Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học: Đánh giá hàm lượng một số cation kim loại nặng trong nước thải và nước sinh hoạt khu vực Thạch Sơn - Lâm Thao – Phú Thọ bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm khảo sát các điều kiện thực nghiệm đồng, chì, cadimi, mangan bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa gồm: Khảo sát vùng tuyến tính của phép đo đồng, chì, cadimi, và mangan. Xây dựng đƣờng chuẩn của đồng, chì, cadimi, và mangan. 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 Khoa học Hoá học: Đánh giá hàm lượng một số cation kim loại nặng trong nước thải và nước sinh hoạt khu vực Thạch Sơn - Lâm Thao – Phú Thọ bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

®¹i häc th¸i nguyªn Tr-êng ®¹i häc s- ph¹m -----  ----- ĐẶNG THÀNH ĐIỆP ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG MỘT SỐ CATION KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC THẢI VÀ NƢỚC SINH HOẠT KHU VỰC XÃ THẠCH SƠN - LÂM THAO - PHÚ THỌ BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Chuyªn ngµnh : Hãa ph©n tÝch M· sè : 60. 44. 29 luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc ho¸ häc C¸n bé h-íng dÉn khoa häc Pgs. Ts. §Æng xu©n th- Th¸i Nguyªn - N¨m 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là nội dung nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu, kết luận nghiên cứu trình bày trong luận văn này chưa hề được công bố ở các nghiên cứu khác. Tôi xin chịu trách nhiệm về các kết quả và nghiên cứu trong luận văn! Học viên Đặng Thành Điệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ii LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đặng Xuân Thƣ đã tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng và chỉ bảo tôi hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin đƣợc cảm ơn NCS. Phạm Thị Kim Giang đã nhiệt tình chỉ bảo, hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi phần khảo sát khu vực nghiên cứu và thực nghiệm của luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Nguyễn Quang Tuyển đã giúp đỡ, tạo điều kiện trong suốt thời gian tôi nghiên cứu thực nghiệm. Tôi chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa, các thầy giáo, cô giáo - khoa Hóa học - Trƣờng Đại học Sƣ phạm Thái Nguyên, đặc biệt các thầy cô trong tổ bộ môn Hóa học Phân tích đã dạy dỗ tôi những kiến thức quý báu cũng nhƣ tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Tôi xin chân thành cảm ơn sở GD&ĐT Tuyên Quang và đặc biệt là BGH trƣờngTHPT Hàm Yên. đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cũng nhƣ động viên tôi rất nhiều trong quá trình tôi học tập và nghiên cứu. Qua đây cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ và cổ vũ tôi trong quá trình học tập cũng nhƣ trong quá trình tôi nghiên cứu để hoàn thành bản luân văn này. Hà Nội, tháng 5 năm 2012 Đặng Thành Điệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iii MỤC LỤC Lời cam đoan ...................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................ ii Mục lục ............................................................................................................. iii Danh mục các chữ viết tắt ................................................................................. v Danh mục các bảng .......................................................................................... vi Danh mục các hình ......................................................................................... viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 3 1.1. Một vài nét về khu vực nghiên cứu .................................................................. 3 1.1.1. Tình hình sử dụng nƣớc sinh hoạt ở Thạch Sơn .............................. 3 1.1.2. Những vấn đề về môi trƣờng ở Thạch Sơn ..................................... 4 1.1.3. Tình hình bệnh ung thƣ tại Thạch Sơn ............................................. 5 1.2. Giới thiệu về đồng, mangan, chì và cadimi ................................................... 6 1.2.1. Đồng ................................................................................................. 6 1.2.2. Mangan ............................................................................................ 8 1.2.3. Chì .................................................................................................. 10 1.2.4. Cadimi ........................................................................................... 11 1.3. Các phƣơng pháp xác định một số kim loại nặng ....................................... 12 1.3.1. Nhóm phƣơng pháp phân tích công cụ ......................................... 12 1.3.2. Nhóm phƣơng pháp phân tích hóa học .......................................... 24 Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............ 28 2.1. Thực nghiệm ........................................................................................................ 28 2.1.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị máy móc .......................................... 28 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................... 30 2.2.1. Tiến hành phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa (F-AAS) ... 30 2.2.2. Xử lý kết quả thực nghiệm ............................................................. 31 2.2.3. Tiến hành lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu ................................... 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iv Chƣơng 3: KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 33 3.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa trực tiếp (F-AAS) của đồng, chì, cadimi và mangan ......................................... 33 3.1.1. Khảo sát các thông số của máy ..................................................... 33 3.1.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu .................................... 37 3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới phép đo ................................................. 39 3.2.1. Ảnh hƣởng các loại axit và nồng độ axit ....................................... 40 3.2.2. Ảnh hƣởng của các cation khác ..................................................... 43 3.3. Phạm vi tuyến tính của nồng độ các ion kim loại ....................................... 48 3.4. Tổng hợp các điều kiện cơ bản của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa trực tiếp xác định Cu, Pb, Cd, Mn ....................................... 50 3.4. Đƣờng chuẩn xác định đồng, chì, cadimi và mangan ................................... 51 3.4.1. Chuẩn bị dung dịch xây dựng đƣờng chuẩn .................................. 51 3.4.2. Xây dựng đƣờng chuẩn của đồng, chì, cadimi và mangan ............ 52 3.5. Đánh giá sai số và độ lặp của phƣơng pháp ................................................. 55 3.6. Ứng dụng của phƣơng pháp F-AAS để phân tích mẫu thực .................... 58 3.6.1. Lấy mẫu và xử lí mẫu ..................................................................... 58 3.6.2. Phƣơng pháp xử lý kết quả............................................................. 60 3.6.3. Kết quả phân tích mẫu thực............................................................ 61 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 75 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Atomic AAS Quang phổ hấp thụ nguyên tử AbsorptionSpectrometry Flame Atomic Quang phổ hấp thụ nguyên tử F-AAS AbsorptionSpectrometry trong ngọn lửa Electron-Thermal Quang phổ hấp thụ nguyên tử ETA-AAS Atomization Atomic không ngọn lửa AbsorptionSpectrometry Inductivity Coupled ICP Plasma cao tần cảm ứng Plasma Cu Copper Đồng Cd Cadmium Cadimi Pb Lead Chì Mn Manganese Mangan Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Vạch đo đặc trƣng của nguyên tố đồng, chì, cadimi và mangan.... 33 Bảng 3.2: Kết quả khảo sát các bƣớc sóng hấp thụ khác nhau của đồng, chì, cadim và mangan ............................................................................ 34 Bảng 3.3a: Sự phụ thuộc phổ hấp thụ nguyên tử của đồng vào cƣờng độ dòng đèn..... 35 Bảng 3.3b: Sự phụ thuộc phổ hấp thụ nguyên tử của chì vào cƣờng độ dòng đèn........... 35 Bảng 3.3c: Sự phụ thuộc phổ hấp thụ nguyên tử của cadimi vào cƣờng độ dòng đèn .......................................................................................... 36 Bảng 3.3d: Sự phụ thuộc phổ hấp thụ nguyên tử của mangan vào cƣờng độ dòng đèn .......................................................................................... 36 Bảng 3.4: Ảnh hƣởng của tốc độ khí axetilen đến sự hấp thụ của đồng ........ 38 Bảng 3.5: Ảnh hƣởng của tốc độ khí axetilen đến sự hấp thụ của chì ............ 39 Bảng 3.6: Ảnh hƣởng của tốc độ khí axetilen đến sự hấp thụ của cadimi ...... 39 Bảng 3.7: Ảnh hƣởng của tốc độ khí axetilen đến sự hấp thụ của mangan .... 39 Bảng 3.8: Kết quả độ hấp thụ của đồng trong các dung dịch axit khác nhau ở các nồng độ khác nhau .................................................................... 41 Bảng 3.9: Kết quả độ hấp thụ của chì trong các dung dịch axit khác nhau ở các nồng độ khác nhau .................................................................... 41 Bảng 3.10: Kết quả độ hấp thụ của cadimi trong các dung dịch axit khác nhau ở các nồng độ khác nhau ................................................................. 42 Bảng 3.11: Kết quả độ hấp thụ của mangan trong các dung dịch axit khác nhau ở các nồng độ khác nhau ........................................................ 43 Bảng 3.12: Ảnh hƣởng của một số cation đến phổ hấp thụ của đồng ............ 44 Bảng 3.13: Ảnh hƣởng của một số cation đến phổ hấp thụ của chì ............... 45 Bảng 3.14: Ảnh hƣởng của một số cation đến phổ hấp thụ của cadimi ......... 46 Bảng 3.15: Ảnh hƣởng của một số cation đến phổ hấp thụ của mangan ........ 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
vii Bảng 3.16: Sự phụ thuộc độ hấp thụ của đồng, chì, cadimi và mangan vào nồng độ ............................................................................................ 48 Bảng 3.17: Các điều kiện cơ bản đã chọn cho phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của đồng, chì, cadimi và mangan .................................................... 51 Bảng 3.18: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ đồng .......................... 52 Bảng 3.19: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ chì.............................. 53 Bảng 3.20: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ cadimi........................ 54 Bảng 3.21: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ mangan ...................... 55 Bảng 3.22: Kết quả xác định sai số của phƣơng pháp với phép đo đồng ....... 56 Bảng 3.23: Kết quả xác định sai số của phƣơng pháp với phép đo chì .......... 56 Bảng 3.24: Kết quả xác định sai số của phƣơng pháp với phép đo cadimi .... 57 Bảng 3.25: Kết quả xác định sai số của phƣơng pháp với phép đo mangan .. 57 Bảng 3.26: Một số mẫu nƣớc bề mặt .............................................................. 59 Bảng 3.27: Giá trị giới hạn cho phép của nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc mặt và trong nƣớc ngầm ........................................................ 62 Bảng 3.28: Kết quả hàm lƣợng Cd trong mẫu nƣớc sinh hoạt ....................... 63 Bảng 3.29: Kết quả hàm lƣợng Cu trong mẫu nƣớc sinh hoạt ........................ 64 Bảng 3.30: Kết quả hàm lƣợng Mn trong mẫu nƣớc sinh hoạt....................... 65 Bảng 3.31: Kết quả hàm lƣợng Pb trong mẫu nƣớc sinh hoạt ........................ 66 Bảng 3.32: Kết quả hàm lƣợng Cd trong mẫu nƣớc thải ................................ 67 Bảng 3.33: Kết quả hàm lƣợng Cu trong mẫu nƣớc thải ................................ 68 Bảng 3.34: Kết quả hàm lƣợng Mn trong mẫu nƣớc thải ............................... 69 Bảng 3.35: Kết quả hàm lƣợng Pb trong mẫu nƣớc thải ................................ 70 Bảng 3.36: Kết quả phân tích chì và đồng, mangan theo phƣơng pháp thêm chuẩn và phƣơng pháp đƣờng chuẩn .............................................. 71 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ địa chất khu Công nghiệp Lâm Thao ..................................... 4 Hình 1.2: Cá chết do nƣớc thải nhà máy tại làng ung thƣ Thạch Sơn, Phú Thọ..... 5 Hình 1.3: Khu dân cƣ trù phú trƣớc đây (đã đƣợc di dời), nay thành cánh đồng ô nhiễm.............................................................................................. 6 Hình 1.4: Quan hệ I-E trong phƣơng pháp cực phổ ........................................ 13 Hình 2.1: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ .................................. 22 Hình 2.2 : Sơ đồ hệ thống máy hấp thụ nguyên tử (máy Shimadzu 6300- Nhật Bản) .. 29 Hình 3.1: Sự phụ thuộc độ hấp thụ của đồng vào các axit.............................. 41 Hình 3.2: Sự phụ thuộc độ hấp thụ của chì vào các axit ................................. 42 Hình 3.3: Sự phụ thuộc độ hấp thụ của cadimi vào các axit ........................... 42 Hình 3.4: Sự phụ thuộc độ hấp thụ của mangan vào các axit ......................... 43 Hình 3.5: Phạm vi tuyến tính của sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ đồng ... 49 Hình 3.6: Phạm vi tuyến tính của sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ chì ...... 49 Hình 3.7: Phạm vi tuyến tính của sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ cadimi .............................................................................................. 49 Hình 3.8: Phạm vi tuyến tính của sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ mangan ............................................................................................ 50 Hình 3.9: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ đồng ............................. 52 Hình 3.10: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ chì .............................. 53 Hình 3.11: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ cadimi ........................ 54 Hình 3.12: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ mangan ...................... 55 Hình 3.13: Đồ thị của phƣơng pháp thêm chuẩn ............................................ 61 Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng Cd trong mẫu nƣớc sinh hoạt ............ 63 Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng Cu trong mẫu nƣớc sinh hoạt ............ 64 Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng Mn trong mẫu nƣớc sinh hoạt.......... 65 Hình 3.17: Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng Pb trong mẫu nƣớc sinh hoạt ............. 66 Hình 3.18: Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng Cd trong mẫu nƣớc thải ..................... 67 Hình 3.19: Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng Cu trong mẫu nƣớc thải ..................... 68 Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng Mn trong mẫu nƣớc thải .................... 69 Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng Pb trong mẫu nƣớc thải ..................... 70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU Nƣớc đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống của con ngƣời và động thực vật. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và sự gia tăng dân số, môi trƣờng nƣớc ngày càng bị ô nhiễm. Một thực tế là khi các nguồn nƣớc ngầm bị khai thác ngày càng cạn kiệt thì để phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt, con ngƣời đã tìm cách sử dụng nguồn nƣớc bề mặt. Khi nƣớc sinh hoạt và nƣớc sông hồ bị ô nhiễm thì sự gây hại tới con ngƣời có thể là trực tiếp cũng có thể là gián tiếp thông qua lƣới thức ăn. Vì vậy, việc điều tra khảo sát hiện trạng môi trƣờng nƣớc là rất cần thiết, từ đó đƣa ra các giải pháp nhằm nâng cao chất lƣợng sử dụng, bảo vệ sức khoẻ cộng đồng. Kim loại nặng có Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, v.v... thƣờng không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hoá của các thể sinh vật và thƣờng tích luỹ trong cơ thể chúng. Vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại với sinh vật. Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nƣớc. Đối với con ngƣời, khi đã nhiễm vào cơ thể, kim loại nặng có thể tích tụ lại trong các mô gây ra nhiều căn bệnh nguy hiểm, nhƣ là bệnh ung thƣ. Qua tìm hiểu thực tế, tham khảo một số nghiên cứu có liên quan đến vấn đề đánh giá chất lƣợng nƣớc sinh hoạt và nƣớc của một số sông, hồ, ao trên địa bàn xã Thạch Sơn, huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ, chúng tôi nhận thấy nƣớc sinh hoạt và nƣớc của một số sông, hồ, ao đã và đang lâm vào tình trạng ô nhiễm ở mức độ khác nhau. Theo quy luật, các động vật và thực vật sống trong nƣớc nhƣ: rong, tảo, rau, cá, tôm, cua…khi sống trong môi trƣờng ô nhiễm sẽ hấp thụ những chất độc hại và có thể thành nguồn gây độc hại đối với con ngƣời khi chúng ta sử dụng chúng làm nguồn thức ăn. Để đánh giá đƣợc mức độ ô nhiễm của nƣớc cần phải khảo sát rất nhiều yếu tố nhƣ pH, DO, COD, BOD5, các chỉ tiêu Nito, Photpho, kim loại nặng, chỉ tiêu vi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2 sinh…Và chỉ tiêu kim loại nặng là một trong những chỉ tiêu quan trọng, đáng lƣu tâm do có thể gây tác hại ở mức độ cao và lâu dài của chúng nhƣ đồng, chì, cadimi, thuỷ ngân, asen…trong đề tài này chúng tôi chọn đồng (Cu), chì (Pb), cadimi (Cd), và mangan (Mn) để nghiên cứu và đánh giá. Việc khảo sát chúng bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử trong ngọn lửa trực tiếp (F-AAS) sẽ góp phần đánh giá mức độ ô nhiễm môi trƣờng nƣớc một số khu vực. Từ những lí do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Đánh giá hàm lƣợng một số cation kim loại nặng trong nƣớc thải và nƣớc sinh hoạt khu vực Thạch Sơn - Lâm Thao – Phú Thọ bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử”. Nhiệm vụ chính đặt ra : 1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm đồng, chì, cadimi, mangan bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa gồm: 2. Khảo sát vùng tuyến tính của phép đo đồng, chì, cadimi, và mangan 3. Xây dựng đƣờng chuẩn của đồng, chì, cadimi, và mangan 4. Đánh giá sai số và độ lặp của phƣơng pháp 5. Phân tích mẫu thực theo phƣơng pháp đƣờng chuẩn 6. Kiểm tra kết quả mẫu theo phƣơng pháp thêm tiêu chuẩn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Một vài nét về khu vực nghiên cứu 1.1.1. Tình hình sử dụng nước sinh hoạt ở Thạch Sơn Xã Thạch Sơn thuộc huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ và nằm ven sông Hồng, một phần địa phận của xã này tiếp giáp với nhà máy Supe Hóa chất Lâm Thao. Trên các phƣơng tiện thông tin đại chúng trong mấy năm trở lại đây, xã Thạch Sơn là một điểm nóng về môi trƣờng. Ở xã Thạch Sơn có khoảng 50% sử dụng giếng đào nhƣng có nhiều giếng không sử dụng đƣợc. Hiện tại có hai công trình cấp nƣớc tập trung do địa phƣơng quản lý và khai thác gồm một công trình tập trung quy mô nhỏ do UNICEP tài trợ và một công trình cấp nƣớc có quy mô lớn (liên thôn) từ nguồn vốn chƣơng trình Quốc gia. Công trình cấp nƣớc do UNICEP tài trợ gồm một giếng khoan sâu 20m đƣợc đầu tƣ năm 1999. Nƣớc từ giếng khoan bơm thẳng vào mạng lƣới cấp nƣớc không qua xử lý. Hiện trạm này đang cấp nƣớc cho khoảng 180 hộ dân. Công trình cấp nƣớc tập trung từ nguồn vốn Quốc gia bàn giao cho xã Thạch Sơn từ tháng 12 năm 2001 đến cuối 2004 đã giao cho HTX nông nghiệp khai thác và quản lý. Đã có hệ thống xử lý: phun mƣa - lắng - lọc nổi chủ yếu là sử lý sắt. Tuy vậy do thiết bị cũ kỹ nên chất lƣợng nƣớc sau xử lý vẫn chƣa đạt tiêu chuẩn nƣớc sinh hoạt. Ngoài ra, có 40 hộ dân đang dùng nƣớc từ hệ thống cung cấp nƣớc của nhà mày Supe photphat Lâm Thao. Năm 2005, Nhà nƣớc chủ trƣơng dẫn nƣớc máy từ Việt Trì về cho nhân dân Thạch Sơn nhƣng đến tháng 11 năm 2010, nhân dân bắt đầu có nƣớc sạch dùng (theo sự khảo sát lại mới đây nhất xã Thạch Sơn có nƣớc sạch ở hầu khắp các khu dân cƣ, nhƣng còn một số ít hộ không dùng nƣớc sạch do nhà máy cung cấp mà vẫn dùng nƣớc giếng khoan). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4 Điều đặc biệt là hệ thống nước thải của nhà máy Supe photphat Lâm Thao trước đây đi nhờ qua hệ thống mương tưới tiêu của xã Thạch Sơn. Hình 1.1: Sơ đồ địa chất khu Công nghiệp Lâm Thao (Theo báo cáo của Sở Khoa học và Công nghệ Phú Thọ, [2]) 1.1.2. Những vấn đề về môi trường ở Thạch Sơn [2, 3, 4, 5] Xã Thạch Sơn có hơn 1.800 hộ sống gần Công ty Supe photphat và Hoá chất Lâm Thao, 200 hộ sống ven đê sông Hồng cạnh đƣờng nƣớc thải của Công ty Giấy Bãi Bằng – 400 hộ này đều không sử dụng đƣợc nƣớc giếng vì nƣớc hôi. Theo điều tra và báo cáo định kỳ của Cục Bảo vệ Môi trƣờng và Uỷ ban nhân dân xã Thạch Sơn cho thấy: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5 Nƣớc mặt, nƣớc giếng, đất bùn, chất thải rắn và không khí bị nhiễm As và một số kim loại nặng độc hại. Đặc biệt là chất thải của nhà máy đều bị ô nhiễm nghiêm trọng. Một số nƣớc giếng của một số nhà dân có hàm lƣợng kim loại nặng nhƣ Pb, Cd, Hg, ... vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép. Có thể kết luận, tại xã Thạch Sơn đều có dấu hiệu ô nhiễm As và kim loại nặng trong rau, cá. Hình 1.2: Cá chết do nước thải nhà máy tại làng ung thư Thạch Sơn, Phú Thọ (Nguồn: Tia sáng, Bộ KH&CN Việt Nam) 1.1.3. Tình hình bệnh ung thư tại Thạch Sơn [2, 3, 4, 5] Theo kết quả điều tra của Sở Y tế tỉnh Phú Thọ và theo thống kê của Trạm y tế xã Thạch Sơn, từ năm 2005 đến tháng 4 năm 2009, xã có 162 ngƣời chết, trong đó có 51 ngƣời chết do bệnh ung thƣ chiếm 31,48%. Các loại bệnh ung thƣ ở đây có 14 kiểu ung thƣ khác nhau, thƣờng gặp là: ung thƣ gan (27,4%), phổi (31,1%), dạ dày (10,4%), vòm họng (9,4%), não (7,5%), còn lại là ung thƣ cổ tử cung, máu, tinh hoàn, bàng quang, xƣơng, khớp, đại tràng ... Theo khảo sát mới nhất, từ đầu năm đến tháng 8 năm 2010, xã Thạch Sơn hiện có 44 ngƣời đang mắc bệnh ung thƣ, trong đó có 10 ngƣời đã chết. Năm 1990, tại khu 8 (xã Thạch Sơn) đã di dời đi nơi khác vì ô nhiễm không khí nặng nề khoảng 200 hộ dân, và nơi đây cũng là nơi tỷ lệ ngƣời mắc bệnh ung thƣ cao nhất. Năm 2009, UBND xã Thạch Sơn sẽ xoá bỏ lò gạch thủ công và thay đổi dây chuyền công nghệ mới giảm thiểu sự ô nhiễm và di dời dân ra khỏi khu vực bị ô nhiễm trầm trọng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
6 Hình 1.3: Khu dân cư trù phú trước đây (đã được di dời), nay thành cánh đồng ô nhiễm (Nguồn Báo Pháp luật, Tp HCM) 1.2. Giới thiệu về đồng, mangan, chì và cadimi [7, 13, 14, 19, 23] 1.2.1. Đồng [12, 13, 23] 1.2.1.1. Trạng thái tự nhiên của đồng Trong tự nhiên, đồng là nguyên tố tƣơng đối phổ biến. Trữ lƣợng đồng trong vỏ trái đất khá lớn là 0,003%. Ngƣời ta gặp đồng chủ yếu ở dạng các hơp chất sufua và luôn ở lẫn với những quặng sufua của các kim loại khác. Trong số những khoáng chất riêng của đồng, quan trọng nhất là cancopirit (CuFeS2) và cancozin (Cu2S). Những khoáng chất có chứa oxi và tƣơng đối ít gặp - cuprit Cu2O, malachite [(CuOH)2CO3 ]. 1.2.1.2. Vai trò và khả năng sinh hóa của đồng Đồng là một nguyên tố rất đặc biệt về mặt sinh vật học. Có lẽ nó là chất xúc tác của những quá trình oxi hoá nội bào. Ngƣời ta đã nhận xét rằng, rất nhiều cây muốn phát triển bình thƣờng, đều cần phải có một ít đồng và nếu dùng những hợp chất của đồng để bón cho đất (đặc biệt là đất bùn lầy) thì thu hoạch thƣờng tăng lên rất cao. Các cơ thể thực vật có độ bền rất khác nhau đối với lƣợng đồng dƣ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7 Đối với thực vật thì đồng ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình sinh trƣởng và phát triển sản lƣợng của cây. Đồng có tác dụng kích thích các loại men, tạo điều kiện cho cây sử dụng protein và hình thành clorofin. Thiếu đồng thì cây không phát triển đƣợc. Đồng có tác dụng giúp cây chống hạn, chịu rét, làm tăng khả năng giữ nƣớc của mô, bảo vệ diệp lục khỏi bị phá huỷ đồng thời còn có tác dụng làm tăng quang hợp. Các nguyên tố vi lƣợng ảnh hƣởng không những đến quá trình phát triển của thực vật mà còn có tầm quan trọng với hoạt động sống của động vật và con ngƣời. Trong các động vật thì một số loài nhuyễn thể (bạch tuộc) có chứa đồng nhiều nhất. Trong các động vật cao đẳng, đồng tập trung chủ yếu ở gan và ở các hạch tế bào của những mô khác. Ngƣợc lại các tế bào tại các chỗ sƣng chứa rất ít đồng. Nếu sinh vật bị thiếu đồng (mỗi ngày cần đến 5mg) thì việc tái tạo hemoglobin sẽ giảm dần và sinh ra bệnh thiếu máu. Nguồn các nguyên tố vi lƣợng trong cơ thể con ngƣời thƣờng xuyên đƣợc bổ sung từ rau, quả, các loại lƣơng thực thực phẩm có trong thức ăn hàng ngày. Thiếu hoặc mất cân bằng nguyên tố kim loại vi lƣợng trong các bộ phận cơ thể nhƣ máu, huyết thanh, tóc, gan, mật… là nguyên nhân hay triệu trứng của ốm đau, bệnh tật hoặc suy dinh dƣỡng. Hàm lƣợng đồng trong toàn bộ cơ thể xấp xỉ 0,1g và nhu cầu hàng ngày của một ngƣời đàn ông có sức khỏe trung bình là 2mg. Ở trẻ sơ sinh và đang bú mẹ, thiếu đồng dẫn đến thiếu máu nặng và thiếu bạch cầu trung tính. Ở trẻ em mắc bệnh suy nhƣợc nhiệt đới gọi là Kawashiskor thì biểu hiện thiếu đồng là mất sắc tố ở lông tóc. Qua phân tích ngƣời ta thấy ở những trẻ mất khả năng đọc và đánh vần hoặc đọc và đánh vần khó nhọc thì hàm lƣợng đồng và magie trong tóc cao hơn nhiều so với các trẻ đối chứng (bình thƣờng). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
8 Nếu hàm lƣợng đồng trong tóc tăng nhiều (quá giới hạn) thì bệnh kéo theo bao gồm cả thiếu máu, viêm gan, viêm tuyến giáp trạng và suy thận. Nếu ở mô não, nồng độ Cu tăng và nồng độ Zn giảm thì sẽ xuất hiện chứng sớm mất trí. Một bệnh gọi là bệnh Wilson sinh ra bởi các cơ thể mà đồng bị giữ lại, mà không tiết ra bởi gan vào trong mật. Căn bệnh này nếu không đƣợc điều trị có thể dẫn tới các tổn thƣơng não và gan. Trong các đồ ăn thì sữa và men có chứa nhiều đồng nhất, trong máu nguời mẹ có thai lƣợng đồng tăng gấp đôi so với lúc bình thƣờng. Vì vậy xác định chính xác hàm lƣợng nguyên tố đồng trong các thực phẩm và trong cơ thể ngƣời bình thƣờng để xây dựng các chỉ tiêu sinh học và dinh dƣỡng là vô cùng cần thiết để chăm sóc và bảo vệ cộng đồng. 1.2.2. Mangan [14] 1.2.2.1. Trạng thái tự nhiên của mangan Trong thiên nhiên mangan là nguyên tố tƣơng đối phổ biến, đứng hàng thứ 3 trong số các kim loại chuyển tiếp sau Fe và Ti. Trữ lƣợng của mangan trong vỏ trái đất là 0,032%. Mangan không tồn tại ở trạng thái tự do mà tồn tại chủ yếu trong các khoáng vật. Khoáng vật chính của mangan là Hausmanit (Mn3O4) chứa khoảng 72% Mn, Pirolusit (MnO2) chứa khoảng 63% Mn, Braunit (Mn2O3) và Manganit MnO2.Mn(OH)2. Những nƣớc có nhiều mỏ quặng mangan là Nga, Nam Phi, Ấn Độ, Gabon, Brazin và Australia. Nƣớc ta có mỏ Pirolusit lẫn Hemantit ở Yên Cƣ và Thanh Tứ (Nghệ An), mỏ Pirolusit lẫn Hemantit ở Tốc Tác và Bản Khuôn (Cao Bằng). Hàm lƣợng mangan tính theo thành phần phần trăm trong thạch quyển là 0,09%; trong đất là 0,085%; trong chất sống là 0,01%. Trong cơ thể con ngƣời mangan có khoảng 4.10 -10 % nằm trong tim, gan và tuyến thƣợng thận, ảnh hƣởng đến sự trƣởng thành của cơ thể và sự tạo máu. Mangan có nhiều đồng vị từ 49Mn đến 55Mn trong đó chỉ có 55Mn là đồng vị thiên nhiên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
9 chiếm gần 100%. Đồng vị phóng xạ bền nhất là 53Mn có chu kì bán hủy là 140 năm, và kém bền nhất là 49Mn có chu kì bán hủy là 0,4s. 1.2.2.2. Vai trò và khả sinh hóa của Mangan Trƣớc khi xét đến sự ô nhiễm của mangan trong nƣớc ngầm ta cũng cần điểm qua sự xuất hiện của mangan trong tự nhiên và trong nƣớc thải. Trong tự nhiên ở sông ngòi mangan chứa từ 0,001-0,16mg/l. Trong nƣớc đƣờng ống thì mangan ở ngƣỡng 0,05mg/l. Trong công nghiệp luyện kim chế tạo máy, hóa chất làm giàu quặng mangan, chế biến quặng...thì nồng độ mangan trong nƣớc thải là 1-1,2mg/l. Trong công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, nƣớc thải chứa 0,05-0,47mg/l Mn. Thông thƣờng mangan đƣợc thải ra dƣới dạng muối tan nhƣ muối sunfat, clorua, nitrat của Mn (II). Trong nƣớc ngầm mangan thƣờng tồn tại ở dạng hóa trị II (Mn2+) vì không có mặt ôxi hòa tan hàm lƣợng mangan có thể là 1mg/l. Khi nghiên cứu tác động của hợp chất mangan đến môi trƣờng ngƣời ta thấy rằng: - Ở nồng độ 0,1mg/l Mn làm cho nƣớc đục. - Ở nồng độ 0,25mg/l Mn nhuộm màu nƣớc thành tối. - Ở nồng độ 0,2- 0,4 mg/l Mn làm kém chất lƣợng nƣớc. - Ở nồng độ 0,5mg/l Mn làm cho nƣớc có mùi kim loại. - Mangan làm giảm COD của nƣớc. Nồng độ Mn 0,001mg/l làm giảm 2% COD. Nồng độ Mn 0,01mg/l làm giảm 10% COD. - Ở nồng độ 2mg/l, mangan gây độc tính đối với cây trồng. Mangan có hàm lƣợng nhỏ trong sinh vật và là nguyên tố vi lƣợng quan trọng đối với sự sống. Thiếu mangan làm ảnh hƣởng lớn đến sự phát triển của xƣơng động vật. Ion mangan là chất hoạt hóa một số enzim xúc tiến một số quá trình tạo thành chất clorofin (chất diệp lục), tạo máu và sản xuất những Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
10 kháng thể nâng cao sức đề kháng của cơ thể. Mangan cần cho quá trình đồng hóa nitơ của thực vật và quá trình tổng hợp protein. Nhu cầu mangan của ngƣời lớn là 8 mg mỗi ngày. Thực phẩm chứa nhiều mangan là củ cải đỏ, cà chua, đậu tƣơng, khoai tây. Mangan làm giảm lƣợng đƣờng trong máu nên tránh đƣợc bệnh tiểu đƣờng. 1.2.3. Chì [7, 13, 19] 1.2.3.1. Trạng thái tự nhiên của Chì [7, 13, 19] Chì là một trong bảy kim loại (Au, Ag, Cu, Fe, Sn, Pb, Hg) mà con ngƣời đã biết từ thời thƣợng cổ. Trong tự nhiên, chì là nguyên tố tƣơng đối phổ biến, chiếm khoảng 1.10-4% tổng số nguyên tử của vỏ trái đất. Có nhiều khoáng vật chứa chì nhƣ quặng Galenit (PbS), quặng Cerusit (PbCO3), quặng Anglesit (PbSO4)... Trong khí quyển chì tƣơng đối giàu hơn so với kim loại nặng khác. Nguồn chính của chì phân tán trong không khí xuất phát từ nguyên liệu xăng chứa chì. Cùng với các chất gây ô nhiễm khác chì đƣợc loại khỏi khí quyển do các quá trình sa lắng khô và ƣớt. Kết quả là bụi thành phố và đất bên đƣờng ngày càng giàu chì với nồng độ điển hình cỡ khoảng 1000 - 4000mg/kg bụi và đất ở những nơi có phƣơng tiện giao thông cao. Trong nƣớc, chì tồn tại ở dạng hoá trị II. Chì trong nƣớc máy có nguồn gốc tự nhiên chiếm tỉ lệ nhỏ, chủ yếu từ đƣờng ống dẫn, các thiết bị tiếp xúc có chứa chì. 1.2.3.2. Vai trò và khả năng sinh hoá của chì [7, 13, 19] Tác dụng hoá sinh chủ yếu của chì là tác động của nó tới sự tổng hợp máu dẫn đến phá vỡ hồng cầu. Chì ức chế một số enzym quan trọng trong quá trình tổng hợp máu do sự tích luỹ các hợp chất trung gian của quá trình trao đổi chất. Hợp chất trung gian kiểu này là axit delta - amino levulinic (ALA- đehdrase). Một pha quan trọng của tổng hợp máu là sự chuyển hoá axit delta- amino levulinic thành porphobilinogen. Chì ức chế enzym ALA-đehdrase, do Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
11 đó giai đoạn tiếp theo tạo thành porpholinogen không thể xảy ra. Kết quả là phá huỷ quá trình tổng hợp hemoglobin cũng nhƣ các sắc tố hô hấp khác cần thiết trong máu nhƣ cytochromes... Cuối cùng chì cản trở việc sử dụng oxy và glucoza để sản sinh năng lƣợng cho quá trình sống. Sự cản trở này có thể nhận thấy khi nồng độ chì khoảng 0,3ppm, ở các nồng độ cao hơn (> 0,3ppm) có thể gây nên hiện tƣợng thiếu máu. Nếu hàm lƣợng chì trong khoảng 0,5-0,8ppm sẽ gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá huỷ não. Xƣơng là nơi tàng trữ tích tụ chì của cơ thể. Sau đó phần chì này có thể tƣơng tác cùng với photphat trong xƣơng và thể hiện tính độc hại khi truyền vào các mô mềm của cơ thể. Chính vì tác hại nguy hiểm của chì đối với con ngƣời nhƣ vậy nên các nƣớc trên thế giới đều có quy định chặt chẽ với hàm lƣợng chì tối đa cho phép có trong nƣớc uống không vƣợt quá 0,01mg/l (TCVN: 6193-1996). 1.2.4. Cadimi [7, 13, 19] 1.2.4.1. Trạng thái tự nhiên của Cadimi [7, 13, 19] Trong tự nhiên Cadimi có 8 đồng vị bền, trong đó 114 Cd chiếm 28% và 112 Cd chiếm 24,2%. Cadimi là nguyên tố có hàm lƣợng thấp trong vỏ trái đất chiếm khoảng 7,6.10-6% tổng số nguyên tử. Cadimi thƣờng có trong các khoáng vật chứa kẽm và là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất kẽm, đồng và chì. Trong nƣớc Cadimi tồn tại chủ yếu ở dạng hoá trị 2 và rất dễ bị thuỷ phân trong môi trƣờng kiềm. Trung bình cứ 1 lít nƣớc biển chứa khoảng 1,1.10-4mg Cadimi ở dạng Cd2+. Ngoài dạng hợp chất vô cơ, nó còn liên kết với các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là axit humic tạo thành phức chất và phức này có khả năng hấp phụ tốt trên các hạt sa lắng. 1.2.4.2. Vai trò và tác dụng sinh hoá của Cadimi [7, 13, 19] Cadimi là kim loại đƣợc sử dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim, mạ, sơn, chế tạo đồ nhựa, chất làm ổn định trong công nghiệp chất dẻo... do vậy Cadimi có nhiều trong các loại nƣớc thải của các ngành công nghiệp trên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn