Sau khi hoàn thành các chương trình nghiên cứu, một thỏa thuận độc quyền giữa hai công ty nhằm độc quyền phân phối một vật liệu loại bỏ asen trong nước uống đã được ký kết.. Công nghệ GF
Trang 1MỘT SỐ THÔNG TIN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ASEN TIỀN TIẾN
TRÊN THẾ GIỚI:
1 Công nghệ AdEdge [22]
Công nghệ AdEdge do công ty Severn Trent Services (Anh) có trụ sở tại Washington, bang Pennsylvania, Mỹ phát triển Đầu tiên Severn Trent Services hợp tác với tập đoàn Bayer AG (có trụ sở tại Leverkusen / Đức) để cộng tác trong việc Bayer AG phát triển một vật liệu hấp phụ asen Sau khi hoàn thành các chương trình nghiên cứu, một thỏa thuận độc quyền giữa hai công ty nhằm độc quyền phân phối một vật liệu loại bỏ asen trong nước uống đã được ký kết Điều này cung cấp cho Severn Trent Services quyền phân phối sản phẩm Bayoxide® E33 trên toàn thế giới Tập đoàn Bayer AG (Đức) chịu trách nhiệm phát triển và sản xuất Vật liệu hấp phụ hiệu quả cả hai dạng As(V) và As(III) dưới ngưỡng an toàn (10ppb) và có thể được sử dụng trong một loạt các ứng dụng từ quy mô lớn như các nhà máy ở nông thôn thành phố đến quy mô nhỏ như hộ gia đình Vật liệu có khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm khác như cromat, antimon, chì, selen và vanadi…
Các thông số kỹ thuật của vật liệu như sau:
Thành phần chính: Oxit sắt tổng hợp (Fe2O3) > 70%
Diện tích bề mặt riêng: 120 - 200 m2 / g:
Kích thước hạt: Kích thước <0.5 mm tối đa đạt 20%
Kích thước > 2.0 mm tối đa đạt 5%
Khối lượng riêng đổ đống: Đạt khoảng 3.6 gam/cm3 (3.6kg/lít)
Dung lượng hấp phụ asen: Tối đa 20g As/ kg vật liệu khô
Các test kiểm tra trên Bayoxide® E33 đã chỉ ra rằng asen được ưu tiên hấp phụ khi có mặt các ion khác Trong điều kiện pH cao hoặc có mặt phosphate và silica có thể làm giảm khả năng hấp phụ của vật liệu đối với asen Sau khi hết khả năng hấp phụ, vật liệu được đánh giá là chất thải không nguy hại, có thể đem chôn lấp bình thường
Các phiên bản mới cùng loại đã và đang được nghiên cứu phát triển nhằm nâng cao hiệu suất
sử dụng như Bayoxide® E33P và Bayoxide® E IN-20
Hình ảnh vật liệu và hệ thống công nghệ AdEdge đưa ra trên hình 1a,1b và1c
1
Trang 2Hình 1: (a) Vật liệu Bayoxide® E33;
(b) Hệ thống AdEdge nhỏ; (c) Hệ thống AdEdge công nghiệp.
2 Công nghệ GFHTM [23]
Công nghệ GFHTM được xây dựng trên cơ sở vật liệu hấp phụ GFH (Granuler Ferric Hydroxide) là sản phẩm của tập đoàn công nghệ xử lý nước Siemens (Siemens Water Technologies Corp.) Công nghệ này có thể loại bỏ cả hai dạng As(V) và As(III), ngoài ra còn loại bỏ được phosphate, chromium, selenium, antimon, đồng, …
Công nghệ hấp phụ trên vật liệu GFH là một trong nhiều giải pháp loại bỏ asen trong nước đã được chứng minh ở châu Âu và Mỹ Hệ thống hoạt động đơn giản, chi phí bảo trì thấp Tuy nhiên, trong sử dụng chúng còn một số hạn chế như tải trọng thủy lực cao và cần thiết tiến hành tiền oxy hóa Tại Việt Nam công nghệ này đã được công ty HTCH có 100% vốn của Thụy Sỹ triển khai Hình ảnh vật liệu và sơ đồ công nghệ GFHTM đưa ra trên hình 2
Hình 2: a) Vật liệu GFH TM ; b) Thiết bị xử lý
3 Công nghệ MetSorb HMRG TM [24, 25]
Công nghệ MetSorb HMRG TM là công nghệ được xây dựng trên cơ sở vật liệu hấp phụ asen MetSorb TM và MetSorb HMRG TM do công ty Graver Technologies thuộc tập đoàn Marmon (Marmon Group – Mỹ) trụ sở tại Glasgow độc quyền phân phối Cả hai vật liệu này đều có
a
b
c
Trang 3hiệu quả cao với chi phí thấp để loại bỏ cả hai dạng As(III) và As(V) ngoài ra còn có thể loại
bỏ được nhiều kim loại khác như cadmium, chì, đồng, crôm, selenium và kẽm từ dung dịch nước Cả hai vật liệu hấp phụ này đều được chế tạo dựa trên cơ sở TiO2 Vật liệu này có khả năng hấp phụ cao hơn các sản phẩm nhôm hoạt tính thông thường Dung lượng hấp phụ đạt khoảng 15g As/kg vật liệu khô ở pH = 7 Công nghệ này cho phép hoạt động với lưu lượng cao
Bảng đặc trưng kỹ thuật của vật liệu MetSorb:
Thành phần hóa học cơ bản Tinh thể Titanium Oxide anatase (TiO2)
Dạng – Mầu sắc Dạng hạt rắn – Mầu trắng
Diện tích bề mặt 200-240 m2 / gam Trọng lượng riêng đổ đống 0.65 gam/ cm3
Thể tích lỗ trống 0.34-0.44 cm 3 / gam
Hình ảnh vật liệu và hệ thống xử lý đưa ra trên hình 3
Hình 3: (a) Vật liệu MetSorb và MetSorb HMRG TM (b) Hệ thống công nghệ MetSorb HMRG TM
4 Công nghệ GreenPro Water [26]
Công nghệ GreenPro Water được xây dụng trên cơ sở sử dụng vật liệu LayneRT được sản xuất và hỗ trợ phát triển bởi Công ty Layne Christensen (một công ty của Mỹ thành lập vào năm 1996) Layne đã có nhiều năm kinh nghiệm cung cấp các giải pháp tiên tiến và kinh tế cho người tiêu dùng Công nghệ được đánh giá là đáng tin cậy và hiệu quả, làm giảm asen đến mức an toàn
Vật liệu LayneRT là thành phần quan trọng trong hệ thống GreenPro Water, là vật liệu lai (hibrid) gồm một polymer và oxit sắt Vật liệu có cấu trúc xốp thuộc loại macroporous (kích thước lỗ > 50nm), do đó tồn tại một số lượng bề mặt sắt oxit ngậm nước lớn hơn so với các vật liệu khác có cấu trúc microporous (<2nm) Sự phân tán của các hạt nano sắt bên trong một polymer chức năng hóa như nhựa trao đổi ion tạo ra thuận lợi cho việc khuếch tán Nó cũng
mở ra một khả năng mới kiểm soát hành vi của vật liệu nanocomposite làm thay đổi khả năng hấp phụ các cation kim loại và các phối tử anion Ngoài các ứng dụng trong quá trình hấp phụ,
3
MetSorb
HMRGTM
Trang 4vật liệu nanocomposite lai cũng giúp tránh được tác động của phosphate và chất hữu có trong nước tự nhiên
LayneRT là vật liệu hấp phụ asen chọn lọc với các ưu điểm sau:
• Dung lượng hấp phụ cao, chi phí vận hành thấp;
• Không cần rửa ngược, có thể tái sinh;
• Thời gian sống dài;
• Trở lực thủy lực thấp, tốc độ hấp phụ nhanh
Hình ảnh vật liệu và hệ thống công nghệ đưa ra trên hình 4
Hình 4: (a) Vật liệu LayneRT và (b) Hệ thống công nghệ GreenPro Water
5 Công nghệ SONO Filter [10, 11]:
Công nghệ SONO filter đã được giáo sư Abul Hussan một nhà khoa học Mỹ gốc Bangladesh
làm việc tại đại học George Mason Univesity pháp triển thành công và áp dụng rộng rãi tại các nước nghèo như Bangladesh Nepan…Vào tháng 2 năm 2007 ông đã được trao giải thưởng Grainger trị giá 1 triệu USD vì đã thiết kế một hệ thống đơn giản và rẻ tiền để lọc bỏ asen trong nước sinh hoạt Hệ thống này đã giúp phòng ngừa những bệnh nghiêm trọng cho hàng triệu người đang sống tại quê hương ông
SONO filter là công nghệ xử lý asen trên nền vật liệu sắt kim loại Công nghệ này cơ bản dựa trên khả năng loại bỏ asen của vật liệu CIM (Composite Iron Matrix - là composite có thành phần: Fe=90-92%, C=4-5%, SiO2=1-2%, Mn=1-2%, S và P=1-2%) có khả năng loại bỏ asen đến dưới ngưỡng 50ppb (tiêu chuẩn an toàn về asen của Bangladesh)
Các phản ứng xảy ra khi sử dụng vật liệu CIM trong công nghệ SONO filter
Sự oxy hoá của As(III) bằng oxy có trong môi trường nước:
As(III) + O.
2− → As(IV) + H2O2 As(III) + CO3.- → As(IV) + HCO3− As(III)OH− → As(IV) As(IV) + O2.− →As(V) + O− 2Fe(III)+
Sự oxy hoá của sắt hoà tan (oxy hoá Fe(II) thành Fe(III) bởi oxy hoạt tính):
Fe(II) + O2 →O.
2− + Fe(III)OH2+ Fe(II) + O.
2- → Fe(III)+ H2O2 Fe(II) + CO.
3− → Fe(III)+ HCO3−
Fe(III) kết tủa trên bề mặt CIM:
Trang 5=FeOH + Fe(III) + 3 H2O→Fe(OH)3 (r) + =FeOH+ 3H+
=FeOH hình thành trên bề mặt CIM do các phản ứng hoá học và các quá trình điện hoá
Fe + 2H2O→ =Fe(OH) + 2H+
Trạng thái bề mặt và sự kết tủa của As(V):
=FeOH + H2 AsO4- = FeHAsO4- + H2O (K = 1024) =FeOH + HAsO42- = FeAsO42- + H2O (K = 1029)
Kết tủa của các kim loại khác có trong dung dịch với As
M(III) + HAsO2− 4 → M2(HAsO4)3 (r) (M=Fe Al) M(II) + HAsO2− 4 → M(HAsO4) (r)
(M= Ba Ca Cd Pb Cu Zn và các kim loại dạng vết khác)
Các phản úng xảy ra tại bề mặt ranh giới giữa CIM và cát
FeOH+ Si(OH)4 →FeSiO(OH)3 (r) +H2O FeOH+ Si2O2(OH)5 - + H+ → FeSi2O2(OH)5 (r) +H2O FeOH+ Si2O2(OH)5 - → FeSi2O3(OH)4− (r) +H2O FeOHAsO43− + Al(III) → FeOHAsO4Al (r) FeOHAsO43− + Fe(III) → FeOHAsO4Fe (r) FeOHAsO42− + Ca(II) → FeOH.HAsO4Ca (r)
Ưu điểm của công nghệ SONO filter: là công nghệ rẻ tiền dễ áp dụng cho các nước nghèo Nhược điểm: không an toàn khi cần xử lý triệt để asen ở dưới mức tiêu chuẩn của WHO (10ppb).
Hình 5 đưa ra sơ đồ khối và hệ thống SONO Filter đã được lắp đặt
Hình 5: (a) Sơ đồ SONO – Filter đã đăng ký Patent.
5
Trang 6(b) Hệ thống SONO – Filter đã lắp đặt tại Bangladesh
6 Công nghệ micronose (Micronose Technology) [14, 15, 27, 28]
Công nghệ MicroNose là công nghệ dựa trên nền tảng vật liệu hấp phụ arsenic MicroNose có bản chất là một loại gốm xốp trên nền đất sét được tẩm sắt kim loại kích thước nanomét Vật liệu này do nhà nghiên cứu Liangjie Đông giảng viên tại trường Đại học Hawaii và các công
sự chế tạo thành công vào năm 2006 Ngay sau đó công nghệ xử lý arsenic trong nước sử dụng vật liệu này đã trở thành sản phẩm của công ty công nghệ MicroNose, thuộc tổng công ty Delaware có trụ sở tại California Vật liệu có khả năng hấp phụ cả hai dạng As(III) và As(V) với dung lượng hấp phụ: lần lượt là 19.8 mg/g và 32 mg/g tại pH=7 Ngoài ra chúng còn hấp phụ được các kim loại khác như: chì, cadmium, crom, coban, niken, đồng, kẽm và mangan từ nước ngầm
Hình 6: Vật liệu hấp phụ micronose
Trang 8MỘT SỐ HÌNH ẢNH CÁC CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ NANOVASTT
ĐÃ LẮP ĐẠT TRONG NĂM 2011 1.HỆ THỐNG LẮP ĐẶT CHO NHÀ HÀNG KHÁCH SẠN:
2 HỆ THỐNG LỌC CHO GIA ĐÌNH NÔNG THÔN:
Trang 91 HỆ LỌC NƯỚC PHÒNG THÍ NGHIỆM
9
Trang 112 HỆ THỐNG SỬ DỤNG KẾT HỢP TRONG CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI:
11
Trang 12B HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM ASEN VÀ KIM LOẠI NẶNG SỬ DỤNG
CÔNG NGHỆ NANO VAST
1 Giới thiệu:
Công nghệ NanoVAST cung cấp một giải pháp loại bỏ asen và các kim loại nặng hiệu quả, an toàn và kinh tế Trên cơ sở công nghệ này có thể thiết kế hàng loạt các hệ thống xử lý asen cho nước ăn uống sử dụng ở quy mô gia đình, cụm gia đình, cơ quan xí nghiệp, trường học, bệnh viện…
Hệ thống NanoVAST được xây dựng dựa trên hai loại vật liệu mới được phòng Hóa vô cơ – Viện Hóa học nghiên cứu phát triển
2 Vật liệu mới sử dụng trong công nghệ Nano VAST
Vật liệu hấp phụ asen hiệu năng cao NC-F20:
Vật liệu hấp phụ asen NC –F20 là vật liệu Nanocomposite – Magnetite do phòng Hoá Vô cơ -Viện Hoá học Viện KH&CN Việt Nam nghiên cứu sản xuất và phát triển và là sản phẩm của
Nhiệm vụ do Chủ tịch Viện KH và CN Việt Nam giao trực tiếp: “Vật liệu hấp phụ asen trền nền oxyt sắt từ kích thước nano” năm 2008 Đây là loại vật liệu lai tổ hợp giữa oxit sắt từ
kích thước nano với carbon hoạt tính trên nền montmorillonite
Các thông số kỹ thuật của vật liệu:
Mầu sắc: mầu nâu đen đến nâu đỏ
Fe3O4 tổng hợp kích thước 10- 12 nm
Diện tích bề mặt riêng 135 -145 m2/g, phân bố kích thước lỗ xốp 9- 12 nm
Đường kính trung bình của hạt 1-1,2mm, khối lượng riêng đổ đống: 0.8 – 1 kg/lit
Hiệu năng hấp phụ Asen cao: Vật liệu hấp phụ cả hai dạng As(III) và As(V) dung lượng hấp phụ tĩnh đạt Qmax = 30-35 g As/kg vật liệu
Có khả năng hấp phụ hàng loạt các ion khác như Cu, Pb, Hg, Cr, …
Thời gian tiếp xúc ngắn 10-15 phút, trở lực thủy lực thấp
Rất thuận tiện trong sử dụng: Thời gian sống cao khi làm việc liên tục, dễ sử dụng, dễ loại bỏ khi vật liệu hết tác dụng, rất thích hợp với các hệ thống nhỏ nhất là quy mô hộ gia đình, chi phí hoạt động thấp và thân thiện với môi trường
b V ật liệu xúc tác oxy hóa hấp phụ nanocomposite oxit phức hợp Mn-Fe (NC-MF)
Đây là loại vật liệu lai tổ hợp giữa oxit phức hợp Mn- Fe dạng vô định hình với carbon hoạt tính trên nền montmorillonite Vật liệu thể hiện tính năng xúc tác oxy hóa và hấp phụ đồng thời
Các thông số kỹ thuật của vật liệu xúc tác hấp phụ NC-MF:
- Oxit phức hợp Mn-Fe vô định hình > 80%
- Diện tích bề mặt riêng 320- 345 m2/g, phân bố kích thước lỗ xốp 12-15 nm
- Đường kính trung bình của hạt 1-1,2 mm, khối lượng riêng đổ đống: 0.9 – 1,1 kg/lit
NC-F20
Trang 13- Dung lượng hấp phụ tĩnh Qmax=120g As(III)/kg
Ưu thế của vật liệu:
- Hấp phụ cả hai loại As(III) và As(V), hấp phụ các ion kim loại khác: Fe, Cu, Pb, Mn, Cr
- Tốc độ hấp phụ tương đối cao (20 phút tiếp xúc), trở lực thủy lực thấp
- Dễ thay thế, bảo trì, bảo quản, chôn lấp, rất thích hợp với quy mô gia đình, cụm dân cư
- Thân thiện với môi trường
Hệ thống NanoVAST được thiết kế chuyên nghiệp với những ưu điểm nổi bật: không dùng hóa chất, hệ thống điều khiển hoàn toàn tự động hoặc bán tự động Giảm đến mức tối đa can thiệp của các thao tác vận hành Chất lượng nước sau xử lý đảm bảo tiêu chuẩn nước ăn uống với hàm lượng asen < 5g/l (tiêu chuẩn nồng độ asen an toàn là: <10g/l) Hệ thống có hình thức đẹp, cấu trúc chắc chắn Có thể sử dụng rộng rãi ở quy mô cụm gia đình cơ quan xí nghiệp, trường học, bệnh viện …
2 Một số hình ảnh vật liệu và hệ thống xử lý asen sử dụng công nghệ Nano VAST:
Vật liệu NC-F20 Vật liệu NC-MF
13
Hệ thống Nano VAST
Công suất 1,5m 3 /h – Xử lý nước
ngầm Địa điểm:Trạm xá xã Nhân
Khang Lý Nhân– Hà Nam
Ngày bắt đầu vận hành: 25/6/2010
Hệ thống Nano VAST
Công suất 0.8 m 3 /h Bắt đầu vận hành:
20/8/2011
Hệ thống Nano VAST
Công suất 1,2m 3 /h – Xử lý nước nhiễm asen đã qua lọc Địa điểm: Phố Trung Yên – Hà
Nội Ngày bắt đầu vận hành: 15/3/2012
Trang 14Địa chỉ liên hệ:
Phòng Hóa Vô cơ - Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Nhà A18 - Số 18 Hoàng Quốc Việt - Cầu Giấy - Hà Nội
Điện thoại: 04.37564406