nghiên cứu khả năng lắng đọng và vận chuyển của chì ( pb) trong môi trường nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN






LÊ THỊ HOA








NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LẮNG ĐỌNG VÀ VẬN
CHUYỂN CỦA CHÌ (Pb) TRONG
MÔI TRƯỜNG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC







HÀ NỘI, 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN







Lê Thị Hoa







NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LẮNG ĐỌNG VÀ VẬN
CHUYỂN CỦA CHÌ (Pb) TRONG
MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Chuyên ngành: Hóa Môi trường
Mã số: 60 44 41




LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Hồng Côn


Hà Nội, 2011

- 1 -
MỤC LỤC

Danh mục các bảng…………………………………………………………
Danh mục các hình vẽ, đồ thị……………………………………………….
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………
Chương 1. TỔNG QUAN…………………………………………………
1.1. Môi trường nước và sự ô nhiễm môi trường nước …………
1.1.1. Sự ô nhiễm nguồn nước…………………………………
1.1.2. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công
nghiệp ……………………………………………
1.2. Giới thiệu về chì …………………………………………………

1.2.1. Tính chất của chì
1.2.1.1.Tính chất vật lý……………………………
1.2.1.2. Tính chất hóa học
1.2.1.3. Các dạng tồn tại của chì trong nước
1.2.2. Độc tính của chì ………………………………………………….
1.2.3.Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm chì trong môi trường
1.2.4. Hiện trạng ô nhiễm chì trong môi trường nước trên thế giới
1.3. Các phương pháp xử lý chì trong nước
1.3.1. Phương pháp kết tủa
1.3.2. Phương pháp keo tụ
1.3.3. Phương pháp hấp phụ
1.3.4. Phương pháp trao đổi ion
1.4. Các phương pháp xác định chì
1.4.1. Phương pháp trắc quang
1.4.1.1. Thuốc thử dithizone
1.4.1.2. Phương pháp chiết
1.4.2. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Chương 2. THỰC NGHIỆM………………………………………………
2.1. Mục tiêu nghiên cứu.……………………………………………….
2.2.Phạm vi và đối tượng nghiên cứu………………………………
2.3. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm và hóa chất thí nghiệm…………
2.3.1. Dụng cụ

i
ii
1
2
2
2

5
7
7
8
8
9
10
12
13
15
15
16
16
18
19
20
20
24
25
27
27
27
27
27

- 2 -
2.3.2. Thiết bị thí nghiệm
2.3.3. Hóa chất
2.4. Quy trình xây dựng đường chuẩn của Pb
2+

theo phương pháp trắc
quang
2.5. Xác định chì bằng phương pháp AAS
2.6. Quy trình nghiên cứu với các mẫu chì khác nhau
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………….
3.1. Khảo sát sự chuyển hóa của chì từ dạng thải Pb(OH)
2

3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường…………
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của các ion đến độ tan của Pb(OH)
2
tại pH
mà chì hydroxit có độ tan nhỏ nhất.……………………
3.1.2.1. Ion Cl
-

3.1.2.2. Ion SO
4
2-

3.1.2.3. Ion S
2-

3.1.2.4. Ion PO
4
3-

3.1.2.5. Ảnh hưởng đồng thời của các ion Cl
-
, SO

4
2-
, S
2-
, PO
4
3-

3.1.3. Ảnh hưởng của các ion có khả năng tạo phức với chì
3.1.3.1. Ion CH
3
COO
-

3.1.3.2. Ion C
6
H
5
O
7
3-

3.1.4. Ảnh hưởng đồng thời của các ion Cl
-
, SO
4
2-
, S
2-
, PO

4
3-
,
CH
3
COO
-
, C
6
H
5
O
7
3-

3.2. Khảo sát sự chuyển hóa của chì khi dạng thải là PbS
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của các ion đến độ tan của PbS tại
pH=7
3.2.2.1. Ion Cl
-

3.2.2.2. Ion SO
4
2-

3.2.2.3. Ion PO
4
3-

3.2.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của các ion có khả năng tạo phức với
chì
3.2.3.1. Ion CH
3
COO
-

3.2.3.2. Ion Cit
3-

3.3. Khảo sát sự chuyển hóa của chì khi dạng thải là Pb
3
(PO
4
)
2
28
28

29
31
31
34
34
34

36
36
37
38

40
42
43
43
44

45
47
47

48
48
50
51

52
52
53
54

- 3 -
3.3.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH
3.3.2. Khảo sát hàm lượng chì khi dạng thải là Pb
3
(PO
4
)
2
khi có mặt
các ion tạo kết tủa với chì tại pH = 7

3.3.2.1. Ion Cl
-

3.3.2.2. Ion SO
4
2-

3.3.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của các ion có khả năng tạo phức với chì
3.3.3.1. Ion CH
3
COO
-

3.3.3.2. Ion Cit
3-
……………………………………
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng đồng thời các ion Cl
-
, SO
4
2-
, S
2-
, CH
3
COO
-

, C
6

H
5
O
7
3-

KẾT LUẬN…………………………………………………………………
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………



54

55
55
56
57
57
58

59
61
63

- 4 -
DANH MỤC BẢNG

Bảng
Tên bảng
Trang
Bảng 2.1
Kết quả đo quang của mẫu trắng và các dung dịch
chuẩn Pb
2+

30
Bảng 3.1
Ảnh hưởng của pH môi trường đến nồng độ chì trong
dung dịch
34
Bảng 3.2
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion Cl
-

36
Bảng 3.3
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion SO
4
2-

37
Bảng 3.4
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion S
2-

39
Bảng 3.5
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion photphat
40
Bảng 3.6
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt đồng thời
các ion Cl
-
, SO
4

2-
, S
2-
, PO
4
3-
42
Bảng 3.7
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion
CH
3
COO
-

43
Bảng 3.8
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion
C
6
H
5
O
7
3-
44
Bảng 3.9
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt đồng thời
các ion Cl
-
, SO

4
2-
, S
2-
, PO
4
3-
, CH
3
COO
-
, C
6
H
5
O
7
3-

46
Bảng 3.10
Kết quả khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng
thải là PbS.
47
Bảng 3.11
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion Cl
-

49
Bảng 3.12

Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion SO
4
2-

50
Bảng 3.13
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion PO
4
3-


51
Bảng 3.14
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion
CH
3
COO
-
52
Bảng 3.15
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion Cit
3-

53
Bảng 3.16
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi pH thay đổi
54
Bảng 3.17
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion Cl
-

55
Bảng 3.18
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion SO
4
2-

56
Bảng 3.19
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion
CH
3
COO
-
57
Bảng 3.20
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion Cit
3-
58
Bảng 3.21
Kết quả khảo sát nồng độ chì khi có mặt đồng thời
các ion
59

- 5 -

- 6 -
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ


Hình
Tên hình
Trang
Hình 1.1
Biểu đồ ranh giới các dạng tồn tại của chì trong dung
dịch ở các giá trị pH khác nhau.
10
Hình 1.2
Một số dạng phức chelat của chì.
12

Hình 2.1
Đường chuẩn xác định chì theo phương pháp trắc
quang.
31
Hình 3.1
Khảo sát ảnh hưởng của pH.(Dạng thải Pb(OH)
2
)
35
Hình 3.2
Khảo sát ảnh hưởng của ion Cl
-

37
Hình 3.3
Khảo sát ảnh hưởng của ion SO
4
2-

38
Hình 3.4
Khảo sát ảnh hưởng của ion S
2-

39
Hình 3.5
Khảo sát ảnh hưởng của ion PO
4
3-
40

Hình 3.6
So sánh ảnh hưởng của mỗi ion
41
Hình 3.7
Khảo sát ảnh hưởng đồng thời của các ion Cl
-
, SO
4
2-
, S
2-
, PO
4
3-
42
Hình 3.8
Khảo sát ảnh hưởng của ion CH
3
COO
-

43
Hình 3.9
Khảo sát ảnh hưởng của ion Cit
3-

45
Hình 3.10
Khảo sát ảnh hưởng đồng thời các ion
46

Hình 3.11
Khảo sát nồng độ chì khi dạng thải là PbS theo pH
48
Hình 3.12
Khảo sát ảnh hưởng của ion Cl
-
49
Hình 3.13
Khảo sát ảnh hưởng của ion SO
4
2-

50
Hình 3.14
Khảo sát ảnh hưởng của ion PO
4
3-

51
Hình 3.15
Khảo sát nồng độ chì khi có mặt ion CH
3
COO
-

52
Hình 3.16
Khảo sát ảnh hưởng của ion Cit
3-

53
Hình 3.17
Khảo sát ảnh hưởng của pH (dạng thải là Pb
3
(PO
4
)
2
)
54
Hình 3.18
Khảo sát ảnh hưởng của ion Cl
-
56
Hình 3.19
Khảo sát ảnh hưởng của ion SO
4
2
57
Hình 3.20.
Khảo sát ảnh hưởng của ion CH
3
COO
-
58
Hình 3.21
Khảo sát ảnh hưởng của ion Cit
3-
59
Hình 3.22

Khảo sát đồng thời các ion ảnh hưởng đồng thời của các
ion
60




- 7 -
MỞ ĐẦU
Hiện nay, ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nóng bỏng mang tính
toàn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và đời sống của con người. Đặc biệt
là ô nhiễm các kim loại nặng.
Kiểm soát các nguồn nước thải là công việc hết sức cần thiết nhằm giảm
thiểu ô nhiễm do nước thải. Công việc xử lý nước thải thường được thực hiện
ngay tại nơi phát sinh nước thải hoặc trước khi thải vào nguồn tiếp nhận và sau
đó thì thường không được quan tâm nữa. Trong khi đó, hiện nay các phương
pháp xử lý kim loại nặng thường thải ra một lượng bùn thải rất lớn. Theo thời
gian, nếu lượng bùn thải này không được xử lý một cách phù hợp nó sẽ gây ô
nhiễm môi trường một cách nghiêm trọng do tác động của các yếu tố môi
trường.
Một trong các kim loại nặng có độc tính cao đối với cơ thể con người là
chì. Chì là kim loại có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất như sản xuất
ăcquy, pin, cáp điện, dệt nhuộm, luyện kim, sản xuất khai thác khoáng sản
Do đó lượng chì thải ra môi trường là rất lớn.
Có nhiều phương pháp xử lý chì như phương pháp kết tủa, phương pháp
thẩm thấu ngược hay phương pháp điện thẩm tách Các phương pháp này đều
thải ra một lượng bùn thải rất lớn và thường không được xử lý. Lượng chì thải
ra dưới dạng bùn thải này liệu đã an toàn với môi trường hay chưa? Liệu trải
qua một thời gian dài cùng với sự thay đổi môi trường nước có làm ảnh hưởng
đến sự lắng đọng và vận chuyển của chì trong bùn và trong nước hay không?

Đây là một trong những vấn đề rất cấp thiết đối với các nhà khoa học, môi
trường học và của toàn nhân loại. Do đó, trong khuôn khổ luận văn này chúng
tôi thực hiện bước đầu “ Nghiên cứu khả năng lắng đọng và vận chuyển của
chì (Pb) trong môi trường nước” ở các điều kiện khác nhau, từ đó có một cách
nhìn khái quát nhất về sự an toàn và nguy hiểm của các dạng thải chì và bước
đầu đề ra các biện pháp tối ưu nhất làm giảm thiểu ô nhiễm chì trong nước.


Chương 1: TỔNG QUAN
1.2. Môi trường nước và sự ô nhiễm môi trường nước [1]
1.2.1. Sự ô nhiễm nguồn nước

- 8 -
Nước có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của
sự sống trên trái đất. Nước là thành phần quan trọng của tất cả các sinh vật, vật
chất có trên trái đất. Nước tham gia vào mọi quá trình xảy ra trong tự nhiên, nó
tác động đến sự biến đổi của trái đất cũng như sự sống trên trái đất. Nói cách
khác, nước là nguồn gốc của sự sống là môi trường trong đó diễn ra các quá
trình sống.
Trên trái đất hơn 97% là nước biển, còn lại dưới 3% là nước ngọt. Nước
ngọt được con người sử dụng nhằm phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau như
cung cấp cho sinh hoạt, tưới tiêu trong nông nghiệp, giao thông vận tải, sản
xuất công nghiệp, làm nguyên liệu và các tác nhân trao đổi nhiệt trong rất nhiều
quá trình quan trọng.
Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp như
hiện nay, các nguồn nước ngày càng bị nhiễm bẩn bởi các loại chất thải khác
nhau, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, đe dọa sức khỏe và cuộc sống của
con người. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước bao gồm:
Chất hữu cơ: Chất hữu cơ gây ô nhiễm nguồn nước bao gồm các chất
hữu cơ tổng hợp, dầu mỡ, các chất thải sinh hoạt…

Các chất hữu cơ tổng hợp bao gồm nhiên liệu, chất dẻo, dung môi, chất
tẩy rửa, thuốc bảo vệ thực vật, dược phẩm… Các chất này có mặt trong nước sẽ
làm cho nước có màu , mùi vị lạ, có tác hại đối với các loài động vật và thực
vật sống trong nước. Dầu mỡ nổi trong nước sẽ làm giảm sự truyền ánh sáng
qua lớp nước, làm giảm DO của nước, gây bệnh cho nhiều loài động thực vật
sống trong nước. Các thuốc bảo vệ thực vật không bị phân hủy sẽ bị tích tụ
trong đất ngày càng nhiều, và ngấm vào nguồn nước gây ô nhiễm nguồn nước.
Vi sinh vật: Trong nước có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, các đơn
bào, rong tảo…chúng xâm nhập vào nước từ môi trường xung quanh, chúng
sống và phát triển trong nước. Có thể chia chúng thành hai loại:
Loại vi sinh vật có hại là các vi trùng gây bệnh có trong nguồn chất thải,
bệnh của người và gia súc như bệnh tả, thương hàn. Vi khuẩn E-coli là vi
khuẩn đặc trưng cho mức độ nhiễm trùng của nước.
Các loại rong tảo làm cho nước có màu xanh, khi chết thối rữa sẽ làm
tăng hàm lượng chất hữu cơ trong nước, làm cho nước có mùi, giảm DO và
tăng BOD của nước.

- 9 -
Các chất vô cơ: Nguồn nước tự nhiên thường bị ô nhiễm bởi các kim
loại và các chất vô cơ khác. Nếu hàm lượng của chúng trong nước nhỏ thì có
tác dụng tốt cho sinh trưởng, phát triển của động thực vật ở trong nước và cả
những động thực vật sử dụng nguồn nước đó. Nhưng nếu hàm lượng cao sẽ gây
ô nhiễm, đặc biệt đối với đời sống của các sinh vật, qua chu trình thức ăn sẽ tác
động tới các loại thủy sản, tiếp đó là đến các động vật sống trên cạn và cuối
cùng là con người. Trong số những kim loại nặng độc hại phải kể đến như: Ni,
Hg, Pb, Cd, Cr, Cu.
Ni: Niken là nguyên tố lượng vết chủ yếu có trong thành phần của một
số enzym và tham gia vào quá trình tạo cấu trúc màng. Nếu tiếp xúc thường
xuyên với niken, người ta có thể bị viêm mũi, hen, suyễn. Mặt khác khi cơ thể
hấp thụ một lượng lớn niken qua đường thức ăn và nước uống sẽ gây bệnh ung

thư hoặc ảnh hưởng đáng kể đến hệ thần kinh trung ương.
Hg: Các dạng thủy ngân có độc tính không giống nhau và trong thiên
nhiên nó chuyển hóa thành các dạng khác nhau. Metyl thủy ngân là dạng độc
nhất. Vi khuẩn sống trong bùn ở các hồ ao, tổng hợp ra metan và thải ra hợp
chất trung gian là metyl cobalamin, chất này tác dụng với thủy ngân tạo thành
dimetyl thủy ngân (CH
3
)
2
Hg và trong môi trường axit nó biến thành metyl thủy
ngân (CH
3
Hg
+
) có độc tính rất cao.
Có hai nguồn gây ra ô nhiễm thủy ngân là tự nhiên và nhân tạo. Nguồn
thủy ngân nhân tạo thoát ra chủ yếu từ các chất thải, nước thải, khói bụi của các
nhà máy luyện kim, nhà máy pin-acquy, nhà máy sản xuất đèn huỳnh quang,
nhiệt kế, nhà máy sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, nhà máy mạ, sơn và đặc biệt
là trong các nhà máy sản xuất xút, clo bằng điện phân. Người ta tính được rằng
cứ sản xuất một tấn clo thì có khoảng 0.172kg thủy ngân xâm nhập vào môi
trường. Lượng thủy ngân an toàn đối với nước uống là < 0.001mg/l. Hàm lượng
thủy ngân trong cá tươi từ 0.5 – 1.0 µg/g là không an toàn đối với con người.
Pb: Là nguyên tố có độc tính cao đối với sức khỏe của con người và
động vật. Nó tác động đến tủy xương và quá trình hình thành các huyết cầu tố,
nó thay thế canxi trong xương. Thực vật trồng trên những đất có hàm lượng chì
cao thì nó sẽ hấp thụ chì và tích tụ lại, sau đó xâm nhập vào động vật do ăn các
thực vật đó. Đặc tính nổi bật của chì là sau khi xâm nhập vào cơ thể sống nó ít
bị đào thải mà tích tụ theo thời gian, tức là gây ra hiện tượng tích lũy sinh học.

- 10 -
Trong nước tự nhiên hàm lượng chì thấp ( 20 µg/l) nên nó không phải là tác
nhân ô nhiễm nguy hiểm.
Chì xâm nhập vào cơ thể con người qua nước uống bị ô nhiễm, thức ăn
là động vật, thực vật nhiễm chì. Khi vào cơ thể nó tích tụ lại rồi đến một mức
độ nào đó mới bắt đầu gây độc. Chì tác động mạnh vào hệ thần kinh, làm giảm
trí thông minh, tác động vào máu, thận và tác động lên hệ enzym có liên quan
đến quá trình tạo máu.
Cd: xâm nhập vào khí quyển, nước qua nguồn tự nhiên và nhân tạo. Cd
xâm nhập vào cơ thể người chủ yếu qua thức ăn từ thực vật được trồng trên đất
giàu Cd gây nhiễu loạn hoạt động của một số enzym nhất định.
Cr: Trong tự nhiên, crom tồn tại trong khoáng vật chủ yếu dưới dạng
Fe(CrO
2
)
2
. Phần lớn crom kim loại được dùng cho việc tạo thành hợp kim sử
dụng trong công nghệ chế tạo máy, lượng này chiếm đến hơn một nửa toàn bộ
lượng crom. Những hợp kim Ni, Cr được ứng dụng làm ra các cặp nhiệt điện,
thiết bị công nghiệp chịu nhiệt, hợp kim chịu nhiệt dùng trong tuốc bin động cơ
phản lực, hợp kim thép không rỉ dùng trong môi trường nhiệt độ cao và ăn
mòn. Crom cũng có trong thành phần của các chất ức chế quá trình ăn mòn, các
loại mực khác nhau, thuốc nhuộm, chất bảo quản thực phẩm, công nghiệp mạ
và thuộc da. Trong luyện kim, crom được điều chế dưới dạng hợp kim với sắt
(ferocrom) và đây là một trong những hợp kim cứng nhất. Người ta dùng Cr
2
O
3

để điều chế sơn màu và làm chất xúc tác. CrO

3
được dùng để điều chế Cr kim
loại và dùng trong quá trình mạ crom các chi tiết máy.
Độc tính của crom có quan hệ chặt chẽ với dạng tồn tại hóa học của nó.
Hầu hết các hiệu ứng gây độc hại của crom được gây ra bởi các hợp chất crom
(VI). Theo nhiều nghiên cứu gần đây thì các hợp chất crom (VI) là những tác
nhân gây ung thư.
Cu: Các hợp chất của đồng không độc lắm, các muối đồng gây tổn
thương đường tiêu hóa, gan thận và niêm mạc. Độc nhất là muối đồng xianua.
Đối với người lớn tỷ lệ hấp thu và lưu giữ đồng tùy thuộc vào lượng đưa vào cơ
thể hàng ngày. Sự kích thích dạ dày cấp tính có thể xảy ra ở một số người sau
khi uống nước có nồng độ đồng trên 3mg/l. Đồng có thể gây vị cho nước, ăn
uống lâu dài nguồn nước có nồng độ đồng cao sẽ làm nguy cơ bị xơ gan.

- 11 -
1.2.2. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công nghiệp
[12]
Nghành khai thác mỏ
Khoa học càng phát triển, nhu cầu của con người và xã hội ngày càng
cao dẫn tới sản lượng kim loại do con người khai thác hàng năm cũng tăng lên.
Sản lượng chì khai thác hàng năm khoảng hai triệu tấn. Trong khoảng thời gian
1935 – 1980 sản lượng cadimi và cacbon tăng 10 – 16 lần. Thủy ngân và bạc
tăng 2.5 lần. Sản lượng sắt tăng từ 182 triệu tấn (1930) lên 912 triệu tấn (1979).
Sản lượng nhôm tăng 80 lần. thứ tự trong sản lượng khai thác (1930 – 1980):
Al> Mo> V> Co> Cr> Ni> Cd> Mn> Se> Te> Cu> Fe> Sb> Zn> Si> Be> Pb>
Hg> Ag> S đã nảy sinh yêu cầu cấp thiết về xử lý nước thải chứa các kim loại
đó. Tuy nhiên, mức độ ô nhiễm các kim loại nặng trong nước lại không tương
ứng với sản lượng khai thác của chúng. Mức độ ô nhiễm các kim loại nặng tăng
theo thứ tự sau: Fe> Mn> Al> Zn> Pb> Cr> Ni> Sn> Mo> Sb> V> Co> Cd>
Ag> Hg> Bi> Te> Be. Trong thực tế người ta thường nghiên cứu ảnh hưởng

của một số kim loại như: Cr, Cu, Pb, Cd, Ni, Zn, Hg, As.
Công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ
Theo số liệu của cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ US-EPA thì thường
xuyên có sự phát thải kim loại từ các quy trình sản xuất hóa chất vô cơ, đó là
quá trình sản xuất xút – clo, sản xuất HF, AlF
3
, thuốc nhuộm, K
2
Cr
2
O
7
, NiSO
4
,
CuSO
4

Việc khảo sát môi trường vùng lân cận của các nhà máy sản xuất xút-clo,
theo công nghệ cũ cho thấy có sự nhiễm độc thủy ngân ở đất, nước và các sinh
vật sống xung quanh khu vực đó. Nguyên nhân là do công nghệ sản xuất xút –
clo ở các nhà máy có sử dụng đến điện cực catot chế tạo từ thủy ngân. Dòng
nước thải từ bể điện phân có nồng độ thủy ngân cao hơn rất nhiều lần mức độ
cho phép.
Người ta nhận thấy rằng ở nhiều cơ sở, xí nghiệp sản xuất các hợp chất
vô cơ hàm lượng kim loại nặng trong nước thải đã vượt quá mức cho phép.
Chính vì vậy vấn đề cấp bách đặt ra là phải xử lý, tách loại các kim loại đó ra
khỏi nguồn nước trước khi ra khỏi môi trường.
Công nghiệp mạ điện

- 12 -
Nước thải của quá trình mạ điện có hàm lượng kim loại nặng rất lớn. Khi
nghiên cứu tại một nhà máy mạ crom ở Mỹ đã chỉ ra rằng trong nước thải rửa,
nồng độ crom là 1.84mg/l và niken là 4.1mg/l. Nước rửa từ quá trình mạ đồng
có hàm lượng crom lên đến 0.84mg/l và đồng là 0.44mg/l. Như vậy quá trình
mạ điện của các nhà máy là một nguyên nhân không nhỏ gây ra sự ô nhiễm kim
loại nặng.
Quá trình sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm người ta phát hiện thấy
nồng độ của một số kim loại rất cao như: nhôm 100mg/l, kẽm 10mg/l. Đặc biệt
khi nồng độ cao có thể lên tới 40mg/l đối với coban, 62mg/l đối với chì và kẽm
là 900mg/l.
Các quá trình sử dụng kim loại
Nhiều kim loại nặng được sử dụng trong các lĩnh vực công nghệ, giao
thông vận tải, cơ khí, xây dựng sinh hoạt như nhôm, antimon, cadimi, asen,
đồng, chì, kẽm, thủy ngân Trong đó, chì thường được dùng để sản xuất mực
in, xăng, pin. Hằng năm trên thế giới sử dụng khoảng 3 triệu tấn chì trong đó
40% được xử dụng cho sản xuất acquy, 20% sử dụng cho xăng dưới dạng chì
ankyl ( gần đây lượng chì sử dụng trong lĩnh vực này đã giảm do công nghệ sản
xuất xăng không chì), 12% sử dụng trong công trình xây dựng, 6% sử dụng cho
các đường dây cáp điện, 5% sử dụng trong quân sự , 17% sử dụng trong các
mục đích khác
Việt nam là một nước đang phát triển, đang trong thời kỳ công nghiệp
hóa, hiện đại hóa đã khuyến khích các thành phần kinh tế, các ngành nghề
truyền thống mở rộng phát triển. Trong đó quan tâm đến một số ngành nghề thủ
công ở các vùng nông thôn, đó là tái chế và tái sử dụng lại các vật liệu như
đồng, chì Chính các hoạt động này đã gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là
môi trường nước bị ô nhiễm kim loại nặng.
1.3. Giới thiệu về chì [9],[13]
Chì là một trong bảy kim loại mà con người đã biết từ thời cổ đại. Ba
bốn ngàn năm trước công nguyên, người cổ Ai cập đã dùng chì để đúc tiền, đúc

tượng và những vật dụng khác.
Quặng chì quan trọng nhất là galenit (PbS), ngoài ra còn gặp chì trong
quặng xeruzit (PbCO
3
).

- 13 -
Trong chất sống (chủ yếu là thực vật) có chứa khoảng 5.10
-5
mg/kg theo
khối lượng khô; trong nước đại dương có khoảng 10
-5
mg chì trong 1lit nước
biển; còn trong các mẫu đá lấy từ Mặt Trăng thì hàm lượng chì là 10
-5
g/1g mẫu
đá.
Chì có 18 đồng vị, có bốn đồng vị thiên nhiên là
204
Pb(1,48%);
206
Pb(23,6%);
207
Pb(22,6%);
208
Pb(52,3%); đồng vị phóng xạ bền nhất là
202
Pb
có chu kỳ bán hủy là 3.10
5

năm.
1.3.1. Tính chất của chì
1.3.1.1. Tính chất vật lý
Chì là kim loại nặng dễ uốn, rất mềm, màu xám, có tính dẫn nhiệt và dẫn
điện tốt. Chì là nguyên tố độc hại không có lợi cho sức khỏe của con người.
- Chì thuộc ô thứ 82 trong bảng hệ thống tuần hoàn, cấu hình e lớp ngoài
cùng là 6s
2
6p
2
, có khối lượng nguyên tử là 207,21 (đvC)
- Nhiệt độ nóng chảy là 327
o
C, nhiệt độ sôi là 1737
o
C
- Tỉ khối : 11,34 (g/cm
3
)
- Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV): 7,42
- Bán kính nguyên tử (A
o
): 1,75
- Cấu trúc tinh thể: lập phương tâm diện
1.3.1.2. Tính chất hóa học
- Ở nhiệt độ thường chì bị oxi hóa bởi oxi không khí tạo lớp oxit màu xám
xanh bao bọc trên bề mặt bảo vệ cho chì không bị oxi hóa tiếp.
2Pb + O
2


2PbO
- Chì tác dụng được với các nguyên tố halogen tạo hợp chất halogenua và
một số nguyên tố phi kim loại khác như lưu huỳnh, photpho
Pb + Cl
2


PbCl
2

- Chì tác dụng được với nước khi có mặt của oxi theo phản ứng
2Pb + 2H
2
O + O
2


2Pb(OH)
2

- Chì có thế điện cực âm nên về nguyên tắc nó tan được trong các dung
dịch axit. Tuy nhiên chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit clohiđric
loãng và axit sunfuric dưới 80% vì bị bao bọc bởi muối khó tan PbCl
2
và
PbSO
4
nhưng với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó, chì có thể tan vì
muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan:

PbCl
2
+ 2HCl

H
2
PbCl
4


- 14 -
PbSO
4
+ H
2
SO
4


Pb(HSO
4
)
2

- Chì tương tác với axit nitric ở bất kì nồng độ nào
3Pb + 8HNO
3loãng


3Pb(NO

3
)
2
+2NO + 4H
2
O
- Chì có thể tan trong axit axetic và các axit hữu cơ khác
2Pb + 4CH
3
COOH + O
2

2Pb(CH
3
COO)
2
+2H
2
O
- Với dung dịch kiềm, chì tương tác khi đun nóng
Pb + 2KOH + 2H
2
O

K
2
[Pb(OH)
4
] + H
2

1.3.1.3. Các dạng tồn tại của chì trong nước [4], [9], [13]
Chì là kim loại tương tự nhôm, crom, kẽm có hydroxit, oxit tương ứng là
lưỡng tính. Do đó trong nước chì tồn tại ở các dạng khác nhau phụ thuộc vào
pH của môi trường và nồng độ chì.
Trong dung dịch nước chì tồn tại ở hai trạng thái hóa trị, chủ yếu là
Pb(II) và Pb(IV).
Trong dung dịch Pb
2+
tồn tại các quá trình [4]:
Pb
2+
+ H
2
O

PbOH
+
+ H
+

7,8
10




Pb
2+
+ 2H

2
O

Pb(OH)
2
+ 2H
+

17,2
10




Pb
2+
+ 3H
2
O

Pb(OH)
3
-
+ 3H
+

7,8
10





4Pb
2+
+ 4H
2
O

Pb
4
(OH)
4
+
+ 4H
+

19,9
10




3Pb
2+
+ 4H
2
O

Pb
3

(OH)
4
2+
+ 4H
+

23,4
10




6Pb
2+
+ 8H
2
O

Pb
6
(OH)
8
4+
+ 8H
+

42,7
10





Khi tổng nồng độ chì [Pb
2+
] < 5.10
-6
mol/l, các dạng phức hydroxo do
thủy phân tồn tại chủ yếu là Pb(OH)
+
, Pb(OH)
2
, và Pb(OH)
3
-
. Các dạng phức
hydroxo cao hơn như Pb(OH)
4
2-
; Pb(OH)
6
4-
chỉ tồn tại ở pH > 13. Ở nồng độ
cao hơn [Pb
2+
] > 5.10
-6
mol/l (một điều kiện không phổ biến đối với môi
trường) tồn tại một số phức hydroxo dạng đa nhân như Pb
3
(OH)

4
2+
(ở 50.10
-6

mol/l), Pb
4
(OH)
4
4+
và Pb
6
(OH)
8
4+
(ở 10
-3
mol/l). Ở nồng độ chì rất cao còn tồn
tại Pb
2
(OH)
3+
.


- 15 -

(a)
(b)
Hình 1.1. Biểu đồ ranh giới các dạng tồn tại của chì trong dung dịch ở các giá

trị pH khác nhau. (a) [Pb
2+
] = 4,8.10
-4
(mol/l) (100ppm); (b) [Pb
2+
] = 4,8.10
-6

(mol/l) (1ppm).
1.3.2. Độc tính của chì [6], [22]
Trong sản xuất công nghiệp chì có vai trò quan trọng, nhưng đối với con
người và động vật thì nó lại rất độc hại.
Đối với thực vật chì không gây hại nhiều nhưng lượng chì tích tụ trong
cây trồng sẽ xâm nhập vào cơ thể người và động vật qua chuỗi thức ăn. Do vậy,
chì không được dùng làm thuốc trừ sâu.

- 16 -
Chì kim loại và muối sunfua của nó được coi là không gây độc do chúng
không được cơ thể hấp thụ. Tuy nhiên, các hợp chất chì tan trong nước thì rất
độc.
Khi cơ thể bị nhiễm độc chì sẽ gây ức chế một số enzym quan trọng của
quá trình tổng hợp máu gây cản trở quá trình tạo hồng cầu. Nói chung, chì phá
hủy quá trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố khác cần thiết cho máu như
cytochromes.
Khi hàm lượng chì trong máu đạt khoảng 0,3ppm thì nó ngăn cản quá
trình sử dụng oxi để oxi hóa glucozơ, tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do
đó làm cho cơ thể mệt mỏi. Ở nồng độ cao hơn (> 0,8ppm) có thể gây nên bệnh
thiếu máu do thiếu các sắc tố hồng cầu. Hàm lượng chì trong máu nằm trong
khoảng 0,5 – 0,8ppm gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy tế bào

não.
Xương là nơi tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với photphat
trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó.
Tóm lại, khi xâm nhập vào cơ thể động vật chì gây rối loạn tổng hợp
hemoglobin, giảm thời gian sống của hồng cầu, thay đổi hình dạng tế bào, xơ
vữa động mạch, làm cho con người ngu đần, mất cảm giác, gây ra các bệnh về
tai, mũi, họng, viêm phế quản Khi bị ngộ độc chì sẽ có triệu chứng đau bụng,
buồn nôn, tiêu chảy, ăn không ngon miệng và co cơ, sảy thai, kém sinh ra tinh
trùng
Trẻ em bị nhiễm độc chì có thể trầm trọng hơn người trưởng thành, đặc
biệt là trẻ em dưới 6 tuổi vì hệ thần kinh còn non yếu và chức năng đào thải
chất độc chưa hoàn thiện. Một số trẻ có thể bị nhiễm ngay từ khi còn trong
bụng mẹ do chì nhiễm qua nhau thai hoặc bú sữa mẹ có hàm lượng chì cao. Tới
khi lớn trẻ em tiêu thụ các loại thực phẩm chứa chì, nuốt chì lẫn trong đất, bụi
khi bò chơi trên mặt đất hoặc ăn các mảnh vụn sơn tường nhà cũ. Do trẻ em có
mức hấp thụ gấp 4-5 lần người lớn. Mặt khác, thời gian bán phân hủy chì ở trẻ
em cũng lâu hơn nhiều so với người lớn. Do đó, trẻ em dưới 6 tuổi và phụ nữ
có thai là những đối tượng mẫn cảm với những ảnh hưởng nguy hại do chì gây
ra.

- 17 -
Khi bị nhiễm độc chì, có thể giải độc bằng cách dùng các hóa chất như
EDTA; 2,3-dimecaptopropanol, penicilamin là các hóa chất có khả năng tạo
phức chelat với chì.

Complexonat chì Phức chelat chì với 2,3-dimecaptopropanol






Phức chelat chì với d-penicilamin.
Hình 1.2. Một số dạng phức chelat của chì
1.3.3. Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm chì trong môi trường
Nguồn gốc gây ô nhiễm chì trong môi trường bao gồm nguồn gốc tự
nhiên và nhân tạo.
Nguồn gốc tự nhiên, phần lớn chì đi vào môi trường là do hoạt động của
núi lửa, đá biến chất. Tuy nhiên, nguồn ô nhiễm chì từ các quá trình địa hóa là
không đáng kể so với các hoạt động nhân tạo
Nguồn gốc nhân tạo, chủ yếu do các hoạt động sản xuất công nghiệp,
giao thông vận tải và sinh hoạt của con người. Chì (cả hai dạng vô cơ và hữu
cơ) có trong nước thải của các nhà máy sản xuất pin, acqui, luyện kim, hóa
dầu chì còn được đưa vào môi trường do khí thải giao thông, khai khoáng,
đốt nhiên liệu hóa thạch, sản xuất và tái chế chì, sản xuất các hợp kim chì, đốt
cháy các loại rác thải, sản xuất các loại phân bón hóa học, sản xuất xi măng,
công nghiệp sản xuất sơn Các dạng tồn tại của chì có thể là PbBrCl, PbSO
4
,
PbS, PbCO
3
(trong công nghiệp khai khoáng); Pb(OH)
2
, PbCrO

4
(trong công
H
2
C
CH
2

N
COO
CH
2

COO
H
2
C
N
CH
2

COO
CH
2

COO
Pb
H
2
C

CH
2

CH
2
OH
S
S
S
Pb
S
S
H
2
C
CH
2

CH
2
OH
O
NH
HC
O
S
S
H
3
C

CH
3

Pb

- 18 -
nghiệp sơn). Phần lớn những nước có nền công nghiệp phát triển cao thì nguy
cơ ô nhiễm nguồn nước do chì ở đó cũng cao hơn ở những nước khác do sử
dụng nhiều nguồn nguyên liệu chứa chì.
Hoạt động nông nghiệp sử dụng các loại phân bón hóa học không tinh
khiết và thuốc trừ sâu cũng đã đưa một lượng lớn kim loại nặng vào đất và
nước ngầm. Các kim loại nặng trong bùn thải được dùng để bón ruộng, trong
đó chì thường tồn tại dưới dạng hợp chất cacbonat (khoảng 60%) cũng là nguồn
đưa kim loại này vào đất và nước. Việc sử dụng các nguồn nước tưới ô nhiễm
kim loại nặng cũng là vấn đề cần quan tâm. Tất cả các hợp chất của chì như
PbBrCl, PbSO
4
, PbS, PbCO
3
được chuyển vào nước bằng các quá trình lý -
hóa học khác nhau. Khi sử dụng nguồn nước thải công nghiệp, nước mưa, nước
chảy tràn đô thị và nông nghiệp, nước do quá trình khai thác mỏ để tưới vào
đất thì hàm lượng chì trong đất và nước ngầm tăng dần theo thời gian.
1.3.4. Hiện trạng ô nhiễm chì trong môi trường nước trên thế giới
Theo đánh giá của viện nghiên cứu Blacksmith (Mỹ) trong 10 khu vực ô
nhiễm nhất thế giới có Thiên Tân (Trung Quốc), La Oroya (Peru), Dalnegorsk
(Nga) và Kebwe (Zambia) là những khu vực bị ô nhiễm nặng nề do ngành công
nghiệp khai thác và luyện chì. Chì là chất gây ô nhiễm được nói đến nhiều nhất
trong danh sách của viện Blacksmith vì tác hại của nó đối với trẻ em rất nghiêm
trọng.

Tại La Oroya (Peru), ngành công nghiệp chủ yếu của thành phố này là
khai thác và luyện chì. Từ năm 1922 các cơ sở nấu kim loại đã làm ô nhiễm
thành phố này. Đến năm 1992, ngành công nghiệp này đã bắt đầu phát triển
mạnh mẽ khiến từ không khí, đất cho đến nước đều bị nhiễm chì nặng. Việc
khai thác và chế biến chì ở đây đã làm cho hàm lượng chì nhiễm vào máu của
trẻ em ở thành phố này cao ở mức đáng ngại. Số người có nguy cơ bị ảnh
hưởng là 35 nghìn người, 99% số trẻ em có hàm lượng chì nhiễm vào máu vượt
mức cho phép. Theo những cuộc khảo sát gần đây hàm lượng chì trung bình
cao gấp ba lần giới hạn cho phép của WHO. Ngay cả sau khi hàm lượng chì
trong không khí từ các cơ sở sản xuất kim loại đã giảm thì chì vẫn còn tồn tại
trong đất hàng thế kỉ nữa. Tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa có kế hoạch nào
nhằm xử lý vấn đề này [17].

- 19 -
Thung lũng sông Rudnaya (Nga) là khu vực khai thác mỏ và luyện kim
loại có tỷ lệ bệnh ung thư cũng như các bệnh mãn tính rất cao do xử dụng công
nghệ đã lỗi thời. Các thị trấn như Dalnegorsk, Rudnaya Pristan được xây dựng
xung quanh các nhà máy luyện chì và cảng biển, là một trong những khu vực ô
nhiễm chì và các chất độc hại khác lớn nhất ở Nga. Tại đây, bệnh đường hô
hấp, tổn thương thần kinh chiếm tỷ lệ cao nhất trong khu vực, đặc biệt nghiêm
trọng ở trẻ em. Khoảng 50% trẻ em được xét nghiệm cho thấy có hàm lượng
chì trong máu rất cao. Viện nghiên cứu Blacksmith đã xếp thị trấn Dalnegorsk
là một trong mười khu vực ô nhiễm nhất thế giới [16]
Thiên Tân là một khu công nghiệp hàng đầu Trung Quốc và cũng là một
trong những thành phố ô nhiễm nhất nước này. Lĩnh vực sản xuất chính của
thành phố là ngành công nghiệp khai thác chì. Do không quan tâm đến vấn đề
môi trường nên hiện nay nồng độ chì trong không khí và đất ở đây cao gấp 10
lần mức độ cho phép, còn trong cây cối là gấp 24 lần. Số người có khả năng bị
tác động của ô nhiễm chì và các kim loại khác vào khoảng 140.000 người. Qua
kiểm tra cho thấy lúa mỳ có chứa lượng chì cao gấp 24 lần tiêu chuẩn của

Trung Quốc [24].
Tại Kabwe (Zambia), ô nhiễm chì có thể tác động tới 255.000 người.
Tính trung bình, mức nhiễm chì ở trẻ em cao hơn chuẩn cho phép của Cơ quan
bảo vệ môi trường Mỹ từ 5 - 10 lần, và có thể thậm chí còn cao hơn mức gây tử
vong .
Tại Việt Nam, nước thải của các nhà máy hóa chất và khu luyện kim hầu
hết có hàm lượng chì rất cao, vượt quá giá trị tối đa cho phép của QCVN gấp
nhiều lần (giá trị tối đa khoảng từ 0,1 - 0,5mg/l). Cụ thể, nước thải của nhà máy
sản xuất Pb - Zn có hàm lượng chì khoảng 5,0 - 7,0 mg/l; nhà máy sản xuất Mo
- W là 0 - 16,0 mg/l.
Tại các làng nghề tái chế kim loại khu vực Yên Phong (Bắc Ninh), hiện
tượng ô nhiễm chì trong nước thải và khí thải rất nghiêm trọng, nồng độ chì
trong khu vực đã vượt quá TCCP tới 87,2 lần. [14].
Làng nghề tái chế chì Đông Mai (Hưng Yên), hàm lượng chì thải ra
trong nguồn nước với mức trung bình là 0,77mg/l, vượt quá tiêu chuẩn cho
phép từ 7,7-15 lần. Ở nơi ao hồ đãi và đổ xỉ, hàm lượng là 3,278mg/l, vượt quá
tiêu chuẩn cho phép từ 32-65 lần.

- 20 -
Tại xã Bản Thi - Chợ Đồn - Bắc Kạn, các hộ dân sinh sống lân cận
xưởng tuyển của Xí nghiệp chì kẽm Chợ Điền và mỏ chì kẽm Bản Thi đều có
biểu hiện của ô nhiễm chì rõ ràng. Xưởng tuyển thường xuyên dùng nhiều hoá
chất để lọc tuyển lấy quặng chì kẽm, nước xả ra được cho qua bể lắng rồi chảy
thẳng xuống nguồn nước nơi các hộ dân sinh sống.
Vì vậy việc xử lý để giảm bớt hàm lượng chì trong nước là việc cấp bách
và cần thiết để bảo vệ môi trường cũng như sức khoẻ con người.
1.4. Các phương pháp xử lý chì trong nước.
1.4.1. Phương pháp kết tủa.
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc chuyển dạng tan của kim loại cần
xử lý sang dạng không tan sau đó loại bỏ chúng bằng cách lắng lọc.

Đối với chì ta có thể chuyển ion Pb
2+
sang dạng Pb(OH)
2
hoặc các dạng
khác như : PbS, PbSO
4
, Pb
3
(PO
4
)
2

Pb
2+
+ 2OH
-


Pb(OH)
2



Pb
2+
+ S
2-


PbS


3Pb
2+
+ 2PO
4
3-


Pb
3
(PO
4
)
2


Các tác nhân tạo kết tủa hiđroxit thông dụng là xút và vôi. Tuy nhiên
dạng kết tủa này còn khá phân tán nên khó thu hồi bằng cách lọc hay sa lắng.
Do đó, người ta có thể thêm vào các tác nhân keo tụ - tuyển nổi dạng polime
điện ly. Quá trình kết tủa hidroxit vẫn chỉ là quá trình xử lý sơ bộ, nó đòi hỏi
những quá trình xử lý tiếp theo. Lượng bùn sinh ra khá lớn và khó có thể tái sử
dụng. Nếu không tái sử dụng và không xử lý lượng bùn này thì lượng chì tích
tụ trong bùn ngày càng nhiều và chúng có thể tan vào môi trường nước gây ô
nhiễm bất cứ lúc nào nếu môi trường nước bị thay đổi.
1.4.2. Phương pháp keo tụ.
Cơ sở của phương pháp là dựa trên quá trình trung hòa điện tích giữa các
hạt keo và liên kết các hạt keo lại với nhau dẫn đến trạng thái keo của các hạt

bị phá vỡ tạo thành các khối bông lớn và sa lắng xuống. Trong quá trình sa lắng
chúng kéo theo các tạp chất và các hạt lơ lửng.

- 21 -
Các chất keo tụ thường là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp hai muối đó
như: Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O, KAl(SO
4
)
3
.12H
2
O, Fe
2
(SO
4
)
3
.2H
2
O, FeCl
3
, Việc lựa

chọn chất keo tụ phụ thuộc vào tính chất lý hóa, nồng độ của các tạp chất trong
nước, pH và giá thành của chất keo tụ. Để tăng cường hiệu quả của quá trình
keo tụ người ta còn dùng các chất trợ keo tụ có nguồn gốc thiên nhiên như tinh
bột, xenlulozo, dextrin, các este Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép hạ thấp
liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian của quá trình keo tụ và nâng cao tốc độ
lắng của các hạt bông keo.
1.4.3. Phương pháp hấp phụ.
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách pha. Đây là phương
pháp tách chất trong đó các cấu tử từ hỗn hợp lỏng hoặc khí được hấp phụ trên
bề mặt rắn của chất hấp phụ.
Chất hấp phụ là chất có bề mặt tại đó xảy ra quá trình hấp phụ. Đó là
những chất có diện tích bề mặt lớn đồng thời có nhiều trung tâm hoạt động có
khả năng hút các chất bị hấp phụ.
Các chất hấp phụ thường sử dụng như silicagen, than hoạt tính, các loại
khoáng sét, các hydroxit kim loại, các sản phẩm phụ như bùn than hoạt tính, xỉ,
tro có giá thành rẻ, dễ kiếm.
Chất bị hấp phụ là chất được tập trung trên bề mặt chất hấp phụ, thường
ở pha lỏng hoặc khí. Quá trình hấp phụ thường được phân thành hai loại là hấp
phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Hấp phụ vật lý: là hấp phụ được gây bởi lực hút Van der Waals giữa các
phần tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Lực hút này yếu do đó nhiệt tỏa ra
trong quá trình hấp phụ thường từ 2 – 3 kcal/mol. Tốc độ hấp phụ vật lý xảy ra
nhanh hơn do quá trình hấp phụ không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử, hấp phụ vật
lý rất ít phụ thuộc vào bản chất hóa học bề mặt chất hấp phụ.
Hấp phụ hóa học: được thực hiện bởi lực liên kết hóa học giữa các phân
tử trên bề mặt chất hấp phụ và phân tử chất bị hấp phụ. Lực này bền khó bị phá
vỡ nên nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp phụ thường lớn hơn 22 kcal/mol. Hấp
phụ hóa học đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử nên tốc độ hấp phụ chậm hơn và phụ
thuộc rất nhiều vào bản chất hóa học của bề mặt chất hấp phụ.
Yêu cầu của vật liệu hấp phụ (VLHP):

- Có diện tích bề mặt lớn.

- 22 -
- Có trung tâm hoạt động: nhóm chức, phân tử có khả năng tạo liên kết
hóa học.
- Kích thước mao quản phù hợp với tạp chất cần tách.
Cân bằng hấp phụ: Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch và có thể
biểu diễn dưới dạng một phản ứng hóa học.

A: chất hấp phụ
A
’
: phần bề mặt chất hấp phụ đã bị chiếm chỗ bởi chất bị hấp phụ
O: bề mặt chất hấp phụ còn trống
K
1
, K
2
: hằng số tốc độ của các quá trình hấp phụ và giải hấp.
Các phân tử chất bị hấp phụ khi đã bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ
vẫn có thể di chuyển trở lại pha lỏng hoặc pha khí. Theo thời gian phân tử chất
lỏng hoặc chất khí di chuyển lên bề mặt chất rắn càng nhiều thì sự di chuyển
ngược lại pha lỏng hoặc pha khí của chúng sẽ tăng lên. Đến một thời gian nào
đó, tốc độ hấp phụ lên bề mặt của chất hấp phụ sẽ bằng tốc độ di chuyển của
chúng ra ngoài pha lỏng hoặc pha khí, khi đó quá trình hấp phụ sẽ đạt trạng thái
cân bằng.
Phương pháp hấp phụ có hiệu quả xử lý cao, quy trình xử lý đơn giản,
công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp. Vật liệu hấp phụ có độ bền
khá cao, có khả năng tái sử dụng nhiều lần nên chi phí xử lý thấp nhưng hiệu
quả xử lý cao. Phương pháp này đang được đưa vào ứng dụng nhiều trong kĩ

thuật xử lý nước và nước thải.
1.4.4. Phương pháp trao đổi ion.
Trao đổi ion là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hóa học giữa
ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn.
Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng ionit là nhựa
hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức
trao đổi ion.
Nhựa trao đổi ion có thể tổng hợp từ hợp chất vô cơ hay hữu cơ có gắn
các nhóm như: (- SO
3
H), (- COO -), amin Các cation và anion được thay thế
các ion trao đổi (H
+
, Cl
-
) trên bề mặt nhựa trao đổi theo phản ứng:
nRH + Me
n+


RMe + n H
+


- 23 -
RCl + A
-


RA + Cl

-

Quá trình trao đổi ion có thể được tiến hành trong các cột anionit hoặc
cationit.
K Srinivasa Rao và các cộng sự [20] đã nghiên cứu xử lý nước thải có
chứa Pb và Fe bằng cách sử dụng hai loại nhựa trao đổi ion khác nhau là
Duolite ES 467 (có chứa nhóm chức amino-phosphonic) và nhựa vòng càng
trao đổi ion (có chứa nhóm chức axít hydroxamic).
Phương pháp trao đổi ion được sử dụng rộng rãi trong các quá trình xử lý
nước thải cũng như nước cấp. Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion
thường được sử dụng để khử các muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử
màu, khử kim loại nặng cũng như các ion kim loại khác trong nước. Trong xử
lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại các kim loại (kẽm,
đồng, crom, niken, chì, thủy ngân, cadimi, các hợp chất của asen, xianua,
photpho và các chất phóng xạ). Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có
giá trị với độ làm sạch nước cao.
Tuy nhiên phương pháp này cần chi phí đầu tư và vận hành khá cao nên
ít được sử dụng cho các công trình lớn và thường chỉ sử dụng cho các trường
hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao.
Trong các phương pháp xử lý ở trên thì phương pháp kết tủa, phương
pháp keo tụ là các phương pháp đã và đang được sử dụng nhiều nhất. Đồng thời
đây cũng là những phương pháp thải ra lượng bùn thải rất lớn. Do đó việc xác
định nồng độ chì trong nước ở những khu vực sử dụng bùn thải để tái sử dụng
cho sản xuất nông nghiệp hoặc khu vực hồ chứa bùn thải là rất quan trọng.
1.5. Các phương pháp xác định chì
Có nhiều phương pháp xác định chì như phương pháp trắc quang,
phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phương pháp phổ phát xạ nguyên
tử (AES), phương pháp cực phổ, phương pháp vôn-ampe hòa tan, phương pháp
ICP - MS. Trong luận văn này chúng tôi sử dụng hai phương pháp trắc quang
và phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử.

1.5.1. Phương pháp trắc quang [5].
Phương pháp này chính là phương pháp phổ hấp thụ phân tử trong vùng
UV-VIS.