TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG NGÔ THỊ HUÊ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG XIANUA TRONG NƯỚC THẢI CỦA MỘT SỐ CƠ SỞ MẠ KIM LOẠI TRÊN ĐỊA BÀN HÀ NỘ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG
NGÔ THỊ HUÊ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG XIANUA TRONG NƯỚC
THẢI CỦA MỘT SỐ CƠ SỞ MẠ KIM LOẠI TRÊN ĐỊA
BÀN HÀ NỘI
HÀ NỘI, 2014
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG
NGÔ THỊ HUÊ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG XIANUA TRONG NƯỚC
THẢI CỦA MỘT SỐ CƠ SỞ MẠ KIM LOẠI TRÊN ĐỊA
BÀN HÀ NỘI
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Môi trường
Mã ngành: 52510406
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS BÙI THỊ THƯ
HÀ NỘI, 2014
Trang 3MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN 3
1.1.GIỚI THIỆU VỀ XIANUA 3
1.1.1.Tính chất vật lý của xianua 3
1.1.2.Tính chất hóa học 4
1.1.3.Độc tính của axit xianhidric và các hóa chất xianua tan 5
1.1.4 Nguồn chứa xianua gây ô nhiễm 6
1.1.5 Ứng dụng của xianua 10
1.2.SƠ LƯỢC VỀ MẠ KIM LOẠI 10
1.2.1 Nguồn gốc, lịch sử phát triển của ngành mạ trên thế giới và ở Việt Nam 10
1.2.2.Đặc điểm và giá trị kinh tế của ngành mạ kim 11
1.3 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 13
1.3.1 Tổng quan về làng nghề Thanh Thùy – Thanh Oai 13
1.3.2 Tổng quan về khu Quán Tây - Liên Hiệp – Phúc Thọ 14
1.4.PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN VÀ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG XIANUA 15
1.4.1.Phương pháp định tính 15
1.4.2.Phương pháp định lượng 17
Chương 2: THỰC NGHIỆM 20
2.1.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 20
2.1.1.Đối tượng nghiên cứu 20
2.1.2.Phạm vi nghiên cứu 20
2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 20
2.3.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20
2.3.1.Phương pháp thu thập tổng hợp tài liệu 20
2.3.2.Phương pháp thực nghiệm 20
2.3.3.Phương pháp xử lý số liệu 24
2.4.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 24
2.4.1.Dụng cụ máy móc, hóa chất 24
2.4.2 Phương pháp xác định nồng độ xianua 25
Trang 4Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32
3.1 KẾT QUẢ NGIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH XIANUA 32
3.1.1 Kết quả khảo sát bước sóng cho phản ứng tạo phức màu giữa xianua và thuốc thử piridin – barbutiric 32
3.1.2 Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định xinua 33
3.1.3 Kết quả xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng và độ lệch chuẩn lặp lại của phương pháp 35
3.2 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG XIANUA TRONG CÁC MẪU NƯỚC THẢI 38
3.2.1 Kết quả xác định pH trong các mẫu nước thải 38
3.2.2 Kết quả phân tích xác định hàm lượng xianua của các mẫu nước thải 38
3.3 ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG XIANUA TRONG NƯỚC THẢI MẠ KIM LOẠI 43
3.4 ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU 45
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 47
1.KẾT LUẬN 47
2.KIẾN NGHỊ 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO 48
PHỤ LỤC
Trang 5DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Vị trí lấy mẫu nước thải mạ kim loại 21
Bảng 3.1: Chuẩn bị các dung dịch màu để xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng xianuasử dụng thuốc thử pyridin – barbituric 33 Bảng 3.2: Xử lý thống kê đường chuẩn theo phương pháp bình phương tối thiểu 34 Bảng 3.3: Chuẩn bị 10 dung dịch phức màu có nồng độ bằng nhau từ dung dịch
xianua 2mg/l 36 Bảng 3.4: Mật độ quang và nồng độ tính toán được của các dung dịch phức màu có nồng độ xianua khác nhau (thấp, trung bình, cao) 37 Bảng 3.5: Độ lặp tương đối của các dung dịch phức màu ở nồng độ khác nhau 37 Bảng 3.6: Kết quả xác định giá trị pH của các mẫu nước thải tại cơ sở mạ kim loại ở Liên Hiệp, Phúc Thọ, thành phố Hà Nội 38 Bảng 3.7: Kết quả xác định giá trị pH của các mẫu nước thải tại cơ sở mạ kim loại ở xã Thanh Thùy, Thanh Oai, thành phố Hà Nội 38 Bảng 3.8:Kết quả xác định hàm lượng CN- trong mẫu nước thải tại cơ sở mạ kim loại
ở Liên Hiệp, Phúc Thọ, Hà Nội (đợt 1) 39 Bảng 3.9: Kết quả phân tích xác định hàm lượng CN- trong mẫu nước thải tại cơ sở mạ kim loại ở Liên Hiệp, Phúc Thọ, Hà Nội (đợt 2) 40 Bảng 3.10: Kết quả xác định hàm lượng CN- trong mẫu nước thải tại cơ sở mạ kim loại
ở Thanh Thùy, Thanh Oai, Hà Nội (đợt 1) 41 Bảng 3.11: Kết quả xác định hàm lượng CN- trong mẫu nước thải tại cơ sở mạ kim loại
ở Thanh Thùy, Thanh Oai, Hà Nội (đợt 2) 42
Trang 6DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Thiết bị chưng cất xianua 30 Hình 3.1: Phổ hấp thụ electron của dung dịch màu có nồng độ xianua 0,1mg/l so với nước trong khoảng bước sóng 400 ÷ 700nm 32 Hình 3.2: Phổ hấp thụ của dung dịch màu có nồng độ xianua khác nhau (0,02mg/l; 0,1mg/l; 0,2mg/l) so với dung dịch nền trong khoảng bước sóng từ 400÷700nm 32 Hình 3.3: Đường chuẩn xác định hàm lượng xianua 34 Hình 3.4: Hàm lượng xianua trong mẫu nước thải mạ ở Liên Hiệp – Phúc Thọ (đợt 1) 39 Hình 3.5:Hàm lượng xianua trong mẫu nước thải mạ ở Liên Hiệp – Phúc Thọ (đợt 2) 40 Hình 3.6: Hàm lượng xianua trong nước thải mạ kim loại ở Thanh Thùy– Thanh Oai (đợt 1) 41 Hình 3.7: Hàm lượng xianua trong nước thải mạ kim loại ở xã Thanh Thùy – huyện Thanh Oai (đợt 2) 42 Hình 3.8: Hàm lượng xianua trong nước thải mạ ở Liên Hiệp (2 đợt) 43 Hình 3.9: Hàm lượng xianua trong nước thải mạ ở Thanh Thùy (2 đợt) 44
Trang 7LỜI CẢM ƠN
Khóa luận này được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hóa công nghệ môi trường - Khoa hóa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
Qua đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo hướng dẫn khoa học ThS Bùi Thị Thư, người đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo em trong suốt quá trình học tập
và nghiên cứu.Em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong tổ Độc học - Khoa Môi trường – Trường Đại học Tài Nguyên và Môi trường Hà Nội và các thầy cô trong phòng thí nghiệm Hóa công nghệ môi trường - Khoa hóa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nộiđã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành Khóa luận
Em xin chân thành cảm ơn các anh chị trong phòng phân tích, bạn bè, người thân đã ủng hộ, động viên em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu
Trong thời gian thực tập và làm khóa luận, em đã cố gắng áp dụng kiến thức được học vào đây Tuy nhiên, do còn thiếu kinh nghiệm thực tế nên còn nhiều thiếu sót Em mong các thầy cô sẽ đóng góp ý kiến để bài khóa luận của em được hoàn thiện hơn
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2014
Sinh viên thực hiện
Ngô Thị Huê
Trang 81
LỜI MỞ ĐẦU
Trên đà tăng trưởng và phát triển nhanh chóng của xã hội về mọi mặt, đời sống con người ngày càng được nâng cao cùng với đó là tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng tăng lên và trở thành mối đe dọa toàn cầu Nguyên nhân gây ô nhiễm là do các làng nghề, các cụm công nghiệp, các cơ sởcó quy mô sản xuất nhỏ lẻ theo từng gia đình; hệ thống xử lý nước thải chưa đầu tư phù hợp; làng nghề xen lẫn khu dân cư Ô nhiễm môi trường làng nghề chủ yếu là ô nhiễm không khí, đất, nguồn nước Mức độ
ô nhiễm tại các làng nghề ngày một gia tăng, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước… Đây là một trong những hiểm họa môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống hằng ngày của con người
Đặc biệt là tình trạng ô nhiễm chất hóa học do các nhà máy, cơ sở sản xuất thải
ra, đi vào môi trường tự nhiên, đất, nước, không khí Khi nồng độ các chất đó cao hơn nồng độ tự nhiên sẽ gây nguy hại cho con người, động vật và thực vật,…
Nghiêm trọng nhất phải kể đến đó là xianua Ion xianua vàhidro xianua HCN là các chất độc mạnh cho con người, động vật và sinh vật dưới nước [3].Trên địa bàn thành phố Hà Nội có khá nhiều cơ sở mạ kim loại Trong đó, ở khu Quán Tây xã Liên Hiệp, huyện Phúc Thọ có đến hơn chục xưởng mạ Làng nghề kim khí Thanh Thùy có hơn 80% số người dân trong xã tham gia lao động nghề mạ Ngành nghề này đã tạo việc làm ổn định, nâng cao mức sống cho người dân Nhiều cơ sở sản xuất có doanh thu cao đạt tới hàng tỷ đồng, đem lại thu nhập cao cho người lao động.Cũng như nhiều
cơ sở, làng nghề khác, xã Liên Hiệp và Thanh Thùy đang phải đối mặt với biết bao nạn ô nhiễm môi trường do hoạt động sản xuất.Người dân nơi đây, hàng ngày đã biết bao lần phải lên tiếng Vìphải sống chung với tiếng ồn, cùng với sự ô nhiễm từ khí thải, nước thải kim loại, bụi hóa chất, chất thải axit, chất thải của các lò mạ,…tất cả đều ảnh hưởng đến sức khỏe người dân xung quanh đó Bên cạnh đó, do đặc thù của nền công nghiệp mới phát triển, chưa có sự quy hoạch tổng thể và nhiều nguyên nhân khác như: điều kiện kinh tế của nhiều xí nghiệp còn khó khăn, do chi phí xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận nên hầu như nước thải mạ kim loại từ các cơ sở mạ hầu hết chưa qua xử lý, xả thẳng ra môi trường làm cho môi trường của các làng nghề ngày càng ô nhiễm nghiêm trọng
Trang 92
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xác định hàm lượng xianua trong nước như chuẩn độ, trắc quang, điện hóa,… Trong đó, phương pháp trắc quang xác định hàm lượng xianua dựa trên quy trình xác định xianua của US environmenttal protection agency (EPA) có độ nhạy, độ chọn lọc cao Cùng với đó, việc xác định hàm lượng xianua trong nước thải mạ kim loại còn chưa được nghiên cứu cụ thể
Vì vậy, tôi đã lựa chọn đề tài“Đánh giá hàm lượng xianua trong nước thải
lượng xianua có trong nước thải mạ kim loại đánh giá mức độ ô nhiễm xianua trong các mẫu nước, từ đó đề xuất ra một số phương pháp xử lý nước thải để góp phần bảo
vệ môi trường
Trang 103
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU VỀ XIANUA
Xianua là một chất hóa học rất độc, phản ứng nhanh, là chất hóa học có khả năng gây chết Xianua tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm:Xianua ở thể khí, không màu như Hidro xianua (HCN), hay xiano clorit(CNCl); Xianua ở thể rắn như Natri xianua (NaCN), hay Kali xianua (KCN),…
Tiếp xúc với một lượng lớn xianua có thể gây tổn thương cho não và tim mạch, nếu tiếp xúc ở liều lượng thấp có thể gây những hậu quả như khó thở, đau tim, nôn mửa, thay đổi máu, đau đầu, làm rộng tuyến giáp Xianua được tìm thấy ở ít nhất là
415 trong số 1430 danh sách những quốc gia được ưu tiên được xác định thông qua Cơ quan bảo vệ môi trường (EPA)
Thường xuyên bị nhiễm một lượng nhỏ xianua có thể gây nên chứng viêm da, các bệnh về tuyến giáp, mất sự phối hợp giữa các cơ bắp
1.1.1 Tính chất vật lý của xianua
Hidro xianua có công thức hóa học HCN, là một chất khí hay lỏng, trọng lượng phân tử 27, không có màu hoặc có màu xanh nhạt, dễ cháy, rất dễ bay hơi Ở thể khan
là chất lỏng rất linh động, tỷ trọng d=0,696 Nhiệt độ sôi ở 26,50C, đông đặc ở -140C,
có mùi hạnh nhân, vị rất đắng, hòa tan rất dễ trong nước và rượu Tên thông thường của nó là axit Hidroxianic và axit prussic Hidro xianualà một chất axit yếu Hơi của HCN có tỷ trọng d=0,968 Axit phosphoric được thêm vào Hidro xianua lỏng như là chất bền hóa để ngăn chặn sự phân hủy và nổ [1,5]
Muối xianua kiềm như NaCN, là muối tinh thể hút ẩm trắng, có mùi hạnh nhân,
dễ bị phân hủy trong không khí bởi hơi nước, CO2, SO2…tan rất tốt trong nước, ít tan trong rượu, tan trong dung dịch nước rượu Có độ tinh khiết đạt 95 ÷ 98% [1,5]
Kali xianua (KCN) là chất rắn dễ chảy rữa màu trắng, có mùi của Hidro xianua Kali xianua với độ tinh khiết 95% có giá trị thương mại Dung dịch kali xianua trong nước thể hiện tính bazơ mạnh
Trang 114
Muối xianua của các kim loại kiềm thổ tan nhiều trong nước, xyanua của các kim loại khác tan ít hơn
Muối xianua thủy ngân Hg(CN)2 tan trong nước nhưng là chất điện ly yếu Xianua ở trạng thái tự do CN- rất độc Nhưng khi nó liên kết bền trong phức như phức Fe[Fe(CN)6] thì lại không độc Vì sự phân ly của phức quá nhỏ nên trong dung dịch nồng độ CN không đủ để gây độc
Dixian (CN)2 là chất khí độc không màu, mùi hạnh nhân, tan tốt trong nước và rượu, (CN)2 hình thành do nhiệt phân một số muối xianua như Hg(CN)2 hay oxi hóa CuCN bằng FeCl3 (CN)2 kém bền, do bị thủy phân
Sodium ferro xianua (K4Fe(CN)6) có dạng tinh thể màu vàng, hòa tan trong nước đặc biệt khi đun nóng, phân hủy ở 4350C tạo sodium xianua
1.1.2 Tính chất hóa học
Axit xianhidric và các xianua bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển thành xianat: 2CN- + O2 2CNO
-Ở dung dịch loãng 1:5000 trong 5 tháng HCN bị phân hủy hết
HCN + 2H2O HCOONH4 (ammonium foocmic) 2HCN + 2H2S + O2 2HCNS + 2H2O (axit sunfoxianhydric) Các muối xianua kim loại kiềm bị dioxit cacbon trong không khí phân hủy tạo thành HCN
NaCN + CO2 + H2O 2HCN + Na2CO3
Vì vậy phải bảo quản muối kim loại xianua trong thùng kín, để ở chỗ mát
Các muối xianua tan trong nước dễ tạo với các xianua không tan thành các ion phức
Axit nitric tác dụng với các chất hữu cơ như axit malic, xitric, ancaloit, tanin cũng tạo nên HCN Qua đó tạo nên các glucoxit xianhydric ở một số thực vật
Các andehyt, đường cũng phá hủy được HCN
Trang 125
C6H12O6 + HCN C7H13O6N Trong một số các cây cối, thực vật có chứa dẫn xuất hữu cơ của axit xianhidric,
ví dụ: hạnh nhân đắng, nhân quả mận, lá trúc anh đào, rễ sắn, măng tre nứa, nấm, các hạt lá và cành loại đậu phaseolus lunatus Dầu hạnh nhân đắng có chứa amogdalis
C20H27NO11 do tác dụng củ men emulsin hay synatase sẽ bị phân hủy và giải phóng HCN
C20H27NO11+ 2H2O C7H6O + 2 C6H12O6+ HCN Trong dầu hạnh nhân đắng cứ 1,5gam dầu thì có 0,24gam HCN Lượng HCN chứa trong năm, sáu hạt hạnh nhân đủ giết chết một em bé Trong hạt đậu có chất phaseolumatin C10H17NO6 do tác dụng của men phaseosaponin sẽ thủy phân và giải phóng HCN:
C10H17NO6+ 2H2O C6H12O6 + CH3 – CO – CH3 + HCN
1.1.3 Độc tính của axit xianhidric và các hóa chất xianua tan
a, Độc tính
Axit xianhidric tác dụng lên quá trình hô hấp tế bào bằng cách làm tê liệt các men sắt của xyto erom oxydaza hoặc men đỏ vacbua Do thiếu oxy nên máu trong tĩnh mạch có mầu đỏ thẫm và có những triệu chứng ngạt
Axit xianhidric gây độc nhanh qua đường hô hấp, với liều lượng 0,3mg/1kg trọng lượng cơ thể đã có thể gây chết ngay Nồng độ từ 0,12 – 0,15mg/l gây chết từ 30 phút đến 1 giờ
Qua đường tiêu hóa: liều lượng gây tử vong là 1mg/1kg trọng lượng cơ thể đối với các muối như KCN, NaCN
Axit xianhidric có thể thâm nhập vào cơ thể rồi gây ngộ độc bằng cách thấm qua các vết thương ngoài da Nồng độ cho phép tiếp xúc nhiều lần trong không khí là 10ml/m3 hoặc 11mg/m3 không khí ở 200C
b, Triệu trứng lâm sàng
Ngộ độc cấp: xảy ra khi hít phải hay uống phải liều cao HCN Ngộ độc xảy ra rất nhanh chóng, các trung tâm hành tủy bị tê liệt, người bị nạn bất tỉnh, co gật và các
Trang 136
cơ bị cứng Sự hô hấp bị ngắt quãng và dừng lại, tim đập rất nhanh và không đều, nạn nhân chết sau 1 -2 phút
Ngộ độc bán cấp: các hiện tượng thường gặp là chóng mặt, buồn nôn, đau đầu, các niêm mạc hô hấp bị kích thích Nạn nhân sợ hãi, lo lắng nhưng vẫn còn sáng suốt, sau đó xuất hiện rối loạn thần kinh, co giật, dãn đồng tử, cứng hàm, hiện tượng ngạt bắt đầu, nạn nhân chết sau 20 phút Nếu cấp cứu kịp thời, nạn nhân không chết nhưng
bị tổn thương tim, tê liệt bộ phận
Ngộ độc thường diễn: xảy ra đối với những người làm việc thường xuyên ở nơi
có khí HCN bốc lên Các hiện tượng rõ rệt là đau đầu, chóng mặt, nôn và mệt nhọc
c, Cách cấp cứu và điều trị
Nếu bị ngộ độc qua đường hô hấp: đưa bệnh nhân ra khỏi vùng nhiễm độc, người làm cấp cứu phải đeo mặt nạ đề phòng Tiến hành ngay hô hấp nhân tạo, cho thở oxy hoặc cacbongen để loại nhanh chất độc qua đường phổi Tiêm các thuốc trợ tim như Caphein campho, niketamit Nếu đã trụy tim, tiêm thẳng vào tim ubain Đồng thời
làm các cấp cứu, vãn hơi, hô hấp tế bào cần tiến hành
+ Tiêm tĩnh mạch glutation liều 0,01
+ Tiêm tĩnh mạch các chất tạo nên methemoglobin như: tiêm 5-10ml dung dịch 2-3% natrinitrit, tiêm vài lần (liều không quá 1-1,5g) hoặc tiêm 50ml dung dịch xanh metylen
Ngoài ra, có thể dùng các thuốc chuyển HCN thành chất không độc như tiêm natri tiosunphat (20ml dung dịch 25% vào tĩnh mạch) có thể tới 200ml
Nếu ngộ độc qua đường tiêu hóa thì dùng với apomocphin để gây nôn Rửa dạ dày với dung dịch 2% KMnO4, hoặc với pehyrol và cấp cứu như đã nói trên
1.1.4 Nguồn chứa xianua gây ô nhiễm
Xianua có nguồn gốc từ tự nhiên và nhân tạo
Xianua trong tự nhiên có trong hơn 2000 loại thực vật, bao gồm các loại trái cây và rau Chúng chứa các xianogenic glycoside mà khi ăn vào bụng sẽ thủy phân tạo xianua Trong số chúng, cây sắn (bột sắn hột, bột sắn và cây lúa miến là thực phẩm chính yếu cho hàng triệu người ở các quốc gia nhiệt đới Xianogenic glycoside được