Nghiên cứu phương pháp xác định các ion kim loại nặng asen(as), cadimi(cd), crôm(cr), chì(pb) trong nước thải công nghiệp của khu công nghiệp phú tài bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Chính vì vậy việc nghiên cứu để tìm ra phương pháp phân tích các ion kim loại nặng trong môi trường nước thải công nghiệp nhằm kiểm soát và tìm ra những biện pháp giảm thiểu vấn đề ô nhi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- -

NGUYỄN QUANG HUY

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ION KIM LOẠI NẶNG ASEN(As), CADIMI(Cd), CRÔM(Cr), CHÌ(Pb) TRONG NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP CỦA KHU CÔNG NGHIỆP PHÚ TÀI BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả đưa ra trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Quang Huy

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc của mình tới TS Nguyễn Hàn Long – Thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình, nghiên cứu và thực hiện luận văn

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm Viện Kĩ thuật Hóa học, cùng các thầy cô giáo Viện Kĩ thuật Hóa học, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này

Bình Định, tháng 01 năm 2016

Tác giả

NGUYỄN QUANG HUY

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

LỜI CẢM ƠN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 8

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 10

1 1.Kim loại nặng và tác động của chúng đến môi trường 10

1.1 1 Các tính chất hóa lý của kim loại nặng ( As, Cd, Cr, Pb) 10

1.1.2.Tác động của các kim loại nặng ( As, Cd, Cr, Pb) đến môi trường 17

1.2 Một số phương pháp phân tích các kim loại nặng ( As, Cr, Cd, Pb) ở Việt Nam và trên Thế giới 22

1.2.1 Phương pháp phân tích hóa học 22

1.2.2 Phương pháp phân tích công cụ 23

1.3 Giới thiệu sơ lược về Khu công nghiệp Phú Tài và thực trạng tình hình xử lý nước thải công nghiệp tại Khu công nghiệp 30

1.3.1.Giới thiệu sơ lược về Khu công nghiệp Phú Tài 30

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 34

2.1 Đối tượng và nội dung nghiên cứu 34

2.2 Trang thiết bị và hóa chất: 34

2.3.3 Nội dung nghiên cứu thử nghiệm 37

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới phép đo AAS 39

3.1.1 Khảo sát chọn vạch đo 39

3.1.2 Khảo sát chọn khe đo 40

3.1.3 Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) 41

3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện nguyên tử hóa 43

3.2.1 Khảo sát tỉ lệ khí cháy trong phép đo ngọn lửa 43

3.2.2 Khảo sát tốc độ hút mẫu trong phép đo ngọn lửa 44

3.2.3 Khảo sát điều kiện trong phép đo không ngọn lửa GF-AAS 45

3.3 Khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến phép đo 47

3.3.1 Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng của nền đến phép đo F-AAS 47

3.3.2 Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến phép đo GF-AAS 50

3.4 Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn để định lượng các kim loại 52 3.4.1 Khảo sát khoảng tuyến tính của Asen 52

3.4.2 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 55

3.5 Phân tích các ion kim loại nặng trong nước thải công nghiệp của Khu công nghiệp Phú Tài 63 KẾT LUẬN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AAS Atomic Absorption Spectrometry Phổ hấp thụ nguyên tử Abs Absorbance Độ hấp thụ

AES Atomic Emission Spectrometry Phổ phát xạ nguyên tử GF-AAS Graphite furnace – Atomic Absortion

spectrometry

Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa

F-AAS Flame- Atomic Absorption

Spectrometry

Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa

HCL Hollow Cathode Lamp Đèn catot rỗng

LOD Limit of Detection Giới hạn phát hiện

LOQ Limit of Quantitation Giới hạn định lượng

ppb Part per billion Phần tỉ

ppm Part per million Phần triệu

RSD Relative Standard Deviation Độ lệch chuẩn tương đối

SD Standard Deviation Độ lệch chuẩn

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

XLNT Xử lý nước thải

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu 35

Bảng 2: Khảo sát chọn vạch đo của Cadimi 39

Bảng 3: Khảo sát vạch đo của Cr 40

Bảng 4: Khảo sát vạch đo của Pb 40

Bảng 5: Kết quả khảo sát cường độ dòng qua đèn của As 41

Bảng 6: Khảo sát cường độ dòng qua đèn đối với Cd 41

Bảng 7: Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Cr 42

Bảng 8: Khảo sát cường độ dòng qua đèn đối với Pb 42

Bảng 9: Đo độ hấp thụ A của Cd thay đổi theo tỉ lệ cháy 43

Bảng 10: Đo độ hấp thụ A của Cr thay đổi theo tỉ lệ cháy 43

Bảng 11: Đo độ hấp thụ A của Chì thay đổi theo tỉ lệ cháy 43

Bảng 12: Kết quả đo độ hấp thụ A của Cd thay đổi theo tốc độ hút mẫu 44

Bảng 13: Kết quả đo độ hấp thụ A của Cr thay đổi theo tốc độ hút mẫu 44

Bảng 14: Kết quả đo độ hấp thụ A của Pb thay đổi theo tốc độ hút mẫu 45

Bảng 15: Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hóa của As 46

Bảng 16: Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa của As 46

Bảng 17: Kết quả khảo sát nồng độ axít HNO3 đến phép đo F- AAS của Cd 47

Bảng 18: Kết quả khảo sát nồng độ axít HNO3 đến phép đo F- AAS của Cr 47

Bảng 19: Kết quả khảo sát nồng độ axít HNO3 đến phép đo F- AAS của Pb 47

Bảng 20: Kết quả khảo sát nồng độ axít HCl đến phép đo F- AAS của Cd 48

Bảng 21: Kết quả khảo sát nồng độ axít HCl đến phép đo F- AAS của Cr 48

Bảng 22: Kết quả khảo sát nồng độ axít HCl đến phép đo F- AAS của Pb 48

Bảng 23: Kết quả khảo sát nồng độ axít HCl đến phép đo F- AAS của Pb 49

Bảng 24: Kết quả khảo sát nền NH4Cl đến phép đo F- AAS của Cr 49

Bảng 25: Kết quả khảo sát nền NH4Cl đến phép đo F- AAS của Pb 49

Bảng 26: Kết quả khảo sát nền CH3COONH4 đến phép đo F- AAS của Cd 49

Bảng 27: Kết quả khảo sát nền CH3COONH4 đến phép đo F- AAS của Cr 49

Bảng 28: Kết quả khảo sát nền CH3COONH4 đến phép đo F- AAS của Pb 50

Bảng 29: Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với As 51

Bảng 30: Khảo sát nồng độ chất cải biến nền Mg(NO3)2 52

Bảng 31: Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của As, Cd, Cr, Pb 52

Bảng 32: Kết quả đường chuẩn của As, Cd 55

Bảng 33: Kết quả đường chuẩn của Cr, Pb 56

Bảng 34: Kết quả phân tích As 1ppb, Cd 1ppm 58

Bảng 35: Kết quả phân tích Cr 1ppm, Pb 1ppm 58

Bảng 36: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo As 61

Bảng 37: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Cd 61

Bảng 38: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Cr 62

Bảng 39: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Pb 62

Bảng 40: Kết quả đo của các ion kim loại As, Cd trong tháng 7/2015 63

Bảng 41: Kết quả đo của các ion kim loại Cr, Pb trong tháng 7/2015 63

Bảng 42: Kết quả đo của các ion kim loại As, Cd trong tháng 8/2015 63

Bảng 43: Kết quả đo của các ion kim loại Cr, Pb trong tháng 8/2015 63

Bảng 44: Kết quả đo của các ion kim loại As, Cd trong tháng 9/2015 63

Bảng 45: Kết quả đo của các ion kim loại Cr, Pb trong tháng 9/2015 64

Bảng 46: Kết quả đo của các ion kim loại As, Cd trong tháng 10/2015 64

Bảng 47: Kết quả đo của các ion kim loại Cr, Pb trong tháng 10/2015 64 Bảng 48: Kết quả đo của các ion kim loại As, Cd trong tháng 12/2015 64 Bảng 49: Kết quả đo của các ion kim loại Cr, Pb trong tháng 12/2015 64

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử 27

Hình 2: Bộ phận nguyên tử hóa ngọn lửa và lò Graphite 29

Hình 3: Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-7000 30

Hình 4: Khu công nghiệp Phú Tài 31

Hình 5: Sơ đồ công nghệ hệ thống XLNT của KCN Phú Tài 33

Hình 6: Vị trí lấy mẫu của KCN Phú Tài 37

Đồ thị 1: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của As 53

Đồ thị 2: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Cd 54

Đồ thị 3: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Cr 54

Đồ thị 4: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Pb 55

Đồ thị 5: Đường chuẩn định lượng Asen 56

Đồ thị 6: Đường chuẩn định lượng Cadimi 56

Đồ thị 7: Đường chuẩn định lượng Crôm 57

Đồ thị 8: Đường chuẩn định lượng Chì 58

Biểu đồ 1: Biểu đồ nồng độ As trước qua hệ thống khi xử lý 65

Biểu đồ 2: Biểu đồ nồng độ Cd trước khi qua hệ thống xử lý 65

Biểu đồ 3: Biểu đồ nồng độ Cr trước khi qua hệ thống xử lý 66

Biểu đồ 4: Biểu đồ nồng độ Pb trước khi qua hệ thống xử lý 66

Biểu đồ 5: Biểu đồ nồng độ As sau qua hệ thống khi xử lý 67

Biểu đồ 6: Biểu đồ nồng độ Cd sau khi qua hệ thống xử lý 67

Biểu đồ 7: Biểu đồ biểu diễn nồng độ Cr sau khi qua hệ thống xử lý 68

Biểu đồ 8: Biểu đồ biểu diễn nồng độ Pb sau khi qua hệ thống xử lý 68

MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang diễn

ra nhanh chóng trên thế giới thì vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng và được đặt ra hết sức cấp thiết đòi hỏi các nhà khoa học, các nhà quản lý phải tìm ra các biện pháp hữu hiệu để kiểm soát và giảm thiểu mức độ ô nhiễm Tốc độ ô nhiễm ngày càng nhanh và mức độ ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng đã ảnh hưởng đến hệ sinh thái toàn cầu, và vấn đề ô nhiễm kim loại nặng như Asen (As), Cadimi(Cd), Crôm(Cr), Chì(Pb) trong các môi trường không khí, môi trường nước, môi trường đất đã tác động rất lớn đến sức khỏe con người và làm mất cân bằng hệ sinh thái do các độc tính và khả năng tích lũy của chúng Những nguyên

tố này, khác với các nguyên tố gây ô nhiễm khác là chúng không phân hủy sinh học và không trãi qua một chu kỳ sinh thái sinh học chung mà trong đó nước tự nhiên là những con đường chính [24]

Nước thải công nghiệp là một trong những vấn đề đang được xã hội quan tâm nhất vì chúng là chất thải trong hoạt động sản xuất công nghiệp trực tiếp ảnh hưởng đến nguồn nước, đến môi trường sinh thái tự nhiên và làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người Các kim loại trong nước thải công nghiệp sẽ trực tiếp hòa tan vào nguồn nước tự nhiên gây ô nhiễm môi trường Tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên và thành phần cấu tạo mà kim loại nặng có thể được phân chia thành các dạng hóa học khác nhau có liên quan với một loạt các pha hữu cơ

và vô cơ Đã có nhiều công bố tập trung vào nghiên cứu hàm lượng các ion kim loại nặng trong môi trường nước thải công nghiệp Chính vì vậy việc nghiên cứu để tìm ra phương pháp phân tích các ion kim loại nặng trong môi trường nước thải công nghiệp nhằm kiểm soát và tìm ra những biện pháp giảm thiểu vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải công nghiệp đang được xúc tiến

Có nhiều phương pháp đã được lựa chọn nhưng xét về độ nhạy, độ chọn lọc, khả năng phân tích một loạt mẫu ở các đối tượng khác nhau và về mặt kinh tế thì phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử được đánh giá cao hơn cả

Đứng trước thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng và việc giám sát vấn đề ô nhiễm các ion kim loại nặng trong nước thải công nghiệp để từ đó tìm ra các giảm pháp kiểm soát, xử lý nhằm giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường do chúng gây ra mà tôi đã

lựa chọn làm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “ Nghiên cứu phương pháp xác

định các ion kim loại nặng trong nước thải công nghiệp (Asen(As), Cadimi(Cd), Crôm(Cr), Chì(Pb) ) của Khu công nghiệp Phú Tài bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử”

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1 1.Kim loại nặng và tác động của chúng đến môi trường

1.1 1 Các tính chất hóa lý của kim loại nặng ( As, Cd, Cr, Pb)

1.1.1 1 Tính chất hóa lý của kim loại As

Asen là một nguyên tố tồn tại khá phổ biến trong tự nhiên, nó đứng thứ 20 và chiếm khoảng 1.10-4 % tổng nguyên tố trong vỏ trái đất Hàm lượng trung bình của Asen trong vỏ trái đất là 1,8 ppm [3],[5]

Trong nước asen thường tồn tại chủ yếu dưới các dạng asenit, asenat, monometylasonic axit, hay dimetylasinic axit, … nhưng hàm lượng rất thấp, chủ yếu asen bị thủy phân lắng xuống bùn Môi trường nước có tính oxy hóa asen ở dạng asenat, nhưng dưới điều kiện khử thì asenit là chủ yếu

Về tính chất lí học asen có tính chất gần với các kim loại, nó có bốn dạng thù hình bao gồm dạng kim loại, vàng, xám và nâu Asen thường gặp ở dạng kim loại có màu sáng bạc Asen kim loại có ánh kim, có cấu trúc tinh thể gần giống photpho đen Asen có tỉ trọng = 5,7g/cm3, độ dẫn điện = 30 µΩ.cm, bán kính nguyên tử = 1,21Å, năng lượng ion hoá thứ nhất = 9,81 eV, nhiệt độ nóng chảy là 8170C, nhiệt độ bay hơi của asen là 6150C, khi gặp lạnh nó ngưng lại thành tinh thể tà phương, hơi asen có mùi tỏi rất độc[13],[23]

Asen là nguyên tố bán kim loại, có tính chất hóa học gần giống với á kim, cấu hình lớp vỏ điện tử hóa trị của Asen là 4s24p3 Trong cấu hình điện tử của Asen có sự tham gia của các obital d vì vậy có khả năng mở vỏ hóa trị, trong các hợp chất Asen có 3 giá trị số oxi hóa

là -3, +3 , +5 Số oxi hóa -3 rất đặc trưng cho Asen [5]

Khi đun nóng trong không khí Asen cháy tạo thành oxit, ngọn lửa màu xanh là As2O3 Asen đứng giữa hidro và đồng nên nó không tác dụng với axit không có tính oxi hóa, nhưng

dễ dàng phản ứng với axit HNO3, H2SO4 đậm đặc,

Khi phản ứng với các halogen, các halogenua Asen được tạo ra, hợp chất này trong môi tưrờng nước dễ bị thuỷ phân tạo thành axit tương ứng

Các hợp chất của As3 + rất p h ổ b i ế n như As2S3, H3AsO3, AsCl3, As2O3,.v Chúng đều tan tốt trong HNO3 đặc nóng, NaOH, NH4OH, (NH4)2S, (NH4)2CO3

Hay

Khi cho khí H2S qua dung dịch AsCl3 có kết tủa màu vàng tươi đó là AsS3, asen

As + HNO3 +H2O 3H3AsO4 + 5NO

2As + 5C l2+ 8H2O

AsS3 + 8HNO3 +4H2O 2H3AsO4 + 3H2SO4 +8NO

AsS3 + (NH4)2S (NH4)2AsS3

AsCl3 + 3H2O 2H3AsO3 + 3 HCl

không tạo ra pentaclorua mà chỉ tạo ra triclorua asen, đây là một hợp chất quan trọng của Asen, AsCl3 dễ bay hơi và dễ bị thủy phân trong môi trường nước [5]

Trong hợp chất này As5+ có vai trò như P5+, nó làm ion trung tâm điển hình tạo phức dị

đa axit, và phức này cũng có thể khử về phức dị đa màu xanh

Trong hợp chất AsH3, asen thể hiện tính oxy hóa -3, liên kết trong asin là liên kết cộng hóa trị, đây cũng là đặc điểm do cấu hình điện tử của asen AsH3 thể hiện tính khử mạnh ví dụ như tác dụng với H2SO4 loãng [3],[5],[23]:

Hay khi tác dụng với I2:

1.1.1.2.Tính chất hóa lý của kim loại Cd

Cadimi là một kim loại chuyển tiếp tương đối hiếm, mềm, màu trắng ánh xanh và có độc tính, cadimi tồn tại trong các quặng kẽm và được sử dụng chủ yếu trong các loại pin Cadimi là các kim loại màu trắng bạc nhưng trong không khí ẩm, chúng dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim Cadimi có 8 đồng vị, trong đó 112Cd chiếm 24.2% Đặc biệt

H3AsO3 + 3Zn + 6HCl 3ZnCl2 + AsH3 + 3H2O

H3AsO3 + CuSO4 CuHAsO3 + H2SO4

CuHAsO3 + NaOH CuNaAsO3 + H2O

113Cd có thiết diện bắt notron rất lớn nên được dùng làm thanh điều chỉnh dòng notron trong

CdO rất khó nóng chảy, có thể thăng hoa khi đun nóng Hơi của nó rất độc CdO

có các mầu từ vàng tới nâu tuỳ thuộc quá trình chế hoá nhiệt, nóng chảy ở 1813oC CdO không tan trong nước và không tan trong dung dịch axit CdO chỉ tan trong kiềm nóng chảy

Có thể điều chế CdO bằng cách đốt cháy kim loại trong không khí hoặc nhiệt phân hiđroxit hoặc muối cacbonat, nitrat

Cd(OH)2 là kết tuả nhầy ít tan trong nước và có màu trắng, Khi đun nóng chúng dễ mất nước biến thành oxit Cd(OH)2 không thể hiện rõ tính lưỡng tính, tan trong dung dịch axit, không tan trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy Khi tan trong axit, nó tạo thành muối của cation Cd2+

ít tan Những muối tan khi kết tinh từ dung dịch nước thường ở dạng hiđrat

Trong dung dịch nước các muối Cd2+ bị thuỷ phân:

Cadimi(II): có khả năng tạo phức mạnh với nhiều thuốc thử hữu cơ cũng như vô cơ Các phức của Cd2+

với halogenua, SCN- , CN- , NH3…đều là các phức tan Các phức của cadimi(II) tạo với các thuốc thử hữu cơ có màu đặc trưng ví dụ như phức với dithizon tạo ra cadimi-dithizonnat có màu đỏ tím, với EDTA, Cd2+ tạo phức bền Các đihalogenua của cadimi là chất ở dạng tinh thể màu trắng, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao

Đa số các muối đơn giản không có màu, CdS màu vàng, CdTe màu nâu [3],[5],[13],23]

1.1.1.3 Tính chất hóa lý của kim loại Crôm (Cr)

Crôm là nguyên tố thuộc chu kỳ 4, nhóm VIB Crôm có khối lượng nguyên tử là 51,996 đvC

Crôm có hoá trị từ 1 đến 6 Khối lượng trung bình của Crôm trong vỏ trái đất là 122ppm, trong đất sự có mặt của Crôm dao động từ 11 - 22ppm, trong nước mặt Crôm có khoảng 1ppb và trong nước ngầm có khoảng 100ppb

Crôm được tìm thấy trước tiên ở dạng quặng Crôm sắt (FeO.Cr2O3) Nó được sử dụng trong luyện kim, mạ điện hoặc trong các chất nhuộm màu và thuộc da [3],[5],[27]

Trong nước tự nhiên Crôm tồn tại ở dạng là Cr(III) và Cr(VI)

- Cr(III) thường tồn tại ở dạng Cr(OH)2+, Cr(OH)2+ và Cr(OH)4-

- Cr(VI)thường tồn tại ở dạng CrO42- và Cr2O72-

Crôm là nguyên tố vi lượng không cần thiết lắm cho cây trồng nhưng nó lại là nguyên

tố cần thiết cho động vật ở một giới hạn nhất định, nếu hàm lượng của nó vượt quá giới hạn nhất định nó sẽ gây độc hại

Crôm là chất khử giống của Nhôm nên trên bề mặt được bao phủ bởi lớp màng ôxit mỏng, lớp ôxit này bền với ôxi Nhưng khi đốt cháy trong không khí nó tạo thành Cr2O3:

Tuy nhiên ở nhiệt độ cao Crôm còn phản ứng với các halogen

Crôm khử được H+ trong các dung dịch HCl, H2SO4 loãng giải phóng ra H2 và cho muối Cr(II):

Crôm bị thụ động trong axit HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội và không tác dụng với nước vì nó có lớp ôxit bảo vệ

Crôm tan được trong dung dịch kiềm nóng:

4Cr(r) + 3O2 2 Cr2O3

Cr + 2H+ Cr2+ + H2

Cr + NaOH + H2O NaCrO2 + 3/2H2

Cd2+ + 2H2O Cd(OH)2 +

Crôm tác dụng với muối của kim loại có thế tiêu chuẩn cao hơn tạo thành muối Cr(II):

Hợp chất Cr(II) mới chỉ được biết đến một ít dẫn xuất CrO màu đen, Cr(OH)2 màu vàng, CrS màu đen, CrCl2 không màu Các muối Cr(II) là chất khử mạnh, dễ bị oxi hoá bởi oxi không khí:

Hợp chất Cr(II) thường thể hiện tính bazơ như CrO, Cr(OH)2 chỉ tương tác với các axit:

Hợp chất Cr(III) thường người ta biết đến là các loại muối của nó, các muối này độc với nguời Có nhiều muối Cr(III) có tính chất và cấu tạo giống muối của Al(III) Bởi vì kích thước của chúng gần giống nhau Cr(OH)3 có tính chất giống như Al(OH)3, nó kết tủa dạng keo, màu lục nhạt, không tan trong nước và là chất lưỡng tính [13]

Khi mới điều chế Cr(III) hiđroxit tan dễ dàng trong axit và dung dịch kiềm:

Các ion tạo thành này gọi chung là hiđroxo crômit, nó kém bền, khi đun nóng trong dung dịch thì phân hủy tạo thành kết tủa Cr(OH)3 Như vậy là vì Cr(OH)3 có tính axit yếu hơn Al(OH)3

Cr2O3 khó nóng chảy (t0nc = 22650C) và sôi ở 30270

C Cr2O3 tương đối trơ về mặt hóa học, nhất là sau khi đã nung nóng, nó không tan trong nước, dung dịch axit và kiềm, tính lưỡng tính của Cr2O3 chỉ thể hiện khi nấu chảy với kiềm hay Kalidisunphat [13]:

Vì ở trạng thái trung gian, ion Cr3+

vừa có tính oxi hóa (trong môi trường axit) vừa có tính khử (trong môi trường bazơ) Người ta đã biết nhiều các phức với số phối trí hai, ba, bốn nhân của Cr(III), trong đó có các phân tử trung hòa như: NH3, -NH2- , -CH2-CH2-NH2 hoặc gốc axit SO42-, C2O42-, SeO42-, CH3COO-…

Các hợp chất Cr(VI) có tính oxi hóa mạnh, đó cũng là nguyên nhân và tác hại gây bệnh của Crôm với cơ thể người và sinh vật Crom(VI) oxit (CrO3) là chất oxi hóa mạnh, nó oxi hóa được I2, S, P, C, CO, HBr… và nhiều chất hữu cơ khác Là anhidrit axit, CrO3 dễ tan trong nước và kết hợp với nước tạo thành axit, là axit Crômic (H2CrO4) và axit poli Crômic (H2Cr2O7, H2Cr3O10, H2Cr4O13) Axit Cromic và axit poli Crômic là những axit rất độc với người, không bền, chỉ tồn tại trong dung dịch Dung dịch axit Crômic (H2CrO4) có màu vàng, dung dịch axit đicromic (H2Cr2O7) có màu da cam, màu của axit đậm dần tới màu đỏ khi số

phân tử Crôm trong phân tử tăng Do vậy khi các dung dịch axit trên tác dụng với dung dịch kiềm nó có thể tạo nên các muối Crômat, đicrômat, tricrômat…[3],[5],[13]

Trong dung dịch tồn tại cân bằng giữa hai dạng Crômat và đicrômat:

Muối Crômat có màu vàng, còn muối đicrômat có màu da cam Các muối này là những chất oxi hóa mạnh, tính chất này thể hiện rất rõ trong môi trường axit:

Những muối Crômat và đicrômat thường gặp là: Na2CrO4, K2CrO4, PbCrO4, NiCrO4, ZnCrO4; K2CrO7, Na2CrO7 và (NH4)2Cr2O7 Trong đó các muối PbCrO4, ZnCrO4, NiCrO4 được dùng nhiều trong công nghệ chất màu, sơn, mạ…

Trong nước thải mạ điện Cr(VI) có mặt ở dạng anion như Crômat (CrO42-); đicrômat (Cr2O72-) và bicrômat (HCrO4-) Tuỳ thuộc vào pH và nồng độ Crom mà Cr(VI) tồn tại với hằng

số cân bằng sau:

1.1.1.4 Tính chất hóa lý của kim loại Pb

Chì là một nguyên tố hóa học trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa

học, viết tắt là Pb và có số nguyên tử là 82 Chì có 2 trạng thái oxy hóa bền là Pb(II)

là kim loại màu xám thẫm, rất mềm, dễ lát mỏng, có cấu trúc kiểu lập phương tâm diện

Ở nhiêt độ thường chì bị oxi hóa không khí tạo thành lớp oxit bền, mỏng bao phủ bên ngoài kim loại

Chì tác dụng với phi kim: Halogen, lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như phôt pho, selen

Ở nhiệt độ thường Pb bền với nước do có màng oxit bảo vệ Nhưng ở nhiệt độ cao và còn khi có mặt oxi, chì có thể tương tác với nước tạo thành hyđroxit:

2-Cr2O7 + H2O 2HCrO4-

Pb + X2 PbX2 (X = halogen)

2Pb + O2 + 2H2O 2Pb(OH)2

Chì có thế điện cực âm nên về nguyên tắc chì tan được trong HCl loãng và

H2SO4 dưới 80% nhưng thực tế chì chỉ tương tác trên bề mặt với dung dịch axit HCl loãng và axit H2SO4 dưới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan (PbCl2 và PbSO4) Với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó thì chì có khả năng tạo phức tan

Chì tác dụng với HNO3 ở bất kì nồng độ nào

Chì có thể tan trong axit axetic khi có mặt oxi và các axit hữu cơ khác:

Với dung dịch kiềm chì có thể tương tác khi đun nóng giải phóng hiđrô

- Chì có hai oxit là PbO, PbO2 và hai oxit hỗn hợp là chì metaplombat Pb2O3(hay PbO.PbO2), chì orthoplombat Pb3O4 (2PbO.PbO2)

- Monooxit PbO là chất rắn có hai dạng thù hình gồm α–PbO màu đỏ và β- PbO màu vàng, PbO tan chút ít trong nước nên chì có thể tương tác với nước khi có mặt oxi PbO tan trong axit và tan trong kiềm mạnh, khi đun nóng trong không khí bị oxi hoá thành Pb3O4 [5],[13],[27]

Đioxit PbO2 là chất rắn màu nâu đen, có tính lưỡng tính nhưng tan trong kiềm dễ hơn trong axit Khi đun nóng PbO2 mất dần oxi biến thành các oxit trong đó chì có số oxi hoá thấp hơn:

Chì orthoplombat (Pb3O4) hay còn gọi là minium, là hợp chất của Pb có các số

oxi hoá +2, +4 Nó là chất bột màu đỏ da cam, được dùng chủ yếu là để sản xuất thuỷ tinh pha lê, men đồ sứ và đồ sắt, làm chất màu cho sơn (sơn trang trí và sơn bảo vệ cho kim loại không bị rỉ)

Pb(OH)2 là chất kết tủa màu trắng không tan trong nước Khi đun nóng dễ mất nước biến thành oxit Pb(OH)2 là chất lưỡng tính Tác dụng với axit, tan trong dung dịch kiềm mạnh tạo thành muối hiđroxoplombit

PbCl2 + 2HCl H2PbCl4PbSO4 + H2SO4 Pb(HSO4)2

Tất cả các đihalogenua có thể kết hợp với halogenua kim loại kiềm MX tạo thành hợp chất phức kiểu M2PbX4 Sự tạo phức này giải thích khả năng dễ hoà tan của chì đihalogenua trong dung dịch đậm đặc của axit halogenhiđric và muối của chúng

1.1.2.Tác động của các kim loại nặng ( As, Cd, Cr, Pb) đến môi trường

1.1.2.1.Tác động của kim loại Asen (As)

Asen thường di chuyển trong đất, trong tầm tích, trong nước, trong động thực vật và trong các vùng có hoạt động trong đại dương Trong nước asen thường tồn tại chủ yếu dưới các dạng asenit, asenat …nhưng có hàm lượng thấp, tuy nhiên hàm lượng asen có thể cao hơn do ảnh hưởng của thuốc diệt cỏ, chất thải công nghiệp, của các hoạt động khai thác khoáng sản, …

Trong các mỏ khai khoáng tập trung, trong các nước thải của quá trình sản xuất công nghiệp, asen bị phong hóa cùng các kim loại khác và sau đó được vận chuyển đi phân tán trong môi trường Một phần lớn asenat được kết tủa trở lại hoặc hấp phụ trên các hạt kiểu phù sa và được các dòng sông, suối mang từ trên núi xuống bồi đắp các đồng bằng châu thổ của các con sông Trong điều kiện yếm khí, các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ nói trên tạo ra môi trường khử CO2 Tiếp đó là quá trình khử, hòa tan sắt, và giải phóng asen đã bị hấp thụ trên đó Đồng thời với quá trình giải phóng asen là quá trình khử As(V) về As(III) và chúng đi vào nước ngầm Ngoài việc giải phóng asen tự nhiên, thì con người cũng góp phần vào làm nhiễm asen Việc sử dụng các hóa chất có chứa asen trong nông nghiệp, lâm nghiệp, dưới dạng thuốc trừ sâu, thuốc chống nấm diệt tảo Hóa chất sử dụng trong sản xuất công nghiệp như bảo quản

gỗ, hóa chất trong sản xuất mực in, luyện kim, [2],[11]

 Ảnh hưởng của Asen đối với con người

Như đã nói Asen rất độc, chỉ cần 1 lượng nhỏ vào cơ thể con người sẽ dẫn đến

từ vong nhanh chóng Biểu hiện của ngộ độc cấp tính Asen đó là : khát nước dữ dội,

Pb(OH)2 + 2KOH K2Pb(OH)4

PbCl2 + 2H2O Pb(OH)2 + 2HCl

K2PbI4PbI2+ 2KI

đau bụng, nôn mửa, tiêu chảy, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt rồi thâm tím, bí tiểu và tử vong nhanh

Về mặt sinh học, Asen có vai trò quan trọng đối với sinh vật, ở hàm lượng nhỏ asen có khả năng kích thích sự phát triển của sinh vật Tuy nhiên, với nồng độ cao, asen có thể gây chết người Nếu bị nhiễm độc cấp tính, asen có thể gây tử vong cho người và động vật trong vòng vài giờ Trong môi trường tiếp xúc với thường xuyên với asen ở nồng độ vượt ngưỡng an toàn nhưng chưa có thể gây ngộ độc cấp tính, thì asen gây nhiễm độc mãn tính và thường có biểu hiện các triệu chứng lâm sàng như mệt mỏi, chán ăn, xuất hiện các bệnh về dạ dày, bệnh ngoài da và gây ung thư Môi trường nào bị nhiễm độc Arsen thì số lượng loài ở đó suy giảm mạnh

Ảnh hưởng độc hại đáng lo ngại nhất của asen tới sức khoẻ con người là khả năng gây đột biến gen, ung thư, thiếu máu, các bệnh tim mạch (cao huyết áp, rối loạn tuần hoàn máu, viêm tắc mạch ngoại vi, bệnh mạch vành, thiếu máu cục bộ cơ tim và não), các loại bệnh ngoài da (biến đổi sắc tố, sạm da, sừng hoá, ung thư da…), tiểu đường, bệnh gan và các vấn đề liên quan tới hệ tiêu hoá, các rối loạn ở hệ thần kinh – ngứa hoặc mất cảm giác ở chi và khó nghe Sau 15 – 20 năm kể từ khi phát hiện, người nhiễm độc thạch tín sẽ chuyển sang ung thư và chết [2],[11]

1.1.2.2 Kim loại Cr

Crôm có đặc tính lý học (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hoá, cứng và tạo màu tốt…) nên

nó ngày được sử dụng rộng rãi Đồng thời, Crôm là một nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho

cơ thể con người và sinh vật Vì vậy mà tác hại của nó gây ra ngày càng nhiều Trong quá trình phát triển công nghiệp, một lượng lớn nước thải có chứa Crôm đặc biệt Crôm(VI) có nồng độ cao chưa được xử lý hoặc xử lý chưa đạt theo tiêu chuẩn cho phép của dòng thải đã thải vào môi trường gây ô nhiễm môi trường và gây ô nhiễm nguồn nước, đặc biệt ảnh hưởng đến sức khỏe con người [2]

Những công việc có thể gây nhiễm độc Crôm như: luyện kim, sản xuất nến, sáp, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, thuốc nổ, pháo, diêm, xi măng, đồ gốm, bột màu, thuỷ tinh, chế tạo ắc quy, mạ kẽm, mạ điện và mạ Crôm…

Kết quả nghiên cứu cho thấy Cr(VI) dù chỉ với một lượng nhỏ cũng là nguyên nhân chính gây tác hại nghề nghiệp Crom là nguyên tố được xếp vào nhóm gây bệnh ung thư Crôm thường tồn tại ở hai dạng ion chính là Cr hoá trị +3 và +6 Trong đó Cr(VI) độc hơn Cr(III) Nồng độ Crôm trong nước uống thường phải thấp hơn 0,02ppm [2],[11]

 Ảnh hưởng của Cr đến sức khỏe con người

Sự hấp phụ của Crôm vào cơ thể con người tuỳ thuộc vào trạng thái ôxi hoá của nó Cr(VI) hấp phụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr(III) và có thể thấm qua màng tế bào, Cr(VI) dễ gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, ung thư phổi [2],[11]

Crôm xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hoá và khi tiếp xúc trực tiếp Qua nghiên cứu, người ta thấy Crôm có vai trò sinh học như chuyển hoá glucozơ, tuy nhiên với hàm lượng cao Crôm làm kết tủa protein, các axít nucleic gây ức chế hệ thống men

cơ bản Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kì con đường nào Crôm cũng được hoà tan vào trong máu ở nồng độ 0,001 ppm, sau đó chúng được chuyển vào hồng cầu và hoà tan trong hồng cầu nhanh 10 - 20 lần, từ hồng cầu Crôm chuyển vào các tổ chức phụ tạng, được giữ lại

ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại được chuyển qua nước tiểu Crôm chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da, ở tất cả các ngành nghề mà các công việc phải tiếp xúc như hít thở phải Crôm hoặc hợp chất của Crôm [2],[11]

Crôm kích thích niêm mạc sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi, nước mắt Niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia máu Về sau có thể thủng vành mũi

Crôm có thể gây mụn cơm, viêm gan, viêm thận, ung thư phổi, đau răng, tiêu hoá kém

Khi Crôm xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương Nhiễm độc Crôm lâu năm

có thể bị ung thư phổi và ung thư gan

1.1.2.3.Tác động của kim loại Cd

Cadimi được mạ lên bề mặt chất điện phân hoặc máy móc để tạo ra bề mặt sáng bóng

và chống ăn mòn Cadimi sunfua (CdS) cho màu từ vàng tới cam và cadimisunfoselenit cho màu từ hồng tới đỏ và nâu sẫm Tất cả các chất màu này đều được dùng trong công nghiệp

nhựa, gốm sứ, sơn và các chất phủ ngoài[2],[11]

Cadimi stearat được sử dụng như một chất ổn định trong quá trình sản xuất nhựa polyvinyl clorua (PVC) Chúng ổn định các liên kết đôi trong polime bằng cách thế chỗ các nhóm allyl được đánh dấu trên nguyên tử clorua không bền Thêm các muối bari (hoặc các muối kẽm), các hợp chất epoxy, các este photphat hữu cơ để bảo vệ polime khỏi clo thừa hoặc các lớp clorua Tuy nhiên, các chất ổn định dựa trên nền Cd không được sử dụng trong sản xuất PVC dẻo để chứa thực phẩm

Cd được sử dụng rộng rãi trong sản xuất pin, có tác dụng đảo ngược hoàn toàn các phản ứng điện hóa trong một khoảng rộng nhiệt độ, tốc độ thải hồi thấp, và dễ thu hồi từ các pin chết Người tiêu dùng sử dụng các pin này trong các hoạt động như: máy đánh răng, cạo râu, khoan và cưa tay, các thiết bị y học, thiết bị điều khiển thông tin, các dụng cụ chiếu sáng khẩn cấp, máy bay, vệ tinh nhân tạo và tên lửa, và các

trang bị cơ bản cho các vùng địa cực

Bên cạnh những tác dụng trên, cadimi là một nguyên tố rất độc Cadimi thường được tìm thấy trong các khoáng vật có chứa kẽm, còn trong khí quyển và nước cadimi xâm nhập qua nguồn tự nhiên (như bụi núi lửa, bụi đại dương, lửa rừng và các đá bị

phong hóa, đặc biệt là núi lửa) và nguồn nhân tạo (như công nghiệp luyện kim, lọc dầu), từ nước thải công nghiệp [17]

 Ảnh hưởng của Cd đến sức khỏe con người

Cadimi xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu qua thức ăn thực vật, được trồng trên đất giầu cadimi hoặc tưới bằng nước có chứa nhiều cadimi, nhưng hít thở bụi cadimi thường xuyên có thể làm hại phổi, trong phổi cadimi sẽ thấm vào máu và được phân phối đi khắp nơi Phần lớn cadimi xâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận và được đào thải, còn một phần ít (khoảng 1%) được giữ lại trong thận, do cadimi liên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận [7] Phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích lũy cùng với tuổi tác Khi lượng cadimi được tích trữ lớn, nó có thể thế Zn2+ trong các enzim quan trọng và gây rối loạn tiêu hóa và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá hủy tủy sống, gây ung thư[2],[17]

Cadimi được biết gây tổn hại đối thận và xương ở liều lượng cao Nghiên cứu 1021 người đàn ông và phụ nữ bị nhiễm độc cadimi ở Thụy Điển cho thấy nhiễm độc kim loại này

có liên quan đến gia tăng nguy cơ gãy xương ở độ tuổi trên 50.Bệnh Itai-itai, một loại bệnh nghiêm trọng liên quan tới xương ở lưu vực sông Jinzu tại Nhật Bản, lần đầu tiên gợi ý rằng cadimi có thể gây mất xương nghiêm trọng Itai-itai là kết quả của việc ngộ độc cadimi lâu dài do các sản phẩm phụ của quá trình khai thác mỏ được thải xuống ở thượng nguồn sông Jinzu Xương của các bệnh nhân này bị mất khoáng chất ở mức cao Những bệnh nhân với bệnh này điều bị tổn hại thận, xương đau nhức trở nên giòn và dễ gãy[17]

Hàm lượng 30mg/l trong nước đủ dẫn đến cái chết Tiêu chuẩn WHO quy định nồng

độ Cd cho nước uống ≤ 0,003 mg/l

1.1.2.4 Tác động của kim loại Pb

Chì tồn tại trong môi trường bao gồm chì tự nhiên có trong các khoáng của vỏ Trái Đất và chì phát thải từ các hoạt động của con người Chì không bị phân hủy trong môi trường, chì chuyển hóa từ dạng hợp chất này sang dạng hợp chất khác và được vận chuyển giữa các thành phần trong môi trường theo một chu trình khép kín

Hiện nay trong cuộc sống con người đã sử dụng chì trong pin, các dụng cụ bán dẫn, làm vỏ bọc dây cáp rất bền chắc và dẻo dai Một lượng chì khá lớn được dùng làm que hàn… Để bảo vệ thiết bị khỏi sự ăn mòn, người ta mạ chì lên bề mặt bên trong các buồng và các tháp sản xuất axit sunfuric, các ống dẫn, các bể tẩy rửa và các

bể điện phân,… Công nghiệp nhiên liệu là một ngành tiêu thụ rất nhiều chì Một số hợp chất chì được thêm vào trong sơn, thủy tinh, đồ gốm như chất tạo màu, chất ổn định, chất kết gắn Chì được sử dụng rất phổ biến, người ta đã thống kê thấy có tới

150 nghề và hơn 400 quá trình công nghệ khác nhau sử dụng đến chì và các hợp chât của chúng [2],[11],[17]

Chì phát thải vào môi trường không khí từ công nghiệp ở dạng các hợp chất vô cơ như oxit, nitrat, sulfat Chì tetraetyl trong xăng qua quá trình đốt cháy ở các động cơ đốt trong bị chuyển một phần thành các muối vô cơ như các halide, hidroxit, oxit và một phần nhỏ cacbonat, sulfat Ngoài ra, tetraetyl được phát thải ra ngoài không khí sẽ bị phân hủy dần dần, trước tiên tạo thành các ion chì hữu cơ, cuối cùng tạo thành các hợp chất chì vô cơ Như vậy, chì trong không khí tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất vô cơ, còn gọi là các hạt bụi chì vô cơ Trong điều kiện tự nhiên, hàm lượng chì trong khí quyển thường trong khoảng 5.10-5mg/m3, trong khi đó hàm lượng chì trung bình tại các đô thị có mật độ giao thông lớn thường trong khoảng 3.10-3

mg/m3 Bụi chì trong không khí được gió phát tán đi rất xa khu vực phát thải Do đó, ô nhiễm chì trong không khí có tầm ảnh hưởng rộng Bụi chì sau đó được lắng xuống dưới tác dụng của trọng lực hoặc do được kéo theo các hạt mưa hoặc tuyết, tham gia vào khí quyển và địa quyển

Trong môi trường nước, chì tồn tại ở rất nhiều dạng hợp chất hóa học, tùy thuộc vào nguồn phát sinh Chì phát thải từ các điểm khai khoáng và nghiền quạng, xâm nhập vào môi trường nước dưới dạng PbS, các oxit chì và các cacbonat chì Ngoài ra, PbSO4 và Pb3(PO4)2cũng tồn tại trong thủy quyển với lượng nhỏ Các hợp chất này ít tan trong nước, có xu hướng lắng đọng xuống lớp bùn đáy Như vậy, trong thủy quyển, chì thường tồn tại dưới dạng Pb2+hòa tan, được hydrat hóa hoặc ở dạng huyền phù [2],[11],[17]

 Tác hại của chì đối với sức khỏe con người:

Chì là nguyên tố có độc tính cao đối với con người và động vật Nó xâm nhập vào cơ thể sống chủ yếu qua con đường tiêu hóa, hô hấp,… Tác động đến tủy xương và quá trình hình thành huyết cầu tố, nó thay thế canxi trong xương

Đặc tính nổi bật của chì là sau khi xâm nhập vào cơ thể sống nó ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất chậm, chủ yếu qua nước tiểu Sau khi chì xâm nhập vào cơ thể người qua đường nước uống nó tích tụ lại rồi đến một mức

độ nào đó mới gây độc Khi nồng độ chì trong nước uống là 0,042 - 1,000 mg/l sẽ xuất hiện triệu chứng bị ngộ độc kinh niên ở người Các hợp chất hữu cơ chứa chì có độc tính cao gấp hàng trăm lần so với các hợp chất vô cơ Khi bị nhiễm độc chì, nó sẽ gây ra nhiều bệnh như: Giảm trí thông minh; Các bệnh về máu, thận, tiêu hóa, ung thư,… Sự nhiễm độc chì có thể dẫn đến tử vong [2],[11],[17],[25]

Những biểu hiện của ngộ độc chì cấp tính như nhức đầu, tính dễ cáu, dễ bị kích thích, và nhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh

Con người bị nhiễm độc lâu dài đối với chì có thể bị giảm trí nhớ, giảm khả năng hiểu, giảm chỉ số IQ, xáo trộn khả năng tổng hợp hemoglobin có thể dẫn đến bệnh thiếu máu Chì cũng được biết là tác nhân gây ung thư phổi, dạ dày và u thần kinh đệm Nhiễm độc chì có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy thai, làm suy thoái nòi giống[17],[27]

1.2 Một số phương pháp phân tích các kim loại nặng ( As, Cr, Cd, Pb) ở Việt Nam và trên Thế giới

1.2.1 Phương pháp phân tích hóa học

Nhóm các phương pháp này dùng để xác định hàm lượng lớn (đa lượng) của các chất, thông thường lớn hơn 0.05%, tức là mức độ miligam Các trang thiết bị và dụng cụ cho các phương pháp này đơn giản và không đắt tiền

1.2.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng

Nguyên tắc: Đây là phương pháp dựa trên sự kết tủa chất cần phân tích với thuốc thử phù hợp, sau đó lọc, rửa, sấy hoặc nung rồi cân chính xác sản phẩm và từ đó xác định được hàm lượng chất phân tích [3]

Ví dụ: Kết tủa chúng dưới dạng MSO4 (M=Cd, Pb, Cr, As)

Phương pháp này đơn giản không đòi hỏi máy móc hiện đại, đắt tiền, có độ chính xác cao, tuy nhiên đòi hỏi nhiều thời gian, thao tác phức tạp và chỉ phân tích

hàm lượng lớn, nên không dùng để phân tích lượng vết [3]

- Xác định As: dựa trên phản ứng oxi hoá khử:

phản ứng phụ thuộc vào nồng độ H+

, vì vậy để phản ứng xảy ra theo chiều thuận phải thực hiện trong điều kiện dư NaHCO3 (dung dịch có pH 8) Chất chỉ thị là hồ tinh bột Bằng phương pháp này cho phép xác định được hàm lượng As từ 0,1% đến vài chục phần trăm Ngoài ra còn có thể chuẩn độ trực tiếp As3+ bằng dung dịch bromat

- Xác định Cd: Người ta có thể chuẩn độ cadimi trong dung dịch kiềm thường

dùng chỉ thị Eriocrom đen T hoặc chỉ thị xylen da cam Với hai chỉ thị này sự thay đổi màu sắc đều rất rõ ràng Trong phép chuẩn độ complexon dùng dung dịch chuẩn độ EDTA 0.01M, chỉ thị Eriocrom đen T ở pH=10 (dùng dung dịch NH4Cl + NH3), cadimi có thể được xác định với lượng 25mg/100ml dung dịch Trong phép chuẩn độ

AsO32- + I2 + H2O AsO43- + 2I- + 2H+

complexon thì dung dịch EDTA có nồng độ có 0,1- 0,01M, chỉ thị xylen ở pH=6, cadimi có thể được xác định với lượng 100mg/100ml dung dịch

- Xác định Pb: Đối với Pb, ta có thể chuẩn độ trực tiếp bằng EDTA hay chuẩn

độ ngược bằng Zn2+ hoặc chuẩn độ thay thế với ZnY2- , chỉ thị ET-00

Phương pháp thể tích cromat Kết tủa cromat chì trong dung dịch axetat amoni đã được axit hoá bằng CH3COOH rồi hoà tan nó bằng hỗn hợp clorua (NaCl + HCl) sau

đó thêm một lượng KI (không cho quá dư KI vì sẽ tạo nên kết tủa PbI2 có màu vàng ánh, làm cho việc phân biệt sự đổi màu của dung dịch trở nên rất khó khăn) vào dung dịch và chuẩn độ lượng I2 thoát ra bằng Na2S2O3 [3]

1.2.2 Phương pháp phân tích công cụ

1.2.2.1.Phương pháp cực phổ

Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp đặt vào 2 cực để khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau Thông qua chiều cao của đường cong Von-Ampe có thể định lượng được ion kim loại trong dung dịch ghi cực phổ Vì dòng giới hạn Igh ở các điều kiện xác định tỉ lệ thuận với nồng độ ion trong dung dịch ghi cực phổ theo phương trình: I = k.C

Trong phương pháp phân tích này người ta dùng điện cực giọt thuỷ ngân rơi là cực làm việc, trong đó thế được quét tuyến tính rất chậm theo thời gian (thường 1-5mV/s) đồng thời ghi dòng là hàm của thế trên cực giọt thuỷ ngân rơi Sóng cực phổ thu được có dạng bậc thang, dựa vào chiều cao có thể định lượng được chất phân tích[3]

Phương pháp này có khá nhiều ưu điểm: Nó cho phép xác định cả chất vô cơ

và hữu cơ với nồng độ 10-5 10-6M tuỳ thuộc vào cường độ và độ lặp lại của dòng dư Sai số của phương pháp thường là 2  3% với nồng độ 10-3 10-4M, là 5% với nồng

độ 10-5M (ở điều kiện nhiệt độ không đổi)

Ví dụ: Cadimi được xác định bằng phương pháp phổ phát xạ nguyên tử hồ quang với khoảng nồng độ 0,0005 0,002 % Vạch cadimi 228,8 nm được sử dụng cho khoảng nồng độ 0.00050.002% Nồng độ cadimi 500 g/ml được xác định bằng phương pháp phát xạ ngọn lửa vì nguyên tố này có đặc tính phát xạ kém

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế như ảnh hưởng của dòng

tụ điện, dòng cực đại, của oxi hoà tan, bề mặt điện cực… Nhằm loại trừ ảnh hưởng trên đồng thời tăng độ nhạy, hiện nay đã có các phương pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân, cực phổ sóng vuông … chúng cho phép xác định lượng vết của nhiều nguyên tố [9],[10]

1.2.2.2.Phương pháp Von-ampe hoà tan

Về bản chất, phương pháp Von-Ampe hoà tan cũng giống như phương pháp cực phổ là dựa trên việc đo cường độ dòng để xác định nồng độ các chất trong dung dịch Nguyên tắc gồm hai bước:

Bước 1: Điện phân làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm việc, trong khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định

Bước 2: Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược điện cực làm việc, đo và ghi dòng hoà tan Trên đường Von-Ampe hoà tan cho pic của nguyên

tố cần phân tích Chiều cao pic tỉ lệ thuận với nồng độ [3]

Ưu điểm của phương pháp: xác định được cả những chất không bị khử trên điện cực với độ nhạy khá cao 10-6 10-8M

Nhược điểm của phương pháp: độ nhạy bị hạn chế bởi dòng dư, nhiều yếu tố ảnh hưởng như: điện cực chỉ thị, chất nền…[20]

1.2.2.3 Phương pháp trắc quang

Nguyên tắc: Dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hoặc hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng Phương pháp định lượng theo phương trình

cơ bản:

A = K.C Trong đó: A: độ hấp thụ quang của chất

K: hằng số thực nghiệm

C: nồng độ của chất phân tích Phương pháp này cho phép xác định nồng độ của chất ở khoảng 10-5 - 10-7M và

là một trong các phương pháp được dùng khá phổ biến

Có thể xác định As bằng thuốc thử bạc dietyldithiocacbamat, As trong dung dịch phân tích sẽ được khử về asin bằng natri hydroborat ở môi trường pH=6, khí asin được dẫn đi trong dòng N2 qua bình thuỷ tinh đựng chì axetat, sau đó được dẫn vào bình chứa bạc dietyldithiocacbamat, ở đó As sẽ tạo phức màu đỏ với bạc dietyl dithio cacbamat có bước sóng hấp thụ quang là 520nm [3]

Xác định Cd: Với cadimi để xác định hàm lượng cadimi bằng phương pháp chiết trắc quang dùng đithizon, người ta chiết bằng CCl4 từ môi trường kiềm mạnh chứa tactrat, dung dịch đithizonat của cadimi trong dung môi hữu cơ có mầu đỏ, hấp thụ cực đại ở bước sóng =515 nm (kính lọc sáng có màu xanh lá cây)

Xác định Pb: Để xác định chì ta chuyển nó về dạng chì - đithizonat trong môi truờng pH = 5 – 6 Sau đó chiết phức này vào dung môi hữu cơ CCl4 hoặc CHCl3 rồi

đem đo mật độ quang của nó tại  = 510nm Giới hạn của phương pháp này đối với chì là 0,05ppm

Ưu điểm của phương pháp: độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao, được

sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng

Nhược điểm của phương pháp: không chọn lọc, một thuốc thử có thể tạo nhiều phức với nhiều ion

1.2.2.4 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES)

Ở điều kiện bình thường, nguyên tử không thu hay không phát xạ năng lượng, nhưng nếu bị kích thích thì các electron sẽ nhận năng lượng chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn Trạng thái này không bền, chúng có xu hướng giải phóng năng lượng để trở về trạng thái ban đầu bền vững dưới dạng các bức xạ Các bức xạ này gọi

là phổ phát xạ nguyên tử Nguyên tắc của phương pháp AES là dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích ở trạng thái khi có sự tương tác với nguồn năng lượng phù hợp Một số nguồn năng lượng thường dùng để kích thích phổ AES như: ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện…[7]

Đây là kỹ thuật phân tích được sử dụng rộng rãi trong phân tích, nó cho phép xác định định tính và định lượng ở mức hàm lượng đa lượng hoặc vi lượng của rất nhiều nguyên

tố

Ưu điểm của phương pháp này là phân tích nhanh hàng loạt mẫu Phân tích cả những đối tượng rất xa dựa vào ánh sáng phát xạ của chúng Phương pháp này cho độ nhạy và độ chính xác cao Độ nhạy cỡ 0,001%

Nhược điểm của phương pháp: chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu

mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nó trong mẫu [14]

1.2.2.5 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

Hấp thụ nguyên tử là một trong những phương pháp hiện đại, được áp dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm Phương pháp này xác định được hầu hết các kim loại trong mẫu sau khi đã chuyển hóa chúng về dạng dung dịch Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) được ứng dụng với ba kĩ thuật là nguyên tử hoá bằng ngọn lửa (F - AAS) nguyên tử hoá không ngọn lửa (GF-AAS) và kĩ thuật đặc biệt trong trường hợp phân tích các nguyên tố có nhiệt độ hóa hơi thấp: Hóa hơi lạnh (Hg), hydrua hóa ( Se, Sn…) [7],[12],[17]

Phương pháp này được phát triển rất nhanh và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến vì có độ nhạy rất cao (mức ppb) và độ chọn lọc cao (ứng với mỗi nguyên tố có một đèn catod rỗng) Do đó, khi phân tích lượng chất vết kim loại trong trường hợp không cần thiết phải làm giàu sơ bộ các nguyên tố cần phân tích, tránh được sự nhiễm bẩn mẫu khi xử lí qua các giai đoạn phức tạp Đây là đặc tính rất ưu việt của phương pháp này

Chính vì vậy mà chúng tôi sử dụng phương pháp q u a n g p h ổ hấp thụ nguyên tử n g ọ n

l ửa (F-AAS) và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không n gọn l ử a (GF-AAS) trong việc xác định hàm lượng các kim loại vết trong dung dịch nước thải công nghiệp Phương pháp phân tích dựa trên cơ sở đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố được gọi là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (phép đo AAS) [12]

 Cơ sở lí thuyết của phép đo:

Nguyên tắc phân tích dựa trên cơ sở đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố được gọi là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (phép đo AAS),

Cơ sở lí thuyết của phép đo này là sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do ở trong trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ.Vì thế muốn thực hiện được phép đo phổ háp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần phải thực hiện các quá trình sau:

1 Chọn các điều kiện và một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hoặc dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do Đó là quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu

2 Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừu điều chế được Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi đó sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó

3 Nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm sáng,phân li và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ của nó Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử Trong một giới hạn nhất định của nồng độ C giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố ở trong

Như vậy, mối quan hệ giữa Aλ và C là tuyến tính trong một khoảng nồng độ nhất định Khoảng nồng độ này được gọi là khoảng tuyến tính của phép đo Trong phép đo AAS, phương trình (*) ở trên chính là phương trình cơ sở để định lượng một nguyên tố

 Hệ thống đơn sắc và máy quang phổ hấp thụ nguyên tử

Hệ thống đơn sắc chính là hệ thống để thu,phân li,chọn và phát hiện vạch phổ hấp thụ cần phải đo Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử hệ thống đơn sắc này là một máy quang phổ

có độ phân giải tương đối có thể là hệ máy một chùm tia hay hệ máy 2 chùm tia Cấu tạo của

nó gồm 3 phần chính:

-Hệ chuẩn trực,để chuẩn trực chùm tia sáng vào;

-Hệ thống tán sắc (phân li) để phân li chùm sáng đa sắc thành đơn sắc;

-Hệ buồng tối(buồng ảnh) hội tụ,để hội tụ các tia cùng bước sóng lại

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử

1 Nguồn phát tia bức xạ đơn sắc

2 Hệ thống nguyên tử hoá mẫu

3 Hệ thống phân li quang học và ghi nhận tín hiệu

4 Bộ phân khuyếch đại và chỉ thị kết quả đo

5 Máy tính điều khiển

 Kĩ thuật nguyên tử hoá mẩu bằng ngọn lửa

Theo kĩ thuật này người ta dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích Vì thế mọi quá trình xảy ra phụ thuộc vào các đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí, nhưng chủ yếu là nhiệt độ của ngọn lửa Đó là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích, và mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ của ngọn lửa đèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả của phương pháp phân tích

Nguyên tử hoá mẫu bằng đèn khí, trước hết ta chuẩn bị mẫu ở trạng thái dung dịch Sau đó dẫn dung dịch mẫu vào ngọn đèn khí để nguyên tử hoá mẫu Quá trình nguyên tử hoá mẫu trong ngọn lửa xảy ra theo hai bước kế tiếp nhau [7],[12]

Bước 1: Phun dung dịch mẫu thành thể các hạt nhỏ sương mù cùng với khí mang và

khí cháy, đó là các sol khí (aerosol), quá trình này gọi là aerosol hoá Tốc độ dẫn dung dịch, dẫn khí và kĩ thuật của quá trình này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích Bước 2: Dẫn hỗn hợp aerosol vào đèn đốt để nguyên tử hoá Khí mang là một trong

hai khí để đốt, thường là không khí, oxi hay N2O Tác dụng nhiệt của ngọn lửa trước hết làm bay hơi dung môi dùng để hoà tan mẫu và các chất hữu cơ (nếu có) Lúc đó mẫu còn lại là các hạt rắn rất nhỏ trong ngọn lửa Tiếp đó là quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá các hạt mẫu khô đó Quá trình này xảy ra theo hai cơ chế chính sau:

Nếu năng lượng (nhiệt độ) hoá hơi (Ehh) của các hợp phần có trong mẫu nhỏ hơn năng lượng nguyên tử hoá (En) của nó thì xảy ra theo cơ chế 1

Cơ chế 1: MexRy (r) → MexRy (k) → xMe (k) + yR(k)

Me (k) + h√→ phổ AAS

Nói chung các muối halogen (trừ F), muối axetat, một số muối nitrat, một số muối sun phát của kim loại thường xảy ra theo cơ chế này Cơ chế này cho phép đo AAS có độ nhạy cao và ổn định

Ngược lại (Ehh >En) thì sẽ xảy ra theo cơ chế 2

Cơ chế 2: MexRy (r) → xMe (r) + yR(k)→ x Me (k)

Me (k) + h√→ phổ AAS

Các loại hợp chất muối của kim loại với sunphat, photphat, silicat,flo thường theo cơ chế 2 Cơ chế này không ổn định nên phép đo AAS kém ổn định.Vì thế người ta thường thêm vào mẫu các muối halogen hay axetat của kim loại kiềm làm nền để hướng các quá trình xảy

ra theo cơ chế 1 ưu việt và có lợi hơn [7],[17]

 Kĩ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa:

Ra đời sau kĩ thuật nguyên tử hoá trong ngọn lửa, nhưng kĩ thuật này được phát triển rất nhanh và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến vì kĩ thuật này cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy rất cao mức ng – ppb, có khi gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần phép đo trong ngọn lửa Do đó khi phân tích lượng vết các kim loại trong nhiều trường hợp không cần thiết phải làm giàu các nguyên tố cần phân tích Đặc biệt là khi xác định các nguyên tố vi lượng trong các loại mẫu của y học, sinh học, dược phẩm, thực phẩm, nước giải khát… Tuy có độ nhạy cao nhưng trong một số trường hợp độ ổn định của phép đo không ngọn lửa kém phép đo trong ngọn lửa do ảnh hưởng của phổ nền,Để khắc phục vấn đề trên người ta lắp thêm hệ thống bổ chính nền vào máy đo phổ hấp thụ Đặc điểm nữa của phép đo

không ngọn lửa là cần lượng mẫu tương đối nhỏ từ 20- 50 L

Về nguyên tắc là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn 200 ÷ 500A và trong môi trường khí trơ

Quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo ba giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro hoá luyện mẫu, nguyên tử hoá để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm sạch cuvet Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định mọi sự diễn biến của quá trình hoá mẫu

+ Sấy khô mẫu: giai đoạn này rất cần thiết nhằm đảm bảo cho dung môi hoà tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng và hoàn toàn, nhưng không làm mất mẫu do bị bắn, nhiệt độ sấy : 80-150

oC, thời gian sấy 20-30 giây

+ Tro hoá luyện mẫu: mục đích chính là để đốt cháy (tro hoá) các hợp chất hữu cơ và mùn có trong mẫu sau khi đã sấy khô, đồng thời cũng là để nung luyện mẫu ở một nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hoá tiếp theo đạt hiệu suất cao và ổn định Nhiệt độ tro hoá: 400-1500oC, thời gian 20-30 giây

+ Nguyên tử hoá: giai đoạn này được thực hiện sau giai đoạn sấy và tro hoá song lại bị ảnh hưởng bởi hai giai đoạn trên, thời gian thực hiện giai đoạn này ngắn, thường vào khoảng

3 ÷ 6 giây, tốc độ tăng nhiệt rất lớn

Nhiệt độ sấy, tro hoá và nguyên tử hoá của mỗi nguyên tố rất khác nhau Mỗi nguyên tố cần một nhiệt độ sấy, tro hoá và nguyên tử hoá giới hạn của nó [7],[12]

Hình 2: Bộ phận nguyên tử hóa ngọn lửa và lò Graphite

 Những ưu và nhược điểm của phép đo AAS:

Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc tương đối cao Gần 60 nguyên tố có thể được xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 1.10-4

đến 1.10-5 % Đặc biệt,nếu sử dụng kĩ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa thì có thể đạt đến độ nhạy n.10-

7% Chính vì có độ nhạy cao nên phương pháp này được dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

để xác định lượng vết của các kim loại Đặc biệt là trong phân tích các nguyên tố vi lượng trong các đối tượng mẫu y học, sinh học, nông nghiệp, kiểm tra các hoá chất có độ tinh khiết cao

Do có độ nhạy cao nên khi phân tích tốn ít mẫu, tốn ít thồi gian, không cần dùng hoá chất có độ tinh khiết cao

Các động tác thực hiện nhẹ nhàng Kết quả phân tích ghi lại trên băng giấy hoặc giản

đồ để giử lại để phân tích

Bên cạnh những ưu điểm, Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử cũng có một số hạn chế và nhược điểm nhất định Đó là:

Muốn thực hiện phép đo này cần phải có hệ thống máy AAS tương đối đắt tiền

Phương pháp phân tích này chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất trong mẫu phân tích mà không chỉ ra ở trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu Vì thế nó chỉ là phương pháp phân tích thành phần hoá học của nguyên tố mà thôi

Hình 3: Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-7000

1.3 Giới thiệu sơ lược về Khu công nghiệp Phú Tài và thực trạng tình hình xử lý nước thải công nghiệp tại Khu công nghiệp

1.3.1.Giới thiệu sơ lược về Khu công nghiệp Phú Tài

Khu công nghiệp Phú Tài là Khu công nghiệp đầu tiên của tỉnh Bình Định được thành lập theo Quyết định số 1127/QĐ-TTg ngày 18/12/1998, Quyết định số 710/QĐ-TTg ngày 07/8/2000 của Thủ tướng chính phủ

Khu công nghiệp Phú Tài nằm ở tọa độ 13047 vĩ bắc và 109009 kinh đông trải dài trên 02 phường Trần Quang Diệu và phường Bùi Thị Xuân thuộc thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định Khu công nghiệp Phú Tài cách thành phố Quy nhơn khoảng 10

km theo Quốc lộ 19 về hướng Đông, cách cảng Quy Nhơn 12 km, cách sân bay Phù Cát về phía Bắc 25 km, cách ga Diêu Trì 02 km về hướng Tây Bắc

- Phía Bắc: giáp sông Hà Thanh

- Phía Đông: giáp Quốc lộ 1A

- Phía Nam: giáp đường vào xã phước Mỹ (KCN Long Mỹ)

- Phía Tây: giáp núi Hòn Chà

KCN Phú Tài nằm sát chân núi Hòn Chà về phía Tây, phía Bắc giáp sông Hà Thanh, địa hình dốc thoải từ Tây Sang Đông, độ cao từ +4m đến +10m, vùng đất giáp sông Hà Thanh khá trũng là khu vực trồng mía, địa hình dạng đồng bằng lòng chảo theo dạng nón bồi tích tại khu vực chân của các dãy núi được mở rộng, sông Hà Thanh bắt nguồn từ vùng núi rừng huyện Vân Canh ở độ cao 500m, chiều dài sông 58km với độ cao trung bình của lưu vực là 170m, độ dốc trung bình của lưu vực khoảng 0,18m, phía Đông là Quốc lộ 1A và có Bàu Lác thu nước phần lớn khu vực phía Đông và một phần núi Hòn Chà

Hình 4: Khu công nghiệp Phú Tài

KCN Phú Tài nằm trên nền đá granite cổ được phủ bằng tầng đất bồi tích ổn định, phía trên là cát pha sét hoặc sỏi sạn có cường độ chịu lực R = 2,5 kg/cm2 KCN Phú Tài nằm cạnh sông Hà Thanh, là con sông ngắn và dốc, có chiều dài 58km, diện tích lưu vực là 542km2, cửa sông Hà Thanh vào mùa khô bị bồi lấp dòng chảy không đáng kể, nhưng mùa mưa nước chảy xiết và thướng ngập úng vào tháng 9, 10 và 11, thời gian lũ kéo dài 58 ÷ 75 giờ

Khu công nghiệp Phú Tài có diện tích 345,8 hecta và hiện tại có 107 doanh nghiệp đang hoạt động trong các lĩnh vực bao gồm chủ yếu là chế biến lâm sản, dăm

gỗ, nông sản, thức ăn gia súc; sản xuất bia và nước giải khát, đá granite, bao bì, viên nén mùn cưa; gia công cơ khí, xi mạ và may mặc

1.3.2.Thực trạng tình hình nước thải công nghiệp và biện pháp xử lý nước thải công nghiệp tại Khu công nghiệp

Hiện tại, vấn đề ô nhiễm nước thải công nghiệp trong hoạt động sản xuất công nghiệp ngày càng là vấn đề nghiêm trọng và cả thế giới đang tìm ra biện pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ nước thải công nghiệp

Hiện tại, phần lớn các doanh nghiệp tại KCN Phú Tài phát sinh nước thải công nghiệp rất ít vì chủ yếu các loại hình sản xuất trong KCN phát sinh nước thải là chế biến lâm sản và cưa xẻ đá, nhưng đối với ngành nghề chế biến lâm sản xuất khẩu hiện đã thay đổi công nghệ từ luộc gỗ chuyển sang sấy nên không phát sinh nước thải, loại hình sản xuất chế biến đá granite phát sinh nước thải, nhưng hoàn lưu tái sử dụng, loại hình chế biến dăm gỗ chủ yếu phát sinh nước thải từ nước rỉ dăm gỗ nhưng chỉ vào mùa mưa, loại hình sản xuất bao bì carton chủ yếu từ nước thải mực in, Chủ yếu nước thải công nghiệp từ Công ty CP Bia Sài Gòn – Miền Trung với lưu lượng bình quân khoảng 500 m3/ngày đêm

Hiện tại, KCN Phú Tài đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải với công suất 2.000

m3/ngày đêm và đã xây dựng hoàn thiện hệ thống đường ống thu gom nước thải từ các Doanh nghiệp để về xử lý tại hệ thống xử lý nước thải tập trung của Khu công nghiệp

và nguồn thải nước thải sau khi xử lý là sông Hà Thanh

Nguồn tiếp nhận nước thải công nghiệp sau khi đã qua xử lý tại hệ thống xử lý nước thải của KCN là Sông Hà Thanh Tuy nhiên sông Hà Thanh có các nhánh sông chảy xuống lưu vực quanh thành Phố Quy Nhơn và vùng lân cận và đổ về đầm Thị Nại và

là nguồn cung cấp nước tưới cho nông nghiệp cho cả khu vực ngoại thành của thành phố Quy Nhơn và vùng lân cận Đầm Thị Nại là đầm nước ngọt lớn nhất và là nơi đánh bắt và nuôi trồng thủy sản lớn nhất tỉnh Bình Định, cung cấp một lượng lớn hải sản cho tỉnh Bình Định nói riêng và cả nước nói chung Do vây khi nguồn nước của Sông Hà Thanh nếu nguồn nước bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng thì dẫn đến hệ lụy

là vấn đề ô nhiễm các mạch nước ngầm cũng như nước mặt dọc theo các nhánh sông quanh thành phố bị ô nhiễm theo, đồng thời ảnh hưởng nhiễm các kim loại nặng trong thực phẩm và về lâu dài sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người dân và ô nhiễm môi trường sinh thái

Xuất phát từ thực trạng trên và công tác bảo vệ môi trường trên địa bàn nên chúng

tôi tiến hành xây dựng đề tài: “Nghiên cứu phương pháp xác định hàm lượng ion kim

loại nặng trong nước thải công nghiệp (Asen(As), Chì(Pb), Cadimi(Cd), Crom(Cr))

của Khu công nghiệp Phú Tài bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử“

nhằm kiểm soát trình trạng ô nhiễm các kim loại nặng trong nước thải công nghiệp để

có biện pháp xử lý trước khi thải ra môi trường bên ngoài

Hình 5: Sơ đồ công nghệ hệ thống XLNT của KCN Phú Tài

BỂ CHỨA TÁI SINH BÙN

Bơm

TÁCH RÁC TINH Thu gom rác đi xử lý

BỂ ĐIỀU HÒA

BỂ AEROTEN

(SBR)

HỒ SINH HỌC HIẾU KHÍ

HỒ SINH HỌC TUỲ TIỆN

NGUỒN TIẾP NHẬN (Sông Hà Thanh)

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tượng và nội dung nghiên cứu

Nước ta đang trong quá trình phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước một cách mạnh mẽ Do đó đã hình thành nhiều Khu kinh tế, Khu chế xuất và Khu công nghiệp Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp thì vấn đề ô nhiễm nước thải, khí thải, chất thải rắn diễn ra ngày càng nghiêm trọng Trong đó, nước thải công nghiệp gây ô nhiễm là một trong những vấn đề đang được quan tâm của toàn xã hội Hiện nay cùng với các

sự phát triển của các ngành công nghiệp thì nước thải công nghiệp cũng bị ô nhiễm bởi những kim loại nặng như As, Cd, Cr, Pb với hàm lượng rất cao làm ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và ảnh hưởng đến sức khỏe con người Vì vậy đối tượng nghiên cứu trong luận văn này là các kim loại nặng (As, Cr, Cd, Pb) có trong nước thải công nghiệp tại Khu công nghiệp Phú Tài tại hố thu gom nước thải tập trung trước khi qua hệ thống xử lý nước thải và tại vị trí xả thải của hệ thống xử lý nước thải tập trung của Khu công nghiệp trên sông

Hà Thanh

2.2 Trang thiết bị và hóa chất:

2.2.1.Trang thiết bị:

 Hệ thống Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AA-7000-Shimadzu, Nhật Bản)

 Cân phân tích, cân kĩ thuật

 Dung dịch chuẩn As 1000ppb Merck

 Dung dịch chuẩn Cd 1000ppm Merck

 Dung dịch chuẩn Cr 1000ppm Merck

 Dung dịch chuẩn Pb 1000ppm Merck

 Nước cất 2 lần

2.3 Tiến hành nghiên cứu thử nghiệm

2.3.1 Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn

 Chuẩn bị dung dịch CH3COONH4 1M: Hòa tan 77g CH3COONH4 trong 1 lít nước cất

 Chuẩn bị dung dịch gốc Cr(VI) 1000 ppm trong HNO3 2%: Cân chính xác 0,7073g chất gốc K2Cr2O7 của Merck hòa tan trong 50ml dung dịch HNO310% cho tan, sau đó định mức bằng nước cất tới vạch mức 250ml

- Chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc As 100ppm: Pha loãng 10ml As 1000ppm bằng nước cất đến vạch 100ml

- Chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc Cd 100ppm: Pha loãng 10ml Cd 1000ppm bằng nước cất đến vạch 100ml

- Chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc Cr 100ppm: Pha loãng 10ml As 1000ppm bằng nước cất đến vạch 100ml

- Chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc Pb 100ppm: Pha loãng 10ml Pb 1000ppm bằng nước cất đến vạch 100ml

- Chuẩn bị dung dịch HNO3 10% từ HNO3 65% của Merck

- Chuẩn bị dung dịch HCl 10%

- Chuẩn bị dung dịch NH4Cl 10%

- Chuẩn bị dung dịch CH3COONH4 10%

Các dung dịch 10% đều được tính toán và pha từ các dung dịch đặc ban đầu là HNO365%, HCl 36%, CH3COOH 99 với nước cất 2 lần để thu được các dung dịch mong muốn

2.3.2 Lấy mẫu, xử lý và bảo quản mẫu

 Lấy mẫu:

- Mẫu nước thải công nghiệp của KCN Phú Tài được lấy theo TCVN

- Mẫu được lấy bằng chai polyetylen được rửa sạch bằng HNO3 và tráng lại bằng nước

- Lấy mẫu theo phương pháp đứng

- Tần suất lấy mẫu: theo mùa

Các mẫu nước thải được lấy tại hố thu gom nước thải tập trung trước hệ thống xử

lý nước thải của KCN và vị trí xả thải của nước thải sau khi xử lý trên sông Hà Thanh

Bảng 1: Vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu

M1A Mẫu nước thải Hố thu gom nước thải tập trung trước