195464512-Phan-tich-cac-phương-phap-xử-lý-kim-loại-nặng-trong-nước

ðồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Lời cảm ơn .4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG .5 I.1.ðại cương kim loại nặng ảnh hưởng chúng đến mơi trường I.2 Ô nhiễm kim loại nặng hậu chúng I.3 Nhiễm độc Chì hiểm hoạ mơi trường I.4 Asen nước uống 13 I.5 Cadimi kim loại ñộc hại ñại 15 I.6 Thiếc nhiễm 17 I.6.1 ðộng vật có vú biển nhiễm toàn cầu thiếc 19 I.6.2 Các hợp chất thiếc cá Nhật Bản vịnh Aercachon 20 I.7 Ô nhiễm thuỷ ngân môi trường 21 CHƯƠNG II MÔI TRƯỜNG NƯỚC HÀ NỘI VÀ NGUỒN GỐC GÂY Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG 24 II.1 ðặc ñiểm ñịa lý tự nhiên thành phố Hà Nội 24 II.1.1.ðặc ñiểm ñiạ lý tự nhiên 24 II.1.2 ðặc ñiểm kinh tế xã hội 26 II.2 ðặc ñiểm nước mặt thành phố Hà Nội 26 II.2.1 Hệ thống sông 26 II.2.2 Hệ thống hồ ao 27 II.2.3 Hệ thống mương 29 II.3 ðặc ñiểm nước ngầm khu vực Hà Nội 30 II.3.1 Tầng chứa nước Holoxen ( QIV) 31 II.3.2.Tầng cách trầm tích Pleistoxen ( QIII) 32 II.3.3 Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pleistoxen (QII-III) 32 II.4.Nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng môi trường nước Hà Nội 33 Nguyễn Nhật Quang- CNMTB K44 Chia sẽ: CN Nguyễn Thanh Tú – Email: tuhoahocqn@gmail.com www.facebook.com/daykem.quynhon - www.daykemquynhon.ucoz.com ðồ án tốt nghiệp CHƯƠNG III CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC 36 III.1 Tổng quan phương pháp xử lý kim loại nặng nước 36 III.2 Phương pháp kết tủa hoá học 36 III.3 Phương pháp trao ñổi Ion 37 III.4 Phương pháp điện hố 38 III.5 Phương pháp oxy hoá- khử 39 III.6 Xử lý nước thải có chứa kim loại nặng phương pháp tạo Pherit 39 III.6 Vấn ñề xử lý kim loại nặng nước thải Việt nam 41 CHƯƠNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KIM LOẠI NẶNG 43 IV.1 Tổng quan phương pháp phân tích kim loại 43 IV.2 Xử lý mẫu ñể xác ñịnh hàm lượng kim loại nặng 44 IV.2.1 Giới thiệu 44 IV.2.2 Lọc 44 IV.2.3 Xử lý mẫu xác ñịnh kim loại tan axit 45 IV.2.4 Xử lý mẫu ñể xác ñịnh tổng số kim loại nặng 45 IV.2.5 Phân huỷ mẫu HNO3 46 IV.2.6 Phân huỷ mẫu HNO3 HCl 46 IV.2.7 Phân huỷ mẫu hỗn hợp hai axit HNO3 H2SO4 47 IV.2.8 Phân huỷ mẫu hỗn hợp axit HNO3 HClO4 48 IV.2.9 Phân huỷ mẫu hỗn hợp axit HClO4, HNO3 HF 48 IV.2.10 Phân huỷ mẫu phương pháp khô ( tro hoá ) 49 IV.2.11 Phân huỷ mẫu thiết bị vi sóng 50 IV.3 Phương pháp quang phổ phát xạ nguồn Plasma ghép nối cảm ứng ( ICPAES) 50 IV.3.1 Giới thiệu phương pháp 50 IV.3.2 Các loại nhiễu 51 Nguyễn Nhật Quang- CNMTB K44 Chia seõ: CN Nguyễn Thanh Tú – Email: tuhoahocqn@gmail.com www.facebook.com/daykem.quynhon - www.daykemquynhon.ucoz.com ðồ án tốt nghiệp IV.3.3 Áp dụng phương pháp ICP-AES xác ñịnh kim loại nặng mẫu nước 52 IV.4 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ñể xác ñịnh hàm lượng kim loại nặng 55 IV.4.1 Giới thiệu 55 IV.4.2 Xác ñịnh kim loại phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử lửa (Flame AAS) 55 IV.4.3 Phương pháp AAS dùng lửa Acetylen-khơng khí nén(Ac-Air) làm nguồn nguyên tử hoá 57 IV.4.4 Phương pháp chiết trước đo quang phổ dùng lửa khơng khí nén – Acetylen 58 IV.5 Phương pháp cực phổ xác ñịnh hàm lượng kim loại nặng nước 59 IV.5.1 ðặc ñiểm chung 59 IV.5.2 Cơ sở lý thuyết 60 IV.5.3 Các phương pháp phân tích Von-Ampe 65 CHƯƠNG V Q TRÌNH PHÂN TÍCH VÀ KẾT QUẢ 67 V.1 Các ñịa ñiểm lấy mẫu 67 V.2 Lựa chọn phương pháp phân tích 70 V.3 Kết phân tích kim loại nặng nguồn nước mặt Hà Nội 70 V.3.1 Kết phân tích As mẫu nước mặt 70 V.3.2 Kết phân tích tổng Cr, Zn mẫu nước mặt 72 V.3.3 Kết phân tích Pb mẫu nước mặt 74 V.3.4 Kết phân tích Cd mẫu nước mặt 75 V.3.5 Kết phân tích Fe, Mn mẫu nước mặt 76 V.3.6 Một số kết luận từ kết phân tích 77 V.4 Kết phân tích kim loại nặng nước ngầm Hà Nội 77 Phụ lục 79 Nguyễn Nhật Quang- CNMTB K44 Chia sẽ: CN Nguyễn Thanh Tú – Email: tuhoahocqn@gmail.com www.facebook.com/daykem.quynhon - www.daykemquynhon.ucoz.com ðồ án tốt nghiệp Tài liệu tham khảo 82 Lời cảm ơn Trong q trình làm đồ án tốt nghiệp, em ñã ñược hướng dẫn bảo tận tình thầy giáo TS Vũ ðức Thảo Em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Em Nguyễn Nhật Quang- CNMTB K44 Chia sẽ: CN Nguyễn Thanh Tú – Email: tuhoahocqn@gmail.com www.facebook.com/daykem.quynhon - www.daykemquynhon.ucoz.com ðồ án tốt nghiệp xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện khoa học công nghệ môi trường bạn bè giúp đỡ em hồn thành luận văn Người thực hiện: Nguyễn Nhật Quang CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG I.1.ðại cương kim loại nặng ảnh hưởng chúng ñến mơi trường Kim loại nặng kim loại có khối lượng riêng lớn g/cm3 Chúng tồn khí (dạng hơi), thuỷ quyển( muối hồ tan), địa quyển( dạng rắn khơng tan, khống, quặng ) sinh ( thể Nguyễn Nhật Quang- CNMTB K44 Chia sẽ: CN Nguyễn Thanh Tuù – Email: tuhoahocqn@gmail.com www.facebook.com/daykem.quynhon - www.daykemquynhon.ucoz.com ðồ án tốt nghiệp người, ñộng thực vật) Cũng nhiều nguyên tố khác, kim loại nặng cần thiết cho sinh vật trồng động vật, khơng cần thiết Những kim loại cần thiết cho sinh vật có nghĩa “ cần thiết “ hàm lượng định đó, nhiều lại gây tác động ngược lại Những kim loại không cần thiết, vào thể sinh vật dạng vết ( ít) gây tác động độc hại Với q trình trao ñổi chất, kim loại thường ñược xếp loại độc Ví dụ niken, thực vật niken khơng cần thiết chất độc, ñối với ñộng vật, niken lại cần thiết hàm lượng thấp Với kim loại cần thiết ñối với sinh vật cần lưu ý hàm lượng chúng sinh vật Nếu gây ảnh hưởng tới q trình trao đổi chất, nhiều q gây ñộc Như tồn khoảng hàm lượng tối ưu kim loại, có giá trị ñúng sinh vật hay quan sinh vật mà có tác dụng, giá trị có tác động tích cực lên phát triển sản phẩm q trình trao đổi chất Kim loại nặng môi trường thường không bị phân huỷ sinh học mà tích tụ sinh vật, tham gia chuyển hoá sinh học tạo thành hợp chất độc hại độc hại Chúng tích tụ hệ thống phi sinh học( khơng khí, đất nước, trầm tích) chuyển hố nhờ biến ñổi yếu tố vật lý hố học nhiệt độ áp suất dịng chảy, oxy,nước Nhiều hoạt ñộng nhân tạo tham gia vào q trình biến đổi kim loại nặng ngun nhân gây ảnh hưởng tới vịng tuần hồn vật chất hố địa, sinh học nhiều loại Mức ñộ ảnh hưởng hoạt ñộng nhân tạo vịng tuần hồn kim loại định tính qua số hệ số khác Bên cạnh hệ số kỷ thuật, cịn có số yếu tố sau: • Hệ số lan truyền IF( Interference factor) tồn cầu tỷ lệ lượng vật chất nhân tạo kim loại vào khí lượng vật chất tự nhiên kim loại • Hệ số tích tụ địa chất Igeo logarit tỷ lệ nồng độ ngun tố trầm tích sông thể sống: Nguyễn Nhật Quang- CNMTB K44 Chia sẽ: CN Nguyễn Thanh Tú – Email: tuhoahocqn@gmail.com www.facebook.com/daykem.quynhon - www.daykemquynhon.ucoz.com ðồ án tốt nghiệp
Igeo =log CE B F
CF nồng độ kim loại trầm tích sơng
BF nồng độ kim loại thể sống • Hệ số tích tụ khí quyển(EF) tỷ lệ nồng ñộ tương ñối kim loại khí vỏ Trái ðất dựa nồng ñộ nhôm tương ứng: EF= (C kl / C Al )khiquyen (C kl / C Al )voTD Ảnh hưởng sinh học hố học kim loại nặng mơi trường cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố độ hồ tan muối, tính oxy khử, khả tạo phức khả tích tụ sinh học Ví dụ, muối kim loại dễ tan muối kim loại kiềm thổ nên chúng dễ ñi vào thuỷ Một số hợp chất kim loại có tính oxy hoá mạnh sẳn sàng tham gia phản ứng trao ñổi tạo nên chất Các dẫn xuất N, S dễ kết hợp với cacbua kim loại nặng (Zn2+,Co2+,Mn2+,Fe2+ ) tạo thành phức chất bền vững Một số kim loại nặng lại tạo nên bậc oxy hoá khác bền vững ñiều kiện môi trường ñể tham gia phản ứng oxi hố khử chuyển hố thành chất độc hơn( Fe2+/Fe3+) Một số kim loại tham gia phản ứng chuyển hoá sinh học với thành phần thể sống tạo nên hợp chất cơ- kim loại( alky hoá (CH3)2Hg, CH3Hg+, ) tích tụ sinh vật gây tác động độc hại Các kim loại nặng khơng phân bố thành phần mơi trường thành phần môi trường hàm lượng kim loại nặng số khu vực địa phương thường có ý nghĩa q trình tuần hoàn kim loại Một số kim loại nặng tồn nước dạng hoà tan có nhiêu kim loại nặng lại tạo thành nước dạng khó hồ tan tham gia vào chuyển hố sinh học Trong đáy biển có nhiều mỏ quặng kim loại ( ví dụ Mangan )[sách hố học mơi trường] Nguyễn Nhật Quang- CNMTB K44 Chia sẽ: CN Nguyễn Thanh Tú – Email: tuhoahocqn@gmail.com www.facebook.com/daykem.quynhon - www.daykemquynhon.ucoz.com ðồ án tốt nghiệp (hình) I.2 Ơ nhiễm kim loại nặng hậu chúng Ngày người tiếp xúc trực tiếp với kim loại nặng nhiều dạng thức khác Kim loại nặng ñã ñi vào thể người sinh vật qua chuỗi thức ăn Loài người tiếp xúc lâu dài với kim loại độc hại mơi trường với liều lượng khác Giáo sư Jerome Nriagu thuộc trường ñại học Michigan khẳng ñịnh: “ Hơn tỷ người ñã thành vật thí nghiệm thực tiếp xúc với kim loại độc có hàm lượng cao môi trường” Theo tác giả này, nhiều triệu người bị chứng nhiễm ñộc kim loại mức phát bệnh Như ta thấy sau ñây, phần lớn người nhiễm độc nước phát triển, Liên xơ cũ Trung Âu, có nhiều khu thị nước phát triển ñã trở thành nơi bị ô nhiễm nặng kim loại Sự nhiễm ñộc ngày tràn lan, việc xả chất thải tiếp tục theo mức độ ta khó lịng hy vọng tăng trưởng có giảm ñi ñược Trong nghiên cứu số lượng kim loại xả tồn cầu, khẳng định gia tăng giới thứ ba, có lẽ việc công nghiệp gây ô nhiễm ñược ñưa sang nước phương Nam giảm bớt nước cơng nghiệp, người sinh vật khác phải tiếp xúc với kim loại mức cao nhiều so với mức họ sống” Về mặt này, thuỷ ngân, Crom,Cadimi, Chì số kim loại nặng độc hại nhất, sau đến ðồng Lẽ tất nhiên,nếu ta loại trừ kim loại độc hại kim loại khơng có chút ích lợi cho người mà ta ñã biết Chì, Cadimi thế, “ liều lượng tạo chất độc”, Paracelse nói thời Trung cổ Trong chế độ ăn uống bình thường, người ta tiêu thụ từ ñến mg ñồng ngày Thấp số lượng sinh bệnh thiếu máu trường hợp ñặc biệt trẻ em, người ta thấy có chậm tâm thần vận ñộng, liều lượng cao 15 mg/ngày, triệu chứng nơn mữa đau bụng xuất ca nghiêm trọng tiến ñến hôn mê tử vong Kim loại, hợp kim hợp chất kim loại cần cho khoa học cơng nghệ đại ngày nay, việc thay hợp chất hữu số ứng Nguyễn Nhật Quang- CNMTB K44 Chia seõ: CN Nguyễn Thanh Tú – Email: tuhoahocqn@gmail.com www.facebook.com/daykem.quynhon - www.daykemquynhon.ucoz.com ðồ án tốt nghiệp dụng quan trọng(sợi quang chất bán dẫn hữu cơ) khơng cịn ngoại lệ Rất thấy kim loại mà khơng có ứng dụng Văn minh kinh tế quốc gia từ thời cổ đại dựa phần vào kim loại ðối với sống đại ln cần đến kim loại, chất dẻo ñã thay kim loại số ứng dụng Thế nhiều cần ñến xúc tác kim loại ñể xúc tiến q trình polyme hố tạo thành chất dẻo.Những chất xúc tác dùng ñược thải mơi trường Các kim loại chúng gây hiểm hoạ ghê gớm khơng lường trước được: bệnh Minamata bắt nguồn từ thuỷ ngân chất xúc tác phản ứng polyme hoá hay sao? Sự thật khơng tránh q trình cơng nghiệp tạo chất thải kim loại làm cho môi trường trở nên bãi rác Bệnh dịch âm ỉ nguy hại vụ nhiễm ñộc kim loại nặng thêm nghiêm trọng kim loại nặng hiển nhiên khơng phân huỷ nguyên tố tồn lâu bền môi trường sống người ñộng vật Thật ra, chúng tồn vĩnh viễn ta so sánh thời gian tồn chúng với tuổi thọ sinh vật ( ta khơng bàn đến phản ứng phóng xạ) Trong điều kiện bình thường khơng thể biến ñổi phá huỷ ñược chúng Thế nhưng, tác ñộng số vi khuẩn, chúng kết hợp với hợp chất hữu ñể tạo nên chất độc có khả len lỏi vào mạch thực phẩm ñi vào thể người trường hợp metyl thuỷ ngân Minâmta Người ta cho ñộc hại gây nên tất kim loại nặng ñược thải hàng năm vào sinh vượt xa ñộc hại tất chất thải hữu phóng xạ I.3 Nhiễm độc Chì hiểm hoạ mơi trường Cách 8000 năm lồi người bắt đầu luyện chì bên cạnh khói, chì chất độc nhân tạo khí Ngày ngộ độc chì tiếp tục bệnh tiếp xúc với độc tố chì nghề nghiệp mơi trường, bệnh phịng ngừa ñược Rủi ro ngộ ñộc thay ñổi lớn phụ thuộc vào nơi sinh trú làm việc thành phố Băng Cốc, thành phố Mexico Jakarta phạm vi tiếp xúc chì lớn Nguyễn Nhật Quang- CNMTB K44 Chia sẽ: CN Nguyễn Thanh Tú – Email: tuhoahocqn@gmail.com www.facebook.com/daykem.quynhon - www.daykemquynhon.ucoz.com ðồ án tốt nghiệp việc gia tăng sử dụng xe ñộng Tuy có thành phố Chicogo Washington tiếp xúc với chì phần lớn hàm lượng chì từ sơn nội thất Nói chung người tiếp xúc ngộ độc chì từ nguồn : dùng xăng pha chì, sơn có chì , ống chì hệ thống cấp nước, trình khai mỏ, luyện chì chất đốt có chì Các nguồn khác phải thải chì bao gồm đường hàn bình đựng thức ăn, men sứ gốm, acquy, pin ñồ mỹ phẩm Chì đặc biệt độc hại não thận, hệ thống sinh sản hệ thống tim mạch người Khi bị nhiễm độc chì ảnh hưởng có hại tới chức trí óc, thận, gây vô sinh, sẩy thai tăng huyết áp ðặc biệt chì mối nguy hại trẻ em Một số kết nghiên cứu cho ta thấy nhiễm độc chì làm giảm mạnh số thơng minh (IQ) trẻ em tuổi ñi học Một số đánh giá cho thấy 10µg/dl tăng chì máu gây mức giảm từ ñến điểm IQ trẻ em bị nhiễm chì Nhiễm chì làm cho hệ thần kinh ln căng thẳng, phạm tội rối loạn tập trung ý trẻ em từ 7-11 tuổi tuổi trung niên nhiễm độc chì làm cho huyết áp tăng gây nhiều rỏi ro bệnh tim mạch Khác với hố chất mà tác động lên sức khoẻ nồng độ thấp cịn chưa chắn, việc nhiễm chì mức thấp bị ngộ độc cao Dù mức chì 10µg/dl mốc giới hạn có ảnh hưởng đến sức khoẻ, nhiều nhà khoa học khơng cho mức thấp khơng có hại ñến thể người Một số nghiên cứu ñã phát tác hại ñối với trẻ em mức chì máu từ 5-10µg/dl Ơ nhiễm chì gây hại cho sức khoẻ hiểm hoạ môi trường chung nước công nghiệp nước ñang phát triển Trong trẻ em ñô thị nước ñang phát triển phần lớn em tuổi có mức chì trung bình máu lớn 10µg/dl Một khảo sát 17 ñiểm nghiên cứu Trung Quốc ñã xác ñịnh ñược từ 65-99.5% trẻ em sống vùng công nghiệp giao thơng phát triển mạnh có mức chì máu vượt 10µg/dl Ngay vùng ngoại vi có đến 50% trẻ em có mức chì máu khơng chấp nhận Ở Châu Phi trình độ cơng nghiệp hố mức sử dụng tơ tương đối thấp song nhiễm chì Nguyễn Nhật Quang- CNMTB K44 Chia sẽ: CN Nguyễn Thanh Tú – Email: tuhoahocqn@gmail.com www.facebook.com/daykem.quynhon - www.daykemquynhon.ucoz.com 10