nghiên cứu tách loại amoni, nitrit, nitrat trong nước ngầm ở khu vực ngọc hà, hà nội bằng phương pháp trao đổi ion và phương pháp clo hoá

gây ra các hệnh về m áu... Kỹ thuật xử lý amoni, nitrit, nitrat bàng phương pháp trao đổi ion3 .2 .1.

B ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUÔNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TựNHIÊN

LUẬN ÁM THẠC si KHOA HỌC HOÁ MỌC

C h u y ê n n g à n h : HOÁ v ô c ơ

ư v,ffỉ ị ì

ì ỊĩRỉiNGl A;.* G1.ị:.tT" ; V

Nc V T Up I ị f C

N g ư ờ i h ư ớ n g d ằ n k h o a h ọ c

TS : TRỊNH NGỌC CHÂU PGS -TS : CAO THẾ HÀ

HÀ NỘI - 2000

ị

M ự c LỤC

T ran g

và sự ô nhiễm nguồn nước

1.1 T in h h ìn h ổ n h iễ m m ôi trư ờ ng h iện n ay 03 1.2 N itơ và c h u trìn h c ủ a ni tơ tro n g tự n h iê n 05 1.3 C ác h ợ p c h ấ t c ủ a n itơ và sự ỏ n h iễ m n g u ồ n n ư ớ c 10 1.4 Sự ô n h iễ m h ợ p c h ấ t n itư tro n g nư ớc n g ầ m H à N ội 11 1.5 N g u ồ n g ố c g â y n ê n sự tả n g am oni tro n g nư ớc n g ầ m H à N ội 12

xác định hàm lượng các hợp chất nitơ và clo trong nước

2 2 3 R iương p h á p tra o đổi ion xử lí a m o n i, n itrit, n itra t 21

B P H Ầ N T H Ụ C N G H IỆ M 24

3.1 C á c p h ư ơ n g p h á p x á c đ ịn h c á c chỉ tiê u đ á n h g iá c h ấ t lư ợng n ư ớ c 2 4

3 2 3 C h u ẩn bị c ộ t tra o đổi ion và hê th ố n g th ự c n g h iệ m 32

3 2 4 L ạp sơ đ ồ k h ả o s á t ảnh h ư ở n g đ ồ n g thời c ủ a n ồ n g đ ộ ion và tố c đ ộ ch ảy 34 đ«ến khả n ă n g tra o đổ i c ủ a n h ự a

Chương 5: kết quả nghiên cứu xử H amoni trong dung dịch 54

bàng phương pháp clo hoá

Phụ lục 1 -Tiêu chuẩn chất lượng nước 20 TCN 33-85 -BXD ban hành 77

P h ụ lụ c 2 - T iê u c h u ẩ n vệ sin h đ ố i với c h ấ t lư ợng n ư ớ c ăn u ố n g và sin h h o ạ t về 78

p h ư ơ n g diện v ậ t lí và h o á h ọ c

T iê u c h u ẩ i tạ m thời b an h à n h k è m th eo Q Đ s ố 505 B Y T /Q Đ n g à y 13/4/1992

P h ụ lụ c > T iê u c h u ẩ n vệ sin h ăn uống và sin h h o ạ t về vi k h u ẩ n , vi sin h vật 79

T iê u c h u á i tạ m thời Ban h à n h k è m th e o Q Đ số 5 0 5 B Y T /Q Đ n g à y 1 3 /4/1992

G iá trị p ớ i h a n c h o p h é p c ủ a c á c th ô n g số và n ồ n g đ ộ c á c c h ấ t ô n h iễm

tr o n g nưóc n g ầ m

PHẦN MỞ ĐẦU

Từ th u ở x a xưa người H à Nội c h u y ê n d ù n g n ư ớ c m ư a, n ư ớ c sông hồ

t r o i g sinh h o ạt M ãi đốn n ăm 1894 hệ th ố n g cấ p nư ớc đ ầ u tiên m ớ i đư ợc xây

d ự E g N g u ồ n n ư ớ c lúc đ ầ u lấy từ sông H ồ n g , nh ư n g d o c h ấ t lượng n ư ớ c k hông

tố t x ử lý q u á tố n k ém n ên từ 1909 c h o đ ế n n ay đ ư ợ c th a y th ố t ô i n g u ồ n nước

n g ìm T ro n g tư ơ n g lai đ à y vẫn là n guồn c ấ p nước q u a n trọ n g c ủ a H à N ội C hất

lư c n g c u ộ c số n g n g à y c à n g tăn g cao đòi hỏi lượng n ư ớ c cu n g c ấ p và c h ấ t lượng nước c ũ n g n g à y c à n g c a o Đ ó là yêu cẩu hức b ách củ a th ự c tế cầ n p h ải th o ả

m ân.

T h e o th ố n g k ê c ủ a tổ ch ứ c Y tế th ế g iỏi h iện c ỏ k h o ả n g m ộ t p h ầ n b a d ân

c ư trên th ế giới th iế u nư ứ c sạ c h để sinh h o ạ t và d o đ ó h à n g n ăm c ó tới 50 0 triệu ngíòri bị m ắ c b ệ n h và 10 triệu người (chủ y ếu là trẻ e m ) hị ch ết T ro n g số đó thì

& 0 $> các trư ờ n g h ợ p m ắ c h ên h ử c ác nư ớc đ a n g p h á t triển là d o d ù n g nước

k h à n g đ ạ t tiê u c h u ẩ n vệ sinh.

Ở n ư ớ c ta, m ộ t Irong nh ữ n g m ụ c tiê u ch ú y ếu củ a thừi k ỳ đ ẩ y m ạ n h công

n ig iiệp h o á , h iệ n đại h o á đ ất nư ớc m à Đ ại hội Đ ả n g lổn th ứ V III đ ã đ ề ra là "tất

c ả d â n c ư th à n h thị và 8 0 % d ân số ở n ô n g thôn phải đ ư ợ c c u n g c ấ p n ư ớ c sạch" rmiiốn vậy trư ớ c h ế t c h ú n g ta cầ n phải "x ây d ự ng q u y h o ạ c h h ảo vệ và k h ai th ác

hợo lý n g u ồ n n ư ớ c, đ á p ứng y êu cầu củ a sản x u ấ t và đời số n g ".

C ù n g với sự tăn g trư ơng k in h tế xã h ộ i, tố c đ ộ đ ô thị h o á , sự g ia tăn g d ân Stố và sự p h á t triể n c ô n g n g h iệ p hoá đ ã k é o th e o m ứ c đ ộ n h iễ m n g u ồ n nước

n igìy càng tăn g C á c h ợ p ch ấ t củ a n itơ là sản p h ẩm p h ân h u ỷ c ủ a c á c ch ấ t hữu

c ơ đ ộ n g vật và th ự c vật đ ã xuất hiện tro n g nư ớc n g ầm H à N ội với h à m lượng mgày càng lớn đ ặ c h iệt là ở k h u vực nội th àn h C h ất lư ợng n ư ớ c k h ô n g tốt đ ã gỊây ảnh h ư ở n g đ á n g k ể đ ế n sức k h o ẻ và n ă n g x u ất lao đ ộ n g c ủ a n h â n d â n

V ấ n đ ề m a n g lín h cấp th iết đ ặ t ra ờ đ ây là b ằ n g m ọ i h iệ n p h á p p h ải k h ắc

p h ụ c để c u n g c ấ p đ ủ s ố lượng nước sạch p h ụ c vụ c h o n h u c ầ u sin h h o ạ t củ a nibân dân H à N ội tro n g khi c á c c ô n g trìn h c ấ p n ư ớ c sạch c h o n h ân d â n từ ngoại tỉhinh đư a v à o ch ư a đ á p ứng đư ợc.

K h u vực N g ọ c H à th u ộ c q u ận Ba Đ ìn h H à N ội, c ó đ ặ c đ iể m đ ịa lí đ ặc

b iè t là n ằ m c ạ n h H ồ B ách th ảo , H ồ T â y ch ứ a nư ớc thải c ủ a c á c k h u d â n cư lân

1

cận và là n g u y ê n n h ân c h ín h g â y lên sự ỏ n h iễ m nư ớc hề m ặt, d ẫ n đ ế n ô n hiễm nước n g ầ m M ặt h ằn g k h ai th á c nước n g ầm ơ đ ây k h á c h ặ t h ẹ p lại x en kẽ c ác vùng d â n cư d ẫ n đ ến c h ấ t lượng nước ch ư a đ ư ợ c n h ư m o n g m u ố n

T ro n g n h ữ n g n ă m g ần đ ây chất lượng c ủ a n g u ồ n n ư ớ c n à y bị g iả m dần

H iện tư ợ n g đ ổ n g cặn c ú a nồi hơi tăng n h an h và h iện tư ợng th ủ n g ố n g d ẫ n nước

c ủ a c á c th iế t bị làm lạ m h xảy ra khá ph ổ b iến ở c á c cơ q u a n x í n g h iệ p trong

kh u v ự c Đ iề u đ ó đòi hỏ i phải phốn tích m ộ t c á c h hệ th ố n g đ ể đ á n h g iá chất

lư ợ n g n ư đ c và đ ề x u ất phư ơng án k h ắ c p h ụ c n h ằ m n ân g c ấ p c h ấ t lượng nước sản p h ẩ m Đ ể g ó p p h ầ n n g h iê n cứu giải q u y ế t vấn đề th ự c tiễn c ủ a k h u vực và

đ ơ n vị c h ú n g tôi ch ọ n đề tài: N g h iên cứu tách loại a m o n i, n itrit, n itra t trong

nư ớc n g ầ m b ằ n g phư ơ n g p h áp tra o đổi ion và ph ư ơ n g p h á p c lo h o á

D o thời g ia n có h ạ n tro n g cuốn luận án n à y m ới c h í d ừ n g lại ở m ứ c độ phAn tíc h tư ơ n g đối to à n d iệ n c á c chỉ tiêu ch ú y ếu đ ể đ á n h g iá c h ấ t lượng củ a

n g u ồ n nư ớc K h á o sát c á c y ếu tố ánh hư ởng đô tìm đ iề u k iệ n tối ưu ch o v iệc xử

lí th ử m ẫu n ư ớ c h ằn g h ai phư ơng p h áp tra o đổi ion và p h ư ơ n g p h á p c ỉo h o á Với h y v ọ n g rằn g c á c k ết q u ả th u đ ư ợ c sau khi x ử lí th ử tro n g p h ò n g th í

n g h iệ m có thổ đ ó n g g ó p m ộ i s ố th ô n g tin hữu ích c h o v iệ c n ố n g c ấ p c ô n g nghệ

x ử lí để cu n g c ấ p nư ớc sạch p h ụ c vụ ch o sin h h o ạ t và n g h iê n cứ u k h o a h ọ c ở

k h u vực sau n à y

Cuối lu ậ n án c h ú n g tôi m ạn h d ạn đ ư a ra m ộ t vài k iế n n g h ị n h ỏ n h ằm

n â n g cấp c h ấ t lượng nư ớc c ủ a kh u vưe.

A P H Â N T Ô N G Q U A N

C H Ư Ơ N G 1: G IỚ I T H IỆ U C H U N G V Ề C Á C H Ợ P C H Ấ T C Ủ A N IT Ơ

V À S ự Ô N H IỄ M N G U Ồ N N Ư Ớ C

1.1 Tinh hình ô nhiẻm inỏỉ trường hiện nay

N ăm 1995 U ỷ han k h o a học ch ín h th ứ c c ủ a N hà T rắ n g về b ả o vệ m ôi trưtoầg đ ã đ ịn h Iighìa về sự ô n h iễm m ôi trư ờng n h ư sau : “ Sự ổ n h iễ m là sự thay đ ổ i b ấ t lợi c ủ a m ồi Irường thiên n h iên , n ó th ể h iện h o à n to à n h a y m ộ t phần

n h í ìà sả n p h ẩm p h ụ d o h o ạ t đ ộ n g c ủ a co n người, q u a c á c h iệ u q u ả trực tiếp

h a ' g iá n tiế p m à làm Ihay đổi d ạn g th ứ c p h ân b ố c á c lu ồ n g n ăn g lượng, m ức độ

b ứ t x ạ , th à n h p h ầ n vật lý và h o á h ọ c c ủ a m ô i trư ờng tự n h iê n và đ ộ p h ổ biến

củí c á c sin h vật N hữ ng sự th a y đổi n ày cổ thể làm ản h h ư ở n g đ ế n co n người

m ệ t c á c h trự c tiế p h ay h ay g iá n tiếp th ô n g q u a c á c n g u ồ n sả n p h ẩm nông

n g h iệ p , n ư ớ c và c á c sản p hẩm sinh h o ạ t k h á c, c h ú n g cũ n g có th ể ản h hư ởng tới eton n gư ờ i b ằn g c á c h làm th ay đổ i c á c đối tượng vật lý th u ộ c sở h ữ u củ a con n,girờj và c ó k h ả n ă n g làm thoái h o á th iên n h iê n ” { 2 }.

Sự ỏ n h iễ m m ôi lrư ờng n g à y nay đã và đ a n g đ ư ợ c to àn T h ế giới q u a n tâm nihít là tro n g th(íi đại cách m ạ n g k h o a h ọ c - kỳ th u ật, khi m à h o ạ t đ ộ n g c ủ a co n n;g íờ i p h á t triể n tới q u i m ô ch ư a từng th ấy thì vấn đề ỏ n h iễ m m ô i trường lai c;àng trở n ê n g ia tă n g T ro n g v ò n g 100 n ăm g ần đ ây , tố c đ ộ di c h u y ể n trong k;h)ng g ia n c ủ a c o n người đ ã tăn g lên 100 lần, m ứ c đ ộ tiêu th ụ n ă n g lư ợng tăng

1 0)0 lần, sức m ạ n h q u â n sự tăn g h àn g triệu lần đ iề u đ ó đ ã k é o th e o sự tăng líêr g ấp bội c ủ a m ứ c đ ộ ô n h iễm

N gười ta x á c đ ịn h đư ợc rằn g vào n h ữ n g n ăm 70 đ ã c ó k h o ả n g 2 triệ u ch ấ t

h toí ch ất k h á c n h a u đư ợc thải vào m ôi trưím g x u n g q u a n h ( k h ô n g k ể c á c loại pihìn k h o á n g ), tro n g số đ ó 4 0 0 0 0 ch ấ t th u ộ c loại đ ộ c h ại N ền sản x u ấ t hiện đìạ k h ô n g n h ữ n g ch ỉ tạ o ra c á c sản p h ẩm m ới m à cò n th ải ra c á c c h ấ t th ải m ới c:hiía hề c ó tro n g th iê n n h iên , và phần lớn là xa lạ đối với c á c c ơ th ể số n g

C ác n g u ồ n g â y ỏ n h iễ m ch ín h là các n h à m á y c ủ a n g à n h c ô n g n g h iệ p hoá chất, lu y ện k im , c h ế h iến d ầ u m ỏ , c h ế tạo m áy , vật liệu x ây d ự n g H à n g năm chúng ta đ ã thải v ào k h í q u y ể n hàng trăm triệ u tấn c á c c h ấ t đ ộ c CỈT, HC1, S 0 2,

C 0 „ CO , N O x ( c á c ô x it k h á c nhau c ủ a n itơ ), c á c h ợ p c h ấ t th u ỷ n g ân , chì,

Càdimi, a sen Đ ặ c biệt n g u y hiểm là chất thải c ủ a các nhà m á y xử lý chất thải

hat nh án , b ụ i p h ó n g x ạ c ủ a c á c vụ thử hạt n h ân

C ác n g u ồ n g â y ô n h iễm q u an trọ n g k h á c là c á c n h à m á y n h iệ t đ iên , các phương tiệ n g ia o th ô n g vận tải ch ạy h àn g đ ộ n g c ơ đ ố t tro n g , c á c vụ tai n ạn ch ở dầu, sự c ố ố n g d ẫ n d ầ u , n ư ớ c th ải sinh h o ạ t và c ô n g n g h iệ p v.v

H iện n a y vấn cĩề ô n h iễ m m ôi trường đ ã trở th à n h nỗi lo củ a to àn nhân loại Nó đ ò i hỏi g iải q u y ế t vấn đ ề m ôi trư ờ ng tự n h iê n đ a n g bị th o ái h o á n g h iêm trọng co sự tích lu ỹ m ộ t k h ố i lượng lớn c á c h o á c h ấ t và đ ã g â y ra n h iề u bệnh chưa từng b iế t đ ế n Sự ô n h iễ m m ôi trư ờ ng c ũ n g g â y ả n h h ư ở n g x ấ u đ ế n n ăn g

su ất cây trồ n g và v ật n u ô i, p h ẩm chất lương th ự c và th ự c p h ẩm Sự ô n h iễm còn

đ ẩy nhanh q u á trìn h ăn m ò n m á y m óc, th iết bị và làm g iả m tu ổ i th ọ c ủ a các

cô n g trình k iế n trú c, x ây d ự n g

T iiệ t h ại vé k in h tế đ o ô n h iễm m ôi trư ờ ng g â y ra rấ t lớn, c h ẳ n g h ạ n năm

1970 uớc tín h th iệ t h ạ i ở N h ậ t là 23 tỉ đ ỏ la, ở M ỹ 25 ti’ đ ô la N h iề u ngư ời ch o rằn g k ió đ á n h g iá h ế t đ ư ợ c c á c th iệt hại d o ỏ n h iễ m m ô i trư ờ n g g â y ra vì còn

p h ải tíih đ ế n n h iề u y ếu tố k h á c n h ư chi p h í c h o v iệc c h ữ a b ệ n h , sự g iả m năng

s u ấ t la) đ ộ n g x ã h ộ i V ấ n đ ề h ảo vệ m ỏi trư ờ ng liên q u a n trự c tiế p đ ế n vấn đề

sử dụng h ợ p lý và h iệ u q u ả các n guồn tài n g u y ê n th iê n n h iê n , n h ấ t là các tài

n g u y ê i k h ô n g th ể tái tạo Đ ể c h o con người k h ô n g bị đ ầ u đ ộ c bởi c á c y ếu tố

đ ộ c h ạ p h á t sin h từ m ọi n g u ồ n k h á c n h au đòi h ỏ i phải q u a n tâ m đ ế n c h ấ t lượng

k h ô n g k h í m à c o n ngư ời h ít thở, ch ất lượng c ủ a nư ớc m à c o n người d ù n g để ăn

u ố n g hàng n g à y và m ộ t số n h â n tố k h á c tá c đ ộ n g lên cơ th ể co n ngư ời ngoài

đ ư ờ n g h ô h ấ p và tiê u h o á nh ư n g cũ n g làm tổn hại trạ n g th ái sin h lý c ủ a c ơ thể,

c h ẳ n g lạ n tiế n g ồn.

|)ể b ả o vệ c á c n g u ồ n nư ớc khỏi bị ỏ n h iễ m k h ô n g c ó c o n đ ư ờ n g n à o k h ác

là p h ả b ả o vệ m ôi trư ờ n g Đ iề u đ ó cổ n ĩ;hĩa là n h ấ t th iế t p h ải h ạ n c h ế lượng

c h ấ t tlải p h á t sin h từ c á c q u á trìn h sản x u ất, h ằ n g c á c h sử d ụ n g c á c th à n h tựu

IT.ớ c ủ a k h o a h ọ c v à k ỹ th u ậ t đ ể xây d ự n g c á c cô n g n g h ệ k h ô n g c ó h a y có rất ít chá th ải, và p h ải x ử lý ch ấ t thải trước khi thải c h ú n g v ào m ôi trư ờ n g

V iệc x ây d ự n g n h ữ n g d â y ch u y ền k h ô n y có c h ấ t thải h a y c á c tổ h ợ p xử lý châ thái đ ò i hỏ i n h iề u p h í tổ n , đôi khi làm ch o q u á trìn h sản x u ấ t k h ô n g còn giá trị k in h tế C ó th ể nói rằ n g , thông th ư ờ n g m ộ t g iả i p h á p c ó lợi ch o m ôi trương thì b ất lợi về k in h tế và ngược lại V iệ c tìm ra c á c giải p h á p sa o c h o phù h(f[ với cả hai v ấn đ ề trên đ a n g là vấn đề hức xúc c h o to àn n h â n lo ại.

V à d o đ ó , c h ú n g ta cần p h ải n g h iên cứ u cả hai lĩn h vực b ả o vệ và x ử lí m ôi trương

1.2 Nitơ và chu trình của nitơ trong tự nhiên [ 1, 2]

Ni tơ tạ o th à n h h à n g lo ạt c á c hợp c h ấ t vô c ơ và h ữ u c ơ q u a n trọ n g trong kh('ng kh í, đ ấ t và n ư ớ c n h ờ c á c q u á trình h o á h ọ c k h á c n h a u N g u y ê n tử n itơ có khí n à n g tạ o th à n h c á c hợp c h ấ t h o á h ọ c với m ứ c o x i h o á từ (-III) đ ế n (+ V ), vì vậ) h o á h ọ c m ô i trư ờ n g củ a n itơ m à Irước h ết là c á c p h ản ứ ng có sự ch u y ển electron m a n g ý n g h ía rất lớn tro n g các q u á trìn h c h u y ể n h o á h o á h ọ c và sinh học M ộ t s ố ví d ụ về c á c d ạn g tồn tại củ a n itơ n h ư sau:

N g u ồ n ni tí í c h ín h Irong m ô i trường là n itơ c ủ a k h ô n g k h í, n g o ài ra nitơ

CÒI c ó 'tro n g đ ấ l và nư ớc

5

P h â n bô n g u ồ n nitư tro n g m ỏi trư ờ n u I 1

N g u ồ n K hối lượng, triệ u tấn

mm có th ể x ả y ra c á c p h an ứng q uaniì h o á p h ứ c tạ p với sự tạ o ih à n h n g u y ên tử

h«oic phân tử niu# h o ạt h o á n h ư :

Phóng diện

N2 + 0 :— — V 2 NO

g r c a o

N itơ o x it là c h ấ t k h í k h ô n g m àu k h ô n g m ù i, k h ô n g tan tro n g nước Nó gíty tác hại c h o c ơ th ể d o k h ả n ăn g tác d ụ n g với h ổ n g c ầ u tro n g m á u , làm giảm

khả năng vận chuyển oxi của m áu gây ra các hệnh về m áu

N iO đ ư ợ c sin h ra trê n m ặ t đ ấ t là do k ế t q u ả h o ạ t đ ộ n g c ủ a vi sin h vật N ó khuếch tán v ào k h ô n g k h í và h ấp phụ cá c tia tứ n g o ại rồi bị p h ân h u ỷ n g u y ên tử

C 2 H 30 5N (P A N ) là n h ữ n g c h ấ t g â y ăn m ò n m ạ n h N h ữ n g c h ấ t n à y m ộ t p h ẩn tan tro ig n ư ớ c và th e o m ư a rơi x u ố n g đất.

C ác o x it c ủ a n itơ (N O , N „ 0 3, NCX , N ,O v v iế t là N O x) x u ấ t h iệ n tro n g k h í

q i r ể n d o q u á trìn h đ ố t n h iê n liệu ở n h iệ t đ ộ cao , oxi h o á n itơ k h í q u y ể n d o tia

s é t n ú i lử a , p h â n h u ỷ n itra l h ằn g vi sin h v ật và q u á trìn h sản x u ấ t c á c hoá clhâ là h ợ p c h ấ t c ủ a nitơ.

H ai k h í N (X , n o là th àn h phần q u an trọ n g và có vai trò n h ấ t đ ịn h trong kJh<i q u a n g h o á và g â y ô n h iễ m m ôi trư ờ ng H àn g n ă m c ó k h o ả n g 4 8 triệu tấn

k h ô n g khí và là n h ữ n g n g u y ê n nhân d ẫn đ ến sự p h â n h u ỷ ô z ô n , g iả m lưựng ổzôn trong k h í q u y ể n , làm tăn g các tia hức xạ c h iế u x u ố n g d ẫ n đ ến sự tăng

th à n h N O / đ ể c h o th ự c vật h ấp thụ M ặt k h á c m ộ t s ố c â y h ọ đ ậ u cũ n g có k hả

n à n g h íp thụ n itơ tro n g k h í q u y ể n nhờ c ác vi k h u ẩ n c ố đ ịn h n itơ trê n c á c n h án h

rễ c ủ a nó và c u n g cấp m ộ t lượng đ án g kể c h ấ t d in h d ư ữ n g n itơ c h o đ ất.

V òng tu ẩn h o à n n itơ đ ư ợ c h ắt đ ầ u b ằ n g q u á trìn h c ố đ ịn h n itơ d o sự vận

c h u y ể n n itơ tro n g k h ô n g k h í, đ ấ t, nước và sin h k h ố i V iệ c c ố đ ịn h n itơ bằng

s in h hoc đ ư ự c th ự c h iệ n bơi c á c vi k h u ẩn số n g tự d o n h ư vi k h u ẩ n h iế u k h í, bán

kị k h í và y ếm k h í ò th ự c vật b ậc cao Đ â y là m ộ t q u á trìn h x ú c tá c sin h h ọ c cần

c ó m ặ t củ a hệ th ố n g m e n n itro g en a za.

Những n g h iê n cứ u c ỏ tính ch ất hệ th ố n g về m ô h ìn h ch ứ c n ă n g c ủ a m en

n itro g e n a z a đ ã ch í ra rằ n g tro n g q u á trình c ố đ ịn h n ilơ x ảy ra n h ữ n g p h ản ứng

vớ i sự JÓ m ặ t c ủ a x ú c tác ch ứ a m ỏ lip đ en N g ày n a y ngư ời ta đ ã b iế t rằn g n h iều

p h ứ c c iấ t c ủ a k im loại c h u y ể n tiếp với n itơ p h ân tử khi c ó m ặ t c ủ a c á c c h ấ t k h ử

m ạ n h /à x ú c tá c th íc h h ợ p có th ể hị c h u y ể n th à n h a m o n i h o ặ c c á c h ợ p chất

k h á c c ia nitơ.

D> n hu c ầ u n g à y c à n g tăn g về phân đ ạ m con ngư ời đ ã sử d ụ n g phương

p h á p 11 )á h ọ c đ ể c h u y ể n h o á n itơ tro n g k h í q u y ể n th à n h a m o n ỉa c

Q u á trìn h h y d ro h o á n itơ có x úc tá c x ảy ra n h ư sau:

N 2 + 3 H , <- -> 2 N H , A H ° = -9 3 k J/m o l Lrê là m ộ t v í d ụ ít có đố i với c á c c h ấ t đ ư ợ c h ìn h th à n h đ ồ n g thời cả d o qiuá trìih b iến đổ i n h â n tạ o và lự n h iên

H iện n a y vởi c á c th iết hị c ô n g n g h ệ h iệ n có trên th ế g ió i, sả n lượng urê đạt kluving 35 triệu tấ n /n ă m tư ơng đương với lượng urê d o sán x u ấ t b ằ n g sinh học hàng n ám trên trái đ ất.

C á c q u á trìn h k h ứ và th u ỷ phàn c á c h ợ p c h ấ t n itơ tro n g nư ớc c ó x ú c tác sinh h ọ c là c á c q u á trìn h urê h o á , am oni h o á, n itra t h o á , k h ử n itra t h o á T rong

đ ó , n itơ q u a y trở lại k h ô n g k h í ơ d ạn g N i h o ặ c NọO, với lư ợng N 20 chiếm khoảng 5% tổ n g số L ư ợ ng n itơ ở d ạn g h ợ p c h ấ t tích tụ tro n g c ơ th ể số n g khá ít

ỏi và c h ỉ v ào k h o ả n g 1()4 triệu tấn T rong q u á Irình k h o á n g h o á, N H / đư ợc giải phổng T h e o m ộ t s ố tính toán, chỉ có k h o ả n g 11% n itơ tro n g p h â n b ón đưực chuyển Ihành d in h d ư ỡ n g ch o c â y trồ n g và đ ộ n g vật, p h ần n itơ c ò n lại được chuyển vào n ư ớ c thải và nước hề m ặt tn rớ c khi th a m g ia q u á trìn h k h ử nitrat [ 1 ].

V ò n g tu ần h o à n n itơ dưới tá c đ ộ n g tích cự c c ủ a c á c h o ạ t đ ộ n g n h â n tạo đ ặt

ra n ộ t lo ạ t c á c vấn đ ề sin h thái m à việc k iểm so át và c h ế n g ự c h ú n g đ ò i hỏi cao

đố i với c á c n g à n h k h o a h ọ c và kỹ ihuật.

V iệc tăn g n ồ n g đ ộ củ a c á c hợ p c h ấ t n itư h ay hơi (N O x, NoO, N H „

n itn a m in ) ử tần g h ìn h lưu và đố i lưu d ẫn tới tăn g tố c đ ộ c á c p h ản ứng trong

k hcng khí, tă n g q u á trìn h tra o đ ổ i củ a c á c hợp c h ấ t n itơ g iữ a k h í q u y ổ n và hề

m ãi trái đ ấ t và d o đ ó làm tăn g n ồ n g đ ộ c ủ a C O (N H ,)2, N H / , N 0 2 , N O / trong nưcc hề m ặ t và n ư ớ c n g ầm

V iệ c o x i h o á am o n i (N H 4+) hằng vi sin h q u a g iai đ o ạ n tạ o th àn h nitrit và sau đ ó th àn h n itra t (n itra t hoá).

h àrg n ám c ó k h o ả n g 3 0 1 0 ' triệu tấn n itơ đư ợc c h u y ể n ra h iển dưới d ạ n g n itrrat [1]

9

1.3 Các hợp chất của nitơ đối với sự ô nhiẻin nguồn nước ị 1, 2 7 1

a D ana, tố n tu i c ủ a n i uy tro n g m ô i In ròiiiỉ

T r o n g m ô i lr ư ờ n g n ư ớ c n it ơ tổ n lạ i ờ n h iề u d ạ n g h ợ p c h ấ t k h á c n h a u ,

n h ư n g c ó th ổ p h â n c h i a c h ú n g th à n h h a i n h ó m lớ n đ ó là n it ơ h ữ u c ơ v à v ô c ơ

C á c h ợ p c h ấ t n i tơ v ô c ơ tồ n tại tr o n g n ư ớ c p h ổ b iế n ở 3 lo ạ i h ợ p c h ấ t c h ín h

là a m o n i, n itr il, n itr a t C á c io n a m o n i ( N H 4+), n ilr a t ( N O ,' ) , n itr it ( N O , ) c ó m ặ t

p h ẩ m N 2, C O -,, H : 0 p h ư tm g p h á p n à y th ư ờ n g đ ư ợ c ứ n g d ụ n g k h i n ồ n g đ ộ N O x thấp.

c ó i à m lư ợ n g N H / c a o n h ư n g v ớ i b iê n đ ộ n h ỏ , c á c g i ế n g n h i ễ m b ẩ n c h ỉ c h iế m

2 0ơo ( 1 4 g i ế n g trên 6 8 g iế n g k h ả o s á t) T r o n g k h i đ ó 1 0 0 % g i ế n g p h ía N a m ,

T â ' N a m T h à n h p h ố đ ề u hị n h iễ m b ẩ n H à m lư ợ n g N H 4+ t ă n g tr o n g 6 n ă m từ 19Ỉ-7 đ ế n 1 9 9 3 n h ư s a u : c á c g i ế n g k h a i th á c ở c á c trạ m B ạ c h M a i: 8 -r 9 m g /l ;

K i n L iê n : 1 3 ,5 -r 1 6 ,5 m g /1 ; T r u n g Tự: 1 ,3 -T 9 , 6 7 m g / l ; B á c h K h o a : 8 ,1 5 -

7-11

2 1 4 - P h in tn íi p háp diện cực chọn lọ c m àng io n xá c đ ịn h n itra t [8 ] '

N g u y ê n t ắ c c ủ a phư<fng p h á p n à y là đ o t h ế c â n h ằ n g c ủ a đ iệ n c ự c n g h iê n

Ở n ư ớ c ta c ó c á c n h à m á y h o á c h ấ t V i ệ t trì, T â n B ìn h , c á c x ư ở n g đ iệ n p h â n c ủ a

CÁC Cồng ty giấy lớn đều sản xuất nước Javen, với hàm lượng d o hoạt động

tlh e o đ ă n g k ý là s o g/1

• C a ( C l O ) , - c a n x i h y p o e l o r it , d ạ n g b ộ t tr ắ n g , c ó m ù i đ o đ ặ c trư n g N ó đtư ự c đ i ề u c h ế h ằ n g c á c h s ụ c k h í c l o v à o sữ a v ô i S ả n p h ẩ m th u đ ư ợ c d ư ớ i d ạ n g

k ế t tủ a h ỗ n h ợ p C a ( C l O ) , , C a C l , h o ặ c 2 C a O C U c h ứ a 3 9 % c l o h o ạ t đ ộ n g N ế u tlh a y đ ổ i đ i ề u k i ệ n p h â n ứ n g c ỏ th ể n â n g h à m lư ợ n g d o h o ạ t đ ộ n g lê n đ ế n

2 N a C 1 0 2 + C l2 — > 2 C 1 0 : + 2 N a C l

N ếu trong nước có N H , sẽ xảy ra các phản ứng sau:

c K ỹ th u ậ t x ử lý union i (rong nước hằm: d o | 2 11

p h ía t ạ o H O C 1 n ê n h o ạ i tín h tă n g , n g ư ợ c lạ i p H tă n g th ì h o ạ t tín h g i ả m V ì v ậ y

n ế u th ự c h iệ n q u á tr ìn h sá t tr ù n g ở p H k h ô n g th ấ p lắ m c ầ n p h ả i tă n g h à m lư ợ n g

p h ả i đ ư ợ c k h ô n g c h ế đ ể s a o c h o s a u 3 0 p h iil liế p x ú c v ớ i n ư ớ c lư ợ n g đ o d ư

• Scr đ ổ công nghệ có th ổ lỏm tắ t như sau:

2 2 3 Phương pháp sin h h ọ c x ử Ịý a m o n i Iron ự nước Ị 23, 1 6 ]

K ỹ th u ậ t n à y s ử d ụ n g c á c vi k h u ẩ n đ ề n itra t h o á N h iề u t h í n g h iệ m đ ã

I o n c ó đ iệ n t íc h b a o n h iê u th ì n ó s ẽ liê n k ế t , g ắ n v à o b ấ y n h i ê u n h ó m io n

c ó đ iệ n t íc h trái d ấ u n ằ m trê n n h ự a

K h i tất c ả c á c n h ỏ m tr a o đ ổ i trê n n h ự a đ ã đ ư ợ c t h a y t h ế h ế t b ở i c á c io n

c ầ n tá c h th ì k h ả n ă n g tr a o đ ổ i c ủ a n h ự a đ ã h ế t v à ta p h ả i t iế n h à n h tá i s in h

n h ự a V i ệ c tá i s in h n h ự a d ự a trê n c ơ s ở s ự p h ụ t h u ộ c c ủ a c â n b ằ n g p h â n b ố io n trê n n h ự a v à n ồ n g đ ộ c ủ a io n tra o đ ổ i N g ư ờ i ta d ẫ n d u n g d ịc h c ó n ồ n g đ ộ c a o

c ủ a i o n tr a o đ ổ i v à o c ộ t n h ự a c ầ n tái s in h , trê n c ơ s ở n ồ n g đ ộ c a o c ủ a io n tra o

đ ổ i , c h ú n g s ẽ c h i ế m c h ỗ trê n n h ự a v à đ ẩ y c á c io n đ ã liê n k ế t trê n n h ự a v à o

d u n g d ịc h

P h ư ơ n g p h á p tr a o đ ổ i io n rất c ỏ h iệ u q u ả tr o n g v i ệ c x ử lí n ư ớ c D o v ậ y ,

t h o c o n s ố t h ố n g k ê ở P h á p , c h o đ ế n n ă m 1 9 9 0 tr o n g s ố 2 1 n h à m á y x ử lí nitrat th ì c ó tớ i 16 n h à m á y x ứ lí b ằ n g p h ư ơ n g p h á p tr a o đ ổ i io n v à 5 n h à m á y

s ử d ụ n g p h ư ơ n g p h á p s in h h ọ c v ề p h ía g iá th à n h đ ầ u tư b a n đ ầ u x ử lí h ằ n g

p h ư ơ n g p h á p s in h h ọ c c ó g i á th à n h c a o h ơ n , c ò n g i á v ậ n h à n h c ò n p h ụ th u ộ c

n h iề u v à o th à n h p h ầ n c ú a n ư ớ c c ầ n x ử lý

K h i s ử d ụ n g p h ư (m g p h á p trao đ ổ i io n c ầ n lư u ý m ộ t s ố đ ặ c đ iể m sau:

T r a o đ ổ i i o n c h ỉ c ố đ ịn h c á c io n , c h ứ k h ổ n g l ọ c h u y ề n p h ù h o ặ c c h ấ t k e o , nhũ d ầ u S ự c ó m ặ t c ủ a n h ữ n g c h ấ t n à y là m g i ả m t u ổ i t h ọ v à d u n g lư ợ n g h ấ p

CHƯƠNG 3: HOÁ CHẤT, DỤNG c ụ VÀ KỸ THUẬT THỤC NGHIỆM

3.1 Phương pháp xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước

• D u n g d ị c h a m o n i c h u ẩ n : 1 m g N H / / m l

C â n c h ín h x á c 3 , 1 3 0 3 g a m o n i c lo r u a đ ã s ấ y k h ô tr ư ớ c ở 1 0 0 ° c tr o n g

k h o ả n g l g i ờ , h o à ta n v à đ ịn h m ứ c b ằ n g n ư ớ c c ấ t 2 lầ n t r o n g b ìn h đ ịn h m ứ c 1 lít

Báng 4 1 - T ỉiành phần d u n g d ịch xả y dựng ổư ìĩng chuẩn xấ c đ ịn h am oni

T ấ t c ả d u n g d ị c h trê n c h o v à o c ố c c h ịu n h iệ t, c ô c ạ n tr ê n b ế p c á c h th u ỷ ở

1 0 0 m l ).

29

3.2 Kỹ thuật xử lý amoni, nitrit, nitrat bàng phương pháp trao đổi ion

3 2 1 Chuẩn b ị nhựa trao d ổ i io n

Đ ầ u t iê n n h ự a đ ư ợ c n g â m tr o n g n ư ớ c c ấ t 2 g i ờ đ ể n h ự a tr ư ơ n g n ở h ế t , s a u đ ó

n g â m n h ự a v à o d u n g d ị c h HC1 0 5 N đ ể c h u y ê n t o à n b ộ v ề d ạ n g H +.

R - S O ,N a + HC1 = = > R - S O ,H + N a C l

S a u đ ó , g ạ n h ế t n ư ớ c , rửa n h iề u lầ n b ằ n g n ư ớ c c ấ t c h o đ ế n k h i h ế t C l d ư (th ử b ằ n g A g N O , ) là m k h ô n h ự a n g o à i k h ô n g k h í ử n h iô t đ ộ p h ò n g r ồ i c h o v à o

c h o v à o l ọ n ú t k ín T r ư ớ c k h i s ử d ụ n g n g â m n h ự a Ir o n g n ư ớ c k h o ả n g 2 g i ờ s a u

đ ó m ớ i đ e m n h ồ i c ộ t

3.2.2 X á c đ ịn h dung lư ợ ng trao đ ổ i tĩn h của nhựa

Đ ể tín h đ ư ợ c lư ợ n g n h ự a c ầ n t h iế t k h i x ử lí m ộ t io n n à o đ ó c ó tr o n g n ư ớ c

c ầ n p h ả i t iế n h à n h x á c đ ịn h d u n g lư ợ n g tr a o đ ổ i c ủ a n h ự a đ ố i v ớ i io n c ầ n trao

đ ổ i đ ó T r o n g p h ầ n n à y c h ú n g tô i c h ỉ t iế n h à n h x á c đ ịn h d u n g lư ợ n g tr a o đ ổ i

G ọ i n ồ n g đ ộ d u n g d ị c h s a u trao đ ổ i là C cb ( m g / m l ) , g i á trị C cb d ù n g đ ể tín h lấ y t h e o g i á trị th ự c n g h iệ m k h i c = c o n s t ( k h ô n g t h a y đ ổ i t h e o th ờ i

33

3.2.4 L ậ p sơ íỉồ khảo sát ảnh hưởng đ ổ iỉíỊ th ờ i của nồng ổộ io n và tấ c độ chảy đến kh ả nắng tra o đ ổ i của nhựa.

H ìn h 3 2 - sơ đ ồ th í nghiệm khảo sát ảnh hưởng dồng th ờ i

cua nồng độ io n và tố c ơộ chảy

đ ó c ó n ồ n g đ ộ d ư ớ i l iê u c h u ẩ n c h o p h é p t h e o 2 0 T C N 3 3 - 8 5 c ủ a B ộ X â y d ự n g

v à t iê u c h u ẩ n h a n h à n h tạ m th ờ i c u a B ộ Y t ế k è m t h e o q u y ế t đ ịn h s ố 5 0 5

B Y T / Q Đ n g à y 1 3 / 5 / 1 9 9 2 n h ư sa u : N H / = 3 m g /l ; N 0 2 = 0 m g /1 tr o n g th ự c t ế

k h ổ n g th ể đ ạ t đ ư ợ c n h ư v ậ y n ê n c h ú n g tô i c h ọ n lư ợ n g v ế t 0 ,1 m g /1 là c ă n c ứ đ ể tín h N O / = 1 0 m g /1