 77 Bảng 3.20 Khả xử lý kim loại thủy trúc khối lượng sinh khối khác 80 Bảng 3.21 Hiệu suất xử lý kim loại thủy trúc nồng độ ban đầu khác 83 Bảng 3.22 Hiệu suất xử lý kim loại nặng rong chó, thủy trúc thủy trúc kết hợp rong chó 84 MỞ ĐẦU Hiện nay, để xử lý nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng nước ta ứng dụng phổ biến phương pháp truyền thống phương pháp kết tủa, điện hóa, hấp phụ hay phương pháp trao đổi ion (chủ yếu dùng để thu hồi kim loại quý) Trong thời gian gần đây, phương pháp sử dụng tác nhân sinh học để loại bỏ kim loại nặng nước thải dần quan tâm nghiên cứu số ưu điểm thân thiện với môi trường, giá thành xử lý thấp thích hợp nguồn nước thải có lưu lượng nồng độ kim loại nặng nhỏ Ngồi ra, phương pháp sinh học cịn có ưu điểm bật so với phương pháp truyền thống khác việc hấp thu kim loại nặng nước thải, cịn có khả khắc phục tình trạng phú dưỡng môi trường nước Mặc dầu vậy, nước ta việc nghiên cứu ứng dụng tác nhân sinh học mà đặc biệt thực vật thủy sinh để xử lý nước thải nhiễm kim loại nặng gặp số khó khăn yêu cầu phải có diện tích mặt thơng thống, đủ lớn giải vấn đề sinh khối thực vật phát sinh sau xử lý nhà máy, sở sản xuất nội vi thành phố, thị xã hay khu công nghiệp Tuy nhiên, nhà máy, sở sản xuất quốc phòng hầu hết nằm khu vực xa khu tập trung đơng dân cư, có diện tích mặt rộng nên việc triển khai phương pháp sinh học xử lý nước thải thuận lợi Ngoài ra, nhiều nhà máy, sở sản xuất quốc phòng đơn vị bao cấp, thiếu điều kiện đầu tư kinh phí xây dựng hệ thống xử lý nước thải đại Do vậy, giải pháp xử lý nước thải thực vật lựa chọn hợp lý phương pháp có ưu điểm bật có kỹ thuật đơn giản, chi phí đầu tư vận hành thấp Đây sở thiết lập đề tài luận văn: “Nghiên cứu khả làm nước thải bị nhiễm kim loại nặng dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí số loại thực vật thủy sinh” Mục tiêu đề tài là: thử nghiệm khả sử dụng thực vật thủy sinh để làm nguồn nước thải bị ô nhiễm số kim loại nặng dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí, từ đề xuất quy trình xử lý loại nước thải Để đạt mục tiêu trên, luận văn cần giải số nội dung sau: Khảo sát, thu thập thông tin trạng ô nhiễm kim loại nặng nguồn nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí Thu thập tài liệu, xây dựng tổng quan trạng công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại nặng, có cơng nghệ xử lý kim loại nặng thực vật Nghiên cứu đặc điểm trình hấp thu kim loại nặng số loài thực vật thủy sinh phổ biến nước ta Xác định khả tích lũy kim loại loài yếu tố ảnh hưởng nồng độ kim loại, pH, thời gian, sinh khối thực vật v.v tới hiệu suất xử lý Trên sở đó, lựa chọn lồi thực vật điều kiện thích hợp cho mục đích xử lý Nghiên cứu đề xuất phương án áp dụng thực vật thủy sinh việc làm nước thải dây chuyền x lý b mt v khớ CHƯƠNG 1: Tổng quan 1.1 đặc điểm công nghệ nguồn nớc thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí 1.1.1 Đặc điểm công nghệ xử lý bề mặt vũ khí [1] Hiện nay, có nhiều nhà máy, sở sửa chữa quốc phòng có dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí nh Nhà máy Z1, Z2 Xởng X1, X2, (theo quy định bảo mật Bộ quốc phòng luận văn không nêu tên cụ thể mà lấy ký hiệu nhà máy Z, Xởng X) Tùy thuộc vào chủng loại vũ khí yêu cầu xử lý mà dây chuyền sử dụng công nghệ khác nhau, nhiên đa số dây chuyền có sử dụng công nghệ xử lý bề mặt sau: 1.1.1.1 Công nghƯ nhm ®en vị khÝ [1, 2, 4, 5]: Mơc đích tạo lớp màng ôxyt sắt từ (Fe3O4) bề mặt chi tiết Đầu tiên chi tiết đợc tiến hành tẩy dầu mỡ, đợc rửa tẩy rỉ sau đợc đa vào bể ôxy hóa nhiệt độ 140 - 145 0C Sơ đồ công nghệ nhuộm đen vũ khí nguồn thải đợc trình bày Hình 1.1: Các chất ô nhiễm công đoạn là: axit (H2SO4), dầu mỡ, kiềm (NaOH), nớc thải có chứa dầu mỡ, axit, kiềm, kim loại nặng, NO 2-, NO3- chất thải rắn (dầu mỡ, bao bì đựng hóa chất thải bỏ) Các công đoạn chính: - Tẩy dầu mỡ: + Tẩy mỡ cũ: chi tiết cần phải tẩy dầu mỡ cũ đợc ngâm dầu AU BO nhiệt ®é 110 - 1150C, sau ®ã chi tiÕt ®ỵc lÊy lau dầu + Tẩy mỡ phơng pháp hoá học: ngâm chi tiết cần xử lý vào dung dÞch kiỊm gåm Na2CO3 (80-100 g/l), Na2SiO3 (10-15 g/l) ë nhiệt độ 1000C sau rửa nớc lau kh«