Nghiên cứu khả năng lưu giữ và di chuyển của một số kim loại nặng trong bùn nạo vét đô thị (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LƯU GIỮ VÀ DI CHUYỂN CỦA
MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG BÙN NẠO VÉT ĐÔ THỊ

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

CÙ THỊ THÚY HÀ

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LƯU GIỮ VÀ DI CHUYỂN CỦA
MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG BÙN NẠO VÉT ĐÔ THỊ
CÙ THỊ THÚY HÀ
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 60440301
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Lê Thị Hải Lê
2. PGS. TS. Trần Hồng Côn

HÀ NỘI, NĂM 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THIỆN TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Lê Thị Hải Lê

Cán bộ hướng dẫn phụ: PGS.TS. Trần Hồng Côn

Cán bộ phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Hà

Cán bộ phản biện 2: TS. Nguyễn Thu Huyền

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày …… tháng …… năm 20…


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung
thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
(Ký và ghi rõ họ tên)

Cù Thị Thúy Hà


ii

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến giáo viên
hướng dẫn TS. Lê Thị Hải Lê, giảng viên Khoa Môi trường - Trường Đại học Tài
nguyên và Môi trường Hà Nội và PGS.TS. Trần Hồng Côn, giảng viên Khoa Hóa học
– Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đỡ,
hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Nhờ sự hướng dẫn
tận tình của thầy cô mà tôi có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội, Khoa Môi trường đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc
nghiên cứu khoa học của mình.
Trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù đã cố gắng trong việc thu thập,
tham khảo tài liệu và làm việc thực tế nhưng với thời gian thực hiện luận văn cũng
như kiến thức, kỹ năng của bản thân có hạn nên luận văn không tránh khỏi những
thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô để luận
văn của tôi được hoàn thiện.
Tôi xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2017
HỌC VIÊN
Cù Thị Thúy Hà


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................. ix
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................2
3. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ................................................................ 3
1.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................3
1.1.1. Tổng quan về bùn thải và phân loại ...........................................................3
1.1.2. Tổng quan về kim loại chì, đồng .............................................................13
1.2. Hiện trạng quản lý bùn tại Việt Nam .............................................................23
1.3. Các phương pháp xử lý bùn thải ....................................................................29
1.3.1. Tách nước ................................................................................................29
1.3.2. Phương pháp thiêu đốt .............................................................................30
1.3.3. Sấy khô - thiêu đốt và công nghệ nhiệt khác ...........................................30
1.3.4. Phương pháp chôn lấp .............................................................................31
1.3.5. Ổn định bùn thải bằng vôi bột .................................................................32
1.3.6. Phương pháp Pasteur ...............................................................................32
1.3.7. Phương pháp ủ sinh học...........................................................................32
1.3.8. Phân hủy kỵ khí .......................................................................................32
1.3.9. Phân hủy hiếu khí ....................................................................................33
1.3.10. Phương pháp thu hồi tái chế ..................................................................33
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 35
2.1. Đối tượng, phạm vi và thời gian nghiên cứu ..................................................35
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ..............................................................................35
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................35
2.1.3. Thời gian nghiên cứu ...............................................................................36
2.2. Các phương pháp định lượng chì, đồng .........................................................36
2.2.1. Phương pháp phân tích hoá học [14],[15] ...............................................37

iv

2.2.2. Phương pháp phân tích công cụ ...............................................................39
2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................42
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu ..................................................................42
2.3.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa ..............................................42
2.3.3. Phương pháp thực nghiệm .......................................................................42
2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu .......................................................................48
2.3.5. Phương pháp so sánh ...............................................................................49
2.4. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................49
2.4.1. Khảo sát sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ thành các dạng ít tan trong
nước ...................................................................................................................49
2.4.2. Khảo sát khả năng di chuyển của kim loại nặng (Pb, Cu) từ bùn ra môi
trường dưới tác động của nước mưa và môi trường thoáng khí ........................50
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 56
3.1. Hệ số khô kiệt của bùn ...................................................................................56
3.2. Kết quả xác định hàm lượng kim loại nặng trong bùn ...................................56
3.3. Kết quả phân tích mẫu nước sông ..................................................................57
3.4. Lập đường chuẩn phân tích chì và đồng ........................................................58
3.4.1. Đường chuẩn phân tích chì ......................................................................58
3.4.2. Đường chuẩn phân tích đồng ...................................................................59
3.5. Sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ thành các dạng ít tan trong nước ..........60
3.5.1. Khảo sát khả năng tạo kết tủa hydroxit của kim loại nặng (Pb, Cu) trong
điều kiện pH thay đổi .........................................................................................60
3.5.2. Khảo sát khả năng tạo kết tủa sunfua của kim loại nặng (Pb, Cu) trong điều
kiện pH thay đổi .................................................................................................66
3.6. Khảo sát khả năng di chuyển của kim loại nặng (Pb, Cu) từ bùn ra môi trường
dưới tác động của nước mưa và môi trường thoáng khí........................................74
3.6.1. Khảo sát đối với dạng kết tủa hydroxit ....................................................74
3.6.2. Khảo sát đối với dạng kết tủa sunfua.......................................................92

3.7. Cảnh báo về mức độ an toàn khi tập trung, lưu trữ bùn thải nạo vét đô thị .112
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 115
1. Kết luận............................................................................................................115
2. Kiến nghị .........................................................................................................116
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 117


v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT

Chữ viết tắt

Giải thích

1.

BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

2.

BXD

Bộ Xây dựng

3.

KHM

Ký hiệu mẫu

4.

KLN

Kim loại nặng

5.

N

Nitơ

6.

QCVN

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

7.

P

Photpho

8.

PTN

Phòng thí nghiệm

9.

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

10.

TN

Thí nghiệm

11.

US EPA

United States Environmental Protection Agency
(Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ)

12.

WHO

World Health Organization (Tổ chức Y tế thế
giới)

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thành phần chất dinh dưỡng và kim loại nặng trong bùn cặn ...................8
Bảng 1.2. Các hằng số vật lý của chì [7]...................................................................13
Bảng 1.3. Các hằng số vật lý của đồng [12] .............................................................20
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích tại phòng thí nghiệm ..................43
Bảng 2.2. Danh mục hóa chất sử dụng trong nghiên cứu .........................................47
Bảng 2.3. Thành phần nước mưa giả định [23] ........................................................52
Bảng 3.1. Kết quả phân tích chất lượng đầu vào mẫu bùn .......................................56
Bảng 3.2. Kết quả phân tích chất lượng đầu vào mẫu nước sông .............................57
Bảng 3.3. Số liệu lập đường chuẩn chì .....................................................................58
Bảng 3.4. Số liệu lập đường chuẩn đồng ..................................................................59
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là Pb(OH)2 – TN1
...................................................................................................................................60
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là Pb(OH)2 - TN2
...................................................................................................................................61
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là Cu(OH) 2 –
TN3............................................................................................................................63
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là Cu(OH) 2 –
TN4............................................................................................................................64
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là PbS – TN5 66
Bảng 3.10. Kết quả khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là PbS – TN6
...................................................................................................................................67
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là CuS – TN7
...................................................................................................................................71
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là CuS – TN8
...................................................................................................................................72
Bảng 3.13. Kết quả khảo sát khối lượng chì dạng Pb(OH)2 di chuyển từ bùn vào môi

trường nước đối với nước mưa pH = 6,5 ..................................................................75


vii

Bảng 3.14. Kết quả khảo sát khối lượng chì dạng Pb(OH)2 di chuyển từ bùn vào môi
trường nước đối với nước mưa pH = 5,0 ..................................................................77
Bảng 3.15. Kết quả khảo sát khối lượng chì dạng Pb(OH)2 di chuyển từ bùn vào môi
trường nước đối với nước mưa pH = 4,5 ..................................................................79
Bảng 3.16. Kết quả khảo sát khối lượng chì dạng Pb(OH)2 di chuyển từ bùn vào môi
trường nước ...............................................................................................................82
Bảng 3.17. Kết quả khảo sát khối lượng đồng dạng Cu(OH)2 di chuyển từ bùn vào
môi trường nước đối với nước mưa pH = 6,5 ...........................................................84
Bảng 3.18. Kết quả khảo sát khối lượng đồng dạng Cu(OH)2 di chuyển từ bùn vào
môi trường nước đối với nước mưa pH 5,0 ..............................................................86
Bảng 3.19. Kết quả khảo sát khối lượng đồng dạng Cu(OH)2 di chuyển từ bùn vào
môi trường nước đối với nước mưa pH = 4,5 ...........................................................88
Bảng 3.20. Kết quả khảo sát khối lượng đồng dạng Cu(OH)2 di chuyển từ bùn vào
môi trường nước ........................................................................................................90
Bảng 3.21. Kết quả khảo sát khối lượng chì dạng PbS di chuyển từ bùn vào môi
trường nước đối với nước mưa pH = 6,5 ..................................................................92
Bảng 3.22. Kết quả khảo sát khối lượng chì dạng PbS di chuyển từ bùn vào môi
trường nước đối với nước mưa pH = 5,0 ..................................................................95
Bảng 3.23. Kết quả khảo sát khối lượng chì dạng PbS di chuyển từ bùn vào môi
trường nước đối với nước mưa pH = 4,5 ..................................................................97
Bảng 3.24. Kết quả khảo sát khối lượng chì dạng PbS di chuyển từ bùn vào môi
trường nước .............................................................................................................100
Bảng 3.25. Kết quả khảo sát khối lượng đồng dạng CuS di chuyển từ bùn vào môi
trường nước đối với nước mưa pH = 6,5 ................................................................102
Bảng 3.26. Kết quả khảo sát khối lượng đồng dạng CuS di chuyển từ bùn vào môi

trường nước đối với nước mưa pH = 5,0 ................................................................105
Bảng 3.27. Kết quả khảo sát khối lượng đồng dạng CuS di chuyển từ bùn vào môi
trường nước đối với nước mưa pH = 4,5 ................................................................107


viii

Bảng 3.28. Kết quả khảo sát khối lượng đồng dạng CuS di chuyển từ bùn vào môi
trường nước .............................................................................................................110


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Vị trí lấy mẫu nước sông và mẫu bùn .......................................................35
Hình 1.1. Nguyên tắc của phương pháp cực phổ (a) và Von-Ampe hòa tan (b) ......39
Hình 3.1. Đường chuẩn chì .......................................................................................58
Hình 3.2. Đường chuẩn đồng ....................................................................................59
Hình 3.3. Khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là Pb(OH)2 – TN1......61
Hình 3.4. Khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là Pb(OH)2- TN2 .......62
Hình 3.5. Khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là Cu(OH)2 – TN3 ..64
Hình 3.6. Khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là Cu(OH)2 – TN4 ..65
Hình 3.7. Khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là PbS – TN5 .............67
Hình 3.8. Khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là PbS- TN6 ...............68
Hình 3.9. Tương quan hàm lượng chì khi có mặt ion OH- và ion S2—TN5 ..............69
Hình 3.10. Tương quan hàm lượng chì khi có mặt ion OH- và ion S2—TN6 ............69
Hình 3.11. Khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là CuS – TN7........71
Hình 3.12. Khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là CuS – TN8........72
Hình 3.13. Tương quan hàm lượng đồng khi có mặt ion OH- và ion S2—TN7 .........73
Hình 3.14. Tương quan hàm lượng đồng khi có mặt ion OH- và ion S2—TN8 .........73

Hình 3.15. Khối lượng chì hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 6,5 ..........76
Hình 3.16. Khối lượng chì tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 6,5 ..76
Hình 3.17. Khối lượng chì hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 5,0 ..........78
Hình 3.18. Khối lượng chì tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 5,0 ..79
Hình 3.19. Khối lượng chì hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 4,5 ..........80
Hình 3.20. Khối lượng chì tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 4,5 ..81
Hình 3.21. Biến thiên chì trong nước rỉ bùn tại các pH khác nhau ...........................83
Hình 3.22. Khối lượng đồng hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 6,5 .......85


x

Hình 3.23. Khối lượng đồng tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 6,5
...................................................................................................................................85
Hình 3.24. Khối lượng đồng hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 5,0 .......87
Hình 3.25. Khối lượng đồng tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 5,0
...................................................................................................................................87
Hình 3.26. Khối lượng đồng hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 4,5 .......89
Hình 3.27. Khối lượng đồng tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 4,5
...................................................................................................................................89
Hình 3.28. Biến thiên đồng trong nước rỉ bùn tại các pH khác nhau........................91
Hình 3.29. Khối lượng chì hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 6,5 ..........93
Hình 3.30. Khối lượng chì tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 6,5 ..94
Hình 3.31. Khối lượng chì hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 5,0 ..........96
Hình 3.32. Khối lượng chì tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 5,0 ..96
Hình 3.33. Khối lượng chì hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH 4,5 .............98
Hình 3.34. Khối lượng chì tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH 4,5 .....99
Hình 3.35. Biến thiên chì trong nước rỉ bùn tại các pH khác nhau .........................101
Hình 3.36. Khối lượng đồng hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 6,5 .....103
Hình 3.37. Khối lượng đồng tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 6,5

.................................................................................................................................104
Hình 3.38. Khối lượng đồng hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 5,0 .....106
Hình 3.39. Khối lượng đồng tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 5,0
.................................................................................................................................106
Hình 3.40. Khối lượng đồng hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 4,5 .....108
Hình 3.41. Khối lượng đồng tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 4,5
.................................................................................................................................109
Hình 3.42. Biến thiên đồng trong nước rỉ bùn tại các pH khác nhau......................111


TÓM TẮT LUẬN VĂN
+ Họ và tên học viên: Cù Thị Thúy Hà
+ Lớp: CH1MT

Khóa: 2015-2017

+ Cán bộ hướng dẫn:
1.

TS. Lê Thị Hải Lê

2.

PGS. TS. Trần Hồng Côn

+ Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng lưu giữ và di chuyển của một số
kim loại nặng trong bùn nạo vét đô thị
+ Tóm tắt:
1. Đặt vấn đề
Hệ thống thoát nước đô thị của Việt Nam chủ yếu là hệ thống thoát nước

chung cho cả 3 loại nước thải là nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất và nước
mưa. Hệ thống thoát nước đô thị bao gồm các tuyến cấp I (cống chính hoặc
kênh mương), tuyến cống cấp II (cống lưu vực) và cống cấp III (thu gom nước
thải và nước mưa trực tiếp từ các đường phố và khu dân cư). Trên hệ thống
thoát nước còn có các trạm bơm và hồ điều hoà. Phần lớn hệ thống thoát nước
các đô thị lớn đều đã được xây dựng từ lâu, xuống cấp và quá tải.
Đánh giá chế độ hoạt động của mạng lưới thoát nước đô thị thấy rằng
một trong những yếu tố chính cản trở việc thu gom và tiêu thoát nước đô thị là
sự lắng đọng bùn cặn trong cống rãnh, kênh mương và hồ. Nói cách khác, bùn
cặn là nguyên nhân chính gây ra tình trạng ngập úng vào mùa mưa. Vì vậy,
định kỳ nạo vét, thu gom bùn cặn trong cống rãnh, kênh mương góp phần giảm
ngập úng, đảm bảo vệ sinh môi trường.
Bùn cặn theo nước mưa và nước thải có nguồn gốc từ quá trình cuốn trôi
bề mặt do mưa, từ nước thải sinh hoạt, công trình dịch vụ và nhà máy xí nghiệp


và trong quá trình xử lý nước thải. Trong tất cả các loại bùn cặn trên, bùn cặn
trong mạng lưới thoát nước (cống, kênh mương và hồ) không tập trung, khó
thu gom và thành phần phức tạp nhất. Bùn cặn nước thải sinh hoạt có hàm
lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cao, các chất độc hại thấp dễ sử dụng
làm phân bón; nhưng hàm lượng kim loại nặng trong đó luôn là sự cản trở lớn
nhất.
Trong quá trình nạo vét, thu gom, vận chuyển và xử lý, bùn thải chuyển
từ trạng thái yếm khí sang hiếu khí, các điều kiện môi trường thay đổi, hợp chất
trong bùn chuyển hóa thành nhiều dạng khác nhau. Dưới tác động của các tác
nhân vật lý, hóa học, sinh học, kim loại nặng trong bùn có thể bị hấp phụ hoặc
được giữ lại ở các dạng kết tủa trong bùn thải hay có thể bị hòa tan và đi vào
môi trường nước gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng.
Hiện nay chưa có nhiều nghiên cứu về khả năng lưu giữ và di chuyển của kim
loại nặng trong bùn cũng như việc kiểm soát chất lượng bùn thải. Vì vậy, đề tài

“Nghiên cứu khả năng lưu giữ và di chuyển của một số kim loại nặng trong
bùn nạo vét đô thị” được chúng tôi lựa chọn để nghiên cứu.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu được sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ thành các dạng ít
tan trong nước sông: khảo sát sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ tạo kết tủa
hydroxit và sunfua trong môi trường nước sông.
- Nghiên cứu khả năng lưu giữ và di chuyển của dạng kết tủa chì, đồng
từ bùn nạo vét đô thị ra môi trường để hiểu rõ được hành vi của kim loại nặng
trong bùn khi nạo vét đưa lên tập trung hay chôn lấp.
+ Nghiên cứu đối với kết tủa dạng hydroxit;
+ Nghiên cứu đối với dạng kết tủa sunfua;


- Đưa ra cảnh báo về mức độ an toàn khi tập trung, lưu trữ bùn thải nạo
vét đô thị.
3. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát khả năng tạo kết tủa hydroxit của kim loại nặng (Pb, Cu) trong
điều kiện pH thay đổi: Chuẩn bị 1 lít mẫu nước sông Kim Ngưu cho vào cốc
thủy tinh sạch dung tích 2 lít. Thêm dung dịch chuẩn Cu, Pb vào mẫu nước, đo
pH ban đầu của dung dịch. Điều chỉnh pH của dung dịch về khoảng pH = 2,
dùng đũa thủy tinh khuấy đều dung dịch 30 phút. Sau khi khuấy, đo lại pH của
dung dịch. Lấy khoảng 30 – 40ml dung dịch lọc qua giấy lọc băng xanh để loại
bỏ kết tủa và chuyển vào lọ đựng mẫu để xác định hàm lượng Cu, Pb. Bảo quản
mẫu bằng cách thêm axit HNO3 đến pH = 1-2. Điều chỉnh pH của dung dịch
tăng lên một nấc, lặp lại quy trình thí nghiệm như trên. Lặp lại quá trình điều
chỉnh pH, khuấy mẫu, rút mẫu đến khi dung dịch đạt pH = 10.

- Khảo sát khả năng tạo kết tủa sunfua của kim loại nặng (Pb, Cu)
trong điều kiện pH thay đổi: Chuẩn bị 1 lít mẫu nước sông Kim Ngưu cho
vào cốc thủy tinh sạch dung tích 2 lít. Thêm dung dịch chuẩn Cu, Pb vào

mẫu nước, đo pH ban đầu của dung dịch. Điều chỉnh pH của dung dịch về
khoảng pH = 2, dùng đũa thủy tinh khuấy đều dung dịch 30 phút. Sau khi
khuấy, đo lại pH của dung dịch. Lấy khoảng 30 – 40ml dung dịch, thêm
2-3 giọt Na2S đến dư, khuấy đều dung dịch để tạo hết kết tủa, lọc qua giấy
lọc băng xanh để loại bỏ kết tủa và chuyển vào lọ đựng mẫu để xác định
hàm lượng Cu, Pb. Bảo quản mẫu bằng cách thêm axit HNO 3 đến pH = 12. Điều chỉnh pH của dung dịch tăng lên một nấc, lặp lại quy trình thí
nghiệm như trên. Lặp lại quá trình điều chỉnh pH, khuấy mẫu, rút mẫu đến
khi dung dịch đạt pH = 10.
- Khảo sát khả năng di chuyển của kim loại nặng (Pb, Cu) từ bùn ra môi
trường dưới tác động của nước mưa: Dùng chậu nhựa bên dưới để hứng nước


rỉ từ bùn. Cân chính xác khối lượng mẫu bùn cho vào rổ nhựa có lót một lớp
vải sao cho lớp bùn dày khoảng 10cm. Để mẫu bùn ngoài không khí 4-6 giờ để
bùn róc nước, thu được bùn sệt. Hút chính xác 5ml dung dịch chuẩn Pb
1000ppm và 5ml dung dịch chuẩn Cu 1000ppm vào cốc thủy tinh sạch có chứa
khoảng 10ml nước cất.
+ Khảo sát đối với dạng kết tủa hydroxit: Thêm dư dung dịch NaOH
0,1M vào cốc thủy tinh, khuấy đều cho phản ứng hoàn toàn. Lọc dung dịch có
chứa kết tủa Pb(OH)2 và Cu(OH)2 qua giấy lọc băng xanh, loại bỏ NaOH dư
bằng cách tia nước cất rửa giấy lọc nhiều lần. Trộn đều kết tủa Pb(OH)2 và
Cu(OH)2 vào rổ bùn cho đồng nhất mẫu.
+ Khảo sát đối với dạng kết tủa sunfua:Thêm dư dung dịch Na2S 0,1M
vào cốc thủy tinh, khuấy đều cho phản ứng hoàn toàn. Lọc dung dịch có chứa
kết tủa PbS và CuS qua giấy lọc băng xanh, loại bỏ Na2S dư bằng cách tia nước
cất rửa giấy lọc nhiều lần. Trộn đều kết tủa PbS và CuS vào rổ bùn cho đồng
nhất mẫu.
Dùng nước mưa nhân tạo ở các pH = 6,5; pH = 5,0 và pH = 4,5 để tưới
lên bề mặt bùn. Để nước mưa thấm vào bùn, sau 24 giờ thu dung dịch rỉ từ hỗn
hợp bùn ở dưới chậu nhựa. Lấy khoảng 30-40 ml dung dịch, lọc qua giấy lọc

và chuyển vào lọ đựng mẫu để phân tích hàm lượng Cu, Pb. Bảo quản mẫu
bằng cách thêm axit HNO3 đến pH = 1-2. Dung dịch rỉ còn lại đem định mức
lên bằng nước mưa nhân tạo, tiếp tục tưới lên bề mặt bùn. Mỗi lần định mức
nước mưa để tưới lên bùn, tính hệ số pha loãng mẫu. Lặp lại thí nghiệm tưới
nước mưa, thu nước rỉ.
4. Kết quả nghiên cứu đạt được
Để có cái nhìn khái quát về khả năng lưu giữ và di chuyển của chì và
đồng trong bùn nạo vét đô thị, luận văn đã tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh


hưởng đến các dạng kết tủa có khả năng tồn tại trong môi trường nước sông
Kim Ngưu và bùn nạo vét thực tế như sunfua và hydroxit. Các kết quả chính
thu được trong quá trình nghiên cứu như sau:
1. Xác định khả năng tạo kết tủa của chì hydroxit và chì sunfua trong
mẫu nước sông Kim Ngưu:
+ Đối với Pb(OH)2: khác với trong dung dịch nước cất, trong môi
trường nước sông Kim Ngưu (Hà Nội), Pb(II) bắt đầu kết tủa ngay từ khi
pH >2 và tiếp tục cho đến pH 6. Từ pH 6 đến khoảng pH 8 có hiện tượng
nồng độ Pb trong dung dịch tăng nhẹ. Khi pH > 10 thì tính chất lưỡng tính của
Pb lại thể hiện khi nồng độ chì có xu hướng bắt đầu tan ra dưới dạng plumbat.
+ Đối với PbS: khi có mặt của ion S2- nồng độ chì trong nước ở khoảng
pH 2 ÷ 5 giảm so với nồng độ chì ban đầu một lượng khá nhiều. Trong
khoảng pH = 5 ÷ 8 thì hàm lượng chì gần như không thay đổi.
2. Xác định khả năng tạo kết tủa đồng hydroxit và đồng sunfua trong
mẫu nước sông Kim Ngưu:
+ Đối với Cu(OH)2: khi pH tăng, từ những giá trị pH < 6 lẽ ra đồng chưa
kết tủa nhưng ở đây nồng độ đồng đã giảm. Trong vùng pH = 6 ÷ 8, nồng độ
đồng có xu hướng tăng nhẹ hoặc không tăng.
+ Đối với CuS: khi có mặt của ion S2- nồng độ đồng trong nước giảm
đáng kể nhưng không hoàn toàn, trong mẫu nước vẫn tồn tại đồng hòa tan.

3. Dưới tác động của nước mưa, các dạng kết tủa của chì và đồng trong
bùn sông Kim Ngưu sau khi được nạo vét lên bờ có xu hướng di chuyển từ pha
rắn (bùn thải) sang pha lỏng (nước rỉ bùn).
Đối với các hợp chất ít tan (sunfua và hydroxit) của chì, khả năng giải
phóng từ bùn ra môi trường dưới tác động của nước mưa và môi trường thoáng


khí rất hạn chế và thường chỉ xảy ra trong những ngày đầu khi đưa bùn lên mặt
đất. Còn đối với đồng thì ngược lại, hàm lượng đồng giải phóng ra từ các kết
tủa ít tan tương tự lại có xu hướng tăng theo thời gian lưu trữ.
Lượng kim loại nặng bị phát tán và tích lũy trong môi trường nước tăng
lên theo thời gian lưu của bùn. Nước mưa có tính axit càng cao càng làm tăng
tốc độ di chuyển của các kim loại này từ bùn so với nước mưa thông thường ra
môi trường.


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hệ thống thoát nước đô thị của Việt Nam chủ yếu là hệ thống thoát nước chung
cho cả 3 loại nước thải là nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất và nước mưa. Hệ
thống thoát nước đô thị bao gồm các tuyến cấp I (cống chính hoặc kênh mương),
tuyến cống cấp II (cống lưu vực) và cống cấp III (thu gom nước thải và nước mưa
trực tiếp từ các đường phố và khu dân cư). Trên hệ thống thoát nước còn có các trạm
bơm và hồ điều hoà. Phần lớn hệ thống thoát nước các đô thị lớn đều đã được xây
dựng từ lâu, xuống cấp và quá tải.
Đánh giá chế độ hoạt động của mạng lưới thoát nước đô thị thấy rằng một
trong những yếu tố chính cản trở việc thu gom và tiêu thoát nước đô thị là sự lắng
đọng bùn cặn trong cống rãnh, kênh mương và hồ. Nói cách khác, bùn cặn là nguyên

nhân chính gây ra tình trạng ngập úng vào mùa mưa. Vì vậy, định kỳ nạo vét, thu
gom bùn cặn trong cống rãnh, kênh mương góp phần giảm ngập úng, đảm bảo vệ sinh
môi trường.
Bùn cặn theo nước mưa và nước thải có nguồn gốc từ quá trình cuốn trôi bề
mặt do mưa, từ nước thải sinh hoạt, công trình dịch vụ và nhà máy xí nghiệp và trong
quá trình xử lý nước thải. Trong tất cả các loại bùn cặn trên, bùn cặn trong mạng lưới
thoát nước (cống, kênh mương và hồ) không tập trung, khó thu gom và thành phần
phức tạp nhất. Bùn cặn nước thải sinh hoạt có hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh
dưỡng cao, các chất độc hại thấp dễ sử dụng làm phân bón; nhưng hàm lượng kim
loại nặng trong đó luôn là sự cản trở lớn nhất.
Trong quá trình nạo vét, thu gom, vận chuyển và xử lý, bùn thải chuyển từ
trạng thái yếm khí sang hiếu khí, các điều kiện môi trường thay đổi, hợp chất trong
bùn chuyển hóa thành nhiều dạng khác nhau. Dưới tác động của các tác nhân vật lý,
hóa học, sinh học, kim loại nặng trong bùn có thể bị hấp phụ hoặc được giữ lại ở các
dạng kết tủa trong bùn thải hay có thể bị hòa tan và đi vào môi trường nước gây ô
nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng. Hiện nay chưa có nhiều


2

nghiên cứu về khả năng lưu giữ và di chuyển của kim loại nặng trong bùn cũng như
việc kiểm soát chất lượng bùn thải. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu khả năng lưu giữ và
di chuyển của một số kim loại nặng trong bùn nạo vét đô thị” được chúng tôi lựa
chọn để nghiên cứu.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu được sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ thành các dạng ít tan
trong nước sông: khảo sát sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ tạo kết tủa hydroxit và
sunfua trong môi trường nước sông.
- Nghiên cứu khả năng lưu giữ và di chuyển của dạng kết tủa chì, đồng từ bùn
nạo vét đô thị ra môi trường để hiểu rõ được hành vi của kim loại nặng trong bùn khi

nạo vét đưa lên tập trung hay chôn lấp.
+ Nghiên cứu đối với kết tủa dạng hydroxit;
+ Nghiên cứu đối với dạng kết tủa sunfua;
- Đưa ra cảnh báo về mức độ an toàn khi tập trung, lưu trữ bùn thải nạo vét đô
thị.
3. Nội dung nghiên cứu
- Thu thập tài liệu về bùn thải; kim loại chì, đồng (Pb, Cu); ảnh hưởng của pH
và sunfua đến khả năng chuyển hóa của các kim loại đó trong quy mô phòng thí
nghiệm.
- Khảo sát sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ thành các dạng ít tan (dạng
hydroxit, dạng sunfua) trong môi trường nước sông.
- Khảo sát khả năng di chuyển của kim loại chì, đồng (Pb, Cu) từ bùn ra môi
trường dưới tác động của nước mưa và môi trường thoáng khí.


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Đối tượng nghiên cứu
1.1.1. Tổng quan về bùn thải và phân loại
a. Khái niệm
Bùn là hỗn hợp chất rắn và nước có thành phần đồng nhất trong toàn bộ thể
tích, có kích thước hạt nhỏ hơn 2mm và có hàm lượng nước (độ ẩm) lớn hơn 70%.
Có nhiều dạng bùn phát sinh cùng với hoạt động của các đô thị hiện nay là bùn thải
từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, bùn bể tự hoại, bùn sông hồ, cống rãnh thoát
nước, bùn thải từ hoạt động công nghiệp [1].
Tại khoản 1 điều 3 Nghị định 38/2015/NĐ-CP quy định, chất thải rắn là chất
thải ở thể rắn hoặc sệt (còn gọi là bùn thải) được thải ra từ sản xuất, kinh doanh, dịch
vụ, sinh hoạt hoặc các hoạt động khác [2].
US-EPA (Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ) định nghĩa bùn thải như sản

phẩm cuối cùng được tạo ra từ quá trình xử lý nước thải dân dụng và nước thải công
nghiệp từ nhà máy xử lý nước thải ở dạng hỗn hợp bán rắn. Thuật ngữ này đôi khi
cũng được sử dụng như một thuật ngữ chung cho chất rắn được tách biệt với huyền
phù trong nước, hỗn hợp vật chất này thường chứa một lượng đáng kể nước giữa các
khoảng trống của các hạt rắn. Các quá trình xử lý nước thải dẫn đến việc tách các chất
gây ô nhiễm và chuyển chúng sang pha có thể tích nhỏ hơn (bùn). Như vậy, sau quá
trình xử lý và làm sạch nước thải, nước sạch có thể được tái sử dụng lại, còn bùn tạo
thành sẽ được thải đi. Việc xử lý và thải bùn rất khó do lượng bùn lớn, thành phần
khác nhau, độ ẩm cao và bùn rất khó lọc. Giá thành xử lý và thải bùn chiếm khoảng
25÷50% tổng giá thành quản lý chất thải [3].
Bùn từ hệ thống thoát nước thải sinh hoạt đô thị là dư lượng chất lỏng, đặc hay
dạng sệt được tạo ra do quá trình vận chuyển và chuyển hóa nước thải trong các cống
rãnh thoát nước, là hỗn hợp các chất hữu cơ và vô cơ bao gồm tất cả các loại bùn thu


4

nhận từ đường ống thoát nước đô thị được xem như sản phẩm phụ cần xử lý của quá
trình này. Bùn bao gồm chủ yếu là nước, khoáng chất và chất hữu cơ.
Bùn thải có thể chứa các chất dễ bay hơi, sinh vật gây bệnh, vi khuẩn, kim loại
nặng, các ion vô cơ cùng với hóa chất độc hại từ chất thải công nghiệp, hóa chất gia
dụng và thuốc trừ sâu. Lượng bùn thải tăng theo mức độ tăng dân số và tăng trưởng
sản xuất. Số lượng bùn thải thường rất lớn và gây ô nhiễm cho môi trường nếu không
được xử lý tốt [4].
b. Phân loại
Bùn được phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh và thành phần của chúng.
Thành phần bùn phụ thuộc vào bản chất ô nhiễm ban đầu của nước và phương pháp
làm sạch: xử lý vật lý, xử lý hóa học và xử lý sinh học [4], cụ thể:
- Bùn hữu cơ ưa nước: Đó là loại phổ biến nhất, khó khăn của việc làm khô
bùn là do sự có mặt của phần lớn các chất keo ưa nước. Người ta xếp trong loại này

tất cả các bùn thải từ quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, mà hàm
lượng chất bay hơi có thể đạt đến 90% toàn bộ chất khô (nước thải sinh hoạt, nước
thải của công nghiệp thực phẩm, hóa hữu cơ).
- Bùn vô cơ ưa nước: Các bùn này chứa hydroxit kim loại tạo thành của phương
pháp hóa lý bằng cách làm kết tủa ion kim loại có trong nước xử lý (Al, Fe, Zn, Cr,...)
hoặc do sử dụng kết bông vô cơ (muối ferreux hoặc ferit, muối nhôm).
- Bùn chứa dầu: Nó đặc trưng bằng việc trong các chất thải có mặt một lượng
dầu nhỏ hoặc mỡ khoáng chất (hoặc động vật). Các chất này ở dạng nhũ hoặc hấp thụ
các phần tử bùn ưa nước. Một phần bùn sinh học cũng có thể có mặt trong trường
hợp xử lý cuối cùng bằng than hoạt tính (ví dụ: xử lý nước thải của nhà máy lọc dầu).
- Bùn vô cơ kị nước: Các bùn này được đặc trưng bằng một tỷ lệ trội hơn các
chất đặc biệt có hàm lượng giữ nước nhỏ (cát, bùn phù sa, xỉ, vẩy rèn, muối đã kết
tinh,...).


5

- Bùn vô cơ ưa nước – kị nước: Bùn này chủ yếu bao gồm các chất kị nước
chứa vừa đủ chất ưa nước để cho ảnh hưởng bất lợi của chất này đến việc làm khô
bùn chiếm ưu thế hơn. Các chất ưa nước thường là các hydroxit kim loại (chất kết
tụ).
- Bùn có sợi: nói chung loại bùn này rất dễ làm khô trừ khi việc thu hồi bùn
làm cho các sợi chuyển sang dạng ưa nước do sự có mặt của hydroxit hoặc bùn sinh
học.
Bùn nạo vét đô thị có nguồn gốc phát sinh chủ yếu từ nước thải sinh hoạt, các
loại nước thải khác và nước mưa, nước rửa đường, nước tưới cây nên thành phần
chính của bùn được phân loại là bùn hữu cơ ưa nước và bùn vô cơ kị nước.
c. Nguồn gốc của bùn thải
Bùn thải được phát sinh từ nhiều nguồn [3]:
- Bùn thải từ hệ thống thoát nước, kênh rạch: Thành phần và đặc tính của bùn

chủ yếu là chất hữu cơ (70-82%) và một số kim loại nặng với hàm lượng cao. Lượng
bùn thải khổng lồ này đang có xu hướng tăng lên và hiện nay ở nước ta vẫn chưa có
nơi nào tìm được cách giải quyết.
- Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải đô thị: Nước thải đô thị bao gồm cả
nước thải hộ gia đình, nước thải công nghiệp,... Như vậy, nước thải được hình thành
trong quá trình sinh hoạt của con người. Đặc trưng nước thải đô thị là: hàm lượng
chất hữu cơ cao (55÷60% tổng lượng chất rắn), chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh
vật gây bệnh, vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa
chất bẩn trong nước thải. Nước thải đô thị giàu chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, là nguồn
gốc để các loại vi khuẩn (cả vi khuẩn gây bệnh) phát triển là một trong những nguồn
gây ô nhiễm chính đối với môi trường nước, được chuyển tới các nhà máy xử lý nước
thải sinh hoạt và các hệ thống sông thoát nước thành phố. Bùn sinh ra từ quá trình
này, là kết quả của các vật chất được nước thải mang lắng đọng trong các hệ thống
cống thoát và hoạt động của các vi sinh vật sống trong các hệ thống này, biến cát
thành bùn. Bùn này thường bị ô nhiễm với nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ độc hại,


6

tùy thuộc vào các nguồn nước thải đầu vào, do nồng độ của các vật liệu trong các
chất rắn còn lại là kết quả của quá trình xử lý nước thải.
- Bùn thải từ hố ga, bể phốt: Là hỗn hợp bùn, phân và chất lỏng thu gom được
từ hệ thống vệ sinh tại chỗ, riêng lẻ như: các nhà xí, nhà vệ sinh công cộng không có
cống thoát nước, bể tự hoại và hố xí dội nước. Phân bùn bể tự hoại là phân bùn tạo ra
từ các bể tự hoại (cặn lắng, váng nổi hoặc dạng lỏng). Bể tự hoại tiếp nhận các sản
phẩm bài tiết của người từ các công trình vệ sinh, xử lý phần chất lỏng bằng cách
lắng chất rắn. Phần chất rắn trong bùn cặn là 660 g/kg, tỷ trọng điển hình của cặn
lắng đáy dạng bùn là 1,4÷1,5 t/m3 (gần giống cặn lắng nước thải) và hàm lượng nước
(độ ẩm) là 50%. Khác với nước thải, tính chất của phân bùn tuỳ thuộc vào thời gian
lưu trong bể tự hoại. Thành phần hữu cơ của các loại phân bùn từ các công trình vệ

sinh có thời gian sử dụng khác nhau. Các thành phần này nếu được xử lý và thu hồi
theo phương thức hợp lý sẽ là nguồn phân bón thực sự có ích cho cây trồng và đồng
thời góp phần làm giảm nhẹ tải trọng của hệ thống đường ống thoát nước tại các đô
thị và giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trường.
- Bùn thải nuôi trồng thủy hải sản (nuôi trồng tôm): Bùn thải nuôi tôm là nguồn
chất lắng đọng xuống đầm nuôi tôm, một nguồn thải vô cùng nguy hiểm cho vấn đề
lan truyền dịch bệnh và ô nhiễm môi trường. Sau 3-4 tháng, lớp bùn lắng này có thể
dày 20÷30 cm phủ khắp tầng đáy diện tích nuôi tôm. Một số kết quả nghiên cứu thành
phần bùn thải nuôi trồng tôm cho thấy thành phần hết sức phức tạp, các chất tồn dư
và vật tư hóa chất sử dụng trong quá trình nuôi tôm như vôi, hóa chất, lưu huỳnh,
lắng đọng bùn phèn trong đất chứa các độc tố môi trường, những vi khuẩn gây bệnh,
tảo lục, nấm bệnh và đặc biệt là các sản phẩm phân hủy của quá trình yếm khí như
NH3, H2S, CH4 là các tác nhân gây hại vô cùng nguy hiểm cho vật nuôi.
d. Đặc điểm, tính chất của bùn thải
Hơn 60.000 độc chất và chất độc hóa học đã được tìm thấy trong bùn thải và
nước thải. Stephen Lester (CHEJ) đã tổng hợp thông tin từ các nhà nghiên cứu Đại