Nghiên cứu khả năng ứng dụng thực vật thủy sinh dùng cho xử lý nước thải ô nhiễm kim loại nặng

Mục tiêu và nội dung nghiên cứu: 1 Mục tiêu: • Lựa chọn được một số thực vật thủy sinh sẵn có tại Việt Nam có khả năng xử lý nước thải ô nhiễm kim loại nặng • Xây dựng được một mô hình t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

NGHIÊN cứu KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG T H ự C VẬT THỦY SINH DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI ồ NHIẺM KIM LOẠI NẶNG

Mã số: QT-06-17 Chủ trì đề tài: TS Nguyễn Việt Hùng

OAI H Ọ C Q U O C GiA l-A TRJNG TAM TH0NG TIN Thự VỊiỆN ị

'_ e ^ c j

Hà Nội - 2007

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

Trường Đại học Khoa học T ự nhiên

NGHIÊN CỬU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG T H ự C VẬT THỦY SINH DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI ồ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG

Mã số: QT-06-17 Chủ trì đề tài: TS Nguyễn Việt Hùng

OAI H Ọ C Q Ư Õ C GiA I- * TRƯNG TA m THQNG tin thu v iẹi M

P J >

Hà Nội - 2007

BÁO CÁO TÓM TẮT ĐÈ TÀI

1 Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng ứng dụng thực vật thuý sinh dùng cho xử lý nước thài ô nhiễm kim loại nặng

2 Mã số: QT-06-17

3 C hủ trì đề tài: TS Nguyễn Việt Hùng

4 Các cán bộ tham gia:

1) PGS TS Nguyễn Đình Bảng,2) PGS TS Nguyễn Văn Nội,3) CN Trần Đình Trinh

5 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu:

1) Mục tiêu:

• Lựa chọn được một số thực vật thủy sinh sẵn có tại Việt Nam có khả năng

xử lý nước thải ô nhiễm kim loại nặng

• Xây dựng được một mô hình thí nghiệm xử lý nước thải ô nhiễm kim loại nặng có sử dụng các thực vật thủy sinh được lựa chọn

2) Nội dung:

• Thu thập tải liệu về thực vật thủy sinh có khả năng xử lý kim loại nặng trong nước

• Lựa chọn loại thực vật thủy sinh sẵn có tại Việt Nam

• Khảo sát mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải cùa một số khu đô thị và công nghiệp

• Thiết kế mô hình thí nghiệm sử dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải ô nhiễm kim loại nặng

• Phân tích kết quã thu được và viết báo cáo tổng kết, nộp sản phâm nghiệm thu

6 Các kết quả đạt đưọc

• Đã khảo sát sơ bộ được mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong các sông chính dẫn nước thải của thành phố Hà Nội

• Đã lựa chọn được 3 loại cây thù> sinh là bèo nhật bán, bèo tấm và bèo hoa dâu là

ba loại thực vật thủy sinh sẵn có tại Việt Nam và có khả năng xư lý được kim loạinặng trong nước thai

• Đã thiết kế được mô hình thí nghiệm sư dụng thực vật thúy sinh trong xử 1> nướcthai ô nhiễm kim loại nặng

• Đăng được một bài báo trên tuyên tập hội nghị Việt - Hàn (For enhancingenvironmental technology research between Vietnam Nacentech (AM T) and Korea Kentec), hướng dẫn hai khóa luận tốt nghiệp cho sinh viên hệ đại học

7 Tình hình kinh phí cua đề tài

2

Xác nhận của ban chủ nhiệm khoa Chủ trì đề tài

í;}>

Xác nhận của trường

1 Project title: Research on application o f aquatic plants in treatment o f heavy metal contaminated wastewater

2 Code number: QT-06-17

3 Project Leader: Dr Nguyen Viet Hung

4 Members: Associate Prof Dr Nguyen Dinh Bang, Associate Prof Dr Nguyen Van Noi, B.Sc Tran Dinh Trinh

5 Aims and contents o f the project:

]) Aims

• Select some aquatic plants, which are abundant in Vietnam and

capable in treating heavy metal-contaminated wastewater

• Establish an experimental pilot for treatment o f heavy metal

contaminated wastewater using the selected aquatic plant

2) Contents

• Collect information on aquatic plants that are capable o f treating heavy metal contaminants in wastewater

• Select aquatic plants that are abundant in Vietnam

some urban and industrial areas in Hanoi

• Establish an experimental pilot using aquatic plants for treatment o fheavy metal contaminants in wastewater

• Analyze the obtained results and write a final project report

6 Results:

• Investigated concentrations o f heavy metal contaminants in

wastewater samples from To Lich, Nhue and Hong rivers

• Selected three aquatic plants, namely water hyacinth, water lettuce and duck weed These aquatic plants are abundant in Vietnam and quite effective in treatment o f heavy metal contaminants in wastewater

• Established an experimental model using the selected aquatic plants for treatment o f heav) metal contaminated wastewater

• Published an article in the proceeding o f the First International

Symposium “ For enhancing env ironmental technology research between Vietnam Nacentech (AM T) and Korea Kentec” dated 31 Ma>, 200Ố; and supervised two graduation theses in the framework o f this project

t

MỞ ĐẦU

Cùng với quá trinh công nghiệp hoá và hiện đại hoá, ô nhiễm môi trường gây ra bởi kim loại nặng đang là vân đê đáng quan ngại tại Việt Nam Bởi vì không như các chất ô nhiễm hữu cơ, các kim loại không bị phân huỳ sinh học và có xu hướng tích tụ trong các

cơ thể sống Có nhiều nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng, trong đó phải kể đến các nguồn chính sau [1]:

1 Hoạt động khai thác mỏ: do sự phát thải của phần bã quặng, sự khai thác thù công không có kê hoạch trên phạm vi rộng, và do sự sử dụng các kim loại nặng trong khai mỏ,

ví dụ sự sử dụng thủy ngân trong khai thác vàng

2 Hoạt động công nghiệp: các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công nghiêp bao gồm:

Công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ

Các kim loại nặng được thải ra ở hầu hết các quá trình sản xuất hoá chất vô cơ như quá trình sản xuất xút-clo, thuốc nhuộm, HF, NiS0 4, C uS04 Trước đây, thuỷ ngân phát thải với lượng lớn trong quá trình sản xuất xút-clo vì công nghệ sản xuãt sử dụng điện cực thuỷ ngân Dòng nước thải từ bể điện phân có thể có nồng độ thuỷ ngân lên tới 35 mg/1 Nồng độ niken cao tới 390 mg/1 được phát hiện trong nước thải từ một nhà máy sản xuất nikensunfat Khi hàm lượng kim loại nặng thải ra cao như vậy, nếu không có biện pháp

xử lý thích hợp, triệt để thì ô nhiễm nguồn nước là hậu quả tất yếu Vì vậy vấn đế xử lý tách loại chúng được đặt ra hết sức cấp bách

Mạ điện

Nước thái của quá trình mạ điện có chứa một hàm lượng kim loại khá cao Nước rửa từ quá trình mạ đồng có hàm lượng đồng là 0,44 mg/1 và crôm lên đến 0,84 mg/1 Số lượng các cơ sở mạ điện là rất lớn, do vậy ô nhiễm kim loại nặng do mạ điện là một nguồn đáng kể

Theo thống kê trên địa bàn thành phô' Hà Nội năm 2003, trong số 31 xưởng mạ có tới 22

cơ sở mạ điện quy mô hộ gia đình mà nước thải bể mạ hầu như được đổ trực tiêp hoặc được pha loãng trước khi đổ ra đường ống thoát nước chung mà không qua xử lý Trong tổng sô' 31 cơ sở điểu tra có 13 cơ sở sử dụng niken, 21 cơ sở sử dụng kẽm, 24 cơ sở sử dụng crôm Bên cạnh các kim loại sử dụng phổ biên nêu trên thì các kim loại khác như: chì, đồng và các hoá chất khác được sử dụng trong quy trình mạ cũng là những nguyên nhân gây ô nhiễm nước

Quá trình sản xuất sơn, mực, thuốc nhuộm

Qua phân tích nước thái cửa quá trình sản xuất sơn, mực, thuốc nhuộm, người ta phát hiện thấy nồng độ một số kim loại nặng rất cao Ví dụ AI là 100 mg/1, Pt là 0,8 mg/1, Zn là 10

Q ua các số liệu thống kê, có thể thấy tình trạng ô nhiễm môi trường nước ở Việt Nam khá phổ biến và đang là vấn đề cần giải quyết cấp bách trong quá trình phát triển kinh tế xã hội Việc kiểm soát, bảo vệ các nguồn nước cũng như hệ sinh thái là việc làm có ý nghĩa chiến lược quốc gia Vì vậy, bên cạnh các biện pháp kiểm soát ô nhiễm với những chính sách bảo vệ môi trường của nhà nước, việc nghiên cứu các phương pháp xứ lý ô nhiễm nước có hiệu quả kinh tế cao, đảm bảo sự phát triển bền vững là một việc làm thiết thực

có ý nghĩa

3 Tái sử dụng nước thải: nước thải là nguồn có giá trị về các chất dinh dưỡng, từ lâu nước thài chưa được xử lý đã được dùng cho tưới tiêu tại Việt Nam Khoảng 30 đô thị sử dụng nước thải và khoảng 5000 ha đất đã được tưới tiêu trực tiếp bang nước thải

Do nước thải không được xử lý và có sự trộn lẫn giữa nước thải công nghiệp và sinh hoạt, hàm lượng kim loại nặng trong nước thải có thể dao động nhung nói chung là cao pH trong đất của Việt N am thường thấp do thói quen canh tác sư dụng nhiều phân đạm sẽ tạo điều kiện dễ dàng cho sự chuyển của kim loại nặng vào cây trồng Trong một số trường hợp pH của đất vùng Châu thổ Sông H ồng giám từ pH 6.5 xuống 5.5

4 V iệc sử dụng các loại phân bón: bên cạnh ảnh hưởng làm chua hóa đất do sử dụng nhiều phân đạm, việc sứ dụng nhiều phân lân có thể làm tăng hàm lượng các kim loại nặng trong đất chủ yếu là C adim i và Urani

Đ ứng trước tình hình ô nhiễm kim loại từ nhiều nguồn như vậy rất cần có những phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải m ột cách phù hợp với điêu kiện môi trường và kinh tế của Việt Nam

M ục tiêu của đề tài là nghiên cứu khả năng úng dụng các thực vật thuy sinh sẵn có trong nước để xây dựng được m ột mô hình xừ lý nước thài ô nhiễm kim loại nặng đạt hiệu quà kinh tế và thân thiện với môi trường tự nhiên

Đề tài này được hoàn thành với kinh phí trợ giúp từ phía Đại học Quốc gia Há Nội và với sự giúp đỡ nhiệt tình của Ban K hoa học và Công nghệ Đ H Q G , Phòng Khoa học và

C ông nghệ, trường Đại học K hoa học Tự nhiên Tác giá cũng xin chân thành cám ơn sự úng hộ cua Ban chủ nhiệm khoa H óa học, cũng như những đóng góp quí báu cua các

C H Ư Ơ N G I

Khảo sát mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải

M ột số m ẫu nước thải đã được lấy tại các sông Tô Lịch, sông Nhuệ và sông Hồng và đem

đi phân tích để xác định mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải của thành phố Hà Nội Kêt quả phân tích các mâu thu được là khá phù hợp với kết quả của các tác giả khác [2]; và được trình bày trong bảng 1

Bảng 1 Kết quả khảo sát mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải của thanh phố

N hận xét: mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong các sóng chính dẫn nước thái cua thành

phố Hà Nội tuy chưa đến mức đáng báo động (vẫn còn dưới các tiêu chuân cho phép như được trình bày trong bang 2 ơ dưới) Tuy nhiên sự có mặt cùng lúc cua nhiều loại kim loại nặng độc hại, không phân hủy và có khá năng tích lũy cao trong sinh vật như Cu Ni,

Pb As va C r cũng là m ột vấn đề đáng quan tâm M ột điều cần lưu ý là các m ẫu nước thải

mà chúng tôi lấy chi vơi mục đích để có một cái nhìn rất khái quát về mức độ ỏ nhiễm nói chung do vậy số m ẫu lấy không đủ nhiều đé đại diện chung và cũng chưa thể phan ánh chính xác sự ô nhiễm cục bộ địa phương xung quanh những nha máy, phân xưưng vả khu công nghiệp

Bảng 2 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5942-1995 về nước thải công nghiệp đối với chì,

CH Ư Ơ N G II

Lựa chọn thực vật thủy sinh dùng cho xử lý nưóc thải ô nhiễm kim loại

nặng (theo phương pháp phytoremediation)

2.1 Định nghĩa phương pháp [4]

Phỵtorem ediaíion là thuật ngữ tiếng Anh để chỉ việc sử dụng thực vật để làm sạch các

chất ô niềm trong đât, nước ngâm, nước mặt và không khí Việc sử dụng kỹ thuật phytorem ediation là m ột cách kinh tê và không gây ô nhiễm để loại bỏ hoặc ổn định các hóa chất độc hại có thể bị rửa trôi khỏi đất cùng với nước mưa và gày ô nhiễm cho các thủy vực lân cận N ó cũng là cách để tập trung và thu các kim loại có giá trị nhưng phân tán rộng trong đất

Phytorem ediation bao gồm m ột số cách thức sau:

phytoextraction: là phương pháp trong đó chất ô nhiễm được tập trung vào trong rễ, thân

và tán lá của cây

Phytodegradation: là phương pháp trong đó các enzyme cua cây giúp xúc tác cho quá

trình phân hủy các phân tử của chất ô nhiễm

Rhizosphere B iodegradation (Phân hủy sinh học trong tiêu môi trường bao quanh hệ rễ cúa cây): là phương pháp trong đó hệ rễ cua cây cung cấp các chất dinh dưỡng cho các vi

sinh vật rất hoạt động trong việc phân hủy sinh học các chât ô nhiễm

Volatilization (bay hơi): là phương pháp trong đó sự hô hấp qua lá giúp bay hơi vào khí

quyển các chất hữu cơ, selen và thuy ngân

Stabilization (ổn định): là quá trình trong đó cây cối chuyến các chất ô nhiễm sang dạng

bền vững không sẵn có về mặt sinh học, hoặc cây côi chông lại sự lan truyên cua cột chất

ô nhiễm

Các cây dung cho xứ lý ô nhiễm đất phải làm được ít nhất một trong các việc sau:

• Hút được các chất ô nhiễm từ các hạt đất hoặc dịch đất vào trong rễ cũa chủng

• Gắn chất ô nhiễm vào tế bào rễ cua chúng băng cách vật lý hoặc hóa học

• Vận chuyên chất ô nhiễm từ rễ cua chúng vào trong các màm cây đang mọc

• Ngăn chạn hoặc ức chế chất ô nhiỗm không cho thâm thấu ra khỏi đất

Các cây nay khổng những phai tích lùy phản huy hoặc làm hay hơi chât ô nhiễm, m ã con phải mọc lihanh trong m ọt khoang các điều kiện khác nhau và được thu h.-ạch dễ dang

N ếu các cây này đưực đè cho chet tại nơi trồng thi các chất ò nhiễm sẽ quav trơ lại đất

Đê loại hoan toàn các chất ô nhiễm từ mọt vùng- các cây nay phai được chặt va xư lý Một sô ví dụ về các loại cây được dung trong xừ lj phytorem ediation la bèo các câ> họ bạch dương

Các lợi ích cùa phương pháp phytoremediation:

• Giá thành thấp hom so với các phương pháp “cơ học” hiện đang dùng để xử lý đất

ô nhiễm

• Không yêu câu vê năng lượng do phương pháp sử dụng cây nhận năng lượng từ ánh sang mặt trời

• Nhanh hơn so với để phân hủy tự nhiên

• Năng lượng có thể được thu hồi bằng cách đốt có kiểm soát sinh khối thu được

• Phựơng pháp sử dụng cây côi hợp về măt thẩm mỹ và dễ được cộng đồng dân cư chấp nhận

Việt Nam chúng ta là một nước nhiệt đới với một hệ thục vật vô cùng phong phú, bao gồm rát nhiều các loại cây có thể sống trong môi trường nước Sau khi thu thập và nghiên cứu các tài liệu vê thực vật thủy sinh có khả năng xử lý kim loại nặng trong nước, chúng tôi đã lựa chọn ra các loại cây thủy sinh dưới đây, là những cây sẵn có tại Việt Nam

2.2 Thông tin về cây thủy thủy sinh được lựa chọn

Bèo táy (bèo Nhật Bản) [5,6]

Bèo tây (tên La tinh E ichhornia) có nguồn gốc từ Nam Mỹ Chúng sống nhiều trong tự

nhiên trôi nổi trên các mặt nước, từ các đới khí hậu nhiệt đới đến ôn đới trên thế giới

Tại Việt Nam, bèo tây có rất nhiều từ Bắc chí Nam Ở miền Bắc chúng còn có tên gọi là bèo Nhật Bản Còn trong Nam chúng được gọi thân thương là cây lục bình Chúng sông nhiều ở các vùng nông thôn, ao đầm, sông, suối

Bèo lục bình là một loại cây có hình dạng đặc biệt, thân bèo có hình dạng như cái bình, lá tròn to Cây bèo gồm lá, thân, rế và hoa Lá màu xanh sáng tròn hoặc bâu dục, lá dựng thẳng đứng Lá beo hình ô van rộng và bóng có thể có đường kính cực đại là 25 cm Cuống lá có màu xanh nhạt hơn màu cùa lá Lá bèo hơi xốp nhưng thân bèo cực xốp Rẻ bèo co màu nâu đen và có cấu trúc như những ống mao quàn Rễ chùm dài, mềm ngập sâu trong nước

Bèo trường thành gồm 8 đến 10 cánh riêng rẽ Hoa bèo rộng từ 5 đến 7.5 cm, có màu tím

và chúng thường nở vào mùa hè Một hoa gôm có 6 cánh

Bèo sinh sản bằng hạt và bàng cây con được tạo ra trên thân rễ Hạt và cây con được phát tán bởi gió các dòng nước và các loài chim Bèo tây là một trong các câ> mọc nhanh nhat đã từng được biet đến với một tốc độ sinh sản và phát triển rất nhạnh Nó có thể tạo thanh nhưng thảm cây dày không thể xuyên thùng sau một thời gian ngắn Từ hai cây ban đầu có thể sinh ra 1200 cây con trong vòng 4 tháng

11

Ảnh bèo lục bình

Bèo cái [7]

(tên La tinh Pistia síraíioíes ) sống thành từng đám nổi trên mặt các sông, hồ, ao của các

vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới Bèo cái không chịu được mùa đông lạnh giá, chúng có thể phát triển được trong khoảng nhiệt độ từ 15°c đến 35°c, nhiệt độ phát triển tối ưu là trong khoảng 22-ỉ-330C, bèo cái là loài thực vật phát triển tốt trong môi trướng trung tính, pH trong khoảng 6.5-7.2 Bèo cái rất dễ nhận biết, nó có hình dáng giống như một cây xà lách thu nhỏ nổi trên mặt nước và có bộ rễ chùm rất phát triển Lá cua nó có màu xanh lục nhạt, dày, có lông, hoa của nó rãt khó được phát hiện Các lá của bèo cái mọc theo kiểu các cánh hoa hồng và xốp ổ gần cuống lá Bèo cái là một loại thực vật sinh trưởng phổ biên ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới Chúng thường phát triển trong các vùng ao, hồ hoặc đầm nước cùng với một sô' loài thực vật khác Bèo cái có khả năng phát tán rất nhanh do chúng có khả năng sinh sản cả vô tính lẫn hữu tính, các cây con được tạo

ra trên các thân bò lan mọc ra từ cây mẹ Bên cạnh đó còn có khá năng cây con mọc từ hạt ở những vùng khí hậu ấm áp

Ảnh bèo cái

Bèo hoa dâu [8]

(tên La tinh là L en n a cea e) là một thực vật sống thành từng đám nổi trên mặt nước ở

các ao, hồ hoặc là các sông, suối có nước chảy chậm, ở các vùng có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới Bèo hoa dâu phát triển rất kém trong mùa đông lạnh giá, chúng

có thê phát triển tot ở nhiệt độ từ 20('c đến 35ưc , nhiệt độ tối ưu là khoảng từ 25°c

đến 30°c, bèo hoa dâu là loài thực vật phát triển tốt trong môi trường trung tính, pH trong khoảng (6,5 đến 7,5) Bèo hoa dâu rất dễ nhận biết, nó là loài thực vật có cấu tạo đơn giản, bề m ặt của nó giống như bề mặt quả dâu xanh và có bộ dễ chùm rất phát triển, có thể ra hoa, quả Hoa của nó có kích thước nhỏ (dài 0,3m m ), quả có chứa hạt, có thể nổi được Bèo hoa dâu là loài thục vật sinh sản vô tính, có khả năng phát triển mạnh trên khắp thế giới trừ những nơi có then tiết lạnh, ơ Việt Nam bèo hoa dâu mọc nổi trên các vùng nước chảy chậm, ở trên các ao hồ hoặc trên bề mặt bùn ướt trong các ruộng lúa hoặc đầm lầy Sự phát triển của bèo hoa dâu là rất nhanh, tốc độ lớn nhanh cùa nó đòi hỏi một lượng đáng kể chẫt dinh dưỡng (P, N và đặc biệt là NHj) Do đó bèo hoa dâu có thể dùng làm sạch các loại nước thải, ngoài ra do chứa hàm lượng dinh dưỡng cao nên nó

có thể dùng làm thức ăn chăn nuôi: cá, tôm, gia cầm gia xúc

13

Ảnh bèo hoa dâu

2.3 Thông tin về các kim loại nặng được lựa chọn cho nghiên cứu

Chì [9]

Chì được sử dụng rất nhiều trong các nghành công nghiệp như sản xuất pin, bọc cáp, hợp kim, các hợp chất cùa chì Chì có độc tính đối với não và có khả năng tích lũy lâu dài trong cơ thể Nhiễm độc chi có thể gây chết người Các hợp chất hữu cơ chứa chỉ độc hơn nhiều so với các hợp chất vô cơ cùa nó Chì vào trong cơ thể gây rất nhiều bệnh như giảm trí thông minh, bệnh về máu, thận, tiêu hóa và bệnh ung thư

Đồng [9]

Đồng rất quan trọng cho việc duy trì sức khoẻ Tuy nhiên một lượng lớn của đồng đi vào

cơ thể có thể gây hại Mức độ nguy hại tăng theo nồng độ và thời gian tiếp xúc với đồng Tiếp xúc với đồng có thể qua con đường hít thở không khí, uống nước, ăn uống, và qua tiếp xúc da với đất, nước và các chất chứa đồng khác Bụi đồng có thể gây ngứa mũi, miệng, họng, mắt và gây đau đầu, choáng váng, buồn nôn Đồng có thể gãy ho và chảy máu mũi Hấp thụ những lượng cao của đồng có thể gây phá huỷ gan, thận và nặng hơn là

tử vong

Niken [9]

Niken là nguyên tố vi lượng rất cần cho cơ thể con người, nhưng nếu vượt quá giới hạn thì

nó là chât độc với con người Trong nước tự nhiên thường ít gặp niken, nó chỉ có ở một số nguồn nước chảy qua các vùng có chứa quặng niken và có nhiều trong nước thải của một

số nhà máy luyện kim và hoá chất có dùng niken Trong nước niken có thể tồn tại ở dạng phức, nước có hàm lượng niken cao có thể gây ra chứng ngứa, viêm da

Asen [10]

Asen là nguyên tố được nói tới nhiểu vì nó liên quan tới mồi trường và sức khoẻ con người Con người có thể bị nhiễm Asen từ nguồn nước ngầm do các giếng khoan chưa đủ sâu có chứa hàm lượng Asen cao, hoậc là nước đã bị nhiễm Asen bởi các nguồn thải từ nông nghiệp (trong thuốc trừ sâu), từ công nghiệp (trong bảo quản gỗ, làm dược phẩm, trong mạ đổng, trong sản xuất pháo hoa) Đã từ lâu Asen được coi là một chất độc bởi ảnh hưởng của nó lẽn nhóm sunfua hydryl (SH) của tế bào làm cản trở enzim tế bào, sự hô hấp của tế bào và sự nguyên phân Tỉ lệ người bị mắc bệnh do nhiễm độc Asen ngày càng cao,

nó được chứng minh là chất cực độc, làm cho con người bị ngộ độc cấp tính và mãn tính Đầu tiên nó xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn, uống, hít thở và qua da Sau đó được phân bố trên nhiểu cơ quan như: phổi, gan, thận và da Những biểu hiện lảm sàng do nhiễm độc Asen là vô số và việc chẩn đoán và chữa trị người bị mắc bệnh do nhiẻm Asen là rất phức tạp, hiệu quả chưa cao

15

C H Ư Ơ N G III

Thiết kế mô hình thí nghiệm sử dụng thực vật thủy sinh trong xử lý

nước thải ô nhiễm kim loại nặng.

3.1 Thí nghiệm đối vói chì, đồng và niken

Dụng cụ

- Cân kỹ thuật Precise XT- 1200C

- Cân phân tích Ohaus AR 2140

- Máy khuấy từ IKA RCT

- Máy đo pH M ettler Toledo MP 220

- Tủ sấy M emmert, model 800

Đường chuẩn của các kim loại đo bằng phương pháp A A S

Từ dung dịch gốc cùa chì, đồng và niken có nồng độ 1000 mg/1 pha thành các dung dịch

có nồng độ như sau: 1, 2, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 và 10 mg/1

Đo phổ AAS của đồng theo thứ tự từ các mẫu có nồng độ nhỏ tới mẫu có nồng độ lớn Ghi lại chiều cao pic của các mẫu phân tích để lập đường chuẩn Kết quả phân tích được trình bày ở các hình bên dưới

Hình 3 Đường chuân xác định niken

Qui trình phân tích các kim loại trong mẫu nước phân tích

Qui trình được trình bày theo sơ đồ khối Ư dưứi đây:

Hình 4 Sơ đồ khối mô tả qui trình phân tích

Hiệu suất cùa qui trình phân tích là 97%, 98,1% và 97,5% đối với chì, đồng và niken một cách tương ứng

3.2 Thí nghiệm đối với Asen

Dụng cụ

- Nút cao su có cắm ống thuỷ tinh (Ị) 4mm, dài 150 mm

- Bình thuỷ tinh: 4 bình thuỷ tinh có kích thước

(42 X 26 X 34,5) cm

Hóa chất

- A s 20 3 tinh khiết phân tích

- HC1 đặc

- KI tinh khiết phân tích

- Sn Kim loại (tinh khiết không chứa Asen)

- HgCl2

- Pb (CH, COO)2 3H20

Chuẩn bị các dung dịch cho thí nghiệm

- Pha dung dịc Asen nòng độ lg/1

19

Cân chính xác l,320g A20 3 tinh khiêt phân tích cho vào bình định mức 1000ml Sau đó cho 4gNaOH tinh khiẽt vào khoảng 100ml nước cất, lắc đều cho tan hết Dùng axit HC1 1:1 chuyên dung dịch Asenit sang môi trường axit, rồi bổ sung nước cất tới vạch định mức từ dung dịch Asen với các nồng độ tuỳ ý.

- Axit HC1 1:1 và HC1 1:2 pha từ HC1 đặc

- Dung dịch KI 10%

Cân chính xác lOg KI tinh khiết, phân tích cho vào cốc thuỷ tinh cùng với 30ml nước cất lãc đêu cho tan hết rồi cho vào bình định mức 100ml và bổ sung nước tới vạch định mức, lắc đều rồi nút kín, dung dịch KI pha xong đựng trong chai thuỷ tinh màu, nủt kín

- Dung dịch SnCl2 bão hoà

Cân khoảng 50 g Sn kim loại tinh khiết ( khồng chứa As) cho vào bình thuỷ tinh có chứa 100ml axit HC1 đặc rồi nút kín để yên trong 2 ngày cho tới khi phàn ứng dừng hẳn Lượng

Sn luôn lấy dư để thiếc luôn tổn tại ở dạng SnCỈ2

cắt n h ỏ với k íc h thướ c ( 6 0 X 6 0 ) m m , bảo quản trong lọ thuỷ tinh m à u c ó nút kín.

Phân tích Asen băng phương pháp so sánh màu HgCl2

Nguyên tắc của phương pháp

2As + 3 Zn + 6 HCL = 3ZnCl2 + 3AsH, T

AsH, + 3HgCl2 = As (HgCl)3 + 3HC1

Giấy lọc tẩm, HgCl2 khi gặp khí AsH, bay lên sẽ xảy ra phản ứng sinh ra As(HgCl)j có màu vắng đến nau So sánh chiều cao cột màu trên giấy ta có thể biết được nồng độ cùa Asen trong mẫu thông qua đường chuẩn

Cách tiến hành

Lây một lượng chính xác mẫu phân tích (V = 50ml) cho vào bình định mức 100ml Sau

đó thêm lần lượt 30ml HC1 1:2 và 1 ml KI 109t để khứ toàn bộ As(III) về As(V), để yên trong 15 phút Lượng I, giải phóng ra làm cho dung dịch có màu vàng Sau đó cho 1 giọt SnCl, bão hoà vào đè khư I2 về dạng r , rồi để yên trong 5 phút, nếu không thấy xuất hiện màu vàng là được Giây tẩm HgCl2 đã cắt nhỏ (3x 150)mm luồn vào ống thuv tinh nhỏ, dài khô, có nút cao su, giấy phải được vuốt thẳng trước khi cho vào ống Tiếp theo cho 4g kem hat kim loại vào bình định mức 100ml ơ trên, rồi quàn nhanh giãy tâm Pb(CH,COO); vao bình định mức và nút ngay bình lại băng nút cao su đã có giấy tâm HgCK Khí AsH, đươc sinh ra do phản ứng cua Asenit vói Hydro mới sinh (do Zn + HC1 tạo ra) sẽ bòc lên, làm cho giấy tẩm HgCU chuyển từ màu trắng sang màu nảu, vàng Chiểu cao của cột màu

sẽ ti lệ với nồng độ Asen có trong mâu

Bảng 3 Dữ liệu về sự thay đổi chiều cao cột giấy chuyển màu theo nổng đọ Asen

Hình 5 Đường chuẩn xác định Asen

- Với dung dịch Asen có nồng độ từ 0 -hlOOppb ta có phương trình:

y = 0,0373-0.3806 với R 2 = 0,9826

- Với dung dịch asen có nồng độ tư lOOppb trở lên ta có phương trình:

y = 0,0247 + 1,4533 với R2 = 0,9935

3.3 Chuẩn bị các bể xử lý và so sánh

Chuẩn bị các bể thúy tinh có kích thước 42x26x34,5 cm tương ứng với dung tích khoang

30 lít Tiến hành rứa sạch bể bàng nước má> Ngâm bể băng nước chứa EDTA pha loãng trong hai ngày, sau đo rửa sạch lại và tráng băng nước cất Nước ngâm bể được dem đi

21

phân tích xem cỏ chứa kim loại nặng hay không Với mỗi bể bố trí một máy khuấy từ để đàm bảo nồng độ là đồng nhất trong mỗi bể.

Bèo (bèo nhật bàn, bèo cái, bèo hoa dâu): được lấy tại các thôn ngoại thành Hà Nội hay

Hà Tây Trước khi dùng bèo, mẫu nước trong ao bèo được đem phâm tích xem cỏ chứa kim loại nặng hay không Bèo được lấy về, lựa chọn những cây khỏe m ạnh và cỏ kích thước gần như nhau đem nuôi trong bể Trước khi đem thà vào các bể, bèo được cân và ghi lại trọng lượng

Các bê thủy tinh được chia làm hai nhóm Nhóm thứ nhất gồm các bể chi chứa nước có pha kim loại nặng (nhóm này là nhóm bể so sánh) Nhóm thứ hai gồm các bề ngoài chứa nước pha kim loại nặng còn chứa bèo được thà kín mặt bể (nhóm này là nhóm bề thực nghiệm hay bể xử lý)

Bèo cái

\ Máy khuấy từ

Hình 6 Sơ đồ sắp xếp bể thực nghiệm và bể so sánh

Hình 7 Be thực nghiệm chứa bèo cái

3.4 Các kết quả thí nghiệm thu được

3.4.1 Kết quả đối với chì

• Kẻt quả thu được cùa thí nghiệm với nồng độ chì ban đầu trong hai loại bể thực nghiệm và so sánh là khoảng 4 mg/L được trình bày trong Bàng 4 và Hình 8

Bảng 4 Sự thay đổi nồng độ chì trong hai bể thực nghiệm và so sánh trong thời gian 7

• Kết quà thu được của thí nghiệm với nồng độ chì ban đầu trong hai loại bể thực nghiệm và so sánh là khoảng 11 mg/L được trình bày trong Bảng 5 và Hình 9.

Bàng 5 Sự thay đổi nồng độ chì trong hai bể thực nghiệm và so sánh trong thời gian 7

Nhận xét:

Nồng độ chì trong hai bể giảm đi đáng kể sau các ngày thí nghiệm Nồng độ chì trong bể

so sánh hầu như không thay đổi Hiệu suất xử lý chì trong nước của bèo nhật bản là trên

92% Với nồng độ chì ban đầu là 4,3 mg/L sau khi được xử \ý bàng bèo tây, nước thải đạt

chất lượng loại A Còn vói nồng độ chì ban đầu cao hom (11.83 mg/L) chất lượng nước chỉ đạt loại c

Nhận xét chung:

Sau 7-8 ngày thí nghiệm hiệu suất xử lý chì cùa bèo nhật bản đạt trên 92%, Bèo nhật bản

có thể xử lý tốt nhũng thể tích lớn cùa nước thài có chứa những nồng độ chì bằng hoặc thấp hơn 4,3 mg/1

25

3.4.2 Kết quà đối với đồng và niken

+ Khả năng hấp thu Đồng trong nước của bèo cái

Kẽt quả khảo sát khả nãng hấp thu đổng của bèo cái được trình bày ở Bảng 6

Bảng 6 Sự thay đổi nồng độ Cu2+ theo thời gian xử lý (mg/1)

Thời g ian thí ng h iệm (ngày)

Hình 10 Sự thay đổi nồng độ Cu2+ theo thời gian xử lý

Nhận xét

Nồng độ Cu2+ trong bể 1 là bể thực nghiệm giảm khá nhanh trong 6 ngày đầu tiên Hàm lượng Cu2+ đã giảm từ 5,3 mg/1 xuống còn 0,8 mg/1, đạt tiêu chuẩn loại B đối với nước thải được phép thải vào môi trường Sau thời gian đó, hàm lượng Cu2+ vẫn tiếp tục giảm nhưng với tốc độ chậm hơn nhiều Đến ngày thứ 8 thì hầu như hàm lượng Cu2 không tiếp tục giảm được nữa Đối với bẽ 2 là bể so sánh (không nuôi bèo), hàm lượng Cu2 hầu như không thay đổi trong suốt thời gian tiến hành xử lý Như vậy, có thể thãy rõ khả năng hấp thu cao cùa bèo cái đối với đồng và kha năng sứ dụng loại thực vật này để xứ lý nguồn nước bị ô nhiễm đổng