Nghiên cứu khả năng xử lý kim loại nặng ( pb, zn ) của phosphorylat lignin tổng hợp từ lignin

  • 55 trang
  • file .doc
LỜI CẢM ƠN
Thời gian học tập, nghiên cứu để hoàn thành bài nghiên cứu này là một
khoảng thời gian quý báu đối với bản thân tôi. Thông qua quá trình đó, giúp tôi
có thêm nhiều kiến thức về thực tế làm việc tại phòng thí nghiệm, cũng như các
kĩ năng khác cho công việc trong tương lai sau tốt nghiệp.
Để hoàn thiện được bài nghiên cứu, tôi xin gửi lời cảm ơn tới Thạc sĩ
Trần Anh Tuấn – Giảng viên Viện môi trường hàng hải, đại học hàng hải Việt
Nam đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, tạo mội điều kiện tốt nhất cho tôi trong
suốt thời gian nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn các quý thầy, cô trong Viện môi trường – VMR đã
truyền đạt cho tôi những kiến thức trong những năm học tại trường. Để tôi có
kiến thức phục vụ cho việc hoàn thành bài nghiên cứu này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tập thể cán bộ trung tâm đào tạo và tư vấn
KHCN bảo vệ môi trường thủy – trường đại học Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều
kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn động viên,
giúp đỡ để tôi hoàn thành khóa luôn này.
Hải Phòng, ngày tháng 12 năm 2015
SINH VIÊN
Nguyễn Thị Hồng Thơm
i
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................i
MỤC LỤC.............................................................................................................ii
MỤC LỤC BẢNG................................................................................................iv
MỤC LỤC HÌNH................................................................................................v
MỞ ĐẦU...............................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT...................................................3
1.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước mặt và nước thải Việt Nam
............................................................................................................................3
1.1.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải ở Việt Nam............3
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước mặt ở Việt Nam............9
1.2. Tổng quan về lignin và các hợp chất của lignin........................................13
1.2.1. Lignin...................................................................................................13
1.2.1.1. Giới thiệu về lignin .......................................................................13
1.2.1.2. Cấu trúc phân tử của lignin...........................................................15
1.2.1.3. Tính chất vật lí của lignin..............................................................19
1.2.1.4. Tính chất hóa chất hóa học của lignin..........................................21
1.2.1.5. Ứng dụng của lignin......................................................................21
1.2.2. Ligninosulfonat....................................................................................22
1.2.2.1. Giới thiệu về ligninosulfonat.........................................................22
1.2.2.2. Cấu trúc phân tử của ligninosulfonat............................................23
1.2.2.3. Ứng dụng của lignosulfnat............................................................24
1.2.3. Phosphorinlignin.................................................................................25
1.2.4. Ưu điểm của việc sử dụng lignin, lignosulfonat và Phosphorinlignin
để xử lý kim loại nặng ...................................................................................27
CHƯƠNG2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................28
2.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................28
2.1.1. Quy trình thu hồi lignin trong nước thải dịch đen[1].........................28
2.1.2. Quy trình tổng hợp phosphorylat lignin..............................................29
ii
2.1.3. Dung dịch ion kim loại Zn, Pb.............................................................30
2.2. Dụng cụ và hóa chất..................................................................................31
2.2.1. Dụng cụ thiết bị...................................................................................31
Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS AAnalyst 700 (Perkin Elmer)........31
2.2.2. Hóa chất..............................................................................................31
2.3. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................31
2.3.1. Đối với thí nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của pH:............................31
2.3.2. Đối với thí nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của khối lượng
phosphorinlignin............................................................................................32
2.3.3. Đối với thí nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ kim loại đầu
vào:................................................................................................................32
2.3.4. Đối với thí nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian:..................33
2.3.5.Đối với thí nghiệm khảo sát đường cân bằng hấp phụ đẳng nhiệt:.....33
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN VỀ KHẢ NĂNG XỬ LÝ KIM
LOẠI NẶNG CỦA PHOSPHORYLAT LIGNIN..............................................34
3.1. Kết quả khảo sát khả năng xử lý kim loại nặng của phosphorinligin phụ
thuộc vào ảnh hưởng của pH............................................................................34
3.2. Kết quả khảo sát khả năng xử lý kim loại nặng của phosphorinligin phụ
thuộc vào khối lượng hấp phụ..........................................................................36
3.3. Kết quả khảo sát khả năng xử lý kim loại nặng của phosphorinligin phụ
thuộc vào nồng độ kim loại đầu vào.................................................................38
3.4. Kết quả khảo sát khả năng xử lý kim loại nặng của phosphorinligin phụ
thuộc thời gian..................................................................................................40
3.5. Khảo sát đường cân bằng hấp thụ đẳng nhiệt............................................42
KẾT LUẬN.........................................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................49
iii
MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1. 1.Nước thải của một số công ty cơ khí, mạ kim loại ở phía Bắc.............4
Bảng 1. 2. Nước thải các khu công nghiệp phía Bắc............................................6
Bảng 1. 3. Kết quả phân tích kim loại Cd, Zn và Pb trong một số mẫu nước khu
công nghiệp Hòa Khánh........................................................................................7
Bảng 1. 4. Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải ở làng nghề Thái Bình......8
Bảng 1. 5. Hàm lượng kim loại nặng trong nước sông Kim Ngưu – Tô Lịch. . .11
Bảng 1. 6. Hàm lượng kim loại nặng trong nước mặt ở Thanh Trì – Gia Lâm...12
Bảng 1. 7. Tỉ lệ các loại liên kết giữa các đơn vị phenylproppan.......................18
Bảng 1. 8. Hàm lượng lignin trong gỗ.................................................................19
Bảng 3. 1. Bảng kết quả và hiệu suất của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng
của pH lên quá trình phản ứng.
.........................................................................34
Bảng 3. 2. Kết quả và hiệu suất của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm
lượng phosphorylat lignin lên quá trình hấp phụ................................................37
Bảng 3. 3. Kết quả và hiệu suất của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ
đầu vào lên quá trình hấp phụ.............................................................................39
Bảng 3. 4. Kết quả và hiệu suất của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian
lên quá trình hấp phụ...........................................................................................41
Bảng 3. 5. Kết quả lượng kim loại nặng được xử lý...........................................43
Bảng 3. 6. Các thông số trong phương trình Langmuir.......................................46
iv
MỤC LỤC HÌNH
Hình 1. 2.
Biểu đồ về hàm lượng Pb, Zn của một số cơ sở..................................................10
Hình 1. 3. Diễn biến hàm lượng Pb, Zn ở dòng sông Kim Ngưu – Tô Lịch.......15
Hình 1. 4. Thành phần lignin trong gỗ tự nhiên..................................................19
Hình 1. 5. Công thức cấu tạo của lignin..............................................................20
Hình 1. 6. Công thức phân tử của lignin.............................................................21
Hình 1. 7. Các liên kết phổ biển của lignin.........................................................22
Hình 2. 1. Sơ đồ công nghệ thu hồi Lignin.........................................................34
Hình 2. 2. Sơ đồ tổng hợp phosphorylat lignin...................................................35
Hình 3. 1. Ảnh hưởng của giá trị pH lên quá trình hấp phụ kim loại nặng của
Phosphorylat lignin..............................................................................................40
Hình 3. 2. Ảnh hưởng của hàm lượng phosphorylat lignin lên quá trình hấp thụ
kim loại nặng.......................................................................................................42
Hình 3. 3. Ảnh hưởng của nồng độ kim loại đầu vào lên quá trình hấp thụ kim
loại nặng..............................................................................................................44
Hình 3. 4. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc lên quá trình hấp thụ kim loại nặng.
.............................................................................................................................46
Hình 3. 6. Đường cân bằng hấp phụ đẳng nhiệt Pb (II) lên phosphorylat lignin.
.............................................................................................................................48
Hình 3. 5. Đường cân bằng hấp phụ đẳng nhiệt Zn (II) lên phosphorylat lignin.
.............................................................................................................................48
v
MỞ ĐẦU
Thế giới ngày nay đang đứng trước nhiều thách thức lớn, trong đó, thách
thức về môi trường đang ngày càng cấp bách cả về quy mô lẫn tính chất trên
phạm vi toàn cầu. Ô nhiễm môi trường diễn ra trên rất nhiều mặt của đời sống
kinh tế, xã hội, cũng như trên yếu tố môi trường.
Cùng với sự phát triển của kinh tế, đặc biệt là các hoạt động công nghiệp
ngày càng được mở rộng cả về quy mô và chất lượng. Đây là nguyên nhân chủ
yếu gây nên ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước. Những dòng thải
chứa nước thải của các ngành công nghiệp mạ điện, khai khoáng, cơ khí, ắc
quy,... chứa các kim loại nặng như Pb(II), Zn(II), Ni(II)... có nồng độ cao từ vài
mg/l đến vài trăm mg/l. Những nguồn này nếu không được xử lý triệt để, thải ra
môi trường sẽ gây hại cho môi trường tiếp nhận. Do tính chất không có khả năng
phân hủy sinh học và xu hướng tích tụ trong tế bào thực vật, động vật, con
người nên ô nhiễm kim loại nặng thật sự là thách thức to lớn đặt ra cho con
người chúng ta.
Hiện nay, đã có nhiều phương pháp đã được sử dụng và trong quá trình
nghiên cứu để xử lý kim loại nặng như kết tủa, keo tụ, trao đổi ion, lọc bằng
màng, sinh học...Mỗi phương pháp có những ưu việt riêng, nhưng nhược điểm
chung là tạo nhiều bùn thải và giá thành cao. Do đó, việc nghiên cứu ra những
vật liệu có sẵn trong tự nhiên hay tận dụng những nguồn thải của các quá trình
công nghiệp, nông nghiệp để đưa vào xử lý kim loại nặng trong nguồn nước thài
khổng lồ hiện nay là rất cần thiết.
Hàng năm các nhà máy giấy của nước ta sản xuất ra hàng chục nghìn tấn
giấy và bột giấy, thải vào môi trường lượng chất thải hữu cơ không nhỏ trong đó
lignin chiếm một lượng đáng kể. Do vậy, xử lý nguồn phế thải nhà máy giấy là
một vấn đề cấp thiết để bảo vệ môi trường. Về lâu dài phải hướng về việc
nghiên cứu khả năng tận dụng lignin và các dẫn xuất của lignin để sản xuất ra
các sản phẩm khác phục vụ nền kinh tế quốc dân. Việc tận dụng các chế phẩm
này chế tạo vật liệu mới để xử lý kim loại nặng trong nước không những giải
1
quyết được vấn đề môi trường của ngành công nghiệp giấy và bột giấy, mà còn
góp phần giảm thiểu ô nhiễm của một số ngành khác phát sinh chất ô nhiễm kim
loại nặng.
Vì vậy, nghiên cứu khả năng xử lý kim loại nặng ( Pb, Zn ) của
phosphorylat lignin tổng hợp từ lignin là hướng tiếp cận mới có giá trị về mặt
kinh tế, tận dụng phế thải, tiết kiệm chi phí xử lý môi trường. Đây cũng là một
cách tiếp cận mới thân thiện với môi trường vừa xử lý ô nhiễm, vừa giải quyết
vấn đề cấp bách trong công cuộc bảo vệ môi trường hiện nay.
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT
1.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước mặt và nước thải Việt
Nam
Cùng với sự gia tăng các hoạt động công nghiệp là việc sản sinh các chất
thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái.
Các hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ
điện, chế tạo cơ khí hay công nghệ dệt nhuộm… đã tạo ra các nguồn ô nhiễm
chính chứa các kim loại nặng độc hại như Cu, Pb, Ni, Cd, As, Hg, Zn. Các kim
loại này có liên quan trực tiếp đến sức khỏe con người đặc biệt các biến đổi gen,
ung thư cũng như ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.
1.1.1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải ở Việt Nam[1]
Ô nhiễm môi trường bởi các kim loại nặng là một vấn đề lớn trong nhiều
ngành sản xuất công nghiệp ở Việt Nam. Nước thải của các ngành công nghiệp
như khai khoáng, mạ điện, cơ khí, pin ắc quy chứa kim loại nặng như Cu(II),
Pb(II), Cd(II), Zn(II)...với nồng độ cao từ vài mg/L đến vài trăm mg/L. Bên cạnh
đó, nước thải từ các hoạt động tái chế kim loại ở các làng nghề cũng chứa kim
loại. Tuy nhiên, với thực trạng hiện nay, các dòng thải này không qua xử lý hoặc
xử lý không hiệu quả đã gây nguy hại cho môi trường tiếp nhận bởi các kim loại
nặng có xu hướng tích tụ trong tế bào thực vật, động vật và con người gây tác
động xấu tới sinh vật và sức khoẻ con người một cách nghiêm trọng.
Nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp
Các khảo sát chất lượng nước thải của một số cơ sở sản xuất đặc trưng
như cơ sở mạ điện, sản xuất ắc quy, cơ khí ở các tỉnh phía Bắc đã nhận định
rằng: Hầu hết nước thải đều xuất hiện các kim loại nặng như As, Cd, Cu, Hg,
Pb, Ni, Zn, Cr... với các nồng độ khác nhau, tùy thuộc vào đặc điểm công nghệ
của từng ngành (bảng 1.1). Một số kim loại nặng như Zn(II), Ni (II) , Cr(VI),
3
Fe(II) trong nước thải Công Ty TNHH KYB vượt quá QCVN 40:2011-BTNMT
cột B nhiều lần. Đáng chý ý là nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất ắc quy
của Công ty TNHH ắc Quy Hải Phòng có hàm lượng kim loại Pb(II) rất cao,
vượt quá tiêu chuẩn QCVN 40 : 2011-BTNMT hơn 300 lần; hàm lượng kim
loại Zn(II) cũng vượt quá QCVN 40: 2011-BTNMT hơn 2 lần. Ngoài ra, nước
thải của công ty Oread Fasteners Việt Nam - HP cũng có thành phần tổng Cr
vượt quá QCVN đến 80 lần. Đây là nhứng kim loại có tính độc cao và cần được
xử lý hiệu quả nhằm đạt tiêu chuẩn xả thải và tái sử dụng cho quá trình sản
xuất. Diễn biến các kim loại nặng được biểu diễn ở hình 1. 1.
Bảng 1. 1. Nước thải của một số công ty cơ khí, mạ kim loại ở phía Bắc
Nồng độ (mg/L)
Công ty
Công ty CT Oread Công CT
Thông phụ tùng QCVN
ắc quy Fasteners Công ty ty quy KYB
số xe máy 40:2011
Hải Việt Nam Longtech chế từ Việt
Việt (cột B)
Phòng – HP sơn Nam
Nam)
As 0,058 0.006 0.019 - 0.0012 0.1
Cd <0.0001 0.001 - 0.0003 0.1
4
Cr - 81 0.059 0.205 3364 0.025 1
Cu - 0.235 0.052 90.4 0.0087 2
Hg 0,037 0.0004 0.000 0.000 <0.0001 0.01
1 35
Pb 165,76 0.43 0.063 0.093 0.38 0.006 0.5
Ni - 3.82 0.068 23.72 0.003 0.5
Zn 7.9 3168,5 6.4 1.2 5.32 0.14 3
4
Nồng độ (mg/L)
Công ty
Công ty CT Oread Công CT
Thông phụ tùng QCVN
ắc quy Fasteners Công ty ty quy KYB
số xe máy 40:2011
Hải Việt Nam Longtech chế từ Việt
Việt (cột B)
Phòng – HP sơn Nam
Nam)
Fe - 2460 - - 225.1 2.18 5
Hàm
lượng Pb
QCVN 08:2008
Hàm
lượng Zn
QCVN 08:2008
Hình 1. 1. Biểu đồ về hàm lượng Pb, Zn của một số cơ sở
5
Sự gia tăng nước thải của các khu công nghiệp trong những năm gần đây
là rất lớn với thành phần tương đối đa dạng, chủ yếu là chất lơ lửng, chất hữu cơ
và một số kim loại nặng đặc thù theo từng ngành sản xuất.
Các khảo sát thực tế tại các khu công nghiệp Phía Bắc cũng cho kết quả
đáng ghi nhận. Các kim loại nặng đã xuất hiện trong các mẫu nước thải của
điểm khảo sát. Đặc biệt là nồng độ của Pb(II) vượt quá QCVN 08:2008 gần 2
lần ở KCN Đại An, Hải Dương; Ni(II) vượt quá QCVN 10 lần (KCN Như
Quỳnh). Bên cạnh đó, nồng độ của các kim loại nặng trong nước thải có xu
hướng tăng lên theo thời gian. Điều này cũng phù hợp với xu thế phát triển của
một số ngành nghề đặc trưng như ngành mạ gia công bề mặt, lắp ráp cơ khí…
trong những năm gần đây. Sự phát triển các ngành này sẽ kéo theo sự gia tăng
nước thải chứa hàm lượng kim loại, dẫn đến ô nhiễm môi trường.
Bảng 1. 2. Nước thải các khu công nghiệp phía Bắc
TT Mẫu Nồng độ (g/L)
As Cd Zn Cr Cu Hg Pb Ni Fe
tổng
Năm 2008
1 Khu công 8 <0.1 8 6 10 <0.1 5 15 2180
nghiệp Thăng
Long (1)
2 Khu công 4 <0.1 37 4 7 0.1 22 10 2850
nghiệp Đại An -
Hải Dương (2)
3 KCN Khai 8 <0.1 12 10 69 0.2 16 5 1530
Quang, Vĩnh
Phuc (3)
4 KCN Đồng 35 <0.1 7 5 16 0.1 10 15 5150
Văn, Hà Nam
(4)
5 KCN Đình 6 <0.1 19 5 8 <0.1 17 25 3590
6
TT Mẫu Nồng độ (g/L)
As Cd Zn Cr Cu Hg Pb Ni Fe
tổng
Trám (5)
Năm 2009
1 Khu công 13.3 <0.1 395 6 7 1.2 <1 8 661
nghiệp Thăng
Long (1)
2 KCN Như 6.4 0.7 18 82 40 0.6 29 515 1118
Quỳnh
3 KCN Đại An, 0.4 <0.1 1000 9 16 <0.1 99 5 1097
Hải Dương
4 QCVN08/2008 50 10 1500 - 500 1 50 100 1500
(B1)
Các khảo sát cuả khu công nghiệp Hòa Khánh ở Miền Trung cũng cho kết
quả tương tự. Kim loại nặng đều xuất hiện ở các điểm khảo sát với nồng độ khác
nhau, tùy thuộc vào đặc điểm công nghệ và đặc tính sản phẩm được trình bày ở
bảng 1.3
Bảng 1. 3. Kết quả phân tích kim loại Cd, Zn và Pb trong một số mẫu nước khu
công nghiệp Hòa Khánh
Cd2+ Zn2+ Pb2+
Mẫu Địa điểm lấy mẫu
(ppm) (ppm) (ppm)
1 Cống thải phía Nam Bàu Tràm 0,082 0,257 0,125
2 Nước tại hồ Bàu Tràm bên cạnh KCN 0,057 0,086 0,077
Cống nước thải gần công ty TNHH
3 0,089 0,310 0,180
sản xuất thép Tấn Quốc
4 Nước cống thải phía Tây KCN 0,072 0,170 0,150
Cống thải của Công ty lắp ráp xe máy
5 0,090 2,030 0,718
DEAHAN
Cống thải của nhà máy xi măng
6 0,069 0,173 0,070
COSEVCO
7 QCVN 40:2011 (B) 0.1 3 0.5
7
Như vậy hàm lượng các ion kim loại như Cd(II), Zn(II) và Pb(II) trong
nước thải khu công nghiệp Hòa Khánh xấp xỉ với tiêu chuẩn cho phép của Việt
Nam, đặc biệt các mẫu nước thải tại công ty lắp ráp xe máy DEAHAN thì hàm
lượng Pb(II) xấp xỉ 2 lần. Mặc dù các nhà máy, xí nghiệp liên doanh đều có các
hệ thống xử lý nước thải nhưng hoạt động chưa hiệu quả, nên xử lý vẫn chưa
triệt để. Vì vậy để bảo vệ môi trường, đảm bảo sự phát triển của sản xuất, cần
thiết phải đầu tư hợp lý cho việc xử lý nước thải
Nước thải từ hoạt động các làng nghề
Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước không chỉ xảy ra
phổ biến ở các khu công nghiệp và các cơ sở sản xuất mà đây còn là vấn đề đáng
quan tâm tại nhiều cơ sở sản xuất nhỏ và làng nghề truyền thống.
Kết quả phân tích nước thải tại làng nghề tái chế kim loại ở tỉnh Thái Bình
cho thấy, các mẫu nước thải đều chứa kim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn cho
phép nhiều lần. Đặc biệt là hàm lượng Pb(II) ở trong nước thải của làng nghề
Đồng Xâm vượt QCVN(B) 40:2011 trên 5 lần, hàm lượng kim loại Zn(II) cũng
vượt TCVN trên 16 nhiều lần, hàm lượng Cu(II) vượt QCVN gần 90 lần và
Cr(VI) vượt QCVN 7 lần. Đây là các làng nghề tái chế, với công nghệ lạc hậu và
không có hệ thống xử lý nước thải. Vì vậy, các dòng thải này đổ ra các nguồn
tiếp nhận sẽ gây ra ô nhiễm môi trường nước và đất.
Bảng 1. 4. Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải ở làng nghề Thái Bình
KLN Đơn vị Đồng Nam Cao QCVN(B)
Xâm 40:2011
Cd mg/L 0.005 0.018 0.1
Cr(VI mg/L 0.74 0.071 0.1
)
Cu mg/L 178.8 0.23 2
8
Pb mg/L 2.75 0.167 0.5
Zn mg/L 48.4 2.56 3
Kết luận: Đối với nước thải từ các hoạt động công nghiệp cũng như các
làng nghề với loại hình sản xuất phổ biến là lắp ráp điện tử, cơ khí, gia công bề
mặt... thì kim loại là vấn đề ô nhiễm đặc trưng của các dòng thải này. Từ kết quả
khảo sát cho thấy, hàm lượng kim loại có xu hướng tăng theo thời gian, các kim
loại phổ biến có hàm lượng vượt quá QCVN như Pb(II), Zn(II), Cd(II)... Đây là
nhưng kim loại có độc tính cao, đòi hỏi phải xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải trước
khi đổ ra nguồn tiếp nhận. Mặt khác, do có giá trị tái sử dụng cao nên việc xử lý
nhằm thu hồi các kim loại trong dòng thải này là rất cần thiết. Vì vậy, nghiên
cứu xử lý để thu hồi các kim loại điển hình như Pb, Zn trong dòng thải là giải
quyết được bài toán ô nhiễm thực tế, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước mặt ở Việt Nam
Hiện nay môi trường ở Việt Nam đang chịu ảnh hưởng tiêu cực bởi sự gia
tăng phế thải. Phần lớn nguồn phế thải công nghiệp chưa được xử lí hay xử lý
không hiệu quả đều đổ vào các nguồn tiếp nhận, mà hậu quả là môi trường nước
mặt trở nên ô nhiễm. Chất thải từ các ngành mạ điện, cơ khí, khai thác khoáng
sản…có chứa hàm lượng kim loại đổ vào môi trường , dẫn đến môi trường nước
mặt bị ô nhiễm kim loại nặng, đã tác động tiêu cực đến môi trường sống thủy
sinh và con người.
Thực tế cho thấy rằng, chất lượng nguồn nước của hệ thống sông ngòi ở
Hà nội đang bị báo động bởi hiện tượng ô nhiễm kim loại nặng. Các kết quả
khảo sát các điểm dọc dòng sông Kim Ngưu – Tô Lịch cho thấy rằng: các ion
kim loại nặng như Pb(II), Zn(II), Cd(II), Ni(II), Cu(II)… đã xuất hiện trong các
mẫu khảo sát với nồng độ tương đối cao (bảng 1.5). Đáng chú ý là các kim loại
có độc tính cao như Pb, Cd, và Zn có nồng độ cao hơn QCVN 08:2008 (B1)
nhiều lần. Nồng độ ion kim loại Pb(II) ở các điểm khảo sát đều vượt quá QCVN
9
từ 2-3 lần, Cd(II) vượt QCVN từ 8-10 lần tại các điểm khảo sát; Đối với Zn(II)
thì nồng độ nằm dưới QCVN đối với các điểm khảo sát trừ điểm khảo sát trạm
bơm Yên Sở (hình 1.2). Nguyên nhân gây ô nhiễm dòng sông Kim Ngưu – Tô
Lịch có thể do sự đóng góp của các dòng thải công nghiệp, sinh hoạt, dịch
vụ….trong đó, các dòng nước thải công nghiệp chứa hàm lượng kim loại nặng
đã không được xử lý hay xử lý không hiệu quả, là nguồn thải chính gây ô nhiễm
kim loại nặng nề cho các dòng sông.
10
Hàm
lượng Pb
QCVN 08
Hàm
lượng
Zn
QCVN 08
Hình 1. 1. Diễn biến hàm lượng Pb, Zn ở dòng sông Kim Ngưu – Tô Lịch
11
Bảng 1. 5. Hàm lượng kim loại nặng trong nước sông Kim Ngưu – Tô Lịch
Vị trí Nồng độ kim loại (mg/L)
Cu Pb Zn Cd Cr Ni
Chợ bưởi
0.92 0.82 0.74 0.09 4.8 0.25
(1)
Ngã tư
1.66 1.56 0.88 0.1 4.89 0.38
sở (2)
Đại Kim
1.42 0.87 1.05 1.03 4.77 0.27
(3)
Linh
0.98 0.9 0.79 0.1 5.04 0.31
Đàm (4)
Cầu
Bươu 1.03 1.24 0.88 0.09 8.77 0.26
(5)
Trạm
bơm Yên 1 0.91 1.87 0.09 8.77 0.26
Sở (6)
Hồ Yên
1.07 1.74 1.25 0.09 5.96 0.3
Sở (7)
Cầu Mai
0.91 0.65 0.74 0.08 4.2 0.25
Động (8)
QCVN
08:2008 0.5 0.05 1.5 0.01 0.5 0.1
(B1)
Một số nghiên cứu gần đây ở các vùng ngoại thành Hà nội như Gia Lâm
và Thanh Trì cũng cho thấy rằng: tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nguồn
nước mặt sử dụng cho chăn nuôi, trồng rau, trồng hoa đã trở nên phổ biến [2].
Nguồn nước mặt dành cho chăn nuôi vùng Thanh Trì chứa hàm lượng Pb(II),
Cd(II), Hg(II) cao hơn nhiều lần so với QCVN08:2008. Một số ao hồ ở khu vực
Gia Lâm cũng có kết quả tương tự (bảng1.6). Đáng chú ý là hàm lượng các kim
loại độc hại như Pb, Cd có giá trị rất cao, điển hình như hàm lượng Pb(II) vượt
12
QCVN từ 6-10 lần; Cd vượt QCVN từ 2 đến 20 lần; Các kim loại này có khả
năng tích tụ trong cây trồng, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người.
Bảng 1. 6. Hàm lượng kim loại nặng trong nước mặt ở Thanh Trì – Gia Lâm
Vị trí Hàm lượng kim loại nặng (mg/L)
Pb Cd Hg
Vùng Thanh Trì
Nước hồ nuôi 0.502 0.047 0.00062

Nước ruộng 0.368 0.038 0.0049
rau muống
Nước mương 0.454 0.32 0.0054
tưới
Nước ao 0.379 0.029 0.0036
Vùng Gia Lâm
Nước ao kho 0.486 0.036 0.0032
xăng Đức
Giang
Nước mương 0.202 0.029 0.004
tưới Đức
Giang
Nước mương 0.321 0.47 0.0053
khu sân bay
Gia Lâm
Nước ao khu 0.231 0.036 0.0045
sân bay Gia
Lâm
Nước mương 0.363 0.024 0.0047
khu Phú Thị
Nước ao khu 0.396 0.03 0.0038
Phú Thị
QCVN 0.05 0.01 0.001
08:2008 (B1)
13
Kết luận: Tình trạng nước mặt ô nhiễm kim loại nặng là vấn đề tương đối
phổ biến. Bên cạnh nguyên nhân do tiếp nhận nguồn nước thải sinh hoạt của đô
thị, thì các dòng thải của KCN, cơ sở sản xuất là cần lưu ý. Với thực trạng hiện
nay là các dòng nước thải công nghiệp, nước thải đô thị không được xử lý hoặc
xử lý không hiệu quả đã tác động nghiêm trọng đến chất lượng nước mặt tiếp
nhận. Ô nhiễm kim loại nặng điển hình như Pb(II), Zn(II) là phổ biến và có xu
hướng tăng dần theo thời gian do sự phát triển của hoạt động phát triển. Vì vậy,
để phù hợp với mục tiêu phát triển bền vững, sự nghiệp bảo vệ môi trường và
sức khỏe cộng đồng, việc nghiên cứu để xử lý các kim loại điển hình này là rất
cần thiết.
1.2. Tổng quan về lignin và các hợp chất của lignin.
Lignin và các dẫn xuất của lignin là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp
giấy và bột giấy được biết đến rộng rãi như các vật liệu có khả năng xử lý kim
loại nặng độc hại do khối lượng phân tử lớn và phức hợp, cấu thành bởi 20% xơ
sợi thực vật và gồm hàng trăm siêu phân tử nhóm phonolic nối với nhau. Hầu
hết nhóm này có cấu trúc phenylpropenelike kết hợp với nhiều nhóm chức như
methoxyl (OOCH3) and hydroxyl (OOH). Khả năng hấp phụ Cu(II) trong nước
thải bằng OrganosolvLignin cũng như khả năng tái sinh vật liệu cho hiệu suất
cao[1,8]. Mặt khác, lignin là một sản phẩm phát sinh từ ngành công nghiệp bột
giấy và giấy nếu không được xử lý, là chất thải gây ô nhiễm cho môi trường và
các điểm tiếp nhận. Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng lignin và phosphorylat
lignin trong quá trình xử lý kim loại nặng là rất cần thiết và là một tiếp cận đầy
hứa hẹn có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
1.2.1. Lignin
1.2.1.1. Giới thiệu về lignin [1,2]
Thuật ngữ “lignin” được đưa ra vào năm 1819 bởi “de Candolle” , nó
nguồn gốc Latin là Lignum, nghĩa là gỗ [1].
14
Lignin là một hợp chất phức tạp,chủ yếu được tách ra từ gỗ và là một
thành phần không thể thiếu trong màng thực vật, trong thành phần của tế bào
bao bọc xung quanh các sợi xenluloza và có hàm lượng lớn thứ 2 sau xenluloza.
Hàm lượng lignin trong gỗ thay đổi không những phụ thuộc vào loại cây mà
còn phụ thuộc vào tuổi cây, điều kiện địa lý. Thông thường hàm lượng lignin
khoảng 25 - 40%. Trong các cây lá nhọn chứa 20 – 30%, trong cây lá rộng 20 –
25%, trong các cây cỏ 5 – 9% .[2]
Hình 1. 2. Thành phần lignin trong gỗ tự nhiên
Hợp chất này có vài tính chất bất thường khác với các biopolymer khác,
đó là tính hỗn tạp ngay từ cấu trúc cấu thành đầu tiên của nó.
Trong công nghiệp, quá trình biến đổi hóa học của lignin thường gặp nhất
là delignin hóa . Delignin hóa là phân hủy và hòa tan lignin từ nguyên liệu gỗ
hoặc quá trình nấu bột giấy và sản phẩm của quá trình này là nguồn nguyên liệu
quan trọng trong sản xuất một số hóa chất đặc trưng của phenol.
15