Nghiên cứu và ứng dụng phương pháp lọc từ tính để tách kim loại nặng trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

N

N

ÀN

NGHIÊN CỨU À ỨN
ỌC Ừ

N

N

Đ

N

C
N

LUẬN ĂN

N

N

ẠC SĨ

Ạ NẶN
C

Ỹ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

N

N

ÀN

NGHIÊN CỨU À ỨN
ỌC Ừ

N

N

N

Đ

C
N

N

Chuyên ngành : C n n
Mã số

Ạ NẶN
C
m

tr

n

: 60.85.06

LUẬN ĂN

N

N

ẠC SĨ

Ỹ THUẬT

ớng dẫn khoa học: TS

Đà Nẵng – Năm 2015

CC

NG


L

CA

Đ AN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

ả

N u n

àn

run


M CL C
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. T n

ấp t

2. Mụ

t ủ

t ...................................................................................1

ng ên ứu ........................................................................................2

3. Đố tượng v p ạm v ng ên ứu ....................................................................2
4. P ương p áp ng ên ứu ..................................................................................3
5.

C

ố ụ

N

t .....................................................................................................3

1

ỔNG QUAN .......................................................................... 4

1.1. ẠT TỪ T

.....................................................................................................4

1.2. GAMMA POLYGLUTAMIC AXIT ...................................................................5
1.3. HẠT

3 O4

P Ủ γ-PGA ......................................................................................5

M OẠ

1.4.

...............................................................................................6

1.4.1. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng ối vớ on người ...........................7
1.4.2. Vai trò củ nướ

ối vớ ơ t ể sống ........................................................8

1.4.3. Cá tá n n g

n

1.4.4. Kim loại nặng trong m
ên

1.4.5.
1.5. C C P

t ơ
P

m ngu n nướ ......................................................9

trường nước .......................................................9

m ........................................................................................11
P XỬ

M OẠ

TRO

ỚC ..............13

1.5.1. Tr o ổi ion..............................................................................................13
1.5.2. P ương p áp

t tủa ................................................................................15

1.5.3. P ương p áp

ng k t tủa .......................................................................16

1.5.4. P ương p áp s n

ọc..............................................................................16

1.5.5. P ương p áp tu ển nổi ............................................................................16
1.5.6. P ương p áp ấp phụ ..............................................................................17
1.6. S

ẤP P Ụ .....................................................................................................17

1.6.1. Tổng quan v p ương p áp ấp phụ .......................................................17
1.6.2. Cá m
1.6.3. Cơ

ìn

ơ bản của quá trình hấp phụ ..............................................19

hấp phụ kim loại nặng của PG-M ................................................22


1.7. VÀ

TV C C

M OẠ

Đ

C

CỨU TRO

Đ

TÀ ............................................................................................................................22
1.7.1. Cadimi ......................................................................................................22
1.7.2. Chì............................................................................................................23
1.7.3. Crom ........................................................................................................24
1.8. T

TR

CỨU Ứ
T

Ớ VÀ

V T

Ụ

P -M Đ XỬ

ỚC T Ả

M .......................................................................25

1.8.1. Nghiên cứu ngo nước ............................................................................25
1.8.2. Nghiên cứu trong nước ............................................................................26

C

N

2.1. Đ

2 Đ

N

T

À

N

N

N CỨ ......... 27

CỨU ............................................................................27

2.2. V T

U VÀ T

T

CỨU .......................................................27

2.2.1. Hóa chất ....................................................................................................27
2.2.2. Dụng cụ và thi t bị....................................................................................27
P

2.3. P
2.3.1.

P

ấ m u

CỨU ......................................................................28
n trường ................................................................................28

2.3.2. P ương p áp p n t
2.3.3. P ương p áp t

ọ ...............................................................28

ng

m .......................................................................34

2.3.4. P ương p áp t n toán .............................................................................35
2.3.5. Mơ hình lọc từ tính ..................................................................................36

C

N

3

3.1.

T QUẢ

3.2.

ẢO S T

ẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................... 39
ẢO S T C C
Ả

U

ỚC T Ả ......................................39

ẤP P Ụ

M OẠ CỦ P -M ........................45

3.2.1.

ảo sát ản

ưởng củ p

3.2.2.

ảo sát ản

ưởng của thời gian ấp p ụ

n

ả n ng hấp phụ ủ P -M ...............45
n

ả n ng hấp phụ

ủ P -M ............................................................................................................50
ảo sát ản

3.2.2.
3.3. Ứ

Ụ

C P Ầ C

ưởng củ lượng PG-M

M

C TỪ T
MẠ ĐÀ

n

Đ XỬ

ả n ng ấp p ụ ..................55
ỚC T Ả C

TY

........................................................................60

Đặ

ểm nướ t ả ơ

3.3.2. V n

t quả v n

3.3.3.

Ế

n m

ẬN À

QUYẾ Đ N
C

ìn lọ từ t n ..................................................................62
n m

ẾN N
A

mạ ..................................................................60
ìn lọ từ t n ......................................................63

...................................................................... 67

Đ TÀI (Bản sao)


AN

CC C

C C

C CC Ữ

Ế

:
Al

Nhôm

Ca

Canxi

Cd

Cadimi

Co

Coban

Cr

Crom

Cu

Đ ng

Fe

S t

Hg

T ủ ng n

In

Indi

Mn

Mangan

Mg

Magiê

Ni

Niken

La

Lantan

Pb

C ì

Si

Silic

Yb

Ytterbi

Zn

m

C CC Ữ

Ế

AAS
BTNMT

Ắ :

Atomic Absorption Spectrometer
ộ T ngu ên v M

trường

PG-M

Poly Glutamic axit – Magnetite

QCVN

Qu

u nV t

m

TCVN

T êu

u nV t

m

TNHH

Trá

TSS

Total Suspended Solids

γ-PGA

Gamma Poly Glutamic Axit

n

m

u ạn

Ắ


AN
Số hi u
bảng
1.1
1.2

C C C ẢNG
Tên bảng

Chứ n ng ủ một số
ớ

ạn n ng ộ

Trang

m loạ trong ơ t ể người

7

m loạ nặng trong một số ngu n

nướ
u n

m loạ

2.1

Thang

2.2

Danh mục các thi t bị, dụng cụ cho mơ hình

10
29
36

3.1

t quả

ảo sát n ng ộ

m loạ nặng trong nướ

40

3.2

t quả

ảo sát n ng ộ

m loạ nặng trong nướ

40

3.3.
3.4.

N ng ộ

m loạ nặng trong nướ t ả

mạ
á trị tố ưu ể v n

n m

ìn

má

ơ

62
63


AN

CC C

N

Số hi u
hình v ,
Tên hình v ,
thị
1.1
Cấu trúc hóa học củ γ-PGA
1.2
2.1

Đ
thị

Trang
5

Cấu trúc của Fe3O4 khi phủ γ-PGA
ấ m u

6

n trường

28

2.2

Máy c c phổ 797 Metrohm

32

2.3

Má

32

2.4

Má

2.5

Cân PRECISA XR 125 SM

33

2.6

T

35

2.7

Cá bộ p n

2.8

Sơ

3.1

3.2

o HANNA HI 991300
ng

33

m khả n ng ấp phụ của PG-M
n

ngu ên l

ủ m

ìn lọ từ t n

37

ủ p ương p áp lọ từ t n

ứ nướ t ả

uv

38

t á quặng

r lt–

m

Đ ng -T ừ T ên u
Cống nướ t ả
án - Đ

ả v o

u Tr m –

u

ng ng

ng

p

39

39

3.4

ng ộ Cr trong nướ t ả so vớ QCV

42

3.5

ng ộ Cu trong nướ t ả so vớ QCV

42

3.6

ng ộ Pb trong nướ t ả so vớ QCV

43

3.7

ng ộ Zn trong nướ t ả so vớ QCV

43

3.8

á trị p v n ng ộ

44

3.9

ểu

b n ổ n ng ộ ủ C t o g á trị ủ p

46

3.10

ểu

qu n

46

3.13

ểu

b n ổ n ng ộ ủ Pb t o g á trị ủ p

48

3.14

ểu

qu n

49

p v
p v

m loạ trong nướ t ả
u suất ử l C

ủ P -M

u suất ử l Pb ủ P -M


3.15

u

3.18

ểu

b n ổ n ng ộ ủ Cr t o t ờ g n ấp p ụ

52

3.19

ểu

qu n

52

3.20

ểu

b n ổ n ng ộ ủ Pb t o t ờ g n ấp p ụ

53

3.21

ểu

qu n

53

3.22

u

3.23

ểu

b n ổ n ng ộ ủ C t o lượng P -M

56

3.24

ểu

qu n

u suất ử l C

56

3.27

ểu

b n ổ n ng ộ ủ Pb t o lượng P -M

58

3.28

ểu

qu n

u suất ử l Pb

59

3.29

ểu

u suất ử l C , Cr, Pb vớ lượng P -M

60

3.32

t ờ g nv
t ờ g nv

M

u suất ử l Pb ủ P -M

u suất ử l C , Cr, Pb v t ờ g n ấp p ụ
lượng P -M v
lượng P -M v

má

ơ

mạ

ìn lọ từ t n

ướ t ả trướ v s u ử l
m loạ s u

ng ộ

3.34

u suất ử l nướ t ả mạ b ng m
ng ộ tổng
ìn

54

62
63

3.33

3.35

49

u suất ử l Cr ủ P -M

t ống t u gom nướ t ả ủ

3.30
3.31

u suất ử l C , Cr, Pb v g á trị p

ử l b ng m

64
ìn lọ từ t n
ìn lọ từ t n

ất r n lơ lửng trướ v s u

qu m

64
65
65


1

MỞ ĐẦU
1.

n

ấp t

t

tà

Tình trạng ơ nhi m kim loại nặng của nhi u ngu n nước là vấn
quan tâm của mọi thờ

ại, do t n

ộc hại củ

úng ối với các vi sinh v t

và cuối cùng là con người. Hay nói cách khác là chúng ản
triển củ

áng

ưởng

n s phát

on người và s an toàn của h sinh thái.

Hầu h t các kim loại nặng trong nước t n tại ở dạng ionhoặc phức chất,
chúng có ngu n gốc phát sinh chủ y u do các hoạt ộng củ

on người (sinh

hoạt h ng ngày, hoạt ộng nông nghi p và công nghi p,…). Do tính phân rã

ược gi lại trong các chuỗi thứ

kém nên kim loại nặng s

n ủa h sinh

thái. Quá trình này b t ầu với n ng ộ thấp của các kim loại nặng t n tại
trong nước hoặc cặn l ng, r
ộng v t ướ nước. Ti p
này làm thứ

n trong

s u

n các sinh v t khác sử dụng th c v t, ộng v t

uỗi thứ

tụ trong ơ t ể sinh v t trở nên
trong chuỗi thứ

ược tích tụ nhanh trong h th c v t và
n

n

n n ng ộ kim loại nặng ược tích

o ơn Cuố

ùng

n sinh v t b t cao nhất

n, n ng ộ kim loại nặng ủ lớn ể g

r

ộc hại [6]. Vì

v y, vi c loại bỏ ion kim loại nặng ra khỏi các ngu n nước là mục tiêu môi
trường quan trọng cần phải ược giải quy t.
go

p ương p áp tá

nay, một số p ương p áp

m loại nặng b ng vi sinh v t, th c v t, hi n
l

ũng ượ qu n t m n ư p ương p áp tr o

ổi ion, hấp thụ, hấp phụ. Theo thống ê t ì p ương p áp ấp phụ l p ương
p áp t u út ược nhi u s chú ý của các nhà khoa học nhất [18].
Vi c sử dụng hạt hấp phụ n ư than hoạt tính trong lĩn v c xử l nước
(nước cấp, nước thải sinh hoạt v nước thải công nghi p) ã v

ng ược

phổ bi n ở hầu h t các quốc gia trên th giới.Than hoạt tính là một chất hấp
phụ r n, xốp, không phân c
hạt than hoạt t n

v

ặc bi t là có b mặt riêng rất lớn. Nh ng

t ước lớn có khả n ng ấp phụ ém n ưng

dàng


2
ược thu h i sau khi xử l nước b ng p ương p áp l ng tụ
hạt than hoạt t n

t ước nhỏ có khả n ng ấp phụ rất tốt n ưng v c

thu h i chúng v n

ng l một vấn

hi u quả ơn với mụ

ể xử lý nước an toàn, nhanh và

ải thi n nh ng hạn ch trong vấn

nâng cao

trường hi n nay là rất cần thi t.

Hi n n , p ương p áp lọc từ t n
t m, vì n

ối với các nhà khoa học. Vì

nan giả

v y, vi c nghiên cứu tìm r p ương p áp mớ
chất lượng m

gược lại, nh ng

ng ược nhi u nhà khoa học quan

áp ứng ược nhu cầu loại bỏ các chất gây ô nhi m trong mơi

trường nước một á

ơn g ản và nhanh chóng b ng cách sử dụng nam châm

n từ trường mà không phải dùng bất cứ một h thống bơm

hoặ

lọc

phức tạp nào cả. Hạt từ tính PG-M là nguyên li u ược sử dụng nhi u nhất
trong p ương p áp lọc từ t n n

Đặc bi t, vi c ứng dụng PG-M trong

p ương p áplọc từ tính ở Vi t Nam v n

ư

ược bi t

n.

Đ tài “Nghiên cứu và ứng dụng phương pháp lọc từ tính để tách kim
loại nặng trong nước” do t

xuất là một ướng hoàn toàn mớ

ư

tá

giả n o trong nước nghiên cứu áp dụng.

2. Mụ

n

ên ứu

Nghiên cứu khả n ng áp ụng p ương p áp lọc từ tính trong vi c xử lý
kim loại nặng trong nước nh m áp ứng các yêu cầu kỹ thu t, phù hợp với
á qu
Tá

ịnh hi n hành và mang tính khả thi cao.
ược kim loại nặng trong nước b ng p ương p áp lọc từ tính.

Xây d ng ược mơ hình phù hợp ể xử lý kim loại nặng trong nước
b ng p ương p áp lọc từ tính.

3. Đố t ợng và phạm vi nghiên cứu
Đố t ợng nghiên cứu: ngu n nước có n ng ộ kim loại nặng cao.
Phạm vi nghiên cứu
-

ảo sát một số ngu n nướ t ả

ng ng

p.


3
- Khảo sát hi u quả tách một số ion kim loại nặng của hạt từ tính PG-M.
- Nghiên cứu các thông số kỹ thu t ản

ưởng

n khả n ng ử lý và

táchkim loại nặng trong nước b ng p ương p áp lọc từ tính.
- Áp dụng xử lý một số ngu n nước có n ng ộ kim loại nặng

o ã

ược khảo sát.
ơn p

4.

pn

ên ứu

P ương p áp lấ m u

n trường: khảo sát, lấy m u các ngu n nước có

n ng ộ kim loại nặng cao.
P ương p áp p n t
phân tích các chỉ t êu m
P ương p áp m
thu t ản

ưởng

ọ : áp dụng các kỹ thu t

p nt

ể

trường nước.
ìn : xây d ng m

ìn

ể khảo sát các thơng số kỹ

n khả n ng ử l nước và tách kim loại nặng b ng p ương

pháp lọc từ tính.
P ương p áp t n toán: thống kê, thu th p tài li u, d n chứng, số li u
l ên qu n

n ố tượng nghiên cứu nh m k thừa các thông tin và k t quả có

trướ , trán “rủ ro” v ng ên ứu ch ng chéo.
P ương p áp

thừa: k thừa các sản ph m nghiên cứu trong và ngoài

nước, có thể ứng dụng trong nghiên cứu khoa học.
P nt

, tổng ợp án g á

5. ố ụ

t quả.

tà

MỞ ĐẦU
C

N

1

ỔNG QUAN

C

N

2 Đ

C

N

3

N

A
C

N

N

N CỨ

ẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH
À

À

Ả


4
C

N

1

TỔNG QUAN
Ạ

1.1.

Ừ

N

ạt từ t n (Fe3O4) l v t l u từ t n
t

t ứ tư, ngườ Trung Quố
á

oáng v t t n ên

ị l

Đ nt

g úp á

ã

ầu t ên m

ám p á r r ng

ả n ng ịn

ịn p ương ướng rất

v t như: ong, mố ,

3O4

m v t l u từ

trong

M l một

loạ v t l u n
bán

n

on

một mạng

on o

ng t ứ tổng quát MO
m loạ

trị

n ư

bán

,

Cá

on

á on
trú n

ảm bảo
3+

v M2+

3+

trị ủ
t số

0

, lớn ơn rất n

p

u

pt n

ặt [11]. Trong mạng n
nn

nn m

m

ượ g ớ

ượ g ớ

s n m ở á lỗ ổng n

ạn bở
v tạo nên

r t Trong ạng t ứ n ất to n bộ

n to n bộ on Fe3+ n m ở á vị tr
á ngu ên tử
nên n

r t, l

ấu trú spinel,

úng n m rất sát n u v

l lỗ ổng bát

m loạ M2+ v

ượ tìm t ấ trong

ượ gọ l

v

loạ : loạ t ứ n ất l lỗ ổng tứ

on M2+ n m ở á vị tr

trú n

2O3

oảng ,

ạng ấu trú sp n l ủ n m v t l u
á

ng

, Co, Mn, Mg, Zn, Cu Trong

n

m loạ ( , – 0,8 A0 nên

on o , loạ t ứ

ng n

pv on mv tl u

ấu trú l p p ương t m mặt

ạn bở

ng ụ

u [19]

á on o

á lỗ ổng t uộ

ể l m l b n, một

n m

n ượ tìm t ấ trong ơ t ể á s n

Trong p n loạ v t l u từ, Fe3O4 ượ
n

tìm t ấ trong

trong t n ên. Fe3O4

oáng v t m n
mb

3O4

n Từ

ướng ọ t o p ương b

ọ ã sử ụng v t l u

ượ tìm t ấ trong

on ngườ b t

m loạ vì số on o

ượ gọ l

r t ZnO.Fe2O3

Cấu

b o qu n

ấu trú sp n l t u n Cấu

ạng t ứ

t ường gặp ơn

ấu trú sp n l ảo Trong ấu trú sp n l ảo một nử số on

Fe3+ ùng to n bộ số on M2+ n m ở á vị tr
n m ở á vị tr

O t s t từ

3O4

, một n

số on

= FeO.Fe2O3 l một

rt

3+

n lạ
ấu trú


5
sp n l ảo
ủ

ển ìn

3O4,

l tn

ất

t ì

ấu trú sp n l ảo n
t sứ rộng rã n ư g

u t p trung v o v t l u

3O4

ng ặ b t qu n t m ng ên ứu ứng ụng
v mặt từ t n t ì
o n to n

ở

á so vớ

ã qu t ịn t n

ất từ

r từ

ứng ụng

Fe3O4
ụng n

C n

t ướ n ỏ n ư v
ở ạng

ố,

l tn

từ, n ấn, sơn p ủ .. Cá ứng
ạng ạt

nn

ngườ t

3O4

t ướ n no bở vì

v tl un

t ể

ntn

ất

ất s êu t u n từ

1.2. GAMMA POLYGLUTAMIC AXIT

Gamma polyglutamic axit(v t t t l γ-PGA)
glut m

, n tơ,

bon

u ơv

t n p ần

n l

ống chất, nhờ q trình lên men của

vi sinh v t tạo thành chất cao phân tử, chất này có khả n ng t ng ường hấp
t u

n

ưỡng, có khả n ng phân hủy sinh học, n

ã ược áp dụng nhi u

trong công ngh sản xuất mỹ ph m, th c ph m, chất dẻo, chất keo tụ. γ-PGA
ặc bi t nổi ti ng là thành phần tạo ộ nhờn

o m n n “n tto” – một món

n nổi ti ng ở Nh t Đ u này chứng tỏ γ-PGA hoàn toàn

vớ on ngườ v m

ng ộc hại ối

trường. γ-PGA ũng ược sử dụng rộng rã

k t tủa các hợp chất v

ơ và h u ơ n ư

ể làm chất

llulos , chất lơ lửng và kim loại

nặng trong nước [21].

Hình 1.1. Cấu trú
1.3. HẠ
ạt

3O4
3O4

n : γ-PGA v

ọ

ủ γ-PGA

γ-PGA

p ủ γ-PGA (v t t t l PG-M) ượ tạo t n từ
3O4

b ng á

t n p ần

p ủ γ-PGA lên hạt từ tính Fe3O4.


6

Hình 1.2. Cấu trú ủ
p ủ γ-PGA

ìn 1.3

3O4

ạt P -M

Vi c sử dụng lớp phủ γ-PGA lên hạt từ tính Fe3O4 có 2 mụ

n s u:

Thứ nhất là khả n ng tr o ổi cation của nhóm cacboxylic trên PGA.
Thứ hai là khả n ng ấp phụ v t lý các hạt dạng keo vào mạng polymer ba
chi u của nó T êm v o

, vì lõi của PG-M là Fe3O4 có mang từ tính nên d

dàng thu h i PG-M sau khi hấp phụ ion kim loại nặng ũng n ư á
trong nước b ng cách sử dụng một nam châm vĩn

ửu

ợp chất

n từ trường.

Ạ NẶN

1.4.

Địn ng ĩ v
Bjerrum

m loạ nặng ã ượ Bjerrum ư r từ n m 1936, theo

m loạ nặng là các nguyên tố kim loạ ở ạng nguyên tố có t trọng

lớn ơn 7g/cm3. T o t ờ g n ịn ng ĩ
ng ĩ n

ũng c t

ổ,n

ng ịn

d a trên t trọng, số khối hoặc khố lượng ngun tửvà trên tính

chất hóa học hoặc ộc tố củ

úng Qu n

ểm gần

o r ng

m loạ

nặng là các nguyên tố kim loạ ở ạng nguyên tố có t trọng lớn ơn 5 g/cm3,
n ìn chung kim loại nặng là nh ng nguyên tố có số nguyên tử

o v t ường

thể hi n tính kim loại ở nhi t ộ phịng. Nó bao g m nh ng kim loại chuyển
ti p, một sốmetalloid, lantan và actini [15].


7
dụn s n

1.4.1.

ó

k m loạ nặn

Một vài kim loại nặng có thể cần thi t

ố vớ on n

o ơ t ể sống (bao g m ộng

v t, th c v t, các vi sinh v t) khi chúng ở một

m lượng nhất ịnh. Ví dụ:

Ca, Fe và Co là các thành phần cần thi t cho cấu trúc chính củ
r ng, t n

p ần của hemoglobin và hoạt

ương v

ộng trung tâm của vitamin

B12t o bảng 1.1. Tuy nhiên, khi ở một lượng lớn ơn g ới hạn cho phép nó
s trở nên ộc hại.
ảng 1.1. Chứ n ng ủa một số kim loại trong ơ t ể người [14]
N u ên tố

N n
(mg/g)

Ca

15

C ứ năn
Thành phần chủ y u của ương, biomembrane và
ng máu

y u tố

Fe

85.7×10-3 V n chuyển và bảo quản của oxy

Si

28.5×10-3 Hình thành ơ ứng ương và mơ liên k t

Zn

28.5×10-3

Co

24.4×10-6 VitaminB12, tạo máu

Cr

28.5×10-6

Ni

143×10-6

Cu

1.14×10-3

Đ ng y u tố của enzyme, phân chia t bào, s trao
ổ

S

ất nu l

u ển

t

glu os ,

u ển

lp ,

hóa protein
n ịnh RNA, s hấp thụ s t,

ng y u tố của

enzyme
V n chuyển oxy, thành phần oxy hóa khử,

úng s tá

ộng

u ển

n tử, bổ sung o

Các kim loại nặng xâm nh p v o ơ t ể thơng qua các chu trình thứ
,

u ển

n

n các q trình sinh hóa và trong nhi u trường hợp d n

n nh ng h u quả nghiêm trọng. V mặt sinh hóa, các kim loại nặng có ái l c lớn


8
với các nhóm –SH, -SCH3 củ

á n m nz m trong ơ t ể. Vì th , các enzym bị

mất hoạt tính, cản trở q trình sinh tổng hợp protein củ
trò

1.4.2.

Đối vớ
o

n ớ

ơ t ể [33].

ố vớ ơ t ể sốn [4]

on người và ộng v t, nước là y u tố quan trọng thứ hai sau

ướ trong ơ t ể ược phân bố không giống nhau ở nh ng ơ qu n

khác nhau. m
ơn 8 %

ương, m mỡ nước chi m 5% n ưng ở m

ơ nước chi m

ượng nướ trong ơ t ể t ường chi m trung bình trên 75%.

trong ơ t ể sống, nướ

ng v

tr rất quan trọng. N u thi u nước,

s sống s chấm dứt. Khi nghiên cứu vai trò củ nướ
b o ũng n ư ủ

ơ t ể, các nhà khoa họ

ối với s sống của t

ã ư r n

ng k t lu n quan

trọng sau:
+

ướ n ư một dung môi quan trọng nhất trong t bào sống. Nhờ tính

chất hịa tan các chất củ nước mà các phản ứng s n

ược xảy ra d dàng

trong t bào và di n ra liên tục.
+ ướ t m g n ư một thành phần rất quan trọng trong cấu trúc của t
trong t bào, chúng t n tại ở cả trạng thái t do và trạng thái liên k t

bào.

với các thành phần

á n ư prot n, l p , glu t v

á t n p ần khác.

Nhờ có s liên k t vớ nước mà các thành phần có trong t b o ược chuyển
hóa liên tục.
+

ước tham gia vào các phản ứng thủy phân và các phản ứng oxy hóa

trong t bào. N u
+
chất

ng

nước các phản ứng trên s không thể xảy ra.

ước tham gia quá trình v n chuyển chất trong t bào, nhờ
n

n

ng

ưỡng từ bên ngoài s vào bên trong t bào và nh ng chất thải, khí

thải tạo ra trong q trìn tr o ổi chất s thốt ra khỏi t bào. Mặt khác, nhờ
v n ộng củ nước trong t bào s tạo
các thành phần có trong t b o, t ú
bào.

u ki n thu n lợi cho s ti p xúc gi a
y nhanh quá trình phản ứng trong t

9
+ ướ n ư l một bộ ương
bào, ở

á

+

tn

ất

m tạo nên khung m m của t

ơ qu n t n tại và hoạt ộng s n l bìn t ường.

ướ t m g

b

trơn á bộ ph n củ

ường t êu

, ường hô

hấp, các khớp ương
ướ

ượ tr o ổi liên tục từ m

Đi u quan trọng l

nướ v o trong ơ t ể phải tuy t ối an toàn v vi sinh

v t (VSV , ộc tố. N u nướ
m

ng ảm bảo sạch v VSV, ộc tố s tạo ra

trường ô nhi m trong ơ t ể. Đ u

n ng m ng ngu n b n v
lượng nướ n

n Đ ng thời, h ng ngày chúng

n

n

trướ
n

m nướ , t o ịn ng ĩ

ư v o ơ t ể sống.

m n u n n ớ [8]
ủ Tổ

t n p ù ợp ủ nướ t n ên ố vớ mụ
n

m nướ l s t

n n

á n u

ượ trên 5
v ng, á
n
á

m ượ
u tố m

t p ú vớ
1.4.4.

ổ
nn

t t

trong á
n

m

s n t á nướ , ngườ t
á n un ư á

trường,

trường (án sáng, n

úng s bị b n ổ
t ộ,

ất

ưv ,
o tá
ã á

u ơ

m loạ nặng

ịn

ng b n
tá n n

ướ s ản

ộ t ủ v n, s n v t

ưởng ủ
s u

ố tượng n n ( on ngườ , s n v t, v t l u .
m loạ nặn tron m

tr

n n ớ

Trong t nhiên, kim loại nặng t n tại ở cả b m
,m

g ớ l s su g ảm

sử ụng ã ịn

u ơ b n v ng, ầu mỡ, á

ư v om

ứ

ất lượng nướ ngu n t o ướng t êu

tá n n

ất

ơ

trường v o ơ t ể sống xả r t ường xuyên. Do

v , nước rất cần ược làm sạ
t

ượ

ơ t ể khoảng 2,5 l t qu nước tiểu, phân và m hôi. S

dịch chuyển củ nước từ m
1.4.3. C

ất có khả

sống của các t bào, mơ bào, cần khoảng 3 lít,

ược cung cấp khi uống,

ũng t ả r ngo

n

o t ấ , nước là một

ộc tố v o ơ t ể. H ng ng , lượng nướ

thể sử dụng cho mọi mụ

t

trường v o ơ t ể sống v ngược lại.

trường nướ v m

trường ất.

trường: m

trường


10
Trong m

trường nước, thì kim loại nặng t n tạ

phức chất... Trong nh ng

u ki n thích hợp, kim loại nặng trong m

nước có thể phát tán vào m
loại nặng n u ượ
nặng v

ư

ất tr ng

ưới dạng ion hoặc
trường

trường ất hoặc khí. Ngu n nước có chứa kim

tưới cây thì s khi n cây tr ng bị nhi m kim loại
ũng bị ô nhi m kim loại nặng

ớ

ạn n ng ộ

m

loạ nặng trong nướ bảng 1.2.
ảng

ớ

ạn n ng ộ

m loạ nặng trong một số ngu n nướ [9]
n v t nh mg l

Nguyên
tố

N ớ
n ầm

N ớ mặt

N ớ ăn
uốn

Cd

0,005

0,005

0,003

0,005

N ớ t ả
n
n
p
0,1

Hg

0,001

0,001

0,001

0,001

0,01

Cr

-

-

0,05

-

-

Cr3+

-

0,05

-

0,1

1

Cr6+

0,05

0,01

-

0,02

0,1

Pb

0,01

0,02

0,01

0,05

0,5

Cu

1

0,1

1

0,03

2

Ni

-

0,1

0,02

-

0,5

N ớ
v n

ển

Các q trình sản xuất cơng nghi p, q trình khai khống, q trình tinh ch
quặng, kim loại, sản xuất kim loại thành ph m…l

á ngu n chính gây ơ nhi m

kim loại nặng trong m

, á

trường nướ T êm v o

nặng ược sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghi p

ợp chất của kim loại
á n ư quá trìn tạo

màu và nhuộm, ở các sản ph m của thuộc da, cao su, d t, giấy, luy n kim, mạ
n và nhi u ng n

á…

ũng l ngu n áng ể gây ô nhi m kim loại nặng.
ể

Vì v y, chúng ta phải nỗ l
sống lành mạnh. Với mụ

n

ượ nước sạch và an tồn cho cuộc

t ì v c phát triển á p ương p áp ử lý

nước hi u quả bao g m tách và kỹ thu t loại bỏ các kim loại nặng từ nước


11
thả , ặc bi t l nước thải công nghi p trước khi thả r m

trường ngoài cần

ược xử lý.

phả

ơn t

n a, trong nh ng n m gần

phịng ngừa ơ nhi m m
dụng các ngu n t

, một số nhu cầu xã hộ n ư

trường, giảm thiểu chất thải công nghi p, tái sử

ngu ên ã ượ t ng lên áng ể. S phát triển của các

p ương p áp tá

u quả ể thu th p các kim loạ

ộc hạ ũng n ư

quý hi m chứ trong nước thải công nghi p từ á n

má

ũng ược quan

t m áng ể. Có thể nói r ng s phát triển p ương p áp tá
cấp bách trong s nghi p bảo v m

quả cao là vấn

m loại

m loại hi u

trường và cung cấp ổn

ịnh các ngu n tài nguyên.
ên k t ơ k m [1]

1.4.5.

Tương tá g
qu n trọng b

m loạ vớ á

n ất ể á

Trong á tương tá
p ố tử

ợp

ịn v

tr

ất

u ơ l một tương tá

ủ

m loạ trong m

quá trìn tạo p ứ v

á

trường nướ

ất

l t bở

á

mặt trong nướ t ên n ên

Quá trìn tạo p ứ , t ường l quá trìn
tử

ợp

tầm

u ơ Địn ng ĩ

t ể áp ụng
trong

om

một

ợp l

l t

mặt á p ố

ủ quá trìn tạo p ứ vớ

á

ất

u ơ

trường nướ t ên n ên v nướ t ả l một

ất p n l ng ị

t n p ứ n ư l một

ảo t n

on

m loạ v

m số ủ n ng ộ on

ất

t ống
u ơ tạo

ro:

ML + 2H+ -> M2+ + H2L
M2+ l

Trong
2-

p ứ

á
p

ất

m loạ v

ượ b ểu t ị ở

t ể on
Cá

on

2

l

ạng

n ư l một ợp

ất

m loạ mặt

ứ

t ủ p ố tử p ứ tạo
ngu ên tử

ro

ượ
ợp
u ơ

quá t ấp

ất

u ơ

ứ ngu ên tử
quá p

loãng

á

á l ên

t

m loạ vớ

rbon v

ng p n l ng ị

ơn n , ấu tử

u ơ v n ất l

ảo tạ
ấu tử

12
ứ

m loạ ở ạng o

ất

u ơ

m loạ

tử

m loạ

n

u p n tử

ổ b t n ất l

ượ l ên

Rất n

t vớ n

u á

t on g
t

ợp

mn ưl
ơ

á

ợp
3Hg

Một số ợp
ng p ả l
m á

ủ

á

ợp

ất

+

tt n ov

ủ

p ản ứng

u ơ

u ơ
ụv

á

ợp

u ơ

o ộ

l t n v o loạ

ởn

m loạ t ng

ọ

o

C

ơv

ất

u ơ

ất

ặ tn
o ặ tn

ất

u ơ ủ

bị ản

ủ
ả

ưởng v

ử, trong s tạo t n v

ìn t n v ổn ịn

t-b zơ v trong p ản ứng ủ

úng

ặ tn

ất v

ợp

u

t ể ượ l t v o

t ộ

n b ng o

ủ

á

ạt

o, trong

á v s n v t trong m

t ể t ng
tá

on

l T ( -OC3H7)4 l một

t ểb og m á

u ơ

á
t ể

gCl, trong

3

úng

m v t n ên Cá tương tá n

m loạ –

t n ất

m loạ v

ọ sn t á v

ơn l một

m loạ

úng

t vớ ngu ên tử

ất loạ n

m loạ

l ên

ù t o ịn ng ĩ ng êm ngặt

,8oC v s

ả ở

s n t á nướ v n

trong nướ .

ụC

trị

ất, ứng ụng v

u ơ

m loạ , n ưng

m loạ

t tủ ; trong s

nướ Tương tá
trong

rbon Mặ

ất

ất

m loạ V

m

tr qu n trọng trong

p nl

ợp

m loạ v

ở vì

á tn

u ơ l ên

u ơ–
n

úng

ặ trưng ủ
u ơ

ng úng

Tương tá
ng v

ợp

ngu ên

tg

t ộng

rbon

n

ợp

ất

á ngo

t on vớ Cl-.

ất

ủ một ợp

ất

ỏ

ất rất t ơm n ư b nz n v vớ

ượ l ên

ng m u n ng

ngu n:

rờ

rbon l trong

u ơ ũng n ư á l ên

ng p ả

úng Một v

lỏng

tá

t n ất một l ên

rbon o v

ất

qua ngu ên tử
n

m

ọ sn t á

m loạ C

ất r n

ất t n tạ

m loạ –

ộng ộ

á

ng ợp

m loạ v ngu ên tử

một l ên

ng b n v ng

rbonmono

ngu ên tử C trong n

tá

t ể

g ảm ộ t n

ộng rất lớn

ủ

trường
m loạ

n s p át tr ển ủ tảo


13
1.5.C C

N

C o

Ử

nn , ã

n

Ạ NẶN

u p ương p áp tá

N

m loại khỏ m

nướ n ư tr o ổi ion, k t tủa, hấp phụ, tuyển nổi... Nh ng ưu
ểm củ

á p ương p áp n

ượ

N

C
trường

ểm v n ược

á quát n ư s u.

1.5.1. r o ổ on
P ương p áp tr o ổ on ược ứng dụng ể làm sạ
thải khỏi các kim loạ n ư Zn, Cu, Cr,

, Pb,

nước hoặ nước

g, C , Mn,

ũng n ư á

hợp chất của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ P ương p áp n
phép thu h i các chất có giá trị v

ạt ược mứ

một p ương p áp ược ứng dụng rộng rã

o

ộ làm sạch cao. Vì nó là

ể tách muối trong xử l nước và

nước thải.
Tr o ổi ion là một quá trìn trong
tr o ổi vớ on

ùng

á

on trên b mặt của chất r n

n tích trong dung dịch khi ti p xúc với nhau. Các

chất này gọi là các ionit (chất tr o ổi ion), chúng hoàn toàn khơng tan trong
nước. Các chất có khả n ng út á

on ương từ dung dị

n ly gọi là

cationit. Nh ng chất này mang tính axit. Các chất có khả n ng út á on m
gọi là anionit và chúng mang tính ki m. N u n ư á
cation và n on t ì người ta gọ

on t n o

tr o ổi cả

úng l on t lưỡng tính.

Các chất tr o ổi ion có thể là các chất v

ơ oặc h u ơ

ngu n gốc

t nhiên hay tổng hợp nhân tạo.
+ Thuộc nhóm các chất tr o ổ on v

ơ t nhiên g m có các zeolit,

kim loại khống chất, ất sét, fenspat, chất mica khác nhau,...Các chất có tính
chấttr o ổi cation là các chất chứa nhôm silicat loại Na2O.Al2O3.nSiO2.
mH2O. Các chất fluor apatit [Ca5(PO4)3]F và hydroxyt apatit [Ca5(PO4)3]OH
ũng

tn

ất tr o ổi ion.

+ Các chất tr o ổi ion có ngu n gốc các chất v

ơ tổng hợp g m

silicagen, pecmutit (chất làm m m nước), các oxyt khó tan và hydroxyt của


14
một số kim loạ n ư Al, Cr...
+ Các chất tr o ổi ion (ionit) h u ơ
ất (chất mùn v t n á,

humic củ
on n

n ượ

ểm l

ặc bi t trong m

ngu n gốc t nhiên g m axit

úng m ng tính axit y u. Chất tr o ổi

ộ b n hóa học thấp, ung lượng thể tích khơng lớn,

trường trung tính.

+ Các chất tr o ổi ion h u ơ tổng hợp là các nh a có b mặt riêng lớn,
chúng là các hợp chất cao phân tử. Các gốc hydrocabon của chúng tạo nên
lưới không gian và các nhóm chứ n ng tr o ổi ion cố ịn
ro

bon ược gọi là ma tr n (-R ,

n á

ưới không gian

on tr o ổi ion là các ion trái

dấu (-H, -SO3, -COOH, -OH, -PO3H).
R(-)A(+) (s)＋B(+) (l) ⇋ R(-)B(+) (s)＋A(+) (l)
R(+)A(-) (s)＋B(-) (l) ⇋ R(+)B(-) (s)＋A(-) (l)
O

H2C

O

C
O

RN
H2C

H2C

O

Na

H2C

+ Me2+

C

RN

Me
C

O

O

O
H2C
+ 2HNO3

O

C
OH
+ Me(NO3)2

RN
H2C

C

OH
C
O

O
O
H2C

H2C

O

C

H2C

OH
+ NaOH

RN

OH
C

C
ONa
+ H2O

RN
H2C

O

+ 2Na+

O

O

C
Me

C
O

H2C

O
RN

H2C

Na

ONa
C
O

Phản ứng của nh a phủ axit iminodiacetic


15
ơn p

1.5.2.

P ương p áp n

pk tt
a trên nguyên t

dung dịch phụ thuộ v o ộ pH.

l

ộ hòa tan của kim loại trong

một giá trị pH nhất ịnh của dung dịch,

n ng ộ kim loạ vượt quá n ng ộ bão hịa thì s bị k t tủ
pH, các hóa chất t ường dùng là s

v ,s

v

Để

u chỉnh

út T ng t ường giá trị

pH giảm sau khi k t tủa. Ngun nhân có thể do:
+ Trong q trình k t tủa tạo thành các hydroxyt kim loại hay muối ki m
t n,

m lượng ion hydroxyt (OH-) giảm.

+ Hấp phụ các chất trung hịa vào các bơng cặn hydroxyt kim loại có b
mặt lớn; N u trong dung dịch có mặt hợp chất Fe2+ thì Fe2+ s bị oxy hóa bởi
O2 tan trong nước tạo thành ion hydro H+ theo phản ứng:
2Fe2+ + 5H2O +1/2O2⇋2Fe(OH)3 + 4H+
N u trong nước thải có mặt nhi u kim loại thì càng thu n lợ

o quá

trình k t tủa vì ở giá trị pH nhất ịn , ộ hòa tan của kim loại trong dung dịch
có mặt các kim loại khác s giảm, ơ sở có thể do một

ng thời cả ba

nguyên nhân sau:
+ Tạo hợp chất cùng k t tủa.
+ Hấp phụ các hydroxyt khó k t tủa vào b mặt của các bông hydroxyt
d k t tủa.
+ Tạo thành h ng èo n ng lượng trong mạng hydroxyt do chúng bị phá
hủy mạnh b ng các ion kim loại.
Sau phản ứng, hỗn hợp nước và chất k t tủ

ượ

ư qu bể l ng ể

tách chất k t tủa ở dạng bùn, khi cần thi t có thể bổ sung thêm chất trợ l ng
hay chất tạo

o

ùn ược xử l tá

nước và có thể dùng làm nguyên li u

ầu cho các công ngh sản xuất khác hay chôn l p ặc bi t, tùy thuộ v o ặc
tính và thành phần của bùn.