Xác định nguồn ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải bằng máy XRF cầm tay
Ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải từ các hoạt động công nghiệp là một vấn đề môi trường quan trọng và là chủ đề nóng trong nhiều năm nay. Xả nước thải chưa qua xử lý có chứa kim loại nặng ra môi trường có thể gây ô nhiễm đời sống thủy sinh và cây nông nghiệp. Kim loại nặng sau đó có thể đi vào chuỗi thức ăn, được hấp thụ qua cơ thể con người và có khả năng gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng do độc tính của chúng.
Nguồn nước thải công nghiệp có chứa kim loại nặng đến từ:
Nhà máy điện
Xử lý bề mặt kim loại
Mạ điện
Sản xuất điện tử
Sản xuất hóa chất hữu cơ
Ngành sản xuất, chế biến sắt thép
Khai thác quặng, khoáng sản và mỏ đá
Tìm một phương pháp nhanh chóng để phát hiện ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải
Khả năng nhanh chóng phát hiện ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải và xác định vị trí nguồn của nó là rất quan trọng cho việc giám sát và bảo vệ môi trường. Để xác định và giải quyết nguồn ô nhiễm, các cơ quan giám sát cần có một phương pháp phân tích mạnh mẽ, linh hoạt và nhanh chóng để xác định và phát hiện sự hiện diện của các chất ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải. Các công cụ phân tích hiện đại như máy phân tích huỳnh quang tia X cầm tay (pXRF) có thể cho phép các cơ quan giám sát môi trường phát hiện, xác định vị trí và giải quyết các nguồn ô nhiễm nước thải một cách nhanh chóng và chính xác.
Ví dụ, máy XRF cầm tay Vanta ™ là một giải pháp giám sát môi trường đa năng với các khả năng sau:
Phân tích nguyên tố chính xác: Phân tích hơn 20 nguyên tố, bao gồm các kim loại nặng crom (Cr), niken (Ni), đồng (Cu), kẽm (Zn), asen (As), cadimi (Cd), thủy ngân (Hg) và chì (Pb)
Kết quả nhanh chóng: Cung cấp thông tin định tính và định lượng ngay lập tức theo thời gian thực
Ngay tại thực địa: Nhẹ, di động và chắc chắn trong mọi điều kiện tại thực địa
Không phá hủy: Phương pháp phân tích hóa học không phá hủy mẫu
Hiệu suất: Giao diện thân thiện với người dùng giúp thiết bị dễ sử dụng với mức đào tạo tối thiểu
Kinh tế: Giá cả phải chăng và chi phí sở hữu thấp
Bất chấp những lợi ích trên, máy phân tích pXRF vẫn phải đối mặt với một số thách thức đối với việc kiểm tra kim loại nặng trong nước thải. Đầu tiên, các thiết bị này thường được hiệu chuẩn để sử dụng trên các vật liệu rắn như đất. Thứ hai, giới hạn phát hiện (LOD) chỉ trong phạm vi một phần triệu (ppm). Các phương pháp phòng thí nghiệm tốn kém và tốn thời gian hơn, chẳng hạn như phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) hoặc plasma ghép cảm ứng (ICP), có thể đo mức độ phần tỷ (ppb).
Giải pháp mới: Kết hợp túi nhựa trao đổi ion time-lapse và máy XRF cầm tay
Để vượt qua những thách thức này, túi nhựa trao đổi ion time-lapse ( time-lapse ion exchange resin sachets – TIERS) được kết hợp với phân tích bằng máy XRF cầm tay để tối ưu hóa việc phân tích kim loại nặng trong nước thải. Túi nhựa trao đổi ion time-lapse là một túi vải không dệt có chứa nhựa hấp phụ kim loại theo thời gian. Túi được đặt trong một vùng nước (ví dụ: nước xung quanh các cửa ra của đường ống xả tại một nhà máy) trong bảy ngày để nhựa tích tụ kim loại nặng. Sau thời gian theo dõi bảy ngày, TIERS được kiểm tra bằng máy XRF cầm tay.
Các gói nhựa trao đổi ion rút ngắn thời gian giúp tối ưu hóa phân tích nước thải bằng máy XRF cầm tay theo một số cách:
Giới hạn phát hiện thấp hơn: Khuếch đại chất cần phân tích lên đến 1000 lần; hệ số nồng độ làm tăng độ nhạy và giảm hiệu ứng ma trận, do đó có thể đẩy giới hạn phát hiện xuống đến phần tỷ (ppb) [1,2,3]
Độ chính xác cao hơn: với việc dùng các túi nhựa một cách hiệu quả trong thời gian trung bình là bảy ngày triển khai có thể giải thích cho nồng độ và thể tích xả thải thay đổi trong quãng thời gian đó
Lập bản đồ thực địa theo thời gian thực: Dữ liệu định tính và định lượng được gắn thẻ cho từng khu vực được phân tích có thể tùy chỉnh để giải thích kết quả dễ dàng hơn, toàn diện hơn
Tầm quan trọng của XRF cầm tay trong giám sát môi trường
Một hệ thống giám sát ngay tại hiện trường nhanh chóng, đáng tin cậy và rẻ tiền sẽ cho phép các cơ quan quản lý ngược dòng để xác định vị trí xả thải có vấn đề. TIERS liên tục theo dõi một vị trí trong suốt một tuần để xác định các vấn đề thậm chí không liên tục. Khi các ngành công nghiệp ngày càng sử dụng nước nhiều hơn, nhanh hơn; các nhóm cư dân sử dụng nước gần đó sẽ ngày càng tìm kiếm sự tin tưởng rằng các quy định đảm bảo tuân thủ môi trường đang được đáp ứng. Các trường hợp không tuân thủ ngày càng khó xác định nếu không có sự giám sát theo thời gian thực. Các giải pháp phân tích hiện đại như XRF cầm tay có thể giúp đơn giản hóa và xúc tiến các quy trình thử nghiệm rộng rãi, giúp các cơ quan tiết kiệm nguồn lực và giải quyết kịp thời các mối nguy về sức khỏe môi trường.
1. Shih, P.K., Chiang, L.C., Lin, S.C., Chang, T.K. and Hsu, W.C., 2019. Application of Time-Lapse Ion Exchange Resin Sachets (TIERS) for Detecting Illegal Effluent Discharge in Mixed Industrial and Agricultural Areas, Taiwan. Sustainability, 11(11), p.3129.
2. Huang, J.J.S., Lin, S.C., Löwemark, L., Liou, S.Y.H., Chang, Q., Chang, T.K., Wei, K.Y. and Croudace, I.W., 2019. Rapid assessment of heavy metal pollution using ion-exchange resin sachets and micro-XRF core-scanning. Scientific reports, 9(1), pp.1-6.
3. Pan, S.Y., Syu, W.J., Chang, T.K. and Lee, C.H., 2020. A multiple model approach for evaluating the performance of time-lapse capsules in trapping heavy metals from water bodies. RSC Advances, 10(28), pp.16490-16501.