Là cửa ngõ phía Đông của Hà Nội, Hƣng Yên có 23 km quốc lộ 5A và trên 20 km tuyến đƣờng sắt Hà Nội – Hải Phòng chạy qua. Ngoài ra có quốc lộ 39A, 38 nối từ quốc lộ 5 qua thị xã đến quốc lộ 1A qua cầu Yên Lệnh và quốc lộ 10 qua cầu Triều Dƣơng, là trục giao thông quan trọng nối các tỉnh Tây- Nam Bắc bộ (Hà Nam, Ninh Bình, Nam Định, Thanh Hóa…) với Hải Dƣơng, Hải Phòng, Quảng Ninh.
Hƣng Yên gần các cảng biển Hải Phòng, Cái Lân và sân bay quốc tế Nội Bài, giáp ranh với các tỉnh và thành phố là Hà Nội, Bắc Ninh, Hà Nam, Thái Bình và Hải Dƣơng.
Khu công nghiệp Phố Nối A là một khu công nghiệp tổng hợp, gồm nhiều loại hình sản xuất khác nhau, đi vào hoạt động từ năm 2003. Toàn khu công nghiệp có tổng
Luận văn Thạc sĩ khoa học 54
diện tích 390 ha thuộc địa bàn của các xã Đình Dù, Lạc Hồng, Trƣng Trắc và Minh Hải của huyện Văn Lâm và xã Giai Phạm của huyện Yên Mỹ, tỉnh Hƣng Yên. Công ty Cổ phần xây dựng và phát triển đô thị Hòa Phát với tƣ cách là chủ đầu tƣ, thực hiện các hạng mục nhƣ san nền đƣờng, hệ thống điện chiếu sáng, hệ thống thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải, cây xanh, hàng rào,… thu hồi vốn thông qua thu phí cho thuê lại đất và các dịch vụ sử dụng hạ tầng khác trong khu công nghiệp.
Hình 10: Sơ đồ mặt bằng vị trí quy hoạch khu công nghiệp Phố Nối A.
Khu công nghiệp Phố Nối A là khu công nghiệp tổng hợp, gồm nhiều loại hình sản xuất khác nhau với lĩnh vực hoạt động chủ yếu là sản xuất lắp ráp điện, điện tử, điện lạnh cơ khí, ô tô, xe máy; sản xuất thép và các sản phẩm từ thép; sản xuất các loại sơn và bột
Luận văn Thạc sĩ khoa học 55
bả; sản xuất các loại bao bì, ống PVC, sản xuất giấy, chế biến nông sản, thực phẩm;… Khu công nghiệp đã và đang thu hút rất nhiều các dự án đầu tƣ, cho đến nay đã tiếp nhận 114 dự án trong và ngoài nƣớc, trong đó có nhiều dự án của các nhà đầu tƣ từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ,…
1.4.2. Hiện trạng môi trường nước thải khu công nghiệp Phố Nối A
Hệ thống xử lý nƣớc thải tập trung của khu công nghiệp này đƣợc xây dựng từ
năm 2008, có công suất 3.000 m3/ngày đêm, trong khi đó theo quyết định 744 của Bộ Tài
Nguyên&Môi trƣờng hệ thống xử lý nƣớc thải phải có công suất 10.200m3
/ngày đêm mới đáp ứng nhu cầu thực tế.
Theo Chi cục bảo vệ môi trƣờng Hƣng Yên, do công suất chƣa đạt tiêu chuẩn nên Công ty quản lý khai thác hạ tầng khu công nghiệp Phố Nối A chƣa hoàn thành các thủ tục cấp phép xả nƣớc thải ra môi trƣờng. Theo đó, việc xả nƣớc thải nhƣ hiện nay là trái phép. Tại đây hiện còn 29 doanh nghiệp xây nhà xƣởng trên diện tích 110ha chƣa đấu nối hệ thống nƣớc thải với nhà máy xử lý tập trung, mà đƣợc xử lý riêng rồi trực tiếp xả ra môi trƣờng và không có sự kiểm soát.
Ngoài ra, Công ty quản lý khai thác hạ tầng khu công nghiệp Phố Nối A còn chƣa chấp hành đầy đủ các qui định về kiểm soát ô nhiễm môi trƣờng định kỳ, việc quản lý chất thải rắn sinh hoạt, chất thải công nghiệp và nguy hại chƣa đúng qui định. Một số đơn vị nhƣ Công ty trách nhiễm hữu hạn Taeyang Việt Nam đốt chất thải ngay trong khuôn viên nhà máy. Không ít doanh nghiệp mới hoạt đông cũng chƣa đấu nối nƣớc thải vào hệ thống xử lý nhƣ Công ty Alphanam, Công ty giấy Pulppy Corelex Việt Nam với lƣợng nƣớc thải phát sinh trên 5.000m3
/ngày đêm đã xả trực tiếp ra môi trƣờng
Nguồn nƣớc thải từ khu công nghiệp Phố Nối A đang gây ô nhiễm nặng các dòng sông, chịu ảnh hƣởng nhiều nhất là sông Bần và sông Bắc Hƣng Hải. Theo đánh giá của Bộ tài nguyên và Môi trƣờng, nguồn nƣớc trên hai dòng sông này không đạt tiêu chuẩn B1 để dung cho nƣớc tƣới tiêu thủy lợi vì các chỉ số BOD, COD vƣợt quá quy chuẩn nƣớc mặt QCVN. Hậu quả đã làm cho lƣợng hóa chất độc hại tại các nguồn nƣớc của khu
Luận văn Thạc sĩ khoa học 56
dân cƣ vƣợt tiêu chuẩn từ 2 – 6 lần.Hệ thống kênh mƣơng, sông hồ đã bị ô nhiễm nặng và không còn khả năng tƣới tiêu cho nông nghiệp.
Hàng chục con kênh mƣơng đã biến thành dòng nƣớc chết, bốc mùi hôi tanh khó chịu. Nƣớc chảy đến đâu, cá tôm chết nổi đến đó, cây trồng cũng héo rũ. Trên địa bàn Văn Lâm, Mỹ Hào do hệ thống thủy lợi sông ngòi bị ô nhiễm không thể tƣới tiêu phục vụ sản xuất, hàng chục hecta đất canh tác phải bỏ hoang, không thể cấy trồng vì nguồn nƣớc ô nhiễm nặng.
Chính những tồn tại ở trên, nguồn nƣớc thải không đảm bảo tiêu chuẩn đã và đang ngày đêm xả ra môi trƣờng là nguồn dẫn nƣớc tƣới tiêu nông nghiệp cho 2 huyện Văn Lâm và Yên Mỹ. Nguồn nƣớc tƣới tiêu cho nông nghiệp bị ô nhiễm này đã khiến hàng trăm hecta đất canh tác màu mỡ phải bỏ hoang. Trên các sông trục chính của hệ thống thủy lợi nội đồng dọc các sông Bần, sông Bắc Hƣng Hải, sông Bún do phải hứng nƣớc thải trực tiếp từ các nhà máy, các dòng sông, kênh này bị biến dạng thành những dòng nƣớc chết.
Luận văn Thạc sĩ khoa học 57
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
- Vật liệu sắt nano và nano lƣỡng kim đƣợc điều chế trong phòng thí nghiệm, bộ môn
Thổ nhƣỡng và môi trƣờng đất – Khoa Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội.
- Mẫu nƣớc ô nhiễm chứa Cr và Pb với các nồng độ khác nhau đƣợc pha chế trong phòng thí nghiệm.
- Mẫu nƣớc ô nhiễm trƣớc và sau khi xử lý tại khu công nghiệp Phố Nối A.
2.2. Nội dung nghiên cứu
- Điều chế vật liệu sắt nano, nano lƣỡng kim và phân tích các đặc điểm của vật liệu điều chế đƣợc.
- Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý nƣớc ô nhiễm Cr và Pb.
- Hiện trạng ô nhiễm nƣớc tại khu công nghiệp Phố Nối A của tỉnh Hƣng Yên: Đánh
giá hiện trạng ô nhiễm bằng cách lấy mẫu nƣớc trƣớc khi xử lý của khu công nghiệp, tiến hàng phân tích và so sánh với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải QCVN
40:2011/BTNMT.
- Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc ô nhiễm Cr và Pb của vật liệu sắt nano và nano lƣỡng
kim.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Hóa chất và thiết bị
2.3.1.1. Hoá chất
- Muối sắt (II): FeSO4.7H2O;
- Borohidrit NaBH4; - Tinh thể PAA; - Cồn 95%; - Muối CuSO4.5H2O; - Muối K2Cr2O7; - Muối Pb(CH3COO)2.
Luận văn Thạc sĩ khoa học 58
2.3.1.2. Thiết bị sử dụng
- Máy rung siêu âm;
- Máy khuấy từ;
- Máy đo pH;
- Máy lắc;
- Máy ly tâm;
- Máy chụp X – ray;
- Kính hiển vi điện tử quét (SEM);
- Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).
2.3.2. Phương pháp xác định nước ô nhiễm Cr và Pb
- Mẫu nƣớc ô nhiễm Cr và Pb đƣợc pha chế trong phòng thí nghiệm với nồng độ thích
hợp.
- Mẫu nƣớc ô nhiễm thực tế tại khu công nghiệp đƣợc phân tích bằng máy ACP - MS
tại phòng Phân tích chất lƣợng môi trƣờng, Viện Công nghệ Môi trƣờng, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.3.3. Chuẩn bị vật liệu sắt nano, nano lưỡng kim
2.3.3.1. Điều chế sắt nano
Theo những nghiên cứu trƣớc, có rất nhiều tác giả dùng phƣơng pháp khử bằng NaBH4. Tuy nhiên, ở những phƣơng pháp này hạt sắt nano sau khi điều chế đƣợc bảo
quản trong môi trƣờng khí trơ nhƣ Argon hay khí N2 rất phức tạp và tốn kém. Chính vì
vậy chúng tôi đã thử nghiệm áp dụng phƣơng pháp khử của Choi, Hee- chul trong việc
điều chế ra sắt nano bằng phƣơng pháp khử FeSO4.7H2O bởi NaBH4 và có thể bảo quản
trong điều kiện bình thƣờng. Phản ứng hóa học xảy ra nhƣ sau: Fe2+ + BH4- + 3H2O Fe0 + H2BO3 + 4H+ + 2H2
Quy trình tổng hợp như sau:
- Hòa tan 4g FeSO4 trong 50ml nƣớc bằng cách khuấy trong 5-10 phút tại 200
Luận văn Thạc sĩ khoa học 59
- 0,4g NaBH4 đã đƣợc hòa tan bằng 10ml nƣớc cất, thêm vào đó một lƣợng dung dịch
PAA 0,01% dung dịch B.
- Nhỏ từ từ dung dịch B vào dung dịch A với tốc độ 3-7ml/phút.
- Sau khi NaBH4 phản ứng xong, cốc đƣợc đặt trên thanh nam châm để tách biệt các hạt
nano vừa đƣợc tổng hợp.
- Rửa các hạt kết tủa bằng cồn 95% ba lần.
- Sản phẩm đƣợc đem đi ly tâm và đƣợc tách ra phơi trong bình hút ẩm.
2.3.3.2. Điều chế nano lưỡng kim (Fe - Cu)
Sau khi điều chế xong sắt nano, tiếp tục điều chế nano lƣỡng kim bằng cách:
- Rửa các hạt sắt nano bằng nƣớc cất ba lần, thêm một lƣợng dung dịch PAA 0,01% và
định mức đến 50ml dung dịch C.
- 0,5g CuSO4.5H2O đƣợc hòa tan bằng 10ml nƣớc cất dung dịch D.
- Nhỏ từ từ dung dịch D vào dung dịch C với tốc độ 3-7ml/phút.
- Sau khi phản ứng xong, cốc đƣợc đặt trên thanh nam châm để tách biệt các hạt nano
lƣỡng kim (Fe – Cu) vừa đƣợc tổng hợp.
- Sản phẩm đƣợc đem ly tâm và đƣợc tách ra phơi trong bình hút ẩm.
2.3.4. Phân tích các đặc tính của vật liệu
Tiến hành phân tích các đặc tính của vật liệu bằng:
- Chụp nhiễu xạ tia X để biết thành phần của sắt nano và nano lƣỡng kim tại khoa Vật
lý – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN.
- Phân tích bề mặt vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) tại phòng thí nghiệm
của Viện Khoa học vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
- Xác định kích thƣớc, hình dạng vật liệu bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
tại Viện Vệ sinh Dịch Tễ Trung Ƣơng.
- Tiến hành sử dụng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) xác định hàm lƣợng
Luận văn Thạc sĩ khoa học 60 2.3.5. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Cr và Pb bằng sắt nano, nano lưỡng kim (với mẫu nước tự tạo trong phòng thí nghiệm)
2.3.5.1. Đối với Cr(VI)
Dung dịch Cr6+ với các nồng độ khác nhau đƣợc pha từ muối K2Cr2O7
Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Cr(VI) bằng sắt nano và nano lưỡng kim.
- Chuẩn bị dung dịch Cr6+ nồng độ 30mg/l. Điều chỉnh pH ban đầu của các dung dịch
trong ống nghiệm đến 2, 4, 6, 8 bằng dung dịch HNO3 0,01M và NaOH 0,01M
- Hút lấy 10 ml dung dịch có các giá trị pH khác nhau vào 4 ống nghiệm, sau đó thêm
vào mỗi ống nghiệm 0,025g sắt nano lắc đều bằng máy lắc với tốc độ 200 vòng/phút
trong vòng 10 phút. Kết thúc phản ứng, ly tâm mẫu và xác định hàm lƣợng Cr6+ còn
lại trong dung dịch.
- Làm tƣơng tự đối với nano lƣỡng kim.
Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Cr(VI) bằng sắt nano và nano lưỡng kim.
- Chuẩn bị dung dịch Cr6+ nồng độ 30mg/l. Điều chỉnh pH ở mức tối ƣu (theo thí nghiệm 1). Hút dung dịch đã chuẩn bị ra 4 ống nghiệm, mỗi ống 10ml.
- Thêm vào mỗi ống nghiệm đó 0,025g sắt nano. Lắc đều bằng máy lắc với tốc độ 200
vòng/phút trong các khoảng thời gian 10 phút, 30 phút, 1h, 4h. Kết thúc phản ứng, ly
tâm mẫu và xác định hàm lƣợng Cr6+ còn lại trong dung dịch.
- Làm tƣơng tự đối với nano lƣỡng kim.
Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ô nhiễm đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Cr(VI) bằng sắt nano và nano lưỡng kim.
- Chuẩn bị dung dịch Cr6+theo các nồng độ khác nhau 10mg/l, 30mg/l, 50mg/l và 70mg/l. Điều chỉnh pH ở mức tốt nhất (theo thí nghiệm 1). Sau đó lấy từ mỗi nồng độ
Luận văn Thạc sĩ khoa học 61
- Thêm vào mỗi ống nghiệm đó 0,025g sắt nano, lắc đều bằng máy lắc với tốc độ 200
vòng/phút trong thời gian tốt nhất (theo thí nghiệm 2). Sau phản ứng đem mẫu đi ly tâm và xác định lƣợng Cr6+ còn lại trong dung dịch.
- Làm tƣơng tự đối với nano lƣỡng kim.
Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Cr(VI) bằng sắt nano và nano lưỡng kim.
- Chuẩn bị dung dịch Cr6+ nồng độ tốt nhất (theo thí nghiệm 3), điều chỉnh pH ở mức
thích hợp nhất (theo thí nghiệm 1). Hút dung dịch đã chuẩn bị ra 3 ống nghiệm, mỗi ống 10ml
- Thêm vào mỗi ống nghiệm lần lƣợt 0,025g; 0,05g và 0,1g sắt nano; lắc đều bằng máy
lắc với tốc độ 200 vòng/phút trong trong thời gian tốt nhất (theo thí nghiệm 2). Sau phản ứng lấy mẫu đi ly tâm và để xác định lƣợng Cr6+ còn lại trong dung dịch.
- Làm tƣơng tự đối với nano lƣỡng kim.
2.3.5.2. Đối với chì
Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Pb bằng sắt nano và nano lưỡng kim.
- Chuẩn bị dung dịch Pb2+ nồng độ 100 mg/l. Điều chỉnh pH ban đầu của các dung dịch
trong ống nghiệm đến 2, 3, 4, 5 bằng dung dịch HNO3 0,01M và NaOH 0,01M
- Hút lấy 10 ml dung dịch có các giá trị pH khác nhau vào 4 ống nghiệm, sau đó thêm
vào mỗi ống nghiệm 0,025g sắt nano lắc đều bằng máy lắc với tốc độ 200 vòng/phút trong vòng 10 phút. Kết thúc phản ứng, lẫy mẫu đi ly tâm và xác định hàm lƣợng Pb2+ còn lại trong dung dịch.
- Làm tƣơng tự đối với nano lƣỡng kim.
Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Pb bằng sắt nano và nano lưỡng kim.
- Chuẩn bị dung dịch Pb2+ nồng độ 100mg/l. Điều chỉnh pH ở mức tốt nhất (theo thí nghiệm 1). Hút dung dịch đã chuẩn bị ra 4 ống nghiệm, mỗi ống 10ml.
Luận văn Thạc sĩ khoa học 62
- Thêm vào mỗi ống nghiệm đó 0,025g sắt nano. Lắc đều bằng máy lắc với tốc độ 200
vòng/phút trong các khoảng thời gian 10 phút, 30 phút, 1h, 4h. Kết thúc phản ứng, lấy
mẫu đi ly tâm và xác định hàm lƣợng Pb2+ còn lại trong dung dịch.
- Làm tƣơng tự đối với nano lƣỡng kim.
Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ô nhiễm đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Pb bằng sắt nano và nano lưỡng kim.
- Chuẩn bị dung dịch Pb2+ theo các nồng độ khác nhau 50mg/l, 100mg/l, 200mg/l, 300mg/l. Điều chỉnh pH ở mức tốt nhất (theo thí nghiệm 1). Sau đó lấy từ mỗi nồng
độ 10ml dung dịch Pb2+
cho vào 4 ống nghiệm.
- Thêm vào mỗi ống nghiệm đó 0,025g sắt nano, lắc đều bằng máy lắc với tốc độ 200
vòng/phút trong thời gian tốt nhất (theo thí nghiệm 2). Sau phản ứng đem ly tâm mẫu và phân tích xác định lƣợng Pb2+ còn lại.
- Làm tƣơng tự đối với nano lƣỡng kim.
Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu đến hiệu quả xử lý nước ô nhiễm Pb bằng sắt nano và nano lưỡng kim.
- Chuẩn bị dung dịch Pb2+ nồng độ tốt nhất (theo phản ứng 3). Điều chỉnh pH ở mức tốt
nhất (theo thí nghiệm 1). Hút dung dịch đã chuẩn bị ra 3 ống nghiệm, mỗi ống 10ml
- Thêm vào mỗi ống nghiệm lần lƣợt 0,025g; 0,05g và 0,1g sắt nano; lắc đều bằng máy