Luận văn Nghiên cứu hàm lượng một số kim loại nặng trong bùn thải thuộc lưu vực Sông Tô Lịch, Hà Nội

i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trƣớc pháp luật cam kết Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Dịu ii Lời cảm ơn Sau thời gian thực đề tài, em xin tỏ lòng biết ơn chân thành tới ngƣời dạy dỗ, hƣớng dẫn giúp đỡ em thời gian qua Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Quang Trung giao để tài, nhiệt tình hƣớng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình thực nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học Công nghệ, thầy cô giáo giảng dạy mơn hóa phân tích, khoa hóa học Học viện Khoa học Cơng nghệ trƣờng đại học Khoa học tự nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành khóa học có đóng góp quý báu cho em thời gian nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn NCS Nguyễn Quang Minh Khoa Hóa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện, tƣ vấn phối hợp trình thực đề tài Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên Nguyễn Thị Dịu iii Danh mục kí hiệu chữ viết tắt STT Tên viết tắt Tên tiếng anh Tên tiếng Việt ICP-MS Inductively coupled plasma – Mass spectrometry Phổ khối nguồn plasma cao tần cảm ứng AAS Atomic absorption spectroscopy Quang phổ hấp thụ nguyên tử AES Atomic emission spectroscopy Quang phổ phát xạ nguyên tử iv Danh mục bảng Bảng 1.1: Kết phân t ch n s ng T ịch 2011 Bảng 1.2: Kết quan trắc phân tích chất lƣợng nƣớc sơng Tô Lịch mùa khô 2011 Bảng 1.3: Kết quan trắc phân tích chất lƣợng nƣớc sông Tô Lịch mùa mƣa Bảng 1.4: Hàm lƣợng trung bình kim loại mẫu trầm tích Bảng 1.5: Hàm lƣợng kim loại nặng n lắng s ng T ịch Bảng 1.6: Tóm tắt nguyên tố kim loại cần phân tíchError! Bookmark not defined Bảng 2.1: Vị trí thời gian lấy mẫu điểm sông Tô Lịch Error! Bookmark not defined Bảng 2.2: Các thông số máy đo ICP-MS 33 Bảng 2.3: Chỉ số phản ứng độc tính số chất độc kim loại nặng 38 Bảng 2.4: Đánh giá mức rủi ro tiềm sinh thái đơn lẻ 38 Bảng 2.5: Đánh giá mức rủi ro tiềm sinh thái tổng hợp 39 Bảng 3.1: Kết tính LOD LOQ phép đo ICP- MS…………………41 Bảng 3.2: Nồng độ kim loại dung dịch chuẩn đo ằng ICP-MS….42 Bảng 3.3: Hàm lƣợng (mg/kg) kim loại nặng lần lấy mẫu khác vị trí TL-1 43 Bảng 3.4: Hàm lƣợng (mg/kg) kim loại nặng lần lấy mẫu khác vị trí TL-2 44 Bảng 3.5: Hàm lƣợng (mg/kg) kim loại nặng lần lấy mẫu khác vị trí TL-3 46 Bảng 3.6: Hàm lƣợng (mg/kg) kim loại nặng lần lấy mẫu khác vị trí TL-4 47 v Bảng 3.7: Hàm lƣợng (mg/kg) kim loại nặng lần lấy mẫu khác vị trí TL-5 48 Bảng 3.8: Giá trị trung bình lần lấy mẫu tiêu chuẩn QCVN 49 Bảng 3.9: Kết phân t ch trung ình hàm lƣợng kim loại nặng bùn thải sông Tô Lịch với nghiên cứu trƣớc 51 Bảng 3.10: Chỉ số t ch lũy Igeo kim loại 52 Bảng 3.11: Các giá trị hệ số ô nhiễm riêng ( Cif ) ô nhiễm tổng (Cd) 53 Bảng 3.12: Chỉ số rủi ro sinh thái tiềm 54 vi Danh mục hình, đồ thị Hình 1.1: Bản đồ sông Tô Lịch Hình 1.2: So sánh hàm lƣợng As Cd bùn lắng sông Tô Lịch với thông số kim loại nặng theo QCVN 03-MT:2015/BTNMTError! Bookmark not defined Hình 1.3: Sơ đồ khối nguyên tắc cấu tạo hệ ICP- MS Error! Bookmark not defined Hình 1.4: Độ sâu mẫu Error! Bookmark not defined Hình 1.5: Ứng dụng phƣơng pháp phân t ch ICP-MS lĩnh vực Error! Bookmark not defined Hình 1.6: Khả phát tƣơng đối Máy ICP-MS tứ cực model ELAN 6000/6100 (PerkinElmer Inc) Error! Bookmark not defined Hình 2.1: Dụng cụ lấy mẫu trầm tích Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Các vị trí lấy mẫu bùn thải lƣu vực sơng Tơ Lịch…………….32 Hình 3.1: Các đồ thị đƣờng chuẩn kim loại…………………………….41 Hình 3.2: Hàm lƣợng kim loại nặng vị trí lẫy mẫu TL-1 44 Hình 3.3: Hàm lƣợng kim loại nặng vị trí lẫy mẫu TL-2 45 Hình 3.4: Hàm lƣợng kim loại nặng vị trí TL-3 46 Hình 3.5: Hàm lƣợng kim loại nặng vị trí TL-4 47 Hình 3.6: Hàm lƣợng kim loại nặng vị trí TL-5 48 Hình 3.7: So sánh hàm lƣợng kim loại nặng nghiên cứu với quy chuẩn 50 Hình 3.8: Biểu đồ đánh giá số Igeo 52 vii viii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG SÔNG TÔ LỊCH Error! Bookmark not defined 1.1.1 Giới thiệu chung sông Tô Lịch Error! Bookmark not defined 1.1.2 Tình hình nhiễm lƣu vực sơng Tơ Lịch Error! Bookmark not defined 1.1.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm sông Tô Lịch Error! Bookmark not defined 1.2 ẢNH HƢỞNG CỦA KIM LOẠI NẶNG ĐẾN MÔI TRƢỜNG SINH THÁIError! Boo 1.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KIM LOẠI NẶNG TRONG BÙN THẢI Error! Bookmark not defined 1.3.1 Các phƣơng pháp lấy xử lý mẫu bùn thảiError! Bookmark not defined 1.3.2 Các phƣơng pháp chủ yếu sử dụng phân tích kim loại nặng 17 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 29 2.1 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 29 2.1.1 Hóa chất 29 2.1.2 Thiết bị 29 2.2 QUY TRÌNH LẤY VÀ XỬ LÝ MẪU Error! Bookmark not defined 2.2.1 Lấy mẫu Error! Bookmark not defined 2.2.2 Xử lý mẫu Error! Bookmark not defined 2.3 PHÂN TÍCH HÀM ƢỢNG CÁC KIM LOẠI NẶNG BẰNG ICP-MSError! Bookmar 2.4 PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƢỜNG BỞI KIM LOẠI NẶNG TỪ BÙN THẢI Error! Bookmark not defined 2.4.1 Đánh giá mức độ t ch lũy kim loại nặng qua số t ch lũy (Igeo) Error! Bookmark not defined ix 2.4.2 Đánh giá rủi ro sinh thái tiềm (RI) hệ số mức độ ô nhiễm kim loại Cd Error! Bookmark not defined CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 XÁC NHẬN GIÁ TRỊ SỬ DỤNG CỦA PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 40 3.1.1 Đƣờng chuẩn………………………………………………………… 40 3.1.2 Giới hạn phát giới hạn định lƣợng…………………………… 41 3.1.3 Độ độ lặp lại phƣơng pháp đo ICP – MS ……………… 42 3.1.4 Nhận xét phép đo định lƣợng thiết bị ICP – MS ……………… 42 3.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH KIM LOẠI NẶNG TRONG BÙN THẢI SÔNG TÔ LỊCH 43 3.2.1 Điểm lấy mẫu TL-1 43 3.2.2 Điểm lấy mẫu TL-2 44 3.2.3 Điểm lấy mẫu TL-3 45 3.2.4 Điểm lấy mẫu TL-4 Error! Bookmark not defined 3.2.5 Điểm lấy mẫu TL-5 Error! Bookmark not defined 3.2.6 Đánh giá chung hàm lƣợng kim loại nặngError! Bookmark not defined 3.3 CHỈ SỐ TÍCH ŨY VÀ RỦI RO SINH THÁI CỦA KIM LOẠI NẶNG TRONG BÙN THẢI 51 3.3.1 Chỉ số t ch lũy Igeo 51 3.3.2 Đánh giá rủi ro sinh thái RI 54 CHƢƠNG KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU Chất thải công nghiệp gia tăng hệ tất yếu q trình cơng nghiệp hóa Thủ Đ Hà Nội trung tâm cơng nghiệp nƣớc nên năm lƣợng lớn bùn thải đƣợc phát sinh Bên cạnh đó, Hà Nội có mật độ dân số đ ng nên lƣợng bùn thải từ trình sinh hoạt lớn gây ô nhiễm m i trƣờng, đặc biệt kim loại nặng Do nƣớc có ion OH-, CO32- , SO32- … nên kim loại nặng lắng đọng trầm t ch, đáy n Kim loại nặng kim loại độc hại, ảnh hƣởng đến sinh thái, chuỗi thức ăn, m i trƣờng Sơng T ịch trục tiêu nƣớc thải chung toàn thành phố Hà Nội, đƣợc coi nhiễm nặng s ng thoát nƣớc khu vực nội thành Việc tìm biện pháp quản lý thích hợp phƣơng pháp xử lý hữu hiệu bùn chứa kim loại nặng vấn đề thiết Ngày nay, giới, bùn thải đƣợc tái sử dụng phổ biến Bùn thải đ thị có hàm lƣợng chất dinh dƣỡng nhƣ nitơ, photpho cao nên sử dụng bùn thải làm phân bón cho nơng nghiệp Mặt khác, q trình hình thành bùn thải t ch tụ nhiều chất gây ô nhiễm m i trƣờng nhƣ kim loại nặng nên làm vật liệu xây dựng (gạch, bê tông ) thu hồi kim loại Mặc dầu vậy, kim loại nặng ảnh hƣởng đến trình xử lý, sử dụng bùn thải Để dùng bùn vào mục đ ch nói trên, trƣớc tiên xác định nồng độ số ion kim loại nặng bùn thải Sau t y thuộc vào loại bùn mà sử dụng phƣơng pháp xử lý khác kết hợp phƣơng pháp Ch nh vậy, đề tài “Nghiên cứu hàm lƣợng số ion kim loại nặng bùn thải thuộc lƣu vực sông Tô Lịch, Hà Nội” đƣợc nghiên cứu thực Để xác định hàm lƣợng kim loại nặng, cần lấy mẫu, xử lý mẫu, nghiên cứu phƣơng pháp: Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phát xạ nguyên tử (AES); phƣơng pháp quang phổ khối plasma cảm ƣng (ICP-MS)… Trong phƣơng pháp ICP-MS phƣơng pháp đại, kĩ thuật phân t ch có ƣu điểm vƣợt trội so với kĩ thuật phân t ch khác nhƣ quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES hay ICP-OES)…Phƣơng pháp ICP-MS hẳn kĩ thuật phân tích kim loại nặng khác điểm sau: có độ nhạy cao, độ lặp lại cao, xác 52 Cr 142,05 155,05 173,31 136,38 125,47 115,43 Cd 1,33 1,37 1,60 1,54 1,42 1,30 Zn 549,6 580,54 662,82 636,3 585,40 538,57 Pb 18,05 18,11 21,77 15,90 14,30 12,85 As 20,84 20,91 25,13 24,63 22,66 20,84 Hình 3.5: Hàm lƣợng kim loại nặng vị trí TL-5 Tại vị trí TL-5, Cd có hàm lƣợng thấp (dao động khoảng 1,30 đến 1,60 mg/kg), Zn có hàm lƣợng cao (dao động từ 538,57 đến 662,82 mg/kg), độ rộng hộp Zn lớn chứng tỏ hàm lƣợng Zn dao động lớn lệch lên chứng tỏ xu hƣớng hàm lƣợng Zn tăng lên sau Hàm lƣợng tất kim loại vị trí TL-5 qua thời điểm khác khơng có dấu hiệu bất thƣờng khơng có giá trị ngoại iên đồ thị Hàm lƣợng Cr vị tr tăng nhiều so với vị trí cịn lại có độ dao động lớn Hàm lƣợng kim loại tăng dần theo thứ tự Cd