Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý Mục Lục Mục Lục .7 Mở đầu .8 Phần I : Tổng quan kim loại nặng nớc thải .9 CHƯƠNG I : GIớI THIệU SƠ LƯợC Về KIM LOạI NặNG I.1 Giới thiệu sơ lợc kim loại nặng I.2 Kim loại nặng môi trờng nớc .12 CHƯƠNG II : Giới thiệu số kim loại nặng ảnh hởng chúng lên thể hữu sống ngời .13 II.1 Crom .13 II.1.1 Nguồn phát sinh 13 I.1.2 Độc tính 14 II.1.3 Tiêu chuẩn cho phép Crom nớc 14 II.2 Đồng 14 II.2.1 Nguồn phát sinh 15 II.2.2 Độc tính 15 II.3 Chì 15 II.3.1 Nguồn phát sinh 16 II.3.2 Độc tính 16 II.3.3 Tiêu chuẩn cho phép Pb nớc 17 II.4.Thủy ngân 17 II.4.1 Nguồn phát sinh 17 II.4.2 Độc tính 19 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý II.4.3 Tiêu chuẩn cho phép thủy ngân nớc .20 II.5.Cadmi 20 II.5.1 Nguồn gốc phát sinh .20 II.5.2 Độc tính 21 II.5.3 Tiêu chuẩn cho phép Cd nớc 22 II.6 Asen 22 II.6.1 Nguồn gốc phát sinh .22 II.6.2 Độc tính 22 II.6.3 Tiêu chuẩn As nớc 23 II.7 Niken .23 II.7.1 Nguồn gốc phát sinh .23 II.7.2 Độc tính 24 II.7.3 Nồng độ giới hạn 24 Phần II: Giới thiệu số phơng pháp xử lý kim loại nặng môi trờng nớc .27 Chơng I : PHƯƠNG PHáP KếT TủA .30 I.1 Cơ chế phơng pháp 30 I.2 Quá trình oxi hóa khử 31 I.3 Quá trình kết tủa 34 I.4 Ưu nhợc điểm phơng pháp .36 .37 Chơng II: Phơng pháp sinh học 37 II.1 Phơng pháp hấp thu sinh học .37 II.1.1 Định nghĩa phơng pháp hấp thu sinh học .37 II.1.2 Giới thiệu phơng pháp vi tảo xử lý nớc thải .38 II.1.3.Triển vọng ứng dụng phơng pháp hấp thu sinh học ứng dụng vào xử lý kim loại nặng 41 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý II.2 Phơng pháp chuyển hóa sinh học 41 II.2.1 Phơng pháp chuyển hóa kim loại nặng phơng pháp chuyển hóa trực tiếp 42 II.2.2 Phơng pháp chuyển hóa sinh học gián tiếp để xử lý kim loại nặng 42 II.2.3 Ưu nhợc điểm phơng pháp .43 II.3 Phơng pháp sử dụng lau sậy 43 II.3.1 Cơ chế phơng pháp sử dụng lau sậy .44 II.3.2 Ưu nhợc điểm phơng pháp sử dụng lau sậy 44 II.3.3 Triển vọng ứng dụng phơng pháp lau sậy Việt Nam 45 Chơng III : Phơng pháp hấp phụ trao đổi ion 45 III.1 Phơng pháp hấp phụ 45 III.1.1 Cơ chế trình hấp phụ .45 III.1.2 Giới thiệu số chất hấp phụ kim loại nặng 47 III.1.3 Ưu nhợc điểm phơng pháp hấp phụ .48 III.2 Phơng pháp trao đổi ion 48 III.2.1 Cơ chế phơng pháp trao đổi ion 48 III.2.2 Giới thiệu số chất trao đổi ion : 50 III.2.3 Ưu nhợc điểm phơng pháp hấp phụ trao đổi ion 51 Chơng IV: Phơng pháp điện hóa 52 IV.1 Cơ chế chung trình điện hóa: 52 IV.2 Sử dụng trực tiếp phơng pháp điện hóa để xử lý kim loại nặng (Tích luỹ điện cực ) 53 IV.2.1 Giới thiệu phơng pháp 53 IV.2.2 Ưu nhợc điểm phơng pháp 54 IV.3 Phơng pháp thẩm tách điện hóa (Điện thẩm tách) .55 IV.3.1 Giới thiệu phơng pháp 55 IV.3.2 Ưu nhợc điểm phơng pháp 56 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý Phần III: Nghiên cứu, thăm dò phơng pháp xử lý kim loại nặng chất hấp phụ sinh học có nguồn gốc từ chất thải thủy sản (chitosan) 57 Chơng I : Giới thiệu chất chitosan .57 I.1 Khái niệm chitosan: 57 I.2 Công thức hóa học chitin chitosan .58 I.3 Các ứng dụng chitin chitosan sống 59 Chơng II : Cơ sở phơng pháp thực nghiệm .60 II.1 Phơng pháp hấp phụ .60 II.1.1 Hiện tợng hấp phụ 60 II.1.2 Hấp phụ đẳng nhiệt 61 II.2 Cơ chế hấp phụ kim loại nặng chitosan 63 Chơng III : Thực nghiệm thăm dò khả hấp phụ kim loại nặng (Cr6+) Chitosan .65 III.1 Lựa chọn kim loại nặng xử lý thực nghiệm 65 III.2 Lựa chọn thông số để tiến hành thực nghiệm 66 III.2.1 Lựa chọn nồng độ Cr6+ .66 III.2.2 Lựa chọn khoảng pH 67 III.2.3 Lựa chọn tốc độ khuấy 67 III.2.4 Lựa chọn khoảng nhiệt độ 67 III.2.5 Hóa chất, thiết bị dụng cụ đợc sử dụng thực nghiệm 67 III.3 Xác định khả hấp phụ Cr6+ chitosan 68 III.4 Xác định số yếu tố ảnh hởng tới khả hấp phụ 70 chitosan 70 III.4.1 ảnh hởng tốc độ khuấy 70 III.4.2 ảnh hởng thời gian khuấy .71 III.4.3 Xác định ảnh hởng pH 72 III.4.4 ảnh hởng nhiệt độ 74 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý III.4.5 Xác định lợng chitosan tối u xử lý nớc có chứa hàm lợng Cr6+ 50 mg/l 74 III.4.6 Kết nghiên cứu 76 Kết luận .78 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý Mở đầu Trong vài thập kỷ gần đây, với phát triển nhanh chóng đất nớc, nghành công nghiệp Việt Nam có tiến không ngừng số lợng nhà máy chủng loại sản phẩm chất lợng ngày đợc cải thiện Nghành công nghiệp phát triển đem lại cho nhân dân hàng hóa rẻ mà chất lợng không thua so với hàng ngoại nhập Ngoài ra, ngành công nghiệp đóng vai trò đáng kể kinh tế quốc dân Bên cạnh tác động tích cực nghành công nghiệp mang lại phải kể đến tác động tiêu cực Một mặt tiêu cực loại chất thải nghành công nghiệp thải ngày nhiều làm ảnh hởng đến môi trờng sống sức khoẻ ngời dân Môi trờng sống ngời dân bị đe dọa chất thải công nghiệp, vấn đề xúc phải kể đến nguồn nớc Hầu hết hồ, ao sông, ngòi qua nhà máy công nghiệp Việt Nam bị ô nhiễm đặc biệt hồ ao đô thị lớn nh Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh Một nguyên nhân làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nớc Việt Nam nớc thải công nghiệp có chứa kim loại nặng nh: thủy ngân, chì, kẽm, đồng, crôm, nikel ảnh hởng kim loại gây lớn (ngay chúng nồng độ thấp) độc tính cao khả tích luỹ lâu dài thể sống Các nguồn thải kim loại nặng từ nhà máy khí, nhà máy luyện kim, nhà máy mạ nhà máy hóa chất Tác động kim loại nặng tới môi trờng sống lớn, nhiên Việt Nam việc xử lý nguồn nớc thải chứa kim loại nặng từ nhà máy cha có quan tâm mức Bởi nhà máy Việt Nam thờng có quy mô sản xuất vừa nhỏ khả đầu t vào hệ thống xử lý nớc thải hạn chế Hầu hết nhà máy cha có hệ thống xử lý hệ thống xử lý sơ sài nồng độ kim loại nặng nhà máy thải môi trờng thờng hệ thống sông, hồ vợt tiêu chuẩn cho phép Theo đánh giá số công trình nghiên cứu hầu hết sông, hồ hai thành phố lớn Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, số thành phố có khu công nghiệp lớn nh Bình Dơng nồng độ kim loại nặng sông khu vực vợt tiêu chuẩn cho phép từ đến lần [32] Có thể kể đến sông Hà Nội nh sông Tô lịch, sông Nhuệ (nơi có nhiều nhà máy công nghiệp), thành phố Hồ Chí Minh sông Sài Gòn kênh Nhiêu Lộc, kênh Sài Gòn Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý Trớc trạng trên, đòi hỏi phải có phơng pháp thích hợp, hiệu để xử lý kim loại nặng nhằm tránh hạn chế tác động xấu đến môi trờng sức khỏe cộng động Nội dung đồ án: Phần I : Tổng quan nớc thải chứa kim loại nặng Phần II : Giới thiệu số phơng pháp xử lý kim loại Phần III : Nghiên cứu, thăm dò khả 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 kim loại nặng nớc thải CHƯƠNG I : GIớI THIệU SƠ LƯợC Về KIM LOạI NặNG I.1 Giới thiệu sơ lợc kim loại nặng Kim loại nặng kim loại có khối lợng riêng lớn 5g/cm3 Các kim loại quan trọng việc xử lý nớc Zn, Cu, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, As, Một vài kim loại số cần thiết cho thể sống (bao gồm động vật, thực vật, vi sinh vật) chúng hàm lợng định nh Zn, Cu, Fe nhiên lợng lớn nhỏ trở nên độc hại Những nguyên tố nh Pb, Cd, Ni lợi ích cho thể sống Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý Những kim loại vào thể động vật thực vật dạng vết gây độc hại Trong tự nhiên, kim loại nặng tồn ba môi trờng: môi trờng khí, môi trờng nớc môi trờng đất Trong môi trờng khí, kim loại nặng thờng tồn dạng kim loại Các kim loại phần lớn độc, vào thể ngời động vật khác qua đờng hô hấp Từ gây nhiều bệnh nguy hiểm cho ngời động vật Trong môi trờng đất kim loại nặng thờng tồn dới dạng kim loại nguyên chất, khoáng kim loại, hoăc ion Kim loại nặng có đất dới dạng ion thờng đợc cỏ, thực vật hấp thụ làm cho thực vật nhiễm kim loại nặng Và vào thể ngời động vật thông qua đờng tiêu hóa ngời động vật tiêu thụ loại thực vật Trong môi trờng nớc kim loại nặng tồn dới dạng ion phức chất Trong ba môi trờng môi trờng nớc môi trờng có khả phát tán kim loại nặng xa rộng Trong điều kiện thích hợp kim loại nặng môi trờng nớc phát tán vào môi trờng đất khí Kim loại nặng nớc làm ô nhiễm trồng trồng đợc tới nguồn nớc có chứa kim loại nặng đất trồng bị ô nhiễm nguồn nớc có chứa kim loại nặng qua Do kim loại nặng môi trờng nớc vào thể ngời thông qua đờng ăn uống Bảng I.1 : Một số kim loại nặng ảnh hởng chúng đến thể sống Tên kim loại nặng Khối lợng phân tử 195 200,56 207 (g/cm3) 21,4 13,59 11,34 Cu 64 8,92 Co Ni Cd Fe 59 59 112 56 8,9 8,9 8,65 7,86 Cr 52 7,2 Mn 55 7,2 Pt Hg Pb (g) Khối lợng riêng ảnh Hởng đến thực vật Độc Độc Độc Cần thiết Độc Độc Độc Cần Cần thiết Độc Cần thiết Độc ảnh hởng đến động vật Độc Độc Cần thiết Độc Cần thiết Cần thiết Độc Cần thiết Cần thiết Cần thiết 10 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Zn Kim loại nặng biện pháp xử lý 65 7,14 Cần thiết Các trình sản xuất công nghiệp, trình khai khoáng, trình tinh chế quặng, kim loại, sản xuất kim loại thành phẩm nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng môi trờng nớc Thêm vào đó, hợp chất kim loại nặng đợc sử dụng rộng rãi nghành công nghiệp khác nh trình tạo màu nhuộm, sản phẩm thuộc da, cao su , dệt, giấy, luyện kim, mạ điện nhiều nghành khác nguồn đáng kể gây ô nhiễm kim loại nặng Khác biệt so với nớc thải nghành công nghiệp, nớc thải sinh hoạt thờng có chứa lợng kim loại định trình tiếp xúc lâu dài với Cu, Zn, Pb đờng ống bể chứa Sự tồn kim loại nặng nớc thải sinh hoạt tác nhân mỹ phẩm dùng để trang điểm, rửa mặt Một vài hóa chất đợc sử dụng nông nghiệp làm gia tăng ô nhiễm kim loại nặng nh : Cu đợc thêm vào thức ăn cho lợn đợc tiết lợng lớn loài động vật Kim loại nặng đợc phân loại nói chung chất độc hại độc hại động vật sống dới nớc nhiều loài thực vật với loài nhóm loài có liên quan gần gũi tới chúng có độ nhạy cảm với ảnh hởng kim loại khác Chỉ phần nhỏ tác động kim loại nặng thực vật nhỏ thủy sinh đợc biết đến Tuy nhiên loại tảo, loài động vật nhỏ xơng sống, loài loại đợc nghiên cứu rộng rãi Nói chung môi trờng nớc kim loại nặng đợc liệt kê sẵp xếp theo thứ tự giảm độc hại nh sau: Hg, Cd, Cu, Ni, Pb, Cr, Co [20] Tuy nhiên xếp tơng đối vị trí nguyên tố chuỗi khác với loài, điều kiện đặc điểm môi trờng Phân chia theo khác biệt đặc tính độ nhạy cảm với kim loại, độc tính kim loại đa dạng với điều kiện môi trờng ảnh hởng điều kiện môi trờng khác lên đặc tính kim loại Nghiên cứu ảnh hởng, hậu kim loại nặng nớc tới sinh thái thờng gặp cản trở thực tế tạp chất ô nhiễm khác luôn có mặt, khó xác định đợc mức độ ô nhiễm hay hậu kim loại có nớc thải gây nên với môi trờng sinh thái Trong môi trờng kim loại nặng tồn hợp chất vô hữu Có vài chứng cho thấy nớc thải có chứa hợp chất hữu độc tính kim loại động thực vật sống 11 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý giảm Tuy nhiên có tồn số hợp chất hữu mà có mặt với kim loại nặng lại làm tăng thêm độc tính kim loại nặng Ví dụ nh metyl thủy ngân Đối với ngời số kim loại tồn hàm lợng định thể ngời có ích, nhiên nồng độ kim loại lớn thấp mức cho phép chất độc gây rối loạn thể ngời tạo bệnh nguy hiểm nh rối loạn quan thần kinh, phá hủy gan, thận gây bệnh ung th I.2 Kim loại nặng môi trờng nớc Ion kim loại nặng môi trờng nớc thờng kết hợp với thành phần khác để chuyển trạng thái bền Trong nớc chúng thờng bị hyđrat hóa tạo lớp vỏ phân tử nớc che chắn với phân tử nớc xung quanh để trở trạng thái bền Lớp vỏ hyđrat thờng hình cầu mà ion kim loại nằm trung tâm, phân tử nớc bao xung quanh đợc gọi lớp vỏ Các phân tử nằm sát với ion kim loại chúng có tơng tác với ion kim loại mạnh nhất, lớp tiếp sau yếu khoảng cách tơng tác Quá trình hyđrat hóa đợc coi trình tạo phức với nhân trung tâm ion kim loại phối tử phân tử nớc Thông thờng số phối trí hấu hết kim loại Các ion kim loại mang điện tích dơng dới tác dụng lực đẩy tĩnh điện nguyên tử hiđro phân tử nớc nằm sát với ion kim loại bị đẩy ra, nh làm cho phân tử nớc nằm sát ion kim loại có tính axit cao (khả nhờng proton cao hơn) so với phân tử nớc dung dịch Quá trình nhờng proton tạo thành phức chất hyđroxo, oxo hay hyđro oxo kim loại tức sản phẩm hyđroxit, oxit hay oxit hyđroxit hỗn hợp Quá trình gọi trình thủy phân kim loại, ion kim loại với nớc Nh trình bày, việc tách proton khỏi phân tử nớc nằm sát ion kim loại nhờ vào lực đẩy tĩnh điện, tức phụ thuộc vào điện tích ion kim loại khoảng cách chúng với phân tử nớc Do ion kim loại có điện tích cao khả tách proton lớn Đối với ion có điện tích ion có kích thớc ion nhỏ lực tĩnh điện tạo với proton mạnh (do mật độ điện tích ion cao so với ion điện tích) 12 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý Ta sử dụng phơng trình đẳng nhiệt Friendlich để vẽ đồ thị Phơng trình Freudlich năm gần đợc coi phơng trình áp dụng cho xử lý nớc tốt phơng trình đẳng nhiệt lgqe = lg K + 1/n lgC Đồ thị III.2 : Đồ thị đ ờng đẳng nhiệt Freudlich Lgqe (mg/g) 1.6 1.2 0.8 0.4 -1.5 -1 -0.5 0.5 1.5 2.5 Lg Ce (mg/l) Bảng III.4 : Bảng xử lý số liệu theo đờng đẳng nhiệt Freudlich lg qe 0,691 0,996 1,26 1,414 1,494 1,574 lg Ce -1,097 -1,045 0,255 0,602 0,944 1,097 Ta sử dụng phơng pháp bình phơng tối thiểu để xác định đờng đẳng nhiệt : lgqe = 1,196 + 0,334 lgC nh K = 1,196; 1/n = 0,334 Vậy phơng trình đẳng nhiệt hấp phụ chitosan nh sau : qe = 1,196 Ce0,334 Từ đồ thị đờng đẳng nhiệt ta xác định đợc khả hấp phụ chitosan qua xác định đợc hàm lợng chitosan cần dùng để xử lý Cr6+ cách hợp lý 69 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý III.4 Xác định số yếu tố ảnh hởng tới khả hấp phụ chitosan III.4.1 ảnh hởng tốc độ khuấy Thực nghiệm xác định ảnh hởng tốc độ khuấy lên trình đợc tiến hành điều kiện thông số khác không đổi thay đổi tốc độ khuấy: + pH = + Nhiệt độ 25oC + Nồng độ Cr 6+ 50 mg/l + Hàm lợng chitosan 1g/l Hiệu suất Đồ thị III.3: ảnh h ởngcủa tốc độ khuấy 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 100 200 300 400 Tốc độ khuấy (v/p) Chitosan thí nghiệm dạng bột có kích thớc nhỏ có đờng kính > 0,24mm, tổng diện tích bề mặt riêng chúng lớn, khả tiếp xúc chúng với ion kim loại nớc cao, tiếp xúc với ion kim loại phản ứng không khuấy trộn Nhìn đồ thị ta thấy cha khuấy trộn hiệu suất trình đạt đợc 44 %, ta khuấy trộn với tốc độ 40 vg/ph hiệu suất trình tăng lên 72% , tốc độ khuấy trộn đợc tăng 100, 200, 300 vg/phút hiệu suất tơng 70 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý ứng 74%, 75%, 78%, ta thấy hiệu suất biến đổi không nhiều ta tăng tốc độ khuấy, tốc độ khuấu hầu nh không ảnh hởng tới trình Điều có lí giải trình hấp phụ chitosan trình khuếch tán qua màng trình định tốc độ khuấy hầu nh ảnh hởng Khuấy trộn mang ý nghĩa phân tán chitosan vào nớc III.4.2 ảnh hởng thời gian khuấy Thực nghiệm xác định ảnh hởng thời gian khuấy đợc tiến hành với điều kiện + pH =3, + Tốc độ khuấy 200 vg/ph + Nhiệt độ phòng 25oC + Nồng độ Cr6+ = 50 mg/l + Hàm lợng chitosan là:1 g/l Đồ thị III.4 : xác định ảnh h ởng thời gian khuấy 80% 70% Hiệu suất 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 10 15 20 25 30 Thời gian khuấy (phút) 35 40 45 Trong thời gian khuấy trộn ngắn vào khoảng phút hiệu suất tình đạt đợc 60 % hiệu suất tăng lên 66 % ta khuấy trộn phút hiệu suất không tăng nhiều Ta thấy ảnh hởng thời gian khuấy không lớn, hệ đạt đợc cân ta khuấy trộn thời gian ngắn chừng 30 phút Điều quan trọng ta đem ứng dụng xử lý nớc thải quy mô công nghiệp 71 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý nh thời gian khuấy trộn ngắn không tốn nhiều điện tiết kiệm đợc chi phí xử lý III.4.3 Xác định ảnh hởng pH Thực nghiệm xác định ảnh hởng pH tới trình đợc thực điều kiện thông số không thay đổi biến đổi pH : + Nồng độ Cr6+ 50 mg/l + Hàm lợng chitosan 1g/l + Tốc độ khuấy 200 vg/ph + Nhiệt độ phòng (25oC) + Thời gian khuấy: 30 phút Bảng III.5 : ảnh hởng pH đến khả hấp phụ chitosan pH [Cr6+] lại (mg/l) Hiệu suất % 14 14 12,5 14 14 19 25 25,5 11 41 72% 72% 75% 72% 72% 62% 50% 49% 18% 72 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý Hiệu suất Đồ thị III.5 : Đồ thị xác định ảnh h ởng pH 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 10 11 12 13 14 pH Nhìn đồ ta thấy môi trờng axit, hiệu suất trình hấp phụ cao Điều dễ hiểu nh ta biết phần chế phản ứng chitosan với Cr6+ môi trờng axit nhóm NH2 chitosan kết hợp với H+ mang điện tích dơng, có khả kết hợp với anion Cr 2O72- Do nồng độ axit cao (hay nồng độ H + cao) phản ứng diễn thuận lợi nhóm -NH2 chuyển thành NH3 + nhiều theo nguyên lý lechatelier Tuy nhiên nh đồ thị ta thấy hiệu suất đạt cực đại pH với hiệu suất 75%, giảm xuống pH=2 pH =1 (nhng độ giảm không đáng kể) điều đợc giải thích nguyên nhân độ pH phân tử Cr2O72- tạo thành mạch dài (Cr3O102- hay Cr4O102-) làm lớp vỏ hiđrat bao xung quanh phân tử trở nên lớn hơn, làm cho khả hấp phụ lên chất hấp phụ chitosan hiệu suất giảm môi trờng kiềm, nhóm -NH2 mang điện tích trung tính khả kết hợp đợc với anion Cr6+ lúc dạng CrO42-, nhóm -OH -CH2OH môi trờng kiềm phân ly H+ trở nên tích điện âm khả kết hợp với anion CrO 42- Điều đợc thể rõ đồ thị: môi trờng kiềm hiệu suất trình hấp phụ thấp giảm mạnh pH=8 hiệu suất 18% pH = 11 môi trờng kiềm chế để tạo hấp phụ liên kết vật lý lực liên kết yếu Vanderwall 73 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý III.4.4 ảnh hởng nhiệt độ Thực nghiệm xác định ảnh hởng nhiệt độ đợc thực điều kiện : + pH =3 + Tốc độ khuấy = 200 vg/ph, + Nồng độ Cr6+ = 50mg/l, + Hàm lợng chitosan = 1g/l, + Nhiệt độ đợc thay đổi từ 25 -60oC Bảng III.6 : ảnh hởng nhiệt độ đến khả hấp phụ chitosan Nhiệt độ ( độ C) 25 30 40 50 60 Nồng độ Cr6+ lại nớc (mg/l) 12,5 15 18 20 21 Hiệu suất 75 % 70% 64 % 60% 58% Hiệu suất Đồ thị III.6: ảnh h ởng nhiệt độ 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Nhiệt độ ( độ C) Nh ta biết trình hấp phụ trình tỏa nhiệt trình hấp phụ xảy kèm theo giảm lợng tự do, làm giảm entropi hệ Do nhiệt độ tăng khả hấp phụ giảm III.4.5 Xác định lợng chitosan tối u xử lý nớc có chứa hàm lợng Cr6+ 50 mg/l Nh nói , Trong nghiên cứu ta xác định nồng độ chitosan xử lý nớc thải có chứa nồng độ Cr6+ vào khoảng 50 mg/l Đây nồng độ chung 74 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý nhất, hay gặp nhà máy có thải nớc thải chứa Cr6+ Thực nghiệm đợc tiến hành với nồng độ chitosan khác + pH = + Tốc độ khuấy = 200vg/ph + Nồng độ Cr6+ = 50mg/l, + Nhiệt độ 250C Bảng III.7: Xác định nồng độ Chitosan tối u xử lý Cr6+ nớc nồng độ 50 mg/l Nồng độ chitosan xử lý (g/l) [Cr6+] thời điểm cân (g/l) Hiệu suất (%) 0.1 0.3 0.5 1,5 41 27,5 22,5 12.5 0,55 0,08 18 45 55,5 75 86 98,9 99,8 Đồ thị III.7 : Xác định nồng độ tối u chitosan xử lýnớc thải có chứa Cr6+ có nồng độ 50 mg/l 100% Hiệu suất 80% 60% 40% 20% 0% 0.5 1.5 2.5 3.5 Nồng độ chitosan (mg/l) 75 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý Nhìn đồ thị ta thấy hiệu suất xử lý ngày tăng ta tăng nồng độ chitosan Ban đầu hiệu suất xử lý Cr 6+ vào khoảng 18 % ta xử lý với nồng độ chất hấp phụ chitosan nớc 0.1 g/l, hiệu suất tăng nhanh ta tăng nồng độ chitosan lên, từ nồng độ 0,1-2 g/l hiệu suất tăng từ 18 % đến 98,9 % đạt 99,9 % nồng độ chitosan g/l Ta thấy hiệu suất xử lý với nồng độ chitosan 2g/l 3g/l khác không nhiều Bởi đạt đến hiệu suất xử lý định mà nồng độ Crom lại ít, khả hấp phụ thêm lúc đạt đợc cân nồng độ chất hấp phụ lỏng chất hấp phụ Nồng độ Cr6+ nớc sau xử lý ta sử dụng lợng chitosan 3g/l đạt tiêu chuẩn nớc loại B tức nồng độ nhỏ 0,1 mg/l ( 0,08 mg/l ) Điều chứng tỏ khả xử lý hiệu chitosan Cr 6+, Cr6+ xử lý nồng độ lớn Tuy nhiên nồng độ chitosan tối u xử lý Cr6+ nồng độ 50mg/l nồng độ Cr6+ lớn nhỏ lợng chitosan tối u biến đổi nồng độ chitosan, điều kiện, nồng độ chất bị hấp phụ lớn dung lợng (hay khả hấp phụ) chitosan tăng Tuy nhiên dung lợng hấp phụ tăng đến mức độ (mức cực đại) không tăng đợc tâm hấp phụ chất hấp phụ bị chiếm chỗ đến mức tối đa III.4.6 Kết nghiên cứu Nghiên cứu thăm dò khả hấp phụ Cr6+ chitosan đợc tiến hành phòng thí nghiệm bớc đầu thu đợc kết đáng khích lệ : + Đã xác định đợc phơng trình hấp phụ chitosan với Cr 6+ theo đờng đẳng nhiệt Fruedlich : q = 1,196.Ce0,334 + Đã xác định đợc số yếu tố ảnh hởng đến trình nh: nhiệt độ, pH, tốc độ khuấy, thời gian khuấy, nồng độ Cr 6+ có nớc Trong khoảng nhiệt độ khảo sát từ 25 -600C nhiệt độ tăng khả hấp phụ giảm, nhiệt độ tốt cho trình 25 0C Khoảng pH tối u cho xử lý 1-6, tốt pH =3 Tốc độ khuấy hầu nh không ảnh hởng lắm, hiệu suất xử lý tăng khoảng % ta tăng vận tốc khuấy từ 30-40vg/ph đến 400vg/ph Thời gian để đạt cân khoảng 30 phút, nhiên thời gian khoảng 3-6 phút hiệu suất xử lý không chênh lệch so với đạt cân Do xử lý quy mô công nghiêp ta chọn thời gian khuấy trộn vào 76 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý khoảng 3-6 phút Trong khoảng nồng độ Cr 6+ khảo sát nồng độ Cr6+ tăng khả hấp phụ tăng + Khi xử lý Cr6+ có nớc với hàm lợng 50 mg/l điều kiện tối u (pH=3, tốc độ khuấy 200 vg/ph, thời gian khuấy trộn 30 phút, nhiệt độ 250C ) với hàm lợng chitosan g/l hiệu suất đạt tới 99,8% Những kết thí nghiệm chứng tỏ khả hấp phụ Cr 6+ chitosan tốt Điều mở triển vọng xử lý Cr 6+ nói riêng nh xử lý kim loại nặng nói chung Việt Nam 77 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý Kết luận Ô nhiễm kim loại nặng có nớc thải vấn đề xúc môi trờng Việt Nam nay, phơng pháp truyền thống xử lý nớc thải chứa kim loại nặng hay đợc nhà máy Việt Nam sử dụng phơng pháp kết tủa hiệu không cao mà tiêu tốn nhiều hóa chất, số phơng pháp khác tỏ hiệu nhng thờng giá thành cao, không phù hợp với xử lý quy mô lớn đòi hỏi nhiều không gian xử lý Do việc nghiên cứu thăm dò để đa phơng pháp hiệu hơn, rẻ tiền hơn, có không gian xử lý phù hợp thân thiện với môi trờng xử lý nớc thải chứa kim loại nặng cần thiết Chitosan vật liệu có nguồn gốc sinh học, phổ biến tự nhiên thờng đợc chiết suất từ phế thải ngành thủy sản nh vỏ tôm cua Trong năm gần đây, ngành thủy sản Việt Nam phát triển nhanh chóng, riêng ngành chế biến tôm đông lạnh sản lợng năm 1998 75.000 đến năm 2002 tăng 110.000 tấn, nhiên kèm theo lợng chất thải rắn (chủ yếu vỏ tôm) ngày tăng lên, lợng chất thải rắn (vỏ tôm) cuả ngành chế biến tôm đông lạnh 82500 năm 2002 (theo số liệu báo cáo đánh giá tác động môi trờng ngành thủy sản năm 2002 Bộ Thủy sản) Bởi vậy, sản xuất chitosan có triển vọng hứa hẹn Việt Nam, vừa làm cho giá thành chitosan rẻ mà hàng năm lại giải lợng chất thải rắn đáng kể cho ngành thủy sản Nghiên cứu thăm dò khả hấp phụ Cr6+ chitosan đợc tiến hành phòng thí nghiệm bớc đầu thu đợc kết đáng khích lệ: + Đã xác định đợc phơng trình hấp phụ chitosan với Cr 6+ theo đờng đẳng nhiệt Fruedlich: q = 1,196.Ce0,334 + Đã xác định đợc số yếu tố ảnh hởng đến trình nh: nhiệt độ, pH, tốc độ khuấy, thời gian khuấy, nồng độ Cr 6+ có nớc Trong khoảng nhiệt độ khảo sát từ 25 - 600C nhiệt độ tăng khả hấp phụ giảm, nhiệt độ tốt cho trình 25 0C Khoảng pH tối u cho xử lý 1-6, tốt pH =3 Tốc độ khuấy hầu nh không ảnh hởng lắm, hiệu suất xử lý tăng khoảng 6% ta tăng vận tốc khuấy từ 30-40vg/ph đến 400 vg/ph Thời gian để đạt cân khoảng 30 phút, nhiên thời gian khoảng - phút hiệu suất xử lý không chênh lệch so với đạt cân Do xử lý quy mô công nghiệp ta chọn thời gian khuấy trộn vào khoảng - phút Trong khoảng nồng độ Cr6+ nồng độ Cr6+ tăng khả hấp phụ tăng 78 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý + Khi xử lý Cr6+ có nớc với hàm lợng 50 mg/l điều kiện tối u (pH=3, tốc độ khuấy 200 vg/ph, thời gian khuấy trộn 30 phút, nhiệt độ 250C ) với hàm lợng chitosan g/l hiệu suất đạt tới 99,8% Những kết thí nghiệm chứng tỏ khả hấp phụ Cr6+ chitosan tốt Điều mở triển vọng xử lý Cr 6+ nói riêng nh xử lý kim loại nặng nói chung Việt Nam Tuy nhiên, thời gian tiến hành nghiên cứu có hạn kết ban đầu, thí nghiệm đợc tiến hành nớc chứa chủ yếu Cr6+ Do vậy, việc nghiên cứu cần đợc tiếp tục để xác định đợc khả hấp phụ chitosan ion kim loại nặng khác, ảnh hởng có đồng thời nhiều kim loại nặng có nớc, ảnh hởng ion lạ có nớc Và để khả ứng dụng chitosan vào xử lý nớc thải quy mô công nghiệp khả thi cần phải nghiên cứu khả nhả hấp phụ chitosan để giảm giá thành xử lý, hi vọng tơng lai em tiếp tục thực đề tài để đa phơng pháp ứng dụng thực tế nhằm góp phần vào việc xử lý nớc thải chứa kim loại nặng Việt Nam cách hiệu Tóm lại đồ án đạt đợc mục tiêu sau: + Giới thiệu kim loại nặng ảnh hởng tới môi trờng sống ngời + Giới thiệu số phơng pháp xử lý kim loại nặng với u nhợc điểm phơng pháp + Nghiên cứu, thăm dò khả xử lý kim loại nặng chất hấp phụ chitosan có nguồn gốc từ phế liệu ngành thủy sản bớc đầu thu đợc kết đáng khích lệ Do thời gian trình độ hạn chế nên đồ án tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đợc ý kiến đóng góp quý báu thầy cô bạn để em làm tốt lần nghiên cứu sau Em xin chân thành cám ơn Hà Nội tháng năm 2003 Sinh Viên Đỗ Tiến Anh 79 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý Tài liệu tham khảo PGS.TS Trần Tử An Môi trờng độc chất môi trờng, Trờng Đại Học Dợc Hà Nội 2000 Phạm Văn Thởng, Đặng Đình Bạch Cơ sở hóa học môi trờng, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật 1999 Hội thảo khoa học quốc gia Tuyển tập toàn văn báo cáo khoa học : Hóa học công nghệ hóa học với chơng trình nớc vệ sinh môi trờng Hà Nội 1998 Giáo trình AIT Pollutant removal handbook Phan Thị Kim, Bùi Minh Đức , Huỳnh Hồng Ngọc 80 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý Báo cáo an toàn sử dụng hóa chất, phụ gia thực phẩm Viện Dinh Dỡng, Bộ Y tế PGS.TS Đặng Kim Chi, Vũ Văn Mạnh, Nguyễn Hoa Toàn Nghiên cứu xử lý nớc thải công nghiệp mạ chứa crôm niken lựa chọn quy trình hợp lý áp dụng cho thực tế công ty khóa Minh Khai, Hà Nội 1998 PGS.TS Đặng Kim Chi Hóa học môi trờng, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật,Hà Nội 1999 Phạm Công Hoạt Bài báo công nghệ xử lý nớc thải công nghiệp chứa kim loại nặng Báo Sức khoẻ đời sống, số 24, 2001 PGS.TS Đỗ Văn Đài ; PGS TS Nguyễn Bin ; PGS.TS Đỗ Ngọc Cử; TS Đinh Văn Huynh Cơ sở trình thiết bị công nghệ hóa học, tập 2, trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội xuất bản, 2000 10 Sổ tay xử lý ô nhiễm môi trờng sản xuất tiểu thủ công nghiệp 11 Trần Văn Thắng Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ : Nghiên cứu xử lý nớc thải công nghiệp mạ điện, Hà Nội 1999 12 Nguyễn Thị Thìn - Tuấn Lan Ô nhiễm hậu Nhà Xuất Bản KHKT 13 TS Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lý nớc nớc thải, NXB thống kê, Hà Nội -2002 14 PGS.TS Lê Mậu Quyền Cơ sở lý thuyết hóa học, phần tập, nhà xuất KHKT,1996 15 Đỗ Văn Nam Đánh giá tác động môi trờng lĩnh vực chế biến thủy sản năm 2002, Bộ thủy sản 16 Trần Văn Nhân - Ngô Thị Nga 81 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý Giáo trình công nghệ xử lý nớc thải , nhà xuất KHKT, 2002 17 Nguyễn Mạnh Dũng Luận án thạc sỹ hóa học : Hấp phụ chì, thủy ngân than bùn , 1999 18 PGS TS Đặng Đình Kim , PGS.TS Lê Văn Cát cộng Đề tài : Nghiên cứu công nghệ xử lý nớc thải công nghiệp chứa kim loại nặng (Pb, Hg, Ni, Cr Cu ) phơng pháp hóa học sinh học, 2000 19 James W Moore, S Ramamoorthy Heavy metals in Natural waters, 2000 20 P.D Abel Water pollution biology 1996 21 Veera M Boodu Egar Smith a composite chitosan biosorbent for adsorption of heavy metals from waste water, US army engineer research and development center, 2002 22 Jae-Seong Rhee, Min -Woo Jung and Ki Sung Peng Evaluation of chitin and chitosan as a sorbent for preconcentration of phenol and Chlorophenols in Water, 1998 23 Ryan Rieth, Fred Topper, Sewon Park Heavy metal ion removal from contaminated Water, US Enviromental protection Agency, Washington, 2000 24 R Schmuhi, HM Krieg K Keizer Adsorption of Cu ( II) and Cr(VI) ions by chitosan : Kinetics and equilibrium studies, school of chemistry and Biochemistry, South Africa 25 H Obarska - Pempkowiak Retention of selected heavy metals : Cd, Cu, Pb in a hybrid wetland system, nhà xuất IWA 2001 26 Henđry Bumgarther Swam things, Artificial wetlands take waste treatment back to its roots, 2001 82 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng biện pháp xử lý 27 Physico- chemical treatment Biological treatment Bài đợc đăng : http ://www.unep.ch/basel 28 Multi- stage Biological Treatment System for Removal of Heavy metal contaminats Bài đợc đăng trang Web : http:// www.remtech2002.com/docs 29 Bích Hạch Bài báo :Xử lý ô nhiễm sinh học - giải pháp cho môi trờng VNExpress, thứ 25/9/2002 30 Hải Long Công nghệ xử lý nớc thải chứa kim loại nặng, Báo Sài Gòn Giải phóng, 16/11/2001 31 Lê Hoàng Việt Phơng pháp kết tủa, Trung tâm kĩ thuật môi trờng lợng 32 Mạnh Trờng Bài báo ;Hãy cứu lấy dòng sông bị " độc hóa" , Báo Khoa học phát triển số 218 , 16-4 -2003 33 Trần Hồng Thu Bài báo : ô nhiễm nguồn nớc nuôi cá Thanh Trì, Báo Tiền Phong số 134, 1999 83 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng [...]... 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 đơc các nhà khoa học phát hiện và ứng dụng trong xử lý nớc thải kim loại Hiện nay, trong phơng pháp sinh học, xử lý nớc thải có chứa kim loại nặng có 4 phơng pháp xử lý chính nh đã nêu ở trên: + Hấp thu sinh học + Chuyển hóa sinh học + Phơng pháp sử dụng lau sậy + Phơng pháp sử dụng các quá trình... II.1 Phơng pháp hấp thu sinh học II.1.1 Định nghĩa phơng pháp hấp thu sinh học Phơng pháp hấp thu sinh học là phơng 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 37 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng và biện pháp xử lý mặt hoặc thu nhận bên trong các tế bào của chúng các kim loại nặng khi đa chúng... *Phơng pháp xử lý kim loại nặng nói riêng và phơng pháp xử lý nớc thải nói chung đều cần : + Đơn giản + Rẻ tiền + Nguyên vật liệu dễ kiếm + Có thời gian xử lý ngắn + Hiệu quả xử lý cao (với chất thải chứa kim loại nặng) + Chất thải (kim loại nặng) trong nớc thải đầu ra phải nhỏ hơn so với tiêu chuẩn cho phép + Tuổi thọ của vật liệu xử lý cao + Phơng pháp đòi hỏi không gian xử lý nhỏ + Không gây ra chất ô... hiệu quả xử lý rất thấp Hiện nay các nhà máy ở Việt Nam thờng sử dụng phơng pháp kết tủa hiđroxit để xử lý nớc thải kim loại nặng Gần đây một số nhà máy có sử dụng phơng pháp trao đổi ion để xử lý nớc thải kim loại nặng tuy nhiên phơng pháp này giá thành cao do vậy không đợc nhiều các cơ sở áp dụng đặc biệt là đối với các cơ sở sản xuất lớn tạo ra nhiều lợng kim loại nặng trong nơc thải Hiện tại, có một... thải có chứa kim loại nặng lỡng tính Zn Chơng II: Phơng pháp sinh học Nh đã nói ở trên thì phơng pháp sinh học là một trong những phơng 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 phơng pháp sinh học trong xử lý nớc thải có chứa kim loại nặng Sở dĩ phơng pháp sinh học đang ngày... nớc thải công nghiệp có chứa kim loại nặng sau khi xử lý phải đạt TCVNB-5495 (phụ lục) 26 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng và biện pháp xử lý Phần II: Giới thiệu một số các phơng pháp xử lý kim loại nặng trong môi trờng nớc Qua những khái quát sơ bộ về ảnh hởng của kim loại nặng tới sức khỏe và môi trờng sống của con ngời, ta thấy việc xử lý kim loại nặng trong nớc thải. .. dạng tập trung để dễ sử dụng các biện pháp đơn giản khác xử lý triệt để chúng * Các phơng pháp để xử lý kim loại nặng để xử lý có thể đợc viết nh sau: 1 Phơng pháp sinh học: + Hấp thu sinh học 27 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng và biện pháp xử lý + Chuyển hóa sinh học + Phơng pháp bãi lau sậy + Các quá trình sử dụng enzyme khác 2 Phơng pháp kết tủa: + Quá trình oxi hóa... nớc thải có chứa kim loại nặng Hiện nay ngời 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 nh bèo lục bình, rong đuôi chó, bèo tấm, bèo ong, rong xơng cá và các loài tảo, vi tảo, nấm Nhiều công trình khoa học đã nghiên cứu và chứng minh đợc hiệu quả của các loài thực vật trên trong xử lý nớc thải Ví dụ nh: cây Bèo lục bình có khả năng hấp. .. tính của nớc thải mà ta có thể lựa chọn từng phơng pháp hoặc kết hợp nhiều phơng pháp với nhau để xử lý ở Việt Nam hiện nay, các nhà máy ít chú trọng tới việc xử lý chất thải nói chung và nớc thải nói riêng Các phơng pháp sử dụng để xử lý nớc thải thì quá 28 Lớp CNMTB - K43 Viện KH & CN môi trờng Đỗ Tiến Anh Kim loại nặng và biện pháp xử lý thô sơ và thờng xử lý tập trung lẫn các loại nớc thải trong... số nghiên cứu để xử lý kim loại nặng trong nớc thải bằng phơng pháp sinh học hoặc sinh học kết hợp với hóa học đã và đang đợc triển khai ở Việt Nam Một trong số các nghiên cứu đó đã thành công, đó là nghiên cứu của nhóm PGS-TS Lê Văn Cát (Trung tâm khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia), PGS-TS Đặng Đình Kim (Viện Công nghệ Sinh học) cùng các cộng sự đã xây đựng đợc công trình xử lý nớc thải có hiệu