🐨 Xử Lý Kim Loại Nặng

Bởi nếu nguồn nước bị ô nhiễm, bị nhiễm các kim loại nặng sẽ không an toàn. Có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe, hệ thần kinh. Ngay dưới đây là một số cách xử lý tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước: Sử dụng máy lọc nước ion kiềm Trim ion Máy lọc nước ion kiềm Trim ion giúp loại bỏ các kim loại nặng hiệu quả Xử lý hóa học: Trung hòa nồng độ pH, keo tụ-tạo bông lắng, tuyển nổi… nhằm điều chỉnh lại nồng độ pH, loại bỏ kim loại, cặn lơ lửng và chất vô cơ. Xử lý sinh học: Kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí… nhằm loại bỏ đi các thành phần gây ô nhiễm hữu cơ. Giải Vật lí 10 Bài 22 - Kết nối tri thức: Thực hành: Tổng hợp lực. Hoạt động trang 88 Vật Lí 10: Gắn hai đế nam châm lên bảng thép, treo thanh kim loại lên hai đế nam châm bằng hai lò xo, treo các quả nặng vào hai đầu thanh, làm lò xo dãn ra một khoảng và thảo luận: 1. Làm thế nào thay thế hai lực F → 1 và F → 2 Tác hại của nước nhiễm kim loại nặng đối với con người. Khi nước chứa hàm lượng kim loại nặng vượt mức cho phép sẽ gây nguy hại cho sức khỏe con người nếu tiếp xúc lâu dài. Nếu cơ thể tích lũy hàm lượng lớn kim loại nặng sẽ gây ra nhiều biến chứng nặng nề Bệnh lý về da do nhiễm độc do tác hại kim loại nặng trong nước. Tìm hiểu thêm: Cách xử lý nước sinh hoạt đạt tiêu chuẩn đơn giản tại nhà. 5. Biện pháp xử lý kim loại nặng trong nước. Để xử lý nguồn nước bị nhiễm kim loại nặng có rất nhiều phương án được Lời giải: Để xử lí ô nhiễm kim loại nặng bằng phương pháp sử dụng vi sinh vật, cần lựa chọn nhóm vi sinh vật có đặc điểm: có khả năng hấp thụ, lưu giữ, thay đổi trạng thái điện tích kim loại nặng bằng cách liên kết các kim loại trong tế bào, kết tủa, tích tụ hoặc đóng gói các ion kim loại trong Để xử lý kim loại nặng thường dùng các phương pháp: phương pháp kết tủa, điện phân, trao đổi ion, kỹ thuật phân ly màng, cô đặc, bay hơi… 1. Phương pháp kết tủa hóa học a. Phương pháp kết tủa hợp chất hyđrôxit Đánh giá khả năng xử lý kim loại nặng trong nước sử dụng vật liệu chế tạo từ bùn thải mỏ chế biến sắt 1 và 0.5 mg/L. Kết quả nghiên cứu cho Sử dụng máy lọc nước RO để loại bỏ các kim loại nặng trong nước là biện pháp an toàn và hiệu quả nhất. Ngoài việc loại bỏ các kim loại nặng trong nước máy lọc nước còn diệt khuẩn lên đến 99% đảm bảo nguồn nước đầu ra đạt chuẩn. Daikiosan, Makano là hai arOY. Nội dung bài viết1 Kim loại nặng là gì? Kim loại nặng Crom Cr Kim loại nặng Chì Pb Kim loại nặng Cadimi Cd Kim loại nặng Asen As Kim loại nặng Thủy ngân Hg Kim loại nặng Kẽm Zn Kim loại nặng Niken Ni Kim loại nặng Đồng Cu2 Tác hại đáng sợ khi nước nhiễm kim loại Tổng hợp tiêu chuẩn về Kim loại nặng bạn nên biết 3 Giải pháp xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng? Kim loại nặng là gì? Tác hại khi nhiễm phải nước chứa kim loại nặng ra sao? Hãy cùng phế liệu Nhật Hàn đi sâu tìm hiểu chi tiết trong bài viết sau đây! Kim loại nặng là gì? Kim loại nặng là gì? Kim loại nặng được hiểu là những kim loại mang khối lớn hơn 5g/cm3. Đồng thời, mang số lượng nguyên tử cao, thường thể hiện tính kim loại ở nhiệt độ phòng. Thông thường, kim loại nặng được chia hẳn ra làm 3 loại. Đó là Các kim loại độc Hg, Cr, Zn, Cu, As, Co, Pb, Sn…, kim loại quý Au, Ag, Ru, Pt, Pd…, kim loại phóng xạ U, Th, Am, Ra…. Để giúp bạn đọc nắm thông tin một cách hiệu quả và tốt nhất, chúng tôi sẽ liệt kê một số lọai kim loại nặng hay được sử dung nhất hiện nay trong bảng thống kê dưới đây Kim loại nặng Crom Cr Theo nghiên cứu khoa học thì, kim loại Crom cùng các hợp chất Crom III thường sẽ không gây nguy hiểm cho sức khỏe con người. Song, những hợp chất của kim loại này mang hóa trị VI thường rất độc hại. Nó hay được sử dụng để làm thuốc nhuộm, sơn…Những hợp chất này thường xuyên được tìm thấy trong đất cũng như nước ngầm. Từ đó, nó gây ảnh hưởng tiêu cực tới sức khỏe của con người. WHO tổ chức y tế Thế Giới khuyến cáo lượng Crom VI có trong nước uống vào khoảng 0,05 mg/lít Kim loại nặng Chì Pb Chì được biết tới là kim loại nặng, được chú ý khá lớn do có tác động tới môi trường vì tính độc hại mà nó mang lại. Bình thường, Chì pha cùng xăng ở dưới dạng Tetraethyl hoặc tetrametyl P với mục đích để kích nổ. Kim loại nặng Cadimi Cd Cadimi Cd là dạng kim loại chuyển tiếp, khá hiếm. Nó mang tính mềm, màu trắng ánh xanh và chứa độc tính. Thông thường, Cadimi tồn tại ở dạng quặng kẽm, được dùng chủ yếu trong những loại pin. Cd thì thường rất độc hại do nó bị hấp thụ hay di động trong các mẫu kim loại khác. Cd mang nguồn gốc chủ yếu từ công nghiệp. Ví dụ như Mạ điện, sơn, phân bón, thuốc trừ sâu, chất dẻo Kim loại nặng Asen As Asen cũng là nguyên tố cần chú ý vì sở hữu lượng độc tố cực kỳ lớn. Loại kim loại trên mang nguồn gốc từ nông nghiệp. Chả hạn như thuốc diệt cỏ, trừ sâu Kim loại nặng Thủy ngân Hg Thủy ngân thường khá độc, hoàn toàn đủ khả năng gây chết người. Đặc biệt là khi bị nhiễm bệnh qua đường hô hấp. Chúng được sử dụng chủ yếu để sản xuất những loại hóa chất, ở kỹ thuật điện và điện tử. Nó cũng được dùng trong nhiệt kế Kim loại nặng Kẽm Zn Kẽm là nguyên tố cần thiết nhằm duy trì sự sống của con người cũng như nhiều loại động, thực vật khác. Song, nếu như hàm lượng kẽm vượt quá mức cần thiết thì sẽ cực kỳ gây hại cho sức khỏe bởi. Người ta thấy rằng, Kẽm hay sinh ra từ những ngành công nghiệp. Chả hạn như Mạ, hàn, chế tạo pin, thuốc nhuộm, sơn Kim loại nặng Niken Ni Niken là một kim loại mang màu trắng bạc. Ở dưới dạng tự nhiên, Niken còn xuất hiện ở các dạng hợp chất với lưu huỳnh trong khoáng chất millerit, cùng asen trong khoáng chất niccolit, asen cùng lưu huỳnh chứa trong quặng Niken. Thông thường, Niken phải xuất phát từ công nghiệp luyện kim, xúc tác của ngành hữu cơ và than đốt Kim loại nặng Đồng Cu Mọi hợp chất của Đồng thường là những chất độc. Bình thường, chúng ở dạng bột, được hiểu như một chất dễ cháy. Chỉ cần khoảng 30 gam sulfat đồng đã đủ để gây chết người. Theo đó, nếu đồng tồn tại trong nước với nồng độ lớn hơn 1 mg/lít thì sẽ có khả năng gây bẩn cho quần áo đã được giặt sạch sẽ. Nước bị nhiễm đồng thường mang nguồn gốc từ Thuốc trừ sâu, phấn bón, sơn dầu… Xem thêm bài viết Hợp kim cứng là gì? Tác hại đáng sợ khi nước nhiễm kim loại nặng Tác hại về sức khỏe khi nước nhiễm kim loại nặng ra sao? Tác hại đáng sợ của nước bị nhiễm kim loại nặng tới sức khỏe con người là Tích lũy lâu dài sẽ dẫn tới nhiều biến chứng nặng nề gây nên tổn thương não, cơ quan quan trọng. Kim loại nặng để tiếp xúc với màng tế bào sẽ tác động tới sự phân chia của DNA. Từ đó, dẫn tới những ảnh hưởng tiêu cực như Thai chết, dị dạng cho những trẻ sinh ở thế hệ sau. Nước nhiễm kim loại nặng còn có thể là nguyên nhân gây ra các bệnh lý về ung thư như Cổ tử cung, vòng họng, dạ dày… Kim loại nặng tồn tại trong nước với thời gian lâu còn mang khả năng làm mất đi những thành phần tự nhiên có trong nước, tạo độc tố gây hại cho nguồn nước. Dùng nước chứa kim loại nặng sẽ làm cản trở quá trình trao đổi chất trong cơ thể, sự hấp thu dinh dưỡng cũng như quá trình trao đổi chất tại cơ thể. Làm rối loạn hệ tiêu hóa, tim mạch cũng như hệ thống thần kinh. Sử dụng nước nhiễm kim loại nặng còn dẫn tới kích ứng da, mang tác hại về lâu dài lên da. Tổng hợp tiêu chuẩn về Kim loại nặng bạn nên biết Tên kim loại Ký hiệu Tác hại của kim loại nặng với sức khỏe Tiêu chuẩn kim loại nặng Chì Pb Đau bụng, khớp, viêm thận, tai biến não, cao huyết áp… – Hàm lượng nước đóng chai là 10 µg/L. Trong nước ngầm là 10 µg/L Crom Cr loét dạ dày, ruột non, viêm gan, ung thư phổi, viêm thận – Hàm lượng nước đóng chai là 50 µg/L. Trong nước ngầm là 50 µg/L Asen As Chỉ gây độc cho hệ hô hấp – Hàm lượng nước đóng chai là 10 µg/L. Trong nước ngầm là 50 µg/L Cadimi Cd Gây hại cho sức khỏe con người – Hàm lượng nước đóng chai là 3 µg/L. Trong nước ngầm là 5 µg/L Thủy Ngân Hg Ảnh hưởng hệ thần kinh, làm phân liệt nhiễm sắc thể, tác động tới sự phân chia tế bào – Hàm lượng nước đóng chai là 6 µg/L. Trong nước ngầm là 1 µg/L Giải pháp xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng? Giải pháp xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng Giải pháp xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng như thế nào? Hiện nay, có nhiều giải pháp xử lú nước ô nhiễm kim loại nặng. Đó là Sử dụng công nghệ màng lọc Xử lý sinh học Chất xúc tác quang Trao đổi ion Trên đây là những chia sẻ của chúng tôi về Kim loại nặng là gì? Tác hại khi nhiễm phải ra sao? Mong rằng, bạn sẽ có thêm nhiều kiến thức hay, hấp dẫn sau khi đọc xong bài viết này. Nếu có nhu cầu thanh lý, mua bán phế liệu hợp kim vui lòng liên hệ phế liệu Nhật Hàn để nhận được tư vấn và báo giá tốt nhất. Mục Lục Mở đầu Trong một vài thập kỷ gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của đất nước, nghành công nghiệp Việt Nam đã có những tiến bộ không ngừng cả về số lượng các nhà máy cũng chủng loại các sản phẩm và chất lượng cũng ngày càng được cải thiện. Nghành công nghiệp phát triển đã đem lại cho nhân dân những hàng hóa rẻ hơn mà chất lượng không thua kém so với hàng ngoại nhập là bao nhiêu. Ngoài ra, ngành công nghiệp cũng đóng một vai trò đáng kể trong nền kinh tế quốc dân. Bên cạnh nhữn 97 trang Chia sẻ huyen82 Lượt xem 2188 Lượt tải 5 Tóm tắt tài liệu Kim loại nặng và biện pháp xử lý, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trêng tác động tích cực do nghành công nghiệp mang lại thì cũng phải kể đến những tác động tiêu cực. Một trong những mặt tiêu cực đó là các loại chất thải do các nghành công nghiệp thải ra ngày càng nhiều làm ảnh hưởng đến môi trường sống và sức khoẻ của người dân. Môi trường sống của người dân đang bị đe dọa bởi các chất thải công nghiệp, trong đó vấn đề bức xúc nhất phải kể đến nguồn nước. Hầu hết các hồ, ao sông, ngòi đi qua các nhà máy công nghiệp ở Việt Nam đều bị ô nhiễm đặc biệt là các hồ ao trong các đô thị lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Một trong những nguyên nhân làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước ở Việt Nam là nước thải công nghiệp có chứa kim loại nặng như thủy ngân, chì, kẽm, đồng, crôm, nikel... ảnh hưởng của các kim loại này gây ra rất lớn ngay cả khi chúng ở nồng độ rất thấp do độc tính cao và khả năng tích luỹ lâu dài trong cơ thể sống. Các nguồn chính thải ra các kim loại nặng này là từ các nhà máy cơ khí, nhà máy luyện kim, nhà máy mạ và các nhà máy hóa chất... Tác động của kim loại nặng tới môi trường sống là rất lớn, tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam việc xử lý các nguồn nước thải chứa kim loại nặng từ các nhà máy vẫn chưa có sự quan tâm đúng mức. Bởi các nhà máy ở Việt Nam thường là có quy mô sản xuất vừa và nhỏ do vậy khả năng đầu tư vào các hệ thống xử lý nước thải là hạn chế. Hầu hết các nhà máy chưa có hệ thống xử lý hoặc hệ thống xử lý quá sơ sài do vậy nồng độ kim loại nặng của các nhà máy thải ra môi trường thường là các hệ thống sông, hồ đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Theo đánh giá của một số các công trình nghiên cứu hầu hết các sông, hồ ở hai thành phố lớn là Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, và một số thành phố có các khu công nghiệp lớn như Bình Dương nồng độ kim loại nặng của các sông ở các khu vực này đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 4 lần [32]. Có thể kể đến các sông ở Hà Nội như sông Tô lịch, sông Nhuệ nơi có nhiều nhà máy công nghiệp, ở thành phố Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn và kênh Nhiêu Lộc, kênh Sài Gòn ... Trước hiện trạng trên, đòi hỏi phải có những phương pháp thích hợp, hiệu quả để xử lý kim loại nặng nhằm tránh và hạn chế những tác động xấu của nó đến môi trường và sức khỏe cộng động. Nội dung của đồ án Phần I Tổng quan về nước thải chứa kim loại nặng Phần II Giới thiệu một số các phương pháp xử lý kim loại Phần III Nghiên cứu, thăm dò khả năng sử dụng chất hấp phụ sinh học có nguồn gốc từ chất thải thủy sản chitosan để xử lý kim loại nặng Cr6+ Kết luận Phần I Tổng quan về kim loại nặng trong nước thải CHƯƠNG I GIớI THIệU SƠ LƯợC Về KIM LOạI NặNG Giới thiệu sơ lược về kim loại nặng Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3. Các kim loại quan trọng nhất trong việc xử lý nước là Zn, Cu, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, As, ... Một vài các kim loại trong số này có thể cần thiết cho cơ thể sống bao gồm động vật, thực vật, các vi sinh vật khi chúng ở một hàm lượng nhất định như Zn, Cu, Fe... tuy nhiên khi ở một lượng lớn hơn hoặc nhỏ hơn nó sẽ trở nên độc hại. Những nguyên tố như Pb, Cd, Ni không có lợi ích nào cho cơ thể sống. Những kim loại này khi đi vào cơ thể động vật hoặc thực vật ngay cả ở dạng vết cũng có thể gây độc hại. Trong tự nhiên, kim loại nặng tồn tại trong ba môi trường môi trường khí, môi trường nước và môi trường đất. Trong môi trường khí, kim loại nặng thường tồn tại ở dạng hơi kim loại. Các hơi kim loại này phần lớn là rất độc, có thể đi vào cơ thể con người và động vật khác qua đường hô hấp. Từ đó gây ra nhiều bệnh nguy hiểm cho con người và động vật. Trong môi trường đất thì các kim loại nặng thường tồn tại ở dưới dạng kim loại nguyên chất, các khoáng kim loại, hoăc các ion... Kim loại nặng có trong đất dưới dạng ion thường được cây cỏ, thực vật hấp thụ làm cho các thực vật này nhiễm kim loại nặng… Và nó có thể đi vào cơ thể con người và động vật thông qua đường tiêu hóa khi người và động vật tiêu thụ các loại thực vật này. Trong môi trường nước thì kim loại nặng tồn tại dưới dạng ion hoặc phức chất... Trong ba môi trường thì môi trường nước là môi trường có khả năng phát tán kim loại nặng đi xa nhất và rộng nhất. Trong những điều kiện thích hợp kim loại nặng trong môi trường nước có thể phát tán vào môi trường đất hoặc khí. Kim loại nặng trong nước làm ô nhiễm cây trồng khi các cây trồng này được tưới bằng nguồn nước có chứa kim loại nặng hoặc đất trồng cây bị ô nhiễm bởi nguồn nước có chứa kim loại nặng đi qua nó. Do đó kim loại nặng trong môi trường nước có thể đi vào cơ thể con người thông qua con đường ăn hoặc uống. Bảng Một số các kim loại nặng và ảnh hưởng của chúng đến cơ thể sống Tên kim loại nặng Khối lượng phân tử g Khối lượng riêng g/cm3 ảnh Hưởng đến thực vật ảnh hưởng đến động vật Pt 195 21,4 Độc - Hg 200,56 13,59 Độc Độc Pb 207 11,34 Độc Độc Cu 64 8,92 Cần thiết Độc Cần thiết Độc Co 59 8,9 - Cần thiết Ni 59 8,9 Độc Cần thiết Cd 112 8,65 Độc Độc Fe 56 7,86 Cần Cần thiết Cr 52 7,2 Cần thiết Độc Cần thiết Mn 55 7,2 Cần thiết Độc Cần thiết Zn 65 7,14 Cần thiết Các quá trình sản xuất công nghiệp, quá trình khai khoáng, quá trình tinh chế quặng, kim loại, sản xuất kim loại thành phẩm... là các nguồn chính gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước. Thêm vào đó, các hợp chất của kim loại nặng được sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp khác như quá trình tạo màu và nhuộm, ở các sản phẩm của thuộc da, cao su , dệt, giấy, luyện kim, mạ điện và nhiều nghành khác... cũng là nguồn đáng kể gây ô nhiễm kim loại nặng. Khác biệt so với nước thải nghành công nghiệp, nước thải sinh hoạt thường có chứa trong nó một lượng kim loại nhất định bởi quá trình tiếp xúc lâu dài với Cu, Zn, hoặc Pb của đường ống hoặc bể chứa. Sự tồn tại của kim loại nặng ở trong nước thải sinh hoạt do các tác nhân trong các mỹ phẩm dùng để trang điểm, rửa mặt... Một vài hóa chất được sử dụng trong nông nghiệp cũng làm gia tăng ô nhiễm kim loại nặng như Cu được thêm vào thức ăn cho lợn và được bài tiết ra một lượng lớn bởi các loài động vật. Kim loại nặng được phân loại nói chung là chất độc hại hoặc rất độc hại đối với các động vật sống dưới nước hoặc rất nhiều các loài thực vật mặc dù ngay cả khi với mỗi loài hoặc một nhóm loài có liên quan gần gũi tới nhau thì chúng đều có độ nhạy cảm với ảnh hưởng của kim loại là khác nhau. Chỉ một phần nhỏ các tác động của kim loại nặng đối với các thực vật nhỏ thủy sinh được biết đến. Tuy nhiên các loại tảo, các loài động vật nhỏ không có xương sống, các loài các loại được nghiên cứu rộng rãi. Nói chung trong môi trường nước thì kim loại nặng có thể được liệt kê sẵp xếp theo thứ tự giảm độc hại như sau Hg, Cd, Cu, Ni, Pb, Cr, Co [20].... Tuy nhiên sự sắp xếp này chỉ là tương đối và các vị trí của các nguyên tố này trong chuỗi sẽ rất khác nhau với từng loài, từng điều kiện và đặc điểm môi trường. Phân chia theo sự khác biệt về đặc tính của độ nhạy cảm với các kim loại, độc tính của các kim loại rất đa dạng với các điều kiện môi trường chính bởi vì ảnh hưởng của điều kiện môi trường khác nhau lên các đặc tính của từng kim loại. Nghiên cứu ảnh hưởng, hậu quả của kim loại nặng trong nước tới sinh thái thường gặp những cản trở bởi thực tế là các tạp chất ô nhiễm khác luôn luôn có mặt, do đó khó có thể xác định được mức độ ô nhiễm hay hậu quả của các kim loại có trong nước thải gây nên với môi trường sinh thái. Trong môi trường thì các kim loại nặng tồn tại trong các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ. Có một vài bằng chứng cho thấy rằng khi trong nước thải có chứa các hợp chất hữu cơ thì độc tính của kim loại đối với các động thực vật sống giảm đi. Tuy nhiên cũng có khi sự tồn tại một số các hợp chất hữu cơ mà sự có mặt của nó cùng với các kim loại nặng lại làm tăng thêm độc tính của kim loại nặng đó. Ví dụ như metyl thủy ngân. Đối với con người một số các kim loại khi tồn tại một hàm lượng nhất định trong cơ thể con người sẽ có ích, tuy nhiên khi nồng độ của các kim loại này lớn hoặc thấp hơn mức cho phép thì nó sẽ là chất độc gây rối loạn trong cơ thể con người và tạo ra các bệnh nguy hiểm như rối loạn cơ quan thần kinh, phá hủy gan, thận hoặc gây ra các bệnh ung thư... Kim loại nặng trong môi trường nước Ion kim loại nặng trong môi trường nước thường kết hợp với các thành phần khác để chuyển về trạng thái bền hơn. Trong nước chúng thường bị hyđrat hóa tạo ra lớp vỏ là các phân tử nước che chắn nó với các phân tử không phải là nước ở xung quanh để trở về trạng thái bền hơn. Lớp vỏ hyđrat này thường là hình cầu mà ion kim loại nằm ở trung tâm, các phân tử nước bao xung quanh được gọi là lớp vỏ. Các phân tử nằm sát với ion kim loại nhất thì chúng có tương tác với ion kim loại mạnh nhất, các lớp tiếp sau thì yếu hơn và trong một khoảng cách nào đó thì sẽ không có tương tác. Quá trình hyđrat hóa có thể được coi là quá trình tạo phức với nhân trung tâm là ion kim loại và các phối tử là các phân tử nước. Thông thường số phối trí của hấu hết các kim loại là 6. Các ion kim loại mang điện tích dương do vậy dưới tác dụng của lực đẩy tĩnh điện các nguyên tử hiđro của các phân tử nước nằm sát với các ion kim loại bị đẩy ra, và như vậy làm cho các phân tử nước nằm sát các ion kim loại có tính axit cao hơn khả năng nhường proton cao hơn so với các phân tử nước ở ngoài dung dịch. Quá trình nhường proton này đã tạo thành các phức chất hyđroxo, oxo hay hyđro oxo kim loại tức là các sản phẩm hyđroxit, oxit hay oxit hyđroxit hỗn hợp. Quá trình này gọi là quá trình thủy phân của kim loại, ion kim loại với nước. Như đã trình bày, việc tách proton ra khỏi các phân tử nước nằm sát các ion kim loại là nhờ vào lực đẩy tĩnh điện, tức là phụ thuộc vào điện tích của các ion kim loại và khoảng cách giữa chúng với các phân tử nước. Do vậy ion kim loại nào có điện tích càng cao thì khả năng tách proton càng lớn. Đối với các ion có cùng điện tích thì ion nào có kích thước ion càng nhỏ thì lực tĩnh điện tạo ra bởi nó với proton càng mạnh do mật độ điện tích của các ion này cao hơn so với các ion cùng điện tích. Với các ion có điện tích là +1 các kim loại kiềm, lực tương tác giữa chúng với các proton lớp vỏ không đủ để tách proton này ra. Do vậy các ion kim loại có điện tích +1 chỉ tồn tại ở trạng thái hiđrat hóa. Với các ion có điện tích là +2 thì lực tương tác có mạnh hơn, tuy nhiên nó chỉ có khả năng đẩy proton ra ở vùng pH cao tức là các phân tử nước xung quanh có khả năng tiếp nhặn proton cao, ở trong nhóm này thì các ion kim loại có kích thước nhỏ, mật độ điện tích lớn có khả năng đẩy các proton và tạo thành các hiđroxit kim loại. M2+. 6H2O = M2+. + H+ M2+. = MOH +H+ Đối với các ion kim loại có điện tích là +3, lực tương tác của chung đủ mạnh để tách cả 3 proton ở điều kiện pH trung hòa, thậm chí có thể tách được cả proton thứ tư khi ở pH cao, ví dụ như sắt III ở pH > 8,5. Fe3+. 6H2O đ FeOH2+.5H2O đ FeOH2+. 4H2O đ FeOH đ FeOH Đối với các ion có điên tích là 4 hay cao hơn, việc tách các proton ra hết sức dễ dàng, chúng có thể tách cả 2 proton trong một phân tử nước và tạo thành các phức oxo Cr2O72-, CrO42-, MnO4- ... CHƯƠNG II Giới thiệu một số các kim loại nặng và các ảnh hưởng của chúng lên cơ thể hữu cơ sống và con người Crom CTHH Cr Cr3+, Cr6+ Nguồn phát sinh Crom nói chung được biết đến trong trang trí của các sản phẩm mạ crom. Hầu hết các quặng crom sản xuất được sử dụng trong sản xuất thép không rỉ. Tuy nhiên, crom kim loại là chất không độc hại, chỉ các hợp chất của crom dưới dạng ion Cr3+, Cr6+ mới có độc tính. Trong môi trường nước, crom chủ yếu xuất hiện dưới dạng Cr3+, Cr6+. Cr6+ xuất hiện trong nước thải dưới dạng các hợp chất CrO42- pH >7 Cr2O72- pHÊ 7. Các hợp chất của crom được thêm vào nước làm lạnh để ngăn chặn sự ăn mòn. Chúng cũng được sử dụng trong các quá trình sản xuất như + Tạo màu, nhuộm + Tananh hóa + Điện cực nhôm và các quá trình mạ kim loại và mạ điện khác + Trong các nghành công nghiệp hóa chất Trong các quá trình mạ trong công nghiệp thì nghành sản xuất ô tô sản xuất ra nhiều các sản phẩm mạ crom nhất. Nguồn chính của việc thải các hợp chất crom là các axit crom được sử dụng trong quá trình mạ. Cr3+ xuất hiện trong nước thải phần lớn là do quá trình khử Cr6+ trong nước thải công nghiệp. Tuy nhiên trong các nước thải mạ vẫn có chứa Cr3+ kể cả khi chưa khử. Độc tính Crom khi ở nồng độ nằm ngoài khoảng cho phép đi vào cơ thể con người sẽ gây ra những tác hại + Khi bị nhiễm độc crom ở nồng độ thấp thì người nhiễm độc sẽ cảm thấy có vị kim loại, ớn lạnh, đau cơ. + Crom được tích lũy trong gan thận, gây tổn thương gan thận và làm tổn thương các cơ quan khác. Tiêu chuẩn cho phép của Crom trong nước Theo tiêu chuẩn của tổ chức WHO nồng độ cho phép của Crom trong nước uống là 0,05 mg/l, ở Việt Nam nồng độ crom cho phép trong nước sinh hoạt là 0,05 mg/l. Đồng CTHH Cu Cu+, Cu2+ Nguồn phát sinh Nguồn thải chính của đồng trong nước thải công nghiệp là nước thải quá trình mạ và nước thải quá trình rửa, ngâm trong bể có chứa đồng. Các bể làm bằng đồng và đồng thau thường bị các axit mạnh, trong các quá trình chứa, đựng các dung dịch, oxi hóa làm đồng tan vào trong dung dịch. Còn trong các quá trình mạ, đồng được sử dụng làm nguyên liệu chính hoặc chỉ là lớp phủ cho các kim loại như vàng, bạc ... Đồng trong nước thải thường tồn tại dưới các dạng các muối Cu2+ như CuCl2, CuSO4 ... hoặc tồn tại dưới dạng các muối phức. Ví dụ như khi đồng được kết hợp với kiềm Na OH tạo ra Na2[CuOH4]. Độc tính Đồng có độc tính cao đối với hầu hết các thực vật thủy sinh, ở nồng độ thấp Ê 0,1 mg/l, nó đã gây ra ức chế không cho các loài thực vật này phát triển. Ngoài ra đồng còn có khả năng làm mất muối bởi vậy làm giảm khả năng thẩm thấu của tế bào. Đối với độc tính của đồng lên thực vật thủy sinh thì đồng chỉ đứng sau thủy ngân. Đối với các loài cá nước ngọt thì đồng cũng gần như là kim loại có độc tính nhất chỉ sau thủy ngân. Ngưỡng độc của đồng là LC50 = 0,017 - 1 mg/l, tùy thuộc vào điều kiện môi trường và từng loài. Đồng ít độc hơn đối với các loài cá biển vì khả năng tạo phức cao của đồng đối với các muối có trong nước biển, các phức này có thể là các phức kết tủa hoặc các phức được tạo ra này ít nguy hiểm hơn. Đối với con người thì đồng không quá độc bởi sự kết hợp trung gian của đồng giữa các axit mạnh và axit yếu. Cũng không có bằng chứng nào chứng tỏ đồng là chất gây ung thư cho con người. Tuy nhiên cũng như các kim loại nặng khác, khi ở nồng độ cao, đồng có thể tích luỹ vào các bộ phận trong cơ thể như gan, thận ... và gây tổn thương đối với các cơ quan này. Chì CTHH Pb Pb2+ Nguồn phát sinh * Nguồn gốc tự nhiên Hàm lượng chì trong vỏ trái đất 10-20 mg/kg. Trong nước ngầm và nước mặt nồng độ của chì không vượt quá 10 mg/l. Trong không khí lượng chì đưa vào khí quyển khoảng tấn/năm, trong đó 80-90% bắt nguồn từ chất phụ gia akyl chì. * Nguồn nhân tạo Lượng chì tiêu thụ trên thế giới ngày một tăng do vậy lượng chì thải ra môi trường ngày càng lớn. Các nguồn thải ra chì chính là + Khai thác quặng có chứa chì như mỏ chì sunfit PbS, chì cacbonat PbCO3 và chì sunfatPbSO4... +Tinh luyện Chì + Sản xuất pin, acquy có sử dụng điện cực chì + Xử dụng xăng có pha chì + Quá trình luyện thép + Sản xuất chất màu + Thuốc trừ sâu có sử dụng Pb + Và một số các quá trình khác Độc tính Các tác động của chì lên quá trình sinh hóa, đặc biệt lên quá trình tổng hợp heme cả ở người lớn và trẻ em. Khi nồng độ chì trong máu cao người ta thấy + Tăng tỷ lệ protoporphyrin tự do ở hồng cầu + Tăng đào thải coproporhyrin và axit d- aminolevulinicd-ALA trong nước tiểu. Do vậy d- ALA không được tích luỹ trong cơ thể. + Do thiếu heme để tổng hợp hemoglobin nên gây bệnh thiếu máu khi nồng độ chì lên tới 1,92 mmol/l 40mg/dl + Chì ảnh hưởng đến hệ thần kinh, hệ sinh sản và máu của con người và động vật. Chì được tích luỹ trong xương, mề và máu. + Trẻ em dễ bị ngộ độc chì hơn người lớn vì cơ thể của trẻ em hấp thụ chì dễ dàng hơn và ít có khả năng đào thải chúng . * Dấu hiệu và triệu chứng + Sau một vài tháng tiếp xúc với chì ở nồng độ thấp kém thông minh, mất trí, da tái do thiếu máu, chán ăn, đau đầu, nôn, đau bụng, mệt mỏi, có vị kim loại trong miệng. + Với nồng độ cao có thể bị nôn dữ dội, đau khớp, cổ tay, bàn chân rã rời, co giật, đau bụng. Tiêu chuẩn cho phép của Pb trong nước Người ta xác định khi nồng độ trong máu dưới 25mg/dl thì giảm chỉ số thông minh IQ. Nhưng cho đến nay những nghiên cứu chưa có đủ số liệu để xác định chính xác giá trị ngưỡng độc của chì. Giá trị ngưỡng dao động trong khoảng 10- 15 mg/dl. Nếu nồng độ chì trong máu lớn hơn 30 mg/dl thì xuất hiện sự suy giảm tốc độ dẫn truyền ngoại biên của người. Nếu lớn hơn 40 mg/dl có thể dẫn đến rối loạn chức năng vận động và chức năng của hệ thần kinh thưc vật. Tiêu chuẩn PTWI = 0,025 -0,05 mg Pb/kg cân nặng cơ thể /tuần. Nồng độ cho phép tối đa của chì trong nước uống của tổ chức WHO là 0,05 mg/l. Tiêu chuẩn cho phép của chì trong nước sinh hoạt của Việt Nam là 0,05 mg/l. ngân CTHH Hg.Hg, Hg+, Hg2+ Nguồn phát sinh * Nguồn gốc tự nhiên Thủy ngân tự nhiên chủ yếu do quá trình thoát khí của vỏ trái đất và sự phun trào núi lửa. Thủy ngân có nguồn gốc tự nhiên đưa vào môi trường 2700-6000 tấn/năm. * Nguồn gốc nhân tạo Hàng năm thế giới khai thác khoảng tấn thủy ngân kim loại. Trong quá trình khai thác một phần thủy ngân bị mất trong môi trường và có phần thải trực tiếp vào khí quyển. Một số các nguồn sau cũng đóng góp vào ô nhiễm môi trường do thủy ngân như +Luyện quặng kim loại sunfit +Tinh luyện vàng +Sản xuất xi măng +Thiêu chất thải rắn + Trong đời sống người ta sử dụng thủy ngân vào nhiều công việc như làm catot trong điện phân muối NaCl. Sản phẩm xút của quá trình điện phân bị ô nhiễm bởi thủy ngân. Người ta ước tính khi sản xuất 1tấn sản phẩm sẽ thải khoảng 450g thủy ngân vào môi trường. + Trong công nghiệp sản xuất các dụng cụ đo lường có sử dụng thủy ngân. + Tinh luyện vàng + Trong nha khoa dùng hỗn hợp Cu-Hg để hàn răng có thể chứa tới 70% thủy ngân. + Thủy ngân được dùng trong một số loại mỹ phẩm nhất là đối với người da đen để làm sáng da. * Các dạng của thủy ngân trong môi trường sống và cơ thể con người Thủy ngân tồn tại trong môi trường tự nhiên và cơ thể sống của con người dưới dạng Hg nguyên tố, các hợp chất của Hg+ và Hg2+. + Độ tan của thủy ngân tăng dần theo thứ tự Hg nguyên tố Tt MA Trong đó Mn+ ion kim loại Am- tác nhân gây kết tủa Tt tích số tan. Trong phương pháp này người ta có thể sử dụng nhiều các nhân để tạo kết tủa với kim loại như S2-, SO42-, PO43-, Cl-, OH- ... nhưng trong đó S2-,OH- được sử dụng nhiều nhất vì nó có thể tạo kết tủa dễ dàng với hầu hết các kim loại, còn các ion PO43-, SO42-, Cl- ... chỉ tạo kết tủa với một số các ion kim loại nhất định do vậy chúng chỉ được dùng khi dòng thải chứa đơn kim loại hoặc một vài kim loại nhất định. Đối với mỗi kim loại khác nhau có pH thích hợp để kết tủa khác nhau tùy thuộc vào khả năng tạo kết tủa của MOHn và tùy thuộc vào nồng độ các kim loại có trong nước thải cần xử lý. Trong nước thải chứa kim loại thường tồn tại dưới dạng ion ở nhiều dạng khác nhau có những hợp chất hoặc chất dễ kết tủa nhưng có những chất khó kết tủa hoặc cực độc hại như các hợp chất của Cr6+ ta phải tiến hành xử lý biến đổi các chất đó về dạng ít độc hơn và dễ kết tủa hơn. Quá trình oxi hóa khử Như đã nói ở trên, để xử lý kim loại nặng trong nước bằng phương pháp kết tủa có hiệu quả thì ta cần phải chuyển các kim loại khó có khả năng kết tủa với tác nhân làm kết tủa và có tính cực độc về dạng dễ kết tủa hơn và ít độc hơn. * Cơ chế M hóa trị n + tác nhân oxi hóa khử = Mhóa trị m +chất mớinếu có M kim loại dưới dạng hợp chất hoặc ion. * Các tác nhân sử dụng phải thỏa mãn các yêu cầu sau + Có tính oxi hóa hoặc khử đảm bảo có thể chuyển hóa hết được kim loại về dạng mong muốn. + Không tạo ra các chất mới có độc tính hoặc khó xử lý. + Kim loại sau quá trình phải ở dạng phù hợp, dễ xử lý cho quá trình tiếp theo quá trình tạo kết tủa. + Các tác nhân dễ kiếm, dễ sử dụng và rẻ tiền. + Càng tạo ra ít chất mới càng tốt. * Ta có thể xét một ví dụ là khử Cr6+ có trong nước thải có nhiều trong nước thải mạ điện thành Cr3+ Cr6+ tồn tại trong nước thải dưới dạng CrO42- nếu ở trong môi trường kiềm, hoặc Cr2O72- nếu ở trong môi trường axit. Cr6+ là chất oxi hóa mạnh và các hợp chất của nó có độc tính cao như đã trình bày ở phần I do vậy trong quá trình xử lý nước thải có chứa Cr6+ người ta thường phải có biện pháp xử lý để chuyển Cr6+ thành Cr3+ Cr6+ + 3e = Cr 3+ Các chất thường dùng để khử Cr6+ là Fe SO4, NaHSO3, các hợp chất có chứa S ... * Phản ứng + Nếu dùng tác nhân là FeSO4 6 FeSO4 + H2Cr2O7 + 6 H2SO4 = 3Fe2SO43 + Cr2SO43 + 7H2O hoặc 2CrO3 + 6FeSO4 + 6H2SO4 = 3Fe2SO43 + Cr2SO43 + 6H2O + Nếu dùng tác nhân là NaHSO3 2H2Cr2O7 + NaHSO3 + 3H2SO4 = 2Cr2SO43 + 3Na2SO4 + 8H2O hoặc 4CrO3 + 6NaHSO3 +3 H2SO4 = 2 Cr2SO43 +3 Na2SO4 + 6H2O + Nếu dùng tác nhân là Na2S H2Cr2O7 + 3Na2S + 6H2SO4 = Cr2SO43 + 3Na2SO4 + 7H2O +3S Tùy vào từng điều kiện, hoàn cảnh của từng nhà máy khác nhau mà ta có thể lựa chọn phương pháp xử lý cho thích hợp. Dựa trên các phản ứng trên ta có thể đưa ra phương trình động học của phản ứng khử Cr rpư = r tốc độ phản ứng k hằng số tốc độ phản ứng a,b,c các hằng số được xác định bằng thực nghiệm CK nồng độ chất khử trong thời điểm xác định trong phản ứng. CH nồng độ H+ trong phản ứng Ccr nồng độ Cr6+ trong thời điểm xác định Qua phương trình trên ta thấy pH có ảnh hưởng lớn đến quá trình. Trên cơ sở thực nghiệm, các số liệu đã cho thấy khoảng pH phù hợp cho quá trình 1- 5 tối ưu là 3. ở pH bằng 3, hiệu suất quá trình thường đạt từ 85-100%. Đặc biệt với 3 chất Na2S, FeSO4, NaHSO3 với nồng độ thích hợp của các chất này ở pH =3 thì hiệu suất có thể đạt tới 99,99 %. Điều này thuận lợi cho việc loại bỏ Cr6+ trong nước. Như vậy với việc đã xác định được khoảng pH tối ưu cho quá trình thì coi như trong quá trình pH =3 không đổi, phương trình động học có thể rút gọn lại rpư = k. Để phản ứng xảy ra hoàn toàn thì lượng chất khử đưa vào thường lớn hơn nhiều lần lượng cần phản ứng, do vậy trong nhiều trường hợp ta có thể coi nồng độ chất khử là không đổi. Do vậy phương trình động học có thể viết lại rpư = = Dựa vào các thông số thực nghiệm và giải bằng phương pháp bình phương tối thiểu ta có thể xác định được phương trình động học của phản ứng. * Cách xác định lượng hóa chất tiêu hao trong xử lý Cr6+ Lấy 100 ml nước thải có chứa CrO3 thêm H2SO4 làm môi trường, sau đó đem chuẩn độ bằng dung dịch chứa chất tác nhân oxi hóa hoặc khử ví dụ như NaHSO3 0,1M ta có đến khi dung dịch chuyển từ màu nâu đỏ sang màu xanh nhạt. Lượng NaHSO3 cần dùng là g NaHSO3 Vậy Vl nước thải cần dùng g NaHSO3 Trong đó X là lượng chất chuẩn độ tiêu tốn 104 khối lượng phân tử của NaHSO3 Từ đây ta có thể xác định lượng hóa chất cần cho vào để xử lý nước thải một cách hợp lý nhất, tránh lãng phí. + Tương tự như vậy ta tính với khi sử dụng FeSO4 , Na2S..... Trong nhiều kết quả thực nghiệm trong nhiều công trình của các tác giả khác nhau, người ta đã cho thấy rằng việc sử dụng FeSO4 để khử Cr6+ là tốt nhất và kinh tế nhất. Lượng hóa chất FeSO4 cần thiết để khử Cr6+ ít hơn 4-5 lần thậm chí tới 10 lần nếu sử dụng các hóa chất khác. Quá trình kết tủa Sau khi đã dùng phương pháp để chuyển các kim loại về dạng dễ xử lý và ít độc hơn thì ta tiến hành phương pháp kết tủa. * Kết tủa dùng OH ở một vùng pH nhất định pH >7 các kim loại kết hợp với OH- tạo thành các hiđroxit kim loại kết tủa Cu2+ + 2OH- = CuOH2¯ Cd2+ + 2OH- = CdOH2¯ Ni2+ + 2OH- = Ni OH2¯ Cr3+ + 3OH- = Cr OH3¯ Fe3+ + 3OH- = Fe OH3¯ Zn2+ + 2OH- = ZnOH2¯ Nguyên tắc để tạo kết tủa là [Mn+].[OH-]n > Tt MOHn Bảng pH tại điểm bắt đầu kết tủa của các kim loại Ion pH Ion pH Fe +3 2,0 Cd +2 6,7 Cu +2 5,3 Co +2 6,9 Cr +3 5,3 Zn +2 7,0 Fe +2 5,5 Mg +2 7,3 Pb +2 6,0 Mn +2 8,5 Ni +2 6,7 Ag + 9 pH trong quá trình phải đảm bảo để quá trình có thể tạo kết tủa dễ dàng, thuận lợi. Để tạo pH > 7 ta có thể dùng các chất có tính kiềm như NaOH, KOH, CaOH2.... Để cho kinh tế, người ta thường sử dụng CaOH2 vì chất này vừa rẻ, dễ kiếm lại cho hiệu quả tốt. Tuy nhiên phương pháp này thường không hiệu quả đối với các kim loại kết tủa khác nhau lớn, đặc biệt là đối với các kim loại có khả năng tạo phức khi ở pH lớn. Đây là một trong những nhược điểm lớn nhất của phương pháp kết tủa dùng OH- Bảng trên chỉ nêu mức pH tối thiểu có thể để kết tủa các kim loại nặng. ở mức pH này độ kết tủa của các kim loại không phải là cực đại. *Kết tủa Sunfit Cd2+ + S 2- = CdS ¯ Ni2+ + S 2- = NiS ¯ Zn2+ + S 2- = ZnS ¯ Cu2+ + S 2- = CuS ¯ 2Ag+ + S 2- = Ag2S ¯ Pb2+ + S 2- = PbS ¯ Fe2+ + S 2- = FeS ¯ Tương tự như kết tủa dùng OH để tạo kết tủa thì [Mn+]2.[S2-]n > Tt MSn/2 nếu n chia hết cho 2. Còn nếu n không chia hết cho 2 thì [Mn+]2.[S]n >TtM2Sn Đồ thị Khả năng hòa tan của hiđroxit kim loại theo pH Nhìn trên đồ thị trên ta thấy các kim loại thường kết tủa cực đại ở pH =9-11. Khi pH tăng quá khoảng này thì độ kết tủa giảm do các kim loại này có thể tạo phức khi ở mức pH cao, tức là nồng độ kiềm cao phức này có thể là phức của ion kim loại với một chất khác không phải chỉ với OH- ZnOH2 + 2OH- = [ZnOH4]2- CuOH2 + 2OH- = [CuOH4]2- Ưu nhược điểm của phương pháp * Ưu điểm + Đơn giản, dễ sử dụng + Rẻ tiền, nguyên vật liệu dễ kiếm + Chất lượng nước sau xử lý đáp ứng được chất lượng B TCVN 5495- 1995 + Xử lý được cùng lúc nhiều kim loại + Xử lý được nước thải đối với các nhà máy có quy mô lớn * Nhược điểm + Với nồng độ kim loại cao thì phương pháp này xử lý không triệt để + Tạo ra bùn thải kim loại + Tốn kinh phí như vận chuyển, chôn lấp khi đưa bùn thải đi xử lý + Khi sử dụng tác nhân tạo kết tủa là OH- thì khó điều chỉnh pH đối với nước thải có chứa kim loại nặng lưỡng tính Zn. Chương II Phương pháp sinh học Như đã nói ở trên thì phương pháp sinh học là một trong những phương pháp có nhiều hứa hẹn mang lại những hiệu quả tích cực cho việc xử lý kim loại nặng. Đặc biệt tại Việt Nam ngày càng có nhiều hơn các công trình nghiên cứu về ứng dụng của phương pháp sinh học trong xử lý nước thải có chứa kim loại nặng. Sở dĩ phương pháp sinh học đang ngày được quan tâm bởi vì nhưng ưu điểm nổi trội của nó so với các phương pháp khác như tính gần gũi với tự nhiên, ít tạo ra các ô nhiễm thứ cấp, đặc biệt là rẻ tiền vì có thể tận dụng các loài sinh vật trong tự nhiên. Nhiều các loài sinh vật trong tự nhiên đã đươc các nhà khoa học phát hiện và ứng dụng trong xử lý nước thải kim loại. Hiện nay, trong phương pháp sinh học, xử lý nước thải có chứa kim loại nặng có 4 phương pháp xử lý chính như đã nêu ở trên + Hấp thu sinh học + Chuyển hóa sinh học + Phương pháp sử dụng lau sậy + Phương pháp sử dụng các quá trình enzym Phương pháp hấp thu sinh học Định nghĩa phương pháp hấp thu sinh học Phương pháp hấp thu sinh học là phương pháp sử dụng các loài sinh vật trong tự nhiên hoặc các loại vật chất có nguồn gốc sinh học có khả năng giữ lại trên bề mặt hoặc thu nhận bên trong các tế bào của chúng các kim loại nặng khi đưa chúng vào môi trường nước thải có chứa kim loại nặng. Hiện nay người ta đã tìm ra nhiều loại sinh vật có khả năng hấp thu các kim loại nặng đặc biệt là các loại thực vật thủy sinh như bèo lục bình, rong đuôi chó, bèo tấm, bèo ong, rong xương cá và các loài tảo, vi tảo, nấm... Nhiều công trình khoa học đã nghiên cứu và chứng minh được hiệu quả của các loài thực vật trên trong xử lý nước thải. Ví dụ như cây Bèo lục bình có khả năng hấp thụ Pb, Cr, Ni, Zn, Fe trong nước thải chứa kim loại mạ. Trong khi đó thì rong đuôi chó và bèo tấm lại có thể giảm thiểu được Fe, Cu, Pb, Zn có trong Hồ Bảy Mẫu. Nói chung, phương pháp xử lý kim loại nặng bằng phương pháp hấp thu sinh học là phương pháp còn khá mới mẻ và nhiều tiềm năng. Giới thiệu phương pháp vi tảo trong xử lý nước thải Phương pháp vi tảo là một trong những phương pháp đầy hứa hẹn trong việc xử lý kim loại nặng. Mặc dù phương pháp sử dụng vi tảo đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu từ lâu tuy nhiên đây là phương pháp khá mới mẻ ở Việt Nam. Một số các nghiên cứu đã được bắt đầu và đã thu được kết quả khá khả quan. Một số các chủng vi tảo đã được nghiên cứu và thu được các kết quả khả quan như Chlorella, Stichococcus, Anabaena, Aphanocapsa, Nostoc... Bảng Một số loài vi tảo có khả năng xử lý kim loại nặng Loại tảo Kim loại nặng Hệ số nồng độ Tảo Silic Zn Chlroococus paris Zn,Cu ,Cd 4000 Chlorella pyrenoidosa Cd Chlorella sp. Cu, Cd, Ni 2500 Cladophora glomerata Pb 16000 * Cơ chế của phương pháp hấp thu kim loại nặng sử dụng vi tảo Cơ chế của phương pháp hấp thụ kim loại nặng bằng phương pháp vi tảo là khá phức tạp và có thể khác nhau đối với các loại vi tảo khác nhau. Nhìn chung nó có thể xảy ra theo cơ chế Quá trình hấp thu kim loại nặng bởi vi tảo có thể được chia làm 2 pha + Pha thứ nhất Gọi là pha hấp phụ sinh học. Tương tự như hấp phụ trong hóa học, hấp phụ trong sinh học cũng tuân theo định luật Langmuir và Freudlich có nghĩa là nồng độ kim loại nằm trên bề mặt tế bào có mối quan hệ tuyến tính đối với nồng độ kim loại nằm trong nước thải. Vì tảo được cấu tạo từ polysaccarit, cellulose, acid uronic và các protein do vậy rất dễ tạo liên kết với các kim loại nặng, chúng đóng vai trò như các tâm hấp phụ, kết nối các kim loại nặng vào mạch của chúng đặc biệt là polysaccarit và protein. Các liên kết tham gia vào quá trình này là liên kết cộng hóa trị và liên kết ion. Các nhân tố ảnh hưởng tới quá trình này là ảnh hưởng của các ion lạ, của pH, và mật độ tế bào. + Pha thứ hai Gọi là hấp thu nội bào hay sự tích tụ sinh học. Sự hấp thu nội bào rất mẫn cảm với sự thiếu ánh sáng. Thực chất của sự hấp thu nội bào này cũng là liên kết tạo phức của kim loại trong nhân tế bào. Các kim loại này được giữ trong nhân tế bào. Do vậy, nồng độ kim loại trong nội bào có thể gấp nhiều lần so với nồng độ kim loại nặng bên ngoài. Với sự liên kết trong nội bào này khi nồng độ kim loại nặng trong nội bào tăng cao cũng có thể làm chết một số loại vi tảo tuy nhiên một số khác vẫn phát triển tốt sau khi hấp thu một lượng lớn các kim loại nặng. Do vậy tốc độ hấp thu nội bào phụ thuộc rất lớn vào trạng thái tế bào và thành phần tế bào. Các nhân tố ảnh hưởng tới quá trình hấp thu nội bào trạng thái tế bào, thành phần chất dinh dưỡng. * Một số điểm cần lưu ý khi sử dụng vi tảo trong nước thải có chứa kim loại nặng + Như chúng ta đã biết, kích thước của vi tảo là khá nhỏ bé, do vậy việc thu hồi sinh khối là khá khó khăn. Để khắc phục điều này, người ta đã dùng kĩ thuật cố định tảo sử dụng các loại chất mang khác nhau nhằm cố định tảo tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu hồi sinh khối dẫn đến dễ thu hồi kim loại nặng. + Trước khi xử lý kim loại nặng có sử dụng vi tảo thì nước thải phải được loại bỏ các chất độc có hại cho vi tảo. * Ưu nhược điểm của phương pháp vi tảo * Ưu điểm + Nhiều loại vi tảo có khả năng hấp thu kim loại cao, nồng độ kim loại bên trong tế bào gấp nhiều nghìn lần so với bên ngoài. + Diện tích bề mặt riêng lớn do vậy làm cho chúng rất hiệu quả trong việc loại trừ và tái thu hồi kim loại nặng trong nước thải. + Có khả năng thích nghi trong một khoảng pH và nhiệt độ rộng do vậy có thể xử lý kim loại nặng trong một khoảng pH rộng. + Có thể loại bỏ một cách chọn lọc các ion kim loại nặng có nồng độ thấp, trong nhiều trường hợp chỉ còn 1ppm. + Có khả năng xử lý nước thải có lưu lượng lớn với tốc độ nhanh. + Đơn giản, dễ vận hành, chi phí thấp. + Không gây ra các chất ô nhiễm thứ cấp. + Trong quá trình sinh hóa tảo còn thu nhận một lượng lớn CO2, giảm hiệu ứng nhà kính, sử dụng các chất dinh dưỡng hữu cơ trong nước thải làm giảm BOD trong nước. * Nhược điểm + Mỗi loại tảo chỉ có khả năng hấp thu một số kim loại nhất định do vậy khó có thể xử lý nước thải có chứa nhiều kim loại. + Vì phương pháp hiện nay còn mới nên chưa phát hiện ra được nhiều chủng tảo có khả năng xử lý kim loại nặng. + Khi sử dụng phương pháp vi tảo, như đã nêu ở trên do kích thước nhỏ của vi tảo dẫn đến khó thu hồi sinh khối do vậy cần phải có chất mang. Khâu này là khâu tốn kém nhất. + Nước thải chứa nhiều thành phần khác nhau, có thể có độc tính cao đối với vi tảo bởi vậy trước khi đưa nước thải vào xử lý bằng vi tảo thì cần phải xử lý sơ bộ trước để loại các chất có độc với vi tảo. Do vậy phương pháp sử dụng vi tảo nói riêng và phương pháp sinh học nói chung chỉ tham gia được vào giai đoạn xử lý cấp II và cấp III. vọng ứng dụng của phương pháp hấp thu sinh học trong ứng dụng vào xử lý kim loại nặng Phương pháp hấp thu sinh học là một phương pháp rất mới mẻ đặc biệt là ở Việt Nam, phương pháp này hứa hẹn nhiều tiềm năng trong việc xử lý kim loại nặng. Đây là một lĩnh vực hội tụ nhiều bộ môn khoa học như sinh lý, sinh hóa thực vật, nông hóa thổ nhưỡng, canh tác nông nghiệp, vi sinh vật học và di truyền học. Phương pháp này có những ưu thế như + Rẻ tiền, vật liệu dễ kiếm + Đơn giản, chi phí vận hành thấp + Có khả năng xử lý kim loại nặng với hiệu quả cao + Có tính chọn lọc cao + Giảm độ phì dưỡng của nước thải + Sử dụng CO2 trong quá trình sinh hóa, do vậy có thể giảm hiệu ứng nhà kính. + Có thể tạo cảnh quan môi trường xung quanh đối với một số loài thực vật như cây hoa loa kèn, hoa huệ. Ngoài những ưu thế nói trên tuy nhiên phương pháp này còn gặp rất nhiều thách thức khó khăn + Mỗi loài sinh vật chỉ có khả năng hấp thu một số kim loại nhất định + Phương pháp sinh học thường chỉ phù hợp đối với giai đoạn xử lý cấp II và cấp III + Đối với một số loài thực vật thủy sinh đòi hỏi một không gian xử lý rộng Phương pháp chuyển hóa sinh học Cũng như các phương pháp sinh học khác, phương pháp xử lý kim loại nặng bằng chuyển hóa sinh học đang còn khá mới mẻ đặc biệt là ở Việt Nam. Hiện nay ở Việt Nam hầu như chưa có công trình nghiên cứu nào nghiên cứu về khả năng xử lý kim loại nặng bằng chuyển hóa sinh học. Trên thế giới phương pháp này đã được quan tâm từ cách đây khá lâu và cũng đạt được một số kết quả nhất định. Nhiều chủng vi sinh vật và các enzym đã được phát hiện là có khả năng chuyển hóa các kim loại nặng về dạng ít độc hại hơn. Tuy nhiên phương pháp này có khó khăn lớn là hầu hết các chủng vi sinh vật và enzym được phát hiện là có khả năng chuyển hóa kim loại nặng thì ít khi được công bố, do vậy việc áp dụng của phương pháp này vào thực tế còn hạn chế. Xử lý kim loại nặng bằng phương pháp chuyển hóa sinh học có thể theo 2 cách sau + Các vi sinh vật enzym trực tiếp chuyển hóa các kim loại nặng ở dạng độc về dạng ít độc hơn hoặc không độc. + Nguời ta có thể sử dụng gián tiếp bằng cách chuyển hóa một chất khác không phải kim loại về dạng có thể kết hợp với kim loại nặng để tạo ra chất ít độc hơn hoặc dễ xử lí hơn. Ví dụ người ta có thể sử dụng các vi khuẩn và enzym để chuyển hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh về S2-, sau đó các kim loại có thể kết hợp với S2- tạo thành các chất kết tủa. Phương pháp chuyển hóa kim loại nặng bằng phương pháp chuyển hóa trực tiếp Các kim loại nặng thường chuyển hóa các kim loại nặng bằng cách sử dụng các enzym có chức năng oxi hóa hoặc khử để chuyển hóa kim loại về dạng ít độc hơn. Ví dụ sử dụng vi khuẩn pseudomonas để khử ion Hg2+ có độc tính về dạng Hgo không độc. Nhiều kim loại nặng cũng được xử lý bằng cách này như FeIII, MnIV, CrVI, Se VI, AsV. Phương pháp chuyển hóa sinh học gián tiếp để xử lý kim loại nặng Phương pháp chuyển hóa sinh học gián tiếp để xử lý kim loại nặng là sử dụng các vi sinh vật enzym để chuyển hóa các chất hóa học thành một dạng có thể kết hợp được với các kim loại nặng để tạo kết tủa. Một trong các chất thường hay được sử dụng trong cách xử lý này là sunfat SO42- . Bằng cách sử dụng vi khuẩn chuyển hóa SO42- để chuyển hóa về dạng S2-, và từ đó các kim loại nặng sẽ kết hợp với S2- tạo kết tủa. Tương tự như vậy, người ta sử dụng các vi khuẩn chuyển hóa photphat, chuyển hóa các hợp chất photpho hữu cơ về dạng photphat PO43-. Ví dụ như vi khuẩn Citrobacter tổng hợp Photphat từ glycerol 2- photphat. Ngoài hai cách trên, người ta còn sử dụng kết hợp cả hai phương pháp để xử lý kim loại nặng. Ban đầu sẽ dùng các chủng vi khuẩn để chuyển hóa các chất ở dạng độc ví dụ như Cr6+ về dạng ít độc hơn Cr3+, sau đó dùng chủng vi khuẩn có khả năng chuyển hóa tổng hợp photphat hay sunfit có thể là chính chủng ban đầu. Ưu nhược điểm của phương pháp * Ưu điểm + Vì vi khuẩn, enzym là rất đa dạng và phong phú do vậy phương pháp xử lý kim loại nặng bằng phương pháp chuyển hóa sinh học là rất hứa hẹn. + Thân thiện với môi trường + Nếu dùng cách chuyển hóa gián tiếp có thể xử lý chất thải ô nhiễm sunfat + Xử lý tốt đối với một số kim loại. * Nhược điểm + Vì các chủng vi khuẩn là những thực thể hữu cơ sống do vậy phải cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng cho chúng. + Dễ bị ảnh hưởng của môi trường, do vậy dễ bị nhiễm độc đối với một số chất có chứa trong nước thải do vậy phương pháp này cũng chỉ sử dụng được ở giai đoạn 2 hoặc 3. + Mỗi loại enzym hay vi khuẩn chỉ có thể xử lý đối với 1 hoặc 1 số kim loại nhất định. + Chỉ xử lý được các kim loại khi chúng ở nồng độ tương đối nhỏ. Phương pháp sử dụng lau sậy Phương pháp sử dụng lau sậy để xử lý nước thải chứa kim loại nặng là một hướng đi mới. Phương pháp này đã được nghiên cứu ở Việt Nam thông qua một số công trình khoa học và đã thu được những kết quả lạc quan. Thực ra phương pháp lau sậy đã được nghiên cứu từ lâu trên thế giới bắt đầu khoảng vào thập kỷ 70 tại Châu âu trong các công trình tìm kiếm những thực vật thủy sinh đầm lầy có khả năng xử lý kim loại nặng. Phương pháp sử dụng lau sậy để xử lý nước thải có chứa kim loại nặng là một phương pháp đầy triển vọng bởi lau sậy có thể phát triển rất nhanh và ngay cả dưới nhiệt độ khắc nghiệt như khi nó bị chôn vùi trong tuyết. Cơ chế của phương pháp sử dụng lau sậy Cơ chế xử lý kim loại nặng bằng phương pháp sử dụng bãi lau sậy là rất phức tạp, nó bao gồm nhiều cơ chế khác nhau. Nhưng tựu chung lại có thể tóm tắt như sau nó dựa trên sự tác động đồng thời của bộ rễ, cây và hệ sinh vật có trong đất. Bộ rễ cây sẽ cung cấp ôxi cho các vi sinh vật sống trong đất hoạt động ôxi hóa phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước và các kim loại nặng một phần sẽ đi vào cơ thể của các loài vi sinh vật, các loài sinh vật này có thể sử dụng các kim loại nặng này như một chất dinh dưỡng hoặc có thể chỉ là hấp thu vào cơ thể chúng, một phần khác sẽ được rễ thân của cây lau sậy hấp thu. Ngoài ra thân cây và bộ rễ của các cây lau sậy kết hợp thành một lớp đệm đóng vài trò như một lớp lọc, khi nước thải đi qua lớp đệm này nó sẽ được lọc sạch các chất cặn lơ lửng. Bộ rễ của lau sậy rất phát triển do vậy nhờ bộ rễ này mà khả năng hấp thu các chất dưỡng của lau sậy rất lớn, nhờ đó khả năng làm sạch nước thải khi sử dụng lau sậy là tương đối cao. Ưu nhược điểm của phương pháp sử dụng lau sậy * Ưu điểm +Giống như các phương pháp sinh học khác thì phương pháp sử dụng lau sậy có ưu điểm là thân thiện với môi trường. +Việc thiết kế hệ thống bãi lau sậy hợp lý sẽ tạo ra một môi trường tốt cho các loài chim cư trú, tạo một khu vực xanh cho nhà máy. +Chi phí thực hiện thấp, không phải sử dụng điện năng hoặc hóa chất. +Hệ thống này không sản sinh ra mùi hôi và tiếng ồn. +Xử lý kim loại nặng hiệu quả. +Có thể xử lý nước thải có lưu lượng lớn. * Nhược điểm + Yêu cầu diện tích xử lý lớn, do vậy không phù hợp với đối với các nhà máy nhỏ. Triển vọng ứng dụng phương pháp lau sậy ở Việt Nam Triển vọng ứng dụng phương pháp lau sậy ở Việt Nam là rất lớn. Với ưu thế là có điều kiện khí hậu và địa hình phù hợp để lau sậy có khả năng phát triển mạnh. Như đã nêu ở trên thì phương pháp này tương đối hiệu quả mà chi phí thực hiện lại thấp, đây là một điểm quan trọng đối với một nước đang phát triển và còn nghèo như Việt Nam chúng ta. Hơn nữa phương pháp này còn rất thân thiện với môi trường có thể tạo ra một môi trường xanh xung quanh các nhà máy, nhờ đó làm môi trường không những của nhà máy mà còn cả các vùng lân cận xung quanh nhà máy trong sạch hơn. Với tình hình hiện nay đối với các nhà máy có mặt bằng rộng, khi xử lý nước thải nói chung và nước thải chứa kim loại nặng nói riêng thường phải sử dụng những phương pháp hóa lý vừa đắt tiền lại vừa phải xử lý các chất thải thứ cấp sinh ra sau quá trình xử lý, do vậy phương pháp lau sậy là một phương pháp thay thế khá hiệu quả và thích hợp. Chương III Phương pháp hấp phụ và trao đổi ion Phương pháp hấp phụ Hấp phụ là quá trình hút khí bay hơi hoặc chất hòa tan trong chất lỏng lên bề mặt chất rắn xốp gọi là quá trình hấp phụ. Phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong xử lý nước thải nói chung và nước thải chứa kim loại nặng nói riêng. Phương pháp hấp phụ được sử dụng khi xử lý nước thải chứa các hàm lượng chất độc hại không cao. Quá trình hấp phụ kim loại nặng xảy ra giữa bề mặt lỏng của dung dịch chứa kim loại nặng và bề mặt rắn. Hiện nay người ta đã tìm ra nhiều loại vật liệu có khả năng hấp phụ kim loại nặng như than hoạt tính, than bùn, các loại vật liệu vô cơ như oxit sắt, oxit mangan, tro bay, xỉ than, bằng các vật liệu polyme hóa học hay polyme sinh học. Cơ chế quá trình hấp phụ Trong hấp phụ thường diễn ra 2 kiểu hấp phụ + Hấp phụ vật lý được thực hiện bởi các tương tác yếu và thuận nghịch giữa các phân tử và các tâm hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính. + Hấp phụ hóa học được thực hiện bởi các liên kết hóa học. Quá trình hấp phụ vật lý đối với chất hấp phụ và các ion kim loại nặng trong nước thường xảy ra nhờ lực hút tĩnh điện giữa các ion kim loại này với các tâm hấp phụ. Mối liên kết này thường là yếu và không bền. Tuy nhiên chính vì yếu do vậy quá trình giải hấp phụ để hoàn nguyên vật liệu hấp phụ và thu hồi các kim loại diễn ra thuận lợi. Quá trình hấp phụ hóa học xảy ra nhờ các phản ứng tạo liên kết hóa học giữa ion kim loại nặng và các nhóm chức của tâm hấp phụ, thường là các ion kim loại nặng phản ứng tạo phức đối với các nhóm chức trong chất hấp phụ. Mối liên kết này thường là rất bền và khó bị phá vỡ, do vậy rất khó cho quá trình giải hấp phụ. Sau khi thực hiện hấp phụ để xử lý các chất độc trong nước nói chung và kim loại nặng nói riêng thì người ta thường tiến hành nhả hấp phụ để hoàn nguyên, tái sinh đối với các loại vật liệu hấp phụ có giá trị, và nhất thiết phải có kích thước đủ lớn để có thể hoàn nguyên được chất hấp phụ và trong nhiều trường hợp có thể thu hồi những cấu tử quý. Tái sinh chất hấp phụ Khi chất hấp phụ đã bão hòa người ta tiến hành nhả hấp thụ để tái sinh vật liệu hấp phụ và đôi khi có thể thu hồi các chất có giá trị. * Tái sinh bằng phương pháp vật lý + Nhờ nhiệt độ người ta thường dùng hơi nước bão hòa hay hơi quá nhiệt, hoặc bằng khí trơ nóng. + Nhờ phương pháp trích ly nhả pha lỏng bằng các chất hữu cơ có nhiệt độ sôi thấp và dễ chưng bằng hơi nước như metanol, benzen, toluen... * Tái sinh bằng phương pháp hóa học Trong một số trường hợp, trước khi tái sinh các chất bị hấp Các file đính kèm theo tài liệu này Xử lý ô nhiễm môi trường đất luôn là vấn đề làm đau đầu các nhà quản lý môi trường. Việc chọn công nghệ xử lý như thế nào để đạt hiệu quả cao., không gây nên những hậu quả xấu về môi trường trong tương lai và í tốn kém chi phí luôn là nỗi bức xúc của các ngành chức năng. Kim loại, như các thành phần tự nhiên của đất, nằm trong vỏ trái đất với nồng độ từ vài mg đến hơn 1000mg kim loại / kg đất. Các kim loại nặng xảy ra ở nồng độ tự nhiên trong đất không gây hại cho sinh vật sống, ngoại trừ một số bán kim loại. Việc phục hồi đất bị ô nhiễm là cần thiết để loại bỏ các nguy cơ độc hại mà các kim loại nặng tác động lên con người. Một số trong đó, đặc biệt Cr VI, Ni, Co, Cd, As và Pb, có thể trở thành chất gây ung thư. Độc tính này liên quan đến việc gây ra stress oxy hóa đối với DNA và sự ức chế quá trình sửa chữa DNA Cervantes and Moreno, 1999. Tương tự, một số bệnh tật liên quan đến Cd, Se và Pb trong đất; Sau đó đại diện cho mối quan tâm lớn nhất vì tiếp xúc với nó có thể gây ra chậm phát triển trí tuệ và rối loạn hành vi. Để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng có rất nhiều các phương pháp với những ưu nhược điểm khác nhau, một số phương pháp truyền thống như rửa đất, cố định các chất ô nhiễm bằng hóa học hoặc vật lý, xử lý nhiệt, trao đổi ion, oxy hóa hoặc khử các chất ô nhiễm, đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp... Hầu hết các phương pháp này đều tốn kém về chi phí, giới hạn về kỹ thuật và về diện tích… Gần đây phương pháp sử dụng thực vật để xử lý kim loại nặng được các nhà khoa học quan tâm đặc biệt bởi chi phí đầu tư thấp, an toàn và thân thiện với môi trường thông qua những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hóa, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loại thực vật. KHả năng làm sạch môi trường của thực vật đã được biết đến từ thế kỷ XVIII bằng các thí nghiệm của Joseph Priestley, Antoine Lavoissier, Karl Scheele và Jan Ingenhousz. Tuy nhiên mãi đến những năm 1990 phương pháp này mới được nhắc đến như một loại công nghệ mới dùng để xử lý môi trường đất và nước bị ô nhiễm bởi các kim loại, các hợp chất hữu cơ, thuốc sung và chất phóng xạ. Chính vì vậy mà nghiên cứu về thực vật nhằm tăng sự tích lũy kim loại nặng và tăng sinh khối thực vật qua đó rút ngắn thời gian xử lý đất ô nhiễm là một hướng đi đầy triển vọng trong việc làm sạch, phục hồi đất bị ô nhiễm kim loại nặng.

xử lý kim loại nặng