CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Kim loại – nguồn gốc phát sinh và mức độ ảnh hưởng 1. Nguồn gốc phát sinh kim loại Trong tự nhiên kim loại tồn tại trong ba môi trường: môi trường không khí, môi trường nước và môi trường đất.
Trong môi trường nước thì kim loại tồn tại dưới dạng ion hoặc phức chất. Trong ba môi trường thì môi trường nước là môi trường có khả năng phát tán kim loại nặng đi xa nhất và rộng nhất. Trong những điều kiện thích hợp kim loại nặng trong môi trường nước có thể phat tán vào trong môi trường đất hoặc môi trường khí. Kim loại nặng trong nước làm ô nhiễm cây trồng khi các cây trồng này được tưới bằng nguồn nước có chứa kim loại nặng hoặc đất trồng cây bị ô nhiễm bởi nguồn nước có chứa kim loại nặng chảy qua.
Do đó kim loại nặng trong môi trường nước có thể đi vào cơ thể con người thông qua con đường ăn hoặc uống. Các quá trình sản xuất công nghiệp, quá trình khai khoáng, quá trình tinh chế quặng, kim loại, sản xuất kim loại thành phẩm… là các nguồn chính gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước. Thêm vào đó, các hợp chất của kim loại nặng được sử dụng rộng rại trong các ngành công nghiệp khác khư quá trình tạo màu và nhuộm, ở các sản phẩm thuộc da, cao su, dệt, giấy, luyện kim, mạ điện và nhiều ngành khác…cũng là nguồn đáng kể gây ô nhiễm kim loại nặng. Khác biệt so với nước thải ngành côn nghiệp, nước thải sinh hoạt thường có chứa trong đó một lượng kim loại nhất định bởi quá trình tiếp xúc lâu dài với Cu, Zn hoặc Pb trong đường ống hoặc bề chứa.
Mức độ ảnh hưởng của kim loại Các kim loại nặng có nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển bình thường của con người. Tuy nhiên nếu như vượt quá hàm lượng cho phép chúng lại gây ra các tác động hết sức nguy hại tới sức khỏe con người. 4 Các kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể thông qua các chu trình thức ăn. Khi đó, chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hóa và trong nhiều trường hợp dẫn đén những hậu quả nghiêm trọng về mặt sinh hóa.
Các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm -SH, -SCH3 của các nhóm enzim trong cơ thể. Vì thế các enzim bị mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể. Vài nét về kim loại đồng 1. Giới thiệu chung kim loại đồng Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm3, bao gồm một số kim loại như: As, Hg, Cu, Cr, Cd, Co, Pb, Zn, Sb, Mn…Một vài kim loại trong số này có thể cần thiết cho cơ thể sống khi chúng ở một hàm lượng nhất định như Zn, Cu, Fe,…tuy nhiên khi ở một lượng lớn hơn nó sẽ trở nên độc hại.
Trong các kim loại nặng, Cu2+ được coi là chất độc hại hoặc rất độc hại đối với các động vật sống dưới nước hoặc rất nhiều các loài thực vật. Trong môi trường nước thì kim loại đồng có thể được liệt xếp thứ ba về độ độc hại sau Hg, Cd. Mặc dù, sự sắp xếp này chỉ là tương đối và các vị trí của các nguyên tố này trong chuỗi sẽ rất khác nhau phụ thuộc vào từng loài, từng điều kiện và đặc điểm môi trường. Đồng có độc tính cao đối với hầu hết các thực vật thủy sinh, ở nồng độ thấp 0,1 mg/L, nó đã gây ra ức chế không cho các loài thực vật này phát triển.
Ngoài ra đồng còn có khả năng làm mất muối bởi vậy làm giảm khả năng thẩm thấu của tế bào. Đối với độc tính của đồng lên thực vật thủy sinh thì đồng chỉ đứng sau thủy ngân. Đối với các loài cá nước ngọt thì đồng cũng gần như là kim loại có độc tính cao nhất chỉ sau thủy ngân. Ngưỡng độc của đồng là LC50 = 0,017 - 1 mg/L, tùy thuộc vào điều kiện môi trường và từng loài.
Đồng ít độc hơn đối với các loài cá biển vì khả năngtạo phức cao của đồng đối với các muối có trong nước biển, các phức này có thể là các phức kết tủa hoặc các phức được tạo ra này ít nguy hiểm hơn. Đối với con người thì đồng không quá độc bởi sự kết hợp trung gian của đồng giữa các axit mạnh và axit yếu. Cũng không có bằng chứng nào chứng tỏ đồng là chất gây ung thư cho con người. Tuy nhiên cũng như các kim loại nặng khác, khi 5 ở nồng độ cao, đồng có thể tích luỹ vào các bộ phận trong cơ thể như gan, thận.
và gây tổn thương đối với các cơ quan này. Nguồn gốc phát sinh Nước thải sinh hoạt và chăn nuôi Sự tồn tại của Cu2+ ở trong nước thải sinh hoạt do các tác nhân trong các mỹ phẩm dùng để trang điểm, rửa mặt. Một vài hóa chất được sử dụng trong nông nghiệp cũng làm gia tăng ô nhiễm Cu2+ như: Cu được thêm vào thức ăn cho lợn và được bài tiết ra môi trường. Nhìn chung, nước thải sinh hoạt và hoạt động chăn nuôi chứa hàm lượng Cu không cao, do lượng sự dụng ít và khi phát thải vào môi trường, Cu có thể bị kết tủa bởi các tác nhân khác trong môi trường như OH, CO3 v.
Hoạt động sản xuất công nghiệp Hoạt động sản xuất công nghiệp phát sinh lượng lớn Cu với nồng độ cao. Các quá trình sản xuất công nghiệp chủ yếu phát thải lượng Cu lớn vào môi trường gồm quá trình khai khoáng, quá trình tinh chế quặng, kim loại, sản xuất kim loại thành phẩm, mạ bản mạch v. Ngoài ra, các hợp chất của Cu được sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp khác như quá trình tạo màu và nhuộm, ở các sản phẩm của thuộc da, cao su, dệt, giấy, luyện kim, mạ điện và nhiều ngành khác. cũng là nguồn đáng kể gây ô nhiễm kim loại đồng.
Đồng trong nước thải thường tồn tại dưới các dạng: các muối Cu2+ như CuCl2, CuSO4. hoặc tồn tại dưới dạng các muối phức như phức với NaOH tạo ra Na2[Cu(OH)4]. Trong các hoạt động công nghiệp, hoạt động xi mạ có thể được coi là một trong các hoạt động chính phát sinh Cu, đặc biệt là hoạt động mạ, rửa bản mạch điện tử PCB. Nước thải từ quá trình xi mạ có thành phần đa dạng về nồng độ và pH, biến đổi rộng từ 2-3 đến 10-11.
Đặc trưng chung của nước thải ngành xi mạ là chứa hàm lượng cao các muối vô cơ và kim loại nặng. Tùy theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô nhiễm có thể là Cu, Zn, Cr, Ni,… và cũng tùy thuộc vào các loại muối kim loại được sử dụng mà nước thải có chứa các độc tố như xianua, sunfat, amoni, cromat,… Các chất hữu cơ có ít trong nước thải xi mạ, phần chủ yếu là chất tạo 6 bông, chất hoạt động bề mặt…nên BOD thấp. Đối tượng xử lý chính là các ion vô cơ mà đặc biệt là các muối kim loại nặng như Cu, Ni, Cr, Fe,… Nước thải của làng nghề tái chế kim loại Hoạt động của các làng nghề cũng là một nguồn phát sinh đáng lưu ý. Các làng nghề hiện tại thường hoạt động ở quy mô bán công nghiệp và ít có sự quản lý nghiêm ngặt về môi trường dẫn tới chất thải phát sinh không được xử lý triệt để.
Các cơ sở tái chế kim loại còn có thể nằm xen kẽ trong khu dân cư nên các chất thải trong quá trình sản xuất gây ảnh hưởng trực tiếp đến cộng đồng, làm suy giảm chất lượng cuộc sống của người dân. Tỷ lệ người mắc bệnh ở các làng nghề đang có xu hướng tăng. Tuổi thọ cũng giảm đi, thấp hơn 10 năm so với tuổi thọ trung bình toàn quốc.Tỷ lệ người mắc bệnh thần kinh, phổi, hô hấp, ngoài da, điếc và ung thư chiếm tới 60% tại các làng nghề sản xuất kim loại, tái chế phế thải. Kết quả nghiên cứu về hàm lượng một số kim loại nặng trong nước mặt của một số làng nghề thu được cho thấy tình trạng báo động.
Hàm lượng một số kim loại nặng trong nước thải một số làng nghề tái chế Cr2+ Fe Pb2+ Cu2+ Zn2+ Al3+ STT Nơi lấy mẫu (g/L) (g/L) (g/L) (g/L) (g/L) (g/L) 1 Chỉ Đạo – Bắc Ninh 0,04 0,4 0,35 0,1 0,6 - 2 Vân Chàng – Nam Định 63 12 0,9 1,5 8,7 10,4 3 Phước Kiều – Quảng Ninh 0,2 7,6 0,6 1,5 1,8 2,1 4 Xuân Tiến – Nam Định 0,8 0,3 0,44 3,1 2,15 0,32 (Nguồn: Đề tài KC 08-09 về môi trường – làng nghề) Ô nhiễm từ các làng nghề tái chế thuộc mức độ ô nhiễm nặng. Do việc thu gom và thải bỏ bừa bãi, nên ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và sức khỏe người dân rất nghiêm trọng. Hầu hết các ao hồ trong các làng nghề không thể nuôi được cá, do đã tiếp nhận một lượng nước thải khá lớn từ hoạt động sản xuất với nồng độ 7 ô nhiễm cao, vượt quá khả năng tự làm sạch của môi trường và do rác thải bừa bãi gây bồi lắng và cản trở dòng chảy của nước sông hồ. Các phương pháp xử lý kim loại đồng - Phương pháp kết tủa Xử lý kim loại bằng phương pháp kết tủa là phương pháp phổ biến và thông dụng nhất.
Với ưu điểm là rẻ tiền, khả năng xử lý nhiều kim loại trong dòng thải cùng một lúc và hiệu quả xử lý kim loại nặng ở mức chấp nhận được thì phương pháp này đang là lựa chọn số một cho các nhà máy công nghiệp ở Việt Nam. Cu thường được kết tủa với hydroxit, trong đó, vôi là sự lựa chọn thích hợp nhất của các cơ sở do chi phí thấp và nguồn cung cấp dễ dàng. Kim loại cũng có thể được kết tủa dưới dạng muối cacbonat hoặc Sulfit. Với phương pháp kết tủa, đa số các kim loại đều cần điều kiện pH kiềm để tạo ra muối của hydroxit.
Do vậy, cần tốn hóa chất để nâng pH của nước thải lên. Chi phí cho quá trình nâng pH khá cao do phần lớn các dòng thải chứa kim loại với nồng độ cao đều có pH axit như nước thải từ quá trình mạ bản mạch, xử lý bề mặt hay nước thải từ quá trình khai khoáng. Phương pháp kết tủa cũng có một nhược điểm lớn nữa là sinh nhiều bùn dạng vô cơ nguy hại. Đây là dạng bùn chỉ xử lý được bằng phương pháp đóng rắn nên về lâu dài sẽ gây tác động tiêu cực tới môi trường.