Nghiên cứu xử lý nước thải chứa kim loại nặng (Cr, Ni) bằng mùn cưa kết hợp với hệ thống đất ngập nước nhân tạo (Luận văn thạc sĩ file word)

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Chử Thị Thùy Linh

Mã số học viên: 138440301020

Lớp: 21KHMT21
Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số: 60520320

Khóa học: 21 đợt 2
Tơi xin cam đoan quyển luận văn được chính tơi thực hiện dưới sự hướng
dẫn của TS. Bùi Thị Kim Anh và PGS.TS. Bùi Quốc Lập với đề tài nghiên cứu
trong luận văn “Nghiên cứu xử lý nước thải chứa kim loại nặng (Cr, Ni) bằng mùn
cưa kết hợp với hệ thống đất ngập nước nhân tạo”.
Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với các đề tài luận văn nào
trước đây, do đó khơng có sự sao chép của bất kì luận văn nào. Nội dung của luận
văn được thể hiện theo đúng quy định, các nguồn tài liệu, tư liệu nghiên cứu và sử
dụng trong luận văn đều được trích dẫn nguồn.
Nếu xảy ra vấn đề gì với nơi dung luận văn này, tơi xin chịu hồn tồn trách
nhiệm theo quy định./.
NGƯỜI VIẾT CAM ĐOAN


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên của luận văn này tôi xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Thị Kim
Anh, phòng Thủy sinh học Môi trường, Viện Công nghệ Môi trường và
PGS.TS Bùi Quốc Lập, bộ môn Khoa học Môi trường, trường Đại học Thủy
Lợi. Thầy Cơ đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực
hiện luận văn.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các anh chị phịng Thủy sinh học Mơi

trường, Viện Cơng nghệ Mơi trường, đã nhiệt tình chỉ bảo và tạo mọi điều
kiện cho tơi trong suốt q trình làm luận văn.
Dù đã có nhiều cố gắng, song do năng lực cịn hạn chế nên trong luận văn
này của tôi chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót. Tơi mong nhận được ý
kiến đóng góp của các Thầy Cơ và các bạn để luận văn này được hồn chỉnh
hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 01 tháng 06 năm 2015
Học viên cao học

Chử Thị Thùy Linh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 2
DANH MỤC HÌNH.................................................................................................. 3
DANH MỤC BẢNG................................................................................................. 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU................................... 4
1.1. Tổng quan về kim loại nặng............................................................................... 4
1.1.1. Nguồn gốc phát sinh kim loại nặng và ảnh hưởng của nó đối với môi
trường................................................................................................................ 4
1.1.2. Các phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng................................... 11
1.2. Khái quát về sử dụng mùn cưa trong xử lý nước thải chứa kim loại nặng........17
1.2.1. Quá trình thủy phân mùn cưa............................................................... 18
1.2.2. Tình hình sử dụng các hợp chất hữu cơ khác nhau để làm nguồn
Cacbon và chất khử trong xử lý nước thải chứa KLN và giàu sunfat.. 20
1.2.3. Sử dụng mùn cưa như chất hấp phụ sinh học để xử lý nước................21
1.3. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài.................................................................. 22
1.3.1. Sử dụng mùn cưa để xử lý KLN............................................................ 22
1.3.2. Sử dụng công nghệ đất ngập nước nhân tạo (Constructed wetland)......24

1.4. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam.................................................................... 25
1.4.1. Sử dụng mùn cưa để xử lý KLN.......................................................... 25
1.4.2. Tình hình sử dụng cơng nghệ đất ngập nước nhân tạo để xử lý KLN 26
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................28
2.1. Vật liệu nghiên cứu........................................................................................... 28
2.1.1. Mùn cưa................................................................................................. 28
2.1.2. Thực vật thủy sinh: Cây Sậy.................................................................. 28
2.1.3. Đá, cát, sỏi............................................................................................. 29
2.2. Địa điểm nghiên cứu......................................................................................... 29
2.3. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................. 29
2.3.1. Phương pháp điều tra, khảo sát.............................................................. 29
2.3.2. Nghiên cứu kế thừa các tài liệu liên quan.............................................. 30


2.3.3. Phương pháp phân tích đánh giá trong phịng thí nghiệm......................30
2.3.4. Sử dụng các phương pháp bố trí thí nghiệm logic để đánh giá ảnh hưởng
của các yếu tố liên quan đến hiệu quả xử lý kim loại nặng....................31
2.3.5. Thiết kế hệ modul xử lý và xác định các thông số cơng nghệ của quy
trình....................................................................................................... 33
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................... 40
3.1. Hàm lượng KLN trong nước thải tại làng nghề cơ kim khí Phùng Xá, Thạch Thất,
Hà Nội..................................................................................................................... 40
3.2. Kết quả nghiên cứu quá trình thủy phân của mùn cưa trong PTN...........................41
3.2.1 Sự biến động của COD trong môi trường............................................... 38
3.2.2Hàm lượng rượu etylic, methanol, axetic axit theo thời gian thí nghiệm 39
3.3. Khả năng xử lý ơ nhiễm Cr, Ni trong nước của mùn cưa ở quy mơ PTN................40
3.3.1. Thí nghiệm so sánh hiệu quả xử lý của đá vôi, mùn cưa và hỗn hợp đá vôi mùn
cưa

40

3.3.2. Đánh giá khả năng xử lý hỗn hợp Cr, Ni của đá vơi và mùn cưa theo thời gian
thí nghiệm........................................................................................................ 45
3.3.3. Xác định liều lượng mùn cưa trong hệ xử lý................................................... 50
3.4. Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải chứa Cr, Ni bằng mùn cưa phối hợp với thực
vật thủy sinh ở qui mô pilot..................................................................................... 53
3.4.1. Nhu cầu oxi hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand)...................53
............................................................................
3.4.2. Hiệu quả loại bỏ SO42
55
.............................................................................
3.4.3. Hiệu quả loại bỏ Cr6+
57
................................................................................
3.4.4. Hiệu quả xử lý Cr3+
59
.............................................................................
3.4.5. Hiệu quả loại bỏ Ni2+
61
KẾT LUẬN............................................................................................................. 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 69


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ mạ điện

6

Hình 1.2: Thành phần của gỗ

17

Hình1.3: Cơng thức hóa học của xelulơ

18

Hình 1.4: Tác dụng của từng enzym trong xenlulơ

18

Hình 1.5: Q trình thủy phân xenlulơ

19

Hình 1.6 Nước thải ADM trước xử lý (năm 1995) và sau xử lý

24

Hình 2.1: Cây sậy (Phragmites australis)

28

Hình 2.2: Hình ảnh nguyên liệu đầu vào

31

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống kết hợp đá vơi và mùn cưa

34

Hình 3.1: Hình ảnh mùn cưa trước và sau 2 tháng thủy phân

38

Hình 3.2: Đồ thị thể hiện sự biến động COD trong quá trình phân hủy xenlulơ trong
các thí nghiệm.
39
Hình 3.4: Hiệu suất xử lý Cr3+ ở nồng độ 20 mg/l (CT1) và 35 mg/l (CT2) theo thời
gian thí nghiệm
42
Hình 3.5: Hiệu suất xử lý Ni2+ ở nồng độ 20mg/l (CT1) và 35mg/l (CT2) theo thời
gian thí nghiệm
43
Hình 3.6: Hiệu suất xử lý Cr6+,Cr3+, Ni theo nồng độ và thời gian thí nghiệm từ 0.5
đến 8h
48
Hình 3.7: Hiệu suất xử lý Cr6+,Cr3+, Ni theo nồng độ và thời gian thí nghiệm từ 10h
đến 72h
49
Hình 3.8: Hiệu suất xử lý Cr6+ , Cr3+, Ni2+ theo liều lượng mùn cưa

51

Hình 3.9: Hàm lượng COD biến động theo thời gian tại các chặng của bể xử lý

53

Hình 3.10: Hàm lượng sunfat biến động theo thời gian của hệ thống xử lý

55

Hình 3.11: Hàm lượng Cr6+ biến động theo thời gian tại các chặng của bể xử lý 58
Hình 3.12: Hàm lượng của Cr3+ biến động theo thời gian tại các chặng

60

Hình 3.13: Hàm lượng của Ni2+ biến động theo thời gian tại các chặng

62


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Khử kim loại nặng trong bể với bùn hoạt tính

13

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát nước thải làng nghề Phùng Xá

36

Bảng 3.2 Kết quả phân tích sản phẩm cảa quá trình trao đổi chất

40

Bảng 3.3 Hiệu quả loại bỏ hỗn hợp Cr, Ni theo thời gian thí nghiệm

45

Bảng 3.4 Khả năng loại bỏ Cr, Ni của hỗn hợp đá vôi mùn cưa theo các liều lượng
mùn cưa.

51


7

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ơ nhiễm kim loại nặng (KLN) trong đất và nước đang là vấn đề trầm trọng
đối với nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Điều này đã và đang thu hút
sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học do đây là loại ô nhiễm rất phức tạp, ngày
càng phổ biến và tiềm ẩn nhiều nguy cơ đối với sự sống của sinh vật nói chung và
của con người nói riêng. Tại Việt Nam, nước thải của một số ngành công nghiệp
như mạ điện, luyện kim, sơn, khai thác chế biến crôm, thuộc da, khai thác mỏ…
chứa nhiều kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường. Đặc biệt, nước thải của một số
làng nghề kim cơ khí chứa hàm lượng KLN, sulfat, nitrat, amoni…rất cao. Cả nước
có khoảng 1450 làng nghề thì 100% các làng nghề được điều tra đều gây ô nhiễm
môi trường. Các làng nghề sử dụng lượng lớn hố chất và thải ra mơi trường khối
lượng nước thải khơng nhỏ có độ độc hại cao, chứa nhiều kim loại nặng như: Fe,
Cr, Ni, Zn, CN. Cụ thể, mỗi ngày làng nghề cơ kim khí Phùng Xá, Thạch Thất, Hà
Nội ước tính thải ra khoảng 5000m3 nước thải các loại. Các loại nước thải này có
hàm lượng Cr, Ni, Pb, Cd, COD, sulfat, nitrate, amoni vượt TCCP nhiều lần [6].
Hiện có nhiều phương pháp được áp dụng để xử lý nước thải nhiễm KLN
như hóa học, hóa lý và sinh học. Mặc dù xử lý nước thải nhiễm KLN bằng các
phương pháp hóa học và hóa lý (kết tủa hóa học, oxy hóa-khử, trao đổi ion, keo tụ
tạo bơng cặn, hấp phụ, xử lý điện hóa, sử dụng màng,…) đạt tiêu chuẩn môi trường
cho phép nhưng các phương pháp này đều có chi phí xử lý cao do sử dụng hóa chất,
vật liệu đắt tiền, đồng thời tạo ra lượng cặn lớn từ kết tủa kim loại và hóa chất tồn
dư gây ơ nhiễm thứ cấp cho môi trường. Trong nước thải của các cơ sở trên ngồi
hàm lượng KLN cao cịn có các hợp chất hữu cơ, các ion sulfat, nitrate, amoni,…lẫn

trong nước và phương pháp hóa lý khó loại bỏ tạp chất này. Các phương pháp hoá
học phù hợp để xử lý kim loại trong các nguồn nước thải cơng nghiệp vì hiệu quả
của phương pháp đạt cao khi trong nước có nồng độ cao của kim loại cần xử lý. Tuy
nhiên, trong thực tế vẫn còn những tồn tại khi sử dụng các phương pháp này. Đó là,
do thành phần ơ nhiễm của các dòng thải rất phức tạp, tồn tại nhiều yếu tố cản trở,


nên hiệu quả xử lý không triệt để. Do vậy, trong thực tế, sau khi xử lý bằng các biện
pháp hóa học lại phải cần đến các biện pháp xử lý bổ sung nhằm loại bỏ nốt lượng
kim loại vẫn còn dư lại trong nước sau xử lý. Do nồng độ dư của kim loại trong
nước là rất nhỏ nên việc loại bỏ nốt là vơ cùng khó khăn. Các phương pháp hóa học
khơng cịn tác dụng trong khi các biện pháp sinh học có thể mang lại hiệu quả.
Sử dụng phương pháp sinh học (sử dụng thực vật thủy sinh, vật liệu hấp phụ
sinh học và vi sinh vật đặc hiệu) để xử lý ơ nhiễm KLN có nhiều ưu điểm như dễ
ứng dụng, chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Phương pháp này đã được
nhiều nước quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong xử lý nước thải ô nhiễm KLN
như ở Nhật Bản, Đức, Thái Lan, Trung Quốc,... Trong nghiên cứu này, mùn cưa từ
các quá trình chế biến gỗ sẽ được sử dụng với cả hai mục đích là hấp phụ và chuyển
hóa sinh học KLN trong nước thải.
Chính vì vậy, em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải chứa kim
loại nặng (Cr, Ni) bằng mùn cưa kết hợp với hệ thống đất ngập nước nhân tạo”
để nghiên cứu trong luận văn thạc sỹ của mình, đây là một đối tượng nghiên cứu rất
mới ở Việt Nam và trên thế giới. Có thể kết hợp mùn cưa với hệ thống đất ngập
nước nhân tạo để làm tăng hiệu quả xử lý kim loại nặng có trong nước thải.
2. Mục đích của đề tài
-

Đánh giá hiện trạng ô nhiễm Cr, Ni,... trong nước thải của làng nghề cơ kim khí
Phùng Xá, Thạch Thất, Hà Nội.

-

Nghiên cứu quy trình cơng nghệ xử lý nước thải chứa Cr, Ni bằng mùn cưa phối
hợp với thực vật thủy sinh.

3. Các tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp điều tra khảo sát: Thực hiện việc điều tra, khảo sát nguồn thải gây
ô nhiễm Cr, Ni,... của làng nghề cơ kim khí Phùng Xá, Thạch Thất, Hà Nội.

-

Phương pháp tổng hợp và kế thừa: Nghiên cứu kế thừa các tài liệu liên quan đến
mùn cưa và thực vật dùng để xử lý ô nhiễm KLN.

-

Phương pháp phân tích và đánh giá số liệu: Đánh giá hàm lượng KLN bằng
phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử và đo quang. Phân tích đánh giá một


số các chỉ tiêu COD, H2S, một số chất hữu cơ hịa tan trong nước... theo các
phương pháp phân tích thông dụng hiện hành.
-

Phương pháp thực nghiệm khoa học: Sử dụng các phương pháp bố trí thí nghiệm
logic để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố liên quan đến hiệu quả xử lý kim
loại nặng. Các phương pháp xác định một số thơng số cơng nghệ của quy trình
(tốc độ dòng chảy, thời gian lưu, hiệu suất xử lý, các thông số thiết kế bể xử lý...).

-

Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: xin ý kiến đóng góp từ các thầy cơ, những
người có liên quan và hiểu biết về lĩnh vực nghiên cứu.

4. Kết quả dự kiến đạt được
-

Đánh giá về hiện trạng ô nhiễm Cr, Ni... trong nước thải tại làng nghề cơ kim
khí Phùng Xá, Thạch Thất, Hà Nội.

-

Báo cáo phân tích kết quả nghiên cứu về q trình thủy phân của mùn cưa trong
phịng thí nghiệm qua từng nguồn vi sinh vật sử dụng.

-

Đánh giá hàm lượng Cr, Ni và mùn cưa ban đầu lên hiệu quả xử lý ơ nhiễm ở
quy mơ phịng thí nghiệm.

-

Xây dựng được quy trình cơng nghệ xử lý nước thải chứa Cr, Ni bằng mùn cưa
phối hợp với thực vật thủy sinh. Đánh giá hiệu quả xử lý KLN của quy trình.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

Tổng quan về kim loại nặng

1.1.1. Nguồn gốc phát sinh kim loại nặng và ảnh hưởng của nó đối với mơi

trường
a. Nguồn gốc phát sinh kim loại nặng
Kim loại nặng trong môi trường được tạo ra từ hai nguồn chủ yếu là nguồn tự
nhiên (các hoạt động của núi lửa, lắng đọng từ khí quyển, sự phong hóa của đá mẹ
và khống vật,…) và nguồn nhân tạo (hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, khai
khống, giao thơng…). Con người là ngun nhân chủ yếu làm tăng hàm lượng kim
loại nặng trong môi trường do q trình phát thải nước thải độc hại khơng xử lý
hoặc xử lý không đạt yêu cầu. Một số nơi ô nhiễm KLN thường gặp là ở các lưu
vực nước gần các khu công nghiệp, làng nghề và khu vực khai thác khống sản.
 Khu cơng nghiệp:
Các q trình sản xuất cơng nghiệp, q trình khai khống, q trình tinh chế
quặng, kim loại, sản xuất kim loại thành phẩm... là các nguồn chính gây ơ nhiễm
kim loại nặng trong mơi trường nước. Thêm vào đó, các hợp chất của kim loại nặng
được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác như thuộc da, cao su, dệt,
giấy, luyện kim, mạ điện,... cũng là nguồn đáng kể gây ô nhiễm kim loại nặng.
• Nguồn phát sinh Crơm:
Crơm nói chung được biết đến trong các sản phẩm mạ crôm. Hầu hết, các quặng
crôm sản xuất được sử dụng trong sản xuất thép không rỉ. Tuy nhiên, crôm kim loại
là chất không độc hại, chỉ các hợp chất của crôm dưới dạng ion Cr 3+, Cr6+ mới có
độc tính. Trong mơi trường nước, crôm chủ yếu xuất hiện dưới dạng Cr 3+, Cr6+.
Trong đó, Cr6+ xuất hiện trong nước thải dưới dạng các hợp chất CrO 42- (pH >7) và
Cr2O72- (pH≤ 7). Các hợp chất của crôm được thêm vào nước làm lạnh để ngăn
chặn sự ăn mòn. Chúng được sử dụng trong các quá trình sản xuất như:
-

Tạo màu, nhuộm

-

Điện cực nhơm và các q trình mạ kim loại và mạ điện khác

-

Trong các ngành cơng nghiệp hóa chất


Trong các ngành cơng nghiệp thì ngành sản xuất ơtơ cần nhiều các sản phẩm mạ
crơm nhất. Nguồn gốc chính gây ô nhiễm crôm trong môi trường là việc thải các
hợp chất crơm được sử dụng trong q trình mạ.
Cr3+ xuất hiện trong nước thải phần lớn là do quá trình khử Cr6+ trong nước thải
cơng nghiệp. Tuy nhiên, trong các nước thải mạ vẫn có chứa Cr 3+ kể cả khi chưa
khử.
• Nguồn phát sinh Niken:
Nước thải chứa niken chủ yếu có nguồn gốc từ nước thải mạ điện, trong công
nghiệp mạ điện niken thường tồn tại chủ yếu dưới dạng muối niken sunfat, clorua,
hay citrat. Ngoài ra Niken cịn có trong một số các ngành cơng nghiệp sau:
-

Cơng nghiệp sản xuất pin, ắc quy

-

Công nghiệp luyện kim

-

Công nghiệp dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ

Đặc biệt, trong các cơng nghiệp sản xuất hợp kim có chứa niken, theo thống kê trên
thế giới thì có tới 75% niken được sản xuất là từ các sản phẩm hợp kim như hợp
kim thép, hợp kim đồng - niken, niken kim loại và các hợp kim khác.
 Khu vực khai thác khoáng sản
Nước thải từ các khu mỏ khai thác và chế biến khống sản thường có khối lượng
lớn, chứa nhiều chất ô nhiễm như As, NH4+, Pb, Fe, Cr, Zn, NO3-, Mn,.

Nước thải

này thường không được xử lý, xả thẳng ra môi trường nên đã tác động xấu tới môi
trường đất, nước mặt và nước ngầm.
Các nguồn gây ô nhiễm nước từ các hoạt động khai thác khoáng sản thường là:
- Nước thải mỏ (nước ngấm vào mỏ trong quá trình khai thác).
- Các khu vực bãi thải và bãi chơn lấp chất thải.
- Các dịng chảy mang theo chất bẩn từ các tuyến đường vận tải.
- Quá trình tuyển khoáng.
- Nước chảy tràn từ các vùng khai thác và các cơng trường.
Tính độc của các kim loại nặng trong nước không chỉ phụ thuộc vào nồng độ
kim loại mà còn phụ thuộc vào các nhân tố khác như pH, độ cứng của nước, sự linh


động của kim loại, dạng tồn tại của kim loại… Sự ô nhiễm kim loại nặng trong
nước thường gắn liền với dòng thải axit mỏ. Nồng độ của các kim loại nặng trong
nước thải trên có hàm lượng cao.
 Các làng nghề tái chế kim loại:
Đề tài nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào ô nhiễm kim loại nặng từ nước thải
của các làng nghề cơ kim khí. Để tìm hiểu về nguồn phát sinh kim loại nặng, sơ đồ

dây chuyền công nghệ của công nghệ xi mạ, một trong những hoạt động chính gây
ra ơ nhiễm kim loại nặng ở làng nghề cơ kim khí là một nghiên cứu cần thiết:

Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ mạ điện
Nguyên liệu đầu vào:
Kim loại từ chi tiết máy móc, vật dụng gia đình, lon nước ngọt, lon bia, sắt vụn,
sắt thép phế liệu, đồng, pin ắc quy, lò xo, ống bơ, vỏ thùng sơn, hộp hóa chất, máy
móc cũ, sắt gỉ…


Nhiên liệu sử dụng:
Nhiên liệu chính được sử dụng là than và thường là than có chất lượng thấp, củi,
dầu FO. Trong đó, than là nhiên liệu được sử dụng nhiều nhất.
Ngồi ra, q trình làm sạch sản phẩm bằng hóa học và điện hóa cịn sử dụng
một số hóa chất như H2SO4, HCl, NaOH… hay CN- trong quá trình mạ.
 Nhận xét: Dựa theo quy trình trên, ta nhận thấy đặc trưng của nước thải ngành
mạ là chứa hàm lượng cao các KLN như Cr, Ni, Zn, Cu…tùy theo từng vật liệu
mạ.
b. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường
 Ảnh hưởng đến môi trường:
- Ảnh hưởng đến hệ sinh thái: Các thành phần kim loại nặng ảnh hưởng rất lớn tới
quá trình sinh trưởng phát triển của người, động vật và thực vật. Với nồng độ KLN
đủ lớn, sinh vật có thể bị chết hoặc bị thối hố, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ
độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học.
- Ảnh hưởng trực tiếp đối với cá và thức ăn, đầu độc các sinh vật làm mất các nguồn
phù du để nuôi cá, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính chất hố lý của nước. Khi
phân tích thành phần cơ thể của sinh vật có tiếp xúc với nước thải chứa kim loại
nặng, các nhà khoa học đã khẳng định hàm lượng cao của các kim loại nặng trong
nước thải mạ điện đã ảnh hưởng xấu tới cả hệ sinh thái.
- Ảnh hưởng tới hệ thống cống thoát nước, nước ngầm, nước mặt. Nước thải cơng

nghiệp có tính axit ăn mịn các đường ống dẫn bằng kim loại, bê tông. Mặt khác,
do các q trình xà phịng hố tạo thành váng ngăn của q trình thốt nước, làm
giảm sự thâm nhập của oxi khơng khí vào nước thải, cản trở q trình tự làm sạch.
Các ion kim loại nặng khi thâm nhập vào bùn trong các mương thốt nước cịn ức
chế hoạt động của các vi sinh vật kị khí làm mất khả năng hoạt hố của bùn.
- Ơ nhiễm nước ngầm và nước bề mặt có thể xảy ra do quá trình ngấm và chảy tràn
của nước thải mạ điện. Ngồi ra, nó cịn ảnh hưởng tới chất lượng sản suất


như: làm giảm năng suất nuôi trồng, làm hỏng đất, giảm chất lượng sản phẩm,
biến đổi đến hệ sinh vật, tăng mầm bệnh [7, 21].
 Ảnh hưởng đến sức khỏe con người:
Các ion kim loại nặng Pt, Cu, Cr, Ni... có thể gây bệnh viêm lt dạ dày, viêm
đường hơ hấp, bệnh ezima, ung thư...
Có 4 loại bệnh có tỷ lệ mắc cao tại nhóm làng nghề cơ kim khí, tái chế kim loại
là bệnh phổi thông thường, bệnh tiêu hóa, bệnh về mắt và phụ khoa, bệnh ung thư
phổi (0,35÷1%) và lao phổi (0,4÷0,6%). Tại 7 điểm nghiên cứu, các nhà khoa học
cho thấy đều xuất hiện các trường hợp ung thư phổi, tỷ lệ mắc ung thư và chết cao
nhất là ở làng nghề Vân Chàng và Tống Xá (Nam Định). Người lao động thì tiếp
xúc trực tiếp khi làm việc, người dân xung quanh thì chịu ảnh hưởng do khói, khí
thải, nước thải phát sinh từ các cơ sở.
Người dân tại các làng nghề tái chế kim loại cho biết, nếu rửa tay bằng nước
mưa trên mái nhà đổ xuống thì 15 phút sau da sẽ bị phồng rộp do axit xút ăn da và
kim loại nặng ngấm vào. Khơng khí xung quanh thì ngột ngạt và khó thở. Khói
xơng vào mắt gây cay mắt, nhiều người phải đeo khẩu trang đi ngủ do mùi phát ra
từ các cơ sở sản xuất.
Khơng chỉ có vậy, nhiều phụ nữ sinh non hoặc con chết yểu, đặc biệt là các ca
đẻ quái thai có chiều hướng tăng lên trong những năm gần đây. Tuổi thọ trung bình
của người dân tại làng nghề cũng thấp hơn nhiều so với tuổi thọ trung bình cả nước.
Trẻ em cũng chậm lớn hơn so với nơi khác… Từ những dẫn chứng trên có thể thấy,

sự ảnh hưởng nghiêm trọng của ô nhiễm kim loại nặng tại làng nghề đến sức khỏe
người dân cũng như với môi trường tại địa phương. Chúng ta cần đưa ra biện pháp
khắc phục tình trạng trên, đảm bảo sức khỏe cho người dân, bảo vệ môi trường,
thực hiện mục tiêu phát triển bền vững.
• Ảnh hưởng của crơm:
Crơm có số thứ tự 24, thuộc phân nhóm phụ nhóm VI trong bảng hệ thống tuần
hồn Mendeleev. Crơm là kim loại nặng màu trắng bạc có ánh xanh, độ cứng rất


cao chịu mài mòn tốt. Trọng lượng nguyên tử 52,01. Nhiệt độ nóng chảy 1750 ÷
1800oC.
Trong tự nhiên crơm có nhiều trong khoáng vật Cromit (FeCrO 3), trong một số
loại đá xe cpentin (1800mg/kg) đá granit (5mg/l). Trong đất crôm có hàm lượng
thấp (2 ÷ 6 mg/l).
Trong nước crơm thường ở dạng Cr 3+ và Cr6+, nhưng Cr3+ thường gặp hơn.
Nguồn gốc của chúng là từ chất thải công nghiệp như: cơng nghiệp mạ, sơn, đốt
nhiên liệu hố thạch, thuộc da...Với nồng độ 0,1mg/l crơm đã có tác động xấu đến
các vi sinh vật trong nước, trong khoảng nồng độ 0,03 ÷ 0,32mg/l chúng kìm hãm
sự phát triển của tảo.
Cr3+ cần thiết cho cơ thể nếu thiếu nó sẽ khơng chuyển hố được đường glucơ
và rối loạn một vài q trình trao đổi chất khác. Mức độ an tồn phải dùng tối thiểu
là 0,05 ÷ 0,2mg/l.ngày.
Cr6+ có tính độc cao (hơn 100 lần so với Cr 3+). Nguy hiểm hơn là khả năng hấp
thụ Cr6+ của con người cũng tốt hơn Cr3+. Cr6+ gây độc cho gan, thận, tim, rối loạn
hơ hấp. Nếu nhiễm độc mãn tính có thể gây viêm da, loét da. Người hay động vật
hít phải Cr6+ sẽ bị ung thư. Đối với những người làm việc trong điều kiện phải tiếp
xúc với các hợp chất crôm thì các hợp chất này thường tụ đọng ở lớp da có thể gây
ra bệnh viêm da, viêm chàm da dị ứng hoặc nếu lớp da bị rách, xước sẽ bị thấm
xung quanh các vết rách đó.
Theo tổ chức Y tế thế giới (WHO), nồng độ crôm tối đa cho phép trong nước

uống là 0,05mg/l. Nồng độ Cr6+ cho phép trong nước thải công nghiệp loại A theo
QCVN 40:2011 là 0,01 – 0,02 mg/l, đối với loại B là 0,04 – 0,05mg/l. Với Cr3+
nồng độ cho phép trong nước thải công nghiệp loại A theo QCVN 40:2011 là 0,05 –
0,1mg/l; loại B là 0,5 – 1mg/l [7, 30].
• Ảnh hưởng của Niken:
Niken có số thứ tự 28 thuộc nhóm VII trong bảng tuần hồn và có khối
lượng ngun tử là 58,7. Niken là kim loại trắng, bạc, dẻo, dễ cán, dát, rèn và đánh
bóng. Trọng lượng riêng ở 20oC là 8,9g/cm3, nhiệt độ nóng chảy từ 1425 ÷ 1455oC.


Niken thường tồn tại ở hóa trị II. Trên trái đất niken nằm dưới dạng đồng vị
bền, tập chung chủ yếu ở trong quặng sunphua đồng niken. Nước thải từ các khu
công nghiệp, các nhà máy luyện kim, mạ điện và các khu khai thác mỏ niken đã đưa
vào nguồn nước một lượng niken đáng kể. Trong nước sinh hoạt (nước máy) do q
trình hồ tan từ các thiết bị, hàm lượng Ni có thể đạt 1mg/l. Thức ăn hằng ngày
cũng có Ni, lượng Ni xâm nhập vào cơ thể từ 0,1 ÷ 0,3mg/ngày.
Niken là kim loại có tính linh động cao trong mơi trường nước, có khả năng
tạo phức chất khá bền với các hợp chất hữu cơ tự nhiên hoặc tổng hợp. Nó được
tích tụ trong các chất sa lắng, trong cơ thể thực vật bậc cao và một số loại thủy sinh.
Niken có tính độc cao với cá, phụ thuộc vào chất lượng nước ở đó. Nồng độ Ni trên
30µg/l gây tác hại cho các cơ thể sống bậc thấp trong nước.
Đối với gia súc, thực vật, vi sinh vật, Ni được xem là thành phần vi lượng,
cịn đối với cơ thể người điều đó chưa rõ ràng. Ảnh hưởng phổ biến nhất do tiếp xúc
với Ni là “chứng ngứa Ni” ở dạng viêm da chủ yếu xảy ra ở những người làm mạ
Ni nhưng ở mức độ nhạy cảm khác nhau. Chứng này xảy ra rất nhiều trong điều
kiện độ ẩm và nhiệt độ cao, do da bị ẩm, chủ yếu ở bàn tay và cánh tay. Ngộ độc Ni
do hơ hấp gây khó chịu, buồn nôn, đau đầu nếu kéo dài ảnh hưởng đến phổi hệ thần
kinh trung ương, gan và thận [7].
Hợp chất Ni thực sự nguy hiểm là Cacbonyl Niken (Ni(CO) 4) được sản sinh
với số lượng lớn trong quá trình tinh luyện Ni. Cacbonyl Niken là chất lỏng nặng,

không màu, dễ thăng hoa ở nhiệt độ thường. Nghiên cứu cho biết sự lắng đọng
Cacbonyl Niken trong điều kiện ẩm của dịch phổi đã gây kích ứng xung huyết và
phù nề ở phổi. Giới hạn ngưỡng độc trong khơng khí của Cacbonyl Niken là
0,001ppm. Đó là nồng độ bình qn tối đa mà người cơng nhân có thể tiếp xúc qua
8 giờ làm việc mà không tổn hại tới sức khỏe.
Nồng độ Ni cho phép trong nước uống được WHO quy định là 20µg/l. Theo
QCVN 40:2011 nồng độ Ni cho phép với nước thải công nghiệp loại A và B là
0,1mg/l [9, 30].


1.1.2.Các phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng
a.

Phương pháp hố, lý học
Phương pháp hóa - lý học bao gồm: trao đổi ion, thẩm thấu ngược, kết tủa, trung

hòa, keo tụ tạo bơng cặn, xử lý điện hóa, sử dụng màng…Trong đó, phương pháp
trung hịa và kết tủa thường được ứng dụng thực tế còn một số phương pháp khác
chưa được ứng dụng rộng rãi vì các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật cịn thấp, triển khai
cơng nghệ khó khăn, có nhiều thơng số nên khó điều khiển, các phương pháp này
mới chỉ nghiên cứu ở quy mơ phịng thí nghiệm.
• Phương pháp trung hịa
Nước thải sản xuất của nhiều làng nghề cơ kim khí có chứa axit hoặc kiềm. Để
ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và tránh cho các q trình sinh hóa trong bể mạ,
người ta phải tiến hành trung hịa các loại nước thải đó, làm cho một số muối kim
loại nặng lắng xuống và tách ra. Trong các loại nước thải nếu pH = 6,5÷8,5 thì được
coi là đã trung hịa. Có nhiều phương pháp trung hòa như: trung hòa bằng cách trộn
trực tiếp nước thải chứa axit và kiềm. Trong bể mạ chủ yếu là có chứa axit nên khi
trung hịa cần cho thêm kiềm, để trung hịa các loại axit vơ cơ có thể dùng bất kỳ
loại kiềm nào có ion OH- để trung hịa các loại axit hữu cơ thường dùng vơi tơi (từ

5÷10%) hoặc dung dịch vơi tơi với nước amoniac NH 4OH 25% sẽ tạo thêm điều
kiện cho quá trình sinh hóa giảm được lượng cặn vơi.
VD:

H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 + 2H2O
H2SO4 + CaCO3 = CaSO4 + CO2 + H2O
H2SO4 + NaOH = NaHSO4 + H2O
NaHSO4 + NaOH = Na2SO4 + H2O

Phương pháp trung hòa hầu như áp dụng rộng rãi và có tính khả thi cho xử lý
nước thải chứa kim loại nặng trong các phân xưởng mạ điện. Đa số dung dịch mạ
điện đều có tính axit hoặc bazo vì vậy trước khi thải ra hệ thống thốt nước thì
người ta dùng vơi để trung hịa axit hoặc bazo đậm đặc.
• Phương pháp khử kết tủa


Trong xử lý nước thải chứa kim loại nặng Cr, Ni…người ta thường phải khử
Cr+6 về Cr+3, sau đó tách Cr+3 ở dạng axit kết tủa. Phương pháp này bao gồm ba giai
đoạn:
-

Giai đoạn điều chỉnh pH

-

Giai đoạn khử

-

Giai đoạn kết tủa

Giai đoạn điều chỉnh pH được thực hiện bằng cách bổ sung axit vào nước thải

sao cho pH = 2- 3, ở điều kiện này sự khử Cr +6 thành Cr+3 có hiệu quả rất cao. Thực
tế, người ta thường dùng nước thải có nồng độ axit cao để trung hịa với dịng thải
cần xử lý crơm để giảm giá thành xử lý, thường dùng những chất khử: Na 2S,
Na2SO3, NaHSO3, FeSO4, khí SO2, Na2S2O3…
Để tiết kiệm trong cơng đoạn kết tủa người ta thường trộn lẫn dòng thải có chứa
niken với nước tẩy rửa là dung dịch kiềm ở cơng đoạn khác để đưa pH = 10÷11, ở
điều kiện này kết tủa niken sẽ đạt hiệu quả cao hơn.
NiSO4 + Ca(OH)2 = Ni(OH)2 + CaSO4
Việc xử lý các ion kim loại nặng Cr, Ni…đều có chung giai đoạn kết tủa các
hidroxit kim loại ở pH = 9÷11. Như vậy, để đảm bảo pH của dịng thải ra mơi
trường, người ta điều chỉnh độ pH của nước thải sau xử lý bằng cách tận dụng dung
dịch ở công đoạn tẩy rửa chi tiết bằng dung dịch axit để tính đến chỉ tiêu kinh tế.
Phương pháp khử kết tủa rất phổ biến trong xử lý nước thải mạ điện vì khử trực tiếp
các ion kim loại độc hại đặc biệt với ion Cr có hiệu quả làm sạch đến 99%. Chỉ tiêu
kinh tế phù hợp, triển khai công nghệ khá đơn giản và đạt hiệu quả công suất cao,
cho phép tái sử dụng nước đã xử lý. Các thông số cơng nghệ ít nên rất dễ điều
khiển. Nước thải sau khi xử lý đạt loại B TCVN 5945/1995 (đảm bảo chỉ tiêu thải ra
nguồn nước mặt của hệ thống thoát nước chung).
• Phương pháp trao đổi ion
Trao đổi ion là một trong những phương pháp đã được áp dụng vì nó có hiệu
quả tương đối cao và có thể thu được các sản phẩm có giá trị về kinh tế.


Bản chất của quá trình là sự trao đổi lẫn nhau của các ion có cùng điện tích trên
bề mặt chất rắn và trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các
ionit (không tan trong nước). Trong đó, các chất có khả năng hút ion dương gọi là
cationit (mang tính kiềm).
Phản ứng trao đổi ion xảy ra do hiệu số thế hóa của các ion trao đổi:

mA + RmB

mRA + B

Động lực của quá trình này giống như quá trình hấp phụ các chất từ dung dịch. Tốc
độ của quá trình do cơ chế khuyếch tán quyết định (thiết bị gián đoạn)
b.

Phương pháp sinh học
Xử lý nước thải chứa kim loại nặng bằng biện pháp sinh học dựa trên nguyên tắc

sử dụng một số loài thực vật, vi sinh vật và một số chất có nguồn gốc sinh học để
hấp phụ, hấp thụ và chuyển hóa sinh học KLN trong nước thải.
Theo nghiên cứu, hiện nay người ta đã tìm được rất nhiều lồi thực vật, vi sinh
vật và chất hấp phụ sinh học có khả năng xử lý kim loại nặng tốt. Đáng chú ý có
một số vi sinh vật có thể tích lũy kim loại nặng từ hàng chục đến hàng trăm lần so
với hàm lượng có trong mơi trường. Chẳng hạn như Pseudomonas fluorosen sinh
trưởng trong mơi trường tổng hợp có Pb(COOH)2 thì lượng Pb tích luỹ được đến
1/3 trọng lượng khơ. Vi khuẩn Bacillus có khả năng hấp thụ 178 mg Cr/g sinh khối
khô.
Bảng 1.1 Khử kim loại nặng trong bể với bùn hoạt tính.[21]
Nước thải vào

Nước thải ra

Crơm

2,2mg/l

0,9mg/l

Đồng

0,5mg/l

0,1mg/l

Kẽm

0,7mg/l

0,4mg/l

Sử dụng bùn hoạt tính (sinh khối vi sinh vật) để thu gom kim loại nặng cũng
là một trong những biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt chứa kim loại nặng. Bùn
hoạt tính ở bể thứ cấp có thành phần giống với axit humic mà axit này có nhiều
nhóm chức năng nối với kim loại. Khi qua hệ thống xử lý, các ion này sẽ bị giữ lại


trong bùn. Tuy nhiên, ban đầu kim loại nặng thường gây độc với hệ sinh hóa hiếu
khí cũng như kị khí của bùn hoạt tính, khi đã thích nghi vi sinh vật có khả năng chịu
được nồng độ KLN tương đối cao.
Phương pháp sinh học được coi là phương pháp kinh tế, thân thiện với mơi
trường, thích hợp cho việc xử lý ở những nơi có hàm lượng kim loại nặng thấp và
thường là công đoạn sau cùng của quá trình xử lý nước thải. Đặc điểm của phương
pháp này là nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60mg/l và phải bổ
sung đủ chất dinh dưỡng N, P, các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự phát triển
của các tác nhân sinh học. Sử dụng phương pháp sinh học đòi hỏi thời gian nhiều
hơn các phương pháp khác vì cần thời gian lưu dài.
• Phương pháp hấp phụ và hấp thụ sinh học

Hấp phụ và hấp thụ sinh học (biosorption and bioabsorption): Hấp phụ và
hấp thụ kim loại bằng nguyên liệu sinh học như thực vật thủy sinh (tảo, bèo cái, rau
muống, rau ngổ...) hay vật liệu sinh học (sinh khối của nấm, tảo, vi khuẩn và các
phế liệu của công nghiệp lên men, chế biến thủy sản, sản xuất nông nghiệp...).
Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi cho phép xử lý nước thải chứa
một hoặc nhiều loại ô nhiễm khác nhau cả khi nồng độ các chất ô nhiễm trong nước
rất thấp, khi đó dùng các phương pháp khác thì hiệu suất xử lý nước rất thấp (thậm
chí khơng đạt) và chi phí cao.
Kĩ thuật hấp phụ sinh học thường được nhiều tác giả sử dụng. Các vật liệu
sinh học có nguồn gốc từ sinh khối tảo, nấm, vi khuẩn... được sử dụng để hấp phụ
thu hồi kim loại nặng. Chẳng hạn như đối với tảo, người ta thấy rằng sự hấp thu
sinh học các ion kim loại nặng nhờ tảo tốt hơn so với sự kết tủa hoá học ở khả năng
thích nghi với sự thay đổi pH và nồng độ kim loại nặng, tốt hơn phương pháp trao
đổi ion và thẩm thấu ngược ở khả năng nhạy cảm với sự hiện diện của chất rắn lơ
lửng, các chất hữu cơ và sự hiện diện của các kim loại khác. Tuy nhiên, để thuận
tiện cho quá trình xử lý và thu gom KLN, sinh khối tảo thường được cố định với
chất mang (silicagel, polyacryamide, polyvinyl...). Đã có nhiều nghiên cứu về khả
năng cố định tế bào vi tảo lên các chất mang khác nhau. Có nghiên cứu cho thấy khi


cố định tế bào tảo Chlorella vulgaris lên chất mang alginate, phức hợp này có khả
năng hấp thu Cu nhanh chóng (với hơn 90% ion Cu trong dung dịch được hấp thụ
trong vòng 3 giờ). Hay sử dụng chế phẩm AlgaSORB (cũng là từ sinh khối tảo
Chlorella vulgaris) có khả năng xử lý nước thải chứa KLN có nồng độ từ 1 ÷
100mg/l với năng suất xử lý tới 380 lít/phút [9].
Thực vật thuỷ sinh cũng có khả năng tích lũy kim loại nặng. Chúng có thể
hút, giữ, hấp thụ kim loại nặng qua từng phần hoặc toàn bộ cơ thể như thân, rễ của
chúng. Ưu điểm của thực vật thuỷ sinh là tốc độ tăng sinh khối nhanh, bộ rễ phát
triển mạnh và được coi như là bộ lọc các chất vô vơ và hữu cơ rất tốt. Mặt khác
trong quá trình quang hợp thực vật thuỷ sinh sử dụng CO 2 và làm tăng lượng ơxy

hịa tan trong mơi trường nước thải cần thiết cho q trình nitrat hố và ơxy hóa
hiếu khí các KLN cũng như các chất hữu cơ khác. Kim loại nặng thường được
chuyển vào thực vật thuỷ sinh từ các lông rễ đến hệ thống mạch rễ và từ đó tới các
cơ quan của cây. Quá trình trao đổi hấp thụ xảy ra với tốc độ lớn trong giai đoạn rễ
sinh trưởng và phát triển mạnh.
Có rất nhiều lồi thực vật thuỷ sinh có khả năng tích luỹ kim loại nặng như
bèo tây, bèo cái, rong đi chó, lau sậy... Với mỗi loại thực vật và kim loại khác
nhau thì khả năng tích lũy cũng khác nhau trong các bộ phận của cây. Ví dụ, cà
chua hấp thụ và tích lũy Pb, Cd, As, Zn chủ yếu ở trong rễ và một phần trong quả.
Trong khi đó, rễ cây cải củ tích lũy các kim loại này ít hơn trong lá.
Bằng thực nghiệm, một số tác giả đã chứng minh vai trò quan trọng của thực
vật thuỷ sinh trong việc tích lũy vào cơ thể của chúng các KLN khác nhau. Chẳng
hạn cây Bèo lục bình có khả năng hấp thụ Pb, Cr, Ni, Fe, Zn trong môi trường nước
thải mạ điện. Trong khi cây Rong đi chó và Bèo tấm lại có khả năng giảm thiểu
được Fe, Cu, Pb và Zn trong nước hồ Bảy Mẫu. Một loại thực vật nổi trên mặt nước
– cây Najas graminea Del., đã được các nhà khoa học Đài Loan sử dụng để xử lý
Cu, Zn, Pb, Cd. Đây là loại thực vật có khả năng hấp thụ KLN mạnh, đặc biệt là với
Pb, dễ nuôi trồng và thu hoạch. Một loài thủy sinh vật khác là Rau Muống (Ipomea
aquatica Firsk), có khả năng tích lũy Cu, Ni, Cr và Zn. Qua hệ thống rễ, rau muống


có năng tích lũy 0,552mg Cu; 0,213 mg Ni; 0,090mg Cr và 0,009mg Zn trên 1 gam
sinh khối khô trong vòng 48 giờ ở nồng độ kim loại là 5mg/l [21].
Các chất hấp phụ để tách các kim loại nặng trong nước thải mạ điện oxit
nhơm, than hoạt tính, mùn cưa, zeoxit… Khi chất hấp phụ đã bão hòa người ta phải
tiến hành hấp phụ (tái sinh). Phương pháp này hấp phụ được 85 – 95% các chất hữu
cơ và màu. Đối với kim loại nặng như Ni, Cr, Cu… thì khả năng hấp phụ là:
-

Khử Cr6+ bằng ơxit nhơm đạt hiệu suất hấp phụ cao (90%) và tái sinh ôxit nhôm

bằng HCl. Dung lượng hấp phụ tại pH = 4 - 6 là 11,7mg/l. Thực nghiệm chứng
tỏ rằng có thể loại bỏ 97% muối Cr 3+ và Cr6+ trong nước thải bằng hấp phụ bởi
than hoạt tính tốc độ hấp phụ ion tăng lên theo qui luật số mũ với sự giảm pH,
than hoạt tính hấp phụ tốt hơn rất nhiều lần khi nồng độ Cr thấp nhất (Cr 6+ loại
bỏ 97,4%), Cr3+ loại bỏ 99,3%.

-

Mùn cưa khi hấp phụ bão hòa các ion kim loại được thu gom, sấy khơ và đốt thì
có thể thu hồi được kim loại, mạt cưa rẻ, dễ kiếm, ứng dụng nhiều. Phương pháp
này được các nhà khoa học L.a.Vorapano và SG.Rupanopskaisi hoàn thiện. Hai
nhà khoa học này tiến hành với dung dịch ban đầu để thí nghiệm kalibicrơmat,
(nồng độ Cr 52mg/cm3). Nồng độ kim loại được xác định bằng máy so màu và
kiểm tra độ kiềm, độ axit của dung dịch bằng máy đo pH.

• Chuyển hóa sinh học
Chuyển hóa sinh học (biotransformation): Chuyển hóa sinh học là q trình
khử các ion kim loại nặng hóa trị cao, độc hại về dạng muối kim loại bền vững
thông qua phản ứng trực tiếp với enzyme hay phản ứng gián tiếp với các sản phẩm
trao đổi chất do vi sinh vật đặc hiệu tạo ra (Ví dụ: ion sulfide tạo ra trong q trình
khử sulfate phản ứng với ion kim loại tạo kết tủa kim loại dưới dạng sulfide).
Nhiều nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và chứng minh được vai trò
của vi sinh vật khử sunfat trong xử lý nước thải nhiễm KLN. Ở Mỹ, năm 19882000, các tác giả đã ứng dụng thành công vi khuẩn này để xử lý nước thải nhiễm
Cr6+. Khả năng loại bỏ 70mg Zn/l và 2mg Cd/l đã được các nhà khoa học Brazil
minh chứng trong mơ hình dịng chảy ngược kị khí (UASB) [29].


Trong nghiên cứu này, mùn cưa từ các quá trình chế biến gỗ được sử dụng
với cả hai mục đích trên là làm nhiệm vụ hấp phụ và chuyển hóa sinh học KLN
trong nước thải. Đây là một đối tượng nghiên cứu rất mới ở Việt Nam và trên thế

giới. Có thể kết hợp mùn cưa với hệ thống đất ngập nước nhân tạo để làm tăng hiệu
quả xử lý KLN trong nước.
1.2.

Khái quát về sử dụng mùn cưa trong xử lý nước thải chứa kim loại nặng
Hiện nay, người ta thường sử dụng mùn cưa làm chất hấp phụ kim loại nặng.

Về bản chất, mùn cưa có thành phần chính là xenlulơ, thơng qua q trình thủy
phân dưới tác dụng của các enzym nó sẽ chuyển hóa thành glucozơ và tiếp tục
chuyển hóa thành các chất hữu cơ có mạch cacbon ngắn. Một số nghiên cứu đã sử
dụng mùn cưa từ các quá trình chế biến gỗ với cả hai mục đích là làm nhiệm vụ hấp
thụ và chuyển hóa sinh học KLN trong nước thải. Đây là một đối tượng nghiên cứu
rất mới ở Việt Nam và trên thế giới.
Trong mùn cưa, cellulose là hợp chất hữu cơ chiếm nhiều nhất sau đó là lignin,
ngồi ra cịn một phần rất nhỏ các chất khác. Thông thường trong mùn cưa có thành
phần tùy thuộc vào từng loại gỗ, biến động như sau: Lignin: 15 - 20%;
Hemixenlulozo: 25 – 35 %; Xenlulơ: 40 - 50%

\

Hình 1.2 Thành phần của gỗ


1.2.1.Q trình thủy phân mùn cưa
Xenlulơ là hợp chất hữu cơ có cơng thức cấu tạo (C6H10O5)n, và là thành
phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, gồm nhiều cellobiose liên kết với nhau. Các
nhóm OH ở hai đầu mạch có tính chất hồn tồn khác nhau, cấu trúc tại C1 có tính
khử trong đó OH có tính chất của rượu.

Hình1.3 Cơng thức hóa học của xenlulơ

 Enzym thủy phân
Theo nghiên cứu của các tác giả Goksoyr và Eriksen, Bisaria và Ghose, hệ
enzym thủy phân cellulose gồm 3 enzym chủ yếu là Exoglucanase, Endoglucanase
và Beta-glucosidase. Sự thủy phân cellulose là sự kết hợp của 3 loại enzyme trên.
Đầu tiên enzym EG tấn cơng vào giữa xenlulơ và giải phóng các đầu cuối của
chuỗi. Tiếp sau đó là enzym CBH tiếp tục phân cắt để tạo sản phẩm cuối là
cellobiose. Việc phân cắt cuối cùng tạo thành glucose nhờ vào enzym thứ 3 βglucosidase.

Hình 1.4 Tác dụng của từng enzym trong xenlulô


Mặc dù enzyme cellulase được nghiên cứu sau các enzyme khác như protease,
amylase (những năm1980)…nhưng đã đóng vai trị quan trọng trong nhiều lĩnh vực
đời sống. Enzyme cellulase được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như xử lý phế
phẩm nông nghiệp, trong các ngành công nghiệp như trong sản xuất bia, chất tẩy,
dệt, giấy, thực phẩm và cả trong y dược…(Kirk et al., 2002), (Cherry và Fidantsef,
2003).
 Các sản phẩm chính của q trình thủy phân mùn cưa
• Phân hủy xenlulo:
Xenlulơ
Phân hủy xenlulơ
Cellobiose
Thủy phân cellobiose
Glucozơ

Lactat

CO2

Acetat

Q trình lên men
H2

CO2

Methanogenesis

Q trình khử
sunfat

SO42H2S

CO2

Hình 1.5 Q trình thủy phân xenlulơ

Me2
MeS (s)

CH4