Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Nghiên cứu xử lý Nitrat trong nước bằng vật liệu Hydroxit lớp kép (Mg-Al LDH – PVA/Alginat)
*****
Hấp phụ là phương pháp xử lý nitrat rất hiệu quả và kinh tế. Do đó luận văn này
hướng đến một vật liệu có hiệu quả hấp phụ cao, không độc hại, có khả năng phân hủy
sinh học và rẻ tiền đó là hydroxit lớp kép (Mg-Al LDH – PVA/Algninat)
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ nitrat của vật liệu Mg-Al
LDH-PVA/Alginat (bằng phương pháp tĩnh) cho thấy:
Xác định được vật liệu tối ưu cho quá trình hấp phụ nitrat là hạt 8% Mg-Al LDHPVA/Alginat
Độ pH của dung dịch không làm ảnh hưởng hay ảnh hưởng không đáng kể đến khả
năng hấp phụ của vật liệu, pH dao động từ 5 – 9.
Thời gian hấp phụ tối ưu là 8 giờ.
Nồng độ nitrat càng thấp thì khả năng hấp phụ của vật liệu càng cao.
Ảnh hưởng của các anion trong dung dịch đến khả năng hấp phụ nitrat của vật liệu
theo thứ tự: cacbonat > clorua > sulphat > photphat.
Nghiên cứu xử lý nitrat bằng phương pháp dòng chảy liên tục cho thấy: thời
gian vật liệu không còn khả năng xử lý là sau 28 giờ và thời gian để nồng độ nitrat
nằm trong khoảng giới hạn cho phép (2 – 10 mg/L) là 8 giờ.
Đường đẳng nhiệt hấp phụ trên vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/Alginate được
mô tả bằng phương trình Langmuir với sự tương thích cao hơn so với phương trình
đẳng nhiệt Freundlich, cho thấy quá trình hấp phụ chủ yếu là hấp phụ vật lý, quá trình
hấp phụ hóa học xảy ra kém hơn.
MỞ ĐẦU ..............................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..............................................................................................4
1.1. Tổng quan về nitrat....................................................................................................... 4
1.1.1.Nguồn phát thải nitrat vào môi trường ........................................................................4
1.1.1.1. Nước thải sinh hoạt..................................................................................................4
1.1.1.2. Nước thải công nghiệp ............................................................................................5
1.1.1.3. Nước thải nông nghiệp, chăn nuôi...........................................................................6
1.1.2. Quá trình chuyển hóa của nitrat trong nước ...............................................................7
1.1.3. Ảnh hưởng của nitrat tới môi trường và con người....................................................9
1.1.3.1. Ảnh hưởng tới môi trường.....................................................................................10
1.1.3.2 Ảnh hưởng tới con người ......................................................................................10
1.1.4. Các phương pháp xử lý nitrat ...................................................................................11
1.1.4.1. Phương pháp lọc thẩm thấu ngược RO .................................................................11
1.1.4.2. Phương pháp trao đổi ion. .....................................................................................12
1.1.4.3. Phương pháp sinh học. ..........................................................................................12
1.2.1. Khái niệm về LDH ...................................................................................................13
1.2.2. Đặc điểm cấu trúc của LDH .....................................................................................14
1.2.3. Tính chất của LDH ...................................................................................................15
1.2.4. Phương pháp điều chế LDH: ....................................................................................17
1.2.4.1. Phương pháp muối-oxit .........................................................................................17
1.2.4.2. Phương pháp xây dựng lại cấu trúc .......................................................................17
1.2.4.3. Phương pháp muối – bazơ (đồng kết tủa) .............................................................17
1.2.4.4. Phương pháp kết tủa trong dung dịch đồng thể.....................................................18
1.2.4.5. Phương pháp kết tủa trong chế độ chu kỳ và liên tục ...........................................18
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc của LDH trong quá trình điều chế ...................19
1.2.5.1. Ảnh hưởng của pH.................................................................................................19
1.2.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ........................................................................................20
1.3. Ứng dụng của LDH .................................................................................................... 20
1.4. Hấp phụ và phương pháp xử lý nước thải bằng vật liệu hấp phụ [5]......................... 21
1.4.1. Hấp phụ.....................................................................................................................21
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ...........................................................22
1.4.3. Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ......................................................................23
1.5. Phân tích nitrat bằng phương pháp đo quang phổ so màu UV - VIS......................... 23
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM.......................................................................................26
2.1. Thiết bị và hóa chất .................................................................................................... 26
2.2. Nghiên cứu xử lý nitrat trong nước ............................................................................ 26
2.2.1. Hấp phụ nitrat theo phương pháp tĩnh (batch experiment): .....................................27
2.2.1.1.Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng Mg-Al LDH trong hạt PVA/Alginat................27
2.2.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH..............................................................................28
2.2.1.3. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ .........................................................................28
2.2.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ nitrat ban đầu trong dung dịch.......................................28
2.2.1.5. Ảnh hưởng của các anion cạnh tranh ....................................................................28
2.2.2. Xử lý nitrat theo phương pháp dòng chảy liên tục (column experiment) ................29
2.2.3. Phương pháp phân tích nitrat bằng phương pháp salicylat [4].................................29
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................31
3.1. Đặc trưng cấu trúc của hạt Mg-Al LDH–PVA/Alginat ............................................. 31
3.2. Nghiên cứu hấp phụ nitrat bằng phương pháp tĩnh .................................................... 32
3.2.1. Ảnh hưởng của lượngMg-Al LDH có trong hạt PVA/alginat..................................32
3.2.2. Ảnh hưởng của pH....................................................................................................35
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ ............................................................................36
3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu..............................................................................38
3.2.5. Ảnh hưởng của các anion cạnh tranh .......................................................................42
3.3. Nghiên cứu xử lý nitrat bằng phương pháp dòng chảy liên tục ................................. 45
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................49
4.1. Kết luận....................................................................................................................... 49
4.2. Kiến nghị .................................................................................................................... 49
*****
Tính cấp thiết của đề tài:
Xử lý nước thải trước hết nhằm mục đích cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường
sống của con người và xa hơn nhằm duy trì cân bằng sinh thái, tạo điều kiện phát triển
bền vững lâu dài cho con người.
Nước thải – nước sau khi sử dụng đã bị nhiễm bẩn từ sinh hoạt, hoạt động công
nghiệp, nông nghiệp được thải ra khỏi khu vực đang sử dụng về một nguồn nhận như
ao, hồ, sông, biển. Trong khi dịch chuyển, một lượng nước thải nhất định sẽ thấm vào
đất tạo ra nước ngầm cũng đem theo chất gây ô nhiễm. Tác nhân gây ô nhiêm môi
trường trong nước là các chất có khả năng chuyển hóa thành các chất khác và các chất
bền tác động đến cân bằng sinh thái trong môi trường nước nhận.
Rất nhiều hợp chất gây ô nhiễm trong nước thải có khả năng chuyển hóa cao
trong môi trường nước tự nhiên thông qua các phản ứng hóa học, sinh hóa, quang hóa
và tác động đến cân bằng sinh thái của môi trường.
Nitrat – là một phần chuyển hóa của chu trình nitơ, là thành phần dinh dưỡng
cần thiết cho sinh vật. Tuy nhiên, quá nhiều nitrat trong nước sẽ gây ra hiện tượng phú
dưỡng làm rong rêu phát triển quá mức, giảm hàm lượng oxy tan trong nước, phá hủy
hệ động vật thủy sinh, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe môi trường và chất
lượng nước mặt. Nitrat cũng là nguyên nhân của bệnh methemoglobin huyết, hết sức
có hại cho trẻ em và các bà mẹ đang nuôi con nhỏ.
Nước thải từ các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, giết mổ gia súc, sinh
hoạt đô thị.... thường có chứa nhiều nitrat. Ngoài ra, ngành sản xuất nông nghiệp cũng
sản sinh ra một lượng nước nhiễm nitrat đáng kể do sử dụng phân bón, thuốc trừ
sâu…chúng bị rửa trôi ra sông hồ hay thấm vào nguồn nước ngầm. Ô nhiễm môi
trường nước bởi nitrat đã trở thành mối quan tâm của toàn cầu. Có rất nhiều phương
pháp xử lý nước ô nhiễm nitrat như phương pháp thẩm thấu ngược, trao đổi anion, hấp
phụ, xử lý sinh học... Tuy nhiên các phương pháp này có nhiều hạn chế như tạo ra
nhiều bùn thải, không xử lý triệt để và chi phí quá lớn. Hấp phụ là phương pháp xử lý
nitrat rất hiệu quả và kinh tế. Vật liệu hấp phụ được sử dụng phổ biến đó là than hoạt
tính nhưng chi phí xử lý quá cao. Do đó, nhiệm vụ đặt ra là sớm khai thác được vật
liệu hấp phụ thật rẻ tiền để xử lý nitrat.
Hydroxit lớp kép (Layered Double Hydroxide - LDH) là nhóm vật liệu khoáng
sét anion cấu trúc nano, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như là xúc tác,
xử lý môi trường, y học, v.v. và đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm
nghiên cứu. LDH có công thức chung là [M2+1-xM3+x(OH)2]x+[(Am-)x/m.nH2O]x-. Trong
đó M2+ là cation hóa trị 2, M3+ là cation hóa trị 3, x là tỷ lệ mol M3+/(M2++M3+), và A
là anion xen của hóa trị m. LDH mang điện tích dương được cân bằng bởi các anion và
nước đan xen[12,13]. Nhờ vào đặc tính diện tích bề mặt lớn và khả năng trao đổi anion
cao, nên trong những năm gần đây LDH đã được nghiên cứu và ứng dụng xử lý chất
độc hại oxyanion bao gồm phốt-phát[14-18], nitrat[19-23], crom[24-27], selen và
asen[28-31] trong nước. Cơ chế xử lý độc chất oxyanion trong nước bằng LDH chủ
yếu là hấp phụ và trao đổi anion. Nhìn chung, tất cả các công trình công bố ở trên đều
cho thấy hiệu quả loại bỏ hợp chất oxyanion trong nước của bột LDH, tuy nhiên, do độ
thấm thấp và lượng bùn sinh ra quá lớn, nên vật liệu LDH dạng bột không phù hợp
ứng dụng trong hệ thống lọc của các quy trình xử lý nước và nước thải. Để cải thiện
hạn chế trên, LDH dạng hạt được đề nghị sử dụng.
Ngậm “vật liệu chức năng (functional materials)” trong canxi alginat, ứng dụng
xử lý chất ô nhiễm trong nước và nước thải đang được các nhà khoa học trên thế giới
quan tâm do tính đơn giản và hiệu quả [32,33]. Độ xốp của Ca-alginat cho phép chất ô
nhiễm khuếch tán vào bên trong các hạt và tiếp xúc với các vật liệu chức năng [34].
Ngoài ra, alginat là chất không độc, phân hủy sinh học và gel không tan trong nước
[35]. Tuy nhiên, do độ bền cơ học và độ ổn định hóa học của canxi alginat trong nước
kém, nên nhanh chóng bị biến dạng, để cải thiện yếu điểm này canxi alginat được phối
trộn với polyvinyl alcol (PVA)[36]
Nghiên cứu này được thực hiện nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng LDH trong
quá trình xử lý độc chất oxyanion trong nước. Bột LDH sẽ được ngậm trong canxi
alginat pha trộn với PVA tạo thành các hạt LDH-PVA/Alginat. Nghiên cứu hiệu quả
xử lý N-NO3- trong nước của hạt LDH-PVA/Alginat. Các phương trình đẳng nhiệt hấp
phụ Langmuir và Freundlich được sử dụng để phân tích kết quả thực nghiệm.
Xuất phát từ những ưu điểm nêu trên chúng tui chọn đề tài: “Nghiên cứu xử lý
nitrat trong nước bằng vật liệu hydroxit lớp kép (Mg-Al LDH - PVA/Algninat)”.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xử lý nitrat trong nước bằng vật liệu hydroxit lớp kép Mg-Al LDH
ngậm trong hạt polyvinyl alcol/alginat.
Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ N-NO3- của vật liệu Mg-Al LDH-PVA/Alginat theo
phương pháp tĩnh (batch experiment), nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
hấp phụ như: lượng Mg-Al LDH chứa trong hạt PVA/Alginat, pH của dung dịch, thời
gian hấp phụ, nồng độ nitrat ban đầu và các anion cạnh tranh.
- Nghiên cứu khả năng xử lý N-NO3- của vật liệu Mg-Al LDH-PVA/Alginat theo
phương pháp dòng chảy liên tục (column experiment).
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nitrat[1]
Nitrat là một phần của chu trình nitơ trong môi trường. Hoạt động của con
người bao gồm nước thải đô thị, công nghiệp chưa được xử lý hay sử dụng quá nhiều
phân đạm trong sản xuất nông nghiệp,... đã phát thải nitrat vào môi trường gây ô
nhiễm nghiêm trọng môi trường đất, nước mặt và nước ngầm.
1.1.1.Nguồn phát thải nitrat vào môi trường[1, 11]
1.1.1.1. Nước thải sinh hoạt[11]
Thành phần nitơ trong thức ăn của người và động vật nói chung chỉ được cơ thể
hấp thu một phần, phần còn lại được thải ra dưới dạng chất rắn (phân) và các chất bài
tiết khác (nước tiểu, mồ hôi).
Nguồn nước thải từ sinh hoạt gồm: nước vệ sinh tắm, giặt, nước rửa rau, thịt,
cá, nước từ bể phốt, từ khách sạn, nhà hàng, các dịch vụ công cộng như thương mại,
bến tàu xe, bệnh viện, trường học, khu du lịch, vui chơi, giải trí. Chúng thường được
thu gom vào các kênh dẫn thải. Hợp chất nitơ trong nước thải là các hợp chất amoniac,
protein, peptid, axit amin, amin cũng như các thành phần khác trong chất thải rắn và
lỏng. Mỗi người hàng ngày tiêu thụ 5 – 16 gam nitơ dưới dạng protein và thải ra
khoảng 30% trong số đó. Hàm lượng nitơ thải qua nước tiểu lớn hơn trong phân
khoảng 8 lần. Các hợp chất chứa nitơ, đặc biệt là protein và urin trong nước tiểu bị
thủy phân rất nhanh tạo thành amoni/ammoniac. Trong các bể phốt xảy ra quá trình
phân hủy yếm khí các chất thải, quá trình phân hủy này làm giảm đáng kể lượng chất
hữu cơ dạng cacbon nhưng tác dụng làm giảm hợp chất nitơ không đáng kể, trừ một
phần nhỏ tham gia vào cấu trúc tế bào vi sinh vật. Hàm lượng hợp chất nitơ trong nước
thải từ các bể phốt cao hơn so với các nguồn thải chưa qua phân hủy yếm khí.
Trong nước thải sinh hoạt, nitrat và nitrit có hàm lượng rất thấp do lượng oxy
hòa tan và mật độ vi sinh tự dưỡng (tập đoàn vi sinh có khả năng oxy hóa amoni) thấp.
Thành phần amoni chiếm 60 – 80% hàm lượng nitơ tổng trong nước thải.
Nồng độ hợp chất nitơ trong nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng
nguồn nước thải: mức độ sử dụng nước của dân cư, mức độ tập trung các dịch vụ công
cộng, thời tiết, khí hậu trong vùng, tập quán ăn uống sinh hoạt (thức ăn nguội, tự nấu
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
Từ những kết quả nghiên cứu trên, rút ra được một số kết luận sau:
1. Đã xác định được vật liệu tối ưu cho quá trình hấp phụ nitrat là hạt 8% Mg-Al
LDH-PVA/Alginat
2. Đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ nitrat của vật liệu
8% Mg-Al LDH-PVA/Alginat (bằng phương pháp tĩnh) kết quả như sau:
Độ pH của dung dịch không làm ảnh hưởng hay ảnh hưởng không đáng kể đến
khả năng hấp phụ của vật liệu. Cho thấy có thể ứng dụng rộng rãi để xử lý nitrat trong
nước có độ pH thay đổi từ 5-9
Thời gian hấp phụ tối ưu là 8 giờ
Nồng độ NO3- trong dung dịch càng cao khả năng hấp phụ của vật liệu càng
giảm.
Ảnh hưởng của các anion trong dung dịch đến khả năng hấp phụ nitrat của vật
liệu được xếp theo thứ tự sau: cacbonat > clorua > sulphat > photphat
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir thích hợp để mô tả quá trình hấp
phụ nitrat trên hạt vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/Alginat hơn phương trình
Freundlich.
3. Xử lý nitrat bằng phương pháp dòng chảy liên tục cho thấy, với chiều cao và
đường kính của lớp vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/Alginat tương ứng là 15cm và 2cm
thì thời gian để nồng độ nitrat trong nước đầu ra vẫn nằm trong khoảng giới hạn cho
phép (2 – 10 mg/L) là 8 giờ và thời gian vật liệu không còn khả năng hấp phụ là 28
giờ.
4. Vật liệu hydroxit lớp kép (8% Mg-Al LDH-PVA/Alginat) là loại vật liệu hấp
phụ dễ dàng ứng dụng trong thực tế để xử lý nước ô nhiễm nitrat, đây là loại vật liệu
hấp phụ rẻ tiền, cho hiệu quả xử lý cao và không độc hại do dễ phân hủy sinh học.
4.2. Kiến nghị
Tham khảo một số tài liệu đã qua nghiên cứu cũng như trên cơ sở kết quả thực
nghiệm, chúng tui đề xuất một số ý kiến sau:
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Nghiên cứu xử lý Nitrat trong nước bằng vật liệu Hydroxit lớp kép (Mg-Al LDH – PVA/Alginat)
*****
Hấp phụ là phương pháp xử lý nitrat rất hiệu quả và kinh tế. Do đó luận văn này
hướng đến một vật liệu có hiệu quả hấp phụ cao, không độc hại, có khả năng phân hủy
sinh học và rẻ tiền đó là hydroxit lớp kép (Mg-Al LDH – PVA/Algninat)
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ nitrat của vật liệu Mg-Al
LDH-PVA/Alginat (bằng phương pháp tĩnh) cho thấy:
Xác định được vật liệu tối ưu cho quá trình hấp phụ nitrat là hạt 8% Mg-Al LDHPVA/Alginat
Độ pH của dung dịch không làm ảnh hưởng hay ảnh hưởng không đáng kể đến khả
năng hấp phụ của vật liệu, pH dao động từ 5 – 9.
Thời gian hấp phụ tối ưu là 8 giờ.
Nồng độ nitrat càng thấp thì khả năng hấp phụ của vật liệu càng cao.
Ảnh hưởng của các anion trong dung dịch đến khả năng hấp phụ nitrat của vật liệu
theo thứ tự: cacbonat > clorua > sulphat > photphat.
Nghiên cứu xử lý nitrat bằng phương pháp dòng chảy liên tục cho thấy: thời
gian vật liệu không còn khả năng xử lý là sau 28 giờ và thời gian để nồng độ nitrat
nằm trong khoảng giới hạn cho phép (2 – 10 mg/L) là 8 giờ.
Đường đẳng nhiệt hấp phụ trên vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/Alginate được
mô tả bằng phương trình Langmuir với sự tương thích cao hơn so với phương trình
đẳng nhiệt Freundlich, cho thấy quá trình hấp phụ chủ yếu là hấp phụ vật lý, quá trình
hấp phụ hóa học xảy ra kém hơn.
MỞ ĐẦU ..............................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..............................................................................................4
1.1. Tổng quan về nitrat....................................................................................................... 4
1.1.1.Nguồn phát thải nitrat vào môi trường ........................................................................4
1.1.1.1. Nước thải sinh hoạt..................................................................................................4
1.1.1.2. Nước thải công nghiệp ............................................................................................5
1.1.1.3. Nước thải nông nghiệp, chăn nuôi...........................................................................6
1.1.2. Quá trình chuyển hóa của nitrat trong nước ...............................................................7
1.1.3. Ảnh hưởng của nitrat tới môi trường và con người....................................................9
1.1.3.1. Ảnh hưởng tới môi trường.....................................................................................10
1.1.3.2 Ảnh hưởng tới con người ......................................................................................10
1.1.4. Các phương pháp xử lý nitrat ...................................................................................11
1.1.4.1. Phương pháp lọc thẩm thấu ngược RO .................................................................11
1.1.4.2. Phương pháp trao đổi ion. .....................................................................................12
1.1.4.3. Phương pháp sinh học. ..........................................................................................12
1.2.1. Khái niệm về LDH ...................................................................................................13
1.2.2. Đặc điểm cấu trúc của LDH .....................................................................................14
1.2.3. Tính chất của LDH ...................................................................................................15
1.2.4. Phương pháp điều chế LDH: ....................................................................................17
1.2.4.1. Phương pháp muối-oxit .........................................................................................17
1.2.4.2. Phương pháp xây dựng lại cấu trúc .......................................................................17
1.2.4.3. Phương pháp muối – bazơ (đồng kết tủa) .............................................................17
1.2.4.4. Phương pháp kết tủa trong dung dịch đồng thể.....................................................18
1.2.4.5. Phương pháp kết tủa trong chế độ chu kỳ và liên tục ...........................................18
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc của LDH trong quá trình điều chế ...................19
1.2.5.1. Ảnh hưởng của pH.................................................................................................19
1.2.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ........................................................................................20
1.3. Ứng dụng của LDH .................................................................................................... 20
1.4. Hấp phụ và phương pháp xử lý nước thải bằng vật liệu hấp phụ [5]......................... 21
1.4.1. Hấp phụ.....................................................................................................................21
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ...........................................................22
1.4.3. Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ......................................................................23
1.5. Phân tích nitrat bằng phương pháp đo quang phổ so màu UV - VIS......................... 23
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM.......................................................................................26
2.1. Thiết bị và hóa chất .................................................................................................... 26
2.2. Nghiên cứu xử lý nitrat trong nước ............................................................................ 26
2.2.1. Hấp phụ nitrat theo phương pháp tĩnh (batch experiment): .....................................27
2.2.1.1.Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng Mg-Al LDH trong hạt PVA/Alginat................27
2.2.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH..............................................................................28
2.2.1.3. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ .........................................................................28
2.2.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ nitrat ban đầu trong dung dịch.......................................28
2.2.1.5. Ảnh hưởng của các anion cạnh tranh ....................................................................28
2.2.2. Xử lý nitrat theo phương pháp dòng chảy liên tục (column experiment) ................29
2.2.3. Phương pháp phân tích nitrat bằng phương pháp salicylat [4].................................29
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................31
3.1. Đặc trưng cấu trúc của hạt Mg-Al LDH–PVA/Alginat ............................................. 31
3.2. Nghiên cứu hấp phụ nitrat bằng phương pháp tĩnh .................................................... 32
3.2.1. Ảnh hưởng của lượngMg-Al LDH có trong hạt PVA/alginat..................................32
3.2.2. Ảnh hưởng của pH....................................................................................................35
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ ............................................................................36
3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu..............................................................................38
3.2.5. Ảnh hưởng của các anion cạnh tranh .......................................................................42
3.3. Nghiên cứu xử lý nitrat bằng phương pháp dòng chảy liên tục ................................. 45
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................49
4.1. Kết luận....................................................................................................................... 49
4.2. Kiến nghị .................................................................................................................... 49
*****
Tính cấp thiết của đề tài:
Xử lý nước thải trước hết nhằm mục đích cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường
sống của con người và xa hơn nhằm duy trì cân bằng sinh thái, tạo điều kiện phát triển
bền vững lâu dài cho con người.
Nước thải – nước sau khi sử dụng đã bị nhiễm bẩn từ sinh hoạt, hoạt động công
nghiệp, nông nghiệp được thải ra khỏi khu vực đang sử dụng về một nguồn nhận như
ao, hồ, sông, biển. Trong khi dịch chuyển, một lượng nước thải nhất định sẽ thấm vào
đất tạo ra nước ngầm cũng đem theo chất gây ô nhiễm. Tác nhân gây ô nhiêm môi
trường trong nước là các chất có khả năng chuyển hóa thành các chất khác và các chất
bền tác động đến cân bằng sinh thái trong môi trường nước nhận.
Rất nhiều hợp chất gây ô nhiễm trong nước thải có khả năng chuyển hóa cao
trong môi trường nước tự nhiên thông qua các phản ứng hóa học, sinh hóa, quang hóa
và tác động đến cân bằng sinh thái của môi trường.
Nitrat – là một phần chuyển hóa của chu trình nitơ, là thành phần dinh dưỡng
cần thiết cho sinh vật. Tuy nhiên, quá nhiều nitrat trong nước sẽ gây ra hiện tượng phú
dưỡng làm rong rêu phát triển quá mức, giảm hàm lượng oxy tan trong nước, phá hủy
hệ động vật thủy sinh, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe môi trường và chất
lượng nước mặt. Nitrat cũng là nguyên nhân của bệnh methemoglobin huyết, hết sức
có hại cho trẻ em và các bà mẹ đang nuôi con nhỏ.
Nước thải từ các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, giết mổ gia súc, sinh
hoạt đô thị.... thường có chứa nhiều nitrat. Ngoài ra, ngành sản xuất nông nghiệp cũng
sản sinh ra một lượng nước nhiễm nitrat đáng kể do sử dụng phân bón, thuốc trừ
sâu…chúng bị rửa trôi ra sông hồ hay thấm vào nguồn nước ngầm. Ô nhiễm môi
trường nước bởi nitrat đã trở thành mối quan tâm của toàn cầu. Có rất nhiều phương
pháp xử lý nước ô nhiễm nitrat như phương pháp thẩm thấu ngược, trao đổi anion, hấp
phụ, xử lý sinh học... Tuy nhiên các phương pháp này có nhiều hạn chế như tạo ra
nhiều bùn thải, không xử lý triệt để và chi phí quá lớn. Hấp phụ là phương pháp xử lý
nitrat rất hiệu quả và kinh tế. Vật liệu hấp phụ được sử dụng phổ biến đó là than hoạt
tính nhưng chi phí xử lý quá cao. Do đó, nhiệm vụ đặt ra là sớm khai thác được vật
liệu hấp phụ thật rẻ tiền để xử lý nitrat.
Hydroxit lớp kép (Layered Double Hydroxide - LDH) là nhóm vật liệu khoáng
sét anion cấu trúc nano, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như là xúc tác,
xử lý môi trường, y học, v.v. và đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm
nghiên cứu. LDH có công thức chung là [M2+1-xM3+x(OH)2]x+[(Am-)x/m.nH2O]x-. Trong
đó M2+ là cation hóa trị 2, M3+ là cation hóa trị 3, x là tỷ lệ mol M3+/(M2++M3+), và A
là anion xen của hóa trị m. LDH mang điện tích dương được cân bằng bởi các anion và
nước đan xen[12,13]. Nhờ vào đặc tính diện tích bề mặt lớn và khả năng trao đổi anion
cao, nên trong những năm gần đây LDH đã được nghiên cứu và ứng dụng xử lý chất
độc hại oxyanion bao gồm phốt-phát[14-18], nitrat[19-23], crom[24-27], selen và
asen[28-31] trong nước. Cơ chế xử lý độc chất oxyanion trong nước bằng LDH chủ
yếu là hấp phụ và trao đổi anion. Nhìn chung, tất cả các công trình công bố ở trên đều
cho thấy hiệu quả loại bỏ hợp chất oxyanion trong nước của bột LDH, tuy nhiên, do độ
thấm thấp và lượng bùn sinh ra quá lớn, nên vật liệu LDH dạng bột không phù hợp
ứng dụng trong hệ thống lọc của các quy trình xử lý nước và nước thải. Để cải thiện
hạn chế trên, LDH dạng hạt được đề nghị sử dụng.
Ngậm “vật liệu chức năng (functional materials)” trong canxi alginat, ứng dụng
xử lý chất ô nhiễm trong nước và nước thải đang được các nhà khoa học trên thế giới
quan tâm do tính đơn giản và hiệu quả [32,33]. Độ xốp của Ca-alginat cho phép chất ô
nhiễm khuếch tán vào bên trong các hạt và tiếp xúc với các vật liệu chức năng [34].
Ngoài ra, alginat là chất không độc, phân hủy sinh học và gel không tan trong nước
[35]. Tuy nhiên, do độ bền cơ học và độ ổn định hóa học của canxi alginat trong nước
kém, nên nhanh chóng bị biến dạng, để cải thiện yếu điểm này canxi alginat được phối
trộn với polyvinyl alcol (PVA)[36]
Nghiên cứu này được thực hiện nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng LDH trong
quá trình xử lý độc chất oxyanion trong nước. Bột LDH sẽ được ngậm trong canxi
alginat pha trộn với PVA tạo thành các hạt LDH-PVA/Alginat. Nghiên cứu hiệu quả
xử lý N-NO3- trong nước của hạt LDH-PVA/Alginat. Các phương trình đẳng nhiệt hấp
phụ Langmuir và Freundlich được sử dụng để phân tích kết quả thực nghiệm.
Xuất phát từ những ưu điểm nêu trên chúng tui chọn đề tài: “Nghiên cứu xử lý
nitrat trong nước bằng vật liệu hydroxit lớp kép (Mg-Al LDH - PVA/Algninat)”.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xử lý nitrat trong nước bằng vật liệu hydroxit lớp kép Mg-Al LDH
ngậm trong hạt polyvinyl alcol/alginat.
Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ N-NO3- của vật liệu Mg-Al LDH-PVA/Alginat theo
phương pháp tĩnh (batch experiment), nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
hấp phụ như: lượng Mg-Al LDH chứa trong hạt PVA/Alginat, pH của dung dịch, thời
gian hấp phụ, nồng độ nitrat ban đầu và các anion cạnh tranh.
- Nghiên cứu khả năng xử lý N-NO3- của vật liệu Mg-Al LDH-PVA/Alginat theo
phương pháp dòng chảy liên tục (column experiment).
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nitrat[1]
Nitrat là một phần của chu trình nitơ trong môi trường. Hoạt động của con
người bao gồm nước thải đô thị, công nghiệp chưa được xử lý hay sử dụng quá nhiều
phân đạm trong sản xuất nông nghiệp,... đã phát thải nitrat vào môi trường gây ô
nhiễm nghiêm trọng môi trường đất, nước mặt và nước ngầm.
1.1.1.Nguồn phát thải nitrat vào môi trường[1, 11]
1.1.1.1. Nước thải sinh hoạt[11]
Thành phần nitơ trong thức ăn của người và động vật nói chung chỉ được cơ thể
hấp thu một phần, phần còn lại được thải ra dưới dạng chất rắn (phân) và các chất bài
tiết khác (nước tiểu, mồ hôi).
Nguồn nước thải từ sinh hoạt gồm: nước vệ sinh tắm, giặt, nước rửa rau, thịt,
cá, nước từ bể phốt, từ khách sạn, nhà hàng, các dịch vụ công cộng như thương mại,
bến tàu xe, bệnh viện, trường học, khu du lịch, vui chơi, giải trí. Chúng thường được
thu gom vào các kênh dẫn thải. Hợp chất nitơ trong nước thải là các hợp chất amoniac,
protein, peptid, axit amin, amin cũng như các thành phần khác trong chất thải rắn và
lỏng. Mỗi người hàng ngày tiêu thụ 5 – 16 gam nitơ dưới dạng protein và thải ra
khoảng 30% trong số đó. Hàm lượng nitơ thải qua nước tiểu lớn hơn trong phân
khoảng 8 lần. Các hợp chất chứa nitơ, đặc biệt là protein và urin trong nước tiểu bị
thủy phân rất nhanh tạo thành amoni/ammoniac. Trong các bể phốt xảy ra quá trình
phân hủy yếm khí các chất thải, quá trình phân hủy này làm giảm đáng kể lượng chất
hữu cơ dạng cacbon nhưng tác dụng làm giảm hợp chất nitơ không đáng kể, trừ một
phần nhỏ tham gia vào cấu trúc tế bào vi sinh vật. Hàm lượng hợp chất nitơ trong nước
thải từ các bể phốt cao hơn so với các nguồn thải chưa qua phân hủy yếm khí.
Trong nước thải sinh hoạt, nitrat và nitrit có hàm lượng rất thấp do lượng oxy
hòa tan và mật độ vi sinh tự dưỡng (tập đoàn vi sinh có khả năng oxy hóa amoni) thấp.
Thành phần amoni chiếm 60 – 80% hàm lượng nitơ tổng trong nước thải.
Nồng độ hợp chất nitơ trong nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng
nguồn nước thải: mức độ sử dụng nước của dân cư, mức độ tập trung các dịch vụ công
cộng, thời tiết, khí hậu trong vùng, tập quán ăn uống sinh hoạt (thức ăn nguội, tự nấu
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
Từ những kết quả nghiên cứu trên, rút ra được một số kết luận sau:
1. Đã xác định được vật liệu tối ưu cho quá trình hấp phụ nitrat là hạt 8% Mg-Al
LDH-PVA/Alginat
2. Đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ nitrat của vật liệu
8% Mg-Al LDH-PVA/Alginat (bằng phương pháp tĩnh) kết quả như sau:
Độ pH của dung dịch không làm ảnh hưởng hay ảnh hưởng không đáng kể đến
khả năng hấp phụ của vật liệu. Cho thấy có thể ứng dụng rộng rãi để xử lý nitrat trong
nước có độ pH thay đổi từ 5-9
Thời gian hấp phụ tối ưu là 8 giờ
Nồng độ NO3- trong dung dịch càng cao khả năng hấp phụ của vật liệu càng
giảm.
Ảnh hưởng của các anion trong dung dịch đến khả năng hấp phụ nitrat của vật
liệu được xếp theo thứ tự sau: cacbonat > clorua > sulphat > photphat
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir thích hợp để mô tả quá trình hấp
phụ nitrat trên hạt vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/Alginat hơn phương trình
Freundlich.
3. Xử lý nitrat bằng phương pháp dòng chảy liên tục cho thấy, với chiều cao và
đường kính của lớp vật liệu 8% Mg-Al LDH-PVA/Alginat tương ứng là 15cm và 2cm
thì thời gian để nồng độ nitrat trong nước đầu ra vẫn nằm trong khoảng giới hạn cho
phép (2 – 10 mg/L) là 8 giờ và thời gian vật liệu không còn khả năng hấp phụ là 28
giờ.
4. Vật liệu hydroxit lớp kép (8% Mg-Al LDH-PVA/Alginat) là loại vật liệu hấp
phụ dễ dàng ứng dụng trong thực tế để xử lý nước ô nhiễm nitrat, đây là loại vật liệu
hấp phụ rẻ tiền, cho hiệu quả xử lý cao và không độc hại do dễ phân hủy sinh học.
4.2. Kiến nghị
Tham khảo một số tài liệu đã qua nghiên cứu cũng như trên cơ sở kết quả thực
nghiệm, chúng tui đề xuất một số ý kiến sau:
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links