Tài liệu Khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng cr(vi) bởi chitosan bọc trên các bề mặt khác nhau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ––––––––––––o0o–––––––––––– NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG (Cr6+) CỦA CHITOSAN BỌC TRÊN CÁC BỀ MẶT KHÁC NHAU Chuyên ngành: Công nghệ Sau thu hoạch Mã số: 60.54.10. LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGÔ ĐĂNG NGHĨA Nha Trang, tháng 5 năm 2010. Lôøi caûm ôn Toâi xin chaân thaønh caûm ôn Ban Giaùm hieäu tröôøng Ñaïi hoïc Nha Trang, Phoøng Quan heä Quoác teá & Sau Ñaïi hoïc, Khoa Cheá bieán, Ban Giaùm hieäu tröôøng Trung hoïc Thuûy saûn ñaõ taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi trong quaù trình hoïc taäp vaø thöïc hieän ñeà taøi nghieân cöùu. Toâi xin göûi loøng bieát ôn saâu saéc ñeán PGS.TS.Ngoâ Ñaêng Nghóa - Ngöôøi ñaõ taän tình höôùng daãn ñeå toâi hoaøn thaønh luaän vaên naøy. Cuõng xin baøy toû loøng caùm ôn ñeán PGS.TS.Trang Só Trung ñaõ giuùp ñôõ nhieàu veà maët taøi lieäu, phöông phaùp nghieân cöùu trong quaù trình thöïc hieän luaän vaên. Caùm ôn TS.Hoaøng Thò Hueä An ñaõ taän tình goùp yù giuùp toâi hoaøn thaønh luaän vaên. Ñoàng thôøi toâi xin chaân thaønh caûm ôn caùc Thaày Coâ giaùo khoa Cheá Bieán tröôøng Ñaïi hoïc Nha Trang, Gia ñình, Ñoàng nghieäp vaø Baïn beø ñaõ luoân luoân ñoäng vieân, giuùp ñôõ chia seõ vôùi toâi raát nhieàu caû veà kieán thöùc, vaät chaát, laãn tinh thaàn, ñaõ cho toâi nhieàu ñoäng löïc phaán ñaáu ñeå hoaøn thaønh ñeà taøi nghieân cöùu cuûa mình. Xin traân troïng caûm ôn. Học viên thực hiện Nguyễn Thị Phương Thảo LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình này của riêng tôi. Các kết quả, số liệu trong luận văn hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Nguyễn Thị Phương Thảo MỤC LỤC NỘI DUNG Trang DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT a DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU b DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ c MỞ ĐỀ 1 Chương 1. TỔNG QUAN 3 1.1. ĐỘC TÍNH KIM LOẠI TRONG NƯỚC THẢI 3 1.1.1. Khái quát 3 1.1.2. Kim loại nặng 4 1.1.3 Tác hại của ô nhiễm kim loại nặng 4 1.1.4. Tổng quan về kim loại crom 6 1.2. XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.2.1. Tổng quan về xử lý nước thải. 8 8 1.2.1.1. Các phương pháp xử lý nước thải 9 1.2.1.2. Các phương pháp xử lý kim loại nặng 10 1.2.1.3. Một số phương pháp xử lý crom trong dung dịch 12 1.2.2. Hấp phụ 13 1.2.2.1. Định nghĩa sự hấp phụ 13 1.2.2.2. Động học hấp phụ 14 1.2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu 17 hấp phụ. 1.3. TỔNG QUAN VỀ CHITIN, CHITOSAN 19 1.3.1. Khái quát 19 1.3.2. Một số tính chất của chitin, chitosan 20 1.3.2.1. Một số tính chất của chitin 20 1.3.2.2. Một số tính chất của chitosan 21 1.3.3. Nguyên liệu sản xuất chitin, chitosan. 23 1.4. MỘT SỐ VẬT LIỆU HẤP PHỤ 23 1.4.1.Than hoạt tính 23 1.4.2. Cát 25 1.5. NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC. 25 1.5.1. Nghiên cứu trong nước 25 1.5.2. Nghiên cứu ở nước ngoài 26 Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU 31 31 2.1.1. Chitosan 31 2.1.2. Than dừa 31 2.1.3. Cát 32 2.1.4. Hóa chất 32 2.2.4.1. Pha chế dung dịch chuẩn Cr(VI) 32 2.2. DỤNG CỤ-THIẾT BỊ 32 2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH - XỬ LÝ SỐ LIỆU 33 2.3.1. Phương pháp phân tích 33 2.3.2. Xử lý số liệu 33 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 2.4.1. Bọc chitosan lên vật liệu khác nhau 35 2.4.1.1. Chuẩn bị vật liệu bọc chitosan 35 2.4.1.2. Bọc chitosan lên than 36 2.4.1.3. Bọc chitosan lên cát 37 2.4.1.4. Xác định lượng chitosan bám vào vật liệu 37 2.4.2. So sánh khả năng hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu ở pH khác nhau 38 2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng hấp phụ 40 Cr(VI) của ADS* 2.4.3.1.Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr(VI) 41 2.4.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CTS-CA đến khả năng 42 hấp phụ Cr(VI) 2.4.3.3. Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả năng hấp phụ 42 Cr(VI) của CTS-CA 2.3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ban đầu của dung dịch 44 Cr(VI) đến khả năng hấp phụ của ADS* 2.2.4. Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt Chương 3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - THẢO LUẬN 3.1. BỌC CHITOSAN LÊN CÁC VẬT LIỆU KHÁC NHAU 45 46 46 3.1.1. Bọc chitosan lên than 46 3.1.2. Bọc chitosan lên cát 48 3.2. SO SÁNH KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI) CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP 48 PHỤ Ở pH KHÁC NHAU 3.3. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN KHẢ NĂNG 53 HẤP PHỤ Cr(VI) CỦA CTS-CA 3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của 53 CTS-CA 3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất hấp phụ CTS-CA đến khả 57 năng hấp phụ Cr(VI) 3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khả năng hấp phụ Cr(VI) của 58 CTS-CA 3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của dung dịch Cr(VI) 60 đến khả năng hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA 3.2.5. Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ (tại pH=4.3 nhiệt độ 27±1 oC) 3.2.5.1. Xây dựng đường đường đường đẳng nhiệt hấp phụ theo mô 64 65 hình Langmuir 3.2.5.2. Xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ theo mô hình 67 Freundlich KẾT LUẬN 70 Ý KIẾN ĐỀ XUẤT 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC Phụ lục 1.Phương pháp xác định Cr(VI) i i Phụ lục 2. Số liệu thực nghiệm. vii Phụ lục 3. Tiêu chuẩn nước thải. xvi 28/12/2010a DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADS,ads Vật liệu hấp phụ CA Than dừa đã qua xử lý axit H2SO4, rửa sạch, sấy khô-gọi là than. Copt Nồng độ tôí ưu (mg/L) CTS Chitosan CTS-CA1 Than dừa đã qua xử lý axit H2SO4, bọc chitosan lần 1. CTS-CA2 Than dừa đã qua xử lý axit H2SO4, bọc chitosan lần 2. CTS-CA3 Than dừa đã qua xử lý axit H2SO4, bọc chitosan lần 3. CTS-CA CTS-S Cát sạch bọc chitosan. DD,dd Dung dịch HP Hấp phụ M Khối lượng (gam) Mopt Khối lượng tối ưu (gam) pHopt pH tối ưu S Cát được làm sạch qua HCl, rửa sạch, sấy khô. T Thời gian hấp phụ (phút) TT Thứ tự V Thể tích dung dịch hấp phụ (ml) τ Nhiệt độ hấp phụ (oC) Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 28/12/2010b DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Tên bảng Trang Bảng 1.1: Nguồn phát thải một số kim loại nặng 3 Bảng 3.1: Bọc chitosan lên than đã xử lý axit 46 Bảng 3.2: Bọc chitosan lên cát 48 Bảng 3.3. Sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA 65 vào nồng độ cân bằng của dung dịch sau hấp phụ Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 28/12/2010c DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1: Cấu tạo của chitin, chitosan 20 Hình 2.1: Sơ đồ thí nghiệm tổng quát 34 Hình 2.2: Sơ đồ thí nghiệm bọc chitosan lên các vật liệu khác nhau 35 Hình 2.3: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ Cr(VI)ở pH khác 38 nhau Hình 2.4: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng 41 hấp phụ Cr(VI) Hình 2.5: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CTS-CA 42 đến quá trình hấp phụ Hình 2.6: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả năng 43 hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA Hình 2.7: Sơ đồ thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ dung dịch Cr(VI) ban 44 đầu đến khả năng hấp phụ CTS-CA Hình 3.1:Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ của các vật liệu ở pH 49 khác nhau. Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ 53 Cr(IV) trong DD của CTS-CA Hình 3.3: Liên kết giữa chitosan và Cr(VI) 54 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH (2÷6) đến hiệu suất hấp 56 phụ Cr(VI) trong dung dịch của CTS-CA Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng CTS-CA đến hiệu 57 suất hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến 59 hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ban đầu (20÷600mg/L) 60 Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 28/12/2010d của dung dịch Cr(VI ) đến hiệu suất hấp phụ của CTS-CA Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ban đầu của dung dịch 61 Cr(VI) (20÷600mg/L) đến tải trọng hấp phụ của CTS-CA Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ban đầu của dung dịch 63 Cr(VI) (5÷50mg/L) đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của CTS-CA Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ ban đầu của dung dịch 64 Cr(VI) (5÷50mg/L) ) đến tải trọng hấp phụ của CTS-CA Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn dạng tuyến tính của phương trình Langmuir 66 cho khả năng hấp phụ Cr(VI) trên CTS-CA Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn dạng tuyến tính của phương trình Freundlich 68 cho khả năng hấp phụ Cr(VI) trên CTS-CA Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 1 MỞ ĐẦU Nước thải của các nhà máy công nghiệp thường chứa các ion kim loại nặng đây là yếu tố gây ô nhiễm môi trường cần được loại bỏ trong quá trình xử lý nước thải. Có nhiều phương pháp xử lý ion kim loại nặng ra khỏi nước thải như phương pháp kết tủa, điện hóa, hấp phụ, trao đổi ion, trích ly… Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, tùy thuộc vào đặc tính của nước thải, yêu cầu xử lý và điều kiện cụ thể mà lựa chọn từng phương pháp hay kết hợp nhiều phương pháp với nhau [3,43]. Tuy nhiên, nhìn chung các phương pháp nêu trên thường phải qua nhiều công đoạn nên tốn kém, cho hiệu quả không cao khi xử lý một lượng xả thải lớn [46,50,54]. Do vậy việc nghiên cứu, tìm kiếm các phương pháp xử lý mới khác với phương pháp truyền thống và đơn giản hơn đang được nhiều nhà khoa học quan tâm. Một trong những hướng giải quyết đó là nghiên cứu sử dụng các polyme sinh học (trong đó có chitosan) để hấp phụ kim loại nặng ra khỏi nước. Do đó, đề tài “Khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng Cr(VI) bởi chitosan bọc trên các bề mặt khác nhau” là một hướng nghiên cứu cần thiết. Nếu thành công, đề tài sẽ là tiền đề cho việc nghiên cứu sử dụng chitosan để hấp phụ ion kim loại nặng trong nước thải nhằm giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường do kim loại nặng gây ra. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài Mục tiêu nghiên cứu Tạo ra vật liệu mới có khả năng hấp phụ tốt ion Cr(VI), thân thiện với môi trường, có thể giải hấp để tái sử dụng nhiều lần. Nội dung nghiên cứu Do điều kiện kinh tế, thời gian có hạn, đề tài này chỉ thực hiện các nội dung sau: - Bọc chitosan bọc trên một số bề mặt khác nhau (than sọ dừa, cát) Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 2 - So sánh khả năng hấp phụ Cr(VI) của chitosan dạng tự nhiên, than dừa, chitosan bọc than dừa và chitosan bọc cát ở các pH khác nhau, từ đó chọn ra vật liệu có hiệu quả hấp phụ tốt nhất. - Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố (pH, nồng độ chất hấp phụ, nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ, thời gian hấp phụ) đến khả năng hấp phụ của vật liệu đã lựa chọn. - Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt để đánh giá dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu hấp phụ được điều chế. Ý nghĩa khoa học của đề tài Bằng cách nghiên cứu bọc chitosan lên các bề mặt khác nhau đã tạo ra được một vật liệu hấp phụ mới có hiệu quả hấp phụ ion kim loại nặng cao hơn chitosan tự nhiên và có khả năng thu hồi tái sử dụng. Ý nghĩa thực tiễn Cho phép tận dụng nguồn phế liệu vô cùng phong phú từ các nhà máy chế biến thủy sản (vỏ tôm, cua) và phế liệu nông nghiệp (xơ dừa) ở trong nước để sản xuất ra vật liệu hấp phụ mới có khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải. Nhờ đó, góp phần nâng cao giá trị kinh tế cho các nguồn phế liệu này và bảo vệ môi trường. Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 3 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐỘC TÍNH KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI 1.1.1. Khái quát [5,8] Các ngành công nghiệp của Việt Nam hiện đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển và chưa đủ các phương tiện cần thiết cũng như điều kiện kinh tế, tính ràng buộc pháp lý để giảm thiểu và loại trừ các tác động xấu đến môi trường do các hoạt động của con người gây ra. Nhiều ngành công nghiệp ở Việt Nam đang xả trực tiếp chất thải chưa được xử lý vào môi trường. Thực vậy, theo số liệu khảo sát năm 2002, có tới 90% số doanh nghiệp ở Việt Nam không đạt yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng nước thải xả ra môi trường. Trong số các thành phần độc hại của nước thải công nghiệp, kim loại nặng là mối nguy được quan tâm nhiều nhất do có khả năng đe doạ trực tiếp và nghiêm trọng đến hệ sinh thái và chất lượng cuộc sống của con người [32] (Bảng 1.1). Bảng 1.1:Nguồn phát thải một số kim loại nặng [35, 66] TT Nguồn phát thải Cd Cr Cu Hg Pb Ni Sn Zn As 1 Công nghiệp giấy + + + + + + 2 Công nghiệp hóa dầu + + + + + + 3 Công nghiệp tẩy nhuộm + + + + + + 4 SX và sử dụng phân bón + + + + + + + 5 Công nghiệp chế biến dầu mỏ + + + + + + 6 Công nghiệp sản xuất thép + + + + + + 7 Công nghiệp kim loại màu + + + + + 8 Công nghiệp SX ôtô, máy bay + + + + + 9 Công nghiệp SX vật liệu xây dựng + 10 Công nghiệp dệt + 11 Công nghiệp len, da + 12 Nhà máy điện + 13 Nham thạch trong các tầng đất + + + + + + + Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 4 1.1.2. Kim loại nặng Kim loại nặng có nguồn gốc từ các nguồn nước thải trong công nghiệp, nông nghiệp cũng như trong tự nhiên. Kim loại nặng thường liên quan đến vấn đề ô nhiễm môi trường. Chúng có thể tồn tại trong khí quyển (dạng hơi); thủy quyển (các muối hòa tan); địa quyển (dạng rắn không tan, khoáng, quặng) và sinh quyển (trong cơ thể người, động vật, cây trồng…) [4,46] Có một số hợp chất kim loại nặng bị thụ động và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hòa tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua của đất, của nước mưa. Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong đa số trường hợp, các kim loại nặng một khi đã phóng thích vào môi trường thì sẽ tồn tại lâu dài. Chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn mà ở đó con người là mắt xích cuối cùng. Quá trình này bắt đầu với những nồng độ rất thấp của các kim loại nặng tồn tại trong nước hoặc cặn lắng, rồi sau đó được tích tụ nhanh trong các động vật và thực vật sống trong nước. Tiếp đến là các động vật khác sử dụng các thực vật và động vật này làm thức ăn, dẫn đến nồng độ các kim loại nặng được tích lũy trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn. Cuối cùng, ở con người - sinh vật cao nhất trong chuỗi thức ăn- nồng độ kim loại sẽ đủ lớn để gây ra độc hại. Như vậy, con người vừa là thủ phạm vừa là nạn nhân của ô nhiễm kim loại nặng [4]. 1.1.3. Tác hại của ô nhiễm kim loại nặng [1,29,36,59] Nước thải chứa nhiều ion kim loại nặng là nguyên nhân gây nhiễm độc môi trường sinh thái (đất, nước, không khí) và do đó ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. - Đối với sức khoẻ con người Khi hàm lượng kim loại nặng trong nước uống và nước sinh hoạt trên mức cho phép chúng sẽ gây những tác hại đến sức khoẻ con người. Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 5 Kim loại nặng có thể gây ảnh hưởng cấp tính hay mãn tính đối với sức khỏe con người. Cấp tính: Nhiễm độc kim loại nặng có thể gây ra những hậu quả khôn lường cho sức khỏe như ngộ độc cấp tính hay thậm chí có thể gây tử vong. Mãn tính: Đây là tình trạng nguy hiểm và thường gặp hơn do con người ăn sử dụng thực phẩm hay nước uống có hàm lượng kim loại nặng cao. Khi đó, kim loại nặng sẽ lũy dần dần trong các mô tế bào (gan, thận, não) mặc dù có thể bị đào thải một phần qua hệ bài tiết. Việc tích lũy một lượng đáng kể kim loại nặng ở cơ thể người dẫn đến các biểu hiện nhiễm độc như hơi thở hôi, sưng lợi với viền đen ở lợi, da vàng, đau bụng dữ dội, táo bón, đau khớp xương, bại liệt chi trên (tay bị biến dạng), mạch yếu, nước tiểu ít, thường gây sẩy thai ở phụ nữ có thai, tóc rụng, viêm dạ dày và ruột, đau mắt, đau tai, cảm giác về sự di động bị rối loại, gầy yếu dần và kiệt sức. - Đối với môi trường Nước bị ô nhiễm kim loại nặng không chỉ gây tác hại đến động-thực vật sống trong môi trường nước (cá và các sinh vật thủy sinh khác), ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người mà còn tác động xấu đến môi trường sinh thái. - Tác động xấu tới chất lượng hệ thống cống rãnh. - Ảnh hưởng xấu tới quá trình xử lý sinh học. - Làm ô nhiễm nước mặt và nước ngầm. Cho đến nay, độc tính của nhiều kim loại nặng đối với môi trường và con người đã được biết khá chi tiết. Các tác động và cơ chế gây độc của nhiều kim loại nặng đối với cơ thể người và động vật cũng đã được tìm ra, tuy nhiên nhân loại đã phải trả một giá khá đắt để có được nhận thức này. Từ việc phân tích các con đường ô nhiễm, tác hại của các nguyên tố kim loại nặng có thể thấy vấn đề phòng ô nhiễm và ngộ độc kim loại nặng cần phải gắn liền với các giải pháp xử lý chất thải, bảo vệ môi trường đất, nước và không khí khỏi nguy cơ ô nhiễm [36,58] Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 6 1.1.4. Tổng quan về kim loại crom [1, 4, 6, 36, 57 ,59] Hàm lượng crom trong vỏ trái đất vào khoảng 0,02%. Trong thiên nhiên crom chủ yếu tồn tại dạng sắt crommic (FeO.Cr2O3). Crom là kim loại rắn, óng ánh, nóng chảy ở 1890oC. Crom tạo thành 3 oxyt: CrO có tính baz, Cr2O3 thể hiện tính lưỡng tính, CrO3 thể hiện tính axit. Các hợp chất quan trọng của Cr(VI) là anhydrit cromic (CrO3) và muối của các axit tương ứng của nó là: muối cromat (CrO42-) ứng với axit cromic (H2CrO4) và muối dicromat (Cr2O72-) ứng với axit dicromic (H2Cr2O7). Giữa ion CrO42- và Cr2O72- tồn tại cân bằng: 2CrO42- + 2H+ Cr2O72- + H2O Vì vậy, dung dịch muối dicromat có tính axít. Trong môi trường kiềm dung dịch Cr2O72- (có màu da cam) sẽ chuyển thành dung dịch CrO42- (có màu vàng) và ngược lại khi axit hóa thì ion CrO42- chuyển thành ion Cr2O72-. Crom được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Trong ngành luyện kim, crom giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn và đánh bóng bề mặt kim loại, sản xuất thép không gỉ. Trong công nghiệp mạ, crom được dùng trong quá trình dương cực hóa nhôm. Các muối crom nhuộm màu cho thủy tinh thành màu xanh lục của ngọc lục bảo. Crom là thành phần tạo ra màu đỏ của hồng ngọc, vì thế nó được sử dụng trong sản xuất hồng ngọc tổng hợp. Crom còn dùng để tạo ra màu vàng rực rỡ của thuốc nhuộm và sơn. Crom được sử dụng làm khuôn chịu nhiệt để nung gạch, ngói, đúc thủy tinh, đồng… Các muối cromat được sử dụng trong quá trình thuộc da. Dicromat kali (K2Cr2O7) được sử dụng làm chất ổn định màu cho các thuốc nhuộm vải. Oxyt crom(IV) (CrO2) được sử dụng trong sản xuất băng từ. Hexacacbonyl crom (Cr(CO)6) được sử dụng làm phụ gia cho xăng. Borua crom (CrB) được sử dụng làm dây dẫn điện chịu nhiệt độ cao. Trong môi trường nước crom tồn tại hai dạng Cr(III) và Cr(VI). Sự hấp thụ của crom vào cơ thể con người tùy thuộc vào trạng thái oxy hoá của nó. Crom Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 7 xâm nhập vào cơ thể theo đường hô hấp, qua da và chủ yếu qua đường tiêu hóa. Cr(VI) hấp thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr(III) và còn có thể thấm qua màng tế bào. Nếu crom (III) chỉ hấp thu 1% thì lượng hấp thu của Cr(VI) lên tới 50%. Tỷ lệ hấp thụ qua phổi không xác định được mặc dù một lượng đáng kể đọng lại trong phổi (phổi là một trong những bộ phận của cơ thể người chứa nhiều crom nhất). Cr(VI) đi vào cơ thể dễ gây biến chứng, tác động lên tế bào, lên mô tạo ra sự phát triển tế bào không nhân, gây ung thư. Với hàm lượng cao crom làm kết tủa các protein, các axit nucleic và ức chế hệ thống men cơ bản. Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kỳ con đường nào crom cũng được hoà tan vào trong máu ở nồng độ 0,001mg/l, sau đó chúng chuyển vào hồng cầu. Crom hòa tan trong hồng cầu nhanh gấp 10 ÷ 20 lần trong nước. 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. Từ các cơ quan phủ tạng crom hòa tan dần vào máu rồi đào thải qua nước tiểu sau vài tháng đến vài năm. Các nghiên cứu cho thấy con người hấp thụ Cr(VI) nhiều hơn Cr(III). Hơn nữa, độc tính của Cr(VI) lại cao hơn Cr(III) gấp khoảng 100 lần. Nước thải sinh hoạt có thể chứa hàm lượng crom lên tới 0,7µg/ml (chủ yếu ở dạng Cr(VI) tức là dạng có độc tính với nhiều loại động vật có vú). Cr(VI) dù chỉ một lượng nhỏ cũng có thể gây độc đối với con người do khi thâm nhập vào cơ thể nó liên kết với các nhóm –SH trong enzym và làm mất hoạt tính của enzym, gây ra rất nhiều loại bệnh khác nhau: - Crom và các hợp chất của crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da. Khi tiếp xúc với crom, niêm mạc mũi dễ bị loét. Phần sụn của vách mũi dễ bị thủng. Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương. - Khi Cr(VI) xâm nhập vào cơ thể qua da, nó kết hợp với protein tạo thành phản ứng kháng nguyên. Kháng thể gây hiện tượng dị ứng, bệnh tái phát. Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 8 Khi tiếp xúc với Cr(VI) trở lại, bệnh sẽ tiến triển nếu không được cách ly và sẽ trở thành chàm hoá. - Khi crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi). Khi ở dạng CrO3 hơi hoá chất này gây bỏng nghiêm trọng cho hệ thống hô hấp của người bị thấm nhiễm. - Người bị nhiễm độc crom có thể bị ung thư phổi, ung thư gan, loét da, viêm da tiếp xúc, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, ung thư phổi, viêm thận, đau răng, tiêu hoá kém, gây độc cho hệ thần kinh và tim… - Muối cromat và dicromat rất độc. Thường xảy ra ngộ độc trường diễn đối với những công nhân làm việc tiếp xúc với chúng (liều độc 0,25÷0,30g kali dichromat). Nghiên cứu những người công nhân làm việc ở nhà máy sản xuất chất màu crom ở New Jersey chỉ ra rằng những người công nhân làm việc 2 năm thì khả năng mắc bệnh cao hơn 1,6 lần và nếu 10 năm thì khả năng này là 1,9 lần so với người bình thường. Do những độc tính của Cr(VI) nên năm 1975 tổ chức NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health) đã đưa ra tài liệu về các ảnh hưởng của Cr(VI) đến sức khỏe con người, đặc biệt là nguy cơ bị ung thư đối với người lao động tiếp xúc với Cr(VI). Cũng chính vì vậy, trong các quy định tiêu chuẩn về xử lý nguồn nước thải, tiêu chuẩn tới hạn của Cr(VI) đã được đưa ra [61,62,63, phụ lục 3] 1.2. XỬ LÝ NƯỚC THẢI [2,3] 1.2.1 Tổng quan về xử lý nước thải Quá trình xử lý nước thải là quá trình loại bớt các chất ô nhiễm có trong nước thải đến mức độ chấp nhận được theo tiêu chuẩn quy định. Tại Việt Nam, tháng 6 năm 1995, Chính phủ đã ban hành các tiêu chuẩn quy định môi trường Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006 9 thống nhất chung trong toàn quốc, trong đó có tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 quy định tiêu chuẩn xả thải cho phép đối với các nguồn khác nhau [phụ lục 3] 1.2.1.1. Các phương pháp xử lý nước thải Nước thải nói chung có chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau, các tạp chất gây ô nhiễm từ nguồn nước thải có thể phân chia theo dạng: tan, không tan, chất hữu cơ, chất vô cơ, chất có tính độc đặc thù cao. Nước thải đòi hỏi phải xử lý bằng những phương pháp thích hợp khác nhau. Một cách tổng quát các phương pháp xử lý nước thải được chia thành các nhóm sau: - Phương pháp lý học - Phương pháp hóa học và hóa-lý - Phương pháp sinh học Tất cả các phương pháp xử lý nước thải đều dựa trên nguyên tắc: Tách các tạp chất độc hại ra khỏi nước, chuyển hóa các độc tố thành dạng không độc hoặc ít độc hơn hoặc bền trong môi trường tiếp nhận xả thải [3] a)Phương pháp lý học: Trong phương pháp này, các lực vật lý như trọng lực, lực ly tâm được áp dụng để tách các chất không hòa tan ra khỏi nước thải. Phương pháp này thường đơn giản, rẻ tiền, có hiệu quả xử lý chất lơ lửng cao. b)Phương pháp hóa học và hóa-lý: sử dụng các phản ứng hóa học như trung hòa, oxy hóa-khử, keo tụ bông, hấp phụ, trao đổi ion để xử lý nước thải. Các công trình xử lý hóa học thường kết hợp với các công trình xử lý lý học. Mặc dù có hiệu quả cao nhưng phương pháp này thường đắt tiền, đặc biệt tạo thành các sản phẩm phụ độc hại. c)Phương pháp sinh học: Hầu hết các loại nước thải đều có thể xử lý bằng phương pháp sinh học. Thực chất của phương pháp này là sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật, thực vật… để phân hủy các chất bẩn hữu cơ trong nước thải. Sản phẩm cuối cùng của quá trình xử lý thường là các chất khí (CO2, N2, CH4, H2S), các chất vô cơ (NH4+, PO43-) và các tế bào mới. Coâng ngheä sau thu hoaïch 2006