ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN VĂN KỶ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC KIM LOẠI: Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn TRONG NƯỚC THẢI MỘT SỐ LÀNG NGHỀ TRUYỀN THỐNG VÀ KHU CÔNG NGHIỆP CỦA HUYỆN YÊN PHONG – TỈNH BẮC NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Thái Nguyên - Năm 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN VĂN KỶ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC KIM LOẠI: Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn TRONG NƯỚC THẢI MỘT SỐ LÀNG NGHỀ TRUYỀN THỐNG VÀ KHU CÔNG NGHIỆP CỦA HUYỆN YÊN PHONG – TỈNH BẮC NINH Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. LÊ LAN ANH Thái Nguyên - Năm 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn2 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả đưa ra trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Xác nhận của Khoa Chuyên môn Tác giả luận văn Nguyễn Văn Kỷ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn3 ii LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Lê Lan Anh đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Vũ Đức Lợi, thầy Bùi Đức Hưng cùng các cô, chú, anh, chị cán bộ phòng Hoá Phân tích, Viện Hoá học – Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm và các thầy cô Khoa Hoá học, Khoa sau Đại học – Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã giúp đỡ và cho tôi những ý kiến đóng góp quý báu. Và tôi xin cảm ơn các anh, chị, các bạn học viên lớp cao học Hoá K18, gia đình, người thân đã động viên, giúp đỡ tôi để tôi hoàn thành luận văn này. Thái Nguyên, tháng 8 năm 2012 Tác giả Nguyễn Văn Kỷ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn4 iii MỤC LỤC Trang bìa phụ Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt vi Danh mục các bảng vii Danh mục các hình ix MỞ ĐẦU 1 Chương 1. TỔNG QUAN 3 I.1. Nguồn gốc nước thải 3 I.1.1. Nước thải sinh hoạt 3 I.1.2. Nước thải công nghiệp 3 I.2. Thành phần nước thải 3 I.3. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước [16, 26, 33, 37] 7 I.3.1. Độ pH 7 I.3.2. Nhiệt độ 7 I.3.3. Màu sắc 8 I.3.4. Mùi vị 9 I.3.5. Độ đục 9 I.3.6. Độ mặn 9 I.3.7. Chất rắn trong nước 10 I.3.8. Chất rắn bay hơi 10 I.3.9. Chất rắn có thể lắng 10 I.3.10. Độ kiềm toàn phần 10 I.3.11. Độ axit 11 I.3.12. Độ cứng của nước 12 I.3.13. Hàm lượng oxi hòa tan trong nước (DO: dissolved oxygen) [16]. 14 1.3.14. Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD: biochemical oxygen demand) 15 Trang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn5 iv I.3.15. Nhu cầu oxi hóa học (COD: chemical oxygen demand) 15 I.3.16. Hàm lượng sắt và mangan trong nước 16 I.3.17. Hàm lượng photpho [16] 16 I.3.18. Hàm lượng sunfat [26] 16 I.3.19. Hàm lượng nitơ [16] 17 I.3.20. Hàm lượng kim loại nặng: Pb, Cu, Ni, Cd… [16, 26] 17 I.3.21. Hàm lượng chất dầu mỡ [26] 17 I.3.22. Các chỉ tiêu vi sinh [37] 17 I.4. Tác động của nước thải chưa được xử lý [16, 26, 37] 17 I.5. Sự ô nhiễm trong nước thải khu công nghiệp và làng nghề ở huyện Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh [24] 19 I.6. Kim loại nặng và tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường 20 I.6.1. Giới thiệu về kim loại nặng [19, 25] 20 I.6.2. Vai trò, chức năng của một số kim loại nặng 21 I.7. Phương pháp cực phổ và von-ampe hoà tan, Von-Ampe hoà tan hấp phụ [5, 6, 31, 32] 28 I.7.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp cực phổ 28 I.7.2. Nguyên tắc chung của phương pháp von-ampe hoà tan [6, 10] 32 I.7.3. Phương pháp Von-Ampe hoà tan hấp phụ (AdSV) [36,37] 33 I.7.4. Một số kỹ thuật ghi đường von-ampe hòa tan 35 I.7.5. Ưu điểm của phương pháp Von-ampe hòa tan 35 I.7.6. Giới thiệu về điện cực dùng trong phương pháp von-ampe hòa tan 36 I.7.7. Ưu điểm của phương pháp Von-ampe hòa tan 38 Chương 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP 39 II.1. Thiết bị, dụng cụ và hoá chất 39 II.1.1. Thiết bị và dụng cụ 39 II.1.2. Hóa chất 40 II.2. Phương pháp nghiên cứu 40 II.2.1. Khảo sát xây dựng quy trình phân tích theo phương pháp von – ampe hòa tan 40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn6 v II.2.2. Khảo sát tìm các điều kiện tối ưu 41 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 III.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu 42 III.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của môi trường phân tích cho các ion: Bi 3+ , Cd 2+ , Cu 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ , Zn 2+ 42 III.1.2. Khảo sát điều kiện phân tích cho ion Ni 2+ [35, 38] 53 III.1.3 Khảo sát điều kiện phân tích cho ion Bi 3+ [34] 61 III.2. Xây dựng đường chuẩn 68 III.2.1. Đường chuẩn xác định Zn 2+ [5], [12] 68 III.2.2. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cd 2+ [5], [16] 71 III.2.4. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cu 2+ [5, 11, 12] 76 III.2.5. Đường chuẩn xác định hàm lượng Ni 2+ 78 III.2.6. Đường chuẩn xác định hàm lượng Bi 3+ [5, 34] 81 III.3. Khảo sát độ lặp lại, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 82 III.3.1. Khảo sát độ lặp lại [5, 11, 12] 82 III.3.2. Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) [5, 7, 9, 11, 12, 18] 85 III.4. Xác định hàm lượng các kim loại Zn, Cd, Pb, Ni, Bi trong mẫu nước thải 87 III.4.1. Chuẩn bị mẫu phân tích và quy trình xử lý mẫu [15, 16, 20, 26, 27] 87 III.4.2. Ứng dụng phương pháp thêm chuẩn xác định hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, Bi trong mẫu nước thải 88 III.5. Kết quả đo quang phổ phát xạ plasma (ICP – AES) của một số mẫu nước thải 100 III.6. Tổng hợp kết quả phân tích xác định hàm lượng (Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, Bi) của một số mẫu nước thải ở Yên Phong và so sánh với TCVN. 101 KẾT LUẬN 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 PHỤ LỤC 110 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn7 vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT : Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AE Auxililary Electrode Điện cực phù trợ ASV Anodic Strinping Voltammetry Von – Ampe hòa tan anot CSV Cathodic Strinpping Voltammetry Von – Ampe hòa tan catot CV Cyclic Voltammetry Von – Ampe vòng DP Differential Pulse Xung vi phân DPASV Differential Pulse Anodic Strinpping Voltammetry Von – Ampe hòa tan anot xung vi phân DPP Differential Pulse Polarography Phương pháp cực phổ xung vi phân Ep Peak potential Thế đỉnh pic GHĐL Limit of quantification Giới hạn định lượng GHPH Limit of detection Giới hạn phát hiện HMDE Hanging Mercury Drop Electrode Điên cực giọt thủy ngân treo ICP-AES Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometry quang phổ phát xạ nguyên tử plasma Ip Peak current Dòng đỉnh pic KĐLĐ Not Quantitative Không định lượng được KPHĐ Not Detected Không phát hiện được MFE Mercury Film Electrode Điện cực màng thủy ngân NPP Normal Pulse Polarography Phương pháp cực phổ xung biến đổi đều LOD limit of detection Giới hạn phát hiện LOQ limit of quantitation Giới hạn định lượng ppb Part per billion Phần tỷ ppm Part per million Phần triệu R Coefficient of corelation Hệ số tương quan RDE Rotating Disk Electrode Điện cực đĩa quay RE Reference Electrode Điên cực so sánh SSE Solid State Electrode Điện cực rắn WE Working Electrode Điện cực làm việc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn8 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Phân bố và dạng của nước trên Trái đất 4 Bảng 1.2. Các đặc điểm lý học, h/học và sinh học của nước thải và nguồn sinh ra nó 5 Bảng 1.3. Các chất ô nhiễm quan trọng cần chú ý đến trong quá trình xử lý nước thải 6 Bảng 1.4. Các loại chất thải và các nguồn thải chính 7 Bảng 1.5. Độ cứng của nước biểu thị bằng hàm lượng CaCO 3 14 Bảng 1.6. Chỉ số DO trong nước ở áp suất 1atm và các nhiệt độ khác nhau 15 Bảng 1.7. Ảnh hưởng của nước thải đến môi trường 19 Bảng 1.8. Thế bán sóng của Cu 2+ ,Zn 2+ ,Cd 2+ ,Pb 2+ ,Ni 2+ ,Bi 3+ trong một số nền 30 Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật ghi đo nền HCl 43 Bảng 3.2. Các thông số kỹ thuật ghi đo nền NaAc + HAc 44 Bảng 3.3. Kết quả đo khảo sát chọn nền điện li tối ưu 45 Bảng 3.4. các thông số kỹ thuật ghi đo nền NaAc + HAc 46 Bảng 3.5. Kết quả đo khảo sát nồng độ nền điện li tối ưu 49 Bảng 3.6. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân 50 Bảng 3.7. Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 51 Bảng 3.8. Các thông số kỹ thuật ghi đo Khảo sát thế điện phân làm giàu 52 Bảng 3.9. Kết quả đo khảo sát thế điện phân làm giàu 53 Bảng 3.10. các thông số kỹ thuật ghi đo nền HCl + pyridin 54 Bảng 3.11. Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền HCl tối ưu 55 Bảng 3.12. Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền Pyridin tối ưu 57 Bảng 3.13. các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 58 Bảng 3.14. Kết quả ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 59 Bảng 3.15. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân 60 Bảng 3.16. Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 61 Bảng 3.17. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát nồng độ nền. 62 Bảng 3.18. Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền (NaAc + HAc) tối ưu 63 Bảng 3.19. Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền Pyrogalic tối ưu 64 Bảng 3.20. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 65 Bảng 3.21. Kết quả ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 66 Bảng 3.22. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân 67 Bảng 3.23. Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 68 Trang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn9 viii Bảng 3.24. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Zn 2+ 69 Bảng 3.25. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Zn 2+ Ip theo C(mg/l) 70 Bảng 3.26. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Cd 2+ 71 Bảng 3.27. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Cd 2+ Ip theo C(mg/l) 72 Bảng 3.28. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Pb 73 Bảng 3.29. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Pb 2+ Ip theo C(mg/l) 74 Bảng 3.30. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Cu 2+ 76 Bảng 3.31. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Cu 2+ Ip theo C(mg/l) 77 Bảng 3.32. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Ni 78 Bảng 3.33. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Ni 2+ Ip theo C(mg/l) 79 Bảng 3.34. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Bi 81 Bảng 3.35. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Bi 3+ Ip theo C(mg/l) 82 Bảng 3.36. Kết quả đo khảo sát độ lặp lại 84 Bảng 3.37. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 86 Bảng 3.38. Bảng miêu tả vị trí lấy mẫu 87 Bảng 3.39. Các thông số ghi đo xác định đồng thời hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu 89 Bảng 3.40. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Zn, Pb, Cu 91 Bảng 3.41. Hàm lượng Zn, Pb, Cu trong nước thải 93 Bảng 3.42. Các thông số kỹ thuật ghi đo 94 Bảng 3.43. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Cd 94 Bảng 3.44. Hàm lượng Cd trong nước thải 95 Bảng 3.45. Các thông số số kỹ thuật ghi đo xác định hàm lượng Ni 96 Bảng 3.46. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Ni 97 Bảng 3.47. Hàm lượng Ni trong mẫu nước thải 97 Bảng 3.48. Các thông số số kỹ thuật ghi đo xác định hàm lượng Bi 98 Bảng 3.49. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Bi 99 Bảng 3.50. Hàm lượng Bi trong mẫu nước thải 99 Bảng 3.51. K/quả đo ICP-AES xác định Zn, Cd của một số mẫu so với DP-ASV 100 Bảng 3.52. K/quả đo ICP-AES xác định Pb,Cu,Ni của một số mẫu so với DP-ASV .101 Bảng 3.53. Kết quả hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, Bi trong 6 mẫu nước 101 Bảng 3.54. Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ một số kim loại trong nước thải công nghiệp 102 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn10 [...]... một phần về giảm thiểu ô nhiễm môi trường của nhân loại nói chung và của quê hương Yên Phong nói riêng mà chúng tôi thực hiện đề tài: "Nghiên cứu phương pháp phân tích các kim loại: Bi3+ , Cd2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+, Zn2 + trong nước thải một số làng nghề truyền thống và khu công nghiệp của huyện Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh" Với mẫu nước lấy để phân tích ở các làng nghề xã Văn Môn và khu công nghiệp của huyện. .. học Nước thải sinh hoạt hay công nghiệp, thường do sự phân hủy của các chất thải hữu cơ Nước thải công nghiệp, sự phân hủy của nước thải Nước cấp, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, xói mòn đất Nước thải sinh hoạt, công nghiệp Hóa học Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Nước thải nông nghiệp Nước thải công nghiệp Nước thải sinh hoạt, thương mại, công. .. mại, công nghiệp Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Do sự phân hủy của các chất hữu cơ trong nước thải trong tự nhiên Chất thải sinh hoạt, nước cấp, nước ngầm Nước cấp, nước ngầm Nước thải công nghiệp Nước thải sinh hoạt, công nghiệp Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp; rửa trôi Nước thải sinh... bẩn trước khi thải ra môi trường Mức độ xử lý nước thải sẽ phụ thuộc vào các tiêu chuẩn cho phép của từng quốc gia I.5 Sự ô nhiễm trong nước thải khu công nghiệp và làng nghề ở huyện Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh [24] Huyện Yên Phong - Bắc Ninh có diện tích tự nhiên là 112,5 km2 là huyện có diện tích lớn nhất tỉnh Bắc Ninh, dân số là 134.600 người (năm 2004), tập trung các làng nghề truyền thống từ lâu... là các phương pháp von-ampe hoà tan Phương pháp này có nhiều ưu điểm nổi bật như độ nhạy và độ chọn lọc cao, giới hạn phát hiện thấp và đặc biệt chi phí thấp nên chúng được ứng dụng rộng rãi trong phân tích [1, 2, 31, 32] Chính vì vậy mà chúng tôi đã chọn đề tài: "Nghiên cứu phương pháp phân tích các kim loại: Bi , Cd, Cu, Ni, Pb, Zn trong nước thải một số làng nghề truyền thống và khu công nghiệp của. .. phương pháp 8 Phân tích mẫu thực bằng phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm chuẩn 9 Xác định hàm lượng của các kim loại kẽm, cađimi, đồng, chì, niken, bitmut trong mẫu nước ở các làng nghề ở xã Văn môn và khu công nghiệp (KCN) huyện Yên Phong tỉnh Bắc Ninh 10 Đánh giá và so sánh kết quả thu được với những nghiên cứu trước đã được tham khảo trong các tài liệu, các phương pháp phân tích hiện đại khác... triển của công nghiệp và sự đô thị hoá, hiện nay môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng Các nguồn thải kim loại nặng từ các khu công nghiệp vào không khí, vào nước, vào đất, vào thực phẩm rồi xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, hít thở dẫn đến sự nhiễm độc Do đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong môi trường sống, đặc biệt là trong môi trường nước thải và tác... thể thải ra trung bình 4 kg N và 0,4 kg P trong nước tiểu và 0,55 kg N và 0,18 kg P trong phân [16, 26] Nước thải xám bao gồm nước giặt rũ quần áo, tắm rửa và nước sử dụng trong nhà bếp Nước từ trong nhà bếp có thể chứa lượng lớn chất rắn và dầu mỡ Cả hai loại nước thải đen và thải xám có thể chứa mầm bệnh của người đặc biệt là nước thải đen [26] I.1.2 Nước thải công nghiệp Rất khó phân loại nước thải. .. tất cả các ngành công nghiệp Mỗi một ngành công nghiệp có nước thải đặc trưng của ngành đó Ví dụ, nước thải của ngành công nghiệp dệt nhuộm chứa các chất hữu cơ mang màu và một số hóa chất độc hại khó phân hủy Nước thải của các cơ sở mạ chứa hàm lượng kim loại nặng cao và có pH thấp Nước thải chế biến thực phẩm chủ yếu là chứa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy bằng vi sinh [26] I.2 Thành phần nước thải. .. nước thải công nghiệp Tuy nhiên sự nhiễm bẩn bởi các chất độc hại và kim loại nặng trong nước thải ở các Khu công nghiệp Yên Phong và ở các làng nghề truyền thống trong huyện là điều không thể tránh khỏi Sự ô nhiễm này đã tồn tại nhiều năm nay và có xu hướng ngày càng nghiêm trọng hơn ở địa phương, gây ra nhiều căn bệnh nguy hiểm cho người dân và đang là vấn đề nhức nhối cho đời sống của nhân dân trong . NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN VĂN KỶ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC KIM LOẠI: Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn TRONG NƯỚC THẢI MỘT SỐ LÀNG NGHỀ TRUYỀN THỐNG VÀ. rãi trong phân tích. [1, 2, 31, 32] Chính vì vậy mà chúng tôi đã chọn đề tài: " ;Nghiên cứu phương pháp phân tích các kim loại: Bi , Cd, Cu, Ni, Pb, Zn trong nước thải một số làng nghề truyền. Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn TRONG NƯỚC THẢI MỘT SỐ LÀNG NGHỀ TRUYỀN THỐNG VÀ KHU CÔNG NGHIỆP CỦA HUYỆN YÊN PHONG – TỈNH BẮC NINH Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN