Nguồn gốc, sự di chuyển và các tương tác của các hợp chất Cr trong môi trường thủy quyển

BÀI TIỂU LUẬN “Nguồn gốc, di chuyển tương tác hợp chất Crom môi trường thủy ” Mục lục Mở đầu .3 Tính chất 3 Thực trạng .4 Nguồn gốc 5 Nguyên nhân Sự biến đổi Crom nước 7 Ảnh hưởng .8 Các phương pháp xử lý Crom 10 Kết luận 12 Mở đầu Trong năm gần đây, với tốc độ cơng nghiệp hóa thị hóa nhanh Việt Nam phải đối mặt với nguy nhiễm mơi trường nghiêm trọng, ô nhiễm kim loại nặng thải từ cac nghành công nghiệp mối đe dọa đến sức khỏe cộng đồng an toàn hệ sinh thái Việt Nam nước có kinh tế phát triển, lĩnh vực cơng nghiệp đem lại 30% GDP nước (bình quân giai đoạn 2006-2017) Sự phát triển mạnh hoạt động công nghiệp không tương xứng với phát triển sở hạ tầng, chưa có hệ thống xử lý chất thải công nghiệp tập trung nhiều nghành công nghiệp đổ trực tiếp nước thải chưa xử lý vào môi trường Đặc biệt nước thải công nghiệp ngành khí, điện tử có hàm lượng kim loại nặng lớn, vượt mức tiêu chuẩn cho phép Vì vậy, qua tiểu luận chúng tơi nghiên cứu crom kim loại nặng phổ biến nước Crom nguyên tố tương đối phổ biến thứ 21 tự nhiên, có dạng hợp chất chiếm 0,03% khối lượng vỏ Trái Đất Tên gọi crom (chrome) xuất phát từ tiếng Hi Lạp, chroma nghĩa “màu sắc” hợp chất crom có màu Tính chất 2.1.Tính chất vật lý: − Là kim loại nặng, dẫn điện dẫn nhiệt tốt, khó nóng chảy khó sơi (liên kết kim loại bền) Nhiệt độ nóng chảy 1875 C, nhiệt độ sơi 2197 C 2.2.Tính chất hóa học: − Bền với khơng khí, ẩm khí CO , bảo vệ màng oxit mỏng bền bề mặt, dùng Crom mạ lên bề mặt kim loại để bảo vệ cho kim loại không bị rỉ − Ở nhiệt độ cao, tác dụng với Oxi: 4Cr + 3 2Cr2O3 Thực trạng Ơ nhiễm mơi trường nước nước ta tập trung chủ yếu vào khu công nghiệp khu dân cư lớn Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phịng, Đà Nẵng… Riêng Hà Nội, theo thống kê có 500 nhà máy - xí nghiệp cỡ trung bình lớn, khoảng 30 bệnh viện, hàng trăm viện nghiên cứu, phòng thí nghiệm Mỗi ngày thải 400.000 nước thải có 70% nước thải sinh hoạt Các loại nước thải không sử lý xử lý sơ sài đổ thẳng vào sông chảy qua nội thành: sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu, sông Lừ, sông Sét để tất đổ vào sông Nhuệ qua đập Thanh Liệt Hiện nay, sông hồ ngày ô nhiễm hoạt động khu cơng nghiệp q trình thị hóa ven sơng Ví dụ nồng độ Crom sơng Sồi Rạp (thuộc hệ thống sơng Sài Gịn - Đồng Nai) dao động từ 307-357 mg/kg ❖ Dưới số tiêu nồng độ crom nước thải Việt Nam ( năm 2015) Bảng 1: Chỉ tiêu Crom nước thải công nghiệp Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn A B C Crom(VI) Ppm 0.05 0.1 0.5 Crom(III) Ppm 0.2 Ghi chú: Nước thải cơng nghiệp có giá trị nồng độ Crom : ∙ Nếu nồng độ ≤ Giá trị quy định cột A đổ vào khu vực nước dùng làm nguồn nước sinh hoạt ∙ Nếu nồng độ ≤ Giá trị quy định cột B đổ vào khu vực nước dùng khu vực nước giao thông, thủy lợi, tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản ∙ Giá trị quy định cột B Giá tri quy định cột C không phép thải môi trường Bảng 2: Tiêu chuẩn chất lượng Crom nước mặt Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn A B Cr(VI) Ppm 0.05 0.05 Cr(III) Ppm 0.1 Ghi chú: Cột A áp dụng nước mặt dùng làm nguồn nước cấp nước thải sinh hoạt phải qua q trình xử lí theo quy định Cột B áp dụng với nước mặt cho mục đích nơng nghiệp ni trồng thủy sản Tiêu chuẩn chất lượng nước ngầm: Cr(VI) 0,05 ppm Nguồn gốc − Trong nước, crom tồn dạng Cr(III) Cr(VI) Hợp chất Cr 3+ không độc, thường tồn môi trường axit, môi trường kiềm lại tồn dạng hydroxyt Cr(OH)3 Cr(OH)4- − Tuy nhiên, hợp chất Cr 6+ chất oxy hóa mạnh độc hại động thực vật người Nồng độ chúng nguồn nước tự nhiên tương đối thấp chúng dễ bị khử chất hữu Nguyên nhân − Crom tạo thành nước từ nguồn nguyên liệu tự nhiên phong hóa thành phần đá, sói mịn crom bụi phóng xạ khơ bầu khí − Do lượng nước thải lớn thải từ hoạt động ngành cơng nghiệp − Sự có mặt Crom nồng độ hình thức xả thải khác phụ thuộc chủ yếu vào hợp chất Crom sử dụng công nghiệp; vào độ pH; chất thải hữu cơ, vô nguyên liệu sử dụng  Cr(III) có nước thải ngành thuộc da, dệt may nước thải ngành cơng nghệ mạ trang trí mạ điện  Cr(VI) có mặt chủ yếu nước thải ngành luyện kim,cơng nghệ chê biến kim loại, phóng xạ chât nhuộm Hình 1: Nước thải sinh hoạt môi trường − Không trực tiếp nước thải cơng nghiệp sinh hoạt mà cịn từ nguồn gốc khác (giao thơng vận tải, đốt than, đốt rác, phân bón, thuốc trừ sâu…) Hình 2: Xả nước thải trực tiếp cơng ty TNHH may mặc dệt kim Smart Shirts Việt Nam, tỉnh Hưng Yên Sự biến đổi Crom nước − Trong tự nhiên Crom tồn dạng oxi hóa ổn định Cr(III) Cr(VI) Sự có mặt tỉ lệ trạng thái phụ thuộc vào trình khác bao gồm biến đổi hóa học ,sự phong hóa, q trình kết tủa, thủy phân, hấp thụ − Dưới điều kiện thiếu oxi, Cr(III) trạng thái : pH > ion CrO42chiếm ưu pH trung tính Tỉ lệ Cr(III)/Cr(VI) phụ thuộc vào nồng độ oxi, nồng dộ chất khử, chất oxi hóa trung gian tác nhân tạo phức khác − Sự hình thành Crom vùng bề mặt nước cho thấy H2O phức hydroxo chiếm ưu điều kiện phổ biến vùng nước tự nhiên, Crom (III) hình thành phức hợp khác với nguồn gốc chất hữu tự nhiên axit amin, axit humic axit khác Crom(III) cố định hợp chất phân tử lớn Đặc biệt, phức Crom có xu hướng hấp thụ chất rắn có nguồn gốc tự nhiên, góp phần làm giảm linh động Crom(III) xúc tác sinh học vùng nước  Crom(III) tồn hexaquachromium(3+) sẩn phẩm thủy phân của: Cr(H2O)63+ + H2O ⇄ Cr(OH)(H2O)52+ + H3O+ Cr(OH)(H2O)52+ + H2O Cr(OH)2(H2O)5+ +H2O − ⇄ ⇄ Cr(OH)2(H2O)4+ + H3O+ Cr(OH)3(H2O)+ + H3O+ Tuy nhiên tạp chất trihydroxochromium tan khoảng pH = 5,5 – 12, Cr(OH)3H2O hydroxit lưỡng tính, pH cao dễ dàng chuyển hóa thành tetra-hydroxo (Cr(OH)4- pk=15,4) ⇄ Cr(OH)3 +2H2O Cr(OH)4- + H3O+ − Khi dung dịch Crom(III) có nồng độ lớn 10-6M tồn sản phẩm thủy phân Cr2(OH)24-, Cr3(OH)45-, Cr4(OH)46 Cr(VI), H2CrO4 axit mạnh H2CrO4 ⇄ H+ + HCrO4- ; K=10-0,75 HCrO4- ⇄ H+ + CrO42- ; K=10-6,45 Và pH > tạo thành hợp chất phổ biên , pH > có ion CrO42- tồn dung dịch với nồng độ khác Ở pH=1 – 6, HCrO4- ưu tiên tạo thành Cr(VI) nồng độ 10-2 bắt dầu ngưng tụ ản phẩm ion dicromat, màu đỏ cam 2HCrO4- ⇄ Cr2O72- + H2O ; K=102.2 Trong phạm vi pH trung tính vùng nươc tự nhiên ion CrO42-, HCrO4- Cr2O72- tạo thành Chúng tạo thành nhiều hợp chất Cr(VI) hịa tan hồn tồn linh động môi trường Tuy nhiên, hợp chất Cr(VI) thường chuyển Cr(III) hợp chất cho electron vật chât hữu hợp chất khử vô Ảnh hưởng 7.1 Đối với mơi trường − Ơ nhiễm nguồn nước : nhiều cá tôm chết nhiễm độc số thực vật cung nhiễm độc crom − Nước thấm xuông đất vào mạch nước ngầm ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt Hì nh 3: Cá chết nước sơng bị nhiễm có phần chất thải Crom 7.2 Đối với người Crom kim loại hợp chất Crom (III) thông thường không coi nguy hiểm cho sức khỏe Crom hóa trị [Cr (III) hay Cr 3+] yêu cầu với khối lượng nhỏ cho trình trao đổi chất đường thể người thiếu hụt sinh bệnh gọi thiếu hụt crom Ngược lại, hợp chất crom hóa trị sáu (Crom VI) lại độc hại nuốt/hít phải Liều tử vong hợp chất Crom (VI) độc hại khoảng nửa thìa trà vật liệu Phần lớn hợp chất Crom (VI) gây kích thích mắt, da màng nhầy, gây bệnh người có địa dị ứng Crom(VI) có thành phần xi măng Porland gây bệnh dị ứng xi măng với người có địa dị ứng có thời gian tiếp xúc qua da thường xuyên đủ lâu với xi măng Phơi nhiễm kinh niên trước hợp chất Crom (VI) gây tổn thương mắt vĩnh viễn, không xử lý cách Crom (VI) công nhận tác nhân gây ung thư người Do hợp chất crom sử dụng thuốc nhuộm sơn thuộc da, nên hợp chất thông thường hay tìm thấy đất nước ngầm khu vực công nghiệp bị bỏ hoang Các loại sơn lót chứa Crom hóa trị cịn sử dụng rộng rãi ứng dụng sửa chữa lại tàu vũ trụ ô tô → Từ ảnh hưởng Crom đến sức khỏe người mà người ta có phương pháp xử lý Crom nước Các phương pháp xử lý Crom - Phương pháp khử - kết tủa: Nguyên lý phương pháp thêm vào nước thải hóa chất để tiến hành phản ứng oxi hóa – khử, kết tủa để tách chất độc hại có nước thải sau lắng, lọc, trung hịa đến tiêu chuẩn cho phép Đây phương pháp Việt Nam dùng phổ biến để xử lý crom Cơ sở phương pháp hóa học để xử lý nước thải crom phản ứng khử biến Cr 6+ thành Cr3+, tiếp tách Cr3+ dạng hydroxyl kết tủa  Những chất khử là: natri sunfua Na2S, natri sunfit Na2SO3, natri bisunfit NaHSO3, polisunfit, sắt sunfat FeSO4, khí sunfurơ SO2, khói chứa SO2,…  Những phản ứng khử Cr6+thành Cr3+ biểu thị sau: o Với natri sunfit: Cr2O72- + 3S2- + 14H+ ==> Cr3+ + S0 + 7H2O o Với natri bisunfit: Cr2O72- + 3HSO3 - + 5H+ ==> 2Cr3+ + 3SO42- + 4H2O o Với sắt sunfat: Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ ==> 2Cr3+ + 3Fe3+ + 4H2O  Trong dung dịch nước natri sunfit bị thủy phân mạnh tạo thành crom hydroxyt kết tủa khơng cần phải cho thêm vơi: S2- + 2H2O H2S + 2OH Nếu dùng natri bisunfit sắt sunfat phải cho thêm vơi sữa (hoặc loại kiềm đó) để Cr3+ lắng được: Cr3+ + 3OH- ==> Cr(OH) (kết tủa) + Ưu điểm: Xử lý nước thải lưu lượng lớn, chi phí thấp, đơn giản, dễ vận hành + Hạn chế: Chuyển chất thải từ dạng sang dạng khác, tạo lượng bùn Crom lớn - Phương pháp trao đổi ion: Là q trình trao đổi diễn ion có dung dịch ion pha rắn Khi vật liệu đạt trạng thái bão hòa, ta tiến hành tái sinh thay chúng + Ưu điểm: Nhu cầu lượng thấp, không gian xử lý nhỏ thích hợp với xử lý nước thải chứa nhiều ion kim loại đồng thời có khả thu hồi cấu tử có giá trị mà khơng tạo chất thứ cấp + Hạn chế: Giá thành xử lý cao, yêu cầu vận hành chặt chẽ, tái sinh vật liệu trao đổi - Phương pháp sinh học: Xử lý kim loại nặng có phương pháp  Phương pháp hấp thu sinh học: Cơ sở phương pháp sử dụng sinh vật tự nhiên loại vật chất có nguồn gốc sinh học có khả giữ lại bề mặt thu nhận vào bên tế bào chúng kim loại nặng đưa chúng vào môi trường nước thải chứa kim loại nặng  Phương pháp chuyển hóa sinh học: Các vi sinh vật sử dụng enzim trực tiếp chuyển hóa kim loại nặng dạng độc dạng độc khơng độc Chuyển hóa chất phi kim loại khác dạng kết hợp với kim loại nặng để tạo chất độc dễ xử lý  Phương pháp dùng lau sậy: Cơ chế phương pháp phức tạp dựa tác động đồng thời rễ, thân hệ sinh thái có đất Rễ cung cấp oxi cho vi sinh vật sống đất hoạt động phân hủy - hợp chất hữu phần kim lọai nặng Phương pháp hấp phụ: Các phương pháp liệt kê sử dụng để loại bỏ Crom nước thải  Hấp phụ vật lý: xảy nhờ lực tương tác phân tử chất hấp phụ chất bị hấp phụ  Hấp phụ hóa học: xảy nhờ liên kết hóa học phân tử chất hấp phụ chất bị hấp phụ 9 Kết luận Qua tiểu luận ta thấy nồng độ crom nước ngày tang cao ảnh hưởng lớn đến môi trường Ta cần phải quan âm đến vấn đề này, nhà máy xí nghiệp cần rọng việc xử lý nước thải thải môi trường Và cần có nhận thức cao việc ảnh hưởng Chúng ta cần tuyên truyền để bảo vệ môi trường bảo vệ người Tài liệu tham khảo: Đặng Thị Chi (1997), Hóa mơi trường, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Tứ Hiếu , Phạm Hùng Việt, Nguyễn Văn Nội (1999), Giáo trình Hóa mơi trường sở, Khoa hóa học Lê Qúy An (2003), Hiện trạng ô nhiễm môi trường Việt Nam, NXB Quân đội nhân dân Đánh giá ô nhiễm kim loại Crom trầm tích cửa sơng Sồi Rạp, hệ thống sơng Sài Gịn - Đồng Nai- Tạp chí Mơi Trường ... nước có kinh tế phát triển, lĩnh vực công nghiệp đem lại 30% GDP nước (bình quân giai đoạn 2006-2 017) Sự phát triển mạnh hoạt động công nghiệp không tương xứng với phát triển sở hạ tầng, chưa có... ta thấy nồng độ crom nước ngày tang cao ảnh hưởng lớn đến môi trường Ta cần phải quan âm đến vấn đề này, nhà máy xí nghiệp cần rọng việc xử lý nước thải thải mơi trường Và cần có nhận thức cao