Nghiên cứu khả năng lắng đọng và vận chuyển của chì ( pb) trong môi trường nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ HOA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LẮNG ĐỌNG VÀ VẬN CHUYỂN CỦA CHÌ (Pb) TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI, 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Thị Hoa NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LẮNG ĐỌNG VÀ VẬN CHUYỂN CỦA CHÌ (Pb) TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC Chun ngành: Hóa Mơi trường Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Hồng Côn Hà Nội, 2011 MỤC LỤC Danh mục bảng………………………………………………………… Danh mục hình vẽ, đồ thị……………………………………………… MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… Chương TỔNG QUAN………………………………………………… 1.1 Môi trường nước ô nhiễm môi trường nước ………… 1.1.1 Sự ô nhiễm nguồn nước………………………………… 1.1.2 Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng hoạt động công nghiệp …………………………………………… 1.2 Giới thiệu chì ………………………………………………… 1.2.1 Tính chất chì 1.2.1.1.Tính chất vật lý…………………………… 1.2.1.2 Tính chất hóa học 1.2.1.3 Các dạng tồn chì nước 1.2.2 Độc tính chì ………………………………………………… 1.2.3.Nguồn gốc phát sinh nhiễm chì mơi trường 1.2.4 Hiện trạng nhiễm chì mơi trường nước giới 1.3 Các phương pháp xử lý chì nước 1.3.1 Phương pháp kết tủa 1.3.2 Phương pháp keo tụ 1.3.3 Phương pháp hấp phụ 1.3.4 Phương pháp trao đổi ion 1.4 Các phương pháp xác định chì 1.4.1 Phương pháp trắc quang 1.4.1.1 Thuốc thử dithizone 1.4.1.2 Phương pháp chiết 1.4.2 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử Chương THỰC NGHIỆM……………………………………………… 2.1 Mục tiêu nghiên cứu.……………………………………………… 2.2.Phạm vi đối tượng nghiên cứu……………………………… 2.3 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm hóa chất thí nghiệm………… 2.3.1 Dụng cụ -1- 2.3.2 Thiết bị thí nghiệm 28 2.3.3 Hóa chất 28 2.4 Quy trình xây dựng đường chuẩn Pb 2+ theo phương pháp trắc quang 29 2.5 Xác định chì phương pháp AAS 31 2.6 Quy trình nghiên cứu với mẫu chì khác 31 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………… 34 3.1 Khảo sát chuyển hóa chì từ dạng thải Pb(OH) 34 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng pH môi trường………… 34 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng ion đến độ tan Pb(OH) pH mà chì hydroxit có độ tan nhỏ nhất.…………………… 36 36 37 38 40 3.1.2.4 - 3.1.2.5 Ảnh hưởng đồng thời ion Cl , SO4 3.1.3 Ảnh hưởng ion có khả tạo phức với chì - 42 43 3.1.3.1 Ion CH3COO 43 3.1.3.2 Ion C6H5O7 44 3.1.4 Ảnh CH3COO , C6H5O7 3.2 Khảo sát chuyển hóa chì dạng thải PbS 45 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng pH 47 47 3.2.2 Khảo pH=7 48 3.2.2.1 48 3.2.2.2 50 3.2.2.3 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng ion có khả tạo phức với 51 chì 52 52 53 3.3 Khảo sát chuyển hóa chì dạng thải Pb3(PO4)2 54 -2- 3.3.1 Khảo 3.3.2 Khảo sát hàm lượng chì dạng thải Pb3(PO4)2 có mặt ion tạo kết tủa với chì pH = 3.3.2.1 3.3.2.2 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng ion có khả tạo phức với chì 3.3.3.1 3.3.3.2 - 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng đồng thời ion Cl , SO4 3- , C6H5O7 KẾT LUẬN………………………………………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… -3- DANH MỤC BẢNG Bảng Bảng 2.1 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.15 Bảng 3.16 Bảng 3.17 Bảng 3.18 Bảng 3.19 Bảng 3.20 Bảng 3.21 -5- DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 2.1 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.21 Hình 3.22 -6- MỞ ĐẦU Hiện nay, nhiễm mơi trường vấn đề nóng bỏng mang tính tồn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe đời sống người Đặc biệt ô nhiễm kim loại nặng Kiểm soát nguồn nước thải công việc cần thiết nhằm giảm thiểu ô nhiễm nước thải Công việc xử lý nước thải thường thực nơi phát sinh nước thải trước thải vào nguồn tiếp nhận sau thường khơng quan tâm Trong đó, phương pháp xử lý kim loại nặng thường thải lượng bùn thải lớn Theo thời gian, lượng bùn thải khơng xử lý cách phù hợp gây ô nhiễm môi trường cách nghiêm trọng tác động yếu tố môi trường Một kim loại nặng có độc tính cao thể người chì Chì kim loại có nhiều ứng dụng đời sống sản xuất sản xuất ăcquy, pin, cáp điện, dệt nhuộm, luyện kim, sản xuất khai thác khống sản Do lượng chì thải mơi trường lớn Có nhiều phương pháp xử lý chì phương pháp kết tủa, phương pháp thẩm thấu ngược hay phương pháp điện thẩm tách Các phương pháp thải lượng bùn thải lớn thường không xử lý Lượng chì thải dạng bùn thải liệu an tồn với mơi trường hay chưa? Liệu trải qua thời gian dài với thay đổi mơi trường nước có làm ảnh hưởng đến lắng đọng vận chuyển chì bùn nước hay không? Đây vấn đề cấp thiết nhà khoa học, mơi trường học tồn nhân loại Do đó, khn khổ luận văn chúng tơi thực bước đầu “ Nghiên cứu khả lắng đọng vận chuyển chì (Pb) mơi trường nước” điều kiện khác nhau, từ có cách nhìn khái qt an tồn nguy hiểm dạng thải chì bước đầu đề biện pháp tối ưu làm giảm thiểu nhiễm chì nước Chương 1: TỔNG QUAN 1.2 Môi trường nước ô nhiễm môi trường nước [1] 1.2.1 Sự ô nhiễm nguồn nước -7- Nồng độ chì (ppm) Hình 3.11 Khảo sát nồng độ chì dạng thải PbS theo pH Kết khảo sát cho thấy dạng thải chì PbS nồng độ chì nước thay đổi pH thay đổi Chúng ta biết tích số tan PbS nhỏ (10 -26,6 ) pH có thay đổi nồng độ chì nước thay đổi Khi pH giảm, + 2- nồng độ H tăng nhiên nồng độ S nước nhỏ nên chưa đủ để - giải phóng H2S, làm tăng nồng độ chì Khi pH tăng, nồng độ OH tăng trình tạo phức hydroxo khơng đủ mạnh để tăng nồng độ chì nước Nếu để khoảng thời gian lâu nồng độ chì nước tăng dần 2- - q trình oxi hóa S , HS kéo theo q trình hịa tan PbS (q trình phong hóa) Như pH khơng gây ảnh hưởng tới chuyển hóa PbS Hay nói cách khác dạng kết tủa không gây ô nhiễm cho nguồn nước pH thay đổi 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng ion đến độ tan PbS pH = 3.2.2.1 Ion Cl - -48- Bảng 3.11 Kết khảo sát nồng độ chì có mặt ion Cl - Mẫu Nồng độ chì (ppm) Hình 3.12 Khảo sát ảnh hưởng ion Cl - - Khi có mặt ion Cl tương tự trường hợp dạng thải Pb(OH) nồng độ - chì nước khơng thay đổi Do ion Cl tạo phức bền với Pb 2+ tạo kết tủa PbCl có tích số tan (10 -4,8 ) lớn nhiều so với PbS (10 -26,6 ) - Nồng độ chì tăng lượng nhỏ nồng độ Cl tăng Chúng ta giải thích có thêm cân tạo phức bên nê n nồng độ chì tăng - Như từ kết khảo sát ta thấy ion Cl không ảnh hưởng tới chuyển hóa PbS, khơng làm phát tán chì gây nhiễm môi trường Ion SO4 3.2.2.2 Bảng 3.12 Kết khả Nồng độ ion SO4 Mẫu 0.012 Nồng độ chì (ppm) 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 H Tại pH = bùn có PbS, lượng chì nước k tủa với SO4 ion SO4 nhỏ nồng độ SO4 SO4 2- lực ion dung dịch tăng làm tăng khả kết tủa PbS phải tạo kết tủa PbSO4 Ion PO4 3.2.2.3 Bảng 3.13 Kết khả Nồng độ ion PO4 Mẫu 1.10 -5 5.10 -5 1.10 -4 5.10 -4 1.10 -3 -50- Nồng độ chì (ppm) Khi có mặt ion PO4 ion SO4 nguyên nhân nồng độ ion tăng, làm lực ion dung dịch tăng lên, nồng độ ion giảm Cho dù nồng độ PO4 gần ta tính tích nồng độ PO4 -43,53 10 PbS chưa có kết tủa Pb3(PO4)2 tạo thành, dạng kết tủa Như vậy, chì khơng bị vận chuyển từ PbS có mặt io 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng ion có khả tạo phức với chì Ion CH3COO 3.2.3.1 Bảng 3.14 Kết khảo sát nồng độ chì có mặt ion CH 3COO Mẫu chì (ppm) -51- - - Nồng độ Hình 3.15 Khảo sát nồng độ chì có mặt ion CH3COO - - Khi có mặt ion CH3COO nồng độ chì có tăng Sự tạo phức khơng bền Pb 2+ - với CH3COO không đủ để chuyển Pb 2+ vào dung dịch Nồng - độ chì tăng tăng nồng độ CH 3COO cân tạo phức dịch chuyển phần theo chiều thuận 3.2.3.2 Ion Cit 3- Bảng 3.15 Kết khảo sát nồng độ chì có mặt ion Cit Mẫu chì (ppm) -52- 3- Nồng độ Nồng độ chì nước có mặt ion Cit - 3- 3- lớn so v -3 ion CH3COO Tuy nhiên, nồng độ Cit tăng lên đến 10 M nồng độ chì xác định 0.0153ppm nhỏ nhiều so với trường hợp dạng thải 3- Pb(OH)2 Điều lý giải độ tan PbS nhỏ đến mức ion Cit khơng thể hịa tan kết tủa Kết phù hợp với kết khảo sát ảnh hưởng đồng thời ion đến Pb(OH)2 Như có mặt hai ion có khả tạo phức vớ làm vận chuyển chì nước từ dạng thải PbS 3.3 Khảo sát chuyển hóa chì dạng thải Pb3(PO4)2 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng pH Bảng 3.16 Kết khảo sát nồng độ chì pH thay đổi Mẫu Nồng độ chì (ppm) -1 Hình 3.17 Khảo sát ảnh hưởng pH Từ đồ thị ta thấy khoảng pH từ – nồng độ chì thấp nhất, chì tồn chủ yếu dạng tan Pb 3(PO4)2 Khi giảm pH từ đến + nồng độ chì tăng dần nồng độ H tăng, độ tan Pb3(PO4)2 tăng, ion photphat chuyển sang dạng hydrophotphat, muối chì có độ tan lớn Mặt khác điều chỉnh pH tăng từ đến 12 nồng độ chì tăng dần nồng độ - - OH tăng, chì chuyển dần sang dạng blumbat Pb(OH) tan Như khoảng pH từ – với dạng thải Pb3(PO4)2 nồng độ chì thấp nhỏ 0,05 ppm (dưới mức gây nhiễm mơi trường) Nói cách khác dạng thải Pb3(PO4)2 khoảng pH an tồn (khơng làm vận chuyển chì) – 3.3.2 Khảo sát hàm lượng chì dạng thải Pb 3(PO4)2 có mặt ion tạo kết tủa với chì pH = 3.3.2.1 Ion Cl - -54- Bảng 3.17 Kết khảo sát ảnh hưởng Cl - Mẫu Nồng độ chì (ppm) Hình 3.18 Khảo sát ảnh hưởng ion Cl - - Kết cho thấy nồng độ Cl tăng, nồng độ chì nước giảm Nồng - độ chì có mặt ion Cl thấp khơng có mặt ion Điều giải - thích có mặt ion Cl tạo thành hợp chất chì clophotphat (Pb 5(PO4)3Cl) tan so với chì photphat nhiều Do vậy, dạng thải Pb 3(PO4)2, có mặt - ion Cl nước làm lắng đọng chì 3.3.2.2 Ion SO4 Bảng 3.18 Kết khảo sát - Nồng độ chì (ppm) Tương tự dạng thải khác, có mặt ion SO4 hưởng nhiều đến nồng độ chì nước Sự giảm chậm nồng độ chì tăng nồng độ SO4 không làm vận chuyển lắng đọng chì dạng thải Pb(OH)2 PbS 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng ion có khả tạo phức với chì Ion CH3COO 3.3.3.1 Bảng 3.19 Kết khảo sát nồng độ chì có mặt ion CH3COO Mẫu -56- - - độ chì (ppm) Nồng Hình 3.20 Khảo sát ảnh hưởng ion CH3COO - - Sự có mặt ion CH3COO làm nồng độ chì tăng nhiều so với dạng thải PbS so với dạng thải Pb(OH) Điều lý giải độ tan Pb3(PO4)2 lớn so với PbS nhỏ so với Pb(OH)2 - Như vậy, có mặt ion CH3COO khơng làm lắng đọng chì mà làm vận chuyển lượng nhỏ chì Nếu mơi trường nước ln chuyển động theo dịng chảy khoảng thời gian dài lượng chì bị phát tán lượng đáng kể vào môi trường Ion Cit 3.3.3.2 3- Bảng 3.20 Kết khảo sá (ppm) -57- chì Nồng độ Đồ thị cho thấy nồng độ chì tăng mạnh nồn 3- -4 độ Cit > 10 (M) nồng độ chì > 0,1ppm, vượt ngưỡng cho phép nước thải công nghiệp theo TCVN 2005 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng đồng thời ion C6H5O7 - 2- 2- 3- Bảng 3.21 Kết khảo sát nồng độ chì có mặt đồng thời ion Mẫu chì (ppm) -58- - Cl , SO4 , S , CH3COO , Nồng độ Hình 3.22 Khảo sát đồng thời ion ảnh hưởng đồng thời ion Kết khảo sát cho thấy nồng độ chì đo trường hợp gần giống với nồng độ chì khảo sát ảnh hưởng đồng thời ion đến dạng thải Pb(OH)2 Sự biến thiên nồng độ hai trường hợp tương tự 2- Như vậy, có mặt đồng thời ion ion S định dạng tồn chì Nghĩa là, có mặt ion tất dạng tồn chì chuyển sang dạng kết tủa PbS tan -59- KẾT LUẬN Để có nhìn khái qt khả lắng đọng vận chuyển chì môi trường nước, luận văn tập trung nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng pH ảnh hưởng số ion có khả tồn môi trường nước thải thực tế Các kết thu q trình nghiên cứu sau: Xác định khoảng pH chì lắng đọng tốt (không bị phát tán) dạng thải: Đối với Pb(OH)2 khoảng pH khơng làm vận chuyển chì 7,5-10; với Pb3(PO4)2 khoảng pH mà lắng đọng tốt 6-8 gần không bị ảnh hưởng biến đổi pH dạng thải PbS Xác định khoảng pH chì bị phát tán môi trường nước gây ô nhiễm môi trường dạng thải, cụ thể là: pH mơi trường >10