1. Trang Chủ
  2. Khoa học tự nhiên
  3. Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía

Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía

Khoá luận Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía được thực hiện nhằm chế tạo ra các vật liệu hấp phụ từ bã mía bằng các phương pháp khác nhau. Sau đó sử dụng vật liệu hấp phụ đã chế tạo để xử lý amoni trong nước. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC LÊ THỊ VÂN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ AMONI TRONG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng HÀ NỘI, 2018 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ P

Thể loại Tài liệu miễn phí Khoa học tự nhiên

Số trang 50

Ngày tạo 4/2/2023 8:32:17 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.05 M

Tên tệp

Tải Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu khả năng ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC LÊ THỊ VÂN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ AMONI TRONG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng HÀ NỘI, 2018
  2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC LÊ THỊ VÂN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ AMONI TRONG NƢỚC CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: ThS. ĐỖ THỦY TIÊN HÀ NỘI, 2018
  3. LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa hoá học đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập dƣới mái trƣờng ĐH sƣ phạm Hà Nội 2, đặc biệt là sự giúp đỡ của Ths. Đỗ Thuỷ Tiên. Với lòng biết ơn chân thành nhất, em xin gửi lời cảm ơn Ths. Đỗ Thủy Tiên ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn, dìu dắt, và chỉ bảo những kiến thức chuyên môn thiết thực và những chỉ dẫn khoa học quý báu, giúp đỡ em hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp này. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn tạo mọi điều kiện, động viên, giúp đỡ em trong quá trình học tập. Do điều kiện thời gian và trình độ còn hạn chế, nên bản thân khóa luận này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự góp ý của thầy, cô giáo cũng nhƣ toàn thể các bạn để khóa luận của em có thể hoàn thiện hơn. Hà Nội, tháng 5 năm 2018 Sinh viên thực hiện Lê Thị Vân
  4. LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân em, đƣợc thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu khảo sát thực nghiệm dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của ThS. Đỗ Thuỷ Tiên. Các số liệu và những kết quả đo đƣợc trong khóa luận là trung thực, do cá nhân em tiến hành thí nghiệm. Hà Nội, tháng 5 năm 2018 Sinh viên thực hiện Lê Thị Vân
  5. DANH MỤC VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Tên đầy đủ VLHP Vật liệu hấp phụ SEM Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) UV - Vis Máy đo quang phổ (Ultraviolet Visble)
  6. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................... 3 1.1. Ô nhiễm amoni trong nƣớc ngầm ........................................................ 3 1.1.1. Giới thiệu vài nét về nước ngầm ở Việt Nam ................................. 3 1.1.2. Ô nhiễm amoni trong nước ngầm.................................................. 3 1.1.3. Tác hại các nguồn nước nhiễm amoni........................................... 4 1.2. Các phƣơng pháp xử lý ô nhiễm amoni trong nƣớc ngầm .................... 6 1.2.1. Một số phương pháp xử lý amoni .................................................. 6 1.2.2. Phương pháp hấp phụ ................................................................. 10 1.2.3. Các đại lượng đánh giá hệ hấp phụ ............................................ 14 1.3. Một số hƣớng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm VLHP ....................................................................................................... 16 1.4. Giới thiệu về nguyên liệu bã mía. ...................................................... 17 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .................................................................... 20 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................ 20 2.2. Dụng cụ và hóa chất .......................................................................... 20 2.2.1. Dụng cụ ..................................................................................... 20 2.2.2. Hóa chất ..................................................................................... 20 2.3. Phƣơng pháp nghiêm cứu .................................................................. 21 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu ................................................ 21 2.3.2. Phương pháp phân tích ............................................................... 21 2.3.3. Phương pháp thực nghiệm .......................................................... 21 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 26 3.1. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn xác định amoni ................................ 26
  7. 3.2. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ amoni của các vật liệu hấp phụ từ bã mía ............................................................................................ 27 3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ từ bã mía......................................................................... 28 3.3.1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý amoni ............................. 28 3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất xử lý amoni ......... 29 3.3.3. Ảnh hưởng của liều lượng của VLHP đến hiệu suất xử lý amoni ................................................................................................... 31 3.3.4 Ảnh hưởng của nồng độ amoni đến hiệu suất xử lý amoni ........... 32 3.4. Xây dựng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ ................................................. 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 39
  8. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hoá học của bã mía ................................................... 18 Bảng 2.1. Các thiết bị chính đƣợc sử dụng trong khoá luận .......................... 20 Bảng 3.1. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn amoni theo phƣơng pháp nessler .......................................................................................... 26 Bảng 3.2. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ amoni của các loại vật liệu ............................................................................................... 27 Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý amoni .............................. 28 Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của thời gian khuấy đến hiệu suất xử lý amoni .......... 30 Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của liều lƣợng VLHP đến hiệu suất xử lý amoni ........ 31 Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của nồng độ amoni đến hiệu suất xử lý amoni ........... 32 Bảng 3.7. Các thông số khảo sát sự hấp phụ amoni của VLHP ..................... 34 Bảng 3.8. So sánh khả năng hấp phụ amoni của VLHP từ bã mía với các VLHP khác ................................................................................... 35
  9. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir............................................ 16 Hình 1.2. Sự phụ thuộc của vào Ccb ................................................... 16 Hình 3.1. Đƣờng chuẩn xác định nồng độ amoni ......................................... 26 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn hiệu suất hấp phụ của các VLHP từ bã mía ........ 27 Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý amoni ..... 29 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian khuấy đến hiệu suất hấp phụ amoni .............................................................................. 30 Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của liều lƣợng VLHP đến hiệu suất xử lý amoni ................................................................................... 31 Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ amoni đến hiệu suất xử lý amoni ................................................................................... 33 Hình 3.7. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir............................................ 34 Hình 3.8. Đồ thị biểu biễn sự phụ thuộc của Ccb/q và Ccb ........................... 34 Hình 3.9. Ảnh SEM của nguyên liệu ............................................................ 36 Hình 3.10. Ảnh SEM của VLHP .................................................................. 36
  10. Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 MỞ ĐẦU  Lý do chọn đề tài Chất lƣợng nƣớc có vai trò hết sức quan trọng trong sự nghiệp bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng. Các nguồn nƣớc đƣợc sử dụng chủ yếu là nƣớc mặt và nƣớc ngầm đã qua xử lý hoặc sử dụng trực tiếp. Phần lớn chúng đều bị ô nhiễm bởi các tạp chất với thành phần và mức độ khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện địa lý, đặc thù sản xuất, sinh hoạt của từng vùng và phụ thuộc vào địa hình mà nó chảy qua hay vị trí tích tụ. Ngày nay, với sự phát triển của nền công nghiệp, quá trình đô thị hoá và bùng nổ dân số đã làm cho nguồn nƣớc tự nhiên ngày ngày càng cạn kiệt và ngày càng ô nhiễm. Hoạt động nông nghiệp gắn liền với các loại phân bón trên diện rộng, các loại nƣớc thải nông nghiệp, sinh hoạt giàu hợp chất nitơ thải vào môi trƣờng làm cho nƣớc ngầm ngày càng bị ô nhiễm các hợp chất nitơ mà chủ yếu là amoni. Amoni không gây độc trực tiếp cho con ngƣời nhƣng sản phẩm chuyển hoá từ amoni là nitrit và nitrat là yếu tố gây độc. Các hợp chất nitrit và nitrat hình thành do quá trình oxi hoá của vi sinh vật trong quá trình xử lý, tàng trữ và chuyển tải nƣớc đến ngƣời tiêu dùng. Vì vậy việc xử lý amoni trong nƣớc là đối tƣợng rất đáng quan tâm. Hiện nay, phƣơng pháp hấp phụ để xử lý amoni bằng việc tận dụng nguồn nguyên liệu là các phế thải trong quá trình sản xuất nông nghiệp đang cho thấy là giải pháp đem lại nhiều ƣu điểm nhất nhƣ không đƣa vào nguồn nƣớc các hóa chất độc hại, xử lý hiệu quả amoni và nguyên liệu em dùng để sản xuất vật liệu hấp phụ ở đây là bã mía có giá thành rẻ, dễ kiếm. Với các lý do trên em đã chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía”. Lê Thị Vân – K40B sư phạm hoá học 1
  11. Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2  Mục đích nghiên cứu Khoá luận đƣợc thực hiện nhằm chế tạo ra các vật liệu hấp phụ từ bã mía bằng các phƣơng pháp khác nhau. Sau đó sử dụng vật liệu hấp phụ đã chế tạo để xử lý amoni trong nƣớc.  Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo các vật liệu hấp phụ từ bã mía. - Đánh giá khả năng hấp phụ amoni của các VLHP chế tạo từ bã mía. - Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng (pH, thời gian, liều lƣợng, nồng độ) tới khả năng hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ đã chọn. - Đánh giá cấu trúc bề mặt của VLHP.  Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu. - Phƣơng pháp phân tích: + Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM). + Phƣơng pháp quang phổ UV-Vis. - Phƣơng pháp thực nghiệm.  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Điều chế đƣợc VLHP từ bã mía để ứng dụng làm vật hấp phụ các ion kim loại, các chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trƣờng. Lê Thị Vân – K40B sư phạm hoá học 2
  12. Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Ô nhiễm amoni trong nƣớc ngầm 1.1.1. Giới thiệu vài nét về nước ngầm ở Việt Nam Ở Việt Nam, nƣớc ngầm là một hợp phần quan trọng của tài nguyên nƣớc, là ngồn cung cấp nƣớc rất quan trọng cho sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp. Nƣớc ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá, đƣợc tạo thành trong giai đoạn trầm tích hoặc do sự thẩm thấu của nguồn nƣớc mặt, nƣớc mƣa... Nƣớc ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hay hàng trăm mét. Hiện nay nguồn nƣớc ngầm chiếm 35-50% tổng lƣợng nƣớc cấp cho sinh hoạt ở các đô thị trên toàn quốc [1],[5]. Các nguồn nƣớc ngầm hầu nhƣ không chứa rong tảo, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nƣớc. Thành phần đáng quan tâm trong nƣớc ngầm là các tạp chất hòa tan do ảnh hƣởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, các quá trình phong hóa, sinh hóa trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hóa tốt, có nhiều chất bẩn và lƣợng mƣa lớn thì chất lƣợng nƣớc ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hòa tan, các chất hữu cơ và mùn lâu ngày theo nƣớc mƣa ngấm vào đất. Ngoài ra, nƣớc ngầm cũng có thể bị ảnh hƣởng do tác động của con ngƣời. Các chất thải của con ngƣời và động vật, chất thải sinh hoạt, chất thải hóa học, công nghiệp và việc sử dụng phân bón hóa học theo thời gian sẽ ngấm vào nguồn nƣớc, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm. 1.1.2. Ô nhiễm amoni trong nước ngầm.  Nguồn gốc ô nhiễm amoni trong nước ngầm ở Việt Nam Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm amoni và các chất hữu cơ trong nƣớc ngầm nhƣng một trong những nguyên nhân chính là do việc sử dụng quá mức lƣợng phân bón hữu cơ, thuốc trừ sâu, hoá chất bảo vệ thực vật Lê Thị Vân – K40B sư phạm hoá học 3
  13. Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 đã gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến nguồn nƣớc, hoặc do quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ và các chất trên càng làm đẩy nhanh quá trình nhiễm amoni trong nƣớc ngầm. Ngoài ra mức độ ô nhiễm còn phụ thuộc vào loại hình canh tác của từng khu vực nhƣ: [2]. Do cấu tạo địa chất và lịch sử hình thành địa tầng. Do sự tồn tại của nguồn ô nhiễm nằm ở phía trên mặt đất. Do độ dốc thuỷ lực lớn. * Vài nét về ô nhiễm nước ngầm tại Hà Nội: Hà Nội do nền kinh tế phát triển lại là trung tâm của đất nƣớc nên dân số tập trung rất đông, vì vậy khiến cho lƣợng nƣớc dùng cho sinh hoạt và sản xuất tăng nhanh đó là lý do khiến nguồn nƣớc ngầm nơi đây ngày càng cạn kiệt, bên cạnh đó nguồn nƣớc thải công nghiệp, sinh hoạt thải ra môi trƣờng đất, nƣớc làm nguồn nƣớc ngầm ngày càng ô nhiễm. Theo nghiên cứu của nhiều nhà khoa học cho biết, nguồn nƣớc ngầm tự nhiên ở Hà Nội hiện có hàm lƣợng asen, amoni trong nƣớc khá cao. Điểm đáng báo động hiện nay là việc nƣớc nhiễm amoni, với hàm lƣợng cho phép là dƣới 1.5 mg/l nhƣng nhiều khu vực ở Hà Nội có mức nhiễm amoni nặng, cao hơn 20-30 lần mức cho phép, nhƣ ở khu vực Hạ Đình, Pháp Vân, Linh Đàm, khu vực Cầu Giấy,… và đang lan rộng trên toàn thành phố. Đáng nguy hại hơn là mức độ ô nhiễm đang tăng dần theo thời gian [5]. 1.1.3. Tác hại các nguồn nước nhiễm amoni * Tác hại đối với môi trường: Nƣớc thải chứa nhiều amoni nếu không đƣợc xử lý trƣớc khi thải vào môi trƣờng sẽ gây ra những ảnh hƣởng sau: - Gây hiện tƣợng phú dƣỡng trong hệ sinh thái. - Làm cạn kiệt lƣợng oxi hoà tan trong nƣớc. - Gây độc với hệ sinh vật nƣớc. Lê Thị Vân – K40B sư phạm hoá học 4
  14. Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Hiện tƣợng phú dƣỡng trong nƣớc là do dƣ thừa chất dinh dƣỡng dẫn đến sự phát triển bùng nổ của các loại tảo và vi sinh vật. Khi đó, mật độ thuỷ sinh trong hồ rất dày đặc, làm cho nƣớc có độ màu, độ đục cao. Ngoài ra khi một lƣợng lớn tảo chết đi sẽ cần lƣợng oxi lớn tƣớng ứng để phân huỷ dẫn đến hàm lƣợng oxi hoà tan trong nƣớc bị cạn kiệt, làm chết đi các sinh vật sống trong nƣớc. Amoni là nguồn dinh dƣỡng để rêu tảo phát triển, vi sinh vật phát triển trong đƣờng ống gây ăn mòn, rò rỉ và mất mỹ quan [1]. * Tác hại đối với sức khoẻ con người. Amoni không gây ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khoẻ con ngƣời, nhƣng trong quá trình khai thác, lƣu trữ và xử lý... amoni đƣợc chuyển hoá thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) là những chất có tính độc hại, vì nó có thể chuyển hoá thành nitrosamin có khả năng gây ung thƣ cho con ngƣời. Chính vì vậy quy định nồng độ nitrit cho phép trong nƣớc sinh hoạt là khá thấp. Nhƣ vậy ở trong nƣớc ngầm, amoni không thể chuyển hoá đƣợc do thiếu oxy, khi khai thác lên vi sinh vật trong nƣớc nhờ oxy trong không khí chuyển amoni thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) tích tụ trong thức ăn. Khi ăn uống nƣớc có chứa nitrit thì cơ thể sẽ hấp thu nitrit vào máu và chất này sẽ chiếm oxy của hồng cầu làm hemoglobin mất khả năng lấy oxy, dẫn đến tình trạng thiếu máu, xanh da. Vì vậy, nitrit đặc biệt nguy hiểm đối với trẻ mới sinh dƣới sáu tháng tuổi, nó có thể làm chậm sự phát triển, gây bệnh ở đƣờng hô hấp. Đối với ngƣời lớn, nitrit kết hợp với các axit amin trong thực phẩm làm thành một họ chất nitrosamin. Nitrosamin có thể gây tổn thƣơng di truyền tế bào, nguyên nhân gây ung thƣ. Những thí nghiệm cho nitrit vào trong thức ăn, thức uống của chuột, thỏ.. . với hàm lƣợng vƣợt ngƣỡng cho phép thì thấy sau một thời gian có những khối u sinh ra trong gan, phổi, vòm họng của chúng. Lê Thị Vân – K40B sư phạm hoá học 5
  15. Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Các hợp chất nitơ trong nƣớc có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho ngƣời sử dụng nƣớc. Nitrat tạo ra chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo nên những nitrosamin là nguyên nhân gây ung thƣ ở ngƣời cao tuổi. Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nƣớc dùng để pha sữa. Sau khi lọt vào cơ thể, nitrat đƣợc chuyển hóa nhanh thành nitrit nhờ vi khuẩn đƣờng ruột. Ion nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khỏe con ngƣời. Khi tác dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể ngƣời chúng có thể tạo thành các hợp chất chứa nitơ gây ung thƣ. Bên cạnh đó hàm lƣợng amoni trong nƣớc uống cao có thể gây một số hậu quả nhƣ sau: - Nó có thể kết họp với Clo tạo ra Cloramin là một chất làm cho hiệu quả khử trùng giảm đi rất nhiều so với Clo gốc. - Nó là nguồn Nitơ thứ cấp sinh ra nitrit trong nƣớc, một chất có tiềm năng gây ung thƣ [1],[7]. 1.2. Các phƣơng pháp xử lý ô nhiễm amoni trong nƣớc ngầm 1.2.1. Một số phương pháp xử lý amoni  Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng [8],[3]. Amoni ở trong nƣớc tồn tại dƣới dạng cân bằng: NH4+ NH3 (khí hoà tan) + H+ pKa = 9,25 Nhƣ vậy, ở pH gần 7 chỉ có một lƣợng rất nhỏ khí NH3 so với ion amoni. Nếu ta nâng pH tới 9,25 tỷ lệ [NH3]/[ NH4+] = 1 và càng tăng pH cân bằng càng chuyển về phía tạo thành NH3. Khi đó nếu áp dụng các kỹ thuật sục khí hoặc thổi khí thì NH3 sẽ bay hơi theo định luật Henry, làm chuyển cân bằng về phía phải: NH4+ + OH - NH3 + H2O Trong thực tế pH phải nâng lên xấp xỉ 11, lƣợng khí cần để đuổi NH4 ở mức 1600m3 không khí/m3 nƣớc và quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ của môi Lê Thị Vân – K40B sư phạm hoá học 6
  16. Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 trƣờng. Phƣơng pháp này áp dụng đƣợc cho nƣớc thải, khó có thể đƣa đƣợc nồng độ amoni xuống dƣới 1,5mg/l nên rất hiếm khi đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc cấp.  Phương pháp Ozon hoá với xúc tác Bromua(Br-) [3]. Để khắc phục nhƣợc điểm của phƣơng pháp Clo hoá điểm đột biến ngƣời ta có thể thay thế một số tác nhân oxi hoá khác là ozon với sự có mặt của Br- về cơ bản xử lý amoni bằng O3 với sự có mặt của Brom cũng diễn ra theo cơ chế giống nhƣ phƣơng pháp xử lý dùng Clo. Dƣới tác dụng của O3, Br- bị oxi hoá thành BrO theo phản ứng sau đây: Br-+ O3 + H+ → HBrO + O2 Phản ứng oxy hoá amoni đƣợc thực hiện bởi ion BrO- giống nhƣ của ion CIO-: NH3 + HBrO → NH2Br + H2O NH2Br + HBrO → NHBr2 + H2O NH2Br + NHBr2 →N2 + 3Br- + 3H+  Phương pháp trao đổi ion [3]. Phƣơng pháp trao đổi ion đƣợc sử dụng rộng rãi trong các quá trình xử lý nƣớc thải cũng nhƣ nƣớc cấp. Trong xử lý nƣớc cấp, phƣơng pháp trao đổi ion thƣờng đƣợc sử dụng để khử các muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại, các ion kim loại nặng và các ion kim loại khác có trong nƣớc. Trong xử lý nƣớc thải, phƣơng pháp trao đổi ion đƣợc sử dụng để loại ra khỏi nƣớc các kim loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thủy ngân, cadimi, mangan...) các hợp chất của asen, photpho, xianua, và các chất phóng xạ. Phƣơng pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạch nƣớc cao. Nhƣợc điểm chính của phƣơng pháp này là chi phí đầu tƣ và chi phí vận hành khá cao nên ít đƣợc sử dụng cho các công trình lớn và thƣờng sử dụng Lê Thị Vân – K40B sư phạm hoá học 7
  17. Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 cho các trƣờng hợp đòi hỏi chất lƣợng xử lý cao. Ƣu điểm của phƣơng pháp là rất triệt để và xử lý có chọn lựa đối tƣợng. Thực chất của phƣơng pháp này là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tƣơng tác hóa học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn. Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hóa học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi). Sự ƣu tiên hấp thụ của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chỗ các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi. Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và các loại ion khác nhau.  Phương pháp sinh học [3]. Ở phƣơng pháp sinh học bao gồm hai quá trình nối tiếp nhau là nitrat hoá và khử nitrat hoá nhƣ sau: a) Quá trình nitrat hoá: Quá trình chuyển hoá về mặt hoá học đƣợc viết nhƣ sau: NH4+ + 3/2O2 → NO2 - + 2H+ + H2O NO2 - + 1/2O2 → NO3 - Phƣơng trình tổng: NH4+ + 2O2 → NO3 - + 2H+ + H2O Đầu tiên, amoni đƣợc oxy hóa thành các nitrit nhờ các vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus. Sau đó các ion nitrit bị oxy hóa thành nitrat nhờ các vi khuẩn Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus. Các vi khuẩn nitrat hóa Nitrosomonas và Nitrobacter thuộc loại vi khuẩn tự dƣỡng hóa năng. Năng lƣợng sinh ra từ phản ứng nitrat hóa đƣợc vi khuẩn sử dụng trong quá trình tổng hợp tế bào. Nguồn cacbon để sinh tổng họp ra các tế bào vi khuẩn mới là cacbon vô cơ (HCO 3- là chính). Ngoài ra chúng tiêu thụ mạnh O2. Lê Thị Vân – K40B sư phạm hoá học 8
  18. Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Quá trình trên thƣờng đƣợc thực hiện trong bể phản ứng sinh học với lớp bùn dính bám trên các vật liệu mang - giá thể vi sinh. Vận tốc quá trình oxy hóa nitơ amoni phụ thuộc vào tuổi thọ bùn (màng vi sinh vật), nhiệt độ, pH của môi trƣờng, nồng độ vi sinh vật, hàm lƣợng nitơ amoni, oxy hòa tan, vật liệu lọc... Các vi khuẩn nitrat hóa có khả năng kết hợp thấp, do vậy việc lựa chọn vật liệu lọc nơi các màng vi sinh vật dính bám cũng có ảnh hƣởng quan trọng đến hiệu suất làm sạch và sự tƣơng quan sản phẩm của phản ứng sinh hóa. Sử dụng vật liệu mang phù họp làm giá thể cố định vi sinh cho phép giữ đƣợc sinh khối trên giá thể, tăng tuổi thọ bùn, nâng cao và ổn định hiệu suất xử lý trong cùng một khối tích công trình cũng nhƣ tránh đƣợc những sốc do thay đổi điều kiện môi trƣờng. b) Quá trình khử nitrat hoá: Để loại bỏ nitrat trong nƣớc, sau công đoạn nitrat hóa amoni là khầu khử nitrat sinh hóa nhờ các vi sinh vật dị dƣỡng trong điều kiện thiếu khí (anoxic). Nitrit và nitrat sẽ chuyển thành dạng khí N2. Quá trình khử nitrat hoá là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp nhau: NO3 → NO2 → NO → N2O → N2 Vi khuẩn khử tham gia vào quá trình khử nitrat bao gồm Bacilus, Pseudomnas, Methanomonas, Paracocas, Spiritum, Thiobacilus, ... Để thực hiện phƣơng pháp này, ngƣời ta cho nƣớc qua bể lọc kỵ khí với vật liệu lọc, nơi dính bám và sinh trƣởng của vi sinh vật khử nitrat. Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất - chất cho điện tử. Chúng có thể là chất hữu cơ, H2S, ... Nếu trong nƣớc không có oxy nhƣng có mặt các hợp chất hữu cơ mà vi sinh hấp thụ đƣợc, trong môi trƣờng anoxic, khi đó vi khuẩn dị dƣỡng sẽ sử dụng NO3- nhƣ nguồn oxy để oxy hóa chất hữu cơ (chất nhƣờng điện tử), còn NO3- (chất nhận điện tử) bị khử thành khí N2. Lê Thị Vân – K40B sư phạm hoá học 9
  19. Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Vi khuẩn thu năng lƣợng để tăng trƣởng từ quá trình chuyển hoá NO 3- thành khí N2 và cần có nguồn cacbon để tổng hợp tế bào. Do đó khi khử NO3- sau quá trình nitrat hóa mà thiếu các hợp chất hữu cơ chứa cacbon thì phải đƣa thêm các chất này vào nƣớc. Hiện nay, ngƣời ta thƣờng sử dụng khí tự nhiên (chứa metan), rƣợu, đƣờng, cồn, dấm, axetat natri, ... Axetat natri là một trong những hoá chất thích hợp nhất. Mặc dù có nhiều phƣơng pháp xử lý amoni, nhƣng phƣơng pháp hấp phụ amoni là phƣơng pháp hiệu quả và đơn giản về kĩ thuật nhất hiện nay. 1.2.2. Phương pháp hấp phụ  Hấp phụ: là quá trình tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (rắn - khí, rắn - lỏng, khí - lỏng, lỏng - lỏng). Trong đó: - Chất hấp phụ: là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó. - Chất bị hấp phụ: là chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ. - Pha mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ. Hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt. Ngƣợc với sự hấp phụ là quá trình đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ của các phần tử bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực tƣơng tác giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ ngƣời ta phân biệt thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [3].  Hấp phụ vật lý Định nghĩa: Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực Vander Walls giữa phân tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ (bao gồm cả ba loại lực: cảm ứng, định hƣớng, khuếch tán), liên kết này yếu dễ bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao. Lê Thị Vân – K40B sư phạm hoá học 10
  20. Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Hấp phụ vật lý không có tính chọn lọc. Quá trình hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch tức là có cân bằng động giữa chất hấp phụ và bị hấp phụ. Nhiệt lƣợng tỏa ra khi hấp phụ vật lý khoảng 2÷6 kcal/mol. Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học của bề mặt, không có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chất hấp phụ và bị hấp phụ [3].  Hấp phụ hóa học Định nghĩa: Hấp phụ hóa học đƣợc gây ra bởi các liên kết hóa học (liên kết cộng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí). Trong hấp phụ hóa học có sự trao đổi electron giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Cấu trúc electron phân tử các chất tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi rất lớn dẫn đến hình thành liên kết hóa học. Nhiệt lƣợng tỏa ra khi hấp phụ hóa học thƣờng lớn hơn 22 kcal/mol. Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là tƣơng đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trƣờng hợp tồn tại cả quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm và khả năng hấp phụ hóa học tăng lên. Rất khó phân biệt rõ ràng hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý. Tốc độ của quá trình hấp phụ vật lý thƣờng cao còn hấp phụ hóa học thì ngƣợc lại và đƣợc xác định theo công thức: Khpc= k0.z.e –E/RT Trong đó: Khpc: hằng số tốc độ của hấp phụ hóa học K0 : hệ số hấp phụ E: năng lƣợng hoạt hóa z: số va chạm của phần tử chất bị hấp phụ trên một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian Lê Thị Vân – K40B sư phạm hoá học 11
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược