Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xác định một số kim loại trong nguồn nước sinh hoạt ở khu vực xã Thạch Sơn - Lâm Thao - Phú Thọ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:93

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm khảo sát tìm điều kiện tối ưu phân tích Pb, Cu, Zn trong nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa F-AAS trên máy NovAA- 400. Tách và làm giàu lượng vết Pb, Cu, Zn bằng phương pháp chiết pha rắn sử dụng nhựa chelex 100. 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: Nghiên cứu xác định một số kim loại trong nguồn nước sinh hoạt ở khu vực xã Thạch Sơn - Lâm Thao - Phú Thọ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐỖ THỊ THANH TÂM NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ KIM LOẠI TRONG NGUỒN NƯỚC SINH HOẠT Ở KHU VỰC XÃ THẠCH SƠN - LÂM THAO - PHÚ THỌ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐỖ THỊ THANH TÂM NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ KIM LOẠI TRONG NGUỒN NƯỚC SINH HOẠT Ở KHU VỰC XÃ THẠCH SƠN - LÂM THAO - PHÚ THỌ Chuyên nghành : Hóa phân tích Mã số : 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS NGUYỄN VĂN RI HÀ NỘI - 2011
MỤC LỤC MỞ ĐẦU…….……………………………………………………………………...1 Chương 1 - TỔNG QUAN…………….…………………………………………...3 1.1. Vài nét về xã Thạch Sơn-Lâm Thao-Phú Thọ và tình trạng ô nhiễm ở đây .... 3 1.1.1. Sản xuất nông nghiệp (2011)..................................................................................... 3 1.1.2. Sản xuất tiểu thủ công nghiệp và vấn đề Môi trường ............................................. 3 1.2. Giới thiệu chung về chì, đồng và kẽm ..................................................................... 5 1.2.1. Tính chất vật lý ........................................................................................................... 5 1.2.2. Tính chất hoá học ....................................................................................................... 6 1.2.3. Một số hợp chất của chì, đồng, kẽm ......................................................................... 9 1.2.4. Tác hại của đồng, chì và kẽm .................................................................................. 11 1.2.5. Ứng dụng của chì, đồng, kẽm ................................................................................. 14 1.2.6. Các nguồn đưa chì, đồng, kẽm vào môi trường tự nhiên và cơ thể con người . 15 1.3. Các phương pháp tách và làm giàu ....................................................................... 15 1.3.1. Phương pháp cộng kết.............................................................................................. 15 1.3.2. Phương pháp chiết lỏng - lỏng ............................................................................... 16 1.3.3. Phương pháp chiết pha rắn ...................................................................................... 16 1.4. Các phương pháp xác định Pb, Cu, Zn ................................................................ 19 1.4.1. Các phương pháp điện hóa ...................................................................................... 19 1.4.2. Các phương pháp quang phổ ................................................................................... 20 1.4.3. Các phương pháp sắc ký .......................................................................................... 25 2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu ......................................................................... 26 2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................ 26 2.2.1. Nghiệm lại các điều kiện phân tích, xác định Cu, Pb, Zn bằng phương pháp F - AAS ................................................................................................................................ 26 2.2.2. Khảo sát các điều kiện làm giàu và tách chiết bằng phương pháp chiết pha rắn sử dụng chelex 100 ............................................................................................................. 27
2.2.3. Ứng dụng phương pháp để phân tích Cu, Pb, Zn trong mẫu nước, từ đó đánh giá sự ô nhiễm Cu, Pb, Zn trong nước. ................................................................................... 27 2.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 27 2.4. Hóa chất và thiết bị, dụng cụ sử dụng ................................................................... 27 2.4.1. Thiết bị, dụng cụ sử dụng ........................................................................................ 27 2.4.2. Hóa chất sử dụng ...................................................................................................... 28 Chương 3 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN…..…………………30 3.1.Tối ưu hóa các điều kiện của phép đo phổ F- AAS xác định các nguyên tố chì, đồng, kẽm ........................................................................................................................... 30 3.1.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ ................................................................................. 30 3.1.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu............................................................ 34 3.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khác ...................................................................... 37 3.1.4. Phương pháp đường chuẩn đối với kỹ thuật F - AAS .......................................... 47 3.1.5. Tổng kết các điều kiện đo phổ F - AAS của Cu, Pb, Zn ...................................... 55 3.2. Khảo sát các điều kiện làm giàu và tách chiết bằng phương pháp chiết pha rắn sử dụng chelex 100 .................................................................................................... 56 3.2.1. Khảo sát môi trường tạo phức pH........................................................................... 57 3.2.2. Khảo sát tốc độ nạp mẫu .......................................................................................... 58 3.2.3. Khảo sát khả năng rửa giải ...................................................................................... 59 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ rửa giải ................................................................. 62 3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích mẫu thử .............................................................. 63 3.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của một số ion đến khả năng hấp thu của Cu2+, Pb2+ và Zn2+ …...............................................................................................................................63 3.2.7. Đánh giá phương pháp tách và làm giàu ................................................................ 68 3.3. Phân tích mẫu thực .................................................................................................. 69 3.3.1. Lấy mẫu và sử lý mẫu .............................................................................................. 69 3.3.2. Phân tích mẫu thực ................................................................................................... 72 KẾT LUẬN.……………………………………………………………………….78 TÀI LIỆU THAM KHẢO….…………………………………………………….80
CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt AAS Atomic Absorption Phép đo phổ hấp thụ Spectrophotometry nguyên tử AES Atomic Emission Spectrophotometry Phép đo phổ phát xạ nguyên tử HPLC High Performane liquide Phương pháp sắc kí lỏng Chomatography hiệu năng cao F-AAS Flame Atomic Absorption Phép đo phổ hấp thụ Spectrophotometry nguyên tử ngọn lửa Abs Absorption Độ hấp thụ quang ICP-MS Inductively Coupled Plasma - Mass Phép đo khối phổ plasma Spectrometry cao tần cảm ứng SPE Solid Phase Extraction Chiết pha rắn ICP - AES Inductively Coupled Plasma - Atomic Phép đo phổ phát xạ Emission Spectrophotometry nguyên tử plasma cao tần cảm ứng HCL Hollow Cathod Lamp Đèn catồt rỗng LOD Limit of detection Giới hạn phát hiện LOQ Limit of quantity Giới hạn định lượng RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối TTCN Tiểu thủ công nghiệp APDC Ammoniumpyrrolydithiocacbamate PAN Pyridin-azo-naphtol
DANH MỤC HÌNH Hình 3.1 : Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Pb .....48 Hình 3.2 : Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Cu ....49 Hình 3.3 : Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Zn .....49 Hình 3.4: Đồ thị đường chuẩn của Pb .......................................................................50 Hình 3.5: Đồ thị đường chuẩn của Cu ......................................................................51 Hình 3.6: Đồ thị đường chuẩn của Zn .......................................................................52 Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi Pb2+, Cu2+ và Zn2+ ...........................................................................................................58 Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu đến hiệu suất thu hồi Pb2+, Cu2+, Zn2+ ...............................................................................................59 Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ dung dịch rửa giải (HNO3) đến hiệu suất thu hồi Pb2+, Cu2+, Zn2+ ......................................................................60 Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thể tích dung môi rửa giải (HNO3) đến hiệu suất thu hồi Pb2+, Cu2+, Zn2+......................................................................61 Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tốc độ rửa giải đến hiệu suất thu hồi Pb2+, Cu2+, Zn2+ .................................................................................................62 Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Ni2+ đến hiệu suất thu hồi Pb2+, Cu2+, Zn2+ .................................................................................................65 Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Mn2+, Fe2+, Cd2+ đến hiệu suất thu hồi Pb2+, Cu2+, Zn2+ ..................................................................................66
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Giới hạn cho phép các kim loại nặng trong nước mặt, nước ngầm và nước thải công nghiệp theo Quy chuẩn Việt Nam ...........................................14 Bảng 1.2: Danh sách các chất hấp thu phổ thông dùng cho chiết pha rắn ................17 Bảng 3.1: Ảnh hưởng của vạch đo đến tín hiệu phổ F- AAS của Pb ......................30 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của vạch đo đến tín hiệu phổ F- AAS của Cu .......................31 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của vạch đo đến tín hiệu phổ F- AAS của Zn .......................31 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của khe đo đến tín hiệu phổ F- AAS của Pb .........................32 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của khe đo đến tín hiệu phổ F- AAS của Cu .........................32 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của khe đo đến tín hiệu phổ F- AAS của Zn .........................32 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) đến tín hiệu phổ F- AAS của Pb ..........................................................................................33 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) đến tín hiệu phổ F- AAS của Cu ..........................................................................................33 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) đến tín hiệu phổ F- AAS của Zn .........................................................................................34 Bảng 3.10: Ảnh hưởng của chiều cao đèn nguyên tử hóa mẫu đến tín hiệu phổ F- AAS của Pb ..........................................................................................34 Bảng 3.11: Ảnh hưởng của chiều cao đèn nguyên tử hóa mẫu đến tín hiệu phổ F - AAS của Cu…....………...………………………………………… 35 Bảng 3.12: Ảnh hưởng của chiều cao đèn nguyên tử hóa mẫu đến tín hiệu phổ F- AAS của Zn .........................................................................................35 Bảng 3.13: Ảnh hưởng của tốc độ khí cháy đến tín hiệu phổ F- AAS của Pb..........36 Bảng 3.14: Ảnh hưởng của tốc độ khí cháy đến tín hiệu phổ F- AAS của Cu .........36 Bảng 3.15: Ảnh hưởng của tốc độ khí cháy đến tín hiệu phổ F- AAS của Zn .........37 Bảng 3.16: Ảnh hưởng của một số loại axit đến tín hiệu phổ F- AAS của Pb .........38 Bảng 3.17: Ảnh hưởng của một số loại axit đến tín hiệu phổ F- AAS của Cu .........39 Bảng 3.18: Ảnh hưởng của một số loại axit đến tín hiệu phổ F- AAS của Zn .........39
Bảng 3.19: Ảnh hưởng của một sối nền muối đến tín hiệu phổ F- AAS của Pb ......41 Bảng 3.20: Ảnh hưởng của một số nền muối đến tín hiệu phổ F- AAS của Cu .......41 Bảng 3.21: Ảnh hưởng của một số nền muối đến tín hiệu phổ F- AAS của Zn .......42 Bảng 3.22: Ảnh hưởng của ion kim loại kiềm đến tín hiệu đo phổ F-AAS của Pb, Cu, Zn .....................................................................................................43 Bảng 3.23: Ảnh hưởng của ion kim loại kiềm thổ đến tín hiệu đo phổ F - AAS của Pb, Cu, Zn...............................................................................................44 Bảng 3.24: Ảnh hưởng của ion kim loại hóa trị III đến tín hiệu đo phổ F-AAS của Pb, Cu, Zn...............................................................................................44 Bảng 3.25: Ảnh hưởng của tổng các ion kim loại đến tín hiệu đo phổ F-AAS của Pb, Cu, Zn .....................................................................................................45 Bảng 3.26: Ảnh hưởng của một số anion đến tín hiệu đo phổ F-AAS của Pb, Cu, Zn ...........................................................................................................46 Bảng 3.27: Ảnh hưởng của tổng cation và anion đến tín hiệu đo phổ F-AAS của Pb, Cu, Zn ....................................................................................................46 Bảng 3.28 : Khoảng tuyến tính của Pb ......................................................................48 Bảng 3.29 : Khoảng tuyến tính của Cu .....................................................................48 Bảng 3.30 : Khoảng tuyến tính của Zn .....................................................................49 Bảng 3.31: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Pb ...........................................53 Bảng 3.32: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Cu ...........................................54 Bảng 3.33: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Zn ...........................................55 Bảng 3.34: Tổng kết các điều kiện tối ưu cho phép đo phổ F - AAS của Pb, Cu, Zn ...........................................................................................................56 Bảng 3.35: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi Pb2+, Cu2+, Zn2+ .....................57 Bảng 3.36: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu ...................................59 Bảng 3.37: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch rửa giải HNO3 .....60 Bảng 3.39: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ rửa giải .....................................62 Bảng 3.40: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích mẫu thử ..................................63 Bảng 3.41: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ ...64
Bảng 3.42: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Ni2+ .....................................................65 Bảng 3.43: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Ni2+ .....................................................66 Bảng 3.44: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Cl- .......................................................67 Bảng 3.45: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của NO3- ....................................................67 Bảng 3.47: Nồng độ các cation kim loại trong mẫu giả ............................................68 Bảng 3.48: Hiệu suất thu hồi của mẫu giả ................................................................ 68 Bảng 3.49: Danh sách các địa điểm lấy mẫu ............................................................70 Bảng 3.50: Hàm lượng của Pb trong các mẫu nước ở xã Thạch Sơn - Lâm Thao - Phú Thọ ...........................................................................................................72 Bảng 3.51: Hàm lượng của Cu trong các mẫu nước ở xã Thạch Sơn - Lâm Thao - Phú Thọ ...........................................................................................................73 Bảng 3.52: Hàm lượng của Zn trong các mẫu nước ở xã Thạch Sơn - Lâm Thao - Phú Thọ ...........................................................................................................73 Bảng 3.53: Danh sách các địa điểm lấy mẫu ở một số khu vực khác .......................75 Bảng 3.54: Hàm lượng của Pb trong các mẫu nước ở một số khu vực khác ............76 Bảng 3.55: Hàm lượng của Cu trong các mẫu nước ở một số khu vực khác............76 Bảng 3.56: Hàm lượng của Zn trong các mẫu nước ở một số khu vực khác ............77
MỞ ĐẦU Đất nƣớc ta đang trên đà hội nhập với bạn bè quốc tế. Cùng với quá trình Công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nƣớc, chúng ta đã đạt đƣợc những thành tựu đáng kể song cũng nhiều thách thức cần vƣợt qua. Trong đó vấn đề tác động của ô nhiễm môi trƣờng chất thải đối với con ngƣời là một vấn đề bức xúc đƣợc đặt ra. Có rất nhiều nhà máy, xí nghiệp mọc lên tuy nhiên việc xử lý chất thải không hợp lý và triệt để đã gây ra những hậu quả trực tiếp vô cùng nghiêm trọng đối với đời sống và sức khỏe của con ngƣời. Phản ánh thực trạng này, những mất mát, đau thƣơng mà nhân dân xã Thạch Sơn - Lâm Thao - Phú Thọ vẫn đang oằn mình chống đỡ và gánh chịu là một minh chứng rất điển hình. Xã Thạch Sơn - Lâm Thao - Phú Thọ từ lâu đã đƣợc mệnh danh là “Làng ung thƣ”, theo danh sách thống kê mới nhất về số ngƣời chết từ năm 1999 –2005 tại xã Thạch Sơn có 304 ngƣời chết trong đó có 106 ngƣời qua đời vì bệnh ung thƣ (chiếm 34,86%): ung thƣ phổi 33 ngƣời, ung thƣ gan 29 ngƣời, ung thƣ dạ dày 10 ngƣời, còn lại là ung thƣ vòm họng, đại tràng, não…Cũng tại Thạch Sơn, có 9 gia đình cả vợ và chồng đều chết do ung thƣ, 7 gia đình có bố, mẹ và con chết do ung thƣ. Hiện nay số ngƣời mắc bệnh đã lên đến 34 ngƣời, xã vẫn đang tiếp tục điều tra. Theo khảo sát của bộ Tài nguyên môi trƣờng tiến hành ở xã Thạch Sơn cho thấy hiện trạng không khí, đất, nƣớc mặt, nƣớc ngầm đều ô nhiễm nặng nề bởi chất độc hoá học. Không chỉ môi trƣờng mà cả nông sản ở Thạch Sơn cũng nhiễm độc. Các kim loại nặng trong nƣớc nhƣ Pb, Cu, Zn, Ni, As, Hg…ở nồng độ nhất định sẽ gây độc, ảnh hƣởng đến sức khỏe của con ngƣời. Qua cá kết quả nghiên cứu trong nƣớc và trên thế giới cho thấy Pb là một trong những tác nhân gây bệnh ung thƣ, Cu ở hàm lƣợng quá cao sẽ gây hƣ hại gan, thận, Zn ở hàm lƣợng quá cao gây đau bụng, mạch chậm, co giật. Chƣa thể khẳng định ô nhiễm môi trƣờng là nguyên nhân làm phổ biến bệnh ung thƣ, nhƣng chắc chắn tình trạng này ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe của ngƣời dân. Với mong muốn tìm hiểu thực trạng, đánh giá mức độ ô nhiễm về nguồn nƣớc ở đây, đƣa ra những lời khuyên và biện pháp khắc phục tình trạng ô nhiễm 1
nguồn nƣớc, bảo vệ sức khỏe cho ngƣời dân xã Thạch Sơn, em chọn đề tài Luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu xác định một số kim loại trong nguồn nƣớc sinh hoạt ở khu vực xã Thạch Sơn-Lâm Thao-Phú Thọ”. Mục tiêu của đề tài: + Khảo sát tìm điều kiện tối ƣu phân tích Pb, Cu, Zn trong nƣớc bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa F-AAS trên máy NovAA- 400. + Tách và làm giàu lƣợng vết Pb, Cu, Zn bằng phƣơng pháp chiết pha rắn sử dụng nhựa chelex 100. + Phân tích đánh giá mức độ ô nhiễm Pb, Cu, Zn trong nƣớc tại xã Thạch Sơn - Lâm Thao - Phú Thọ. 2
Chương 1 - TỔNG QUAN 1.1. Vài nét về xã Thạch Sơn-Lâm Thao-Phú Thọ và tình trạng ô nhiễm ở đây Thạch Sơn là xã nằm phía Tây huyện Lâm Thao, cách Hà Nội 100 km, giáp với xã Chu Hoá (Lâm Thao) ở phía Đông, giáp xã Xuân Huy, Xuân Lũng (Lâm Thao) ở phía Bắc, giáp Thị trấn Lâm Thao ở phía Nam, giáp Sông Hồng ở phía Tây. Xã Thạch Sơn có diện tích tự nhiên 518,89 ha, trong đó có 230 ha đất nông nghiệp (chiếm 44,32%), gồm đất lúa 2 vụ là 155 ha, lúa - lúa - rau là 15 ha, lúa - lúa - màu là 60 ha. Diện tích mặt nƣớc nuôi cá là 60,9 ha. Còn lại là đất ở, sản xuất tiểu thủ công nghiệp (TTCN) và đất khác : 288,89 ha. Bình quân thu nhập đầu ngƣời của xã đạt 7,7 triệu đồng/năm. 1.1.1. Sản xuất nông nghiệp (2011) * Trồng trọt: - Tổng diện tích gieo cấy là 293 ha, gồm diện tích lúa Xuân 155 ha, diện tích lúa Mùa 138 ha. Năng xuất lúa bình quân vụ Xuân đạt 51,3 tạ/ha, vụ Mùa đạt 44,1 tạ/ha. - Tổng thu nhập ngành trồng trọt là 4,01 tỷ đồng, chiếm 34% giá trị sản xuất nông nghiệp. Thu nhập đạt 27,19 triệu/ha/năm. * Chăn nuôi: - Diện tích mặt nƣớc thả cá: 60,9 ha, thu cả năm đạt 186 tấn (tăng 5 tấn so với năm 2010), đạt 102,8%. - Tổng đàn trâu bò: 421 con, tăng 25 con so với năm 2010. Tổng đàn lợn: 3030 con, tăng 30 con so với năm 2010. Tổng đàn gà đạt 24000 con. - Tổng thu nhập ngành chăn nuôi đạt 7,78 tỷ đồng, chiếm 66% giá trị sản xuất nông nghiệp. 1.1.2. Sản xuất tiểu thủ công nghiệp và vấn đề Môi trường Sản xuất tiểu thủ công nghiệp: Thạch Sơn coi các ngành nghề tiểu thủ công nghiệp (TTCN) và dịch vụ là nguồn thu nhập chính của xã. Tổng giá trị sản xuất từ 3
các ngành nghề TTCN và dịch vụ năm 2010 của xã Thạch Sơn là 45 tỷ đồng, chiếm 80% tổng giá trị sản xuất của toàn xã. Ngành nghề TTCN chính hiện nay ở Thạch Sơn là sản xuất gạch, trƣớc đây có khoảng 90 lò gạch sản xuất theo công nghệ đốt thủ công (đốt than) hoạt động, hiện nay xã đã dần chuyển đổi sang công nghệ lò đứng liên hoàn nhằm đảm bảo môi trƣờng cũng nhƣ chất lƣợng gạch. Vấn đề môi trường: Xã Thạch Sơn có hơn 1800 hộ, trong đó có 200 hộ sống gần Công ty Supe Phốt phát và Hoá chất Lâm Thao, 200 hộ sống ở ven đê Sông Hồng cạnh đƣờng ống nƣớc thải của Công ty giấy Bãi Bằng - 400 hộ trên đều không sử dụng đƣợc nƣớc giếng để sinh hoạt do nƣớc giếng có mùi hôi. Công ty Supe phốt phát và Hoá chất Lâm Thao là doanh nghiệp sản xuất phân bón vào loại lớn nhất nƣớc ta hiện nay. Sản phẩm chủ yếu của Công ty là Supe lân, phân hỗn hợp NPK và các sản phẩm hoá chất khác nhƣ axit sunfuric kỹ thuật, axit ắc quy, sunfit, phèn, oxy…phục vụ cho nông nghiệp, công nghiệp và quốc phòng. Công suất sản xuất ban đầu của Công ty là 40.000 tấn axit sunfuric, 100.000 tấn supe lân/năm. Hiện nay nhà máy đã nâng công suất sản xuất axit lên gấp hơn 6 lần và sản xuất phân bón lên gấp hơn 14 lần. Hơn 40 năm qua, Công ty đã có nhiều thành tích đóng góp cho sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc, cho tỉnh Phú Thọ, huyện Lâm Thao và xã Thạch Sơn. Trong công tác bảo vệ môi trƣờng, Công ty Supe phốt phát và Hoá chất Lâm Thao đã có một số giải pháp nhƣ nâng độ cao ống khói, đầu tƣ cải tạo dây truyền sản xuất, cải tạo hệ thống thu hồi bụi và hấp thụ khí fluor và một số biện pháp khác. Tuy nhiên, tình trạng gây ô nhiễm môi trƣờng đối với khu vực xung quanh nhà máy vẫn chƣa đƣợc khắc phục triệt để. Ngoài ra, xã Thạch Sơn còn phải tiếp nhận một lƣợng chất thải của Công ty Cổ phần pin ắc quy Vĩnh Phú, Công ty giấy Bãi Bằng. Các Công ty này cũng đã có nhiều biện pháp giảm thiểu gây ô nhiễm môi trƣờng. Tuy nhiên các chất gây ô nhiễm môi trƣờng đã tồn tại và tích lũy qua một thời gian rất dài, do đó ảnh hƣởng của nó không thể giải quyết một sớm, một chiều. 4
Đáng mừng là tháng 10 năm 2010, sau 4 năm chờ đợi, ngƣời dân xã Thạch Sơn đã có nƣớc sạch theo chính sách cấp nƣớc sạch thay thế cho nguồn nƣớc giếng của Chính phủ. Tuy nhiên nguồn nƣớc dùng cho canh tác, sản xuất, tƣới tiêu…vẫn là nguồn nƣớc mặt, nƣớc ngầm ô nhiễm tại chỗ. 1.2. Giới thiệu chung về chì, đồng và kẽm Nguyên tố chì - Nguyên tố chì có kí hiệu hoá học là Pb, có số thứ tự 82, thuộc nhóm IVA, chu kì 6. Cấu hình electron của chì (Z = 82): [Xe]4f145d106s26p2. - Trong tự nhiên, chì chiếm khoảng 1,6.10 -4% khối lƣợng vỏ trái đất, phân bố trong hơn 170 khoáng vật khác nhau nhƣng quan trọng nhất là galen (PbS), anglesite (PbSO4) và cerussite (PbCO3), hàm lƣợng chì trong các khoáng lần lƣợt là 88%, 68% và 77%. Nguyên tố đồng - Nguyên tố đồng có kí hiệu hoá học là Cu, có số thứ tự 29, thuộc nhóm IB, chu kì 4. Cấu hình electron của đồng (Z = 29): [Ar]3d104s1. - Trong tự nhiên, đồng là nguyên tố tƣơng đối phổ biến, chiếm khoảng 0,003% khối lƣợng vỏ trái đất. Đồng thƣờng tồn tại trong các khoáng vật là cancosin (Cu2S) chứa 79,8% Cu, cuprit (Cu2O) chứa 88,8% Cu, colevin (CuS) chứa 66,5% Cu, cancopirit (CuFeS2) chứa 34,5% Cu và malachite (CuCO3. Cu(OH)2), azurite (2CuCO3. Cu(OH)2). Nguyên tố kẽm - Kẽm là một nguyên tố kim loại, nó đƣợc kí hiệu là Zn, có số thứ tự 30, thuộc nhóm IIB, chu kì 4. Cấu hình electron của kẽm (Z = 30): [Ar]3d104s2. - Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất. Kẽm trong tự nhiên là hỗn hợp của 4 đồng vị ổn định 64Zn, 66Zn, 67Zn, và 68Zn với đồng vị 64 là phổ biến nhất (48,6% trong tự nhiên). Quặng kẽm đƣợc khai thác nhiều nhất là sphalerit, một sulfua kẽm. 1.2.1. Tính chất vật lý Nguyên tố chì 5
Chì là kim loại màu xanh da trời nhạt, mềm, dẻo, dễ dát mỏng, có ánh kim, bề mặt có màu mờ đục do bị oxi hoá. Dƣới đây là một số hằng số vật lý quan trọng của chì: - Khối lƣợng nguyên tử : 207,21 đvC - Nhiệt độ nóng chảy : 327,4 0C - Nhiệt độ sôi : 1737 0C - Khối lƣợng riêng (ở 25 0C): 11,34 g/ cm3 - Độ dẫn điện (ở 25 0C): 4,84.10-6 Ohm-1.m-1 Nguyên tố đồng Đồng là kim loại nặng, kết tinh ở dạng tinh thể lập phƣơng tâm diện. Đồng có màu đỏ. Dƣới đây là một số hằng số vật lý quan trọng của đồng: + Khối lƣợng nguyên tử : 63,54 đvC + Nhiệt độ nóng chảy : 1083 0C + Nhiệt độ sôi : 2543 0C + Khối lƣợng riêng (ở 25 0C): 8,94 g/ cm3 + Độ dẫn điện (ở 25 0C): 57 Ohm-1.m-1 Nguyên tố kẽm - Kẽm là kim loại màu trắng bạc. Ở nhiệt độ phòng kẽm khá dòn nhƣng ở 100-150 0C kẽm dễ uốn và dát thành lá. Dƣới đây là một số hằng số vật lý quan trọng của kẽm: + Khối lƣợng nguyên tử : 65,409 đvC + Nhiệt độ nóng chảy : 965,68 0C + Nhiệt độ sôi : 1453 0C + Khối lƣợng riêng (ở 25 0C): 7,14 g/ cm3 + Độ dẫn điện (ở 25 0C): 1,695. 107 Ohm-1.m-1 1.2.2. Tính chất hoá học Nguyên tố chì 6
- Chì thuộc nhóm IVA trong bảng hệ thống tuần hoàn, có 4 điện tử hoá trị, có hai mức oxi hoá là +2 và +4 trong đó mức oxi hoá +2 là đặc trƣng nhất của chì. - Ở nhiệt độ thƣờng, chì bị oxi không khí oxi hoá tạo thành lớp oxit bền, mỏng bao quanh bên ngoài kim loại. 2Pb + O2  2PbO Khi ở nhiệt độ cao, chì phản ứng với các phi kim nhƣ S, X2 (X là các halogen)… Pb + X2  0 t PbX2 Pb + S  0 t PbS - Chì tan kém trong axit HCl, H2SO4 loãng, chỉ tƣơng tác bề mặt do tạo ra PbCl2, PbSO4 ít tan trên bề mặt. Nhƣng nó tan đƣợc trong dung dịch đặc hơn của các axit đó (do lớp muối bao bọc tan ra). Pb + 2HCl  PbCl2 + H2  Pb + H2SO4  PbSO4 + H2  PbCl2 + 2HCl  H2[PbCl4] PbSO4 + H2SO4 đn  Pb(HSO4)2 Đối với axit HNO3, Chì tan ở mọi nồng độ. 3Pb + 8HNO3  3Pb(NO3)2 + 2NO  + 4H2O - Chì có thể phản ứng với dung dịch kiềm đặc, nóng. Pb + 2NaOH + NaNO3  0 t Na2PbO2 + NaNO2+ H2O Pb + 2KOH + 2H2O  K2[Pb(OH)4] +H2  0 t Chì thể hiện tính chất lƣỡng tính. Nguyên tố đồng - Về mặt hoá học, đồng là kim loại kém hoạt động. Ở Nhiệt độ thƣờng và trong không khí, đồng bị bao phủ một lớp màng màu đỏ gồm đồng kim loại và đồng (I) oxit. Oxit này đƣợc tạo nên bởi những phản ứng: 2Cu + O2 + 2H2O  2Cu(OH)2 Cu(OH)2 + Cu  Cu2O + H2O 7
- Nếu trong không khí có mặt khí CO2, đồng bị bao phủ dần một lớp màu lục gồm cacbonat bazơ [CuOH]2CO3 (rỉ đồng này thƣờng gọi là tanh đồng). Khi đun nóng trong không khí ở nhiệt độ 1300C, đồng tạo nên ở trên bề mặt một màng Cu2O, ở 2000C tạo nên lớp hỗn hợp oxit Cu2O và CuO, ở nhiệt độ nóng đỏ, đồng cháy tạo nên CuO và cho ngọn lửa màu lục. - Khi ở nhiệt độ cao, đồng phản ứng với các phi kim nhƣ S, X2 (X là các Halogen)…cho cả muối Cu(II) và Cu(I). Đồng không phản ứng với hidro, nitơ và cacbon dù là ở nhiệt độ cao. Cu + X2  0 t CuX2 - Trong dãy điện hoá, đồng đứng liền sau hidro, đồng không tác dụng với các dung dịch axit nhƣng đồng tác dụng với dung dịch HI giải phóng H2 nhờ tạo thành CuI là chất ít tan, và có thể tác dụng với dung dịch HCN đậm đặc giải phóng H2 nhờ tạo thành những phức bền. 2Cu + 4HCN  2H[Cu(CN)2] + H2 Khi có mặt oxi không khí, đồng có thể tan trong dung dịch HCl và dung dịch NH3 đặc và tan trong dung dịch xianua kim loại kiềm. 2Cu + 4HCl + O2  2CuCl2 + 2H2O 2Cu + 8NH3 + O2 + 2H2O  2[Cu(NH3)4](OH)2 2Cu + 4HCN  2H[Cu(CN)2] + H2 Nguyên tố kẽm - Trong không khí kẽm bị một lớp mỏng oxit hoặc cacbonat bazơ bao phủ ngăn trở nó bị oxi hoá tiếp tục. Nƣớc hầu nhƣ không tác dụng với kẽm mặc dầu nó đứng trƣớc hidro trong dãy điện thế, vì hidroxit tạo thành trên bề mặt kim loại ngăn cản phản ứng tiếp tục xảy ra. - Đun nóng kẽm kết hợp với oxi tạo oxit, đun nóng mạnh kẽm trong không khí hơi nó bốc cháy thành ngọn lửa màu trắng lục tạo thành ZnO. Zn + O2  0 t ZnO - Kẽm có thể tác dụng trực tiếp với halogen, lƣu huỳnh, phốt pho. Zn + X2  0 t ZnX2 8
- Trong dãy điện thế kẽm đứng trƣớc hidro, kẽm dễ tan trong axit không có tính oxi hóa, giải phóng hidro. Zn + 2 HCl  ZnCl2 + H2 Với axit có tính oxi hóa: 3Zn + 8HNO3  3Zn(NO3)2 + 2NO  + 4H2O - Kẽm có thể tan trong kiềm tạo thành hidroxo zincat. Zn + 2NaOH + 2H2O  Na2[Zn(OH)4] +H2  1.2.3. Một số hợp chất của chì, đồng, kẽm 1.2.3.1. Oxit Oxit chì Chì có hai oxit là PbO và PbO2, tƣơng ứng với các số oxi hoá là +2 và +4. - PbO là chất rắn màu xám, ít tan trong nƣớc, tan nhiều trong axit và kiềm mạnh. Khi nung nóng bị oxi không khí oxi hoá thành Pb3O4. - PbO2 là chất rắn màu nâu đen, khi nung nóng mất dần oxi chuyển thành các oxit khác, đồng thời màu chuyển dần sang vàng. PbO2 là một oxit lƣỡng tính, không tan trong nƣớc, tan trong kiềm dễ hơn trong axit. PbO2 + 2KOH + 2H2O  K2[Pb(OH)6] PbO2 là một chất oxi hoá mạnh, nó có thể oxi hoá Mn(II) thành Mn(VII) trong môi trƣờng axit, oxi hoá Cr(III) lên Cr(VI) trong môi trƣờng kiềm, do vậy nó đƣợc dùng để làm ắc quy Chì. Oxit đồng Đồng có hai oxit: - Oxit đồng (I) Cu2O là chất rắn màu đỏ, tan trong nƣớc, kết hợp rất ít với nƣớc tạo thành hidroxit. Oxit đồng (I) gặp trong thiên nhiên dƣới dạng khoáng vật cuprit Cu2O. Cu2O dùng để chế tạo sơn, dùng trong chỉnh lƣu dòng điện xoay chiều. - Đồng (II) oxit CuO là chất bột màu đen, không tan trong nƣớc, dễ tan trong axit cho muối Cu (II). Đồng (II) oxit thể hiện tính oxi hoá. CuO bền với nhiệt, trên 1000 0C CuO bị phân huỷ: 4CuO  0 t 2Cu2O + O2 9
Công dụng của CuO là để chế thuỷ tinh, men màu. Oxit kẽm Oxit kẽm ZnO bột xốp màu trắng, hoá vàng khi đun nóng, trắng lại khi làm lạnh. Kẽm oxit không tan trong nƣớc nhƣng dễ tan trong các axit và tan đƣợc trong kiềm đặc. Kẽm oxit dùng để chế tạo sơn dầu trắng (bột kẽm trắng) đƣợc dùng trong mỹ phẩm, trong y học (chế tạo cao xoa khác nhau), kẽm oxit dùng làm chất độn cao su. 1.2.3.2. Hidroxit của chì, đồng, kẽm Hidroxit chì - Chì (II) hidroxit là chất kết tủa màu trắng, không tan trong nƣớc, chúng dễ mất nƣớc khi nung nóng và trở thành oxit. Pb(OH)2  0 t PbO + H2O Chì (II) hidroxit thể hiện tính chất lƣỡng tính không rõ ràng, tan trong axit, không tan trong dung dịch kiềm, chỉ tan trong kiềm nóng chảy. Tan trong dung dịch axit tạo thành muối: Pb(OH)2 + 2HCl  PbCl2 + 2H2O Tan trong kiềm nóng chảy tạo hidroxoplomit: Pb(OH)2 + 2KOH  K2[Pb(OH)4] - Chì (IV) hidroxit không tan trong nƣớc, kết tủa dạng nhầy, thƣờng tồn tại ở dạng PbO2.xH2O. Là một hidroxit lƣỡng tính nhƣng tính axit mạnh hơn tính bazơ. Hidroxit đồng - Đồng (I) hidroxit CuOH là một bazơ trung bình. - Đồng (II) hidroxit Cu(OH)2, kết tủa màu xanh lam, không tan trong nƣớc. Nung nóng Cu(OH)2 mất nƣớc thành CuO. Đồng (II) hidroxit có tính bazơ yếu. Khi vừa kết tủa, tan rõ rệt trong dung dịch kiềm cho muối cuprit màu xanh tím. Cuprit natri Na2Cu(OH)4 kém bền, khi pha loãng lại cho kết tủa Cu(OH)2. Đồng (II) hidroxit hoà tan trong amoniac tạo thành dung dịch màu xanh đậm, chứa ion [Cu(NH3)4]2+ Cu(OH)2 + 4NH3  [Cu(NH3)4]2+ + 2OH- 10
Hidroxit kẽm Kẽm hidroxit Zn(OH)2 là chất kết tủa màu trắng nhầy, không tan trong nƣớc, dễ tan trong axit. Zn(OH)2 tan trong kiềm mạnh cho phản ứng: Zn(OH)2 + 2NaOH  Na2[Zn(OH)4] 1.2.3.3. Các muối của chì, đồng, kẽm Các muối của chì Các muối Pb (II) thƣờng là tinh thể có cấu trúc phức tạp , không tan trong nƣớc, trừ Pb(NO3)2, Pb(CH3COO)2, PbSiF6. Các muối Pb (II) nhƣ Pb(NO3)2, PbCl2…đều bền và độc với con ngƣời và động vật. Các muối của đồng - Muối đồng (II) phần lớn dễ tan trong nƣớc, dung dịch loãng của muối này đều có màu xanh lam đặc trƣng đó là màu của ion Cu(II) hidrat hoá [Cu(H2O)4]2- Tất cả các muối đồng đều độc, do đó bình làm bằng đồng đều đƣợc mạ thiếc. Tính chất đặc trƣng của ion đồng (II) là khả năng tạo phức. Các muối của kẽm - Muối kẽm (II) không có màu, các muối sunfat, nitrat kẽm đều tan tốt trong nƣớc, các muối sunfua, cacbonat của kẽm ít tan trong nƣớc. - Muối kẽm (II) sunfat đƣợc sử dụng trong nhuộm vải và in hoa. Dung dịch ZnCl2 trong nƣớc để đánh sạch rỉ sắt trƣớc khi hàn. 1.2.4. Tác hại của đồng, chì và kẽm Đồng, chì và kẽm thuộc nhóm kim loại nặng nguy hiểm về phƣơng diện gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc. Chúng là những kim loại bền và có tính tích tụ sinh học (chuyển tiếp trong chuỗi thức ăn và đi vào cơ thể con ngƣời). Các kim loại này khi xâm nhập vào cơ thể sinh vật sẽ gây độc tính cao [24]. Các nghiên cứu cho thấy rằng các kim loại nặng có thể gây rối loạn hành vi của thần kinh, khả năng tƣ duy, gây độc cho các cơ quan trong cơ thể nhƣ máu, gan, thận, cơ quan sản xuất hoocmon, cơ quan sinh sản… Nguyên tố chì [21], [14], [20], [4] 11