ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

---------------------

T N N

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ

TỪ XƠ DỪA ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG

NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN

LUẬN VĂN T ẠC SĨ K O ỌC

Hà Nội –2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

---------------------

T N N

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ

TỪ XƠ DỪ ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG

NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60440301

LUẬN VĂN T ẠC SĨ K O ỌC

N : PGS.TS TR N VĂN TUYÊN

TS. PHẠM TH THÚY

Hà Nội –2016

i

LỜ C M ĐO N

Tôi xin cam đoan luận văn này do tôi thực hiện trong chương trình đào tạo của

trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội. Các số liệu và kết

quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố. Tôi hoàn toàn chịu

trách nhiệm về nội dung luận văn.

Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2016

Người thực hiện luận văn

Bùi Thị Lan Anh

ii

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến

PGS.TS. Trịnh Văn Tuyên - Viện Công nghệ môi trường - Viện hàn lâm khoa học

và công nghệ Việt Nam; TS. Phạm Thị Thúy – Khoa môi trường – Trường đại học

khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã dành rất nhiều thời gian và tâm

huyết hướng dẫn em nghiên cứu và hoàn thành tốt luận văn này.

Em xin cảm ơn các thầy cô Bộ môn Công nghệ - Khoa môi trường – Trường

đại học Khoa học tự nhiên đã giúp đỡ, tạo điều kiện, tận tình dạy bảo và truyền đạt

những kiến thức quý báu cho em suốt quá trình học tập và giúp em hoàn thiện luận

văn này.

Em xin cảm ơn các anh chị trong Viện Công nghệ môi trường – Viện hàn lâm

khoa học và công nghệ Việt Nam đã tận tình dạy bảo, trang bị kiến thức giúp em

hoàn thành luận văn.

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình bạn bè, người thân đã động viên tạo điều kiện

cho em hoàn thành tốt luận văn này.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2016

Người thực hiện luận văn

Bùi Thị Lan Anh

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii

MỤC LỤC ................................................................................................................. iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................. vi

DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vii

DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ viii

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................. 4

1.1 Tổng quan về tình hình ô nhiễm amoni trong nước thải bệnh viện .................... 4

1.2 Giới thiệu về công nghệ xử lý nước thải bệnh viện E – Hà Nội ......................... 6

1.3 Một số phương pháp xử lý amoni trong nước thải ........................................... 10

1.3.1 Phương pháp Clo hóa ................................................................................ 10

1.3.2 Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng ...................................................... 11

1.3.3 Phương pháp Ozon hóa với xúc tác Brommua .......................................... 12

1.3.4 Phương pháp trao đổi ion .......................................................................... 12

1.3.5 Phương pháp sinh học .............................................................................. 13

1.3.6 Phương pháp hấp phụ ................................................................................ 14

1.4 Công trình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải ở thế giới và Việt Nam ... 17

1.4.1 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải trên thế giới .............. 17

1.4.2 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải ở Việt Nam ............... 18

1.5 Hiện trạng và một số biện pháp xử lý xơ dừa ở Việt Nam ............................... 19

1.5.1 Hiện trạng xơ dừa ở Việt Nam .................................................................. 19

1.5.2 Biện pháp xử lý xơ dừa ở Việt Nam .......................................................... 21

1.6 Tổng quan về tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế giới và Việt

Nam ........................................................................................................................ 25

1.6.1 Tổng quan về phương pháp cacbon hóa .................................................... 25

1.6.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế giới ....................... 27

iv

1.6.3 Tình hình nghiên cứu cacbon hóa ở Việt Nam .......................................... 32

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 36

2.1 Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 36

2.2 Dụng cụ thí nghiệm ........................................................................................... 36

2.3 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 37

2.3.1 Phương pháp tài liệu .................................................................................. 37

2.3.2.Phương pháp thực nghiệm ......................................................................... 37

2.3.2.1 Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa xơ dừa .................................... 37

2.3.2.2 Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ than cacbon hóa xơ dừa

dạng viên ......................................................................................................... 43

2.3.2.3 Thực nghiệm hấp phụ dạng tĩnh ........................................................ 43

2.3.2.4 Thực nghiệm hấp phụ dạng cột ........................................................... 46

2.3.3 Phương pháp phân tích .............................................................................. 47

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................... 50

3.1 Đánh giá quá trình thực nghiệm cacbon hóa .................................................... 50

3.1.1 Khảo sát sự biến đổi nhiệt độ của buồng cacbon hóa................................ 50

3.1.2 Khảo sát tỷ lệ hơi nước trong vật liệu thí nghiệm ..................................... 51

3.1.3 Khảo sát tỷ trọng đổ đống của vật liệu xơ dừa .......................................... 52

3.1.4 Khảo sát độ tro hóa của xơ dừa ................................................................. 52

3.1.5 Khảo sát hiệu suất thu hồi sản phẩm của vật liệu khi tiến hành cacbon hóa

............................................................................................................................... 53

3.2 Khảo sát lựa chọn loại than tối ưu cho quá trình hấp phụ amoni trong nước thải

bệnh viện ................................................................................................................ 55

3.3 Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ qua quá trình hấp phụ

tĩnh ......................................................................................................................... 57

3.3.1 Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của than cacbon hóa qua sự thay đổi của

các dải pH ............................................................................................................. 57

3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của dung lượng hấp phụ đến quá trình xử lý amoni

trong nước thải bệnh viện ..................................................................................... 59

v

3.3.3 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ .................................................................... 62

3.3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn: lỏng ................................................................... 63

3.3.5 So sánh hiệu suất hấp phụ của than hoạt tính gáo dừa ở thị trường với than

cacbon hóa xơ dừa đã chế tạo ............................................................................... 64

3.4 Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ chế tạo từ quá trình

cacbon hóa theo cột................................................................................................ 65

3.4.1 Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ là 100% than cacbon hóa từ

xơ dừa ................................................................................................................... 66

3.4.2 Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ dạng viên .......................... 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 70

PHỤ LỤC .................................................................................................................. 74

vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu oxy hóa sinh học

BTNMT Bộ tài nguyên môi trường

COD Nhu cầu oxy hóa hóa học

NH4+ Amoni

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TOC Tổng cacbon

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần và nguồn phát sinh nước thải bệnh viện .................................. 4

Bảng 1.2 Chất lượng nước thải một số bệnh viện khu vực phía Bắc.......................... 5

Bảng 1.3 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu ô nhiễm tại bệnh viện E ......................... 9

Bảng 1.4 Hiệu suất thu hồi sản phẩm cacbon từ chất thải rắn nông nghiệp ……....30

Bảng 1.5 TOC của than carbon hóa từ các vật liệu khác nhau ................................. 33

Bảng 1.6 Kích thước và diện tích bề mặt riêng của than cacbon hóa ....................... 35

trên các vật liệu khác nhau ........................................................................................ 35

Bảng 2.1 Danh mục các thiết bị cần thiết cho quá trình nghiên cứu ........................ 36

Bảng 2.2 Danh mục các hóa chất cần thiết cho nghiên cứu ..................................... 36

Bảng 2.3 Hóa chất lập đường chuẩn xác định N-NH4+ theo phương pháp Nessler.. 49

Bảng 3.1 Tỉ trọng của xơ dừa .................................................................................... 52

Bảng 3.2 Độ tro hóa của xơ dừa ............................................................................... 52

Bảng 3.3 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa ở T=3000C, T= 400

oC, T= 500

oC . 53

Bảng 3.4 Nồng độ NH4+ sau khi điều chỉnh pH ........................................................ 57

Bảng 3.5 Các thông số xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ......... 60

Bảng 3.6 Các thông số xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich ........ 62

viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nước thải bệnh viện E .............................................................. 7

Hình 1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ ..................................................................... 18

Hình 1.3 Lò nung cacbon hoá đặt tại Viện Công nghệ môi trường và mẫu tre khô

trước cabon hoá và mẫu than .................................................................................... 33

Hình 1.4 Ảnh SEM của than cacbon hoá các ........................................................... 34

thành phần chất thải: a) gỗ; b) tre; c) vải; d) giấy .................................................... 34

Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm quá trình Cacbon hóa .................................................. 39

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm ........................................................ 40

Hình 2.3 Lò nung ...................................................................................................... 40

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm pilot ................................................ 41

Hình 2.5 Mô hình và thiết bị Jartest của quá trình thí nghiệm hấp phụ .................... 42

Hình 2.6 Sơ đồ hệ nghiên cứu thực nghiệm liên tục ................................................. 47

Hình 2.7 Phương trình đồ thị đường chuẩn amoni ................................................... 49

Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của lò cacbon hóa ........................................... 50

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn tỉ lệ bay hơi nước của xơ dừa theo thời gian ................... 51

Hình 3.3 Đồ thị biến đổi hiệu suất thu hồi sản phẩm theo thời gian ....................... 53

ở các mức nhiệt độ khác nhau ................................................................................... 53

Hình 3.4 Xơ dừa sau khi nung ở nhiệt độ T = 3000C ............................................... 54

Hình 3.5 Xơ dừa sau khi nung ở nhiệt độ T = 4000C ............................................... 54

Hình 3.6 Xơ dừa sau khi nung ở nhiệt độ T = 5000C ............................................... 55

Hình 3.7 Đồ thị dung lượng hấp phụ amoni của các loại than cacbon hóa đã chế tạo

ở các nhiệt độ và thời gian khác nhau ....................................................................... 56

Hình 3.8 Kích thước mao quản của than cacbon hóa xơ dừa ................................... 57

ở T= 500oC, t= 30 phút ............................................................................................. 57

Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NH4+ ............................................ 58

Hình 3.10 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ ban amoni đến hiệu suất xử lý ................ 59

Hình 3.11Đường đẳng nhiệt Langmuir ..................................................................... 61

ix

Hình 3.12 Đường đẳng nhiệt Freundlich .................................................................. 62

Hình 3.13 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý amoni ..................... 63

Hình 3.14 Ảnh hưởng của khối lượng than đến hiệu suất xử lý NH4+ ..................... 64

Hình 3.15 So sánh khả năng hấp phụ của than hoạt tính thị trường ......................... 65

và than cacbon chế tạo .............................................................................................. 65

Hình 3.16 Khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ ở mô hình dạng cột ................... 66

Hình 3.17 Khả năng hấp phụ của vật liệu dạng viên ................................................ 67

1

MỞ ĐẦU

Nước thải bệnh viện là một trong những mối quan tâm, lo ngại sâu sắc của các

nhà quản lý môi trường vì chúng có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng và nguy hiểm

đến đời sống con người.

Hiện nay, nước thải từ một số bệnh viện, phòng khám đa khoa có chứa nhiều

thành phần ô nhiễm vượt tiêu chuẩn cho phép, gây ô nhiễm môi trường [4]. Trong

nước thải bệnh viện có một số thành phần giống như nước thải sinh hoạt, chứa

lượng lớn các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ đặc trưng bằng chỉ tiêu BOD5, các chất

dinh dưỡng nito phốt pho, amoni (NH4+). Hàm lượng amoni sau khi xử lý sinh học

có nồng độ đặc thù từ 20-60 mg/l [16].Tuy nhiên ở một số bệnh viện hoặc phòng

khám đa khoa, cơ sở y tế do quá tải trong việc sử dụng khu vệ sinh nên hàm lượng

amoni trong nước sẽ rất cao vượt quá quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy chuẩn

nước thải bệnh viện (QCVN 28: 2010/BTNMT) [4]. Vì là yếu tố gây độc nên việc

xử lý amoni trong nước thải là đối tượng rất đáng quan tâm.

Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã và đang áp dụng nhiều biện pháp xử lý

amoni như: Clo hóa, màng lọc, làm thoáng, trao đổi ion, phương pháp sinh học. Các

phương pháp trên đều có ưu, nhược điểm và khả năng xử lý amoni khác nhau.

Một trong các phương pháp xử lý amoni là hấp phụ và thường được sử dụng ở

giai đoạn cuối cùng nhằm xử lý triệt để và đảm bảo tiêu chuẩn môi trường. Phương

pháp này có nhược điểm là chi phí cao, vật liệu hấp phụ phải tái sử dụng để giảm

chi phí.Vì vậy lựa chọn vật liệu hấp phụ có giá thành rẻ có sẵn trong tự nhiên là vô

cùng cần thiết. Trong đó có phương pháp cacbon hóa từ chất thải nông lâm nghiệp

như tre, gỗ, lõi ngô, xơ dừa [23] để xử lý ô nhiễm nước thải nhuộm [24], ứng dụng

trong mô hình bio-toilet [25] sẽ giảm chi phí đáng kể và không cần tiến hành giải

hấp.

Ở Việt Nam dừa được trồng khá phổ biến đi kèm theo đó là các phế phẩm từ

dừa được thải bỏ ra môi trường và gây ô nhiễm môi trường trong đó có xơ dừa.

Hiện nay xơ dừa được sử dụng để làm đồ thủ công mỹ nghệ, tấm lót, phân bón

trong nông nghiệp, các giá thể sinh học…Với đặc tính tối ưu của xơ dừa như vậy

2

khi sử dụng để chế tạo thành than cacbon hóa làm vật liệu hấp phụ amoni thì giá trị

của nó còn tăng cao. Chất thải cacbon hóa sau khi hấp phụ amoni có thể dùng làm

phân bón cải tạo đất trồng.

Xuất phát từ thực tiễn trên tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo

vật liệu hấp phụ từ xơ ừ để xử lý m tr c thải bệnh việ ”.

Mụ t êu đề tài:

Luận văn được thực hiện nhằm chế tạo ra vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng

phương pháp cacbon hóa. Sau đó sử dụng vật liệu hấp phụ đã chế tạo để xử lý

amoni trong nước thải bệnh viện đã qua xử lý sinh học.

Nội dung nghiên cứu

Luận văn bao gồm các nội dung nghiên cứu chính sau:

1. Tổng quan về nước thải bệnh viện và các phương pháp xử lý amoni trong nước

thải, giới thiệu về phương pháp hấp phụ sử dụng than cacbon hóa.

2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng phương pháp cacbon hóa.

Tiến hành nghiên cứu chế tạo ở các nhiệt độ các khác nhau 300oC, 400

oC, 500

oC và

các khoảng thời gian khác nhau từ 10 phút đến 60 phút, xác định các tính chất của

vật liệu, khảo sát dung lượng hấp phụ amoni, độ tro, chụp ảnh SEM, cấu trúc kích

thước mao quản.

3. Thực nghiệm hấp phụ để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện sau khi đã qua hệ

thống xử lý sinh học bằng phương pháp hấp phụ và nghiên cứu ảnh hưởng của pH,

tỷ lệ Rắn: Lỏng, thời gian đến hiệu suất xử lý amoni trong nước thải và lựa chọn

loại than cacbon hóa cho quá trình xử lý.

- Tiến hành thực nghiệm trên quy mô dạng cột lọc liên tục với các dải lưu lượng

khác nhau từ 0,5 l/h đến 1,5 l/h để khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước

thải của vật liệu.

Ý ĩ và ý ĩ t ực tiễn.

- Nghiên cứu chế tạo than cacbon hóa từ phế liệu nông nghiệp (xơ dừa) tuy là

vật liệu không mới nhưng chưa được chú ý đến nhiều.

3

- Sản phẩm than thành phẩm thu được có những đặc trưng như xốp, có cấu

trúc mao quản và chất lượng phù hợp để xử lý nước thải bệnh viện sau xử lý

sinh học hiếu khí.

- Về mặt kinh tế thì đây là phế liệu nông nghiệp sẵn có và tiềm năng ở Việt

Nam, là một dạng vật liệu hấp phụ đặc biệt và giá thành hợp lý, phù hợp với

điều kiện kinh tế ở Việt Nam

Phạm vi củ đề tài:

Các thực nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm.

4

C ơ 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về tình hình ô nhiễm m tr c thải bệnh viện

Nước thải bệnh viện là dung dịch thải từ các cơ sở khám, chữa bệnh. Nguồn tiếp

nhận nước thải là: nước mặt, vùng nước biển ven bờ, hệ thống thoát nước, nơi mà

nước thải y tế thải vào. Nước thải y tế chứa vô số loại vi trùng, virus và các mầm

bệnh sinh học khác trong máu, mủ, dịch, đờm, phân của người bệnh, các loại hóa

chất độc hại từ cơ thể, chế phẩm điều trị, chất phóng xạ [16]. Ngoài ra còn có các

chất bẩn khoáng, hữu cơ đặc thù như chế phẩm thuốc, chất khử trùng, các dung môi

hóa học, dư lượng thuốc kháng sinh, các đồng vị phóng xạ được sử dụng trong quá

trình chuẩn đoán và điều trị bệnh. Thành phần và nguồn gốc phát sinh nước thải

bệnh viện được thể hiện ở bảng 1.1:

Bảng 1.1 Thành phần và nguồn phát sinh nước thải bệnh viện

Nhóm Thành phần Nguồn phát sinh

Các chất ô nhiễm

hữu cơ, các chất

vô cơ

Cacbonhydrat, protein, chất béo,

nguồn gốc động vật và thực vật,

các hợp chất nito, photpho

Nước thải sinh hoạt của

bệnh nhân, người nhà

bệnh nhân, khách vãng

lai, cán bộ công nhân viên

trong bệnh viện

Các chất tẩy rửa Muối của các axit béo bậc cao Xưởng giặt của bệnh viện

Các loại hóa chất - Formaldehyde

- Các chất quang hóa học

- Các dung môi gồm các hợp

chất halogen như

Cloroform, các thuốc mê

sốc hơi như halothan, các

hợp chất khác như xylem,

axeton

- Các chất hóa học hỗn hợp

Sử dụng trong khoa giải

phẫu bệnh, triệt khuẩn,

ướp xác và dùng bảo quản

mẫu xét nghiệm ở một số

khoa.

Có trong dung dịch dùng

cố định và tráng phim

Sử dụng trong quá trình

điều trị và chuẩn đoán

5

gồm các dịch làm sạch và

khử khuẩn

- Thuốc sử dụng cho bệnh

nhân

bệnh.

Các loại vi khuẩn

virut, kí sinh

trùng gây bệnh

Vi khuẩn Salmonalla, Shigella,

Vibrio, Cholorae, coliorm, tụ cầu,

liên cầu, Virus đường tiêu hóa,

virus bại liệt, nhiễm các loại ký

sinh trùng, amip và các loại nấm

Có trong máu, dịch đơm,

phân của người mang

bệnh

(Nguồn: Bộ y tế và DTM Dự án xây dựng 2007) [16]

Các hợp chất chứa nito có thể tồn tại dưới dạng hợp chất hữu cơ, nitrit, nitrat

và amoni. Amoni thực ra không quá độc với cơ thể con người. Nhưng khi ra môi

trường nếu hàm lượng amoni vẫn còn cao thì các vi sinh vật trong nước nhờ oxi

không khí chuyển amoni thành cách nitrit (NO2-), nitrat (NO3

-), tích tụ trong nước

mặt. Các hợp chất chứa nito trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho

cơ thể người sử dụng nước.Hàm lượng một số chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải bệnh

viện các tỉnh phía Bắc được đưa ra ở bảng dưới đây cho thấy mức độ nguy hại của

nước thải bệnh viện:

Bảng 1.2 Chất lượng nước thải một số bệnh viện khu vực phía Bắc

STT Chỉ tiêu ô nhiễm Đơn vị tính Hàm lượng trung bình

Tổng BV tuyến

tỉnh

BV tuyến

trung ương

1 pHc mg/l ±7,16 ±7,02 ±6,81

2 CODc mg/l ±148,79 ±134,81 ±142,42

3 SSa mg/l 48,35 35,70 66,43

4 NH4+ (tính theo N)

c mg/l ±22,44 ±27,99 ±29,44

5 NO3-

(tính theo P)c mg/l ±0,15 ±0,32 ±0,53

6 PO43-

(tính theo P)c mg/l ±6,57 ±6,7 ±8,37

6

7 Dầu mỡ động thực

vậtc

Mg/l ±2,62 ±2084 ±2,35

8 Coliform/100mlb - ±81x10

4 ±93 x10

4 ±75 x10

4

a. Số liệu năm 2011

b. Số liệu năm 2012-2013, nước thải sau xử lý

c. Số liệu năm 2010 -2013

(Nguồn: Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trường, Kết quả quan trắc

môi trường bệnh viện 2010-2013) [5]

Theo Đào Ngọc Phong và các cộng sự 1998 [18] nghiên cứu về ô nhiễm môi

tường và khả năng lây truyền do nước thải bệnh viện gây ra ở Hà Nội cho thấy hiện

tượng tăng vượt trội ở các khu dân dư tiếp xúc với nước thải bệnh viện nhất là bệnh

đường tiêu hóa.

Với các đặc tính nguy hại của nước thải bệnh viện cần có những hệ thống

công nghệ xử lý để loại bỏ hết các thành phần chất ô nhiễm đạt tiêu chuẩn QCVN

28:2010/BTNMT [4].

1.2 Gi i thiệu về công nghệ xử lý c thải bệnh viện E – Hà Nội

Thiết bị xử lý nước thải CN-2000 được thiết kế chế tạo theo dạng tháp sinh

học. Thiết bị CN-2000 có công suất 120 - 150m3/ngày đêm, được ứng dụng để xử lý

các nguồn nước thải có ô nhiễm hữu cơ và Nitơ. Các thông số nước thải đầu vào:

COD từ 250-300mg/l, BOD từ 100-250 mg/l, nồng độ các độc tố có hại cho các quá

trình xử lý bằng vi sinh đạt mức cho phép [6].

Nguyên lý hoạt động:

7

Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nước thải bệnh viện E [6]

Theo sơ đồ hình vẽ nước thải được thu gom từ các khoa, buồng bệnh, các bể

phốt trong bệnh viện đến bể hợp khối gồm các công đoạn ngăn thu nước thải có lắp

đặt song chắn rác để loại bỏ các thành phần rác, ngăn điều hòa, ngăn làm lắng sơ

bộ, bể hiếu khí và ngăn thu bùn.

Bể điều hòa làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng chất bẩn trong nước

thải, đồng thời tại đây nước thải được trộn các chế phẩm vi sinh nhằm tăng nhanh

quá trình phân hủy sơ bộ các chất hữu cơ, xử lý một phần COD, BOD. Tại đây nước

thải được khuấy trộn và làm thoáng sơ bộ nhờ hệ thống sục khí. Phần nước thải sau

khi đi qua hệ điều hòa được lắng sơ bộ và phần nước gạn trong bể nén bùn được

chảy sang bể hiếu khí gồm 2 ngăn, tại đây hàm lượng bùn hoạt tính được duy trì lơ

lửng để oxy hóa các chất bẩn, hợp chất hữu cơ thành những chất ổn định tạo thành

bông cặn dễ lắng. Tại bể này thực hiện quá trình khử BOD, COD và Nito. Môi

trường hiếu khí trong bể đạt được do sử dụng hệ thống sục khí nhằm duy trì hỗn

hợp lỏng trong thiết bị luôn ở chế độ khuấy trộn hoàn toàn [6].

Sau khi qua xử lý tại bể hiếu khí nước thải được bơm lên thiết bị hợp khối

dạng thám thiết bị xử lý có đệm vi sinh được chế tạo từ vật liệu nhựa có thông số độ

rỗng > 90%., bề mặt riêng 250-300 m2/m

3 [6]. Tại đây thực hiện quá trình xử lý vi

sinh:

Thu gom nước

thải

Song chắn rác Bể điều hòa Bể lắng

đợt 1

Bể khử trùng Bể lắng đợt 2 Bể hiếu khí

Ra cống thành

phố, ao hồ

Bể nén bùn

8

- Trộn khí cưỡng bức có cường độ cao bằng việc dùng không khí thổi cưỡng

bức để hút và đẩy nước thải

- Lọc vi sinh dòng xuôi có lớp đệm vi sinh ngập nước

Thời gian lưu của nước thải trong thiết bị hợp khối là 2-2,5 giờ. Khi nước thải

tưới qua lớp vật liệu lọc bằng các phần tử rắn xốp, các vi khuẩn sẽ được hấp phụ,

sinh sống và phát triển trên bề mặt đó. Vi khuẩn dính bám vào vật rắn nhờ chất

galatin do chúng tiết ra và có thể di chuyển dễ dàng trong lớp chất nhày này. Đầu

tiên vi khuẩn phát triển tập trung ở một khu vực sau đó chúng phát triển lan dần và

phủ kín bề mặt vật liệu lọc. Các chất dinh dưỡng như muối khoáng, hợp chất hữu cơ

và oxy có trong nước thải khuếch tán qua màng sinh vật và có thể vào tận lớp

Xenlulose đã tích lũy phía trong cùng. Sau một thời gian, màng sinh vật được hình

thành và chia thành 2 lớp: Lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí, được oxy hóa khuếch tán

xâm nhập vào, lớp trong là lớp thiếu oxy. Thành phần sinh vật chủ yếu của màng vi

sinh vật là vi khuản, ngoài ra còn có các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn. Sau

một thời gian hoạt động màng sinh vạt dày lên, các chất khí tích tụ phía trong tăng

lên và màng bị tách ra khỏi vật liệu lọc. Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước tăng lên.

Sự hình thành các lớp màng sinh vật mới lại tiếp diễn [6].

Sau đó nước thải cùng bùn hoạt hóa chuyển qua bể lắng đợt 2 (lắng lamen) để

tách khỏi bùn hoạt hóa và cặn hữu cơ khác. Tại bể lắng lamen có xếp đệm làm tăng

bề mặt tiếp xúc, tăng khả năng va chạm. Bể này có đường cấp hóa chất keo tụ nhằm

tạo bông keo tụ nâng cao hiệu suất lắng.

Phần nước trong được qua bộ phận khử trùng bằng dung dịch NaOCl hoặc

Ca(OCl)2 nồng độ 3-5 mg (tính theo lượng Clo hoạt tính)/m3 nước thải. Cuối cùng

nước thải được xả ra ngoài cống. Phần bùn, cặn lắng ở ngăn lắng và từng ngăn xử lý

sinh học được máy bơm hồi lưu một phần bùn hoạt hóa trở lại thiết bị sinh học để

đảm bảo được nồng độ xử lý còn phần bùn dư được bơm về máy nén bùn [6].

Nguyên lý hợp khối cho phép thực hiện kết hợp nhiều quá trình cơ bản xử lý

nước thải đã biết trong không gian thiết bị của mỗi mô-đun để tăng hiệu quả và

giảm chi phí vận hành xử lý nước thải. Thiết bị xử lý hợp khối cùng một lúc thực

9

hiện đồng thời quá trình xử lý bùn hoạt tính và bể lọc nhỏ giọt. Việc kết hợp đa

dạng này sẽ tạo mật độ màng vi sinh tối đa mà không gây tắc các lớp đệm, đồng

thời thực hiện oxy hóa mạnh và triệt để các chất hữu cơ trong nước thải. Thiết bị

hợp khối còn áp dụng phương pháp lắng có lớp bản mỏng (lamen) cho phép tăng bề

mặt lắng và rút ngắn thời gian lưu.

Đi kèm với giải pháp công nghệ hợp khối này có các hóa chất phụ trợ gồm:

chất keo tụ PACN-95 và chế phẩm vi sinh DW-97-H giúp nâng cao hiệu suất xử lý,

tăng công suất thiết bị. Chế phẩm DW-97-H là tổ hợp của các vi sinh vật hữu hiệu

(nấm sợi, nấm men, xạ khuẩn và vi khuẩn), các enzym thủy phân ngoại bào (amilaz,

cellulaz, proteaz) các thành phần dinh dưỡng và một số hoạt chất sinh học sẽ làm

phân giải (thủy phân) các chất hữu cơ từ trong bể phốt của bệnh viện nhanh hơn

(tốc độ phân hủy tăng 7 - 9 lần và thủy phân nhanh các cao phân tử khó tan, khó

tiêu thành các phân tử dễ tan, dễ tiêu), giảm được sự quá tải của bể phốt, giảm kích

thước thiết bị, tiết kiệm chi phí chế tạo và chi phí vận hành, cũng như diện tích mặt

bằng cho hệ thống xử lý. Chất keo tụ PACN-95 khi hòa tan vào trong nước sẽ tạo

màng hạt keo, liên kết với cặn bẩn (bùn vô cơ hoặc bùn hoạt tính tại bể lắng) thành

các bông cặn lớn và tự lắng với tốc độ lắng cặn nhanh; nhờ đó, giảm được kích

thước thiết bị lắng (bể lắng) đáng kể mà vẫn đảm bảo tiêu chuẩn đầu ra của nước

thải [6].

Dưới đây là bảng số liệu kết quả phân tích thực hàm lượng một số chỉ tiêu ô

nhiễm trong nước thải bệnh viện E sau khi qua hệ thống xử lý sinh học:

Bảng 1.3 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu ô nhiễm tại bệnh viện E

STT Chỉ tiêu ô nhiễm Đơ vị tính Nồ độ QCVN 28:2010/BTNMT

(mức B)

1 pH - 7-8 6,5-8,5

2 COD mg/l 85 100

3 SS mg/l 35 100

4 NH4+ mg/l 20-25 10

10

Qua bảng số liệu phân tích hàm lượng các chất ô nhiễm sau khi nước thải

được xử lý sinh học cho thấy pH, hàm lượng COD, SS, NO3-, NO2

- đạt tiêu chuẩn

cho phép (QCVN 28:2010/BTNMT) [4] tuy nhiên hàm lượng amoni (NH4+) thì vẫn

cao vượt quá tiêu chuẩn cho phép.

1.3 Một số p ơ p áp xử lý m tr c thải

Trong nước thải Amoni là thành phần khá phổ biến. Các dòng thải chứa Nito

có thể gây độc đối với môi trường nước, gây ra hiện tượng giảm nồng độ oxi trong

nước, hiện tượng phú dưỡng, ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ Clo. Vì vậy cần phải

loại bỏ Nito trong nước thải là cần thiết. Quá trình loại bỏ các hợp chất nito chủ yếu

là sinh học hay các quá trình kết hợp giữa hóa lý và vật lý [36].

Có rất nhiều phương pháp xử lý amoni trong nước cấp và nước thải đã được

các nước trên thế giới thử nghiệm và đưa vào áp dụng: làm thoáng để khử NH3, ở

môi trường pH cao (pH= 10-11); clo hóa với nồng độ cao hơn điểm đột biến trên

đường cong hấp thụ clo trong nước, tạo cloramin trao đổi ion NH4+ và NO3

- bằng

các vật liệu trao đổi cation/anion như Klynoptilolyle hay Sepiolite; Nitrat hóa bằng

các phương pháp sinh học; nitrat hóa kết hợp khử nitrat; công nghệ anammox;

phương pháp điện hóa, điện thẩm tách, điện thẩm tách đảo chiều [1].

1.3.1 Phương pháp Clo hóa

Clo là chất oxi hóa mạng có khả năng oxi hóa amoni/ammoniac ở nhiệt độ

phòng thành N2. Khi hòa tan Clo trong nước tùy theo pH của nước mà có thể nằm

dạng HClO hay ion ClO- do có phản ứng theo phương trình:

Cl2 + H2O → HCl + HClO (pH <7)

HClO -> H+ + ClO

- (pH > 8)

Khi trong nước có NH4+sẽ xảy ra các phản ứng sau:

HClO + NH3 = H2O + NH2Cl (monocloramin)

HClO + NH2Cl = H2O + NHCl2 (Dicloramin)

HClO + NHCl2 = H2O + NCl3 (Tricloramin)

Nếu Clo dư sẽ xảy ra phản ứng phân hủy các Cloramin

11

HClO + 2 NH2Cl = N2 + 3Cl- + H2O

Khử Clo dư trong nước sau khi lọc bằng Natrisunfit (Na2SO3)

Na2SO3 + Cl2 + H2O -> 2HCl + Na2SO4

Khử Clo dư trong nước sau khi lọc bằng Trionatrisunfit (Na2S2O3)

4Cl2 + Na2S2O3 +5H2O -> 2NaCl + 6HCl + 2H2SO4

Khi đó lượng Clo dư trong nước sẽ giảm tới số lượng nhỏ nhất vì xảy ra phản

ứng phân hủy Cloramin. Khi amoni phản ứng gần hết, Clo dư sẽ phản ứng với các

hợp chất hữu cơ có trong nước để hình thành nhiều hợp chất Clo có mùi đặc trưng

khó chịu. Trong đó khoảng 15% là các hợp chất nhóm THM- Trihalometan và

HAA- Axit axetic halogen đều là các chất có khả năng gây ung thư và bị hạn chế

nồng độ nghiêm ngặt. Ngoài ra với lượng Clo cần dùng rất lớn, vấn đề an toàn trở

lên khó giải quyết đối với các nhà máy lớn. Như vậy phương pháp này tuy đơn giản

về thiết bị và rẻ về kinh tế và xây dựng nhưng lại khó áp dụng [1].

1.3.2 Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng

Amoni tồn tại trong nước dạng cân bằng:

NH4+ ↔ NH3 + H

+ ; pKa = 9,5

Ở pH gần 7 chỉ có một lượng nhỏ khí NH3 so với ion amoni. Nếu ta nâng pH

tới 9.5 tỷ lệ NH3/NH4+= 1, càng tăng pH cân bằng càng chuyển về phía tạo thành

NH3. Khi đó nếu áp dụng các kĩ thuật sục khí hoặc thổi khí thì NH3 sẽ bay hơi theo

định luật Henry là chuyển cân bằng về phía phải [1]:

NH4+ + OH

- ↔H3 + H2O

Trong thực tế pH phải nâng lên xấp xỉ 10,5- 11 để biến 99% NH4+

thành khí

NH3 hòa tan trong nước.

Nâng pH của nước thô: Năng lên bằng cách dùng vôi hoặc xút. Sau bề lọc pha

axit vào nước để đưa pH từ 10,5- 11,0 xuống còn 7,5.

Phương pháp này áp dụng được cho nước thải, khó có thể đưa dược nồng độ

NH4+ xuống dưới 1,5 mg/l nên rất hiếm khi được áp dụng để xử lý nước cấp [1].

12

1.3.3 Phương pháp Ozon hóa với xúc tác Brommua

Xử lý NH4+ bằng O3 với sự có mặt của Br- cũng diễn ra theo cơ chế giống như

phương pháp xử lý dùng Clo [1]. Dưới tác dụng của O3thì Br- bị oxi hóa thành BrO

-

theo phản ứng:

Br- + O3 + H

+ = HBrO + O2

Phản ứng oxy hóa NH4+ được thực hiện bởi ion BrO

- giống như của ion ClO

-

NH3 + HBrO = NH2Br + H2O

NH2Br + HBrO = NHBr2 + H2O

NH2Br + NHBr2 = N2 + 3Br- + H

+

1.3.4 Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là một quá trình hóa lý thuận nghịch trong đó xảy ra phản ứng

trao đổi giữa các ion trong dung dịch điện ly với các ion trên bờ mặt hoặc bên trong

của pha răn tiếp xúc với nó. Quá trình trao đổi ion tuân theo định luật bảo toàn điện

tích, phương trình trao đổi ion được mô tả như sau [1]:

AX + B- ↔ AB + X

-

CY + D+ ↔ CD +Y

+

Trong đó AX là chất trao đổi anion, CY là chất trao đổi cation

Phản ứng trao đổi là phản ứng thuận nghịch, chiều thuận là chiều trao đổi,

chiều nghịch được gọi là chiều phản ứng tái sinh. Mức độ trao đổi ion phụ thuộc

vào:

- Kích thước hóa trị của ion.

- Nồng độ ion có trong dung dịch.

- Bản chất của chất trao đổi ion.

- Nhiệt độ.

Nhựa trao đổi ion dạng rắn được dùng để thu những ion nhất định trong dung

dịch và giải phóng vào dung dịch một lượng tương đương các ion khác có cùng dấu

điện tích. Nhựa trao đổi cation là những hợp chất cao phân tử hữu cơ có chứa các

nhóm chức có khả năng trao đổi với công thức chung là RX. Trong đó, R là gốc hữu

13

cơ phức tạp có thể là COOH-, Cl

-… Phản ứng trao đổi cation giữa chất trao đổi và

cation có trong dung dịch [1].

R-H(Na) + NH4+ = R-NH4 + H

+(Na)

2R-H + Ca2+ = R2Ca + 2H

+

Chất trao đổi ion có thể có sẵn trong tự nhiên như các loại khoáng sét trong đó

quan trọng nhất là Zeolit, các loại sợi…cũng có thể là chất vô cơ tổng hợp hoặc hữu

cơ. Trong thực tế nhựa trao đổi ion được sản xuất và ứng dụng rộng rãi nhất [1].

1.3.5 Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học gồm hai quá trình nối tiếp là nitrat hóa và khử nitrat

a. Quá trình nitrat hóa:

Quá trình chuyển hóa về mặt hóa học:

NH4+ + 1,3O2 → NO2

- + 2H

+ + H2O

NO2- + 0,5O2 → NO3

-

Phương trình tổng NH4+ + 2O2 → NO3

- + 2H

+ + H2O(1)

Như vậy 1 mol NH4+ tiêu thụ 2 mol O2 hay 1gN_NH4

+ tiêu thụ 4,57g O2, 1

mol NH4+tạo thành 1 mol NO3

- , 1 mol NH4

+ tạo thành 2 mol H

+. Lượng tạo ra

phản ứng với độ kiềm HCO3- như vậy 1gN_NH4

+ tiêu thụ 7,14g độ kiềm. Các

phương trình trên không tính đến quá trình sinh tổng hợp sinh khối (vi khuẩn). Ta

có:

1,02NH4+ + 1,82O2 + 2,02HCO3

-→ 0,021C5H7O2N + NO3

- + 1,92 H2CO3 + 1,06

H2O

Như vậy 1g N-NH4+ tiêu thụ 4,3g O2, 1g N-NH4

+ tiêu thụ 7,2g độ kiềm (quy về

CaCO3). Để thiết kế người ta hay dùng các con số suy ra từ phương trình.

b. Quá trình khử nitrat hóa:

Để loại bỏ nitrat trong nước, sau công đoạn nitrat hóa amoni là khâu khử nitrat

sinh hóa nhờ các vi sinh vật dị dưỡng trong điều kiện thiếu khí anoxic. Các vi khuẩn

ở đây là dị dưỡng nghĩa là nguồn cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới. Nitrit và

nitrat sẽ chuyển thành dạng khí N2.

14

Quá trình khử nitrat hóa là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp nhau:

NO3- → NO2- → NO → N2O → N2

Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất chúng có thể là chất hữu cơ phổ biến là

axit axetic, H2 và S. Khi có mặt đồng thời NO3- và các chất cho điện tử, chất cho

điện tử bị oxi hóa, đồng thời NO3- nhận điện tử và khử về N2

Vi khuẩn tham gia vào quá trình khử nitrat bao gồm: Bacilus, Pseudoomnas,

Methanomanas, Paracocas, Spiritum, Thiobacilus....[35]

Đây là phương pháp xử lý amoni được nhiều nhà khoa học trong và ngoài

nước quan tâm và cũng có kết quả khả quan.

1.3.6 Phương pháp hấp phụ.

Hấp phụ là phương pháp tách các chất, trong đó các cấu tử hỗn hợp lỏng, hoặc

khí hấp phụ trên bề mặt xốp, rắn. Chất hấp phụ là những vật rắn có chứa các mao

quản. Chất bị hấp phụ là chất nằm trong pha lỏng hoặc pha khí. Khi quá trình hấp

phụ xảy ra tức là có dòng pha lỏng hoặc dòng pha khí chuyển động và tiếp xúc với

chất hấp phụ. Hấp phụ là quá trình chuyển động của các chất bị hấp phụ vào các

ống mao quản và trên bề mặt của chất rắn xốp. Quá trình ngược lại được gọi là quá

trình nhả hấp [9].

Hấp phụ vật lý

Các nguyên tử bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân(nguyên tử, phân tử,

các ion, …) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van der waals yếu. Nói một

cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ

không tạo thành hợp chất hóa học(không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị

ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng lực liên kết phân

tử yếu (lực Van der waals) và liên kết hydro. Sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận

nghịch. Nhiệt hấp phụ không lớn [13].

Hấp phụ hóa học

Có những lực hóa trị mạnh(do các liên kết bền của liên kết ion, liên kết cộng

hóa trị, liên kết phối trí,...) liên kết những phân tử hấp phụ và những phân tử bị hấp

15

phụ tạo thành những hợp chất hóa học trên bề mặt phân chia pha. Nói một cách

khác, hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử hấp phụ tạo thành hợp chất hóa học

với các phân tử bị hấp phụ và hình thành trên bề mặt phân chia pha(bề mặt hấp

phụ). Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường(liên kết ion,

liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí, ...) sự hấp phụ hóa học luôn luôn bất thuận

nghịch. Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol [13].

Một số phương trình đẳng nhiệt mô tả quá trình hấp phụ

Mô hình Langmuir:

Khi thiết lập phương trình hấp phụ Langmuir người ta xuất phát từ giả thuyết

sau:[7]

- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định.

- Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân.

- Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các

trung tâm là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiều phân

hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh.

- Thuyết hấp phụ Langmuir được mô tả bởi phương trình:

Trong đó: qe, qm: dung lượng và dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

Ce: Nồng độ dung dịch tại thời điểm cân bằng

b: hệ số của phương trình Langmuir (được xác định từ thực nghiệm)

Mô hình Freundlich:

Trong đó : Lượng hấp phụ đơn vị, mg chất bẩn/cm3 chất hấp phụ (mg/g)

Ce : Nồng độ cân bằng, mg/l

kF là 1/n là các hằng số đặc trưng, kF đặc trưng cho khả năng hấp phụ của vật liệu

đối với chất bị hấp phụ, n là đặc trưng đính tính cho bản chất tương tác của hệ hấp

phụ. Phương trình được chuyển về dạng đường thẳng

16

Người ta phân biệt hai kiểu hấp phụ: hấp phụ trong điều kiện tĩnh và hấp phụ trong

điều kiện động [7].

- Hấp phụ trong điều kiện tĩnh là không có sự chuyển dịch tương đối của phân

tử chất lỏng (nước) so với phân tử chất hấp phụ mà chúng cùng chuyển động với

nhau. Biện pháp thực hiện là cho chất hấp phụ vào nước và khuấy trong một thời

gian đủ để đạt được trạng thái cân bằng (nồng độ cân bằng). Tiếp theo cho lắng

hoặc lọc để giữ chất hấp phụ lại và tách nước ra.

- Hấp phụ trong điều kiện động là có sự chuyển động tương đối của phân tử

chất lỏng (nước) so với phân tử chất hấp phụ. Biện pháp thực hiện là cho nước lọc

qua lớp lọc vật liệu hấp phụ.

Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen,

keo nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xỉ mạt

sắt,... Trong số này than hoạt tính được sử dụng phổ biến nhất. Than hoạt tính có hai

dạng: dạng bột và dạng hạt đều được dùng để hấp phụ. Lượng chất hấp phụ tùy

thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có trong nước.

Phương pháp này có khả năng hấp phụ 58 95% các chất hữu cơ và màu. Các chất

hữu cơ có thể bị hấp phụ được tính đến là phenol, ankylbenzen, sulfonic axit, thuốc

nhuộm, các hợp chất thơm [26].

. Hiện nay người ta áp dụng than hoạt tính để xử lý amoni trong nước thải: Bột

than hoạt tính và nước thải (thường là nước thải sau xử lý sinh học) cho vào một bể

tiếp xúc, sau một thời gian nhất định bột than hoạt tính được cho lắng hoặc lọc. Do

than hoạt tính rất mịn nên phải sử dụng thêm các chất trợ lắng polyelectrolyte. Bột

than hoạt tính còn được cho vào bể aeroten để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan trong

nước thải. Than hoạt tính sau khi sử dụng có thể được tái sinh lại tuy nhiên chưa tìm

được phương pháp hữu hiệu để tái sinh, đối với than hoạt tính dạng hạt người ta tái

sinh trong lò đốt để oxy hóa các chất hữu cơ bám trên bề mặt của chúng, trong quá

trình tái sinh 5- 10 % hạt than bị phá hủy và phải thay thế bằng hạt mới [26].

17

1.4 Công trình nghiên cứu xử lý amoni trong c thải ở thế gi i và Việt Nam.

Hiện nay trên thế giới và Việt Nam cũng đã có rất nhiều công trình nghiên cứu

loại bỏ amoni trong nước thải trong đó xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và Nitơ nói

chung bằng các biện pháp sinh học là rất phổ biến trong các phương pháp bởi tính

khả thi và tính kinh tế cao của phương pháp này mang lại. Bên cạnh đó phương

pháp hấp phụ cũng là một trong những phương pháp đáng được quan tâm:

1.4.1 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải trên thế giới.

Từ những năm 1995, phản ứng chuyển hóa hợp chất nitơ mới về cả lý thuyết

và thực nghiệm đã được phát hiện trong nước thải. Đó là phản ứng oxy hóa

ammonium bởi nitrite trong điều kiện kị khí [37] để tạo thành Nito phân tử mà

không cần cung cấp chất hữu cơ, chất dinh dưỡng. Gần 20 năm sau, nhóm đại học

kỹ thuật Delf Hà Lan và sau đó là các nước Đức Nhật, Thụy Sỹ, Bỉ, Anh đã công bố

lần lượt các kết quả nghiên cứu ban đầu về quá trình amammox, bản chất của quá

trình là ammonium được oxy hóa trong điều kiện kị khí mà nitrite đóng vai trò là

chất nhận điện tử tạo thành nito phân tử [33]. Đây là quá trình oxy hóa amoni bơi

nitrỉe xảy ra trong điều kiện không có oxy theo tỷ lệ giữa NH4+ và NO2

- tương

đương 1:1 [37], cơ chế sinh hóa dựa vào sự cân bằng sinh khối trong quá trình làm

giàu anammox được thiết lập như sau:

NH4++1,32NO2

-+0,066HCO3

-+0,13H

+=1,02N2 + 0,26NO3

- + 0,066CH2O0,5N0,15 +

2,03H2O

Trong đó quá trình khử amoni trong điệu kiện kị khí xảy ra trong điều kiện tự

dưỡng mà NO2 đóng vai trò không thể thiếu trong quá trình thực hiện sự chuyển

hóa chất dinh dưỡng. Như vậy để loại bỏ amoni trong nước thải dựa vào sự phát

triển sinh khối (CH2O0,5N0,15) từ phản ứng amoni đòi hỏi quá trình chuyển hóa vật

chất tuân theo cơ chế 50:50.

18

1.4.2 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải ở Việt Nam

Trong những năm gần đây tại Việt Nam đã có một số các công trình nghiên

cứu xử lý các hợp chất hữu cơ chứa Nito trong nước cấp cũng như nước thải như

sau:

- Tháng 6 năm 2013 Công ty Suidokiko Kaisha, LTD, Tokyo, Nhật Bản đã hỗ trợ

trung tâm Quốc gia nước sạch và Vệ sinh môi trường nông thôn xây dựng thí điểm

một hệ thống xử lý nước có xử lý amoni trong nước ngầm bằng phương pháp sinh

học [2], tháng 8 năm 2013 hoàn thành lắp đặt tại trung tâm Tư vấn và chuyển giao

công nghệ cấp nước và vệ sinh môi trường, ngõ 3, Cầu Bươu, Thanh Trì, Hà Nội và

đã bắt đầu đi vào hoạt động theo sơ đồ hình [1.2].

Hình 1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Hệ thống tiến hành trên công suất 5m3/h, xử lý qua ba bước là xử lý sinh học,

kết tủa, lắng sau đó xử lý hóa chất sau đó nước thải được chuyển qua hệ thống lọc

nhanh. Kết quả thu được nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN

28:2010/BTNMT [4].

Đối với nước thải đã có công trình nghiên cứu trên cơ sở phản ứng anammox

để xử lý loại bỏ nito kết hợp nitrit hóa bán phần và oxi hóa kị khí amoni ( viết tắt là

quá trình SNAP). Đây là công trình nghiên cứu mô phỏng nước rỉ rác chứa amoni

với nồng độ 240mg-N/l ở tải trọng 0,6 kg-N/m3/ngày cho thấy sự vận hành ổn định

với hiệu suất chuyển hóa amoni 85-90% và hiệu suất nôt 75-80%. Kết quả tương tự

19

đạt được trong một bể phản ứng khác với nồng độ amoni là 500 mg-N/l và tải trọng

đến 1,0 kg-N/m3/ngày, với hiệu suất 80%. Quá trình SNAP sinh ra rất ít bùn với

hiệu suất bùn 0,045 mg-VSS/mg-N bị loại [2].

Ngoài ra đã có công trình nghiên cứu áp dụng phương pháp sinh học có sử

dụng hai dòng vi khuẩn Pseudomonas stutzeri D3b và Acinetobacter lwoffii TN&

để loại bỏ amoni trong nước rỉ rác có hàm lượng amoni từ 50 đến 100 mg/l. Kết quả

nghiên cứu cho thấy trong điều kiện sục khí 4 giờ bổ sung 1 ml acid acetic cho 1 lít

nước rỉ rác vi sinh vật hoạt động hữu hiệu giảm lượng amoni trong nước rỉ rác với

pH 6-8 trong khoảng cho phép của TCVN 33-85 [11].

Than hoạt tính làm một dạng của carbon đã được xử lý để mang lại một cấu trúc rất

xốp, với diện tích bề mặt lớn đặc trưng bằng cấu trúc nhiều đường mao dẫn phân

tán tạo nên các lỗ với kích thước và hình dạng khác nhau. Nghiên cứu cấu trúc và

tính chất hấp phụ ammonium trong nước của than trà Bắc thực hiện tại trung tâm

phân tích kiểm nghiệm TVU, Khoa hóa học ứng dụng, Trường Đại học Trà Vinh

cho thấy tải trong hấp phụ của than hoạt tính biến tính là 10,2 mg/g có khả năng xử

lý amoni tốt [14].

1.5 Hiện trạng và một số biện pháp xử lý xơ ừa ở Việt Nam

1.5.1 Hiện trạng xơ dừa ở Việt Nam

Ngành sản xuất chỉ xơ dừa đã được hình hành rất lâu và bắt đầu phát triển từ

năm 1996, cho đến những năm gần đây ngành sản xuất chỉ xơ dừa mới thật sự phát

triển mạnh. Theo tính toán của các nhà chuyên môn, để sản xuất một tấn chỉ xơ dừa

thì có ít nhất 2,5 tấn mụn được thải ra. Kết quả điều tra năm 2005 có khoảng 200 cơ

sở sản xuất chỉ sơ dừa trên toàn huyện Mỏ Cày, phát triển tập trung mạnh nhất ở các

xã Khánh Thạnh Tân, Đa Phước Hội, An Thạnh, Thành Thới B nằm dọc theo tuyến

sông Thơm có khoảng 135 cơ sở. Sản xuất chỉ xơ thải ra lượng mụn dừa giao động

từ 300-500 tấn/ngày, tập trung nhiều nhất vào khoảng tháng 4-9 hằng năm. Phần lớn

mụn dừa không có bãi chứa hoặc có bãi chứa khi quá tải thì chủ cơ sở thải đổ trực

tiếp xuống sông Thơm gây ô nhiễm môi trường và lan rộng ra các nhánh của sông

20

Thơm, ảnh hưởng đến chất lượng nước sinh hoạt của người dân và huỷ diệt nguồn

lợi thuỷ sinh vật [3].

Sông Thơm từ phía sông Hàm Luông, khi đến đoạn sông thuộc xã Đa Phước

Hội giáp thị trấn Mỏ Cày đã thấy nước sông lấm tấm hạt mụn dừa.

Mụn dừa gây ô nhiễm nước sông, không chỉ ảnh hưởng ăn uống, sinh hoạt của

con người mà việc nuôi trồng thủy sản cũng bị thiệt hại, vì mụn dừa còn theo dòng

nước chảy vào các con rạch, mương vườn, ao cá, nước chát của vụn rỉ gây ra ô

nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến sự sống của các sinh vật.Thủy sản ngoài sông

rạch cũng giảm nhiều. Ở vùng này trước đây có miệng chài là có thể kiếm tôm cá

nuôi sống gia đình được, nay phải bỏ nghề vì cá tôm còn rất ít.

Hầu hết việc xử lý mụn xơ dừa chưa hiệu quả vì mặt bằng không đủ chứa, còn

chuyển cơ sở sang nơi khác thì chi phí vận chuyển nguyên liệu và thành phẩm rất

cao.

Hoạt động của các cơ sở sản xuất xơ dừa cũng đóng góp rất lớn vào nguồn thu

ngân sách nhà nước, góp phần tăng giá trị trái dừa cho nhà vườn, mang lại ngoại tệ

từ xuất khẩu chỉ xơ dừa không phải nhỏ.

Tuy nhiên, sớm có qui hoạch một bãi đổ mụn dừa, cơ sở sản xuất phải đưa

mụn đến bãi đổ để chấm dứt tình trạng ô nhiễm dòng sông Thơm.

Tính chất của xơ dừa

Theo TAPPI (1988) xơ dừa là chất hữu cơ và có thể tái sử dụng. Độ pH của xơ

dừa là 5,5 [3].

Chất lượng của xơ dừa không bị ảnh hưởng nếu độ pH thấp hơn. Xơ dừa có

một số tính chất và thànhphần hóa học sau:

- Tỷ lệ C:N là 80:1.

- Độ xốp10-12%.

- Chất hữu cơ: 9,4-9,8%.

- Tổng lượng tro: 3-6%.

- Cellulose: 20-30%.

- Lignin: 60-70%

21

- Tanin: 8,0-8,5% (thuộc loại pyrocatechic-tanin không thủy phân).

- EC (dS/m)0,8.

- N0,5%.

- P0,3%.

- K0,4%.

1.5.2 Biện pháp xử lý xơ dừa ở Việt Nam

a) Mụn dừa làm đất sạch.

Trong quá trình đập, tước chỉ xơ dừa, vụn dừa phát tán gây ô nhiễm môi

trường do thải xuống sông, kênh, rạch…Ngày nay mụn dừa trở nên khan hiếm nhờ

sản xuất đất sạch, phân hữu cơ vi sinh, đất sinh học, giá thể trồng nấm, chậu trồng

kiểng, bao bì tự hủy, ván ép.

Đất sạch được sản xuất từ mụn dừa qua quá trình xử lý, kết hợp vi sinh thành

một loại đất trồng hữu cơ có các đặc tính ưu việt: Tơi xốp, thoáng khí, dễ thấm

nước, giữ ẩm cao, không mang mầm bệnh, chứa nhiều vi sinh vật có lợi cho đất.

Sau 6 tháng sử dụng, đất sạch trở nên “mùn hoá” (tạo thành humus kết giữ được các

khoáng vi và đa lượng trong đất để cung cấp cho cây trồng) có ích cho cây trồng.

Đất sạch được sản xuất dạng viên nén tròn, viên nén vuông, thành phần đất sạch,

gồm: Nitơ, mùn hữu cơ, vi lượng đủ dùng, vi sinh vật hữu ích, vi sinh vật cố định

đạm, vi sinh vật phân giải lân… [3].

Đất sạch được sản xuất theo công nghệ như sau: Đem xả chất chát và các tạp

chất trong mụn dừa, dùng phương pháp hóa học để tách chất chát trong mụn dừa,

đồng thời xử lý và cho ra một gốc hóa học khác ở dạng muối dễ tiêu. Sau đó mụn

dừa được diệt khuẩn có hại, đem xay nhuyễn, trộn ủ với các chất dinh dưỡng đa, vi

lượng từ nguồn hữu cơ vi sinh, sấy khô và đóng gói xuất ra thị trường. Đất sạch có

đặc tính dễ thấm nước, giữ ẩm tốt, thoát nước nhanh, kháng sâu bệnh… thích hợp

để trồng hoa kiểng, rau sạch, rau mầm, ươm cây giống [3].

Đất sinh học được sản xuất từ mụn dừa bằng phương pháp vi sinh để loại bỏ

chất chát thành dạng muối vi lượng, có tác dụng như một loại phân bón, khi trộn

22

vào đất, giúp đất trở nên tơi xốp hơn. Ngoài ra, đất sinh học còn cải thiện được sự

bạc màu của đất tự nhiên, vì trong đất sinh học có các thành phần: Nitơ, P2O5, K2O,

Acid Humic, Ligninsulfonate, trung lượng, vi lượng, vi sinh vật kháng bệnh cho

đất, vi sinh vật cố định đạm, vi sinh vật phân giải lân, vi nấm kháng bệnh. Đất sinh

học khi trộn vào đất sẽ có những tác dụng: giúp cho đất trồng có hệ dinh dưỡng đầy

đủ và cân đối; giúp điều tiết được dinh dưỡng cho cây trồng theo cơ chế vi sinh; Cải

thiện trạng thái mao dẫn của đất làm cho đất dễ thấm nước. Tăng khả năng trao đổi

ion trong đất, giúp cho đất tơi xốp, thoáng khí tạo điều kiện cho rễ cây phát triển

mạnh. Đất sinh học giữ ẩm tốt trong điều kiện khí hậu thay đổi, thích hợp cho việc

cải thiện đất pha cát, pha sét. Trong đất sinh học có nhiều chủng loại vi sinh có lợi

cho đất và cây trồng, tăng độ phì nhiêu giúp cải tạo đất tốt [3].

Mụn dừa là nguyên liệu để sản xuất phân hữu cơ vi sinh: sau khi mụn dừa

được sấy khô loại bỏ tạp chất có hại, áp dụng tiếp kỹ thuật vi sinh sẽ cho ra sản

phẩm phân hữu cơ vi sinh, giúp cải tạo đất bạc màu một cách hiệu quả.

b) Mụn dừa là nguyên liệu sản xuất ván ép

Mụn dừa là nguyên liệu để sản xuất ván ép, do mụn dừa có chất chát nên có

khả năng chống mối, mọt. Sản phẩm ván ép từ mụn dừa có công dụng như tấm

Okal, MDF. Theo kết quả thử nghiệm của Chi cục đo lường TP. HCM thì lực uốn

gãy của loại ván ép dày 12mm và làm bằng mụn dừa là lớn hơn 90kg/cm2 [3].

c) Mụn dừa làm giá thể để trồng nấm.

Mụn dừa còn là nguyên liệu tốt để làm giá thể trồng nấm rơm và nấm bào ngư.

Hiện nay, Trung tâm Nghiên cứu và Ứng dụng tiến bộ khoa học-công nghệ Bến Tre

đang đầu tư xây dựng vùng nguyên liệu trồng nấm và phối hợp với Công ty Chế

biến sau thu hoạch Quang Minh Anh (TP. HCM) để đưa dây chuyền công nghệ hiện

đại vào sản xuất nấm rơm, nấm bào ngư từ mụn dừa, xuất khẩu sang Mỹ [3].

d) Các công dụng khác của mụn dừa

23

Bên cạnh làm đất sinh học, đất sạch, phân hữu cơ vi sinh, ván ép, vụn dừa là

nguyên liệu sản xuất chậu trồng cây, bầu trồng cây, bao bì tự hủy. Quy trình sản

xuất như sau: Hỗn hợp nguyên liệu gồm bã mía, vụn dừa, phụ gia (thạch cao, nhựa

thông…) được nghiền thành bột (độ mịn phụ thuộc vào từng loại sản phẩm), sau đó

đưa vào khuôn ép định hình sản phẩm, phơi sấy rồi đưa vào sử dụng. Việc cho phụ

gia nhiều hay ít sẽ quyết định thời gian phân hủy của sản phẩm từ 1 tháng đến 1

năm. Thực tế cho thấy, các sản phẩm chậu hoa, bầu trồng cây tự hủy giúp cây phát

triển nhanh, sau 1 thời gian sử dụng chậu sẽ tự phân hủy thành đất mùn. Thị trường

Tây Âu và Bắc Mỹ rất ưa chuộng sản phẩm này [3].

Hiện nay, vụn dừa ở Bến Tre còn được sơ chế xuất khẩu sang các nước như

Hàn Quốc, Hà Lan, Đài Loan, Thuỵ Điển, Nhật, Canada, Bỉ, Trung Quốc để trồng

hoa, rau cải, cà chua … trong nhà kính mà không cần đất tự nhiên. Do vụn dừa có

nhiều công dụng nên hiện nay mụn dừa trở nên đắt hàng, từ đó các khu vực sản xuất

chỉ xơ dừa ở Bến Tre không bị ô nhiễm như trước đây [3].

e) Xơ dừa làm nguyên liệu chế tạo phụ tùng xe

Chế tạo phụ tùng xe không nhất thiết cần nguyên liệu đắt tiền. Ngay nguồn vật

liệu phong phú rẻ tiền như trái dừa khô cũng có thể được sử dụng.

Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Baylor (Texas) mới đây phát

hiện nguyên liệu mới giúp tiết kiệm giá thành sản xuất phụ tùng xe - vỏ dừa đã qua

sử dụng hay xơ của trái dừa khô. Để chứng minh nhận định này, họ đã thử nghiệm

sản xuất ván sàn, đường nẹp thân xe, panen cửa nội thất từ xơ dừa bỏ đi. Kết quả

thật bất ngờ, nguồn nguyên liệu tưởng chừng phế thải đã phát huy tác dụng triệt để,

thay thế phần nào sợi tổng hợp pôliexte hiện thời [3, 8].

Đó là nhờ tính hữu dụng đặc biệt của hợp chất xơ dừa pha trộn pôliprôpilen,

cho hỗn hợp chịu nhiệt độ cao. Từ đó nhà sản xuất dễ dàng tạo khuôn và làm bóng

hình khối theo ý đồ mong muốn. Thêm vào đó, phụ tùng xe chế tạo từ xơ dừa còn

được người tiêu dùng ưa chuộng ở đặc tính nhẹ bền chắc chắn, bảo vệ xe khỏi nguy

cơ cháy nổ và khói độc [8].

24

Chính vì thế, sản phẩm phụ tùng xe độc đáo này đã trở thành người sản phẩm

hữu ích của rất nhiều quốc gia vùng gần xích đạo - nơi thiên tai hiểm họa luôn rình

rập đe dọa cuộc sống của người dân. Đặc biệt, tại những xứ sở dừa chất thành đống

như Inđônêxia, Gana hay n Độ - nơi người dân không ý thức xơ dừa tích tụ chính

là môi trường lý tưởng của loài muỗi anôphen - việc tận dụng vỏ dừa khô chế tạo

phụ tùng xe được xem như một sản phẩm lý tưởng: vừa bảo vệ môi trường và

phòng bệnh sốt rét, vừa nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh [8].

f) Dùng xơ dừa để xử lý nước thải.

Các vật liệu dùng làm giá thể cho sinh vật bám trong quy trình xử lý nước thải

sinh học thường có ít nhất một trong bốn điểm yếu sau: đắt tiền, trọng lượng lớn,

chiếm chỗ và dễ gây tắc nghẽn dòng chảy. Xơ dừa là một vật liệu có thể tránh được

những bất lợi đó.

Một trong những biện pháp nâng cao hiệu suất xử lý nước thải bằng công nghệ

sinh học là nâng cao mật độ vi sinh vật trong hệ thống. Khi xử lý nước thải bằng

quá trình sinh trưởng lơ lửng (không có giá thể cho sinh vật bám), thì nước thải qua

xử lý đi ra ngoài, đã mang theo một lượng đáng kể vi sinh vật.

Phương pháp xử lý theo kiểu sinh trưởng kết bám (có giá thể) khắc phục được

điều này. Trước đây, những vật liệu được sử dụng làm giá thể thường là các vật liệu

trơ như cát sỏi, gốm, xỉ quặng hoặc chất dẻo. Tuy nhiên, các vật liệu trên thường là

đắt tiền (với chất dẻo, đầu tư 75 - 200USD cho mỗi mét khối thể tích bể xử lý),

trọng lượng lớn chiếm chỗ và dễ gây tắc nghẽn dòng chảy của nước thải qua bể xử

lý [8].

Nhằm tìm kiếm một loại vật liệu làm giá thể có thể khắc phục được các điểm

yếu nêu trên, xơ dừa đã bắt đầu được nghiên cứu năm 1996. Các miếng đệm xơ dừa

phủ cao su dưới dạng các khối hình chữ nhật kích thước nhỏ được lắp đặt đều bên

trong một bể xử lý kỵ khí. Với nước thải chế biến cao su, mô hình trên có hiệu suất

xử lý chất hữu cơ khoảng 90% [8].

25

Từ những ứng dụng ban đầu của công nghệ trên, người ta đã nghiên cứu thành

công ứng dụng xơ dừa thô trong xử lý nước thải dưới dạng đơn giản hơn. Các sợi

xơ dừa được kết thành chuỗi tiết diện tròn và không phủ cao su đường kính 20cm và

dài 200cm. Sau đó, các chuỗi này được buộc song song với nhau trên một khung

hình chữ nhật.

Nước thải từ một xưởng chế biến cao su được cho qua bể phân hủy kỵ khí có

xơ dừa thô làm giá thể, thời gian lưu nước là hai ngày. Kết quả, 90% COD và BOD

bị loại ra khỏi nước thải. Mô hình này đã được vận hành thử nghiệm thường xuyên

từ tháng 9/1999 đến năm 2001. Qua kiểm nghiệm chất lượng nước thải trên 22 mẫu

nước thải, hiệu suất xử lý đối với chất ô nhiễm hữu cơ vẫn ổn định, đạt khoảng 90%

đối với cả BOD và COD, hiện tượng cuốn trôi vi sinh vật ra khỏi bể xử lý không

đáng kể, thuận lợi cho những quá trình xử lý kế tiếp. Sau hơn một năm vận hành, bể

kỵ khí dùng xơ dừa không có hiện tượng tắc ngẽn dòng chảy nước thải.Vì thành

phần chủ yếu của xơ dừa là cellulose ( khoảng 80%) và lignin (khoảng 18%), nên

rất khó bị vi sinh vật phân hủy. Theo ước tính của các nhà nghiên cứu, tuổi thọ của

xơ dừa trong bể kỵ khí là khoảng 5 năm [8].

Từ kết quả trên, đã chứng minh khả năng và hiệu quả sử dụng xơ dừa thô

trong bể xử lý kỵ khí để xử lý nước thải nghành chế biến cao su. Ngoài ra, có thể áp

dụng công nghệ trên trong việc xử lý các lọai nước thải có chứa chất ô nhiễm hữu

cơ cao. Xơ dừa là một loại vật liệu rẻ tiền và sẵn có ở nhiều vùng trong nước ta, nên

đây có thể được coi như một hướng phát triển các công nghệ xử lý nước thải đơn

giản và rẻ tiền.

1.6 Tổng quan về tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế gi i và

Việt Nam

1.6.1 Tổng quan về phương pháp cacbon hóa.

Hiện nay phương pháp thiêu đốt được sử dụng phổ biến để xử lý chất thải rắn

sinh hoạt và chất thải rắn y tế và ngăn ngừa các dịch bệnh. Tuy nhiên phương pháp

này còn hạn chế vì chi phí xử lý cao và có nguy cơ tạo thành dioxin và furan. Một

26

công nghệ mới xử lý chất thải bằng phương pháp cacbon hóa, công nghệ này cho

phép thu hồi năng lượng như nhiệt năng và điện năng hoặc nguyên nhiên liệu sạch

(than sạch, than hoạt tính) [15]. Phương pháp này góp phần xử lý ô nhiễm môi

trường và lượng rác thải cho bãi chôn lấp, đây là một yếu tố quan trọng trong vấn đề

quản lý chất thải.

Cacbon hóa là quá trình loại bỏ các chất hữu cơ nhẹ có thể bay hơi có mặt

trong nhiên liệu nhằm mục đích thu nhận cacbon. Đây là quá trình cháy không hoàn

toàn nguyên liệu. Các hợp chất hữu cơ phân hủy dưới tác dụng của nhiệt và tạo

thành cacbon. Quá trình cacbon hóa có thể phân chia thành hai bước: sấy khô và đốt

cháy không hoàn toàn nhiên liệu [15].

Có một số khác biệt giữa phương pháp thiêu đốt truyền thống và công nghệ

mới. Phương pháp truyền thống biến toàn bộ chất thải đầu vào thành khí thải và tro,

sinh ra lượng khí thải độc hại. Ngược lại phương pháp nhiệt phân biến chất thải

thành các loại nhiên liệu giàu năng lượng bằng việc đốt chất thải ở trạng thái kiểm

soát, quy trình xử lý nhiệt hạn chế sự biến đổi để quá trình đốt cháy không xảy ra

trực tiếp, chất thải được thành những chất trung gian có thể xử lý thành các vật liệu

tái chế hoặc thu hồi năng lượng. Dưới tác dụng của nhiệt, các loại rác thải chuyển

hóa kèm theo quá trình phân hủy tạo thành nước, khí và than tổng hợp. Than tổng

hợp được làm lạnh trong vòng 90 giây mà không cần một sản phẩm phụ gia nào

trong khoang giảm nhiệt, đây là sản phẩm của chính quá trình xử lý nhiệt phân rác

thải ở nhiệt độ thấp, loại than này có chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp khoảng 0,2%.

Điều đáng lưu ý là công nghệ nhiệt phân rác thải ở nhiệt độ thấp này sẽ giúp tránh

được nguy cơ phản ứng sinh ra các chất độc hại, đặc biệt là dioxin [15].

Nhiệt phân là quá trình làm suy giảm nhiệt của các vật liệu cacbon ở nhiệt độ từ

400oC đến 800

oC hoặc trong điều kiện thiếu oxy hoặc có nguồn cung cấp oxy rất

hạn chế. Quá trình này làm bay hơi và phân hủy các vật liệu rác hữu cơ bằng nhiệt,

không bằng đốt lửa trực tiếp. Khi chất thải bị nhiệt phân, khí và than ở dạng rắn

được sinh ra. Than dưới dạng rắn là hợp chất các nguyên liệu khó cháy với cacbon.

Khí tổng hợp được sinh ra là hỗn hợp các khí gồm cacbon monixit, hydro, metan và

27

một số loại hợp chất hữu cơ khác dễ bay hơi. Khí tổng hợp có nhiệt trị là 10-20

mJ/Nm3 [15].

Với những đặc tính tối ưu của phương pháp cacbon hóa, đã có rất nhiều ứng

dụng để xử lý các chất dư thừa trong nông nghiệp và công nghiệp, xử lý các chất

thải sinh hoạt và thương mại, thu hồi năng lượng từ những chất dư thừa trong quá

trình tái chế liệu.

Ưu điểm của phương pháp:

- Giảm khối lượng chất thải.

- Làm cho chất thải an toàn và biến thành chất trơ.

- Thu được giá trị của chất thải các loại năng lượng nhiên liệu (điện năng,

than..).

- Đi theo hướng phát triển bền vững tiến tới việc tái sử dụng và tái chế.

- Là một biện pháp xử lý thích hợp đối với lượng chất thải đang gia tăng.

- Chất thải biến thành năng lượng và sự bổ sung cho việc tái chế vật liệu.

- Đẩy mạnh việc thay đổi thành phần chất thải rắn ở bãi chôn lấp.

- Giải quyết tình trạng thiếu nơi chôn lấp chất thải.

- Ứng phó với những công cụ kinh tế và tài chính.

1.6.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế gi i.

Phương pháp cacbon hóa đã được thế giới nghiên cứu và sử dụng từ rất lâu

trên thế giới nhằm thu hồi được những sản phẩm nhiên liệu có giá trị cao hơn.

a. Công nghệ cacbon hóa ở nhiệt độ thấp.

Ở Mỹ, từ những năm 1990 đã có rất nhiều nghiên cứu về công trình cacbon

hóa ở nhiệt độ thấp. Fank M. Gentry có các công trình nghiên cứu về quá trình

luyện than cốc và khí hóa than ở nhiệt độ thấp [21,31].

Nhiệt độ của quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp được tranh cãi giữa các nhà

nghiên cứu. Parr và Layng quan niệm nhiệt độ thấp dưới 750oC hoặc 800

oC trong

khi Bone quan niệm nhiệt độ nằm trong giới hạn 550oC và 600

oC và Gludd quan

niệm nhiệt độ thấp trong giới hạn 500oC đến 600

oC [21]. Sự tranh cãi này xuất phát

28

từ một loại than đá mà các thí nghiệm tiến hành và các loại sản phẩm than cốc riêng

của từng nhà nghiên cứu. Par và các cộng sự sử dụng than Illinois để đảm bảo

không có khói khí đốt. Bone sử dụng than của Anh và Gludd sử dụng sản phẩm đầu

tiên của nhựa đường với loại nhựa đường có tỷ lệ cacbon tự do thấp. Do vậy khoảng

nhiệt độ phụ thuộc vào chất lượng sản phẩm tạo ra của các nhà nghiên cứu và

phương pháp thực hiện các quá trình.

Lịch sử quá trình nghiên cứu cacbon hóa ở nhiệt độ thấp liên quan chặt chẽ tới

khí than. Một trong những người đầu tiên đề cập đến lượng dầu lớn nhất thu được là

Perkins, người đạt bằng sáng chế năm 1953 về việc chiết xuất dầu khỏi đá phiến sét

và các vật liệu cacbon khác bằng cách chưng cất ở nhiệt độ thấp. Sau năm đó, Sparr

đề nghị luyện than để lấy dầu nhờn hơn là lấy khí trong điều tự nhiên chân không

cao. Mười năm sau, Parker người phát minh quá trình cốc hóa giành được bằng

sáng chế cho sản phẩm nhiên liệu không khói bằng cách chưng cất khí trơ ở nhiệt

độ cao, như khí lỏng, khí than ở 600oC đến 650

oC. Sau đó Parker đạt được bằng

snags chế cho việc đốt than trong dòng khí thổi ở nhiệt độ dưới 450oC. Đó chính là

nền tảng của quá trình cốc hóa [21].

Tại Mỹ những thí nghiệm được tiến hành từ rất sớm tại đại học Illinois từ

1902. Đã có một báo cáo kết quả vào năm 1908 và một báo cáo nghiên cứu sâu hơn

vào năm 1912 của Parr và công sự. Những nghiên cứu đầu tiên về lĩnh vực này

được nghiên cứu tại Mỹ, nhưng sau đó nó tiếp tục được nghiên cứu chủ yếu ở

những nước có nguồn dầu mỏ bị giới hạn và họ coi nguồn than dự trữ như nguồn

nguyên liệu lỏng quan trọng cho quốc gia. Chiến tranh thế giới đã tạo ra sự thúc đẩy

lớn cho lĩnh vực nghiên cứu này, đặc việt là tại Anh và Đức. Những nghiên cứu cơ

bản về nhiên liệu của Anh xuất bản năm 1917 đẩy mạnh tiết kiệm nhiên liệu và tiếp

tục phát triển những nghiên cứu về nhiên liệu. Nó góp phần to lớn cho những

nghiên cứu về cacbon hóa than [31].

Sau đây là một só nghiên cứu về quy trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp

Quy trình cacbon hóa của Mcintire

29

Quy trình cacbon này dựa theo quy trình của tác giả Smith và được sự ủng hộ

của tổ chức The International Coal Products Company. Năm 1918 chính phủ Mỹ đã

cung cấp tài chính nhằm xây dựng một nhà máy với công suất 575 tấn than thô mỗi

ngày tại Clinchfield, VA. Tuy nhiên quy trình vận hành của nhà máy gặp nhiều khó

khăn, thêm vào đó những trờ ngại về kinh tế đã khiến dự án Clinchfield tạm ngừng

vào năm 1922. Sau này mô hình này được McIntire ứng dụng và phát triển. Điểm

nổi bật của hệ thống này là sự kết hợp giữa quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp và

cao nhằm đạt dược một số quy mô sản xuất cao hơn [15, 15].

Quy trình Coalite

Quy trình dựa trên mô hình của Parker, một trong những người tiên phong của

quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp. Mô hình đưa ra từ những năm dầu 1890

nhưng đến tận năm 1906 thì Coaltile mới giới thiệu về nguyên lý của quá trình

cacbon hóa [29]. Trong mô hình này, các bình chứng cất ở trạng thái tĩnh, nhiệt

được cung cấp từ bên trong và than được xếp từng lớp mỏng. Sau đó The Eticoal

Syndicate đã dựng lên một nhà máy gần Barnsley, nước Anh với công suất khoảng

50 tấn than. Trong quá trình chưng chất hơi nóng dược duy trì từ trên xuống dưới.

nhiệt độ trong bình chưng cất được duy trì ở 650oC trong vòng 4,5 giờ cho đến khi

quá trình cacbon hóa được hoàn thành.

Thiết kế gần đây nhất của Coaltile là một cải tiến trong mô hình của Davidson. Quá

trình cacbon hóa ở nhiệt độ khoảng 650oC trong vòng 8 giờ với lượng than xấp xỉ

36 tấn mỗi ngày. Đặc điểm của mô hình này là các thiết bị có bộ phận thoát khí

trong quá trình cacbon hóa và thu hồi than. Khoảng 25-35% chất dễ bay hơi chứa

trong than sẽ bị hóa hơi ở nhiệt độ 550oC ở trong bình chưng cất [32].

Quy trình Fussion

Đây là phát minh của Hutchin và được tập đoàn Fusion quản lý, mô hình được

thiết kế dạng đơn và kép. Trong mô hình dạng đơn có lò quay bằng thép sắp xếp

theo chiều ngang. Nguyên liệu được nghiền cho vào các lò được đốt nóng. Sản

pahamr được hình thành ở buồng cố định ở trạng thái tĩnh và sau đó được lấy ra, khí

thải ngưng lại và cho một khu vực riêng.

30

Mô hình lò kép nguyên tắc cấu tạo như ở dạng lò đơn. Điểm khác biệt là 2 lò

quay được sắp xếp theo kiểu đồng tâm, và cả hai có bộ phận nghiền nguyên liệu chỉ

diễn ra một lần, do vậy tránh được việc thoát khí trong vận hành. Thứ hai, than

được đốt nóng trước khi tiến hành quá trình cacbon hóa [17].

Quy trình Cacbon hóa chất thải nông nghiệp

Các thành phần chất hữu cơ trong chất thải đô thị có tốc độ phân hủy chậm

trong bãi chôn lấp như xương động vật, hải sản, gỗ, cao su… có thành phần cacbon

tương đối cao [32]. Ngoài ra đối tượng áp dụng khác có thể là các chất thải nông

nghiệp. Đã có rất nhiều nghiên cứu thu hồi cacbon từ sinh khối chất thải nông

nghiệp bằng phương pháp cacbon hóa của trường Đại học năng lượng thiên nhiên

Hawaii (2002) cho thấy sản phẩm thu được có giá trị nhiệt cao, thu hồi được các sản

phẩm cacbon có nhiệt trị cao như bảng sau:

Bảng 1.4 Hiệu suất thu hồi sản phẩm cacbon từ chất thải rắn nông nghiệp [34]

Chất thải Tỷ lệ thành phần % Hiệu

suất thu

hồi sản

phẩm

Hiệu

suất thu

hồi

cacbon

Nhiệt trị

của sản

phẩm

Hiệu

suất

chuyển

đổi năng

lượng

Hơi

nước

cacbon tro

Gỗ thông

tươi

24,7 72,5 2,8 40,0 29,7 29,9 66,1

Gỗ thông khô 15,8 80,6 3,6 36,8 30,4 31,2 63,6

Gỗ sồi 20,2 79,5 0,5 35,1 28,0 31,6 62,5

Lõi ngô 13,6 83,7 2,7 33,1 28,0 32 60,7

Vỏ trâu 23,8 43,2 33,0 46,1 24 19,4 57,7

Ngày nay, công nghệ cacbon hóa ở nhiệt độ thấp được nghiên cứu ứng dụng cho

nhiều lĩnh vực khác nhua. Các vật liệu có tỷ lệ thành phần cacbon cao có thể được

cacbon hóa thành những vật liệu có ích trong các hoạt động xử lý chất thải rắn bảo

vệ môi trường. Rác thải hữu cơ chát được trong rác thải đô thị hay các chất thải

31

PVC có thành phần cacbon cao được cacbon hóa ở nhiệt độ thấp tạo ra các hợp chất

có độ xốp lớn, ứng dụng trong ngành công nghiệp và công nghệ xử lý nước thải.

b. Công nghệ cacbon hóa bằng phương pháp áp suất cao.

Hiện nay, ngoài phương pháp cacbon hóa ở nhiệt độ thấp thì phương pháp

cacbon hóa áp suất cao cũng đạt được những thành tích đáng kể và một công nghệ

cacbon hóa nhanh và hiệu quả, biến sinh khối của cacbon sinh học với lượng có thể

cân bằng giới hạn sau vài chục phút phản ứng. Công nghệ này cần lưu ý sự chát và

kiểm soát tia lửa trong khoang chứa sinh khối. Trong các thí nghiệm tiêu biểu, hệ

thống nén ở 1 MPa bằng không khí và điện được phát cho bộ phận làm nóng ở đáy

lò phản ứng. Sự cháy diễn ra sau vài phút dưới áp suất cao và các tia lửa sẽ bắt đầu

làm cho sinh khối chuyển thành cacbon sinh học. Nếu sinh khối sử dụng là lõi

ngô,sản lượng cacbon được giữ nguyên tuân theo lý thuyết và phản ứng hoàn thành

sau 20 phút [21].

Cacbon sinh học (than củi) được chế tạo ra sau hơn 38.000 năm và hiện giờ

vẫn là nguồn nhiên liên có thể tái tạo quan trọng nhất được sử dụng. Tuy nhiên

những công nghệ cacbon hóa có tính thương mại thì chậm và kết quả không rõ rệt.

Sản lượng đặc trưng của sản xuất than củi từ gỗ cứng của lò Missouri có chu trình

7-12 ngày khoảng 25% trọng lượng [21]. Những công nghệ cacbon hóa kém hiệu

quả hơn được sử dụng rộng rãi ở các nước và nó cũng là nguyên nhân hàng đầu cho

nạn phá rừng ở nhiều quốc gia nhiệt đới. Ngoài ra chu trình sản xuất nhiên liệu than

củi phát thải khí nhà kính nhiều nhất.

Theo báo cáo Viện năng lượng tự nhiên Hawai, Đại học Hawai của nhóm tác

giả Kazuhiro Mochizuki, LloydS. Paredes và Michael J. Antal, Jr năm 2002 [34],

sinh khối được đựng trong hộp hình trụ nhỏ và đưa vào khoang cacbon hóa có áp

suất không khí cao lên tới 1,1 MPa. Hệ thống lò có 2 bộ phận làm nóng ở đáy của

khoang cacbon hóa. Sự cháy bắt đầu sau vài phút và bộ phận làm nóng được tắt đi.

Sau đó, không khí đi vào nồi hơi và các tia lửa bắn ra và chuyển sinh khối thành

cacbon. Khi không khí đã cung cấp đủ cho quá trình cacbon hóa thì sẽ tạm ngừng

dòng khí, khoang cacbon hóa sẽ giảm áp suất và để nguội.

32

Lõi ngô là nhiên liệu tốt cho quá trình cacbon hóa, tại áp suất 1,2 MPa sự cháy

xảy ra sau 2 phút làm nóng và dòng khí thổi dừng lại sau 18 phút. Với công nghệ

này sản lượng cacbon cố định đạt 100% sản lượng tại giới hạn cân bằng nhiệt hóa

học. Kết quả đạt được sự cải tiến to lớn so với công nghệ cũ. Giống như lõi ngô, vỏ

trấu cháy dễ dàng trong không khí ở áp suất cao nhưng sự lưu thông nhiệt và khí thì

bị hạn chế. Với đặc tính đó, sản lượng cacbon hóa cố định (24%) chỉ đạt được 82%

giá trị tại giới hạn thành phần cacbon hóa cố định của than thì ít thay đổi [21].

1.6.3 Tình hình nghiên cứucacbon hóa ở Việt Nam.

Rác thải đang ngày càng trở thành vấn đề bức xúc của xã hội. Với sự phát triển

nhanh chóng của các đô thị lớn như TP Hồ Chí Minh, Hà Nội và Hải phòng… thì

vấn đề xử lý rác thải đô thị lại càng trở nên bức thiết. Ở nước ta, phần lớn rác thải

được xử lý thô sơ bằng cách vùi lấp tại các bãi rác với nguy cơ gây ô nhiễm môi

trường cao, gây ra nhiều hậu quả xấu ảnh hưởng tới sức khoẻ con người.

Có nhiều phương pháp xử lý rác thải đô thị đã được nghiên cứu và áp dụng,

trong đó có phương pháp thiêu đốt. Phương pháp này xử lý được nhiều loại chất

thải (đặc biệt là các chất thải rắn khó phân huỷ như plastic, da, cao su…), tiết kiệm

được diện tích cho các bãi chôn lấp. Tuy nhiên, nó lại gây tác động xấu đến môi

trường không khí, ngoài ra chi phí cho việc xử lý khí thải của quá trình thiêu đốt rất

tốn kém [15, 17, 22].

Trên cơ sở thực tế đó, một phương pháp xử lý mới áp dụng đối với chất thải

rắn giàu cacbon bằng nhiệt phân đã bắt đầu được các nhà khoa học không chỉ ở Việt

Nam mà cả trên thế giới nghiên cứu. Phương pháp cacbon hoá này vừa có thể xử lý

được ô nhiễm của chất thải với chi phí xử lý thấp hơn, vừa tạo ra được loại sản

phẩm tái chế phục vụ kinh tế xã hội như than sạch làm nhiên liệu hoặc vật liệu hấp

phụ dùng trong công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường. Bản chất của phương pháp là

đốt các chất thải rắn cháy được trong điều kiện thiếu ôxy hoặckhông có oxy hoàn

toàn.

Với những ưu điểm vượt trội mà phương pháp cacbon hoá bằng nhiệt phân có

được, trong thời gian qua, các nhà khoa học Viện Công nghệ Môi trường đã tiến

33

hành nghiên cứu công nghệ cacbon hoá để xử lý chất thải rắn đô thị Hà Nội và đã

có một số kết quả khả quan cho việc áp dụng vào thực tế [31,24].

Hình 1.3 Lò nung cacbon hoá đặt tại Viện Công nghệ môi trường và mẫu tre khô

trước cabon hoá và mẫu than.

Cụ thể, hiệu suất thu hồi đối với giấy từ 22-30% và tương đối ổn định; với

nhựa là 25-39%; vải tương đối cao từ 60-75% ở nhiệt độ 300, 400 độ C, nhưng

giảm hẳn xuống còn 14-59% ở nhiệt độ 500 độ C; gỗ đạt từ 15,5 – 25,5%; cao su là

20 – 35% [27].

Vì sản phẩm than thu hồi được định hướng như là nhiên liệu đốt cho công nghiệp

và vật liệu làm giá thể sinh học trong xử lý ô nhiễm môi trường. Trong đó, để làm

nhiên liệu đốt thì vật liệu khi đốt phải sinh ra nhiệt lượng cao và được đặc trưng bởi

thành phần TOC (tổng cacbon hữu cơ) có trong sản phẩm. Do đó, các nhà khoa học

đã tiến hành phân tích các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm theo tiêu chí nhiệt

năng thông qua chỉ tiêu TOC và nhiệt trị.

Bảng dưới đây trình bày kết quả đạt được như sau:

Bảng 1.5 TOC của than carbon hóa từ các vật liệu khác nhau [23]

TT Vật liệu TOC, %

1 Tre 86,77

2 Gỗ 88,82

3 Giấy 52,81

4 Da 57,58

34

5 Lõi ngô 79,35

6 Trấu 68,15

Kết quả cho thấy TOC của các sản phẩm tương đối cao từ 80-90% như của tre,

gỗ và lõi ngô. Điều này chứng minh cho triển vọng ứng dụng công nghệ cacbon hoá

chất thải thành sản phẩm than dùng như nhiên liệu siêu sạch.

Bên cạnh đó, chỉ tiêu về vật liệu làm giá thể sinh học để xử lý ô nhiễm môi

trường cũng được các nhà khoa học nghiên cứu, đánh giá thông qua chỉ tiêu kích

thước mao quản và diện tích bề mặt riêng. Các hình ảnh SEM dưới đây cho thấy các

sản phẩm than từ nguyên liệu gỗ, tre rất phù hợp để làm vật liệu xử lý ô nhiễm môi

trường vì kích thước mao quản và diện tích bề mặt rất phù hợp (10-150 micromet)

[38].

Hình 1.4 ảnh SEM của than cacbon hoá các

thành phần chất thải: a) gỗ; b) tre; c) vải; d) giấy [23]

Dưới đây là bảng tổng hợp kích thước bề mặt và diện tích của các vật liệu đã

cacbon hóa

35

Bảng 1.6 Kích thước và diện tích bề mặt riêng của than cacbon hóa

trên các vật liệu khác nhau [23]

Vật liệu cacbon hóa Kích thước mao quản Diện tích bề mặt(m2/g)

Vải Kích thước rất nhỏ, phần lớn

nằm trong khoảng 1-2nm

60 – 70

Giấy Kích thước nhỏ, 1-2nm 50 – 70

Tre Kích thước nhỏ 10- 20 300 – 400

Gỗ 50 - 150 100 – 300

Theo kết quả đề tài nghiên cứu công nghệ cacbon hóa chất thải đô thị ở Việt

Nam [4] khi sử dụng công nghệ cacbon hoá để xử lý chất thải ô nhiễm có nhiều ưu

điểm vượt trội như chi phí xử lý thấp, lượng khí thải ít, tạo ra được sản phẩm than

sạch có nhiệt trị cao làm nhiên liệu trong công nghiệp hoặc vật liệu hấp phụ dùng

xử lý ô nhiễm môi trường (ví dụ: làm giá thể sinh học để xử lý nước thải dệt nhuộm

tại một số nhà máy dệt trong nước). Phương pháp cacbon hoá cũng có thể dùng để

xử lý rác thải nông nghiệp (rơm, rạ, chấu…), sản phẩm là tro thu được dùng làm

phân bón cho cây là rất tốt [20, 23].

Các kết quả nghiên cứu trên chứng tỏ phương pháp cacbon hoá để xử lý chất

thải rất có triển vọng trong tương lai. Phương pháp này được coi là một xu thế phát

triển mới cho việc xử lý chất thải không chỉ ở Việt Nam mà còn cả trên thế giới.

36

C ơ 2: ĐỐ TƯỢNG VÀ P ƯƠNG P ÁP NG ÊN CỨU

2.1Đố t ợng nghiên cứu

- Xơ dừa (bao gồm chỉ xơ dừa và mụn xơ dừa), thực nghiệm áp dụng công nghệ

cacbon hóa theo mô hình thiết kế của Viện Công nghệ môi trường thuộc Viện hàn

lâm khoa học và công nghệ Việt Nam.

- Phân tích xử lý Amoni trong nước thải bệnh viện E – Hà Nội sau khi qua hệ thống

xử lý sinh học hiếu khí.

2.2Dụng cụ thí nghiệm.

Bảng 2.1 Danh mục các thiết bị cần thiết cho quá trình nghiên cứu.

STT Tên dụng cụ thiết bị Mục đích

1 Tủ sấy Sấy vật liệu

2 Thiết bị khuấy Jartest Khuấy khảo sát khả năng hấp phụ của

vật liệu bằng phương pháp hấp phụ tĩnh

3 Máy đo quang Xác định nồng độ NH4+

4 Lò nung cacbon hóa Nung vật liệu cacbon hóa

5 Máy đo pH Đo và điều chỉnh pH

6 Cân Cân vật liệu

7 Dụng cụ thủy tinh phổ biến trong

phòng thí nghiệm

Tiến hành các thí nghiệm phụ trợ

Bảng 2.2 Danh mục các hóa chất cần thiết cho nghiên cứu.

STT Tên hóa chất Mục đích

1 H2SO4 Điều chỉnh pH trong nước thải

2 NaOH Điều chỉnh pH trong nước thải, giải hấp

vật liệu hấp phụ

3 KOH Xác định nồng độ amoni trong dung dịch

37

4 KI Xác định nồng độ amoni trong dung dịch

5 HgI2 Xác định nồng độ amoni trong dung dịch

6 NH4Cl Pha dung dịch amoni và điều chỉnh nồng

độ amoni trong nước thải

2.3 P ơ p áp ê ứu

2.3.1 Phương pháp tài liệu

Thu thập, xử lý và tổng hợp các tài liệu cần thiết liên quan đến đề tài như sau:

- Lượng phát thải xơ dừa tại Việt Nam

- Thành phần có trong xơ dừa

- Công nghệ cacbon hóa với các vấn đề liên quan như khả năng ứng dụng của công

nghệ trong thực tế, ưu nhược điểm của hệ thống.

- Tình hình nghiên cứu cacbon hóa trên thế giới và Việt Nam

- Hệ thống xử lý nước thải tại bệnh viện E, thành phần nước thải bệnh viện.

- Các phương pháp xử lý amoni trong nước thải.

- Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong và ngoài nước.

2.3.2 Phương pháp thực nghiệm.

2.3.2.1 Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa xơ dừa.

Đây là phương pháp tiến hành thí nghiệm thực tế quá trình cacbon hóa phụ

phẩm nông nghiệp (xơ dừa). Qua đó tìm ra các thông số, các số liệu thực nghiệm

như: thời gian, nhiệt độ, hiệu suất thu hồi sản phẩm, tối ưu nhất cho than cacbon

hóa có khả năng hấp phụ amoni và độ oxi hóa lớn nhất.

a. Xác định độ ẩm của xơ dừa.

Xơ dừa được xé nhỏ, cân xác định khối lượng rồi đánh số M1: mẫu số 1; M2: mẫu

số 2; M3: mẫu số 3. Sau đó cho vào lò sấy ở nhiệt độ 100oC và giữ ổn định nhiệt độ

này ở trong các khoảng thời gian khác nhau thay đổi từ 10 đến 55 phút. Mỗi khoảng

thời gian tiến hành thí nghiệm với 3 mẫu để xác định tỷ lệ bay hơi nước trung bình.

Mẫu sau khi sấy được cho vào bình hút ẩm trong khoảng 30 phút sau đó đem cân để

%100.0

0

m

mma r

38

xác định khối lượng sau khi sấy từ đó tính được độ ẩm của vật liệu theo công thức

sau:

Trong đó: a - độ ẩm (%).

m0 - khối lượng mẫu trước khi sấy (g).

mr - khối lượng mẫu sau sấy (g).

b. Xác định tỷ trọng của xơ dừa

Xơ dừa được xé nhỏ, sau đó tiến hành thí nghiệm với các khối lượng khác nhau,

cho vào bình có thể tích khác sau đó đem cân để xác định tỷ trọng của xơ dừa. Tính

theo công thức sau:

Trong đó b- tỷ trọng (kg/m3)

m: khối lượng mẫu (kg)

V: thể tích bình (m3)

c. Xác định độ tro của vật liệu

Tiến hành thí nghiệm với 5 mẫu xơ dừa. Xơ dừa xé nhỏ. Cân xơ dừa với các khối

lượng khác khối lượng tương ứng dao động khoảng 5g. Đặt mẫu xơ dừa vào đĩa

sau đó cho vào lò nung tro hóa cho đến khi toàn bộ mẫu được cháy hết, cụ thể tiến

hành tro hóa ở nhiệt độ 800oC trong khoảng 90 phút. Khi quá trình tro hoá kết thúc,

lấy đĩa ra khỏi lò nung và làm nguội trong bình hút ẩm chân không.

Hàm lượng tro tính bằng phần trăm so với khối lượng chất thô được xác định

theo công thức:

Trong đó: - Độ tro (%).

- Khối lượng xỉ tro sau khi đốt (g).

- Khối lượng chất rắn (g).

d. Khảo sát sự biến đổi nhiệt độ trong lò phản ứng và đánh giá hiệu suất thu hồi

ổn định của xơ dừa trong quá trình cacbon hóa

39

Quá trình khảo sát cacbon hóa được nghiên cứu ở các dải nhiệt độ khác nhau nhằm

đánh giá sự thay đổi nhiệt độ trong lò gia nhiệt.

Xơ dừa được xử lý theo mô hình thực nghiệm quy mô nhỏ như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm quá trình Cacbon hóa

Quá trình Cacbon hóa được thí nghiệm trong lò cacbon hóa theo sơ đồ cấu tạo sau:

Xơ dừa khô

Xử lý sơ bộ

(xé nhỏ)

Lò Cacbon

hóa ở nhiệt độ

từ 300-600oC

Sản phẩm

40

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm

Hình 2.3 Lò nung

Thiết bị sử dụng phục vụ cho quá trình làm thí nghiệm gồm có: cốc, cân điện

tử, lò sấy, lò Cacbon hóa.

Điều kiện thí nghiệm: 300oC, 400

oC, 500

oC, 600

oC

Thời gian cacbon hóa: 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút

Lß ®iÖn

NhiÖt kÕ

MÉu Cèc ®ùng

mÉu

N¾p cèc

41

Mô tả quá trình thí nghiệm: Xơ dừa được xé nhỏ, đem cân khối lượng trước

sau đó được đưa vào lò nung kín bằng điện. Tiến hành quá trình cacbon hoá tại các

nhiệt độ khác nhau theo giá trị nhiệt kế hiển thị, theo dõi quá trình cacbon hoá theo

thời gian và các nhiệt độ khác nhau. Sau khi đủ thời gian cacbon hoá, tắt lò để nguội

rồi lấy sản phẩm ra đem cân lại. Trong quá trình cacbon hoá lò nung được đậy nắp

kín, khí nóng sinh ra từ hơi nước và các chất dễ bay hơi trong vật liệu, do áp suất

bên trong lò cao hơn bên ngoài, khí nóng trong lò sẽ thoát ra ngoài, đồng thời ngăn

cản sự xâm nhập ôxi vào trong lò, như vậy ôxi sẽ không tham gia vào quá trình đốt.

Trong quá trình này, áp suất của lò không được kiểm soát, áp suất hoạt động theo

hoạt động tự nhiên của lò.

Sau khi đã tiến hành khảo sát quá trình thực nghiệm cacbon hóa quy mô nhỏ

để lựa chọn ra loại than tối ưu tốt nhất cho quá trình xử lý amoni trong nước thải

bệnh viện tiến hành thí nghiệm trên thiết bị mô hình quy mô lớn.

Chất thải được xử lý theo mô hình thực nghiệm quy mô lớn như trong sơ đồ

sau:

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm pilot

Mô tả thí nghiệm:

Chất thải được cho vào thùng chứa chất thải rắn, sau đó đóng kín nắp thùng.

Nối ống thoát khí từ nắp thùng với quạt ejector. Quạt ejector có chức năng làm thoát

42

hơi ẩm và các khí bay ra từ buồng cacbon hóa. Ống khí thoát từ thùng chứa chất

thải đến buồng gia nhiệt tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa từ đầu đốt nhằm xử lý khí

sinh ra từ thùng cacbon hóa. Hiện tượng cháy sẽ làm tăng nhiệt độ buồng gia nhiệt,

như vậy sẽ giảm chi phí nhiên liệu cho quá trình xử lý. Cửa gió làm việc theo chế

độ tự động và điều khiển bằng tay: khi nhiệt độ buồng cacbon hóa còn thấp chưa đạt

đến nhiệt độ cần thiết thì cửa gió làm nhiệm vụ hướng nguồn nhiệt đi từ buồng gia

nhiệt xuống buồng cacbon hóa. Khi nhiệt độ đạt đến giá trị cần thiết đã đặt trước,

cánh gió hướng nguồn nhiệt thoát trực tiếp ra ống khói và đầu đốt tự ngắt và lò đốt

làm việc theo chế độ ủ nhiệt. Đầu đốt được điều chỉnh tự động để cháy nhiên liệu và

cấp nhiệt độ cho quá trình cacbon hoá. Nhiệt độ có thể khống chế tự động bằng rơle

điều khiển và van gió. Nhiệt độ thực nghiệm từ 300-500 độ C, thời gian cacbon hoá

từ 10 – 60 phút.

e. Thực nghiệm hấp phụ trên thiết bị Jartest

Mô hình thí nghiệm:

Hình 2.5 Mô hình và thiết bị Jartest của quá trình thí nghiệm hấp phụ

Ghi chú:

I. Hộp số điều khiển

II. Cánh khuấy

III. Tuabin cánh khuấy

IV. Cốc 100ml thủy tinh

V. Bệ đỡ

43

Mô hình Jartest là một thiết bị gồm 6 cánh quay cũng tốc độ, nhờ hộp số tốc độ

quay có thể điều khiển từ 10 -120 pm. Cánh khuấy có dang turbine gồm 2 bảng

phẳng nằm trong cùng một mặt phẳng đứng, được đặt trong beaker dung tích

1000ml có chia vạch đựng cùng một loại nước thải.

2.3.2.2 Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ than cacbon hóa xơ dừa dạng viên

Tiến hành thực nghiệm phối trộn vật liệu than cacbon hóa xơ dừa với các vật

liệu khác là cát, sỏi và xi măng theo các tỷ lệ khác nhau.

- Phối trộn theo tỷ lệ 1 cát: 1 sỏi: 1 than: 2 xi măng

Với tỷ lệ này tiến hành cân vật liệu theo khối lượng như sau: cân 100g cát,

100g sỏi, 100g than cacbon hóa nghiền nhỏ và 200g xi măng. Sau đó tiến hành phối

trộn vật liệu bằng cách cho thêm nước để kết dính. Sau đó nặn thành từng viên nhỏ

đường kính 3-5mm và phơi khô dưới ánh nắng.

- Phối trộn theo tỷ lệ 0,5 cát: 1 sỏi: 1 than: 2 xi măng

Tiến hành cân vật liệu theo khối lượng như sau: 50g cát, 100g sỏi, 100g than

cacbon hóa nghiền nhỏ, 200g xi măng. Sau đó cho thêm nước tạo độ kết dính và

phối trộn vật nặn thành các viên nhỏ đường kính 3-5mm, đem phơi khô dưới ánh

nắng.

- Phối trộn vật liệu theo tỷ lệ 1 cát: 1 sỏi: 1 than: 3 xi măng

Tiến hành cân vật liệu theo khối lượng như sau: 100g cát: 100g sỏi: 100g

than cacbon hóa nghiền nhỏ: 300g xi măng. Sau đó cho thêm nước phối trộn vật

liệu tạo thành các viên nhỏ đường kính 3-5mm và đem phơi khô dưới ánh nắng.

Sau khi nghiên cứu phối trộn với các tỷ lệ khác nhau, tiến hành đánh giá khả

năng kết dính vật liệu bằng cảm quan để lựa chọn ra vật liệu hấp phụ tối ưu nhất để

tiến hành nghiên cứu xử lý khả năng hấp phụ amoni trong nước thải qua hệ liên tục.

2.3.2.3 Thực nghiệm hấp phụ dạng tĩnh

Thí nghiệm được tiến hành trên thiết bị Jartest. Nhằm xác định khả năng hấp

phụ amoni trong nước thải bệnh viện sau xử lý sinh học của vật liệu hấp phụ than

cacbon hóa xơ dừa. Than cacbon hóa xơ dừa được nghiền nhỏ thành bột.

44

Xác định ảnh hưởng của các yếu tố như pH, thời gian hấp phụ, nồng độ amoni

ban đầu, khối lượng than cacbon hóa….đến hiệu suất hấp phụ.

a) Khảo sát lựa ch n loại than tố u quá trì ấp phụ amoni trong

c thải bệnh viện.

Tiến hành thí nghiệm với các mẫu than cacbon hóa đã chế tạo ở nhiệt độ

300oC, 400

oC, 500

oC ở các khoảng thời gian 10, 20, 30, 40, 50 phút.

Chuẩn bị cốc có thể tích 1000ml, sau đó lấy 250ml dung dịch nước thải bệnh

viện sau xử lý sinh học có nồng độ NH4+ ban đầu khoảng 16- 18 mg/l, pH = 7,18.

Cân 5g than cacbon hóa mỗi loại cho vào từng cốc, tiến hành thí nghiệm trên thiết

bị Jartest trong thời gian 30 phút, tốc độ 150 vòng/phút. Sau đó để lắng khoảng 30

phút, gạn phần nước trong không còn lẫn tạp chất của than cacbon hóa, sau đó lọc

phần nước thải đã gạn bỏ tạp chất bằng giấy lọc và tiến hành phân tích nồng độ

amoni có trong nước thải bệnh viện để xác định loại than tối ưu.

Sau khi đã chọn được loại than tối ưu tiến hành chụp ảnh SEM để đo kích thước

mao quản và diện tích bề mặt riêng của vật liệu để xác định xem vật liệu có thể

được dùng làm vật liệu hấp phụ NH4+ hay không.

b) P ơ p áp xá định ả ởng củ p đến khả ă xử lý amoni

tr c thải bệnh viện:

Chuẩn bị 6 cốc 1000ml, sau đó lấy 250ml nước thải với nồng độ ban đầu thực tế của

nước thải bệnh viện sau khi qua xử lý sinh học hiếu khí là 26,15 mg/l cho vào mỗi

cốc đánh số từ 1- 6 tương ứng với các dải pH = 4, 5, 6, 7, 8, 9 . Dùng hóa chất

NaOH 1M và H2SO4 2M để điều chỉnh pH. Đo pH bằng máy đo pH cầm tay.

- Tiến hành xác định sự thay đổi nồng độ NH4+trong nước thải bệnh viện sau

khi điều chỉnh pH so với nồng độ amoni ban đầu của nước thải.

- Tiến hành xác định sự thay đổi của nồng độ NH4+sau khi sử dụng than

cacbon hóa xơ dừa để hấp phụ amoni trong nước thải với nồng độ amoni ban

đầu. Cân 2,5g than xơ dừa đã nghiền nhỏ thành bột cỡ 0,1-0,5mm cho vào 6

đĩa. Lần lượt cho than vào từng cốc chứa nước thải đã đánh số. Sau đó đặt 6

cốc vào thiết bị Jartest bật chế độ 30 phút với tốc độ 150 vòng/phút.

45

Tiến hành quan sát, sau đó để lắng trong khoảng 30 phút và gạn phần nước trong

không còn lẫn tạp chất của than cacbon hóa, sau đó lọc phần nước thải đã gạn bỏ

tạp chất bằng giấy lọc và tiến hành phân tích nồng độ amoni có trong nước thải

bệnh viện.

c) P ơ p áp xá định ả ở u l ợng hấp phụ amoni trong

c thải bệnh viện.

Chuẩn bị 4 cốc 1000ml, sau đó lấy 250ml nước thải bệnh viện sau khi qua hệ

thống xử lý sinh học hiếu khí. Tiến hành đo nồng độ amoni ban đầu trong khoảng

22,5 mg/l, sau đó điều chỉnh nồng độ amoni trong nước bằng cách:

- Giảm nồng độ amoni bằng cách pha loãng nước thải bằng nước cất theo tỷ lệ

để điều chỉnh nồng độ amoni trong nước thải với hàm lượng 5 mg/l NH4+; 10

mg/l NH4+; 15 mg/l NH4

+; 20 mg/l NH4

+ ở pH =7 với 2,5g than xơ dừa đã

nghiền nhỏ cỡ 0,1 – 0,5mm.

- Tăng nồng độ amoni lên 25mg/l; 30 mg/l; và 35 mg/l bằng cách bổ sung thêm

NH4Cl.

Cho than vào cốc có chứa nước thải tiến hành hấp phụ trên thiết bị Jartest trong 30

phút với tốc độ 150 vòng/phút. Sau đó để lắng trong khoảng 30 phút và gạn phần

nước trong, đem phần nước đã gạn này lọc qua giấy lọc và tiến hành phân tích sự

thay đổi nồng độ amoni trong nước thải bệnh viện.

d) P ơ p áp xá định ả ởng của th i gian hấp phụ

Tiến hành thực nghiệm xác định ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tới hiệu suất

xử lý amoni trong nước. Cho 250ml nước thải sau khi qua hệ thống xử lý sinh học

có nồng độ là 23,76mg/l, pH ban đầu = 7 vào 6 cốc 1000ml, sau đó cân 2,5g vật liệu

hấp phụ và tiến hành hấp phụ ở các khoảng thời gian khác nhau thay đổi từ 5 phút

đến 55 phút ở điều kiện hấp phụ không đổi. Tiến hành khuấy bằng thiết bị Jartest

với tốc độ khuấy 150 vòng/ phút. Sau thời gian hấp phụ, tiến hành lọc tách bỏ vật

liệu hấp phụ ra khỏi dung dịch, gạn phần nước trong, sau đó lọc qua giấy lọc và tiến

hành phân tích nồng độ amoni có trong nước thải.

e) P ơ p áp xá định ả ởng của tỷ lệ Rắn: lỏng

46

Tiến hành thực nghiệm xác định ảnh hưởng của tỷ lệ Rắn: lỏng. Tỷ lệ giữa hai

pha rắn- lỏng được thay đổi trong thực nghiệm khác nhau tại giá trị pH ban đầu của

dung dịch và trong khoảng thời gian tiếp xúc được lựa chọn.

Cho 250ml nước thải sau khi qua hệ thống xử lý sinh học có nồng độ là 23mg/l với

pH = 7 vào 7 cốc 1000ml sau đó cân vật liệu ở các tỷ lệ từ 0,25g – 5g cho vào nước

thải, tiến hành khuấy bằng thiết bị Jartest với tốc độ khuấy 150 vòng/ phút trong

thời gian 30 phút. Sau đó để lắng trong khoảng 30 phút gạn tách bỏ vật liệu hấp phụ

ra khỏi dung dịch. Đem nước thải đã gạn bỏ vật liệu hấp phụ lọc qua giấy lọc và

tiến hành phân tích nồng độ amoni trong nước thải.

2.3.2.4 Thực nghiệm hấp phụ dạng cột.

Đây là hệ thống dòng chảy ngược. Nước thải bệnh viện sau khi được xử lý

bằng phương pháp sinh học được bơm định lượng với lưu lượng Q= 0,5l/h; 0,75l/h;

1 l/h;1,5 l/h từ thùng chứa vào cột hấp phụ có đường kính D= 130 mm. Trong cột

được nhồi vật liệu lọc, sỏi nhỏ 3-5mm và vật liệu hấp phụ than xơ dừa có chiều cao

H= 600m. Đối với từng lưu lượng, mẫu được lấy ở đầu vào và đầu ra vào thời gian

khác nhau trong ngày để khảo sát hiệu suất hấp phụ của than.

Nồng độ amoni trong nước thải đầu vào sau khi qua hệ thống xử lý sinh học là

khoảng từ 22-27mg/l.

Mô hình thiết bị thực nghiệm cột lọc bằng nhựa PVC (quy mô Pilot) như sau:

47

Hình 2.6 Sơ đồ hệ nghiên cứu thực nghiệm liên tục

Mô tả thí nghiệm:

Cho một lượng than cacbon hóa đã tính toán theo dung lượng hấp phụ vào

thiết bị thực nghiệm sau đó chạy hệ thống bằng nước máy sạch 1 ngày để rửa than.

Tiếp đó tiến hành chạy máy với nước thải bệnh viện trong một tuần với các mức lưu

lượng khác nhau, mỗi ngày đều kiểm tra lại lưu lượng trước khi lấy mẫu. Mỗi lưu

lượng lấy mẫu ở đầu ra, vào lần lượt các khoảng thời gian khác nhau trong ngày là

8h30’; 12h30’; 5h để khảo sát hiệu suất hấp phụ của than. Sau mỗi ngày tháo van xả

đáy để xả căn trong ngày tránh ảnh hưởng đến lưu lượng của nước. Mẫu lấy xong

đem đi phân tích trong phòng thí nghiệm để xác định hàm lượng amoni trước và sau

xử lý.

Với vật hấp phụ dạng viên ta cũng tiến hành thí nghiệm tượng tự như trên.

2.3.3 Phương pháp phân tích

Xác định amoni trong nước thải bằng phương đo màu với thuốc thử Nessler

Nguyên tắc chung : Trong môi trường kiềm NH4+ tác dụng với thuốc thử Nessler

(K2HgI4) tạo thành phức có màu từ vàng đến nâu, phụ thuộc vào nồng độ amoni

trong dung dịch.

2 K2HgI4 + NH3 + KOH → NH2Hg2I3 + 5KI + H2O

48

Nếu mẫu nước có độ đục cao thêm 1ml ZnSO4 5%.

Màu tạo ra do thuốc thử Nessler được định lượng gián tiếp bằng máy đo màu ở

bước sóng 450nm.

a. Dụng cụ

- Bình định mức 50ml, 100ml

- Máy so màu

b. Hóa chất:

- Dung dịch Natri-Kali- Tactrat: hòa tan 50g muối Natri- Kali- Tactrat trong 100ml

nước cất, đun sôi làm cạn bớt khoảng 20ml, để loại NH4+

làm nguội và thêm nước

cất đến 100ml

- Dung dịch thuốc thử Nessler: Hòa tan 100g HgI2 và 70g KI trong một ít nước cất

thêm vào từ từ và khuấy đều với dung dịch NaOH (160g NaOH) đã pha loãng trong

500ml nước cất, định mức tới 1000ml, nếu dung dịch vẫn đục để lắng và gạn lấy

phần dung dịch trong. Bảo quản dung dịch trong bình mầu có nút đậy kín.

- Dung dịch NaOH 3M: Hòa tan 120g NaOH trong nước cất, định mức bằng nước

cất đến 1l.

- Dung dịch amoni tiêu chuẩn (dung dịch A): hòa tan 0,2973g NH4Cl đã sấy khô

100oC trong 1h trong 100ml nước cất. Dung dịch có nồng độ 100mg/l N-NH4

+.

c. Tiến hành

Nếu mẫu nước có độ đục cao thêm 1ml ZnSO4 5% 0,5ml. NaOH 6N vào

100ml mẫu lắc đều để yên 5-10 phút, lọc lấy phần nước trong để phân tích.

Lấy 50ml mẫu nước đã loại bỏ đục, thêm vào 1ml dung dich Natri-Kali-

Tactrat. Sau đó thêm vào 1ml dung dịch thuốc thử Nessler lắc đều để yên trong 5-10

phút rồi đo mật độ quang ở bước sóng 450nm.

Lập đường chuẩn:

-Pha loãng dung dịch gốc (dung dịch A) 10 lần để có dung dịch B có nồng độ

10mg/l. Từ dung dịch B pha loãng 10 lần có được dung dịch C có nồng độ 1 mg/l.

- Chuẩn bị dãy ống nghiệm đánh số từ 0-7 sau đó lấy các dung dịch cho vào ống

nghiệm như chỉ dẫn theo bảng dưới.

- Lắc đều để yên 5 phút rồi đo mật độ quang tại bước sóng 450nm

49

Bảng 2.3 Hóa chất lập đường chuẩn xác định N-NH4+ theo phương pháp Nessler

STT Abs Nồng độ

0 0 0

1 0.005 0.05

2 0.011 0.1

3 0.021 0.2

4 0.04 0.4

5 0.059 0.6

6 0.074 0.8

7 0.095 1.0

Hình 2.7 Phương trình đồ thị đường chuẩn amoni

y = 10.469x R² = 0.9985

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

Ab

s

Nồ độ (mg/l)

NH4+

NH4

50

C ơ 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Đá á quá trì t ực nghiệm cacbon hóa

3.1.1 Khảo sát sự biến đổi nhiệt độ của buồng cacbon hóa

Quá trình cacbon hóa sẽ được nghiên cứu ở các dải nhiệt độ khác nhau nhằm

đánh giá sự thay đổi nhiệt độ trong lò gia nhiệt ở nhiệt độ T= 300oC, T= 400

oC, T=

500oC với các thời gian lưu nhiệt là t = 10 phút, t= 20 phút, t = 30 phút, t= 40 phút, t

= 50 phút, các ghi chép về nhiệt độ được tổng hợp thành bảng đồ thị dưới đây.

Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của lò cacbon hóa

Qua số liệu thể hiện sự thay đổi nhiệt độ của buồng cacbon hóa ta thấy

- Khi tiến hành khởi động lò đến khi đạt được khoảng nhiệt độ và thời gian

thích hợp cho quá trình cacbon hóa thì quá nhiệt độ trong buồng cacbon hóa tăng

lên rất nhanh. Sau thời gian t = 14 phút nhiệt độ lò đạt T = 300oC, sau thời gian t =

17 phút nhiệt độ lò đạt T = 400oC và sau t = 20 phút nhiệt độ lò đạt T = 500

oC.

- Sau đó trong quá trình cacbon hóa ở các thời gian lưu nhiệt khác nhau (t =

10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút) thì nhiệt độ trong buồng cacbon hóa

giảm dần đều và có tăng nhưng cũng tăng rất chậm. Trong thời gian t = 5 phút cũng

chỉ tăng 10oC -30

oC.

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60 70

N ệt độ ( C)

t (p út)

T = 300

T = 400

T = 500

51

3.1.2 Khảo sát tỷ lệ hơi nước trong vật liệu thí nghiệm

Độ ẩm có trong vật liệu dùng cho quá trình cacbon hóa có ảnh hưởng đến quá

trình cacbon hóa do vậy cần đánh giá mức độ ảnh hưởng của độ ẩm đến quá trình

cacbon hóa, độ ẩm được tính sau khi sấy. Dưới đây là bảng số liệu thể hiện tỷ lệ hơi

nước đã bay hơi trong quá trình sấy của xơ dừa ở nhiệt độ 100oC. Xơ dừa được cân

xác định khối lượng rồi đánh số M1, M2, M3 cho vào lò nung để sấy. Khối lượng

của xơ dừa thí nghiệm là 6g. Tiến hành sấy ở nhiệt độ 100oC và giữ ổn định nhiệt

độ này trong các thời gian khác nhau từ 10 đến 55 phút.

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn tỉ lệ bay hơi nước của xơ dừa theo thời gian

Qua đồ thị hình 3.2 biểu diễn tỷ lệ bay hơi nước của xơ dừa thí nghiệm ta thấy

trong khoảng 5 – 20 phút đầu của quá trình sấy ta thấy tốc độ bay hơi nước hơi khá

nhanh. Trong khoảng từ 30- 60 phút sau đường biểu diễn tăng chậm, khối lượng

mẫu không thay đổi nhiều nên đồ thì lượng hơi nước trong giai đoạn này đi lên theo

chiều tăng không đáng kể thì quá trình coi như hoàn thành. Vậy theo bảng Phụ lục

2.2 ta thấy tỷ lệ bay hơi nước của xơ dừa khá cao đạt khoảng từ 8,3% - 8,72%.

4.79

6.01

6.68

7.75 7.91 , 8.08 8.30 8.39 8.72 8.55

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60

tỷ lệ ơ đã b y ơ

i (%

)

t (p út)

Tỉ lệ trung

bình hơi

nước đã bay

hơi (%)

52

3.1.3 Khảo sát tỷ trọng đổ đống của vật liệu xơ dừa

Xơ dừa được đưa vào các bình có thể tích khác nhau sau đó đem cân để xác

định tỉ trọng của xơ dừa.

Bảng 3.1 Tỉ trọng của xơ dừa

STT Khối lượng mẫu (kg) Thể tích (m3) Tỉ trọng (kg/m

3)

1 50 2 25

2 60 2,5 24

3 76 3 25,33

4 80 3,5 22,6

5 89 4 22,25

6 103 4,5 23

7 122 5 24,4

8 128 5,5 23,27

9 150 6 25

10 157 6,5 24,15

Theo bảng 3.1 ta thấy tỉ trọng của xơ dừa rơi vào khoảng từ 22,25kg/m3 đến

25,33kg/m3

3.1.4 Khảo sát độ tro hóa của xơ dừa

Đặt xơ dừa vào đĩa tro hóa rồi đem nung tại nhiệt độ 8000C trong 1h30 phút. Ta tính

được độ tro của xơ dừa.

Bảng 3.2 Độ tro hóa của xơ dừa

Mẫu Khối lượng trước khi tro

hóa mT (g)

Khối lượng sau kho tro

hóa ms (g) Độ tro hóa (%)

1 5,584 0,482 8,64

2 5,027 0,356 7,08

3 5,234 0,426 8,14

4 5,325 0,435 8,17

5 5,523 0,525 9,505

Qua bảng số liệu 3.2 ta thấy độ tro hóa của xơ dừa khoảng 7% – 9%

53

3.1.5 Khảo sát hiệu suất thu hồi sản phẩm chưa cháy của vật liệu khi tiến hành

cacbon hóa

Thí nghiệm được tiến hành xơ dừa độ ẩm 8,5%, tỷ trọng 24kg/m3, độ tro khoảng

8% với khối lượng xơ dừa từ 1- 3g. Nhiệt độ cacbon hóa ở T= 300oC, 400

oC,

500oC. Thời gian lưu 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút.

Bảng 3.3 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa ở T=3000C, T= 400

oC, T= 500

oC

TT Thời gian

(phút)

Hiệu suất thu hồi (%)

T= 300oC T= 400

oC T= 500

oC

Mẫu 1 10 84,41 64,16 43,26

Mẫu 2 20 72,74 50,43 40,03

Mẫu 3 30 69,20 52,08 37,09

Mẫu 4 40 53,77 44,84 36,18

Mẫu 5 50 50,25 30,57 25,34

Hình 3.3 Đồ thị biến đổi hiệu suất thu hồi sản phẩm chưa cháy theo thời gian

ở các mức nhiệt độ khác nhau

Từ hình 3.3 và bảng 3.3 cho thấy: hiệu suất thu hồi sản phẩm giảm nhanh theo

thời gian đốt.Tại thời gian T= 300oC, hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất là

84,41% tại thời điểm t = 10 phút và thấp nhất 50,25% tại thời điểm t = 50 phút. Ở

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40 50 60

ệu suất t u ồ (%

)

T (p út)

T= 300oC

T= 400oC

T= 500oC

54

nhiệt độ này, tại thời điểm từ 10 – 30 phút ta thấy xơ dừa vẫn chưa đạt, chưa chuyển

hóa thành than. Thời điểm từ 40 – 50 phút bắt đầu có sự chuyển hóa thành than

cacbon hóa.

Hình 3.4 Xơ dừa sau khi nung ở nhiệt độ T = 3000C

Tại nhiệt độ 4000C hiệu suất thu hồi sản phẩm cũng giẩm dần theo thời gian.

Hiệu suất thu hồi sản phẩm đạt cao nhất là 64.16% tại thời điểm t = 10 phút và thấp

nhất đạt 30.57% tại thời điểm t = 50 phút. Ở nhiệt độ này ta thấy tại thời điểm 10,

20 phút đã thấy sự khác biệt, bắt đầu xuất hiện than cabon hóa. Từ thời điểm 40 –

50 phút xơ dừa đã được cacbon hóa hoàn toàn.

Hình 3.5 Xơ dừa sau khi nung ở nhiệt độ T = 4000C

Tương tự như ở nhiệt độ 3000C và 400

0C, khi cacbon hóa xơ dừa ở 500

0C hiệu

suất thu hồi sản phẩm giảm dần theo thời gian đốt. Hiệu suất thu hồi sản phẩm đạt

cao nhất là 43,26% tại thời điểm t = 10 phút và thấp nhất đạt 33,36% tại thời điểm t

55

= 50 phút. Ở nhiệt độ này xơ dừa đã được cacbon hóa hoàn toàn. Tại thời điểm t =

50 phút xuất hiện tro hóa.

Hình 3.6 Xơ dừa sau khi nung ở nhiệt độ T = 5000C

Từ những kết quả của quá trình cacbon hóa xơ dừa ở nhiệt độ 3000C, 400

0C và

5000C với thời gian lưu là 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút ở trên có

thể thấy thời gian và nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình cacbon hóa, nhiệt độ càng

cao hiệu suất thu hồi sản phẩm càng giảm nhiệt độ 500oC là phù hợp cho quá trình

cacbon hóa. Thời gian càng lâu hiệu suất thu hồi càng thấp vì ngoài hơi nước, CO,

CO2, các hợp chất dễ bay hơi, các hợp chất hữu cơ khác cũng bị phân hủy do nhiệt

độ. Sau thời gian 10 phút thì sản phẩm không thấy biến đổi nhiều, thời gian này chỉ

xảy ra quá trình bay hơi nước là chính.Thời gian các bon hóa khoảng 30-50 phút là

phù hợp. Từ 50-60 phút xảy ra quá trình giảm nhanh do xảy ra quá trình khí hóa và

có thể quan sát trong thiết bị cacbon hóa.

3.2 Khảo sát lựa ch n loại than tố u quá trì ấp phụ m tr c

thải bệnh viện

Dựa vào kết quả khảo sát vật liệu cacbon hóa lựa chọn than cacbon hóa xơ dừa

ở nhiệt độ T= 300oC, T = 400

oC,T= 500

oC ở thời gian 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40

phút, 50 phút. Tiến hành khảo sát dung lượng hấp phụ của amoni của than cacbon

hóa xơ dừa nhằm tìm ra loại than tối ưu nhất có khả năng hấp phụ tốt nhất amoni

trong nước thải bệnh viện sau khi qua hệ thống xử lý sinh học.

Tiến hành thực nghiệm với 250ml dung dịch nước thải bệnh viện sau xử lý

sinh học với nồng độ ban đầu dao động từ 16 – 18 mg/l, pH= 7-8. Cân 5g than

56

cacbon hóa cho vào mỗi cốc và cho vào thiết vị Jartest với tốc độ 150 vòng/phút

trong 30 phút ta được kết quả biểu diễn như đồ thị sau:

Hình 3.7 Đồ thị dung lượng hấp phụ amoni của các loại than cacbon hóa đã

chế tạo ở các nhiệt độ và thời gian khác nhau

Qua đồ thị dung lượng hấp phụ amoni ở các nhiệt độ và thời gian khác nhau

có thể thấy than được đốt ở nhiệt độ 300oC dung lượng hấp phụ amoni là thấp nhất

trong khoảng từ 0,04 đến 0,08 mg/g và dung lượng có xu hướng tăng dần theo

nhiệt độ và ở 500oC trong khoảng thời gian từ 20-40 phút dung lượng hấp phụ là

cao nhất tương ứng với 0,67 – 0,69 mg/g. Đồng thời dựa vào kết quả khảo sát hiệu

suất thu hồi sản phẩm chưa cháy của vật liệu thì ở nhiệt độ 500oC hiệu suất thu hồi

sản phẩm chưa cháy là thấp nhất. Như vậy có thể kết luận rằng: khi ở nhiệt độ thấp

quá trình cacbon hóa chưa xảy ra hoàn toàn, trong vật liệu vẫn còn lẫn các tạp chất

khác dẫn đến quá trình xử lý amoni chưa diễn ra triệt để. Khi tăng mức nhiệt độ đến

500oC xơ dừa đã cacbon hóa hoàn toàn.

Tiến hành xác định diện tích bề mặt riêng của sản phẩm bằng kính hiển vi điện

tử để đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu đã xác định được kích thước mao quản

trung bình từ 20- 50 µm và diện tích bề mặt trung bình từ 100-300 m2/g của vật liệu

phù hợp hấp phụ thành phần amoni trong nước thải. Dưới đây là hình ảnh chụp

SEM của than cacbon hóa xơ dừa ở T= 500oC.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

10

ph

út

20

ph

út

30

ph

út

40

ph

út

50

ph

út

10

ph

út

20

ph

út

30

ph

út

40

ph

út

50

ph

út

10

ph

út

20

ph

út

30

ph

út

40

ph

út

50

ph

út

300oC 400oC 500oC

u l ợ

ấp p ụ m

(m

g/g

)

ệt độ (oC)-t ( phut)

Du l ợ ấp p ụ (mg/g)

Series1

57

Hình 3.8 Kích thước mao quản của than cacbon hóa xơ dừa

ở T= 500oC, t= 30 phút

Như vậy khi xơ dừa được đốt ở thời gian t = 30 phút ở nhiệt độ T= 500oC là

đạt hiệu quả hấp phụ cao nhất có diện tích bề mặt và kích thước mao quản rất phù

hợp và lựa chọn điều kiện này để chế tạo vật liệu than cacbon hóa làm vật liệu hấp

phụ NH4+.

3.3 Đá á ệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ qua quá trình hấp

phụ tĩ

3.3.1 Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của than cacbon hóa qua sự thay đổi của

các dải pH

Nước thải bệnh viện E sau khi lấy mẫu sau giai đoạn xử lý sinh học hiếu khí

tiến hành đo các chỉ số amoni ban đầu và pH ban đầu có giá trị như sau: Nồng độ

NH4+ ban đầu = 26,15 mg/l; pH = 7,19. Sau khi tiến hành điều chỉnh nồng độ pH

với các dải 4;5;6;7;8;9 nồng độ NH4+ thay đổi như sau:

Bảng 3.4 Nồng độ NH4+ sau khi điều chỉnh pH

pH 4 5 6 7 8 9

Nồng độ NH4+ 27,21 26,96 26,56 26,15 25,94 25,84

Qua bảng số liệu 3.4 cho thấy với nồng độ NH4+ tăng khi giảm pH cụ thể là

pH= 7 có nồng độ NH4+ là 26,15 mg/l khi giảm pH xuống còn 6 thì nồng độ NH4

+

58

tăng lên 26,56 mg/l và pH =4 nồng độ tăng lên 27,21 mg/l. Ngược lại khi tăng pH

thì nồng độ amoni có xu hướng giảm dần còn 25,84 mg/l ở pH = 9.

Sau đó tiến hành thực nghiệm khảo sát hiệu quả xử lý NH4+ của vật liệu hấp

phụ (than xơ dừa cacbon hóa) trong môi trường nước thải đã điều chỉnh pH được

thể hiện ở đồ thị dưới đây:

Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NH4+

Qua đồ thị hình 3.9 ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý amoni cho thấy pH

là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình xử lý amoni trong

nước và chi phối quá trình hấp phụ do có thể làm thay đổi diện tích bề mặt vật liệu.

Để khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý, vật liệu được tiếp xúc với amoni

trong nước thải với nồng độ ban đầu 26,15 mg/l ở nhiệt độ 25oC, tốc độ khuấy trộn

150 vòng/phút, tỷ lệ Rắn- lỏng: 2,5g, than được nghiền nhỏ cỡ 0,1- 0,5mm, thời

gian tiếp xúc là 30 phút.

Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất hấp phụ của vật liệu qua các dải pH từ

4-9 hiệu suất xử lý tăng dần và giảm ở pH= 9, PH tối ưu cho sự hấp phụ trong

khoảng từ 7-9 đạt hiệu suất 60 - 61% nồng độ NH4+

trong khoảng 9-10 mg/l có xu

hướng không đổi và đáp ứng QCVN: 28/2010/BTNMT . Như vậy pH này thuận lợi

đối với nước thải bệnh viện sau xử lý sinh học vì bản chất của pH của nước thải ở

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

0 2 4 6 8 10

ệu suất xử lý m (%

)

Dả p

hiệu suất (%)

59

giai đoạn này cũng giao động trong khoảng pH từ 7-8, do đó sẽ không tốn thêm chi

phí điều chỉnh pH và cũng không làm ảnh hưởng đến chất lượng môi trước đầu ra.

3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của dung lượng hấp phụ đến quá trình xử lý amoni

trong nước thải bệnh viện

Quá trình thực nghiệm điều chỉnh nước thải với các dải nồng độ từ 5 mg/l đến

35 mg/l. Tiến hành hấp phụ trên thiết bị Jartest thu được kết quả như sau:

Hình 3.10 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ ban amoni đến hiệu suất xử lý

Từ kết quả thí nghiệm với mẫu nước thải thực lấy từ bệnh viện E sau khi qua

hệ thống xử lý sinh học hiếu khí ta thấy nồng độ càng cao thì sự chênh lệch về nồng

độ amoni trong dung dịch và bề mặt tiếp xúc pha càng lớn, lượng amoni hấp phụ sẽ

bị tăng lên. Ở giải nồng độ 10-20 mg/l tốc độ xử lý cao hơn giải nồng độ từ 30-35

mg/l. Điều này được thể hiện trên đường đẳng nhiệt hấp phụ.

Đường đẳng nhiệt hấp phụ là mô hình toán học mô tả sự phân bố của amoni

trong nước thải, dựa trên tập hợp các giả định liên quan đến sự đồng nhất/ không

đồng nhất của vật liệu hấp phụ. Các số liệu thực nghiệm hấp phụ thường được mô tả

bởi đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freunlich.

Qua kết quả trên số liệu thực nghiệm được xử lý theo mô hình hấp phụ đẳng

nhiệt Langmuir:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40

ệu suất xử lý m (%)

Nồ độ N 4+ tr ấp p ụ (m /l)

hiệu suất (%)

60

Trong đó : qe: dung lượng hấp phụ ứng với nồng độ C.

qm : dung lượng hấp phụ cực đại đơn lớp.

Ce: nồng độ chất bị hấp phụ lúc cân bằng.

b : hằng số cân bằng hấp phụ.

Để xác định qm , b trong phương trình Langmuir ta tuyến tính hoá phương

trình trên thành:

Từ các số liệu nồng độ chất bị hấp phụ ở thời điểm ban đầu và thời điểm cân

bằng, lượng chất hấp phụ ta tính được các thông số trong bảng sau:

Bảng 3.5 Các thông số xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Số thí nghiệm Ce qe Ce/qe

1 1,14 0,386 0,877

2 5,12 0,488 0,195

3 9,48 0,552 0,105

4 14,23 0,577 0,074

5 18,65 0,635 0,054

6 23,56 0,644 0,042

7 28,23 0,677 0,035

61

Hình 3.11 Đường đẳng nhiệt Langmuir

Từ đồ thị 3.11 ta có thể xác định được 1/qm = 2,963 =>qm = 0,337 (mg/g)

1/qmb = 1,416 =>b = 2,095. Vậy dung lượng hấp phụ cực đại đơn lớp có giá trị là

0,337 (mg/g), hằng số cân bằng hấp phụ là 2,095. Hệ số quy hồi R2 = 0,993 tiến sát

đến 1chứng tỏ sự trùng hợp của mô hình quá trình hấp phụ là đơn lớp. Do đó có thể

sử dụng mô hình đẳng nhiệt Langmuir để mô tả quá trình hấp phụ amoni trong nước

thải bệnh viện.

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng:

Qua kết quả trên số liệu thực nghiệm được xử lý theo mô hình hấp phụ đẳng

nhiệt Freundlich:

[11]

Trong đó qe:dung lượng hấp phụ (mg/g)

Ce :Nồng độ cân bằng(mg/l)

kF là 1/n là các hằng số đặc trưng, kF đặc trưng cho khả năng hấp phụ

của vật liệu đối với chất bị hấp phụ, n là đặc trưng đính tính cho bản chất tương tác

của hệ hấp phụ. Phương trình được chuyển về dạng đường thẳng:

y = 1.4161x + 2.9632 R² = 0.9937

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25 30

Ce

/qe

, g/l

Ce, mg/l

Ce/qe

62

Từ các số liệu nồng độ chất bị hấp phụ ở thời điểm ban đầu và thời điểm cân

bằng, lượng chất hấp phụ ta tính được các thông số trong bảng sau:

Bảng 3.6 Các thông số xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

Số thí nghiệm Ce qe Log10(Ce) Log10(qe)

1 1,14 0,386 0,057 -0,413

2 5,12 0,488 0,709 -0,149

3 9,48 0,552 0,976 -0,011

4 14,23 0,577 1,153 0,062

5 18,65 0,635 1,27 0,104

6 23,56 0,644 1,372 0,137

7 28,23 0,677 1,45 0,161

Hình 3.12 Đường đẳng nhiệt Freundlich

Qua bảng số liệu 3.6 và đồ thị 3.12 cho thấy quá trình xử lý NH4+ cũng có thể chấp

nhận theo đường đẳng nhiệt Freundlich.

3.3.3Ảnh hưởng thời gian hấp phụ

Thời gian là yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tiếp xúc của vật liệu hấp phụ với

nồng độ amoni trong nước thải. Tiến hành khảo sát trong khoảng thời gian từ 5 phút

đến 55 phút, trong điều kiện pH = 7 như kết quả thực nghiệm mục 3.3.1, nồng độ

y = 0.4207x - 0.4355 R² = 0.9971

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0 0.5 1 1.5 2 Series1

Linear (Series1)

63

amoni ban đầu là 23,76 mg/l, tỷ lệ rắn – lỏng là 2,5g/ml. Ta thu được kết quả thực

nghiệm như đồ thị 3.13

Hình 3.13 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý amoni

Theo kết quả phân tích hình 3.13 cho thấy vậy thời gian hấp phụ càng lâu thì

hiệu suất hấp phụ NH4+ càng tăng, hiệu xuất hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ có

xu hướng tăng và không đổi từ 30 phút trở đi. Ban đầu 5 phút nồng độ amoni giảm

khá ít hiệu suất đạt 18,22 %, đến 30 phút hiệu tăng lên 43, 93% và không đổi quá

trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng. Như vậy lựa chọn thời gian tối ưu là t = 30

phút là phù hợp.

3.3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn: lỏng

Quá trình thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ Rắn – lỏng đến hiệu

quả xử lý amoni trong nước được thực hiện với pH = 7 và thời gian t = 30 phút, tỷ

lệ rắn - lỏng giữa vật liệu và thể tích nước thải trong khoảng từ 0,25g – 5g/l. Kết

quả thực nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ rắn- lỏng thể hiện như đồ thị hình 3.14:

0

5

10

15

20

25

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40 50 60

ệu suất xử lý m (%)

T (p út)

Ả ở ủ t đế ệu suất xử lý m

hiệu suất (%)

NH4+ (mg/l)

64

Hình 3.14 Ảnh hưởng của khối lượng than đến hiệu suất xử lý NH4+

Qua bảng số liệu phụ lục 2.10 và đồ thị 3.14 ta thấy hiệu suất xử lý tăng khi

tỷ lệ rắn – lỏng tăng hiệu suất tăng từ 20,17% lên 59, 30%. Như vậy lượng than (tỷ

lệ rắn: lỏng) càng lớn thì hiệu suất hấp phụ càng cao và tốt nhất là ở khối lượng m =

5g (tỷ lệ rắn: lỏng = 1/50).

3.3.5 So sánh hiệu suất hấp phụ của than hoạt tính gáo dừa ở thị trường với than

cacbon hóa xơ dừa đã chế tạo.

Thực nghiệm tiến hành nghiên cứu so sánh khả năng hấp phụ amoni của than

hoạt tính gáo dừa Bến Tre dạng bột mịn với than cacbon hóa từ xơ dừa chế tạo cũng

được nghiền dạng bột mịn để đánh giá khá năng xử lý của vật liệu đã chế tạo so với

than hoạt tính thị trường.

Tiến hành nghiên cứu với nước thải bệnh viện sau xử lý sinh học có nồng độ

ban đầu là 23,75 mg/l, pH= 7, thời gian t = 30 phút và khối lượng than hấp phụ m =

2,5g tiến hành hấp phụ gián đoạn trong thiết bị khuấy Jartest thu được kết quả như

sau:

0

10

20

30

40

50

60

70

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 1 2 3 4 5 6

ệu suất xử lý m ( %)

tỷ lệ rắ : lỏ ( /ml)

Ả ở ủ ố l ợ t đế ệu suất xử lý

amoni

NH4+ (mg/l)

hiệu suất (%)

65

Hình 3.15 So sánh khả năng hấp phụ của than hoạt tính thị trường

và than cacbon chế tạo

Qua đồ thị hình 3.15 và kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng hấp phụ amoni

trong nước thải bệnh viện của than cacbon hóa từ xơ dừa và than hoạt tính gáo dừa

của thị trường chênh lệch không cao, tuy nhiên than cacbon hóa xơ dừa hiệu suất

hấp phụ cao hơn đạt 56,59%. Muốn tăng hiệu quả của than hoạt tính gáo dừa chúng

ta cần thêm bước phải biến tính than hoạt tính, trong khi than cacbon chúng ta có

thể sử dụng trực tiếp, như vậy xét về mặt kinh tế khi sử dụng than cacbon hóa xơ

dừa sẽ tiết kiệm hơn đồng thời cũng xử lý được khối lượng xơ dừa thải. Do vậy việc

ưng dụng than cacbon hóa từ biomass thải (xơ dừa) đem lại triển vọng cao.

3.4 Đá á ệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ chế tạo từ quá trình

cacbon hóa theo cột.

Mô hình hấp phụ dạng cột được chế tạo và lắp đặt như hình 2.6 để thực

nghiệm đối với nước thải bệnh viện E đã được xử lý bằng phương pháp lọc sinh học

với thông số COD từ 45-90 mg/l; SS từ 30-35 mg/l; NH4+ từ 22- 30 mg/l . So sánh

với tiêu chuẩn nước thải bệnh viện QCVN 28: 2010/BTNMT (mức B có nồng độ

NH4+ = 10mg/l) thì nồng độ amoni vẫn vượt tiêu chuẩn cho phép. Tiến hành nghiên

cứu thực nghiệm với hai loại vật liệu hấp phụ là sử dụng 100% than cacbon hóa và

vật liệu được chế tạo dạng hạt có đường kính từ 100-150mm.

0

10

20

30

40

50

60

Loại than

ệu suất ấp p ụ m (%)

Than hoạt tính gáo dừa

than cacbon hóa xơ dừa

66

3.4.1 Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ là 100% than cacbon hóa từ

xơ dừa.

Do bột than chưa được tạo thành khổi và tránh hiện tượng rửa trôi nên tiến

hành thực nghiệm trên dạng cột với tốc độ lọc tương đối thấp từ 0,13- 0,45m/h.

Thực nghiệm tiến hành với lưu lượng từ 0,5l/h; 075 l/h; 1 l/h;1,5l/h tương ứng với

thời gian lưu từ 3,5h đến 15h, thể tích nước V=7,9l, khối lượng vật liệu chứa trong

cột lọc tương ứng khoảng m = 3kg. Tiến hành lấy mẫu 3 lần một ngày

Hình 3.16 Khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ ở mô hình dạng cột (M1: mẫu số

1, M2: mẫu số 2, M3: mẫu số 3)

Qua kết quả thực nghiệm như hình 3.16 ta thấy với tốc độ lọc thấp 0,5 l/h hiệu

suất xử lý amoni của than xơ dừa trung bình trong khoảng 78,79% khi tăng tốc độ

lưu lượng lên 0,75 l/h hiệu suất hấp phụ amoni giảm xuống trung bình khoảng

30,04%. Tại mức lưu lượng 1,5l/h hiệu suất xử lý giảm xuống khá nhiều còn

13,31%. Như vậy có thể thấy khi thực nghiệm với lưu lượng thấp 0,5 l/h thì hiệu

suất tiếp xúc của vật liệu với amoni trong nước thải tương đối cao 78,79% do thời

gian lưu nước trong vật liệu lâu, quá trình amoni tiếp xúc với mao quản của của

than cacbon hóa cũng lâu hơn và bị giữ lại. Do đó lưu lượng thấp và thời gian lưu

lâu sẽ tăng hiệu quả xử lý amoni.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

M1 M2 M3 M1 M2 M3 M1 M2 M3 M1 M2 M3

0.5 0.75 1 1.5

ệu suất xử lý m tr t ả

bệ v ệ %

lưu lượng hấp phụ(l/h)

K ả ă ấp p ụ ủ vật l ệu ấp p ụ t b ó xơ ừ

hiệu suất xử lý (%)

67

3.4.2 Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ dạng viên

Tiến hành thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ dạng viên theo các tỷ lệ phối trộn

khác nhau và thu được kết quả như sau:

Tỷ lệ phối trộn Đánh giá khả năng kết dính bẳng cảm quan

1 cát: 1 sỏi: 1 than : 2 xi măng Khả năng kết dính kém, vật liệu dễ bở khi

gặp nước

0,5 cát: 1 sỏi: 1 than: 2 xi măng Khả năng kết dính kém, vật liệu dễ bở khi

gặp nước

1 cát: 1 sỏi: 1 than: 3 xi măng Khả năng kết dính tốt, vật liệu không bị vỡ

khi gặp nước và tồn tại lâu trong nước.

Sau khi tiến hành nghiên cứu chế tạo ra vật liệu hấp phụ dạng viên với tỷ lệ 1

cát: 1 sỏi: 1 than: 3 xi măng thấy đây là tỷ lệ tối ưu để tạo ra vật liệu, sau đó mang

vật liệu đã chế tạo được nghiên cứu trên thiết bị dạng cột với lưu lượng từ 0,25 l/h

đến 0,75 l/h. Kết quả thực nghiệm dạng cột được thể hiện trong biểu đồ dưới đây:

Hình 3.17 Khả năng hấp phụ của vật liệu dạng viên

Qua kết quả thực nghiêm hình 3.17 cho thấy khả năng hấp phụ của vật liệu

khá thấp đạt mức cao nhất là 16,12% với mức lưu lượng 0,25 l/h khi tăng dần lưu

lượng hiệu suất giảm xuống còn 3,89% ở mức 0,75 l/h.

0

5

10

15

20

25

30

35

M1 M2 M3 M2 M3 M1 M3 M1 M2

0.25 0.5 0.75

ệu suất ấp p ụ m ( %)

l u l ợ (l/ )

K ả ă ấp p ụ ủ vật l ệu ấp p ụ ạ v ê

hiệu suất xử lý (%)

68

Có thể thấy khi sử dụng vật liệu dạng viên có đường kính 130-150mm là

không tối ưu do độ rỗng quá lớn giảm khả năng tiếp xúc của vật liệu với amoni,

đồng thời vật liệu than cacbon hóa xơ dừa khả năng kết dính kém cần tốn thêm

nhiều chất phụ trợ kết dính.

69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH

1. Kết luận

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng

phương pháp cacbon hóa để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện sau khi đã qua

hệ thống xử lý sinh học hiếu khí có thể rút ra kết luận như sau:

1.Tỷ lệ bay hơi nước của xơ dừa khá cao đạt khoảng từ 8,3% - 8,72% trong

thời gian từ 30- 60 phút ,khối lượng hơi nước trong các mẫu thay đổi không đáng

kể. Tỷ trọng của xơ dừa từ 22,25 kg/m3 – 25,33 kg/m

3 và không ảnh hưởng nhiều

đến quá trình cacbon hóa. Chế tạo được than cacbon hóa xơ dừa bằng phương pháp

cacbon hóa ở nhiệt độ 500oC, thời gian từ 30-50 phút.

2. Hiệu suất xử lý amoni phụ thuộc vào pH của dung dịch, trong môi trường

pH 7-8 đạt hiệu suất xử lý cao nhất đạt 54,36%. Thời gian hấp phụ đạt cân bằng ở t

= 30 phút đạt hiệu suất 43,93%. Tỷ lệ rắn : lỏng giữa vật liệu và thể tích dung dịch

cụ thể là 20g/l đạt hiệu suất cao nhất 59,3%. Quá trình hấp phụ NH4+ của than

cacbon hóa xơ dừa phù hợp theo thuyết hấp phụ đường đẳng nhiệt Langmuir và

đường đẳng nhiệt Freundlich.

3. Đánh giá được triển vọng của than cacbon hóa xơ dừa chế tạo so với than

hoạt tính thị trường, cụ thể than cacbon hóa xơ dừa chế tạo đạt hiệu suất cao hơn

56,59 %.

4. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ khi sử dụng 100% than

cacbon hóa xơ dừa qua hệ thống lọc liên tục thấy rằng ở mức lưu lượng 0,25 l/h đạt

hiệu suất cao nhất 78,79%. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu dạng viên qua hệ

thống lọc liên tục thấy rằng với mức lưu lượng 0,25 l/h thì hiệu suất xử lý đạt cao

nhất 19,12% khả năng xử lý không cao.

2. Kiến nghị

Các kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu chế tạo từ xơ dừa có thể sử dụng như

vật liệu hấp phụ giá thành thấp, hiệu quả và thân thiện với môi trường để xử lý

amoni trong nước thải bệnh viện trước khi thải ra môi trường bên ngoài. Vì vậy, tôi

rất mong muốn được tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng trên quy mô lớn.

70

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng việt

1. Nguyễn Việt Anh (2005), Nghiên cứu xử lý amoni trong nước ngầm bằng

phương pháp sinh học, Bảo vệ môi trường số 3, trang 22-24.

2. Lương Văn Anh (2013), Xử lý amoni trong nước ngầm bằng bể lọc sinh học

cần được mở rộng cho hệ thống cấp nước nông thôn, Khoa học kỹ thuật thủy

lợi và môi trường, số 43, trang 43-47.

3. Báo nông nghiệp & PTNT (2007), Báo cáo tình hình phế phẩm nông nghiệp,

Hà Nội.

4. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2010) Quy chuẩn nước thải bệnh viện QCVN

28-2010 ngày 16/12/2010.

5. Bộ y tế, Viện sức khỏe nghề nghiệp và môi trường (2014), Báo cáo tính chất

và thành phần của nước

6. Bộ y tế, cục quản lý môi trường y tế (2015), Hướng dẫn áp dụng công nghệ xử

lý nước thải y tế , Dự án hỗ trợ xử lý chất thải bệnh viện, Nhà xuất bản y học

Hà Nội

7. Nguyễn Bin (2004), Giáotrình các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa

chất và thực phẩm , tập 4 - NXB Khoa học và Kĩ thuật Hà Nội

8. Ngô Kim Chi (2013), Phát triển công nghệ chuyển hoá tài nguyên Biomass,

tạp chí Khoa học và Công nghệ, số 14, tr.31.

9. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và

nước thải. Nhà Xuất Bản thống kê Hà Nội

10. Đào Văn Đông (2007), Nghiên cứu góp phần hoàn thiện công nghệ sản xuất

phụ, gia tro trấu ở Việt Nam, pp.2-8.

11. Cao Ngọc Điệp, Nguyễn Thị Hoàng Nam (2012), Ứng dụng vi khuẩn

Pseudomonas Stutzeri và Acinetobacter Lwoffii loại bỏ amoni trong nước thải

từ rác hữu cơ, Tạp chí khoa học, tr 1-8

71

12. Trần Quang Ninh (2010),Tổng luận về công nghệ xử lý chất thải rắn của một

số nước và ở Việt Nam, Trung tâm thông tin khoa học và công nghệ quốc gia

13. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải ,

NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

14. Nguyễn thị Yến Nhi, Huỳnh Thị Ngọc Trinh (2012), Nghiên cứu cấu trúc và

tính hấp phụ ammonium trong nước của than trà Bắc, Khoa học công nghệ, số

06, trang 2-6.

15. Trần Hiếu Nhuệ, Ưng Quốc dũng, Nguyễn Thị Kim Thái, (2001), Quản lý

chất thải rắn – tập 1. Chất thải rắn đô thị”, Nxb Xây dựng, Hà Nội.

16. Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải (2004), Công nghệ xử lý nước thải

bệnh viện, NXB KHKT, Hà Nội

17. Nguyễn Xuân Nguyên, Trần Quang Huy (2004), Công nghệ xử lỷ chát thải và

chất thải rắn, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, trang 41-43

18. Đào Ngọc Phong, Nguyễn Thị Thái, Đỗ Văn Hợi (1998), Đánh giá ô nhiễm

môi trường và khả năng lây truyền bệnh do nước thải bệnh viện gây ra ở Hà

Nội, Kỷ yếu hội thảo Quản lý chất thải bệnh viện, Hà Nội

19. Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấpphụ và xúc tác trên bề mặt vật liệu vô cơ mao

quản, NXB Khoa học và kỹ thuật

20. Minh Tâm (2012), Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá để xử lý chất thải đô thị

ở Việt Nam, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam.

21. Trịnh Văn Tuyên, Mai Trọng Chính, Đỗ Hồng Trang (2010), Báo cáo tổng

hợp Định hướng nghiên cứu công nghệ xử lý chất thải rắn và chất thải nguy

hại tại Việt Nam trong giai đoạn từ nay đến 2015 và 2025, Viện Công nghệ

môi trường, trang 79-81.

22. Trịnh Văn Tuyên, Văn Hữu Tập, Vũ Thị Mai (2014), Xử lý chất thải rắn và

chất thải nguy hại, NXB Khoa học và Kỹ thuật,

23. Trịnh văn Tuyên, Tô Thị Hải Yến, Shuji Yosizawa (2010), Nghiên cứu công

nghệ cacbon hóa chất thải đô thị ở Việt Nam, Hội nghị khoa học kỉ niệm 35

năm Viện Khoa học và công nghện Việt Nam, 421 tr 72-78

72

24. Trịnh văn Tuyên, Tô Thị Hải Yến, Shuji Yosizawa (2012), Nghiên cứu xử lý

nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp lọc sinh học sử dụng than cacbon

hóa, Tạp chí môi trường của Tổng cục môi trường 56-58

25. Trịnh Văn Tuyên, Nguyễn Thu Hà, Hoàng Lương, Tăng Thị Chính (2012) ,

Nghiên cứu xây dựng mô hình Bio- Toilet sử dụng than cacbon hóa nhằm cải

thiện môi trường nước ở Việt Nam. Tạp chí Khoa học và Công nghệ 50(2B)

134-142

26. Trịnh Văn Tuyên, Vũ Thị Phương Anh (2014), Giáo trình các quá trình thiết

bị và thiết bị công nghệ môi trường”, Viện Công nghệ môi trường, NXB Khoa

học tự nhiên và công nghệ.

27. Viện công nghệ môi trường – Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam, (2008),

Tổng quan về tình hình nghiên cứu, công nghệ nhiệt phân, cacbon hóa chất

thải.

Tài liệu tiếng anh

28. Dang Xuan Hien, Cao Xuan Mai (2009), research on ammonia treatment in

groundwater by ion exchange method. Review of Ministry of Construction,

ISSN 0866 8762, Ministry of construction,.

29. D J Goucher (2002), Coalite tyre services pyprolysis process, Presented to the

Midland Section on 19 Septembe, at the corus conference Centre, Scunthorpe..

30. FAO (1983), Simpletechnolgies of charcoal making.

31. Frank M. Gentry (1928), The Technology of low temperature

32. Hazardous waste incineration (1994) Second edition.

33. J.Lee (2002), selective photocatalytic oxidation of NH3 to N2 on platinized

TiO2 in water, Environ. Sci. Technol,Vol.36,pp 5462-5468.

34. Kazuhiro Mochidzuki, Lloyd S. Peredes, and Michael J. Antal, Jr. Flash

(2003) Cacbonization of Bionmass, Ind. Eng. Chem..Res.42 (16) 3690-3699

35. Nicholas P., Cheremisnnoff P., Biotechnology for waste and wastewater

treatment, Noyes publication, New Jersey, USA

73

36. Van dongen, U., Jetten, M.S.M., van Loosdrecht, M.C.M (2001), The Sharon-

Anammox process for treatment of ammonium rich wasterwater, Water

Science anh Technology, 44(1),pp. 153-154

37. Vanderholm Dale H, (1985). Aricultural waste manual, pp 2 – 15.

38. W.M.Qiao, Y. Song, S-H. Yoon, Y. Korai, I. Mochida, shiga, H.Fukuda, A.

Yamazaki (2006),Cacbonization of waste PVC to develop porous cacbon

material Without further activation,waste Management 26 592-598 .

74

PHỤ LỤC

Phụ lục 1. Trích dẫn QCVN 28:2010/BTNMT về nồng độ thông số ô nhiễm trong

nước thải bệnh viện.

STT Thông số Đơ vị Giá trị C

A B

1 pH - 6,5-8,5 6,5-8,5

2 BOD5 (20oC) mg/l 30 50

3 COD mg/l 50 100

4 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 100

5 Sunfua (tính theo H2S) mg/l 1,0 4,0

6 Amoni (tính theo N) mg/l 5 10

7 Nitrat (tính theo N) mg/l 30 50

8 Phosphat (tính theo P) mg/l 6 10

9 Dầu mỡ động thực vật mg/l 10 20

10 Tổng hoạt độ phóng xạ α Bq/l 0,1 0,1

11 Tổng hoạt độ phóng xạ β Bq/l 1,0 1,0

12 Tổng Coliforms MPN/100ml 3000 1000

13 Salmonella Vi khuẩn/100ml KPH KPH

14 Shigella Vi khuẩn/100ml KPH KPH

15 Vibrio Cholerae Vi khuẩn/100ml KPH KPH

Trong đó:

- KPH: Không phát hiện

- Thông số Tổng hoạt độ phóng xạ α và β chỉ áp dụng đối với các cơ sở khám,

chữa bệnh có sự dụng nguồn phóng xạ.

- Cột A quy định giá trị C của các thông số và các chất gây ô nhiễm làm cơ sở

tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải y tế khi thải vào các nguồn

nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.

75

- Cột B quy định giá trị C của các thông số và các chất gây ô nhiễm làm cơ sở

tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải y tế khi thải vào các nguồn

nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.

- Nước thải y tế thải vào cống thải chung của dân cư áp dụng giá trị C quy

định tại cột B. Trường hợp nước thải y tế thải vào hệ thống thu gom để dẫn

đén hệ thống xử lý tập trung thì phải được khử trùng, các thông số và các

chất gây ô nhiễm khác áp dụng theo quy định của đơn vị quản lý, vận hành

hệ thống xử lý nước thải tập trung.

-

Phụ lục 2. Một số số liệu thực nghiệm.

Bảng PL 2.1 Sự thay đổi nhiệt độ trong lò cacbon hóa

STT Thời gian (phút) T = 3000C T = 400

0C T = 500

0C

1 5 80 80 90

2 10 180 210 220

3 14 300 340 360

4 17 350 400 450

5 20 340 440 500

6 25 330 430 520

7 30 320 420 500

8 35 310 410 520

9 40 300 400 500

10 45 330 420 520

11 50 320 410 510

12 55 310 400 500

13 60 330 420 510

76

Bảng PL 2.2 Xác định lượng hơi nước bay hơi trong xơ dừa

stt

Thời

gian

sấy

(phút)

Mẫu

Khối lượng

trước khi

sấy m0 (g)

Khối

lượng sau

khi sấy

mr(g)

Tỉ lệ hơi

nước đã

bay hơi

(%)

Tỉ lệ trung

bình hơi

nước đã bay

hơi (%)

1

5

M1 6,071 5,742 5,42

4,79

2 M2 6,284 5,941 5,46

3 M3 6,217 5,999 3,51

4

10

M1 6,279 5,877 6,40

6,01

5 M2 6,213 5,855 5,76

6 M3 6,225 5,859 5,88

7

15

M1 6,306 5,847 7,28

6,68

8 M2 6,28 5,914 5,83

9 M3 6,265 5,83 6,94

10

20

M1 6,202 5,635 9,14

7,75

11 M2 6,231 5,788 7,11

12 M3 6,207 5,773 6,99

13

25

M1 6,418 5,831 9,15

7,91

14 M2 6,268 5,817 7,20

15 M3 6,201 5,743 7,39

16

30

M1 6,011 5,455 9,25

8,08

17 M2 6,254 5,788 7,45

18 M3 6,24 5,77 7,53

19

35

M1 6,268 5,684 9,32

8,30

20 M2 6,21 5,724 7,83

21 M3 6,222 5,74 7,75

22

40

M1 6,154 5,571 9,47

8,39 23 M2 6,223 5,735 7,84

77

24 M3 6,245 5,754 7,86

25

45

M1 6,019 5,442 9,59

8,72

26 M2 6,283 5,743 8,59

27 M3 6,251 5,752 7,98

28

55

M1 6,258 5,722 8,56

8,55 29 M2 6,023 5,539 8,035

30 M3 6,221 5,658 9,05

(M1: mẫu số 1; M2: mẫu số 2; M3: mẫu số 3)

Bảng PL 2.3 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa ở T=3000C

Mẫu Thời gian

(phút) mT (g) mr (g)

Hiệu suất thu hồi

(%)

M1 10 5,167 4,361 84,41

M2 20 5,489 3,993 72,74

M3 30 5,345 3,699 69,20

M4 40 5,612 3,018 53,77

M5 50 5,421 2,724 50,25

Bảng PL 2.4 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa ở T=4000C

Mẫu Thời gian

(phút) mT (g) mr (g)

Hiệu suất thu hồi

(%)

M1 10 5,56 3,569 64,16

M2 20 5,38 2,711 50,43

M3 30 5,017 2,613 52,08

M4 40 5,643 2,530 44,84

M5 50 5,88 1,798 30,57

78

Bảng PL 2.5 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa ở T=5000C

Mẫu Thời gian

(phút) mT (g) mr (g)

Hiệu suất thu hồi

(%)

M1 10 5,236 2,265 43,26

M2 20 5,131 2,054 40,03

M3 30 5,592 2,074 37,09

M4 40 5,307 1,920 36,18

M5 50 5,605 1,42 25,34

Bảng PL 2.6 Kết quả dung lượng hấp phụ NH4+

của than cacbon hóa xơ dừa

STT Mẫu than thí nghiệm

theo nhiệt độ và thời

gian

Nồng độ

NH4+ vào

(mg/l)

Nồng độ

NH4+ ra

(mg/l)

Dung lượng

hấp phụ a1

(mg/g)

1 300oC- 10 phút 17 15,85 0,06

2 300oC- 20 phút 17 16,15 0,043

3 300oC- 30 phút 17 15,38 0,081

4 300oC- 40 phút 17 15,35 0,083

5 300oC- 50 phút 17 15,87 0,056

6 400oC- 10 phút 16,46 8,51 0,40

7 400oC- 20 phút 16,46 9,19 0,36

8 400oC- 30 phút 16,46 7,33 0,46

9 400oC- 40 phút 16,46 6,61 0,49

10 400oC- 50 phút 16,46 10,09 0,32

11 500oC – 10 phút 17,50 6,18 0,57

12 500oC – 20 phút 17,50 3,93 0,68

13 500oC – 30 phút 17,50 3,76 0,69

14 500oC – 40 phút 17,50 4,09 0,67

15 500oC – 50 phút 17,50 4,33 0,66

79

Bảng PL 2.7 Kết quả phân tích hiệu quả hấp phụ NH4+ của than cacbon hóa xơ dừa

qua các dải pH

pH 4 5 6 7 8 9

NH4+ (mg/l) trước khi

hấp phụ 27,21 26,96 26,56 26,15 25,94 25,84

NH4+ (mg/l) sau khi

hấp phụ 12,38 11,36 11,13 10,02 9,95 10,01

hiệu suất (%) 54,50 56,86 58,09 60,68 61,65 61,26

Bảng PL 2.8 Kết quả phân tích tích ảnh hưởng của dung lượng hấp phụ đến hiệu

quả xử lý NH4+

Nồng độ NH4+

trước hấp phụ

(mg/l)

5 10 15 20 25 30 35

NH4+ sau hấp

phụ (mg/l) 1,14 5,12 9,48 14,23 18,65 23.56 28,23

hiệu suất (%) 77,2 48,8 36,8 28,85 25.4 21,4667 19,3429

dung lượng

hấp phụ (mg/g) 0,386 0,488 0,552 0,577 0,635 0,644 0,677

Bảng PL 2.9 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đếnhiệu quả xử lý

NH4+

thời gian

(phút) Vào 5 10 15 25 30 35 45 55

NH4+ (mg/l) 23,76 19,43 18,22 16,75 14,7 13,32 13,16 13,22 13.16

hiệu suất(%) 18,22 23,32 29,50 38,13 43,93 44,61 44,36 44,61

80

Bảng PL 2.10 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ rắn: lỏng đến hiệu quả xử lý

NH4+

hàm lượng

than (g/ml) Vào 1/1000 2/1000 4/1000 8/1000 10/1000 12/1000 20/1000

NH4+ (mg/l) 23 18,36 17,14 16,51 14,26 12,05 10,67 9,36

hiệu suất

(%) 20,17 25,48 28,21 38,00 47,60 53,60 59,30

Bảng PL 2.11 Bảng kết quả xử lý NH4+ theo quy mô liên tục với vật liệu than xơ

dừa (M1: mẫu số 1; M2: mẫu số 2; M3: mẫu số 3)

Lưu lượng

(l/h)

Mẫu thí

nghiệm

nồng độ đầu

vào (mg/l)

nồng độ

đầu ra

(mg/l)

hiệu suất xử

lý (%)

hiệu suất

trung bình

%

0.5 M1 22,45 6,5 71,05

78,79 M2 22,3 4,29 80,76

M3 22,23 3,43 84,57

0.75 M1 25,6 19,21 24,96

30,04 M2 24,8 18,32 26,13

M3 23,7 14,45 39,03

1

M1 29,42 24,41 17,03

15,72 M2 27,64 23,76 14,04

M3 27.324 22,93 16,08

1.5

M1 29,104 23,346 19,78

13,51 M2 27,115 24,026 11,39

M3 25,701 23,294 9,37

81

Bảng PL 2.12 Bảng kết quả xử lý NH4+

theo quy mô liên tục với vật liệu hấp phụ

được chế tạo từ than xơ dừa (M1: mẫu số 1; M2: mẫu số 2; M3: mẫu số 3)

Lưu lượng

(l/h) loại mẫu

nồng độ đầu

vào (mg/l)

nồng độ

đầu ra

(mg/l)

hiệu suất xử

lý (%)

hiệu suất

trung bình

%

0.25

M1 22 17,85 18,86

19,12 M2 21,5 15,62 27,35

M3 21,23 14,86 30,00

0.5 M2 23,14 18,39 20,53

10,05 M3 22,43 19 15,29

M1 21,88 18,63 14,85

0.75 M3 13,766 10,84 21,26

3,89 M1 12,6 12,3 2,38

M2 12,7 11,52 9,29