Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ phế phẩm lõi ngô xử lý nước phục vụ sinh hoạt vùng đồng bằng sông cửu long

Tên đề tài : Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ phế phẩm lõi ngô xử lý nước phục vụ sinh hoạt vùng đồng bằng sông Cửu Long 3.. vật liệu hấp phụ từ phế phẩm lõi ngô xử lý nước phục v

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn Sinh viên thực hiện : Lâm Thị Ngọc Huyền MSSV: 1151080104 Lớp: 11DMT02

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Phiếu này được dán ở trang đầu tiên của quyển báo cáo ĐA/KLTN)

1 Họ và tên sinh viên được giao đề tài:

Ngành : Kỹ thuật môi trường

Chuyên ngành : Kỹ thuật môi trường

2 Tên đề tài : Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ phế phẩm lõi ngô xử lý nước phục

vụ sinh hoạt vùng đồng bằng sông Cửu Long

3 Các dữ liệu ban đầu : Tổng quan về đồng bằng sông Cửu Long Tổng quan về nước

cấp, tình hình về lõi ngô

4 Các yêu cầu chủ yếu : Các yêu cầu cơ bản về nước cấp Điều chế vật liệu hấp phụ từ

lõi ngô Xây dựng mô hình và vân hành mô hình nghiên cứu trên vật liệu hấp phụ

5 Kết quả tối thiểu phải có:

1) Tổng quan về đồng bằng sông Cửu Long, tổng quan về nước cấp

2) Điều chế được than hoạt tính từ lõi ngô

3) Kết quả phan tích các chỉ tiêu cơ bản của quá trinh hấp phụ từ vật liệu hấp phụ 4) Nhận xét và đưa ra vật liệu hấp phụ tối ưu

Ngày giao đề tài: 25/ 05 / 2015 Ngày nộp báo cáo: 22 / 08 / 2015

số liệu thu thập và kết quả phân tích trong đồ án là hoàn toàn trung thực, không sao chép từ bất cứ đề tài nghiên cứu khoa học nào

Tp.Hồ Chí Minh, ngày….tháng….năm… 2015

Sinh viên

Lâm Thị Ngọc Huyền

và quan trọng đối với chúng em Ở nơi đó chúng em được trang bị những kiến thức, kinh nghiệm sống vô cùng quý báo; có được những thành quả đó chúng em không thể nào quên công ơn nuôi dưỡng của cha mẹ, sự dạy dỗ tận tình của thầy

cô để hướng chúng em tới tương lai mới tốt đẹp hơn

Xuất phát từ những suy nghĩ đó, bản thân em xin được bài tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

- Cha mẹ, người đã nuôi dưỡng, động viên em trong những lúc khó khăn tạo cho em thêm nhiều niềm tin và nghị lực trong cuộc sống;

- Ban Giám hiệu trường Đại học Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo môi trường thuận lợi để chúng em được học tập và trao đổi kinh nghiệm sống

- Cảm ơn sự giảng dạy tận tình của các giảng viên nhà trường đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu giúp em vững bước trên con đường tương lai của mình

- Cám ơn đặc biệt là thầy Lâm Vĩnh Sơn người đã trực tiếp chỉ dẫn và giúp

đỡ em tận tình để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp trong suốt thời gian qua

“Ơn dạy dỗ cao dường hơn núi, Nghĩa thầy cô như nước biển khơi

Công cha mẹ con luôn tạc dạ, Lời thầy cô con mãi ghi lòng”

Và một lần nữa em xin chúc thầy cô thật nhiều sức khỏe để tiếp tục sự nghiệp trồng người và là người lái đò đưa đàn em thân yêu qua sông đến bên bờ tri thức mới; đào tạo, bồi dưỡng thêm nhiều nhân tài mới cho đất nước, góp phần từng bước đưa đất nước bước tới đài vinh quang để sánh vai với các cường quốc năm châu

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên: LÂM THỊ NGỌC HUYỀN

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

3.3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 3

4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 3

4.2 Phương pháp thực nghiệm 3

4.3 Phương pháp tính toán, thống kê 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

5.1 Ý nghĩa khoa học 3

5.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

6 Kết cấu của đề tài 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Tổng quan về vùng đồng bằng sông Cửu Long 5

1.1.1 Vị trí địa lý 5

1.1.2 Địa hình 5

1.1.3 Khí hậu 6

1.1.4 Đất đai 6

1.1.5 Thủy văn 7

1.2 Tổng quan về nguồn nước vùng đồng bằng sông Cửu Long 8

1.2.1 Đặc điểm nguồn nước mặt đồng bằng sông Cửu Long 8

1.2.2 Đặc điểm nguồn nước ngầm đồng bằng sông Cửu Long 9

1.3 Tổng quan về vật liệu hấp phụ 10

1.3.1 Nguồn gốc 10

1.3.2 Thành phần 11

1.3.3 Công dụng 12

1.4.1 Phương pháp cơ học 13

1.4.2 Phương pháp hóa học và hóa lý 13

1.4.3 Phương pháp vật lý 13

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 Đối tượng nghiên cứu 20

2.1.1 Nguồn nước mặt 20

2.1.2 Nguồn nước ngầm 23

2.2 Điều chế vật liệu hấp phụ 28

2.3 Cơ sở nghiên cứu xây dựng mô hình 31

2.3.1 Mô tả mô hình thí nghiệm 31

2.3.2 Tiến hành thí nghiệm 33

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Kết quả nghiên cứu 34

3.1.1 Kết quả nghiên cứu nước mặt 34

3.1.2 Kết quả nghiên cứu nước ngầm 55

3.2 Kết luận thí nghiệm 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hóa học

Bảng 2.1: Kết quả phân tích độ màu 23

Bảng 2.2: Lập đường chuẩn sắt 25

Bảng 2.3: Kết quả đường chuẩn sắt đầu vào 25

Bảng 2.4: Lập đường chuẩn mangan 27

Bảng 2.5: Kết quả đường chuẩn mangan đầu vào 27

Bảng 3.1: Hiệu suất xử lý độ đục của lõi tự nhiên không đốt ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 34

Bảng 3.2: Hiệu suất xử lý độ màu của lõi tự nhiên không đốt ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 35

Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý SS của lõi tự nhiên không đốt ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 36

Bảng 3.4 Hiệu suất xử lý COD của lõi tự nhiên không đốt ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 37

Bảng 3.5: Hiệu suất xử lý độ đục của lõi đốt H2SO4 nhỏ ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 38

Bảng 3.6: Hiệu suất xử lý độ màu đục của lõi đốt H2SO4 nhỏ ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 39

Bảng 3.7: Hiệu suất xử lý SS của lõi đốt H2SO4 nhỏ ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 40

Bảng 3.8 Hiệu suất xử lý COD của lõi đốt H2SO4 nhỏ ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 41

Bảng 3.9: Hiệu suất xử lý độ đục của lõi đốt H2SO4 to ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 42

Bảng 3.10: : Hiệu suất xử lý độ màu của lõi đốt H2SO4 to ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 43

Bảng 3.11: Hiệu suất xử lý SS của lõi đốt H2SO4 to ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 44 Bảng 3.12: : Hiệu suất xử lý COD của lõi đốt H2SO4 to ở cả 3 khối lượng 10g, 20g

10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 46Bảng 3.14: Hiệu suất xử lý độ màu của lõi đốt tự nhiên thiếu khí ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 47Bảng 3.15: Hiệu suất xử lý SS của lõi đốt tự nhiên thiếu khí ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 48Bảng 3.16: Hiệu suất xử lý COD của lõi đốt tự nhiên thiếu khí ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 49Bảng 3.17: Hiệu suất xử lý độ đục của than hoạt tính ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 50Bảng 3.18: Hiệu suất xử lý độ màu của than hoạt tính ở cả 3 khối lượng 10g, 20g

và 30g với các thời gian khác nhau 51Bảng 3.19: Hiệu suất xử lý SS của than hoạt tính ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 52Bảng 3.20: Hiệu suất xử lý COD của than hoạt tính ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 53Bảng 3.21:Bảng so sánh các chỉ tiêu các vật liệu hấp phụ và than hoạt tính nguồn nước mặt 54Bảng 3.22: Hiệu suất xử lý Fe2+ của lõi tự nhiên không đốt ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 55Bảng 3.23: Hiệu suất xử lý Mn2+ của lõi tự nhiên không đốt ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 56Bảng 3.24: Hiệu suất xử lý Fe2+ của lõi đốt H2SO4 nhỏ ở cả 3 khối lượng 10g, 20g

và 30g với các thời gian khác nhau 57Bảng 3.25: Hiệu suất xử lý Mn2+ của lõi đốt H2SO4 nhỏ ở cả 3 khối lượng 10g, 20g

và 30g với các thời gian khác nhau 58Bảng 3.26: Hiệu suất xử lý Fe2+ của lõi đốt H2SO4 to ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 59Bảng 3.27: Hiệu suất xử lý Mn2+ của lõi đốt H2SO4 to ở cả 3 khối lượng 10g, 20g

và 30g với các thời gian khác nhau 60

20g và 30g với các thời gian khác nhau 61Bảng 3.29: Hiệu suất xử lý Mn2+ của lõi đốt tự nhiên thiếu khí ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 62Bảng 3.30: Hiệu suất xử lý Fe2+ của than hoạt tính ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 63Bảng 3.31: Hiệu suất xử lý Mn2+ của than hoạt tính ở cả 3 khối lượng 10g, 20g và 30g với các thời gian khác nhau 64Bảng 3.32: Bảng so sánh các chỉ tiêu các vật liệu hấp phụ và than hoạt tính nguồn nước ngầm 65

Hình 1.1: Vị trí địa lý vùng đồng bằng sông Cửu Long 5

Hình 1.2: Cây ngô 11

Hình 1.3: Lõi ngô 11

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của lignin và cellulose 12

Hình 2.1: Quá trình lấy mẫu nước mặt 20

Hình 2.2: Giá trị độ đục của mẫu đầu vào 22

Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn phương trình đường chuẩn độ màu 23

Hình 2.4: Quá trình lấy mẫu nước ngầm 24

Hình 2.6: Mẫu đầu vào của Fe2+ 26

Hình 2.5: Đường chuẩn sắt 26

Hình 2.7: Đồ thị biểu diễn phương trình đường chuẩn sắt 26

Hình 2.8: Dãy chuẩn Mangan 28

Hình 2.9: Mẫu đầu vào của Mn2+ 28

Hình 2.10: Đồ thị biểu diễn phương trình đường chuẩn mangan 28

Hình 2.11: Quá trình chế tạo lõi H2SO4 nhỏ 29

Hình 2.12: Quá trình chế tạo lõi H2SO4 to 29

Hình 2.13: Quá trình chế tạo lõi đốt tự nhiên 30

Hình 2.14: Quá trình chế tạo lõi ngô tự nhiên không đốt 30

Hình 2.15: Mô hình thí nghiệm 32

Hình 2.16: Mô hình thể hiện khối lượng 10g, 20g, 30g ở cùng thể tích 33

Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ đục của VLHP lõi tự nhiên không đốt ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 34

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu của VLHP lõi tự nhiên không đốt ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 35

Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý SS của VLHP lõi tự nhiên không đốt ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 36

Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý COD của VLHP lõi tự nhiên không đốt ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 37

cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 38Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý đô màu của VLHP lõi đốt H2SO4 nhỏ ở

cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 39Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý SS của VLHP lõi đốt H2SO4 nhỏ ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 40Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý COD của VLHP lõi đốt H2SO4 nhỏ ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 41Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý đô đục của VLHP lõi đốt H2SO4 to ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 42Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý đô màu của VLHP lõi đốt H2SO4 to ở cả

3 khối lượng với các thời gian khác nhau 43Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý SS của VLHP lõi đốt H2SO4 to ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 44Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý COD của VLHP lõi đốt H2SO4 to ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 45Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ đục của VLHP lõi đốt tự nhiên thiếu khí ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 46Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu của VLHP lõi đốt tự nhiên thiếu khí ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 47Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý SS của VLHP lõi đốt tự nhiên thiếu khí

ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 48Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý COD của VLHP lõi đốt tự nhiên thiếu khí ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 49Hình 3.17: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ đục của than hoạt tính ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 50Hình 3.18: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu của than hoạt tính ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 51

Hình 3.19: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý SS của than hoạt tính ở cả 3 khối lượng

với các thời gian khác nhau 52

lượng với các thời gian khác nhau 53Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý của các chỉ tiêu ở các vật liệu hấp phụ

và than hoạt tính 54Hình 3.22: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý Fe2+ của lõi tự nhiên không đốt ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 55Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý Mn2+ của lõi tự nhiên không đốt ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 56Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý Fe2+ của lõi đốt H2SO4 nhỏ ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 57Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý Mn2+ của lõi đốt H2SO4 nhỏ ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 58Hình 3.26: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý Fe2+ của lõi đốt H2SO4 to ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 59Hình 3.27: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý Mn2+ của lõi đốt H2SO4 to ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 60Hình 3.28: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý Fe2+ của lõi đốt tự nhiên thiếu khí ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 61Hình 3.29: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý Mn2+ của lõi đốt tự nhiên thiếu khí ở cả

3 khối lượng với các thời gian khác nhau 62Hình 3.30: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý Fe2+ của than hoạt tính ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 63Hình 3.31: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý Mn2+ của than hoạt tính ở cả 3 khối lượng với các thời gian khác nhau 64Hình 3.32: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý của các chỉ tiêu ở các vật liệu hấp phụ

và than hoạt tính 65

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam có trữ lượng nước khá dồi dào, lượng mưa khá cao, hệ thống sông ngòi kênh mương dày đặc Nguồn nước sông và nước ngầm đóng vai trò quan trọng đối với đời sống của người dân trên mọi miền đất nước, nó là nguồn cấp nước chủ yếu cho các hoạt động sinh hoạt, ăn uống, tưới tiêu và sản xuất hằng ngày Tuy nhiên hiện nay phần lớn trong số đó đều bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi các tác nhân

tự nhiên và con người làm cho nguồn nước sạch ngày càng khan hiếm

Trong khi nhiều vùng dân cư phân bố rải rác nên hệ thống cấp nước sạch chưa tới, họ vẫn dùng các kinh nghiệm dân gian để xử lý nước nhiễm phèn như: xử lý bằng vôi, tro để giảm độ chua, song nước uống vẫn có vị mặn chát và gây đau bụng Một vấn đề khác cũng quan trọng là chất lượng nước ngầm tiếp tục bị xấu đi do các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt làm cho chất lượng nước ngày một xấu đi

Đồng thời do nước ta là một nước nông nghiệp nên mỗi năm ngành sản xuất nông nghiệp thải ra một lượng lớn các chất thải nông nghiệp Theo số liệu Tổng cục thống kê, hiện cả nước có khoảng 800.000 ha diện tích đất trồng ngô Quá trình chế biến nông sản đã thải ra môi trường khoảng một triệu tấn lõi ngô mỗi năm Lượng lõi ngô này mới được người dân sử dụng một phần làm chất đốt, một phần nhỏ được

dùng để trồng nấm, còn lại chủ yếu thải bỏ (Ngọc Khánh (2011) Chất đốt từ lõi ngô: giải pháp góp phần ứng phó tích cực, http://baocongthuong.com.vn/chat-dot- tu-loi-ngo-giai-phap-gop-phan-ung-pho-tich-cuc.html) Ngày nay con người đã phát

hiện ra rất nhiều công dụng của lõi ngô: có thể chế tạo làm thức ăn gia súc, lên men lõi ngô để thu ancol etylic hoặc acid acetic Bên cạnh về mặt giá trị về dinh dưỡng

và kinh tế cao thì lõi ngô còn là một trong những nguyên liệu có tiềm năng để chế tạo vật liệu hấp phụ, ứng dụng hấp phụ một số kim loại trong nước

Vì vậy, với mục đích góp một phần nhỏ tham gia vào công việc bảo vệ môi

trường và hướng đến phát triển bền vững nên tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo

vật liệu hấp phụ từ phế phẩm lõi ngô xử lý nước phục vụ sinh hoạt vùng đồng bằng sông Cửu Long.”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ phế phẩm lõi ngô xử lý nước phục vụ sinh hoạt vùng đồng bằng sông Cửu Long

Đề tài được thực hiện với các mục tiêu sau:

- Xem xét chất lượng nước của các hộ dân trong khu vực bị nghi ô nhiễm

- Tạo sản phẩm từ lõi ngô thay thế cho than hoạt tính có khả năng xử lý nước sinh hoạt (nước mặt hoặc nước ngầm)

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Sử dụng lõi ngô – như sản phẩm thân thiện với môi trường, làm vật liệu hấp phụ các chất và kim loại trong nước để phục vụ nước sinh hoạt cho người dân vùng đồng bằng sông Cửu Long, thay thế cho than hoạt tính

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu trong khoảng 2 tháng (từ tháng 4 đến tháng 6) Do khoảng thời gian nghiên cứu ngắn nên đề tài tập trung vào than hóa lõi ngô bằng acid

H2SO4 (lõi to, lõi nhỏ), lõi ngô tự nhiên không đốt và lõi ngô đốt tự nhiên từ đó xử

lý nguồn nước vùng đồng bằng sông Cửu Long (theo hướng xử lý nước mặt hoặc nước ngầm)

3.3 Nội dung nghiên cứu

- Điều tra các nguồn nước cần xử lý (nước mặt hoặc nước ngầm)

- Đánh giá chất lượng nước thông qua việc phân tích các thông số chất lượng nước trong phòng thí nghiệm

- Khảo sát các dạng sản phẩm hấp phụ từ lõi ngô: lõi tự nhiên không đốt, lõi than hóa bằng acid H2SO4 (to, nhỏ), và lõi đốt tự nhiên

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu, sách báo trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài

- Xử lý các thông tin lý thuyết để đưa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trình thực nghiệm

4.2 Phương pháp thực nghiệm

- Điều tra, lấy mẫu tại các vị trí nguồn nước được khảo sát với các thông số cần xử lý

- Phân tích các chỉ tiêu đầu vào trong phòng thí nghiệm

- Thực hiện các thí nghiệm trên mô hình đối với nước mặt và nước ngầm, xem xét quá trình khả năng xử lý của vật liệu hấp phụ

4.3 Phương pháp tính toán, thống kê

Dùng phần mềm Excel xử lý thống kê số liệu

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

5.1 Ý nghĩa khoa học

- Phương pháp giúp tận dụng được nguồn nguyên liệu sẵn có trong tự nhiên phục vụ công tác xử lý nước sinh hoạt

- Xây dựng công nghệ xử lý nước đơn giản dễ dàng sử dụng

- Giảm thiểu được các nguy cơ tiềm ẩn các nguồn nước trong tự nhiên

- Thực hiện việc tái sử dụng nguyên liệu phế thải nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Giải quyết vấn đề ô nhiễm nguồn nước (nước ngầm hoặc nước mặt) hiện nay theo phương pháp đơn giản, giúp tiết kiệm chi phí đáng kể cho người dân

- Là nguồn nguyên liệu thân thiện với môi trường và dễ sử dụng

- Ngoài tính năng trên của vật liệu thì có thể nghiên cứu các khả năng xử lý môi trường khác của vật liệu như ô nhiễm không khí, ô nhiễm trong đất

6 Kết cấu của đề tài

Đề tài gồm có 3 phần:

Phần I: - Mở đầu

Phần II: - Nghiên cứu và kết quả nghiên cứu

- Chương 1: Tổng quan

- Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Phần III: - Kết luận và kiến nghị

Diện tích đồng bằng là 39.700km2, bao gồm 12 tỉnh: Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp, An Giang, Kiên Giang, Bạc Liêu, Cà Mau, Sóc Trăng, Vĩnh Long, Trà Vinh, Hậu Giang, Bến Tre và thành phố Cần Thơ

Điều kiện vị trí địa lý thuận lợi nên trên 75% dân số sống dọc theo các kênh rạch, sông đào và vùng ven biển Khoảng 70% lượng nước cung cấp sinh hoạt cho các thành phố ở đồng bằng sông Cửu Long là từ nguồn nước sông rạch Hệ thống sông rạch nối liền với hầu hết các vùng đô thị và nông thôn ở khu vực Với việc sinh sống gần nguồn nước như vậy ngoài thuận lợi cho việc lấy nước phục vụ sinh hoạt, tưới tiêu… thì cũng tạo nên nguy cơ gây ô nhiễm rất lớn

Hình 1.1: Vị trí địa lý vùng đồng bằng sông Cửu Long 1.1.2 Địa hình

Địa hình của vùng đồng bằng sông Cửu Long tương đối bằng phẳng, độ cao

địa hình đặc trưng rõ nét của vùng là: địa hình trũng khó thoát nước (tập trung ở Long Xuyên, Đồng Tháp Mười); địa hình cao (Đông Bắc Long An ); địa hình trung bình (Tiền Giang)

Với địa hình thấp và bằng phẳng, sẽ nhận được nguồn nước mặt khá phong phú Vùng đồng bằng sông Cửu Long được công nhận là vùng đất ngập nước lớn nhất Việt Nam Tuy nhiên, do địa hình quá thấp như thế thì vào mùa mưa và dòng chảy lớn tạo nên hiện tượng ngập lụt hằng năm Ngược lại, vào mùa khô với dòng chảy thấp gây nên hiện tượng xâm nhập mặn khá nghiêm trọng, đồng thời nguồn nước ngầm bị tụt giảm khá lớn

1.1.3 Khí hậu

Nền khí hậu thuộc nhiệt đới ẩm với tính chất cận xích đạo thể hiện rõ rệt Các yếu tố khí hậu như nhiệt độ, độ ẩm không khí, lượng mưa… tuy có thay đổi theo mùa nhưng tương đối ổn định

- Nhiệt độ: trung bình hàng năm 24 – 270C, biên độ nhiệt trung bình năm là 2–300C, chênh lệch nhiệt độ ngày và đêm thấp, ít có bão hoặc nhiễu loạn thời tiết

- Độ ẩm: độ ẩm trung bình trong khoảng 80 – 86%

- Mưa: lượng mưa trung bình hàng tháng vào khoảng 130 – 150mm Có hai mùa rõ rệt: mùa mưa tập trung từ tháng 5 - tháng 10 (lượng mưa chiếm tới 99% tổng lượng mưa của cả năm); mùa khô từ tháng 11 - tháng 4 năm sau, hầu như không có mưa

Do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, lượng mưa trên lưu vực sông Mekong sẽ tăng vào mùa mưa, thậm chí là kể cả mùa khô ở một số vùng thuộc lưu vực Do đó, lưu lượng dòng chảy trên sông Mekong sẽ tăng lên trong hầu hết các tháng trong năm, các trận lũ lớn sẽ xuất hiện với tần suất nhiều hơn cũng như với cường độ lớn hơn Bên cạnh đó, mực nước biển dâng cao, dẫn đến vấn đề xâm nhập mặn, gây ra những tác động bất lợi tới nguồn nước sinh hoạt của người dân sinh sống thuộc vùng này

1.1.4 Đất đai

Các nhóm đất chính bao gồm:

- Đất phù sa nước ngọt: Phân bố chủ yếu ở vùng ven biển và giữa hệ thống sông Tiền và sông Hậu, diện tích 1,2 triệu ha, chiếm 29,7% diện tích đất tự nhiên toàn vùng và khoảng 1/3 diện tích đất phù sa của cả nước Nhóm đất này có độ phì nhiêu cao và cân đối, thích hợp đối với nhiều loại cây trồng lúa, cây ăn quả, hoa màu, cây công nghiệp ngắn ngày

- Đất phèn: Phân bố chủ yếu ở vùng Đồng Tháp Mười và Hà Tiên, vùng trũng trung tâm bán đảo Cà Mau Diện tích đất phèn cả nước là 2.140.306 ha, chiếm 6,45% diện tích tự nhiên của cả nước Vùng đồng bằng sông Cửu Long chiếm 88,11% diện tích đất phèn cả nước Đất phèn được hình thành do hai yếu tố: một là do đất phèn tiềm tàng bị oxi hóa, hai là do tích tụ ở vùng trũng khi nước mưa mang đến

- Đất xám: Diện tích trên 134.000 ha chiếm 3,4% diện tích toàn vùng Phân bố chủ yếu dọc biên giới Campuchia, trên các bậc thềm phù sa cổ vùng Đồng Tháp Mười Đây là nhóm đất nghèo dinh dưỡng nhất trong vùng, hàm lượng chất hữu cơ thấp, đất có tính chất nhẹ, tơi xốp, độ phì thấp, độc tố bình thường, thích hợp cho việc trồng cây công nghiệp, cây họ đậu

- Đất mặn: Diện tích đất mặn của vùng là 703.452 ha, chiếm 70.96% diện tích đất mặn của cả nước Tính chất đặc trưng của đất mặn là lượng Cl- cao (0.05 – 0.25%) vào mùa khô), pH ít chua đến hơi kiềm, hàm lượng mùn từ thấp đến trung bình, ít thoát nước Tập trung phân bố nhiều ở Kiên Giang, Cà Mau

- Các loại đất khác như đất cát giông, than bùn, đất đỏ vàng, đất xói mòn… chiếm diện tích không đáng kể khoảng 0,9% diện tích toàn vùng

1.1.5 Thủy văn

Với hệ thống hạ lưu sông Mekong ở Việt Nam là hai nhánh sông Tiền và sông Hậu thì tổng lượng nước sông Cửu Long khoảng 500 tỷ m3, trong đó sông Tiền chiếm 79% và sông Hậu chiếm 21% Chế độ thuỷ văn thay đổi theo mùa: mùa mưa nước sông lớn vào tháng 9, tháng 10 làm ngập các vùng trũng Đồng Tháp Mười, Tứ giác Long Xuyên Về mùa này, nước sông mang nhiều phù sa bồi đắp cho đồng bằng Về mùa khô, lượng nước giảm nhiều, làm cho thủy triều lấn sâu vào đồng

bằng làm vùng đất ven biển bị nhiễm mặn nghiêm trọng Chế độ nước ngầm khá phức tạp, phần lớn ở độ sâu 100m Nếu khai thác quá mức có thể làm nhiễm mặn trong vùng

Mọi sinh hoạt và sản xuất của người dân đều phụ thuộc rất lớn vào điều kiện thủy văn dòng chảy của sông – biển, hình thành một văn minh sông nước đặc trưng Lũ lụt ở đồng bằng sông Cửu Long tạo nên một đặc điểm thủy văn nổi bật của khu vực

1.2 Tổng quan về nguồn nước vùng đồng bằng sông Cửu Long

1.2.1 Đặc điểm nguồn nước mặt đồng bằng sông Cửu Long

Đồng bằng sông Cửu Long lấy nước ngọt từ sông Mekong và nước mưa Cả hai nguồn này đều đặc trưng theo mùa một cách rõ rệt Lượng nước bình quân của sông Mekong chảy qua đồng bằng sông Cửu Long khoảng 500 tỷ m3 và vận chuyển khoảng 150-200 triệu tấn phù sa Chính lượng nước và khối lượng phù sa đó trong quá trình bồi lắp lâu dài đã tạo nên đồng bằng ngày nay

Đồng bằng sông Cửu Long có hệ thống sông kênh rạch lớn nhỏ đan xen nhau, nên rất thuận lợi cung cấp nước ngọt quanh năm Về mùa khô từ tháng 11 đến tháng

4, sông Cửu Long là nguồn nước mặt duy nhất Về mùa mưa, lượng mưa trung bình hàng năm dao động từ 2.400 mm ở vùng phía Tây đồng bằng sông Cửu Long đến 1.300 mm ở vùng trung tâm và 1.600 mm ở vùng phía Đông Về mùa lũ, thường xảy ra vào tháng 9, nước sông lớn gây ngập lụt

Chế độ thuỷ văn của Đồng bằng sông Cửu Long có 3 đặc điểm nổi bật:

- Nước ngọt và lũ lụt vào mùa mưa chuyển tải phù sa, phù du, ấu trùng

- Nước mặn vào mùa khô ở vùng ven biển

- Nước chua phèn vào mùa mưa ở vùng đất phèn

Trạng thái nước bị biến đổi suy giảm mực nước trên các dòng sông chính vào mùa khô, chất lượng nước mặt diễn biến xấu đi do tác động từ các nguồn thải đô thị, sản xuất công nghiệp, canh tác nông-lâm-ngư nghiệp… chưa được xử lý triệt để vẫn tiếp tục thải vào sông rạch Tình trạng mặn hóa, phèn hóa cục bộ ngày càng diễn biến phức tạp, tác động nhiều mặt đến chất lượng nước mặt ở đồng bằng sông Cửu

Long Việc khai thác, sử dụng hợp lý và bảo vệ nguồn tài nguyên nước mặt ở đồng bằng sông Cửu Long đang trở thành một nhiệm vụ cực kỳ quan trọng trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Trong đó có nhiều vấn đề cần phải giải quyết đồng bộ

1.2.2 Đặc điểm nguồn nước ngầm đồng bằng sông Cửu Long

Nhu cầu của nước sinh hoạt và công nghiệp tồn tại song song với sự phát triển của con người, ở đâu có nước thì ở đó mới có sự sống Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm luôn là nguồn nước được quan tâm, bởi vì các nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phụ thuộc vào sự biến động theo từng mùa Ngoài ra, nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi tác động của con người và chất lượng nước ngầm tốt hơn chất lượng nước mặt rất nhiều Nguồn nước ngầm ở Việt Nam nói chung và vùng đồng bằng sông Cửu Long nói riêng có hàm lượng muối cao, hàm lượng ion kim loại: Fe2+, Mn2+,…cũng cao hơn so với thế giới Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay hạt lơ lửng, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh thấp Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện hạ tầng, thời tiết, nắng mưa và các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm

dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất Ngoài ra, nước ngầm còn bị nhiễm bẩn do tác động của con người như các chất thải của con người, động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hoá học, việc sử dụng phân bón hoá học… Tất cả những loại chất thải đó theo thời gian sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm

Đã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, do các vi khuẩn gây bệnh, nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ

Theo Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, toàn vùng đồng bằng sông Cửu Long có khoảng 100.000 giếng nước ngầm (sâu từ 10 - 300m), nhiều nhất là tại Cà Mau

(178.000 giếng), Bạc Liêu (98.000 giếng) và cùng hàng trăm trạm cấp nước tập trung khai thác nước ngầm có qui mô vài trăm m3/ngày Các đô thị ở những vùng đồng bằng như: Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Trà Vinh gần như sử dụng 100% nước ngầm Người dân đồng bằng sông Cửu Long còn sử dụng nước ngầm để tưới lúa, hoa màu và nuôi thủy sản Ước tính tổng lượng nước ngầm hiện đang khai thác

sử dụng toàn vùng khoảng 1 triệu m3/ngày nhưng hầu hết các địa phương trong vùng đều chưa có quy hoạch khai thác, sử dụng, cũng như bảo vệ nguồn nước ngầm Nhiều nơi, các tầng chứa nước ngọt và nước mặn nằm đan xen nhau Trong khi đó, việc khai thác, sử dụng nước ngầm tại vùng đồng bằng sông Cửu Long chưa mang tính khoa học, còn rất lãng phí Do đó, nguy cơ nhiễm mặn và ô nhiễm nguồn nước do khoan giếng rất cao Hiện có hàng nghìn giếng nước bỏ không chưa được trám, lấp dẫn đến nguy cơ sụp lún ở tầng khai thác sâu từ 75 – 110m Hiện nước mặn đã xâm nhập tại hàng nghìn giếng nước ngầm, nhiều nhất là ở tầng nông (50m) Cũng do khai thác bừa bãi nên hàng nghìn giếng nước ngầm tại vùng này đã

bị ô nhiễm

Để khắc phục tình trạng này và sử dụng tầng nước ngầm hiệu quả, bền vững, các nhà khoa học đã kiến nghị các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long cần gấp rút khảo sát, đánh giá có hệ thống hiện trạng nước ngầm toàn vùng và đưa ra chính sách quản lý thích hợp Phải tính toán giữa việc nạp vào và việc sử dụng để có đáp án cho bài

toán cân bằng sử dụng nước ngầm Đồng thời, phải ngăn chặn ngay tình trạng

Khai thác quá mức làm sụt giảm tầng nước ngầm, lún mặt đất và tình trạng gây ô nhiễm tại các giếng nước ngầm Nhưng ở một số địa phương thì thiếu thông tin trầm trọng; vì thế cần nâng cao năng lực của cơ quan chức năng, chính quyền địa phương để quản lý tài nguyên nước ngầm, nâng cao ý thức người dân trong sử dụng, bảo vệ tầng nước ngầm có hiệu quả

1.3 Tổng quan về vật liệu hấp phụ

1.3.1 Nguồn gốc

Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệ thống

canh tác Cây ngô không chỉ cung cấp lương thực cho người, vật nuôi mà còn là cây trồng xóa đói giảm nghèo tại các tỉnh có điều kiện kinh tế khó khăn Sản xuất ngô

cả nước qua các năm không ngừng tăng về diện tích, năng suất, sản lượng Theo số liệu của Tổng cục Thống kê: năm 2001 tổng diện tích ngô là 730.000 ha, đến năm

2005 đã tăng gần 1 triệu, năm 2013 hiện cả nước có khoảng gần 1,2 triệu ha diện tích trồng ngô Bên cạnh đó thì quá trình chế biến nông sản cũng đã thải ra môi trường khoảng 1 triệu tấn lõi ngô mỗi năm Lượng lõi ngô này mới được người dân

sử dụng một phần làm chất đốt, một phần rất nhỏ được dùng để trồng nấm, còn lại chủ yếu thải bỏ ra ngoài đường, dòng suối gây ô nhiễm môi trường

Nguồn lấy vật liệu: ấp Gia Tân, xã Gia Lộc, huyện Trảng Bàng, tỉnh Tây Ninh

1.3.2 Thành phần

Thành phần chủ yếu của lõi ngô là cellulose (khoảng 80%) và lignin (khoảng 18%), nên rất khó bị vi sinh vật phân hủy Lõi ngô được nghiên cứu cho thấy có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polyme như: xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin và protein Các polymer này có thể hấp thụ nhiều chất tan đặc biệt là các ion kim loại hóa trị hai Các hợp chất polyphenol như: tanin, lignin trong gỗ được cho là những thành phần hoạt động có thể hấp phụ các kim loại nặng

Hình 1.2: Cây ngô Hình 1.3: Lõi ngô

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của lignin và cellulose

Các nhóm hydroxyl trên xenluloza cũng đóng một vai trò quan trọng trong khả năng trao đổi ion của các lignocelluloses Bản thân các nhóm này có khả năng trao đổi yếu vì liên kết O-H ở đây phân cực chưa đủ mạnh Nhiều biện pháp biến tính đã được công bố như: oxy hóa các nhóm hydroxyl thành các nhóm chức acid hoặc sunfo hóa bằng acid sunfuric

Gần đây nhất là phương pháp este hóa xenluloza bằng acid citric Quá trình hoạt hóa bao gồm các bước ngâm vật liệu trong dung dịch acid citric sau đó sấy khô, các phân tử acid citric khi đó sẽ thấm sâu vào các mao quản của vật liệu Tiếp theo đó, nung ở nhiệt độ khoảng 120oC trong 8 giờ Acid citric đầu tiên sẽ chuyển thành dạng anhydric, tiếp theo là phản ứng ester hóa xảy ra giữa anhydric acid và các nhóm hydroxyl của xenluloza Tại vị trí phản ứng như vậy đã xuất hiện hai nhóm chức acid có khả năng trao đổi ion

1.3.3 Công dụng

Ngày nay, người ta đã phát hiện ra rất nhiều công dụng của lõi ngô: có thể được chế tạo làm thức ăn cho gia xúc, có thể lên men lõi ngô để thu được ancol etylic hoặc acid lactic; người ta còn phối trộn lõi ngô với bê tông để trở thành bê tông lõi ngô có đặc tính rất nhẹ Đặc biệt, đã có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ lõi ngô Lõi ngô cũng được ứng dụng hiệu quả trong việc chế tạo vật liệu hấp phụ trong xử lý môi trường bởi vì có nguồn sẵn trong tự nhiên, giá thành rất rẻ, quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ thì đơn giản, không đưa thêm vào nguồn nước tác nhân gây độc hại nào khác nên việc nghiên cứu và đưa ra quy trình hoàn chỉnh nhằm tận dụng những nguồn nguyên liệu sẵn có ở Việt Nam trong việc

xử lý môi trường là rất có ý nghĩa

lignin

1.4 Các phương pháp xử lý nước cấp

1.4.1 Phương pháp cơ học

Ứng dụng các công trình và thiết bị thích hợp để loại bỏ các tạp chất thô trong nước bằng trọng lực: lắng, lọc, sử dụng quá trình làm thoáng tự nhiên hoặc cưỡng bức để khử sắt trong nước ngầm

1.4.2 Phương pháp hóa học và hóa lý

Sử dụng phèn để làm trong và khử màu (quá trình keo tụ) các nguồn nước có

độ đục và độ màu cao; sử dụng các tác nhân oxy hoá hoá học để khử sắt, mangan trong nước ngầm, sử dụng clo và các hợp chất của clo để khử trùng nước; sử dụng các vật liệu hấp phụ, hấp thụ như than hoạt tính, xơ dừa, bã chè để xử lý một số kim loại trong nước Một phương pháp hoá lý khác hiện nay đang trở nên phổ biến

là sử dụng các loại nhựa trao đổi ion để làm mềm nước và khử các chất khoáng

Mn2+ ở dạng hoà tan trong nước thành Fe3+, Mn4+ ở dạng kết tủa sau đó tách ra bằng quá trình lắng lọc và khử trùng

1.4.3.1 Quá trình lắng

Lắng nước là giai đoạn làm sạch nước sơ bộ trước khi đưa vào bể lọc Lắng là quá trình tách khỏi nước cặn lơ lửng hoặc bông cặn hình thành trong giai đoạn keo

tụ, tạo bông

Trong công nghệ xử lí nước cấp quá trình lắng được ứng dụng:

- Lắng cặn phù sa khi nước mặt có hàm lượng phù sa lớn

- Lắng bông cặn phèn/polyme trong công nghệ khử đục và màu nước mặt

- Lắng bông cặn vôi – magie trong công nghệ khử cứng bằng hoá chất

- Lắng bông cặn sắt và mangan trong công nghệ khử sắt và mangan

Hiệu quả lắng phụ thuộc rất nhiều vào kết quả làm việc của bể tạo bông cặn, để bông cặn tạo ra những hạt cặn to, bền chắc, và càng nặng thì hiệu quả lắng càng cao

Nhiệt độ của nước càng cao, độ nhớt của nước càng nhỏ, sức cản của nước đối với hạt cặn càng giảm làm tăng hiệu quả các quá trình lắng nước

Thời gian lưu nước trong bể lắng là chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến hiệu qủa của bể lắng Để đảm bảo lắng tốt thời gian lưu nước trung bình của các phân tử nước trong bể lắng phải đạt từ 70 – 80% thời gian lưu nước trong bể theo tính toán, nếu để cho bể lắng có vùng nước chết, vùng chảy quá nhanh hiệu quả lắng sẽ giảm

Trong dây chuyền xử lý nước ăn uống và sinh hoạt, lọc là giai đoạn cuối cùng

để làm cho nước sạch triệt để Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép (nhỏ hơn hoặc bằng 3 mg/l)

Vật liệu lọc là bộ phận cơ bản của bể lọc, nó mang lại hiệu quả làm việc và tính kinh tế của quá trình lọc Vật liệu lọc hiện nay được dùng phổ biến nhất là cát thạch anh tự nhiên Ngoài ra còn có thể sử dụng một số vật liệu khác như cát thạch anh nghiền, đá hoa nghiền, than antraxit, polymer,… các vật liệu lọc nước cần phải

thoả mãn các yêu cầu sau: có thành phần cấp phối thích hợp, đảm bảo đồng nhất, có

độ bền cơ học cao, ổn định về hoá học

Trong quá trình lọc người ta có thể dùng thêm than hoạt tính như là một hoặc nhiều lớp vật liệu lọc để hấp thu chất mùi và màu của nước Các bột than hoạt tính

có bề mặt hoạt tính rất lớn chúng có khả năng hấp thụ các chất ở dạng lỏng hoà tan trong nước

Bên cạnh đó lọc qua vải cũng được coi là một cách lọc nước: điển hình là ở khu vực Nam Á, người ta dùng một miếng vải sari gập làm 7 hay 8 lần dùng làm tấm lọc Tấm lọc bằng vải sari có thể làm giảm nguy cơ bị tả nhờ loại bỏ được các cặn

1.4.3.3 Khử sắt và mangan

Trong nước mặt sắt tồn tại ở dạng hợp chất Fe3+, thường là Fe(OH)3 không tan

ở dạng keo hoặc dạng huyền phù Hàm lượng sắt trong nước mặt thường không lớn

và sẽ được khử trong quá trình làm trong nước Trong nước ngầm, sắt tồn ở dạng ion, sắt có hoá trị 2 (Fe2+) là thành phần của các muối hoà tan như: bicacbonat Fe(HCO3)2, sunphat FeSO4 Hàm lượng sắt có trong nguồn nước ngầm thường cao Các phương pháp khử sắt trong nước ngầm:

2Mn(HCO3)2 + O2 + H2O  2Mn(OH)4 +4H+ + 4HCO3Trong thực tế việc khử sắt trong nước ngầm thường được tiến hành đồng thời với khử mangan

1.4.3.4 Làm mềm nước

Là khử độ cứng trong nước (khử các muối Ca, Mg có trong nước) Nước cấp cho một số lĩnh vực như công nghiệp dệt, sợi nhân tạo, hoá chất, chất dẻo, giấy,…

và nước cấp cho các loại nồi hơi thì phải làm mềm nước các phương pháp làm mềm nước phổ biến như: phương pháp nhiệt, phương pháp hoá học, phương pháp trao đổi ion

1.4.3.5 Khử trùng nước

Để đảm bảo an toàn về mặt vi sinh vật, nước trước khi cấp cho người tiêu dùng phải được khử trùng Nó là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước cho sinh hoạt và ăn uống

Có rất nhiều biện pháp khử trùng nước hiệu quả như: khử trùng bằng các chất oxi hoá mạnh, khử trùng bằng các tia vật lý, khử bằng phương pháp siêu âm, khử bằng phương pháp nhiệt, khử bằng phương pháp ion kim loại nặng,… Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng phổ biến nhất là phương pháp khử trùng bằng chất oxi hoá mạnh Các chất được sử dụng phổ biến nhất là Clo và các hợp chất của Clo vì giá thành thấp, dễ sử dụng, vận hành và bảo quản đơn giản Quá trình khử trùng của Clo phụ thuộc vào:

- Tính chất của nước xử lý: số vi khuẩn, hàm lượng chất hữu cơ và chất khử có trong nước

- Nhiệt độ của nước

- Liều lượng Clo

1.4.3.6 Xử lý nước cấp bằng phương pháp đặc biệt

Ngoài các phương pháp xử lý trên, khi chất lượng nước cấp được yêu cầu cao hơn nên trong xử lý nước cấp còn sử dụng một số phương pháp sau:

- Khử mùi và vị bằng làm thoáng, chất oxy hóa mạnh, than hoạt tính

- Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt, phương pháp hóa học, phương pháp trao đổi ion

Khử mặn và khử muối trong nước bằng phương pháp trao đổi ion, điện phân, lọc qua màng…

1.4.3.7 Quá trình hấp phụ

a) Hiện tượng hấp phụ

Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn, lỏng - rắn, khí - lỏng, lỏng - lỏng) Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ, còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ Ngược với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ (giải hấp) Đó là quá trình đi ra của chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ

Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Tùy theo bản chất lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại là hấp phụ vật

lý và hấp phụ hóa học

- Hấp phụ vật lý: Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van Der Walls yếu Đó là tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng

Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học), mà chất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ

Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn

- Hấp phụ hóa học: xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các phân tử chất bị hấp phụ Lực hấp phụ hóa học khi đó là những lực liên kết hóa học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol

Trong thực tế sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối,

vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Trong một số quá trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

b) Động học hấp phụ

Trong môi trường nước, quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt của chất hấp phụ, vì vậy quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai đoạn kế tiếp nhau:

- Giai đoạn khuếch tán: Các chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ

- Giai đoạn khuếch tán màng: Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản

- Giai đoạn khuếch tán trong mao quản: Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ

- Giai đoạn hấp phụ thực sự: Các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình hấp phụ

c) Cân bằng hấp phụ

Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc

độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng

Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ:

q = f (T, P hoặc C)

Ở nhiệt độ không đổi (T = const), đường biểu diễn sự phụ thuộc của q vào P hoặc Cq= fT (P hoặc C) được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ Đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể được xây dựng trên cơ sở lý thuyết, kinh nghiệm tùy thuộc vào tiền

đề, giả thiết, bản chất và kinh nghiệm xử lý số liệu thực nghiệm

 Dung lượng hấp phụ cân bằng

Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác định về nồng độ

và nhiệt độ

𝑞 = 𝐶0− 𝐶𝑐𝑏

𝑚 𝑉

q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l)

m: Khối lượng chất bị hấp phụ (g)

C0: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu (mg/l)

Ccb: Nồng độ của chất hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Nguồn nước mặt

2.1.1.1 Phương pháp và vị trí lấy mẫu

 Phương pháp lấy mẫu:

Dùng bình 20L (can nhựa 20L) được rửa sạch bằng nước cất để loại hết bụi bẩn và các vật liệu đóng gói bám lại

Nạp mẫu vào bình chứa: Theo TCVN – 5993, ta nạp mẫu nước cho đầy bình

và đậy nắp cho thật chặt sao cho không có không khí trong bình mẫu Trong quá trình vận chuyển mẫu hạn chế sự tương tác với pha khí và sự lắc khi vận chuyển Bảo quản mẫu trong quá trình vận chuyển về bằng cách làm lạnh mẫu với nước đá ở nhiệt độ 20 – 50C và để mẫu ở nơi tối đủ để bảo quản mẫu đến phòng thí nghiệm trong thời gian ngắn nhất

Hình 2.1: Quá trình lấy mẫu nước mặt

 Vị trí lấy mẫu: tại xã Thới Sơn (dưới chân cầu Rạch Miễu), huyện Châu Thành, tỉnh Tiền Giang

2.1.1.2 Các thông số phân tích đầu vào của nguồn nước mặt

a) COD

 Nguyên tắc: Hầu hết các chất hữu cơ đều bị phân hủy khi đun sôi trong hỗn hợp chromic và acid sunfuric:

CnHaOb + cCr2O72- + 8cH+  nCO2 + (a + 8c) H2O + 2cCr3+

Với c =2

3Lượng potassium dichromate biết trước sẽ giảm tương ứng với lượng chất hữu

cơ có trong mẫu Lượng dichromate dư sẽ đucợ định phân bằng dung dịch Fe(NH4)2(SO4)3 và lượng chất hữu cơ bị oxy hóa sẽ tính ra bằng lượng oxy tương đương qua Cr2O72- bị khử, lượng oxy tương đương này chính là COD

 Cách tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Rửa sạch ống nghiệm bằng nước cất, dùng pipet hút 2.5 ml mẫu nước ngầm, thêm vào 1.5 ml dung dịch K2Cr2O7 0.0167M và 3.5 ml dung dịch H2SO4reagent vào bằng cách cho acid chảy từ từ dọc theo thành của ống nghiệm

Bước 2: Đậy nút vặn lại ngay, lắc kỹ nhiều lần (cẩn thận vì phản ứng sinh nhiệt), sau đó cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 1500C trong 2h

Bước 3: Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ dung dịch vào trong bình tam giác, thêm 3 giọt chỉ thị ferroin và định phân bằng FAS 0.1M đến khi mẫu chuyển từ màu xanh lá cây sang màu nâu đỏ

Tương tự làm hai mẫu trắng với nước cất một mẫu gia nhiệt và một mẫu không gia nhiệt

 Kết quả phân tích COD đầu vào mẫu nước mặt

Bước 1: Chuyển giấy lọc vào tủ sấy ở nhiệt độ 103- 105 0C khoảng 1giờ sau

đó làm nguội giấy lọc trong bình hút ẩm và tiến hành cân giấy lọc (m1)

Bước 2: Lắc đều mẫu, hút 20 ml mẫu phù hợp qua giấy lọc, sau đó sấy giấy lọc ở nhiệt độ 103 – 1050C trong 2 giờ Làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng Cuối cùng thu được giấy lọc (m2)

 Kết quả SS đầu vào mẫu nước mặt:

 Cách tiến hành: Lập đường chuẩn độ màu

Hút một lượng dung dịch màu chuẩn vào bình định mức 100ml và định mức với nước cất Thể tích dung dịch màu chuẩn được rút lần lượt là: 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 6.0, 8.0, 10.0 tương ứng với độ màu sau khi định mức là: 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40,

50 đơn vị màu Pt – Co Dung dịch màu có nồng độ cao nhất trong dãy chuẩn được mang đi quét phổ để xác định bước 22ong thích hợp Bước 22ong được chọn cho trường hợp này là λ = 456nm

 Kết quả phân tích độ màu:

Bảng 2.1: Kết quả phân tích độ màu

STT 1 2 3 4 5 6 7 8 Mẫu

Độ màu

ABS 0.006 0.012 0.017 0.022 0.029 0.035 0.046 0.062 0.046

Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn phương trình đường chuẩn độ màu

 Vậy phương trình đường chuẩn độ màu có dạng:

2.1.2.1 Phương pháp và vị trí lấy mẫu

Phương pháp lẫy mẫu:

y = 0.0012x - 0.0015R² = 0.9962

00.010.020.030.040.050.060.07

Dùng bình 20L (can nhựa 20L) được rửa sạch bằng nước cất để loại hết bụi bẩn và các vật liệu đóng gói bám lại

Nạp mẫu vào bình chứa: Dùng bơm hút trực tiếp mẫu nước ngầm vào trong bình Nhưng lưu ý là ta bơm xả bỏ phần thể tích nước cũ khoảng 5 phút sau khi bơm lên và bơm với tốc độ thấp để đạt ổn định chất lượng nước vào đầy bình chứa Bảo quản mẫu ở trong tối, làm lạnh ở nhiệt độ từ 2 – 50C trước khi đưa về phòng thí nghiệm trong thời gian nhanh nhất Bình chứa mẫu không được nạp quá đầy khi đông lạnh

Hình 2.4: Quá trình lấy mẫu nước ngầm

Vị trí lấy mẫu: tại ấp 7, xã Tân Lợi Thạnh, huyện Giồng Trôm, tỉnh Bến Tre

2.1.2.2 Các thông số đầu vào của nguồn nước ngầm

a) Thông số Fe 2+

 Nguyên tắc: Ở pH acid (3.2 – 3.3), tất cả sắt trong mẫu ở dạng kết tủa đều hòa tan Nếu có mặt hydroxylamine làm chất khử và tác nhân nhiệt độ, Fe3+ (hòa tan) bị khử thành Fe2+:

Fe(OH)3 + 3H+  Fe3+ + H2O 4Fe3+ + 2NH2OH  4Fe2+ + N2O + H2O + 4H+Sau đó, ion Fe2+trong dung dịch phản ứng với 1,10-phenanthroline để tạo thành phức chất màu đỏ cam Độ hấp thu ánh sáng của phức tạo thành tỉ lệ thuận với nồng độ của sắt dưới tổng tất cả các dạng tồn tại trong dung dịch mẫu ban đầu

 Cách tiến hành:

- Thêm vào bình định mức có chứa mẫu ở trên 10ml dung dịch đệm acetate và 5ml dung dịch phenanthroline Định mức tới vạch

 Kết quả đường chuẩn sắt đầu vào:

Bảng 2.3: Kết quả đường chuẩn sắt đầu vào

STT 0 1 2 3 4 5 Mẫu

 Vậy phương trình đường chuẩn sắt có dạng:

y = 0.0325x – 0.0045

0.0045 0.189 0.0045

5.950.0325 0.0325

00.0050.010.0150.020.0250.03

của permanganate bền trong 24 giờ, nếu sử dụng một lượng thừa persulfate và không có mặt chất hữu cơ Phản ứng xảy ra như sau:

2Mn2+ + 5S2O82- + H2O  2MnO4- + 10SO42- + 10H+

 Cách tiến hành: Xử lý mẫu

- Lấy 100ml mẫu hay một thể tích mẫu thích hợp sao cho hàm lượng Mn khoảng 0.005 – 1.2 mg/l

- Cho vào mẫu 5ml dung dịch xúc tác và 1 giọt H2O2, đun sôi còn khoảng 90ml

- Cho thêm 1g K2S2O8, đun sôi trong một phút

- Để nguội đến nhiệt độ phòng, rồi định mức thành 100 ml

Bảng 2.4: Lập đường chuẩn mangan

STT 0 1 2 3 4 5 6

H2O2 1giọt, đun sôi đến khi còn khoảng 90ml

K2S2O8 (g) 1g, đun sôi 1 phút, sau đó chuyển ra bình định mức 100ml,