Nghiên cứu xử lý amoni trong nước bằng nhựa trao đổi ion

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu xử lý amoni nước nhựa trao đổi ion ĐỖ THỊ DUYÊN Foreverandone77@gmail.com Ngành Kỹ thuật Môi trường Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Lệ Minh Viện: Khoa học Công nghệ Môi trường HÀ NỘI, 5/2023 Chữ ký GVHD LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Lệ Minh tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, góp ý cho tơi q trình nghiên cứu hồn thành luận văn thạc sĩ Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể thầy, cô giáo, cán Viện Khoa học Công nghệ Môi trường - Đại học Bách Khoa Hà Nội truyền đạt cho kiến thức quý báu suốt thời gian học tập nghiên cứu Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp quan tâm, giúp đỡ q trình học tập, nghiên cứu hồn thành Luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2023 Tác giả Đỗ Thị Duyên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tơi thực chương trình đào tạo Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu kết luận văn trung thực chưa cơng bố Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung Luận văn Tác giả Đỗ Thị Duyên TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN a) Lý chọn đề tài Ở nhiều vùng, nước đất nguồn nước cho sinh hoạt hàng ngày người dân Tuy nhiên, nước đất gặp nhiều vấn đề bị nhiễm chất ô nhiễm, số amoni Nước đất xử lý bể lọc cát thông thường chứa nhiều chất ô nhiễm vượt giới hạn nồng độ tiêu chuẩn cho phép Mặc dù amoni không gây độc trực tiếp cho người sản phẩm chuyển hoá từ amoni nitrit nitrat gây độc cho sức khỏe Amoni nước xử lý nhiều phương pháp khác làm thống, oxy hóa, hấp phụ, sử dụng cơng nghệ màng,… Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng Tùy thuộc vào yêu cầu xử lý, công nghệ, điều kiện kinh tế, môi trường mà có biện pháp xử lý phù hợp Phương pháp trao đổi ion ứng dụng để xử lý amoni nhận quan tâm nhiều nhà khoa học Với ưu điểm hiệu xuất xử lý cao, xử lý amoni nồng độ thấp, thiết bị đơn giản,… trao đổi ion phương pháp cần mở rộng nghiên cứu ứng dụng b) Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích: Nghiên cứu khả xử lý amoni ứng dụng xử lý amoni nước đất vật liệu trao đổi ion CG8 SIR – 600 Đối tượng nghiên cứu: - Vật liệu: vật liệu trao đổi ion CG8 SIR – 600 thương mại - Nước chứa amoni nồng độ xác định pha chế phịng thí nghiệm nước đất nhiễm amoni huyện Quốc Oai huyện Hoài Đức TP Hà Nội Phạm vi nghiên cứu: Trong phịng thí nghiệm Nghiên cứu thực Trung tâm nghiên cứu phát triển công nghệ quản lý môi trường – Viện Khoa học Công nghệ môi trường, Công ty cổ phần công nghệ kỹ thuật Hatico Việt Nam c) Các nội dung đóng góp tác giả - Đã nghiên cứu ảnh hưởng thời gian tiếp xúc, pH, tỉ lệ rắn - lỏng, ion cạnh tranh đến hiệu xử lý amoni nước với nồng độ amoni ban đầu khoảng 50 mg/L - Đã biểu diễn số liệu thực nghiệm theo đẳng nhiệt Langmuir Freundlich cho thấy trình phù hợp với Langmuir Freundlich với hệ số R2>0,98 Dung lượng trao đổi ion tối đa 17,5 mg/g 16,0 mg/g tương ứng với vật liệu CG8 SIR-600 - Đã xác định động học trình xử lý amoni tuân theo giả động học bậc vật liệu CG8 giả động học bậc SIR-600 với hệ số tương quan tương ứng R2> 0,999 CG8 R2> 0,998 SIR-600 - Đã nghiên cứu xử lý nước đất nhiễm amoni (Quốc Oai – Hà Nội) với nồng độ số chất ô nhiễm amoni ~ từ 0,02 – 18,71 mg/L , pH trung tính, Ca2+: 24 - 77 mg/L, Mg 2+: 16 - 75 mg/L, Fe từ 0,05 – 11,15mg/L, As 0,0023 – 0,1 mg/L theo mẻ cột liên tục Kết thực nghiệm cột đạt dung lượng qcột = 4,70 mg/g vật liệu CG8 q cột = 4,01 mg/g vật liệu SIR – 600; hồn ngun gần hồn tồn lượng amoni trao đổi vật liệu NaCl 10% tái sử dụng vật liệu vài lần d) Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập tài liệu, nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp phân tích, phương pháp thống kê, xử lý số liệu phương pháp đồ họa sử dụng e) Kết luận Vật liệu trao đổi ion CG8 SIR – 600 có khả xử lý amoni nước đất, vật liệu CG8 cho khả xử lý tốt so với SIR 600 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện trạng ô nhiễm amoni nước đất 1.1.1 Hiện trạng cấp nước sinh hoạt 1.1.2 Thực trạng tình hình nhiễm amoni nước đất 1.1.3 Nguyên nhân ô nhiễm amoni nước đất 1.1.4 Tác hại ô nhiễm amoni đến môi trường người 1.1.5 Một số đặc tính amoni 1.2 Một số phương pháp xử lý amoni nước đất 1.2.1 Phương pháp kiềm hóa làm thống 1.2.2 Xử lý amoni chất oxy hoá 10 1.2.3 Phương pháp hấp phụ 11 1.2.4 Phương pháp sử dụng công nghệ màng 12 1.3 Ứng dụng phương pháp trao đổi ion xử lý amoni nước đất 13 1.3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp trao đổi ion 13 1.3.2 Vật liệu trao đổi ion 13 1.3.3 Các đặc trưng vật liệu trao đổi ion 18 1.3.4 Động học trình trao đổi ion 24 1.3.5 Quá trình trao đổi ion cột trao đổi ion 27 1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng phương pháp trao đổi ion xử lý amoni 36 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 40 2.1.Vật liệu nghiên cứu 40 2.1.1 Hạt nhựa trao đổi ion CG8 40 2.1.2 Hạt nhựa trao đổi ion SIR-600-NaK 40 2.2 Hóa chất, thiết bị, dụng cụ 41 2.3 Phương pháp nội dung nghiên cứu 43 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu 43 2.3.2 Nội dung nghiên cứu 46 2.4 Quy trình thực nghiệm 47 2.4.1 Thực nghiệm theo mẻ 47 2.4.2 Xử lý amoni nước đất theo mẻ 48 2.4.3 Xử lý nước đất nhiễm amoni cột trao đổi ion 48 2.5 Phương pháp đo phân tích 49 2.6 Xử lý thống kê biểu diễn số liệu thực nghiệm 50 2.6.1 Các loại sai số cách khắc phục 50 2.6.2 Phần mềm sử dụng để biểu diễn số liệu thực nghiệm 52 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 3.1 Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý amoni 53 3.1.1 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất xử lý amoni nước 53 3.1.2 Ảnh hưởng pH 54 3.1.3 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn – lỏng 56 3.1.4 Ảnh hưởng nồng độ ion ban đầu ion khác 58 3.2 Động học trình trao đổi ion 60 3.2.1 Nghiên cứu động học trình trao đổi ion 60 3.2.2 Đẳng nhiệt theo thuyết Langmuir Freundlich 61 3.3 Ứng dụng xử lý amoni nước ngầm 63 3.3.1 Thông số ô nhiễm mẫu nước ngầm nghiên cứu 63 3.3.2 Xử lý amoni nước ngầm theo mẻ 64 3.3.3 Xử lý amoni cột trao đổi ion 66 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 76 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Danh mục ký hiệu Các kí hiệu Nội dung b Hằng số Langmuir C0 Nồng độ amoni ban đầu Ce Nồng độ amoni trạng thái cân Ct Nồng độ amoni thời gian t Kf Hằng số Freundlich qe Dung lượng trao đổi amoni thời điểm cân qm Dung lượng trao đổi amoni cực đại qt Dung lượng trao đổi amoni thời điểm t R2 Hệ số tương quan R/L Rắn/ Lỏng Fets Sắt tổng số Asts Asen tổng số Danh mục từ viết tắt Các từ viết tắt Nội dung BTNMT Bộ Tài ngun Mơi trường BV Thể tích lớp nhựa (Bed Volume) cột BYT Bộ Y tế QCVN Quy chuẩn Việt Nam DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Bản đồ phân bố ô nhiễm amoni nước đất Hà Nội theo nồng độ amoni [11] Hình 1.2 Nồng độ amoni nước đất số địa phương giai đoạn 2014-2015 [7] Hình 1.3 Cấu trúc phân tử ion amoni Hình 1.4 Ảnh hưởng pH đến tồn ion amoni ammoniac [30] Hình 1.5 Cấu trúc nhựa trao đổi ion 16 Hình 1.6 Đẳng nhiệt trao đổi ion hệ số tách 22 Hình 1.7 Đồ thị đường giả động học bậc bậc 25 Hình 1.8 Đồ thị phương trình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich 26 Hình 1.9 Cột trao đổi ion 28 Hình 1.10 Phân vùng cột trao đổi ion [40] 29 Hình 1.11 Biểu diễn đường cong thoát chuyển động lưu thể [40] 29 Hình 1.12 Đường cong lý tưởng [40] 30 Hình 1.13 Hiệu ứng tự dốc cột trao đổi ion 32 Hình 1.14 So sánh rửa giải đồng dòng (nhánh trên) ngược dòng (nhánh dưới) 34 Hình 1.15 Đường cong giai đoạn rửa giải/tái sinh điển hình 34 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình thực nghiệm theo mẻ gián đoạn 44 Hình 2.2 Hệ thống thí nghiệm theo mẻ 44 Hình 2.3 Hệ thống cột trao đổi ion 45 Hình 2.4 Sơ đồ quy trình thực nghiệm xử lí liên tục 45 Hình 2.5 Sơ đồ hoàn nguyên vật liệu cột liên tục 46 Hình 2.6 Đường chuẩn amoni sử dụng nghiên cứu 50 Hình 3.1 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu xử lý 53 Hình 3.2 Ảnh hưởng pH ban đầu đến 54 Hình 3.3 Ảnh hưởng pH cân đến hiệu suất xử lý amoni 56 Hình 3.4 Ảnh hưởng tỉ lệ Rắn – Lỏng đến hiệu suất xử lý 57 Hình 3.5 Ảnh hưởng ion cạnh tranh đến hiệu suất xử lý amoni nước với vật liệu CG8 (a) SIR – 600 (b) 59 Hình 3.6 Giả động học trình xử lý amoni nước với vật liệu CG8 (a) SIR – 600 (b) 61 Hình 3.7 Đẳng nhiệt Langmuir Freundlich xử lý amoni nước với vật liệu CG8 (a) SIR – 600 (b) 62 Hình 3.8 Đường cong xử lý amoni nước ngầm vật liệu SIR 600 66 Hình 3.9 Đường cong thoát xử lý amoni nước ngầm vật liệu CG8 67 Hình 3.10 Hoàn nguyên vật liệu trao đổi ion CG8 (a) SIR-600 (b) 68 Nhìn chung, đường cong rửa giải/tái sinh thu từ thực nghiệm có dạng tương đồng với lí thuyết (hình 1.15) Hiệu suất rửa giải/tái sinh với chu kì tính theo cơng thức: RE i = 100(Ai – Bi )/Ai (%) (III.1) Trong đó: REi hiệu suất hồn ngun (%) chu kì i i chu kì Ai lượng amoni trao đổi giai đoạn đường cong thoát chu kì i (mg) B i lượng amoni khỏi cột giai đoạn hồn ngun chu kì i (mg) Kết thực nghiệm cho thấy giá trị hiệu suất hoàn nguyên giảm sau chu kỳ, chu kỳ hiệu suất hoàn nguyên hai vật liệu khoảng 90%, chu kỳ hiệu rửa ngược CG8 đạt 85,85%; SIR – 600 đạt 75,64% So sánh với hiệu suất hoàn nguyên từ nghiên cứu tiền nhiệm Qiaosi Deng cộng [56] (khoảng 90%), nhận thấy giá trị cao so với số thu từ thực nghiệm Sở dĩ có sai khác điều kiện thực khác hệ (bản chất mẫu nước xử lí, pH, nồng độ dung dịch rửa giải, loại hình vận hành gián đoạn hay liên tục, ) Điều cho thấy hoàn nguyên chưa thật vận hành tốt Xét điều kiện thực tiễn, với kết hiệu suất hoàn nguyên vật liệu CG8 đạt hiệu hoàn nguyên từ 85 – 90 % thích hợp tái sử dụng thu hổi amoni sau trình sử dụng Đối với vật liệu SIR – 600, việc hoàn nguyên vật liệu lần đầu đạt hiệu suất 90% sang chu kỳ hiệu suất hồn ngun cịn 75,64 %, để tái sử dụng thu hồi amoni, cần có biện pháp tăng hiệu hoàn nguyên vật liệu 69 KẾT LUẬN Trên sở kết thực nghiệm nghiên cứu xử lý amoni nước ngầm hai loại vật liệu SIR – 600 CG8 rút số kết luận sau: - Xử lý dung dịch amoni nồng độ 50 mg/L: + Khi sử dụng SIR 600: dải pH ban đầu 1:12 (ứng với pH cân 2-6 ), tỉ lệ R/L 10 g/L, thời gian tiếp xúc phù hợp để xử lý 60 phút, giá trị dung lượng trao đổi ion ghi nhận 60 phút 4,81 mg/g đạt hiệu suất cao ổn định 86,5% + Khi sử dụng CG8: dải pH ban đầu 1:12 (ứng với pH cân 2-6), tỉ lệ R/L 10 g/L, thời gian tiếp xúc phù hợp phút, với giá trị dung lượng trao đổi ion giữ ổn định 5,35 mg/g đạt hiệu suất cao ổn định 96,3% + Với hệ số tương quan R2 > 0,98, trình xử lí phù hợp với mơ hình Langmuir Freundlich vật liệu, nghiệm với mơ hình Freundlich Giá trị dung lượng trao đổi cực đại Qm vật liệu SIR 600 15,99 mg/g, CG8 17,45 mg/g + Quá trình xử lí amoni nước tn theo mơ hình giả động học bậc với hệ số tương quan R tiệm cận - Xử lý nước ngầm nhiễm amoni nghiên cứu có nồng độ chất ô nhiễm: amoni ~ từ 0,02 – 18,71 mg/L, pH trung tính, Ca 2+ : 24 - 77 mg/L, Mg2+: 16,80 - 75 mg/L, Fe từ 0,05 – 11,15mg/L, As 0,0023 – 0,1 mg/L + Khi sử dụng vật liệu SIR 600 CG8: tỉ lệ R/L = 10 g/L, thời gian tiếp xúc 30 phút đạt hiệu suất cao xử lý nước ngầm đạt tiêu chuẩn loại A nước ô nhiễm thấp + vật liệu SIR 600 CG8 có khả xử lý cation kim loại làm giảm độ cứng nước Nước sau xử lí đạt quy chuẩn cho phép Bộ tài nguyên Môi trường - Dung lượng trao đổi ion cột CG8 nước ngầm (5,22 mg/g chu kì 5,07 mg/g chu kì Hiệu suất hồn ngun qua chu kì đạt 89,86%, chu kì 85,85% Dung lượng trao đổi ion cột vật liệu SIR600 nước ngầm 4,01 mg/g chu kì 3,75 mg/g chu kì Hiệu suất hồn ngun qua chu kì đạt 90 %, chu kì 75,64% Từ kết thu trên, kết luận vật liệu SIR 600 CG8 có khả xử lí nước ngầm nhiễm amoni đạt hiệu suất cao điều kiện phù hợp 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [ [1] Y, Ding; M, Sarta, "Optimization of ammonia removal by ion exchange resin using response surface methodology," Int J Environ Sci Technol, vol 13, p 985–994, 2016 [ [2] T Jorgensen and L Weatherley, "Ammonia removal from wastewater by ion exchange in the presence of organic contaminants," Water Research, vol 37, p 1723–1728, 2003 [ [3] Y Wang, F Lin and W Pang, "Ammonium exchange in aqueous solution using Chinese natural clinoptilolite and modified zeolite," Journal of Hazardous Materials, vol 142, no 1-2, pp 160-164, 2007 [ [4] D Q Truong, P Loganathan, L M Tran, D L Vu, T V Nguyen, S Vigneswaran and G Naidu, "Removing ammonium from contaminated water using Purolite C100E: batch, column, and household filter studies," Environmental Science and Pollution Research, 2021 [ [5]Bộ Tài nguyên Môi trường, "Báo cáo trạng môi trường quốc gia: Môi trường đô thị," Hà Nội, 2016 [ 6]Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA), "Báo Cáo Cuối Kỳ: Điều tra ngành cấp thoát nước địa phương,," Hà Nội, 2015 [ [7] Bộ Tài nguyên Môi trường, "Báo cáo trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2011-2015," Hà Nội, 2015 [ [8] Trung tâm quan trắc dự báo tài nguyên nước, "Thông báo diễn biến tài nguyên nước đất tháng đầu năm 2013 dự báo xu diễn biến tài nguyên nước đất tháng cuối năm 2013 tháng đầu năm 2014," Hà Nội, 2014 [ [9] Bộ Tài nguyên Môi trường, "Thông báo diễn biến tài nguyên nước đất tháng đầu năm 2013 dự báo xu diễn biến tài nguyên đất nước tháng cuối năm 2013 tháng đầu năm 2014," Trung tâm quan trắc dự báo tài nguyên nước, Hà Nội, 2013 [ [10] T X Đức, Luận án tiến sĩ, Nghiên cứu, ứng dụng xử lý amoni nước ngầm hệ thiết bị sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động, Hà Nội: Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2018 [ [11] N T Hương, "Nghiên cứu khả hấp phụ amoni nước ngầm tro bay mơ hình cột," Khóa luận tốt nghiệp ngành Khoa học môi trường, Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên., 2016 [ [12] V T Mai and T V Tuyên, "Nghiên cứu khả xử lý amoni nước than sinh học từ lõi ngơ biến tính H3PO4 NạOH," Tạp 71 chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, vol 32, no 1S, pp 274-281, 2016 [ [13] P V Phú, "Nghiên cứu sử dụng chất thải nơng nghiệp làm vật liệu xử lí amoni nước," Viện Khoa học Công nghệ Môi trường đại học Bách Khoa Hà Nội, 2020 [ [14] V Đ Bình, "Tình trạng nhiễm amoni nước ngầm thành phố," Báo cáo hội thảo khoa học thành phố Hồ Chí Minh., Thành phố Hồ Chí Minh, 2010 [ [15] Y Huang, Y Du, T Ma, Y Deng, Y Tao, Y Xu and Z Leng, "Dissolved organic matter characterization in high and low ammonium groundwater of Dongting Plain, central China," Ecotoxicology and Environmental Safety, vol 208, p 111779, 2021 [ [16] A Aliewi and I Al-Khatib, "Hzard and risk assessment of pollution on the groundwater resources and residents’ health of Salfit District, Palestine," Journal of Hydrology: Regional Studies, vol 4, pp 472-486, 2015 [ [17] G Shaw, E White and C Gammons, "Characterizing groundwater– lake interactions and its impact on lake water quality," Journal of Hydrology, vol 492, pp 69-78, 2013 [ [18] N V Anh; ; Bang, Sunbaek; V P Hung; Kim, Kyoung-Woong, "Contamination of groundwater and risk assessment for arsenic exposure in Ha Nam province, Vietnam," Environment International, vol 35, no 3, pp 466-472, 2009 [ [19] T X Đức, Luận án tiến sĩ, Nghiên cứu, ứng dụng xử lý amoni nước ngầm hệ thiết bị sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động, Hà Nội: Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2018 [ [20] P V Hung; T T Mai ; P T K Trang, "Chemical characteristics of groundwater in southeastern Hanoi," HNUE JOURNAL OF SCIENCE, vol 62, no 10, pp 44-51, 2017 [ [21] L Đ Anh; H H Lộc;, "Đánh giá trạng sử dụng nước chất lượng nước ngầm Quận 12 - Thành phố Hồ Chí Minh," Tạp chí Khoa học Thủy lợi Môi trường, vol 62, pp 66-71, 2018 [ [22] V Đ Bình, "Tình trạng nhiễm amoni nước ngầm thành phố," Báo cáo hội thảo khoa học thành phố Hồ Chí Minh., Thành phố Hồ Chí Minh, 2010 [ [23] G Huang, L Fei, Y Yang, X Kong, S Li, Y Zhang and D Cao, "Ammonium-nitrogen-contaminated groundwater remediation by a sequential three-zone permeable reactive barrier (multibarrier) with 72 oxygen-releasing compound (ORC) /clinoptilolite/spongy iron: column studies," Environ Sci Pollut Res, vol 22, p 3705–3714, 2015 [ [24] M, Patterson B.; D, Franzmann P.; B, Davis G.; J.,, "Using polymer mats to biodegrade atrazine in groundwater: laboratory column experiments," Journal of Contaminant Hydrology, vol 54, no 3-4, pp 195-213, 2002 [ [25] Nambi, C Mekala and I M., "Transport of ammonium and nitrate in saturated porous media incorporating physiobiotransformations and bioclogging," Bioremediation Journal, vol 20, no 02, p 117–132, 2016 [ [26] N Jenny, S C J., B Michael, N D Duc, J Gunnar, H.-R Peter, N P Quy and R Håkan, "Tracing sources of ammonium in reducing groundwater in a well field in Hanoi (Vietnam) by means of stable nitrogen isotope (d15N) values," Applied Geochemistry, vol 61, p 248–258, 2015 [ [27] J Norrman; CJ Sparrenbom; M, Berg; DN, Dang; G, Ja, "Tracing sources of ammonium in groundwater in a well field in Hanoi (Vietnam) by means of stable nitrogen isotope values.," Appl Geochemistry, vol 61, p 248–258, 2015 [ [28] Công ty CP Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn QCVN Việt Nam, "Phân tích amoni nước tác hại chúng sức khỏe," [Online] Available: https://qcvn.com.vn/phan-tich-amoni-trong-nuoc-va-nhungtac-hai-cua-chung-doi-voi-suc-khoe-con-nguoi/ [Accessed 10 12 2021] [ [29] Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering: Streatment and Reuse (Fourth Edition), McGraw-Hill Companies, Inc, 2003 [ [30] Trí Việt Corp, "Quá Trình Làm Thống Trong Xử Lý Nước Thải," [Online] Available: https://trivietcorp.net/qua-trinh-lam-thoang-trong-xuly-nuoc-thai-ban-can-biet/ [Accessed 2021] [ [31] L V Cát, Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ phốt pho, Hà Nội: Nhà xuất Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2007 [ [32] C Cobzaru and V Inglezakis, "Chapter Ten - Ion Exchange," in Progress in Filtration and Separation,, Academic Press, 2015, pp 425498 [ [33] JY, Tseng; CY, Chang; CF, Chang; YH, Chen; CC, Chang; DR, Ji; CY, Chiu; PC, Chiang, "Kinetics and equilibrium of desorption removal of copper from magnetic polymer adsorbent.," J Hazard Mater, vol 171, pp 370-377, 2009 [ [34] KV, Kumar; S, Sivanesan, "Selection of optimum sorption kinetics: comparison of linear and non-linear method.," J Hazard Mater, vol 134, pp 277-297, 2006 73 [ [35] I, Langmuir, "The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum.," J Am Chem Soc, vol 40, pp 1361-1403, 1918 [ [36] HM, Freundlich, "Over the adsorption in solution," J Phy Chem, vol 57, pp 385-470, 1906 [ [37] M Argun, S Dursun, C Ozdemir and M Karatas, "Heavy metal adsorption by modified oak sawdust: Thermodynamics and kinetics," Journal of Hazardous Materials, vol 141, pp 77-85, 2007 [ [38] H Patel, "Fixed-bed column adsorption study: a comprehensive review," Applied Water Science, vol 9, p 45, 2019 [ [39] A Alshameri, A Ibrahimd, A Assabri, X Lei, H Wang and C Yan, "The investigation into the ammonium removal performance of Yemeni natural zeolite: Modification, ion exchange mechanism, and thermodynamics," Powder Technology, vol 258, p 20–31, 2014 [ [40] A Malovanyy, H Sakalova, Y Yatchyshyn, E Plaza and M Malovanyy, "Concentration of ammonium from municipal wastewater using ion exchange process," Desalination, vol 329, pp 93-102, 2013 [ [41] R Malekian, J Abedi-Koupai, S S Eslamian, S F Mousavi, K C Abbaspour and M Afyuni, "Ion-exchange process for ammonium removal and release using natural Iranian zeolite," Applied Clay Science, vol 51, pp 323-329, 2011 [ [42] M Sica, A Duta, C Teodosiu and C Draghici, "Thermodynamic and kinetic study on ammonium removal from a synthetic water solution using ion exchange resin.," Clean Techn Environ Policy, vol 16, p 351–359, 2014 [ [43] ResinTech Inc, "CG8," Ion Exchange Resin, [Online] Available: https://resintech.com/product/cg8/ [Accessed 25 11 2021] [ [44] ResinTech Inc, "SIR - 600," Exchange Ion Resin, [Online] Available: https://resintech.com/product/sir-600/ [Accessed 25 11 2021] [ [45] Bộ Khoa học Công nghệ Môi trường, Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6179 -1:1996 (ISO 7150/1: 1984 (E)) chất lượng nước - Xác định amoni - Phần 1: Phương pháp trắc phổ thao tác tay, Hà Nội, 1996 [ [46] OriginLab Corporation, "Origin and OriginPro," OriginLab Corporation, [Online] Available: https://www.originlab.com/index.aspx?go=Products/Origin [Accessed 29 2022] [ [47] T M Vu, V T Trinh, D P Doan, H T Van, T V Nguyen, S Vigneswaran and H H Ngo, "Removing ammonium from water using modified corncob-biochar," Science of The Total Environment, vol 579, pp 612-619, 2017 74 [ [48] A Neriman, G Ahmet, S Orhan, Ç M and E Debik, "Ammonia removal from aqueous solution by ion exchange using natural zeolite.," Fresenius Environmental Bulletin., vol 8, pp 344-349, 1999 [ [49] N Widiastuti, H Wu, H M Ang and D Zhang, "Removal of ammonium from greywater using natural zeolite," Desalination,, vol 277, no 1-3, pp 15-23, 2011 [ [50] C Li, Y Yu, Q Zhang, H Zhong and S Wang, "Removal of Ammonium from Aqueous Solutions Using Zeolite Synthesized from Electrolytic Manganese Residue," International Journal of Chemical Engineering, p 8818455, 2020 [ [51] AG, Volkov; S, Paula; DW, Deamer, "Two mechanisms of permeation of small neutral molecules and hydrated ions across phospholipid bilayers.," Bioelectrochem Bioenerg, vol 42, pp 153 - 160, 1997 [ [52] F Mazloomi and M Jalali, "Ammonium removal from aqueous solutions by natural Iranian zeolite in the presence of organic acids, cations and anions," Journal of Environmental Chemical Engineering, vol 4, p 240–249, 2016 [ [53] C Li, Y Yu, Q Zhang, H Zhong and S Wang, "Removal of Ammonium from Aqueous Solutions Using Zeolite Synthesized from Electrolytic Manganese Residue," International Journal of Chemical Engineering, no 8818455, p 14, 2020 [ [54] Qiaosi Deng, Bipro Ranjan Dhar, Elsayed Elbeshbishy & Hyung – Sool Le, "Ammonium nitrogen removal from permeates of anaerobic membrane bioreactor: economic regeneration of exhausted zeolite," Environment Technology, 2014 [55] Trần Mai Phương, Xử lí amoni nước ngầm phương pháp trao đổi ion, Viện Khoa học Công nghệ Môi trường đại học Bách Khoa Hà Nội, 2006 75 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Kết nghiên cứu Bảng PL 1.1 Kết thí nghiệm xác định ảnh hưởng tỉ lệ rắn – lỏng (Vdung dịch = 40 mL; 120 vòng/phút; pHbđ = 6,8, C0 ~54,8 mg/l, t=4h ) R/L (g/L) 1,06 CG8 Qe (mg/g) 32,88 H (%) 63,72 R/L (g/L) 1,06 2,04 21,19 78,85 2,06 15,72 59,16 3,03 15,52 85,78 3,00 13,19 72,35 5,03 9,84 90,36 5,03 9,16 84,12 8,04 6,34 93,11 8,08 6,09 89,86 10,04 5,23 95,92 10,05 4,99 91,64 12,02 4,41 96,85 12,08 4,16 91,73 15,02 3,57 97,91 15,05 3,38 92,90 18,05 2,98 98,21 18,08 2,81 93,01 10 20,05 2,68 98,26 20,07 2,55 93,63 STT SIR - 600 Qe (mg/g) 20,13 H (%) 38,92 Bảng PL 1.2 Kết thí nghiệm xác định ảnh hưởng thời gian (120 vòng/phút; pHbđ = 6,8, C0 ~55,68, R/L:1/10) t (phút) CG8 Qt (mg/g) SIR 600 H(%) Qt (mg/g) 20,0 H(%) 3,59458 64,1 1,19042 4,80144 85,8 1,86708 31,5 5,35261 96,3 2,99000 51,4 10 5,36211 96,4 3,69750 65,5 15 5,35861 96,3 4,10350 72,6 20 5,35734 96,3 4,29584 75,7 30 5,36036 96,3 4,65325 81,5 45 5,36449 96,4 4,81721 84,5 60 90 5,36637 5,37187 96,4 96,5 4,92718 5,01515 86,5 88,1 120 5,37637 96,5 5,09513 89,5 76 Bảng PL 1.3 Số liệu kết thí nghiệm ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý amoni nước ( t=4h, 120 vòng/phút; pH= 3-8, C ~50 mg/l, R/L:10/1) Vật liệu CG8 Nồng độ amoni sau xử lý (mg/L) NH4 + NH4 + STT NH4+ + NaCl + NaCl 0,001M 0,01M 37,35 37,31 37,69 Hiệu suất xử lý (%) NH4+ NH4 + NH4+ + NaCl + NaCl 0,001M 0,01M 25,31 25,38 24,63 10 9,02 3,17 2,78 2,80 2,67 2,82 5,56 18,57 31,25 9,61 4,13 3,82 3,66 3,54 3,95 7,77 20,14 37,34 15,13 10,91 10,74 10,75 10,44 11,07 12,76 27,63 42,10 81,97 93,66 94,44 94,41 94,65 94,36 88,89 62,87 37,50 80,77 91,73 92,35 92,67 92,92 92,10 84,45 59,71 25,32 69,74 78,18 78,52 78,50 79,13 77,86 74,48 44,73 15,79 11 48,85 48,98 49,90 2,31 2,05 0,19 Vật liệu SIR – 600 - NaK Nồng độ amoni sau xử lý Hiệu suất xử lý amoni (%) ((mg/L) NH4 + NH 4+ NH4 + NH4+ NH 4+ + NaCl + NaCl NH4 + + NaCl + NaCl 0,001M 0,01M 0,001M 0,01M 28,63 28,57 28,59 42,74 42,86 42,83 9,32 9,86 13,10 81,37 80,28 73,79 4,22 4,73 9,95 91,57 90,54 80,09 3,79 4,32 9,27 92,41 91,37 81,45 4,63 5,34 9,73 90,74 89,31 80,53 5,22 5,82 10,11 89,56 88,36 79,79 10 5,37 6,34 16,91 28,07 5,87 7,65 17,86 29,45 10,45 11,37 21,23 32,18 89,26 87,31 66,17 43,86 88,27 84,69 64,28 41,10 79,11 77,26 57,54 35,63 11 47,28 46,55 49,72 5,43 6,89 0,57 STT 77 Bảng PL 1.4 Số liệu kết thí nghiệm xác định ảnh hưởng ion cạnh tranh (Vxử lí = 40mL; 120 vòng/phút; pH= 3-8, C ~50 mg/l, R/L:10/1) Vật liệu SIR – 600 - NaK Vật liệu CG8 STT 11,46 0,17 Hiệu suất xử lý amoni (%) 98,49 21,52 0,51 33,61 Nồng độ Ion amoni cạnh ban đầu tranh (mg/L) NH4+ Ca Mg K Nồng độ amoni sau xử lý (mg/L) Nồng độ Nồng độ amoni ban amoni đầu sau xử lý (mg/L) (mg/L) Hiệu suất xử lý amoni (%) 11,46 0,67 94,15 97,61 21,52 1,98 90,77 1,12 96,65 33,61 3,86 88,52 42,48 2,00 95,28 42,48 5,17 87,81 52,35 3,06 94,14 52,35 7,40 85,85 11,51 0,53 95,34 11,51 1,47 87,22 22,00 1,38 93,70 22,00 3,34 84,79 33,22 2,46 92,58 33,22 5,63 83,05 43,62 3,67 91,57 43,62 8,88 79,65 52,59 5,57 89,40 52,59 12,00 77,19 11,49 0,93 91,88 11,49 1,05 90,83 21,70 1,92 91,16 21,70 3,02 86,04 33,32 3,78 88,65 33,32 5,41 83,76 42,92 5,80 86,49 42,92 8,42 80,39 52,43 7,55 85,60 52,43 11,57 77,93 11,57 0,43 96,27 11,57 0,97 91,62 21,80 1,03 95,23 21,80 2,82 87,07 33,32 1,98 94,05 33,32 4,75 85,74 43,02 3,12 92,75 43,02 7,59 82,34 52,23 4,18 92,00 52,23 11,05 78,84 78 Bảng PL 1.5 Số liệu kết thí nghiệm xác định đẳng nhiệt hấp phụ theo thuyết Langmuir Freundlich CG8 STT SIR - 600 Ce (mg/L) Qe (mg/g) Ce (mg/L) Qe (mg/g) 0,10 1,02 0,69 0,95 0,56 2,04 1,28 1,98 1,84 3,82 3,31 3,62 2,83 4,79 4,56 4,65 3,43 5,79 5,37 5,60 5,01 7,814 8,22 7,48 8,30 9,34 13,63 9,0 13,30 10,87 19,77 10,28 19,27 13,47 31,82 12,16 Bảng PL 1.6 Đường chuẩn phân tích amoni nước Điểm chuẩn Điểm chuẩn Điểm chuẩn Điểm chuẩn Điểm chuẩn Điểm chuẩn Điểm chuẩn Điểm chuẩn Nồng độ amoni (mg/L) 0.5 12 16 20 AbS 0.03325 0.06624 0.12314 0.23435 0.41554 0.62356 0.82686 0.99984 Phương trình đường chuẩn y = 0.0496x + 0.0213 R² = 0.99 1.2 0.8 y = 0.0496x + 0.0213 R² = 0.99 0.6 0.4 0.2 0 10 15 20 25 79 Bảng PL1.7 Kết phân tích thí nghiệm cột trao đổi ion CG8 Thời gian 50 100 150 180 200 220 270 300 330 356 380 400 420 440 460 480 500 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 Co (mg/L) Lần C (mg/L) 6.35 6.35 6.35 6.35 6.35 6.35 6.35 6.35 6.31 6.31 6.31 6.31 6.31 6.31 6.31 6.31 6.31 6.31 6.31 6.31 6.27 6.27 6.27 6.27 6.27 6.27 6.27 6.27 6.27 6.27 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 0.02 0.04 0.06 0.08 0.09 0.11 0.13 0.15 0.18 0.23 0.28 0.33 0.39 0.46 0.56 0.66 0.83 1.03 1.28 1.58 1.9 2.21 2.53 2.85 3.15 3.41 3.65 3.87 4.06 4.25 4.38 4.52 4.64 4.75 4.86 4.96 5.05 5.15 5.24 5.32 Vdd (mL) 65.8 3290 6580 9870 11515 13160 14805 16450 18095 19740 21056 22372 23688 25004 26320 27636 28952 30268 31584 32900 34216 34874 35532 36190 36848 37506 38164 38822 39480 40138 40796 41454 42112 42770 43428 44086 44744 45402 46060 46718 SIR - 600 Co (mg/L) Lần C (mg/L) 6.29 6.29 6.29 6.29 6.29 6.29 6.29 6.29 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 6.24 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 6.17 6.17 6.17 6.17 6.17 6.17 6.17 6.17 6.17 6.17 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.17 0.2 0.25 0.3 0.36 0.42 0.5 0.61 0.74 0.88 1.11 1.33 1.62 1.92 2.25 2.57 2.89 3.19 3.45 3.69 3.9 4.1 4.28 4.44 4.57 4.69 4.78 4.88 4.99 5.11 5.23 5.34 5.44 Vdd (mL) 65.8 3290 6580 9870 11515 13160 14805 16450 18095 19740 21056 22372 23688 25004 26320 27636 28952 30268 31584 32900 34216 34874 35532 36190 36848 37506 38164 38822 39480 40138 40796 41454 42112 42770 43428 44086 44744 45402 46060 46718 Co (mg/L) 5.27 5.27 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.24 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.21 5.19 5.19 5.19 5.19 Lần Ce (mg/L) 0.02 0.03 0.03 0.04 0.04 0.05 0.07 0.07 0.08 0.11 0.15 0.2 0.25 0.29 0.34 0.38 0.45 0.51 0.65 0.7 0.79 0.92 1.02 1.11 1.25 1.48 1.7 1.87 2.08 2.18 2.26 2.37 2.53 2.67 2.81 2.92 3.04 3.12 3.22 3.37 Vdd (mL) 64.8 3240 6480 9720 11664 12960 14256 17496 19440 21384 23068 24624 25920 27216 28512 29808 31104 32400 33696 34344 34992 35640 36288 36936 37584 38232 38880 39528 40176 40824 41472 42120 42768 43416 44064 44712 45360 46008 46656 47304 Co (mg/L) Lần C (mg/L) 5.18 5.18 5.18 5.15 5.15 5.15 5.15 5.15 5.15 5.15 5.15 5.15 5.15 5.15 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.1 0.02 0.03 0.03 0.04 0.04 0.05 0.07 0.08 0.1 0.13 0.19 0.25 0.3 0.36 0.41 0.47 0.52 0.6 0.77 0.87 0.98 1.1 1.23 1.39 1.57 1.78 1.98 2.17 2.33 2.5 2.66 2.82 2.96 3.1 3.23 3.36 3.5 3.62 3.71 3.81 80 Vdd (mL) 64.8 3240 6480 9720 11664 12960 14256 17496 19440 21384 23068 24624 25920 27216 28512 29808 31104 32400 33696 34344 34992 35640 36288 36936 37584 38232 38880 39528 40176 40824 41472 42120 42768 43416 44064 44712 45360 46008 46656 47304 740 750 760 770 780 790 800 810 820 830 840 850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 950 960 970 980 6.22 6.22 6.22 6.22 6.22 6.22 6.22 6.2 6.2 6.2 6.2 5.41 5.49 5.55 5.62 5.67 5.71 5.75 5.78 5.8 5.82 5.84 47376 48034 48692 49350 50008 50666 51324 51982 52640 53298 53956 6.15 6.15 6.15 6.15 6.15 5.53 5.61 5.67 5.72 5.76 47376 48034 48692 49350 50008 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 5.19 3.54 3.67 3.77 3.86 3.93 3.99 4.04 4.09 4.16 4.22 4.27 4.33 4.39 4.47 4.54 4.6 4.66 4.71 4.75 4.8 4.83 4.86 4.88 4.91 4.93 47952 48600 49248 49896 50544 51192 51840 52488 53136 53784 54432 55080 55728 56376 57024 57672 58320 58968 59616 60264 60912 61560 62208 62856 63504 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 3.89 3.99 4.07 4.13 4.19 4.25 4.31 4.36 4.42 4.47 4.52 4.56 4.6 4.65 4.69 4.73 4.76 4.78 4.8 4.81 4.82 81 47952 48600 49248 49896 50544 51192 51840 52488 53136 53784 54432 55080 55728 56376 57024 57672 58320 58968 59616 60264 60912 Bảng PL1.8 Kết phân tích nghiên cứu hồn ngun vật liệu trao đổi ion CG8 T (min) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 85 95 105 120 Lần C V NaCl (mg/L) (mL) 0.00 0.00 240.80 82.25 489.20 109.67 1574.70 137.08 1053.80 164.50 630.90 191.92 499.89 219.33 382.35 246.75 326.65 274.17 279.36 301.58 242.91 329.00 199.97 383.83 167.43 438.67 145.43 493.50 123.23 548.33 111.69 603.17 90.00 658.00 Lần C V NaCl (mg/L) (mL) 0.00 0.00 224.10 82.25 462.90 109.67 1401.70 137.08 911.80 164.50 614.10 191.92 478.20 219.33 352.03 246.75 318.01 274.17 269.78 301.58 238.34 329.00 195.21 383.83 161.32 438.67 135.11 493.50 121.90 548.33 107.91 603.17 83.50 658.00 SIR - 600 Lần C V NaCl (mg/L) (mL) 0.00 0.00 220.80 109.67 418.20 137.08 1450.20 164.50 999.20 191.92 580.30 219.33 483.72 246.75 363.35 274.17 306.42 301.58 269.24 329.00 233.69 356.42 191.97 383.83 172.24 411.25 135.88 466.08 122.23 520.92 111.69 575.75 98.00 658.00 Lần C V NaCl (mg/L) (mL) 0.00 0.00 140.00 109.67 348.31 137.08 1350.00 164.50 940.00 191.92 549.50 219.33 445.72 246.75 343.21 274.17 287.21 301.58 236.78 329.00 207.31 356.42 181.10 383.83 165.56 411.25 128.12 466.08 107.60 520.92 93.70 575.75 81.00 658.00 82 Phụ lục Một s hình ảnh tiến hành thực nghiệm Resinhtech SIR 600 Cột trao đổi ion hãng Kiriyama nhồi vật liệu SIR600 Resintech CG8 Hệ thống gom mẫu tự động thực nghiệm cột 83