(TIỂU LUẬN) nghiên cứu xử lý amoni trong môi trường nước bằng vật liệu hấp phụ zeolite

---ĐINH MẠNH ĐỨC “NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ ZEOLITE” LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Thái Nguyên, năm 2021... Zeolite cótrọng lượng nhẹ nên

-ĐINH MẠNH ĐỨC

“NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ ZEOLITE”

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Thái Nguyên, năm 2021

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: 1 TS Trần Thị

Phả 2 TS Văn Hữu Tập

Thái Nguyên, năm 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứuthực sự của cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết,nghiên cứu trong phòng thí nghiệm dưới sự hướng dẫn khoa học của TS TrầnThị Phả và TS Văn Hữu Tập

Tôi cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu được trình bày trong luậnvăn này là hoàn toàn trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ cho một học

vị nào, phần trích dẫn tài liệu tham khảo đều được ghi rõ nguồn gốc

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2021

Tác giả

Đinh Mạnh Đức

Nhân dịp này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trần Thị Phả,

TS Văn Hữu Tập, thầy cô giáo hướng dẫn khoa học cùng toàn thể các thầy côgiáo khoa Môi trường, trường Đại học Nông lâm - Đại học Thái Nguyên.Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo tại Phòng thí nghiệm trường Đạihọc Khoa học, bạn bè đồng nghiệp và những người thân trong gia đình đãđộng viên khuyến khích và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng nhưhoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2021

Tác giả

Đinh Mạnh Đức

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

3 Ý nghĩa của đề tài 2

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 3

1.1 Cơ sở khoa học của đề tài 3

1.1.1 Một số khái niệm cơ bản 3

1.1.2 Các thông số đánh giá chất lượng nước 4

1.1.3 Căn cứ pháp lý 6

1.2 Tình trạng ô nhiễm amoni trong môi trường nước ở Việt Nam 8

1.2.1 Tình trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm ở Việt Nam 8

1.2.2 Tình trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm ở Việt Nam 9

1.3 Ảnh hưởng của amoni tới sức khỏe con người 10

1.4 Các phương pháp xử lý amoni trong nước ngầm 11

1.4.1 Phương pháp clo hóa tới điểm đột biến 11

1.4.2 Phương pháp trao đổi ion 12

1.4.3 Phương pháp thổi khí ở pH cao 12

1.4.4 Phương pháp ozon hóa với xúc tác bromua (Br-) 13

1.5 Zeolite 14

1.5.1 Sơ lược lịch sử và sự phát triển của zeolite 14

1.5.2 Khái niệm về zeolite 15

1.5.3 Phân loại Zeolite 15

1.5.4 Cấu trúc của Zeolite 16

1.5.5 Ứng dụng của Zeolite tự nhiên 17

1.6 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam 19

1.6.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 19

1.6.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 22

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Đối tượng nghiên cứu 25

2.2 Phạm vi nghiên cứu 25

2.3 Nội dung nghiên cứu 26

2.4 Phương pháp nghiên cứu 26

2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu 26

2.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 26

2.4.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích 28

2.4.4 Phương pháp nghiên cứu đặc điểm của vật liệu 29

2.4.5 Phương pháp tổng hợp, xử lý số liệu 29

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Đặc điểm của vật liệu Zeolite 32

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite 34

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite 36

3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ amoni ban đầu đến khả năng hấp phụ amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite 38

3.5 Mô hình động học hấp phụ amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite 40

3.6 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite 42

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 44

1 Kết luận 44

2 Đề nghị 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các nghiên cứu về hấp phụ amoni bằng zeolite tại các nước

khác nhau 19Bảng 3.1 Các thông số của các mô hình động học phấp phụ amoni 41Bảng 3.2 Các thông số của mô hình đẳng nhiệt hấp phụ amoni 43

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc sơ cấp của Zeolite: tứ diện SiO4 (a), AlO-4 (b) 16

Hình 1.2 Liên kết trong cấu trúc Zeolite 17

Hình 1.3 Cấu trúc thứ cấp SBU của Zeolite 17

Hình 3.1 Ảnh SEM (a) và phổ EDX (b) của Zeolite 32

Hình 3.2 Phổ hồng ngoại (IR) của Zeolite 33

Hình 3.3 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite 35

Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite 36

Hình 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ amoni ban đầu đến hiệu quả xử lý amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite 38

Hình 3.6 Mô hình động học hấp phụ amoni bằng zeolite 40

Hình 3.7 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ amoni bằng zeolite 42

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ở Việt Nam hiện nay, nhiều nhà máy nước sạch đang sử dụng nước ngầmlàm nguồn nước cấp Các nhà máy sử dụng nước ngầm này đóng góp gần 50%lượng nước máy cung cấp trong cả nước Bên cạnh đó, nước giếng khoan cũng lànguồn nước sinh hoạt chủ yếu ở các vùng nông thôn Với tình trạng nguồn nướcmặt ngày càng bị ô nhiễm bởi các thành phần hữu cơ, dinh dưỡng, hóa chất độc hại

do các nguồn chất thải công, nông nghiệp và sinh hoạt, nước ngầm vẫn sẽ là mộttrong các nguồn nước cấp chính trong tương lai

Theo QCVN 02:2009/BYT, nước sinh hoạt đạt chuẩn khi có hàm lượngamoni nhỏ hơn 3,0 mg/l Tuy nhiên, nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy, nhiềunguồn nước ngầm đang bị ô nhiễm bởi amoni Trên địa bàn Thành phố Hà Nội,

số liệu của Liên đoàn Địa chất thuỷ văn - Địa chất công trình miền Bắc vàcông ty Kinh doanh Nước sạch Hà Nội cho thấy hàm lượng amoni trong nướcngầm tại một số khu vực ở mức đáng báo động lên đến hàng chục mg/L, đặcbiệt là ở khu vực phía Nam thành phố Ở Hà Nam, người ta phát hiện thấy mức

độ ô nhiễm amoni trong nước ngầm còn trầm trọng hơn nhiều, nhiều nơi cóhàm lượng amoni trong nước ngầm cao hơn 50 mg/L, thậm chí có nơi lên đếnmức 100 mg/L

Hiện nay, các phương pháp phổ biến được sử dụng để xử lý amoni là tháptripping, trao đổi ion, nitrat hóa - khử (Rahmani và cs, 2004), kết tủa hóa học(Li và cs, 1999), điện hóa (Kim và cs, 2006) Nitrat hóa - khử là phương phápphổ biến nhất trong xử lý amoni nhưng chỉ phù hợp cho xử lý amoni có nồng

độ thấp, trao đổi ion có hiệu quả nhưng chi phí cao, tháp tripping tiêu tốn nhiềunăng lượng, kết tủa hóa học lại tạo ra chất ô nhiễm thứ cấp Hơn nữa, hầu hếtcác phương pháp trên cần có hệ thống xử lý phức tạp, chi phí cao

Trong những năm gần đây, một nhóm vật liệu hấp phụ amoni đang đượccác nhà khoa học quan tâm nghiên cứu là vật liệu zeolite Vật liệu zeolite làchất liệu lọc tiên tiến nhất được đưa vào các mô hình xử lý nước thải Ưu điểmchính của zeolite là sản xuất sạch hơn, nước đạt chất lượng cao hơn Zeolite cótrọng lượng nhẹ nên dễ dàng hơn để rửa ngược, cộng với cấu trúc vật lý củacác hạt Zeolite xử lý, làm cho nó được sắp xếp tốt hơn trong các bể lọc và chophép tăng tỷ lệ lọc.

Zeolite xử lý nước thải cũng sẽ kiểm soát các chất bay hơi hôi (mùi) vàbao gồm, các ion kim loại nhưng không giới hạn kim loại nặng (cadmium, thủyngân và chì) Hơn nữa, loại bỏ các ion kim loại cải thiện độ mềm của nước vàgiúp loại bỏ các vết bẩn từ sắt và mangan

Zeolite xử lý nước thải có thể loại bỏ các chất dinh dưỡng như amoniac

và nitơ, và khi kết thúc Zeolite trong hầu hết các trường hợp có thể được ápdụng làm phân bón cho vườn, nông nghiệp và sử dụng làm vườn

Chính vì vậy, mà tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xử lý amoni trong môi trường nước bằng vật liệu hấp phụ Zeolite”.

2 Mục tiêu của đề tài

Đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố pH, thời gian và nồng độ đếnkhả năng xử lý amoni trong môi trường nước và xây dựng mô hình động học,

mô hình đẳng nhiệt hấp phụ amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite

3 Ý nghĩa của đề tài

- Các kết quả của đề tài là cơ sở để thực hiện các nghiên cứu tiếp theo hoàn thiện quy trình, cơ chế hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ Zeolite

- Đề tài đưa ra được một vật liệu mới, một phương pháp mới để xử lýamoni trong môi trường nước, ứng dụng trong xử lý nước ngầm phục vụ mục đíchsinh hoạt của các hộ gia đình

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

1.1 Cơ sở khoa học của đề tài

1.1.1 Một số khái niệm cơ bản

Theo điều 3, Luật Bảo vệ môi trường năm 2020:

- Môi trường bao gồm các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo quan hệ

mật thiết với nhau, bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, kinh tế, xãhội, sự tồn tại, phát triển của con người, sinh vật và tự nhiên

- Thành phần môi trường là yếu tố vật chất tạo thành môi trường gồm đất,

nước, không khí, sinh vật, âm thanh, ánh sáng và các hình thái vật chất khác

- Quy chuẩn kỹ thuật môi trường là quy định bắt buộc áp dụng mức giới

hạn của thông số về chất lượng môi trường, hàm lượng của chất ô nhiễm có trongnguyên liệu, nhiên liệu, vật liệu, thiết bị, sản phẩm, hàng hoá, chất thải, các yêucầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành theo quyđịnh của pháp luật về tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật

- Tiêu chuẩn môi trường là quy định tự nguyện áp dụng mức giới hạn

của thông số về chất lượng môi trường, hàm lượng của chất ô nhiễm có trong chấtthải, các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền hoặc

tổ chức công bố theo quy định của pháp luật về tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật

- Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi tính chất vật lý, hóa học, sinh học

của thành phần môi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường, tiêuchuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, sinh vật và tựnhiên

- Suy thoái môi trường là sự suy giảm về chất lượng, số lượng của thành

phần môi trường, gây ảnh hưởng xáu đến sức khỏe con người, sinh vật và tự nhiên

- Sự cố môi trường là sự cố xảy ra trong quá trình hoạt động của con

người hoặc do biến đổi bất thường của tự nhiên, gây ô nhiễm, suy thoái môi trườngnghiêm trọng

- Chất ô nhiễm là chất hóa học hoặc tác nhân vật lý, sinh học mà khi xuất

hiện trong môi trường vượt mức cho phép sẽ gây ô nhiễm môi trường

1.1.2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

Theo Escap (1994), chất lượng nước được đánh giá bởi các thông số, các chỉ tiêu sau:

Các thông số lý học:

- Độ pH: Là chỉ số thể hiện độ axit hay bazơ của nước, là yếu tố môi

trường ảnh hưởng tới tốc độ phát triển và sự giới hạn phát triển của vi sinh vậttrong nước Trong lĩnh vực cấp nước, pH là yếu tố phải xem xét trong quá trìnhđông tụ hóa học, sát trùng, làm mềm nước, kiểm soát ăn mòn

Sự thay đổi pH dẫn tới sự thay đổi thành phần hóa học của nước (sự kếttủa, sự hòa tan, cân bằng carbonat…), các quá trình sinh học trong nước Giátrị pH của nguồn nước góp phần quyết định phương pháp xử lý nước pH đượcxác định bằng máy đo pH hoặc bằng phương pháp chuẩn độ

- Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước là một đại lượng phụ thuộc vào điều kiện

môi trường và khí hậu Sự thay đổi nhiệt độ sẽ kéo theo các thay đổi về chất lượngnước, tốc độ, dạng phân hủy các hợp chất hữu cơ, nồng độ oxy hòa tan

Nước mạch nông có nhiệt độ: 4 - 40oC, nước ngầm là: 17 - 31oC Nhiệt độ nước thải cao hơn nhiệt độ nước cấp

- Tổng hàm lượng chất rắn (TS): Các chất rắn trong nước có thể là những

chất tan hoặc không tan Các chất này bao gồm cả những chất vô cơ lẫn các chất hữu

cơ Tổng hàm lượng các chất rắn (TS) là lượng khô tính bằng mg của phần còn lại saukhi làm bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô

ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi (mg/L)

- Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS): Các chất rắn lơ lửng (các chất

huyền phù) là những chất rắn không tan trong nước Hàm lượng các chất lơ lửng(SS) là lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi

lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi (mg/L)

- Tổng hàm lượng chất rắn hoà tan (DS): Các chất rắn hòa tan là những

chất tan được trong nước, bao gồm cả chất vô cơ lẫn chất hữu cơ Hàm lượng các chấthòa tan (DS) là lượng khô của phần dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít

nước mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi (mg/L) DS = TS – SS

- Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi (VS): Để đánh giá hàm lượng các

chất hữu cơ có trong mẫu nước, người ta còn sử dụng các khái niệm tổng hàm lượngcác chất không tan dễ bay hơi (VSS), tổng hàm lượng các chất hòa tan dễ bay hơi(VDS) Hàm lượng các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi VSS là lượng

mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù (SS) ở 550oC cho đến khi khối lượng không đổi

Hàm lượng các chất rắn hòa tan dễ bay hơi VDS là lượng mất đi khi nunglượng chất rắn hòa tan (DS) ở 550oC cho đến khi khối lượng không đổi

(thường được qui định trong một khoảng thời gian nhất định)

Các thông số hóa học:

- BOD: Là lượng oxy cần thiết cung cấp để vi sinh vật phân hủy các chất

hữu cơ trong điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và thời gian Trong môi trường nước,khi quá trình oxy hoá sinh học xảy ra thì các vi sinh vật sử dụng oxy hoà tan, vìvậy xác định tổng lượng oxy hoà tan cần thiết cho quá trình phân huỷ sinh học làphép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng của một dòng thải đối với nguồn nước.BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷbằng các vi sinh vật

- COD: là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong

nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ Như vậy, COD là lượng oxy cần để oxy hoátoàn bộ các chất hoá học trong nước, trong khi đó BOD là lượng oxy cần thiết đểoxy hoá một phần các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ bởi vi sinh vật

- DO: là lượng oxy hoà tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các

sinh vật nước (cá, lưỡng thê, thuỷ sinh, côn trùng v.v ) thường được tạo ra do sựhoà tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo Nồng độ oxy tự do trong nướcnằm trong khoảng 8 - 10 ppm, và dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phânhuỷ hoá chất, sự quang hợp của tảo và v.v Khi nồng độ DO thấp, các loài sinhvật nước giảm hoạt động hoặc bị chết Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng đểđánh giá sự ô nhiễm nước của các thuỷ vực

- Các yếu tố KLN: Các kim loại nặng là những yếu tố mà tỷ trọng của

chung bằng hoặc lớn hơn 5 như Asen, cacdimi, Fe, Mn … ở hàm lượng nhỏ nhấtđịnh chúng cần cho sự phát triển và sinh trưởng của động, thực vật như khi hàmlượng tăng thì chúng sẽ trở thành độc hại với sinh vật và con người thông quachuỗi mắt xích thức ăn

Các thông số sinh học:

- Colifom: Là nhóm vi sinh vật quan trọng trong chỉ thị môi trường, xác

định mức độ ô nhiễm bẩn về mặt sinh học của nguồn nước

- E.Coli: Là chỉ số dùng để chỉ một nhóm vi khuẩn (bacteria ) sống trong

đường tiêu hóa ruột của con người và động vật

- Chỉ số (Index ): Là một tập hợp của các tham số hay chỉ thị được tích

hợp hay nhân với trọng số Các chỉ số ở mức độ tích hợp cao hơn, nghĩa là chúngđược tính toán từ nhiều biến số hay dữ liệu để giải thích cho một hiện tượng nào

đó Ví dụ chỉ số chất lượng nước (WQI- Water Quality Index )…

1.1.3 Căn cứ pháp lý

- Luật Bảo vệ Môi trường số 55/2014/QH13 ngày 23/6/2014;

- Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 ngày 21/6/2012;

- Luật Bảo vệ Môi trường số 72/2020/QH14 ngày 17/11/2020;

- Nghị định số 201/2013/NĐ-CP ngày 27/10/2013 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật tài nguyên nước;

- Nghị định 18/2015/NĐ-CP ngày 14/2/2015 của Chính phủ quy định vềquy hoạch bảo vệ môi trường, đánh giá môi trường chiến lược, đánh giá tác độngmôi trường và kế hoạch bảo vệ môi trường;

- Nghị định số 40/2019/NĐ-CP ngày 13/5/2019 của Chính phủ sửa đổi,

bổ sung một số điều của các nghị định quy định chi tiết, hướng dẫn thi hành Luậtbảo vệ môi trường

- Nghị định số 38/2015/NĐ-CP ngày 24/4/2015 của Chính phủ về quản lýchất thải và phế liệu;

- Nghị định số 53/2020/NĐ-CP ngày 05/5/2020 của Chính phủ quy định phí bảo vệ môi trường đối với nước thải;

- Nghị định số 155/2016/NĐ-CP ngày 18/11/2016 của Chính phủ quy định về xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực bảo vệ môi trường;

- Nghị định 164/2016/NĐ-CP ngày 24/12/2016 của Chính phủ quy định

về phí bảo vệ môi trường đối với khai thác khoáng sản;

- Thông tư số 36/2015/TT-BTNMT ngày 30/06/2015 của Bộ Tài nguyên

và Môi trường về quản lý chất thải nguy hại;

- Thông tư số 38/2015/TT-BTNMT ngày 30/6/2015 của Bộ Tài nguyên

và Môi trường về cải tạo, phục hồi môi trường trong hoạt động khai thác khoángsản

- Thông tư số 25/2019/TT-BTNMT ngày 31/12/2019 của Bộ Tài nguyên vàMôi trường Quy định chi tiết thi hành một số điều của Nghị định số 40/2019/NĐ-CPngày 13/5/2019 của Chính phủ sửa đổi, bổ sung một số điều của các nghị định quyđịnh chi tiết, hướng dẫn thi hành Luật bảo vệ môi trường

- QCVN 08-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt;

- QCVN 09-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước dưới đất;

- QCVN 14:2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải sinh hoạt;

- QCVN 40:201/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp;

1.2 Tình trạng ô nhiễm amoni trong môi trường nước ở Việt Nam

1.2.1 Tình trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm ở Việt Nam

Ở vùng đồng bằng Bắc Bộ (Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Hải Dương, TháiBình) nước ngầm bị nhiễm amoni (NH4+) rất nặng, với 70 - 80% các nguồn nước ngầm được khảo sát có hàm lượng amoni cao hơn TCVN

Tại Hà Nam, các mẫu nước ngầm có tỉ lệ nhiễm amoni ở mức đáng báođộng Kết quả phân tích hàm lượng amoni trong nước ngầm ở Lý Nhân lên tới111,8 mg/L, gấp 74 lần; còn ở Duy Tiên là 93,8 mg/L, gấp 63 lần so với Quychuẩn của Bộ Y tế (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Nam, 2010)

Tại Hà Nội, tầng nước ngầm trên (cách mặt đất từ 25m đến 40m) và tầngnước ngầm dưới (cách mặt đất từ 45m đến 60m) đã ô nhiễm amoni ở nhiềunơi Cụ thể:

- Xã Pháp Vân, hàm lượng amoni trong nước ngầm tầng trên là 31,6 mg/L, trong nước ngầm tầng dưới là 15 - 30 mg/L, có khi lên tới 40 mg/L

- Phường Tương Mai, hàm lượng amoni trong nước ngầm tầng trên là13,5 mg/L, trong nước ngầm tầng dưới là 6 - 12 mg/L, có khi lên tới 18 mg/L -Các phường Trung Hòa, xã Tây Mỗ, xã Trung Văn đều có hiện trạngtương tự (Đặng Thị Thanh Lộc, 2010)

Đáng báo động hơn, mức độ ô nhiễm đang tăng dần theo thời gian So vớinăm 2012, hiện nay, tại phường Bách Khoa, mức nhiễm amoni trong nướcngầm tăng 5,3 mg/L; tại xã Yên Sở, tăng 8 mg/L; và tại Long Biên, Tây Mỗ,Đông Ngạc, chưa từng bị nhiễm amoni, song nay cũng đã vượt tiêu chuẩn

cho phép Hiện nay, bản đồ nguồn nước nhiễm bẩn đã lan rộng trên toàn thànhphố Hà Nội.

Tại thành phố Hồ Chí Minh, chất lượng nước ngầm ở khu vực ngoạithành đang diễn biến ngày càng xấu đi Cụ thể, nước ngầm ở trạm ĐôngThạch, huyện Hóc Môn có hàm lượng amoni là 68,73 mg/L, cao gấp 1,9 lần sovới năm 2005 và cao hơn Quy chuẩn cho phép (Sở Tài nguyên và Môi trườngthành phố Hồ Chí Minh, 2015)

Tại Thanh Hóa, kết quả quan trắc nước ngầm trong 5 năm (2016-2020)cũng cho thấy chất lượng nước ngầm tại 11/32 điểm quan trắc có hàm lượngamoni lớn hơn quy chuẩn cho phép của Bộ Y tế (Trần Văn Nhân, 2004)

1.2.2 Tình trạng ô nhiễm amoni trong nước mặt tại Việt Nam

Hiện nay chất lượng nước ở vùng thượng lưu các con sông chính còn khátốt Tuy nhiên ở các vùng hạ lưu đã và đang có nhiều vùng bị ô nhiễm đáng kểbởi nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt và các nguồn khác Đặc biệtmức độ ô nhiễm tại các sông tăng vào mùa khô do giảm mực nước Chất lượngnước suy giảm thể hiện qua các chỉ tiêu như: BOD, COD, NH4+, TSS, Nts, Pts

cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần (Ngô Văn Giới và cs, 2017)

Cụ thể tại lưu vực sông Hồng là đoạn chảy qua Phú Thọ, Vĩnh Phúc (quantrắc tạicửaxả của công ty Supe phốt phát và hóa chất Lâm Thao; Công ty cổphần giấy Việt Trì) có dấu hiệu ô nhiễm; Lưu vực sông Cầu thì điểm ô nhiễmcao nhất là đoạn sông Cầu chảy qua địa phận thành phố Thái Nguyên, đặc biệt

là điểm thải của nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, khu Giang thép Thái nguyên, Đoạn sông Cầu qua Bắc Ninh, Bắc Giang; Lưu vực sông Nhuệ - Đáy nước bị ônhiễm trên trục sông chính đoạn chảy qua Hà Nội; Lưu vực sông Đồng Naicócác điểm ô nhiễm nước mặt tập trung dọc các đoạn sông chảy qua các tỉnhthuộc vùng kinh tế trọng điểm phía Nam (đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa

và phụ lưu, phân lưu) (Ngô Văn Giới và cs, 2017)

Sông Thị Vải, là sông ô nhiễm nặng nhất trong hệ thống sông Đồng Nai,

có một đoạn sông chết dài trên 10 km (Lý Thị Loan, 2009) Cụ thể, giới hạncho phép NH3 trong môi trường nước ≤ 0,6 mg/l và H2S ≤ 0,005 mg/l, nhưngthực tế trên sông Thị Vải, H2S có thể lên tương ứng 1,73 và 0,8 Bên cạnh đó,hàm lượng DO cũng rất thấp (1,2 mg/l), dưới ngưỡng cho phép để duy trì sựsống (Lý Thị Loan, 2009)

Tại các khu vực đô thị, việc đánh giá chất lượng nước mặt được thông quađánh giá chất lượng nước của các sông, hồ kênh, mương trong khu vực nội thị.Theo Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2016 cho thấy hiện trạng môitrường nước mặt tại khu vực đô thị nhiều nơi bị ô nhiễm nghiêm trọng Miền Bắctập trung đông dân cư (đặc biệt là Đồng bằng sông Hồng), lượng nước thải đô thịlớn hầu hết của các thành phố đều chưa được xử lý, xả trực tiếp vào các kênhmương và chảy thẳng ra sông Với sự nỗ lực cải tạo, chất lượng nước tại một sốsông, hồ, kênh đã có chuyển biến tích cực Tuy nhiên vẫn đang là vấn đề nổi cộm,phần lớn thông số đặc trưng ô nhiễm hữu cơ (BOD5, COD), chất dinh dưỡng

NH4+ đều vượt QCVN 08:2015/BTNMT (B1) Tại 2 đô thị loại đặc biệt là thànhphố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, mức độ ô nhiễm hữu cơ và chất dinhdưỡng là vấn đề đã xảy ra nhiều năm và chưa được cải thiện nhiều, điển hình làmột số sông, kênh như sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét (thành phố Hà Nội) vàkênh Tân Hóa - Lò Gốm, kênh Ba Bò, kênh Tham Lương (thành phố Hồ ChíMinh) thời gian gần đây, mức độ ô nhiễm có xu hướng trở lại

1.3 Ảnh hưởng của amoni tới sức khỏe con người

Amoni (NH4 +) thật ra không quá độc đối với cơ thể người song do quátrình khai thác, xử lý, lưu trữ NH4 + được chuyển hóa thành nitrit (NO2 -) vànitrat (NO3 -) Do nitrit có thể chuyển hóa thành nitro-amin, một chất có khảnăng gây ung thư nên nitrit là chất độc rất có hại cho con người

Hàm lượng nitrat trong nước uống cao là nguồn gốc gây ra bệnhmethemoglobin - huyết cho trẻ sơ sinh (nhất là dưới 6 tháng tuổi) cũng như

người lớn do làm giảm chức năng các enzim, làm cho da của trẻ sơ sinh trở nên

có màu xanh xỉn, gây kích thích, hôn mê và nếu ở thể nặng, không được điềutrị thích hợp có thể dẫn tới tử vong mà người ta quen gọi là hội chứng BlueBaby Syndrome, hay còn gọi tắt là BBS

Thiếu hụt enzyme cố hữu, viêm nhiễm, phản ứng thuốc là những yếu tốgây hội chứng BBS có thể dễ dàng nhận biết và nếu tiếp xúc với hóa chất, hàmlượng methemoglobin sẽ tăng nhanh chóng

Trong khi đó, hàm lượng NH4 + trong nước uống cao có thể gây nên một

số hậu quả khác như: amoni kết hợp với Clo tạo ra Clo-amin - một chất làmcho hiệu quả khử trùng giảm đi rất nhiều so với Clo gốc; amoni là nguồn N thứcấp sinh ra nitrit trong nước, một chất có tiềm năng gây ung thư; amoni lànguồn dinh dưỡng để rêu tảo phát triển, vi sinh vật tái phát triển trong đườngống gây ăn mòn, rò rỉ và mất mỹ quan

1.4 Các phương pháp xử lý amoni trong nước ngầm

1.4.1 Phương pháp clo hóa tới điểm đột biến

Chất duy nhất có khả năng ôxy hóa amoni/amoniac ở nhiệt độ phòngthành N2 là Clo Khi hòa tan clo trong nước, clo có thể nằm ở dạng HClO hoặcClO- do có phản ứng theo phương trình (Lê Văn Cát, 2007):

Cl2 + H2O HCl + HClO (pH <7) 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)Phản ứng phân hủy các cloramin sẽ xảy ra nếu có clo dư:

2NH2Cl + HClO = N2 + 3H+ + 3Cl- + H2OLúc này lượng clo dư trong nước sẽ giảm tới giá trị nhỏ nhất vì xảy ra sự phân huỷ cloramin, điểm tương ứng với giá trị này gọi là điểm đột biến

1.4.2 Phương pháp trao đổi ion

Quá trình trao đổi ion là một quá trình hoá lý thuận nghịch trong đó xảy raphản ứng trao đổi giữa các ion trong dung dịch điện ly với các ion trên bề mặthoặc bên trong pha rắn của chất trao đổi ion tiếp xúc với nó Quá trình trao đổiion tuân theo định luật bảo toàn điện tích, phương trình phản ứng trao đổi ionđược mô tả một cách tổng quát như sau:

AX+B- AB+X

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

Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch, hay phản ứng trao đổi phản ứng tái sinh

-Mức độ trao đổi ion phụ thuộc vào: 1- kích thước, hoá trị của ion; 2 - bảnchất của chất trao đổi ion; 3 - nồng độ ion có trong dung dịch và 4 - nhiệt độ.Phản ứng trao đổi cation giữa chất trao đổi cation và cation trong dungdịch có thể viết như sau:

Cat-H (Na) + NH4 + < -> Cat-NH4 + H+ (Na+)

2 Cat-H + Ca2+ < - >(Cat)2Ca + 2H+Chất trao đổi ion có thể có sẵn trong tự nhiên như zeolite, các loại sợi, chất vô cơ tổng hợp (alumino silicat, alumino photphat, ) hoặc hữu cơ (nhựatrao đổi ion Trong công nghệ xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion tỏ rõtính ưu việt trong việc làm mềm nước, loại bỏ chất khoáng, hữu cơ độc hại

Ưu điểm của phương pháp là tốc độ nhanh, công suất lớn trên một đơn vị thểtích thiết bị và vật liệu, chất lượng nước xử lý cao Nhược điểm là chi phí đầu

tư cao do giá nhựa trao đổi ion cao (nhựa cation khoảng 4 USD/l cao gấp 1,5 –2,0 lần so với nhựa anion) chi phí vận hành trong một số trường hợp vẫn cao(Lê Văn Cát, 2007)

1.4.3 Phương pháp thổi khí ở pH cao

Amoni ở trong nước tồn tại dưới dạng cân bằng:

NH 4 +

NH 3(khí hoà tan) + H+ với pK a = 9,5Như vậy, khi pH thấp (pH = 7), amoni chiếm ưu thế so với một lượng rấtnhỏ khí NH3 Khi nâng pH tới 9,5, tỷ lệ [NH 3 ]/[NH 4 + ] = 1, và khi pH càng tănglên, cân bằng càng chuyển về phía tạo thành NH3 Khi đó, nếu áp dụng các kỹthuật sục thổi khí thì NH3 sẽ bay hơi theo định luật Henry, cân bằng chuyển vềphía phải (Lê Văn Cát, 2007):

NH4 + + OH- NH3 + H2O

1.4.4 Phương pháp ozon hóa với xúc tác bromua (Br-)

Để khắc phục nhược điểm của phương pháp clo hóa điểm đột biến người

ta có thể thay thế một tác nhân oxy hóa khác là ozon với sự có mặt của Br- Dưới tác dụng của O3, Br- bị oxy hóa thành là BrO- theo phản ứng sau đây (LêVăn Cát, 2007):

1.4.5 Xử lý amoni bằng phương pháp sinh học

Quá trình xử lý amoni bằng phương pháp sinh học được thực hiện qua haibước nối tiếp là nitrat hoá và khử nitrat như sau (Lê Văn Cát, 2007):

a Quá trình nitrat hoá

Ở quá trình này, vi khuẩn nitrat hoá ôxy hoá NH4 + thành NO2 -, rồi sau đóthành NO3 - Các phản ứng này được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn tự dưỡng(autotrophs) là nhóm vi khuẩn dùng cacbon vô cơ trong nước để tổng hợp tế bào

b Quá trình khử nitrat

Trong quá trình này, vikhuẩn khử nitrat (denitrifiers) khử NO3 - (và cả NO2 -) thành N2 Nhóm vi khuẩnnày là nhóm dị dưỡng (heterotrophs) sử dụng cacbon hữu cơ để tổng hợp tếbào mới Khác với quá trình nitrat hoá quá trình khử nitrat sử dụng ôxy từ

nitrat được gọi là quá trình anoxic (thiếu khí).

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

NO3 - NO2 - NO (k) N2O (k) N2 (k)Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất - chất cho điện tử, chúng có thể làchất hữu cơ (methanol, axit acetic, ), H2 và S Khi có mặt đồng thời NO3 - vàcác chất cho điện tử, chất cho điện tử bị oxy hóa, đồng thời NO3 - nhận điện tử

1.5 Zeolite

1.5.1 Sơ lược lịch sử và sự phát triển của zeolite

Zeolite được phát hiện lần đầu tiên năm 1756 bởi một nhà hóa học ngườiThụy Điển, Bronstedt Zeolite, theo tiếng Hy Lạp, “zeo” là sôi, “lithot” là đá,

vì vậy zeolite còn được gọi là đá sôi

Quá trình chuyển hóa về mặt hóa học được viết như sau:

NH4 + + 1,5O2 NO2 - + 2H+ + H2O (nhóm vi khuẩn Nitrosomonas)

NO2 - + 0,5O2 NO3 - (nhóm vi khuẩn Nitrobacter)

Phương trình tổng:

NH4 + + 2O2 NO3 - + 2H+ + H2O

Mãi đến những năm 60 của thế kỷ trước, zeolite mới được nghiên cứu vàkhám phá và đưa ra những ứng dụng hữu ích và đa dạng Từ đó, các zeoliteđược ứng dụng rộng rãi trong khoa học và kỹ thuật.

Có nhiều loại zeolite tự nhiên và zeolite tổng hợp như: Zeolite A, zeolite

Y, zeolite X, zeolite ZSM-5, zeolite ZSM-11,… được nghiên cứu, làm rõ thànhphần, tính chất ứng dụng, cấu trúc mạng tinh thể,… (Phan Thị Hoàng Oanh,2012)

1.5.2 Khái niệm về zeolite

Zeolite là tên chung chỉ một họ vật liệu khoáng vô cơ có cùng thành phần

là aluminosilicat Nó có mạng lưới anion cứng chắc với các lỗ xốp và các kênhmao quản chạy khắp mạng lưới, giao nhau ở các khoang trống Các khoangtrống có chứa các ion kim loại có thể trao đổi được (Na+, K+) với các phần tửbên ngoài xêm nhập vào Các khoảng trống này có kích thước khoảng 0,2 –2nm nên Zeolite được xếp vào loại vật liệu vi mao quản

Công thức tổng quát của Zeolite: Mx/n[(AlO2)x(SiO2)mH2O

Với M là cation bù có hoá trị n; x, y là tỉ lệ giữa SiO2/Al2O3 và m là sốmol nước nằm trong các hốc trống (Bekkum HV và cs, 2001)

1.5.3 Phân loại Zeolite

a Theo nguồn gốc hình thành

Zeolite được chia làm 2 loại chính:

- Zeolite tự nhiên: có 56 loại, có được do đá và các lớp tro núi lửa phảnứng với nước ngầm có tính kiềm Những Zeolite này được kết tinh và lắng đọngtrong môi trường qua hàng ngàn, hàng triệu năm ở đại dương và các đoạn sông(Bekkum HV và cs, 2001)

- Zeolite tổng hợp: có trên 200 loại, độ tinh khiết cao, thành phần đồngnhất nên rất phù hợp trong nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp Hầu hết cáczeolite đều được tổng hợp từ sự phân hủy các nguồn nhôm và silic trong dung dịchkiềm mạnh (Bekkum HV và cs, 2001)

b Theo kích thước mao quản

Việc phân loại theo kích thước mao quản rất thuận tiện trong việc nghiêncứu ứng dụng zeolite, theo cách này zeolite được chia làm 3 loại chính(Bekkum HV và cs, 2001):

- Zeolite có mao quản nhỏ: zeolite A, P

- Zeolite có mao quản trung bình: zeolite ZSM-5

- Zeolite có mao quản lớn: zeolite X, Y

c Theo chiều hướng không gian của các kênh trong cấu trúc mao quản

Zeolite có hệ thống mao quản 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều (Bekkum HV và

cs, 2001)

d Theo tỉ lệ Si/Al

- Zeolite có hàm lượng silic thấp (Si/Al= 1-1,5): zeolite A, X

- Zeolite có hàm lượng silic trung bình (Si/Al= 2-5): zeolite Y,

chabazite…

- Zeolite có hàm lượng silic cao (ZSM-5) (Bekkum HV và cs, 2001)

1.5.4 Cấu trúc của Zeolite

Zeolite là tinh thể, siêu xốp, là dạng khoáng aluminosilicat ngậm nước cóchứa kiềm và kim loại kiềm thổ Khung của chúng bao gồm các tứ diện của[SiO4] và [AlO4] liên kết với nhau để tạo thành cấu trúc có các mao quản hởvới kích thước xác định,khoảng từ 0,3 đến 1nm Sự thay thế một phần các ion

Si4+ bằng ion Al3+ gây ra sự dư thừa điện tích âm trên mạng lưới Điện tích âmnày sẽ được trung hòa bởi các cation như Na+, K+, Ca2+ nằm trong các lỗ xốpvật liệu (Phan Thị Hoàng Oanh, 2012)

Hình 1.1 Cấu trúc sơ cấp của Zeolite: tứ diện SiO 4 (a), AlO - 4 (b)

Mỗi tứ diện liên kết với các tứ diện còn lại thông qua nguyên tử Oxy ởđỉnh của mỗi tứ diện tạo nên các mối liên kết -Si-O-Si hoặc -Si-O-Al- (theonguyên tắc Lowenstein)

Hình 1.2 Liên kết trong cấu trúc Zeolite

Các tứ diện có thể dùng chung các số oxy khác nhau tạo nên các đơn vịcấu trúc thứ cấp SBU khác nhau gồm 4, 6, 8, 10 và 12 tứ diện hoặc hình thành

từ các vòng kép 4x2, 6x2… tứ diện Điều đó làm cho Zeolite trở nên đa dạng

Hình 1.3 Cấu trúc thứ cấp SBU của Zeolite 1.5.5 Ứng dụng của Zeolite tự nhiên

Zeolite tự nhiên đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khácnhau Zeolite tự nhiên được sử dụng để làm mềm và làm sạch nước, tách vàloại bỏ khí và dung môi, hấp phụ chất phóng xạ, cải tạo đất, thực phẩm chứcnăng và phụ gia, ứng dụng trong y sinh (Misaelides P, 2011) (Polat E và cs,2004)

Trong xử lý nước và nước thải: Ứng dụng khả năng trao đổi cation độc

đáo của Zeolite để chế tạo các công nghệ lọc nước bằng cách trao đổi cáccation như Na+, K+, Ca2+ trong cấu trúc của Zeolite với các cation hòa tan cótrong nước Zeolite tự nhiên và Zeolite biến tính với nhiều tác nhân khác nhau

đã được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong việc xử lý các cation kim loạiPb(II), Cd(II), amoni và các chất hữu cơ (Misaelides P, 2011)

Trong công nghệ xúc tác hấp phụ: Zeolite được sử dụng rộng rãi trong

việc giữ ẩm cho đất do chúng có cấu trúc tinh thể, có độ xốp cao, có thể giữnước tới 60% trọng lượng của chúng và các phân tử nước trong mao quản cóthể dễ dàng bay hơi hoặc tái hấp phụ mà không ảnh hưởng đến cấu trúc củaZeolite (Weitkamp J, 1999)

Các Zeolite tự nhiên được ứng dụng nhiều việc xử lý ô nhiễm khí và kiểmsoát mùi do chúng có thể hấp phụ CO, CO2, SO2, H2S, NH3, HCHO, Ar, O2,

N2, H2O, He, H2, Kr, Xe, CH3OH và nhiều loại khí khác

Ngoài ra, Zeolite cũng được nghiên cứu hấp phụ các sản phẩm dầu mỏ từmôi trường khí và nước (Weitkamp J, 1999)

Ứng dụng trong nông nghiệp: Trong những năm gần đây, zeolite tự

nhiên được ứng dụng nhiều trong nông nghiệp, như: cải tạo đất, cải thiện tínhchất hóa lý của đất

Zeolite làm tăng khả năng giữ nước và các chất dinh dưỡng có trong đất,cần thiết cho cây trồng như, kali, phốt pho, canxi và magiê, qua đó hạn chếđược khả năng rửa trôi do nước mưa

Trong nông nghiệp công nghệ cao, zeolite được sử dụng làm giá thể đểtrồng các loại thực vật trong nhà kính hay trong hệ thống thủy canh (Fathy NA,2013) (Polat E và cs, 2004)

Ứng dụng làm phụ gia thức ăn chăn nuôi:

Zeolite được nghiên cứu và ứng dụng làm thức ăn cho gia súc Khi bổsung vào thức ăn cho gia súc, Zeolite hoạt động như một chất kết dính độc tố

mycotoxin, hấp thụ độc tố gây nguy hiểm cho gia súc, giúp cải thiện hệ tiêuhóa, kích thích sự thèm ăn và thúc đẩy sự tăng trọng lượng của gia súc Zeolitelàm giảm tỷ lệ tử vong do căng thẳng tiêu hóa và giảm nhu cầu kháng sinh.Zeolite cũng hấp thụ các độc tố khác được tạo ra trong thức ăn như nấm mốc

và ký sinh trùng siêu nhỏ, tăng cường sự hấp thụ thức ăn của động vật(Misaelides P, 2011)

1.6 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam

1.6.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Bảng 1.1 Các nghiên cứu về hấp phụ amoni bằng zeolite

tại các nước khác nhau

cũng như thân thiện môi trường Rất phù hợp để áp dụng trên quy mô lớn cho cácnhà máy xử lý nước để loại bỏ amoni Do đó, trong khoảng 15 năm gần đây

các nghiên cứu hấp phụ xử lý amoni đã được phát triển mạnh mẽ Các chất hấpphụ amoni cần phải đạt được một số yêu cầu sau: Nguyên liệu phong phú, dễkiếm hoặc dễ tổng hợp, giá rẻ, có dung lượng và tốc độ hấp phụ cao, dễ áp dụngtrong thực tế, không khó khăn khi hoàn nguyên và thân thiện với môi trường.Zeolite tự nhiên và đất sét là những chất hấp phụ phổ biến Chúng baogồm các khung ba chiều của tứ diện aluminosilicat trong đó các nguyên tửnhôm và silicon hình thành các liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử oxy.Những chất hấp phụ này sở hữu điện tích âm cao Amoni bị hấp phụ trên bềmặt và trong các mao quản bằng cách trao đổi với các ion dương như Na+, K+,

Ca2+ và Mg2+ Tuy nhiên các nghiên cứu về khả năng loại bỏ amoni của zeolit

và sét tự nhiên cho thấy dung lượng hấp phụ không cao và tốc độ hấp phụ thấp(Mai Thị Thanh Hương, 2019)

Nhiều zeolite tổng hợp đã được phát triển bằng phương pháp vật lý và hóahọc để cải thiện khả năng hấp phụ và hiệu quả loại bỏ Quy trình tổng hợp phổbiến là sự kết tinh của silica-alumina khi có mặt dung dịch muối và kiềm Tínhchất sản phẩm phụ thuộc vào thành phần, pH và nhiệt độ hỗn hợp phản ứng.Mặc dù vậy, các zeolite tổng hợp cũng có dung lượng hấp phụ không cao.Nhựa trao đổi ion cũng đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi để loại bỏamoni trong nước (Mai Thị Thanh Hương, 2019) Nhựa trao đổi ion có khảnăng hấp phụ, tốc độ cao, ổn định hóa học và cơ học tốt

Than hoạt tính cũng được sử dụng làm chất hấp phụ amoni Tuy nhiên dothan hoạt tính hấp phụ kém amoni nên đã có nhiều công trình nghiên cứu biếntính bằng cách kết hợp với zeolite và phương pháp hóa học

Yassmina Angar và cộng sự (2017) đã khảo sát sự hấp phụ amoni củabentonit tự nhiên Algerian Kết quả khảo sát cho thấy, chúng ta có thể áp dụngbentonit tự nhiên của Maghnia (Algeria) để loại bỏ các ion amoni trong dungdịch nước Điều kiện hoạt động tối ưu là pH = 7, nhiệt độ = 30°C, tốc độ trộn =

200 RPM, nồng độ amoni ban đầu = 10 mg/L và liều lượng bentonite 4 g/L,

hiệu suất loại bỏ đạt 53,36% Hiệu quả xử lý đã được cải thiện bằng cách tăngliều lượng bentonit trong dung dịch, có thể đạt tới 81,21% ở 40 g/L bentonit tựnhiên và 10 mg/L ở nồng độ amoni ban đầu Mô hình hóa dữ liệu thực nghiệmcho thấy quá trình hấp phụ tuân theo cả đường đẳng nhiệt Langmuir vàFreundlich, với hệ số tương quan lần lượt là 0,99 và 0,98 Do đó, dung lượnghấp phụ tối đa được ước tính từ mô hình Langmuir là 50 mg/l Quá trình loại

bỏ được thực hiện bằng sự thay đổi ngoại trừ cation giữa các ion amoni đến từdung dịch đã được thuần hóa và các ion natri đến từ bề mặt vật liệu

Xiaojian Hu và cộng sự (2020), nghiên cứu so sánh về sự hấp phụ amonicủa các biochars có nguồn gốc từ các loại vỏ trái cây khác nhau Kết quả chothấy các đặc tính hóa lý của biochars bị ảnh hưởng bởi loại nguyên liệu thô vàđiều kiện nhiệt phân Than sinh học từ OP và PAP cho thấy khả năng hấp phụtốt hơn PTP Mô hình động học bậc hai và mô hình Langmuir có thể mô tả tốtđộng học hấp phụ và đẳng nhiệt của amoni trên ba loại biochars pH thấp hoặccao của dung dịch không có lợi cho sự hấp phụ của than sinh học Sự hấp phụcủa amoni bằng than sinh học chủ yếu phụ thuộc vào sự tạo phức, sự trao đổication và lực hút tĩnh điện Nghiên cứu này cho thấy rằng than sinh học từ vỏtrái cây có tiềm năng trở thành chất hấp phụ hiệu quả để loại bỏ amoni khỏinước Các chất hấp phụ cạn kiệt có chứa amoni cao có thể được sử dụng làmchất điều hòa đất

Rozhkovskaya A và cộng sự (2021) đã nghiên cứu sự chuyển hóa bùn phèntại các nhà máy xử lý nước thành zeolite LTA chất lượng cao Do đó, các vấn đề

về chi phí chôn lấp bùn và ô nhiễm môi trường có thể tránh được Phương phápnày liên quan đến việc xử lý trước bằng kiềm của bùn phèn sau đó là tổng hợpthủy nhiệt để cải thiện số lượng và chất lượng của zeolit LTA được tạo ra Quátrình hoạt hóa bùn phèn sử dụng phản ứng tổng hợp tạo điều kiện thuận lợi choviệc hình thành zeolit LTA chất lượng cao (97% trọng lượng) có thể so sánh vớivật liệu thương mại (98 trọng lượng) và vượt trội hơn

so với các mẫu được thực hiện bằng tổng hợp thủy nhiệt mà không cần xử lýtrước phản ứng tổng hợp (81% trọng lượng).

Nazarenko O và Zarubina R (2013) đã mô tả đặc tính của zeolit tự nhiên

từ trầm tích Sakhaptinsk (Lãnh thổ Krasnoyarsk, Nga) Hiệu quả Zeolite trongviệc loại bỏ sắt, mangan, canxi từ nước dưới đất đã được nghiên cứu Các kếtquả thu được cho thấy hiệu quả cao của việc lọc nước dưới đất (huyệnKozhevnikovsky, vùng Tomsk, Nga) bằng cách đưa nó qua bộ lọc có tải zeolit.Hiệu suất loại bỏ đạt được trong các thí nghiệm đối với sắt là 96-100%, đối với

Mn2+ là 93% và đối với Ca2+ là 63-100%, tùy thuộc vào nồng độ ban đầu.Nồng độ các chất này trong dịch lọc sau khi xử lý không vượt quá nồng độ tối

đa cho phép trong nước ăn uống theo quy định SanPiN 2.1.4.1074-01 và phùhợp với mục đích ăn uống và sinh hoạt của người dân

1.6.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về khả năng hấp phụ amoni trong nước bởicác vật liệu tự nhiên còn hạn chế Các nhà nghiên cứu chủ yếu tập trung vàokhả năng loại bỏ amoni bằng việc sử dụng biện pháp vi sinh hoặc thực vật thủysinh Vấn đề xử lý amoni trong nước cấp, đặc biệt ở mức nồng độ cao cỡ 15 -

25 mg/l là một trong những vấn đề còn khá mới mẻ ở nước ta và trên thế giới.Trước năm 2002 các TCVN đều giới hạn nồng độ amoni ở mức ≤ 3 mg/l thì từ

2002, với quyết định 1329/2002 QĐ-BYT của Bộ Y tế, giới hạn nồng độ amonicủa Việt Nam đã ở mức của Tổ chức y tế thế giới (WHO) là 1,5 mg/l, trong khicủa các nước Châu âu đã là 0,5 mg/l Điều này đã thúc đẩy nhiều nghiên cứu đồngthời ở Việt Nam trong lĩnh vực xử lý amoni trong nước cấp

Nguyễn Thị Ngọc và cộng sự (2011) đã nghiên cứu khả năng xử lý amonitrong nước bằng nano MnO2- FeOOH mang trên laterit (đá ong) biến tính.Bằng cách tạo vật liệu MnO2 mang trên laterit biến tính nhiệt (VL1) và MnO2(VL2) có kích thước nano và cho hai vật liệu này hấp phụ amoni, dung lượnghấp phụ cực đại đối với amoni của VL1 là 2,48 mg/g, của VL2 là 21,4 mg/g

Ngoài ra nghiên cứu khả năng oxi hóa amoni thành N2, NO2- và NO3- củaamoni Lượng NO3- được tạo ra nhiều nhất là 18,87 mg/l sau 24 giờ khi tác giảtiến hành thí nghiệm xử lý amoni có nồng độ ban đầu là 100 ppm bằng VL1,VL2 có chứa Mn2+ và sục khí liên tục Tác giả đã thực hiện khảo sát khả năng

xử lý amoni bằng mô hình động tuy nhiên hiệu suất xử lý khá thấp

Nguyễn Thị Huệ và cộng sự (2015) đã nghiên cứu xử lý amoni trongnước thải bằng quặng pyrolusit tự nhiên Quặng pyrolusit biến tính bằng axit

và bazơ có khả năng hấp phụ NH4+ trong môi trường nước cao hơn quặng chưabiến tính Kích thước vật liệu, nhiệt độ biến tính và nồng độ của axit hoặc bazơ

sử dụng là những yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ amoni của vật liệu.Thời gian tối ưu để hấp phụ amoni của pyrolusit và pyrolusit biến tính là 120phút, tuân theo cả 2 phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich và Langmuir,với hệ số tương quan từ 0,923 - 0,991 Kết quả khảo sát này cho thấy vật liệuhấp phụ sau biến tính bằng bazơ có khả năng hấp phụ NH4+ nhưng hiệu quảchưa cao

Bùi Thị Lan Anh (2016) đã nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa

để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện Qua nghiên cứu cho thấy, tốc độ lọcthấp 0,5 l/h thì hiệu suất xử lý amoni của than xơ dừa trung bình trong khoảng78,79% Khi tăng tốc độ lưu lượng lên 0,75 l/h thì hiệu suất hấp phụ amonigiảm xuống trung bình khoảng 30,04% Tại mức lưu lượng 1,5 l/h hiệu suất xử

lý giảm xuống khá nhiều còn 13,31% Với lưu lượng thấp thì hiệu suất tiếp xúccủa vật liệu với amoni trong nước thải tương đối cao do thời gian lưu nướctrong vật liệu lâu, quá trình amoni tiếp xúc với mao quản của than cacbon hóacũng lâu hơn và bị giữ lại nhiều hơn

Nguyễn Văn Quang và cộng sự (2021) đã nghiên cứu khả năng hấp phụamoni của vỏ trai Qua nghiên cứu cho thấy, pH, thời gian và nồng độ có ảnhhưởng đến khả năng hấp phụ amoni của vỏ trai Nghiên cứu đưa ra pH = 8 là

pH tối ưu để hấp phụ amoni, với dung lượng và hiệu suất hấp phụ là 0,51 mg/g