MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội hiện đại, chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được cải thiện và nâng cao nhưng kèm theo đó cũng nảy sinh nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng, trong đó phải kể đến thực trạng ô nhiễm nguồn nước, yếu tố cần thiết không thể thiếu được cho mọi hoạt động sống trên trái đất. Hiện nay, tình hình ô nhiễm nguồn nước ở Việt Nam nói chung và ô nhiễm bởi gốc sunfua nói riêng đang là một vấn đề được cả xã hội quan tâm. Sunfua phát tán vào trong nước chủ yếu do hoạt động công nghiệp, thương mại và các hoạt động dân sinh của con người…Nồng độ sunfua trong môi trường nước vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người và làm ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng. Khi hàm lượng sunfua tồn tại trong nước cao sẽ gây ảnh hưởng đến hô hấp và phát triển của thủy sản, dễ phát sinh mầm bệnh và lây lan nhanh dẫn đến thủy sản chậm phát triển hay chết hàng loạt.
Do có tính axit nên H2S là nguyên nhân gây ăn mòn nhanh chóng các loại máy móc và đường ống dẫn, như ăn mòn đường ống trong hệ thống cấp thoát nước. Do tính chất độc hại của sunfua trong nước, hàm lượng sunfua trong nước đã được quy định nghiêm ngặt bởi các tiêu chuẩn QCVN 40:2011 cho nước thải công nghiệp và QCVN 14: 2008 cho nước thải sinh hoạt và không được phép vượt quá 4 mg/L đối với nước thải sinh hoạt khi thải vào dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt. Nhiều công trình khoa học đã nghiên cứu xử lý sunfua bằng các phương pháp khác nhau như phương pháp hấp phụ, oxi hóa, sinh học, phương pháp hấp phụ,. trong đó, phương pháp hấp phụ đã và đang được quan tâm nghiên cứu vì hiệu năng xử lý cao và được sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển.
Sắt (III) hydroxit là một trong những vật liệu hấp phụ đa năng đã được dùng để xử lý các chất gây ô nhiễm nguồn nước. Mặt khác, sắt (III) hyđrôxít phát thải trong quá trình xử lý nước thải của ngành mạ kim loại ở Việt Nam với khối lượng rất lớn, có thể lên đến hàng trăm ngàn tấn mỗi năm, nhưng hầu hết nguồn nguyên liệu quan trọng này không được tái chế và tái sử dụng. Quy trình xử lý đang áp dụng vẫn là chôn lấp gây lãng phí nguyên liệu và tiêu tốn quỹ đất. Do vậy, sử dụng 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com sắt (III) hyđrôxit phế thải để tái chế và sản xuất nguyên liệu hấp phụ sunfua, giải quyết vấn đề hiện tượng ô nhiễm nguồn nước do gốc sunfua gây nên đã trở thành bước tiến quan trọng về bảo vệ môi trường tại Việt Nam.
Xuất phát từ thực tế và hướng nghiên cứu trên, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ sunfua của vật liệu bùn thải sắt (III) hydroxit” làm nội dung nghiên cứu cho luận văn của mình. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về các dạng sunfua vô cơ 1. Các dạng tồn tại và tính chất của sunfua Sunfua là hợp chất vô cơ và là muối của axit sufuhydric.
Trong môi trường nước, sunfua tồn tại ở 2 dạng muối cơ bản: muối axit là muối hydrosunfua (HS-) và muối trung hòa là muối sunfua (S2-). Tất cả các muối sufua đều không tan trong nước chỉ có muối sunfua của kim loại kiềm là dễ tan. Các muối sunfua nói chung có màu đặc trưng như: CdS, Ag2S3 màu vàng, ZnS màu trắng, CuS, PbS màu đen…Có thể dựa vào tính chất này để nhận biết muối sunfua. Các muối sunfua tan dễ bị thủy phân trong dung dịch cho môi trường kiềm: H2S + H2O ↔ HS− + H3O+ HS− + H2O ↔ S2− + H3O+ Ở nồng độ cho phép, sunfua có nhiều công dụng trong công nghiệp và kỹ thuật đặc biệt là muối Na2S có ứng dụng quan trọng như dùng để xử lý nước loại bỏ tạp chất của oxi, trong công nghiệp giấy, sản xuất hóa chất cao su, tách quặng, chế thuốc nhuộm…Khi vượt quá giới hạn cho phép, sunfua sẽ gây ảnh hưởng rất lớn tới môi trường nước, đất và sức khỏe con người.
Một số nguồn gây ô nhiễm sunfua Sunfua tồn tại trong nước chủ yếu do phát tán từ các nguồn thải nhân tạo chủ yếu như: nước thải sinh hoạt, công nghiệp…cũng như hoạt động của con người và thương mại và đây cũng là nguồn chủ yếu gây ra ô nhiễm sunfua. Hydro sunfua được sản xuất tự nhiên và do hoạt động của con người. Hydro sunfua sinh ra do quá trình sử dụng nhiên liệu có chứa lưu huỳnh ví dụ như từ các mỏ khai thác quặng. Nguồn tự nhiên chiếm khoảng 90% tổng số hydro sunfua trong khí quyển.
Nó được thải ra chủ yếu bằng khí và được tìm thấy tự nhiên trong dầu thô, khí tự nhiên, khí núi lửa, và suối nước nóng. Hydro sunfua cũng được tìm thấy trong nước ngầm. Hydro sunfua được thải ra từ các vùng nước đọng hoặc ô nhiễm và các hố khai thác hoặc hầm than có hàm lượng oxy thấp. Hydro sunfua được phát ra bởi một số loài thực vật như một sản phẩm phụ của quá trình chuyển hóa sunfit.
Ước tính 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tốc độ phát thải hydro sunfua trên mặt đất dao động từ 53 đến 100 triệu tấn lưu huỳnh / năm. Ước tính tốc độ phát thải từ các đại dương dao động từ 27 đến 150 triệu tấn lưu huỳnh / năm. Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ cũng như vô cơ có chứa lưu huỳnh dưới tác dụng của vi khuẩn tạo ra các hợp chất bay hơi, mùi khó chịu như: HS-, CH3SH…[34] (CH2O)106(NH3)16H3PO4+53SO42-→53CO2+53HCO3-+53HS-+16NH3+53H2O + H3PO4 1. Ảnh hưởng của sunfua Đối với con người Khi nồng độ sunfua trong môi trường nước vượt quá giới hạn cho phép sẽ làm ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người vì trong quá trình phân hủy sẽ phát thải ra một lượng lớn khí H2S.
Đây là một khí độc có mùi thối, khó chịu, gây ra các bệnh tật cho con người. Ở nồng độ thấp, H2S gây khó chịu cho mắt, mũi, họng và hệ hô hấp (ví dụ như đốt/ xé mắt, ho, thở nhanh). Bệnh nhân hen có thể gặp khó khăn về hô hấp. Tác động có thể bị trì hoãn vài giờ, hoặc đôi khi vài ngày, khi làm việc ở nồng độ thấp.
Tiếp xúc nhiều lần hoặc kéo dài có thể gây viêm mắt, nhức đầu, mệt mỏi, khó chịu, mất ngủ, rối loạn tiêu hóa và giảm cân. Nồng độ vừa phải có thể gây kích ứng mắt và hô hấp nghiêm trọng hơn (bao gồm ho, khó thở, tích tụ dịch trong phổi), nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn. Nồng độ cao có thể gây sốc, co giật, không thở được, vô thức vô cùng, hôn mê và tử vong. Đã có nhiều báo cáo trường hợp về tử vong của con người sau khi tiếp xúc với nồng độ cao (700 mg/ m3) của khí hydro sufua.
Hầu hết các trường hợp gây tử vong liên quan đến việc phơi nhiễm hydro sufua đã xảy ra trong các khoảng không tương đối hạn chế, các nạn nhân bị mất ý thức nhanh chóng sau khi hít dung dịch hydro sunfua, đôi khi chỉ sau một hoặc hai lần thở. Nhiều nghiên cứu tình huống liên quan giả định các vụ ngộ độc ngẫu nhiên mà nồng độ và thời gian phơi nhiễm chưa được biết. Tử vong xảy ra sau khi phơi nhiễm với nồng độ hydro sufua cao xuất hiện với hầu hết các trường hợp ban đầu có suy hô hấp, phù phổi, hôn mê và da tím tái [17]. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đối với thực vật và thủy sản - Thực vật: làm thương tổn lá cây, rụng lá, giảm sinh trưởng… - Thủy sản: Trong nước khí H2S tồn tại cân bằng với dạng ion HS-.
Khi hàm lượng sunfua tồn tại trong nước cao sẽ gây ảnh hưởng đến hô hấp và phát triển của thủy sản, dễ gây ngạt và làm thủy sản bị stress, dễ phát sinh mầm bệnh và lây lan nhanh dẫn đến thủy sản chậm phát triển hay chết hàng loạt [34]. Tác hại đối với vật liệu Do có tính axit nên H2S là nguyên nhân gây ăn mòn nhanh chóng các loại máy móc và đường ống dẫn, như ăn mòn đường ống trong hệ thống cấp thoát nước. Ăn mòn đường ống được cho là H2S và H2SO4 trong quá trình khử lưu huỳnh thành H2S và H2SO4. Trong đường ống dẫn cấp thoát nước không được thông thoáng, thành ống và đỉnh ống bị ẩm ướt H2S sẽ hòa tan vào lớp nước trên thành và đỉnh ống tương ứng với áp suất riêng phần của nó.
Trên thành ống và đỉnh ống có vi khuẩn Thiobacillus, vi khuẩn này sẽ oxi hóa H2S thành H2SO4. Do trong điều kiện thiếu khí, lượng H2SO4 sinh ra ngày càng đậm đặc và ăn mòn các đường ống cấp thoát nước kể cả đường ống bê tông. Quá trình oxi hóa H2S thành H2SO4 trong đƣờng ống [23] 1. Các quy định hiện có về hàm lượng của sunfua trong môi trường Do tính chất độc hại của sunfua trong nước, hàm lượng sunfua trong nước hiện đang quy định theo các tiêu chuẩn sau: QCVN 40:2011: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp [2].
Hàm lượng sunfua trong nước không được vượt quá: 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com o 0,2 mg/L đối với nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt. o 0,5 mg/L đối với nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt. QCVN 14: 2008: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt [1]: hàm lượng sunfua (tính theo H2S) trong nước không được phép vượt quá: o 1 mg/L đối với nước thải sinh hoạt khi thải vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt. o 4 mg/L đối với nước thải sinh hoạt khi thải vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
Các phƣơng pháp phân tích sunfua 1. Phương pháp hóa học 1. Phương pháp iot (chuẩn độ ngược) Phương pháp này cho kết quả khá chính xác và cho phép xác định các dung dịch mẫu có nồng độ S2- > 1mg/L. Nguyên tắc của phương pháp là cho dung dịch sunfua tác dụng với một lượng I2 dư xác định, sau đó chuẩn độ lượng I2 còn thừa bằng dung dịch Na2S2O3.
I2 + S2- → S + 2I- hoặc I2 + ZnS → S + ZnI2 Dung dịch cũng cần đuổi oxi bằng khí trơ để hạn chế quá trình oxi hóa sunfua.