Đồ án Môi trường nước Hà Nội và nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng

nước lỗ hổng các trầm tích Pleistoxen giữa- trên QII-III, gọi tắt là tầng chứa nước chứa nước Pleistoxen, ký hiệu QII-III Trên cơ sở tổng kết các số liệu hiện có, các tài liệu tham khảo, có thể khái quát những nét chính về đặc điểm địa chất thuỷ văn các tầng chứa nước chính vùng nghiên cứu. II.3.1. Tầng chứa nước Holoxen ( QIV). Đây là tầng chứa nước phân bố rộng khắp khu vực nghiên cứu, ở phần phía bắc sông Hồng, tầng này bị bào mòn nên diện tích phân bố chỉ còn ở phía đông Hà Nội , các nơi khác phân bố không liên tục. Thành phần đất đá không đông nhất, thay đổi theo diện phân bố và chiều sâu bao gồm cát pha, sét pha, sét, cát có lẫn bùn hữu cơ và thực tập. ở phần trên cùng có lớp đất sét, sét pha cách nước yếu, phân bố không liên tục, diện phân bố chủ yếu ở phía chủ yếu ở phía nam sông Hồng, chiều sâu phân bố của lớp cách nước này cũng thay đổi trong phạm vi lớn, có nơi 0 đến 0,5 m song có nơi đến gần 20 m. Phía dưới lớp sét, sét pha thường là các lớp bùn, bùn sét, cát và cát pha chứa nước.. Chiều dày tăng QIV thay đổi từ 0 đến 15,5 m , trung bình 14 m. Nước dưới đất tồn tại trong tầng này ở dạng lỗ hổng, thường có mặt thoáng tự do, trừ những nơi có lớp sét dày phủ trên thì có áp lực cục bộ. Theo kết quả thí nghiệm địa chất thuỷ văn ở một số lỗ khoan trong tầng này cho thấy [sach] Mực nước tĩnh thay đổi từ 0,5-4 m Lưu lượng lỗ khoan thay đổi từ 0,4 đến 29 l/s, trung bình 7-8l/s Hệ số dẫn nước (Km) trung bình 200-300 m2 /ngày, cá biệt có nơi đạt gần 700 m2/ngày. Theo kết quả thu được trong quá trình thực hiện trong quá trình nghiên cứu nêu trong “Báo cáo kết quả điều tra nước dưới đất vùng Hà Nội ” của Viện khoa học thuỷ lợi, khi thí nghiệm ở 14 lỗ khoan, kết quả cho thấy: Loại giàu nước q> 1 l/s.m có 11 lỗ khoan chiếm 78,6 % Loại trung bình q=0,1 l/s.m có 1 lỗ khoan chiếm 7,1 % Loại nghèo nước q<0,1 l/s.m có 2 lỗ khoan chiếm 14,3 % Nguồn cung cấp cho nước dưới đất tầng chứa nước QIV chủ yếu là nước mưa, nước mặt và một phần là nước tưới cho nông nghiệp. Miền cung cấp và phân bố trung nhau và có diện rộng trên toàn bộ diện lộ. Miền thoát nước là sông ,ao, hồ vào mùa khô và một phần thấm xuống cung cấp cho tầng chứa nước phía dưới( tầng QII-III), còn một phần nhỏ bị bốc hơi hoặc do phát tán thực vật. Hiện nay nước dưới đất trong tầng chứa nước QIV không lớn nhưng có thể cung cấp nước với quy mô nhỏ cho ăn uống và sinh hoạt, đồng thời có thể khai thác đồng thời với tầng chứa nước Pleistoxen (QII-III) nằm phía dưới để cung cấp nước cho thành phố. Xem phụ lục 1.1 thống kê chiều dày tầng chứa nước Holoxen (QIV)[sách] , phụ lục 1.2 thống kê kết quả thí nghiệm địa chất thủy văn trong tầng chứa nước Holoxen (QIV). II.3.2.Tầng cách trầm tích Pleistoxen ( QIII). Diện phân bố của tầng này được lộ ra chủ yếu ở phía Bắc sông Hồng, sông Đuống và một chỏm nhỏ ở vùng Cổ Nhuế- Từ Liêm. Riêng dãi dọc theo sông Hồng, sông Đuống, bị bào mòn hoàn toàn thành cửa sổ địa chất thuỷ văn. Đất đá cấu thành nên tầng chứa nước này chủ yếu là sét, sét pha có màu loang lỗ, đôi chỗ là sét pha bột sét, sét bùn lẫn thực vật màu xám đen đến đen, chiều dày trong khoảng 4-25 m. Tầng cách nước này có diện phân bố rộng, chúng chỉ vắng mặt ở các mặt đối ven sông. Đất đá có tính thấm nước rất yếu. Kết quả đổ nước thí nghiệm cho hệ số thấm 0,01-0,02 m/ngày. II.3.3. Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pleistoxen giữa trên (QII-III). Các kết quả nghiên cứu tỉ mỉ cho thấy tầng chứa nước QII-III phân bố rộng khắp vùng nghiên cứu, chúng có mặt ở nhiều nơi trong khu vực, chỉ trừ một diện tích nhỏ ở phía Bắc thành phổ trên địa bàn huyện Sóc Sơn. Tầng chứa nước QII-III là đối tượng chính cung cấp nước cho nội và ngoại thành thành phố Hà Nội. Chiều dầy chung của tầng chứa nước dao động từ, 25-30 đến 70-80 m. Chiều dầy trung bình 40-50 m. Quan hệ phía trên là tầng cách nước QIII , phía dưới là mặt nền đá gốc. Riêng có dải dọc theo sông Hồng, sông Đuống rộng từ một hai trăm mét tới 1-2 km, do vắng mặt tầng cách nước QIII (bị bào mòn), nên có sự tiếp xúc trực tiếp giữa 2 tầng chứa nước QIV và tầng QII-III tạo nên cửa sổ địa chất thuỷ văn. Do đáy sông Hồng và sông Đuống trực tiếp hoặc gián tiếp cắt vào tầng chứa nước này, nên nước sông là nguồn cung cấp chính cho tầng chứa nước, đặc biệt trong điều kiện khai thác. Kết quả thí nghiệm địa chất thuỷ văn trong tầng này cho thấy [sach]: Mực nước tĩnh vào mùa khô thay đổi từ 2,0 đến 4,0 m còn mùa mưa thay đổi từ 0 đến 0,1 m, có nơi dọc theo ven sông Hồng nước tự phun cao hơn mặt đất (khu vực xả Hải Bối- huyện Đông Anh, Phú Thượng- Quận Tây Hồ, Thụy Phương- huyện Từ Liêm). Lưu lượng các lỗ khoan Q thay đổi từ 1,9 đến 9,09 l/s . Trị số hạ thấp mực nước S thay đổi từ 1,28 đến 8,61 m. Tỉ lưu lượng q thay đổi 0,32 đến 4,91 l/s.m, có nơi trên 5 l/s. Hệ số dẫn nước (Km ) thay đổi tuỳ theo từng khu vực cụ thể, ở khu vực Bắc sông Hồng (Km) thay đổi từ 400 đến 1.600 m2/ ng, ở Sóc Sơn Km thay đổi từ 260 đến 700 m2/ng. Khu vực Nam sông Hồng, hệ số dẫn nước Km thường thay đổi từ 1000 đến 1500 m2/ng. II.4.Nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước Hà Nội . Nguyên nhân chính gây ô nhiễm kim loại nặng là do các hoạt động công nghiệp , các phòng thí nghiệm và rác thải. Các nhà máy mạ điện, hàn , ắc quy, sơn, pin, men sứ gốm đã thải ra một lượng lớn các kim loại nặng vào các cống thải chung của thành phố Hà Nội. Theo nghiên cứu của nhiều nhà khoa học thì hoạt động công nghiệp đã thải vào môi trường Hà Nội với số lượng kim loại nặng nhiều nhất. Ví dụ các nhà máy có hệ thống mạ như: Nhà máy cơ khí. Nhà máy mạ điện. Nhà máy về điện tử. Các nhà máy sử dụng hoá chất , các nhà máy dệt nhuộm cũng góp phần thải vào môi trường nước một lượng lớn kim loại nặng. Góp phần gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Trình trạng ô nhiễm nhiễm kim loại nặng của từng nghành công nghiệp có thể được đánh giá chung trong bảng I.2 sau: Bảng 2.2. Đánh giá chung về ô nhiễm kim loại nặng của từng nghành công nghiệp [1]. Stt Nghành Kim loại nặng 1 Điện lực Nhiệt điện Thuỷ điện ô nhiễm nhẹ Không ô nhiễm 2 Cơ khí ô nhiễm nhẹ 3 Hoá chất ô nhiễm nhẹ 4 Luyện kim ô nhiễm vừa 5 Điện tử Ô nhiễm vừa 6 Khai khoáng Ô nhiễm vừa 7 Dệt nhuộm Ô nhiễm vừa 8 Thuộc da Ô nhiễm nặng 9 Giấy Không ô nhiễm 10 Bột ngọt Không ô nhiễm Kết quả đánh giá ở bảng I.2 ta thấy tuỳ từng nghành công nghiệp khác nhau mà đưa lại ô nhiễm kim loại nặng khác nhau. Sự ô nhiễm kim loại nặng trong các nghành được xem xét khách quan theo các nghành công nghiệp khác nhau. Hà Nội với dân số đông và có nhiều khu công nghiệp do đó có tổng lượng các nguồn thải lớn. Số lượng nguồn thải khoảng 200 nguồn , trong đó nước thải công nghiệp chiếm 80%.Ở bảng sau cho ta biết các khu công nghiệp ở nội thành với số lượng các nhà máy và lượng nước tiêu thụ. TT Khu vực Số lượng nhà máy xí nghiệp Lượng nước tiêu thụ(m3/ng) 1 Minh Khai-Vĩnh Tuy 38 6000 2 Trương Định- Đuôi Cá 13 1500 3 Văn Điển-Pháp Vân 14 6400 4 Thượng Đình 30 12000 5 Cầu Bươu 5 1950 Bảng 2.3. Lưu lượng nước tiêu thụ của các khu công nghiệp trong nội thành Hà Nội Nhìn chung các khu công nghiệp này được xây dựng từ thập kỷ 60 và chúng thường do các ngành tự chọn không nằm trong quy hoạch tổng thể nên rất đa dạng, xen ghép nhau không gắn bó nhau về công nghệ. Nhiều khu công nghiệp nằm xen kẻ với các khu dân cư đông đúc( như khu Thượng Đình, Minh Khai, Trương Định). Các khu công nghiệp này được xây dựng từ lâu công nghệ củ và hầu như chưa có hệ thống xử lý nước thải. Nước thải từ các khu công nghiệp chủ yếu được thải thẳng vào các sông hồ gần đó và đây là nguyên nhân gây nên tình trạng ô nhiễm kim loại nặng cho nguồn nước Hà Nội . Đa số các cơ sở sản xuất củ chưa có trạm xử lý nước thải. Nước thải của một số cụm công nghiệp chỉ được xử lý sơ bộ rồi thải thẳng vào nguồn nước mặt làm cho một số nguồn nước bị ô nhiễm nghiêm trọng kim loại nặng . Nhiều khu công nghiệp nằm tập trung gần các tuyến sông rạch, do đó các sông rạch này trực tiếp nhận nguồn nước thải có kim loại nặng. Hoạt động sản xuất trong nghành cơ khí nói chung có thải ra kim loại nặng do trong dây chuyền có khâu công nghệ mạ, xử lý bề mặt kim loại ( sơn, nhuộm). Ngành mạ điện sử dụng nhiều hoá chất dạng muối kim loại nặng có độc tính khá cao như CrO3, CdCl2,MnCl2... Nước thải từ khâu mạ điện và xử lý bề mặt có chứa các nhiều kim loại nặng. Công nghiệp mạ điện có lưu lượng nước thải không lớn , do sử dụng nhiều hoá chất nên nồng độ các chất độc và các kim loại nặng rất cao. Và do các nhà máy có hệ thống mạ ở Hà Nội chưa tiến hành xử lý theo đúng quy trình , trang thiết bị và các thông số vận hành chưa được coi trọng. Ở Hà Nội có các nhà máy có phân xưởng mạ điện như sau: Nhà máy khoá Minh Khai Điện cơ thống nhất Dụng cụ cơ khí xuất khẩu Nhà máy cơ khí chính xác Nhà máy kim Hà Nội. CHƯƠNG III. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC. III.1. Tổng quan các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước. Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước thải chứa kim loại nặng như các phương pháp hoá học, hoá lý hay sinh học. Song kim loại nặng thường là phát sinh ra từ các nguồn nhất định do vậy cách tốt nhất là ta xử lý ngay tại nguồn gây ô nhiễm. Tại các nhà máy mà nước thải có chứa hàm lượng kim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn cho phép thì có thể áp dụng các quá trình xử lý nhằm loại bỏ kim loại nặng trước khi thải vào môi trường. III.2. Phương pháp kết tủa hoá học. Phương pháp này dựa trên phản ứng hoá học giữa chất đưa vào nước thải với kim loại cần tách, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách khỏi nước thải bằng phương pháp lắng. Phương pháp thường được dùng là kết tủa kim loại dưới dạng hydroxit bằng cách trung hoà đơn giản các chất thải axit. Độ pH kết tủa cực đại của tất cả các kim loại không trùng nhau, ta tìm một vùng pH tối ưu, giá trị từ 7 - 10.5 tuỳ theo giá trị cực tiểu cần tìm để loại bỏ kim loại mà không gây độc hại. Nếu trong nước thải có nhiều kim loại nặng thì càng thuận tiện cho quá trình kết tủa vì ở giá trị pH nhất định độ hoà tan của kim loại trong dung dịch có mặt các kim loại khác sẽ giảm, cơ sở có thể do một hay đồng thời cả 3 nguyên nhân sau: Tạo thành chất cùng kết tủa. Hấp thụ các hydroxit khó kết tủa vào bề mặt của các bông hydroxit dễ kết tủa. Tạo thành hệ nghèo năng lượng trong mạng hydroxit do chúng bị phá huỷ mạnh bằng các Ion kim loại. Như vậy đối với phương pháp kết tủa kim loại thì pH đóng vai trò rất quan trọng. Khi xử lý cần chọn tác nhân trung hoà và điều chỉnh pH phù hợp. Phương pháp kết tủa hóa học rẻ tiền ứng dụng rộng nhưng hiệu quả không cao, phụ thuộc nhiều yếu tố( t0, pH, bản chất kim loại ). III.3. Phương pháp trao đổi Ion. Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi Ion dung ionit là nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đổi Ion. Quá trình trao đổi Ion được tiến hành trong cột Cationit và Anionit. Các vật liệu nhựa này có thể thay thế được mà không làm thay đổi tính chất vật lý của các chất trong dung dịch và cũng không làm biến mất hoặc hoà tan. Các Ion dương hay âm cố định trên các gốc này đẩy Ion cùng dấu có trong dung dịch thay đổi số lượng tải toàn bộ có trong chất lỏng trước khi trao đổi. Đối với xử lý kim loại hoà tan trong nước thường dùng cơ chế phản ứng thuận nghịch: RmB + mA Ûm RA + B Phản ứng xảy ra cho tới khi cân bằng được thiết lập. Quá trình gồm các giai đoạn sau: Di chuyển Ion A từ nhân của dòng chất lỏng tơi bề mặt ngoài của lưới biên màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi Ion. Khuyếch tán các Ion qua lớp ngoài. Chuyển Ion đã khuyếch tán qua biên giới phân pha vào hạt nhựa trao đổi. Khuyếch tán Ion A bên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức năng trao đổi Ion. Phản ứng hoá học trao đổi Ion A và B. Khuyếch tán các Ion B bên trong hạt trao đổi tới biên giới phân pha. Chuyển các Ion B qua biên giới phân pha ở bề mặt trong của màng chất lỏng. Khuyếch tán các Ion B qua màng. Khuyếch tán các Ion B vào nhân dòng chất lỏng. Đặc tính của trao đổi Ion: Sản phẩm không hoà tan trong điều kiện bình thường. Sản phẩm được gia công hợp cách. Sự thay đổi trạng thái của trao đổi Ion không làm phân huỷ cấu trúc vật liệu. Phương pháp trao đổi Ion có ưu điểm là tiến hành ở qui mô lớn và với nhiều loại kim loại khác nhau. Tuy vậy lại tốn nhiều thời gian, tiến hành khá phức tạp do phải hoàn nguyên vật liệu trao đổi, hiệu quả cũng không cao. III.4. Phương pháp điện hoá. Tách kim loại bằng cách nhúng các điện cực trong nước thải có chứa kim loại nặng cho dòng điện 1 chiều chạy qua. ứng dụng sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực kéo dài vào bình điện phân để tạo ra một điện trường định hướng, các Ion chuyển động trong điện trường này. Các cation chuyển dịch về catốt, các anionvề anốt.Khi điện áp đủ lớn, phản ứng sẽ xẩy ra ở mặt phân cách chất dung dịch điện cực: Ở Catốt : oxy hóa phát ra các electron: A- ® A+ e- Ở Anốt: Khử với việc thu các electron: C+ + e- ® C Hệ thức Nernst: E0 = E00 + ln(A0x/Ared) E0 : Thế cân bằng điện lực. E00: Thế cân bằng điện cực trong điều kiện chuẩn. R : Hằng số mol của khí lý tưởng. F: Hằng số Faraday. T: Nhiệt độ (K0). n : Số electron dùng trong quá trình điện hoá. Aox : Hoạt tính của chất oxy hoá. Ared: Hoạt tính của chất khử. Ưu điểm của phương pháp này là nhanh tiện lợi hiệu quả xử lý cao, ít độc nhưng lại quá tốn kém về điện năng. III.5. Phương pháp oxy hoá- khử. Đây là một phương pháp thông dụng để xử lý nước thải có chứa kim loại nặng khi mà phương pháp vi sinh không thể xử lý được . Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự chuyển từ dạng này sang dạng khác bằng sự có thêm electron khử hoặc mất electron( oxy hoá) một cặp được tạo bởi một sự cho nhận electron được gọi là hệ thống oxy hoá- khử. Khử Û Oxyhoán+ + ne- Khả năng tương tác được đặc trưng bằng thế oxy hoá khử hoặc thế Redõ, phụ thuộc vào hoạt tính của hai dạng bị oxyhoá và bị khử. III.6. Xử lý nước thải có chứa kim loại nặng bằng phương pháp tạo Pherit. Quá trình xử lý nước thải có chứa kim loại nặng bằng phương pháp tạo pherit là quá trình tinh thể hoá, tạo tinh thể Fe3O4 từ FeSO4. Trong quá trình hình thành tinh thể , các Ion kim loại nặng có trong dung dịch cũng bị kéo vào, tham gia vào mạng tinh thể ở vị trí các nút cation. Quá trình này được gọi là nội kết tủa. Phản ứng tạo tinh thể được tiến hành khi cung cấp oxy và nhiệt độ cho phản ứng thuỷ phân FeSO4. Phản ứng thuỷ phân của FeSO4.7H2O : FeSO4.7H2O + H2O = Fe(OH)2 + H2SO4 + 7H2O Khi cung cấp thêm O2 và tăng nhiệt độ sẽ xảy ra phản ứng tạo tinh thể Pherit: FeSO4 + O2 + H2O = H2SO4+ Fe3O4 Thực chất phản ứng trên diễn ra theo nhiều giai đoạn khác nhau. + Oxy hoá Fe(II) thành Fe(III) 4Fe2+ + O2 = Fe3+ + 2O2- + Hình thành tinh thể Pherit 2Fe2+ + O2= 2FeO 4 Fe3+ + 3O2= 2Fe2O3 FeO + Fe2O3=Fe3O4 Các Ion kim loại tan trong dung dịch sẽ bị kéo vào mạng tinh thể. Sau phản ứng lắng và lọc lấy nước trong. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành tinh thể chủ yếu là pH , nhiệt độ, nồng độ các Ion kim loại , bán kính các Ion kim loại trong dung dịch . Bể chứa Lọc Cấp nhiệt Bể phản ứng Bơm H2SO4 Bể H2SO4 Hệ thống điều khiển pH Bể NaOH Bơm NaOH Bể phản ứng Bể phản ứng Lọc Tinh thể Fe3O4 Nước thải sau xử lý Nước thải Hình III.1. Sơ đồ xử lý nước thải có chứa kim loại nặng bằng phương pháp tạo pherit ở qui mô công nghiệp . III.6. Vấn đề xử lý kim loại nặng trong nước thải tại Việt nam. Nước thải nhiễm kim loại nặng từ các cơ sở công nghiệp là nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nước mặt. PTS Đặng Đình Kim và cộng sự dựa trên đặc tính kim loại nặng được tích luỷ bởi tế bào sinh vật trong môi trường để tiến hành xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng. Khâu then chốt là tìm được chất hấp thụ thích hợp cho từng kim loại nặng muốn loại bỏ. Các chế phẩm từ BIOSPRB-P1.BIOSPRB-E1 do viện công nghệ sinh học tạo ra chỉ sau 1 giờ đã hấp thụ từ 90-97 % lượng Pb trong môi trường vơi nồng độ ban đầu 100mg/l. Một số chế phẩm khác cũng cho kết quả tương đối khả quan loại bỏ các kim loại nặng như Cr,Ni,Cu,Zn. Báo cáo của Bùi Minh Lý và cộng sự cho thấy rong biển ở nước ta có trên 700 loại đại diện chủ yếu cho ba ngành rong nâu, rong đỏ và rong lục. Rong biển vừa là chỉ thị ô nhiễm kim loại nước biển vừa có khả năng hấp thụ mạnh mẽ các nguyên tố vi lượng trong nước biển. Kết quả nghiên cứu rong biển lấy từ Đà Nẵng đến Kiên Giang cho thấy hầu hết các mẫu rong đều thể hiện khả năng hấp thụ các nguyên tố vi lượng với hệ số tích tụ cao, trong đó rong nâu là có nhiều khả năng hơn cả nên có thể ứng dụng để xử lý nhiễm bẩn môi trường bởi kim loại nặng. Nước thải công nghiệp từ khâu mạ thường có hàm lượng Cr, Ni cao. Để xử lý một cách có hiệu quả trước tiên cần phải lựa chọn quy trình hợp lý. Thông thường loại nước thải này được xử lý bằng hai phương pháp nhựa IONIT. Vũ Văn Mạnh và các cộng sự đã đem kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm áp dụng cho việc xử lý nước thải ở nhà máy khoá Minh Khai với việc sử dụng FeSO4 tự chế tạo trên cơ sở tái sử dụng chất thải và tận dụng được thiết bị sẵn có của cơ sở. Hiệu suất xử lý cao khử Cr6+ 99.99% và tách được Ni2+ 99.9 . Giá thành xử lý thấp: 1000 đồng/m3 nước thải tính riêng cho phân xưởng mạ và 300 đồng/ m3 nước thải tính chung cho cả công ty. Đặc trưng bề mặt của silicagel là có chứa các nhóm silanol (SiOH) có khả năng trao đổi proton của mình với các cation kim loại đã được ứng dụng để xứ lý kim loại nặng trong nước thải. Các nghiên cứu của Trần Hồng Hà và các cộng sự cho thấy dùng silicagel hút ẩm để hấp phụ một số Ion kim loại nặng Pb2+, Cu2+, Ni2+,Zn2+,Cd2+ rẻ tiền hơn 8-10 lần đã được khảo sát trong phòng thí nghiệm. Silicagel hút ẩm cho dung lượng hấp phụ tương đương với silicagel sắc ký sau khi xử lý bằng axit. Vì vậy, có thể sử dụng thay cho Silicagel sắc ký trong ứng dụng về hấp thụ các Ion kim loại trong nước. Chitin là một loại polime phổ biến trong thiên nhiên cung với dẫn xuất đêaxetyl của nó là chitosan và các dẫn xuất mới như CMCh,Ach,butyl chitosan tan trong nước đã được áp dụng làm sạch nước thải có kim loại nặng. Kết quả nghiên cứu của Trịnh Đức Hưng và cộng sự cho thấy CMCh hấp thụ kim loại tốt hơn Ach. Khả năng hấp phụ này giảm dần theo dẫy Cu(II) > Cd(II) > Ni(II). Độ bền hoạt tính xúc tác Cu(II)/ CMCh cao hơn Cu(II)/Ach, do vậy CMCh và các phức kim loại của nó có thể được sử dụng để xử lý nước thải chứa Ion kim loại và các hợp chất chứa lưu huỳnh. Nguyễn Văn Bằng và cộng sự với báo cáo của mình đã đưa ra giải pháp sử dụng các polime trương nở hấp thụ Ion kim loại và tổng hợp xúc tác phức kim loại polime có hoạt tính cao. Các phương pháp trên đây mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng cũng như phạm vi ứng dụng riêng của nó. CHƯƠNG IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KIM LOẠI NẶNG. IV.1. Tổng quan các phương pháp phân tích kim loại. Các kim loại nặng trong nước và nước thải có thể được xác định qua các phương pháp như sau: Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Quang phổ phát xạ Plasma phép nối cảm ứng ( ICP-EAS). Phương pháp so màu. Phương pháp cực phổ. Các phương pháp quang phổ nguyên tử ngọn lửa nói chung là có thể áp dụng cho các mẫu nước có nồng độ kim loại là phần triệu (ppm). Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dùng lò nhiệt điện có thể tăng độ nhạy khi ảnh hưởng của chất nền không đáng kể,có thể dùng các tác nhân và kỷ thuật điều chỉnh nền nhằm bù trừ ảnh hưởng của nền. Phương pháp phát xạ Plasma phép nối cảm ứng ( ICP-AES) có thể được áp dụng để xác định đồng thời nhiều nguyên tố trong khoảng nồng độ rộng và đặc biệt nhạy đối với các nguyên tố có nhiệt độ bay hơi cao. Phương pháp này có giới hạn phát hiện cao hơn phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. IV.2. Xử lý mẫu để xác định hàm lượng kim loại nặng. IV.2.1. Giới thiệu. Những mẫu có chứa những phần tử lơ lững hoặc các chất hữu cơ nói chung cần phải xử lý trước khi phân tích. Kim loại tổng số bao gồm tất cả các kim loại liên kết ở dạng hợp chất vô cơ hay hữu cơ hoà tan và phân tán có trong mẫu. Những mẫu không cần xử lý trước khi xác định trên máy AAS và ICP là những mẫu không màu , không mùi, trong suốt. Cần axit hoá đến pH< 2 bằng axit HNO3 đậm đặc trước khi đo. Trường hợp xác định kim loại hoà tan , cách tiến hành như sau: mẫu đem lọc , axit hoá nước lọc bằng HNO3 đến pH< 2 rồi đo trực tiếp trên máy ICP. Trường hợp xác định hàm lượng kim loại nặng nằm trong các phần tử lơ lửng thì sau khi lọc, lấy giấy lọc cùng các chất bị giữ lại trên giấy lọc đem đi phân huỷ, rồi phân tích. Phân huỷ mẫu xác định Hg cần phải hết sức cẩn thận để tránh Hg bị bay hơi, do tính chất dễ bay hơi của Hg. Khả năng nhiễm bẩn mẫu dễ xảy ra nhất ở quá trình phân hủy mẩu do dụng cụ sử dụng, môi trường làm việc và các hoá chất thuốc thử , kể cả nước cất sử dụng pha chế thuốc thử kèm theo . IV.2.2. Lọc. Khi cần xác kim loại hoà tan ,hoặc kim loại dạng huyền phù , ngay sau khi lấy mẫu được đem lọc ngay trên phểu lọc plastic ở áp suất cao nếu dòng chảy quá chậm .Dùng giấy lọc không chứa các vi lượng kim loại và có kích thước lổ là 0,4-0,45 mm . Trong trường hợp giấy lọc không đủ độ sạch, cần rửa trước bằng HCl 0,5N hoặc HNO3 1:1(chú ý sau đó phải rửa lại để loại bỏ hết axit trên giấy lọc ) Phần giữ lại trên giấy lọc được hoà tan bằng axit HNO3 đậm đặc và được chỉnh pH= 2 , sau đó dung dịch được đo trực tiếp trên máy. IV.2.3. Xử lý mẫu xác định kim loại có thể tan trong axit. Đa số kim loại nặng đều tan trong axit, do đó ta cần phải xử lý mẫu,do một số kim loại có thể hấp thụ trên thành bình chứa mẫu cho nên sau khi lấy mẫu cần phải axit hoá ngay bằng HNO3 đậm đặc .Để chuẩn bị mẫu phân tích ,lắc mẫu ,lấy 100 ml mẫu cho vào cốc hoặc bình tam giác ,thêm vào 5 ml HCl 1:1 có độ tinh khiết cao . Đun 15 phút trên bếp cách thuỷ . Lọc qua giấy lọc định mức đến 100 ml sau đó đem xác định các kim loại theo yêu cầu. IV.2.4. Xử lý mẫu để xác định tổng số kim loại nặng . Xác định kim loại bằng phương pháp AAS và ICP sẽ gặp trở ngại nếu trong mẫu có chứa chất hưu cơ hoặc phức bền của kim loại với chất hữu cơ, vì vậy trong trường hợp mẫu cần được xử lý như sau: Đối với mẫu chứa chất hữu cơ dễ phân huỷ thì chỉ cần sử dụng HNO3 đậm đặc , vì Ion NO3- ít gây nhiễu khi dùng phương pháp AAS ngọn lửa và phương pháp AAS lò nhiệt điện . Đối với mẫu chứa chất hữu cơ khi phân huỷ cần cho thêm axit Percloric, Clohydric hoặc axit H2SO4 ,những loại axit này có thể 1 phần nào ảnh hưởng đến độ hấp thụ của 1 số kim loại , đặc biệt khi nguyên tử hoá bằng lò nhiệt điện . Thể tích mẫu cần thiết cho phép có thể phân tích được nêu trong bảng I.1. Nồng độ kim loại trong mẫu (mg/l) Thể tích mẫu (ml) < 1 1000 1-10 100 10-100 10 100-1000 1 Mẫu được phân huỷ bằng các cách sau : HNO3 thích hợp cho các mẫu khá sạch. Hỗn hợp HNO3- H2SO4 hoặc HNO3-HCl thích hợp cho các mẫu chứa các chất khó oxy hoá. Hỗn hợp HNO3- HClO4-HF thích hợp cho các mẫu chứa các chất hữu cơ rất khó ôxy hoá . Tro hoá ở nhiệt độ thích hợp rất hữu hiệu cho các mẫu chứa các chất hữu cơ. Cần phải tiến hành làm mẫu trắng song song để làm loại bớt sự nhiễm bẩn của kim loại có mặt trong hoá chất và dụng cụ,môi trường. Kết quả được tính theo : M= M hàm lượng kim loại nặng trong mẫu (mg/l) C nồng độ kim loại nặng trong mẫu đã xử lý (mg/l) B thể tích cuối cùng của mẫu đã xử lý (ml) IV.2.5. Phân huỷ mẫu bằng HNO3. 1.Dụng cụ. Bếp điện ,lưới animăng Binh tam giác 125ml,cốc có mỏ 150 ml Bình định mức 200 ml 2.Hoá chất : axit HNO3 đậm đặc 3.Tiến hành: Lắc đều mẫu , lấy chính xác 1 thể tích mẫu cho vào bình tam giác hoặc cốc có mỏ , thêm vào 5 máy lạnh HNO3 đậm đặc và 1 ít mảnh thuỷ tinh hoặc sành sứ. Đun sôi nhẹ và cho bay hơi trên bếp đến cạn trong tủ hút. Thêm 1 lượng nhỏ HNO3 cho đến khi mẫu được phân huỷ hoàn toàn ( dung dịch màu nhạt trong suốt). Không được để mẫu khô trong quá trình phân huỷ. Rửa sạch thành cốc , lọc nếu thấy cần thiết. Định mức tới thể tích thích hợp. IV.2.6. Phân huỷ mẫu bằng HNO3 và HCl. 1. Dụng cụ: Bếp điện ,lưới animăng Bình tam giác 125ml,cốc có mỏ 150 ml Bình định mức 200 ml 2. Hóa chất: axit HNO3 đậm đặc axit HCl đậm đặc 3.Tiến hành: Lắc đều mẫu, lấy chính xác 1 thể tích thích hợp cho vào bình tam giác hoặc cốc có mỏ thêm vào 3 ml HNO3 đậm đặc, đun nhẹ trên bếp điện trong tủ hút sao cho mẫu không được sôi và cô cạn đến khi mẫu còn lại ít hơn 5 ml. Để nguội cho thêm vào 5 ml HNO3 đậm đặc vào đậy bằng kính đồng hồ tiếp tục đun mạnh hơn, nếu cần thêm vào HNO3 và đun tiếp đến khi mẫu phân huỷ hoàn toàn. Tiếp tục cô cạn cho đến khi mẫu còn khoảng 5 ml, cho thêm 10 ml HCl 1:1 và 15 ml nước cất tiếp tục đun thêm 15 phút nếu mẫu bị vẫn đục thì đem lọc và sau đó định mức. IV.2.7. Phân huỷ mẫu bằng hỗn hợp hai axit HNO3 và H2SO4. 1.Dụng cụ: Bếp điện ,lưới animăng Binh tam giác 125ml,cốc có mỏ 150 ml Bình định mức 200 ml 2.Hoá chất: Dung dịch chỉ thị Meltyl da cam (MO) Axit HNO3 đậm đặc Axit H2SO4 đậm đặc 3.Cách tiến hành: Lấy chính xác thể tích mẫu thích hợp cho vào bình tam giác hoặc cốc có mỏ, axit hoá mẫu bằng H2SO4 đậm đặc với chỉ thị MO, cho tiếp 5