Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC

Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC
Công cuộc công nghiệp hoá được gắn với tình trạng ô nhiễm gia tăng. Ô nhiễm do kim loại
nặng thải ra từ các ngành công nghiệp là một mối đe doạ nghiêm trọng đối với sức khoẻ
nhân dân và sự an toàn của hệ sinh thái.
Việt Nam là nước có nền kinh tế nông nghiệp nhưng hoạt động công nghiệp đem lại 20%
GDP. Nhịp độ phát triển công nghiệp nhanh, đạt trên 10%. Sự phát triển trong hoạt động
công nghiệp đang vượt sự phát triển của cơ sở hạ tầng.
Hiện nay, các ngành công nghiệp đều đổ trực tiếp chất thải chưa được xử lý vào môi
trường. Kim loại nặng và độc tố là các thành phần đặc trưng của các chất thải công nghiệp.
Theo kết quả quan trắc và phân tích môi trường, hàm lượng Đồng, Chì, Cátmi và Côban ở
các vùng nước ven biển gần các thị trấn và trung tâm công nghiệp lớn nhiều hơn so với
mức tự nhiên của chúng trong nước biển. Đặc biệt, Đồng và Kẽm được coi là hàm lượng
cao không thể chấp nhận được, và Thuỷ Ngân, mặc dù chưa đạt tới "mức ô nhiễm", nhưng
đã đạt tới mức cho phép.
Việt Nam đặt mục tiêu tăng gấp đôi GNP vào năm 2000 và quá trình công nghiệp hoá có
tầm quan trọng lớn đối với sự phát triển kinh tế. Quá trình công nghiệp hoá dự kiến sẽ
được tập trung ở các vùng thành thị, trong đó có các trung tâm đô thị ven biển lớn của Việt
Nam. Các ngành công nghiệp của Việt Nam đều đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển và
hiện không có đủ các phương tiện cần thiết để giảm và loại trừ các tác động môi trường do
các hoạt động của mình gây ra. Đây là một nguy cơ gây ô nhiễm tiềm tàng, đe doạ hệ sinh
thái vùng ven bờ và biển.
I) giới thiệu chung về kim loại nặng
Kim loại nặng là những kim loại có phân tử lượng lớn hơn 52(g) bao gồm một số loại như
As, Cd, Cr, Cu, Pb,Hg,Se, Zn….. chúng có nguồn gốc từ các nguồn nước thải trong công
nghiệp, nông nghiệp cũng như trong tự nhiên VD: cadimi có nguồn gốc từ chất thải công
nghiệp,trong chất thải khi khai thác quặng.crôm trong mạ kim loại nước thải của sản phẩm
gốc crôm hay chì trong công nghiệp than ,dầu mỏ.thuỷ ngân trong chất thải công nghiệp
khai thác khoáng sản,thuốc trừ sâu.
Chúng đều có những tác hại nhất định như As có thể gây ung thư,Cd có thể gây ra huyết áp
cao, đau thận phá huỷ các mô và tế bào máu,chì rất độc ảnh hưởng tới thận và thần kinh
hay thuỷ ngân là một kim loại rất đôc.

Các kim loại này khi thải vào nước làm cho nước bị nhiễm bẩn mất đi một số tính chất hoá
lý đặc biệt cũng như những tính chất và thành phần thay đổi làm ảnh hưởng xấu đến môi
trường sinh thái và sức khoẻ con người.việc nhận biết nước bị ô nhiễm có thể căn cứ vào
trạng thái hoá học,vật lý, hoá lý, sinh học của nước .Ví dụ như khi nước bị ô nhiễm sẽ có
mùi khó chịu,vị không bình thường,màu không trong suốt ,số lượng cá và các thuỷ sinh vật
khác giảm cỏ dại phát triển, nhiều mùn,hoặc có váng dầu mỡ trên mặt nước.
Số lượng ngày càng tăng của kim loại nặng trong môi trường là nguyên nhân gây nhiễm
độc đối với đất, không khí và nước. Việc loại trừ các thành phần chứa kim loại nặng độc ra
khỏi các nguồn nước, đặc biệt là nước thải công nghiệp là mục tiêu môi trường quan trọng
bậc nhất phải giải quyết hiện nay.
Đã có nhiều giải pháp được đưa ra nhằm loại bỏ kim loại nặng trong nước thải trước khi
thải ra môi trường. Bên cạnh các phương pháp hóa - lý với những ưu thế không thể phủ
nhận được người ta đã bắt đầu nghiên cứu sử dụng các biện pháp sinh học vì nhiều loài
sinh vật có khả năng hấp thu kim loại nặng. Xử lý kim loại nặng dựa trên hiện tượng hấp
thu sinh học (biosorption) có thể là một giải pháp công nghệ của tương lai. Trong số các
sinh vật có khả năng đóng vai trò là chất hấp thu sinh học (biosorbent) thì các loài tảo được
đặc biệt chú ý. Rất nhiều trong số đó là các loài tảo có kích thước hiển vi hay còn gọi là vi
tảo (microalgae).
Ô nhiễm kim loại trong nước thải công nghiệp:
Hầu hết các kim loại nặng như Pb, Hg, Cd, As, Cu, Zn, Fe, Cr, Co, Mn, Se, Mo... tồn tại
trong nước ở dạng ion. Chúng phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, trong đó chủ yếu là từ
các hoạt động công nghiệp.
Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong đa số trường hợp, các kim loại
nặng khi đã phóng thích vào môi trường thì sẽ tồn tại lâu dài. Chúng tích tụ vào các mô
sống qua chuỗi thức ăn mà ở đó con người là mắt xích cuối cùng.
Quá trình này bắt đầu với những nồng độ rất thấp của các kim loại nặng tồn tại trong nước
hoặc cặn lắng, rồi sau đó được tích tụ nhanh trong các động vật và thực vật sống trong
nước. Tiếp đến là các động vật khác sử dụng các thực vật và động vật này làm thức ăn, dẫn
đến nồng độ các kim loại nặng được tích lũy trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn. Cuối
cùng ở sinh vật cao nhất trong chuỗi thức ăn, nồng độ kim loại sẽ đủ lớn để gây ra độc hại.

Con người, xét theo quan điểm sinh thái, thường có vị trí cuối cùng trong chuỗi thức ăn, vì
thế họ vừa là thủ phạm vừa là nạn nhân của ô nhiễm kim loại nặng.
Nguồn ô nhiễm kim loại nặng từ các hoạt động công nghiệp là hết sức phong phú: công
nghiệp hóa chất, khai khoáng, gia công và chế biến kim loại, công nghiệp pin và ắc qui,
công nghiệp thuộc da...
VI) Tài liệu tham khảo.
1. Đặng kim chi .Hoá học môi trường,nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật năm 2005.
2. Đặng Đình Kim và cộng sự. Sử dụng các chất hấp phụ sinh học để xử lý ô nhiễm CR, Ni
và Pb trong nước thải công nghiệp. Hội nghị Công nghệ Sinh học toàn quốc. Hà Nội 1998;
3. Trần văn Nhân, Ngô Thị Nga. Giáo trình công nghệ xử lý nước thải. NXB Khoa học và
Kỹ thuật. Hà Nội 1999.
4. Trần Văn Tựa và cộng sự. Tế bào vi tảo bất động và hoạt động trao đổi chất của chúng.
Hội nghị sinh học quốc gia "Những vấn đề nghiên cứu cơ bản trong sinh học". NXB Đại
học quốc gia Hà Nội 2000.
5. Trịnh Thị Thanh. Độc học, Môi trường và Sức khỏe con người. NXB Đại học quốc gia
Hà Nội 2000
II) Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng trong nước.
Sự tập trung công nghiệp và đô thị hoá cao độ gây tác động lớn đối với môi trường, trong
đó có môi trường nước. Các dòng xả nước thải gây ô nhiễm môi trường nước mặt, nước
ngầm, gây ô nhiễm đất. Các nguồn nước thải chính ở các đô thị và khu công nghiệp hiện
nay là:
· Sinh hoạt đô thị thải ra một lượng tương đối lớn, khoảng 80% lượng nước cấp. Lượng
nước thải này xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận mà không có bất kỳ một biện pháp xử lý nào.
Nước thải sinh hoạt chủ yếu chứa các chất ô nhiễm hữu cơ.
· Nước thải từ các cơ sở công nghiệp, thủ công nghiệp, đều chưa qua xử lý hoặc chỉ xử lý
sơ bộ. Các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp rất đa dạng, có cả chất hữu cơ, dầu
mỡ, kim loại nặng,... Nồng độ COD, BOD, DO, tổng coliform đều không đảm bảo tiêu
chuẩn cho phép đối với nước thải xả ra nguồn.
· Nước mưa chảy tràn, đặc biệt là nước mưa đợt đầu.
Nước thải sinh hoạt ở các thành phố là một nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm

nước và vấn đề này có xu hướng càng ngày càng xấu đi. Nước thải và nước mưa, nhất là
nước mưa đợt đầu, đều không được xử lý. Trong các đô thị, do dân số tăng nhanh, nhưng
hệ thống thoát nước không được cải tạo xây dựng kịp thời, nên nước thải trực tiếp chảy
vào các sông mà không được kiểm soát chặt chẽ. Vấn đề càng xấu đi do sự quản lý chất
thải rắn và xử lý các chất thải công nghiệp không đầy đủ ở các thành phố lớn, thị xã và khu
công nghiệp, nên tình trạng ô nhiễm vốn đã xấu, sẽ có chiều hướng nghiêm trọng hơn, kéo
theo là vấn đề sức khoẻ cộng đồng, cũng như chất lượng đời sống sẽ xấu đi.
Tình trạng ô nhiễm nước rõ ràng nhất là ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng,
Đà Nẵng, Huế, Nam Định, Hải Dương và các thành phố, thị xã lớn. Tại Hà Nội, hầu như
các chất thải sinh hoạt và công nghiệp đều không được xử lý.
Trong số 82 khu công nghiệp mới, chỉ khoảng 20 khu công nghiệp có trạm xử lý nước thải
tập trung. Đó là các trạm xử lý nước thải tại Khu Công nghiệp Bắc Thăng Long, Khu Công
nghiệp Nội Bài ở Hà Nội; Khu Công nghiệp Nomura ở Hải Phòng, Khu Công nghiệp Việt
Nam - Xingapo ở Bình Dương,... Số khu công nghiệp còn lại vẫn chưa có trạm xử lý nước
thải tập trung.
Trong số các doanh nghiệp đã khảo sát, năm 2002, có tới 90% số doanh nghiệp không đạt
yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng dòng xả nước thải xả ra môi trường. 73% số doanh
nghiệp xả nước thải không đạt tiêu chuẩn, do không có các công trình và thiết bị xử lý
nước thải. Có 60% số công trình xử lý nước thải hoạt động vận hành không đạt yêu cầu.
Nước thải hiện thời chưa được phân loại.
Trong tương lai gần, hệ thống thoát nước của các thành phố sẽ được cải tạo nhiều hơn và
việc sử dụng lại hệ thống thoát chung là điều không tránh khỏi. Rất cần thiết nghiên cứu,
cụ thể hóa các phương án cải tạo các hệ thống chung trở thành các hệ thống thoát nước nửa
riêng, chọn ra các phương án cải tạo, chia tách nước thải hợp lý nhất.
III) Các biện pháp khắc phục ô nhiễm:
a. Xử lý ô nhiễm kim loại nặng bằng các phương pháp hóa lý.
Bằng con đường xử lý hóa học người ta có thể loại trừ kim loại nặng ra khỏi nước thải.
Với các nguồn nước thải công nghiệp có nồng độ kim loại nặng cao và pH cực đoan thì
việc xử lý chúng bằng các phương pháp hóa lý là rất ưu thế.
Các phương pháp hóa lý thường được sử dụng là:

- Phương pháp bay hơi.
- Phương pháp kết tủa hóa học.
- Phương pháp trao đổi ion.
- Phương pháp hấp phụ.
- Kỹ thuật màng.
- Phương pháp điện hóa.
Khi nồng độ kim loại trong nước thải cao, khối lượng nước thải không quá lớn thì các
phương pháp xử lý hóa-lý tỏ ra rất hiệu quả. Tuy nhiên, nước thải sau khi được xử lý vẫn
còn một lượng kim loại nặng nhất định. Điều này không phải là không nguy hiểm đối với
môi trường. Điều quan trọng là phương thức xử lý hóa lý có thể không hiệu quả hoặc quá
đắt khi nồng độ khởi đầu của kim loại nặng trong nước thải chỉ khoảng 10-100 mg/lít. Và
như vậy, trong những điều kiện mà phương pháp xử lý hóa lý tỏ ra quá đắt và quá phức tạp
thì các biện pháp sinh học có cơ hội thay thế một cách thành công.
b. Xử lý ô nhiễm kim loại nặng bằng các phương pháp sinh học.
Cơ sở của phương pháp này là hiện tượng nhiều loài sinh vật (thực vật thủy sinh, tảo, nấm,
vi khuẩn...) có khả năng giữ lại trên bề mặt hoặc thu nhận vào bên trong các tế bào của cơ
thể chúng các kim loại nặng tồn tại trong đất và nước (hiện tượng hấp thu sinh học-
biosorption).
Các phương pháp sinh học để xử lý kim loại nặng bao gồm:
- Sử dụng các vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí.
- Sử dụng thực vật thủy sinh.
- Sử dụng các vật liệu sinh học
c. Khả năng sử dụng vi tảo để xử lý kim loại nặng trong nước thải.
1. Những ưu thế:
Người ta đã phát hiện rằng nhiều loại sinh khối có thể hấp thu (sorption) kim loại nặng
trong nước, trong số đó có sinh khối vi tảo. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng
sinh khối sống và chết của các loại vi tảo để hấp thu kim loại nặng có những ưu thế đặc
biệt:
- Nhiều loại vi tảo có khả năng thu nhận kim loại nặng ở mức độ cao, nồng độ kim loại
nặng tích lũy bên trong các cấu trúc tế bào của chúng có thể cao gấp hàng nghìn lần nồng

độ trong tự nhiên.
- Diện tích bề mặt riêng của sinh khối vi tảo vô cùng lớn làm cho chúng rất hiệu quả trong
việc loại trừ và tái thu hồi kim loại nặng trong nước thải.
- Sự hấp thu sinh học các ion kim loại nhờ tảo tốt hơn so với sự kết tủa hóa học ở khả năng
thích nghi với sự thay đổi pH và nồng độ kim loại nặng; tốt hơn phương pháp trao đổi ion
và thẩm thấu ngược ở khả năng nhạy cảm với sự hiện diện của chất rắn lơ lửng, các chất
hữu cơ, và sự hiện diện của các kim loại khác.
- Có khả năng xử lý với một thể tích lớn nước thải với tốc độ nhanh.
- Có tính chọn lọc cao nên nồng độ kim loại nặng còn lại sau xử lý sinh học có thể chỉ còn
thấp hơn 1ppm trong nhiều trường hợp.
- Hệ thống xử lý sinh học không cần các thiết bị hóa chất đắt tiền, dễ vận hành, phù hợp
với các điều kiện hóa lý khác nhau nên giá thành thấp (chỉ bằng khoảng 1/10 giá thành của
phương pháp trao đổi ion).
- Trong hoạt động quang hợp của mình, vi tảo còn thu nhận một lượng lớn khí CO2, các
muối dinh dưỡng, có tác dụng làm giảm hiệu ứng nhà kính, ngăn ngừa và khắc phục tình
trạng phì dưỡng (eutrophication) của môi trường nước.
Chính vì thế vi tảo có thể là một lựa chọn đơn giản và hiệu quả để loại trừ kim loại nặng
trong nước thải công nghiệp.
2. Những thách thức.
- Thách thức lớn nhất đối với việc sử dụng vi tảo để loại trừ kim loại nặng trong nước thải
là khả năng hấp thu kim loại nặng của các loài tảo khác nhau là rất khác nhau. Trong số
hàng ngàn loài vi tảo đã được phân loại thì mới chỉ có rất ít loài được nghiên cứu về khả
năng thu nhận kim loại nặng của chúng. Việc tìm kiếm, chọn lọc những chủng, loài tảo có
khả năng hấp thu mạnh mẽ kim loại nặng là một nhiệm vụ to lớn của các nhà nghiên cứu
hiện nay. Trạng thái của sinh khối tảo, cách thức tiền xử lý sinh khối trước khi đem hấp thu
kim loại nặng cũng có những ảnh hưởng quan trọng tới năng lực hấp thu. Vì lý do thương
mại, các chủng tảo có khả năng hấp thu kim loại nặng cao và phương pháp tiền xử lý sinh
khối thường không được công bố.
- Do kích thức nhỏ nên việc thu hồi sinh khối vi tảo từ môi trường xử lý là khá khó khăn.
Hiện đây vẫn là một công đoạn tốn kém nhất. Giải pháp cho vấn đề này có thể là sử dụng

các tế bào vi tảo được cố định trong các chất mang như silicagel, polyacrylamide,
polyvinyl, polyurethane, agar, alginat, carrageenan, chitosan... Rất nhiều nghiên cứu hiện
đang triển khai theo hướng này.
- Các nguồn nước thải có chứa kim loại nặng trong nhiều trường hợp còn chứa nhiều thành
phần hóa học khác có độc tính cao với các sinh vật sống vì vậy cần phải tiến hành xử lý sơ
bộ trước khi đưa tảo vào để xử lý kim loại nặng. Có thể nói rằng vi tảo chỉ thực hiện một
số công đoạn trong quá trình xử lý nước thải, chủ yếu là tham gia vào giai đoạn xử lý cấp
II và cấp III.
d) Xử lý kim loại nặng bằng phương pháp hoá học.
Các oin kim loại nặng như thuỷ ngân ,cd,zn ,Pb, As,Cu,Ni dược loại ra khỏi nước bằng
phương pháp hoá học .Bản chất của phương pháp là chuyển các chất tan trong nước thành
không tan bằng cách thêm tác nhân và tách dưới dạng kết tủa .
chất thường dùng là hydroxyt Ca và Na , CaCO3 ,Na2SO4 các chất thải khác nhau như là
xỉ Fe-Cr chứa CaO 51,3%; MgO 9,2%; SiO2 27,4%; Cr2O3 41,3%; Al2O3 7,2% ;FeO
0,73%.
Xử lý thuỷ ngân
xử lý các hợp chất thuỷ ngân nước thải bị ô nhiêm thuỷ ngân và các hợp chất thuỷ ngân
dược tạo thành trong sản xuất clo và NaOH trong các quá trình điện phân dùng điện cực
Hg do sản xuất Hg điều chế thuốc nhuộm, các hyđrocacbon do sử dụng Hg làm chất xúc
tác .Hg trong nước tồn tại ở dạng kim loại , hợp chất vô cơ : Oxit ,HgCl2 ,sunfat, xianua …
Thuỷ ngân kim loại được lắng và lọc các hạt không lắng được ôxy hoá bằng clo hoặc
NaOCl đến HgCl2 sau đó xử lý nước bằng NaHSO4 hoặc Na2SO3 để loại chúng và
clorua.
Thuỷ ngân có thể được tách ra khỏi nước bằng phương pháp khử với các chất khử là sunfat
Fe, biunfit bột Fe, khí H2S, hydrazin.
Các hợp chất thuỷ ngân trước tiên bị thuỷ phân bằng oxyhoas(bằng khí clo), sau khi loại
clo dư, cation Hg đươc khử đến Hg kim loại hoặc chuyển sang dạng sunfua khí rồi loại
cặn.
Xử lý các hợp chất Zn, Cu, Ni, Pb, Cd, Co.
Muối của các kim loại này, hoá chất chứa chúng trong nước thải tuyển quặng,luyện kim

,chế tạo máy,chế biến kim loại,dược phẩm,chế biến sơn,dệt…..
xử lý nước thải chứa muối Zn bằng NaOH.
Zn2+ + OH- Zn(OH)2.
Khi pH= 5,4, Zn(OH)2 bắt đầu lắng.khi pH=10,5 bắt đầu tan các Zn(OH)2 lưỡng tính.Do
đó ,quá trình xử lý cần tiến hành với pH=8-9.
Khi sử dụng xoda ta có phản ứng.
2ZnCl2 + 2 Na2CO3 + H2O 4 NaCl + Zn(OH)2CO3. + CO2 .
Khi pH= 7-9,5 hình thành cacbonát có thành phần 2ZnCO3, 3Zn(OH)2- ,khi pH>= 10
thành phần hydroxyt tăng.