(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu sử dụng vật liệu biến tính từ tro bay để xử lý cadimi và chì trong nước ô nhiễm

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

LÊ SỸ CHUNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU BIẾN TÍNH TỪ TRO BAY
ĐỂ XỬ LÝ CADIMI VÀ CHÌ TRONG NƯỚC Ô NHIỄM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2013


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

LÊ SỸ CHUNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU BIẾN TÍNH TỪ TRO BAY
ĐỂ XỬ LÝ CADIMI VÀ CHÌ TRONG NƯỚC Ơ NHIỄM

Chun ngành: Khoa học mơi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải

Hà Nội – Năm 2013


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, bên cạnh sự nỗ lực, cố gắng của bản thân tôi đã
nhận được rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, gia đình, bạn bè. Với
lịng biết ơn sâu sắc tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến PGS.TSKH Nguyễn
Xuân Hải, người thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo tơi trong suốt q trình học tập
và nghiên cứu luận văn. Tơi cũng xin bày tỏ lịng biết ơn đến các thầy, cô giáo trong
khoa Môi trường đã tận tình truyền đạt những kiến thức cho chúng tôi trong suốt hai
năm học qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc nhất đến các Thầy, Cô giáo trong Bộ môn
Thổ Nhưỡng – Môi trường đất đã tạo điều kiện cho tơi trong q trình thực hiện các
thí nghiệm của đề tài.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn gia đình và bạn bè đã ln động viên
và giúp đỡ tơi trong suốt q trình tham gia khóa học cao học tại trường Đại học
Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nôi.
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kinh nghiệm thực tế chưa nhiều và trình độ
chun mơn cịn hạn chế nên luận văn sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót. Kính
mong nhận được sự góp ý của các thầy cơ giáo và bạn bè để luận văn được đầy đủ
và hồn thiện hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn!

i


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 3
1.1. Kim loại nặng và ảnh hưởng đến môi trường. ................................................. 3

1.2. Ô nhiễm kim loại nặng và hậu quả. ................................................................. 4
1.3. Tính chất độc hại của kim loại nặng Chì và Cadimi ........................................ 7
1.3.1. Tính chất độc hại của Chì (Pb) ................................................................ 7
1.3.2. Tính chất độc hại của Cadimi (Cd) .......................................................... 9
1.4. Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia của Việt Nam về nước mặt và nước thải có
chứa kim loại nặng ................................................................................................ 10
1.4.1. Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt: ............................ 10
1.4.2. Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp: ......................... 11
1.5. Các phương pháp xử lý ô nhiễm KLN trong môi trường nước ........................ 12
1.5.1. Tổng quan các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước. .................. 12
1.5.2. Phương pháp kết tủa hoá học. .................................................................. 13
1.5.3. Phương pháp hấp phụ .............................................................................. 13
1.5.4. Phương pháp trao đổi Ion. ....................................................................... 14
1.5.5. Phương pháp điện hoá. ............................................................................ 16
1.5.6. Phương pháp oxy hoá- khử. ..................................................................... 16
1.5.7. Xử lý nước thải có chứa kim loại nặng bằng phương pháp tạo Pherit....... 17
1.5.8. Vấn đề xử lý kim loại nặng trong nước thải tại Việt nam. ........................ 18
1.6. Tổng quan về tro bay .......................................................................................... 19
1.7. Giới thiệu về zeolit ......................................................................................... 28
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG ......................................... 36
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................... 36
2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu .................................................................. 36
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................ 36
2.1.2. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 36
2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 37

ii


2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 37

2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu .................................................................. 37
2.3.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ................................. 37
2.3.3. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X ............................................................. 38
2.3.4. Kính hiển vi điện tử quét- Scanning Electron Microscopy (SEM)............ 39
2.3.5. Phương pháp phân tích dung lượng trao đổi cation của vật liệu ............... 40
2.3.6. Phương pháp trong phịng thí nghiệm ...................................................... 41
2.3.7. Phương pháp hấp phụ .............................................................................. 43
CHƯƠNG 3 ............................................................................................................. 44
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................................. 44
3.1. Các tính chất cơ bản của tro bay và vật liệu biến tính từ tro bay...................... 44
3.1.1. Các tính chất cơ bản của tro bay .............................................................. 44
3.1.2. Tro bay và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu ............ 44
3.1.3. Tính chất cơ bản của tro bay biến tính: .................................................... 49
3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ Pb2+, Cd2+ trong nước ô nhiễm của vật liệu zeolit
tổng hợp từ tro bay ................................................................................................ 52
3.2.1. Khảo sát khả năng hấp phụ Pb2+ trong nước ô nhiễm của vật liệu tro bay
sau biến tính ...................................................................................................... 52
3.2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ Cd2+ trong nước ô nhiễm của vật liệu tro bay
sau biến tính ...................................................................................................... 55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 58
Kết luận:................................................................................................................ 58
Kiến nghị............................................................................................................... 59

iii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt ................................. 10
Bảng 1.2 Giá trị giá trị của thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp (C) của
các thông số ô nhiễm trong nước thải cơng nghiệp ................................................ 11

Bảng 1.3. Thành phần hóa học của tro bay ở các nước khác nhau ........................ 20
Bảng 1.4. Thành phần hóa học của tro bay từ một số
nhà máy nhiệt điện Thái Lan ................................................................................. 20
Bảng 1.5. Tính chất cơ bản của tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại ..................... 20
Bảng 1.6. pH và thành phần các nguyên tố của tro bay ......................................... 23
Bảng 1.7.

Kim loại nặng trong tro bay của nhà máy nhiệt điện

Mae Moh, Thái Lan. .............................................................................................. 24
Bảng 3.1. Tính chất lý - hóa học của tro bay ........................................................ 44
Bảng 3.2. Mối tương quan giữa nồng độ OH- với CEC của tro bay ....................... 45
Bảng 3.3. Mối tương quan giữa thời gian với CEC của tro bay ............................. 46
Bảng 3.4. Mối tương quan giữa nhiệt độ khuấy từ và CEC của tro bay ................. 47
Bảng 3.5. Tính chất của vật liệu sau khi tổng hợp ................................................. 49
Bảng 3.6. Khả năng xử lý Pb2+ của tro bay tự nhiên .............................................. 52
Bảng 3.7. Khả năng xử lý Pb2+ của tro bay sau biến tính....................................... 53
Bảng 3.8. Nồng độ Pb2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ................................................................................ 54
Bảng 3.9. khả năng xử lý Cd2+ của tro bay tự nhiên .............................................. 55
Bảng 3.10. khả năng xử lý Cd2+ của tro bay sau biến tính ..................................... 55
Bảng 3.11. Nồng độ Cd2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ................................................................................ 57

iv


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc lập thể của zeolit ..................................................................... 29
Hình 1.2. Các vị trí axit Bronsted và Lewis trên bề mặt siloxan (Breck, 1974)....... 31

Hình 1.3. Zeolit được xử lý bề mặt sử dụng cho hấp phụ các chất ơ nhiễm. ........... 33
Hình 1.4. Q trình hịa tan và tái kết tinh zeolit ................................................... 34
Hình 2.1. Chùm tia X tới và chùm tia tán xạ từ bề mặt tinh thể .............................. 39
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ đến CEC của tro bay. ............. 45
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến CEC của tro bay............. 46
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ khuấy từ đến CEC tro bay ...... 48
Hình 3.4. Tro bay trước và sau khi biến tính.......................................................... 50
Hình 3.5. Phổ XRD của tro bay ban đầu................................................................ 50
Hình 3.6. Phổ XRD vật liệu biến tính từ tro bay. ................................................... 51
Hình 3.7. Hình thái tro bay ban đầu và sau khi biến tính ...................................... 52
Hình 3.8. Khả năng xử lý Pb2+ của tro bay tự nhiên và sau biến tính..................... 53
Hình 3.9. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .................................................... 54
bởi vật liệu tro bay biến tính đối với Pb ................................................................. 54
Hình 3.10. Khả năng xử lý Cd2+ của tro bay tự nhiên và sau biến tính .................. 56
Hình 3.11. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir bởi vật liệu tro bay biến tính đối
với Cadimi ............................................................................................................. 57

v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIÊT TẮT
CEC

Dung tích trao đổi cation

AAS

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

HCT

Hấp cách thủy

KLN

Kim loại nặng

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

XRD

Nhiễu xạ Rơnghen

vi


MỞ ĐẦU
Nước là một tài nguyên thiên nhiên quý giá, là một trong bốn thành phần cấu
tạo môi trường. Trái đất sẽ khơng thể có sự sống nếu thiếu nước. Nước đóng vai trị
quan trọng trong sản xuất cơng nghiệp, nông nghiệp và đời sống. Ngày nay, sự phát
triển của khoa học kỹ thuật đã làm cho đời sống của con người ngày càng được
nâng cao. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó là tình trạng ơ nhiễm mơi trường
nước, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng. Hiện nay, ô nhiễm kim loại nặng trong môi
trường nước đang là một trong những vấn đề môi trường gây nhiều bức xúc. Hậu
quả do ô nhiễm kim loại nặng gây ra được phản ánh trực tiếp tới “sức khỏe” cây
trồng, vật nuôi…đặc biệt thông qua chuỗi thức ăn, kim loại nặng xâm nhập vào cơ
thể con người và gây ra những hậu quả khó lường. Các kim loại này sau khi thâm
nhập vào cơ thể, chúng không tham gia hoặc ít tham gia vào q trình sinh hóa của

cơ thể sinh vật, chúng được tích lũy dần dần và gây rối loạn tổng hợp hemoglobin,
chuyển hóa vitamin D, rối loạn chức năng của thận, phá hủy tủy sống, gây ung
thư…Vì vậy, việc nghiên cứu công nghệ xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong mơi
trường nước là rất cần thiết.
Chì (Pb) và Cadimi (Cd) là hai kim loại có tính độc hại lớn cho con người và
hệ sinh thái,đặc biệt là khi nó vượt quá ngưỡng cho phép và trong một số điều kiện
mơi trường nhất định. Pb có trong tự nhiên, đặc biệt là các khu mỏ Pb, Pb-Zn và
trong các sản phẩm hằng ngày như xăng, sản xuất ắc quy, các làng nghề. Trong điều
kiện bình thường của môi trường tự nhiên Pb ở trạng thái bền vững.Trong nước,
thực vật, sinh vật thường có hàm lượng Pb rất thấp. Tuy nhiên, trong môi trường
nhất định hoặc do tác nhân nhân tạo thì Pb mới ở dạng linh động. Trong đất, nếu Pb
tồn tại ở dạng linh động thì nguy cơ bị rửa trôi làm ô nhiễm nguồn nước ngầm và
các thủy vực nước mặt là rất lớn. Trong đá và đất Cd tồn tại với hàm lượng rất nhỏ,
nhưng khả năng tích lũy lâu dài trong đất và đi vào cơ thể sinh vật gây ra sự gia
tăng liên tục của hàm lượng kim loại độc hại này trong hệ sinh thái. Cd đi vào môi
trường nước chủ yếu là do các hoạt động sản xuất công nghiệp thải ra mơi trường
nước. Ơ nhiễm từ các mỏ than, phân bón từ các quặng apatite có thể chứa 5%

1


Cadimi, ô nhiễm từ pin đã qua sử dụng…Mặc dù ảnh hưởng của Pb và Cd đến con
người, hệ sinh thái rất lớn nhưng hầu hết hàm lượng phát thải của chúng vào môi
trường từ hoạt động nhân tạo lại khơng có sự suy giảm mà càng gia tăng.
Đã có nhiều phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng, nhưng phương pháp
nào cũng có ưu điểm và hạn chế.Trong những năm gần đây các nhà khoa học đã và
đang nghiên cứu các loại vật liệu biến tính từ một số sản phẩm phụ của các ngành
công nghiệp hoặc vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên, giá thành rẻ, hiệu quả
cao, thân thiện với môi trường để xử lý ơ nhiễm kim loại nặng. Vì vậy, nghiên cứu
chế tạo một số vật liệu biến tính từ những nguồn nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có tại

Việt Nam là vấn đề khơng chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học mà cịn có ý nghĩa về mặt
thực tiễn vơ cùng to lớn. Các vật liệu được dùng trong xử lý kim loại nặng như:
bentonite, tro bay, diatomit, than bùn …Trong đó tro bay là nguồn nguyên liệu được
quan tâm do sự gia tăng các nhà máy nhiệt điện hiện nay ở Việt Nam và khả năng
tái chế tro bay để ứng dụng trong xử lý môi trường.
Với hướng đi mới này, có thể tiết kiệm được chi phí, thân thiện môi trường
và khả năng áp dụng vào thực tiễn cao. Do đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng vật liệu
biến tính từ tro bay để xử lý Cadimi và Chì trong nước ơ nhiễm” được lựa chọn
thực hiện với mục tiêu nghiên cứu biến tính tro bay từ nhà máy nhiệt điện để ứng
dụng xử lý Cd và Pb trong nước bị ô nhiễm.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.Kim loại nặng và ảnh hưởng đến mơi trường.
Thuật ngữ "KLN" được từ điển hố học định nghĩa là các kim loại có tỷ trọng
lớn hơn 4 hoặc 5. Đối với các nhà độc tố học thuật ngữ "KLN" chủ yếu được dùng
để chỉ các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề về môi trường, bao gồm: Cu, Zn,
pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, V, Ti, Fe, Mn, Ag, Sn (Rainbow, 1985, Hopkin, 1989;
Bryan & Langston, 1992). Chúng có thể tồn tại trong khí quyển (dạng hơi), thuỷ
quyển (các muối hồ tan), địa quyển(dạng rắn khơng tan, khống, quặng...) và sinh
quyển (trong cơ thể con người, động thực vật). Cũng như nhiều nguyên tố khác, các
kim loại nặng có thể cần thiết cho sinh vật, cây trồng hoặc động vật, hoặc không cần
thiết. Những kim loại chỉ có nghĩa “cần thiết” đối với sinh vật ở một hàm lượng
nhất định nào đó, nếu ít hơn hoặc nhiều hơn thì lại gây tác động ngược lại. Những
kim loại không cần thiết, khi vào cơ thể sinh vật ngay cả ở dạng vết (rất ít) cũng có
thể gây tác động độc hại. Với quá trình trao đổi chất, những kim loại này thường
được xếp loại độc.
Như vậy, kim loại sẽ tồn tại một khoảng hàm lượng tối ưu và chỉ có giá trị đối

với đúng loài sinh vật hay một cơ quan của sinh vật mà nó có tác dụng. Kim loại
nặng trong mơi trường thường khơng bị phân huỷ sinh học mà tích tụ trong sinh vật,
tham gia chuyển hoá sinh học tạo thành các hợp chất độc hại hoặc ít độc hại hơn.
Chúng cũng có thể tích tụ trong hệ thống phi sinh học (khơng khí, đất nước, trầm
tích) và được chuyển hoá nhờ sự biến đổi của các yếu tố vật lý và hố học như nhiệt
độ áp suất dịng chảy, oxy, nước... Nhiều hoạt động nhân tạo cũng tham gia vào quá
trình biến đổi các kim loại nặng và là ngun nhân gây ảnh hưởng tới vịng tuần
hồn vật chất hoá địa, sinh học.
Mức độ ảnh hưởng của các hoạt động nhân tạo tới các vịng tuần hồn kim loại
có thể định tính qua một số hệ số khác nhau. Bên cạnh các hệ số kỹ thuật, cịn có
một số yếu tố sau:
 Hệ số lan truyền IF(Interference factor) toàn cầu là tỷ lệ giữa lượng vật chất
nhân tạo của một kim loại đi vào khí quyển và lượng vật chất trong tự nhiên
của kim loại đó.

3


 Hệ số tích tụ địa chất Igeo là logarit của tỷ lệ nồng độ nguyên tố trong trầm
tích của sông và trong cơ thể sống:
CE
1 .5 B F



Igeo =log



CF nồng độ kim loại trong trầm tích của sơng.



BF nồng độ kim loại trong cơ thể sống.

 Hệ số tích tụ khí quyển(EF) là tỷ lệ giữa nồng độ tương đối của một kim loại
trong khí quyển và trong vỏ Trái Đất dựa trên nồng độ của nhôm tương ứng:
EF=

(C kl / C Al )khiquyen
(C kl / C Al )voTD

Ảnh hưởng sinh học và hoá học của kim loại nặng trong mơi trường cịn phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như độ hồ tan của các muối, tính oxy khử, khả năng tạo
phức và khả năng tích tụ sinh học. Ví dụ, muối của các kim loại dễ tan hơn muối
của kim loại kiềm thổ nên chúng dễ đi vào thuỷ quyển hơn. Một số hợp chất kim
loại có tính oxy hoá mạnh sẵn sàng tham gia vào các phản ứng trao đổi tạo nên các
chất mới. Các dẫn xuất của N, S dễ kết hợp với các cacbua kim loại nặng (Zn2+,
Co2+, Mn2+, Fe2+...) tạo thành các phức chất bền vững. Một số kim loại nặng lại có
thể tạo nên các bậc oxy hoá khác nhau bền vững trong điều kiện mơi trường để
tham gia phản ứng oxi hố khử chuyển hố thành chất ít độc hơn (Fe2+/Fe3+). Một
số kim loại tham gia phản ứng chuyển hoá sinh học với thành phần trong cơ thể
sống tạo nên các hợp chất cơ- kim loại (alky hố như (CH3)2Hg, CH3Hg+,...) tích tụ
trong sinh vật và gây tác động độc hại[5].
1.2. Ô nhiễm kim loại nặng và hậu quả.
Ngày nay con người tiếp xúc trực tiếp với kim loại nặng ở nhiều dạng thức khác
nhau. Kim loại nặng đã đi vào cơ thể con người và sinh vật qua chuỗi thức ăn. Loài
người tiếp xúc lâu dài với các kim loại độc hại trong môi trường với liều lượng khác
nhau. Giáo sư Jerome Nriagu thuộc trường đại học Michigan khẳng định: “Hơn 1 tỷ
người đã thành các vật thí nghiệm thực sự khi tiếp xúc với những kim loại độc có

hàm lượng cao trong môi trường”. Theo tác giả này, nhiều triệu người bị các chứng
nhiễm độc kim loại tới mức phát bệnh. Nhiều khu đô thị của các nước phát triển đã

4


trở thành nơi bị ô nhiễm nặng bởi kim loại nặng. Sự nhiễm độc ngày càng tràn lan,
nhất là nếu như việc xả chất thải cứ tiếp tục theo mức độ hiện nay thì ta khó lịng hy
vọng sự tăng trưởng này có khi nào giảm đi được. Trong một nghiên cứu, đã khẳng
định số lượng kim loại xả ra trên toàn cầu là ở các nước đang phát triển, do đó
người và các sinh vật khác phải tiếp xúc với kim loại ở mức cao hơn nhiều so với
mức họ vẫn sống”.
Kim loại, hợp kim và hợp chất kim loại rất cần cho khoa học và công nghệ hiện
đại dù rằng ngày nay, việc thay thế bằng các hợp chất hữu cơ trong một số ứng
dụng quan trọng(sợi quang và những chất bán dẫn hữu cơ) khơng cịn là ngoại lệ.
Rất hiếm thấy một kim loại mà khơng có một ứng dụng nào đó. Văn minh và kinh
tế của những quốc gia từ thời cổ đại đều dựa ít nhất một phần vào các kim loại. Đối
với cuộc sống hiện đại thì ln cần đến kim loại, dù rằng chất dẻo hiện nay đã thay
thế kim loại trong một số ứng dụng. Thế nhưng nhiều khi cũng cần đến các xúc tác
kim loại để xúc tiến quá trình polyme hoá tạo thành các chất dẻo.Những chất xúc
tác một khi dùng rồi sẽ sđược thải ra môi trường. Các kim loại của chúng có thể gây
ra những hiểm hoạ ghê gớm khơng lường trước được: Ví dụ như bệnh Minamata bắt
nguồn từ thuỷ ngân của chất xúc tác phản ứng polyme. Sự thật là khơng tránh được
một q trình cơng nghiệp tạo ra những chất thải kim loại làm cho môi trường trở
thành một bãi rác.
Kim loại là nguyên tố tồn tại lâu bền trong môi trường sống của con người và
động vật, do đó các vụ nhiễm độc kim loại nặng thường diễn ra âm ỉ và nguy hại
nghiêm trọng, do các kim loại nặng không phân huỷ được. Thật ra, chúng tồn tại
vĩnh viễn nếu như ta so sánh thời gian tồn tại của chúng với tuổi thọ của sinh vật
(khơng kể đến các phản ứng phóng xạ). Trong điều kiện bình thường thì khơng thể

nào biến đổi và phá huỷ được chúng. Thế nhưng, dưới tác động của một số vi
khuẩn, chúng có thể kết hợp với các hợp chất hữu cơ để tạo nên những chất rất độc
có khả năng len lỏi vào mạch thực phẩm và đi vào cơ thể con người như trường hợp
metyl thuỷ ngân ở Minamata. Người ta cho rằng sự độc hại gây nên do tất cả các
kim loại nặng được thải hàng năm vào sinh quyển vượt xa độc hại của tất cả các
chất thải hữu cơ và phóng xạ.

5


Trong mơi trường nước thì ion kim loại nặng thường kết hợp với các thành
phần khác để chuyển về trạng thái bền hơn. Trong nước chúng thường bị hyđrat hóa
tạo ra lớp vỏ là các phân tử nước che chắn nó với các phân tử khơng phải là nước ở
xung quanh để trở về trạng thái bền hơn. Lớp vỏ hyđrat này thường là hình cầu mà
ion kim loại nằm ở trung tâm, các phân tử nước bao xung quanh được gọi là lớp vỏ.
Các phân tử nằm sát với ion kim loại nhất thì chúng có tương tác với ion kim loại
mạnh nhất, các lớp tiếp sau thì yếu hơn và trong một khoảng cách nào đó thì sẽ
khơng có tương tác.
Q trình hyđrat hóa có thể được coi là quá trình tạo phức với nhân trung
tâm là ion kim loại và các phối tử là các phân tử nước. Thơng thường số phối trí của
hấu hết các kim loại là 6.
Các ion kim loại mang điện tích dương do vậy dưới tác dụng của lực đẩy tĩnh
điện các nguyên tử hiđro của các phân tử nước nằm sát với các ion kim loại bị đẩy
ra, và như vậy làm cho các phân tử nước nằm sát các ion kim loại có tính axit cao
hơn (khả năng nhường proton cao hơn) so với các phân tử nước ở ngoài dung dịch.
Quá trình nhường proton này đã tạo thành các phức chất hyđroxo, oxo hay hyđro
oxo kim loại tức là các sản phẩm hyđroxit, oxit hay oxit hyđroxit hỗn hợp. Quá
trình này gọi là quá trình thủy phân của kim loại, ion kim loại với nước.
Như đã trình bày, việc tách proton ra khỏi các phân tử nước nằm sát các ion
kim loại là nhờ vào lực đẩy tĩnh điện, tức là phụ thuộc vào điện tích của các ion kim

loại và khoảng cách giữa chúng với các phân tử nước. Do vậy, ion kim loại nào có
điện tích càng cao thì khả năng tách proton càng lớn. Đối với các ion có cùng điện
tích thì ion nào có kích thước ion càng nhỏ thì lực tĩnh điện tạo ra bởi nó với proton
càng mạnh (do mật độ điện tích của các ion này cao hơn so với các ion cùng điện
tích)[28].
Với các ion có điện tích là +1 (các kim loại kiềm), lực tương tác giữa chúng
với các proton lớp vỏ không đủ để tách proton này ra. Do vậy, các ion kim loại có
điện tích +1 chỉ tồn tại ở trạng thái hiđrat hóa[28].

6


Với các ion có điện tích là +2 thì lực tương tác có mạnh hơn, tuy nhiên nó
chỉ có khả năng đẩy proton ra ở vùng pH cao (tức là các phân tử nước xung quanh
có khả năng tiếp nhặn proton cao), ở trong nhóm này thì các ion kim loại có kích
thước nhỏ, mật độ điện tích lớn có khả năng đẩy các proton và tạo thành các
hiđroxit kim loại.
M2+. 6H2O = M2+.OH.5H2O + H+
M2+.OH.5H2O = M(OH)2.4H2O +H+
Đối với các ion kim loại có điện tích là +3, lực tương tác của chúng đủ mạnh
để tách cả 3 proton ở điều kiện pH trung hịa, thậm chí có thể tách được cả proton
thứ tư khi ở pH cao, ví dụ như sắt (III) ở pH > 8,5.
Fe3+.6H2O  FeOH2+.5H2O  FeOH2+.4H2O  Fe(OH)3.3H2O  Fe(OH)4-.2H2O
Đối với các ion có điện tích là 4 hay cao hơn, việc tách các proton ra hết sức
dễ dàng, chúng có thể tách cả 2 proton trong một phân tử nước và tạo thành các
phức oxo: Cr2O72-, CrO42-, MnO4- [28].
1.3. Tính chất độc hại của kim loại nặng Chì và Cadimi
1.3.1. Tính chất độc hại của Chì (Pb)
Chì là ngun tố có tính ứng dụng cao nên mặc dù là nguyên tố độc hại với
con người song chì vẫn được ứng dụng rộng rãi. Trong quá trình sản xuất cũng như

những ứng dụng của chì, nó rất dễ nhiễm ra mơi trường, chì có thời gian tồn tại lâu,
tích đọng dần làm ơ nhiễm nước và mơi trường đất.
Nguồn cung cấp Chì vào nước được thông qua nhiều con đường khác nhau,
bằng trực tiếp hay gián tiếp song có thể chia thành hai con đường chính sau: Theo
nguồn gốc tự nhiên (phong hố đá và những hoạt động của núi lửa) và theo nguồn
gốc nhân tạo (Cơng nghiệp khai mỏ và luyện quặng Chì ; cơng nghiệp sản xuất các
sản phẩm chứa Chì….). Chì được sử dụng trong ngành chế tạo đạn dược phục vụ
cho mục đích quân sự chiếm tỷ lệ khá lớn trong tổng số Chì được con người sử
dụng (chỉ đứng thứ hai sau ngành sản xuất ắc quy Chì). Ngồi ra, các hoạt động
giao thông vận tải, các hoạt động sản xuất nơng nghiệp, bãi rác,... cũng góp phần
đáng kể vào sự ơ nhiễm Chì trong nguồn nước mặt, nước ngầm.

7


Chì đặc biệt độc hại đối với não và thận, hệ thống sinh sản và hệ thống tim
mạch của con người. Khi bị nhiễm độc Chì thì sẽ ảnh hưởng có hại tới chức năng
của trí óc, thận, gây vơ sinh, sẩy thai và tăng huyết áp. Đặc biệt,Chì là mối nguy hại
đối với trẻ em. Một số kết quả nghiên cứu cho ta thấy nhiễm độc Chì làm giảm
mạnh chỉ số thông minh (IQ) của trẻ em ở tuổi đi học. Một số đánh giá cho thấy cứ
10g/dl tăng về Chì trong máu sẽ gây ra mức giảm từ 1 đến 5 điểm IQ đối với trẻ
em bị nhiễm Chì. Nhiễm Chì làm cho hệ thần kinh ln căng thẳng, phạm tội và sự
rối loạn trong tập trung chú ý ở trẻ em từ 7-11 tuổi. ở tuổi trung niên nhiễm độc Chì
sẽ làm cho huyết áp tăng gây nhiều rỏi ro về bệnh tim mạch. Khác với các hoá chất
mà tác động lên sức khoẻ khi ở nồng độ thấp cịn chưa chắc chắn, việc nhiễm Chì
mặc dù ở mức thấp cũng sẽ bị ngộ độc cao. Dù mức chì 10g/dl là mốc giới hạn có
ảnh hưởng đến sức khoẻ, nhiều nhà khoa học không cho là ở mức thấp hơn là khơng
có hại đến cơ thể con người. Một số nghiên cứu đã phát hiện ra tác hại đối với trẻ
em khi mức Chì trong máu mới từ 5-10g/dl. Ngồi ra, chì có thể được hấp thụ
nhiều hơn từ các lỗ chân lông rỗng và khi thức ăn hàng ngày thiếu các yếu tố vi

lượng chính như sắt, canxi, kẽm [30].
Chì xâm nhập vào cơ thể con người, tích luỹ nhiều nhất ở trong xương và tác
động đến tuỷ xương, hệ thần kinh, giảm trí thơng minh, máu, các hệ enzym liên
quan đến sự tạo máu và liên kết với sắt trong máu.
Tác dụng hoá sinh chủ yếu của Chì là gây ảnh hưởng đến sự tổng hợp máu
do can thiệp vào việc tổng hợp hemoglobin, làm đình trệ sự hình thành hemoglobin,
kìm hãm canxi, gây ức chế và tác dụng lên một số enzym quan trọng của quá trình
tổng hợp máu, phá vỡ hồng cầu [5].
Khi bị nhiễm độc, người bệnh có một số rối loạn cơ thể, trong đó chủ yếu là
rối loạn bộ phận tạo huyết (tuỷ xương). Tuỳ theo mức độ nhiễm độc có thể gây ra
những tai biến như đau bụng chì, đường viền đen Burton ở lợi, đau khớp, viêm thận,
cao huyết áp vĩnh viễn, liệt, tai biến não, nếu bị nặng có thể tử vong. Các triệu
chứng ngộ độc cấp tính Chì gồm có: buồn nơn, nơn mửa, đau bụng, biếng ăn, táo
bón, mất ngủ, thiếu máu, cáu kỉnh, lo âu; trong trường hợp nghiêm trọng thì xuất
hiện các tác động về thần kinh như không ngủ được, nhầm lẫn, trí nhớ sút kém, hơn
mê hay tử vong. Trẻ em có mức hấp thụ Chì gấp 4 - 5 lần người lớn, mặt khác thời

8


gian bán huỷ sinh học Chì ở trẻ em cũng lâu hơn nhiều so với người lớn. Trẻ em từ
6 tuổi trở xuống và phụ nữ có thai là những đối tượng mẫn cảm với những ảnh
hưởng nguy hại đến sức khoẻ do Chì gây ra[5].
1.3.2. Tính chất độc hại của Cadimi (Cd)
Cadimi là một kim loại chuyển tiếp tương đối hiếm, mềm, màu trắng ánh
xanh và có độc tính, Cadimi tồn tại trong các quặng kẽm và được sử dụng chủ yếu
trong các loại pin. Cadimi là chất gây độc cho con người và các sinh vật khác ngay
với liều lượng rất nhỏ.
Nguồn gốc gây ô nhiễm cadimi trong nước làdo kết quả của q trình phong
hố đá và những hoạt động của núi lửa gây nhiễm cadimi trong nguồn nước ngầm

(nguồn tự nhiên); do các hoạt động sản xuất công nghiệp thải ra môi trường nước
(nguồn nhân tạo). Ngồi ra, các hoạt động giao thơng vận tải, hoạt động sản xuất
nông nghiệp, từ các bãi rác thải,... cũng góp phần đáng kể vào nguồn gây ơ nhiễm
Cd đối với nước mặt, nước ngầm.
Cadimi có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như chất quang dẫn, chất bán
dẫn, pin, đèn chân không, màn X-quang và màn nhấp nháy. Các chất này còn được
dùng trong kỷ thuật đúc, điện, sản xuất gương, trong lĩnh vực bơi trơn, phân tích
hố học và còn được dùng trong lĩnh vực thú y do tính chất diệt nấm và diệt giun và
trong xúc tác. Chúng còn được dùng trong que hàn và nhất là trong các que hàn
nhơm.
Cadimi là một trong rất ít ngun tố khơng có ích lợi gì cho cơ thể con người.
Nguyên tố này và dung dịch các hợp chất của nó là những chất cực độc thậm chí chỉ
với nồng độ thấp, chúng sẽ tích lũy sinh học trong cơ thể cũng như trong các hệ sinh
thái. Một trong những lý do có khả năng nhất cho độc tính của chúng là can thiệp
vào các phản ứng của các enzime chứa kẽm. Kẽm là một nguyên tố quan trọng
trong các hệ sinh học, nhưng Cadimi, mặc dù rất giống với kẽm về phương diện hóa
học, nói chung dường như khơng thể thay thể cho kẽm trong các vai trị sinh học đó.
Cadimi cũng có thể can thiệp vào các q trình sinh học có chứa magiê và canxi
theo cách thức tương tự [5].

9


Cadimi đặc biệt nguy hiểm khi nó ở dạng khói. Cadimi tích tụ vào cơ thể con
người và tồn tại rất lâu, nó thường nằm ở gan và thận. Với nồng độ nhỏ của kim loại
này nếu tiếp xúc lâu dài có khả năng dẫn đến các bệnh phổi và các rối loạn về thận.
Hít thở phải bụi có chứa Cadimi nhanh chóng dẫn đến các vấn đề đối với hệ hơ hấp
và thận, có thể dẫn đến tử vong (thông thường là do hỏng thận). Nuốt phải một
lượng nhỏ Cadimi có thể phát sinh ngộ độc tức thì và tổn thương gan và thận. Các
hợp chất chứa Cadimi cũng là các chất gây ung thư. Sự hấp thụ Cadimi gây ra bệnh

thiếu hồng cầu trong máu (giảm số lượng tế bào hồng cầu trong máu và nồng độ
hemoglobin) [5].
1.4. Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia của Việt Nam về nước mặt và nước thải có
chứa kim loại nặng
1.4.1. Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt:
Trong 32 thông số đánh giá chất lượng nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT: Quy
chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt) thì có đến 10 thơng số kim loại
nặng đánh giá chất lượng nước mặt, cụ thể được trình bày trong bảng 1.1
Bảng 1.1 Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt

TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Thơng số
Asen (As)
Cadimi (Cd)
Chì (Pb)
Crom III (Cr3+)
Crom VI (Cr6+)
Đồng (Cu)
Kẽm (Zn)

Niken (Ni)
Sắt (Fe)
Thủy ngân (Hg)

Đơn vị
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l

A1
0,01
0,005
0,02
0,05
0,01
0,1
0,5
0,1
0,5
0,001

Giá trị giới hạn
A

B
A2
B1
B2
0,02
0,05
0,1
0,005 0,01
0,01
0,02
0,05
0,05
0,1
0,5
1
0,02
0,04
0,05
0,2
0,5
1
1,0
1,5
2
0,1
0,1
0,1
1
1,5
2

0,001 0,001 0,002

Ghi chú: Việc phân hạng nguồn nước mặt nhằm đánh giá và kiểm soát chất lượng nước,
phục vụ cho các mục đích sử dụng nước khác nhau:

10


A1 - Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt và các mục đích khác như loại A2, B1 và B2.
A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp; bảo tồn
động thực vật thủy sinh, hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2.
B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có u cầu chất lượng
nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2.
B2 - Giao thơng thuỷ và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp.

1.4.2. Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp:
Trong 33 thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp (QCVN
40:2011/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp) thì có
đến 11 thơng số kim loại nặng đánh giá mức độ ơ nhiễm trong nước thải cơng
nghiệp được trình bày trong bảng 1.2.
Bảng 1.2 Giá trị giá trị của thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp (C) của
các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp

TT

Thông số

Đơn vị

1

Asen
Thuỷ ngân
Chì
Cadimi
Crom (VI)
Crom (III)
Đồng
Kẽm
Niken
Mangan
Sắt

mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l

2
3
4
5
6

7
8
9
10
11

Giá trị C
A
0,05
0,005
0,1
0,05
0,05
0,2
2
3
0,2
0,5
1

B
0,1
0,01
0,5
0,1
0,1
1
2
3
0,5

1
5

Ghi chú:
Cột A Bảng 1 quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi
xả vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt;
Cột B Bảng 1 quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi
xả vào nguồn nước khơng dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt;
Mục đích sử dụng của nguồn tiếp nhận nước thải được xác định tại khu vực tiếp nhận nước thải.

11


1.5. Các phương pháp xử lý ô nhiễm KLN trong môi trường nước
1.5.1. Tổng quan các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước.
Ngày nay, có rất nhiều phương pháp để xử lý nước thải chứa kim loại nặng, như
các phương pháp hoá học, hoá lý hay sinh học. Song kim loại nặng thường phát
sinh từ các nguồn nhất định do vậy cách tốt nhất là xử lý ngay tại nguồn gây ô
nhiễm. Tại các nhà máy, nước thải có chứa hàm lượng kim loại nặng vượt quá quy
chuẩn cho phép cần phải áp dụng các quá trình xử lý nhằm loại bỏ kim loại nặng
trước khi thải vào mơi trường.
Các phương pháp xử lý kim loại nặng nói riêng và phương pháp xử lý nước
thải nói chung đều cần:
+ Đơn giản
+ Rẻ tiền
+ Nguyên vật liệu dễ kiếm
+ Có thời gian xử lý ngắn
+ Hiệu quả xử lý cao (với chất thải chứa kim loại nặng)
+ Chất thải (kim loại nặng) trong nước thải đầu ra phải nhỏ hơn so với quy
chuẩn cho phép.

+ Tuổi thọ của vật liệu xử lý cao
+ Phương pháp địi hỏi khơng gian xử lý nhỏ
+ Không gây ra chất ô nhiễm thứ cấp
+ Có thể hồn ngun lại chất q hiếm (kim loại quý)
Nói chung, khó có phương pháp nào đáp ứng đủ những yêu cầu trên, thông
thường mỗi phương pháp chỉ đáp ứng được một phần. Tùy theo mục đích, hồn
cảnh để có thể lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp, tối ưu nhất. Mục đích của các
phương pháp là tách các kim loại nặng ra khỏi nước thải và đưa các kim loại nặng
về dạng tập trung để dễ sử dụng các biện pháp đơn giản khác, nhằm xử lý triệt để
chúng [28].

12


1.5.2. Phương pháp kết tủa hoá học.
Phương pháp này dựa trên phản ứng hoá học giữa chất đưa vào nước thải với
kim loại cần tách, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách khỏi
nước thải bằng phương pháp lắng.
Phương pháp thường được dùng là kết tủa kim loại dưới dạng hydroxit bằng
cách trung hoà đơn giản các chất thải axit. Độ pH kết tủa cực đại của tất cả các kim
loại không trùng nhau, ta tìm một vùng pH tối ưu, giá trị từ 7 - 10.5 tuỳ theo giá trị
cực tiểu cần tìm để loại bỏ kim loại mà khơng gây độc hại.
Nếu trong nước thải có nhiều kim loại nặng thì càng thuận tiện cho quá trình kết
tủa vì ở giá trị pH nhất định độ hoà tan của kim loại trong dung dịch có mặt các kim
loại khác sẽ giảm, cơ sở có thể do một hay đồng thời cả 3 nguyên nhân sau:
 Tạo thành chất cùng kết tủa.
 Hấp thụ các hydroxit khó kết tủa vào bề mặt của các bông hydroxit dễ kết
tủa.
 Tạo thành hệ nghèo năng lượng trong mạng hydroxit do chúng bị phá huỷ
mạnh bằng các Ion kim loại.

Như vậy, đối với phương pháp kết tủa kim loại thì pH đóng vai trị rất quan
trọng. Khi xử lý cần chọn tác nhân trung hoà và điều chỉnh pH phù hợp. Phương
pháp kết tủa hóa học rẻ tiền ứng dụng rộng nhưng hiệu quả không cao, phụ thuộc
nhiều yếu tố(t0, pH, bản chất kim loại)[28].
1.5.3. Phương pháp hấp phụ
Hiện nay, người ta đã phát hiện ra nhiều chất hấp phụ có khả năng hấp phụ
kim loại nặng. Các chất hấp phụ này có nguồn gốc rất đa dạng nó có thể là những
hợp chất vơ cơ, vật liệu bắt nguồn từ sinh học...
Chất hấp phụ là những vật liệu rắn dạng hạt có cấu trúc rất xốp và diện tích
bề mặt riêng lớn.Một chất hấp phụ được đặc trưng bởi các thơng số: Thành phần
hóa học, cấu trúc xốp, diện tích bề mặt, nhóm chức bề mặt, dung tích trao đổi
cation.
Các vật liệu có nguồn gốc vô cơ:

13


+ Chất hấp phụ oxit sắt: Chất hấp phụ oxit sắt có cơng thức hóa học là Fe2O3.
Đối với Oxit sắt ở dạng bột mịn, cỡ hạt vào khoảng nhỏ hơn 100m, người ta đã đo
được bằng phương pháp BET diện tích bề mặt của nó là 3,07 m2/g.
Một điểm thuận lợi khi sử dụng Fe2O3, chất này chính là chất thải của quá
trình đốt quặng pyrit (FeS). Do vậy, nếu Fe2O3 được sử dụng làm chất hấp phụ sẽ
giải quyết được phần nào chất thải rắn được tích tụ lại trong nhà máy.
+ Chất hấp phụ tro bay, xỉ than: Trong quá trình đốt than, một lượng bụi mịn
bay lên và tích tụ lại ở trong ống khói được gọi là tro còn phần than bị thiêu kết và
nằm lại phía dưới (đáy lị) gọi là xỉ than.
Diện tích bề mặt đo được theo phương pháp BET là 5,39 m2/g đối với
xỉ than, còn đối với tro bay là 10,15 m2/g.
+ Chất hấp phụ dioxit Mangan: có cơng thức hóa học là MnO2. Lượng
quặng Mangan ở nước ta có trữ lượng khá cao và có loại quặng hàm lượng Mangan

đạt tới 76%.
+ Các chất polyme: Người ta sử dụng nhiều chất polyme làm chất hấp phụ. Các
chất polyme thường có các nhóm chức có khả năng hút hoặc giữ các kim loại vào
trong thành phần liên kết.
+ Chất hấp phụ sinh học: chất hấp phụ sinh học là những chất có bắt nguồn từ
sinh học do vậy nó rất đa dạng và phong phú. Các chất sinh học được sử dụng để
làm chất hấp phụ sinh học thường là các polyme sinh học[28].
1.5.4. Phương pháp trao đổi Ion.
Phương pháp trao đổi ion là một trong những phương pháp phổ biến để xử lý
các ion kim loại nặng trong nước thải như Cd2+, Pb2+, Ni2+, Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+...
Phương pháp này khá hiệu quả trong việc xử lý kim loại nặng đặc biệt là có thể thu
hồi hiệu quả một số kim loại có giá trị. Q trình trao đổi ion diễn ra giữa 2 pha
lỏng- rắn, giữa các ion có trong dung dịch và các ion có trong pha rắn.
Thực chất phương pháp trao đổi ion cũng là một phần của phương pháp hấp
phụ, nhưng là quá trình hấp phụ có kèm theo trao đổi ion giữa chất hấp phụ với ion
của dung dịch. Có thể nói trao đổi ion là một q trình trong đó các ion trên bề mặt

14


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 hồn tồn khơng tan
trong nước.
Q trình trao đổi Ion được tiến hành trong cột Cationit và Anionit. Các vật liệu
nhựa này có thể thay thế được mà khơng làm thay đổi tính chất vật lý của các chất
trong dung dịch và cũng khơng làm biến mất hoặc hồ tan. Các Ion dương hay âm
cố định trên các gốc này đẩy Ion cùng dấu có trong dung dịch thay đổi số lượng tải
tồn bộ có trong chất lỏng trước khi trao đổi. Đối với xử lý kim loại hoà tan trong
nước thường dùng cơ chế phản ứng thuận nghịch:
RmB + mA m RA + B

Phản ứng xảy ra cho tới khi cân bằng được thiết lập. Quá trình gồm các giai
đoạn sau:
 Di chuyển Ion A từ nhân của dòng chất lỏng tới bề mặt ngoài của lưới biên
màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi Ion.
 Khuyếch tán các Ion qua lớp ngoài.
 Chuyển Ion đã khuyếch tán qua biên giới phân pha vào hạt nhựa trao đổi.
 Khuyếch tán Ion A bên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức năng trao
đổi Ion.
 Phản ứng hố học trao đổi Ion A và B.
 Khuyếch tán các Ion B bên trong hạt trao đổi tới biên giới phân pha.
 Chuyển các Ion B qua biên giới phân pha ở bề mặt trong của màng chất lỏng.
 Khuyếch tán các Ion B qua màng.
 Khuyếch tán các Ion B vào nhân dịng chất lỏng.
Đặc tính của trao đổi Ion:
 Sản phẩm khơng hồ tan trong điều kiện bình thường.
 Sản phẩm được gia công hợp cách.
 Sự thay đổi trạng thái của trao đổi Ion không làm phân huỷ cấu trúc vật
liệu.

15


Phương pháp trao đổi Ion có ưu điểm là tiến hành ở qui mô lớn và với nhiều
loại kim loại khác nhau. Tuy nhiên, phương pháp này tốn nhiều thời gian, tiến hành
khá phức tạp do phải hoàn nguyên vật liệu trao đổi, hiệu quả cũng không cao[28].
1.5.5.Phương pháp điện hoá.
Tách kim loại bằng cách nhúng các điện cực trong nước thải có chứa kim loại
nặng cho dịng điện 1 chiều chạy qua. Ứng dụng sự chênh lệch điện thế giữa hai
điện cực kéo dài vào bình điện phân để tạo ra một điện trường định hướng, các Ion
chuyển động trong điện trường này. Các cation chuyển dịch về catốt, các anionvề

anốt.Khi điện áp đủ lớn, phản ứng sẽ xảy ra ở mặt phân cách chất dung dịch điện
cực:
Ở Catốt : oxy hóa phát ra các electron: A+ + e-  A
Ở Anốt: Khử với việc thu các electron: C- - e-  C
Hệ thức Nernst:
E0 = E00 + RT ln(A0x/Ared)
nF

E0 : Thế cân bằng điện lực.
E00: Thế cân bằng điện cực trong điều kiện chuẩn.
R : Hằng số mol của khí lý tưởng.
F: Hằng số Faraday.
T: Nhiệt độ (K0).
n : Số electron dùng trong q trình điện hố.
Aox : Hoạt tính của chất oxy hố.
Ared: Hoạt tính của chất khử.
Ưu điểm của phương pháp này là nhanh tiện lợi hiệu quả xử lý cao, ít độc
nhưng lại quá tốn kém về điện năng[28].
1.5.6. Phương pháp oxy hoá- khử.
Đây là một phương pháp thông dụng để xử lý nước thải có chứa kim loại nặng
khi mà phương pháp vi sinh không thể xử lý được. Nguyên tắc của phương pháp là
dựa trên sự chuyển từ dạng này sang dạng khác bằng sự có thêm electron khử hoặc

16


mất electron (oxy hoá) một cặp được tạo bởi một sự cho nhận electron được gọi là
hệ thống oxy hoá- khử.
Khử  Oxyhoán+ + neKhả năng tương tác được đặc trưng bằng thế oxy hố khử, phụ thuộc vào hoạt
tính của hai dạng bị oxyhoá và bị khử[28].

1.5.7. Xử lý nước thải có chứa kim loại nặng bằng phương pháp tạo Pherit.
Q trình xử lý nước thải có chứa kim loại nặng bằng phương pháp tạo pherit là
quá trình tinh thể hoá, tạo tinh thể Fe3O4 từ FeSO4. Trong quá trình hình thành tinh
thể, các Ion kim loại nặng có trong dung dịch cũng bị kéo vào, tham gia vào mạng
tinh thể ở vị trí các nút cation. Q trình này được gọi là nội kết tủa. Phản ứng tạo
tinh thể được tiến hành khi cung cấp oxy và nhiệt độ cho phản ứng thuỷ phân
FeSO4.
Phản ứng thuỷ phân của FeSO4.7H2O:
FeSO4.7H2O + 2H2O = Fe(OH)2 + H2SO4 + 7H2O
Khi cung cấp thêm O2 và tăng nhiệt độ sẽ xảy ra phản ứng tạo tinh thể Pherit:
6FeSO4 + O2 + 6H2O = 6H2SO4+ 2Fe3O4
Thực chất phản ứng trên diễn ra theo nhiều giai đoạn khác nhau.
+ Oxy hoá Fe(II) thành Fe(III)
Fe2+ + O2 = Fe3+ + 2O2+ Hình thành tinh thể Pherit
2Fe2+ + O2= 2FeO
4 Fe3+ + 3O2= 2Fe2O3
FeO + Fe2O3=Fe3O4
Các Ion kim loại tan trong dung dịch sẽ bị kéo vào mạng tinh thể. Sau phản ứng
lắng và lọc lấy nước trong.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành tinh thể chủ yếu là pH, nhiệt độ,
nồng độ các Ion kim loại, bán kính các Ion kim loại trong dung dịch[28].

17