Bố cục Luận vănLuận văn gồm 03 chƣơng: Chƣơng 1: Ô nhiễm niken trong nƣớc và phƣơng pháp xử kim lolý ại b ng ằvật liệu sinh h c ọ ; Trang 13 4 CHƢƠNG 1 Ô NHIỄM NIKEN TRONG NƢỚC VÀ PHƢƠ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM LÊ NGUYÊN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ Ni(II) TRONG NƯỚC BẰNG PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – Năm 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113839251000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM LÊ NGUYÊN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ Ni(II) TRONG NƯỚC BẰNG PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRẦN LỆ MINH Hà Nội – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thực chƣơng trình đào tạo Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu kết Luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố Tơi hồn tồn ch ịu trách nhiệm nội dung Luận văn Hà Ni, ngày 15 tháng 8 Ngƣời thực Luận văn Phạm Lê Nguyên i LỜI CẢM ƠN Lời xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Trần Lệ Minh – Viện Khoa học Công ngh ệ môi trƣờng – Trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội ngƣời tận tình hƣớng dẫn tơi nghiên u thực Luận văn này; Tôi xin cảm ơn thầy cô giáo Viện Khoa học Công nghệ môi trƣờng – Trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy, trang bị kiến thức để giúp thực Luận văn này; Qua đây, xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Ban Lãnh đạo, đồng nghiệp Trung tâm kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lƣờng Chất lƣợng – Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lƣờng Chất lƣợng nhiệt tình giúp đỡ tạo điều ki ện mặt trình thực nghiệ m đề tài Luận văn; Xin cảm ơn gia đình, bạn bè, ngƣời thân ln chia sẻ, động viên su ốt trình học tập nghiên cứu Trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nộ i Hà Ni, ngày 15 tháng 8 Ngƣời thực Luận văn Phạm Lê Nguyên ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG vii MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG Ô NHIỄM NIKEN TRONG NƢỚC VÀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LO ẠI BẰNG VẬT LIỆU SINH HỌC 1.1 Hiện trạng ô nhiễm niken nƣớc, ảnh hƣởng chúng đến ngƣời môi trƣờng 1.1.1 Nguồn gốc ô nhiễm Ni(II) nƣớc 1.1.2 Ảnh hƣởng ô nhiễm Ni(II) ngƣời môi trƣờng 1.2 Xử lý kim loại nặng nƣớc vật liệu sinh học .8 1.2.1 Cơ sở phƣơng pháp 1.2.2 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý theo mẻ gián đoạn 1.2.3 Một số phƣơng trình đẳng nhiệt mơ tả q trình hấp phụ kim loại nặng nƣớc vật liệu sinh học 12 1.2.4 Một số phƣơng trình động học mơ tả q trình hấp phụ 16 1.2.5 Một số chế trình xử lý kim loại nặng v ật liệ u sinh học .17 1.3 Tình hình nghiên cứu xử lý Ni(II) số kim loại nặng nƣớc phụ phẩm nông nghiệp .19 CHƢƠNG 22 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ QUY TRÌNH THỰC NGHI ỆM 22 2.1 Vật liệu hấp ph ụ, hóa chất thiết bị thực nghiệm 22 2.1.1 Lựa chọn chế tạo vật liệu 22 iii 2.1.2 Hóa chất 23 2.1.3 Thiết bị, dụ ng cụ thực nghiệm 23 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu quy trình thực nghiệm 24 2.2.1 Phƣơng pháp nghiên cứu 24 2.2.2 Quy trình th ực nghiệm 24 2.2.3 Xác định ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đế n hiệu suất xử lý Ni(II) 25 2.2.4 Xác định ảnh hƣởng pH tới hiệu su ất xử lý Ni(II) 26 2.2.5 Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ rắn - lỏng đến hiệu suất xử lý Ni(II) .26 2.2.6 Thăm dò khả giải hấp phụ, tái sử dụng vật liệu .27 2.2.7 Xử lý nƣớc thải .27 2.3 Phƣơng pháp đo phân tích .28 2.4 Xử lý thống kê biểu diễn kết thự c nghiệm .29 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Xác định đặc tính vật liệu 30 3.2 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc t ới hiệu suất xử lý Ni(II) 33 3.3 Ảnh hƣởng pH đến hiệu suất xử lý Ni(II) 35 3.4 Ảnh hƣởng tỷ lệ rắn – lỏng đến hiệu su ất xử lý Ni(II) 37 3.5 Đẳng nhiệt hấp ph ụ 39 3.6 Thăm dò khả giải hấp phụ 42 3.7 Kết xử lý niken nƣớc thải 44 3.8 Động học trình hấp phụ Ni(II) dung dịch 44 KẾT LUẬN .47 TÀI LIỆU THAM KH ẢO .49 Phụ lục 1: Trích d ẫn quy chuẩn k ỹ thuật quốc gia nƣớc thải công nghi ệp - QCVN 40:2011/BTNMT .53 Phụ lục 2: Một số s ố liệu thực nghiệm 54 Phụ lục 3: Một số đặc tính vật liệu .57 Phụ lục 4: Kết xác định diện tích bề mặ t riêng vật liệu theo BET 60 Phụ lục 5: Một số hình ảnh thực nghiệm 68 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VI ẾT TẮT Từ viết tắt/ ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt BTNMT Ministry of Natural Resources and Environment (MONRE) Bộ Tài nguyên Môi trƣờng FTIR Fourier Transform InfraRed Phổ hồng ngoại SEM Scanning Electronic Microscope Kính hiển vi điện tử quét H - Hiệu suất xử lý t - Thời gian tiếp xúc v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền cơng ngh ệ mạ niken kèm dịng thải Hình 1.2 Sơ đồ dây chuyền công ngh ệ mạ niken tự động Hình 2.1 Quy trình chế tạo vật liệu MBH CH .22 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình thực nghiệm theo mẻ gián đoạn .25 Hình 3.1 Ảnh SEM MBH (a) trƣớc (b) sau xử lý Ni(II) với độ phóng đại 1000 lần .30 Hình 3.2 Ảnh SEM CH (a) trƣớc (b) sau x lý Ni(II) với độ phóng đại 250 lần 31 Hình 3.3 Phổ hồng ngo ại MBH; (a) trƣớc x lý, (b) sau xử lý 32 Hình 3.4 Phổ hồng ngoại CH; (a) trƣớc xử lý, (b) sau xử lý .33 Hình 3.5 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đế n hiệu suất xử lý Ni(II) 34 Hình 3.6 Ảnh hƣởng c pH ban đầu đến hiệ u suất xử lý Ni(II) 36 Hình 3.7 Ảnh hƣởng c pH cân đến hiệ u suất xử lý Ni(II) 37 Hình 3.8 Ảnh hƣởng c tỷ lệ rắn – lỏng đến hiệu suất xử lý Ni(II) 38 Hình 3.9 Lƣợng Ni(II) hấp phụ t ỷ lệ rắn - lỏng 39 Hình 3.10 Đẳng nhiệt h ấp phụ cân hấp phụ 40 Hình 3.11 Đẳng nhiệt h ấp phụ Langmuir 40 Hình 3.12 Đẳng nhiệt h ấp phụ Freundlich 41 Hình 3.13 Khả giải hấp phụ Ni(II) tái sử dụng MBH 43 Hình 3.14 Khả giải hấp phụ Ni(II) tái sử dụng CH .43 Hình 3.15 Giả động họ c bậc hấp phụ Ni(II) 45 Hình 3.16 Giả động họ c bậc hấp phụ Ni(II) 45 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành ph ần nƣớc thải số sở công nghiệp Bảng 1.2 Các dạng đƣờng đẳng nhiệt Langmuir .14 Bảng 1.3 Kết nghiên cứu xử lý Ni(II) vật liệu loại .21 Bảng Kết phân tích mẫu đối chứng .35 Bảng Hằng số đẳng nhiệt Langmuir Freundlich 41 Bảng 3 Khả hấp phụ Ni(II) MBH CH .42 Bảng 3.4 Kết xử lý Ni(II) nƣớc thải công ty TNHH Showa Việt Nam 44 Bảng 3.5 Hằng số giả động học bậc bậc Ni(II) 46 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Phát triển công nghi ệp nhiệm vụ hàng đầu để Việt Nam th ực hiên mục tiêu công nghiệp hóa, hi ện đại hóa đất nƣớc Tuy nhiên, cơng nghiệp gây tác động mạnh đến môi trƣờng, tài nguyên, sức khỏe, an toàn trật tự xã hội Có thể nói, nhiễm mơi trƣờng ln đồng hành với phát tri ển dự án công nghiệp Trong hoạt động công nghiệp, nƣớc thải một thành phần phát thải có đặc trƣng khác tùy theo ngành nghề, dây chuyền công nghệ, nguyên liệu s ản xuất Nƣớc thải s ố ngành nhƣ xi mạ, luyện kim, khai khống, hóa chất,… có đặc trƣng chứa kim loại nặng v ới nồng độ từ vài đến vài chục mg/L Nguồn nƣớc thải không đƣợc quản lý, xử lý nguồn mối đe dọa cho môi trƣờng, hệ sinh thái s ức khỏe ngƣời “Kim loại nặ ng” theo định nghĩa phổ biến nguyên tố kim loại mà t ỷ trọng lớn 5g/cm3 [3] (ví dụ nhƣ Cu, Fe, Mn, Pb, Ni…) Tính nguy hại kim loại nặng tồn lâu dài, không bị phân hủ y sinh họ c tích tụ thể sống, chúng xâm nhập vào ngƣời sinh v ật thông qua chuỗi thức ăn hệ sinh thái Niken nhóm 14 ngun tố hóa h ọc có độc tính cao đối v ới ngƣời động vật Khi bị phơi nhiễm niken, ngƣời bị bệnh da tăng nguy mắc bệnh ung thƣ đƣờng hơ hấp Do đó, ngăn chặn việc thải bỏ kim loại nặng nói chung niken nói riêng vào môi trƣờng cần thiết Đố i v ới môi trƣờng nƣớ c, để loại b ỏ niken nhóm phƣơng pháp hóa lý hóa h ọc đƣợ c biết đến nhƣ kế t t hóa h ọc, điệ n hóa, trao đổi ion, M ỗi phƣơng pháp có nh ững ƣu, nhƣợc điểm đƣợ c áp d ụng phù h ợp t ừng trƣờ ng h ợp đị nh Tuy nhiên, phƣơng pháp thƣờng phả i b ổ sung hóa chất, t o nhiề u bùn th ải, hoặ c giá thành cao nên không kinh t ế Do đó, v iệ c nghiên c ứu sử dụ ng v ật li ệu hấ p phụ (VLHP) giá thành thấ p đƣợ c quan tâm, k ết thu đƣợ c đáng đƣợc khích l ệ Mộ t nh ữ ng tính ƣu việt c phƣơng pháp VLHP đƣợ c ch ế tạo đơn giả n, bên c ạnh