MỞ ĐẦU Tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ. Nguồn nước thải của các cơ sở sản xuất, nước thải sinh hoạt chưa được xử lý hoặc xử lý chưa triệt để vẫn hàng ngày thải ra môi trường nước. Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và nước ngầm ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng. Nếu hàm lượng kim loại nặng vượt quá ngưỡng cho phép sẽ rất độc và gây tác hại lâu dài tới cơ thể chúng ta.
Kim loại nặng có thể tiếp xúc với màng tế bào, ảnh hưởng tới quá trình phân chia DNA, dẫn đến thai chết, sự dị dạng, quái thai cho các thế hệ sau. Có nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để tách các kim loại nặng ra khỏi môi trường nước. Một trong các phương pháp đang được nhiều người quan tâm hiện nay là việc sử dụng than hoạt tính được chế tạo từ các phụ phẩm công nông nghiệp (vỏ lạc, bã mía, xơ dừa…) để làm vật liệu hấp phụ tách loại các kim loại nặng ra khỏi môi trường nước. Phương pháp này có ưu điểm là sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có và không đưa thêm vào môi trường các tác nhân độc hại khác.
Ở Việt Nam, cây sen được trồng phổ biến từ Bắc vào Nam. Mọc ở nhiều ao hồ, có sức sống mãnh liệt. Cây sen là cây đa dụng, tất cả các bộ phận của cây sen đều có thể sử dụng làm thực phẩm hoặc làm thuốc cho con người. Hoa, hạt, lá non và ngó sen ăn được.
Nhụy hoa phơi khô dùng để ướp chè, tâm sen được sử dụng trong y học như là một loại thuốc có tác dụng an thần và thanh nhiệt. Lá sen có đặc điểm không thấm nước, hiện tượng này đã được ứng dụng trong khoa học vật liệu để chế tạo ra loại vật liệu xây dựng có bề mặt tự làm sạch. Sau khi sen ra hoa và kết trái, cây lụi tàn đi, giá trị của thân cây sen vẫn chưa được khai thác hiệu quả. Xuất phát từ thực tế và nhu cầu quản lý, tái sử dụng nước, chúng tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Ni(II) của than chế tạo từ thân cây sen và thử nghiệm xử lý môi trƣờng”.
Thực hiện đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu về: - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ thân cây sen. - Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ bằng phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET), ảnh hiển vi điện tử quét (SEM). 1 - Khảo sát khả năng hấp phụ và một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của vật liệu hấp phụ chế tạo được theo phương pháp hấp phụ tĩnh. - Khảo sát khả năng tách loại và thu hồi Ni(II), Cr(VI) của TTS chế tạo được theo phương pháp hấp phụ động trên cột.
- Thử khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ đối với mẫu nước thải thực chứa Cr(VI), Ni(II) theo phương pháp hấp phụ tĩnh. 2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1. Tình trạng ô nhiễm môi trƣờng nƣớc bởi các ion kim loại nặng Trên bề mặt Trái Đất 71% diện tích được bao phủ bởi lớp nước. Tổng lượng nước trên Trái Đất là 1.
Nhưng chỉ có 2,5% là nước ngọt. Đến 98,8% nước ngọt ở dạng băng tuyết, tập trung ở hai cực, số còn lại là nước ở các ao hồ sông suối, trong khí quyển, nước ngầm và trong cơ thể sinh vật. Tuy nhiên, chính số ít nước ngọt đó đã tạo ra sự khác biệt giữa Trái Đất và các hành tinh khác. Có thể nói, nước ngọt là nguồn sống của sinh giới.
Nước tham gia vào hầu hết quá trình sinh- địa- hóa, nước đóng vai trò rất quan trọng trong những hoạt động sống của sinh vật, hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người. Thế nhưng hiện nay, nguồn tài nguyên quý giá đó đang suy giảm nghiêm trọng cả về số lượng lẫn chất lượng do những tác động của con người. Trong những năm gần đây, do sự phát triển về kinh tế, kéo theo là sự gia tăng dân số nên nguồn tài nguyên nước ngày càng bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng mà nguồn gốc chủ yếu từ công nghiệp và giao thông vận tải. Với sự phát triển của công – nông nghiệp và giao thông vận tải, ô nhiễm môi trường nước ở nước ta tập trung điển hình tại 3 lưu vực sông gồm sông Cầu, sông Nhuệ - Đáy và sông Đồng Nai.
Theo số liệu của Sở Tài nguyên & Môi trường Hà Nội, sông Nhuệ có chiều dài 64km từ cống Liên Mạc (Từ Liêm) đến xã Đông Lỗ (Ứng Hòa), sông Đáy dài gần 100km từ xã Vân Nam (Phúc Thọ) đến xã Yến Vĩ (Mỹ Đức) nhưng đang phải tiếp nhận nước thải từ 700 đầu mối thuộc địa bàn 24/29 quận, huyện, thị xã với khối lượng 80.000m3 chất thải/ngày, trong đó có 11 khu công nghiệp tập trung, 47 cụm công nghiệp và 1.350 làng nghề cùng chất thải từ các khu đô thị, dân cư, cơ sở y tế, nhà hàng, khách sạn, du lịch, thương mại. Kết quả quan trắc của Trung tâm Quan trắc môi trường (Bộ Tài nguyên và Môi trường) cho thấy, mức độ ô nhiễm sông Đáy, sông Nhuệ, sông Cầu Bây, lượng khuẩn coliform vượt hàng chục lần, chỉ tiêu như BOD5, COD, NH4+, SS cùng các chất dinh dưỡng chứa nitơ, phốt pho, chất hữu cơ, chất thải rắn độc hại như đồng, chì, thủy ngân, asen. đều vượt quá tiêu chuẩn nhiều lần. Theo đánh giá của Bộ Y tế và Bộ TN&MT, trung bình mỗi năm ở Việt Nam có khoảng 9.000 người chết vì nguồn nước và điều kiện vệ sinh kém; hằng năm có khoảng 200.000 trường hợp mắc ung thư mới phát hiện mà một trong những nguyên 3 nhân chính là do sử dụng nguồn nước ô nhiễm.
Tại một số địa phương, khi quan sát các trường hợp ung thư, viêm nhiễm phụ khoa chiếm từ 40 đến 50% là do từng sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm [2]. Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải vượt ngưỡng các quy chuẩn sẽ gây ô nhiễm nguồn nước và khi tích lũy trong cơ thể con người, nó sẽ gây các rối loạn về thận, gan, tim mạch, thần kinh… Do đó, sự ô nhiễm nguồn nước bởi các kim loại nặng đã và đang là vấn đề được cả thế giới quan tâm và tìm cách khắc phục. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con ngƣời 1. Giới thiệu về kim loại nặng Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3.
Một số kim loại nặng có thể cần thiết cho cơ thể sinh vật, chúng được coi là nguyên tố vi lượng. Một số lại không cần thiết cho sự sống, khi đi vào cơ thể sinh vật có thể gây độc hại nghiêmtrọng nếu hàm lượng của chúng vượt quá ngưỡng cho phép [12]. Tác dụng sinh hóa của Crom Với đặc tính lý hóa của Crom (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hóa, cứng và tạo màu tốt) nên Crom ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp. Đặc biệt là công nghiệp mạ điện, công nghiệp khai thác mỏ, nung đốt các nhiên liệu hóa thạch… là nguồn gốc gây ô nhiễm Crom.
Crom là kim loại được xếp vào nhóm có khả năng gây bệnh ung thư. Crom tồn tại ở hai dạng oxi hóa chính là +3 và +6, trong đó Cr(VI) độc hơn nhiều so với Cr(III). Crom xâm nhập vào cơ thể con người theo ba con đường: hô hấp, tiêu hóa và tiếp xúc trực tiếp. Crom có vai trò sinh học như chuyển hóa glucozo, nhưng với hàm lượng lớn có thể làm kết tủa protein, các axit nucleic và ức chế hệ thống men.
Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất cứ đường nào, Crom cũng hòa tan vào máu ở nồng độ 0,001mg/l sau đó chuyển vào hồng cầu và hòa tan vào hồng cầu nhanh 10-20 lần, từ hồng cầu Crom chuyển vào các tổ chức phủ tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan. Phần còn lại chuyển qua nước tiểu. Crom(VI) hấp thu qua dạ dày, ruột nhiều hơn Crom(III) và có thể thấm qua màng tế bào. Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da như loét da, thủng vách ngăn mũi, viêm da tiếp xúc.
khi con người làm các công việc phải tiếp xúc với Crom hoặc các hợp chất của Crom. Crom còn kích thích niêm mạc sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước 4 mũi, nước mắt, niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia máu, về sau có thể thủng vành mũi. Nhiễm độc Crom có thể gây mụn, mụn cơm, viêm gan, viên thận, ung thư phổi, đau răng, tiêu hoá kém. Khi da tiếp xúc trực tiếp với dung dịch Crom(VI) dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương, nhiễm độc Crom lâu năm có thể bị ung thư phổi, ung thư gan [12].
Tác dụng sinh hóa của Niken Niken tồn tại trong các quặng, nhưng trong công nghiệp luyện kim và các công nghiệp khác việc sử dụng niken đang có xu hướng gia tăng. Sử dụng Niken trong công nghiệp là các pin, công tắc điện và các loại tương tự, xúc tác điện và xúc tác hóa học. Nó cũng được giải phóng trong quá trình khí hóa than đá. Niken là một tác nhân gây ung thư cho người.
Niken chủ yếu gây ra ung thư ở mũi, nhưng cũng gây ung thư phổi, thanh quản, dạ dày và thận. Tiếp xúc với các đồ vật kim loại chứa Niken, như tiền hay đồ trang sức là một trong những nguyên nhân thường thấy gây ra bệnh viêm da tiếp xúc dị ứng. Cơ thể thiếu Niken sẽ làm thay đổi chuyển hóa glucose và làm giảm khả năng dung nạp glucose [1],[ 12]. Quy chuẩn Việt Nam về nƣớc thải chứa ion kim loại nặng QCVN 24:2009/BTNMT quy định về nồng độ của ion kim loại trong nước thải công nghiệp như sau: Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ một số chất ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp Giá trị giới hạn STT Nguyên tố Đơn vị A B 1 Crom (VI) mg/l 0,05 0,10 2 Niken (II) mg/l 0,20 0,50 Trong đó: - Cột A quy định giá trị của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
- Cột B quy định giá trị của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt [11]. Giới thiệu chung về phƣơng pháp hấp phụ 1. Sự hấp phụ Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn, lỏng-rắn, khí-lỏng, lỏng-lỏng).