Nghiên cứu sử dụng axit humic tách từ than bùn để xử lý nước bị ô nhiễm kim loại nặng

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

Lê Thị Mai Linh

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG AXIT HUMIC TÁCH TỪ THAN BÙN
ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC BỊ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2016


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

Lê Thị Mai Linh

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG AXIT HUMIC TÁCH TỪ THAN BÙN
ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC BỊ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG

Chuyên ngành: Hóa môi trƣờng
Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRẦN HỒNG CÔN
PGS. TS. NGUYỄN TRƢỜNG SƠN

Hà Nội – 2016


MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT................................................................................... vi
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chương 1 – TỔNG QUAN ....................................................................................... 3
1.1.

Than bùn ........................................................................................................3

1.1.1.

Sự hình thành than bùn ..................................................................................3

1.1.2.

Phân bố các vùng đất than bùn trên thế giới ..................................................3

1.1.3.

Phân loại than bùn ..........................................................................................4

1.1.4.

Các ứng dụng chính của than bùn ..................................................................4

1.2.

Axit humic......................................................................................................5

1.2.1.

Cấu tạo và tính chất của axit humic ...............................................................5

1.2.2.

Ứng dụng của axit humic trong nông nghiệp và môi trƣờng .........................7

1.3.

Ô nhiễm kim loại nặng trong môi trƣờng nƣớc .............................................9

1.3.1.

Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trong môi trƣờng nƣớc .............................9

1.3.2.

Ảnh hƣởng sinh hóa của kim loại nặng đối với con ngƣời và sinh vật .......10

1.4.

Các phƣơng pháp xử lý nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng hiện nay ...............11

1.4.1.

Phƣơng pháp kết tủa.....................................................................................11

1.4.2.

Phƣơng pháp điện hóa ..................................................................................12

1.4.3.

Phƣơng pháp hấp phụ và trao đổi ion ..........................................................13

1.4.4.

Phƣơng pháp hấp thu sinh học .....................................................................14

1.4.5.

Phƣơng pháp chuyển hóa sinh học...............................................................15

1.5.

Một số phƣơng pháp đánh giá hàm lƣợng kim loại nặng trong nƣớc ..........16

1.6.

Khả năng sử dụng axit humic và các hợp chất tƣơng tự trong xử lý
nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng ....................................................................17

i

Chương 2 – THỰC NGHIỆM ................................................................................ 20
2.1.

Vật liệu, hóa chất .........................................................................................20

2.2.

Tách và bảo quản axit humic từ than bùn ....................................................20

2.2.1.

Quy trình tách axit humic từ than bùn .........................................................20

2.2.2.

Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ than bùn và dung dịch NaOH đến hàm
lƣợng axit humic tách đƣợc .........................................................................21

2.2.3.

Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch NaOH và điều kiện tách
đến hàm lƣợng axit humic tách đƣợc ...........................................................22

2.2.4.

Bảo quản axit humic ....................................................................................22

2.3.

So sánh axit humic tách từ các nguồn than bùn khác nhau .........................23

2.3.1.

So sánh độ hấp thụ quang của các loại axit humic ......................................23

2.3.2.

So sánh khả năng xử lý ion Cu2+ của các loại axit humic ............................23

2.4.

Xác định các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng xử lý các ion kim loại
Cu2+, Zn2+, Pb2+, Cd2+ của axit humic ..........................................................25

2.4.1.

Ảnh hƣởng của pH tới khả năng xử lý các ion kim loại Cu2+, Zn2+,
Pb2+, Cd2+ của axit humic .............................................................................25

2.4.2.

Khả năng xử lý các ion kim loại Zn2+, Pb2+, Cd2+ của axit humic ...............25

2.4.3.

Ảnh hƣởng của Cu2+ và Fe2+ đến khả năng xử lý các ion kim loại Zn2+,
Pb2+, Cd2+ của axit humic .............................................................................26

2.5.

Xử lý nƣớc thải chứa kim loại nặng bằng axit humic ..................................27

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 28
3.1.

Tách và bảo quản axit humic từ than bùn ....................................................28

3.1.1.

Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ than bùn và dung dịch NaOH đến hàm
lƣợng axit humic tách đƣợc .........................................................................28

3.1.2.

Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch NaOH và điều kiện tách
đến hàm lƣợng axit humic tách đƣợc ...........................................................29

3.2.

So sánh axit humic tách từ các nguồn than bùn khác nhau .........................31

3.2.1.

So sánh độ hấp thụ quang của các loại axit humic ......................................31

3.2.2.

So sánh khả năng xử lý ion Cu2+ của các loại axit humic ............................32

ii

3.3.

Xác định các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng xử lý các ion kim loại
Cu2+, Zn2+, Pb2+, Cd2+ của axit humic ..........................................................34

3.3.1.

Ảnh hƣởng của pH tới khả năng xử lý các ion kim loại Cu2+, Zn2+,
Pb2+, Cd2+ của axit humic .............................................................................34

3.3.2.

Khả năng xử lý các ion kim loại Zn2+, Pb2+, Cd2+ của axit humic ...............39

3.3.3.

Ảnh hƣởng của Cu2+ và Fe2+ đến khả năng xử lý các ion kim loại Zn2+,
Pb2+, Cd2+ của axit humic .............................................................................39

3.4.

Xử lý nƣớc thải chứa kim loại nặng bằng axit humic ..................................40

KẾT LUẬN .............................................................................................................. 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 46
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 49

iii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. Hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng trong than bùn ở miền Đông Nam Bộ .......5
Bảng 2. Thành phần các nguyên tố của axit humic ....................................................6
Bảng 3. Hàm lƣợng axit humic tách đƣợc khi thay đổi tỷ lệ than bùn và dung
dịch NaOH ...................................................................................................28
Bảng 4. Hàm lƣợng axit humic tách đƣợc khi thay đổi nồng độ dung dịch
NaOH và điều kiện tách ...............................................................................29
Bảng 5. Kết quả so sánh màu mẫu nƣớc có chứa ion Cu2+ sau xử lý bằng axit
humic với các loại nƣớc theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT ......................37
Bảng 6. Kết quả so sánh màu mẫu nƣớc có chứa ion Zn2+ sau xử lý bằng axit
humic với các loại nƣớc theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT ......................37
Bảng 7. Kết quả so sánh màu mẫu nƣớc có chứa ion Pb2+ sau xử lý bằng axit
humic với các loại nƣớc theo QCVN 08 : 2008/BTNMT ...........................38
Bảng 8. Kết quả so sánh màu mẫu nƣớc có chứa ion Cd2+ sau xử lý bằng axit
humic với các loại nƣớc theo QCVN 08 : 2008/BTNMT ...........................38
Bảng 9. Giá trị pH tối ƣu đối với quá trình xử lý nƣớc chứa các ion kim loại
Cu2+, Zn2+, Pb2+, Cd2+ bằng axit humic ........................................................39
Bảng 10. Kết quả so sánh màu mẫu nƣớc sau xử lý bằng axit humic với các
loại nƣớc theo QCVN 08-MT:2015/ BTNMT .............................................39
Bảng 11. Nồng độ các kim loại nặng trong nƣớc tại xã Đình Dù – huyện Văn
Lâm – tỉnh Hƣng Yên trƣớc và sau quá trình xử lý bằng axit humic ..........42
Bảng 12. Nồng độ các kim loại nặng trong nƣớc tại thị trấn Lâm – huyện Ý
Yên – tỉnh Nam Định trƣớc và sau quá trình xử lý bằng axit humic ...........42
Bảng 13. Kết quả so sánh nồng độ các kim loại nặng trong hai mẫu sau xử lý
bằng axit humic với QCVN 08-MT:2015/BTNMT.....................................43

iv

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. Công thức phân tử của axit humic .................................................................6
Hình 2. Sơ đồ quy trình tách axit humic từ than bùn ................................................21
Hình 3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ than bùn và dung dịch NaOH đến hàm lƣợng axit
humic tách đƣợc ...........................................................................................28
Hình 4. Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch NaOH và điều kiện tách đến hàm
lƣợng axit humic tách đƣợc .........................................................................30
Hình 5. Độ hấp thụ quang của axit humic tách từ than bùn Trung Quốc .................31
Hình 6. Độ hấp thụ quang của axit humic tách từ than bùn Việt Nam .....................32
Hình 7. Xử lý ion Cu2+ bằng các axit humic tách từ các nguồn than bùn khác
nhau tại pH=8, sau 2 giờ ..............................................................................32
Hình 8. Thang màu chuẩn của thuốc thử dithizon khi kiểm tra vết đồng .................33
Hình 9. Vết đồng trong hai mẫu nƣớc sau xử lý .......................................................33
Hình 10. Thang màu chuẩn của thuốc thử dithizon khi kiểm tra vết đồng ...............34
Hình 11. Thang màu chuẩn của thuốc thử dithizon khi kiểm tra vết kẽm ................35
Hình 12. Thang màu chuẩn của thuốc thử dithizon khi kiểm tra vết chì ..................36
Hình 13. Thang màu chuẩn của thuốc thử dithizon khi kiểm tra vết cadimi ............36
Hình 14. Xử lý nƣớc chứa hỗn hợp các ion Zn2+, Pb2+, Cd2+ bằng axit humic
khi cho thêm Fe2+ và Cu2+ ............................................................................40
Hình 15. Kiểm tra hai mẫu trƣớc xử lý .....................................................................41
Hình 16. Kiểm tra hai mẫu sau xử lý ........................................................................41

v


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng

CT

Công thức

NXB

Nhà xuất bản

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

vi


MỞ ĐẦU
Nƣớc là một tài nguyên thiên nhiên quý giá, là một trong bốn thành phần cấu
tạo của môi trƣờng. Nƣớc đóng vai trò quan trọng và ảnh hƣởng trực tiếp đến hầu
hết mọi hoạt động của con ngƣời. Hiện nay, nƣớc ở Việt Nam (cả nƣớc mặt và nƣớc
ngầm) đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Đặc biệt, ô nhiễm các kim loại nặng gây ra
bởi các hoạt động nhƣ sử dụng phân bón, khai thác mỏ, luyện kim, tái chế kim loại
tại các làng nghề… đang là vấn đề rất bức xúc. Nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại
nặng sẽ ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe cũng nhƣ hoạt động sản xuất của con
ngƣời. Vì thế, xử lý nƣớc ô nhiễm kim loại nặng là một nhiệm vụ vô cùng cấp thiết.
Cho đến nay đã có nhiều phƣơng pháp xử lý kim loại nặng trong nƣớc nhƣ

phƣơng pháp kết tủa, phƣơng pháp điện hóa, phƣơng pháp hấp phụ và trao đổi ion,
phƣơng pháp hấp thu sinh học, phƣơng pháp chuyển hóa sinh học. Việc lựa chọn
phƣơng pháp xử lý thích hợp phụ thuộc vào các tiêu chí nhƣ tính kinh tế, tính khả
thi, tính hiệu quả của từng phƣơng pháp. Hiện nay, hƣớng xử lý nƣớc ô nhiễm kim
loại nặng bằng các vật liệu có nguồn gốc tự nhiên với giá thành rẻ và an toàn với
môi trƣờng đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học.
Các kết quả khảo sát địa chất đã cho thấy ở Việt Nam có một lƣợng than bùn
dồi dào, đƣợc phân bố hầu nhƣ khắp các tỉnh trong cả nƣớc. Than bùn đƣợc biết đến
nhƣ một loại đất trong đó có một tỷ lệ tƣơng đối cao của các chất hữu cơ. Axit
humic là một chất hữu cơ có mặt trong than bùn, với đặc điểm chứa nhiều nhóm
chức -OH và –COOH có khả năng tạo phức chất bền với các ion kim loại nặng (từ
đó làm giảm nồng độ kim loại nặng trong nƣớc) nên axit humic ngày càng đƣợc chú
ý trong việc xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng. Cho đến nay, đã có những
công trình nghiên cứu về khả năng hấp phụ kim loại nặng của axit humic nhằm xử
lý ô nhiễm môi trƣờng nhƣ nghiên cứu làm giàu và tách các kim loại hiếm và phóng
xạ, nghiên cứu khả năng tách các ion Co2+, Mn2+ từ dung dịch nƣớc… Hơn thế nữa,
axit humic không gây độc hại đối với con ngƣời, vật nuôi và môi trƣờng. Hiện nay,
axit humic đang đƣợc sử dụng phổ biến trong các chế phẩm phân bón gốc và bón lá,
chất kích thích sinh trƣởng cây trồng, thuốc trừ bệnh cây và cả thức ăn cho gia súc,

1


gia cầm. Mặt khác, phức chất tạo bởi axit humic với các ion kim loại nặng có thể sử
dụng làm phân bón trong nông nghiệp.
Với các phân tích nêu trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu
sử dụng axit humic tách từ than bùn để xử lý nước bị ô nhiễm kim loại nặng”.
Tác giả hy vọng rằng kết quả nghiên cứu của mình sớm đƣợc ứng dụng vào thực tế,
góp phần xử lý các nguồn nƣớc ô nhiễm kim loại nặng thành các nguồn nƣớc sử
dụng đƣợc trong sản xuất cũng nhƣ sinh hoạt.

2


Chương 1 – TỔNG QUAN
1.1. Than bùn
1.1.1. Sự hình thành than bùn
Than bùn là sản phẩm chuyển hóa của xác thực vật bởi các con đƣờng khác
nhau (chủ yếu bởi sự phân hủy của vi sinh vật) trong điều kiện yếm khí. Quá trình
này diễn ra tại các vùng trũng ngập nƣớc. Các vùng đất ngập nƣớc là những vùng có
năng suất sinh học cao, điều kiện phát triển của thực vật rất thuận lợi. Lớp thổ
nhƣỡng tại các vùng này luôn trong điều kiện yếm khí; do đó, mặc dù sinh khối các
loài cỏ sống trên mặt nƣớc tăng nhanh, nhƣng quá trình phân giải xác thực vật lại
xảy ra chậm và không đạt tới giai đoạn vô cơ hoá, dẫn đến tích luỹ hữu cơ. Tiếp
theo cỏ là lau, lách, cây bụi, cây thân gỗ thay thế, kết hợp với quá trình kiến tạo địa
chất, quá trình bồi tụ, lắng đọng phù sa đã chôn vùi kể cả cây thân gỗ, làm cho hữu
cơ tích tụ thành các lớp và tạo thành than bùn [7].
Hầu hết các bãi than bùn hiện đại đƣợc hình thành ở vĩ độ cao sau khi có sự
rút lui của các dòng sông băng ở cuối kỷ băng hà (12.000 năm trƣớc đây). Than bùn
thƣờng đƣợc tích lũy dần dần, với tốc độ khoảng một milimet mỗi năm. Quá trình
hình thành than bùn sẽ quyết định các đặc tính của nó nhƣ màu sắc, cấu trúc, thành
phần các chất hữu cơ, vô cơ… Ngƣời ta thấy, than bùn hình thành ở vùng ôn đới có
chất lƣợng tốt hơn khi hình thành ở các vùng khác.
1.1.2. Phân bố các vùng đất than bùn trên thế giới
Vùng đất than bùn là những vùng đất có một lớp tích lũy tự nhiên của than
bùn. Vùng đất than bùn đƣợc tìm thấy trong ít nhất 175 quốc gia và bao gồm
khoảng 4.000.000 km² hay 3% diện tích đất của thế giới. Một số vùng đất than bùn
lớn nhất thế giới bao gồm vùng đất thấp Tây Siberia, vịnh Hudson và thung lũng
sông Mackenzie. Nam bán cầu có trữ lƣợng than bùn nhỏ hơn Bắc bán cầu, một
phần do có ít đất, nhƣng Nam Mỹ lại sở hữu một trong những vùng đất ngập nƣớc

lớn nhất thế giới, vùng Magellanic Moorland rộng lớn với trữ lƣợng than bùn khổng
lồ. Indonesia có rừng đất than bùn và rừng ngập mặn nhiệt đới nhiều hơn bất kỳ
quốc gia nào khác trên trái đất, nhƣng Indonesia đang bị mất đất do ngập nƣớc

3


khoảng 100.000 ha (250.000 mẫu Anh) mỗi năm. Việt Nam cũng là một trong số
các quốc gia có trữ lƣợng than bùn tƣơng đối lớn, trải dài từ Bắc vào Nam [14].
1.1.3. Phân loại than bùn
Than bùn có thể đƣợc mô tả nhƣ một loại đất trong đó có một tỷ lệ tƣơng đối
cao của các chất hữu cơ. Loại đất này cần đƣợc nghiên cứu vì nó bộc lộ những đặc
tính không ổn định. Than bùn đã qua sàng và nghiền phân loại, đáp ứng cho tiêu
chuẩn sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh có thể chia thành 3 loại sau [15]:
 Than bùn loại 1: hữu cơ tối thiểu 30-35% , màu đen than, độ mịn: qua sàng
3,5mm, độ ẩm: 20-30%.
 Than bùn loại 2: hữu cơ tối thiểu 17-25%, màu đen nhạt lẫn nâu, độ mịn: qua
sàng 3,5mm, độ ẩm: 20-30%.
 Than bùn loại 3: hữu cơ nhỏ hơn 16%, màu nâu đen, độ mịn: qua sàng 5mm,
độ ẩm 20-35%.
Ngoài ra, dựa vào khả năng bị phân hủy, than bùn có thể chia thành ba loại là:
fibric, hemic và sapric. Fibric ít bị phân hủy nhất và gồm chất xơ còn nguyên
vẹn. Hemic là loại bị phân hủy trung bình và sapric là loại bị phân hủy nhiều nhất.
1.1.4. Các ứng dụng chính của than bùn
Than bùn đƣợc sử dụng trong nhiều ngành kinh tế khác nhau. Trong nông
nghiệp, than bùn đƣợc sử dụng để làm phân bón và để tăng chất hữu cơ cho đất [14].
Hàm lƣợng chất vô cơ nằm trong khoảng 18 – 24%, phần còn lại là các chất hữu cơ.
Trong nhóm chất hữu cơ, phải nhắc đến axit humic với tác dụng kích thích tăng
trƣởng của cây. Hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng trong than bùn thay đổi tuỳ thuộc
vào thành phần các loài thực vật và quá trình phân huỷ của chúng. Nhìn chung, các

chất dinh dƣỡng trong than bùn cao hơn trong phân chuồng, nhƣng chủ yếu ở dƣới
dạng hữu cơ. Chúng cần đƣợc phân huỷ thành dạng vô cơ cây mới sử dụng đƣợc.
Số liệu phân tích thành phần dinh dƣỡng của than bùn ở một số địa điểm thuộc miền
Đông Nam Bộ đƣợc trình bày trong bảng 1 (số liệu của Hồ Thìn, Võ Đình Ngô –
Trung tâm địa học, Phân viện khoa học Việt Nam, TP Hồ Chí Minh).

4


Bảng 1. Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong than bùn ở miền Đông Nam Bộ
Địa điểm lấy than bùn

Hàm lượng chất
dinh dưỡng (%)

Tây Ninh

Củ Chi

Mộc Hóa

Duyên Hải

N

0,38

0,09

0,16 – 0,91

0,64

P2O5

0,03

0,1 - 0,3

0,16

0,11

K2O

0,37

0,1 – 0,5

0,31

0,42

Than bùn có thể đƣợc sử dụng làm nhiên liệu [25]. Dƣới áp lực, nƣớc trong
than bùn bị đẩy ra ngoài. Sau khi sấy, than bùn có thể đƣợc sử dụng làm nhiên liệu
ở một số nƣớc, chẳng hạn nhƣ Ireland và Phần Lan, nơi nó đƣợc khai thác trên quy
mô công nghiệp. Ở nhiều quốc gia, than bùn đƣợc sử dụng để nấu ăn và sƣởi ấm.
Ngoài ra, than bùn còn đƣợc ứng dụng trong một số lĩnh vực khác. Tính chất
cách điện của than bùn làm cho nó đƣợc sử dụng cho một số ngành công nghiệp.
Ngƣời ta có thể sử dụng than bùn trong lọc nƣớc, chẳng hạn nhƣ nƣớc thải của bể tự

hoại hay nƣớc thải đô thị. Than bùn còn đƣợc sử dụng rộng rãi trong phƣơng pháp
tắm để trị bệnh tại các spa. Phƣơng pháp điều trị này có truyền thống rất lâu đời ở
châu Âu, đặc biệt là ở Ba Lan, Cộng hòa Séc, Đức và Áo [23].
1.2. Axit humic
1.2.1. Cấu tạo và tính chất của axit humic
Axit humic là một trong ba thành phần chính của hợp chất mùn, đó là một
trong những hợp chất hữu cơ quan trọng của đất (đất mùn), than bùn, than đá, nhiều
suối miền núi, hồ bị loạn dƣỡng và nƣớc biển. Nó đƣợc tạo ra bởi sự phân hủy các
chất hữu cơ sinh học nhƣ xác động - thực vật và là sản phẩm phụ của các quá trình
trao đổi chất [24].
Axit humic hòa tan tốt trong các dung dịch kiềm loãng (NaOH, Na2CO3,
Na4P2O7.10H2O), nhƣng không tan trong nƣớc và axit vô cơ. Tùy theo nồng độ và
loại đất mà các dung dịch axit humic chiết đƣợc có màu nâu đen đến màu đen [19].
Thành phần nguyên tố của axit humic chủ yếu bao gồm bốn nguyên tố là C, H,
O, N. Hàm lƣợng các nguyên tố này thay đổi, phụ thuộc vào loại đất, thành phần
hoá học của tàn tích sinh vật, điều kiện mùn hoá và phƣơng pháp tách axit humic.

5


Theo L. N. Alexandrova, thành phần trung bình của các nguyên tố C, H, O, N trong
axit humic của một số loại đất chính ở Liên Xô (cũ) đƣợc trình bày trong bảng 2 [20].
Bảng 2. Thành phần các nguyên tố của axit humic
STT

Nguyên tố

Thành phần (%)

1

C

56,2 – 61,9

2

H

3,4 – 4,8

3

O

29,5 – 34,8

4

N

3,5 – 4,7

Ngoài bốn nguyên tố chính kể trên, axit humic còn chứa một lƣợng nhỏ các
nguyên tố tro (P, S, Al, Fe, Si), hàm lƣợng tổng số của chúng có thể đạt từ 1 đến
10%. Những nguyên tố này không nhất thiết phải có tất cả trong thành phần phân tử
của axit humic.
Axit humic không có công thức và phân tử lƣợng cố định mà thay đổi phụ thuộc
vào nguồn gốc và phƣơng thức hình thành. Nhiều công trình nghiên cứu cho biết
phân tử lƣợng của axit humic dao động từ 50.000 đến 90.000 đơn vị cacbon [22]. Có

nhiều ý kiến khác nhau liên quan đến công thức phân tử của axit humic; tuy nhiên ,
công thức đƣợc Stevenson đƣa ra năm 1982 là công thức đƣợc nhiều ngƣời ủng hộ
nhất. Công thức này đƣợc trình bày ở hình 1.

Hình 1. Công thức phân tử của axit humic
Nhìn vào công thức trên ta có thể thấy, với nhiều nhóm chức –COOH và –OH,
axit humic là phân tử có khả năng tạo phức cao. Nó có thể tạo phức ở nhiều vị trí

6


khác nhau trong phân tử, cho phức càng cua bền ở dạng vòng 5, 6 cạnh. Các nhóm
tạo phức –COOH và –OH chứa oxi nên quá trình tạo phức là không chọn lọc; vì thế,
axit humic có khả năng tạo phức với hầu hết các ion kim loại.
Cũng theo tác giả trên, phân tử axit humic bao gồm nhiều mạng lƣới cấu trúc.
Mỗi mạng lƣới cấu trúc bao gồm nhiều đơn vị cấu trúc. Đơn vị cấu trúc là phần còn
lại của phân tử axit humic khi chúng bị phân hủy và có cấu tạo tƣơng đối đơn giản.
Về hình thái, axit humic không có cấu tạo tinh thể, song những nghiên cứu
điện di và quang phổ Rơnghen cho thấy chúng đƣợc cấu tạo bằng những mạng lƣới
xếp lớp. Quá trình mùn hoá càng mạnh thì những mạng này xếp càng khít. Theo
những nghiên cứu gần đây nhất, phân tử axit humic không đối xứng, chúng có dạng
dài, tỷ lệ các trục từ 1 : 6 đến 1 : 12 [15].
1.2.2. Ứng dụng của axit humic trong nông nghiệp và môi trường
Thành phần chính của axit humic là các vòng cacbon thơm có gắn các nhóm
chức hoạt động nhƣ các nhóm cacboxyl, quinon, hidroxi. Hoạt tính sinh học của
axit humic phụ thuộc vào số lƣợng của các nhóm chức này và khả năng trao đổi ion
của chúng.
Axit humic và các muối humat của chúng không phải là nguồn dinh dƣỡng
cho cây trồng mà chỉ đóng vai trò nhƣ một chất có hoạt tính sinh học, mang chức
năng điều hòa, kích thích tăng trƣởng. Các muối humat hòa tan khi tham gia vào

quá trình oxy hóa khử trong các tế bào sẽ góp phần hoạt hóa những hệ tổng hợp
protein. Điều này góp phần thúc đẩy quá trình phân bào, đồng thời góp phần hỗ trợ
sự hình thành các chất men, là những chất điều hòa chủ yếu các quá trình trao đổi
chất. Các chất humat hòa tan có hai tác dụng cơ bản. Một là làm cho sự tăng trƣởng
xảy ra nhanh hơn, hai là hoạt hóa các quá trình quang hợp và giúp chuyển hóa triệt
để các chất khoáng dinh dƣỡng, nhờ vậy góp phần tăng năng suất cây trồng.
Bên cạnh đó, các chất humat này còn có khả năng giúp nâng cao tính đề kháng,
chống chịu của cơ thể trong những điều kiện môi trƣờng không thuận lợi. Khi xử lý
hạt giống bằng dung dịch các muối humat hòa tan hoặc khi phun lên lá cây hoặc khi
bón phân có chứa các muối humat hòa tan, cây trồng sẽ có khả năng chịu hạn, chịu

7


rét, chịu nhiễm mặn tốt hơn. Ngoài ra, các muối humat hòa tan còn giúp cho quả và
hạt giống chín ngay khi cả thời tiết không thuận lợi. Đồng thời, hàm lƣợng protein
cũng tăng lên, chất lƣợng quả và hạt cải thiện nhiều [15].
Axit humic đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong sản xuất phân bón và thuốc bảo
vệ thực vật nhƣ: phân bón lá HUMIC TOTAL (chứa 60% axit humic) giúp cải tạo
đất, tăng sinh trƣởng cho cây trồng; phân hữu cơ đầu trâu BIORGANIC No1 dùng
bón gốc (hàm lƣợng axit humic là 2%); phân đầu trâu MK-Đỏ (chứa 18% kali
humat); thuốc bảo vệ thực vật BIO-HUMAXIN (chứa 5% kali humat) phòng trừ
nghẹt rễ cho lúa và nhiều cây trồng khác; thuốc FULHUMAXIN (chứa 3% kali
humat) phòng trừ nhiều loại bệnh nhƣ lở cổ rễ, đốm lá, sƣơng mai cho cây trồng cạn
và các bệnh đạo ôn, khô vằn, vàng lá cho lúa [24, 26].
Đối với vật nuôi, các muối hòa tan của axit humic cũng có tác dụng kích thích
và điều hòa tăng trƣởng, thúc đẩy quá trình trao đổi chất trong cơ thể và tác dụng
phòng chống các bệnh đƣờng ruột.
Các muối humat hòa tan còn ảnh hƣởng tốt đến sự phân hủy các thuốc trừ sâu dƣ
thừa trong đất, làm hạn chế tác hại của dƣ lƣợng này đối với môi trƣờng đất và nƣớc [7].

Trong môi trƣờng, vì khả năng tạo phức mạnh với các ion kim loại nên axit
humic đã đƣợc sử dụng để làm sạch nƣớc. Đã có những công trình nghiên cứu về
khả năng hấp phụ kim loại nặng của axit humic nhằm xử lý ô nhiễm môi trƣờng,
nhƣ nghiên cứu sử dụng axit humic làm giàu các kim loại hiếm và phóng xạ của
Phạm Văn Tình, Lƣu Minh Đại [16]; nghiên cứu sử dụng axit humic để tách các ion
Co2+, Mn2+ từ dung dịch nƣớc của Bùi Duy Cam, Phạm Văn Tình [4]. Và mới đây
nhất là nghiên cứu của Trịnh Thị Yến về khả năng kết tủa ion Cu2+ trong nƣớc của
axit humic [18]. Các nghiên cứu đều cho kết quả rất tốt.
Với môi trƣờng đất, các axit humic giúp cải tạo đất: khi bón cho đất sét, axit
humic có thể giúp phá vỡ lớp đất kết chặt, cho phép sự thâm nhập của nƣớc đƣợc
tăng cƣờng và phát triển vùng rễ tốt hơn; khi bón cho đất cát, axit humic thêm chất
hữu cơ cần thiết để giữ nƣớc; do đó, cải thiện rễ phát triển, tăng cƣờng khả năng của
đất cát để giữ lại và không rửa trôi các chất dinh dƣỡng quan trọng [14].

8


1.3. Ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước
1.3.1. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước
Kim loại nặng là một thuật ngữ trong khoa học môi trƣờng, nhằm chỉ một số
kim loại có khối lƣợng riêng lớn hơn 5 g/cm3, đƣợc sử dụng tƣơng đối phổ biến trong
sản xuất và khi bị thải ra môi trƣờng thì gây tác hại tiềm tàng tới môi sinh. Kim loại
nặng có thể tồn tại trong khí quyển (dạng bụi, hơi), trong thủy quyển (dạng ion), trong
địa quyển (dạng muối hoặc hợp chất cơ-kim loại), trong sinh quyển (tồn tại trong các
mô của động thực vật và thƣờng gây bệnh khi nồng độ đủ lớn).
Ở Việt Nam, nguồn nƣớc bị ô nhiễm đang gia tăng cùng với sự phát triển của
các hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, ngƣ nghiệp,
giao thông, dịch vụ và sinh hoạt của ngƣời dân. Đặc biệt, ô nhiễm kim loại nặng
trong nƣớc đang là một mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe của con ngƣời và
an toàn của hệ sinh thái.

Nƣớc thải sinh hoạt chứa một lƣợng kim loại nặng nhất định. Lƣợng kim loại
đó là do quá trình tiếp xúc lâu dài với đƣờng ống và bể chứa hoặc do việc sử dụng
các hóa mỹ phẩm.
Trong nông nghiệp, việc sử dụng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật là nguyên
nhân chính làm tăng sự tích lũy kim loại nặng trong nƣớc và đất [7].
Trong công nghiệp, mức độ ô nhiễm kim loại nặng ở các khu công nghiệp đã
lên đến mức báo động. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công
nghiệp bao gồm khai thác mỏ, công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ, công
nghiệp sản xuất sơn, thuốc nhuộm và đặc biệt là công nghiệp mạ điện [13].
Sau đây là nguồn gốc và các tác hại gây ra bởi một số kim loại nặng điển hình [1].
Cadimi (Cd): có trong nguồn nƣớc thải công nghiệp hóa chất, mạ, luyện kim,
chất dẻo, khai thác mỏ, phân bón và một phần đƣợc hòa tan từ ống dẫn nƣớc, các
mối nối kim loại. Sự hấp thu Cd trong cơ thể ngƣời phụ thuộc vào tính tan của các
loại hợp chất chứa Cd. Chúng đƣợc tích tụ ở thận và có chu kỳ bán hủy trong cơ thể
ngƣời từ 10 – 35 năm. Cd có độc tính cao đối với thủy sinh vật và cá bởi tính dễ hấp
thụ và tích lũy trong cơ thể của chúng.

9


Crôm (Cr): đƣợc phát thải từ công nghiệp luyện kim, sản xuất vật liệu chịu
nhiệt, thuốc nhuộm, công nghiệp thuộc da. Cr3+ có khả năng gây viêm da, kích thích
niêm mạc, Cr6+ gây đột biến đối với vi sinh vật và các tế bào động vật có vú, làm
biến đổi hình thái tế bào, ức chế sự tổng hợp bình thƣờng ADN, làm sai lệch các
nhiễm sắc thể.
Đồng (Cu): có trong nƣớc thải sinh hoạt và công nghiệp mạ, đúc đồng, khai
thác mỏ, khử kiềm. Thực vật mẫn cảm với Cu hơn so với ngƣời và động vật. Thực
vật thủy sinh thể hiện mức nhiễm độc ở 1 mg/l trong khi cá là 0,015 – 3 mg/l.
Chì (Pb): đƣợc pha trong xăng, dùng trong các hợp kim, acquy, sơn chống rỉ,
màu công nghiệp. Chì đƣợc tích lũy trong xƣơng. Qua đƣờng tiêu hóa, chì đƣợc giữ

lại ở trong gan, phần lớn thải qua mật rồi theo phân ra ngoài. Chì gây thiếu máu,
tăng huyết áp và nhiễm độc thần kinh.
Thủy ngân (Hg): là chất thải từ hoạt động công nghiệp mỏ, sản xuất các hợp
chất vô cơ, thuốc trừ sâu. Hợp chất thủy ngân có độc tính cao, gây hoại tử đƣờng
tiêu hóa, trụy mạch, suy thận cấp, phân chia sai lệch nhiễm sắc thể. Chúng đƣợc tích
tụ ở thận, trong não và bào thai. Thủy ngân đƣợc thải qua đƣờng nƣớc tiểu và phân.
Cá có khả năng hấp thu thủy ngân cao nhƣng chƣa chết. Ngƣời ăn cá nhiễm thủy
ngân dẫn tới tăng lƣợng thủy ngân trong máu và tóc, lâu ngày dẫn đến bệnh ung thƣ
và tử vong. Trƣờng hợp nhiễm độc thủy ngân ở vịnh Minimata ở Nhật Bản là một
ví dụ điển hình [6].
Niken: có trong nƣớc uống do hòa tan từ các đƣờng ống dẫn nƣớc và mối hàn,
nƣớc thải mạ điện, sản xuất acquy, luyện kim, dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ.
Kẽm: có trong nƣớc uống do tan ra từ các ống dẫn nƣớc, chúng đƣợc hấp thụ
và tích lũy trong cá. Độc tính của chúng phụ thuộc vào pH, nhiệt độ và độ cứng của
nƣớc.
1.3.2. Ảnh hưởng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và sinh vật
Cũng nhƣ nhiều nguyên tố khác, các kim loại nặng có thể cần thiết hoặc không
cần thiết cho con ngƣời và sinh vật. Nếu kim loại là cần thiết thì chỉ cần thiết ở một
hàm lƣợng nhất định, nếu ít hơn hoặc nhiều hơn thì lại gây tác động ngƣợc lại. Các

10


kim loại cần thiết này tham gia cấu thành các enzym, các vitamin, đóng vai trò quan
trọng trong quá trình trao đổi chất. Những kim loại không cần thiết khi vào cơ thể ngay
cả ở dạng vết (rất ít) cũng có thể gây tác động độc hại. Ví dụ nhƣ với đồng, một lƣợng
nhỏ đồng rất cần cho động vật và thực vật, con ngƣời mỗi ngày cần khoảng 20mg đồng,
nhƣng với hàm lƣợng nhiều hơn lại gây hại cho cơ thể; hay với niken, đối với thực vật thì
niken không cần thiết và là chất độc, nhƣng đối với động vật, niken lại rất cần thiết ở
hàm lƣợng thấp.

Kim loại nặng trong môi trƣờng thƣờng không bị phân hủy sinh học mà tích tụ
trong sinh vật, chúng có thể chuyển hóa và tích lũy trong cơ thể con ngƣời hay động
vật thông qua chuỗi thức ăn của hệ sinh thái. Quá trình này bắt đầu với nồng độ
thấp của các kim loại nặng tồn tại trong nƣớc hoặc trong cặn lắng, sau đó đƣợc tích
tụ trong các loài thực vật và động vật sống ở dƣới nƣớc, luân chuyển dần qua các
mắt xích của chuỗi thức ăn và cuối cùng, khi đến sinh vật bậc cao là con ngƣời thì
nồng độ kim loại nặng đủ lớn để gây ra các ảnh hƣởng nguy hại nhƣ phá hủy ADN,
dẫn tới ung thƣ.
Về mặt sinh hóa, các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm –SH và nhóm –
SCH3 của các enzym trong cơ thể. Vì thế, khi đi vào cơ thể, các kim loại nặng làm
cho các enzym bị mất hoạt tính, làm cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể.
Có thể minh họa ảnh hƣởng này bằng sơ đồ sau:
SH

S
+ M2+

[Enzym]

M + 2H+

[Enzym]

SH

S

1.4. Các phương pháp xử lý nước bị ô nhiễm kim loại nặng hiện nay
1.4.1. Phương pháp kết tủa
Cơ chế của phƣơng pháp kết tủa:

mMn+ + nAm- = MmAn

(kết tủa)

[M]m.[A]n > Tt MmAn
Trong đó:

Mn+ : ion kim loại
Tt : tích số tan

Am- : tác nhân gây kết tủa

11


Phƣơng pháp này có thể sử dụng nhiều tác nhân để tạo kết tủa với kim loại
nhƣ S2-, SO42-, PO43-, Cl-, OH-, axit humic... Trong đó S2-, OH-, axit humic dễ dàng
tạo kết tủa với hầu hết các kim loại, còn các ion SO42-, PO43-, Cl- chỉ tạo kết tủa với
một số các ion kim loại nhất định.
Để xử lý kim loại nặng trong nƣớc bằng phƣơng pháp kết tủa có hiệu quả thì
ta cần phải chuyển các kim loại từ dạng khó có khả năng kết tủa và có tính cực độc
về dạng dễ kết tủa hơn và ít độc hơn bằng các tác nhân oxi hóa khử. Các tác nhân
oxi hóa khử phải thỏa mãn các yêu cầu sau: có thể chuyển hóa hết đƣợc kim loại về
dạng mong muốn, không tạo ra các chất mới có độc tính hoặc khó xử lý, các tác
nhân dễ kiếm, dễ sử dụng và rẻ tiền. Sau khi đã chuyển các kim loại về dạng dễ xử
lý và ít độc hơn thì tiến hành phƣơng pháp kết tủa bằng các tác nhân gây kết tủa nhƣ
cơ chế nêu trên [12].
Phƣơng pháp kết tủa đã đƣợc đánh giá cao vì xử lý cùng lúc nhiều kim loại, áp
dụng đƣợc cho dòng thải có quy mô lớn. Tuy nhiên, với nồng độ kim loại cao thì
phƣơng pháp này xử lý không triệt để, tạo ra bùn thải kim loại.

1.4.2. Phương pháp điện hóa
Nguyên tắc chung của phƣơng pháp này là sử dụng quá trình oxi hóa ở anot và
khử ở catot khi cho dòng điện một chiều chạy qua hai cực.
Ở catot: khi cho dòng điện đi qua dung dịch thì cation và H+ sẽ tiến về bề mặt
catot. Nếu thế phóng điện của cation lớn hơn của H+ thì cation sẽ thu electron của
catot, chuyển thành các ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bám vào điện cực.
Có thể mô tả quá trình này bằng các phƣơng trình sau:
Mn+ + ne = M
Mm+ + ne = Mm-n (m > n)
Ví dụ:
Cu2+ + 2e = Cu
Ni2+ + 2e = Ni
Hoặc đối với nƣớc thải có chứa crom, có thể xảy ra phƣơng trình nhƣ sau:
Cr2O72- + 14H+ + 12e  2Cr3+ + 7H2O

12


Ở anot: Xảy ra các quá trình oxy hóa các anion. Do đó, ngoài việc xử lý kim
loại nặng thì phƣơng pháp này còn có thể xử lý các chất ô nhiễm khác trong nƣớc
thải. Ví dụ: nƣớc thải mạ kim loại thƣờng chứa chất ô nhiễm xianua CN- của kẽm,
đồng, sắt. Do đó, các phản ứng ở anot xảy ra nhƣ sau:
CN- + 2OH- - 2e  CNO- + H2O
CNO- + 2H2O  NH4+ + CO32CNO- + 4OH- - 6e  2CO2 + N2 + 6Cl- + 2H2O
Để tăng độ dẫn điện của nƣớc thải ngƣời ta có thể thêm vào dung dịch NaCl.
Do vậy, ngoài quá trình phá hủy xianua do sự oxi hóa ở anot còn xảy ra quá trình
oxy hóa bằng clo đƣợc tạo thành ở anot:
2Cl- + 2e = Cl2
CN- + Cl2 + 2OH-  CNO- + 2Cl- +H2O
2 CNO- + 3Cl2 + 4OH-  2CO2 + N2 + 6 Cl- + 2H2O

Trong quá trình này, catot thƣờng đƣợc làm bằng thép và anot làm bằng
graphit. Áp dụng phƣơng pháp này có thể thu hồi đƣợc các kim loại quý hiếm,
không thải ra các chất ô nhiễm thứ cấp có hại cho môi trƣờng. Tuy nhiên, chi phí
cho hệ thống xử lý cao, gây tốn điện năng và đặc biệt xử lý không hiệu quả đối với
các kim loại có mức oxi hóa lớn [12].
1.4.3. Phương pháp hấp phụ và trao đổi ion
Phƣơng pháp hấp phụ đƣợc sử dụng khi xử lý nƣớc thải chứa hàm lƣợng chất
độc hại không quá cao. Quá trình hấp phụ kim loại nặng xảy ra giữa bề mặt lỏng
của dung dịch chứa kim loại nặng và bề mặt rắn. Hiện nay, ngƣời ta đã tìm ra nhiều
loại vật liệu có khả năng hấp phụ kim loại nặng nhƣ than hoạt tính, than bùn, các
loại vật liệu vô cơ nhƣ sắt oxit, mangan oxit, tro bay... Có hai kiểu hấp phụ đó là:
Hấp phụ vật lý: Quá trình hấp phụ vật lý giữa chất hấp phụ và các ion kim loại
nặng trong nƣớc thƣờng xảy ra nhờ lực hút tĩnh điện giữa các ion kim loại này với
các tâm hấp phụ. Mối liên kết này thƣờng là yếu và không bền. Tuy nhiên, nhờ có
đặc điểm đó mà quá trình hoàn nguyên vật liệu hấp phụ và thu hồi các kim loại diễn
ra thuận lợi.

13


Hấp phụ hóa học: Quá trình này xảy ra nhờ các phản ứng tạo liên kết hóa học
giữa ion kim loại nặng và các nhón chức của tâm hấp phụ, thƣờng là các ion kim
loại nặng phản ứng tạo phức đối với các nhóm chức trong chất hấp phụ. Mối liên
kết này thƣờng là bền và khó bị phá vỡ, do vậy rất khó cho quá trình giải hấp phụ.
Sau khi thực hiện hấp phụ, để xử lý các chất độc trong nƣớc nói chung và kim
loại nặng nói riêng, ngƣời ta thƣờng tiến hành giải hấp để tái sinh chất hấp phụ (đối
với các vật liệu hấp phụ có giá trị và nhất thiết phải có kích thƣớc đủ lớn để có thể
tái sinh đƣợc).
Phƣơng pháp trao đổi ion cũng là một phần của phƣơng pháp hấp phụ, nhƣng
là quá trình hấp phụ có kèm theo trao đổi ion giữa chất hấp phụ với ion của dung

dịch. Có thể nói quá trình trao đổi ion là quá trình các ion trên bề mặt của vật 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. Cơ
chế trao đổi ion nhƣ sau:
Trao đổi cation
RA + B2+ = RB + A2+
(B2+ là các ion kim loại nhƣ Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cr3+, Fe2+...)
Trao đổi anion
RA + B2- = RB + A2(B2- có thể là Cr2O72-, MoO42-...)
Khi kim loại nặng tiếp xúc với chất trao đổi ion thì sẽ xảy ra quá trình trao đổi
ion giữa dung dịch và chất trao đổi ion [12].
1.4.4. Phương pháp hấp thu sinh học
Phƣơng pháp này sử dụng các loài sinh vật trong tự nhiên hoặc các vật chất có
nguồn gốc sinh học để hấp thu trên bề mặt hoặc thu nhận bên trong tế bào của
chúng các kim loại nặng khi đƣa chúng vào môi trƣờng nƣớc thải có chứa kim loại
nặng.
Hiện nay, ngƣời ta đã tìm ra nhiều loài sinh vật có khả năng hấp thu các kim
loại nặng, phải kể đến là các loài thực vật thủy sinh nhƣ bèo lục bình, rong đuôi

14


chó, bèo tấm, bèo ong, rong xƣơng cá, các loài tảo, vi tảo và nấm.
Nhiều công trình khoa học đã nghiên cứu và chứng minh đƣợc hiệu quả của
các loài thực vật trên trong xử lý nƣớc thải. Chẳng hạn: bèo lục bình có khả năng
hấp thụ Pb, Cr, Ni, Zn, Fe trong nƣớc thải ngành mạ kim loại; rong đuôi chó và bèo
tấm lại có thể giảm thiểu đƣợc Fe, Cu, Pb, Zn có trong ao hồ. Vi tảo hiện nay đang
đƣợc nhiều nhà khoa học trên thế giới để tâm đến. Một số vi tảo đã đƣợc nghiên cứu
khả năng xử lý kim loại nặng trong nƣớc và thu đƣợc kết quả khả quan nhƣ tảo
Silic, Chlroococus paris, Chlorella pyrenoidosa, Chlorella sp, Cladophora

glomerata... Đây là phƣơng pháp đầy hứa hẹn trong việc xử lý kim loại nặng. Tuy
nhiên, mỗi loại tảo chỉ có khả năng hấp thu một số kim loại nhất định, việc thu hồi
sinh khối tảo lại khó khăn và nhất là trƣớc khi đƣa tảo vào xử lý nƣớc phải loại bỏ
các chất độc hại với vi tảo [9].
1.4.5. Phương pháp chuyển hóa sinh học
Xử lý kim loại nặng bằng phƣơng pháp chuyển hóa sinh học có thể thực hiện
bằng hai cách là chuyển hóa trực tiếp và chuyển hóa gián tiếp.
Chuyển hóa trực tiếp: các vi sinh vật (enzym) trực tiếp chuyển hóa các kim
loại nặng ở dạng độc về dạng ít độc hơn hoặc không độc. Ví dụ, vi khuẩn Geobacter
có khả năng biến kim loại từ dạng hòa tan thành dạng rắn, làm cho kim loại tách
khỏi nƣớc ngầm; vi khuẩn pseudomonas có thể khử ion Hg2+ có độc tính về dạng
Hg0 không độc.
Chuyển hóa gián tiếp: Chuyển hóa một chất khác (không phải kim loại) về
dạng có thể kết hợp với kim loại nặng để tạo ra chất ít độc hơn hoặc dễ xử lý hơn.
Ví dụ, sử dụng các vi khuẩn và enzym để chuyển hóa các hợp chất chứa lƣu huỳnh
về dạng S2-, sau đó các kim loại có thể kết hợp với S2- tạo thành các chất kết tủa
[13].
Tuy nhiên, đây là phƣơng pháp còn khá mới mẻ ở Việt Nam. Bởi vì, những
chủng vi sinh vật và enzym đƣợc phát hiện có khả năng chuyển hóa kim loại nặng
không đƣợc công bố rộng rãi. Do vậy, việc áp dụng phƣơng pháp này vào thực tế
gặp nhiều khó khăn.

15


1.5. Một số phương pháp đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong nước
Hiện nay, có rất nhiều phƣơng pháp xác định hàm lƣợng kim loại nặng trong
nƣớc. Tùy theo từng đối tƣợng mẫu phân tích và hàm lƣợng kim loại nặng trong
mẫu mà ta có thể lựa chọn phƣơng pháp nào cho hợp lý. Sau đây là một số phƣơng
pháp đánh giá hàm lƣợng kim loại nặng trong nƣớc quan trọng.

Phƣơng pháp huỳnh quang: Một chất khi hấp thụ một năng lƣợng ở giới hạn
nào đó, hệ electron của phân tử sẽ chuyển lên trạng thái kích thích. Thời gian phân
tử tồn tại ở trạng thái kích thích là rất ngắn (khoảng 10-8 s). Nó nhanh chóng trở về
trạng thái cơ bản và giải phóng năng lƣợng đã hấp thụ. Khi năng lƣợng giải tỏa
đƣợc phát ra dƣới dạng ánh sáng thì gọi là hiện tƣợng phát quang. Vận dụng hiện
tƣợng này, hóa học phân tích đã xây dựng phƣơng pháp huỳnh quang để định tính
và định lƣợng các chất. Ví dụ: Dong Yan- Jie và Ke Gai sử dụng phƣơng pháp
huỳnh quang để xác định vết Pb trên cơ sở cho Pb2+ tạo phức với axit gibberellic
theo tỷ lệ Pb2+: axit là 1: 2 ở pH = 7 – 8. Bƣớc sóng kích thích phát xạ lớn nhất là
205 nm và 308,8 nm. Phƣơng pháp cho giới hạn phát hiện là 52 µg Pb/ml.
Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS): Khi chiếu một chùm tia
sáng có bƣớc sóng ứng đúng với tia phát xạ nhạy của nguyên tố cần xác định vào
đám hơi nguyên tử tự do thì nguyên tử tự do sẽ hấp thụ năng lƣợng của các tia chiếu
vào và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó. Đo phổ này ta xác định đƣợc hàm
lƣợng của nguyên tố cần phân tích. Ví dụ: N. Pourreza và K. Ghanemi đã phân tích
Hg trong nƣớc bằng phƣơng pháp hấp thụ nguyên tử hóa hơi lạnh (CV-AAS).
Đƣờng chuẩn đƣợc xây dựng trong khoảng nồng độ từ 0,04 đến 2,4 ng.mL-1 với hệ
số tƣơng quan 0,9994. Giới hạn phát hiện dựa trên tính toán là 0,02 ng.mL-1. Hệ số
biến thiên khi xác định Hg (II) ở nồng độ 0,4 và 2 ng.mL-1 lần lƣợt là 2,6% và 1,9%.
Phƣơng pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES): Trong điều kiện bình
thƣờng, nguyên tử không thu cũng không phát ra năng lƣợng, nhƣng nếu cung cấp
năng lƣợng cho nguyên tử thì các nguyên tử sẽ chuyển lên trạng thái kích thích.
Trạng thái này không bền, nguyên tử chỉ tồn tại trong một thời gian cực ngắn 10-8s,
chúng có xu hƣớng trở về trạng thái bền vững ban đầu và giải phóng ra năng lƣợng

16


mà nó vừa hấp thu dƣới dạng các bức xạ. Bức xạ này chính là phổ phát xạ nguyên
tử. Các nguồn kích thích phổ phát xạ là ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện dòng xoay

chiều và một chiều, tia lửa điện, plasma cảm ứng.
Phƣơng pháp Quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần kết nối khối phổ
(ICP-MS) là một kỹ thuật phân tích đƣợc sử dụng để xác định nguyên tố. Ngay từ
khi đƣợc thƣơng mại hóa cách đây 20 năm, ICP-MS đã trở thành một thiết bị đƣợc
sử dụng rộng rãi cho những phân tích thƣờng ngày và cả các nghiên cứu ở nhiều
lĩnh vực khác nhau. ICP-MS là một kỹ thuật linh động có nhiều điểm mạnh hơn so
với các kỹ thuật phân tích nguyên tố truyền thống, kể cả Quang phổ Phát xạ Nguyên
tử nguồn cảm ứng cao tần Plasma (ICP-AES) và Quang phổ Hấp thụ Nguyên tử
(AAS). Giới hạn phát hiện tƣơng đƣơng hoặc nhỏ hơn giới hạn phát hiện của AAS
Lò Graphite nhƣng có nhiều ƣu điểm hơn. ICP-MS là một kỹ thuật nhanh, đa
nguyên tố và thƣờng có công suất nhƣ ICP-AES nhƣng có khả năng phát hiện tốt
(thấp) hơn nhiều.
Phƣơng pháp so màu: đây là một phƣơng pháp nhằm đánh giá nhanh hàm
lƣợng của các kim loại nặng trong nƣớc. Theo đó, các kim loại nặng đƣợc cho phản
ứng với các thuốc thử để tạo sản phẩm có màu. Cƣờng độ màu của dung dịch sản
phẩm sẽ tỉ lệ với nồng độ của chất tan. Nhờ việc xây dựng thang màu của các mẫu
chuẩn, ta hoàn toàn có thể đánh giá đƣợc hàm lƣợng của kim loại nặng trong mẫu
phân tích.
1.6. Khả năng sử dụng axit humic và các hợp chất tương tự trong xử lý nước bị
ô nhiễm kim loại nặng
Trong đất, dạng tồn tại cơ bản của axit humic là dạng keo; tuy nhiên, chúng rất
dễ bị phân tán bởi các dung dịch kiềm để tạo thành dung dịch phân tử hoặc dung
dịch keo. Vì ở dạng keo nên axit humic có khả năng hấp phụ cao (dung tích hấp phụ
từ 300 - 600 lđl/100g). Trong cấu tạo tƣơng đối phức tạp của axit humic thì nhóm
COOH và OH đóng vai trò quyết định đến khả năng tạo phức với các ion kim loại
nặng; nhờ đó, axit humic có khả năng hấp phụ các ion kim loại này [20].
Các phức chất của axit humic tƣơng đối bền vững. Sự hình thành các hợp chất

17