BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LƯU GIỮ VÀ DI CHUYỂN CỦA
MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG BÙN NẠO VÉT ĐÔ THỊ

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

CÙ THỊ THÚY HÀ

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LƯU GIỮ VÀ DI CHUYỂN CỦA
MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG BÙN NẠO VÉT ĐÔ THỊ
CÙ THỊ THÚY HÀ
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 60440301
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Lê Thị Hải Lê
2. PGS. TS. Trần Hồng Côn

HÀ NỘI, NĂM 2017



LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến giáo viên
hướng dẫn TS. Lê Thị Hải Lê, giảng viên Khoa Môi trường - Trường Đại học Tài
nguyên và Môi trường Hà Nội và PGS.TS. Trần Hồng Côn, giảng viên Khoa Hóa học
– Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đỡ,
hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Nhờ sự hướng dẫn
tận tình của thầy cô mà tôi có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội, Khoa Môi trường đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc
nghiên cứu khoa học của mình.
Trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù đã cố gắng trong việc thu thập,
tham khảo tài liệu và làm việc thực tế nhưng với thời gian thực hiện luận văn cũng
như kiến thức, kỹ năng của bản thân có hạn nên luận văn không tránh khỏi những
thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô để luận
văn của tôi được hoàn thiện.
Tôi xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2017
HỌC VIÊN
Cù Thị Thúy Hà


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ vi

iv

2.2.2. Phương pháp phân tích công cụ ...............................................................39
2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................42
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu ..................................................................42
2.3.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa ..............................................42
2.3.3. Phương pháp thực nghiệm .......................................................................42
2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu .......................................................................48
2.3.5. Phương pháp so sánh ...............................................................................49
2.4. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................49
2.4.1. Khảo sát sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ thành các dạng ít tan trong
nước ...................................................................................................................49
2.4.2. Khảo sát khả năng di chuyển của kim loại nặng (Pb, Cu) từ bùn ra môi
trường dưới tác động của nước mưa và môi trường thoáng khí ........................50
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 56
3.1. Hệ số khô kiệt của bùn ...................................................................................56
3.2. Kết quả xác định hàm lượng kim loại nặng trong bùn ...................................56
3.3. Kết quả phân tích mẫu nước sông ..................................................................57
3.4. Lập đường chuẩn phân tích chì và đồng ........................................................58
3.4.1. Đường chuẩn phân tích chì ......................................................................58
3.4.2. Đường chuẩn phân tích đồng ...................................................................59
3.5. Sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ thành các dạng ít tan trong nước ..........60
3.5.1. Khảo sát khả năng tạo kết tủa hydroxit của kim loại nặng (Pb, Cu) trong
điều kiện pH thay đổi .........................................................................................60
3.5.2. Khảo sát khả năng tạo kết tủa sunfua của kim loại nặng (Pb, Cu) trong điều
kiện pH thay đổi .................................................................................................66
3.6. Khảo sát khả năng di chuyển của kim loại nặng (Pb, Cu) từ bùn ra môi trường
dưới tác động của nước mưa và môi trường thoáng khí........................................74
3.6.1. Khảo sát đối với dạng kết tủa hydroxit ....................................................74
3.6.2. Khảo sát đối với dạng kết tủa sunfua.......................................................92

KHM

Ký hiệu mẫu

4.

KLN

Kim loại nặng

5.

N

Nitơ

6.

QCVN

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

7.

P

Photpho

8.



vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thành phần chất dinh dưỡng và kim loại nặng trong bùn cặn ...................8
Bảng 1.2. Các hằng số vật lý của chì [7]...................................................................13
Bảng 1.3. Các hằng số vật lý của đồng [12] .............................................................20
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích tại phòng thí nghiệm ..................43
Bảng 2.2. Danh mục hóa chất sử dụng trong nghiên cứu .........................................47
Bảng 2.3. Thành phần nước mưa giả định [23] ........................................................52
Bảng 3.1. Kết quả phân tích chất lượng đầu vào mẫu bùn .......................................56
Bảng 3.2. Kết quả phân tích chất lượng đầu vào mẫu nước sông .............................57
Bảng 3.3. Số liệu lập đường chuẩn chì .....................................................................58
Bảng 3.4. Số liệu lập đường chuẩn đồng ..................................................................59
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là Pb(OH)2 – TN1
...................................................................................................................................60
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là Pb(OH)2 - TN2
...................................................................................................................................61
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là Cu(OH) 2 –
TN3............................................................................................................................63
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là Cu(OH) 2 –
TN4............................................................................................................................64
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là PbS – TN5 66
Bảng 3.10. Kết quả khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là PbS – TN6
...................................................................................................................................67
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là CuS – TN7
...................................................................................................................................71
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là CuS – TN8
...................................................................................................................................72
Bảng 3.13. Kết quả khảo sát khối lượng chì dạng Pb(OH)2 di chuyển từ bùn vào môi

trường nước đối với nước mưa pH = 5,0 ................................................................105
Bảng 3.27. Kết quả khảo sát khối lượng đồng dạng CuS di chuyển từ bùn vào môi
trường nước đối với nước mưa pH = 4,5 ................................................................107


viii

Bảng 3.28. Kết quả khảo sát khối lượng đồng dạng CuS di chuyển từ bùn vào môi
trường nước .............................................................................................................110


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Vị trí lấy mẫu nước sông và mẫu bùn .......................................................35
Hình 1.1. Nguyên tắc của phương pháp cực phổ (a) và Von-Ampe hòa tan (b) ......39
Hình 3.1. Đường chuẩn chì .......................................................................................58
Hình 3.2. Đường chuẩn đồng ....................................................................................59
Hình 3.3. Khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là Pb(OH)2 – TN1......61
Hình 3.4. Khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là Pb(OH)2- TN2 .......62
Hình 3.5. Khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là Cu(OH)2 – TN3 ..64
Hình 3.6. Khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là Cu(OH)2 – TN4 ..65
Hình 3.7. Khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là PbS – TN5 .............67
Hình 3.8. Khảo sát hàm lượng chì theo pH khi dạng kết tủa là PbS- TN6 ...............68
Hình 3.9. Tương quan hàm lượng chì khi có mặt ion OH- và ion S2—TN5 ..............69
Hình 3.10. Tương quan hàm lượng chì khi có mặt ion OH- và ion S2—TN6 ............69
Hình 3.11. Khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là CuS – TN7........71
Hình 3.12. Khảo sát hàm lượng đồng theo pH khi dạng kết tủa là CuS – TN8........72
Hình 3.13. Tương quan hàm lượng đồng khi có mặt ion OH- và ion S2—TN7 .........73
Hình 3.14. Tương quan hàm lượng đồng khi có mặt ion OH- và ion S2—TN8 .........73

.................................................................................................................................104
Hình 3.38. Khối lượng đồng hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 5,0 .....106
Hình 3.39. Khối lượng đồng tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 5,0
.................................................................................................................................106
Hình 3.40. Khối lượng đồng hàng ngày tan vào môi trường nước tại pH = 4,5 .....108
Hình 3.41. Khối lượng đồng tích lũy trong nước rỉ bùn thu được được tại pH = 4,5
.................................................................................................................................109
Hình 3.42. Biến thiên đồng trong nước rỉ bùn tại các pH khác nhau......................111


TÓM TẮT LUẬN VĂN
+ Họ và tên học viên: Cù Thị Thúy Hà
+ Lớp: CH1MT

Khóa: 2015-2017

+ Cán bộ hướng dẫn:
1.

TS. Lê Thị Hải Lê

2.

PGS. TS. Trần Hồng Côn

+ Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng lưu giữ và di chuyển của một số
kim loại nặng trong bùn nạo vét đô thị
+ Tóm tắt:
1. Đặt vấn đề
Hệ thống thoát nước đô thị của Việt Nam chủ yếu là hệ thống thoát nước

“Nghiên cứu khả năng lưu giữ và di chuyển của một số kim loại nặng trong
bùn nạo vét đô thị” được chúng tôi lựa chọn để nghiên cứu.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu được sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ thành các dạng ít
tan trong nước sông: khảo sát sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ tạo kết tủa
hydroxit và sunfua trong môi trường nước sông.
- Nghiên cứu khả năng lưu giữ và di chuyển của dạng kết tủa chì, đồng
từ bùn nạo vét đô thị ra môi trường để hiểu rõ được hành vi của kim loại nặng
trong bùn khi nạo vét đưa lên tập trung hay chôn lấp.
+ Nghiên cứu đối với kết tủa dạng hydroxit;
+ Nghiên cứu đối với dạng kết tủa sunfua;


- Đưa ra cảnh báo về mức độ an toàn khi tập trung, lưu trữ bùn thải nạo
vét đô thị.
3. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát khả năng tạo kết tủa hydroxit của kim loại nặng (Pb, Cu) trong
điều kiện pH thay đổi: Chuẩn bị 1 lít mẫu nước sông Kim Ngưu cho vào cốc
thủy tinh sạch dung tích 2 lít. Thêm dung dịch chuẩn Cu, Pb vào mẫu nước, đo
pH ban đầu của dung dịch. Điều chỉnh pH của dung dịch về khoảng pH = 2,
dùng đũa thủy tinh khuấy đều dung dịch 30 phút. Sau khi khuấy, đo lại pH của
dung dịch. Lấy khoảng 30 – 40ml dung dịch lọc qua giấy lọc băng xanh để loại
bỏ kết tủa và chuyển vào lọ đựng mẫu để xác định hàm lượng Cu, Pb. Bảo quản
mẫu bằng cách thêm axit HNO3 đến pH = 1-2. Điều chỉnh pH của dung dịch
tăng lên một nấc, lặp lại quy trình thí nghiệm như trên. Lặp lại quá trình điều
chỉnh pH, khuấy mẫu, rút mẫu đến khi dung dịch đạt pH = 10.

- Khảo sát khả năng tạo kết tủa sunfua của kim loại nặng (Pb, Cu)
trong điều kiện pH thay đổi: Chuẩn bị 1 lít mẫu nước sông Kim Ngưu cho
vào cốc thủy tinh sạch dung tích 2 lít. Thêm dung dịch chuẩn Cu, Pb vào

và chuyển vào lọ đựng mẫu để phân tích hàm lượng Cu, Pb. Bảo quản mẫu
bằng cách thêm axit HNO3 đến pH = 1-2. Dung dịch rỉ còn lại đem định mức
lên bằng nước mưa nhân tạo, tiếp tục tưới lên bề mặt bùn. Mỗi lần định mức
nước mưa để tưới lên bùn, tính hệ số pha loãng mẫu. Lặp lại thí nghiệm tưới
nước mưa, thu nước rỉ.
4. Kết quả nghiên cứu đạt được
Để có cái nhìn khái quát về khả năng lưu giữ và di chuyển của chì và
đồng trong bùn nạo vét đô thị, luận văn đã tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh


hưởng đến các dạng kết tủa có khả năng tồn tại trong môi trường nước sông
Kim Ngưu và bùn nạo vét thực tế như sunfua và hydroxit. Các kết quả chính
thu được trong quá trình nghiên cứu như sau:
1. Xác định khả năng tạo kết tủa của chì hydroxit và chì sunfua trong
mẫu nước sông Kim Ngưu:
+ Đối với Pb(OH)2: khác với trong dung dịch nước cất, trong môi
trường nước sông Kim Ngưu (Hà Nội), Pb(II) bắt đầu kết tủa ngay từ khi
pH >2 và tiếp tục cho đến pH 6. Từ pH 6 đến khoảng pH 8 có hiện tượng
nồng độ Pb trong dung dịch tăng nhẹ. Khi pH > 10 thì tính chất lưỡng tính của
Pb lại thể hiện khi nồng độ chì có xu hướng bắt đầu tan ra dưới dạng plumbat.
+ Đối với PbS: khi có mặt của ion S2- nồng độ chì trong nước ở khoảng
pH 2 ÷ 5 giảm so với nồng độ chì ban đầu một lượng khá nhiều. Trong
khoảng pH = 5 ÷ 8 thì hàm lượng chì gần như không thay đổi.
2. Xác định khả năng tạo kết tủa đồng hydroxit và đồng sunfua trong
mẫu nước sông Kim Ngưu:
+ Đối với Cu(OH)2: khi pH tăng, từ những giá trị pH < 6 lẽ ra đồng chưa
kết tủa nhưng ở đây nồng độ đồng đã giảm. Trong vùng pH = 6 ÷ 8, nồng độ
đồng có xu hướng tăng nhẹ hoặc không tăng.
+ Đối với CuS: khi có mặt của ion S2- nồng độ đồng trong nước giảm
đáng kể nhưng không hoàn toàn, trong mẫu nước vẫn tồn tại đồng hòa tan.

nhân chính gây ra tình trạng ngập úng vào mùa mưa. Vì vậy, định kỳ nạo vét, thu
gom bùn cặn trong cống rãnh, kênh mương góp phần giảm ngập úng, đảm bảo vệ sinh
môi trường.
Bùn cặn theo nước mưa và nước thải có nguồn gốc từ quá trình cuốn trôi bề
mặt do mưa, từ nước thải sinh hoạt, công trình dịch vụ và nhà máy xí nghiệp và trong
quá trình xử lý nước thải. Trong tất cả các loại bùn cặn trên, bùn cặn trong mạng lưới
thoát nước (cống, kênh mương và hồ) không tập trung, khó thu gom và thành phần
phức tạp nhất. Bùn cặn nước thải sinh hoạt có hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh
dưỡng cao, các chất độc hại thấp dễ sử dụng làm phân bón; nhưng hàm lượng kim
loại nặng trong đó luôn là sự cản trở lớn nhất.
Trong quá trình nạo vét, thu gom, vận chuyển và xử lý, bùn thải chuyển từ
trạng thái yếm khí sang hiếu khí, các điều kiện môi trường thay đổi, hợp chất trong
bùn chuyển hóa thành nhiều dạng khác nhau. Dưới tác động của các tác nhân vật lý,
hóa học, sinh học, kim loại nặng trong bùn có thể bị hấp phụ hoặc được giữ lại ở các
dạng kết tủa trong bùn thải hay có thể bị hòa tan và đi vào môi trường nước gây ô
nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng. Hiện nay chưa có nhiều


2

nghiên cứu về khả năng lưu giữ và di chuyển của kim loại nặng trong bùn cũng như
việc kiểm soát chất lượng bùn thải. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu khả năng lưu giữ và
di chuyển của một số kim loại nặng trong bùn nạo vét đô thị” được chúng tôi lựa
chọn để nghiên cứu.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu được sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ thành các dạng ít tan
trong nước sông: khảo sát sự chuyển hóa của ion Pb2+ và Cu2+ tạo kết tủa hydroxit và
sunfua trong môi trường nước sông.
- Nghiên cứu khả năng lưu giữ và di chuyển của dạng kết tủa chì, đồng từ bùn
nạo vét đô thị ra môi trường để hiểu rõ được hành vi của kim loại nặng trong bùn khi

phẩm cuối cùng được tạo ra từ quá trình xử lý nước thải dân dụng và nước thải công
nghiệp từ nhà máy xử lý nước thải ở dạng hỗn hợp bán rắn. Thuật ngữ này đôi khi
cũng được sử dụng như một thuật ngữ chung cho chất rắn được tách biệt với huyền
phù trong nước, hỗn hợp vật chất này thường chứa một lượng đáng kể nước giữa các
khoảng trống của các hạt rắn. Các quá trình xử lý nước thải dẫn đến việc tách các chất
gây ô nhiễm và chuyển chúng sang pha có thể tích nhỏ hơn (bùn). Như vậy, sau quá
trình xử lý và làm sạch nước thải, nước sạch có thể được tái sử dụng lại, còn bùn tạo
thành sẽ được thải đi. Việc xử lý và thải bùn rất khó do lượng bùn lớn, thành phần
khác nhau, độ ẩm cao và bùn rất khó lọc. Giá thành xử lý và thải bùn chiếm khoảng
25÷50% tổng giá thành quản lý chất thải [3].
Bùn từ hệ thống thoát nước thải sinh hoạt đô thị là dư lượng chất lỏng, đặc hay
dạng sệt được tạo ra do quá trình vận chuyển và chuyển hóa nước thải trong các cống
rãnh thoát nước, là hỗn hợp các chất hữu cơ và vô cơ bao gồm tất cả các loại bùn thu


4

nhận từ đường ống thoát nước đô thị được xem như sản phẩm phụ cần xử lý của quá
trình này. Bùn bao gồm chủ yếu là nước, khoáng chất và chất hữu cơ.
Bùn thải có thể chứa các chất dễ bay hơi, sinh vật gây bệnh, vi khuẩn, kim loại
nặng, các ion vô cơ cùng với hóa chất độc hại từ chất thải công nghiệp, hóa chất gia
dụng và thuốc trừ sâu. Lượng bùn thải tăng theo mức độ tăng dân số và tăng trưởng
sản xuất. Số lượng bùn thải thường rất lớn và gây ô nhiễm cho môi trường nếu không
được xử lý tốt [4].
b. Phân loại
Bùn được phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh và thành phần của chúng.
Thành phần bùn phụ thuộc vào bản chất ô nhiễm ban đầu của nước và phương pháp
làm sạch: xử lý vật lý, xử lý hóa học và xử lý sinh học [4], cụ thể:
- Bùn hữu cơ ưa nước: Đó là loại phổ biến nhất, khó khăn của việc làm khô
bùn là do sự có mặt của phần lớn các chất keo ưa nước. Người ta xếp trong loại này

chủ yếu là chất hữu cơ (70-82%) và một số kim loại nặng với hàm lượng cao. Lượng
bùn thải khổng lồ này đang có xu hướng tăng lên và hiện nay ở nước ta vẫn chưa có
nơi nào tìm được cách giải quyết.
- Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải đô thị: Nước thải đô thị bao gồm cả
nước thải hộ gia đình, nước thải công nghiệp,... Như vậy, nước thải được hình thành
trong quá trình sinh hoạt của con người. Đặc trưng nước thải đô thị là: hàm lượng
chất hữu cơ cao (55÷60% tổng lượng chất rắn), chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh
vật gây bệnh, vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa
chất bẩn trong nước thải. Nước thải đô thị giàu chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, là nguồn
gốc để các loại vi khuẩn (cả vi khuẩn gây bệnh) phát triển là một trong những nguồn
gây ô nhiễm chính đối với môi trường nước, được chuyển tới các nhà máy xử lý nước
thải sinh hoạt và các hệ thống sông thoát nước thành phố. Bùn sinh ra từ quá trình
này, là kết quả của các vật chất được nước thải mang lắng đọng trong các hệ thống
cống thoát và hoạt động của các vi sinh vật sống trong các hệ thống này, biến cát
thành bùn. Bùn này thường bị ô nhiễm với nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ độc hại,


6

tùy thuộc vào các nguồn nước thải đầu vào, do nồng độ của các vật liệu trong các
chất rắn còn lại là kết quả của quá trình xử lý nước thải.
- Bùn thải từ hố ga, bể phốt: Là hỗn hợp bùn, phân và chất lỏng thu gom được
từ hệ thống vệ sinh tại chỗ, riêng lẻ như: các nhà xí, nhà vệ sinh công cộng không có
cống thoát nước, bể tự hoại và hố xí dội nước. Phân bùn bể tự hoại là phân bùn tạo ra
từ các bể tự hoại (cặn lắng, váng nổi hoặc dạng lỏng). Bể tự hoại tiếp nhận các sản
phẩm bài tiết của người từ các công trình vệ sinh, xử lý phần chất lỏng bằng cách
lắng chất rắn. Phần chất rắn trong bùn cặn là 660 g/kg, tỷ trọng điển hình của cặn
lắng đáy dạng bùn là 1,4÷1,5 t/m3 (gần giống cặn lắng nước thải) và hàm lượng nước
(độ ẩm) là 50%. Khác với nước thải, tính chất của phân bùn tuỳ thuộc vào thời gian
lưu trong bể tự hoại. Thành phần hữu cơ của các loại phân bùn từ các công trình vệ