Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu phương pháp phân tích các kim loại: Bi , Cd, Cu, Ni, Pb, Zn trong nước thải một số làng nghề truyền thống và khu công nghiệp của huyện Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:133

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xây dựng quy trình phân tích xác định hàm lượng các kim loại kẽm, cađimi, đồng, chì, niken, bitmut trong nước thải bằng phương pháp VonAmpe hòa tan trên điện cực màng thủy ngân. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu phương pháp phân tích các kim loại: Bi , Cd, Cu, Ni, Pb, Zn trong nước thải một số làng nghề truyền thống và khu công nghiệp của huyện Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN VĂN KỶ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC KIM LOẠI: Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn TRONG NƯỚC THẢI MỘT SỐ LÀNG NGHỀ TRUYỀN THỐNG VÀ KHU CÔNG NGHIỆP CỦA HUYỆN YÊN PHONG – TỈNH BẮC NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Thái Nguyên - Năm 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN VĂN KỶ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC KIM LOẠI: Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn TRONG NƯỚC THẢI MỘT SỐ LÀNG NGHỀ TRUYỀN THỐNG VÀ KHU CÔNG NGHIỆP CỦA HUYỆN YÊN PHONG – TỈNH BẮC NINH Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. LÊ LAN ANH Thái Nguyên - Năm 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn2
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả đưa ra trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Xác nhận Tác giả luận văn của Khoa Chuyên môn Nguyễn Văn Kỷ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn3
ii LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Lê Lan Anh đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Vũ Đức Lợi, thầy Bùi Đức Hưng cùng các cô, chú, anh, chị cán bộ phòng Hoá Phân tích, Viện Hoá học – Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm và các thầy cô Khoa Hoá học, Khoa sau Đại học – Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã giúp đỡ và cho tôi những ý kiến đóng góp quý báu. Và tôi xin cảm ơn các anh, chị, các bạn học viên lớp cao học Hoá K18, gia đình, người thân đã động viên, giúp đỡ tôi để tôi hoàn thành luận văn này. Thái Nguyên, tháng 8 năm 2012 Tác giả Nguyễn Văn Kỷ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn4
iii MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cam đoan .................................................................................................. i Lời cảm ơn ..................................................................................................... ii Mục lục ......................................................................................................... iii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt.......................................................... vi Danh mục các bảng ..................................................................................... vii Danh mục các hình ....................................................................................... ix MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN............................................................................. 3 I.1. Nguồn gốc nước thải ............................................................................. 3 I.1.1. Nước thải sinh hoạt.......................................................................... 3 I.1.2. Nước thải công nghiệp..................................................................... 3 I.2. Thành phần nước thải ............................................................................ 3 I.3. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước [16, 26, 33, 37] ................. 7 I.3.1. Độ pH.............................................................................................. 7 I.3.2. Nhiệt độ........................................................................................... 7 I.3.3. Màu sắc ........................................................................................... 8 I.3.4. Mùi vị.............................................................................................. 9 I.3.5. Độ đục ............................................................................................. 9 I.3.6. Độ mặn............................................................................................ 9 I.3.7. Chất rắn trong nước ....................................................................... 10 I.3.8. Chất rắn bay hơi ............................................................................ 10 I.3.9. Chất rắn có thể lắng ....................................................................... 10 I.3.10. Độ kiềm toàn phần....................................................................... 10 I.3.11. Độ axit......................................................................................... 11 I.3.12. Độ cứng của nước........................................................................ 12 I.3.13. Hàm lượng oxi hòa tan trong nước (DO: dissolved oxygen) [16]. 14 1.3.14. Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD: biochemical oxygen demand) ........ 15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn5
iv I.3.15. Nhu cầu oxi hóa học (COD: chemical oxygen demand)............... 15 I.3.16. Hàm lượng sắt và mangan trong nước ......................................... 16 I.3.17. Hàm lượng photpho [16] ............................................................. 16 I.3.18. Hàm lượng sunfat [26]................................................................. 16 I.3.19. Hàm lượng nitơ [16] .................................................................... 17 I.3.20. Hàm lượng kim loại nặng: Pb, Cu, Ni, Cd… [16, 26] .................. 17 I.3.21. Hàm lượng chất dầu mỡ [26] ....................................................... 17 I.3.22. Các chỉ tiêu vi sinh [37]............................................................... 17 I.4. Tác động của nước thải chưa được xử lý [16, 26, 37] .......................... 17 I.5. Sự ô nhiễm trong nước thải khu công nghiệp và làng nghề ở huyện Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh [24]................................................................ 19 I.6. Kim loại nặng và tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường.. 20 I.6.1. Giới thiệu về kim loại nặng [19, 25] .............................................. 20 I.6.2. Vai trò, chức năng của một số kim loại nặng ................................ 21 I.7. Phương pháp cực phổ và von-ampe hoà tan, Von-Ampe hoà tan hấp phụ [5, 6, 31, 32] ....................................................................................... 28 I.7.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp cực phổ ..................................... 28 I.7.2. Nguyên tắc chung của phương pháp von-ampe hoà tan [6, 10] ...... 32 I.7.3. Phương pháp Von-Ampe hoà tan hấp phụ (AdSV) [36,37] ............ 33 I.7.4. Một số kỹ thuật ghi đường von-ampe hòa tan ................................ 35 I.7.5. Ưu điểm của phương pháp Von-ampe hòa tan ............................... 35 I.7.6. Giới thiệu về điện cực dùng trong phương pháp von-ampe hòa tan ...... 36 I.7.7. Ưu điểm của phương pháp Von-ampe hòa tan ............................... 38 Chương 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP ................................. 39 II.1. Thiết bị, dụng cụ và hoá chất ............................................................. 39 II.1.1. Thiết bị và dụng cụ....................................................................... 39 II.1.2. Hóa chất ....................................................................................... 40 II.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................... 40 II.2.1. Khảo sát xây dựng quy trình phân tích theo phương pháp von – ampe hòa tan........................................................................................... 40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn6
v II.2.2. Khảo sát tìm các điều kiện tối ưu.................................................. 41 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................. 42 III.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu ............................................................ 42 III.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của môi trường phân tích cho các ion: Bi3+, Cd2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+, Zn2+............................................................. 42 III.1.2. Khảo sát điều kiện phân tích cho ion Ni2+ [35, 38] ...................... 53 III.1.3 Khảo sát điều kiện phân tích cho ion Bi3+ [34] ............................. 61 III.2. Xây dựng đường chuẩn..................................................................... 68 III.2.1. Đường chuẩn xác định Zn2+ [5], [12] .......................................... 68 III.2.2. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cd2+ [5], [16] ........................ 71 III.2.4. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cu2+[5, 11, 12] ...................... 76 III.2.5. Đường chuẩn xác định hàm lượng Ni2+ ....................................... 78 III.2.6. Đường chuẩn xác định hàm lượng Bi3+[5, 34]............................. 81 III.3. Khảo sát độ lặp lại, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng.......... 82 III.3.1. Khảo sát độ lặp lại [5, 11, 12] ..................................................... 82 III.3.2. Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) [5, 7, 9, 11, 12, 18].................................................................................. 85 III.4. Xác định hàm lượng các kim loại Zn, Cd, Pb, Ni, Bi trong mẫu nước thải ................................................................................................... 87 III.4.1. Chuẩn bị mẫu phân tích và quy trình xử lý mẫu [15, 16, 20, 26, 27]... 87 III.4.2. Ứng dụng phương pháp thêm chuẩn xác định hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, Bi trong mẫu nước thải .................................................. 88 III.5. Kết quả đo quang phổ phát xạ plasma (ICP – AES) của một số mẫu nước thải.......................................................................................... 100 III.6. Tổng hợp kết quả phân tích xác định hàm lượng (Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, Bi) của một số mẫu nước thải ở Yên Phong và so sánh với TCVN. ... 101 KẾT LUẬN............................................................................................... 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................ 106 PHỤ LỤC.................................................................................................. 110 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn7
vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT : Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AE Auxililary Electrode Điện cực phù trợ ASV Anodic Strinping Voltammetry Von – Ampe hòa tan anot Cathodic Strinpping CSV Von – Ampe hòa tan catot Voltammetry CV Cyclic Voltammetry Von – Ampe vòng DP Differential Pulse Xung vi phân Differential Pulse Anodic Von – Ampe hòa tan anot xung vi DPASV Strinpping Voltammetry phân Phương pháp cực phổ xung vi DPP Differential Pulse Polarography phân Ep Peak potential Thế đỉnh pic GHĐL Limit of quantification Giới hạn định lượng GHPH Limit of detection Giới hạn phát hiện Hanging Mercury Drop HMDE Điên cực giọt thủy ngân treo Electrode Inductively Coupled Plasma - quang phổ phát xạ nguyên tử ICP-AES Atomic Emission Spectrometry plasma Ip Peak current Dòng đỉnh pic KĐLĐ Not Quantitative Không định lượng được KPHĐ Not Detected Không phát hiện được MFE Mercury Film Electrode Điện cực màng thủy ngân Phương pháp cực phổ xung biến NPP Normal Pulse Polarography đổi đều LOD limit of detection Giới hạn phát hiện LOQ limit of quantitation Giới hạn định lượng ppb Part per billion Phần tỷ ppm Part per million Phần triệu R Coefficient of corelation Hệ số tương quan RDE Rotating Disk Electrode Điện cực đĩa quay RE Reference Electrode Điên cực so sánh SSE Solid State Electrode Điện cực rắn WE Working Electrode Điện cực làm việc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn8
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Phân bố và dạng của nước trên Trái đất ......................................................... 4 Bảng 1.2. Các đặc điểm lý học, h/học và sinh học của nước thải và nguồn sinh ra nó .. 5 Bảng 1.3. Các chất ô nhiễm quan trọng cần chú ý đến trong quá trình xử lý nước thải.. 6 Bảng 1.4. Các loại chất thải và các nguồn thải chính ..................................................... 7 Bảng 1.5. Độ cứng của nước biểu thị bằng hàm lượng CaCO3 .................................... 14 Bảng 1.6. Chỉ số DO trong nước ở áp suất 1atm và các nhiệt độ khác nhau................. 15 Bảng 1.7. Ảnh hưởng của nước thải đến môi trường .................................................... 19 Bảng 1.8. Thế bán sóng của Cu2+,Zn2+,Cd2+,Pb2+ ,Ni2+,Bi3+ trong một số nền.............. 30 Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật ghi đo nền HCl........................................................... 43 Bảng 3.2. Các thông số kỹ thuật ghi đo nền NaAc + HAc ............................................ 44 Bảng 3.3. Kết quả đo khảo sát chọn nền điện li tối ưu .................................................. 45 Bảng 3.4. các thông số kỹ thuật ghi đo nền NaAc + HAc ............................................. 46 Bảng 3.5. Kết quả đo khảo sát nồng độ nền điện li tối ưu ............................................. 49 Bảng 3.6. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân. .......................... 50 Bảng 3.7. Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu......................................... 51 Bảng 3.8. Các thông số kỹ thuật ghi đo Khảo sát thế điện phân làm giàu..................... 52 Bảng 3.9. Kết quả đo khảo sát thế điện phân làm giàu ................................................. 53 Bảng 3.10. các thông số kỹ thuật ghi đo nền HCl + pyridin.......................................... 54 Bảng 3.11. Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền HCl tối ưu ........................................ 55 Bảng 3.12. Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền Pyridin tối ưu ................................... 57 Bảng 3.13. các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu .................... 58 Bảng 3.14. Kết quả ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu.......................................... 59 Bảng 3.15. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân. ........................ 60 Bảng 3.16. Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu...................................... 61 Bảng 3.17. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát nồng độ nền. ................................... 62 Bảng 3.18. Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền (NaAc + HAc) tối ưu ....................... 63 Bảng 3.19. Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền Pyrogalic tối ưu ............................... 64 Bảng 3.20. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu ................... 65 Bảng 3.21. Kết quả ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu.......................................... 66 Bảng 3.22. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân. ........................ 67 Bảng 3.23. Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu....................................... 68 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn9
viii Bảng 3.24. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Zn2+................... 69 Bảng 3.25. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Zn2+ Ip theo C(mg/l) ....................... 70 Bảng 3.26. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Cd2+ .................. 71 Bảng 3.27. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Cd2+ Ip theo C(mg/l)....................... 72 Bảng 3.28. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Pb...................... 73 Bảng 3.29. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Pb2+ Ip theo C(mg/l) ....................... 74 Bảng 3.30. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Cu 2+ ................. 76 Bảng 3.31. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Cu2+ Ip theo C(mg/l)....................... 77 Bảng 3.32. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Ni...................... 78 Bảng 3.33. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Ni2+ Ip theo C(mg/l) ....................... 79 Bảng 3.34. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Bi ...................... 81 Bảng 3.35. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Bi3+ Ip theo C(mg/l)........................ 82 Bảng 3.36. Kết quả đo khảo sát độ lặp lại ..................................................................... 84 Bảng 3.37. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) .......................... 86 Bảng 3.38. Bảng miêu tả vị trí lấy mẫu ......................................................................... 87 Bảng 3.39. Các thông số ghi đo xác định đồng thời hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu.......... 89 Bảng 3.40. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Zn, Pb, Cu..................................... 91 Bảng 3.41. Hàm lượng Zn, Pb, Cu trong nước thải ....................................................... 93 Bảng 3.42. Các thông số kỹ thuật ghi đo ....................................................................... 94 Bảng 3.43. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Cd ................................................. 94 Bảng 3.44. Hàm lượng Cd trong nước thải.................................................................... 95 Bảng 3.45. Các thông số số kỹ thuật ghi đo xác định hàm lượng Ni............................. 96 Bảng 3.46. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Ni .................................................. 97 Bảng 3.47. Hàm lượng Ni trong mẫu nước thải............................................................ 97 Bảng 3.48. Các thông số số kỹ thuật ghi đo xác định hàm lượng Bi............................. 98 Bảng 3.49. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Bi .................................................. 99 Bảng 3.50. Hàm lượng Bi trong mẫu nước thải............................................................ 99 Bảng 3.51. K/quả đo ICP-AES xác định Zn, Cd của một số mẫu so với DP-ASV ...... 100 Bảng 3.52. K/quả đo ICP-AES xác định Pb,Cu,Ni của một số mẫu so với DP-ASV . 101 Bảng 3.53. Kết quả hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, Bi trong 6 mẫu nước .................. 101 Bảng 3.54. Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ một số kim loại trong nước thải công nghiệp .................................................................................................................. 102 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn10
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, PHỔ ĐỒ, ĐỒ THỊ Trang Hình 3.1. Phổ đồ khảo sát nền điện li HCl 0.05M ......................................................... 43 Hình 3.2. Phổ đồ khảo sát nền điện li NaAc + HAc (0,05M và pH = 4,5) .................... 44 Hình 3.3. Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li (NaAc + HAc) 0,01M......................... 46 Hình 3.4. Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NaAc + HAc 0,02M............................ 47 Hình 3.5. Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NaAc + HAc 0.04 M........................... 47 Hình 3.6. Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NaAc + HAc 0.05M............................ 48 Hình 3.7. Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NaAc + HAc 0.1 M............................. 48 Hình 3.8. phổ đồ khảo sát thời gian điện phân .............................................................. 50 Hình 3.9. phổ đồ Khảo sát thế điện phân làm giàu ........................................................ 53 Hình 3.10. Phổ đồ khảo sát nồng độ của nền HCl ......................................................... 54 Hình 3.11. Phổ đồ khảo sát nồng độ của pyridin (0,025-0,40M) .................................. 56 Hình 3.12. Phổ đồ khảo sát nồng độ của pyridin (0,45-0,65M) .................................... 56 Hình 3.13. Phổ đồ ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu............................................ 59 Hình 3.14. Phổ đồ ghi đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu .................................. 60 Hình 3.15. Phổ đồ khảo sát nồng độ của nền (NaAc + HAc) ........................................ 62 Hình 3.16. Phổ đồ khảo sát nồng độ của pyrogalic (0,5-1,3M)..................................... 64 Hình 3.17. Phổ đồ ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu............................................ 66 Hình 3.18. Phổ đồ ghi đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu .................................. 67 Hình 3.19. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Zn .......................................... 69 Hình 3.20. Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ Zn2+ ......................................................... 70 Hình 3.21. Đường chuẩn xác định Zn2+ trong khoảng 0,015 ÷ 0,2 (mg/l). .................... 70 Hình 3.22. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Cd2+ ....................................... 72 Hình 3.23. Sự phụ thuộc của Ipic vào nồng độ Cd2+ ..................................................... 72 Hình 3.24. Đường chuẩn xác định Cd2+ trong khoảng 0,00125÷0,025 (mg/l) .............. 73 Hình 3.25. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Pb........................................... 74 Hình 3.26. Sự phụ thuộc của Ipic vào nồng độ Pb2+ ...................................................... 75 Hình 3.27. Đường chuẩn xác định Pb2+ trong khoảng 0,00125÷0,05 (mg/l)................. 75 Hình 3.28. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Cu2+ ....................................... 76 Hình 3.29. Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ Cu2+ ......................................................... 77 Hình 3.30. Đường chuẩn xác định Cu2+ trong khoảng 0,025 ÷ 0,3 (mg/l) .................... 78 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn11
x Hình 3.31. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Ni2+ ........................................ 79 Hình 3.32. Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ Ni2+ .......................................................... 80 Hình 3.33. Đường chuẩn xác định Ni2+ trong khoảng 0,025 ÷ 0,2 (mg/l) ..................... 80 Hình 3.34. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Bi3+ ........................................ 81 Hình 3.35. Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ Bi3+ .......................................................... 82 Hình 3.36. Phổ đồ khảo sát độ lặp lại của phép đo Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ .................... 83 Hình 3.37. Phổ đồ khảo sát độ lặp lại của phép đo Ni2+, Bi3+........................................ 84 Hình 3.38. Bản đồ vị trí lấy mẫu nước thải tại Yên Phong – Bắc Ninh......................... 87 Hình 3.39. Phổ đồ xác định đồng thời Zn, Cd, Pb, Cu mẫu L1 chưa làm giàu ............ 90 Hình 3.40. Phổ đồ thêm chuẩn xác định đồng thời Zn, Pb, Cu trong mẫu L1.............. 92 Hình 3.41. Phổ đồ thêm chuẩn xác định đồng thời Zn, Pb, Cu trong mẫu L2.............. 92 Hình 3.42. Đồ thị thêm chuẩn xác định Zn trong mẫu L1, L2....................................... 92 Hình 3.43. Đồ thị thêm chuẩn xác định Pb trong mẫu L1, L2....................................... 93 Hình 3.44. Đồ thị thêm chuẩn xác định Cu trong mẫu L1, L2 ...................................... 93 Hình 3.45. Phổ đồ thêm chuẩn xác dịnh Cd trong mẫu L1, L2 ..................................... 95 Hình 3.46. Đồ thị thêm chuẩn xác dịnh Cd trong mẫu L1, L2 ..................................... 95 Hình 3.47. Phổ đồ thêm chuẩn xác dịnh Ni mẫu L1, L2 ............................................... 96 Hình 3.48. Đồ thị thêm chuẩn xác dịnh Ni trong mẫu L1, L2 ...................................... 97 Hình 3.49. Phổ đồ thêm chuẩn xác dịnh Bi mẫu L1, L2................................................ 98 Hình 3.50. Đồ thị thêm chuẩn xác dịnh Bi trong mẫu L1, L2 ....................................... 99 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn12
1 MỞ ĐẦU Ngày nay trong y học, người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim loại có vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống và con người. Sự thiếu hụt hay mất cân bằng của nhiều kim loại vi lượng trong các bộ phận của cơ thể như gan, tóc, máu, huyết thanh, ... là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật, ốm đau hay suy dinh dưỡng, đặc biệt là sự có mặt của các kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, Cd, Mn, Fe,...trong máu và trong huyết thanh của người. [16, 26, 37]. Tuy nhiên, cùng với mức độ phát triển của công nghiệp và sự đô thị hoá, hiện nay môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng. Các nguồn thải kim loại nặng từ các khu công nghiệp vào không khí, vào nước, vào đất, vào thực phẩm rồi xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, hít thở dẫn đến sự nhiễm độc. Do đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong môi trường sống, đặc biệt là trong môi trường nước thải và tác động của chúng tới cơ thể con người nhằm đề ra các biện pháp tối ưu bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết. [16, 26]. Để giải quyết nhiệm vụ đó, một loạt các phương pháp phân tích có tính đa năng đã ra đời như: quang phổ hấp thụ nguyên tử, quang phổ phát xạ plasma, sắc kí khí cột mao quản, sắc kí lỏng hiệu năng cao... và các phương pháp phân tích điện hoá hiện đại mà điển hình là các phương pháp von-ampe hoà tan. Phương pháp này có nhiều ưu điểm nổi bật như độ nhạy và độ chọn lọc cao, giới hạn phát hiện thấp và đặc biệt chi phí thấp nên chúng được ứng dụng rộng rãi trong phân tích. [1, 2, 31, 32] Chính vì vậy mà chúng tôi đã chọn đề tài: "Nghiên cứu phương pháp phân tích các kim loại: Bi , Cd, Cu, Ni, Pb, Zn trong nước thải một số làng nghề truyền thống và khu công nghiệp của huyện Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh" Để thực hiện đề tài này, chúng tôi đặt ra các nhiệm vụ chính: 1. Nghiên cứu, xây dựng quy trình phân tích xác định hàm lượng các kim loại kẽm, cađimi, đồng, chì, niken, bitmut trong nước thải bằng phương pháp Von- Ampe hòa tan trên điện cực màng thủy ngân. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn13
2 2. Khảo sát chọn nền điện li tối ưu cho các kim loại phân tích. 3. Khảo sát chọn nồng độ nền điện li tối ưu. 4. Khảo sát các điều kiện tối ưu của máy đo. 5. Khảo sát sự ảnh hưởng của các cation lên phép đo. 6. Khảo sát khoảng tuyến tính, xây dựng đường chuẩn của kẽm, cacđimi, đồng, chì niken, bitmut trong phương pháp phân tích Von – Ampe hòa tan. 7. Đánh giá độ lặp, tìm giới hạn phát hiện (GHPH) và giới hạn định lượng (GHĐL) của phương pháp. 8. Phân tích mẫu thực bằng phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm chuẩn. 9. Xác định hàm lượng của các kim loại kẽm, cađimi, đồng, chì, niken, bitmut trong mẫu nước ở các làng nghề ở xã Văn môn và khu công nghiệp (KCN) huyện Yên Phong tỉnh Bắc Ninh. 10. Đánh giá và so sánh kết quả thu được với những nghiên cứu trước đã được tham khảo trong các tài liệu, các phương pháp phân tích hiện đại khác. Luận văn được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm. Các nội dung chính của luận văn được thực hiện tại Phòng Hóa Phân tích - Viện Hoá học - Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn14
3 Chương 1 TỔNG QUAN I.1. Nguồn gốc nước thải Nước thải có nguồn gốc từ các nguồn nước sử dụng trong công nghiệp và sinh hoạt. Nước mưa và nước thấm cũng là một nguồn nước thải khá lớn. Bản thân nước mưa là nước sạch nhưng khi rơi xuống mặt đất sẽ bị pha trộn và nhiễm bẩn. [26, 29] I.1.1. Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải đen và nước thải xám. Nước thải từ toilet được gọi là nước thải đen. Nước thải đen chứa hàm lượng cao chất rắn và một lượng đáng kể thức ăn cho vi khuẩn (nitơ và phốt pho). Nước thải đen có thể được tách thành hai phần: phân và nước tiểu. Mỗi một người, hàng năm có thể thải ra trung bình 4 kg N và 0,4 kg P trong nước tiểu và 0,55 kg N và 0,18 kg P trong phân. [16, 26] Nước thải xám bao gồm nước giặt rũ quần áo, tắm rửa và nước sử dụng trong nhà bếp. Nước từ trong nhà bếp có thể chứa lượng lớn chất rắn và dầu mỡ . Cả hai loại nước thải đen và thải xám có thể chứa mầm bệnh của người đặc biệt là nước thải đen. [26] I.1.2. Nước thải công nghiệp Rất khó phân loại nước thải từ tất cả các ngành công nghiệp. Mỗi một ngành công nghiệp có nước thải đặc trưng của ngành đó. Ví dụ, nước thải của ngành công nghiệp dệt nhuộm chứa các chất hữu cơ mang màu và một số hóa chất độc hại khó phân hủy. Nước thải của các cơ sở mạ chứa hàm lượng kim loại nặng cao và có pH thấp. Nước thải chế biến thực phẩm chủ yếu là chứa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy bằng vi sinh. [26] I.2. Thành phần nước thải Trên b́ình diện toàn cầu, nước là một tài nguyên vô cùng phong phú nhưng nước chỉ hữu dụng với con người khi nó ở đúng nơi, đúng chỗ, đúng dạng và đạt chất lượng theo yêu cầu. Hơn 99% trữ lượng nước trên thế giới nằm ở dạng không hữu dụng đối với đa số các mục đích của con người do độ mặn (nước biển), địa điểm, dạng (băng hà). [28] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn15
4 Bảng 1.1. Phân bố và dạng của nước trên Trái đất [28] Diện tích Tổng thể tích % tổng Địa điểm (km2) nước (km3) lượng nước Các đại dương và biển (nước mặn) 361.000.000 1.230.000.000 97,2000 Khí quyển (hơi nước) 510.000.000 12.700 0,0010 Sông, rạch ------- 1.200 0,0001 Nước ngầm (đến độ sâu 0,8 km) 130.000.000 4.000.000 0,3100 Hồ nước ngọt 855.000 123.000 0,0090 Tảng băng và băng hà 28.200.000 28.600.000 2,1500 Con người khai thác các nguồn nước tự nhiên để cung cấp nước cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất. Sau khi sử dụng nước bị nhiễm bẩn do chứa nhiều vi trùng và các chất thải khác. Nếu không được xử lý trước khi thải vào các nguồn nước công cộng, chúng sẽ làm ô nhiễm môi trường. Vì vậy nước thải trước khi thải vào sông, hồ (nguồn nước) cần phải được xử lý thích đáng. Mức độ xử lý phụ thuộc vào nồng độ bẩn của nước thải; khả năng pha loãng giữa nước thải với nước nguồn và các yêu cầu về mặt vệ sinh, khả năng "tự làm sạch của nguồn nước". [29] Theo các qui định về bảo vệ môi trường của Việt Nam, ô nhiễm nước là việc đưa vào các nguồn nước các tác nhân lý, hóa, sinh học và nhiệt không đặc trưng về thành phần hoặc hàm lượng đối với môi trường ban đầu đến mức có khả năng gây ảnh hưởng xấu đến sự phát triển bình thường của một loại sinh vật nào đó hoặc thay đổi tính chất trong lành của môi trường ban đầu. Theo một định nghĩa khác "Ô nhiễm nước mặt diễn ra khi đưa quá nhiều các tạp chất, các chất không mong đợi, các tác nhân gây nguy hại vào các nguồn nước, vượt khỏi khả năng tự làm sạch của các nguồn nước này". Để thiết kế các công trình xử lý nước thải, trước tiên chúng ta phải biết đặc điểm, thành phần của các chất gây ô nhiễm. [28] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn16
5 Bảng 1.2. Các đặc điểm lý học, hóa học và sinh học của nước thải và nguồn sinh ra nó [21] Đặc điểm Nguồn Lý học Nước thải sinh hoạt hay công nghiệp, thường do sự phân Màu hủy của các chất thải hữu cơ. Mùi Nước thải công nghiệp, sự phân hủy của nước thải Nước cấp, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, xói mòn Chất rắn đất. Nhiệt Nước thải sinh hoạt, công nghiệp Hóa học Carbohydrate Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Dầu, mỡ Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Thuốc trừ sâu Nước thải nông nghiệp Phenol Nước thải công nghiệp Protein Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Chất hữu cơ bay hơi Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Các chất nguy hiểm Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Do sự phân hủy của các chất hữu cơ trong nước thải trong Các chất khác tự nhiên Tính kiềm Chất thải sinh hoạt, nước cấp, nước ngầm Chlorua Nước cấp, nước ngầm Kim loại nặng Nước thải công nghiệp Nitrogen Nước thải sinh hoạt, công nghiệp pH Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Phospho Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp; rửa trôi Lưu huỳnh Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp; nước cấp H2 S Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt Methane Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt Nước cấp, sự trao đổi qua bề mặt tiếp xúc không khí - Oxygen nước Sinh học Động vật Các ḍang chảy hở và hệ thống xử lý Thực vật Các ḍng chảy hở và hệ thống xử lý Eubacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý Archaebacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý Viruses Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn17
6 Bảng 1.3. Các chất ô nhiễm quan trọng cần chú ý đến trong quá trình xử lý nước thải [21] Chất gây ô nhiễm Nguyên nhân được xem là quan trọng Các chất rắn lơ Tạo nên bùn lắng và môi trường yếm khí khi nước thải chưa lửng xử lư được thải vào môi trường. Biểu thị bằng đơn vị mg/l. Các chất hữu cơ có Bao gồm chủ yếu là carbohydrate, protein và chất béo. thể phân hủy bằng Thường được đo bằng chỉ tiêu BOD và COD. Nếu thải thẳng con đường sinh vào nguồn nước, quá tŕnh phân hủy sinh học sẽ làm suy kiệt học oxy ḥa tan của nguồn nước. Các bệnh truyền nhiễm có thể lây nhiễm từ các vi sinh vật Các mầm bệnh gây bệnh trong nước thải. Thông số quản lư là MPN (Most Probable Number). N và P cần thiết cho sự phát triển của các sinh vật. Khi được thải vào nguồn nước nó có thể làm gia tăng sự phát triển của Các dưỡng chất các loài không mong đợi. Khi thải ra với số lượng lớn trên mặt đất nó có thể gây ô nhiễm nước ngầm. Các chất ô nhiễm Các hợp chất hữu cơ hay vô cơ có khả năng gây ung thư, nguy hại biến dị, thai dị dạng hoặc gây độc cấp tính. Các chất hữu cơ Không thể xử lý được bằng các biện pháp thông thường. Ví khó phân hủy dụ các nông dược, phenols... Có trong nước thải thương mại và công nghiệp và cần loại Kim loại nặng bỏ khi tái sử dụng nước thải. Một số ion kim loại ức chế các quá trình xử lý sinh học Hạn chế việc sử dụng nước cho các mục đích nông, công Chất vô cơ hoà tan nghiệp Làm giảm khả năng bão hoà oxy trong nước và thúc đẩy sự Nhiệt năng phát triển của thủy sinh vật Ion hydrogen Có khả năng gây nguy hại cho TSV Ở các thành phố có nhiều nhà máy, khu công nghiệp, nước thải công nghiệp ảnh hưởng rất lớn đến thành phần nước thải chung của thành phố, thị trấn vì nó chứa nhiều các chất gây ô nhiễm ở nồng độ cao và tùy theo từng nhà máy thành phần chất gây ô nhiễm rất phức tạp. Do đó để giảm thiểu chi phí cho việc quản lý và xử Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn18
7 lý, mỗi nhà máy cần phải có các hệ thống xử lý riêng để nước thải thải vào các nguồn nước công cộng phải đạt đến một tiêu chuẩn cho phép nào đó. [30, 37] Bảng 1.4. Các loại chất thải và các nguồn thải chính [21] Từ cống rănh, kênh thoát Từ các nguồn chảy tràn nước Loại chất thải Chảy tràn từ Chảy tràn ở Nước thải Nước thải khu sx nông khu vực sinh hoạt công nghiệp nghiệp thành thị Các chất thải cần     oxy để phân hủy Dưỡng chất     Các mầm bệnh     Chất rắn lơ     lửng/cặn lắng Muối    Kim loại độc   Chất hữu cơ độc   Nhiệt  I.3. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước [16, 26, 33, 37] I.3.1. Độ pH Độ pH là một trong những chỉ tiêu cần xác định đối với chất lượng nước. Giá trị đo pH cho phép chúng ta quyết định xử lý nước theo phương pháp thích hợp hoặc điều chỉnh lượng hóa chất trong quá trình xử lý nước. Sự thay đổi pH trong nước có thể dẫn tới những thay đổi về thành phần các chất trong nước do quá trình hòa tan hoặc kết tủa, hoặc thúc đẩy hoặc ngăn chặn những phản ứng hóa học, sinh học xảy ra trong nước. [16] Xác định pH bằng các máy đo pH. Các máy đo pH hiện nay đều là các máy hiện số. Độ chính xác của các máy này thường là 1% đơn vị pH. I.3.2. Nhiệt độ Nhiệt độ của nước là một chỉ tiêu cần đo khi lấy mẫu nước. Nhiệt độ của nước ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình sinh hóa xảy ra trong nước. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn19
8 Nhiệt độ của nước phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết hay môi trường khu vực. Riêng nhiệt độ của nước ngầm, các lớp nước tầng đáy sâu của hồ… ít phụ thuộc vào môi trường hơn. Nhiệt độ nước thải công nghiệp đặc biệt là nước thải của nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện hạt nhân thường cao hơn từ 10 – 25oC so với nước thường. Nước nóng có thể gây ô nhiễm hoặc có lợi tùy theo mùa và vị trí địa lý. Vùng có khí hậu ôn đới nước nóng có tác dụng xúc tiến sự phát triển của vi sinh vật và các quá trình phân hủy. Nhưng ở những vùng nhiệt đới, nhiệt độ cao của nước ở sông hồ sẽ làm thay đổi quá trình sinh hóa và hóa lý bình thường của hệ sinh thái nước, giảm lượng oxi hòa tan vào nước và tăng nhu cầu oxi của cá lên 2 lần. Một số loài sinh vật không chịu được nhiệt độ cao sẽ chết hoặc phải di chuyển đi nơi khác, nhưng có một số loài khác lại phát triển mạnh ở nhiệt độ thích hợp. [26] Chỉ tiêu nhiệt độ cần đo ngay tại nơi lấy mẫu bằng nhiệt kế hay bằng các máy đo nhiệt độ. I.3.3. Màu sắc Nước sạch trong suốt và không màu. Nếu bề mặt đáy của nước rất lớn ta có cảm giác nước màu xanh nhẹ, đó là do sự hấp thụ chọn lọc các bước sóng nhất định của ánh sáng mặt trời. Nước bẩn là do các chất bẩn trong nước gây nên. Màu sắc của nước ảnh hưởng đến thẩm mỹ khi sử dụng nước, ảnh hưởng đến chất lượng nước khi sử dụng trong sản xuất. [16] Màu của nước gây ra bởi: + Màu của các chất hữu cơ: màu này rất khó xử lý bằng các phương pháp đơn giản. Nước có màu xanh đậm hoặc có váng trắng chứng tỏ trong nước có nhiều chất phú dưỡng hoặc các thực vật nổi phát triển quá mức và sản phẩm phân hủy thực vật đã chết. Sự phân hủy các chất hữu cơ làm xuất hiện axit humic và fulvic hòa tan làm nước có màu vàng. + Các chất vô cơ là những hạt rắn, gây ra màu sắc trong nước. Màu này xử lý đơn giản hơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn20