CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2. Tổng quan về các kim loại nặng Pb, Cd, As, Hg và dầu mỡ khoáng
1.2.3 Dạng tồn tại của các kim loại nặng và dầu mỡ nghiên cứu trong môi trường
trường đất, nước và trầm tích
a. Dạng tồn tại của Chì (Pb)
Trong đất, chì khơng giữ ngun một trạng thái mà nó bị biến đổi, trong đất chì thường bị hấp phụ trên bề mặt khoáng sét, CHC hoặc các ơxyt kim loại hoặc cũng có thể tồn tại dưới dạng hợp chất và các chất khác nhau như Pb(OH)2, PbCO3, PbO, Pb3(PO4)2, Pb5(PO4)3OH. Chì tồn tại ở dạng hấp phụ trao đổi chiếm một tỷ lệ rất nhỏ (<5%) hàm lượng chì trong đất. Các chất hữu cơ đóng vai trị rất lớn trong việc tích luỹ chì trong đất do nó hình thành các phức với chì, đồng thời chúng cũng làm tăng tính linh động của chì. Trong đất chì có khả năng kết hợp với CHC hình thành các hợp chất bay hơi (CH3)2Pb, loại hợp chất này có tính độc rất cao. Nó hạn chế hoạt động của VSV tồn tại khá bền vững dưới dạng các phức với CHC. Trạng thái tồn tại chì trong đất phụ thuộc rất nhiều vào pH của đất, khi pH thấp thì khả năng di động của chì tăng và ngược lại khi pH cao thì chì bị cố định dưới dạng Pb(OH)2.
Chì (Pb) trong nước có 3 dạng tồn tại là Pb hồ tan, Pb lơ lửng ở dạng keo và phức chất. Trong mơi trường nước, tính năng của hợp chất chì được xác định chủ yếu thơng qua độ tan của nó. Độ tan của chì phụ thuộc vào pH, pH tăng thì độ tan giảm và phụ thuộc vào các yếu tố khác như hàm lượng ion khác của nước và điều kiện ơxy hố khử. Trong nước sinh hoạt thường pH= 6, lúc này Pb tồn tại ở dạng vơ cơ, ít có ở dạng keo. Trong nước mặt sử dụng cho sản xuất nông nghiệp nếu pH = 7, Pb nằm dạng keo. Nhờ tác dụng ngoại lực của chất hữu cơ mà các phức keo của Pb ở dạng Pb(CH3)32+; Pb(CH3)22+ thường lắng đọng ở bùn cặn đáy, Pb trong nước tự nhiên chủ yếu tồn tại dưới dạng hoá trị 2. [30]
b. Dạng tồn tại của Cadmium (Cd)
Cd là kim loại nằm sâu trong lòng đất, tồn tại ở dạng Cd2+. Trong các điều kiện ôxy hoá Cd thường ở các dạng hợp chất rắn như CdO, CdCO3, Cd3(PO4)2. Trong điều kiện khử (Eh - 0,2V) thì Cd thường tồn tại ở dạng CdS, ngồi ra Cd có thể tồn tại dạng phức như CdCl+, CdHNO3+; CdHCl-; CdCl4; Cd(OH)4-. Trong đất chua, Cd tồn tại ở dạng linh động hơn (Cd2+), tuy nhiên nếu đất chứa nhiều Fe, Al, Mn, chất hữu cơ thì Cd lại bị chúng liên kết làm giảm khả năng linh động của Cd.
Trong đất trung tính hoặc kiềm do bón vơi, Cd bị kết tủa dưới dạng CdCO3. Thông thường Cd tồn tại trong đất ở dạng hấp phụ trao đổi chiếm 20 - 40%, dạng các hợp chất cacbonat là 20%, hyđrôxyt và ôxyt là 20%, phần liên kết các hợp chất hữu cơ chiếm tỷ lệ nhỏ.
Trong nước Cd tồn tại chủ yếu ở dạng hoá trị 2 và rất dễ bị thuỷ phân trong môi trường kiềm. Ngồi dạng hợp chất vơ cơ, Cd liên kết với các hợp chất hữu cơ đặc biệt là axit humic tạo thành phức chất và phức chất này có khả năng hấp phụ tốt trên các hạt sa lắng, chiếm 60 - 75% nồng độ tổng số trong các dòng nước. [31]
c. Dạng tồn tại của Asen (As)
Trong tự nhiên As có trong nhiều loại khống chất, As tồn tại chủ yếu dưới dạng hợp chất như asenat (AsO43-). Khả năng linh động của asen tăng khi đất ở dạng khử vì khi đó As hố trị 5 chuyển sang dạng As hố trị 3 là asenít có khả năng hồ tan gấp 5-10 lần asenat. Asenít có tính độc hại cao hơn nhiều so với asenat.
As là kim loại nặng có thể tồn tại ở các dạng hợp chất vô cơ, hữu cơ khác nhau. Chúng bị hấp phụ mạnh bởi các khoáng sét sắt, MnO2 hoặc –OH và các hợp chất hữu cơ. Trong đất As có nhiều ở dạng asenat Fe, Al (AlAsO4, FeAsO4). Trong đất kiềm, đất carbonat thì As lại có nhiều ở dạng Ca3(AsO4)2. Trong mơi trường khí hậu khơ các hợp
chất của As thường tồn tại dưới dạng ít linh động, cịn trong điều kiện khí hậu ẩm ướt các hợp chất của asen sufua bị hịa tan và bị rửa trơi. Lượng As trong đất chuyển vào nước khoảng 5 - 10 % tổng lượng As trong đất.
Trong nước chứa nhiều ơxy, asen tồn tại ở dạng hố trị 5, rất hiếm ở dạng asen hố trị 3. Trong nước chứa ít ơxy (giếng ngầm, sâu) asen tồn tại ở dạng arsenat (III) và asen kim loại. Một vài dạng hợp chất hữu cơ của asen cũng tồn tại trong nước. [30]
d. Các dạng tồn tại của Thủy ngân (Hg)
Hg trong đất chủ yếu tồn tại ở dạng Hg hữu cơ (dưới dạng hợp chất che lát Hg - chất hữu cơ). Trong đó dạng Metyl thuỷ ngân là dạng điển hình nhất.
Trạng thái của Hg vơ cơ trong đất: Dựa vào điều kiện có sẵn, Hg có thể xuất hiện trong ba dạng khác nhau: Hg0, Hg22+, Hg2+; trong đó, Hg2+
là trạng thái thường được đưa vào đất. Các dạng tồn tại của Hg phụ thuộc lớn vào pH và Cl -. Hg2+ ít
hình thành trong tự nhiên. Trong dung dịch axit, Hg2+ ổn định ở Eh trên 0,4 V và có mặt trong HgCl20. Khi pH = 7, Hg(OH)20 là một dạng ổn định. Trong điều kiện độ ẩm thuận lợi, Hg2+ được hình thành mạnh mẽ .
Hg được cố định trong Hg2S hoặc HgS- trong điều kiện ổn định. Ở điều kiện cao hơn HgS- làm kết tủa chất kiềm mạnh trong đất, khi đó ion HgS2- được hình thành. Như vậy cuối cùng để đạt đến cân bằng, Hg trong đất tồn tại ở hoá trị dương hai Hg2+ .
Tuỳ thuộc vào môi trường mà thuỷ ngân có thể tồn tại ở các dạng khác nhau, khi pH 7 thuỷ ngân tồn tại dạng kết tủa Hg(OH)2 không tan. Do thuỷ ngân có nhiều đặc tính nên nó được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau do đó nên khả năng ơ nhiễm thuỷ ngân là càng lớn (nhất là những khu vực trực tiếp sản xuất liên quan đến Hg). [32]
e. Các dạng tồn tại của dầu mỡ
Dầu mỡ nói chung hay dầu mỏ, dầu thơ là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục. Dầu thô tồn tại trong các lớp trầm tích hay đất đá tại một số nơi trong vỏ Trái Đất dưới dạng dầu mỡ khống. Dầu mỏ là một hỗn hợp hóa chất hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là những hợp chất của hydrocarbon, thuộc gốc alkane, thành phần rất đa dạng. Hiện nay dầu mỏ chủ yếu dùng để sản xuất dầu hỏa, diezen và xăng nhiên liệu. Ngồi ra, dầu thơ cũng là nguồn ngun liệu chủ yếu để sản xuất ra các sản phẩm của ngành hóa dầu như dung mơi, phân bón hóa học, nhựa, thuốc trừ sâu, nhựa đường... Khoảng 88% dầu thô dùng để sản xuất nhiên liệu, 12% còn lại dùng cho hóa dầu.
Một cách chính xác thì dầu mỏ là hỗn hợp của các hiđrôcacbon, là hợp chất của hiđrô và cacbon.
Trong điều kiện thông thường, bốn alkan nhẹ nhất — CH4 (mêtan), C2H6 (êtan), C3H8 (prôpan) và C4H10 (butan) — ở dạng khí, sơi ở nhiệt độ -161.6 °C, - 88.6 °C, -42 °C, và -0.5 °C tương ứng (-258.9°, -127.5°, -43.6°, và +31.1 °F).
Các chuỗi trong khoảng C5-7 là các sản phẩm dầu mỏ nhẹ, dễ bay hơi. Chúng được sử dụng làm dung môi, chất làm sạch bề mặt và các sản phẩm làm khô nhanh khác. Các chuỗi từ C6H14 đến C12H26 bị pha trộn lẫn với nhau được sử dụng trong đời sống với tên gọi là xăng. Dầu hỏa là hỗn hợp của các chuỗi từ C10 đến C15, tiếp
theo là dầu điêzen/dầu sưởi (C10 đến C20) và các nhiên liệu nặng hơn được sử dụng cho động cơ tàu thủy. Tất cả các sản phẩm từ dầu mỏ này trong điều kiện nhiệt độ phòng là chất lỏng. [5]
Các dầu bôi trơn và mỡ (dầu nhờn) nằm trong khoảng từ C16 đến C20.
Các chuỗi trên C20 tạo thành các chất rắn, bắt đầu là sáp parafin, sau đó là hắc ín và nhựa đường bitum.