TIỂU LUẬN xây DỰNG QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ KIM LOẠI NẶNG TRONG đất và nước (pb, as, hg) , đh nông lâm tphcm

Tác động của kim loại nặng Với sự tích tụ quá mức lượng KLN trong môi trường đất đã làm cho thảm thực vật trên mặt đất bị mất đi, nhiều loài không thể sống được ở những vùng đất chứa lư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

LỚP DH09HH

MÔN HÓA PHÂN TÍCH DỤNG CỤ

TIỂU LUẬN: XÂY DỰNG QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ KIM LOẠI

NẶNG TRONG ĐẤT VÀ NƯỚC (Pb, As, Hg)

GV hướng dẫn:

cô Phùng Võ Cẩm Hồng

Nhóm sinh viên thực hiện:

- Trần Văn Hoài Thương 09139181

- Đồng Thị Thương 09139179

- Lê Quang Tân 09139154

- Trương Thị Phương Linh 09139091

- Lê Thị Nhung 09139116

Tổng quan về kim loại nặng

1/ Khái niệm chung về kim loại nặng

kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 ( As(5,72 ) , Ag( 10,5 ) , Bi( 9,8 ) , Cd( 8,6 ), Co( 8,9 ) , Cu( 8,96 ) , Cr( 7,1 ) , Fe( 7,87 ), Hg( 13,52 ),

nồng độ thấp

Một số kim loại nặng có thể cần thiết cho sinh vật, chúng được xem là nguyên tố vi lượng Một số không cần thiết, khi đi vào cơ thể sinh vật có thể không gây độc hại gì Kim loại nặng gây độc hại với môi trường và cơ thể sinh vật khi hàm lượng của chúng vượt quá tiêu chuẩn cho phép

* Đối với môi trường:

2 Tác động của kim loại nặng

Với sự tích tụ quá mức lượng KLN trong môi trường đất đã làm cho thảm thực vật trên mặt đất bị mất đi, nhiều loài không thể sống được ở những vùng đất chứa lượng KLN quá cao Đất giảm lượng tích luỹ mùn và trở nên chặt hơn, nghèo dinh dưỡng hơn Những cây có thể mọc được ở những vùng đất chứa lượng KLN cao thì ngay trong bản thân chúng cũng sẽ chứa lượng KLN nhất định, và lượng KLN nhất định này cao hơn mức bình thường mà chúng có được do chúng hút các chất dinh dưỡng trong đất

Các KLN tích luỹ trong đất, nước từ đó

đi vào nông sản, thực phẩm và theo chuỗi thức ăn KLN trong đất sẽ được tích tụ trong thực vật, động vật và vào

cơ thể con người

2 Tác động của kim loại nặng

*Đối với con người:

- Việc con người phải hít thở bầu không khí ô nhiễm; sử dụng nước uống, nước rửa, lương thực, thực phẩm nhiễm kim loại nặng; Tiếp xúc trực tiếp với các vật liệu có chứa kim loại nặng (sơn tường có hàm lượng chì cao)… dẫn tới sự tích tụ kim loại nặng trong cơ thể Nếu vượt quá ngưỡng quy định, bất cứ kim loại nào cũng có thể

sẽ gây ngộ độc kim loại cho cơ thể dẫn tới nhiều

ca tử vong hoặc khiến con người mang dị họa suốt đời

Cơ chế gây độc của KL nặng

Toxic Metals

Pb, Cd, Hg, As

Damage to antioxidant defense system Depletion Thiol status of

Reactive Oxygen Species (ROS)

LIPIDS PROTEINS DNA

Lipid Peroxidation Protein Oxidation Oxidized Nucleic Acids

Cell Membrane Damage Protein Dysfunction Impaired DNA Repair

Cell Death Mutagenicity

Carcinogenesis

Asen (Thạch tín)

Hiệu ứng hóa sinh của Asen:

Về mặt hóa học Asen là một á kim, trong danh mục các hóa chất cần kiểm soát được xếp cùng hàng với kim loại nặng độc loại A As tự do cũng như hợp chất của nó đều rất độc Trong các hợp chất thì hợp chất của As(III) là độc nhất Asen thường nằm trong thuốc trừ sâu, thuốc trị nấm (fungicide) và thuôc trừ cỏ (herbicide) As +3 tác động vào nhóm –SH của men do vậy ức chế hoạt động của men:

Trong việc tạo ATP bước tổng hợp 1,3 diphosphoglyxerate từ glyxeraldehyd 3 phosphat là rất quan trọng Tuy nhiên khi có mặt (AsO 3 ) -3 thì (PO 4 ) -3 bị chiếm chỗ nên không hình thành 1,3 diphosphoglyxerat mà lại hình thành 1 Aseno 3 phosphoglyxerat sau đó chât này lại tự thủy phân chẳng cần sự tham gia của men

để lại tạo thành 3 phosphoglyxerat và Asenic chứ không thành ATP

- Người bị nhiễm độc As thường có tỉ lệ bị đột biến NST rất cao Ngoài việc gây nhiễm độc cấp tính As còn gây độc mãn tính do tích lũy trong gan, thận, bàng quang, tim mạch, hệ hô hấp với các mức độ khác nhau, liều gây tử vong là 0,1g (tính theo

As2O3).

- Những biểu hiện của bệnh nhiễm độc Asen

là chứng sạm da (melanosis), dày biểu bì (kerarosis), từ đó dẫn đến hoại thư hay ung thư ở các cơ quan tiếp xúc và tích tụ, viêm răng, khớp, Hiện tại trên thế giới chưa có phương pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc Asen.

Hình ảnh một số bệnh

do nhiễm độc Asen

Chì - Pb

Cơ chế Hóa sinh

- Hiệu ứng hóa sinh quan trọng của chì là can thiệp vào việc tổng hợp hemoglobin (ức chế các men) dẫn đến các bệnh về máu

- Khi chì trong máu vượt quá 0.3ppm cơ thể sẽ thiếu máu do thiếu hemoglobin

- Khi thiêu chì nhiều hơn 0.5 – 0.8ppm chức năng thận bị rối loạn và cuối cùng ảnh hưởng đến thần kinh

•Khi nồng độ chì trong nước uống là 0,042 – 1,0 mg/l

sẽ xuất hiện triệu chứng bị ngộ độc kinh niên ở người; nồng độ 0,18 mg/l động vật máu nóng bị ngộ độc

•Chì gây độc cho hệ thần kinh trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác động lên hệ enzym có nhóm hoạt động chứa hydro

•Người bị nhiễm độc chì sẽ bị rối loạn bộ phận tạo huyết (tuỷ, xương) Tùy theo mức độ nhiễm độc có thể bị đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến não, nhiễm độc nặng có thể gây tử vong Đặc tính nổi bật là sau khi xâm nhập vào cơ thể, chì

ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian rồi mới gây độc

- Ngoài ra, muối chì gây rối loạn tổng hợp hemoglobin, giảm thời gian sống của hông cầu, thay đổi hình dạng tế bào, gây xơ vữa động mạch, làm con người bị ngu đần, mât cảm giác Chì gây ung thư thận thông qua việc thay đổi hình thái và chức năng của các tế bào ông thận làm giảm chức năng vận chuyển năng lượng là tiểu đường, tiểu đạm Chì ảnh hưởng đến chức năng sinh sản, gây

vô sinh, sẩy thai và chết sơ sinh

- Với nồng độ chì cao hơn 80mg/dl sẽ xảy ra các bệnh về não do việc gây tổn thương đến các tiểu động mạch và mao mạch não và phù não, tăng áp suất dịch não tủy, thoái hóa các nơron thần kinh

Thủy ngân - Hg

Hiệu ứng hóa sinh:

- Thủy ngân nguyên tố hoàn toàn không độc, nếu lỡ nuốt phải thì cơ thể sẽ tự đào thải ra ngoài qua đường bài tiết, còn hơi thủy ngân và các hợp chất của nó rất độc, hơi thủy ngân sau khi hít vào cơ thể sẽ đi lên não làm cho hệ thần kinh trung ương bị rối loạn Dạng độc nhất của Thủy ngân là Metyl thủy ngân nằm dưới dạng

CH3Hg+ Ion metyl thủy ngân tan trong lipit nên

có thể đi vào phần lipit của màng mô não.

Liên kêt hóa trị Hg – C rất chặt chẻ khó bẻ gãy và alkin thủy ngân nằm lại tồn tại trong

tế bào rất lâu.

Dạng nguy hiểm nhất là R-Hg+ có thể lọt qua rào chắn thai bàn và đi vào mô thai gây hậu quả cho thai nhi.

Ngộ độc metyl thủy ngân, chromosom trong

cơ thể sẽ phân ly và ức chế việc phân chia

tế bào.

TÌNH HÌNH Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG

Tốc độ đô thị hóa, quá trình công nghiệp hóa ngày càng diễn ra nhanh và mạnh mẽ Bên cạnh đó, sự gia tăng dân sô, sự phát triển mạnh

mẽ của ngành giao thông vận tải… gây một áp lực rất lớn đến môi trường nói chung, môi trường đất và nước nói riêng Nước thải công nghiệp chưa qua xử lý; Ô nhiễm không khí (trong đó có sự ô nhiễm chì – Pb, asen – As, Thủy ngân – Hg,…); Nước thải từ khu khai thác quặng; Lạm dụng phân bón hóa học, thuốc bảo

vệ thực vật… là những nguyên nhân làm cho đất và nước bị ô nhiễm kim loại nặng.

Nguồn gốc phát sinh KLN

trong đất và nước

Kim loại trong đất ban đầu một phần được sinh ra từ các quá trình hoạt động địa hoá của khoáng vật mẹ và đi vào đất thông qua quá trình phong hoá hoá học Tuy nhiên, với quá trình phong hoá hoá học thì lượng kim loại đi vào đất là không đáng kể mà chủ yếu kim loại đi vào đất là

do các hoạt động sản xuất của con người.

Trong Đất

Các hoạt động đó bao gồm:

- Hoạt động sản xuất công nghiệp:

+ Công nghiệp nhựa: Co, Cr, Cd, Hg

+ Công nghiệp dệt: Zn, Al, Ti, Sn

+ Công nghiệp sản xuất vi mạch: Cu, Ni,

Cd, Zn, Sb

+ Bảo quản gỗ: Cu, Cr, As

+ Mỹ nghệ: Pb, Ni, Cr

-Hoạt động sản xuất nông nghiệp

+ Sử dụng phân bón hoá học: As, Cd, Mn,

U, V và Zn trong một số phân phốt phát.

+ Sử dụng phân chuồng: As, Cu, As, Zn

+ Sử dụng hoá chất bảo vệ thực vật: Cu, Mn

và Zn trong thuốc trừ nấm, As và Pb trong thuốc sử dụng đối với cây ăn quả.

+ Nước tưới: có thể thải ra Cd, Pb, Se

- Hoạt động khai khoáng quặng chứa kim loại:

+ Đào, xới và cặn thải - nhiễm bẩn thông qua phong hoá, xói mòn do gió thải ra As,

Cd, Hg, Pb Cặn thải khếch tán do sông - trầm tích trên đất do lũ, nạo vét sông…thải ra

-Kim loại từ rác thải:

+ Bùn cặn: Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb,

V, Zn

+ Rửa trôi từ đất: As, Cd, Fe, Pb

+ Phế thải: Cd, Cr, Cu, Pb, Zn

+ Đốt rác, bụi than: Cu và Pb

- Giao thông

Trong Nước

KLN tồn tại trong nước một mặt cũng do các quá trình phong hóa vật lý và hóa học trong tự nhiên (nước mưa hòa tan KLN trong bụi khí và đất, sự dịch chuyển của các dòng thủy lưu từ nơi này qua nơi khác,…)

Mặt khác cũng là do các hoạt động sản xuất của con người, đặc biệt là các hành vi

xả nước thải chưa qua xử lý của các khu công nghiệp ra các dòng sông đã làm cho tình hình ngày càng nghiêm trọng.

Nguyên tố Tự nhiên Nhân tạo

dư lượng của nó vượt quá ngưỡng cho phép.

- Vì vậy việc xây dựng quy trình cụ thể để đánh giá hàm lượng và ngưỡng cho phép của một số kim loại nặng trong đất và nước sinh hoạt là việc làm cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

XÂY DỰNG QUY TRÌNH XỬ LÝ

KIM LOẠI NẶNG TRONG

ĐẤT & NƯỚC

Thu thập các thông tin cơ bản về lịch sử địa

chất của khu vực cần khảo sát.

Điều tra, khảo sát hoạt động sản xuất và hiện

trạng môi trường đất, nước .

I/ Nội dung nghiên cứu (tt):

Xác định địa điểm lấy mẫu và tiến hành lấy mẫu phân tích

Tiến hành phân tích mẫu đất, nước đã lấy

Tập hợp và xử lý các số liệu đã phân tích được từ trên

So sánh với TCVN về hàm lượng KLN trong môi trường đất và nước

Đánh giá chung hàm lượng KLN trong môi trường đất và nước nơi tiến hành nghiên cứu

II/ Tiến hành

Sau khi thu thập các thông tin cơ bản

về lịch sử địa chất của khu vực cần khảo sát; điều tra, khảo sát hoạt động sản xuất và hiện trạng môi trường đất, nước và tập hợp, xử lý các số liệu về

chất thải có chứa KLN do nghiên cứu trước đây đã thực hiện Tiếp tục tiến hành các công tác chuyên môn sau:

Lấy mẫu Dựa vào bản đồ hiện trạng sử dụng đất, nước và hướng dẫn của cán bộ địa

phương, tiến hành khoanh điểm lấy mẫu trên bản đồ (sơ đồ lấy mẫu), mẫu đất, nước được lấy theo phương pháp lấy mẫu hỗn hợp (lấy theo đường chéo) sao cho tuân thủ các quy tác xác suất thống

kê và kỹ thuật lấy mẫu

Lấy mẫu (tt)

Mẫu được lấy để xác định các chỉ tiêu kim loại nặng quy định tại mục 2 Quy chuẩn này theo TCVN 4046 : 1985 - Đất trồng trọt - Phương pháp lấy mẫu và TCVN 5297: 1995 - Chất lượng đất - Lấy mẫu - yêu cầu chung

QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ GIỚI HẠN CHO PHÉP CỦA KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT

-TCVN 6000:1995 Hướng dẫn lấy mẫu nước ngầm

-TCVN 5999:1995 Chất lượng nước - Lấy mẫu - Hướng dẫn lấy mẫu nước thải

-TCVN 5998:1995 Chất lượng nước - Lấy mẫu - Hướng dẫn lấy mẫu nước biển

-TCVN 5997:1995 Chất lượng nước - Lấy mẫu - Hướng dẫn lấy mẫu nước mưa

-TCVN 5996:1995 Chất lượng nước - Lấy mẫu - Hướng dẫn lấy mẫu ở sông và suối

-TCVN 5995:1995 Chất lượng nước - Lấy mẫu - Hướng dẫn lấy mẫu nước uống và nước dùng để chế biến thực phẩm

-TCVN 5994:1995 Chất lượng nước - Lấy mẫu - Hướng dẫn lấy mẫu ở hồ ao tự nhiên và nhân tạo

-TCVN 5992:1995 Chất lượng nước - Lấy mẫu - Hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu

Lấy mẫu (tt)

Bảo quản và xử lý mẫu

Mẫu nước được bảo quản trong bình kín và thêm vào một ít axit HNO3 để ổn định mẫu và được đánh dấu nhãn mẫu

Mẫu đất sau khi lấy lên được gói trong bao nilong, sau khi đem về phòng thí nghiệm sẽ xử lý làm khô ở nhiệt độ phòng (200 – 250C), sau nhặt

kỹ sỏi, đá, kết von Đất được đem đi nghiền trong cối sứ bằng chày sứ bọc cao su, và rây qua dụng cụ rây có kích thước lỗ 0.1mm rồi bảo quản hoặc xử lý bằng dung dịch cường thủy để chuyển các KLN thành dạng ion hòa tan (dịch chiết)

Chuẩn bị phòng thí nghiệm

Phòng thí nghiệm cần trang bị đầy đủ dụng cụ và hóa chất cần thiết đáp ứng cho việc phân tích mẫu.

Phân tích mẫu

KLN theo các phương pháp như:

-Phương pháp ditizon

-Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).

-Phương pháp phổ cực Vôn – Ampe.

- Xác định KLN trong dịch chiết đất bằng cường thuỷ - Phương pháp phổ hấp thụ ngọn lửa và không ngọn lửa.

Tiêu chuẩn cho phép của một số kim loại nặng

trong nước sinh hoạt

Kim loại nặng Đơn vị Giới hạn tối

đa Asen (As) mg/l 0.01

Chì (Pb) mg/l 0.01 Thủy ngân (Hg) mg/l 0.001

Xử lý số liệu và so sánh với các tiêu chuẩn

Hàm lượng kim loại chì ở tầng đất mặt trong một số loại đất

-TCVN 5991:1995 Chất lượng nước - Xác định thuỷ ngân tổng

số bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa phương pháp sau khi vô cơ ho

-TCVN 5990:1995 Chất lượng nước - Xác định thuỷ ngân tổng

số bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa - Phương pháp sau khi xử lí

-TCVN 5989:1995 Xác định thuỷ ngân tổng số bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa - Phương pháp sau khi vô

cơ hoá với Pemanganat - Pesunfat

-TCVN 6213:2004 Nước khoáng thiên nhiên đóng chai.

-TCVN 6774:2000 Chất lượng nước ngọt bảo vệ đời sống thuỷ sinh - -TCVN 5944:1995 Chất lượng nước - Tiêu chuẩn chất lượng nước ngầm

-TCVN 5943:1995 Chất lượng nước - Tiêu chuẩn chất lượng nước biển ven hồ

-TCVN 5942:1995 Chất lượng nước - Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt, …

Xử lý số liệu và so sánh với các tiêu chuẩn

Đánh giá chung

Căn cứ vào kết quả của quá trình phân tích các mẫu đất và nước đã thu thập được, sau khi tiến hành so sánh các chỉ tiêu về kim loại nặng của mẫu với các tiêu chuẩn do nhà nước ban hành cụ thể đối với từng đối tượng mà chúng ta có những kết luận chính xác và đưa những phương pháp xử lý kịp thời.

III/ Các phương pháp xử lý kim loại nặng

Phương pháp kết tủa là phương pháp thông dụng nhất, các

trong nước thải thường được kết tủa bằng cách đưa vôi vào nước thải cho đến khi đạt tới pH mà ở đó độ hòa tan của kim loại thấp nhất.

b Phương pháp kết tủa hóa học

a Phương pháp bay hơi

Để xử lý nước thải công nghiệp có chứa kim loại nặng người ta thường xử lý trước các chất ảnh hưởng đến quá trình kết tủa các kim loại này.

Để tăng hiệu quả của quá trình kết tủa, người ta còn dùng muối cacbamat, tuy nhiên, do giá thành cao nên chỉ được áp dụng sau khi nước thải đã qua quá trình kết tủa truyền thống

b Phương pháp kết tủa hóa học (tt)

Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng trong ion từ nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hyđrocacbon và các nhóm chất trao đổi ion Quá trình trao đổi ion được tiến hành trong các cột cationit và anionnit.

c Phương pháp trao đổi ion

• KLN ở dạng linh động có thể được hấp phụ và cố định chặt trong cấu trúc của những vật liệu hấp phụ

• Than hoạt tính

• Zeolit

d Phương pháp hấp phụ