Nghiên cứu biến tính vài vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên để xử lý Amoni trong nước

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Vũ Tuấn Long

Nghiªn cøu biÕn tÝnh mét sè vËt liÖu hÊp phô cã nguån gèc tù nhiªn §Ó

xö lý amoni trong n−íc

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

HÀ NỘI 2011

2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Vũ Tuấn Long

Nghiªn cøu biÕn tÝnh mét sè vËt liÖu hÊp phô cã nguån gèc tù nhiªn §Ó

xö lý amoni trong n−íc

Chuyªn ngµnh: Khoa Häc M«i Tr−êng M· sè : 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Çn bé h−íng dÉn khoa häc: PGS.TS Đồng Kim Loan

HÀ NỘI 2011

4

MỤC LỤC

Më ®Çu........................................................................................................................ 1

Ch−¬ng 1 - tæng quan ............................................................................................. 3

1.1. Tæng quan vÒ amoni............................................................................................. 3

1.1.1. Amoni trong m«i tr−êng n−íc [5] ................................................................. 3

1.1.2. T¸c ®éng cña amoni tíi nguån n−íc vµ søc kháe con ng−êi......................... 4

1.1.3. HiÖn tr¹ng vÒ « nhiÔm amoni trong mét sè nguån n−íc ë Hµ Néi................ 5

1.1.4. Çc ph−¬ng ph¸p hiÖn hµnh cho xö lý amoni trong n−íc ............................. 6

1.2. Tæng quan vÒ mét sè vËt liÖu cã nguån gèc tù nhiªn dïng trong nghiªn cøu ... 10

1.2.1. Bïn ®á.......................................................................................................... 10

1.2.2. Bentonit........................................................................................................ 13

1.2.3. Laterit .......................................................................................................... 15

1.3. Ph−¬ng ph¸p hÊp phô [9] ................................................................................... 16

1.3.1. Kh¸i niÖm .................................................................................................... 16

1.3.2. C¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh hÊp phô [9] ................................................... 17

1.3.3. Mét sè nghiªn cøu sö dông chÊt hÊp phô ®Ó lo¹i bá amoni trong n−íc ...... 20

Ch−¬ng 2 - ®èi t−îng vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ................................ 21

2.1. §èi t−îng vµ môc tiªu nghiªn cøu ..................................................................... 21

2.2. ThiÕt bÞ, dông cô vµ hãa chÊt ............................................................................. 22

2.3. Çc ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ............................................................................. 22

2.3.1. Ph−¬ng ph¸p tæng quan tµi liÖu ................................................................... 22

2.3.2. Çc ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm ................................................................... 22

2.3.3. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tÝnh chÊt vËt liÖu...................................................... 26

2.3.4. Ph©n tÝch ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh xö lý ................................................ 27

2.3.5. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n t¶i träng hÊp phô cña vËt liÖu [7]............................ 28

Ch−¬ng 3 - KÕt qu¶ vµ th¶o luËn ................................................................... 30

3.1. KÕt qu¶ x¸c ®Þnh ®Æc tr−ng cÊu tróc cña çc vËt liÖu ........................................ 30

3.1.1.Bentonit (VL1) ............................................................................................. 30

5

3.1.2. Bïn ®á (VL2)............................................................................................... 31

3.1.3. Fe(OH)3+ MnO2/Laterit (VL3)................................................................... 32

3.2. Lùa chän vµ so s¸nh kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña çc vËt liÖu......................... 33

3.2.1. So s¸nh hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña vËt liÖu biÕn tÝnh vµ vËt liÖu th«....... 33

3.2.2. HiÖu suÊt hÊp phô amoni cña VL1; VL2; VL3 ........................................... 34

3.2.3. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô cùc ®¹i cña VL1, VL2, VL3............................ 36

3.2.4. So s¸nh dung l−îng hÊp phô cùc ®¹i cña ba lo¹i vËt liÖu ............................ 41

3.3. Kh¶o s¸t çc yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña VL2 ............ 42

3.3.1. X¸c ®Þnh tæng sè t©m axit cña VL2............................................................. 42

3.3.2. Kh¶o s¸t sù ¶nh h−ëng cña pH ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô .......... 44

3.3.3. Kh¶o s¸t sù ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh hÊp phô......... 46

3.3.4. Kh¶o s¸t sù ¶nh h−ëng cña nång ®é ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh hÊp phô......... 48

3.3.5. Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña khèi l−îng chÊt hÊp phô ®Õn hiÖu suÊt................. 49

3.4. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh trªn pha ®éng ............ 51

3.4.1. ThiÕt kÕ hÖ thèng hÊp phô ........................................................................... 51

3.4.2. Kh¶o s¸t víi çc tèc ®é dßng kh¸c nhau ..................................................... 52

3.4.3. Kh¶o s¸t víi mÉu n−íc thËt ......................................................................... 59

3.4.4. M« h×nh thÝ nghiÖm tÝnh to¸n kh¶ n¨ng ¸p dông bïn ®á biÕn tÝnh xö lý n−íc nhiÔm amoni quy m« hé gia ®×nh. ................................................................ 63

3.5. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng t¸i sinh cña vËt liÖu.............................................................. 63

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ ...................................................................................... 65

Tµi liÖu tham kh¶o............................................................................................ 66

6

Danh môc b¶ng biÓu

B¶ng 1. D¹ng tån t¹i cña amoni phô thuéc vµo pH ........................................................3

B¶ng 2. Hµm l−îng çc hîp chÊt nit¬ tr−íc vµ sau xö lý ë nhµ m¸y n−íc T−¬ng Mai vµ Ph¸p V©n ................................................................................................................ 5

B¶ng 3. Thµnh phÇn hãa häc cña bïn ®á................................................................... 12

B¶ng 4. Thµnh phÇn kho¸ng vËt kÕt tinh trong laterit tù nhiªn ................................. 16

B¶ng 5. Danh môc çc thiÕt bÞ, dông cô hãa chÊt sö dông trong thùc nghiÖm ......... 22

B¶ng 6: So s¸nh hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña çc lo¹i vËt liÖu th« vµ biÕn tÝnh .... ...........34

B¶ng 7: So s¸nh hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña ba lo¹i vËt liÖu ................................. 35

B¶ng 8: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cùc ®¹i cña VL1 .................................................. 37

B¶ng 9: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cùc ®¹i cña VL2 .................................................. 38

B¶ng 10: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cùc ®¹i cña VL3 ................................................ 40

B¶ng 11: KÕt qu¶ x¸c ®Þnh t©m axit trªn bÒ mÆt bïn ®á ........................................... 43

B¶ng 12: KÕt qu¶ kh¶o s¸t hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña bïn ®á theo pH ................ 45

B¶ng 13: ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô .................... 47

B¶ng 14: KÕt qu¶ ¶nh h−ëng cña nång ®é amoni ®Õn hiÖu suÊt hÊp phô.................. 49

B¶ng 15: KÕt qu¶ kh¶o s¸t ¶nh h−ëng l−îng bïn ®á tíi hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh...............50

B¶ng 16: KÕt qu¶ x¸c ®Þnh nitrit vµ nitrat tr−íc vµ sau läc ....................................... 54

B¶ng 17: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á víi mÉu n−íc pha ë tèc ®é 0,5ml/phót ................ 55

B¶ng 18: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á víi mÉu n−íc pha ë tèc ®é 1 ml/phót................... 56

B¶ng 19: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á víi mÉu n−íc pha ë tèc ®é 1,5 ml/phót ............... 57

B¶ng 20: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á víi mÉu n−íc pha ë tèc ®é 2 ml/phót................... 58

B¶ng 21: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh víi mÉu 2......................... 60



7

Danh môc h×nh vÏ

H×nh 1. S¬ ®å c«ng nghÖ xö lý n−íc ngÇm t¹i çc nhµ m¸y n−íc Hµ Néi.................. 5

H×nh 2. Bïn ®á sinh ra tõ c«ng nghÖ Bayer............................................................... 11

H×nh 3. VËt liÖu bïn ®á ............................................................................................. 12

H×nh 4. CÊu tróc m¹ng kh«ng gian cña Bentonit ...................................................... 16

H×nh 5. VËt liÖu Laterit ............................................................................................. 16

H×nh 6: M« t¶ quy tr×nh thÝ nghiÖm kh¶o s t kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña vËt liÖu....................25

H×nh 7: HÖ thèng cét läc ........................................................................................... 26

H×nh 8 : §−êng hÊp phô ®¼ng nhiÖt Langmuir ......................................................... 28

H×nh 9: §å thÞ x¸c ®Þnh çc h»ng sè trong ph−¬ng tr×nh Langmuir ......................... 29

H×nh 10: Phæ nhiÔu x¹ tia X cña VL1 ....................................................................... 30

H×nh 11: ¶nh chôp SEM cña VL1 ............................................................................. 30


H×nh 13: ¶nh chôp SEM bÒ mÆt cña VL2 ë çc ®é phãng ®¹i kh¸c nhau................. 32


H×nh 15: ¶nh chôp SEM cña VL3 ............................................................................. 33

H×nh 16: So s¸nh hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña ba lo¹i vËt liÖu ............................... 35

H×nh 17: §−êng cong hÊp phô amoni cña VL1 ........................................................ 37

H×nh 18: §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña Cl/Cr vµo Cl cña VL1........................... 38


H×nh 20: §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña Cl/Cr vµo Cl cña VL2........................... 39


H×nh 22: §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña Cl/Cr vµo Cl cñaVL3............................ 41

H×nh 23: Dung l−îng hÊp phô amoni cùc ®¹i cña çc vËt liÖu.................................. 42

H×nh 24: Nång ®é NaOH cßn l¹i khi c©n b»ng theo thêi gian .................................. 44

8

H×nh 25: Sù ¶nh h−ëng cña pH ®Õn hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña bïn ®á ................ 46

H×nh 26: ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é tíi hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô ...................... 48

H×nh 27: ¶nh h−ëng cña nång ®é amoni ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô ......... 49

H×nh 28: ¶nh h−ëng cña l−îng chÊt hÊp phô tíi hiÖu suÊt ........................................ 51

H×nh 29 : Sù thay ®æi h»ng sè ph©n bè khi thay ®æi l−îng chÊt hÊp phô.................. 51

H×nh 30: §å thÞ hÊp phô amoni ë pha ®éng cña bïn ®á (tèc ®é 0.5 ml/phót) .......... 55

H×nh 31: §å thÞ hÊp phô amoni ë pha ®éng cña bïn ®á (tèc ®é 1 ml/phót) ............. 56

H×nh 32: §å thÞ hÊp phô amoni ë pha ®éng cña bïn ®á (tèc ®é 1.5 ml/phót) .......... 57

H×nh 33: §å thÞ hÊp phô amoni ë pha ®éng cña bïn ®á (tèc ®é 2 ml/phót) ............. 58

H×nh 34: §å thÞ hÊp phô amoni ë mÉu 2 cña bïn ®á biÕn tÝnh ................................ 60

H×nh 35: §å thÞ hÊp phô amoni ë mÉu 3 cña bïn ®á biÕn tÝnh ................................ 61

H×nh 36: §å thÞ hÊp phô amoni ë mÉu 1 cña bïn ®á biÕn tÝnh ................................. 62

1

Më ®Çu

Trong nhiÒu thËp kû qua, çc ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ nghiªn cøu xö lý n−íc

®o ®−îc ¸p dông nh− c«ng nghÖ truyÒn thèng: kÕt tña vµ keo tô, l¾ng vµ läc, sinh

häc hoÆc c«ng nghÖ hiÖn ®¹i: thÈm thÊu ng−îc, läc nano, trao ®æi ion, oxy

hãa...nh−ng nh÷ng nh−îc ®iÓm cña çc ph−¬ng ph¸p nµy lµ hiÖu qu¶ xö lý amoni

kh«ng cao hoÆc gi¸ thµnh c«ng nghÖ rÊt ®¾t. Thêi gian gÇn ®©y « nhiÔm amoni trong

nguån n−íc ®Æc biÖt lµ nguån n−íc cÊp ®ang lµ mét vÊn ®Ò thêi sù ®−îc rÊt nhiÒu

ng−êi quan t©m. Do ®ã viÖc nghiªn cøu çc ph−¬ng ph¸p ®Ó lo¹i bá amoni lµ mét

vÊn ®Ò cÊp thiÕt ®¸p øng çc nhu cÇu thùc tÕ.

§Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò bøc xóc nµy, gÇn ®©y trªn thÕ giíi ®o cã çc nghiªn cøu

øng dông çc vËt liÖu hÊp phô cã nguån gèc tù nhiªn ®Ó lo¹i bá amoni trong n−íc.

§©y lµ h−íng ®i rÊt cã triÓn väng ®èi víi çc vÊn ®Ò vÒ « nhiÔm amoni, vµ c¶ vÒ khÝa

c¹nh kinh tÕ, v× çc vËt liÖu hÊp phô cã nguån gèc tù nhiªn cã gi¸ thµnh t−¬ng ®èi

rÎ. T¹i ViÖt Nam, cã rÊt nhiÒu má víi tr÷ l−îng lín çc vËt liÖu: bentonit, laterit, vµ

®Æc biÖt lµ bïn ®á. Çc dù ¸n khai th¸c quÆng b«xit ë T©y Nguyªn ®ang ®−îc triÓn

khai ®ång thêi còng ®Æt ra mét th¸ch thøc lín ®èi víi viÖc qu¶n lý vµ xö lý bïn ®á,

mét chÊt th¶i ®éc h¹i.

Bentonit, laterit vµ bïn ®á lµ çc vËt liÖu cã nguån gèc tù nhiªn víi çc thµnh

phÇn chñ yÕu lµ çc oxit kim lo¹i nh−: Al2O3, Fe2O3 ... vµ chóng cã ®é xèp cao nªn

®o ®−îc nghiªn cøu sö dông lµm vËt liÖu hÊp phô. §Ó t¹o c¬ së cho viÖc øng dông

çc vËt liÖu trªn lµm vËt liÖu hÊp phô ®Ó xö lý amoni trong n−íc tr−íc tiªn cÇn

chøng minh ®−îc hiÖu qu¶ xö lý cña chóng. §ã chÝnh lµ lý do ®Ò xuÊt ®Ò tµi: "

Nghiªn cøu biÕn tÝnh mét sè vËt liÖu hÊp phô cã nguån gèc tù nhiªn ®Ó xö lý

amoni trong n−íc".

Môc tiªn nghiªn cøu cña luËn v¨n : nghiªn cøu çc vËt liÖu cã nguån gèc tù

nhiªn vµ tËn dông çc chÊt th¶i lµm chÊt hÊp phô lo¹i bá amoni trong m«i tr−êng

n−íc.

2

Néi dung nghiªn cøu trong luËn v¨n lµ:

BiÕn tÝnh çc vËt liÖu: Bentonit, bïn ®á, laterit.

Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña çc vËt liÖu ®o biÕn tÝnh vµ t×m chän

vËt liÖu cã kh¶ n¨ng hÊp phô amoni tèt nhÊt.

Nghiªn cøu ®éng häc qu¸ tr×nh hÊp phô amoni trªn vËt liÖu ®o chän.

Nghiªn cøu qu¸ tr×nh hÊp phô amoni trªn m« h×nh ®éng víi mÉu n−íc gi¶ vµ

mÉu n−íc thËt.

TÝnh to¸n m« h×nh xña lý cho nguån n−íc nhiÔm amoni ë quy m« hé gia

®×nh.

§Ò xuÊt ph−¬ng ¸n t¸i sinh vËt liÖu.

3

Ch−¬ng 1 - tæng quan

1.1. Tæng quan vÒ amoni

1.1 .1. Amoni trong m«i tr−êng n−íc [5]

Amoni lµ mét s¶n phÈm phô ®éc sinh ra trong qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt ë c¬

thÓ ®éng vËt vµ lµ s¶n phÈm cña sù ph©n hñy tù nhiªn çc chÊt th¶i ®éng thùc

vËt. Trong m«i tr−êng n−íc, amoni tån t¹i ë c¶ d¹ng ph©n tö (NH3) vµ ion (NH4+)

phô thuéc m¹nh vµo pH, nhiÖt ®é vµ ®é mÆn, nh−ng pH ¶nh h−ëng quan träng

h¬n c¶. Sù xuÊt hiÖn amoni trong n−íc lµ hiÖu b¸o nguån n−íc bÞ « nhiÔm, cÇn

ph¶i kiÓm so¸t chÆt chÏ çc chØ tiªu kh¸c cã nguy c¬ g©y h¹i cho søc kháe nh−

nitrat, nitrit vµ vi sinh. Theo QCVN 2008/BTNMT quy ®Þnh cho n−íc mÆt: lo¹i A

(amoni 0,1-0,2; nitrit 0,01-0,02; nitrat 2-5 (mg N/l)), lo¹i B (amoni 0,5-1,0;

nitrit 0,04-0,05; nitrat 10-15 (mg N/l); cho n−íc ngÇm: amoni 0,1; nitrit 1,0 vµ

nitrat 15 mg N/l.

§é ®éc cña amoni phô thuéc cao vµo pH n−íc (mµ cô thÓ vµo d¹ng ph©n

tö). Møc amoni tæng (NH3 + NH4+) ë kho¶ng 0,25 mg/L ®o cã thÓ g©y nguy h¹i cho

ç vµ çc loµi sinh vËt n−íc kh¸c. Riªng d¹ng ph©n tö (NH3), chØ cÇn ë nång ®é rÊt

thÊp (0,01 - 0,02 mg/L) còng ®o cã thÓ giÕt chÕt ç [22] .

B¶ng 1. D¹ng tån t¹i cña amoni phô thuéc vµo pH (tû lÖ nång ®é %) [19]

pH 6 7 8 9 10 11

%NH3 0 1 4 25 78 96

%NH4+ 100 99 96 75 22

Quü l−¬ng thùc thÕ giíi (FAO) quy ®Þnh cho n−íc nu«i ç: amoni <0,2mg/L,

®èi víi hä ç Salmonid (ç håi) vµ 0,8mg/L ®èi víi hä ç Cyprinid (ç chÐp) [14].

Amoni lµ mét th«ng sè kh«ng bÒn, khi ë d¹ng ion, nã lÊy oxy trong n−íc ®Ó

bÞ oxy ho¸ trë thµnh nitrat [4]. Trong tr−êng hîp ®ã, nã lµ ®éc tè ®èi víi ®êi sèng

cña thuû sinh vËt trong m«i tr−êng n−íc (lµm gi¶m pH vµ gi¶m nång ®é oxy trong

4

n−íc) theo ph−¬ng tr×nh d−íi ®©y:

NH4+ + 2 O2 → NO3

- + H2O + 2 H+ (1)

1.1.2. T¸c ®éng cña amoni tíi nguån n−íc vµ søc kháe con ng−êi

Theo tµi liÖu cña Tæ chøc y tÕ thÕ giíi WHO cã thÓ tãm t¾t ¶nh h−ëng cña N-

amoni trong n−íc cÊp nh− sau:

- Amoni trong n−íc sÏ lµm gi¶m hiÖu qu¶ vµ ®é tin cËy cña qu¸ tr×nh clo hãa

s¸t trïng - b−íc cuèi cïng trong quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý n−íc nh»m ®¶m b¶o

n−íc s¹ch hoµn toµn vÒ mÆt vi sinh khi ®Õn víi ng−êi sö dông. Sù kÕt hîp gi÷a clo tù

do víi amoni sÏ chuyÓn hãa thµnh cloramin cã t¸c dông s¸t khuÈn kÐm h¬n hµng

tr¨m lÇn so víi clo. Ngoµi ra amoni cßn lµm gi¶m kh¶ n¨ng xö lý mangan b»ng c«ng

nghÖ truyÒn thèng.

- Kh«ng nh÷ng vËy N-amoni cßn lµ nguån dinh d−ìng ®èi víi çc vi sinh vËt

sèng trong n−íc, kÓ c¶ t¶o. Do ®ã trong nguån n−íc nhiÔm amoni çc vi sinh vËt vµ

t¶o ph¸t triÓn rÊt nhanh tõ ®ã g©y ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng nguån n−íc vÒ mÆt c¶m

quan nh−: ®é trong, ®é mµu, mïi, vÞ...

- §Æc biÖt khi cã mÆt trong n−íc l©u amoni cã thÓ bÞ oxy hãa thµnh nitrit

(NO2-) vµ nitrat (NO3

-). Nitrit lµ chÊt ®éc rÊt cã h¹i cho con ng−êi do nã cã thÓ

chuyÓn thµnh nitroamin, mét chÊt cã thÓ g©y ung th− ë ng−êi. Hµm l−îng nitrit cao

trong n−íc uèng lµ 1 vÊn ®Ò ®¸ng quan t©m do chóng lµ nguån gèc g©y bÖnh

methemoglobin cho ng−êi nhÊt lµ trÎ em d−íi 6 tuæi. Lµm cho da ng−êi cã mÇu

xanh xØn, g©y kÝch thÝch, h«n mª vµ nÕu ë thÓ nÆng, kh«ng ®−îc ch÷a kÞp thêi cã thÓ

dÉn ®Õn tö vong mµ ng−êi ta th−êng gäi lµ héi chøng Blue Syndrome hay gäi t¾t lµ

BBS [19].

ChÝnh v× vËy tiªu chuÈn vÒ hµm l−îng çc hîp chÊt nit¬ trong n−íc cÊp cña

ViÖt Nam còng nh− trªn thÕ giíi ®Òu quy ®Þnh rÊt nghiªm ngÆt. Theo quy ®Þnh tiªu

chuÈn vÖ sinh n−íc ¨n uèng 1329/2002/Q§-BYT th× chØ tiªu amoni lµ 1,5 mg/l,

QCVN 01/02:2009/BYT lµ 3mg/l, theo WHO lµ 1,5mg/l, EU lµ 0,5 mg/l.

5

1.1.3. HiÖn tr¹ng vÒ « nhiÔm amoni trong mét sè nguån n−íc ë Hµ Néi

H×nh 1. S¬ ®å c«ng nghÖ xö lý n−íc ngÇm t¹i çc nhµ m¸y n−íc Hµ Néi

Trong khi nh÷ng nghiªn cøu vÒ t×nh h×nh « nhiÔm amoni trong nguån n−íc

ngÇm cho çc kÕt qu¶ b¸o ®éng th× c«ng nghÖ xö lý n−íc cÊp cña phÇn lín çc nhµ

m¸y n−íc t¹i Hµ Néi vÉn lµ nh÷ng quy tr×nh c«ng nghÖ truyÒn thèng theo s¬ ®å

c«ng nghÖ trªn h×nh 1. Víi c«ng nghÖ xö lý nµy, s¾t trong n−íc ngÇm hÇu nh− ®−îc

lo¹i bá hoµn toµn, ë møc ®é nhÊt ®Þnh xö lý ®−îc ®ång thêi c¶ s¾t vµ mangan.

Nh−ng nh÷ng thiÕt kÕ c«ng nghÖ hiÖn t¹i l¹i ch−a tÝnh ®Õn çc kh¶ n¨ng ®èi phã víi

çc nguy c¬ « nhiÔm amoni, « nhiÔm n−íc th¶i c«ng nghiÖp, n−íc th¶i sinh ho¹t, c¬

clo do s¸t trïng...[3].

B¶ng 2. Hµm l−îng çc hîp chÊt nit¬ tr−íc vµ sau xö lý ë nhµ m¸y n−íc

T−¬ng Mai vµ Ph¸p V©n ( 2/2003-4/2003) [3]

KÕt qu¶ x¸c ®Þnh ChØ tiªu

chÊt l−îng §¬n vÞ

Tr−íc xö lý s¾t Sau xö lý s¾t

NMN T−¬ng Mai

NH4+ mg/l 12,5-20,4 9,3-15,8

NO2- mg/l Kph-0,06 0,62-0,98

NO3- mg/l 0,85-1,2 2,46-3,68

NMN Ph¸p V©n

NH4+ mg/l 14,86-28,07 10,18-14,59

NO2- mg/l Kph-0,048 0,462-1,459

NO3- mg/l 0,658-1,148 1,972-4,134

Läc L¾ng tiÕp xóc

Lµm tho¸ng

Clo hãa

N−íc ngÇm Vµo hÖ ph©n phèi

Bïn th¶i hoÆc ®i xö lý

6

Tõ b¶ng 2 cho thÊy hµm l−îng amoni trong n−íc sau xö lý gi¶m kh«ng ®¸ng

kÓ, hµm l−îng NO2- biÕn ®æi theo chiÒu h−íng t¨ng lªn, tõ 0-0,06 mg/l trong n−íc

th«, sau qu¸ tr×nh xö lý s¾t ®o lªn tíi 0.98 mg/l ( nhµ m¸y n−íc T−¬ng Mai) vµ tõ

0,048 mg/l lªn 1,46 (nhµ m¸y n−íc Ph¸p V©n. Trong khi ch−a ®ñ chøng cí ®¸nh gi¸

møc ®é t¸c h¹i cña amoni lªn c¬ thÓ con ng−êi th× t¸c h¹i cña NO2- ®o ®−îc biÕt râ.

Víi hµm l−îng NO2- trong n−íc uèng > 3 mg/l (QCVN/01/BYT 2009) dÔ cã kh¶

n¨ng hñy ho¹i hång cÇu trÎ em.

Ngoµi ra, nguån n−íc mÆt còng ®ang bÞ « nhiÔm nghiªm träng. Nguyªn nh©n

chÝnh lµ do n−íc th¶i cña çc ho¹t ®éng s¶n xuÊt c«ng nghiÖp, n−íc th¶i sinh ho¹t,

n−íc th¶i cña çc lµng nghÒ, lß má, boi r¸c vµ ho¹t ®éng canh t¸c n«ng nghiÖp...

còng ®ang g©y ra sù « nhiÔm amoni mét çch ®¸ng b¸o ®éng. NÕu çc lo¹i n−íc th¶i

nµy ®−îc th¶i bá trùc tiÕp ra ngoµi m«i tr−êng nh− n−íc r¸c víi hµm l−îng amoni

lªn ®Õn 500 mg/l, n−íc th¶i lß má hµm l−îng amoni lµ 100mg/l... th× sÏ g©y nªn

hiÖn t−îng phó d−ìng cho nguån n−íc trong mét thêi gian ng¾n.

Nh− vËy tõ thùc tr¹ng cña t×nh h×nh « nhiÔm amoni vµ c«ng nghÖ xö lý n−íc

hiÖn t¹i ®Æt ra mét vÊn ®Ò hÕt søc bøc thiÕt lµ: nghiªn cøu çc ph−¬ng ph¸p xö lý thÝch

hîp ®Ó xö lý amoni trong çc nguån n−íc mÆt vµ c¶i t¹o hoÆc x©y dùng míi çc nhµ

m¸y n−íc víi c«ng nghÖ cã kh¶ n¨ng s¶n xuÊt n−íc ®¹t tiªu chuÈn chÊt l−îng, gi¸ c¶

chÊp nhËn ®−îc ®èi víi tÊt c¶ çc chØ tiªu, ®Æc biÖt lµ chØ tiªu vÒ N-amoni.

1.1.4. Çc ph−¬ng ph¸p hiÖn hµnh cho xö lý amoni trong n−íc

HiÖn t¹i mét sè ph−¬ng ph¸p xö lý amoni ®o vµ ®ang ®−îc ¸p dông nhiÒu lµ: clo

hãa ®Õn ®iÓm ®ét biÕn, trao ®æi ion, thæi khÝ ë pH cao, Ozon hãa víi xóc t¸c Br-, läc

nano, thÈm thÊu ng−îc (RO), ph−¬ng ph¸p sinh häc vµ ph−¬ng ph¸p ®iÖn thÈm t¸ch.

1.1.4.1. Ph−¬ng ph¸p clo hãa ®Õn ®iÓm ®ét biÕn

Clo gÇn nh− lµ hãa chÊt duy nhÊt cã kh¶ n¨ng oxy hãa amoni ë nhiÖt ®é

phßng thµnh N2. Khi hßa tan clo hoÆc çc hîp chÊt clo trong n−íc, tïy theo pH cña

n−íc mµ clo cã thÓ n»m ë d¹ng HClO hay ClO- theo ph−¬ng tr×nh:

7

Cl2 + H2O (pH<5) ↔ HCl + HClO (pH<7) ↔ H+ + ClO- (2)

Khi trong n−íc cã m¹t amoni sÏ x¶y ra ph¶n øng gi÷a HClO víi amoni t¹o ra

çc cloramin. NÕu d− clo sÏ x¶y ra çc ph¶n øng ph©n hñy çc cloramin. Lóc nµy

l−îng clo d− trong n−íc sÏ gi¶m xuèng møc thÊp nhÊt v× x¶y ra qu¸ tr×nh ph©n hñy

cloramin, ®iÓm t−¬ng øng víi gi¸ trÞ nµy gäi lµ ®iÓm ®ét biÕn.

Theo lý thuyÕt ®Ó xö lý hÕt amoni trong n−íc ph¶i ®¶m b¶o tû lÖ Cl : N = 7,6 :

1, song thùc tÕ ph¶i t¨ng tû lÖ lªn 8 : 1 hoÆc cao h¬n míi oxi hãa hoµn toµn amoni [8].

Nh÷ng nghiªn cøu tr−íc ®©y cho thÊy tèc ®é clo hãa víi çc chÊt h÷u c¬ chØ

b»ng nöa tèc ®é oxy hãa amoni, khi amoni ph¶n øng gÇn hÕt th× lóc ®ã clo sÏ ph¶n

øng víi çc chÊt h÷u c¬ cã trong n−íc t¹o nªn çc chÊt c¬ clo cã mïi ®Æc tr−ng khã

chÞu vµ cã ®éc tÝnh cao. Trong ®ã cã kho¶ng 15% t¹o thµnh nhãm çc hîp chÊt THM-

trihalometan vµ HA-axitaxetichalogen lµ çc chÊt cã thÓ g©y ung th− ë ng−êi [7].

Ngoµi ra víi viÖc sö dông l−îng clo rÊt lín vµ qua nhiÒu c«ng ®o¹n kh¸c

nhau nh− trªn sÏ lµm cho viÖc sö dông vµ x©y dùng quy tr×nh s¶n xuÊt rÊt khã ®−îc

¸p dông mÆc dï gi¸ thµnh rÎ.

1.1.4.2. Ph−¬ng ph¸p ®iÖn thÈm t¸ch

§iÖn thÈm th¸ch ®−îc thùc hiÖn b»ng çch ®Æt çc mµng cã tÝnh chän läc víi

cation vµ anion lu©n phiªn nhau däc theo dßng ®iÖn. Ph−¬ng ph¸p nµy hiÖn ®ang

mang l¹i hiÖu qu¶ t−¬ng ®èi cao trong viÖc xö lý amoni. C«ng nghÖ ®iÖn thÈm t¸ch

sö dông ®Ó t¸ch lo¹i amoni cã nhiÒu −u ®iÓm v× ®ång thêi cã thÓ t¸ch lo¹i ®−îc mét

sè kim lo¹i nÆng cã mÆt trong n−íc ngÇm nh− As, Cd...[9].

Tuy nhiªn ®iÖn thÈm t¸ch còng cßn mét sè h¹n chÕ nh−: cÇn cã hÖ thèng läc s¬

bé ®Ó lo¹i s¾t vµ cÆn, tiªu tèn n−íc v× cã tØ lÖ n−íc th¶i kh¸ cao vµ kinh phÝ tèn kÐm.

1.1.4.3. ThÈm thÊu ng−îc

ThÈm thÊu ®−îc ®Þnh nghÜa lµ sù di chuyÓn tù ph¸t cña dung m«i tõ mét dung

dÞch loong vµo mét dung dÞch ®Ëm ®Æc qua mét mµng b¸n thÊm. T¹i mét ¸p suÊt nhÊt

®Þnh sù c©n b»ng ®−îc thiÕt lËp th× ¸p suÊt ®ã ®−îc gäi lµ ¸p suÊt thÈm thÊu.

8

Khi ¸p suÊt t¨ng trªn ¸p suÊt thÈm thÊu ë phÝa dung dÞch cã mµng th× xuÊt

hiÖn dßng di chuyÓn ng−îc, nghÜa lµ sÏ di chuyÓn tõ n¬i cã nång ®é thÊp ®Õn n¬i cã

nång ®é cao h¬n. V× vËy cã thÓ ®Þnh nghÜa thÈm thÊu ng−îc lµ qu¸ tr×nh läc dung

dÞch qua mµng b¸n thÊm víi ¸p suÊt cao h¬n ¸p suÊt thÈm thÊu.

ThÈm thÊu ng−îc ¸p dông ®Æc tÝnh cña mµng b¸n thÊm lµ cho n−íc ®i qua

mµng gi÷ l¹i çc chÊt hßa tan trõ mét vµi ph©n tö h÷u c¬ gièng n−íc (cã träng l−îng

ph©n tö bÐ vµ ®é ph©n cùc cao).

T¹i Thæ NhÜ Kú, çc nghiªn cøu cña khoa m«i tr−êng, tr−êng ®¹i häc kÜ thuËt

Istanbul, xö lý amoni trong n−íc hå Elmali b»ng ph−¬ng ph¸p thÈm thÊu ng−îc

(n¨m 2001). KÕt qu¶ ®o xö lý hiÖu qu¶ ®−îc 95% nång ®é amoni trong n−íc hå, tõ 4

mg/l xuèng cßn 0,2 mg/l. Tuy nhiªn chi phÝ xña lý cao, −íc tÝnh kho¶ng 0,95-1,06

USA/1m3 ®Ó xö lý n−íc cho môc ®Ých ¨n uèng [21].

1.1.4.4. Ph−¬ng ph¸p läc nano

Läc nano lµ mét ph−¬ng ph¸p biÕn t−íng cña qu¸ tr×nh thÈm thÊu ng−îc. Nã

cã c¬ chÕ gièng nh− qu¸ tr×nh thÈm thÊu ng−îc nh−ng cã ®iÓm kh¸c lµ kÝch th−íc

mao qu¶n cña mµng cì cã kÝch th−íc nano, nhá h¬n kÝch th−íc mao qu¶n cña mµng

thÈm thÊu ng−îc cã kÝch cì Å.

Theo nghiªn cøu cña Khoa kü thuËt kho¸ng s¶n, Tr−êng ®¹i häc Osmanganzi,

Thæ NhÜ Kú, sö dông ph−¬ng ph¸p läc nano ®Ó xö lý amoni trong n−íc cÊp cho

ng−êi d©n ë Eskisehir víi c«ng suÊt 80.000 m3/ngµy. KÕt qu¶ thu ®−îc kh¸ tèt, nång

®é amoni gi¶m tõ 6,5 mg/l xuèng cßn 0,2 mg/l [21].

1.1.4.5. Ph−¬ng ph¸p sinh häc [8]

Ph−¬ng ph¸p vi sinh xö lý t−¬ng ®èi hiÖu qu¶ çc nh©n tè g©y « nhiÔm m«i

tr−êng n−íc vµ cã −u ®iÓm kh«ng g©y « nhiÔm thø cÊp cho nguån n−íc, ®¶m b¶o

chÊt l−îng n−íc s¹ch vÒ mÆt hãa chÊt ®éc h¹i, cã tÝnh æn ®Þnh cao vµ an toµn víi hÖ

thèng ph©n phèi.

9

Trong ph−¬ng ph¸p nµy, amoni sÏ ®−îc chuyÓn hãa thµnh nitrat hoÆc khÝ nit¬

nhê ho¹t tÝnh cña çc vi sinh vËt cã trong tù nhiªn. Trong qu¸ tr×nh sinh tr−ëng vi

sinh vËt sÏ cÇn çc nguån dinh d−ìng lµ C, N, chóng lÊy N tõ nguån N-Amoni vµ C

tõ hãa chÊt h÷a c¬ bæ xung trong qu¸ tr×nh xö lý. Vi sinh vËt sÏ t¹o ra çc ®iÒu kiÖn

vÒ dinh d−ìng còng nh− çc yÕu tè kh¸c ®Ó lµm cho nã cã ho¹t tÝnh cao nhÊt.

Ph−¬ng ph¸p nµy cã chi phÝ thÊp nªn ®ang lµ mét triÓn väng cã thÓ ¸p dông ®−îc ë

®iÒu kiÖn kinh tÕ cña chóng ta.

1.1.4.6. Ph−¬ng ph¸p Ozon (O3) hãa víi xóc t¸c Br- [9]

§Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p clo hãa ®Õn ®iÓm ®ét biÕn ng−êi

ta cã thÓ thay thÕ mét t¸c nh©n oxy hãa kh¸c nh− O3 víi sù cã mÆt cña ion Br-. VÒ

c¬ b¶n xö lý amoni b»ng O3 víi sù cã mÆt cña ion Br- trong m«i tr−êng axit còng

diÔn ra theo c¬ chÕ gièng nh− ph−¬ng ph¸p clo hãa tíi ®iÓm ®ét biÕn. D−íi t¸c dông

cña O3 , Br- bÞ oxy hãa thµnh BrO- theo ph¶n øng sau :

Br- + O3 + H+ ↔ HBrO + O2 (3)

TiÕp sau ®ã ion BrO- sÏ oxy hãa amoni theo çc ph¶n øng sau:

NH3 + HBrO → NH2Br + H2O (4)

NH2Br + NHBr2 → NHBr + H2O (5)

NH2Br + NHBr → N2↑ + 3Br- + 3H+ (6)

§©y chÝnh lµ ®iÓm t−¬ng ®ång gi÷a hai ph−¬ng ph¸p ozon hãa vµ clo hãa xóc

t¸c Br- do Galat-Gorhev vµ Moris t×m ra n¨m 1975.

1.1.4.7. Ph−¬ng ph¸p trao ®æi ion

Qu¸ tr×nh trao ®æi ion lµ qu¸ tr×nh hãa lý thuËn nghÞch trong ®ã x¶y ra ph¶n

øng trao ®æi ion trong dung dÞch ®iÖn ly víi çc ion trªn bÒ mÆt hoÆc bªn trong cña

pha r¾n tiÕp xóc víi nã.

Nhùa trao ®æi ion (cationit) d¹ng r¾n ®−îc dïng ®Ó thu nh÷ng ion nhÊt ®Þnh

trong dung dÞch vµ gi¶i phãng vµo dung dÞch mét l−îng t−¬ng ®−¬ng çc ion kh¸c

10

cã cïng ®iÖn tÝch. Nhùa trao ®æi ion lµ nh÷ng hîp chÊt cao ph©n tö h÷u c¬ cã chøa

çc nhãm chøc cã kh¶ n¨ng trao ®æi ion víi c«ng thøc chung lµ RX, trong ®ã R lµ

gèc h÷u c¬ phøc t¹p, X cã thÓ lµ nhãm sulfonic ( -SO3H-) lµ mét axit m¹nh s½n sµng

trao ®æi H+ víi çc cation kh¸c theo ph−¬ng tr×nh sau:

R-X-H+ + NH4+ ↔ R-X-NH4

+ + H+ (7)

1.1.4.8. Ph−¬ng ph¸p thæi khÝ ë pH cao

Amoni tån t¹i trong n−íc ë d¹ng c©n b»ng:

NH4+ ↔ NH3 (khÝ hßa tan) + H+ víi pKa = 9,5 (8)

Nh− vËy ë pH gÇn 7 chØ cã mét l−îng rÊt nhá khÝ NH3 so víi ion NH4+ . NÕu

ta n©ng pH lªn tíi 9,5 th× tû lÖ [NH3]/[NH4+ ] = 1 vµ cµng t¨ng pH c©n b»ng cµng

chuyÓn nhanh vÒ phÝa NH3.

V× NH3 lµ mét khÝ nhÑ h¬n kh«ng khÝ, do ®ã nÕu ¸p dông çc biÖn ph¸p sôc

hoÆc thæi khÝ th× NH3 sÏ tho¸t ra khái n−íc; theo ®Þnh luËt Henry lµm chuyÓn dÞch

c©n b»ng vÒ phÝa ph¶i

NH4+ + OH- → NH3↑ + H2 (9)

Trong thùc tÕ, pH ph¶i t¨ng lªn xÊp xØ 11míi cã thÓ chuyÓn tèi ®a NH4+

thµnh NH3; l−îng khÝ cÇn ®Ó NH3 tho¸t ra ngoµi ph¶i ë møc 1600m3 kh«ng khÝ/ m3

n−íc. Qu¸ tr×nh nµy phô thuéc rÊt nhiÒu vµo nhiÖt ®é m«i tr−êng. Vµ v× thÕ, ph−¬ng

ph¸p nµy th−êng chØ ®−îc sö dông ®Ó xö lý amoni trong n−íc th¶i, rÊt hiÕm khi ®−îc

¸p dông trong xö lý n−íc cÊp v× khã cã thÓ ®Èy nång ®é NH4+ xuèng d−íi 1,5 mg/l

trong tr−êng hîp thæi khÝ.

1.2. Tæng quan vÒ mét sè vËt liÖu cã nguån gèc tù nhiªn dïng trong nghiªn cøu

1.2.1. Bïn ®á

1.2.1.1. §Þnh nghÜa

Bïn ®á lµ chÊt th¶i sinh ra trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt «xit nh«m tõ quÆng b«xit

theo c«ng nghÖ Bayer. C«ng nghÖ Bayer lµ ph−¬ng thøc s¶n xuÊt chÝnh trong qu¸

tr×nh tinh luyÖn quÆng th« b«xit ®Ó s¶n xuÊt nh«m. Trong quÆng b«xit cã kho¶ng

30-54% lµ Al, Al2O3, phÇn cßn lµ oxit silic, nhiÒu d¹ng oxit s¾t vµ ®ioxit titan [24].

11

Trong tiÕn tr×nh Bayer, b«xit ®−îc nghiÒn n¸t vµ ®−a vµo lß ph¶n øng víi mét

l−îng d− dung dÞch NaOH nãng lªn ®Õn 1750C ®Ó Al2O3 (ë d¹ng bÒn) chuyÓn thµnh

Al(OH)3, sau ®ã ®−îc chuyÓn hãa vÒ Al2O3 theo çc ph¶n øng sau :

Al2O3 + 2OH + 3H2O → 2(Al(OH)4) (10)

(Al(OH)4)- + Na+→ Al(OH)3 + Na + OH- (11)

2Al(OH)3 →Al2O3 + 3H2O (12)

Çc thµnh phÇn kh¸c trong b«xit kh«ng bÞ hßa tan theo çc ph¶n øng trªn

®−îc läc vµ lo¹i bá ra khái dung dÞch t¹o thµnh bïn ®á (h×nh 2). ChÝnh thµnh phÇn

bïn ®á nµy g©y nªn vÊn n¹n m«i tr−êng vÒ vÊn ®Ò ®æ th¶i gièng nh− çc lo¹i quÆng

®u«i cña çc kho¸ng s¶n kim lo¹i mµu nãi chung.

N¨m 2008 cã kho¶ng 60,5 triÖu tÊn Al2O3 ®o ®−îc s¶n xuÊt trªn toµn thÕ giíi.

Theo møc trung b×nh toµn cÇu viÖc s¶n xuÊt 1 tÊn Al2O3 sinh ra 1,5 tÊn bïn ®á [27].

T¹i ViÖt Nam, vïng cã tr÷ l−îng qu¹ng b«xit lín nhÊt lµ T©y nguyªn, T©y nguyªn

cã tr÷ l−îng quÆng b«xit vµo kho¶ng 8 tû tÊn. Nh− vËy nÕu khai th¸c hÕt l−îng b«xit

ë T©y Nguyªn ®Ó s¶n xuÊt nh«m theo c«ng nghÖ Bayer, sÏ th¶i ra kho¶ng 12 tû tÊn

bïn ®á, ®©y còng chÝnh lµ mét søc Ðp ®¸ng kÓ ®èi víi çc vÊn ®Ò m«i tr−êng ë ViÖt

Nam .

H×nh 2. Bïn ®á sinh ra tõ c«ng nghÖ Bayer

Läc B«xit

Buång ph¶n øng ¸p lùc cao

Êt

Nh«m «xÝt Lß quay

Bïn ®á

KÕt tinh

Na[Al(OH)4]

NaOH

N−íc

Al(OH)3 d¹ng h¹t kÕt tinh

Lµm l¹nh

NghiÒn n¸t

T=170-180oC

12

1.2.1.2. Thµnh phÇn, tÝnh chÊt vµ t¸c h¹i cña bïn ®á [23]

Bïn ®á lµ hçn hîp bïn nhoo víi hµm l−îng chÊt r¾n kho¶ng tõ 20% ®Õn 80%

vÒ khèi l−îng phô thuéc vµo ph−¬ng ph¸p cña qu¸ tr×nh tinh luyÖn. Tû lÖ vÒ hµm

l−îng çc nguyªn tè chÝnh trong bïn ®á lµ Fe > Si ~ Ti >Al >Ca > Na…vµ mét sè

çc kim lo¹i vÕt. Thµnh phÇn hãa häc cña bïn ®á ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 3.

Bïn ®á cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng trung b×nh lµ 32.7± 12.2 m2g-1 vµ tû khèi

trung b×nh lµ 2.5 ± 0.7 g.cm-3, trong khi yªu cÇu vÒ ®Êt (thæ nh−ìng) cÇn ph¶i cã tû

khèi < 1,5 g.cm-3. Çc vïng cã tû khèi v−ît qu¸ 1,5 g.cm-3 sÏ ng¨n trë qu¸ tr×nh

th©m nhËp cña rÔ c©y vµ do vËy ng¨n c¶n c¶ viÖc h×nh thµnh hÖ thùc vËt, víi nh÷ng

n¬i tû khèi trªn 1,6 g.cm-3 thùc vËt kh«ng thÓ sinh tr−ëng b×nh th−êng ®−îc. KÝch

th−íc h¹t bïn ®á trung b×nh tõ 2-100 µm; víi kÝch th−íc h¹t rÊt nhá sÏ g©y bôi lµm

« nhiÔm kh«ng khÝ .

Nh−ng t¸c h¹i chñ yÕu vµ nghiªm träng nhÊt cña bïn ®á ph¶i nãi lµ pH; víi

pH > 11% ®o g©y nguy h¹i khi tiÕp xóc trùc tiÕp ®èi víi ng−êi vµ ®éng vËt. §èi víi

m«i tr−êng, n−íc ch¶y qua bïn ®á khi ch¶y xuèng s«ng sÏ lµm chÕt t«m ç vµ thñy

sinh vËt, lµm suy gi¶m nguån n−íc mÆt vµ n−íc ngÇm, cã nguy c¬ bÞ nhiÔm çc kim

lo¹i nÆng ®éc h¹i cã thÓ g©y ung th− hoÆc chÕt ®èi víi con ng−êi vµ ®éng thùc vËt.

B¶ng 3. Thµnh phÇn hãa häc cña bïn ®á[26]

Thành phần

Tỉ lệ (%) Thành phần

Tỉ lệ (%)

Al2O3 14.14 P2O5 0.297

SiO2 11.53 V2O5 0.116

Fe2O3 48.50 ZnO 0.027

TiO2 5.42 MgO 0.049

CaO 3.96 MnO 0.17

Na2O 7.50 K2O5 0.58

L.O.L 7.52 H×nh 3. VËt liÖu bïn ®á

13

1.2.1.3. Mét sè th«ng tin chung vÒ viÖc xö lý, qu¶n lý vµ sö dông bïn ®á

N¨m 2000 c«ng ty Virotec International Ltd ®o nghiªn cøu thµnh c«ng vµ ®−a

ra c«ng nghÖ míi vÒ xö lý bïn ®á cã tªn lµ c«ng nghÖ BaseconTM vµ s¶n phÈm

BauxsolTM. C«ng nghÖ nµy sö dông n−íc biÓn ®Ó trung hßa kiÒm d− trong bïn ®á

[26].

Trong mét b¸o ço cña Al Agrawal n¨m 2004 cho biÕt: trong sè 84 nhµ m¸y

s¶n xuÊt nh«m trªn thÕ giíi, chØ cã 7 nhµ m¸y thùc hiÖn xö lý bïn ®á b»ng çch

trung hßa bïn ®á víi n−íc biÓn do t¹i ®ã kh«ng x©y dùng ®−îc hå chøa bïn ®á[25].

T¹i Trung Quèc, hÇu nh− l−îng bïn ®á th¶i ra ®Òu ®−îc ch«n lÊp; Tuy nhiªn

hiÖn cã kho¶ng 10% l−îng bïn ®á ®−îc t¸i chÕ ®Ó thu håi kim lo¹i quý hoÆc lµm

nguyªn liÖu cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt g¹ch vµ ®å gèm [22].

Tãm l¹i, bªn c¹nh nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu xö lý vµ qu¶n lý nh»m gi¶m

çc t¸c ®éng xÊu cña bïn ®á ®Õn m«i tr−êng vµ con ng−êi, nh÷ng h−íng t¸i sö dông

bïn ®á sau còng ®o ®−îc quan t©m:

- S¶n xuÊt gèm thñy tinh - S¶n xuÊt xi m¨ng

- S¶n xuÊt g¹ch chÞu löa vµ kh«ng chÞu löa - Xö lý ®Êt

- Thu håi kim lo¹i, vµ kim lo¹i quý - HÊp thô lµm s¹ch gas

- Xö lý n−íc th¶i

1.2.2. Bentonit

1.2.2.1. Bentonit trong tù nhiªn

Bentonit lµ lo¹i kho¸ng sÐt tù nhiªn cã thµnh phÇn chÝnh lµ montmorillonit.

C«ng thøc ®¬n gi¶n nhÊt øng víi nöa "tÕ bµo" ®¬n vÞ cÊu tróc cña montmorillonit lµ

Al2O3.4SiO2.nH2O. Trong tr−êng hîp lý t−ëng c«ng thøc cña montmorillonit lµ

Si8Al4O20(OH)4 øng víi 1 ®¬n vÞ cÊu tróc. Tuy nhiªn trªn thùc tÕ thµnh phÇn cña

bentonit lu«n kh¸c víi thµnh phÇn ®−îc miªu t¶ trªn theo lý thuyÕt v× trong cÊu tróc

14

lu«n cã sù thay thÕ ®ång h×nh cña ion kim lo¹i Al3+, Fe3+, Fe2+, Mg2+ …víi ion Si4+

trong tø diÖn SiO4 vµ Al3+ trong b¸t diÖn AlO6[17,18,27].

Nh− vËy trong thµnh phÇn hãa häc cña montmorillonit ngoµi sù cã mÆt cña

Si vµ Al cßn thÊy çc nguyªn tè kh¸c nh− Fe, Mn, Zn, Na, K… trong ®ã tû lÖ Al2O3

: SiO2 thay ®æi tõ 1:2 ®Õn 1:4 [17,18,27].

§Æc tr−ng c¬ b¶n cña bentonit lµ kh¶ n¨ng trao ®æi ion, do cã sù thay thÕ

®ång h×nh cation. Kh¶ n¨ng nµy phô thuéc vµo l−îng ®iÖn tÝch ©m bÒ mÆt vµ sè

l−îng ion trao ®æi. NÕu sè l−îng ®iÖn tÝch ©m cµng lín vµ sè l−îng cation trao ®æi

cµng nhiÒu th× dung l−îng trao ®æi ion cµng lín.

H×nh 4 d−íi ®©y minh häa cÊu tróc m¹ng kh«ng gian cña kho¸ng vËt

bentonit.

H×nh 4. CÊu tróc m¹ng kh«ng gian cña Bentonit

TÝnh chÊt hÊp phô cña bentonit ®−îc quyÕt ®Þnh bëi ®Æc tÝnh bÒ mÆt vµ cÊu

tróc líp cña chóng. Do bentonit cã cÊu tróc tinh thÓ vµ ®é ph©n t¸n cao nªn cã cÊu

tróc xèp vµ bÒ mÆt riÖng lín. CÊu tróc xèp ¶nh h−ëng lín ®Õn tÝnh chÊt hÊp phô cña

çc chÊt, ®Æc tr−ng cña nã lµ tÝnh chän läc chÊt bÞ hÊp phô, chØ cã ph©n tö nµo cã

®−êng kÝnh ®ñ nhá so víi lç xèp th× míi chui vµo ®−îc bªn trong vËt liÖu hÊp phô.

Dùa vµo ®Æc tÝnh nµy ng−êi ta cã thÓ ho¹t hãa bentonit dïng ®Ó t¸ch mét sè chÊt.

§©y còng lµ mét ®Æc tÝnh kh¸c biÖt cña bentonit víi mét sè çc chÊt hÊp phô kh¸c.

15

HiÖn nay ë n−íc ta cã nguån bentonit kh¸ phong phó, cã thÓ cho khai th¸c

víi tr÷ l−îng 20.000-24.000 tÊn/n¨m trong kho¶ng 15 n¨m. Bentonit ph©n bè ë Cæ

§Þnh (Thanh Hãa), Tam Bè, §a LÐ (L©m §ång), Nha MÐ (B×nh ThuËn) vµ Bµ RÞa -

Vòng Tµu [8]. Tr÷ l−îng quÆng bentonit cña ViÖt Nam ®o x¸c ®Þnh dù b¸o kho¶ng

95 triÖu tÊn [11]. Má sÐt Nha mÐ (t¹i xo Phong Phó - Tuy Phong - B×nh ThuËn) lµ

má sÐt kiÒm duy nhÊt t¹i ViÖt Nam cã tr÷ l−îng hµng triÖu tÊn, thuéc lo¹i lín trªn

thÕ giíi hiÖn nay [8].

1.2.2.2. øng dông cña bentonit [11]

Nhê kh¶ n¨ng hÊp phô cao nªn bentonit ®−îc sö dông réng roi trong çc

ngµnh c«ng nghiÖp. Ngµnh c«ng nghiÖp sö dông nhiÒu bentonit ®ã lµ ngµnh dÇu má,

sö dông ®Ó xö lý tr−ng cÊt dÇu má, lµm dung dÞch khoan trong ngµnh khai th¸c dÇu

khÝ, lµm keo chèng thÊm trong çc ®Ëp n−íc thñy ®iÖn, thñy lîi, nguyªn liÖu hÊp

phô tÈy röa, lµm chÊt kÕt dÝnh trong khu«n ®óc hay chÊt phô gia t¨ng dÎo trong gèm

sø, dïng lµm chÊt xóc t¸c cho mét lo¹t çc ph¶n øng nh− oxy hãa çc alcol, oxy hãa

ghÐp ®«i çc thiol, çc ph¶n øng t¹o ra çc nhãm cacbonyl tõ thioaxetal hoÆc

thiocacbonyl...çc ph¶n øng nµy dÔ dµng x¶y ra vµ cho ®é chän läc cao.

Bentonit kh«ng ®éc h¹i, cßn cã thÓ ¨n ®−îc vµ cã tÝnh tr¬, bÒn hãa häc nªn

trong c«ng nghiÖp thùc phÈm dïng bentonit ®Ó s¶n xuÊt thøc ¨n ch¨n nu«i, lµm chÊt

läc s¹ch vµ tÈy mµu cho bia, r−îu vang vµ mËt ong, chÊt ®én cho mü phÈm.

Trong lÜnh vùc m«i tr−êng bentonit ®−îc dïng cho viÖc c¶i t¹o ®Êt, lµm t¨ng

kh¶ n¨ng gi÷ Èm cho ®Êt, t¨ng tÝnh tr−¬ng, tÝnh dÎo, ®é bÒn c¬ häc, kh¶ n¨ng gi÷ çc

chÊt dinh d−ìng, h¹n chÕ sô röa tr«i. Ngoµi ra bentonit cßn ®−îc sö dông trong

ngµnh xö lý n−íc th¶i do cã kh¶ n¨ng hÊp phô cao cã thÓ gi÷ l¹i vµ t¸ch çc chÊt «

nhiÔm ra khái nguån n−íc, ...

1.2.3. Laterit

Laterit cã mÆt chñ yÕu ë çc vïng trung du, ®ång b»ng b¾c bé nh− Hµ Néi

(vïng Hµ T©y cò), VÜnh Phóc, B¾c Ninh, B¾c Giang… ngoµi ra t¹i çc tØnh Thanh

Hãa, NghÖ An, Ninh B×nh còng cã tr÷ l−îng laterit ®¸ng kÓ. Laterit lµ nh÷ng tÇng

®Êt ®¸ cña vá phong hãa cã chøa nhiÒu s¾t, mangan, nh«m vµ mét vµi kim lo¹i kh¸c

[11].

16

Thµnh phÇn % khèi l−îng

SiO2 40,69

Al2O3 14,83

Fe2O3 32,14

CaO 0,14

MgO 0,18

MsiO3 1,94

K2O 0,33

H×nh 5. VËt liÖu Laterit B¶ng 4. Thµnh phÇn kho¸ng vËt kÕt tinh trong laterit tù nhiªn

Laterit lµ mét trong çc kho¸ng tù nhiªn cã chøa s¾t ®iÓn h×nh nhÊt víi thµnh

phÇn chñ yÕu lµ Fe2O3 lªn tíi 30% vµ lµ kho¸ng chÊt cã cÊu tróc xèp gåm nhiÒu lç

rçng cã kÝch th−íc cì tõ 200-600nm gièng nh− tæ ong nªn trong d©n gian cßn gäi lµ

®¸ ong. Víi cÊu tróc vµ thµnh phÇn kho¸ng nh− thÕ nªn laterit rÊt dÔ h×nh thµnh çc

t©m hÊp phô çc h¹t mang ®iÖn tÝch, t¹o nªn kh¶ n¨ng hÊp phô cho chóng [8,11].

Laterit tù nhiªn th−êng chøa mét l−îng sÐt kh¸ lín vµ mét vµi thµnh phÇn

kh¸c dÔ tan trong n−íc, nªn laterit tù nhiªn cã tÝnh c¬ lý kÐm, dÔ bÞ vì h¹t vµ bÞ th«i

sÐt. V× thÕ khi tiÕn hµnh hÊp phô, nã sÏ lµm ®ôc n−íc cÇn xö lý vµ lµm gi¶m hiÖu

qu¶ cña qu¸ tr×nh, do ®ã cÇn ph¶i biÕn tÝnh tr−íc khi sö dông laterit lµm chÊt hÊp

phô ®Ó xö lý n−íc.

1.3. Ph−¬ng ph¸p hÊp phô [9]

1.3.1. Kh¸i niÖm

HÊp phô ®−îc xem lµ hiÖn t−îng tÝch tô mét hoÆc mét hçn hîp chÊt (chÊt bÞ

hÊp phô) trªn bÒ mÆt dÞ thÓ cña mét chÊt kh¸c (chÊt hÊp phô). HiÖn t−îng hÊp phô

th−êng gÆp trong thùc tÕ lµ qu¸ tr×nh hÊp phô trªn bÒ mÆt mét chÊt r¾n.

§Æc tr−ng râ nhÊt cña chÊt hÊp phô so víi çc chÊt r¾n kh¸c lµ chóng cã cÊu

tróc xèp vµ diÖn tÝch bÒ mÆt riªng lín. Mét vËt liÖu r¾n cã ®é ph©n t¸n cao (kÝch

17

th−íc nhá, d¹ng bét) cã diÖn tÝch lín h¬n lo¹i cã ®é ph©n t¸n thÊp, nãi çch kh¸c,

diÖn tÝch bÒ mÆt cña mét chÊt r¾n tØ lÖ thuËn víi ®é ph©n t¸n. ChÊt r¾n cã cÊu tróc

xèp lµ hÖ ph©n t¸n cao.

CÊu tróc xèp ®−îc ®Æc tr−ng bëi ®é xèp cÊu thµnh tõ çc mao qu¶n; diÖn tÝch

bÒ mÆt lµ tæng diÖn tÝch cña çc thµnh mao qu¶n. Çc mao qu¶n t¹o thµnh hÖ lç xèp

cã h×nh d¹ng kh¸c nhau: h×nh trô, h×nh cÇu, h×nh cæ chai ®−îc s¾p xÕp theo cïng

chiÒu hoÆc ngÉu nhiªn.

1.3.2. C¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh hÊp phô [9]

Qu¸ tr×nh hÊp phô lµ qu¸ tr×nh thuËn nghÞch vµ cã thÓ biÓu diÔn t−¬ng tù d−íi

d¹ng nh− mét ph¶n øng hãa häc:

A + O ↔ A' (13)

A : chÊt hÊp phô

O : phÇn bÒ mÆt chÊt hÊp phô cßn trèng

A' : phÇn bÒ mÆt chÊt hÊp phô ®o bÞ chiÕm chç bëi chÊt bÞ hÊp phô

k1, k2 : çc h»ng sè tèc ®é cña çc qu¸ tr×nh hÊp phô vµ gi¶i hÊp

Do vËy, çc ph©n tö cña chÊt bÞ hÊp phô khi ®o hÊp phô lªn bÒ mÆt chÊt hÊp

phô vÉn cã thÓ di chuyÓn trë l¹i pha láng hoÆc pha khÝ. Theo thêi gian, phÇn tö chÊt

láng hoÆc chÊt khÝ di chuyÓn lªn bÒ mÆt chÊt r¾n cµng nhiÒu th× sù di chuyÓn ng−îc

trë l¹i pha láng hoÆc khÝ cña chóng cµng lín. §Õn mét thêi ®iÓm nµo ®ã, tèc ®é hÊp

phô lªn bÒ mÆt cña chÊt hÊp phô sÏ b»ng tèc ®é di chuyÓn cña chóng ra ngoµi pha

láng hoÆc khÝ. Khi ®ã, qu¸ tr×nh hÊp phô sÏ ®¹t tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng.

T¶i träng hÊp phô c©n b»ng lµ mét ®¹i l−îng biÓu thÞ khèi l−îng cña chÊt bÞ

hÊp phô trªn mét ®¬n vÞ khèi l−îng cña chÊt hÊp phô t¹i tr¹ng th¸i c©n b»ng, ë mét

nång ®é vµ nhiÖt ®é x¸c ®Þnh:

k1

k2

18

0( ).l

C C Vq

m

−=

V : ThÓ tÝch dung dÞch

m : khèi l−îng chÊt hÊp phô

C0 : nång ®é dung dÞch ®Çu

Cl : nång ®é dung dÞch khi ®¹t c©n b»ng hÊp phô

Ph−¬ng tr×nh ®éng häc hÊp phô:

Qu¸ tr×nh hÊp phô lµ qu¸ tr×nh çc ph©n tö chÊt hÊp phô tÝch lòy lªn bÒ mÆt

vËt r¾n. §Ó thùc hiÖn ®iÒu nµy th× çc phÇn tö cÇn ®−îc khuyÕch t¸n tõ dung dÞch

®Õn bÒ mÆt vËt r¾n (qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n trong). T¶i träng hÊp phô sÏ thay ®æi theo

thêi gian cho ®Õn khi qu¸ tr×nh hÊp phô ®¹t ®Õn c©n b»ng.

Gäi tèc ®é hÊp phô r lµ biÕn thiªn nång ®é chÊt bÞ hÊp phô theo thêi gian ta

cã: dx

rdt

=

Tèc ®é hÊp phô phô thuéc bËc nhÊt vµo sù biÕn thiªn nång ®é theo thêi gian

0 max( ) ( )l

dxr C C k q q

dtβ= = − = −

β : HÖ sè chuyÓn khèi

q : T¶i träng hÊp phô t¹i thêi ®iÓm t

qm©x : t¶i träng hÊp phô cùc ®¹i

Çc m« h×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt:

Çc m« h×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt cã ý nghÜa vµ vai trß quan träng trong viÖc

®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ cña mét m« h×nh hÊp phô. §−êng hÊp phô ®¼ng nhiÖt m« t¶ sù

phô thuéc gi÷a t¶i träng hÊp phô vµo nång ®é c©n b»ng cña chÊt bÞ hÊp phô trong

dung dÞch t¹i mét nhiÖt ®é x¸c ®Þnh. Çc h»ng sè trong çc ph−¬ng tr×nh hÊp phô

®¼ng nhiÖt lµ çc chØ sè ®¸nh gi¸ çc tÝnh chÊt vµ ¸i lùc bÒ mÆt cña çc chÊt hÊp phô.

19

Ng−êi ta thiÕt lËp çc ph−¬ng tr×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt t¹i mét nhiÖt ®é nµo

®ã b»ng çch cho mét l−îng x¸c ®Þnh chÊt hÊp phô vµo mét l−îng cho tr−íc dung

dÞch cña chÊt bÞ hÊp phô ®o x¸c ®Þnh nång ®é C0. Sau mét thêi gian ®o nång ®é c©n

b»ng cña chÊt bÞ hÊp phô trong dung dÞch Cl. L−îng chÊt hÊp phô ®−îc tÝnh theo

ph−¬ng tr×nh:

m = ( C0 - Cl ) . V

m : l−îng chÊt hÊp phô

V: ThÓ tÝch dung dÞch cÇn hÊp phô

Çc m« h×nh hÊp phô ®¼ng nhiÖt th−êng ®−îc sö dông lµ çc m« h×nh hÊp

phô ®¼ng nhiÖt Langmuir, Freudlich, Brunauer-Emmelt-Teller (BET) [10].

Gi¶i hÊp phô:

Gi¶i hÊp phô lµ qu¸ tr×nh ng−îc víi hÊp phô, t¸ch chÊt bÞ hÊp phô trªn bÒ mÆt

chÊt r¾n ra ngoµi dung dÞch. Gi¶i hÊp phô dùa trªn nguyªn t¾c sña dông çc yÕu tè

bÊt lîi víi qu¸ tr×nh hÊp phô.

§èi víi hÊp phô vËt lý ®Ó lµm gi¶m kh¶ n¨ng hÊp phô cã thÓ t¸c ®éng th«ng

qua çc yÕu tè sau:

- Gi¶m nång ®é chÊt bÞ hÊp phô ë dung dÞch ®Ó thay ®æi thÕ c©n b»ng hÊp

phô.

- T¨ng nhiÖt ®é cã t¸c dông lµm lÖch hÖ sè c©n b»ng v× hÊp phô lµ qu¸ tr×nh

táa nhiÖt, vÒ thùc chÊt lµ lµm yÕu t−¬ng t¸c gi÷a chÊt hÊp phô vµ chÊt bÞ hÊp phô.

- Thay ®æi b¶n chÊt t−¬ng t¸c cña hÖ thèng qua thay ®æi pH cña m«i tr−êng

- Sö dông t¸c nh©n hÊp phô m¹nh h¬n ®Ó ®Èy çc chÊt ®o hÊp phô trªn bÒ mÆt

chÊt r¾n.

- Sö dông t¸c nh©n lµ vi sinh vËt.

Gi¶i hÊp lµ ph−¬ng ph¸p t¸i sinh chÊt hÊp phô ®Ó cã thÓ tiÕp tôc sö dông l¹i

nªn nã mang ®Æc tr−ng vÒ hiÖu qu¶ kinh tÕ. NÕu chÊt hÊp phô rÎ mµ t¸i sinh tèn kÐm

th× chØ nªn sö dông chÊt hÊp phô mét lÇn råi bá, tuy nhiªn cÇn ph¶i tÝnh ®Õn vÊn ®Ò

b¶o vÖ m«i tr−êng.

20

1.3.3. Mét sè nghiªn cøu sö dông chÊt hÊp phô ®Ó lo¹i bá amoni trong n−íc

Khi nghiªn cøu vÒ kh¶ n¨ng lo¹i bá ion amoni trong n−íc th¶i, çc t¸c gi¶ ë

Tr−êng ®¹i häc Hamadan, Iran ®o sö dông vËt liÖu Zeolit lo¹i Clinoptiolit cã nguån

gèc tù nhiªn lµm chÊt hÊp phô amoni. KÕt qu¶ thu ®−îc lµ kh¶ n¨ng hÊp phô cña vËt

liÖu ®¹t 16,31-19,5 mgNH4+/g zeolit vµ tØ lÖ t¸i sinh vËt liÖu ®¹t 95-98% [21].

Mét nghiªn cøu kh¸c cña Tr−êng §¹i häc Hamadan, Iran , ®o nghiªn cøu kh¶

n¨ng lo¹i bá amoni trong n−íc th¶i kÕt hîp gi÷a kh¶ n¨ng hÊp phô cña zeolit vµ qu¸

tr×nh nitrat hãa cña vi sinh vËt. Trong ®ã zeolit lµm gi¸ thÓ cho vi sinh vËt sinh

tr−ëng. Nghiªn cøu ®−îc thùc hiÖn trªn m« h×nh ®éng. KÕt qu¶ thu ®−îc lµ kh¶ n¨ng

lo¹i bá amoni rÊt cao, dung l−îng hÊp phô cña zeolit ®¹t 18,38 mg NH4+/g zeolit vµ

hiÖu suÊt hÊp phô cña qu¸ tr×nh ®¹t 87,7-99,8% trong kho¶ng thêi gian tõ 3,5-5,5h

[23].

21

Ch−¬ng 2 - ®èi t−îng vµ ph−¬ng ph¸p

nghiªn cøu

2.1. §èi t−îng vµ môc tiªu nghiªn cøu

§èi t−îng nghiªn cøu trong luËn v¨n lµ n−íc nhiÔm amoni, bentonit ThuËn

H¶i, bïn ®á (B¶o Léc, L©m §ång), laterit ( VÜnh Phóc).

Môc tiªu nghiªn cøu trong luËn v¨n lµ sö dông çc vËt liÖu cã nguån gèc tù

nhiªn vµ tËn dông çc chÊt th¶i lµm chÊt hÊp phô lo¹i bá amoni trong n−íc.

§Ó ®¹t môc tiªu nµy, çc néi dung sau ®−îc thùc hiÖn:

- ChuÈn bÞ vµ biÕn tÝnh çc vËt liÖu

- Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña çc vËt liÖu ®o biÕn tÝnh vµ t×m chän

vËt liÖu cã kh¶ n¨ng hÊp phô amoni tèt nhÊt.

- Nghiªn cøu ®éng häc qu¸ tr×nh hÊp phô amoni trªn vËt liÖu ®o chän, bao

gåm :

+ Thêi gian hÊp phô cùc ®¹i

+ pH hÊp phô tèi −u

+ L−îng chÊt hÊp phô

+ Nång ®é amoni

+ Tèc ®é dßng ch¶y

- Nghiªn cøu qu¸ tr×nh hÊp phô amoni trªn m« h×nh ®éng ®èi víi mÉu gi¶ vµ

mÉu n−íc thËt.

- TÝnh to¸n m« h×nh xö lý cho nguån n−íc nhiÔm amoni ë quy m« hé gia

®×nh.

22

- §Ò xuÊt ph−¬ng ¸n t¸i sinh vËt liÖu läc.

2.2. ThiÕt bÞ, dông cô vµ hãa chÊt

§Ó phôc vô cho çc nghiªn cøu ®¹t ®−îc môc tiªu trªn, çc thiÕt bÞ, dông cô

vµ hãa chÊt sau ®−îc sö dông:

B¶ng 5. Danh môc çc thiÕt bÞ, dông cô hãa chÊt sö dông trong thùc nghiÖm

Dụng cụ và thiết bị

+ Çc dông cô thÝ nghiÖm c¬ b¶n (

pipet, b×nh nãn, buret...).

+ C©n ®iÖn tö, cèc c©n, tñ sÊy

+ Sµng r©y kÝch th−íc 0,45 vµ 1mm

+ M¸y ®o quang Jasco, m¸y l¾c

+ M¸y khuÊy tõ, m¸y ly t©m

Ho¸ chất

+ Mét sè çc hãa chÊt c¬ b¶n: NH4Cl,

Na2CO3, NaHCO3, HCl, NaNO2, NaNO3,

H2SO4, …

+ Çc hãa chÊt tinh khiÕt: Natri nitro

pruxit, NaOCl, Brucide, Thymol.

+ Dung dÞch sulphanilamide

+ Dung dÞch naphtylenediamine

dihydrochloride

+ Axit sulphanil

+ Phenol phtalein

2.3. Çc ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu

2.3.1. Ph−¬ng ph¸p tæng quan tµi liÖu

Thu thËp çc tµi liÖu, çc bµi b¸o khoa häc liªn quan vÒ xö lý ion amoni

trong m«i tr−êng n−íc, çc vËt liÖu hÊp phô vµ ph−¬ng ph¸p còng nh− çch thøc tiÕn

hµnh nghiªn cøu qu¸ tr×nh hÊp phô.

2.3.2. Çc ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm

2.3.2.1.ChuÈn bÞ, biÕn tÝnh vµ ho¹t hãa vËt liÖu

Çc vËt liÖu tù nhiªn (nh− ®o nªu trong môc 1.2), mÆc dï vÒ b¶n chÊt, lµ

nh÷ng chÊt cã kh¶ n¨ng hÊp phô tèt mét sè chÊt cô thÓ nµo ®ã. Tuy nhiªn, do n»m

23

trong tù nhiªn nªn th−êng bÞ nhiÔm bÉn vµ lÉn t¹p chÊt nªn ho¹t tÝnh hÊp phô thÊp.

MÆt kh¸c, ®Ó cã thÓ sö dông hiÖu qu¶ vµ dïng ®−îc trong c«ng nghiÖp, çc vËt liÖu

nµy cÇn ph¶i ®−îc xö lý (biÕn tÝnh) lµm t¨ng ®å bÒn c¬ häc, ®é mµi mßn, chÞu ®−îc

nh÷ng thay ®æi trong ®iÒu kiÖn ph¶n øng (vÝ dô pH), …

Çc vËt liÖu tr−íc khi ®−a biÕn tÝnh (®«i khi çc c«ng ®o¹n nµy cã thÓ thùc

hiÖn sau biÕn tÝnh) th−êng ®−îc röa, sÊy, gio, sµng r©y lÊy kÝch th−íc nh− mong

muèn.

Çc vËt liÖu laterit, bentonit vµ bïn ®á sö dông trong nghiªn cøu tr−íc khi

®−a biÕn tÝnh ®−îc gio nhá, r©y lÊy kÝch th−íc 0,5-1,0 mm; sau ®ã ®em sÊy kh« ë

nhiÖt ®é 105oC vµ b¶o qu¶n trong b×nh hót Èm.

Çc ph−¬ng ph¸p biÕn tÝnh/ho¹t hãa vËt liÖu th−êng ®−îc dïng lµ:

- Ho¹t hãa b»ng nhiÖt

Nguyªn t¾c cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ dïng nhiÖt ®Ó t¸ch n−íc liªn kÕt ra khái

m¹ng l−íi tinh thÓ cña ®Êt sÐt vµ ®èt ch¸y çc chÊt bÈn, chÊt mïn trong ®ã, ®ång

thêi lµm r¹n nøt mét phÇn çc tinh thÓ ®Ó t¹o thµnh trong m¹ng l−íi ®Êt sÐt nh÷ng

khe ronh nh»m lµm t¨ng bÒ mÆt vµ t¨ng ®é xèp. N−íc liªn kÕt b¾t ®Çu bÞ t¸ch ra ë

ngay nhiÖt ®é thÊp (~110o) vµ ®Õn kho¶ng 200o th× cã thÓ t¸ch ra hoµn toµn[8].

- Ho¹t hãa b»ng axit v« c¬

§©y lµ ph−¬ng ph¸p ho¹t hãa bentonit hiÖu qu¶ nhÊt nªn th−êng ®−îc sö

dông mét çch réng roi trong thùc tÕ. Mét sè axit v« c¬ th«ng dông hay ®−îc sö

dông: HCl, HNO3, H2SO4.

* Ho¹t hãa bentonit

Sö dông ph−¬ng ph¸p ho¹t hãa b»ng nhiÖt kÕt hîp víi ho¹t hãa axit, theo quy

tr×nh sau:

- Sö dông axit HCl 5% trén víi vËt liÖu kh« theo tû lÖ r¾n : láng = 1 : 5, ®un ë

70oC trªn m¸y khuÊy tõ, tèc ®é khuÊy 400vßng/phót trong thêi gian 4h.

24

- Hçn hîp thu ®−îc ®em läc thu l¹i phÇn chÊt r¾n b»ng m¸y läc hót ch©n

kh«ng vµ röa s¹ch axit.

- Mang phÇn vËt liÖu thu ®−îc ®i nung ë nhiÖt ®é 400oC trong vßng 4h, thu

®−îc bentonit biÕn tÝnh.

VËt liÖu ®−îc kÝ hiÖu VL1.

* BiÕn tÝnh bïn ®á

Bïn ®á kh« (®o trung hßa hÕt kiÒm d−) sau khi thu kÝch th−íc h¹t 0,5-1,0 mm

®−îc cho thªm n−íc cÊt t¹o thÓ nhoo. TiÕp ®ã, bæ sung dung dÞch NaOH ®Ó nång

®é kiÒm d− trong bïn nhoo ®¹t kho¶ng 11%. Khèi hçn hîp nµy ®−îc ®un çch thñy

trong 24h nh»m t¹o hÖ vËt liÖu ®a oxit. Sau khi ®un çch thñy, lÊy ®−a ®i röa l¹i

b»ng n−íc cÊt ®Õn khi dung dÞch cã pH ~7, läc qua giÊy läc vµ ®em sÊy kh« ë

115oC.

VËt liÖu ®−îc kÝ hiÖu VL2

* Ho¹t hãa laterit

- Laterit sau khi thu lÊy kÝch th−íc 0,5-1,0 mm ®em biÕn tÝnh nhiÖt ë 900oC

trong vßng 2h.

- Sö dông ph−¬ng ph¸p ®ång kÕt tña ®Ó ®−a hçn hîp Fe(OH)3 va MnO2 lªn

laterit. Çch mang Fe(OH)3 + MnO2 / laterit nh− sau:

+ C©n 100g laterit cho vµo cèc thñy tinh dung tÝch 500ml. §æ chËm, ®ång

thêi khuÊy ®Òu trªn m¸y khuÊy tõ trong khi trén lÉn 2 dung dÞch KMnO4 0,015M vµ

FeSO4.7H2O 0,045M. ThÓ tÝch mçi dung dÞch trªn ®−îc dïng lµ 100ml.

+ KhuÊy ®Òu vµ chËm hçn hîp trong vßng 1h, sau ®ã nhá tõ tõ dung dÞch

NaOH 5M cho tíi khi trong cèc xuÊt hiÖn hÖ keo mÇu n©u ®á lµ ®−îc.

+ Cho bay h¬i ®Ó lµm mÊt n−íc vµ chuyÓn d¹ng sol thµnh hÖ gel ë nhiÖt ®é

ban ®Çu lµ 70oC vµ sau ®ã lµ 105oC trong vßng 8h.

VËt liÖu ®−îc kÝ hiÖu VL3

25

2.3.2.2. Quy tr×nh thÝ nghiÖm

* ThÝ nghiÖm theo mÎ/bÓ (ph−¬ng ph¸p tÜnh)

Môc ®Ých cña thÝ nghiÖm nh»m x¸c ®Þnh ®−îc thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô

tcb. , pH tèi −u cho qu¸ tr×nh hÊp phô, l−îng chÊt hÊp phô vµ nång ®é amoni thÝch

hîp cho viÖc lo¹i bá tèt nhÊt. Çc th«ng sè nµy rÊt quan träng trong thiÕt kÕ hÖ

thèng xö lý n−íc th¶i v× nã quyÕt ®Þnh tíi thêi gian l−u n−íc vµ thÓ tÝch cña bÓ ph¶n

øng.

- Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña çc vËt liÖu

Quy tr×nh:

H×nh 6: M« t¶ quy tr×nh thÝ nghiÖm kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña vËt liÖu

Víi mçi lo¹i vËt liÖu, tiÕn hµnh thÝ nghiÖm nh− sau: chuÈn bÞ mÉu gåm 1g vËt

liÖu + 100ml dung dÞch amoni ë nång ®é 100mg/l. §em l¾c trong thêi gian tõ 0,5-

4h. Sau khi l¾c, lÊy ra läc bá phÇn chÊt r¾n, thu dÞch läc ®em ph©n tÝch l−îng amoni

cßn l¹i b»ng ph−¬ng ph¸p tr¾c quang víi thuèc thö Thymol.

VËt liÖu Dung dÞch amoni

L¾c

Dung dÞch sau läc

Läc

Ph©n tÝch nång ®é amoni cßn l¹i trong

dung dÞch

26

H×nh 7: HÖ thèng cét läc

- Nghiªn cøu ®éng häc qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña vËt liÖu ®−îc chän : çch

thøc lµm nh− trªn.

* ThÝ nghiÖm dßng liªn tôc/cét (ph−¬ng ph¸p ®éng)

- ThiÕt kÕ cét hÊp phô : cét hÊp phô dïng trong quy m« phßng thÝ nghiÖm lµ

mét cét thuû tinh dµi 25 cm, ®−êng kÝnh 1 cm, cã van ®iÒu chØnh tèc ®é dßng phÝa

d−íi ®−îc g¾n trªn mét gi¸ ®ì.

- Nghiªn cøu xö lý: Dïng mÉu n−íc pha amoni vµ mÉu n−íc thËt.

2.3.3.3.Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng t¸i sinh vËt liÖu

2.3.3. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tÝnh chÊt vËt liÖu

2.3.3.1. Ph−¬ng ph¸p hiÓn vi ®iÖn tö quÐt [8]

Ph−¬ng ph¸p hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (Scanning electron microscope - SEM) lµ

ph−¬ng ph¸p ®−îc sö dông ®Ó nghiªn cøu h×nh thÓ, kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng cña vi

tinh thÓ v× cã kh¶ n¨ng phãng ®¹i t¹o ¶nh râ nÐt vµ chi tiÕt.

Chú thích: 1: Vật liệu lọc 2: Bông thủy tinh 3: Van điều chỉnh D: Đường kính 1cm L2: chiều dày lớp bông (1-1,5cm) L1: chiều dày lớp vật liệu lọc (15-20cm)

L2

3

1

2

L1

D

27

2.3.3.2. Ph−¬ng ph¸p nhiÔu x¹ R¬nghen [8]

Ph−¬ng ph¸p nhiÔu x¹ tia X (X-Ray Diffraction) cho ta çc th«ng tin vÒ çc

pha tinh thÓ cã trong mÉu vËt, ®é hoµn thiÖn cña tinh thÓ vµ x¸c ®Þnh kÝch th−íc h¹t.

§èi víi vËt liÖu nano, x¸c ®Þnh kÝch th−íc çc h¹t tinh thÓ b»ng nhiÔu x¹ tia X lµ

ph−¬ng ph¸p nhanh, kh«ng lµm háng mÉu vµ ®o ®−îc thö nghiÖm tõ l©u.

2.3.3.3. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tæng sè t©m axit trªn bÒ mÆt cña çc vËt liÖu

Trªn bÒ mÆt cña bïn ®á, bentonit, laterit cã çc nhãm axit yÕu, axit m¹nh

tham gia vµo qu¸ tr×nh t¹o phøc bÒ mÆt, trao ®æi víi çc ion cã trong dung dÞch. Do

®ã viÖc x¸c ®Þnh l−îng nhãm chøc cã tÝnh axit trÒn bÒ mÆt vËt liÖu cã ý nghÜa quan

träng trong viÖc ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng hÊp phô ion cña vËt liÖu nµy.

Tæng sè t©m axit trªn bÒ mÆt vËt liÖu ®−îc x¸c ®Þnh b»ng çch trung hßa

l−îng d− NaOH. PhÇn kiÒm d− ®−îc chuÈn ®é l¹i b»ng dung dÞch H2SO4 víi chØ thÞ

phenolphtalein.

Tæng sè t©m axit ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau:

3

230( ).10.6,02.10

V C Ca

m

−−= (t©m/g)

Trong ®ã: V: lµ thÓ tÝch dung dÞch NaOH tiªu tèn ®Ó trung hßa (ml)

C0, C: t−¬ng øng lµ nång ®é NaOH ban ®Çu vµ khi c©n b»ng (M)

m : lµ khèi l−îng cña vËt liÖu (mg)

2.3.4. Ph©n tÝch ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh xö lý

§Ó ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ xö lý amoni vµ tÝnh −u viÖt cña vËt liÖu hÊp phô, sö

dông phÐp ph©n tÝch tr¾c quang ®Ó ph©n tÝch nång ®é amoni tr−íc vµ sau qu¸ tr×nh

hÊp phô. Ph©n tÝch nitrit vµ nitrat ®Ó xem xÐt kh¶ n¨ng chuyÓn hãa cña amoni trong

qu¸ tr×nh xö lý, qua ®ã cã thÓ ®¸nh gi¸ ®−îc tÝnh −u viÖt cña vËt liÖu trong viÖc xö lý

n−íc nhiÔm amoni.

28

2.3.5. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n t¶i träng hÊp phô cña vËt liÖu [7]

M« h×nh tÝnh to¸n cho ph−¬ng ph¸p hÊp phô, trao ®æi ion th−êng sö dông lµ

ph−¬ng tr×nh Langmuir-Frendlich.

Khi thiÕt lËp ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n t¶i träng hÊp phô cña vËt liÖu theo

Langmuir ng−êi ta chÊp nhËn çc gi¶ thiÕt sau:

- TiÓu ph©n bÞ hÊp phô liªn kÕt víi bÒ mÆt t¹i nh÷ng trung t©m x¸c ®Þnh

- Mçi trung t©m chØ hÊp phô mét tiÓu ph©n

- BÒ mÆt chÊt hÊp phô lµ ®ång nhÊt, nghÜa lµ n¨ng l−îng hÊp phô trªn çc

trung t©m lµ nh− nhau vµ kh«ng phô thuéc vµo sù cã mÆt cña çc tiÓu ph©n hÊp phô

trªn çc trung t©m bªn c¹nh.

ThuyÕt hÊp phô Langmuir ®−îc m« t¶ bíi ph−¬ng tr×nh:

max .1

lr r

l

bCC C

bC=

+

Trong ®ã: Cr,Crmax : dung l−îng vµ dung l−îng hÊp phô cùc ®¹i (mg/g)

Cl: nång ®é dung dÞch t¹i thêi ®iÓm c©n b»ng (M)

b:hÖ sè cña ph−¬ng tr×nh Langmuir (®−îc x¸c ®Þnh tõ thùc nghiÖm)

H×nh 8 : ®−êng hÊp phô ®¼ng nhiÖt Langmuir

§Ó x¸c ®Þnh çc h»ng sè trong ph−¬ng tr×nh Langmuir, ta cã thÓ viÕt ph−¬ng

tr×nh nµy d−íi d¹ng: max max

1.

l l

r r r

C C

C b C C= +

Cr

Cl

29

§−êng biÓu diÔn l

r

C

C phô thuéc vµo Cl lµ ®−êng th¼ng cã ®é dèc

max

1

rC

vµ c¾t

trôc tung t¹i max

1.

rb C

.

Do ®ã : max

1r

Ctgα

=

max

1

r

tgC

α =

max

1

.r

b C

H×nh 9: §å thÞ x¸c ®Þnh çc h»ng sè trong ph−¬ng tr×nh Langmuir

l

r

C

C

Cr

30

d =

3 .4

7 2

d =

2 .4

5 3

1

d =

3 .7

6 4

d =

1 .6

7 0

4

Lin

(C

ps)

d =

5 .8

8 7

d =

5 .5

9 1

d =

4 .4

7 1

d =

4 .0

2 8

d =

3 .3

4 4

d =

2 .9

8 1

6

d =

2 .8

9 3

1

d =

2 .5

6 3

2

d =

2 .2

7 7

2

d =

2 .2

3 2

5

d =

2 .1

5 9

6

d =

2 .1

2 3

1

d =

1 .9

7 5

7

d =

4 .2

4 9

d =

1 .6

7 0

4

d =

1 .8

1 6

3

d =

1 .7

9 8

7

Ch−¬ng 3 - KÕt qu¶ vµ th¶o luËn

3.1. KÕt qu¶ x¸c ®Þnh ®Æc tr−ng cÊu tróc cña çc vËt liÖu

3.1.1.Bentonit (VL1)

VNU-HN-SIEMENS D5005-Mau bentonit bien tinh

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

3 10 20 30 40 50 60

2-Theta-Sale

File: QuynhAnh-Moitruong-M1.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 69.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 05/25/11 08:46:06

46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 10.91 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

13-0259 (Q) - Montmorillonite-14A - Na0.3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·xH2O - Y: 1.39 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

09-0466 (*) - Albite, ordered - NaAlSi3O8 - Y: 1.64 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

19-0931 (D) - Orthoclase - KAlSi3O8 - Y: 1.82 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

02-0050 (D) - Illite - 2K2O·3MgO·Al2O3·24SiO2·12H2O - Y: 1.09 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

H×nh 10. Phæ nhiÔu x¹ tia X cña VL1

Theo kÕt qu¶ chôp nhiÔu x¹ tia X, bentonit (VL1) cã hµm l−îng

Quartz (SiO2) lµ cao nhÊt, chiÕm 10,91%, víi d = 3,344 vµ 2 = 26,7. Ngoµi ra,

cßn cã mét sè kho¸ng kh¸c nh−: montmorilonit, illit, albit, orthoclas.

Hình 11. Ảnh chụp SEM của VL1

31

Lin

(C

ps)

d =

7 .3

5 8

d =

4 .8

4 9

d =

4 .1

4 7

d =

3 .6

8 6

d =

2 .5

1 7

9

d =

2 .4

6 3

5

d =

2 .4

2 0

2

d =

2 .2

2 9

8

d =

2 .1

6 6

0

d =

2 .0

4 5

5

d =

1 .9

9 2

7

d =

1 .8

0 0

6

d =

1 .7

5 0

6

d =

4 .3

5 9

d =

1 .6

9 4

7

Tõ çc kÕt qu¶ chôp hiÓn vi ®iÖn tö quÐt ta cã thÓ thÊy: VL1 cã cÊu tróc bÒ

mÆt rÊt xèp vµ gå ghÒ, kh«ng nh÷ng vËy sè l−îng lç mao qu¶n cña VL1 kh¸ lín,

kÝch cì mao qu¶n réng. §ã chÝnh lµ nh÷ng yÕu tè quan träng quyÕt ®Þnh tíi kh¶

n¨ng hÊp phô vµ trao ®æi cation cña VL1.

3.1.2. Bïn ®á (VL2)

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Bun do b i e n t i n h

300

200

100

0

10 20 30 40 50 60

2-Theta - Scale


33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 0.71 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

07-0324 (D) - Gibbsite - Al(OH)3 - Y: 1.71 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

13-0002 (D) - Nacrite - Al2Si2O5(OH)4 - Y: 0.65 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056


BiÓu ®å nhiÔu x¹ R¬nghen cña vËt liÖu VL2 cho thÊy: trong bïn ®á cã mÆt

chñ yÕu lµ Al(OH)3, Fe2O3 vµ kho¸ng Nacrite-Al2Si2O5(OH)4; Ngoµi ra cßn cã mÆt

rÊt nhiÒu çc chÊt kh¸c, ®iÒu nµy thÓ hiÖn râ qua phæ nhiÔu x¹ cã rÊt nhiÒu pic xuÊt

hiÖn.

Phæ cña vËt liÖu t¹i gãc quÐt 2θ = 18,3o pic Gibbsite-Al(OH)3 xuÊt hiÖn víi

®é cao lín h¬n trong khi pic cña Nacrite- Al2Si2O5(OH)4 xuÊt hiÖn t¹i gãc quÐt 2θ =

20,4o cã ®é cao nhá h¬n, ë gãc quÐt 2θ =54o xuÊt hiÖn pic cña Hematite, Syn-Fe2O3

.

KÝch th−íc trung b×nh cña çc h¹t ®−îc tÝnh theo c«ng thøc Scherrer:

_ 0,89.

.cosr

λ

β θ=

32

Víi h¹t Gibbsite-Al(OH)3 cã b¸n ®é réng β= 5,235.10-3 vµ θ= 9,150 th× r

trung b×nh b»ng 26,52 nm.

Víi h¹t Nacrite-Al2Si2O5(OH)4 cã b¸n ®é réng β= 0,013 vµ θ= 10,20 th× r

trung b×nh b»ng 10,72 nm.

Víi h¹t Hematite, Syn-Fe2O3 cã b¸n ®é réng β=0,013 vµ θ= 250 th× r trung

b×nh b»ng 11,64 nm.

H×nh 13. Ảnh chôp SEM bÒ mÆt cña VL2 ë çc ®é phãng ®¹i kh¸c nhau

Tõ kÕt qu¶ chôp bÒ mÆt vËt liÖu qua kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt ta thÊy r»ng çc

h¹t cã kÝch th−íc kh«ng ®ång ®Òu nhau vµ kÝch th−íc h¹t kho¶ng tõ 10-50nm. Çc

h¹t kÕt dÝnh víi nhau thµnh tõng côm lín h¬n vµ cã nh÷ng kho¶ng rçng lín trªn bÒ

mÆt, nh− vËy bÒ mÆt cã tÝnh xèp ®iÒu nµy gióp cho qu¸ tr×nh ph©n bè chÊt hÊp phô

vµ chÊt bÞ hÊp phô tèt h¬n.

3.1.3. Fe(OH)3+ MnO2/Laterit (VL3)

Phæ nhiÔu x¹ tia X cho thÊy thµnh phÇn chÝnh cña vËt liÖu Fe(OH)3+ MnO2

/laterit lµ quartz (SiO2) vµ hematit (Fe2O3). Sù cã mÆt cña hematit (Fe2O3) lµ nguyªn

nh©n khiÕn cho laterit cã mµu ®á.

33

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Laterite phu MnO2

33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 0.96 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 1.59 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056


Lin

(C

ps)

0

100

200

300

2-Theta - Scale

3 10 20 30 40 50 60

d=

4.2

58

d=

3.6

74

d=

3.3

42

d=

2.6

89

1

d=

2.5

01

5

d=

2.2

81

3

d=

2.1

85

7

d=

1.8

18

2


H×nh 15. ¶nh chôp SEM cña VL3

Tõ kÕt qu¶ chôp bÒ mÆt vËt liÖu qua kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt trªn h×nh 16

nhËn thÊy çc h¹t cã kÝch th−íc kh«ng ®ång ®Òu nhau cì kho¶ng 10-26nm. Çc h¹t

g¾n víi nhau t¹o thµnh nh÷ng côm lín h¬n, t¹o nªn bÒ mÆt vËt liÖu cã tÝnh xèp cã

kh¶ n¨ng trao ®æi ion.

3.2. Lùa chän vµ so s¸nh kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña çc vËt liÖu

3.2.1. So s¸nh hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña vËt liÖu biÕn tÝnh vµ vËt liÖu th«

TiÕn hµnh kh¶o s¸t hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña vËt liÖu th« vµ vËt liÖu biÕn

tÝnh víi çc ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm ®−îc thiÕt lËp nh− sau:

34

- Nång ®é amoni ban ®Çu : 100mg/l

- ThÓ tÝch dung dÞch hÊp phô: 100ml

- Thêi gian hÊp phô: 1 giê.

- Khèi l−îng chÊt hÊp phô : 1g

- KÝch th−íc h¹t :0,5-1mm

- NhiÖt ®é lµ : 25oC vµ pH = 7

Víi C0 vµ Cl lµ nång ®é amoni t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu vµ amoni sau 1 giê hÊp

phô. KÕt qu¶ thu ®−îc nh− sau:

B¶ng 6. So s¸nh hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña çc lo¹i vËt liÖu th« vµ biÕn tÝnh

Bentonit Bïn ®á Laterit MÉu VËt

liÖu Th« BiÕn tÝnh

(VL1) Th«

BiÕn tÝnh

(VL2) Th«

BiÕn tÝnh

(VL3)

C0(mg/l) 100 100 100 100 100 100

Cl(mg/l) 72.61 43.16 62.34 27.15 80.57 31.86

HiÖu

suÊt(%) 27.39 56.84 37.66 72.85 19.43 68.14

Theo b¶ng kÕt qu¶ thÝ nghiÖm cho thÊy: hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña çc lo¹i

vËt liÖu th« lµ t−¬ng ®èi thÊp, vµ thÊp h¬n nhiÒu so víi çc vËt liÖu ®o ®−îc biÕn tÝnh

b»ng çc ph−¬ng ph¸p biÕn tÝnh ®o nªu ë trªn. Nh− vËy viÖc biÕn tÝnh çc vËt liÖu

hÊp phô trªn ®o mang l¹i hiÖu qu¶ t−¬ng ®èi cao.

3.2.2. HiÖu suÊt hÊp phô amoni cña VL1; VL2; VL3

Nh»m môc ®Ých x¸c ®Þnh thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô amoni trªn çc vËt

liÖu: VL1; VL2; VL3, tiÕn hµnh kh¶o s¸t qu¸ tr×nh hÊp phô theo çc kho¶ng thêi

gian: 0.5h; 1h; 1.5h; 2h; 2.5h; 3h; 3.5h; 4h. §iÒu kiÖn tiÕn hµnh thÝ nghiÖm nh− sau:



35



- NhiÖt ®é lµ : 25oC vµ pH = 7

Víi Co vµ Cl lµ nång ®é amoni t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu vµ trong pha láng t¹i thêi

®iÓm c©n b»ng. Ta cã b¶ng kÕt qu¶ nh− sau:

B¶ng 7: So s¸nh hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña ba lo¹i vËt liÖu

T(giê) 0.5h 1h 1.5h 2h 2.5h 3h 3.5h 4h

H(%)VL1 35.41 42.84 50.88 53.28 56.76 57.84 58.05 58.20

H(%)VL2 14.56 24.08 50.64 67.86 72.09 73.53 73.88 74.01

H(%)VL3 14.38 33.76 45.09 58.59 66.04 68.64 68.89 69.15

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

T(h)

H(%

)

Hiệu suất hấp phụcủa VL3



H×nh 16: So s¸nh hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña ba lo¹i vËt liÖu

Tõ çc kÕt qu¶ kh¶o s¸t trªn, ta thÊy c¶ ba vËt liÖu ®o biÕn tÝnh ®Òu cã kh¶

n¨ng hÊp phô tèt amoni. Trong cïng mét ®iÒu kiÖn tiÕn hµnh thÝ nghiÖm, kho¶ng

36

thêi gian ®¹t c©n b»ng hÊp phô cña c¶ ba lo¹i vËt liÖu VL1, VL2, VL3 ®Òu ë ≥ 3 giê

vµ vËt liÖu VL2 cã kh¶ n¨ng hÊp phô tèt nhÊt.

Còng tõ ®å thÞ ta nhËn thÊy hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña VL2 lµ cao nhÊt, ®¹t

73,53% t¹i thêi ®iÓm c©n b»ng, tiÕp ®Õn lµ hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña VL3 ®¹t

68,64% vµ thÊp nhÊt lµ kh¶ n¨ng hÊp phô cña VL1, ®¹t 57,84% t¹i thêi ®iÓm c©n

b»ng hÊp phô.

3.2.3. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô cùc ®¹i cña VL1, VL2, VL3

§Ó x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng hÊp phô cña VL1, VL2, VL3 , ta tiÕn hµnh kh¶o s¸t ë

thêi gian c©n b»ng víi çc dung dÞch amoni cã çc nång ®é kh¸c nhau: 25mg/l;

50mg/l; 75mg/l; 100mg/l; 150mg/l; 200mg/l (çc dung dÞch nµy ®−îc pha tõ muèi

NH4Cl). Thùc hiÖn thÝ nghiÖm víi çc ®iÒu kiÖn ph¶n øng sau:


- Khèi l−îng chÊt hÊp phô: 1g

- Thêi gian hÊp phô: 3 giê

- NhiÖt ®é lµ 25oC vµ pH=5,5

T¶i träng hÊp phô = Cr, víi Cr ®−îc tÝnh nh− sau:

( )

( / ) o lr

C CC mg l V

m

−= ×

Trong ®ã : Co: lµ nång ®é amoni ban ®Çu trong dung dÞch (mg/l)

Cl: lµ nång ®é amoni c©n b»ng trong pha láng (mg/l)

Cr: lµ nång ®é amoni c©n b»ng trong pha r¾n (mg/l)

V: thÓ tÝch dung dÞch hÊp phô (L)

M: l−îng chÊt hÊp phô sö dông (g)

37

Çc kÕt qu¶ nghiªn cøu vµ tÝnh to¸n ®−îc thÓ hiÖn trong çc b¶ng 11 - 13 vµ

h×nh tõ 21 ®Õn 26.

*KÕt qu¶ kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô víi vËt liÖu VL1

B¶ng 8: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cùc ®¹i cña VL1

Co(mg/l) 25 50 75 100 150 200

Cl(mg/l) 2.249 13.28 25.952 42.16 80.96 126.05

Cr(mg/l) 2.275 3.672 4.905 5.784 6.904 7.395

Cl/Cr 0.989 3.617 5.291 7.289 11.727 17.045

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 50 100 150

Cl(mg/l)

Cr(

mg

/l)

H×nh 17: §−êng cong hÊp phô amoni cña VL1

38

y = 0.1243x + 1.6395

R2 = 0.9919

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 20 40 60 80 100 120 140

Nồng độ cân bằng trong pha lỏng Cl(mg/l)

Cl/C

r

H×nh 18: §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña Cl/Cr vµo Cl cña VL1

Theo kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®−îc, ta thÊy dung l−îng hÊp phô amoni cña VL1 t¨ng

tØ lÖ thuËn víi nång ®é dung dÞch hÊp phô. Trong kho¶ng nång ®é tõ 0-150mg/l

dung l−îng hÊp phô t¨ng nhanh vµ tõ 150mg/l th× sÏ t¨ng chËm dÇn.

Sö dông ph−¬ng tr×nh langmuir ®Ó tÝnh to¸n t¶i träng hÊp phô cùc ®¹i cña

bentonit ta cã: max

1

r

tgC

α =

Do ®ã ta cã : max

1 18,045( / )

0,1243rC mg g

tgα= = =

Nh− vËy kh¶ n¨ng hÊp phô cùc ®¹i amoni cña VL1 lµ 8,045 mg NH4+/g



Co(mg/l) 25 50 75 100 150 200

Cl(mg/l) 5.32 11.80 18.60 26.47 60.20 91.36

Cr(mg/l) 1.968 3.820 5.640 7.353 8.98 10.86

Cl/Cr 2.703 3.089 3.299 3.6 6.703 8.412

39

0

2

4

6

8

10

12

0 20 40 60 80 100

Cl(mg/l)

Cr(

mg

/g)


y = 0.0698x + 2.1468

R2 = 0.9868

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 20 40 60 80 100

nồng độ cân bằng trong pha lỏng Cl(mg/l)

Cl/C

r

H×nh 20: §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña Cl/Cr vµo Cl cña VL2

Theo ph−¬ng tr×nh langmuir ta tÝnh ®−îc t¶i träng hÊp phô cùc ®¹i cña VL2

lµ: max

1

r

tgC

α =

Do ®ã ta cã : max

1 114.32( / )

0.0698rC mg g

tgα= = =

40

Nh− vËy kh¶ n¨ng hÊp phô cùc ®¹i amoni cña VL2 lµ 14.32 mg NH4+/g.



Co(mg/l) 25 50 75 100 150 200

Cl(mg/l) 3.65 9.24 17.03 31.36 65.82 112.34

Cr(mg/l) 2.135 4.076 5.797 6.864 8.418 8.766

Cl/Cr 1.709 2.267 2.938 4.568 7.819 12.815

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 20 40 60 80 100 120

Cl(mg/l)

Cr(

mg

/l)


Theo b¶ng kÕt qu¶ trªn víi çc nång ®é nhá h¬n 150mg/l th× kh¶ n¨ng hÊp

phô cña VL3 lµ rÊt nhanh, ®¹t hiÖu suÊt hÊp phô cao ®¹t trªn 56%. Víi kho¶ng nång

®é amoni cao h¬n th× kh¶ n¨ng hÊp phô cña VL3 gi¶m dÇn vµ chËm h¬n h¼n.

41

y = 0.1018x + 1.2884

R2 = 0.9994

0

2

4

6

8

10

12

14

0 20 40 60 80 100 120

Nồng độ cân bằng trong pha lỏng Cl(mg/l)

Cl/C

r

H×nh 22: §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña Cl/Cr vµo Cl cñaVL3

Tõ ®å thÞ trªn, dùa vµo ph−¬ng tr×nh Langmuir ta tÝnh ®−îc t¶i l−îng hÊp phô

cùc ®¹i cña VL3 lµ:

Ta cã : max

1 19,823( / )

0.1018rC mg g

tgα= = =

3.2.4. So s¸nh dung l−îng hÊp phô cùc ®¹i cña ba lo¹i vËt liÖu

Tõ çc kÕt qu¶ nghiªn cøu trong môc 3.2.3, cã thÓ rót ra:

- T¶i träng hÊp phô cùc ®¹i cña VL1 lµ: 8,045 mgNH4+/g

- T¶i träng hÊp phô cùc ®¹i cña VL2 lµ: 14.32 mgNH4+/g

- T¶i träng hÊp phô cùc ®¹i cña VL3 lµ: 9,823 mgNH4+/g

42

0

2

4

6

8

10

12

14

16

VL1 VL2 VL3

vật l iệu biến t í nh

H×nh 23: Dung l−îng hÊp phô amoni cùc ®¹i cña çc vËt liÖu

Çc kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ hiÖu suÊt hÊp phô amoni vµ t¶i träng hÊp phô cùc

®¹i cña ba lo¹i vËt liÖu biÕn tÝnh: VL1, VL2, VL3 ta cã thÓ kh¼ng ®Þnh ®−îc hiÖu

qu¶ v−ît tréi trong kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña VL2; do ®ã luËn v¨n tiÕp tôc nghiªn

cøu thªm vÒ mét sè vÊn ®Ò vÒ cÊu tróc, t¸c nh©n ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh hÊp phô

amoni cña VL2, nh»m ®¹t ®−îc hiÖu qu¶ tèt h¬n trong viÖc sö dông VL2 ®Ó xö lý

amoni trong n−íc.

3.3. Kh¶o s¸t çc yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña VL2

3.3.1. X¸c ®Þnh tæng sè t©m axit cña VL2.

Tæng sè t©m axit trªn bÒ mÆt cña bïn ®á ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p

trung hßa víi dung dÞch NaOH. Do NaOH lµ mét baz¬ m¹nh nªn cã thÓ t¸c dông

®−îc víi tÊt c¶ çc nhãm chøc cã tÝnh axit v× vËy kÕt qu¶ thu ®−îc lµ tæng sè t©m

axit trªn bÒ mÆt cña bïn ®á.

LÊy 50ml dung dÞch NaOH 0.015M vµ 0.25g bïn ®á vµo b×nh nãn ®−îc bÞt

kÝn tr¸nh cho NaOH t¸c dông víi CO2 trong kh«ng khÝ, tiÕn hµnh l¾c trong çc

kho¶ng thêi gian kh¸c nhau ®Ó ®¶m b¶o sè l−îng çc nhãm chøc cã tÝnh axit trªn

bÒ mÆt bïn ®á ®−îc trung hßa hÕt. §Ó tÝnh ®Õn l−îng NaOH cã thÓ bÞ mÊt ®i do t¸c

dông víi CO2 trong kh«ng khÝ, t«i tiÕn hµnh l¾c ®ång thêi víi mét b×nh nãn bÞt kÝn

chøa 50ml dung dÞch NaOH.

L−îng NaOH cßn d− sau khi l¾c víi bïn ®á ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p

43

chuÈn ®é b»ng axit H2SO4 0.01M víi chØ thÞ phenolphtalein.

Tæng sè t©m axit ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau:

3

230( ).10.6,02.10

V C Ca

m

−−= (t©m/g)

Trong ®ã: V: lµ thÓ tÝch dung dÞch NaOH tiªu tèn ®Ó trung hßa (ml)

C0, C: t−¬ng øng lµ nång ®é NaOH ban ®Çu vµ khi c©n b»ng (M)

m : lµ khèi l−îng cña vËt liÖu (mg)

ThÓ tÝch axit chuÈn ®é víi mÉu kiÓm tra NaOH cã t¸c dông víi CO2 trong

kh«ng khÝ lµ 37,5ml. Nh− vËy kh«ng cã ph¶n øng gi÷a CO2 trong kh«ng khÝ vµ

NaOH trong b×nh nãn.

B¶ng 11: KÕt qu¶ x¸c ®Þnh t©m axit trªn bÒ mÆt bïn ®á

Thêi gian

(giê)

ThÓ tÝch

axit chuÈn

®é (ml)

L−îng

NaOH cÇn

dïng (mol)

Nång ®é

NaOH sau

(M)

Sè t©m axit

0.5 5 0,05.10-3 10 .10-3 4,009.1016

1 4,7 0,047.10-3 9,4 .10-3 4,221.1016

1.5 4,5 0,045.10-3 9 .10-3 4,334.1016

2 4,3 0,043.10-3 8,6 .10-3 4,423.1016

2.5 4,1 0,041.10-3 8,2 .10-3 4,475.1016

3 4 0,04.10-3 8 .10-3 4,5.1016

3.5 4 0,04.10-3 8 .10-3 4,5.1016

4 4 0,04.10-3 8 .10-3 4,5.1016

Nh− vËy:

- Sè t©m axit cã trong bïn ®á biÕn tÝnh ®o bÞ trung hßa hÕt bëi NaOH trong

kho¶ng thêi gian 3h ph¶n øng.

- Sè t©m axit cã trong mÉu bïn ®á biÕn tÝnh ®−îc tÝnh to¸n ®−îc lµ 4,5.1016

(t©m/g).

44

0

0.00001

0.00002

0.00003

0.00004

0.00005

0.00006

0 1 2 3 4 5

Thời gian(h)

Ccb

(NaO

H)(

M)

H×nh 24: Nång ®é NaOH cßn l¹i khi c©n b»ng theo thêi gian

3.3.2. Kh¶o s¸t sù ¶nh h−ëng cña pH ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô

§Ó x¸c ®Þnh ¶nh h−ëng cña pH ®Õn qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña bïn ®á t«i

tiÕn hµnh thÝ nghiÖm víi çc mÉu t−¬ng øng víi pH kh¸c nhau, pH = 1; 1.5; 2; 2.5;

3; 3.5; 4; 4.5; 5; 5.5; 6; 6.5; 7. Çc thÝ nghiÖm ®−îc tiÕn hµnh trong çc ®iÒu kiÖn

nh− sau:





- NhiÖt ®é lµ : 25oC

- Thêi gian hÊp phô lµ : 3h

Ta cã b¶ng kÕt qu¶ sau:

45

B¶ng 12: KÕt qu¶ kh¶o s¸t hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña bïn ®á theo pH

pH Cl(mg/l) HiÖu suÊt(%)

1 69.76 30.24

1.5 66.48 33.52

2 61.37 38.63

2.5 56.18 43.82

3 47.22 52.78

3.5 39.65 60.35

4 32.5 67.5

4.5 29.82 70.28

5 27.88 72.12

5.5 26.46 73.54

6 25.4 74.6

6.5 25.88 74.12

7 26.55 73.45

KÕt qu¶ thÝ nghiÖm cho thÊy khi thay ®æi pH tõ 1÷6 th× hiÖu suÊt hÊp phô

amoni cña bïn ®á t¨ng khi pH dung dÞch t¨ng. Trong vïng pH=1÷4 th× hiÖu suÊt cña

qu¸ hÊp phô amoni cña bïn ®á t¨ng m¹nh khi pH t¨ng, trong vïng cã pH tõ 4÷6 th×

hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh t¨ng dÇn nh−ng víi tèc ®é ch©m h¬n tr−íc. Vµ trong vïng cã

pH=6÷7 hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña bïn ®á l¹i cã xu h−íng gi¶m

nh−ng kh«ng ®¸ng kÓ.

46

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 2 4 6 8

pH

H(%

)

H×nh 25: Sù ¶nh h−ëng cña pH ®Õn hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña bïn ®á

Nguyªn nh©n ¶nh h−ëng cña pH ®Õn qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña bïn ®á cã

thÓ ®−îc gi¶i thÝch nh− sau: ë vïng pH = 4÷6 hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh cao h¬n vµ æn

®Þnh h¬n do mét sè chÊt bÈn trªn bÒ mÆt bïn ®á ®−îc hßa tan vµ röa s¹ch bëi axit v×

vËy lµm t¨ng kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á. T¹i vïng cã pH qu¸ thÊp tõ 1÷4

th× ion amoni l¹i bÞ c¹nh tranh bëi proton H+ khiÕn hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña bïn

®á gi¶m ®i ®¸ng kÓ vµ ®¹t hiÖu suÊt cùc ®¹i t¹i pH=6. Tuy nhiªn trªn ®å thÞ ta nhËn

thÊy t¹i vïng cã pH tõ 6÷7 cã sù gi¶m cña hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña bïn ®á, ®iÒu

nµy cã thÓ ®−îc gi¶i thÝch nh− sau: trong vïng cã pH tõ 6÷7 ion NH4+ ®o chuyÓn

hãa mét phÇn thµnh NH3 trong qu¸ tr×nh l¾c, pH qu¸ cao lµm gi¶m ®iÖn tÝch ©m trªn

bÒ mÆt bïn ®á mµ qu¸ tr×nh hÊp phô chñ yÕu x¶y ra do sù thu hót caction cña bÒ mÆt

tÝch ®iÖn ©m nhê lùc Culong. ChÝnh ®iÒu nµy khiÕn hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña bïn

®á cã chiÒu h−íng gi¶m. Do t¹i ®iÒu kiÖn pH =6 cã hiÖu suÊt cùc ®¹i nªn çc nghiªn

cøu tiÕp theo sÏ ®−îc tiÕn hµnh víi ®iÒu kiÖn pH=6.

3.3.3. Kh¶o s¸t sù ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh hÊp phô

TiÕn hµnh kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é tíi qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña

bïn ®á trong ®iÒu kiÖn ®−îc thiÕt lËp nh− sau:

47





- Thêi gian hÊp phô lµ : 3h

- pH=6

- NhiÖt ®é T(oC)= 25o; 35o; 45o; 55o; 65o

Ta cã b¶ng kÕt qu¶ nh− sau:

B¶ng 13: ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô

NhiÖt ®é

dung dÞch Cl(mg/l) HiÖu suÊt(%)

25o 26.41 73.59

35o 34.57 65.43

45o 42.44 57.56

55o 64.40 45.60

65o 69.16 30.84

Theo kÕt qu¶ thu ®−îc ta nhËn thÊy hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô amoni

cña bïn ®á phô thuéc rÊt nhiÒu vµo nhiÖt ®é cña dung dÞch. Cô thÓ lµ khi ta t¨ng

nhiÖt ®é cña dung dÞch chøa amoni th× hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña

bïn ®á gi¶m rÊt m¹nh.

48

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80

Nhiệt độ (độ C)

Hiệ

u s

uất

(%)

H×nh 26: ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é tíi hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô

Do nhiÖt ®é t¨ng cao lµm chuyÓn ®éng nhiÖt cña çc ph©n tö t¨ng dÉn ®Õn sù

di chuyÓn cña NH4+ tíi çc t©m hÊp phô trªn bÒ mÆt bïn ®á gi¶m, nhiÖt ®é cµng cao,

chuyÓn ®éng nhiÖt cµng lín, mµ b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô cña bïn ®á ®¬n

thuÇn chØ bao gåm sù hÊp phô vËt lý vµ trao ®æi ion dÉn ®Õn gi¶m hiÖu suÊt hÊp phô

amoni cña bïn ®á.

3.3.4. Kh¶o s¸t sù ¶nh h−ëng cña nång ®é ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh hÊp phô

Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña nång ®é amoni ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh hÊp phô t«i

tiÕn hµnh kh¶o s¸t víi çc mÉu dung dÞch NH4+ cã nång ®é ban ®Çu thay ®æi. §iÒu

kiÖn tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®−îc x¸c lËp nh− sau:

- Co (mg/l) = 5; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50


- Khèi l−îng chÊt hÊp phô: 0.25g

- Thêi gian hÊp phô: 3 giê

- NhiÖt ®é lµ 25oC vµ pH=6

Ta cã b¶ng kÕt qu¶ nh− sau:

49

B¶ng 14: KÕt qu¶ ¶nh h−ëng cña nång ®é amoni ®Õn hiÖu suÊt hÊp phô

Co (mg/l) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Cl (mg/l) 0.83 1.73 2.89 4.22 5.72 7.51 9.93 13.26 17.13 21.89

Cr(mg/g) 1.67 3.31 4.84 6.31 7.71 8.99 10.03 10.7 11.14 11.24

Cl/Cr 0.497 0.523 0.597 0.669 0.742 0.835 0.99 1.239 1.537 1.947

HiÖu suÊt

(%) 83.31 82.69 80.75 78.92 77.11 74.96 71.64 66.85 61.94 56.21

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 20 40 60

Nồng độ Co(mg/l)

Hiệ

u s

uấ

t(%

)

H×nh 27: ¶nh h−ëng cña nång ®é amoni ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô

Nh− vËy, nh×n vµo ®å thÞ ta thÊy ¶nh h−ëng rÊt râ cña nång ®é amoni ®Õn

hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô. Do t¶i l−îng hÊp phô cùc ®¹i cña bïn ®á lµ 14.32

(mg/g) nªn ë vïng cã nång ®é amoni cã nång ®é thÊp, d−íi 25mg/l th× hiÖu suÊt cña

qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña bïn ®á lµ t−¬ng ®èi cao, nång ®é amoni cµng thÊp th×

hiÖu suÊt hÊp phô cµng cao. T¹i vïng cã nång ®é amoni cao, tõ 25mg/l÷50mg/l,

hiÖu suÊt hÊp phô gi¶m dÇn.

3.3.5. Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña khèi l−îng chÊt hÊp phô ®Õn hiÖu suÊt

¶nh h−ëng cña l−îng chÊt hÊp phô ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô

amoni cña bïn ®á ®−îc ®¸nh gi¸ dùa vµo gi¸ trÞ Kd, Kd lµ h»ng sè ph©n bè thÓ hiÖn

50

nång ®é cña amoni ë trong pha r¾n ®èi víi amoni cã trong pha láng.

1000rd

l

CK

C= ×

Víi gi¸ trÞ Kd lín nhÊt thÓ hiÖn kh¶ n¨ng hÊp phô tèi −u amoni vµo pha r¾n,

khi Kd cµng lín th× dung l−îng hÊp phô amoni trong pha r¾n cµng tèt.

TiÕn hµnh kh¶o s¸t víi çc ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm nh− sau:


- Khèi l−îng chÊt hÊp phô m=0.25g; 0,5g; 1g; 1,5g; 2g, 2,5g; 3g; 3,5g; 4g.

- Thêi gian hÊp phô: 3h

- pH = 6 vµ nhiÖt ®é 250C

Ta thu ®−îc kÕt qu¶ nh− sau:

B¶ng 15: KÕt qu¶ kh¶o s¸t ¶nh h−ëng l−îng bïn ®á tíi hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh

m (g) Cl(mg/l) Cr(mg/g) H% Kd

0.25 73.52 10.592 26.48 144.07

0.5 48.64 10.272 51.36 211.18

1 30.35 6.965 69.65 229.49

1.5 23.76 5.083 76.24 213.92

2 20.58 3.971 79.42 192.95

2.5 17.61 3.296 82.39 187.14

3 15.30 2.823 84.70 184.51

3.5 13.92 2.459 86.08 176.65

4 12.74 2.182 87.26 171.23

51

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4

m(g)

H%

0

50

100

150

200

250

0 1 2 3 4

m(g)

Kd

Nh− vËy theo kÕt qu¶ kh¶o s¸t ta thÊy, khi t¨ng l−îng chÊt hÊp phô th× hiÖu

suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô còng t¨ng theo. H»ng sè ph©n bè Kd ®¹t gi¸ trÞ cao nhÊt

khi l−îng bïn ®á biÕn tÝnh ®−îc sö dông lµ 1g, khi tiÕp tôc t¨ng l−îng bïn ®á, mÆc

dï hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh vÉn t¨ng nh−ng Kd l¹i gi¶m, chøng tá dung l−îng hÊp phô

cña bïn ®á trong çc tr−êng hîp nµy kh«ng ®¹t hiÖu suÊt tèi −u. Nh− vËy hiÖu suÊt

hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh lµ tèi −u khi l−îng bïn ®á ®−îc sñ dông lµ 1g

øng víi nång ®é amoni ®Çu vµo lµ 100mg/l.

3.4. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh trªn pha ®éng

TiÕn hµnh qu¸ tr×nh hÊp phô ®éng ®Ó nghiªn cøu kh¶ n¨ng hÊp phô amoni

thùc tÕ cña vËt liÖu. VËt liªu ®−îc sö dông nghiªn cøu lµ bïn ®á biÕn tÝnh cã t¶i

träng hÊp phô cùc ®¹i lµ 14.32 (mg/g).

3.4.1. ThiÕt kÕ hÖ thèng hÊp phô

Çc th«ng sè cña hÖ thèng läc:

- Cét läc ®−îc sö dông lµ èng thñy tinh cã ®−êng kÝnh d=1cm. ChiÒu cao cét

läc lµ 25cm, cã van ®iÒu chØnh tèc ®é n−íc ®Çu ra ë d−íi. Cét läc ®−îc g¾n víi gi¸

®ì.

H×nh 29 : Sù thay ®æi h»ng sè ph©n bè

khi thay ®æi l−îng chÊt hÊp phô

H×nh 28: ¶nh h−ëng cña

l−îngchÊt hÊp phô tíi hiÖu suÊt

52

- KÝch th−íc h¹t cña vËt liÖu lµ : 0,5-1mm

- Khèi l−îng bïn ®á ®−îc nhåi vµo cét läc lµ 1g t−¬ng ®−¬ng víi chiÒu dµy lµ

1cm ( chó ý: bïn ®á tr−íc khi ®−îc nhåi vµo cét läc ph¶i ®−îc ng©m Ýt nhÊt 8h trong

n−íc cÊt ®Ó ®uæi hÕt kh«ng khÝ ra khái bÒ mÆt bïn ®á hoÆc ®uæi khÝ b»ng m¸y hót

ch©n kh«ng).

- ChiÒu cao cét n−íc chÝnh lµ chiÒu dµy cña líp bïn ®á.

- Cét läc ®−îc thiÕt kÕ lµ hÖ ch¶y gi¸n ®o¹n tøc lµ khi hÖ thèng kh«ng ho¹t

®éng chóng ta cã thÓ khãa van n−íc ®Çu ra phÝa d−íi cét, tuy nhiªn ®iÒu cÇn chó ý

lµ kh«ng ®−îc ®Ó kh« vËt liÖu nªn trong cét lóc nµo còng ph¶i chøa n−íc.

Pha mÉu dung dÞch cã nång ®é: NH4+ lµ 20 (mg/l)

NO2- lµ 2,5 (mg/l)

NO3- lµ 10 (mg/l)

Cho dung dÞch ch¹y qua cét läc víi 2 tèc ®é lÇn l−ît lµ 0,5; 1; 1,5; 2 ml/phót.

X¸c ®Þnh nång ®é NH4+ ë ®Çu ra theo thêi gian. X¸c ®Þnh nång ®é NO2

- vµ NO3- t¹i

thêi ®iÓm hÖ ®¹t c©n b»ng ®Ó x¸c ®Þnh xem qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña bïn ®á cã

sù chuyÓn hãa NH4+ thµnh NO2

- vµ NO3- hay kh«ng.

3.4.2. Kh¶o s¸t víi çc tèc ®é dßng kh¸c nhau

Dung l−îng hÊp phô cùc ®¹i cña bïn ®á lµ 14,32 mg/g, çc tèc ®é läc lµ 0,5;

1; 1,5; 2 ml/ phót nªn thêi gian ®Ó vËt liÖu hÊp phô no trªn lý thuyÕt sÏ lÇn l−ît lµ:

T1, T2, T3, T4 (giê). Víi:

14,32 1

1 1000 24,48( )20 0,5 0,5 60

T h= × × =− ×

14,32 1

2 1000 12.56( )20 1 1 60

T h= × × =− ×

14,32 1

3 1000 8,6( )20 1,5 1,5 60

T h= × × =− ×

53

14,32 1

4 1000 6,63( )20 2 2 60

T h= × × =− ×

N−íc qua cét läc ®−îc lÊy mÉu ®Ó ph©n tÝch sau çc kho¶ng thêi gian x¸c

®Þnh, thêi gian kÕt thóc kh¶o s¸t lµ n−íc ®Çu ra cã nång ®é amoni: Cl~ 1,5 mgNH4+

/l.

Ta cã kÕt qu¶ theo b¶ng tõ 20-23 vµ h×nh 34-37:

* Víi tèc ®é dßng 0,5 ml/phót:

Sau 18h kh¶o s¸t nång ®é amoni ë ®Çu ra lµ 1,509 mg/l, thÓ tÝch dung dÞch

qua cét läc lµ 540ml. vËy hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô lµ 73,77%. Dung l−îng

hÊp phô amoni trong tr−êng hîp nµy lµ : 10,23 mg NH4+/g bïn ®á.

* Víi tèc ®é dßng 1 ml/phót:

Sau 8,5 h kh¶o s¸t nång ®é amoni ë ®Çu ra lµ 1,501 mg/l, thÓ tÝch dung dÞch

qua cét läc lµ 510ml. vËy hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô lµ 67,67%. Dung l−îng


* Víi tèc ®é dßng 1,5 ml/phót:

Sau 5,5 h kh¶o s¸t nång ®é amoni ë ®Çu ra lµ 1,488 mg/l, thÓ tÝch dung dÞch

qua cét läc lµ 495 ml. vËy hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô lµ 63,95%. Dung l−îng


* Víi tèc ®é dßng 2 ml/phót:

Sau 4h kh¶o s¸t nång ®é amoni ë ®Çu ra lµ 1,546 mg/l, thÓ tÝch dung dÞch qua

cét läc lµ 240ml. vËy hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô lµ 60,33%. Dung l−îng hÊp

phô amoni trong tr−êng hîp nµy lµ : 4,43 mg NH4+/g bïn ®á.

Nh− vËy theo çc kh¶o s¸t ®o tiÕn hµnh víi çc tèc ®é läc kh¸c nhau ta nhËn

thÊy, tèc ®é läc cµng nhanh th× hÖ cµng nhanh ®¹t tr¹ng th¸i boo hßa, tèc ®é läc

cµng nhanh th× hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña bïn ®á biªn tÝnh cµng gi¶m. ChÝnh v×

thÕ trong nghiªn cøu tiÕp theo khi kh¶o s¸t hÖ läc víi mÉu n−íc thËt sÏ tiÕn hµnh

54

kh¶o s¸t ë tèc ®é läc 0,5 ml/phót.

TiÕn hµnh ph©n tÝch nitrit vµ nitrat cña 4 mÉu n−íc víi 4 tèc ®é läc t¹i thêi

®iÓm hÖ c©n b»ng, kÕt qu¶ thu ®−îc nh− sau:

B¶ng 16: KÕt qu¶ x¸c ®Þnh nitrit vµ nitrat tr−íc vµ sau läc

Tèc ®é läc NO2- tr−íc läc

(mg/l)

NO2- sau läc

(mg/l)

NO3- tr−íc läc

(mg/l)

NO3-sau läc

(mg/l)

0,5 ml/phót 2.5 2.498 10 9.907

1 ml/phót 2.5 2.501 10 10.028

1,5 ml/phót 2.5 2.495 10 10.012

2 ml/phót 2.5 2.502 10 10.017

Nh− vËy hµm l−îng nitrit vµ nitrat trong mÉu n−íc thu ®−îc tr−íc vµ sau läc

kh«ng kh¸c nhau lµ mÊy, ®iÒu nµy chøng tá trong qu¸ tr×nh hÊp phô amoni trªn vËt

liÖu läc kh«ng cã sù chuyÓn hãa NH4+ thµnh nitrit vµ nitrat.

55

B¶ng 17: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á víi mÉu n−íc pha ë tèc ®é 0,5 ml/phót

-

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 5 10 15 20 25

T1 (h)

Cl (m

g/l)

H×nh 30: §å thÞ hÊp phô amoni ë pha ®éng cña bïn ®á (tèc ®é 0.5 ml/phót)

T1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

V (ml) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390

Cl (mg/l) - 0.012 0.039 0.079 0.102 0.158 0.209 0.285 0.366 0.508 0.642 0.824 0.946

T1 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

V (ml) 420 450 480 510 540 570 600

Cl (mg/l) 1.108 1.222 1.317 1.439 1.509 1.576 1.647

56

B¶ng 18: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á víi mÉu n−íc pha ë tèc ®é 1

ml/phót

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 2 4 6 8 10

T2 (h)

Cl (m

g/l)

H×nh 31: §å thÞ hÊp phô amoni ë pha ®éng cña bïn ®á (tèc ®é 1 ml/phót)

T2(h) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Vra(ml) 30 60 90 120 150 180 210 240 270

Cl(ml) 0.013 0.041 0.076 0.112 0.203 0.321 0.445 0.622 0.743

T2(h) 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9

Vra(ml) 300 330 360 390 420 450 480 510 540

Cl(ml) 0.835 0.990 1.078 1.185 1.247 1.334 1.414 1.501 1.598

57

B¶ng 19: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á víi mÉu n−íc pha ë tèc ®é 1,5

ml/phót

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 1 2 3 4 5 6 7

T2 (h)

Cl (m

g/l)

H×nh 32: §å thÞ hÊp phô amoni ë pha ®éng cña bïn ®á (tèc ®é 1,5 ml/phót)

T3(h) 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Vra(ml) 45 90 135 180 225 270

Cl(ml) 0.008 0.025 0.116 0.203 0.342 0.537

T3(h) 3.5 4 4.5 5 5.5 6

Vra(ml) 315 360 405 450 495 540

Cl(ml) 0.741 0.901 1.114 1.285 1.488 1.567

58

B¶ng 20: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á víi mÉu n−íc pha ë tèc ®é 2

ml/phót

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 50 100 150 200 250 300

T4 (Phut)

Cl (m

g/l)

H×nh 33: §å thÞ hÊp phô amoni ë pha ®éng cña bïn ®á (tèc ®é 2ml/phót)

T4 (phót) 20 40 60 80 100 120 140

V (ml) 20 40 60 80 100 120 120

Cl(mg/l) 0.015 0.087 0.148 0.215 0.352 0.527 0.723

T4 (phót) 160 180 200 220 240 260

V (ml) 140 160 180 200 220 240

Cl(mg/l) 0.945 1.158 1.331 1.467 1.546 1.655

59

3.4.3. Kh¶o s¸t víi mÉu n−íc thËt

- MÉu 1: MÉu n−íc thËt ®−îc lÊy t¹i mÉu n−íc cÊp cña hé gia ®×nh (Hµ §«ng

- Thanh Xu©n - Hµ Néi), hµm l−îng NH4+ trong mÉu n−íc lµ 18 mg/l, pH=7,5. TiÕn

hµnh thÝ nghiÖm víi hÖ hÊp phô bïn ®á biÕn tÝnh cã tèc ®é läc 0,5 ml/phót. §iÒu

chØnh pH cña n−íc vÒ 6.

N−íc qua cét läc ®−îc lÊy ®Ó ph©n tÝch sau çc kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh,

tÝnh thêi gian kÕt thóc kh¶o s¸t lµ khi n−íc ®Çu ra ~ 1,5 mgNH4+/l.

KÕt qu¶ thu ®−îc nh− sau:

Theo kh¶o s¸t kÕt qu¶ thu ®−îc th× sau 14h hÖ ®¹t c©n b»ng, thÓ tÝch n−íc thu

®−îc lµ 420ml. HiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh ®¹t 77.77%.

Dung l−îng hÊp phô cña bïn ®á biÕn tÝnh trong tr−êng hîp nµy lµ: 8,39 mg

NH4+/g.

HiÖu suÊt hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh vµ kh¶ n¨ng hÊp phô cña nã

víi amoni bÞ gi¶m so víi khi tiÕn hµnh mÉu gi¶ cã thÓ ®−îc gi¶i thÝch nh− sau: trong

mÉu n−íc thËt ngoµi ion NH4+ cßn cã mÆt çc ion kh¸c, bïn ®á biÕn tÝnh cã thÓ hÊp

phô çc ion ®ã lµm gi¶m kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á. MÆt kh¸c çc ion nµy

cã kh¶ n¨ng ®o tham gia c¶n trë qu¸ tr×nh hÊp phô amoni trªn bïn ®á biÕn tÝnh do

®ã lµm gi¶m hiÖu suÊt hÊp phô.

- MÉu 2: N−íc th¶i lß mæ (Lß mæ §¹i Hång, Phïng Khoang, Hµ Néi): N−íc

th¶i ®−îc cho vµo m¸y ly t©m t¸ch cÆn, mì... N−íc th¶i lß mæ cã nång ®é amoni ban

®Çu lµ 50 mg/l. §iÒu chØnh n−íc th¶i cã pH = 6.

- MÉu 3: N−íc rØ r¸c (hå ®iÒu hßa, nhµ m¸y xö lý n−íc rØ r¸c Nam S¬n, Hµ

Néi): N−íc ®−îc cho vµo m¸y ly t©m t¸ch cÆn. Amoni trong n−íc rØ r¸c cã nång ®é

200mg/l. Pha loong n−íc rØ r¸c 4 lÇn b»ng n−íc cÊt, thu ®−îc n−íc th¶i cã nång ®é

amoni 50mg/l. pH cña n−íc rØ r¸c = 6.

Çc mÉu n−íc th¶i ®−îc cho qua cét läc víi tèc ®é 0,5 ml/phót, sau kho¶ng

thêi gian ®o ®Þnh lÊy mÉu n−íc ®Ó ph©n tÝch. KÕt thóc thÝ nghiÖm khi nång ®é amoni

ë n−íc ®Çu ra cét läc cã nång ®é amoni cao h¬n 10mg/l (QCVN n−íc th¶i lo¹i B).

KÕt qu¶ thu ®−îc nh− sau:

60

Víi mÉu 2:

Sau 9 giê nång ®é amoni trong mÉu n−íc th¶i ®Çu ra ~10mg/l.

Dung l−îng hÊp phô ®¹t ®−îc lµ: 10.81 mgNH4+/g.

HiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô amoni so víi lý thuyÕt ®¹t: 50%

B¶ng 21: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh víi mÉu 2

Thêi gian (h)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

ThÓ tÝch (ml)

30 60 90 120 150 180 210 240 270

Nång ®é

NH4+ ra

(mg/l)

0.125 0.998 1.686 2.956 3.889 5.124 7.392 8.635 9.965

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8 10

thời gian (h)

Nồ

ng

độ

am

on

i đầu

ra (

mg

/l)

H×nh 34: §å thÞ hÊp phô amoni ë mÉu 2 cña bïn ®á biÕn tÝnh

Víi mÉu 3:

Sau 8h nång ®é amoni trong mÉu n−íc th¶i ®Çu ra > 10mg/l.

Dung l−îng hÊp phô ®¹t ®−îc lµ: 9.596 mgNH4+/g.

HiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô amoni so víi lý thuyÕt ®¹t: 44.44%.

61


Thêi gian (h)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

ThÓ tÝch (ml)

30 60 90 120 150 180 210 240 270

Nång ®é NH4

+ ra (mg/l)

0.214 1.042 1.975 3.028 4.846 6.371 8.659 10.013 12.104

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10

t hời gi a n ( h)


Dung l−îng hÊp phô cña bïn ®á biÕn tÝnh thÊp h¬n rÊt nhiÒu so víi lý thuyÕt

nguyªn nh©n dÉn ®Õn hiÖn t−îng trªn lµ do trong thµnh phÇn n−íc th¶i lß mæ, n−íc

rØ r¸c cã rÊt nhiÒu çc thµnh phÇn chÊt h÷u c¬ hßa tan, çc chÊt dÇu mì, kim lo¹i

nÆng… khiÕn cho chóng ng¨n c¶n qu¸ tr×nh di chuyÓn amoni ®Õn bÒ mÆt cña bïn

®á. Vµ nhiÒu kh¶ n¨ng bïn ®á còng ®o tham gia vµo qu¸ tr×nh hÊp phô çc chÊt h÷u

c¬ hßa tan trong n−íc th¶i.

62


-

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 2 4 6 8 10 12 14 16

thời gian (h)

Nồ

ng

độ

am

on

i đầu

ra(m

g/l

)


Thêi gian (h) 1 2 3 4 5 6 7

ThÓ tÝch (ml) 30 60 90 120 150 180 210

Nång ®é NH4+ ra (mg/l) - 0.059 0.124 0.253 0.325 0.448 0.576

Thêi gian (h) 8 9 10 11 12 13 14

ThÓ tÝch (ml) 240 270 300 330 360 390 420

Nång ®é NH4+ ra (mg/l) 0.643 0.728 0.877 1.012 1.237 1.396 1.508

63

3.4.4. M« h×nh thÝ nghiÖm tÝnh to¸n kh¶ n¨ng ¸p dông bïn ®á biÕn tÝnh xö lý n−íc

nhiÔm amoni quy m« hé gia ®×nh.

Ta cã nhËn xÐt nh− sau:

§èi víi mÉu n−íc thËt : 1g bïn ®á biÕn tÝnh cã kh¶ n¨ng läc ®−îc 420ml n−íc

trong kho¶ng thêi gian 14h. VËy 24h sÏ läc ®−îc 720ml n−íc.

Dung l−îng hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh lµ 8,39 mg NH4+/g.

§Ó läc 1 lÝt n−íc cã hµm l−îng amoni 18 mg/l th× cÇn ph¶i xö lý ®−îc 7.56 mg

NH4+.

VËy cÇn 20 lÝt n−íc/ ngµy cho môc ®Ých ¨n uèng sÏ cÇn xö lý 151.2 mg NH4+.

L−îng bïn ®á biÕn tÝnh cÇn dïng trong 1 ngµy lµ: 30.64 g

§Ó sö dông hÖ trong vßng 6 th¸ng cÇn : 5,52 kg bïn ®á.

HÖ thèng cét läc cho 1 hé gia ®×nh cã thÓ ®−îc thiÕt kÕ nh− sau:

- ChiÒu cao cét läc 70 cm

- §−êng kÝnh 16 cm

- Bïn ®á biÕn tÝnh 5,52kg

- Tèc ®é n−íc ®Çu ra 1 lÝt/h

- Tuæi thä cña hÖ thèng 6 th¸ng, sau 6 th¸ng sö dông sÏ thay vËt liÖu míi, vËt

liÖu cò cã thÓ ®−îc thu håi vµ ®−îc t¸i sinh vµ sö dông l¹i.

3.5. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng t¸i sinh cña vËt liÖu

Kh¶ n¨ng t¸i sinh cña bïn ®á biÕn tÝnh ®−îc kh¶o s¸t th«ng qua qu¸ tr×nh gi¶i

hÊp vËt liÖu. Qu¸ tr×nh gi¶i hÊp bïn ®á biÕn tÝnh ®−îc tiÕn hµnh nh− sau:

Quy tr×nh :

- Tr−íc khi ®em gi¶i hÊp:

+ Ng©m 2g bïn ®á biÕn tÝnh vµo trong 100ml dung dÞch NH4+ 50mg/l trong 8h

®Ó boo hßa bïn ®á.

64

+ Dung dÞch sau ng©m ®−îc ®em läc råi ®em ®o quang ®Ó x¸c ®Þnh l−îng amoni

cßn l¹i.

- DÉn h¬i n−íc qua cét gi¶i hÊp ®−îc sôc vµo b×nh chøa 50ml dung dÞch H2SO4

(hÊp thô NH3) b»ng hÖ thèng èng nèi kÝn trong 1h. §iÒu chØnh çc van nèi sao cho ®©y

lµ mét hÖ thèng kÝn ®¶m b¶o kh«ng bÞ khÝ rß ra bªn ngoµi.

Ta thu ®−îc kÕt qu¶ nh− sau:

- Nång ®é amoni cßn l¹i trong dung dÞch ng©m vËt liÖu lµ: 17,46 mg/l

VËy l−îng amoni hÊp phô ®−îc vµo vËt liÖu lµ 32,54 mg.

- ThÓ tÝch b×nh chøa chÊt hÊp thô NH3 sau gi¶i hÊp lµ 180 ml, t¨ng 130 ml so víi

thÓ tÝch ban ®Çu. §©y chÝnh lµ thÓ tÝch h¬i n−íc ®i vµo trong qu¸ tr×nh gi¶i hÊp.

- L−îng amoni cã trong dung dÞch hÊp thô lµ 26,95 mg.

VËy hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh gi¶i hÊp lµ : 26,95/32,54 = 0,83 = 83%

NhËn xÐt: HiÖu suÊt gi¶i hÊp chØ ®¹t 83% do trong qu¸ tr×nh tiÕn hµnh gi¶i hÊp

cã thÓ hÖ thèng bÞ hë khÝ khiÕn cho mét l−îng khÝ NH3 bÞ thÊt tho¸t ra bªn ngoµi.

65

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 1. KÕt luËn

Qua thêi gian nghiªn cøu vµ thùc hiÖn luËn v¨n ®o thu ®−îc çc kÕt qu¶ sau:

1. Thùc hiÖn biÕn tÝnh çc lo¹i vËt liÖu bentonit, bïn ®á, laterit cã kh¶ n¨ng hÊp

phô amoni trong n−íc cã hiÖu suÊt hÊp phô ®¹t t−¬ng øng lµ: 57,84 ; 73,53 ; 68,64 % vµ

dung l−îng hÊp phô cùc ®¹i t¹i thêi ®iÓm c©n b»ng 3h lÇn l−ît lµ: 8,045; 14,32; 9,823

mgNH4+/1g vËt liÖu. Nh− vËy bïn ®á biÕn tÝnh cã kh¶ n¨ng hÊp phô amoni trong n−íc

®¹t hiÖu suÊt vµ dung l−îng hÊp phô cao nhÊt.

2. Trong qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh th× çc yÕu tè: nhiÖt ®é,

®é pH, nång ®é amoni ban ®Çu, tèc ®é dßng n−íc ®Òu cã ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu suÊt vµ

dung l−îng hÊp phô amoni cña bïn ®á. T¹i çc ®iÒu kiÖn : nhiÖt ®é 250C, ®é pH=6,

nång ®é amoni ban ®Çu lµ 100mg/l vµ tèc ®é dßng 0,5ml/phót th× hiÖu suÊt cña qu¸

tr×nh hÊp phô amoni cña bïn ®á ®¹t 73,77%.

3. Thö nghiÖm víi çc mÉu n−íc thËt (n−íc giÕng khoan, n−íc th¶i lß mæ, n−íc

rØ r¸c) cho ta thÊy hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh t−¬ng

øng chØ ®¹t 77,77%, 50%, 44,44% thÊp h¬n so víi ch¹y mÉu n−íc gi¶.

4. KÕt qu¶ ®Ò xuÊt ph−¬ng ¸n t¸i sinh vËt liÖu ®¹t hiÖu qu¶ 83%.

2. KiÕn nghÞ

1. CÇn nghiªn cøu çc ph−¬ng ph¸p biÕn tÝnh bïn ®á kh¸c ®Ó n©ng cao hiÖu suÊt

vµ dung l−îng hÊp phô cùc ®¹i ®Ó n©ng cao kh¶ n¨ng hÊp phô amoni trong n−íc.

2. CÇn nghiªn cøu thªm çc yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña

bïn ®á biÕn tÝnh nh− : ¶nh h−ëng cña kim lo¹i nÆng, ¶nh h−ëng cña çc chÊt h÷u c¬

hßa tan trong n−íc…vµ çc thµnh phÇn kh¸c cã mÆt trong nguån n−íc nhiÔm amoni,

®Æc biÖt lµ trong nguån n−íc ngÇm.

3. Nghiªn cøu thªm ®Æc tÝnh cña bïn ®á nh−: ®é phãng x¹, thµnh phÇn çc kim

lo¹i nÆng cã mÆt trong bïn ®á biÕn tÝnh… ®Ó cã thÓ ¸p dông sö dông bïn ®á ®Ó lo¹i bá

amoni trong nguån n−íc bÞ « nhiÔm.

66

Tµi liÖu tham kh¶o A. TiÕng viÖt

[1] NguyÔn ViÖt Anh (2005), Nghiªn cøu xö lý n−íc ngÇm nhiÔm bÈn amoni b»ng

ph−¬ng ph¸p sinh häc, b¶o vÖ m«i tr−êng sè 3, trang 21-24.

[2] Vò Ngäc Ban (2007), Gi¸o tr×nh thùc tËp hãa lý, NXB §¹i häc quèc gia Hµ Néi,

trang 45-49.

[3] C«ng ty n−íc vµ m«i tr−êng ViÖt Nam (2003), Hoµn thiÖn c«ng nghÖ xö lý n−íc

®Ó ¸p dông cho mét sè tr−êng hîp nguån n−íc bÞ « nhiÔm arsen, nguån n−íc nhiÔm

amoni víi hµm l−îng lín, Bé x©y dùng, Hµ Néi.

[4] Lª V¨n Çt (2007), Xö lý n−íc th¶i giµu hîp chÊt Nit¬ vµ Photpho, NXB khoa häc

tù nhiªn vµ c«ng nghÖ, trang 19-73, 174-189.

[5] Lª V¨n Çt (2002), HÊp phô vµ trao ®æi ion trong kÜ thuËt xö lý n−íc vµ n−íc th¶i,

NXB Thèng kª, Hµ Néi.

[6] NguyÔn Ngäc Dung, (2005), Xö lý n−íc cÊp, NXB X©y dùng, trang 56-70.

[7] Quang Duy (2003), PhÝa nam Thµnh phè Hµ Néi 100% n−íc nhiÔm amoni, B¸o

Lao ®éng, sè 162.

[8] TrÞnh Xu©n §¹i (2009), Nghiªn cøu biÕn tÝnh than ho¹t tÝnh lµm vËt liÖu hÊp phô

xö lý amoni vµ kim lo¹i nÆng trong n−íc. LuËn v¨n th¹c sü khoa häc, Khoa Hãa häc,

Tr−êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn, §¹i häc Quèc gia Hµ Néi.

[9] Cao ThÕ Hµ (2006), Gi¸o tr×nh c«ng nghÖ xö lý m«i tr−êng. Tr−êng §HKHTN

[10] Ph¹m Ngäc Hå, §ång Kim Loan, TrÇn Hång C«n (2007), Quan tr¾c vµ ph©n tÝch

m«i tr−êng.

[11] NguyÔn ThÞ Minh Thu (2005), Nghiªn cøu ph−¬ng ph¸p xö lý amoni trong n−íc

sinh ho¹t b»ng kho¸ng tù nhiªn biÕn tÝnh, LuËn v¨n th¹c sü khoa häc, Tr−êng

§HKHTN-§HQGHN.

B. TiÕng Anh

[12] Alan A. Wilcox, Wallace E. Carroll, Rex E. Sterling, H.A. Davis and Arnold G.

Ware (1966), “Use of the Berthelot reaction in the Automated Analysis of Serum

Urea Nitrogen”, Clinical Chemistry, Vol 12, No.3, pp 151 – 157.

67

[13] Abbas Afkhami*; Rasoul Norooz-Asl (2008), “Micelle-mediated extraction and

spectrophotometric determination of ammonia in water samples utilizing

indophenol dye formation”, Journal of the Brazilian Chemical Society, ISSN 0103-

5053.

[14] A.R Pahmani, A.H.Mahvi, A.R. Mesdaghinia and S.Nasseri (2004),

“Investigation of ammonia removal from polluted waters by Clinoptilolite zeolite”,

International Journal of Environmental Science & Technology, Vol. 1, No. 2, pp10-

15.

[15] A.R Pahmani, A.H.Mahvi (2006), “Use of ion exchange for removal of

ammonium: A biological regeneration of zeolite”, Global NEST Journal, Vol 8, No2,

pp 146-150.

[16] Aušra Mažeikien, Marina Valentukevicien, Juozas Jankauskas (2010),

“Laboratory study of ammonium ion removal by using zeolite (Clinoptilolite) to

treat drinking water”, Journal of Environmental engineering and landscape

management, Vol 18, No.1, pp 54 – 61.

[17] Avinal M.Kadam, Pravin, D.Nemade (2009). Treatment of municipal wastewater

using laterise-based contructed soil filter, page 9-11.

[18] Binoy Sarkar, Yunfei Xi, Megharaj Mallavarapu, GSR Krishnamurti and Ravi

Naidu (2010), “ Adsorption of Phenol by HDTMA – modified Organoclay”,

19th World Congress of Soil Science, Symposium 2.4.2 Soil minerals and

contaminants, Soil Solutions for a Changing World, Brisbane, Australia, 1-6August

2010.

[19] Gaspard m. And Martin A, ( 1983), Clinoptilolite in drinking water

treatment for NH4+ removal, Water Reseach, Vol 17, page 3.

[20] Global NEST Journal, 2006, Vol 8, No 2, pp 146-150.

[21] “Health Risks From Mcrobial Growth and Biofilms in Drinking Water

Distribution Systems”, (2002), Vol 3.No 2, pp 34-40.

[22] Liao P. B and Mayo R. D (1972), Tntersified fish culture combining water

reconditioning with pollution abatement, Aquaculture. Vol 3, page 61.

68

[23] International Journal of Environmental Science & Technolog, 2004. Vol. 1, No. 2,

pp. 125-133.

[24] Ferret, 2001, European success for Bauxsol, pp 75-79.

[25] P.E.Tsakiridis, S.Agatzini-Leonardou, P.Oustadakis (2004), Red mud addition in

the raw meal for the production of Portland cement clinker.

[26] CSIRO Publishing – Environmental Chemistry (2006), Phosphate Removal from

Aqueous Solutions using Neutralised Bauxite Refinery Residues (Bauxsol™). 3(1) pp

65–74 .

[27] Montreal (2009) The Use of Bauxsol(TM) Technology in Mine Site

Management and Remediation, Mining and the Environment – , pp 4-7 .

[28] Virotec Annual, Report, (2004).

[29] World Health Organization (2005), “ Bentonite, Kaolin and selected Clay

Minerals”, Environmental Health Criteria 231, Geneva.

Documents

Nghiên cứu biến tính vài vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên để xử lý Amoni trong nước