xu ly nuoc thai bang phuong phap flouride1

Dựa vào thành phần, tính chất nước thải phát sinh sau quá trình sản xuất công nghiệp và sự tương đồng trong việc áp dụng phương pháp xử lý. Vì thế, có thể phân loại nước thải sản xuất công nghiệp thành các nhóm sau: Nước thải ngành dệt nhuộm, thuộc da, in ấn. Nước thải ngành xi mạ. Nước thải ngành cao su. Nước thải ngành giấy. Nước thải ngành chế biến thực phẩm (bánh, kẹo, nước giải khát, …) Ngành sản xuất bánh, kẹo, bia, nước giải khát, thức ăn đóng hộp, … Ngành chế biến thủy, hải sản. Ngành chế biến hạt: hạt điều, café, … Nước thải ngành chăn nuôi. Nước thải hệ thống xử lý tập trung, khu công nghiệp.

TIỂU LUẬN:

Môn học: Các quá trình hoá lý và hoá học

trong CNMT CBGD : PGS.TS.Nguyễn Văn Phước

SVTH : Đỗ Thị Thuý Phương Lê Thị Thanh Hải

Trần Thị Thuỳ Trâm

TPHCM, NGÀY 05 THÁNG 11 NĂM 2008

NGUỒN: JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS

GIỚI THIỆU

GIỚI THIỆU 1 GIỚI THIỆU

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

KẾT LUẬN

4 KẾT LUẬN

-Tỷ lệ mặt nước: 0.7%

-Nồng độ Flo: 33 mg/l

-Theo WHO: 0.5 - 1 mg/l

1.1 KHÁI QUÁT

ĐỀ TÀI

-Ảnh hưởng của Flo:

+ Viêm khớp và loãng xương + Ngộ độc cấp tính

- Phương pháp:

+ Sự kết tủa hóa học

+ Trao đổi Ion

+ Quá trình màng

+ Hấp phụ

+ Kỹ thuật nalgonda

- Chất hấp phụ: hydroxy apatite, calcite, flourideurspar, quartz, tro bay, silica gel, bone char, spent catalyst, zeolites, bùn đỏ, và bentonite

Xác định vật liệu có tỉ lệ loại bỏ

cao, kinh tế, khả thi về kỹ thuật và có tính xã hội

- Cặn thải công nghiệp được tạo ra trong suốt qui trình sản xuất aluminium sulfate (alum) từ Kaolin và acid sulfuric: 4500-5000 tấn

a) Khái niệm:

-Là quá trình hút chọn lọc các cấu tử trong pha khí hay lỏng trên bề mặt chất rắn Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha không hoà tan là pha rắn (chất hấp phụ) với pha khí hoặc pha lỏng Dung chất (chất bị hấp phụ) sẽ đi từ pha lỏng (hoặc khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ của dung chất phân bố giữa hai pha đạt cân bằng

-Ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan khó phân hủy sinh học như: thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát trùng, các hợp chất nitơ vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm…

b) Phân biệt: hấp phụ vật lý và hấp

phụ hóa học

-Dựa vào nhiệt hấp phụ

-Dựa vào lực hấp phụ

-Dựa vào sự chọn lọc của quá trình hấp

phụ

-Dựa vào số lượng chất bị hấp phụ

-Dựa vào tốc độ hấp phụ

-Dựa vào ảnh hưởng của nhiệt độ

c) Các dạng đường

đẳng nhiệt hấp

phụ:

-I: loại vật liệu vi mao

quản

-II & III: loại vật liệu mao

quản lớn có đường

kính trung bình d>500 A0

-IV & V: loại vật liệu

mao quản trung bình

-VI: Loại vật liệu mao

quản có vi mao quản

không đồng đều

d) Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ:

* Phương trình hấp phụ Fleundlich :

- 1/n là mật độ hút thầm bề mặt

- Ce là nồng độ flouride ở trạng thái cân bằng (mg/L)

*Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

Langmur:

hoặc

Với:

- q e là lượng chất tan bị hấp phụ trên

1 đơn vị khối lượng vật liệu (mg/g)

- q m là khả năng hấp phụ tối đa (mg/g),

- B là hằng số Langmuir

- C e là nồng độ chất tan ở trạng thái cân bằng (mg/l)

e

BC

BC q

m

* Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Dubinin và

Radushkevich

hoặc

Với:

- qs là hằng số D-R

chất hấp phụ (mol/g)



B q

* Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

Temkin

hoặc

Với: B 1 hằng số đẳng nhiệt

-K T là hằng số bắt giữ cân bằng

B 1

Vật liệu hấp phụ floride là cặn thải tạo ra trong quá

trình sản xuất aluminum sulfate từ kaolin và acid

sulfuric

Cặn thải thu từ nhà máy Awash Melkasa Aluminum

Sufate and Sulfuric Acid nằm ở khu trung tâm thung

lũng Rift của Ethiopia.

Mẫu cặn được lấy từ hơn 30 mẻ sản xuất aluminum

sulfate và được trộn để đảm bảo sự đồng nhất

Cặn chứa 52 % chất rắn

Thành phần hóa học của chất thải không chứa bất cứ chất độc hại nguy hiểm và chất gây ung thư , vì thế nó thích hợp cho việc sử dụng loại bỏ flouride trong nước

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chuẩn bị vật liệu hấp phụ

Chất hấp phụ chưa xử lý: Cặn thải được phơi

nắng trong 1 ngày và được nghiền thành bột mịn

bằng cối giã cho kích cỡ 0.5-0.8mm

Chất hấp phụ đã xử lý nhiệt: Vật liệu trên sẽ

được gia nhiệt từ 100-700 oC trong lò nung trong 1 giờ

Sau 1 giờ, mẫu đã xử lý sẽ được giữ trong bình sấy

khô để làm nguội tới nhiệt độ phòng

Chất hấp phụ bị trung hoà: Một phần lượng chất

hấp phụ chưa xử lý cho lơ lửng trong nước cất, pH lúc này sẽ thấp (khoảng 3.2) và sẽ được điều chỉnh

tới pH 7.3 bằng NaOH 0.1M Sau 2 ngày, mẫu đem đi lọc

và làm khô ở nhiệt độ phòng ở điều kiện thoáng

trước khi sử dụng.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Dung dịch lưu trữ flouride được chuẩn bị bằng hòa tan 2.21 g anhydrous sodium fluourid (99.0% NaF) với 1000 ml nước cất.

Mẫu chứa F- thí nghiệm được thực hiện theo một dãy nồng độ được chuẩn bị bằng cách pha loãng thích hợp dung dịch dự trữ flouride với nước cất

Tổng cường độ ionic phải phù hợp với chất đệm (TISAB) được chuẩn bị theo qui định đề ra.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Dụng cụ đo pH/ISE (Orion Model, EA 940 Expandable Ion Analyzer) được trang bị kết hợp với điện cực dò tìm fluouride (Orion Model 96-09) dùng để đo nồng độ ion fluoride

Sử dụng phương pháp đo điện thế trực tiếp, nồng độ sẽ được đọc trực tiếp

Điện cực dò tìm ion flouride được kiểm tra trước mỗi đợt thí nghiệm nhằm mục đích xác định độ dốc và phần giới hạn của điện cực

Đo pH bằng dụng cụ pH/ion (WTW Inolab pH/ion level 2, Germany) sử dụng điện cực thuỷ tinh pH không đầy Dụng cụ sẽ được kiểm tra bằng chất đệm kiểm định pH.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thí nghiệm được tiến hành trong bình Erlenmeyer flask chứa 500 ml chứa dung dịch flouride thí

nghiệm

Chất hấp phụ được cho vào bình và được khuấy liên tục cùng với cục khuấy từ (Model 04803-02, Cole-Palmer-Instrument Company, USA) ở tốc độ

chậm (100 rpm) và tốc độ nhanh (1000rpm)

Nồng độ flouride còn lại sẽ được đo ngay sau khi trộn 5 ml dung dịch mẫu (sau khuấy) với TISAB

Bảng liệt kê các quá trình nghiên cứu

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Lượng chất hấp phụ: 4, 6,

10, 16 và 28 g/l hấp phụ nồng độ flouride ban đầu cố định là 10 mg/l

- Ảnh hưởng của khuấy trộn được nghiên cứu với để tĩnh, khuấy chậm và khuấy nhanh bằng khuấy từ.

-Xác định thời gian hấp phụ -Ảnh hưởng hấp phụ theo lượng chất hấp phụ

Sử dụng chất hấp phụ đã xử lý tại các nhiệt độ khác nhau (100, 300, 400,

500, 600, và 700 0C) hấp phụ flouride

-Xác định ảnh hưởng nhiệt lên quá trình hấp phụ

Chất hấp phụ bị trung hoà với lượng từ 6 đến 100 mg/l hấp phụ nồng độ flouride cố định ban đầu 10 g/l trong 1 giờ

-Xác định ảnh hưởng khi chất hấp phụ bị trung hoà lên khả năng hấp phụ.

Bảng liệt kê các quá trình nghiên cứu

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chất hấp phụ chưa xử lý từ 5 đến 40 mg/l hấp phụ nồng độ flouride cố định là 16g/l.

-Xác định ảnh hưởng của nồng độ flouride ban đầu lên khả năng hấp phụ

Thực hiện hấp phụ với nước thô có pH từ 3 đến 10 (được điều chỉnh bằng dung dịch 0.1M NaOH hay 0.1M HCl).

-Xác định ảnh hưởng

pH trong nước lên quá trình hấp phụ

Liều lượng chất hấp phụ từ 1.0 đến 20.0 g/l, nồng độ flouride ban đầu và

pH là 50 mg/l và 7.0 Thời gian cân bằng là 4 giờ dưới điều kiện khuấy trộn Mẫu được cho lắng và đem đo.

-Đánh giá phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thực hiện tải trọng bề mặt cố định là 16, 8 và

4 g/l tương ứng với các nồng độ flouride ban đầu là 40, 20 và 10 mg/l.

-Xác định đường

động năng hấp phụ

Liều lượng chất hấp phụ là 16 g/l hấp phụ nồng độ flouride cố định là 10 mg/l và ở nồng độ các loại anion khác nhau từ 5 đến 500 mg/l.

-Xác định ảnh

hưởng các ion lên quá trình hấp phụ

Bảng liệt kê các quá trình nghiên cứu

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3

3.1 ẢNH HƯỞNG THEO LIỀU LƯỢNG CHẤT

HẤP PHỤ

Hình : Nồng độ flo dư sau phản ứng

phụ thuộc vào liều lượng chất hấp

phụ cho loại chất hấp phụ chưa xử lý

(nồng độ đầu vào 10 mg/l, thời gian

phản ứng 60 phút, pH nước thô: 6,7

-7,0).

Hàm lượng flouride còn lại

giảm khi tăng lượng chất hấp phụ.

Phản ứng xảy ra nhanh trong 5

phút và đạt trạng thái cân bằng sau 60 phút (dữ liệu không

được biểu diễn) Kết quả này phù hợp với thời gian cân bằng của bùn alum và quartz của những nghiên cứu khác Quá trình hấp

phụ xảy ra nhanh và hầu hết

flouride được hấp phụ trong 15

phút đầu tiên và đạt cân bằng

trong 1 giờ

Từ 5-20 mg/l: không phụ

thuộc thời gian cân bằng

≥16 mg/l: thời gian cân bằng

ngắn hơn (45phút)

≤16 mg/l: thời gian cân bằng hơi

dài hơn (trên 60 phút)

Vì thế thời gian cân bằng

1giờ được xem như tối ưu và

được chọn ứng định cho các thí

nghiệm sau

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3

3.1 ẢNH HƯỞNG THEO LIỀU LƯỢNG CHẤT

HẤP PHỤ

Hình 2: hiệu quả xử lý flouride và dung

lượng chất hấp phụ theo liều lượng chất

hấp phụ cho chất hấp phụ chưa xử lý

(nồng độ đầu vào là 10 mg/l, thời gian

phản ứng 60 phút, pH nước thô 6,7 -7,0)

Khử flouride tăng rõ khi tăng

lượng hấp phụ Phần trăm loại

bỏ flouride tăng rõ khi tăng lượng hấp phụ đến 16 g/l, nhưng không

tăng nhiều ở các liều lượng lớn hơn Sự gia tăng hấp phụ

flouride là đúng vì lượng chất hấp

phụ tăng làm tăng bề mặt bắt giữ lượng F

Liều lượng hấp phụ cao hơn (lớn hơn 16 g/l) sẽ làm tăng lượng bùn, nhưng không làm tăng hiệu quả

nhiều Liều lượng 16 g/l là lượng

thích hợp có khả năng lảm giảm hàm lượng flouride trong

hầu hết nước uống ở vùng thung lững Fift của Ethiopia tới nồng độ cho phép mà WHO đề nghị trung bình là 1.5 mg F-/L trong nước

Khả năng hấp phụ giảm khi

tăng lượng chất hấp phụ Để

giữ khả năng tối đa và hiệu quả loại bỏ cao, tải trọng bề mặt (lượng flouride trên lượng hấp phụ) nên thấp hơn giá trị tối ưu khoảng 85%, (tải trọng bề mặt tối ưu là

0.625 mg/g) hay ít hơn Ở lượng

chất hấp phụ 16 g/l tương ứng với 0.53mg F-/g chất hấp phụ và kết quả được áp dụng cho các thí nghiệm sau.

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3

Hình 3: Đồ thị giá trị Kd theo nồng độ

chất hấp phụ (pH =7)

Hệ số phân bố K d thể hiện khả năng bắt giữ flouride trên bề mặt phụ thuộc chủ yếu vào

pH và loại bề mặt hấp phụ Giá trị

flouride trên dạng rắn (tại lượng

(mg F - /g) và C w  1.52 (mg/L) nên

K d  0.32 (L/g))

Nhận thấy rằng, K d tăng khi tăng chất hấp phụ ở pH cố

định, biểu hiện bản chất không

đồng nhất của bề chất hấp phụ Nếu bề mặt đồng nhất, giá

trị Kd ở pH đã cho sẽ không thay đổi theo nồng độ chất hấp phụ

) / ( L g C

C K

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3

Hình 4: Aûnh hưởng xử lý nhiệt lên

hiệu quả xử lý của chất hấp phụ

(nồng độ đầu vào 10 mg/l, thời gian

phản ứng 60 phút, pH nước thô 6,7-7,0;

nồng độ chất hấp phụ 16g/l)

Sự thay đổi hiệu quả hấp

phụ không rõ rệt khi chất

hấp phụ được gia nhiệt tới

3000C Nhưng tăng nhiệt độ hơn nữa hiệu quả loại bỏ giảm

Lượng flouride loại bỏ đạt cao

nhất ở nhiệt độ xử lý thấp Hiệu quả loại bỏ flouride

giảm khi nhiệt độ xử lý vượt quá 500 0C,

Hiệu quả giảm có thể do

sự biến thể bề mặt hay sự thay đổi cấu trúc của chất hấp phụ, tuy nhiên cần phải

được nghiên cứu sâu hơn Xử

lý nhiệt có thể loại bỏ nước và nhóm hydroxyl từ

bề mặt, và làm giảm số lượng vị trí phản ứng.

3.2 ẢNH HƯỞNG BỞI XỬ LÝ NHIỆT CHẤT

HẤP PHỤ

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3

Hình 5: Aûnh hưởng của sự trung hoà

lên dung lượng chất hấp phụvà

hiệu quả xử lý (nồng độ đầu vào

10 mg/l, thời gian phản ứng 60 phút,

pH nước thô 6,7 -7,0)

Kết quả cho thấy cả khả

năng và hiệu quả của chất hấp phụ bị trung hoà giảm

nếu so sánh với chất hấp phụ chưa xử lý (chưa trung hoà) với cùng các liều lượng chất hấp phụ tương ứng đã cho

Được giải thích là do cho

proton của các oxide bề mặt Khi ở dãy pH thấp, bề mặt bị hydroxyl của những

oxide này có thể làm gia tăng

tích điện dương trên bề mặt

(nên hấp phụ ion âm flouride) Và hổn hợp các oxide này sẽ tích điện không ở pH (pHpzc) khác nhau trong khoảng từ 5.5

tới khoảng 8.3 Tại pH trên

pHpzc, bề mặt là tích điện âm và flouride sẽ bị hấp phụ ít hơn tại pH trên 8, bởi vì

lực đẩy giữa ion flouride và tích điện âm trên bề mặt.

3.3 ẢNH HƯỞNG BỞI ĐỘ TRUNG HOÀ

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3

Hình 6: Nồng độ flouride sau xử lý và

dung lượng chất hấp phụ theo nồng độ

flouride ban đầu (liều lượng chất hấp phụ

16 g/l, pH 6,7-7,0)

Kết quả chỉ ra rằng flouride còn lại tại vị trí cân bằng là hàm tuyến tính theo hàm lượng flouride ban đầu trong nước Suy ra rằng cần nhiều hàm lượng chất hấp phụ để giảm flouride còn lại đạt mức cho phép.

Thời gian đạt cân bằng

không phụ thuộc vào nồng độ flouride ban đầu (không

biểu diễn số liệu)

Dung lượng hấp phụ tăng

khi gia tăng nồng độ ban đầu, điều này được cho là do

chưa tận dụng hết khả năng hoạt động bởi vì sự gia tăng khuếch tán và hoạt động flouride phụ thuộc vào sự tăng nồng độ Những vị trí hấp phụ

ở mặt trong của các lỗ có thể khó đạt được bởi vì sự cản trở khuếch tán lỗ

3.4 ẢNH HƯỞNG THEO NỒNG ĐỘ FLOURIDE

BAN ĐẦU

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3

Hình 7: Dung lượng chất hấp phụ cho chất

hấp phụ chưa xử lý ở nồng độ flouride

khác nhau theo thời gian (liều lượng chất

hấp phụ 16 g/l, pH = 6,7-7,0)

Xác định hấp phụ bề mặt hay bên trong dựa vào giả thiết của Weber và Morris cho xác định khếch tán cơ học:

Với qt là lượng bị hấp phụ (mg/g); thời gian t (s)

kp (mg/g.s1/2) là hằng số tỉ lệ khuếch tán vào bên trong

Không có đường tuyến tính tăng giữa lượng flouride được hấp phụ và căn bậc hai thời gian (giá trị kiểm soát sự hấp phụ bề mặt) =>

không có khuếch tán bên trong Vì thế, kết quả này cho

thấy thới gian cân bằng nhanh Có những khúc giảm tức qt tỉ lệ nghịch với t1/2 Cho thấy hai

hoặc ba bước xảy ra hấp phụ tới hạn Không có đường tuyến

tính tăng => lớp film khuếch tán không ảnh hưởng nhiều đến vận tốc phản ứng

3.4 ẢNH HƯỞNG THEO NỒNG ĐỘ FLOURIDE

BAN ĐẦU

2 / 1

t k

qt  p

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3

Hình 8: Aûnh hưởng pH nước thô lên

hiệu quả xử lý flouride và dung lượng

chất hấp phụ cho chất hấp phụ chưa

xử lý (nồng độ flouride ban đầu là 10

mg/l, nồng độ chất hấp phụ là 16 mg/l,

thời gian phản ứng 60 phút)

Phần trăm flouride loại bỏ

vẫn không đổi trong khoảng

pH từ 3-8

pH> 10: Hiệu quả loại bỏ

giảm rõ rệt tại

pH < 8: Không ảnh hưởng đến hiệu quả do sự hiện

diện các vị trí tích điện dương và trung hoà trên bề mặt chất hấp phụ

Quá trình hấp phụ flouride giảm tại pH >8 là do lực đẫy tĩnh điện của ion flouride lên bề mặt tích điện âm

và sự cạnh tranh vị trí hoạt

động với lượng lớn nhóm ion

hydroxyl

3.5 ẢNH HƯỞNG THEO pH TRONG NƯỚC