4542 Abs BTNMT ĐKTN EBPR EDX GAOs HQTT LCHP LOD LOQ MT PAC PAOs PHAs QCVN RSD RSD_ Rev XLN TCVN VEAs DANH MUC CAC CHU VIET TAT Độ hấp thụ Bộ Tài nguyên Môi trường Điều kiện thực nghiệm
Trang 1Tail naavili! fl
BO GIAO DUC VA DAO TAO PAI HOC HUE
TRUONG DAI HOC KHOA HOC
ee ee
KHAO SAT KHA NANG HAP PHU
"HOTPHAT TRONG NUOC BANG -BUN
THAI TU QUA TRINH XU LY NUOC
CUA CONG TY HUEWACO
CHUYEN NGANH: HOA PHAN TICH MÃ SÓ: 8440118 a
ee ee
LUAN VAN THAC SI KHOA HOC DINH HUONG NGHIEN CUU
NGUOI HUONG DAN KHOA HOC:
Ban co the xoa dona chu navi!!! LT/0498760562781000000
{ Formatted: Font: 18 pt
Formatted: Right: 0.5 cm, Space Before: 0 pt, After: 0 pt, Line spacing: Multiple 1.35 li
( Formatted: Font: 8 pt
{ Formatted: Font: 18 pt
: R5 Indent: Left: 0 cm, Space Before: | 0 pt, After: 0 pt, Line spacing: Multiple 1.35 li MT { Formatted: Font: 25 pt ]
{ Formatted: Font: 18 pt, Font color: Black ]
{ Formatted: German (Germany) ]
NI
{ Formatted: Font: 19 pt )
{ Formatted: Font: 21 pt ] Formatted: Justified, Indent: Left: 0 cm, Space Before: 0 pt, After: 0 pt, Line spacing: Multiple 1.35 li
Trang 2PGS.-TS HOANG THAI LONG
Formatted: Font: 18 pt
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cửu của cá nhân tôi Tất cả số liệu, kết quả nghiên cứu ghi trong luận văn là trung thực, chưa được người khác công bồ trong bất kỳ một công trình nào
_ | Formatted: German (Germany)
Trang 4Để hoàn thành luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
Thay PGS TS Hoàng Thái Long đã tận tình, hướng dẫn chu đáo đề tơi hồn thành đẻ tài này
| Tôi xin chan thanh cam on quy thay—-Thay Ceô giáo đã tận tình
hướng dân, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn
luyện tại Khoa Hóa, trường Đại học Khoa học Huế
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ủng
| hộ và động viên tinh thần đề tôi hoan thanh +6tbai luan van này
Mặc dù đã có nhiều cô gắng đề thực hiện đê tài một cách tốt nhật, nhưng bản thân còn hạn ché về kiến thức và kinh nghiệm nên không thẻ
tránh khỏi những sai sót Rất mong được sự góp ý của quý Thảy, Cô giáo
| ànhữ i a êm đề tài này để luận văn được hồn chỉnh h
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Thừa Thiên Huế, tháng 6 năm 2ồ
Học viên
ii
Formatted: Justified, Indent: Left: 0 cm, First line: 0 cm, Tab stops: 11.25 cm, Centered
Trang 5
MUC LUC Trang bia Trang phu bia, IUNv 8 1n .a i I0 no 0 a ii Muc luc Danh mục các chữ VIẾt VẮT, 0Q 1n tt E1 1211211112122112112121121211121112121 21c Vv Danh mục Cac Dang ¿c1 211212 1211112 111 012 H1 HH HH Hiên viivt 11 0u s/130)0)i10- 101 ixvit h0 0a +.gHẶ , ,HẬĂHẬH,,H, 1 CHUONG 1 TONG QUAN ỀẼ7 77 3
1.1 VAN DE O NHIEM NƯỚC Ở VIỆT NAM =
1.2 GIGI THIEU VE PHOTPHAT 3
1.2.1 Tính chât của photphat .ccccccsccsssessssessssessseesssecsssecsssecsseessecsstecssseesseeesseesseeess 3
1.2.2 Vòng tuần hoàn của photphat s2: 222+2222222+2223222231222112211222212 221 c2 5 1.2.3 Hiện tượng phú dưỡng
1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM PHOTPHATT : : 7 1.3.1 Phương pháp kết tủa .¿-225:222222112221122211222112211227112111221121112211 1111 cay 7
1:3.2 Phương pháp sinh học tắng CƯỜNG ‹‹:::.c‹:cz:cccccczcbitititEk0ti50k01t1501016136161664056468x6 8
1.3.3 Phương pháp hấp phụ và trao đổi ion -c¿c55c+2c2ccecvrrzrrrrerrrrer 10
1.4 SƠ LƯỢC VẺ BÙN THÁI CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC i11
1.4.1 Giới thiệu vẻ bùn thải của quá trình xử lý nước
1.4.2 Ứng dụng bùn thải XLN trong xử lý photphat - .2:-55¿c555zc55scc>s 1312
CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1514
2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - 22 +¿22++2EE2EE+EE+2EEtEEEEEEESEEtrrxrrrrrrree 1514 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ¿ 22 ©2£+2+++E++2E++EE++Extzrxrrrrerxee 1514
2.2.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV VIS -: c5cc+ 1544
2.2.2 Phé tan sac nang hong tia X (Energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDX)
iii
Formatted: French (France)
Field Code Changed |
Trang 6
2.2:4 PhHương pháp:định lượng:phoÍpH8Ê.¿ co coi nnH2 HH há gáy ng 1040166
2.2.4.1 NQUYCN anh .aaa
2 2A DA PRAMVL EPPA Unig evsussocessevvornesnnvnnesaevenseonsowuasennnisnenectuvs towoeasnanveunentnocesseensy 2.2.4.3 Dụng cụ, hóa chat
2.2.4.4 Cách tiến hành
2.2.5 Hap phu photphat bang chat hấp phụ bùn thải XLN
2.2.6 Đánh giá hoạt tính hập phụ của bùn thải XLN . -.: -5-:-: 22
2.3 THIET BI, DUNG CU, HOA CHAT VA VAT LIEU
23:1; Thidt bi Va dựng ðllssnssowsoitottigttÐ9lqeqYBiqeststtdsosuaastasaospsaadi 53 57:12 7 53
CHƯƠNG 3 KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 2ccc2225ccccccsccec D5
3.1 KẾT QUÁ PHÂN TÍCH THÀNH PHAN NGUYEN TO CUA BUN THAI
3.2 ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỬA PHƯƠNG PHÁP
3.2.1 Khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng 2625 3.2.2 Độ lặp lại cuc Sàn ng Hơn 2726
3.2.3 Độ đúng ch ngờ 2827
3.3 KHAO SAT CAC YEU TO ANH HUONG DEN KHA NANG HAP PHU
PHOTPHAT CUA BUN THAI CHUA XỬ LÝ NHIỆT . :©55¿ 2822
3.3.1 Ảnh hưởng của thời gian lẮC ¿-222tc22+c2ExtSEEvrtrkrrrrrrerrrrerrrrrrrree 2827 3.3.2 Anh huang ctia pH vceescccssesssssesssseesssecsssessssesssecssssesssecsssccssscessecsssecsseeessecesses 2928
3.3.3 Anh huong ctia néng d6 photphat ban dau .seeccsseeescssseecesseeeeeseeeeeeeneeseeee 3029 3.3.4 Ảnh hưởng của ion cạnh tranh :- s:+22+++22+t2E++tSEEtetrxrerrrrerrrrerrree 3332
3.4 KHAO SAT KHA NANG HAP PHU PHOTPHAT CUA VIEN BUN THAI
Trang 7I$000/ 90017 dd 444L IV 98019089:79 0697 1m ẽ 4542 Abs BTNMT ĐKTN EBPR EDX GAOs HQTT LCHP LOD LOQ MT PAC PAOs PHAs QCVN RSD RSD_ Rev XLN TCVN VEAs DANH MUC CAC CHU VIET TAT Độ hấp thụ
Bộ Tài nguyên Môi trường
Điều kiện thực nghiệm
Enhanced biological phosphorus removal (Xử lý photpho bằng phương « pháp sinh học tăng cường)
Energy-dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán sắc năng lượng tia -X)
Đăng lượng hập phụ
Glycogen accumulating organisms (Sinh vật tích lũy glycogen) Hồi quy tuyến tính
Lượng chat hap phu
Limit of Detection (Gidi han phat hién)
Limit of Quantitation (Gidi han định lượng) Môi trường Polyaluminium Chloride Polyphosphate accumulating organisms (Sinh vat tich Itiy “ polyphotphat) Polyhydroxyalkanoates Quy chuẩn Việt Nam
Relative Standard Deviation (Độ lệch chuẩn tương đối)
Relative Standard Deviation Horwitz (Độ lệch chuẩn tương đối +
Horwitz)
Recovery (D6 thu hồi)
Xử lý nước
Tiêu chuẩn Việt Nam
Trang 9
DANH MỤC CÁC BẢNG
=> pa pate ne nacre nae ea a aie aaa
Bang 1.1 Tich sé tan của một số hợp chất photphat của canxi, sắt, nhôm ở 25°C 8
Bang 3.1 Kết quả phân tích thành phản nguyên tô của bùn thải bằng phỏ EDX.2524 Bảng 3.2 Biến thiên của độ hấp thụ quang theo nồng độ P-PO¿ Bảng 3.3 Kết quả phân tích lặp lại dung dịch photphat ở các nông độ khác nhau 2726 Bảng 3.4 Kết quả phân tích photphat trong mẫu thêm chuẩn để xác định Rev 2827Z
Bảng 3.5 Ảnh hưởng của thời gian lắc đến hiệu suất hắp phụ 2928 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hắp phụ -: -.::-: 3029 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nông độ photphat ban đầu đến hiệu suất hấp phụ (H) và dung lượng hấp TT: Q hot g160018ã60510G10078G65G33i0800863ã00070g663ã01580030620GG004G30G.⁄00ỹ8f013500S8362018g060X00 3130 Bảng 3.8 Ảnh hưởng của ion clorua đến hiệu suất hấp plu photphat oc 3432 Bang 3.9 Anh hưởng cua ion sunfat dén hiéu suat hap Phi photp hat cesses, 3433
Bảng 3.10 Ảnh hưởng của ion sắt (II) đến hiệu suất hấp phụ photphat 3433 Bảng 3.11 Lượng chất hấp phụ photphat của viên bùn nung trong | gid 6 500°C Bảng 3.12 Lượng chât hâp phụ photphat của viên bùn nung trong Ì giờ ỏ Bảng 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến dung lượng hấp phụ photphat .4239- Bảng 3.15 Khảo sát sự giải hấp của bùn:thár đã xử lý HhiệEscsosesseessnsoeosaacosl 4349 vii
Formatted: Font: (Default) +Headings (Times New Roman), 14 pt, Bold
Formatted: Font: 14 pt
Formatted: Default Paragraph Font, English (U.S.), Check spelling and grammar Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Trang 10
Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Check
spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
N Formatted: Default Paragraph Font, Check
`` _ | spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Font:
Times New Roman, English (U.S.), Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, English (U.S.), Check spelling and grammar Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Tâm
Formatted: Default Paragraph Font, Font: | | Times New Roman, English (U.S.), Check “| spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, English || U.S.), Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Font: Times New Roman, English (U.S.), Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, English | (U.S.), Check spelling and grammar
Formatted: Default Paragraph Font, Check spelling and grammar
Trang 11
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Ã 25D er te aris cian Hinh 1.1 Chu trinh photpho trong tu nhién
Hình 1.2 Sông bị phú dưỡng es esescseeeeescsesesesececsesesesesscseseseeneeeeee 7 Hình 1.3 Sơ đồ quy trình EBPR -2- 2522: 222E t2 tEEErrrtrrrrrrrrrrrrrre 9 Hình 1.4 Quy trình xử lý và sản xuất nước uống - -¿©-:+cs+sccxrsrrrrrrr 1342 Hinh 2.1 Buc chuyén ctia cdc electron trong phan ttt .cccscccseecssesssecssteesseees 1645
Hình 2.2 Hình ảnh dạng bột (a), dạng viên (b) của bùn thải - - 222+
Hình 3.1 Biến thiên của độ hấp thụ quang theo nông độ P-PO¿ 2625 Hình 3.2 Đường chuẩn photphat 5: 25222S+2ES222S2S2EESEEErerxrerrrrrrrrrrer 2726 Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian lắc đến hiệu suất hấp phụ - 2928
Hình 3.4 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ
Hình 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ photphat ban đầu đến hiệu suất hap phu 3230
Hinh 3.6 Phuong trinh HQTT dé x4c dinh dung lượng hâp phụ cực đại 333L Hình 3.7 Ảnh hưởng của ion sat (IIT) đến hiệu suất hấp phụ - 3534 Hình 3.8 Dụng cụ đề thí nghiệm hấp phụ theo mô hình cột - -. 3635
Hình 3.9 Duag-lượagLượng chất hấp phụ photphat của viên bùn nung trong | gid ở Hình 3.10 Lượng chátĐwag-hượng hấp phụ photphat của viên bùn nung trong | gid
6 600°C 4037
Hình 3.11 Lượng chấtĐwag tượng hấp phụ photphat của viên bùn nung trong | gid J0 4138
Formatted: Font: (Default) +Headings (Times New Roman), 14 pt, Bold
Trang 12MỞ ĐẦU
Photphat là chất dinh dưỡng thường có mặt trong các nguồn nước tự nhiên, hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người đã làm gia tăng nông độ ion này trong nước Mặc dù không độc hại đối với con người, song khi có mặt trong nước với nông độ cao, cùng với nitrat, photphat sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng Ban đầu là sự phát triển bùng nổ của tảo, một lượng lớn bùn lắng được tạo thành do xác
của tảo chết, dân dân hỏ sẽ trở thành vùng đâm lây và cuối cùng là vùng đất khô, - [Fematted:vienamese
cuộc sóng của động vật thủy sinh trong hỏ bị ngừng trệ Cho đến nay, có nhiều phương pháp khác nhau để xử lý photphat như phương pháp hóa lý, phương pháp sinh học, hoặc kết hợp cả hai phương pháp này [12] Tuy nhiên, các phương pháp
này đều được chứng minh là quá đắt hoặc kém hiệu quả [17] Ở nước Anh, chỉ phí
xử lý hiện tượng phú dưỡng cho các ngành công nghiệp ước tính đạt lớn hơn 15 triệu bảng môi năm [12] -Tại Ireland, khoảng 30% chiều dài kênh, sông đang bị ô
nhiễm chủ yếu do hiện tượng phú dưỡng [8] Ở Việt Nam, phần lớn nước thải sinh
hoạt và một phân nước thải công nghiệp chưa xử lý đã và đang được đồ thẳng vào ÍFematted:venamese Formatted: Vietnamese Formatted: Vietnamese Formatted: Vietnamese `_| Formatted: Vietnamese a a SE T -=-=-=-=-= —- ¬ Formatted: Vietnamese Formatted: Vietnamese H3 > a a s 5 » & a pr 5 Đ Oo 5 = :đ â - a Be © > me a Bs a œ e © > e Bo 5 x Be = = aH 2 = ° 3 > Là 5 Be 5 oo i 3 = a Bùn thải của quá trình xử lý nước (bùn thải) là phé phẩm được tạo ra trong ; , ữ 3 : Formatted: Vietnamese
quy trình sản xuât nước uông, nơi các muôi nhôm hoặc sắt được sử dụng làm chat Formatted: Vietnamese
keo tụ để loại bỏ màu, độ đục, hợp chất humic và một số tác nhân gây ô nhiễm khác
Trang 13Bùn thải có thành phần hóa học quan trọng là nhôm hydroxit hoặc sắt (II) hydroxit, đo đó có khả năng hâp phụ nhiều chat, trong đó có photphat Cho đến nay, trén thé giới đã có nhiều đẻ tài nghiên cứu vé khả năng hấp phụ photphat trong nước bằng bùn thải M Razali và cộng sự (2007) đã sử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước đề loại bỏ các dạng photpho khác nhau trong dung dịch [14]; Zifu Li và cộng
sự (2013) đã dùng bùn thải từ năm thành phố của Trung Quốc để xử lý photpho
[19]; K.C Bal Krishna và cộng sự (2016) so sánh khả năng hấp phụ photpho của
bùn thải từ các nhà máy xử lý nước ngâm*[13].- -Tuy- nhiên; hiện-vân- chưa- thấy-
nghiên cứu nào được công bồ về khả năng hấp phụ photphat trong nước bằng bùn thải và ứng dụng của nó tại Việt Nam
Xuất phát từ các vẫn đẻ thực tiễn như đã nêu ở trên, chúng tôi quyết định nghiên cứu và thực hiện đề tài “Kho sát khả năng hấp phụ photphat trong nước bằng bùn thải từ quá trình xử lý nước của Công ty HUEWACO”, với mong muốn cung cấp thêm các thông tin cơ bản nhằm xây dựng phương án thích hợp đề tận dụng lượng bùn thải vào việc xử lý photphat tan trong nước, bảo vệ các nguồn
nước mặt
Trang 14CHUONG 1 TONG QUAN
1.1 VÂN ĐẺ Ô NHIỄM NƯỚC Ở VIET NAM
Ơ nhiễm mơi trường là các thay đổi không mong muốn về tính chất vật lý, hóa học, sinh học của không khí, nước hay đất có thê gây ảnh hưởng có hại cho sức khỏe, sự sông, hoạt động của con người hay sinh vat khác, Sự -ô nhiễm môi trường
dat, nước, không khí có mỗi liên hệ chặt chế với nhau Ô nhiễm nước là vấn để nan
giải và rộng khắp, tác động trực tiếp hay gián tiếp tới con người Do đó, việc kiểm soát và đánh giá mức độ ô nhiễm nước đang là mục tiêu quan tâm không chỉ với các nước phát triển mà ngay cả các nước đang phát triển như Việt Nam
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã gây nên một áp lực nặng nẻ đối với nguồn tài nguyên nước Môi trường nước ở nhiều đô thị, làng nghề đang ngày càng bị ô nhiễm bởi các nguồn thải Mức độ gây_
Tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và các khu vực sản xuất nông nghiệp thôn là nơi cơ sở ha tang còn lạc hậu, phân lớn các chat thải sinh hoạt con người và gia súc không được xử lý thâm xuống đất, bị rửa trôi và đi vào nguồn nước làm cho tình trạng ô nhiễm vẻ vi sinh ngày càng cao Bên cạnh đó việc lạm dụng thuốc trừ sâu, trừ cỏ, thuốc chồng nâm móc trong sản xuất, nuôi trồng đã khiến nguồn nước ở sông hỗ, kênh mương bị nhiễm bẫn gây ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe của H55 8501P0 8n 1.2 GIỚI THIỆU VỀ PHOTPHAT 1.2.1 Tính chất của photphat Axit octophotphorie là một axit ba nắc có độ mạnh trung bình, nó tạo ra ba rẻ bến ni hờ cö TS 21C n be SE be een Hi ae C50 bo per) aa le Formatted: Vietnamese Formatted: Vietnamese Formatted: Vietnamese Formatted: Vietnamese Formatted: Vietnamese ‘| Formatted: Vietnamese | Formatted: Vietnamese Formatted: Vietnamese Formatted: Vietnamese
{ Formatted: Portuguese (Brazil) Formatted: Portuguese (Brazil)
| Field Code Changed j
Formatted: Portuguese (Brazil)
’ | Field Code Changed |
Formatted: Portuguese (Brazil) _| Formatted: Portuguese (Brazil) Formatted: Portuguese (Brazil)
| Field Code Changed |
Trang 15[4]
Trong dung dịch HạPO¿ có các cân bằng:
HạPO¿,= HPO¿”,+ H* See Gi oy See eee gts ine ee aie ee ee see ee seem K;= 107%!
Tính chất vật lý: “Các -muỗi dihydrophotphat đều tan trong nước, các muối hydrophotphat và photphat trung hòa chỉ có muối kim loại kiểm và amoni dễ tan,
muối của các kim loại khác đều không tan hoặc ít tan trong nước [4]
Tính chất hóa học: Muỗi photphat tan tham gia các phản ứng thủy phân trong dung dịch:
PO, eer Stes ta sO gps renner eure en arene eee he H01 Eg a
H,PO,,+ H,0 = H;P0,+ 0H, fee Soe oe ee MY A A A a
(NH,):[PMo¡zO¿ø] có màu vàng, không tan trong dung dịch axit nitric nhưng tan
trong kiểm và dung dịch amoniac [4]:
3NH,* + PO,* + 12Mo00,? + 24H* — (NH,4)3[PMo 1.049] + 12H, Ở nồng độ cho phép, muối photphat có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, công nghiệp và kỹ thuật Một lượng lớn muối photphat của canxi và amoni được
dùng để sản xuất phân bón vô cơ Caz(PO¿); còn được dùng để sản xuất thức ăn cho
gia súc Muối NasPO„ được dùng để làm mêm nước cứng và làm chất tây rửa Muối
NaH;PO¿ cũng được dùng để làm mềm nước cung [4]
Tuy nhién, khi néng d6 vuot qué gidi han cho phép, phophat sé gay anh
hưởng rất lớn đến môi trường đất, nước, không khí và sức khỏe con người [4]
Formatted: Portuguese (Brazil) Formatted: Portuguese (Brazil) Formatted: Portuguese (Brazil) Formatted: Portuguese (Brazil) Formatted: Portuguese (Brazil)
Trang 161.2.2 Vòng tuần hoàn của photphat
Chu trình của photpho trong tự nhiên được mô tả bằng sơ dé sau đây: P hữu cơ | | (thực vật, dong vat, vi khuan) —m— Tổng hợp sinh chât - š Apatit Đá photphat, phân chỉm xương | núi lửa hóa thạch &———— Xói mòn phothat hóa Vi khuẩn - a tiết
Chim và Photphat hòa tan —D
cá ở biển Am Xương, răng, Trâm tích biên nông ——
Mắt vào trầm tích sâu
Hình 1.1 Chu trình photpho trong tự nhiên [15]
Chu trình photpho có tính cục bộ vì photpho thường tổn tại dưới dạng đá Đá photphat hòa tan đi vào nước hoặc đất Ngoài ra, một lượng lớn photpho được tích lũy trong cây trồng và được động vật hấp thụ Động vật và thực vật trả lại photphat hòa tan vào chu trình dưới dạng bài tiết và xác chết của chúng
Photpho đi vào nước thải và nước ngầm bằng ba con đường chính: các mỏ khoáng sản tự nhiên, sản xuất nông nghiệp và xử lý nước thải, trong đó, xử lý nước thải được coi là nguồn photpho chính đi vào các nguồn nước Ví dụ, khoảng 75% tổng lượng photpho thải ra ở Hà Lan xuất phát từ nước thải sinh hoạt Photpho trong nước thải tồn tại ở ba dạng chính: octophotphat, polyphotphat và các hợp chất
Photpho được sản xuất chủ yếu từ quặng apatit và quặng photphorit Quá trình sản xuất photpho tiêu thụ nhiều năng lượng và gây ra nhiều vấn đề môi trường
Formatted: Vietnamese
Formatted: Vietnamese
Trang 17
tuần hoàn -nguyên liệu của photpho bằng cách loại bỏ và tái chế từ nước thải đang được quan tâm trong những năm qua [15],
1.2.3 Hiện tượng phú dưỡng
động vật Trong môi trường nước, photpho tồn chủ yếu tổn tại ở dang octophotphat Hàm lượng photphat trong nước thường được điều chỉnh bởi các vi sinh vật tạo nên sự cân bằng trong hệ sinh thái Khi nguồn nước chứa nhiêu photphat sẽ có nguy cơ bị phú dưỡng, đây là hiện tượng phát triển mạnh, thậm chí bùng nổ của thực vật (chủ yếu là tảo, rong, bèo ) Sự phú dưỡng thường xuất hiện trong các ao, hd, sông chảy chậm , là hiện tượng không mong muốn đối với môi trường nước, vì nó tác động xâu đến chất lượng nước và hệ sinh thái
Theo nghiên cứu, hơn một nửa số hỗ ở châu Âu và châu Á (tương ứng với
53% va 54%), 48% ho ở Bắc Mỹ, 41% hồ ở Nam Mỹ và 28% hỗ ở Châu Phi bị ô
nhiễm do hiện tượng phú dưỡng Ở Hoa Kỷ, các vùng nước không thể sử dụng cho mục đđích ăn uống, câu cá, tưới tiêu và công nghiệp bị suy giảm đến 60% cũng do hiện tượng phú dưỡng Như vậy có thé thấy sự phú dưỡng đang là vấn đề đáng báo
động [15]
Khi các hỗ gia tăng chất dinh dưỡng, các loài tảo phát triển mạnh sẽ hạn chế
ánh nắng mặt trời Với hỗ phú dưỡng, lượng oxi hòa tan giảm đáng kể khi trời tối
do sự hô hấp của tảo, gây thiếu oxi cho các sinh vật thủy sinh Hiện tượng phú dưỡng có thể gây ra sự cạnh tranh giữa các loài trong hệ sinh thai, dan dén sự thay
đổi trong thành phần loài của hệ sinh thái, mất đa dang sinh học Ngoài ra, một số tảo nở hoa có chứa các hợp chất độc hại, tác động lên chuỗi thức ăn, dẫn đến tử
vong ở động vật
Bên cạnh đó, hiện nay vẫn còn nhiều vùng sử dụng nước ao hỗ đề cung cấp cho mục đích sinh hoạt hàng ngày, nhưng do nước chứa nhiêu thực vật trôi nồi làm cản trở việc làm sạch, gây ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn cung cấp nước cho người dân Đồng thời hiện tượng tảo phân hủy gây mùi khó chịu làm các hoạt động bơi
Photpho là một nguyên tổ dinh dưỡng rât quan trọng đối với thực vật va
Trang 18thuyền, câu cá giảm đáng kẻ, ảnh hưởng tới du lịch và giải trí
Từ năm 1950 đến 1995, khoảng 600 triệu tân photpho đã được sử dụng làm
phân bón trên toàn câu, trong đó, 200 triệu tắn phopho tích lũy trong các loại cây
trồng, 400 triệu tấn photpho đi vào môi trường đất, nước Vì vậy, việc loại bỏ
photphat tan trong nước là vẫn đề cập thiết hàng đầu đề giảm nguy cơ phú dưỡng
của một số nguồn nước mặt [I5]
Hình 1.2 Sông bị phú dưỡng
1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM PHOTPHAT 1.3.1 Phương pháp kết tủa
Kết tủa hóa học là một trong những phương pháp loại bỏ photphat được sử dụng một thời gian dài Người ta dùng các ion nhôm, sắt, canxi tạo ra cdc mudi tương ứng với photphat có độ tan thấp và tách chúng ra khỏi dung dịch dưới dạng chát rắn
Đặc trưng quan trọng nhật của một quá trình kết tủa là tích số tan Tích số tan của một chất càng nhỏ thì hiệu quả của phương pháp càng cao Giá trị tích số tan của một số hợp chất liên quan trong quá trình xử lý photphat bằng phương pháp
Ất ta ne Ae ^ Xt và ` aw @RS "tư tted: Vietn
kêt tủa với muôi nhôm, sắt và canxi được trình bày ở Bảng 1.1; „# SE co co he
Trang 19Bảng 1.1 Tích số tan của một số hợp chất photphat của canxi, sắt, nhôm ở 25°C T (tích số tan) MgNH,PO, £
Ca", All", Fe đều tạo ra các hợp chất photphat có độ tan thấp, đặc biệt là hydroxylapatit và apatit Phản ứng tạo thành hydroxylapatit xảy ra ở pH cao, nên nếu sử dụng vôi để xử lý loại photphat thì phải sử dụng dư lượng vôi để đảm bảo điều kiện về pH
Thực tế vôi là một tác nhân hiệu quả để loại bỏ photphat nhưng hiện nay ít
được sử dụng do sinh ra lượng bùn cao [I5]
Hydroxit -sắt, nhôm tan trở lại vào nước dưới dạng ferat hoặc aluminat
[Fe(OH);, Al(OH);] ở vùng pH cao (Œœ> 8,5), ở vùng pH thấp hơn chúng tổn tại ở
dạng kết tủa, vì vậy việc sử dụng muối sắt, muối nhôm đề làm loại bỏ phophat có hiệu quả và thực tế hơn so với sử dụng vôi
Nhược điểm chính của quá trình loại bỏ photphat bằng phương pháp kết tủa là tạo ra lượng bùn thải lớn Nếu thay thế các loại mudi sắt, mudi nhôm và vôi bằng phèn thì lượng bùn sinh ra nhỏ hơn nhiều nhưng van dé vẫn chưa được giải quyết triệt đề [ 5] 1.3.2 Phương pháp sinh học tăng cường
Trang 20này là lượng bùn tạo ra thấp và chỉ phí hoạt động vừa phải, | | Nước thải | Bể Ky Anoxie L| Hiểu || Bê Nước thải —*| láng khí ° khi lắng |” đãxử lý Bùn sinh học
Hình 1.3 Sơ đồ quy trình EBPR [15]
Phương pháp sinh học tăng cường dựa trên hiện tượng một số loại vi sinh vật tích lũy photpho nhiều hơn mức cần thiết trong điều kiện hiếu khí Trong quá trình EBPR, bùn hoạt tính phải thích ứng với sự thay đổi của điều kiện môi trường kị khí — hiểu khí —hiêw-khf(Hình 1.3) Nguồn cacbon phân hủy sinh học chỉ có sẵn trong
Trong phương pháp này, người ta dùng các vi sinh vật tích lũy polyphotphat (PAOs) để loại bỏ photpho Những vi sinh vật này có thẻ tiêu thụ và lưu trữ photpho dưới dạng polyphotphat nội bào nên lượng photpho trong pha lỏng và bùn hoạt tính giảm PAOs có thể tiêu thụ các nguồn cacbon khác nhau như axit béo để bay hơi —
axit hơi—axitbéo chuỗi ngắn (<7 C) (VFAs) trong điều kiện ki khí và lưu trữ chúng
dưới dạng các polyme cacbon (poly-P;hydroxiankanoat, PHAs) bên trong tế bào
Khả năng hấp thụ các nguồn cacbon khác nhau là đặc điểm nổi bật của PAOs so với hâu hết các vi sinh vật khác Đề tiêu thụ photpho và lưu trữ polyphotphat, cũng như dụng làm nguồn năng lượng trong điều kiện hiếu khí Nhìn chung, lượng photpho giảm nhờ loại bỏ chất thải bùn hoạt tính với nồng độ polyphotphat cao Thông thường việc loại bỏ photpho đạt được hiệu quả cao ở giai đoạn ki khí — hiểu —hiêœ khí trong quy trình EBPR Tuy nhiên, PAOs có thể sử dụng nitrit hoặc nitrat thay
oxi làm chất nhận điện tử và quá trình ki khí — thiếu khí cũng sẽ dẫn đến sự hấp thụ
Trang 21
photphat và nitrat Trong trường hợp này, giảm việc sục khí và nhu cầu về lượng cacbon bổ sung giảm dẫn đến giảm chỉ phí vận hành quy trình Ngày nay có rất
nhiều mô hình kết hợp cả quá trình hấp thụ photpho và nitơ Một quy trình EBPR
thành công phải có giá -cả vừa phải cũng như bền vững với môi trường đề loại bỏ photpho Tuy nhiên, độ tin cậy và ổn định của phương pháp này thập, có khả năng
xảy ra sự có trong -quá trình thực hiện, hiệu suất giảm và thậm chí là thất bại [15] Như đã nêu ở trên, quy trình EBPR có độ tin cậy và ồn định thấp Hiệu quả
của phương pháp giảm hoặc quy trình có thể thất bại vì nhiều lý do khác nhau như lượng kết tủa cao, giới hạn dinh dưỡng, nông độ photphat và nitrat ban dau cao Mặt khác, sự cạnh tranh vi sinh vật giữa các sinh vật tích lũy polyphotphat và các sinh vật tích lũy glycogen (non—polyphotphat) (GAOs) cũng là một trong những nguyên nhân làm giảm hiệu quả của quy trình GAOs cũng có thể sinh sản khi thay đổi điều kiện ki khí — hiếu khí như PAOs nhưng GAOs không hấp thụ photphat nên không đóng góp vào quá trình loại bỏ photpho Lượng GAOs cao không mong muốn trong các hệ thống EBPR khi chúng tiêu thụ VEAs mà không loại bỏ photphat, dù vậy GAOs vẫn được tìm thây trong nhiều quy trình EBPR Một trong những giải pháp trong trường hợp này là tăng lượng VEAs trong giai đoạn yếm khí Giải quyết vấn dé GAOs gan day trở thành mối quan tâm lớn vì hiệu quả chỉ phí ngày càng tăng cơ hội của quá trình hiện tại
1.3.3 Phương pháp hấp phụ và trao đổi ion
Phương pháp hấp phụ dựa trên nguyên tắc các chất ô nhiễm tan trong nước có thể bi hấp phụ trên bề mặt một số chất rắn (chất hấp phụ) Các chất hấp phụ thường dùng là than hoạt tính dạng hạt hay dạng bột, than bùn sây khô, đất sét hoạt
hóa
Các chất hữu cơ, chat mau, kim loai nang dé bi hap phu Luong chat hap phụ sử dụng tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chât và hàm lượng chất cần hấp phụ trong nước Trong nhiêu trường hợp người ta còn lợi dụng khả năng hấp phụ của sắt (III) hydroxit hoặc nhôm hydroxit tạo thành trong quá trình keo tụ để xử lý
loại kim loại nặng và các chât ô nhiễm hữu cơ độc hại trong nước
Trang 23Để đánh giá một chất hấp phụ cho mục đích ứng dụng thực tế cần phải xem xét dung lượng hấp phụ trong dung dịch, pH, thời gian hấp phụ cân bằng, khả năng tái sử dung, và dung lượng hấp phụ khi có mặt các anion và cation ảnh hưởng Xin
Huang và cộng sự [I8] đã biến tính phê thai da vun (skin split wastes, SSW) bang
sat (II) và nhôm đề xử lý photphat, kết quả cho thấy vật liệu SSW Fe có dung lượng hấp phụ photphat là 68 mg/g khi nồng độ photphat ban dau 1a 93 mg/L, thoi
gian hap phụ là 2 giờ, lớn hơn dung lượng hấp phụ của SSW AI (19,5 mg/g) trong cùng điều kiện Ưu điểm của phương pháp này là diện tích bề mặt lớn nên hiệu suất loại bỏ photphat cao, không phát sinh bùn thải, không thay đổi pH của dung dịch
trong quá trình xử lý, vật liệu có thể sử dụng tái tạo nhiêu lần, khả năng thu hỏi
photphat có chọn lọc, tính ứng dụng thực tế cao và tiết kiệm chỉ phí Do đó, hàng
loạt các nghiên cửu tìm kiểm và chế tạo vật liệu đã và đang được tiến hành đề tìm ra
loại vật liệu có khả năng xử lý photphat tốt nhất
1.4 SO LUGC VE BUN THAI CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC
1.4.1 Giới thiệu về bùn thải của quá trình xử lý nước
Trong quá trình xử lý và sản xuất nước uống, nước thô từ các nguồn nước
được thêm chất keo tụ để làm trong (thường là) PAC tại bể khuấy nhanh (bể tạo
bông cặn) và bể khuấy chậm (bề phát triển bông cặn) tạo ra bùn thải Loại bùn thải của quá trình xử lý nước này (gọi tắt là bùn thải XLN) chứa nhiều hydroxit của sắt
Trang 24Nước nguôn PAC Clo giai đoạn 1 Bề khuấy nhanh (Bê tạo bông cặn) _ Bê khuấy chậm (Bề phát triển bông cặn) Bề lắng Multflo Bê lọc cát Hệ thống bơm súc lọc Lọc than hoạt tỉnh Bề chứa Trạm bơm câp 2 Đài chứa nước Mạng cấp
Trang 25Formatted: Vietnamese
; : ~ -{ Formatted: Vietnamese photpho khác - nhat -trong- dụng - dịch- của -biin- thai- XLN.- Ket -qua -cho-thay-_- { Formatted: Vietnamese octophotphat KH;PO¿ được hấp phụ tốt nhất, tiếp theo là polyphotphat (NaPO2)s và = — cuối cùng là photphat hữu cơ C¡oH¡4NzOzPH;O; khả năng hấp phụ photpho của bùn
thải XLN trong môi trường axit và trung tính tốt hơn môi trường kiểm, xử lý được hơn 80% photpho không phụ thuộc vào dạng photpho Bùn thải XLN đã chứng
minh được tính hữu ích của nó như một vật liệu lọc hoặc chất hap phụ từ đó mở ra
các hướng tái sử dụng bùn thải XLN này để xử lý photpho trong kỹ thuật xử lý
nước thải thực [#t+4]‡ -= ==-=============-===-== ==-==-= = -—- Formatted: Vietnamese Formatted: Vietnamese
- Năm 2010, A.O Babatunde và cộng sự một lần nữa khẳng định được khả
năng hấp phụ photpho của bùn thải XLN thông qua nghiên cứu về phân tích cân
bằng và động học hâp phụ photpho từ dung dịch nước bằng cách sử dụng bùn thải Formatted: Vietnamese chita'phensihG nt [8lpesceee eee eee esses sees ees esses, Formatted: Vietnamese Formatted: Vietnamese - Năm 2013, Zifu Li và cộng sự cũng đã sử dụng bùn thải của quá trình xử lý_ Formatted: Vietnamese nước từ 5 thành phô ở Trung Quốc gồm Thành Đô, Tái Nguyên, Tô Châu, Lục Bàn Formatted: Vietnamese
Thủy và Thạch Gia Trang dé hap phu photpho Ket qua van cho thay bin thai XLN _ - (Formatted: Vietnamese
có khả nang hap phu tét photpho trong dung dịch Trong nghiên cứu này, các tác giả
còn ước tính được tuồi thọ của vật liệu hấp phụ với chất nên là bùn thải XLN [19]
- Năm 2015, Abhilash T Nair và cộng sự đã sử dụng bin thai lam chat xử lý, thu hồi photphat trong nước thải đô thị bằng tháp xử lý UASB Nhóm nghiên cứu đã
khảo sát các yêu tô hàm lượng bùn thải, pH và hàm lượng PAC để loại bỏ photphat
Với điều kiện nhật định bùn thải đã loại bỏ khoảng 87% hàm lượng photphat [7] - Năm 2016, K.C Bal Krishna và công sựs: đã so sánh khả năng hấp phụ
photpho của bùn thải từ các nhà máy xử lý nước ngam, Nghiên cứu này được thực_ Formatted: German (Germany)
hiện với bốn nhà máy xử ly khác nhau nằm ở Perth, Tây Úc Tất cả các loại bùn thử
nghiệm trong nghiên cửu này có hiệu quả trong xử lý loại photpho từ nước thải tổng
hợp và nước thải thứ cấp [13]
Formatted: German (Germany)
Trang 26CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Với mục tiêu đề tài: “Khảo sát, đánh giá được khả nang hap phu photphat tan trong nước của bùn thải từ quá trình keo tụ làm trong của Công ty HUEWACO, nhằm để xuất hướng tận dụng lượng bùn thải này vào việc xử lý nước thải, góp trung nghiên cứu những nội dung sau:
1 Phân tích thành phản nguyên tố của bùn thải bằng phương pháp EDX;
2 Đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích photphat;
3 Khảo sát các yếu tô ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ photphat (ảnh hưởng của nông độ photphat ban đầu, pH, thời gian lắc); xác định dung lượng hấp phụ cực
đại của bùn thải chưa xử lý nhiệt;
4 Khảo sát ảnh hưởng của các ion clorua, sunfat, sắt (II) lén kha nang hap phu photphat của bùn thải chưa xử lý nhiệt;
5 Khảo sát khả năng hấp phụ photphat của viên bùn thải XLN đã qua nung ở hình động và mô hình mẻ (Ảnh hưởng của nhiệt độ nung)
2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Xác định hàm lượng photphat bằng phương pháp quang phỏ hấp thụ phân tử UV-VIS;
- Khảo sát các yêu tó ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ bằng phương pháp đơn
biến;
- Xử lý số liệu bằng phương pháp thống kê với phản mềm MS Excel 2010
2.2.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV VIS
Sự hấp thụ của phân tử trong vùng quang phổ tử ngoại và khả kiến (UV- VIS) phụ thuộc vào cấu trúc electron của phân tử Sự hấp thụ năng lượng được lượng tử hóa và do các electron bị kích thích nhảy từ obitan có mức năng lượng
15
Trang 27thấp lên các obitan có mức năng lượng cao gây ra [13] Bước chuyền năng lượng này tương ứng với sự hấp thụ các tia sáng có bước sóng À khác nhau theo phương trình: AE =~ (2.1) Trong đó: -h: hằng số Planck; - c: tốc độ ánh sáng
Khi phân tử bị kích thích, các electron của các nguyên tử trong phân tử thực hiện các bước nhảy sau: Hình 2.1 Bước chuyển của các electron trong phân tử Trong đó: -n: obitan không liên kết; + obitan liên kết, CC - 7: obitan z phản liên kết; - ø: obitan liên kết Be - ø*: obitan ø phản liên kết
Các electron khi bị kích thích bởi các bức xạ, electron sẽ nhảy lên các obitan có mức năng lượng cao hơn, các bước nhảy có thể là ø > G*, ø6 —> %*,n —› #*,n
—> ø*, tùy thuộc năng lượng kích thích mà các electron thực hiện các bước chuyền năng lượng khác nhau Cơ sở của phương pháp này là dựa vào định luật Lambert—-
Beer:
A= Ig =elc (2.2)
16
Trang 28Trong đó:
- A: dé hap thu ánh sáng;
-I,, I: cường độ bức xạ điện từ trước và sau khi qua chất phân tích; -e:hé số hap thu;
- |: dé day cuvet;
- C: nông độ chất phan tich (mol/L)
Phương pháp phỏ UV-VIS được sử dụng rất thuận lợi và phổ biến dé phân
tích các chất
2.2.2 Phổ tán sắc nang luong tia X (Energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDX)
Phổ tán sắc năng lượng hay phổ tán xạ năng lượng tia X là kỹ thuật phân tích
thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do
tương tác với các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiền vi điện tử) [3], [5], [6]
Kỹ thuật EDX chủ yếu được thực hiện trong các kính hiển vi điện tử, trong đó,
AY thuat EVA chu yeu duoc thuc hien trong các kinh hiện VI điện tử, trong do, - ẹ
ảnh vi câu trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng
lượng cao tương tác với vật rắn Khi chùm điện tử có mức năng lượng lớn được chiếu
vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử Tương tác này dân đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử tuân theo định luật Mosley:
+
Mee
f= vEete x* x (Z 1)? = (2.48 x 10° Hz) (Z—1)° (2.3)
Tân số của tia X phát ra đặc trưng*với-nguyên tử của mỗi-nguyên tố có mat- trong chat rắn Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho ta thông tin vé các nguyên tổ hóa học có mặt trong mâu Đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các
Tia X phát ra từ vật rắn (do tương tác với chùm điện tử) có năng lượng biến
thiên trong dải rộng, được đưa đến hệ tán sắc và ghi nhận (năng lượng) nhờ detector 17
Formatted: Font: Not Bold, Font color: Black, Condensed by 0.1 pt
Formatted: Condensed by 0.1 pt Formatted: French (France) Formatted: French (France)
Trang 29
dịch chuyền (thường là Si, Ge, Li, ) được làm lạnh bằng nitơ lỏng, là một con chip nhỏ tạo ra điện tử thứ cấp do tương tác với tỉa X, rồi được lái vào một anot nhỏ
Độ chính xác của EDX ở cập độ một vài phần trăm (thông thường ghi nhận”-
được sự có mặt của các nguyên tổ có tỉ phan cỡ 3 - 5% trở lên) 2.2.3 Đánh giá độ tin cậy của phương pháp
Độ tin cậy của phương pháp UYV VIS trong nội bộ phòng thí nghiệm được đánh giá theo những quy định quốc tế vẻ phát triển phương pháp phân tích, tức là đánh giá qua giới hạn phát hiện (LOD), khoảng tuyến tính, độ lặp lại và độ đúng
Giới hạn phát hiện (LOD) của phương pháp, được xác định theo “quy tắc 3Ø” Có nhiều cách xác định LOD, song một trong những phương pháp thường được dùng là xác định LOD dựa vào đường chuẩn tính toán bằng phép hỏi quy
tuyến tính (HQTT) [II] Theo HQTT, LOD được tính tốn theo cơng thức:
LOD = 38,/- (2.4) 5
Formatted: Line spacing: Multiple 1.45 li
Sy=[E (i Yn 21” (2.5) +3
Trong đó:
- Sy: độ lệch chuẩn của tín hiệu đo Y;
- yị, Y¡: tương ứng là các giá trị thực nghiệm, giá trị lý thuyết của y3
- b: dé đốc của đường HQTT
- Giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp được xác định theo công thức
(2.6) [11]:
LOQ = 10.S,/-b = 10.LOD/3 (2.6) «
Khoảng tuyến tính: Đề xác định khoảng tuyến tính, thường tiên hành xây” dựng phương trình biểu diễn sự phụ thuộc của tín hiệu vào nông độ chất phân tích bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất, sau đó xác định hệ số tương quan
D6 lap lai được đánh giá qua độ lệch chuân tương đối (RSD, %) và được so
18
Formatted: Swedish (Sweden) _ —-{ Formatted: Line spacing: Multiple 1.45 li
Formatted: Indent: First line: 0 cm, Line spacing: Multiple 1.45 li Formatted: Indent: First line: 0 cm, Line spacing: Multiple 1.45 li
| Formatted: Line spacing: Multiple 1.45 li (Formatted: Line spacing: Multiple 1.45 li
Formatted: Swedish (Sweden)
Formatted Table
Trang 30sánh với mức cho phép (mức cho phép của RSD được tính theo phương trình Horwitz) Theo Horwitz, khi phan tích nồng độ C bất kỳ trong nội bộ phòng thí
nghiệm, nếu đạt được RSD không quá 1⁄2 đến 2/3 -so với RSD„ (độ lệch chuẩn
1~—0,5*IgC ¡ với C được biêu gs ae
tương đối tính theo phuong trinh Horwitz: RSDy (%) = 2
diễn bằng phân sô) là đạt yêu cau [11]
Độ đứng có thể được đánh giá thông qua việc xác định hệ số thu hỏi (Rev, %) khi phân tích mâu thật bằng phương pháp thêm chuẩn Hê số thu hỏi = Ci-Co x 100% 3Ÿ s Formatted: Space Before: 0 pt, After: 0 pt, AC : Line spacing: 1.5 lines ‘{ Formatted Table
Trong đó: 4 - ~ -{ Formatted: Portuguese (Brazil)
- Cọ: nổng độ của chat phân tích trong mâu đầu;
- AC: phan néng độ chat phân tích được thêm chính xác vào mâu đầu; - C¡: nổng độ của chât phân tích phân tích được với mâu đầu đã thêm chuân Rev càng gần 100%, phương pháp càng đạt được độ đúng tốt
Theo AOAC, khi nông độ chất phân tích ở cỡ 100 ppb đến 10 ppm, độ thu
hỏi Rev ở trong khoảng 80% ~~ 110% là chấp nhận được [10]-
2.2.4 Phương pháp định lượng photphat
2.2.4.1 Nguyên tắc
Amoni molypdat và kali antimonyl tartrat phản ứng octophotphat trong môi trường axit tạo thành axit dị đa photpho molypdic [1], [9]
PO, + 12 MoO,” +3NH,* + 18H* > (NH4)3H3P[MoO 7] + 10 HạO
Axit di đa này bị khử thành xanh molypden bằng axit ascorbic Do mat d6
quang của dung dịch ở bước sóng 880 nm có thể xác định được nông độ P-PO¿ [1],
[9]
2.2.4.2 Phạm vì áp dung
Áp dụng với tất cả các loại nước kề cả nước biển và nước thải [1]
Nông độ P-PO¿ trong khoảng từ 0,005 mg/L đến 0,8 mg/L có thể xác định
Trang 31theo phương pháp này không cân pha loãng [1] 2.2.4.3 Dụng cụ, hóa chất Dụng cụ và thiết bị [9]: ———Máy quang phô hắp thụ phân tử Pginstruments T80, Anh; 5 —Đdụng cụ thủy tinh Hóa chất [9]:
- Dung dịch HạSO¿ 2,5 M: pha loãng 70 mL HzSO¿ đặc thành 500 mL nước cất - Dung dich kali antimony] tartrat: hoa tan 1,3715 g K(SbO)C,„HuO, ⁄2H;O vào _- 400 mL nước cất trong bình định mức 500 mL, sau đó định mức thanh 500 mL Bảo
quản trong bình có nút thủy tinh
- Dung dich amoni molypdat: hoa tan 20 g (NH4)6Mo704.4H,0 trong 500 mL
nước cất Bao quan dung dich trong bình thủy tỉnh có nút
- Axit ascorbic 0,01 M: hòa tan 1,76 g axit ascorbic trong 100 mL nước cat Dung dịch bên trong | tuan 6 4°C
- Thuốc thử hỗn hợp: Trộn cần thận theo thứ tự sau: 50 mL dung dich HSO4
2,5M, 5mL dung dịch kali antimolnyl tartrat, 1Š mL dung dịch amoni molypdat và 30 mL dung dịch axit ascorbic Lắc đều sau khi thêm mỗi thuốc thử Nếu trong quá trình trộn hỗn hợp, dung dich bi đục, thì lắc va dé yên vài phút đến trong, sau đó
mới thêm tiếp dung dịch thuốc thử mới vào Thuốc thử hỗn hợp bên trong 4 giờ
- Dung dịch gốc photphat: hòa tan 219,5 mg KH;PO¿ khan và định mức đến
1000 mL bằng nước cất thu được dung dịch có nồng độ 50 mg P-PO//L
- Các dung dịch chuẩn photphat được pha từ dung dịch góc photphat
2.2.4.4 Cách tiến hành
Lay 50 mL mau vao ống nghiệm hay bình tam giác, thêm I1 giọt chỉ thị phenolphtalein, nêu dung dịch có màu hồng, thì thêm từng giọt HạSO¿ 2,5 M đến
lúc mật màu Thêm 8 mL dung dịch thuốc thử hôn hợp, lắc cân thận Để yên 10
20
Formatted: Indent: First line: 0 cm
Trang 32phút, rồi đem đo mật độ quang ở 880 nm, với dung dịch mau trắng làm dung dịch so
sánh [9]
Chuẩn bị dung dịch mẫu trắng từ nước cât và thuốc thử hỗn hợp [9]
Trong trường hợp nước có màu hoặc đục, chuẩn bi dung dịch mâu trắng như
sau: thêm tất cả các thuốc thử vào mẫu, trừ axit ascorbic và kali antimonyl tartrat (không sử dụng thuốc thử hỗn hợp) [9] 2.2.5 Hắp phụ photphat bằng chất hấp phụ bùn thải XLN Bin thải XLN được lấy ngẫu nhiên từ bãi chứa bùn tại Nhà máy nước Quảng Tế 1, Công ty HUEWACO Chuẩn bị vật liệu hấp phụ:
- Bùn thải lây về ở đất ảm được đập thành hạt nhỏ, rải trên giay lót và dé khô
trong không khí Sau khi khô, bùn được nghiền bằng cối chày sứ và rây qua rây
inox (kích thước lỗ rây 0,45 mm);
- Vật liệu hấp phụ dạng bột: Sử dụng bùn thải XLN đã chuẩn bị ở trên;
- Vat liệu hấp phụ dạng viên: Bột bùn thải XLN đã thu ở trên được nhỏi với nước cất và ép thành viên hình khối có kích thước khoảng 3 mm x 3 mm x 3 mm
Phơi khô tự nhiên hạt bùn, sau đó nung ở các nhiệt độ 500°C, 600°C và 700°%C
trong | gio
Thi nghiệm hấp phụ ở mô hình mẽ:
- Vật liệu hap phụ dạng bột: Cân một lượng xác định vật liệu hap phu dang
bột cho vào bình nón đã chứa sẵn một thẻ tích dung dịch photphat, đậy nút nhám và lắc trên máy lắc với tốc độ và thời gian lắc xác định Sau khi lắc, gạn lây phản dịch nước vào ống ly tâm nhựa và ly tâm đề tách phan bùn Phân tích định lượng nỗng độ P-PO„trong phân dịch trong
- Vật liệu hấp phụ dạng viên: Cân một lượng xác định vật liệu hap phụ dạng
z Yt liệu hap phụ dạng viên: Cân mọt lượng xác định vạt liệu hap phụ dạng - Ệ
viénbét cho vào bình nón đã chứa sẵn một thẻ tích dung dịch photphat, đậy nút nhám Ở các thời gian khác nhau đã định sẵn, gan lay phần dịch nước vào ống ly tâm nhựa và
21
Trang 33ly tam đề tách phan bùn Phân tích định lượng nỏng độ P-PO„trong phan dich trong Thí nghiệm hấp phụ ở mô hình động:
Lay 5 g hat bùn thải XLN đã qua xử lý nhiệt vào buret Cho từng phan dung
dịch photphat chảy qua cột với tốc độ chảy đã định trước Thu phản dịch chảy qua
cột vào ống ly tâm nhựa và ly tâm để tách phần bột vật liệu hap phụ có thể bị cuốn
trôi qua cột Phân tích định lượng nông độ P-PO¿ trong phản dịch trong
Comment [HTL1]: Hình dạng viên không có ảnh
a) b) khác để thay? Chụp một đống viên trên tờ giấy trắng
Hình này nhìn giống con kiến đu dây!
l& _
Hình 2.2 Hình ảnh dạng bột (a), dạng viên (b) của bùn thai XLN 2.2.6 Đánh giá hoạt tính hấp phụ của bùn thải XLN
Khả năng hap phụ photphat của bùn thải được đánh giá thông qua dung _ _ (Formatted: portuguese raat) ]
-P-PO}/g biin thai) và higu suat hap phu H (%) (Formatted: Portuguese Graal) — )
Ki ẤT nh no Ta xẻ ` 2 ~_ {Field code Changed
Dung lượng hap phụ được tính như sau: `ÝFormatted: Portuguese (Brazil)
g = 22 xy = 6z) -Ê :
Hiệu suât hâp phụ được tính như sau: Formatted: Space Before: 0 pt, After: 0 pt,
Line spacing: 1.5 lines
Ca
= ££" 100% (2.9) =
Trong đó: Formatted: Space Before: 0 pt, After: 0 pt,
Line spacing: 1.5 lines
lượng hấp phụ q (mg P-PO,
- Cy: nổng độ ban đầu của photphat (mg/L);
- C¿: nồng độ của photphat khi đạt cân bằng hấp phu (mg/L); ~m: khối lượng chất hấp phụ (g);
- V: thể tích dung dịch photphat (L)
Chúng tôi đã khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắc, pH dung dịch, nông độ
Trang 34
photphat ban đầu đối với bùn thải chưa xử lý nhiệt và khảo sát khả năng hấp phụ
của bùn thải đã xử lý nhiệt trong mô hình động và mô hình mẻ
2.3 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT VÀ VẬT LIỆU 2.3.1 Thiết bị và dụng cụ
- May quang pho PG Instruments T80, Anh;
- Can phan tich Precisa XB 220A, Thuy Si;
- May cất nước Hamilton Laboratory Glass Ltd., Anh;
- Micropipet cdc loai: 10 - 100 pL, 100 - 1000 pL, 1000 - 5000 pL (Labnet, My);
- Can ky thuat Kitchen Scale, Trung Quốc;
- Máy đo pH, Trung Quốc;
- May ly tam Hermle Z 200 A, Đức; - Lò nung 1200°C;
- Tủ say;
- May lac IKA KS 130 Basic, Duc;
- Các dụng cụ thuỷ tỉnh nhu buret, pipet, bình định mức, bình tam giác, cốc
và các chai thủy tỉnh, chai nhựa Teflon đựng hóa chất đều được rửa sạch trước khi
dùng bằng cách ngâm qua đêm trong dung dịch HNO¿ 2 M, sau đó và rửa lại bằng nước cất I lần
2.3.2 Hóa chất
- Nước cất 1 lần được dùng đề pha chế hóa chat và tráng rửa dụng cụ
- Dung dịch H;ạSO¿ 2,5 M được pha chế từ H;SO¿ đặc 98% (Trung Quốc); (Trung Quay - Dung dich kali antimony! tartrat duoc chuẩn bị từ K(SbO)CH¿O¿1⁄2H¿O tỉnh thể (Trung Quốc); - Dung dịch axit ascorbic 0,01 -M được chuẩn bị từ axit ascorbic tỉnh thể 23
qe -[ Formatted: Line spacing: Multiple 1.42 li
Trang 35(Trung Quốc);
- Dung dịch gốc photphat được chuẩn bị từ KH;PO¿ tỉnh thể (Trung Quốc); - Các dung dịch chuẩn photphat được pha từ dung dịch gốc photphat;
- Dung dich NaCl 2,5 g/L được chuẩn bị từ NaCl tinh thé (Trung Quéc); - Dung dịch NazSO¿ 2,5 g/L được chuẩn bị từ Na;§O„ tinh thể (Trung Quốc);
z Dung dịch Fe(NO;); 250 mg/L được chuẩn bị từ Fe(NOa)z9H¿O (Trung_ Ti
Quốc);
Trang 36CHƯƠNG 3 KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN
3.1 KET QUA PHAN TICH THANH PHAN NGUYEN TO CUA BUN THAI Thành phần nguyên tố của bùn thải được chúng tôi phân tích bằng phỏ EDX, kết quả được trình bày ở Bang 3.1
Bảng 3.1 Kết quả phân tích thành phần nguyên tố của bùn thai bang phé EDX Ngayên tế Mau 1 Mau 2 Mau 3 (%, w/w) (%, w/w) (%, w/w) Cc 9,61 9,30 8,60 oO 45,64 44,78 44,47 Na 0,08 0,13 0,24 Mg 0,62 0,69 0,65 Al 13,65 14,96 14,25 Si 16,47 16,10 17,48 0,13 0,08 0,09 0,16 0,31 0,17 cl 0,05 0,14 — K 2.44 2,20 2,20 Ca 0,23 0,13 0,27 Ti 0,38 0,38 0,47 Cr — 0,08 0,20 Mn 0,32 0,33 — Fe 9,70 10,04 10,72 Co 0,18 0,03 - Cu 0,32 0,32 0,20 Tổng (%) 100 100 100
Ghi chú: (—): Không phát hiện được Kết quả ở Bảng 3.1 cho thấy, bùn thải XLN chủ yếu chứa các nguyên tổ AI],
Si, Fe, C, O Hàm lượng các kim loại độc có trong bùn là không đáng kề Với thành
phân đã phân tích được có thẻ thấy bùn thải XLN chứa chủ yếu các hydroxit của Al,
Trang 37để làm chất hấp phụ photphat, làm giảm nguy cơ phú dưỡng của một số nguồn nước mặt mà không gây nhiễm các kim loại độc cho nước sau khi xử lý
3.2 ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA PHƯƠNG PHÁP
3.2.1 Khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng
Chuẩn bị 15 mẫu chuẩn có nông độ P-PO¿ từ 0,1 mg/L đến 10,0 mg/L từ dung
dịch chuẩn photphat Sau đó tiến hành tao sản phẩm màu xanh molypden như đã trình bày ở mục 2.24.4 và đo độ hấp thụ Kết quả được ghi lại ở Bảng 3.2 và Hình 3.1
Bảng 3.2 Biến thiên của độ hấp thụ quang theo nồng độ P-PO, Í Formatted (Œ 2l } | coma Su | eemates ỦJ/ Formatted ý ( 5] / Formatted ( [6] Nong dé P-PO, (mg/L)
Hình 3.1 Biến thiên của độ hấp thụ quang theo nồng độ P-PO,
Từ đồ thị biểu diễn trên Hình 3.1, có thẻ thây độ hấp thụ quang phụ thuộc
tuyến tính vào nông độ P-PO¿ trong khoảng từ 0,1 mg/L đến 1,0 mg/L CproumgL) | 01 | 02 | 03 | 04 | 06 | 0 | l0 | 20 cớ a) Abs, 0,043, | 0,093, | 0,142, | 0,194 | 0.293 | 0,391, | 0.491, | 0,666, "HH? reo (mgL) | 30 | 40 | Z0 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 Ni Formatted <0} Abs, 0.752 | 0.824 | 0874 | 0/915 | 0.959 | 0,986, | 0,997 | 1.003, |\"\\\ [Formatted —.1m] \\ | Formatted 13] \\| Formatted [14] Formatted mm Formatted earn Formatted [17] Formatted - [18] Formatted [19] Formatted = [20] Formatted mm Formatted „ [22] x i 4 i i 1 1 1 Formatted mới 1203 4 5 6 7 8 9 10.01 vl Formatted “z1 J Formatted ps8] 1 Formatted [29] tl Formatted [30] J Formatted -I31]
Sử dụng phương pháp bình phương tối thiêu để xác định phương trìnhHỌTT [Femarad sỊ)
Trang 38Trong đó: pc pc c cc c c c cc c c cccc Formatted: French (France) -x: nồng độ P-PO, (mg/L) 0.6 y = (0,498 + 0,001)x - (0,006 + 0,001) 05 R?=l 04 20a 02 al Formatted [39] aw | Formatted [7 00 02 04 06 08 10 12 [Formatted „ng Nông độ P-PO, (mg/L) |(Formatted Formatted cm) [43] i (Fomattes Formatted [41]
Hình 3.2 Đường chuẩn photphat l
Dựa vào kết quả thí nghiệm trong khoảng nông độ từ 0,1 mg/L đến 0,4 mg/L, jj formatted ul Formatted wa © [38]
Mi Formatted © [44]
i) Formatted [47]
it
áp dụng quy tắc 3ø, có thẻ xác định được giá trị giới hạn phát hiện và giới hạn định Ì
lượng của phương pháp: LOD = 0,006 mg P-PO,*/L LOQ = 0,02 mg P-PO,`/L/E | (Formatted [48] || [Formatted = 150 Formatted „1 3.2.2 Độ lặp lại Formatted [52] Formatted [53]
Tién hanh phan tich lap lai 3 dung dich chuẩn photphat có các nông độ khác Formatted [54]
Trang 39Kết quả Bảng 3.3 cho thấy RSD < ⁄2RSD„ nên phương pháp phân tích có độ lặp lại tốt 3.2.3 Độ đúng { Formatted [75] ([Fometea Tấm [Fmssẻe ) “(Formatted —_ Di] 6 [Fematted [69]
Độ đúng của phương pháp xác định photphat được đánh giá thông qua việc”
xác định hệ số thu hỏi (Rev, -%) với các mẫu nước máy bằng phương pháp thêm pormatted _ 72 5 ql <0) (Formatted =3 chuân (công thức 2.7, mục 2.2.3) Kêt quả thí nghiệm được trình bày ở Bảng 3.4 fo [Formatted mĩ 2 K 2 an sế K ~ R XÃ 2 ge (i (Formatted 81] Bang 3.4 Ket quả phân tích photphat trong mầu thêm chuân đề xác định Rev hs frame ed tage!
E gọi Cp Giese lu, 2ˆ, | Formatted „.znÌ
Silchar ee eee eat eran — ii] =—=- of Formatted is ac ca cl ss lO cant — 2 95,3 | Formatted a | «top | veo | Goa 1 64 , Ne 6 2+=-d=-=-=2 =-=-*-=-=-d -=-2 ˆ2 d ^ -*-= - ———— he Formatted Ghi chit: - LOD = 0,006 mg P-PO,/L Ve Formatted x ˆ cài „8 cố Wo Formatted
- Co p-poay: néng dé P-PO, xdc dinh durge cia mau nước máy; ụ Formatted - Cy @ pos): nông độ P-PO¿ xác định được của các mâu nước máy đã thêm ph Formatted
^ £0 ( Formatted
chuan; Formatted
- ACppoa: phan nông độ P-PO¿ thêm chuẩn Formatted 96
6 Í Formatted “I9
Kết quả cho thây độ thu hồi xác định được nằm trong khoảng kì vọng từ 80% Formatted 98)
dén 110% (voi khoang néng độ từ 0,25 đến 1,0 ppm), nên phương pháp phân tích ae 199]
—
đang sử dụng có độ đúng tôt Formatted [101]
2 # ; - x i x ae š Formatted [ 102)
3.3 KHAO SAT CAC YEU TO ANH HUONG DEN KHA NANG HAP PHU aed =
PHOTPHAT CUA BUN THAI CHUA XU LY NHIET
3.3.1 Ảnh hướng của thời gian lắc
Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắc đến hiệu suất hấp phụ của bùn thải
XLN, đã tiễn hành thí nghiệm như sau: Chuẩn bị các bình tam giác loại 125 mL (có nút nhám, đánh số thứ tự), mỗi bình chứa sẵn 0,03 gam bùn thải XLN dạng bột
Trang 40bình Lắc tất cả các bình với tần số 160 lằn/-phút Ở các thời gian khác nhau đã định Formatted ( [114]
sẵn, lần lượt lấy các bình ra khỏi máy lắc Tiến hành ly tâm, lấy phan dich trong
suốt dé phân tích định lượng photphat và tính hiệu suất hấp phụ H (%) Kết quả
phân tích được thể hiện ở Bảng 3.5 và Hình 3.3
Bảng 3.5 Ảnh hướng của thời gian lắc đến hiệu suất hấp phụ ae [Formatted [tt |
| Thời đen lác | ms | 1,9 | 15 | 20 | 25 | 440 Ái | 35 | 40 | 45, | 5.0 [2-~ (ronmattea tts [is |} mœ _|z29|z1s | 648 | 662, | 97.6 | 73.5 | 75 | 75.8 | 76.6 | 76.5 [es Formatted ( [120] Formatted: Font: 12 pt, Font color: Black Formatted 121 (Formatted: Font: 12 pt, Font color: Black 100 | Formatted [H22] „ Formatted: Font: 12 pt, Font color: Black gS 90 Formatted [ [123]
z = 80 '{ Formatted: Font: 12 pt, Font color: Black
a ‘ Formatted: Font: 12 pt, Font color: Black
<a In, Formatted [ 1251 5 n xã Formatted: Font: 12 pt a 8 60 { Formatted ( [126] = Formatted: Font: 12 pt 50 Wi Formatted ie Formatted (qu) ( [127] ⁄ 40 gi i Formatted: Font: 12 pt 05 10 15 20 25 30 35 40 45 5.0 Thời gian (giờ) Formatted: Font: 12 pt Formatted [ I129] Hình 3.3 Anh hưởng của thời gian lắc đến hiệu suât hầp phụ ON rarnattca (a0) Formatted: Font: 12 pt Formatted (fai) [ai Formatted: Font: 12 pt { Formatted ( [132] | Formatted: Font: 12 pt
Kết quả thí nghiệm cho thây, hiệu suất hap phụ tăng nhanh tir 0,5 giờ đến 3,0
giờ, sau đó tăng chậm và gần như không đổi sau 3,0 giờ Để đảm bảo quá trình hấp t
phụ đạt đến cân bằng, trong các thí nghiệm sau chúng tôi chọn thời gian lắc là 5,0 giờ Formatted ( 1133] '| Formatted: Font: 12 pt 3.3.2 Ảnh hướng của pH Formatted 13
Quá trình hấp phụ phụ thuộc nhiều vào pH của dung dịch Tiến hành khảo | Formatted: Font: 12 pt Formatted [ 124] t
sát ảnh hưởng của pH trong khoảng từ 5 đến 8 Kết quả thu được ở Bảng 3.6 và ( Formatted: Font: 12 pt, Font color: Black
Formatted ( 1135]