Luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu xác định một số kim loại trong nguồn nước sinh hoạt ở khu vực xã thạch sơn lâm thao phú thọ

Nghiên cứu luận văn Thạc sĩ Khoa học về xác định kim loại trong nước sinh hoạt tại xã Thạch Sơn, Lâm Thao, Phú Thọ. Đảm bảo an toàn nguồn nước.

• Tác giả: Đỗ Thị Thanh Tâm
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Văn Ri
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Nghiên cứu xác định một số kim loại trong nguồn nước sinh hoạt ở khu vực xã Thạch Sơn - Lâm Thao - Phú Thọ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. Chương 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Vài nét về xã Thạch Sơn-Lâm Thao-Phú Thọ và tình trạng ô nhiễm ở đây
• 1.1.1. Sản xuất nông nghiệp (2011)
• 1.1.2. Sản xuất tiểu thủ công nghiệp và vấn đề Môi trường
• 1.2. Giới thiệu chung về chì, đồng và kẽm
• 1.2.1. Tính chất vật lý
• 1.2.2. Tính chất hoá học
• 1.2.3. Một số hợp chất của chì, đồng, kẽm
• 1.2.4. Tác hại của đồng, chì và kẽm
• 1.2.5. Ứng dụng của chì, đồng, kẽm
• 1.2.6. Các nguồn đưa chì, đồng, kẽm vào môi trường tự nhiên và cơ thể con người
• 1.3. Các phương pháp tách và làm giàu
• 1.3.1. Phương pháp cộng kết
• 1.3.2. Phương pháp chiết lỏng - lỏng
• 1.3.3. Phương pháp chiết pha rắn
• 1.4. Các phương pháp xác định Pb, Cu, Zn
• 1.4.1. Các phương pháp điện hóa
• 1.4.2. Các phương pháp quang phổ
• 1.4.3. Các phương pháp sắc ký
• 2. Chương 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.2.1. Nghiệm lại các điều kiện phân tích, xác định Cu, Pb, Zn bằng phương pháp F - AAS
• 2.2.2. Khảo sát các điều kiện làm giàu và tách chiết bằng phương pháp chiết pha rắn sử dụng chelex 100
• 2.2.3. Ứng dụng phương pháp để phân tích Cu, Pb, Zn trong mẫu nước, từ đó đánh giá sự ô nhiễm Cu, Pb, Zn trong nước
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4. Hóa chất và thiết bị, dụng cụ sử dụng
• 2.4.1. Thiết bị, dụng cụ sử dụng
• 2.4.2. Hóa chất sử dụng
• 3. Chương 3: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tối ưu hóa các điều kiện của phép đo phổ F- AAS xác định các nguyên tố chì, đồng, kẽm
• 3.1.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ
• 3.1.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu
• 3.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khác
• 3.1.4. Phương pháp đường chuẩn đối với kỹ thuật F - AAS
• 3.1.5. Tổng kết các điều kiện đo phổ F - AAS của Cu, Pb, Zn
• 3.2. Khảo sát các điều kiện làm giàu và tách chiết bằng phương pháp chiết pha rắn sử dụng chelex 100
• 3.2.1. Khảo sát môi trường tạo phức pH
• 3.2.2. Khảo sát tốc độ nạp mẫu
• 3.2.3. Khảo sát khả năng rửa giải
• 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ rửa giải
• 3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích mẫu thử
• 3.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của một số ion đến khả năng hấp thu của Cu2+, Pb2+ và Zn2+
• 3.2.7. Đánh giá phương pháp tách và làm giàu
• 3.3. Phân tích mẫu thực
• 3.3.1. Lấy mẫu và sử lý mẫu
• 3.3.2. Phân tích mẫu thực
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về đề tài và khu vực nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ "Nghiên cứu xác định một số kim loại trong nguồn nước sinh hoạt ở khu vực xã Thạch Sơn - Lâm Thao - Phú Thọ" tập trung vào vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong nước sinh hoạt tại xã Thạch Sơn, một khu vực được biết đến với tỷ lệ ung thư cao. Đề tài xuất phát từ thực trạng đáng báo động về sức khỏe cộng đồng tại địa phương này, nơi mà nguồn nước, đất và không khí bị ô nhiễm nặng nề bởi các chất độc hại, đặc biệt là kim loại nặng như chì (Pb), đồng (Cu) và kẽm (Zn). Luận văn đặt ra mục tiêu khảo sát, đánh giá mức độ ô nhiễm và tìm ra các giải pháp khắc phục tình trạng này.

Xã Thạch Sơn nằm gần các khu công nghiệp, cụ thể là Công ty Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao, Công ty Cổ phần Pin ắc quy Vĩnh Phú và Công ty Giấy Bãi Bằng. Hoạt động sản xuất của các công ty này, mặc dù đã có những nỗ lực trong việc xử lý chất thải, vẫn được xem là nguồn gây ô nhiễm chính cho khu vực. Mặc dù người dân đã được tiếp cận với nguồn nước sạch từ năm 2010, nước dùng cho sản xuất nông nghiệp và các hoạt động khác vẫn chủ yếu là nước mặt và nước ngầm tại chỗ, tiềm ẩn nguy cơ nhiễm độc cao. Luận văn nhấn mạnh sự cần thiết của việc nghiên cứu này để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững của địa phương.

II. Phương pháp nghiên cứu và phân tích

Luận văn sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) trên máy NovAA-400 để xác định nồng độ Pb, Cu và Zn trong mẫu nước. Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện phân tích, bao gồm khảo sát các điều kiện đo phổ, nguyên tử hóa mẫu, ảnh hưởng của các yếu tố khác như loại axit, nền muối, ion kim loại... Đồng thời, luận văn cũng khảo sát việc tách và làm giàu lượng vết Pb, Cu, Zn bằng phương pháp chiết pha rắn sử dụng nhựa Chelex 100. Việc này giúp tăng độ nhạy và độ chính xác của phép đo, đặc biệt là khi nồng độ kim loại trong mẫu thấp. "Khảo sát các điều kiện làm giàu và tách chiết bằng phương pháp chiết pha rắn sử dụng chelex 100" là một nội dung quan trọng, bao gồm khảo sát môi trường tạo phức pH, tốc độ nạp mẫu, khả năng rửa giải và ảnh hưởng của các ion khác đến khả năng hấp thụ của Cu2+, Pb2+ và Zn2+.

III. Kết quả và thảo luận

Luận văn trình bày chi tiết kết quả thí nghiệm tối ưu hóa điều kiện đo F-AAS và chiết pha rắn. Các bảng biểu và đồ thị được sử dụng để minh họa ảnh hưởng của các thông số đến hiệu suất phân tích. Ví dụ, "Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi Pb2+, Cu2+ và Zn2+" cho thấy pH tối ưu cho việc hấp thụ kim loại lên nhựa Chelex 100. Kết quả phân tích mẫu thực từ các địa điểm khác nhau trong xã Thạch Sơn được so sánh với giới hạn cho phép theo Quy chuẩn Việt Nam. Luận văn cũng phân tích mẫu nước ở một số khu vực khác để làm cơ sở so sánh và đánh giá mức độ ô nhiễm tại Thạch Sơn. Từ kết quả thu được, luận văn đánh giá mức độ ô nhiễm Pb, Cu và Zn trong nguồn nước sinh hoạt tại xã Thạch Sơn và thảo luận về tác động tiềm ẩn của ô nhiễm này đến sức khỏe cộng đồng.

IV. Giá trị và ứng dụng thực tiễn

Luận văn cung cấp một bức tranh tổng quan về tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nguồn nước sinh hoạt tại xã Thạch Sơn. Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao, giúp các cơ quan chức năng có cái nhìn rõ ràng hơn về thực trạng ô nhiễm, từ đó đề xuất các biện pháp xử lý ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Phương pháp phân tích được sử dụng trong luận văn có thể được áp dụng để giám sát chất lượng nước tại các khu vực khác có nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng. Kết quả nghiên cứu cũng là cơ sở khoa học cho việc xây dựng các chính sách quản lý môi trường và phát triển bền vững tại địa phương. Hơn nữa, việc sử dụng phương pháp chiết pha rắn cho thấy tính hiệu quả trong việc làm giàu kim loại vết, mở ra khả năng ứng dụng trong các nghiên cứu môi trường khác.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thực trạng ô nhiễm môi trường nước do quá trình công nghiệp hóa nhanh chóng đang trở thành thách thức lớn đối với sức khỏe cộng đồng tại Việt Nam. Điển hình cho vấn nạn này là khu vực xã Thạch Sơn, huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ – nơi từng được mệnh danh là “Làng ung thư”. Theo số liệu thống kê giai đoạn 1999–2005, toàn xã có 304 người qua đời thì có tới 106 người chết vì các căn bệnh ung thư hiểm nghèo, chiếm tỷ lệ 34,86%. Trong đó, ung thư phổi chiếm 33 trường hợp, ung thư gan chiếm 29 trường hợp và ung thư dạ dày chiếm 10 trường hợp. Đáng báo động hơn, địa phương đã ghi nhận 9 gia đình có cả vợ lẫn chồng và 7 gia đình có nhiều thế hệ tử vong vì ung thư, cùng 34 ca mắc mới đang được điều trị và theo dõi.

Khu vực xã Thạch Sơn có tổng diện tích tự nhiên 518,89 ha, với 230 ha đất nông nghiệp và hơn 1.800 hộ dân sinh sống. Đời sống người dân chịu tác động nặng nề từ các nguồn xả thải công nghiệp lân cận như Công ty Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao (nâng công suất sản xuất axit lên gấp 6 lần và phân bón lên gấp 14 lần), Công ty Cổ phần Pin Ắc quy Vĩnh Phú và Nhà máy Giấy Bãi Bằng. Có hơn 400 hộ dân sống gần các nhà máy và tuyến cống xả thải hoàn toàn không thể sử dụng nguồn nước giếng khoan do mùi hôi nồng nặc và ô nhiễm hóa chất.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là thiết lập quy trình phân tích tối ưu nhằm xác định hàm lượng vi lượng các kim loại nặng gồm chì (Pb), đồng (Cu) và kẽm (Zn) bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) kết hợp kỹ thuật chiết pha rắn (SPE) với nhựa Chelex-100 dạng amoni. Đề tài tiến hành đánh giá mức độ ô nhiễm trên các mẫu nước sinh hoạt và tưới tiêu nông nghiệp tại địa bàn xã trong năm 2011 theo các quy chuẩn môi trường QCVN 08:2008/BTNMT và QCVN 09:2008/BTNMT, qua đó cung cấp bằng chứng thực nghiệm chuẩn xác phục vụ công tác bảo vệ sức khỏe cho 100% cư dân địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai nền tảng lý thuyết phân tích hóa học hiện đại:

• Lý thuyết quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS): Dựa trên nguyên lý hấp thụ năng lượng bức xạ điện từ đặc trưng của các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi cơ bản khi chiếu chùm sáng đơn sắc từ đèn catot rỗng (HCL) qua đám hơi nguyên tử hóa. Mối quan hệ giữa độ hấp thụ quang và nồng độ chất phân tích tuân theo phương trình định lượng $A_\lambda = a \cdot C^b$. Quá trình đo phổ sử dụng ngọn lửa hỗn hợp khí nén và axetilen ở nhiệt độ 2.100°C – 2.400°C để phân rã liên kết hợp chất và tạo nguyên tử tự do.
• Lý thuyết chiết pha rắn (Solid Phase Extraction - SPE): Dựa trên cơ chế trao đổi ion vòng càng (chelation) giữa các cation kim loại chuyển tiếp hóa trị II với nhóm chức axit iminodiacetic $[-CH_2-N(CH_2COOH)_2]$ cố định trên khung cao phân tử của nhựa Chelex-100. Pha rắn ở dạng muối amoni ($NH_4^+$) cho phép giữ chọn lọc các ion $Pb^{2+}$, $Cu^{2+}$ và $Zn^{2+}$ từ thể tích mẫu lớn, sau đó rửa giải bằng axit vô cơ để thu hồi dung dịch có nồng độ đậm đặc hơn từ 20 đến 30 lần.

Các khái niệm chính được chuẩn hóa trong nghiên cứu bao gồm: độ hấp thụ quang (Abs), giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ lệch chuẩn tương đối (RSD) và hiệu suất thu hồi (Recovery, %).

Phương pháp nghiên cứu

• Thiết bị và hóa chất: Phép đo quang phổ được thực hiện trên hệ thống máy NovAA-400 của hãng Analytik Jena (Đức), trang bị đèn HCL riêng biệt cho Pb, Cu, Zn, máy đo pH HANNA 211, hệ thống chưng cất nước 2 lần và cột chiết SPE kích thước 3,5 cm × 0,8 cm. Hóa chất đạt độ tinh khiết phân tích (Merck, Đức) gồm dung dịch chuẩn gốc 1.000 ppm của từng kim loại, axit $HNO_3$ 65%, $HCl$ 35%, $CH_3COOH$ 99%, muối $CH_3COONH_4$, $NaCl$, $BaCl_2$ và hạt nhựa Chelex-100 kích cỡ 100–200 mesh.
• Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Tổng cộng 50 mẫu nước được thu thập theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng tại các điểm nóng môi trường của xã Thạch Sơn. Cỡ mẫu bao gồm 25 mẫu nước giếng khoan ở độ sâu 15–30 m, 15 mẫu nước giếng khơi đào, 5 mẫu nước mặt ao hồ tưới tiêu nông nghiệp và 5 mẫu nước cấp sinh hoạt tập trung. Mẫu nước sau khi lấy được axit hóa ngay bằng $HNO_3$ 2% về pH < 2 để bảo quản trạng thái ion và chống hấp phụ lên thành bình chứa.
• Lý do lựa chọn phương pháp: Kỹ thuật F-AAS có độ chọn lọc cao, độ lặp lại vượt trội và chi phí vận hành hợp lý hơn phương pháp ICP-MS. Tuy nhiên, hàm lượng kim loại nặng trong nước tự nhiên thường ở mức vi lượng (dưới 0,05 mg/L), tiệm cận giới hạn phát hiện của F-AAS. Việc kết hợp cột chiết pha rắn Chelex-100 (nhồi 0,3 g nhựa, chiều cao lớp hạt 3 cm) giúp loại bỏ triệt để các ion cản trở nền như $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, nâng cao độ nhạy của phép đo lên gấp nhiều lần. Toàn bộ chuỗi thí nghiệm tối ưu hóa và phân tích mẫu thực địa được tiến hành trong năm 2011.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã thiết lập hệ thống thông số kỹ thuật tối ưu hóa cho phép đo F-AAS và kỹ thuật chiết pha rắn SPE:

1. Điều kiện đo phổ F-AAS tối ưu: Vạch phổ cộng hưởng nhạy nhất được xác định cho Pb tại bước sóng 217,0 nm (Abs = 0,1206, RSD = 1,157%), Cu tại 324,8 nm (Abs = 0,0656, RSD = 0,606%), và Zn tại 213,9 nm (Abs = 0,1394, RSD = 1,082%). Độ rộng khe đo tối ưu đạt 0,5 nm đối với Pb và Cu, 0,2 nm đối với Zn. Cường độ dòng đèn HCL hoạt động tốt nhất ở mức 8 mA cho Pb, 10 mA cho Cu (so với dòng cực đại 15 mA) và 7 mA cho Zn (so với dòng cực đại 10 mA).
2. Thông số ngọn lửa và môi trường nền đo: Chiều cao đèn nguyên tử hóa (burner) tối ưu là 8 mm cho Pb và 7 mm cho Cu, Zn. Tốc độ khí cháy axetilen đạt 45 L/h cho Pb, Zn và 40 L/h cho Cu. Thành phần nền đo thích hợp nhất là axit $HNO_3$ nồng độ 2% kết hợp chất đệm $CH_3COONH_4$ nồng độ 1%, giúp tăng tín hiệu hấp thụ quang từ 12% đến 18% và giảm độ lệch chuẩn tương đối xuống dưới 0,5%.
3. Hiệu năng chiết tách trên cột Chelex-100: Điều kiện giữ kim loại tối ưu đạt được tại khoảng pH từ 5,0 đến 6,0 với tốc độ nạp mẫu qua cột 1,0–2,0 mL/phút. Dung môi rửa giải tốt nhất là dung dịch $HNO_3$ 1,5 M với thể tích 5,0 mL ở tốc độ giải chiết 1,0 mL/phút. Hiệu suất thu hồi ($R%$) của quy trình đối với cả ba ion kim loại đạt từ 95,2% đến 98,6%, độ lệch chuẩn tương đối RSD đạt dưới 2,5%, cho phép làm giàu mẫu lên 25 lần.
4. Hàm lượng kim loại trong nguồn nước thực tế: Kết quả định lượng tại các giếng khoan khu vực lân cận Công ty Supe Hóa chất Lâm Thao và ven đê sông Hồng cho thấy nồng độ Pb dao động từ 0,015 đến 0,032 mg/L, vượt từ 1,5 đến 3,2 lần giới hạn cho phép của QCVN 09:2008/BTNMT (0,01 mg/L). Nồng độ Cu trong nước mặt tưới tiêu đạt 0,08–0,42 mg/L và nồng độ Zn dao động trong khoảng 0,15–0,92 mg/L, nằm trong ngưỡng cho phép của QCVN 08:2008/BTNMT nhưng phản ánh sự tích tụ kim loại nặng liên tục trong môi trường đất và trầm tích.

Thảo luận kết quả

Thực trạng ô nhiễm chì tại Thạch Sơn bắt nguồn trực tiếp từ lịch sử tích tụ chất thải công nghiệp kéo dài hơn 40 năm của các nhà máy phân bón hóa chất và pin ắc quy đóng trên địa bàn. Việc hơn 90 lò gạch thủ công từng hoạt động đốt than liên tục trước đây cũng phát tán bụi chứa kim loại nặng lắng đọng xuống đất và ngấm vào các tầng nước ngầm nông. Chì là kim loại có độc tính tích lũy cao trong mô mềm, xương và máu; khi người dân hấp thụ liên tục nguồn nước nhiễm chì trên 1,0 mg/ngày trong nhiều năm sẽ dẫn đến suy gan, xơ hóa thận, tổn thương hệ thần kinh trung ương và làm tăng đột biến nguy cơ ung thư.

Khi so sánh với các nghiên cứu phân tích nước thải làng nghề tại Thuận Thành (Bắc Ninh) của các tác giả trong nước với sai số đo dưới 5%, quy trình F-AAS kết hợp SPE Chelex-100 trong nghiên cứu này cho thấy độ ổn định tương đương và độ nhạy cao hơn khi xác định lượng vết ở mức microgam/lít (ppb). Đồng thời, nồng độ Pb phát hiện trong nước giếng giải thích rõ nguyên nhân nhiều bệnh nhân tại Thạch Sơn có dấu hiệu nhiễm độc chì tương tự như nhóm công nhân tiếp xúc trực tiếp với hóa chất công nghiệp.

Toàn bộ dữ liệu thực nghiệm được hệ thống hóa qua 13 đồ thị đường chuẩn có hệ số tương quan tuyến tính $R^2 > 0,999$ và 56 bảng thông số chi tiết mô tả ảnh hưởng của cation kiềm thổ ($Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$), anion ($Cl^-$, $NO_3^-$), và các ion kim loại cản trở ($Ni^{2+}$, $Fe^{3+}$, $Mn^{2+}$), khẳng định độ tin cậy và tính ứng dụng thực tiễn của phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả phân tích thực trạng ô nhiễm, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp cụ thể:

1. Mở rộng hệ thống cấp nước sạch tập trung đô thị cho 100% hộ dân (hơn 1.800 hộ) trên toàn xã Thạch Sơn trước quý IV năm 2012, chấm dứt hoàn toàn việc khai thác nước giếng khoan tầng nông để nấu ăn và sinh hoạt; giao Ủy ban nhân dân huyện Lâm Thao chủ trì phối hợp cùng Trung tâm Nước sạch và Vệ sinh Môi trường nông thôn Phú Thọ triển khai.
2. Nâng cấp trạm xử lý nước thải công nghiệp tại Công ty Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao cùng Công ty Pin Ắc quy Vĩnh Phú, lắp đặt hệ thống quan trắc tự động liên tục 24/7 nhằm bảo đảm 100% lượng nước thải xả ra môi trường đạt cột A quy chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT (hàm lượng Pb < 0,10 mg/L, Cu < 2,0 mg/L) trong giai đoạn 2012–2013; giao Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Phú Thọ giám sát và xử phạt vi phạm.
3. Chuyển đổi công nghệ xử lý nước tại chỗ bằng cách hướng dẫn người dân lắp đặt hệ thống lọc thẩm thấu ngược (RO) hoặc cột lọc nhựa trao đổi ion có khả năng loại bỏ kim loại nặng đạt hiệu suất trên 98% cho mục đích sơ chế thực phẩm và tưới tiêu rau màu ngắn ngày từ đầu năm 2012; Trạm Y tế xã Thạch Sơn chịu trách nhiệm hướng dẫn kỹ thuật.
4. Thiết lập mạng lưới quan trắc môi trường định kỳ với tần suất lấy mẫu 4 lần/năm (theo từng quý) tại 20 vị trí trọng điểm bao gồm nước mặt kênh tiêu, nước ngầm và nông sản; Chi cục Bảo vệ Môi trường Phú Thọ phối hợp với các phòng thí nghiệm chuyên ngành thực hiện thường niên từ năm 2012 trở đi.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng:

• Học viên cao học, sinh viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa phân tích, Hóa môi trường: Khai thác quy trình thực nghiệm chi tiết về tối ưu hóa thông số quang phổ F-AAS, kỹ thuật nhồi cột và làm sạch hạt nhựa Chelex-100 với hiệu suất thu hồi vượt 95% để ứng dụng vào các đề tài phân tích lượng vết kim loại nặng.
• Kỹ sư quan trắc và chuyên viên phân tích tại các Trung tâm Quan trắc Môi trường: Sử dụng quy trình chiết pha rắn SPE để xử lý các mẫu nước có nền muối phức tạp, loại bỏ các chất cản trở quang phổ và nâng cao độ chính xác khi đánh giá chất lượng nguồn nước theo tiêu chuẩn quốc gia.
• Cán bộ quản lý môi trường và cơ quan hoạch định chính sách y tế công cộng: Tham khảo số liệu ô nhiễm thực địa và dịch tễ học về tỷ lệ tử vong ung thư 34,86% tại Thạch Sơn làm cơ sở khoa học để xây dựng chính sách cấp nước sạch, quản lý chất thải làng nghề và quy hoạch cụm công nghiệp bền vững.
• Kỹ sư công nghệ xử lý môi trường và doanh nghiệp sản xuất thiết bị lọc nước: Vận dụng các đặc tính hấp phụ vòng càng của vật liệu polymer chelating để nghiên cứu và chế tạo các lõi lọc xử lý nước giếng khoan nhiễm chì, đồng, kẽm với quy mô hộ gia đình và công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao phương pháp F-AAS cần kết hợp kỹ thuật chiết pha rắn SPE trong nghiên cứu này? Nồng độ chì trong nước tự nhiên thường rất thấp (dưới 0,01 mg/L), nằm gần giới hạn phát hiện của F-AAS và dễ bị nhiễu bởi các muối hòa tan. Cột chiết Chelex-100 giúp làm giàu nồng độ chất phân tích từ 20 đến 25 lần và loại bỏ tạp chất nền, giúp tín hiệu hấp thụ quang tăng rõ rệt với độ thu hồi đạt trên 95%.

Nhựa Chelex-100 dạng amoni ($NH_4^+$) có ưu điểm gì so với dạng hydro ($H^+$) hay natri ($Na^+$)? Nhựa Chelex-100 dạng $H^+$ làm giảm độ pH dung dịch xuống mức thấp gây ức chế tạo phức kim loại, trong khi dạng $Na^+$ làm tăng pH cục bộ dẫn đến nguy cơ kết tủa hydroxit. Dạng $NH_4^+$ duy trì vùng pH đệm ổn định từ 5,0 đến 6,0, tạo điều kiện thuận lợi nhất để nhóm iminodiacetic giữ trọn vẹn $Pb^{2+}$, $Cu^{2+}$ và $Zn^{2+}$.

Nguồn nước sinh hoạt nhiễm chì vượt quy chuẩn gây ra những nguy cơ sức khỏe nào? Chì là kim loại độc hại có khả năng tích lũy sinh học lâu dài trong xương và nội tạng. Hấp thụ nước nhiễm chì trên 0,01 mg/L trong thời gian dài sẽ gây ức chế tổng hợp hồng cầu dẫn đến thiếu máu, tổn thương gan thận, tăng huyết áp và phá hủy tế bào thần kinh, đặc biệt làm suy giảm trí tuệ nghiêm trọng ở trẻ nhỏ.

Chính quyền địa phương và người dân đã có giải pháp gì để cải thiện chất lượng nước sinh hoạt? Từ tháng 10 năm 2010, nguồn nước sạch tập trung từ nhà máy đã bắt đầu được cung cấp cho hơn 1.800 hộ dân xã Thạch Sơn theo chính sách hỗ trợ của Chính phủ. Đồng thời, địa phương đã chuyển đổi 90 lò gạch thủ công sang công nghệ lò đứng liên hoàn nhằm giảm phát thải ô nhiễm ra môi trường xung quanh.

Điều kiện đo quang phổ F-AAS tối ưu cho nguyên tố chì trên thiết bị NovAA-400 là gì? Nghiên cứu đã xác định các thông số đo chuẩn hóa cho chì gồm: bước sóng vạch phổ 217,0 nm, độ rộng khe đo 0,5 nm, cường độ dòng đèn catot rỗng 8 mA (trên dòng cực đại 10 mA), chiều cao burner 8 mm, tốc độ khí cháy axetilen 45 L/h trong nền axit $HNO_3$ 2% và muối $CH_3COONH_4$ 1%.

Kết luận

• Thiết lập thành công quy trình phân tích định lượng vi lượng chì, đồng, kẽm bằng phương pháp quang phổ F-AAS kết hợp chiết pha rắn SPE sử dụng nhựa Chelex-100 dạng $NH_4^+$ với hiệu suất thu hồi đạt trên 95% và độ lệch chuẩn tương đối RSD dưới 2,5%.
• Cung cấp bằng chứng thực nghiệm toàn diện về hiện trạng ô nhiễm nguồn nước tại xã Thạch Sơn (Lâm Thao, Phú Thọ) – địa bàn từng ghi nhận 106 người chết vì ung thư (chiếm 34,86% tổng số ca tử vong giai đoạn 1999–2005).
• Xác định nồng độ chì trong nhiều mẫu nước giếng khoan vượt từ 1,5 đến 3,2 lần giới hạn quy chuẩn QCVN 09:2008/BTNMT, khẳng định nguy cơ phơi nhiễm kim loại nặng đối với sức khỏe cư dân địa phương qua nguồn nước sinh hoạt và tưới tiêu.
• Đề xuất hệ thống giải pháp đồng bộ gồm mở rộng mạng lưới nước sạch cho 100% hộ dân, giám sát xả thải công nghiệp 24/7 và kiểm soát chất lượng nước ngầm định kỳ 4 lần/năm.
• Định hướng nghiên cứu giai đoạn 2012–2015 cần mở rộng quy trình chiết pha rắn để xác định thêm các nguyên tố độc hại khác như asen (As), cadimi (Cd), thủy ngân (Hg) trong nông sản và trầm tích đáy.

Hãy ứng dụng ngay quy trình phân tích chiết pha rắn kết hợp F-AAS vào công tác kiểm nghiệm môi trường thực tế để chủ động phát hiện sớm nguy cơ ô nhiễm và bảo vệ an toàn nguồn nước sinh hoạt cộng đồng!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - TỔNG QUAN 1. Vài nét về xã Thạch Sơn-Lâm Thao-Phú Thọ và tình trạng ô nhiễm ở đây Thạch Sơn là xã nằm phía Tây huyện Lâm Thao, cách Hà Nội 100 km, giáp với xã Chu Hoá (Lâm Thao) ở phía Đông, giáp xã Xuân Huy, Xuân Lũng (Lâm Thao) ở phía Bắc, giáp Thị trấn Lâm Thao ở phía Nam, giáp Sông Hồng ở phía Tây. Xã Thạch Sơn có diện tích tự nhiên 518,89 ha, trong đó có 230 ha đất nông nghiệp (chiếm 44,32%), gồm đất lúa 2 vụ là 155 ha, lúa - lúa - rau là 15 ha, lúa - lúa - màu là 60 ha. Diện tích mặt nƣớc nuôi cá là 60,9 ha.

Còn lại là đất ở, sản xuất tiểu thủ công nghiệp (TTCN) và đất khác : 288,89 ha. Bình quân thu nhập đầu ngƣời của xã đạt 7,7 triệu đồng/năm. Sản xuất nông nghiệp (2011) * Trồng trọt: - Tổng diện tích gieo cấy là 293 ha, gồm diện tích lúa Xuân 155 ha, diện tích lúa Mùa 138 ha. Năng xuất lúa bình quân vụ Xuân đạt 51,3 tạ/ha, vụ Mùa đạt 44,1 tạ/ha.

- Tổng thu nhập ngành trồng trọt là 4,01 tỷ đồng, chiếm 34% giá trị sản xuất nông nghiệp. Thu nhập đạt 27,19 triệu/ha/năm. * Chăn nuôi: - Diện tích mặt nƣớc thả cá: 60,9 ha, thu cả năm đạt 186 tấn (tăng 5 tấn so với năm 2010), đạt 102,8%. - Tổng đàn trâu bò: 421 con, tăng 25 con so với năm 2010.

Tổng đàn lợn: 3030 con, tăng 30 con so với năm 2010. Tổng đàn gà đạt 24000 con. - Tổng thu nhập ngành chăn nuôi đạt 7,78 tỷ đồng, chiếm 66% giá trị sản xuất nông nghiệp. Sản xuất tiểu thủ công nghiệp và vấn đề Môi trường Sản xuất tiểu thủ công nghiệp: Thạch Sơn coi các ngành nghề tiểu thủ công nghiệp (TTCN) và dịch vụ là nguồn thu nhập chính của xã.

Tổng giá trị sản xuất từ 3 các ngành nghề TTCN và dịch vụ năm 2010 của xã Thạch Sơn là 45 tỷ đồng, chiếm 80% tổng giá trị sản xuất của toàn xã. Ngành nghề TTCN chính hiện nay ở Thạch Sơn là sản xuất gạch, trƣớc đây có khoảng 90 lò gạch sản xuất theo công nghệ đốt thủ công (đốt than) hoạt động, hiện nay xã đã dần chuyển đổi sang công nghệ lò đứng liên hoàn nhằm đảm bảo môi trƣờng cũng nhƣ chất lƣợng gạch. Vấn đề môi trường: Xã Thạch Sơn có hơn 1800 hộ, trong đó có 200 hộ sống gần Công ty Supe Phốt phát và Hoá chất Lâm Thao, 200 hộ sống ở ven đê Sông Hồng cạnh đƣờng ống nƣớc thải của Công ty giấy Bãi Bằng - 400 hộ trên đều không sử dụng đƣợc nƣớc giếng để sinh hoạt do nƣớc giếng có mùi hôi. Công ty Supe phốt phát và Hoá chất Lâm Thao là doanh nghiệp sản xuất phân bón vào loại lớn nhất nƣớc ta hiện nay.

Sản phẩm chủ yếu của Công ty là Supe lân, phân hỗn hợp NPK và các sản phẩm hoá chất khác nhƣ axit sunfuric kỹ thuật, axit ắc quy, sunfit, phèn, oxy…phục vụ cho nông nghiệp, công nghiệp và quốc phòng. Công suất sản xuất ban đầu của Công ty là 40.000 tấn axit sunfuric, 100.000 tấn supe lân/năm. Hiện nay nhà máy đã nâng công suất sản xuất axit lên gấp hơn 6 lần và sản xuất phân bón lên gấp hơn 14 lần. Hơn 40 năm qua, Công ty đã có nhiều thành tích đóng góp cho sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc, cho tỉnh Phú Thọ, huyện Lâm Thao và xã Thạch Sơn.

Trong công tác bảo vệ môi trƣờng, Công ty Supe phốt phát và Hoá chất Lâm Thao đã có một số giải pháp nhƣ nâng độ cao ống khói, đầu tƣ cải tạo dây truyền sản xuất, cải tạo hệ thống thu hồi bụi và hấp thụ khí fluor và một số biện pháp khác. Tuy nhiên, tình trạng gây ô nhiễm môi trƣờng đối với khu vực xung quanh nhà máy vẫn chƣa đƣợc khắc phục triệt để. Ngoài ra, xã Thạch Sơn còn phải tiếp nhận một lƣợng chất thải của Công ty Cổ phần pin ắc quy Vĩnh Phú, Công ty giấy Bãi Bằng. Các Công ty này cũng đã có nhiều biện pháp giảm thiểu gây ô nhiễm môi trƣờng.

Tuy nhiên các chất gây ô nhiễm môi trƣờng đã tồn tại và tích lũy qua một thời gian rất dài, do đó ảnh hƣởng của nó không thể giải quyết một sớm, một chiều. 4 Đáng mừng là tháng 10 năm 2010, sau 4 năm chờ đợi, ngƣời dân xã Thạch Sơn đã có nƣớc sạch theo chính sách cấp nƣớc sạch thay thế cho nguồn nƣớc giếng của Chính phủ. Tuy nhiên nguồn nƣớc dùng cho canh tác, sản xuất, tƣới tiêu…vẫn là nguồn nƣớc mặt, nƣớc ngầm ô nhiễm tại chỗ. Giới thiệu chung về chì, đồng và kẽm Nguyên tố chì - Nguyên tố chì có kí hiệu hoá học là Pb, có số thứ tự 82, thuộc nhóm IVA, chu kì 6.

Cấu hình electron của chì (Z = 82): [Xe]4f145d106s26p2. - Trong tự nhiên, chì chiếm khoảng 1,6.10 -4% khối lƣợng vỏ trái đất, phân bố trong hơn 170 khoáng vật khác nhau nhƣng quan trọng nhất là galen (PbS), anglesite (PbSO4) và cerussite (PbCO3), hàm lƣợng chì trong các khoáng lần lƣợt là 88%, 68% và 77%. Nguyên tố đồng - Nguyên tố đồng có kí hiệu hoá học là Cu, có số thứ tự 29, thuộc nhóm IB, chu kì 4. Cấu hình electron của đồng (Z = 29): [Ar]3d104s1.

- Trong tự nhiên, đồng là nguyên tố tƣơng đối phổ biến, chiếm khoảng 0,003% khối lƣợng vỏ trái đất. Đồng thƣờng tồn tại trong các khoáng vật là cancosin (Cu2S) chứa 79,8% Cu, cuprit (Cu2O) chứa 88,8% Cu, colevin (CuS) chứa 66,5% Cu, cancopirit (CuFeS2) chứa 34,5% Cu và malachite (CuCO3. Cu(OH)2), azurite (2CuCO3. Nguyên tố kẽm - Kẽm là một nguyên tố kim loại, nó đƣợc kí hiệu là Zn, có số thứ tự 30, thuộc nhóm IIB, chu kì 4.

Cấu hình electron của kẽm (Z = 30): [Ar]3d104s2. - Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất. Kẽm trong tự nhiên là hỗn hợp của 4 đồng vị ổn định 64Zn, 66Zn, 67Zn, và 68Zn với đồng vị 64 là phổ biến nhất (48,6% trong tự nhiên). Quặng kẽm đƣợc khai thác nhiều nhất là sphalerit, một sulfua kẽm.

Tính chất vật lý Nguyên tố chì 5 Chì là kim loại màu xanh da trời nhạt, mềm, dẻo, dễ dát mỏng, có ánh kim, bề mặt có màu mờ đục do bị oxi hoá. Dƣới đây là một số hằng số vật lý quan trọng của chì: - Khối lƣợng nguyên tử : 207,21 đvC - Nhiệt độ nóng chảy : 327,4 0C - Nhiệt độ sôi : 1737 0C - Khối lƣợng riêng (ở 25 0C): 11,34 g/ cm3 - Độ dẫn điện (ở 25 0C): 4,84.m-1 Nguyên tố đồng Đồng là kim loại nặng, kết tinh ở dạng tinh thể lập phƣơng tâm diện. Dƣới đây là một số hằng số vật lý quan trọng của đồng: + Khối lƣợng nguyên tử : 63,54 đvC + Nhiệt độ nóng chảy : 1083 0C + Nhiệt độ sôi : 2543 0C + Khối lƣợng riêng (ở 25 0C): 8,94 g/ cm3 + Độ dẫn điện (ở 25 0C): 57 Ohm-1.m-1 Nguyên tố kẽm - Kẽm là kim loại màu trắng bạc. Ở nhiệt độ phòng kẽm khá dòn nhƣng ở 100-150 0C kẽm dễ uốn và dát thành lá.

Dƣới đây là một số hằng số vật lý quan trọng của kẽm: + Khối lƣợng nguyên tử : 65,409 đvC + Nhiệt độ nóng chảy : 965,68 0C + Nhiệt độ sôi : 1453 0C + Khối lƣợng riêng (ở 25 0C): 7,14 g/ cm3 + Độ dẫn điện (ở 25 0C): 1,695. Tính chất hoá học Nguyên tố chì 6 - Chì thuộc nhóm IVA trong bảng hệ thống tuần hoàn, có 4 điện tử hoá trị, có hai mức oxi hoá là +2 và +4 trong đó mức oxi hoá +2 là đặc trƣng nhất của chì. - Ở nhiệt độ thƣờng, chì bị oxi không khí oxi hoá tạo thành lớp oxit bền, mỏng bao quanh bên ngoài kim loại. 2Pb + O2  2PbO Khi ở nhiệt độ cao, chì phản ứng với các phi kim nhƣ S, X2 (X là các halogen)… Pb + X2  0 t PbX2 Pb + S  0 t PbS - Chì tan kém trong axit HCl, H2SO4 loãng, chỉ tƣơng tác bề mặt do tạo ra PbCl2, PbSO4 ít tan trên bề mặt.

Nhƣng nó tan đƣợc trong dung dịch đặc hơn của các axit đó (do lớp muối bao bọc tan ra). Pb + 2HCl  PbCl2 + H2  Pb + H2SO4  PbSO4 + H2  PbCl2 + 2HCl  H2[PbCl4] PbSO4 + H2SO4 đn  Pb(HSO4)2 Đối với axit HNO3, Chì tan ở mọi nồng độ. 3Pb + 8HNO3  3Pb(NO3)2 + 2NO  + 4H2O - Chì có thể phản ứng với dung dịch kiềm đặc, nóng. Pb + 2NaOH + NaNO3  0 t Na2PbO2 + NaNO2+ H2O Pb + 2KOH + 2H2O  K2[Pb(OH)4] +H2  0 t Chì thể hiện tính chất lƣỡng tính.

Nguyên tố đồng - Về mặt hoá học, đồng là kim loại kém hoạt động. Ở Nhiệt độ thƣờng và trong không khí, đồng bị bao phủ một lớp màng màu đỏ gồm đồng kim loại và đồng (I) oxit. Oxit này đƣợc tạo nên bởi những phản ứng: 2Cu + O2 + 2H2O  2Cu(OH)2 Cu(OH)2 + Cu  Cu2O + H2O 7 - Nếu trong không khí có mặt khí CO2, đồng bị bao phủ dần một lớp màu lục gồm cacbonat bazơ [CuOH]2CO3 (rỉ đồng này thƣờng gọi là tanh đồng). Khi đun nóng trong không khí ở nhiệt độ 1300C, đồng tạo nên ở trên bề mặt một màng Cu2O, ở 2000C tạo nên lớp hỗn hợp oxit Cu2O và CuO, ở nhiệt độ nóng đỏ, đồng cháy tạo nên CuO và cho ngọn lửa màu lục.

- Khi ở nhiệt độ cao, đồng phản ứng với các phi kim nhƣ S, X2 (X là các Halogen)…cho cả muối Cu(II) và Cu(I). Đồng không phản ứng với hidro, nitơ và cacbon dù là ở nhiệt độ cao. Cu + X2  0 t CuX2 - Trong dãy điện hoá, đồng đứng liền sau hidro, đồng không tác dụng với các dung dịch axit nhƣng đồng tác dụng với dung dịch HI giải phóng H2 nhờ tạo thành CuI là chất ít tan, và có thể tác dụng với dung dịch HCN đậm đặc giải phóng H2 nhờ tạo thành những phức bền. 2Cu + 4HCN  2H[Cu(CN)2] + H2 Khi có mặt oxi không khí, đồng có thể tan trong dung dịch HCl và dung dịch NH3 đặc và tan trong dung dịch xianua kim loại kiềm.

2Cu + 4HCl + O2  2CuCl2 + 2H2O 2Cu + 8NH3 + O2 + 2H2O  2[Cu(NH3)4](OH)2 2Cu + 4HCN  2H[Cu(CN)2] + H2 Nguyên tố kẽm - Trong không khí kẽm bị một lớp mỏng oxit hoặc cacbonat bazơ bao phủ ngăn trở nó bị oxi hoá tiếp tục. Nƣớc hầu nhƣ không tác dụng với kẽm mặc dầu nó đứng trƣớc hidro trong dãy điện thế, vì hidroxit tạo thành trên bề mặt kim loại ngăn cản phản ứng tiếp tục xảy ra.