Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu khả năng ức chế quá trình sinh khí amoni và hydrosunfua bằng một số khoáng chất tự nhiên

LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Trần Hồng Côn, người đã rất tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Khoa Hóa học ­ Đại học Khoa học Tự nhiên đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn chủ nhiệm Đề tài KC.08.26/11­15, Bộ Khoa học và công nghệ: “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiến tiến, phù hợp xử lý suy thoái môi trường nhằm sử dụng bền vững tài nguyên cho các vùng nuôi tôm các tỉnh ven biển Bắc bộ và vùng nuôi cá Tra ở Đồng Bằng Sông Cửu Long” đã tạo điều kiện cho tôi tham gia đề tài và sử dụng số liệu của đề tài vào luận văn nghiên cứu của tôi. Đồng thời tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn. Hà Nội, ngày 5 tháng 12 năm 2014 HỌC VIÊN Trương Thanh Ka MỞ ĐẦU Với đặc điểm địa lý trải dài theo bờ biển, Việt Nam là một trong những nước có thế mạnh đặc biệt trong nuôi trồng thủy sản và phát triển theo hướng hàng hóa tập trung. Theo Tổng cục thống kê, năm 2013, sản lượng thủy sản ước tính đạt gần 6 triệu tấn. Trong đó cá đạt đạt 4,4 triệu tấn, tôm đạt 704 ngàn tấn. Năm 2013 diện tích nuôi tôm đạt hơn 65 ngàn ha, gần gấp 2 lần so với năm 2012, sản lượng tăng 56,5%, đạt 230 ngàn tấn. Trong những năm qua phong trào chuyển sử dụng đất từ trồng lúa sang nuôi tôm đã xuất hiện tại nhiều địa phương. Trong bốn vấn đề của hoạt động nuôi tôm bao gồm: thức ăn, giống, kỹ thuật sản xuất và môi trường, vấn đề môi trường đang nổi cộm do hoạt động này chưa thực sự được quan tâm. Thực tế cho thấy trong nghề nuôi trồng thủy sản đã xuất hiện nhiều bất cập liên quan đến môi trường cần phải giải quyết như dịch bệnh, tồn dư về thuốc kháng sinh, vi sinh vật gây bệnh, ô nhiễm hữu cơ. Tình trạng ô nhiễm môi trường đang xảy ra nghiêm trọng trong nuôi trồng thủy sản do phần lớn các chất hữu cơ dư thừa từ thức ăn, phân và các rác thải khác đọng lại dưới đáy ao nuôi. Ngoài ra, còn các hóa chất, kháng sinh được sử dụng trong quá trình nuôi trồng cũng dư đọng lại mà không được xử lý. Việc hình thành lớp bùn đáy do tích tụ lâu ngày của các chất hữu cơ, cặn bã là nơi sinh sống của các vi sinh vật gây thối, các vi sinh vật sinh các khí độc như NH3, NO2, H2S, CH4.... Các vi sinh vật gây bệnh như: Vibrio, Aeromonas, Ecoli, Pseudomonas, Proteus, Staphylococcus... nhiều loại nấm và nguyên sinh động vật. Đáy ao bao gồm lớp nền đất tự nhiên, chất cặn lắng và lượng bùn nhão lỏng do thức ăn dư thừa, chất hữu cơ và phân tôm. Sự tích tụ cacbon hữu cơ chiếm khoảng 25% lượng cacbon hữu cơ từ thức ăn tôm, một số nghiên cứu tương tự cũng ước lượng khoảng 24% nitơ và 24% phốt pho bị tích tụ lại. Lượng dinh dưỡng tích tụ ở đáy ao thường trong khoảng từ 5% – 40% từ thức ăn (cacbon, nitơ, phốt pho) tùy theo khả năng quản lý của từng trại. Các chất dinh dưỡng, hữu cơ và cặn bùn có xu hướng lắng tích lại ở đáy ao và tới một mức nào đó chúng ta phải loại bỏ chúng ra khỏi ao nuôi tôm. Một nghiên cứu của Lemonnier và Brizard đã nhận thấy việc hút lượng bùn đáy đã làm tăng sản lượng tôm từ 1 đến 6,2 tấn/ha/năm và tăng tỉ lệ sống từ 10 – 60% trong 2 ao nuôi tôm bán thâm canh ở New Caledonia [15].Với mụcđích nghiên cứu và ứng dụng các loại khoáng tự nhiên giảm thiểu ô nhiễm môi trường, hạn chế tối đa khả năng sinh các khí độc NH3,H2S,Nox... với chi phí rẻ, sẵn có tại nhiều vùng của Việt Nam, kết hợp với đề tài Đề tài KC.08.26/11­15, Bộ Khoa học và công nghệ “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiến tiến, phù hợp xử lý suy thoái môi trường nhằm sử dụng bền vững tàinguyên cho các vùng nuôi tôm các tỉnh venbiển Bắc bộ và vùng nuôi cá Tra ở Đồng Bằng Sông Cửu Long” ­ do viện Môi trường Nông nghiệp thực hiện, đề tài đã tiến hành:“Nghiên cứu khả năng ức chế quá trình sinh khí amoni và hydrosunfua bằng một số khoáng chất tự nhiên”. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ AMONI (NH4) VÀ HYDROSUNPHUA (H2S). 1.1.1. Nghiên cứu về amoni (NH4) và hydrosunphua (H2S): 1.1.1.1. Amoni (NH4) a. Tính chất hóa học Amoni sinh ra trong môi trường nước do sự phân hủy các hợp chất hữucơ có chứa Nitơ. Trong môi trường nước nó tồn tại ở hai dạng: ammonia (NH3) và ion ammonium NH4+ Ammoniac (NH3) là một chất lỏng không màu tồn tại dưới áp suất không khí, nhẹ hơn không khí và có mùi mạnh. Amoniac có thể bị hóa lỏng dưới áp suất khoảng 10atm. Trong công nghiệp để vận chuyển ammoniac người ta thường sử dụng phương pháp hóa lỏng. Amoniac hòa tan tốt trong nước hình thành dạng ion amoni: NH3 + H2O NH4+ + OH­ Sự hòa tan của ammoniac trong nước bị ảnh hưởng của các yếu tố: áp suất không khí, nhiệt độ hay các chất hòa tan hoặc lơ lửng. Amoniac hòa tan dễ dàng trong nước và tồn tại chủ yếu ở dạng ion tại pH trong môi trường tự nhiên của hầu hết các hệ sinh thái. Ở nồng độ thấp, nồng độ mol tổng của ammoniac hòa tan được tính như sau: [NH3] + [NH4+] = H[NH3(gas)] + KbH[NH3(gas)], Trong đó [NH3(gas)] là nồng độ mol của ammoniac pha phí. Kb là hằng số phân ly tính theo công thức: [NH4+] [OH­] Kb = ­­­­­­­­­­­­ = 1.774 x 10­5 (at 25°C) [NH3] H là hằng số Henry được tính theo: log10H = 1477.8/T ­ 1.6937 Có nhiều loại muối ammoniac, trong đó có một số muối sử dụng phổ biến trong công nghiệp như ammonium chloride, ammonium nitrat và ammonium sulfate. Ngoại trừ các phức tạo với kim loại, các muối amoni cũng có tính tan phân ly tốt tương tự như các muối của kim loại kiềm, tuy nhiên lại dễ bị phân hủy bởi nhiệt. 4 Các loại muối amoni phổ biến: ­Ammonium chloride [NH4Cl] có trong tự nhiên, là sản phẩm trong hoạt động của núi lửa, khi hóa hơi tạo thành hydrogen chloride và ammoniac. Cũng như các loại muối ammoniac có tính axit mạnh, gốc chloride hydrolyses tan trong nước tạo pH thấp. Trong chất rắn qua quá trình lưu trữ ammoniac dễ bị thất thoát, còn trong thể lỏng ammonium chloride có khuynh hướng ăn mòn kim loại màu và một số các hợp kim khác, đặc biệt là đồng, đồng thau. Ammonium chloride có thể bị oxi hóa thành nitrosyl chloride và chlorine bởi các tác nhân oxi hóa mạnh như nitric axit. ­Ammonium nitrate [NH4NO3] không tồn tại trong tự nhiên và khá bền, chỉ bị phân hủy ở nhiệt độ rất cao. Ammonium nitrate tác dụng như một chất oxy hóa mạnh trong rất nhiều phản ứng, ở dạng dung dịch nó ăn mòn các kim loại, đặc biệt là đồng và các hợp kim của nó. ­Ammonium sulfate [(NH4)2SO4] tan trong nước, không tan trong cồn và aceton. ­Ammonium acetate [CH3COONH4] dễ bị phân hủy mất đi NH3 khi tồn tại trong dung dịch dưới áp suất khí quyển, đặc biệt trong môi trường kiềm. ­Ammonium cacbonate [(NH4)2CO3] và ammonium bi­cacbonate [NH4HCO3]. Ammonium bicacbonate dễ hình thành hơn và bền hơn, phân hủy dưới 350C tạo thành NH3, CO2 và H2O. Ammonium cacbonate bị phân hủy khi tiếp xúc với không khí tạo thành NH3 và CO2, thành dạng bột trắng và chuyển hóa thành ammonium bicacbonate. Lượng Ammoni tự nhiên ở trong nước bề mặt và nước ngầm thường thấp hơn 0,2mg/lít. Các nguồn nước hiếm khí có thể có nồng độ Ammoni lên đến 3mg/lít. Tuy nhiên trong các thủy vực ô nhiễm nồng độ của ammoni tăng rất cao, có thể lên đến hàng trăm mg/lít. Trong nước, amoni tồn tại dưới 2 dạng: không ion hóa (NH3) và ion amoni (NH4+), tùy thuộc vào trạng thái cân bằng có NH4+ NH3 + H+. Trạng thái cân bằng giữa amoni và amonia không ion hóa phụ thuộc vào pH, nhiệt độ và độ muối.[1] Nó có nhiều điểm giống các muối kiềm nhưng lại dễ bị phân hủy. ... - tailieumienphi.vn