nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng (crom) bằng bùn hoạt tính biến tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
KIM LOẠI NẶNG (CROM) BẰNG
BÙN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: SV66 - 2008

S KC 0 0 2 5 6 2

Tp. Hồ Chí Minh, 2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA – THỰC PHẨM



BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG
Đề tài:

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ KIM
LOẠI NẶNG (CROM) BẰNG BÙN HOẠT
TÍNH BIẾN TÍNH
Mã số đề tài: SV 66 - 2008

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN SỨC
SVTH:
Nguyễn Duy Đạt – MSSV: 06115005
Nguyễn Thị Thanh Hằng – MSSV: 06115009
Phạm Thị Hoài – MSSV: 06115011

Tp. Hồ Chí Minh, 9 tháng 12 năm 2009


GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

Báo cáo nghiên cứu khoa học

MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................. 1
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................... 7
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ 8
Chương 1:

DẪN NHẬP ................................................................................... 9

1.1.

Lý do chọn đề tài ................................................................................ 9

1.2.

Mục đích của đề tài ........................................................................... 10

1.3.

Giới hạn nghiên cứu.......................................................................... 10

1.4.

Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................. 10

1.4.1. Phƣơng pháp tham khảo tài liệu ....................................................... 10
1.4.2. Phƣơng pháp thực nghiệm ................................................................ 10
1.4.3. Phƣơng pháp thông kê – xử lý số liệu .............................................. 10
Chương 2:
2.1.

CƠ SỞ LÝ LUẬN ........................................................................ 11
Một số đề tài có liên quan ................................................................. 11

2.1.1. Bài viết về khả năng sử dụng vi tảo để xử lý kim loại nặng trong
nƣớc thải – Lâm Ngọc Tuấn – Đại học Đà Lạt ................................................. 11
2.1.2. Chromium Biosorption by Waste Biomass of Streptomyces Rimosus
Generated from the Antibiotic Industry – M.N.Sahmoune và K. Louhab, J.
Addad – Khoa khoa học kỹ thuật, trƣờng Đại học Boumerdes, Algeria. .......... 11
2.1.3. Xử lý nƣớc thải mạ điện chrome bằng vật liệu biomass – Nhan Hồng
Quang – Phân viện BHLĐ và Bảo vệ Môi trƣờng Miền Trung – Tây nguyên. 11
2.1.4. Ngoài ra còn một số đề tài sau .......................................................... 12
2.2.

Kim loại nặng Crom và một số phƣơng pháp xử lý Crom ............... 12

2.2.1. Kim loại nặng nói chung................................................................... 12
2.2.2. Crom (Cr) .......................................................................................... 13
2.2.2.1. Tổng quan về nguyên tố Crom ................................................... 13
2.2.2.2. Tính chất nguyên tử của Crom ................................................... 14
2.2.2.3. Tính chất vật lý ........................................................................... 14
2.2.2.4. Tính chất hóa học của Crom ....................................................... 14
2.2.2.5. Hợp chất của Crom ..................................................................... 15
2.2.2.6. Nguồn phát thải crom ................................................................. 16
Trang 1


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

2.2.2.7. Ứng dụng của Crom ................................................................... 17
2.2.2.8. Tác hại của crom......................................................................... 18
2.2.3. Các phƣơng pháp xử lý Crom ........................................................... 19
2.2.3.1. Trao đổi ion ................................................................................ 19
2.2.3.2. Hấp phụ....................................................................................... 21
2.2.3.3. Phƣơng pháp điện hóa ................................................................ 22
2.2.3.4. Phƣơng pháp hóa học: (Phƣơng pháp kết tủa) .......................... 23
2.2.3.5. Phƣơng pháp sinh học ................................................................ 25
2.3.

Bùn hoạt tính và những thành phần bùn hoạt tính ............................ 26

2.3.1. Bùn hoạt tính ..................................................................................... 26
2.3.2. Thành phần hóa học trong bùn hoạt tính .......................................... 27
2.3.2.1. Nƣớc và muối khoáng ................................................................ 28
2.3.2.2. Thành phần hữu cơ ..................................................................... 28
Chương 3: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG BÙN HOẠT TÍNH
KHÔ ĐỂ HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG ................................................................. 30
3.1

Lý thuyết hấp phụ ............................................................................. 30

3.1.1

Định nghĩa hấp phụ ........................................................................... 30

3.1.2

Hấp phụ đẳng nhiệt (Isotherms) ....................................................... 30

3.1.2.1 Các phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt ......................................... 30
3.1.2.2 Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir ............................................. 32
3.1.2.3 Phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich ............................................ 33
3.2

Bùn hoạt tính ..................................................................................... 34

3.2.1

Thành tế bào vi sinh vật .................................................................... 34

3.2.2

Protein ............................................................................................... 36

3.3
Chương 4:

Nguyên tắc định lƣợng bằng máy UV-VIS ...................................... 37
VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 39

4.1

Thiết bị, dụng cụ ............................................................................... 39

4.2

Hóa chất ............................................................................................ 39

4.3

Các công thức tính toán .................................................................... 40

4.3.1

Công thức tính phần trăm hấp phụ ................................................... 40

4.3.2

Công thức tính dung lƣợng hấp phụ ................................................. 40
Trang 2


Báo cáo nghiên cứu khoa học
4.4

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

Chuẩn bị trƣớc khi tiến hành các thí nghiệm .................................... 40

4.4.1

Tạo bùn hoạt tính làm vật liệu hấp phụ ............................................ 40

4.4.2

Chuẩn bị dụng cụ trƣớc khi làm thí nghiệm ..................................... 41

4.5

Cách tiến hành các thí nghiệm .......................................................... 41

4.5.1

Thí nghiệm xác định bƣớc sóng hấp thu cực đại .............................. 41

4.5.2

Chuẩn bị đƣờng chuẩn ...................................................................... 41

4.5.3

Thí nghiệm xác định nồng độ axid HCl thích hợp để ngâm bùn ...... 42

4.5.4

Thí nghiệm xác định pH tối ƣu cho quá trình hấp phụ ..................... 42

4.5.4.1 Thực hiện trên bùn ngâm HCl 1N ............................................... 42
4.5.4.2 Thực hiện trên bùn không ngâm axit HCl ................................... 43
4.5.5

Thí nghiệm xác định thời gian tối ƣu cho quá trình hấp phụ. .......... 43

4.5.6 Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của liều lƣợng bùn trong quá trình
hấp phụ…. .......................................................................................................... 43
4.5.7 Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Crom trong quá trình
hấp phụ…. .......................................................................................................... 44
4.5.7.1 Đối với bùn hoạt tính có ngâm HCl 1N....................................... 44

4.5.7.2 Đối với bùn hoạt tính không ngâm acid. ..................................... 44
Chương 5:

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ......................................................... 45

5.1

Thí nghiệm xác định bƣớc sóng hấp thu cực đại .............................. 45

5.2

Xây dựng đƣờng chuẩn ..................................................................... 46

5.3

Thí nghiệm xác định nồng độ HCl thích hợp để ngâm bùn.............. 46

5.4

Thí nghiệm xác định pH tối ƣu cho quá trình hấp phụ ..................... 47

5.4.1

Kết quả thí nghiệm trên bùn ngâm HCl 1N ...................................... 47

5.4.2

Kết quả thí nghiệm trên bùn không ngâm HCl ................................. 48

5.5

Thí nghiệm xác định thời gian tối ƣu cho quá trình hấp phụ ........... 49

5.6
Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng bùn đối với quá trình hấp
phụ…………… ..................................................................................................... 50
5.7
Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đến quá trình hấp phụ
của bùn…… .......................................................................................................... 52
5.7.1

Số liệu kết quả thí nghiệm ................................................................ 52

5.7.2

Phân tích kết quả ............................................................................... 53

Trang 3


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

5.7.2.1 Xét mối quan hệ giữa nồng độ đầu C0 và dung lƣợng hấp phụ
Qe....................................................................................................................53
5.7.2.2 Xây dựng đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich .. 54
5.7.3

Tính toán kết quả dung lƣợng hấp phụ cực đại của Bùn hoạt tính ... 55

5.7.3.1 Tính cho Bùn ngâm HCl 1N ........................................................ 55
5.7.3.2 Tính cho Bùn không ngâm HCl................................................... 56
Chương 6:
6.1

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................... 57
Kết luận: ............................................................................................ 57

6.1.1

Những điều đã làm đƣợc: ................................................................. 57

6.1.2

Những điều chƣa làm đƣợc:.............................................................. 57

6.2

Khuyến nghị ...................................................................................... 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 58

Trang 4


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Nguồn phát thải các kim loại nặng
Bảng 2.2: Nguồn phát thải Crom
Bảng 2.3: Thành phần hóa học của một tế bào vi khuẩn
Bảng 3.1: Các phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt
Bảng 3.2: Thành phần hóa học của gram dƣơng và gram âm
Bảng 4.1: Xây dựng đƣờng chuẩn Crom
Bảng 5.1: Kết quả thí nghiệm xác định bƣớc sóng hấp cực đại
Bảng 5.2: Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn
Bảng 5.3: Kết quả thí nghiệm xác định nồng độ HCl ngâm bùn thích hợp
Bảng 5.4.1: Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ƣu đối với bùn ngâm HCl
1N
Bảng 5.4.2: Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ƣu đối với bùn không ngâm
HCl
Bảng 5.5: Kết quả thí nghiệm xác định thời gian tối ƣu
Bảng 5.6: Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng bùn đối với
quá trình hấp phụ
Bảng 5.7.1: Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ lên quá
trình hấp phụ đối với bùn hoạt tính có ngâm HCl 1N
Bảng 5.7.2: Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ lên quá
trình hấp phụ đối với bùn hoạt tính không ngâm HCl

Trang 5


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Tháp trao đổi ion
Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ xử lí crom trong nƣớc thải xi mạ
Hinh 2.3: Pseudomonas fluorescens
Hình 2.4: Nocardia asteroides
Hình 2.5: Penicililium
Hình 3.1: Bùn hoạt tính khô
Hình 3.2: Cấu tạo của thành tế bào vi khuẩn
Hình 3.3: Cấu tạo không gian của Peptidoglycan trên thành tế bào
Hình 3.4: Thành phần tế bào vi khuẩn gram âm
Hình 3.5: Thành phần tế bào vi khuẩn gram dƣơng
Hình 3.6: Cấu trúc của phân tử amin
Hình 5.1: Đồ thị khảo sát bƣớc sóng hấp thu cực đại
Hình 5.2: Đƣờng chuẩn crom
Hình 5.3: Đồ thị khào sát nồng độ HCl
Hình 5.4: Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng của pH lên quá trình hấp phụ của bùn
ngâm và không ngâm HCl 1N
Hình 5.5: Đồ thị khảo sát thời gian tối ƣu
Hình 5.6.1: Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng bùn
Hình 5.6.2: Mối quan hệ giữa lƣợng bùn và dung lƣợng hấp phụ
Hình 5.7.2.1: Mối quan hệ giữa nồng độ và dung lƣợng hấp phụ
Hình 5.7.2.2: Phƣơng trình langmuir dạng đƣờng thằng
Hình 5.7.2.3: Phƣơng trình đẳng nhiệt Freudlich
Hình 5.7.2.4: Phƣơng trình Langmuir dạng đƣờng cong

Trang 6


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

LỜI NÓI ĐẦU
Có 97% nƣớc trên Trái Đất là nƣớc muối, chỉ 3% còn lại là nƣớc ngọt
nhƣng gần hơn 2/3 lƣợng nƣớc này tồn tại ở dạng sông băng và các mũ băng ở
các cực. Phần còn lại không đóng băng đƣợc tìm thấy chủ yếu ở dạng nƣớc
ngầm, và chỉ một tỷ lệ nhỏ tồn tại trên mặt đất và trong không khí. Lƣợng
nƣớc mà con ngƣời sử dụng đƣợc là một lƣợng nƣớc ngọt rất nhỏ trên bề mặt
trái đất, nhƣng lƣợng nƣớc ít ỏi này ngày càng bị ô nhiễm trầm trọng do nhiều
nguyên nhân.
Ở nƣớc ta hầu hết những sông ngòi ở các đô thị lớn đều bị ô nhiễm nặng. Ở
Hà Nội, hàm lƣợng các chất cặn, kim loại nặng …sông Tô Lịch đều vƣợt tiêu
chuẩn từ 1 đến 50 lần do lƣợng nƣớc thải đổ vào quá lớn; Sông Kim Ngƣu còn
bẩn hơn sông Tô Lịch, các chỉ tiêu sinh hóa vƣợt tiêu chuẩn từ 3 đến 57 lần;
Nƣớc hồ Bảy Mẫu thì không đạt tiêu chuẩn loại B. Còn tại TP. Hồ Chí Minh,
hàng ngày sông Sài Gòn và sông Đồng Nai (đoạn chảy qua thành phố) phải
gánh chịu trên 1 triệu m3 nuớc thải sinh họat, gần 400.000m3 nƣớc thải từ các
cơ sở công nghiệp, 20.000 m3 nuớc thải y tế và khoảng 5.000 tấn rác thải sinh
họat,v.v...
Tình trạng ô nhiễm nguồn nƣớc trở thành vấn đề nghiêm trọng và cấp bách.
Chính vì vậy, cần phải có những biện pháp giảm thiểu và xử lý ô nhiễm hiệu
quả để cứu lấy nguồn nƣớc, bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng
(Crom VI) bằng bùn hoạt tính biến tính” là nhằm tìm ra một loại vật liệu mới
có khả năng hấp phụ kim loại nặng để xử lý kim loại nặng trong nƣớc thải. Từ
đó góp phần tìm ra công nghệ xử lý kim loại nặng trong nƣớc thải một cách
kinh tế, hiệu quả.

Trang 7

Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này, ngoài sự nổ lực của nhóm
nghiên cứu còn có sự giúp đỡ, hỗ trợ, động viên của các phòng ban, các Thầy
cô, các bạn. Nhóm nghiên cứu xin chân thành gởi lời cảm ơn đến:
Ban lãnh đạo lãnh đạo trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM,
Khoa công nghệ hóa thực phẩm, quý thầy cô trong bộ công nghệ môi
trường đã tạo điệu kiện cho nhóm nghiên cứu được tiến hành thực hiện đề
tài này.
Phòng Quản Lý Khoa Học – Hợp Tác Quốc Tế và Đào Tạo Sau Đại
Học, Phòng Kế Hoạch Tài Chính đã đồng ý và cấp kinh phí cho nhóm thực
hiện đề tài.
Ban quản lý của nhà máy xử lý nước thải tập trung của khu chế xuất
Linh Trung I đã hỗ trợ nhóm nghiên cứu trong quá trình thực hiện đề tài.
TS.Nguyễn Văn sức – Trưởng Khoa khoa công nghệ hóa học – thực
phẩm. Thầy đã tận tình hướng dẫn trực tiếp và đóng góp những ý kiến quý
báu cho nhóm nghiên cứu trong suốt quá trình thực hiện.
Cô Lê Thị Bạch Huệ, giáo viên quản lý phòng thí nghiệm bộ môn công
nghệ môi trường, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về sử dụng phòng thí
nghiệm giúp nhóm nghiên cứu hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu.
Xin cảm ơn các Anh Chị của ngành môi trường khóa 2004, khóa 2005,
và các bạn lớp môi trường 2006 đã tận tình giúp đỡ và động viên nhóm
nghiên cứu trong lúc thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn thư viện trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã cung cấp
nguồn tài liệu quý báu trong quá trình thực hiện đề tài này.
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.
Kính mong nhận đƣợc sự góp ý nhiệt tình từ quý thấy cô và các bạn để đề tài

của nhóm đƣợc hoàn chỉnh hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiện đề tài.

Trang 8


Báo cáo nghiên cứu khoa học
Chương 1:

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

DẪN NHẬP

1.1. Lý do chọn đề tài
Kim loại nặng là một nguồn nguyên liệu rất quan trọng trong ngành công
nghiệp nhƣng nó cũng là một yếu tố gây ra ô nhiễm môi trƣờng một cách trầm
trọng. Hơn hết nó làm ảnh hƣởng rất lớn đến sức khỏe của con ngƣời.
Kim loại nặng khi tồn tại trong môi trƣờng có thể gây nguy hiểm cho sức
khỏe con ngƣời. Thông qua chuỗi thức ăn, kim loại nặng sẽ đƣợc tích lũy dần
dần gây ra nhiều căn bệnh khó chữa và có thể dẫn đến tử vong. Trên bản tin
của trung tâm thông tin khoa học công nghệ quốc gia, bản tin đƣợc trích từ
2006/số 8/ sức khỏe và môi trƣờng đã nêu:
Các kim loại nặng nhƣ asen, chì, kẽm, thiếc, v.v... nếu tồn dƣ trong thực
phẩm với hàm lƣợng quá cao sẽ gây tác hại cho sức khỏe ngƣời tiêu dùng.
Biểu hiện trƣớc hết là ngộ độc mãn tính hoặc cấp tính.
Đối với ngƣời tiêu dùng:
- Gây độc hại cấp tính, thí dụ Asen với liều lƣợng cao có thể gây ngộ
độc chết ngƣời ngay.
- Gây độc hại mãn tính hoặc tích lũy thí dụ chỉ với liều lƣợng nhỏ

hàng ngày, liên tục, sau một thời gian sẽ gây nhiễm độc chì, rất khó chữa.
Đối với thức ăn:
- Làm hƣ hỏng thức ăn, thí dụ chỉ cần có vết đồng cũng đủ kích thích
quá trình ôxy hóa và tự ôxy hóa dầu mỡ.v.v...
- Làm giảm giá trị dinh dƣỡng của thực phẩm, thí dụ chỉ cần vết kim
loại nặng cũng đủ để kích thích sự phân hủy Vitamin C, vitamin B1,v.v...
Nguồn thải ra kim loại nặng cũng rất đa dạng. Kim loại nặng có thể đƣợc
thải từ tự nhiên, nông nghiệp, công nghiệp. Nhƣng chủ yếu là từ các hoạt động
sản xuất công nghiệp. Nếu không đƣợc quan tâm xử lý, kim loại nặng đƣợc
thải ra từ những nguồn này sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng.
Chính vì những nguyên nhân trên mà việc xử lý kim loại nặng mang tính
cấp bách. Cần phải nghiên cứu, phát hiện những phƣơng pháp mới, hiệu quả,
kinh tế để giảm thiểu mức độ ô nhiễm của kim loại nặng. Đề tài nghiên cứu “
hấp phụ kim loại nặng bằng bùn hoạt tính biến tính” ra đời là để đáp ứng nhu
cầu này.
Bùn hoạt tính khi đƣợc thải ra khỏi hệ thống xử lý nƣớc thải đƣợc xem nhƣ
là chất thải rắn, có thể dùng để bón cây (nếu không độc hại) hoặc đƣợc đem xử
Trang 9


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

lý nhƣ chất thải rắn. Nếu việc tận dụng bùn thải để sản xuất vật liệu hấp phụ
xử lý kim loại nặng thì sẽ đem lại lợi ích rất lớn.

1.2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng của bùn hoạt tính biến tính
(bùn hoạt tính khô). Đồng thời nghiên cứu chế tạo ra vật liệu hấp phụ mới,

hiệu quả, tận dụng đƣợc phế phẩm, đem lại hiệu quả kinh tế cao.
1.3. Giới hạn nghiên cứu
Vì lý đo hạn chế về thời gian, phƣơng tiện cũng nhƣ kỹ thuật nên nhóm
nghiên cứu chỉ nghiên cứu khả năng hấp phụ của bùn hoạt tính khô đối với
kim loại nặng là Crom trong điều kiện tĩnh.
1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
1.4.1. Phƣơng pháp tham khảo tài liệu
Đây là một phƣơng pháp rất phổ biến, đƣợc sử dụng để thu thập thông tin,
cở sở lý thuyết, lịch sử của đề tài nhằm tìm kiếm các tài liệu làm cơ sở định
hƣớng cho việc nghiên cứu đề tài.
1.4.2. Phƣơng pháp thực nghiệm
Đây là phƣơng pháp chính, dựa vào các thao tác thí nghiệm trên máy móc,
dụng cụ thí nghiệm để có đƣợc các số liệu.
1.4.3. Phƣơng pháp thông kê – xử lý số liệu
Chủ yếu là dùng phần mềm excel để tính toán, xử lý số liệu.

Trang 10


GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

Báo cáo nghiên cứu khoa học

CƠ SỞ LÝ LUẬN

Chương 2:

2.1. Một số đề tài có liên quan
2.1.1. Bài viết về khả năng sử dụng vi tảo để xử lý kim loại nặng trong
nƣớc thải – Lâm Ngọc Tuấn – Đại học Đà Lạt

Bài viết đã nói về sự ô nhiễm kim loại nặng, các phƣơng pháp để xử lý kim
loại nặng, trong đó có phƣơng pháp sinh học. Bài viết cũng nói đến những ƣu
thế và thách thức trong sử dụng vi tảo để xử lý kim loại nặng.
2.1.2. Chromium Biosorption by Waste Biomass of Streptomyces
Rimosus Generated from the Antibiotic Industry – M.N.Sahmoune
và K. Louhab, J. Addad – Khoa khoa học kỹ thuật, trƣờng Đại học
Boumerdes, Algeria.
Tóm tắt đề tài :
- Sinh khối vi sinh vật đƣợc lấy từ quá trình lên men, đem bảo quản ở điều
kiện nhiệt độ 4oC trong 2-3 tháng trƣớc khi sử dụng.
- Sấy khô ở 50oC trong giờ, ngâm bùn trong dung dịch NaOH 0,1 N trong
30 phút ở nhiệt độ phòng, làm khô bùn, sàng bùn qua rây để thu đƣợc bùn có
kích thƣớc từ 50-160 m .
- Dùng bùn trên để hấp phụ Crom trong nƣớc thải xƣởng thuộc da có
pH = 4,8.
- Kết quả là 1g bùn khô đã hấp phụ tối đa đƣợc 65mg Cr3+. Bùn thải ra sau
quá trình hấp phụ Cr3+ có thể đƣợc tái sử dụng đến 60 lần, hiệu quả hấp phụ
đạt 83% khi đƣợc ngâm trong dung dịch H2SO4 để nhả hấp phụ.
2.1.3. Xử lý nƣớc thải mạ điện chrome bằng vật liệu biomass – Nhan
Hồng Quang – Phân viện BHLĐ và Bảo vệ Môi trƣờng Miền Trung
– Tây nguyên.
Đề tài nghiên cứu sử dụng bột Sơ Dừa, Vỏ cây Bạch Đàn, Than Hoạt Tính
từ Gáo Dừa để xử lý nƣớc thải mạ điện crom của Công ty cổ phần Nam Sơn
có thành phần nƣớc thải chủ yếu sau:
pH = 4,45
Nồng độ (mg/l)
Cr3+

Cr6+

Fe2+

5,8

200

-

Fe3+ Zn2+
-

4,5

Ni2+

Cl-

NO3-

SO42-

PO4-

0,1

0,8

-

1,05

0,55

Kết quả cho thấy, Sơ Dừa hấp phụ tốt nhất 181,81 mg/g, tiếp theo là Than
Hoạt Tính với 170,27 mg/g, vỏ Bạch Đàn là 47,25 mg/g.
Trang 11


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

2.1.4. Ngoài ra còn một số đề tài sau
- Biosorption of copper(ii) and chromium(vi) onto activated sludge :
isotherms and kinetic models – Chan Poh Ying, trƣờng đại học Sains
Malaysia, 2007.
- Biosorption of iron from aqueous solution by dried biomass of activated
sludge – R. Shokoohi, M. H. Saghi, H. R. Ghafari, M. Hadi, Iran, 2008.
2.2. Kim loại nặng Crom và một số phƣơng pháp xử lý Crom
2.2.1. Kim loại nặng nói chung
Kim loại nặng là những kim loại có tỷ khối lớn hơn 5. Những kim loai nặng
thƣờng gặp nhƣ: chì (Pb), cadmi (Cd), đồng (Cu), asen (As), sắt (Fe), kẽm
(Zn), thủy ngân (Hg), crom (Cr), niken ( Ni), …
Một số trong chúng khi có nồng độ vừa phải thì không có ảnh hƣởng xấu
tới ngƣời và vật nuôi thậm chí còn có tác dụng tốt, tuy nhiên khi có nồng độ
cao chúng lại trở thành những chất nhiễm độc mạnh gây ra một số tác động
xấu cho ngƣời và vật nuôi. Khi có nồng độ cao chúng có thể tác động đến gốc
sunfat trong enzim, làm vô hiệu hoá các enzim hoặc phong toả màng tế bào,
ngoài ra chúng còn có xu hƣớng tạo kết tủa với các muối hoặc làm xúc tác cho
một số quá trình phân huỷ các protein có các nhóm axit cacboxyl (-COOH) và

nhóm amin (- NH ) là những nhóm dễ liên kết với các kim loại nặng. Các kim
2

loại Cd, Cu, Pb, Hg còn liên kết với các màng tế bào, ngăn cản quá trình vận
chuyển chất qua màng tế bào gây ảnh hƣởng tới quá trình trao đổi chất của tế
bào, đây chính là một trong các nguyên nhân gây ra bệnh ung thƣ và một số
bệnh khác.
Một số tác hại của kim loại nặng:
- Ức chế hoặc hoạt hóa enzyme
- Tác động đến các bào quan
- Gây ung thƣ
- Tác động đến hệ thần kinh
- Tác động đến tuyến nội tiết và cơ quan sinh sản
- Tác động đến hệ hô hấp
- Tƣơng tác hoặc gắn kết với protein
Hầu hết các kim loại nặng đều có tính tích lũy. Khi các sinh vật sản xuất
hấp thụ kim loại nặng, dù chỉ là lƣợng nhỏ, thông qua chuỗi thức ăn kim loại
nặng sẽ đƣợc tích lũy dần dần và đến một lúc nào đó sẽ trở thành chất độc
không những đối với sinh vật tiêu thụ mà ngay cả sinh vật sản xuất.
Trang 12


GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

Báo cáo nghiên cứu khoa học
Nguồn phát thải các kim loại nặng
Cd

Nguồn phát thải
Công nghiệp giấy

Cr

Cu

Hg

Pb

Ni

+

+

+

+

+

Sn

Zn
+

Công nghiệp hóa dầu

+

+

+

+

+

+

Công nghiệp tẩy
nhuộm

+

+

+

+

+

+

SX và sử dụng phân
bón

+

+

+

+

+

+

+

Công nghiệp chế
biến dầu mỏ

+

+

+

+

+

+

Công nghiệp sản
xuất thép

+

+

+

+

+

+

Công nghiệp kim
loại màu

+

+

+

+

+

Công nghiệp sản
xuất ôtô, máy bay

+

+

+

+

+

Công nghiệp sản
xuất vật liệu xây
dựng

As

+

+
+

+

+

+

Công nghiệp dệt

+

Công nghiệp len, da

+

Nhà máy điện

+

+

Nham thạch trong
các tầng đất

+

(Theo www.vinachem.com.vn)
Bảng 2.1: Nguồn phát thải các kim loại nặng

2.2.2. Crom (Cr)
2.2.2.1.

Tổng quan về nguyên tố Crom

Crom là một kim loại chuyển tiếp của khối D thuộc nhóm VIB của bảng
tuần hoàn, có số nguyên tử 24 và khối lƣợng nguyên tử là 51,9961(đvc), có 5
đồng vị phóng xạ. 51Cr (chu kỳ bán rã là 27,8 ngày) thƣờng đƣợc dùng trong
các thí nghiệm.
Kim loại Crom có màu xám và dòn, có thể đánh bóng tốt. Nó chống lại sự
oxy hóa nên đƣợc dùng trong các hợp kim chống ăn mòn. Sự hiện diện của
Crom trong hợp kim cũng làm tăng độ cứng và chống lại sự ăn mòn cơ học.
Trang 13

Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

Nó xuất hiện ở trạng thái oxy hóa Cr3+ và Cr6+ trong môi trƣờng cho dù Cr3+
bền vững nhất, bán kính ion là 0,052-0,053nm cho Cr6+ và 0,064nm cho Cr3+.

2.2.2.2.

Tính chất nguyên tử của Crom

Khối lƣợng nguyên tử: 51,9961 (đvc)
Bán kính nguyên tử: 140 pm
Bán kính cộng hoá trị: 127 pm
Cấu hình electron: [Ar]3d54s1
Trạng thái oxi hoá: 6,4,3,2
Cấu trúc tinh thể: Lập phƣơng tâm
2.2.2.3.

Tính chất vật lý

Trạng thái vật chất: Rắn
Điểm nóng chảy: 2180 K (3465 oF)
Điểm sôi: 2944K (4840 oF)
Nhiệt bay hơi: 339,5 kJ/mol
Nhiệt nóng chảy: 21 kJ/mol
Độ âm điện: 1,66
Nhiệt dung riêng: 449J/(kg.K)

Độ dẫn điện: 8,0×106/Ω.m
Độ dẫn nhiệt: 93,9W/(m.K)

2.2.2.4.

Tính chất hóa học của Crom

Crom là kim loại có tính khử mạnh hơn sắt.
Trong các phản ứng hóa học, Crom tạo nên các hợp chất trong đó Crom có
số oxy hóa từ +1 đến +6.
Tác dụng với phi kim
Ở nhiệt độ thƣờng, Crom chỉ tác dụng với Flo
Ở nhiệt độ cao, Crom tác dụng với oxy, clo,lƣu huỳnh…

Trang 14


GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

Báo cáo nghiên cứu khoa học
Ví dụ :
4Cr + 3O2

t0

t0

2Cr + 3Cl2
2Cr + 3S

t0

2Cr2 O3
2CrCl3
Cr2 S3

Tác dụng với nƣớc
Crom bền với nƣớc và không khí do có lớp oxit mỏng bảo vệ bên ngoài
Tác dụng với axit
Vì có lớp oxit mỏng nên Crom không tan ngay với axit loãng và nguội của
HCl, H2SO4.
Khi đun nóng, màng oxit tan ra, Crom tác dụng với axit giải phóng khí H2
và tạo muối Crom(II)
Lƣu ý : Crom thụ động với axit HNO3 và H2SO4 đặc, nguội.

2.2.2.5.

Hợp chất của Crom

 Crom (III) oxit
Crom (III) oxit (Cr2O3) là chất rắn màu lục thẫm, không tan trong nƣớc
Cr2O3 là oxit lƣỡng tính tan trong axit và kiềm đặc, đƣợc dùng tạo màu lục
cho đồ sứ, đồ thủy tinh.
 Crom (III) hydroxit
Crom (III) hydroxit là chất rắn màu lục xám, không tan trong nƣớc.
Cr(OH)3 là hydroxit lƣỡng tính, tan đƣợc trong dung dịch axit mạnh và
kiềm mạnh.
Cr(OH)3 + NaOH  NaCrO2 + 2H2O
Cr(OH)3 + HCl  CrCl3 + H2O
 Lƣu ý : Ion Cr3+ trong dung dịch vừa có tính oxi hóa, vừa có tính

khử.
 Crom (VI) oxit
Trang 15


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

Crom (VI) oxit (CrO3) là chất rắn màu đỏ thẫm.
CrO3 là một oxit axit.
CrO3 + H2O  H2CrO4 ( axit Cromic).
CrO3+ H2O  H2Cr2O7 ( axit dicromic).
CrO3 có tính axit mạnh. Một số chất vô cơ và hữu cơ nhƣ : S, P ,C, C2H5OH
bốc cháy khi tiếp xúc với CrO3.
Muối Crom (VI)
Khác với axit Cromic và đicromic, các muối cromat và đicromat là những
hợp chất bền.
Ví dụ :
Natri cromat (Na2CrO4) , Kali Cromat (K2CrO4).
Natri đicromat (Na2Cr2O7), Kali đicromat (K2Cr2O4).
Ion Cromat (CrO42-) có màu vàng, Ion đicromat (Cr2O42-) có màu da cam.
Các muối cromat và đicromat có tính oxi hóa mạnh trong môi trƣờng axit.
Trong dung dịch tồn tại cân bằng :
Cr2O72- + H2O  2CrO42- + 2H+
2.2.2.6.

Nguồn phát thải crom

Nguồn phát thải

Nguồn do các hoạt động con ngƣời
Đốt than đá
Đốt dầu
Các ngành công nghiệp luyện kim không
sắt
Khai thác mỏ
Sản xuất chì
Sản xuất đồng, nickel
Sắt và thép
Việc đốt rác thành tro
Thành thị
Rác, nƣớc thải
Phân phosphate

Cr
292 – 19,63
0,45 – 2,37

284 – 28,04
0,098 – 0,98
0,15 – 0,45
Trang 16


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

Sản xuất xi măng
0,89 – 1,78

Đốt củi
Phƣơng tiện đi lại có động cơ
Cộng
7,34 – 53,61
Trung bình
30,48%
Nguồn thiên nhiên
Thể vấn trong đất
50
Núi lửa
3,9
Cây trồng
Cháy rừng
Bụi sao băng
Muối biển
Cộng
53,9 (64%)
(Nguồn : Lê Huy Bá – Độc Học Môi Trường Cơ bản)
Bảng 2.2 : Nguồn phát thải Crom
2.2.2.7.

Ứng dụng của Crom

Trong ngành luyện kim, để tăng cƣờng khả năng chống ăn mòn và đánh
bóng bề mặt:
 Một thành phần của hợp kim, chẳng hạn trong thép không gỉ để
làm dao, kéo.
 Mạ crom
Trong quá trình anot hóa (dƣơng cực hóa) nhôm.
Làm thuốc nhuộm và sơn:

 Oxit crom (III) (Cr2O3) là chất đánh bóng kim loại với tên gọi
phấn lục.
 Các muối crom nhuộm màu cho thủy tinh thành màu xanh lục của
ngọc lục bảo.
 Crom là thành phần tạo ra màu đỏ của hồng ngọc, vì thế nó đƣợc
sử dụng trong sản xuất hồng ngọc tổng hợp.
 Tạo ra màu vàng rực rỡ của thuốc nhuộm và sơn.
Là một chất xúc tác.
Cromit đƣợc sử dụng làm khuôn để nung gạch, ngói.
Các muối crom đƣợc sử dụng trong quá trình thuộc da.
Dicromat kali (K2Cr2O7) là một thuốc thử hóa học, đƣợc sử dụng trong quá
trình làm vệ sinh các thiết bị bằng thủy tinh trong phòng thí nghiệm cũng nhƣ
Trang 17


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

trong vai trò của một tác nhân chuẩn độ. Nó cũng đƣợc sử dụng làm thuốc cẩn
màu (ổn định màu) cho các thuốc nhuộm vải.
Oxit crom (IV) (CrO2) đƣợc sử dụng trong sản xuất băng từ, trong đó độ
kháng từ cao hơn so với các băng bằng oxit sắt tạo ra hiệu suất tốt hơn.
Trong thiết bị khoan giếng nhƣ là chất chống ăn mòn.
Trong y học, nhƣ là chất phụ trợ ăn kiêng để giảm cân, thông thƣờng dƣới
dạng clorua crom (III) hay picolinat crom (III) (CrCl3).
Hexacacbonyl crom (Cr(CO)6) đƣợc sử dụng làm phụ gia cho xăng.
Borua crom (CrB) đƣợc sử dụng làm dây dẫn điện chịu nhiệt độ cao.
Sulfat crom (III) (Cr2(SO4)3) đƣợc sử dụng nhƣ là chất nhuộm màu xanh lục
trong các loại sơn, đồ gốm sứ, véc ni và mực cũng nhƣ trong quy trình mạ

crom.
2.2.2.8.

Tác hại của crom

Trong nƣớc, Crom tồn tại hai dạng Cr (III) và Cr (IV). Nhìn chung, sự hấp
thụ của Crom vào cơ thể con ngƣời tuỳ thuộc vào trạng thái oxi hoá của nó. Cr
(VI) hấp thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr ( III) (mức độ hấp thụ qua đƣờng
ruột tuỳ thuộc vào dạng hợp chất mà nó sẽ hấp thu) và còn có thể thấm qua
màng tế bào. Nếu Crom (III) chỉ hấp thu 1% thì lƣợng hấp thu của Cr (VI) lên
tới 50%. Tỷ lệ hấp thu qua phổi không xác định đƣợc, mặc dù một lƣợng đáng
kể đọng lại trong phổi và phổi là một trong những bộ phận chứa nhiều Crom
nhất. Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đƣờng: hô hấp, tiêu hoá và khi
tiếp xúc trực tiếp với da. Con đƣờng xâm nhập, đào thải Crom ở cơ thể ngƣời
chủ yếu qua con đƣờng thức ăn, Cr (VI) đi vào cơ thể dễ gây biến chứng, tác
động lên tế bào, lên mô tạo ra sự phát triển tế bào không nhân, gây ung thƣ,
tuy nhiên với hàm lƣợng cao Crom làm kết tủa các prôtêin, các axit nuclêic và
ức chế hệ thống men cơ bản. Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kỳ con đƣờng
nào Crom cũng đƣợc hoà tan vào trong máu ở nồng độ 0,001mg/l; sau đó
chúng chuyển vào hồng cầu và hoà tan nhanh trong hồng cầu nhanh 10 ÷ 20
lần, từ hồng cầu Crom chuyển vào các tổ chức phủ tạng, đƣợc giữ lại ở phổi,
xƣơng, thận, gan, phần còn lại chuyển qua nƣớc tiểu. Từ các cơ quan phủ tạng
Crom hoà tan dần vào máu, rồi đào thải qua nƣớc tiểu từ vài tháng đến vài
năm. Các nghiên cứu cho thấy con ngƣời hấp thụ Cr (VI) nhiều hơn Cr (III)
nhƣng độc tính của Cr (VI) lại cao hơn Cr (III) gấp khoảng 100 lần. Nƣớc thải
sinh hoạt có thể chứa lƣợng crom tới 0,7 µg/ml mà chủ yếu ở dạng Cr(VI) có
độc tính với nhiều loại động vật có vú. Crom (VI) dù chỉ một lƣợng nhỏ cũng
có thể gây độc đối với con ngƣời. Nếu Crom có nồng độ lớn hơn giá trị
0,1mg/l gây rối loạn sức khoẻ nhƣ nôn mửa…Khi thâm nhập vào cơ thể nó
Trang 18

Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

liên kết với các nhóm –SH trong enzim và làm mất hoạt tính của enzim gây ra
rất nhiều bệnh đối với con ngƣời:
- Crom và các hợp chất của crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da. Bề
mặt da là bộ phận dễ bi ảnh hƣởng. Niêm mạc mũi dễ bị loét. Phần sụn của
vách mũi dễ bị thủng. Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr (VI), chỗ
tiếp xúc dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xƣơng. Khi Cr (VI)
xâm nhập vào cơ thể qua da, nó kết hợp với prôtêin tạo thành phản ứng
kháng nguyên. Kháng thể gây hiện tƣợng dị ứng, bệnh tái phát. Khi tiếp xúc
trở lại, bệnh sẽ tiến triển nếu không đƣợc cách ly và sẽ trở thành tràm hoá.
- Khi Crom xâm nhập theo đƣờng hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết
hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa
mũi, hắt hơi, chảy nƣớc mũi. Khi ở dạng CrO3 hơi hoá chất này gây bỏng
nghiêm trọng cho hệ thống hô hấp của ngƣời bị thấm nhiễm.
- Nhiễm độc Crom có thể bị ung thƣ phổi, ung thƣ gan, loét da, viêm
da tiếp xúc, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng vách ngăn giữa hai lá mía,
ung thƣ phổi, viêm thận, đau răng, tiêu hoá kém, gây độc cho hệ thần kinh
và tim…
Các tác giả Langard và Vigander đã kiểm tra các công nhân NaUy làm việc
trong các nhà máy sản xuất màu Crom có nồng độ Cr(VI) là 0,05mg/m3 phát
hiện rằng khả năng liên quan đến ung thƣ phổi cao hơn ngƣời bình thƣờng 44
lần. Nghiên cứu những ngƣời công nhân làm việc ở nhà máy sản xuất chất
mầu New Jersey chỉ ra rằng những ngƣời công nhân làm việc 2 năm thì khả
năng mắc bệnh cao hơn 1,6 lần và nếu 10 năm thì khả năng này là 1,9 lần so
với ngƣời bình thƣờng.

Theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5942-1995, nồng độ tối đa cho phép của
Cr(III) trong nƣớc mặt làm nguồn nƣớc cấp sinh hoạt là 0,1mg/l, trong nƣớc
mặt dùng trong nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản là 1mg/l.
Theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5942-1995, nồng độ tối đa cho phép của
Cr(IV) trong nƣớc mặt mà làm nguồn nƣớc cấp sinh hoạt là 0,05mg/l, trong
nƣớc mặt dùng trong nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản là 0,05mg/l.
2.2.3. Các phƣơng pháp xử lý Crom
2.2.3.1.

Trao đổi ion

Phƣơng pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt đƣợc mức độ
làm sạch cao. Vì vậy nó là một phƣơng pháp đƣợc ứng dụng rộng rãi để tách
muối trong xử lý nƣớc và nƣớc thải.

Trang 19


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

Bản chất của quá trình trao đổi ion: Trao đổi ion là một quá trình trong đó
các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung
dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các ionit (chất trao đổi ion),
chúng hoàn toàn không tan trong nƣớc.
Các chất trao đổi ion:
- Các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm có các zeolit, kim loại khoáng
chất, đất sét, fenspat, chất mica…
- Các chất chứa nhôm silicat loại: Na2O.Al2O3.nSiO2.mH2O.

- Các chất vô cơ tổng hợp gồm: silicagen, pecmutit, các oxyt khó tan và
hydroxyt của một số kim loại nhƣ crôm, nhôm, ziriconi…
- Các chất trao đổi ion hữu cơ gồm acid humic của đất và than đá.
- Các hợp chất cao phân tử.
Một ví dụ về xử lý Crom (VI) trong nƣớc ngầm bằng phƣơng pháp trao đổi
ion, đồng thời thu hồi Crom (VI) của George Metzger and Albert Van Noy ở
Mỹ. Nƣớc đầu vào nồng độ CrO42- là 0,034 mg/l, pH =7,3.

Hình 2.1: Tháp trao đổi ion
- Nƣớc nhiễm Crom đƣợc cho đi qua tháp trao đổi ion chứa nhựa thông.
Sau một chu kỳ hoạt động, tháp trao đổi ion đƣợc rữa ngƣợc bằng dd NaCl để
thu hồi Crom.
- Hiệu quả thu hồi Crom sau 3 năm là 660 gam.

Trang 20


Báo cáo nghiên cứu khoa học
2.2.3.2.

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

Hấp phụ

Xử lý Crom bằng phƣơng pháp hấp phụ đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng
rất nhiều. Sau đây là một số nghiên cứu xử lý Crom bằng phƣơng pháp hấp
phụ.
 Hấp phụ Crom bằng tro núi nửa.
Nghiên cứu được thực hiện bởi Tiến Sĩ Lorena F. Hernandez của trường
Cao Đẳng Nông Nghiệp thuộc Bang Cammarine và Mr. Dante S. Margate

thuộc văn phòng quản lý đất và nước và Mr. Argie Gavilangoso là phụ tá của
họ.
Trong nghiên cứu này, có 2 loại tro núi lửa đƣợc sử dụng là Hydic
Malanudand lấy từ núi Isarog và Vitric Hapludand lấy từ Mandalagan dựa
theo tiêu chuẩn của Uỷ ban quốc tế phân loại Andisols. Những đất này đựơc
gọi chung là Andisols và là một trong những loại đất chủ yếu trong sự phân
loại đất.
Kết quả của nghiên cứu này là:
 Khi tăng liều lƣợng tro núi lửa của cả 2 loại thì phần khử Crom
cũng tăng theo. Hiệu suất khử Crom của tro ở Isarog cao hơn
Mandalagan khoảng 20% (cùng nồng độ Crom và cùng liều lƣợng chất
hấp phụ). Hiệu suất khử Crom cao nhất đối với Isarog là 93%, Với
mandalagan là 71% (với liều lƣợng chất hấp phụ là 60 g/l và nồng độ
Crom là 10mg/l). Sự khác nhau hiệu quả hấp phụ của 2 loại đất là hoàn
toàn bình thƣờng bởi vì có sự khác nhau trong tính chất của nó. Kết quả
này chứng minh rằng Isarog chứa nhiều chất vô định hình mà những chất
này có khả năng liên kết crom hơn so với Mandalagan.
 Trong nghiên cứu này tại pH = 3 thì hiệu quả hấp phụ của cả 2
loại Isarog va Mandalagan đều cao. Đối với Isarog, với nồng độ Crom 10
mg/l, dùng 20 g/l chất hấp phụ Isarog thì hiệu suất khử Crom là 88,9%.
Đối với Mandalagan, thì ở pH = 2, đạt 65,8%; pH = 3 đạt 65,2% (nồng
độ Crom 10mg/l, liều lƣợng 20g/l).
 Với liều lƣợng tro núi lửa là 20g/l , nồng độ crom 10mg/l, pH
tối ƣu là pH = 3. Đối với Isarog thì trong 1h thì hiệu quả khử crom là
90%, còn Mandalagan thì trong 6h đạt 70%.
 Trong nghiên cứu này , thì phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich
phù hợp hơn phƣơng trình đƣờng đẳng nhiệt Langmuir.
 Hấp phụ Crom bằng khoáng sét montmorillonite Chitosan.
Đề tài nghiên cứu này đƣợc thực hiện bởi Dahe Fan, Xuemei Zhu, Maorong
Xu và Jinlong Yan của trƣờng kỹ thuật hóa sinh, thuộc viện kỹ thuật Yacheng,

Trung Quốc.
Trang 21


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

Khoáng sét có công thức chung là nSiO2.Al2O3.mH2O; khoáng sét kaolinite
có tỷ lệ n:m = 2:2; khoáng sét montmorillonite có tỷ lệ n:m = 4:2.
Vật liệu hấp phụ khoáng sét montmorillonite bọc chitosan đƣợc tạo ra bằng
cách hòa 1g khoáng sét montmorillonite đã đƣợc nghiền nhỏ với 100ml nƣớc
cất. Sau đó thêm vào 100ml dung dịch chitosan có nồng độ 2g/l và đem lắc
trong 1h ở nhiệt độ 25oC pH = 7 – 7,5. Sau đó, khoáng sét đƣợc lọc và rửa
bằng nƣớc cất, sấy khô ở nhiệt độ ở 40oC.
Quá trình hấp phụ Crom VI của khoáng sét montmorillonite bọc chitosan
đƣợc nghiên cứu ở nhiệt độ 25 oC, 35 oC, 45 oC, nồng độ Crom thay đổi từ 20
– 100 mg/l. Kết quả pH tối ƣu của quá trình hấp phụ là 4, ở nhiệt độ 25oC, với
thời gian lắc là 200 phút, với dung lƣợng hấp phụ cực đại là 41,67mg/g và
tuân theo đƣờng đẳng nhiệt Langmuir với R = 0,999.
2.2.3.3.

Phƣơng pháp điện hóa

Sử dụng phƣơng pháp điện hóa để xử lý kim loại, điển hình là quá trình oxy
hóa dƣơng cực và khử âm cực.
Trong thùng điện phân, trên điện cực dƣơng diễn ra quá trình oxi hóa điện
hóa (các ion cho anot điện tử), còn trên điện cực âm diễn ra sự kết hợp các
điện tử (phản ứng khử).
Khử catot đƣợc ứng dụng để loại các ion kim loại nhƣ Pd 2+, Sn2+,

Hg2+,Cu2+, As2+, Cr6+ theo phƣơng trình: Men+ + ne-  Me0. Khi đó kim loại
đƣợc lắng trên catot và có thể thu hồi.
Phƣơng pháp điện hóa, ngƣời ta cắm một loạt điện cực vào vùng bị nhiễm
hóa chất, sau đó nối với dòng điện một chiều, điện thế thấp (50 - 150V). Các
ion của chất gây ô nhiễm trong nƣớc sẽ di chuyển về phía điện cực mang điện
tích trái dấu. Hiện tƣợng này đƣợc gọi là sự điện di. Do sự di chuyển của các
ion hyđro, độ pH sẽ giảm đi ở anôt và tăng lên ở catôt.
Để xử lý nƣớc ngầm, ngƣời ta chỉ cần cắm điện cực vào các hào giếng có
thành bằng vật liệu phi kim loại, ví dụ PVC. Tốc độ di chuyển của các ion
tƣơng đối thấp, khoảng 1cm/ngày, vì vậy phƣơng pháp điện hóa không đƣợc
áp dụng cho những vùng nƣớc ngầm có sự chuyển động nhanh. Do tốc độ di
chuyển chậm của các ion nên cũng cần phải đặt các điện cực tƣơng đối sát
nhau, vì vậy khả năng xử lý bị hạn chế. Nếu tăng tốc độ di chuyển của các ion
bằng cách sử dụng điện áp cao hơn thì sẽ gặp các vấn đề liên quan với sự nóng
lên của đất.
Trang 22


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: TS. Nguyễn Văn Sức

Phƣơng pháp điện hóa rất thích hợp để xử lý các anion linh động nhƣ Cr, vì
chúng di chuyển qua tầng đất ngậm nƣớc mà hầu nhƣ không bị hấp phụ lại.

2.2.3.4.

Phƣơng pháp hóa học: (Phƣơng pháp kết tủa)

Quá trình kết tủa thƣờng đƣợc ứng dụng cho xử lý nứơc thải chứa kim loại

nặng. Kim loại nặng thƣờng kết tủa ở dạng hydroxit khi cho chất kiềm hóa
(vôi, NaOH, Na2CO3,…) vào để đạt đến giá trị pH tƣơng ứng với độ hoà tan
nhỏ nhất. Giá trị pH này thay đổi tuỳ theo kim loại. Độ hoà tan nhỏ nhất của
Crôm ở pH 7.5 và kẽm là 10.2. Ở ngoài giá trị đó, hàm lƣợng hoà tan tăng lên.
Khi xử lý kim loại, cần thiết xử lý sơ bộ để khử đi các chất cản trở quá trình
kết tủa. Thí dụ nhƣ cyanide và ammonia hình thành các phức với nhiều kim
loại làm giảm hiệu quả quá trình kết tủa. Cyanide có thể xử lý bằng chlorine
hoá-kiềm, ammonia có thể khử bằng phƣơng pháp chlorine hoá điểm uốn
(breakthrough point), tách khí (air stripping) hoặc các phƣơng pháp khác trƣớc
giai đoạn khử kim loại.
Đối với Crôm VI (Cr6+), cần thiết tiến hành khử Cr6+ thành Cr3+ và sau đó
kết tủa với vôi hoặc xút. Hoá chất khử thông thƣờng cho xử lý nƣớc thải chứa
Crôm là ferrous sulphate (FeSO4), sodium-meta-bisulfit, hoặc sulfur dioxit.
Ferrous sulphate (FeSO4), sodium-meta-bisulfit có thể ở dạng rắn hoặc dung
dịch. SO2 ở dạng khí nén trong các bình chịu áp. Quá trình khử hiệu quả trong
môi trƣờng pH thấp. Vì vậy các hoá chất khử sử dụng thƣờng là các chất mang
tính axit mạnh. Trong quá trình khử, Fe2+ sẽ chuyển thành Fe3+. Nếu sử dụng
meta-bisulfit hoặc sulfur dioxit, ion SO32- chuyển thành SO42-.
Phản ứng tổng quát nhƣ sau:
Cr6+ + Fe2+ + H+  Cr3+ + Fe3+
Cr6+ + Na2S2O3 (hoặc SO2) + H+  Cr3+ + SO42Cr3+ + 3OH-  Cr(OH)3 
Trong phản ứng oxy hoá khử, ion Fe2+ phản ứng với Cr6+, khử Cr6+ thành
Cr3+ và oxy hoá Fe2+ thành Fe3+. Phản ứng xảy ra nhanh hơn ở pH nhỏ hơn 3.
Axit có thể đƣợc thêm vào để đạt pH thích hợp. Sử dụng FeSO4 là tác nhân
khử có điểm bất lợi khối lƣợng bùn sinh ra khá lớn do cặn Fe(OH)3 tạo thành
khi cho chất kiềm hoá vào. Để thu đƣợc phản ứng hoàn toàn, cần thiết phải
thêm lƣợng FeSO4 dƣ, khoảng 2.5 lần so với hàm lƣợng tính toán trên lí
thuyết.
Trang 23