Luận án tiến sĩ Kỹ thuật tài nguyên nước: Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt xám tại chỗ bằng vật liệu laterit (đá ong)

Thành công của nghiên cứu mở ra một hướng mới trong việ sử dụng vật liệu dia phương, thân thiện với môi trường để xử lý tại chỗ nước thải sinh hoạt xám góp phần giảm áp lực cho các nhà m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHƯƠNG THỊ HAI YEN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THAI

SINH HOẠT XÁM TẠI CHO BANG VAT LIEU LATERIT (ĐÁ ONG)

LUẬN ÁN TIEN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGHIÊN CỨU KHẢ NANG XỬ LÝ NƯỚC THÁI

SINH HOẠT XÁM TẠI CHO.

BANG VAT LIEU LATERIT (ĐÁ ONG)

Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước

Mã số 62580212

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HOC 1 PGS.TS Phạm Thị Minh Thư

2 PGS.TS Nguyễn Thị Kim Cúc

HÀ NỘI, NĂM 2016

LỜI CAM DOAN

“ác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bắt kỳ một

nguồn nào và dưới bit kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tả liệu đã được

thực hiện trích dẫn và ghỉ ngu tả iệu tham khảo đúng quy định

“Tác giả luận án

cia

Khương Thị Hải Yến

LỜI CÁM ƠN

“Tác giả xin trần trọng cảm ơn PGS.TS Phạm Thị Minh Thư, PGS.TS Nguyễn Thị Kim

Cc và các thầy cô, bạn bẻ, ding nghiệp, gia đỉnh đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến cho

Luận n tiến sĩ này, Te giá cũng xin cấm ơn TS Nguyễn Thị Hằng Nga đã nhiệt tình

giúp đỡ trong suốt quá trình làm luận án Cảm ơn trường Đại Học Thủy Lợi là nơi

NCS theo học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho quá trình học tập và nghiên cứu; cảm

sơn trường Cao ding Xây dựng Công trinh Đô thị là nơi NCS công tác đã giúp đỡ rất nhiễu trong việc xây dựng và vận hành các mô hình thí nghiệm, thực nghiệm và xét

"nghiệm mẫu nước Đặc bit, luận én la công trình của tác giả đình ting cha ~ cũng là

người thầy đã đồng hành cùng tác giả trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu nhưng.

hứng kiến thành quả mà tác giả đã

đã đột ngột ra đi mà không thể lục đạt được

Do thời gian nghiền cứu có han nên luận án không tránh khỏi sai sốt, ác giá rất mongnhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô, các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp

“Xin trân trọng cảm on!

MỤC LỤC

LỎI CAM DOAN i

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH _— 1

MO DAU 1

1.1 Tính cấp thiết của để tines gỊA

1.2 Mục tiêu của nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu chung

1.22 Mục tigu cụ thể

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu,

13.1 Đối tượng nghiên cứu

1.6 Cấu trúc của luận án

CHƯƠNG | TONG QUAN VE CÁC VAN DE NGHIÊN CUU

1.1 Nước thai xắm, 6 1.1.1 Khai niệm chung nsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnsnne® 1.1.2 Các phương pháp xử lý nước thai xám 7 1.13 Các công tình nghiên cứu trong và ngoài ước về xử lý nước thải xâm 0 1.2 Đá ong và ứng dung đả ong trong lĩnh vực xử lý nước thải 1B

1.2.1 Sơ lược về đá ong (lateri), 13 1.2.2 Khoáng vit trong đá ong cổ ich cho quá trinh xử lý một số chất 6 nhiễm

cổ trong nước thải 15 1.2.3 Những công trình nghiên cứu trong và ngoài nước ứng dung đá ong trong lĩnh vực xử lý nước thải 21 1.3 Kỹ thuật Xếp lớp đa ng 2 13.1 Khái niệm chung, _—¬ _—¬ 27

13.2 Các công trình nghiên cứu về kỹ thuật xếp lớp đa ng được thực hiện

trong phòng thi nghiệm, 28

1.33 Các công trình thực tễn ứng dung kỹ thuật xếp lớp da ting trong lĩnh vực

2.2.2 Đá ong biển tinh nhiệt (VL2) 5

2.3 Phương pháp nghiên cứu 58

2.3.1 Lấy va bảo quản mẫu nước thải 58 2⁄32 Bồ tríthínghiệm 59

CHƯƠNG 3 KET QUA NGHIÊN CUU XU LÝ NƯỚC THAI XÁM BANG DAONG THEO KỸ THUAT XEP LỚP ĐA TANG T713.1 Tính chất nước thải xám nha cao tang trên địa bản thành pho Ha Nội 7

3.2 _ Kết quả nghiên cứu mô hình xếp lớp da ting quy mô phòng thi nghiệm 75 3.2.1 Sự di chuyển cua dong nước qua các lớp đá ong 5 3.2.2 Xác định hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ nền (qua thông số BODs,

COD) và chuyển hóa ni (qua thông số NIL,'-N) theo số lớp đá ong trong hệ thống xếp lớp da ting, 94 3.3 Kết quả nghiên cứu mô hình thứ nghiệm (pilot) xứ lý tại chỗ nước thai sinh

hoạt xâm của nhà BS ~ Yên Thường, 103 3.3.1 Xác định số lượng lớp vit ligu cằn thiết để xử lý nước thai sinh hoạt xám nhà B5 - Yên Thường 103 3.3.2 Xác định kích thước mô hình thục nghiệm (pilot) theo lưu lượng nước

thải sinh hoạt xám cần xử lý : : 104

3.3.3 Qué tình khởi động mô hình thử nghiệm (pilot) 105

3.34 Kắt quả nghiên cứu mô hình thử nghiệm xử lý tai chỗ nước thải xám cho

nhà BS ~ Yên Thường 106

3.4 Giải pháp công nghệ xử lý nước thải xám bằng đá ong theo kỹ thuật xếp lớp.đang HàKẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ H6

1 Kếuận n6

"mẽ DANH MỤC CÁC CONG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BO nọ

TÀI LIEU THAM KHẢO 120

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH.

Hình 1.1: Sơ đỗ thoát nước trong các nhà cao ting 6

Hình 1.2: Công trình xử lý nước thải xảm tại Jordan " Hình 1.3: Xây dựng bể lọc dé xử lý nước thải xám tại An Độ [18] "

Hình 1.4: Sơ đồ xử lý nước thải xám nhà B23-DH Cần Thơ 13

Hình 1.5: Đá ong tự nhiên old Hình 1.6: Cầu trúc không gian tinh thé Bruxit 16 Hình L7: Câu trúc không gian tinh thé Gibbsit "7 Hình 1.8: Cấu trúc không gian tinh thé Bochmit "7

Hình 1.9: Cấu trúc không gian tinh thé lepidocrokit va goethite 18

Hình 1.10: Cấu trúc không gian tinh thể montmorillonit "_ „20Hình 1.11: Sơ để câu tạo hệ thing xếp lớp dating m

Hình 1.12: Sự chuyển động của dng nước qua các đơn vị đất 42] 29

Hình 1.13: Mi quan hg giữa tả trọng thủy lực và thời gian lưu nước [39] 32

Hình 1.14: Hệ thống xếp lớp da tầng xử lý nước thải xm tại Nhật [45] 34

Hình 1.15: Sơ đồ hệ thong xếp lớpđa ting tại Nhật Bản [46] vs 34Hình 1.16: Hệ thống xếp lớp đa tang xử lý nước thai sinh hoạt tại Thái Lan [45) 5 Hình 1.17: Xử lý nước thải sinh hoạt và nước sông tại Philipin va Indonesia [46] 35

Hình 2.1: Quá trình hấp phụ của đá ong [48] 39

Hình 2.2: Điểm tích điện không của một khoáng vật là 6,6 39

Hình 2.3: Sơ đỏ biểu diễn cấu trúc lớp kép có thể đánh dấu sự khác nhau giữa thé bÈ

mặt và thE Zeta TH" Hình 2.4: Đường hip phụ đẳng nhiệt Langmuir; tơ =l/q-.- “ Hình 2.5: Sự phụ thuộc của C, 1g và C, : : „44 Hình 2.6: Các trang thái tổn tại của amoni theo pH 47

Hình 2.7: Anh hưởng của ph dn các dang tên tai của sit 48Hình 2.8: Ảnh hưởng của nồng độ oxi đến quả tri phân hùy nit 50

Hình 2.9: Kết quả do XRD của mẫu đá ong khu vục Thạch Thất, Hà Nội 54

Hình 2.10: Sắt tập trung cao chiếm hầu hết hạt sét trong đá ong 55

Hình 2.11: Vi cấu trú của để ong eo SS Hình 2.12: Vật iệu dé ong te nhiên (VLI) 35

Hình 2.13: Đường cong DSC khi nung nóng latert (đá ong) đến 1300°C [02| 56

Hình 2.14; Cấu trúc bề mặt của dé ong trước và sau khi nung (Ảnh chụp SEM - đô

phóng đại 25.000 lần) “

Hình 2.15: Vật liệu đá ong nung biển tính nhiệt (VL2) vs 58

Hình 2.16: Mô hình xếp lop it dating quy mô phòng thi nghiêm 60

Hình 2.17: Mô hình MSL 60 Hình 2.18: Mô hình MSL3 60

Hình 2.19: Hệ thống phân phối 60

Hình 2.20; Mô hình thử nghiệm MSL6-PL s2s6s22 2< eeesrsseỔT Hình 2.21: Mặt cắt mô hình thử nghiệm MSL6-PL 62

fnh 3.1: Mô phỏng dong nước di chuyển trong các lop đó ong 15

Hình 3.2: Dòng nước di chuyển trong mô hình thí nghiệm: 15

Hình 3.3: Sự thay đổi nồng độ BOD trước và sau khi xử lý qua các mô hình thí

nghiệm của NTNH e8 Hình 3.4: Sự thay đổi nông độ BOD, rước và sau khi sử lý qua cúc mô hình th

nghiệm của NTPL 8 Hình 3.5: Sự thay đôi nồng độ COD trước va sau xử lý qua các mồ hình thi nghiệm cia NINB 8

Hình 3.6: Sự thay đổi nồng độ COD trước và sau xử lý qua các mô hình thí nghiệm

của NTPL si Hình 3.7: Sự thay đổi nồng độ NH,"-N trước và sau xử lý qua các mô hình thí nghiệm của NTNB 82

Hình 3.8: Sự thay đổi sản độ NH`-N trước và sau xử lý qua các

của NTPL 34

Hình 3.11: Sự thay đôi nồng độ NO;~N trước và sau xử lý qua các mô hình thí nghiệm

của NINH, 86 Hình 3.12: Sự thay đổi nồng độ NO.~N trước vi sau xử lý qua các mô hình thí nghiệm của NTPL %6

Hình 3.13: Sự thay đổi nông độ T-N rước và sau xử lý qua các mô hình thí nghiệm

cia NINH, 87

Hình 3,14: Sự thay đổi nông độ T-N trước và sau xử lý qua các mô hình thi nghiệm,

của NTPL 87

Hình 3.15: Ảnh hưởng của pH đến sự hắp phụ các ion trên bề mặt đá ong 89

Hình 3.16: Cơ chế cân bằng điện tích trong việc keo tụ chit rin lo lửng, 89

Hinh 3.17: Sự thay đổi nông độ PO,*-P trước và sau xử lý qua các mô hình thí nghiệm

của NTNB ' 90)

Hình 3.18: Sự thay đôi nông độ PO,`-P trước và sau xù lý qua các mô hình thí nghiệm

của NTPL 90

Hin 3.19: Sự chuyển hóa và hấp thy PO."-P của vi sinh vật [15] %

Hình 320: Sự thay đ sông độ T-P trước và sau xử lý qua các mô hình thí nghiệm của

NTNH " "m Hình 3.21: Sự thay đôi nồng độ T-P trước và sau xử lý qua các mô hình thí nghiệm của

NIPL 93

Hình 3.22: Đẳng bắp phy P bing đá ong ở 25°C và pH = 6 93

Hình 3.23: Mỗi quan hệ giữa nông độ BOD, và số lớp dé ong có trong mô hình 96Hình 3.24; Mối quan hệ giữa nông độ COD và sé lớp đã ong có trong mô hình 7

Hình 3.25: Mối quan hệ giữa InCOC và số lớp đá ong có trong mô hit 100

Hình 3.26: Cơ chế làm việc của hệ thing MSL với đá ong Lim vật 102Hình 3.27: Sự biến đổi nông độ cia NH,"-N, NOs, NOs” trong giai đoạn khỏi động

mô hình pilot 106 Hình 3.28: Độ pH của nước thải xâm trước và sau xử ý qua mô hình thử nghiệm 107

Hình 3.29: Nong độ và hiệu suất xử lý BODs của nước thai xám qua mô hình thứ

Hình 3.34: Nong độ T-P trong nước thai xám trước và sau khi xử lý mt

Hình 3.35: Nong độ TSS trong nước thải xám trước và sau khi xử lý H2

DANH MỤC BANG BIEU

"Đặc điểm của nước thai xm theo nguồn thai [11], []

Tinh chất nước thải xắm tại một số nước trên thé giới

“Chất lượng nước thải xám trước và sau khi xử lý [8]

“Chất lượng nước thải xám sau xử lý qua cát lọc và hỗn hợp đắt [I4]

“Thay đổi tinh chất của nước thái xám theo thời gian tại Hà Lan [1]

“Thành phần các nguyên tổ chính trong laterit [7]

Hiệu quả xử lý một số chất 6 nhiễm chính trong nước thải [43]

Hiệu suất xử lý (%6) chất ô nhiễm theo tải trong thủy lực [43]

PZC của một số oxit và khoáng vật [47]

“Công thức và ty lệ thành phần các chất hữu cơ có trong nước thai [34]

“Các bước phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện ky khí

“Thành phần khoáng vật học của đá ong [35] [7]

“Thành phần hóa học của đá ong dùng trong nghiên cứu [33].

Phương pháp và tiêu chuẩn phân tích thông số nhiễm.

“Tính chất nước thai xám nhà cao ting trên địa bàn TP Hà Nội [3],

So sánh mức độ đậm đặc của nước thải xắm

So sánh chất lượng nước thải xim với QCVN 14:2008/BTNMT và chất lượng nước thải đô thị

Bang 3-4: Tỷ lệ (C/N) tối ưu với nhiều loại chất hữu cơ khác nhau được sử dụng cho.

Tính chất nước thải xám nguyên bản và pha loàng di

Độ pH của nước thải xám trước và sau khi xử lý qua các mô bình MSL.

"Nông độ va hiệu suất tung bình xử lý BOD qua các mô hình MSL

Nông độ và hiệu suất trung bình xử lý COD qua các mô hình MSL

‘Nong độ và hiệu suất xử lý NH,*-N qua các mô hình MSL,

Bảng 3.10: Nông độ NO;~N trước và sau khi xử lý qua các mô hình MSL.

Bảng 3.11: Nông độ NO; -N trước và sau khi xử lý qua các mô hình MSL.

Bang 3.12: Nông độ T-N trước và sau khi xử lý qua các mô hình MSL.

Bang 3.13: Nông độ PO, -P trước và sau khi di qua các lớp đá ong

Bang 3.14: Nong độ T-P trước va sau khi đi qua các lớp đá ong

Bảng 3.15: Ding hip phụ P trên bé mặt đá ong

Bảng 3.16: Khả năng hấp phụ P của một số loại

Bảng 3.17: Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ nền (k,) qua các lớp đá ong.

Bảng 3.18: Lệ số tốc độ chuyển hóa amoni (NH."-N) qua các lớp đá ong

Bảng 3.19: Nông độ và hiệu suất xử lý nude thải xám nhà B5-Yên Thường

10

12 2

4 30 31

40

„46 49 5 34

90

92 93 94 98 99, 106 Bảng 3.20: Hiệu suất xứ lý T-N của MSL6-PL với một số công nghệ xứ lý nước thai

Bảng 3.21: So sánh tính chất nước thải xám tước và sau khi xử lý bằng MSL6-PL với các QCVN 14:2008 (BTNMT) và QCVN 08:2008/BTNMT 13

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TAT

ng độ chit 6 nhiễm ban đầu (mg/L)

Ni cầu oxy hoi học (Chemical Oxygen Demand) (mg/L)

Nông độ chit 6 nhiễm trong nước thải xám đầu ra (mgL)

nt mg/L)

"Nông độ chất 6 nhiễm trong nước thai xám đầu vào (mg/L)

Nông độ chất ô nhiễm tại thời đi

Phan tích nhiệt quết vi sai (Differential scanning calorimetry) Don vị tính

Thời gian lưu nước (giờ) Điểm đẳng nhiệt

Van phòng hợp tác quốc tế Nhật Bin (The Japan International

Hệ thống có n lớp đá ongNang độ Amoni quy về nồng độ nitơ (mg/L)

Nha may xử lý nước thải

Ting nồng độ nitit quy về nông độ nitơ (mg/L)

“Tổng nồng độ nitrat quy về nồng độ nitơ (mg/L)

"Nước thải xâm nguyên bản

"Nước thải xâm pha loãng Tổng hàm lượng Phốt phát trong nước thải quy về nồng độ phốt pho (mg/L)

“Các chất hữu cơ khó phân hủy Điểm điện tích không (point of zero charge) Quy chuẩn Việt Nam,

“Thời gian lưu bản (giờ)

ién vi điện tử quét (Scanning Electron

"Tiêu chuẩn Việt Nam,

nits quy về nồng độ nito (mg/L)Tổng nồng độ các chất Phốt pho quy về nồng độ phốt pho

MỞ DAU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

(Qua trình đồ thị hóa tại Việt Nam dang din ra nhanh, nhiều khu đồ thị mới với các tòa

nhà cao ting mọc lên và có xu hướng ngây cảng xa trung tâm Cơ sở hạ ting chưa

được đầu tư mở rộng tương xứng nên một số khu đô thị mới việc thu gom nước thai

sinh hoạt vio hệ thống thoát nước chung để đưa đi xử lý gặp nhiều khó khăn và là một

trong những nguyên gây ô nhiễm môi tường [1] Trong nước thải sinh hoại, nước thải

xám chiếm đến 69% tổng lưu lượng [2]; có nỗng độ các chất ô nhiễm, mim bệnh thấp

hơn nước thải đen và hầu hết đang được xa thẳng ra ngoài môi trường không qua xử.

lý, Tại Việt Nam, nước thai sinh hoạt xám có tỷ lệ COD:BODs là 1,97 < 2 [3] - phù

boi chất hữu

hợp cho việc xử lý bằng phương pháp sinh học [4]: chủ yếu bị 6 nỉ

sơ, chất dinh đưỡng và chất rắn lo lửng với mức độ thấp nên xử lý đơn giản hơn so với

nước thải đen Các công nghệ sinh học đang áp dụng tại Việt Nam hiện nay như SBR, 2O chỉ hiệu quả với các nhà may xử lý nước thải tập trung công suit lớn, hiệu quả

xử lý nite thấp, vận hành phức tạp và có diện tích chiếm dat lớn [5] Cần nghiên cứu

một giải pháp xử lý phi hợp với quy mô va tính chất nước thai sinh hoạt xám theo tiêu

chí đơn giản trong vận hình, hiệu suất xử lý nto ao, tết kiêm được diện tích chiếm

đất và hướng tối công nghệ bền vững l6]

"Đá ong (aleri) là vật lê địa phương, có sẵn tại nhiễu nhiễu vùng trên đất nước Việt

Nam Đá ong có cầu trúc dang khung xương, chứa nhiều khoáng chất như các loại sét

(kaolii, bentonit), các hydroxit sit, nhôm, zeolite, basit, gibbsit, goetite [7I à

những chất có tinh phân cực trong mỗi trường nước, cỏ khả năng trao đổi ion trong cầu

trúc tỉnh th ` có độ lỗ rẵng và diện tính bé mặt riêng lớn nên đễ ding hip phụ, tao đổi ion, liên kết tĩnh điện một số các chất ô nhiễm có trong nước Từ lâu đá ong được biết

cđến như một loại vật liệu lọc tiém năng, có khả năng hip phụ các ion kim loại nặng, flo trong nước, Tuy nhiên khả năng hip phụ này giảm nhanh theo thời gian kèm theo

đó là quá trình tắc nghẽn do sự tích tụ cặn và hình thành lớp mang vi sinh bao quanh.

Kỹ thuật xếp lớp dating có thé hạn chế vẫn để tắc nghẽn và tăng hiệu qua xử lý bằng

phương pháp sinh học.

tài *Nghiên cứu khã năng xử lý nước thải sinh hoạt xám tại chỗ bằng vật liệu

latert(4é ong)” được thực hiện nhằm xác dịnh khả năng xử lý nước thi sinh hoạtxám của đá ong theo kỹ thuật xép lớp đa t ig Thành công của nghiên cứu mở ra một

hướng mới trong việ sử dụng vật liệu dia phương, thân thiện với môi trường để xử lý

tại chỗ nước thải sinh hoạt xám góp phần giảm áp lực cho các nhà máy xử lý nước thải

tập rung, số lượng đường ống vận chuyển cho mang lưới thoát nước đô thị và hạn chế

6 nhiễm môi trường Nước thai sinh hoạt xám sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép và có

thể sử đụng vào mục đích tới (hoặc các mục dich tương đương) góp phần chủ độngtrong việc cắp nước tưới, tiết kiệm nguồn thi nguyên nước cho tương lai và hướng đến

phát hiển bến vững

12 Mục tiêu của nghiên cứu

1.2.1 Mục iêu chung

Xác định khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm chính trong nước thải sinh hoạt xám của

4 ong theo kỹ thuật xếp lớp da ting

các mô hình thí nghiệm xếp lớp đa ting với đá ong là vật

= Ứng dạng thành công mô hình th nghiệm xử ý ại chỗ nước thải sinh hoạt xâm cho

nhà cao ting, Nước thai sinh hoạt xám sau xử lý đạt chất lượng nước tưới

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Déi tượng nghiên cứu:

Kỹ thật xếp lớp đa ting sử dụng đá ong làm vật iệu chính để xử lý nước thải sinh

hoại xâm của nhà co tng trên địa bản thành phổ Hã Nội

1-12 Phạm vỉ nghiền cứu

Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi như sau:

~ Nước thải sinh hoạt xám của một số nhà cao ng trên địa bản thành ph Hi

~ Ky thuật xếp lớp đa ting sử dụng vật liệu chính là đá ong tự nhiên và đá ong biến

tinh nhiệt,

Nghiên cứu được thực hiện trong phòng tghiệm trên các mô hình thí nghiệm va

mô hình thử nghiệm (pilo0).

1.4 Phương pháp nghiên cứu

“Trong luận án sử dung các phương pháp nghiên cứu chính sau:

~ Diu tra và thu thập mẫu nước thải: Tìm hiểu và thu thập các số liệu liên quan đếnthoát nước của các nhà cao ting Mẫu nude thải tổng hợp được lấy trên đường ống dẫn

nước thai sinh hoạt xám của một số nhà cao ting trên địa bản thành phổ Hà Nội;

thừa: Ê thửa các kết quả nghiên cứu lý thuyết về khả năng phụ của đá ong

‘va bố trí vật liệu trong kỹ thuật xếp lớp đa ting:

~ Phân tích trong phòng thí nghiệm: Các thông số BODs, COD, T-N, T-P, NHN,

PO,"-P, TSS, E.coli, Coliform được phân tích theo Standard Methods và các TCVNtương đương; mẫu nước thải xám được thu và bảo quản theo TCVN 5998:1995;

lô hình thí nghiệm: Xây dựng các mô hình thí nghiệm có từ 3 đến 7 lớp đá ong tự.

nhiên; hiệu suất xử lý, hệ số phan hủy sinh học chất hữu cơ nén (k,), he chuyển hóa

moni (K) được sie định đựa tên các kết quả thực nghi thủ được từ việc phân tích

các mẫu nước thải sinh hoạt xám;

~ Mé hình thử nghiệm (pilot): Thiết kế pilot 6 lớp đá ong (MSL6-PL) để xử lý tại chỗ

nước thải sinh hoạt xám cho một số căn hộ nhà BS-Yén Thường,

~ Thống kê: Xử lý các số liệu bằng thuật toán xác xuất thông kê, các kết quả phân tíchmẫu được nhập vào exel 2007 Thiết lập xu hưởng dự đoán qua phương pháp hồi quy

tuyển tính, hồi quy phi tuyển tính và hệ số xác định RỶ;

- Chuyên gia: Lấy ÿ kiến chuyên gia về cách bổ tri mô hình thí nghiệm và đảnh giákhả năng xử lý nước thả sinh hoạt xám bằng đá ong theo kỹ thuật xếp lớp đắt đa ting

15 - Những đóng góp mới

1.5.1 Tính mới của luận án

- Xác định được tí

địa ban thành phố Ha Nội:

chất va đặc thi nước thải sinh hoạt xâm một số nhà cao tng trên

- Xác định được vai trồ nhóm liên kết hydro dạng -O-H-O-HE.O trong cấu trú phân từ của khoảng vật có trong đá ong đến quá trình loại bỏ chất hữu cơ và nitơ có trong nước

thải xâm nhà cao ting

~ Xác định hệ số tốc độ phân huỷ BODs, C DD và chuyển hóa NHN có trong nước

thải sinh hoạt xám theo số lớp dé ong trong hệ thống xếp lớp đa ting:

- Xử ta chỗ thành công nước thải sinh hoạt xám nhà cao ting bằng hệ thống xép lớp

da ting với đá ong là vật liệu chính

15.2 Giá trị khoa học

- Xây dựng cơ sở tính toán, thiết kế hệ thống xếp lớp da ting sử đụng đá ong làm vật

liệu chính để xử lý nước thải sinh hoạt xám;

~ Xác định được kha năng xử lý chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, tổng chất rin lơ lửng có

trong nước thải sinh hoạt xám bằng đá ong theo kỹ thuật xép lớp dating,

1.53 Giá ti thực tiễn

Ứng dung vào thực tiễn để xử ý nước thải sinh hoại xám cho các nhà cao tng tiên địa

‘ban thành phố Hà Nội Nước sau xử lý đạt chất lượng theo yêu cầu, góp phần giảm

mỗi trường và hướng tối phát tiển bin vũng1⁄6 CẤu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận vả kiến nghị thi luận án gồm 3 chương

Phần MỞ DAU

“Gồm 5 trang (từ trang 01 đến trang 5), tình bay tính cấp thiết, mục tiêu, đối tượng và

phương pháp nghiên cứu, những đông gop mới va edu trúc luận án

“Chương 1: TONG QUAN VỀ CÁC VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU

“Gồm 32 trang từ trang 6 đến trang 37) tình bày các vẫn đề ign quan kỹ thuật xếp lớp

da ting, nước thải xám và ng dụng đá ong trong lĩnh vực xử lý nước thải

Chương 2: CƠ SỐ KHOA HOC, VAT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU

XỬ LÝ NƯỚC THAI SINH HOẠT XÁM BANG ĐÁ ONG THEO KỸ THUẬT XÉI

LOP ĐA TANG

Gm 43 trang (tr trang 38 đến rang 70) tình bảy cơ sử khoa học cho việc nghiên cứu

44 ong theo kỹ thuật xếp lớp da ting; lựa chọn, gia công vật liệu đá ong và các phương pháp cụ thể để thực hiện việc nghiên cứu.

“Chương 3: KET QUÁ VÀ THẢO LUẬN

Gém 43 trang (từ trang 71 đến trang 115) trình bảy các kết quả thu được tử quá trình

nghiên cứu.

Phin KET LUẬN VA KIEN NGHỊ

Gm 3 trang (từ trang 116 đến trang 118) tinh bảy những kết luận nút ra trong quá

trình nghiên cứu, những tổn tại và hưởng nghiên cứu tiếp theo,

'CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CÁC VẤN ĐÈ NGHIÊN CỨU

LL Nước thai xm

11-1 Khái niệm chung

"Nước thải từ các công trình

hiện nay bao gồm: nước

thải đen, nước thải xám và

nước mưa Trong đồ, nước

thải đen được xử lý sơ bộ

bằng bé tự hoại côn nước

dải xắm và nước mưa

thường không qua xứ lý mà

xã thing ra mạng lưới thoát

nước đồ thị hay môi trường _ _ Hình 1.1: Sơ đồ thoát nước trong các nhà cao ting (Hình 1.0).

Nước thai sinh hoạt xám là một phần của nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý và được.

thu từ voi hoa sen, châu rửa ta, bồn tắm, châu rửa bát (bệ xí và âu ễu) [8] Nướcthải xám chiếm chiếm 50-75% (rung bình 69%) lưu lượng nước nước thi sinh hoạttrong hộ gia đình [2] Nong độ các chat ô nhiễm có trong nước thải xảm phụ thuộc vào.thôi quen, mức sống, phong tục tập quán, điều kiện nh Ế, quản lý, phương thức thugom và nguồn thải; so với nước thải đen thì nước thải xám có nồng độ các chất 6

nhiễm vi khuẩn it hơn [9], [10] và được mô ta tai Bảng 1.1, Bảng 1.2.

Bang 1.1; Đặc điểm của nước thải xám theo nguồn thai [11], [2]

"Nguồn thải Đặc tính

Từ may giặt Vi Khun, vi, chit ty ting, pH cao, nitrate, COD, dầu

mỡ, phosphate, độ mặn, xả phòng, nitrat, natri, xơ vai, chấtrắn lơ lừng và độ đục

Châu rửa bát ‘Vi khuôn, bot, pH cao, thie an thừa, chất tạo bọt, nước

nóng, phốt phát, dẫu, mỡ, COD, độ mặn, nước tay rửa,

chất ấn lơ lăng và độ đục

hà tắm (chậu tắm, | Vi khuẩn, te, dầu gội, thuốc nhuộm, chất béo, kem đánh

vòi sen ) răng, nước nóng, chất béo, mùi, chất hữu cơ, xả phòng,

xơ, chất lơ lửng, độ màu.

Chậu rửa nhà bếp _ | Vi khuẩn, thức ăn thừa, nước nóng, dầu và mở, chất hữu cơ,

chất thải rin, xả phòng, chất ty rửa, độ mẫu

(Ghi chú: Các loại nước thải xám tại Việt Nam không được tách riêng (hành các ngudn riêng Biết

tr trên mà trộn lẫn tạo thành nước thải xâm tổng hợp nên Bảng trê chi mang tính chải tham Kio)

Bang 1.2: Tinh chất nước thải xám tại một số nước trên thể giới

TT | Thingsd | ĐVT |ẢnĐội Trung | Jordan Mỹ | Đức

[I2] | Đông[13] I6] 114] U5]

"Nếu xử lý đăng cách, nước thải xám có thể ải sử dụng vào nh

như: tưới cây, rửa xe, đội bồn edu [9] góp phần tiết kiệm nguồn nước cho tương lai, giảm thiêu 6 nhiễm môi trường và hướng tới phát triển bén vững.

Trong luận án từ đây nước thải sinh hoạt xám được gọi tắt là nước thải xám,

1.2 Các phương pháp xử lý nước thải xám

Lựa chọn phương pháp xử lý nước thải xám thích hợp dựa trên:

+ Chit lượng nước thải xám edn xử lý;

- Yeu Âu chất lượng nước sau xử lý:

= Higa quả xử lý của công nghệ:

Dễ vận hành và bảo trì;

~- Kinh tế:

= Hạn ch việc sử dụng năng lượng bên ngoài:

~ _ Sử dụng vật liệu địa phương sẵn

1.1.2.1 Phương pháp Húa-Lý

Cae phương pháp hóa lý đều dựa trên cơ sở ứng dụng các quá trình: hắp phụ, tuyén

ni, tro đổi ion, tách bằng mảng, trưng bay hơi, tích ly, cô đặc, khử hoạt tính phóng

xạ, khử khí, khử mùi, khử muối [16] trong đó hấp phụ và trao đổi ion là phương,

pháp hóa lý thường áp dụng nhất.

> Hap phụ: Dũng dé tách chất hữu cơ và khí hòa tan a khỏi nước thải bằng cách

tập trung những chất d6 trên bề mặt chất rắn (chất hip phụ) hoặc bằng cách tương tác

tắn (hấp phụ hóa học) [I6giữa các chất bin hỏa tan với các

Trong quá trình hip phụ cỏ tora một nhiệt lượng, gọi là nhiệt hép phụ, bề mật cảng

lớn tức độ xốp của chất hip phụ càng cao thì nhiệt hấp phy tod ra cảng lớn Nhiệt độ

thấp, tốc độ hip phụ hoá học châm Khi tăng nhiệt độ, ốc độ bắp phụ hoá học tăng

nhưng lại lâm giảm quá trình bắp phụ vật lý

Vật hip phụ thường là có độ rỗng, xép được đặc trưng bởi kích thước và hình

đang bên trong của khoảng tring và lỗ xốp, được tạo thành do tổng hợp nhân tạo hay

tự nhiên.

Gitta hip phụ vật lý và hấp phụ hóa học thật ra khó phân biệt, cổ khi nó tiến bành song:

song, có khi chỉ có giai đoạn hip phụ vật lý uỷ thuộc tính chất của bé mặt của chấtbắp phụ và chit bị hip phụ, các điều kiện khác (diệt độ, áp sult

> — Trao đổi ion: Là phương pháp thu hồi các cation va anion bằng chất trao đổi ion

Gionit) [16] Tay thuộc từng loi vật liệu tao đổi ion ma có sự thể chỗ ion âm hay

dương Vật liệu trao đổi ion có thé là tự nhiên hay nhân tạo có nguồn gốc hữu cơ hay

vô cơ, chúng được coi là nguồn tích trữ ion và có khả năng trao đổi được với bên

ngoài va thường là dang rin không tan trong nước và hẳu hết các dung môi hữu cơ.

“rên bé mặt chit rắn tổn tại các nhóm chức, trong từng nhóm chức chứa hai thànhphần tich điện: của nhóm chức cổ định và của ion linh động có thể trao đổi được Cácloại chất trao đối ion yếu chi có thé tích điện âm ở pH cao đối với cationit và ở pH

thấp 46 với anionit, néu không nhóm chức của chúng tổn tại ở trang thái không phân

li, điện tich tổng của nhóm chúc bằng không Chit trao đổi ion lưỡng tỉnh thi khác, ở

vùng pH nhất định chúng thể hiện khả năng trao đổi anion hay cation, chỉ tồn tại ở

trang thái trung hỏa tại điểm ding điện (IEP).

1.122 Sinh học

“Thực chất của phương pháp này là dựa vào khả năng sống và hoạt động của các vi sinh

4 phân hủy - oxi hóa chất bin hữu cơ ở dạng keo và dang hòa tan trong nước thải'Công trình xử lý sinh học chia làm hai nhóm chính: Xử lý trong điều kiện tự nhiên(inh đồng tưới, cảnh đồng lọc, hỗ sinh học) và xử lý trong điều kiện nhân tạo (biotin,

aeroten, mương oxi hóa tuần hodn ) Các công trình xử lý trong điều kiện nhân tạo thường có quá trình xử lý diễn ra nhanh, cường độ mạnh, khả năng xử lý chất hữu co

dễ bị phân hủy BOD, có thể đạt dén 90.95%, phụ thuc vào từng loại công tình và

yêu cầu xử lý [16]

Nhóm các vi sinh vật mà trong đồ chủ yéu là vi khuẩn đị dưỡng hoi sinh sử đụng các

chất hữu cơ và một số chất khoáng có trong nước thải làm nguồn dinh đường va tạo ranăng lượng Quả trình phát iển làm chúng sinh sản, ting sinh khối đồng thi làm sạch

sắc chất hữu cơ ở dang hòa tan và dạng keo Sản phẩm phân hủy của qu trình nay là khí CO›, H;O, N; [4].

1123 Corhoe

Phương pháp xử lý cơ học được sử dụng để tách các chất không hòa tan và một phần

chit keo ra khôi nước thải Phương pháp này cổ thể loại bỏ đến 60% các tạp chất

Không hòa tan trong nước thải sinh hoạt và lâm giảm 20% BODs Các công tinh cơ

học thường là lưới chắn rác, Jing cát, bể lắng tách các chất lơ lửng có trọng lượng

riêng khác với trọng lượng riêng của nước thải, bể lọc [6]

Trong một công trình thường kết hợp nhiều phương pháp xử lý và khé tách bạch rõ

ring Hiệu sut xử lý các chit ô nhiễm có trong nước thải của một công trnh là tổng hợp của tat cá các quá trình diễn ra trong nó.

1.1.3 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về xử lý nước thải sâm

`Với ning độ các chit 6 nhiễm thấp (ình bày cụ thé tại mục 1.1) nhưng lại chiếm đến

69 % tổng lưu lượng nước thải sinh hoạt nên từ lâu nước thai xám được coi là nguồn

thay thế, xử lý và tái sử đụng cho nhiễu công trinh tại các quốc gia khan hiém nguồntải nguyên nước như An Độ, Jordan, Isal Tại các quốc gia này, xử lý và tân dụngnước thải sinh hoạt xm nhằm tăng cường khả năng chủ động cấp nước cho bản thinsông tình tết kiệm nguồn nước cho trong lai là tiêu chí chủ yu; trong khi tại NhậtBản, Hà Lan, Mỹ thì đơn giản là giảm thiểu ô nhiễm môi trường Một số nghiên cứu.điễn hình như: Tại Jordan nguồn cung cấp nước ngọt khan hiểm nhưng như cầu dùng

nước luôn vượt quá nguồn cung nên chính phủ han chế tối đa nước thải xa mì môi

nước thải

trường bên ngoài từ những năm 1930, Hà im tại Jordan được xử lý và

túi cung cắp cho khoảng 70% nhu cầu ding nước trong các công tinh [11] Điễn hình

như H Al-Hamaiedeh và M Bino [17] đã nghiên cứu tính chất và xử lý nước thải xám.tại vũng ngoại 6 Jordan, Nước thi xám được thu gom, sục khí và đưa đến các bé xử lý

ầm sôi lọc Nước thải xám sau xử lý cũng cấp cho hệ thing tưới nhỏ gigt hoặc tưới

cây Chit lượng nước thả xám trước và sau xử lý tại Jordan được trinh bày tại Bảng

13.

Bảng 1.3: Chất lượng nước thai xám trước và sau khi xử lý [8]

‘Thong số DVT “Trước xứ lý Sau xử lý

hi mi ong bing i rae Bok

Sam Godfrey và Pawan Labhasetwar [18] nghiên cứu xử lý và tái sử dụng nước thải xám cho trường học tại Madhya - Ấn Độ, Nước thải xám của trường học được xử lý

qua các bể lọc cát có đường kính hạt lọc khác nhau (Hình 1.3) Các cặn có kích thước

lồn được giữ lại giữa các khe hở của các hạt vật liệu lọc có đường kính lớn (20-40mm

và 2-4mm), phần lớn BODs,nito, phốt pho được loại bỏ trong bé có đường kính hạt

10

loc nhỏ (0,5-0,8mm) nhờ lớp ming vi sinh được hình thành trong quá trình nước chây.

«qua lớp vậtliệ lọc Nước sau xử lý được khử trùng và ding tưới cây Tuy nhiên, việc

dùng vật liệu lọc là cát truyền thống này cho hiệu quả loại bỏ chất dinh dưỡng thấp,chiếm nhiễu diện ích dit, bể lọc có đường kính vật liga lọc cảng nhỏ thì cảng nhanh:

the,

Hình 1.2: Công tình xử lý nước thải xám _ Hình 1.3: Xây dựng bể lọc để xử lý nước

tại Jordan thai xám tại Ấn Độ [18]

“Tại Mỹ, Peter L.M Veneman và Bonnie Stewart cũng nghiên cứu các đặc tính và xứ

lý nước thải xám qua các cột lọc đổ day các loại vật liệu khác nhau [14] Tính chất

nước thải xim được xác định qua các mẫu được ấy tại năm địa điểm khác nhau trong,

tiểu bang Massachusetts, Kết quả cho thiy: nông độ BOD; =22,1-358,8 mg/L (rang

bình 1289mg1), TSS = 8:200 mgiL (rung Bình 53,0 mg/L), T-N= 31-327 mg/L

(ung bình 11,9 mg/L), NOy-N = 0,8-17,5 mg/L (trung bình 1,5 mg/L), PO,*-P =

0,5-36 mg/L, pH

ortho-phốt phát trung bình nằm trong giới hạn cho phép trong khi các thông số vượt

3-1048 Nước thải xâm trong nghiên cứu này có nồng độ nát và

‘qua các qui định cho phép là BODs, TSS, T-N Để nghiên cứu khả năng xử của các

loại vật liệu lọc khác nhau, nước thải xám được dẫn qua các cột lọc đổ diy cát có

ấy tại Montauk),

đường kinh 0,5mm hay hỗn hợp đất pha

38:4:58 (9)

cất theo tỷ lệ

1 lọc cát được nghiên cứu với tốc độ di chuyển của nước là 3 cn/ngày.

và 12 em/ngiy; cột lọc hỗn hợp được nghiên cứu với tốc độ 1,2 cm/ngày và 5,2

emngày với chiều diy lớp vật liệu là 30 em, 60 em và 90 em Kết quả cho thấy:

BODs, TSS là những thông số bị ảnh hưởng nhiễu bởi chiều sâu cột lọc Với tốc độ lọc

là 12 em/ngay thì quá trình nitrat hóa hoàn thiện sau 60em cát phía trên với vật liệu lọc

là cất với ốc độ là 5,2 cmingày, vật liệu lạc là hỗn hợp với tỷ lệ như trên thì quả trình

nitrat hóa hoàn thiện sau 90 em chiều dày cột vật liệu Kết quả nghiên cứu được tom

tit tai Bang L4,

Bảng I.4: Chit lượng nước thi xám sau xử lý qua cát lọc và hỗn hợp dt [14]

Tốcđộ | Loại | Chiều | BOD; | TSS | TKN |NO;-N) PO¿-P

(emngày) đất | day (em) | (mg/L) (mg) | (mg/L) | (mg/L) | (mg)

wo [ua 6 | 4 | 4s | td

|e oo +34 Ba

0 s | M vd : m s [4+ | 9)

Elmitwalli và cộng sự [19] trên 32 ngôi nhà tại vùng Sneekcho thấy

(COD) trong nước thái xám chiếm 50% trong nước thải sinh hoạt vàđược loại bỏ khá

hiệu quả qua quá trình xử lý thiểu khí (đến 76%), nồng độ COD được loại bỏ din

abi

trong trong tit cả quả trình và phụ thuộc vào thời gian lưu nước Quan sắt st bi

tính chit của nước thải xám qua các hệ thống đắt ngập nước theo tỏi gian được tinh bày tai Bảng 1.5.

Bảng 1.5: Thay đổi tính chất của nước thải xám theo thời gian tại Hà Lan [19]

Thong số ĐVT | Gis tr rung bint tir] Giátjtrungbinhtừ

Thú ý: Gi ghi ong bảng là giá tị trung bình at lich chuẩn

Tại Việt Nam có rất it ác công tình nghiên cửu về ính chit nước thai xám Nghiên

cứu của Stefania Paris và Celine Schlapp [20], xử lý nước thải xám khu ký túc xá Đại

học Cần Thơ (nhà B23) bằng công nghệ màng lọc MBR Với nồng độ trung bình các

12

chất 6 nhiễm trong nước thải xảm đầu vào là: COD = 208 mg/L (223 mg/L trong mùa Khô và giảm xuống còn 137 mg/L khỉ được hòa lẫn nước mưa), T-N = 242 mg/L,

BODs = 151 mg/L, T-P = 4,9 mg/L va pH = 7,1; nước sau xử lý qua mảng lọc MBR.

(của hing HUBER) được khử tring và tải sử dựng cho chính ký túc xá Tuy nhiễn

công nghệ MBR có chi phi đầu tư cao, hay bị tắc, giá thành thay thé mảng lọc đất, vận

hành phúc tạp là những nhược điểm lớn của công nghệ MBR này (Hình 1.4).

—® tai:

Nha pins | © sai

Bơm w

Song chắn.

Bê thụ Bể xử lý

Hình 1.4: Sơ dé xử lý nước thai xám nhà B23-DH Cin Thơ.

Nghiên cửu của Sybille Biissr và cộng sự [21] về nước thải xám cho một số nhà dân

phân tan khu nội thành và ngoại thành (ling Lai X4), kết quả cho thấy: hầm lượng

trung bình COD là 18-37 g/người ngày, T-P là 0.4-0,6 g/ngudi.ngiy, TSS là 16,7-29,9

#ingười nại „ amoni < 0,01-0,22 gingười ngày, T- nhỏ Tà 0,6-1 gíngười.ngày (trị cho Lai Xá và lớn cho khu vực nội thành) Tuy nhiên, him lượng này được xác định 4a trên tiêu chuẫn thoát nước lý thuyết và chủ yếu phục vụ việc xác định tả lượng

sắc chit 6 nhiễm thả ra từ nhà dân Tính đến nay, chưa cổ công trình nào nghiên cứu

về tính chất nước thải xim nhà cao ting tại Việt Nam

1⁄2 Đá ong và ứng dụng đá ong trong lĩnh vực xử lý nước thi

1.2.1 §ơ lược về di ong (laterit)

‘BA ong là sản phẩm của quá trình pho: a dit rất phd biển ở nước ta đặc biệt là ởvùng giáp ranh giữa đồi núi và đồng bằng - những nơi có sự phong hoá quặng chứa sắt

vũ các đồng nước ngằm cổ oxi hòa tn,

Việt Nam có trữ lượng di ong rt lớn do nằm trong vùng nhiệt đới và quá tình phonghóa liên tue xảy ra Bằng phương pháp khối địa chất các nhà khoa học đã xác địnhđược trữ lượng đá ong tại một số địa điểm tại Hà Nội như sau: Bình Yên ~ Thạch Thất

là 178.667 tắn, Hồa Lạc - Xuân Mai là 72.694 tin, Miễu Môn ~ Thượng Lâm là trên95,000 tắn và còn có trữ lượng rat lớn tại Quảng Ngãi, Bình Phước, Lai Châu [22],C6 nhiều ÿ kiến khác nhau về nguồn gốc hình thành đã ong nhưng da số cit tie giảđồng tỉnh với quan điểm cho rằng đá ong bình thành là do cúc oxit sắt theo các mạchnước ngằm di chuyên từ những nơi khác đến và cũng do sự ngắm dẫn các oxit sắt từtầng đất trên xuống phía đưới, sự thay đổi mực nước ngằm trong đất kết hợp với quátrình oxi hod Lim cho dat bị khô lại và tạo thành đá ong [7] Đá ong có thể cứng như đátảng, nhưng khi ở trạng thấi phân bổ tự nhiên chúng li it mm có thé cất được bằng

đạo, kéo (Hình 1.5).

Hình 1.5: Đá ong tự nhiên

"Đá ong có cẩu tạo gồm 2 phin chính là khung xương và sét loang 16 nằm trong khung.

Khung có kết sấu vững chắc, dạng định hướng hoặc tổ ong, thường có màu nâu đỏ,

nâu đen, den hoặc màu rỉ sắt và sét thường nằm tron trong khung: tỷ lệ giữa phầnkhung va phan sét dao động từ 1 đến 1,5 và tăng từ đưới lên trên Theo chiều thẳngđứng, miu sắc của đã ong thay đổi từ nâu vắng, nâu d6 ở phần đưới chuyển lên nâuđen ở phần trên, độ cứng của khung cũng tăng dẫn theo hướng đó, Đá ong có nguồn

sốc hình thành trên các đá mẹ khác nhau thì thành phần héa học và khoáng vật cũng khác nhau (Bảng 1.6).

"Bảng 1.6: Thành phin các nguyên tổ chính trong latedi [7]

Tên mẫu SiO; ALLO; Fe,03 Fe,0y/ ALOsLaterit (1) 462 245 163 067

4

Granit 2) T33 163 34 0,19 Laterit (3) 39.2 269 197 073

Dat sét (4) 56.5 244 5,3 0,22

Laterit (5) 237 26 283 115 Basalt (6) 479 137 149 109 Laterit (7) 3.0 55 67 122

‘Serpentinit (8) 388 07 9A 141

‘Ba ong chứa các oxit nhôm, sit, sili, có độ xốp tương đối cao, bé mặt riêng lớn nênthường được dùnglàm vật liệu hấp phụ Một số trường hợp biến tính hóa học hoặc.nhiệt - héa làm đá ong làm tăng khả năng hip phụ các chất ô nhiễm của dé ong bằng

các liên kết tinh điện hay trao đổi on.

1.22 Khoảng vật trong di ong có ich cho quá trình xử ý một số chắt 6 nhiễm có

trong nướcthi

Một số khoáng vật cổ trong đá ong tính chất đặc tnmg như: tinh phân ewe tong môitrường nước, khả năng trao đổi cation trong cấu trúc tinh thé, có lỗ rỗng lớn hoặc diện.tinh b& mặt riêng lớn nên tạo ra các phân ứng trao đổi, hấp phụ hoặc iền kết nh diện

để loại bỏ một số chất ô nhiễm có trong nước thải Các khoáng vật đó là khoáng sét(oti, bemoni), các hydroxt sit, nhôm, một số khoáng vật có cấu trúc tinh thể đặc

biệt như Zeoli, điưomit |7], [23] và được trình bày chỉ tết dưới đây:

1221 Brusit: Me(OH)s

“Cấn trú: Trong cấu tri tỉnh thé cia brusit các nhóm (OH) được sắp xếp theo quy lt

chặt sit tối đa tạo thành các lớp hình lục giác (heesagone), một đơn vị cấu trúc cia

bux gồm hú lớp (OH) nêu trên và n kết hai lớp này là nguyên từ Mg và như vậy:

Mỗi một nguyên tử Mg được bao bọc bởi sáu 6 nhóm (OH) Các đơn vị cấu trúc này

liên kết với nhau bằng lực liên kết bậc 2 (Van der van) lỏng lẻo giữa các lớp (OH).Mỗi một nhóm (OH) một mặt liên kết với 3 nguyên từ Mg mặt khác liên kết với 3nhóm (OH) của đơn vị cầu trúc kế tiếp

“Tính chit: Chính vì có cdu trúc này nên trong mỗi trường nước bruxi! để bị phân li, và Khi bị phân Ii ác lớp (OH) vẫn có xu thé hướng ra ngoài và tạo nên các thành phần có.

tinh phân cực, với điện tích âm (-)

en

en oe“ e@

Hình 1.6: Cấu trúc không gian tỉnh thể Bruxit Khi bị nung nóng, cấu tính thể của bruxit sẽ bị phá vỡ và bruxit từ dạng hydroxit sẽ chuyển dẫn sang dang oxit có cdu trúc tỉnh thể bền vững một cách chậm chap và khả măng hap phụ của nguyên liệu sẽ bị giảm Quá trình chuyển đổi cấu trúc từ hyđroxit

sang oxit bất đầu từ khoảng 350°C và mạnh mẽ nhất ở 500°C, kết thúc ở khoảng 600°C Vì vậy nếu nung quá 550°C hoạt tính của khoáng sẽ giảm Ở dưới 500°C -

550-550°C tuy

nguyên liệu tồn tại đưới dạng võ định hình (có hoạt tinh) nên vẫn có khả năng hip phy

trúc tinh thể bị phá huỷ nhưng khoáng mới chưa được thành tạo,

1.2.2.2 GibbsirAI(OH),

“Cấu trúc: kế tinh ở tỉnh hệ đơn tà Cũng tương tự edu trúc của bruxit, hai lớp (OH)

cũng chồng khít lên nhau nhưng chỉ khác ở chỗ chỉ có 2/3 lỗ hỗng được to thành từ

sắc nhóm (OH) đó được lắp diy bằng nguyên tử Al và mặc đủ mỗi một nguyên từ AI

vẫn được 6 nhóm (OH) vây quanh Hơn nữa, trong edu trúc của bruxit mỗi nhóm (OH)

tiếp xúc với 3 nhóm (OH) khác trong cùng lớp còn trong cầu trúc của gibbsit các nhóm

‘OH của lớp này lại trực tiếp tiếp xúc với các nhóm OH của lớp trên.

Tinh chất: ing tương tự bruxit gibbsi ing có khả năng phân Ii trong nước có điện tích âm hướng ra mặt ngoài nhưng gibbsit lại có tinh phân eye mạnh hơn (lệch) vĩ chỉ

c6 2/3 số lỗ rỗng được lip đầy nên khả năng bắp phụ thể hiện r rằng hơn,Khi bị nungnồng ở nhiệt độ tie 240°C-450°C các nhỏm OH bắt đầu bị thoát ra khối cầu trúc và một

biển thể trung gian được hình thành (boehmit) AlO(OH) với hoạt tính thắp hơn và từ.

-450°C- 600°C một lần nữa xây ra quá trinh mắt nước edu trúc của bochmit mới được

ình thành trước đó Ở nhiệt độ cao hơn (1200°C) sẽ chuyển thành corindon bên vững

‘va không còn hoạt tinh,

Hình 1.7: Cấu trúc không gian tỉnh thể Gibbsic 1.2.2.3 Bochmit AIO(OH)

Cấu túc: Tinh thể Boehmit kết tinh ở tinh hệ thoi, có cấu trúc dang lớp, mỗi một

cation AI" được bao bọc bởi 6 nguyên tử O nhưng các nguyên tử O nảy không nằm

thẳng hàng mà bị biến dạng thành các lớp, các lớp này iên kết với nhau bằng mỗi liên

kết H theo dạng -O-H-O-H-O

OH OH OH

tin | OM | OM, | „@

AC A a

Now| vor | Yor | Yor

tn LAO, | WOM, | OM, | i

Aộ CÀO SẠC CẠI

7 yor | Yor | yor IW

OH OH OH OOH

Hình 1.8: Cấu trúc không gian tinh thể BochmitTinh chất: Cũng tương tự các hydroxit khác boehmit dễ dàng phân li trong nước và

nh ở tinh hệ khác nên độ bền nhiệt của

có khả năng bắp phụ tuy nhién do

bochmit có sự khác biệt hon so với các hyđroxit nhôm khác, Khi bị nung nóng cầu trúc

tinh thé bị phá huỷ, mắt nước cấu trúc xảy ra ở nhiệt độ từ 450°C- 600°C.

1.2.24 Diaspor: á AIO(OH)

Cấu trúc: Là một biển thể của byđroxit AI, kết tỉnh ở tỉnh hệ thoi Nguyên tir O cũngtạo nên sự sắp xếp chẳng khít tuyệt ối hình lục giác, nguyên từ AI cũng được bao bọcbởi 6 nguyên tử O, mỗi một nguyên tử O lại được bao quanh bởi 3 nguyên tử AI (3

nguyên từ AI này mới chiếm 3 nữa liên kế, Mỗi một nguyên từ H gắn kết với O mộtcách đối xứng giữa 2 nguyên từ O.

Tinh chat: Cũng tương tự các hydroxit khác trong môi trường nước tuy nhiên phan ứng.Khi bị mung nông lại khác hơn Diaspor mắt nước cấu trúc trong khoảng T° từ 500-.600°C, cấu trúc tinh thé sẽ bị phá huỷ và din chuyển sang dạng oxit ứ Al;O;,

1.225 Goethie va lepidocrokit FeO(OH]

‘Cu trúc: La hai biến thé chủ yếu của hydroxit sit hay limonnit biển thé chứa 12-145nước FeO(OH).nH;O Goethite có cấu trúc tinh thể tương tự cấu trúc của diaspor và

cũng có những tinh chất tương tu.

FeO, functional groups

Inert molybdate substructure

Hình 1.9: Cấu trúc không gian tinh thé lepidocrokit và goethite

Tinh chất: Trong quá trình bị nung đốt cấu trúc của goethite bị phá huỷ bất đầu từnhiệt độ từ 300-420°C và goethite chuyển dẫn sang dạng oxit FeO, hematit Nhưngnếu nung đến 680°C sẽ xảy ra quá trình ngược lại chuyển đổi từ cấu trúc óFe;O,

hemadt sang Fe.O,.

1.2.2.6 Khoảng vậtsết

Về phương điện hoá tinh thé các khoáng vật sét thuộc lớp silicat, được tạo nên từ các:

đơn vị ấu trúc cơ bản gdm các khối tứ điện tạo nên từ Sĩ và O va các khối bắt điện từ(OH và các cation kim loại AI, Fe" cố hai loại edu trúc chính: 1:1 ức là lớp tứ

diện và 1 lớp bát điện và 2:1 tức gồm 2 lớp tứ diện và 1 lớp bát điện kẹp giữa Điễn

18

hình cho hai loại khoáng sét này là các khoáng sét thuộc lớp kaolinit và nhóm montmorillonit.

1 Kaolini: Là một loại sét có cấu trúc tỉnh thé thuộc loại 1:1, và các nhóm (OHY đều

hướng ra ngoài nên khi bị phân li chúng cũng tạo nên các tim mỏng mang điện tích

âm vi vậy đây cũng là nguyên nhân tạo nên tinh hấp phụ của khoáng Nhung khác với

‘bentonit các khoáng vật thuộc nhóm kaolinit không có khả năng trao đổi cation, bề mặt

riêng cũng nhỏ hơn so với bentonit (khoảng 20m"/g) Khi bị nung néng cũng xảy ra

độ thấp, tính chất của

sắc hiệu ứng tương tự, nhưng khi mắt nước hip phụ ở 0

koáng chưa thay đổi nhưng nếu nung đến 450°C - 570*C - 600°C quá trình mắt nướcsấu trú sẽ xây ra và tinh thé khoảng vật sẽ bị phá huỷ, vật chất chuyỂn sang trạng thi

võ định hình và có độ hoạt nh nhất định đối với từng thành phần hoá học riêng biệttrong trường hợp sét kaolin sau khi nung, kaolin có thể kết hợp với CaO tạo thành mộtchất kết dịnh như xi măng Khi nung kaolinit tới 450:570-600'C

hydroxyl thu nhiệt (hay nói cách khác là khử nước) để sinh ra metakaolin (Al,SizO;)

rà sự Khử

theo phản ứng

2Al;Si;O,(OH); —> 2Al,Ši;O; + 4H,O

“Chất này không có tt teva lầm kaolii chuyển sang tran thái vô định hình [24]

2 Montmorillonit: Bit đá câu tạo chủ yễu từ các khoảng vật nhóm smecit (có khả

năng trương nở) được gọi là bentonit Nhóm khoảng vật smectit bao gồm:

monmorllonit beideli, nontronit vi vai khoảng vật ít phd biến khác Khoảng vật nhóm smectt có cấu trúc mạng tinh thể nhiễu lớp đặc trưng 6 mạng cơ sở tạo thành 3 ớp Hai lớp ngoài lớp dưới và lớp trên), cấu tạo tử các tir điện (AL, Si)O, và được gọi là lớp tử điện Giữa chúng phân bố lớp cation bát điện, trong đó các cation Al, Fe, Mg chiếm vị trí bát điện do cấu trúc dạng vòng của oxy trong tứ diện (SiO, và nhóm hydroxit (OH) Bình thường các bắt lên có thể lắp diy bằng hai cation hoá tr II

hoặc ba cation hoá trị II Do sự thay thé các nguyên tổ hoá trị II (AI, Fe) trong lớpgiữa octahedral bằng các nguyên tổ hoá tr I (Mg, Fe) hoặc Si hoá tị IV bằng AI hoà

trị IIL trong lớp tứ diện tạo nên sự dư thừa điện tích âm trên bé mặt giữa các lớp cấu.

kết 07 hoặc

(OHY cũng tạo cho bề mặt cầu trúc tinh thể của khoáng vật một điện tích âm,Để trung.

du trúc được tạo nên bởi các mỗi li

trúc, hơn nữa mặt y của các lớp.

hòa điện ích rong cầu trúc tin thể, các khoáng này thường được gắn thêm các cationtrao đổi Chủ yêu đó là các ion Na”, KỲ, Ca”", Mẹ và Fe"

“Trong qué trình tương tác với nước xung quanh các cation này hình thành các lớp vỏ

hydrat và do đó dẫn đến hiện tượng trương nở rong tập hop các tip sét này Khả năng

hydrat hoá cao nhất có ở các ion kim loại kiểm là natri Khả năng trương nở ít hơn là

các ion kim loại kiểm thổ - canxi và magie.

© LiNaRb ce

Hình 1.10: Cầu trúc không gian tinh thé montmorillonitKhả năng trương nở, tăng thể tích, cũng như hấp thụ hoặc trao đổi các cation trên bÈmặt giữa các lớp cầu trúc của smecti (từ 2- 20 lần) đã tạo nên tinh năng công nghiệp

‘quy giá của chúng Theo thành phần cation trao đổi, bentonit được chia làm loại: kiểm

và kiểm thổ Đối với bentonit kiểm, cation Na" chiếm tru thé rong (6 hợp cation trao đối Do Na" có khả năng thu hút một lượng lớn các nhóm hydrat mà monmorillonit có

hàm lượng Na” cao có khả năng trương nở lớn nhất Bentonit với Ca chiếm ưu théđược gọi là bentonit canxi Ngoài Ca”, trong monmorillonit có thể có Mạ” với sốlượng đôi khi vượt cả Ca”, Song thường gặp hơn cả là biến thé của bentonit canxi

magie Trong môi trường nước, sét thuộc nhóm bentonit hay thường gọi ki smectit (7

Khoáng vật chính), rắt dễ phân Hi và tạo nên một dung dịch dang huyén phủ Kích

thước của khoáng sét nhìn chung rt nhỏ (sét thường tập trung trong hợp phần dưới 2

micromet) Do cấu trúc đặc biệt, sét bentonit có bề mặt riêng lớn ( thé đạt tiên

200-300m’/g), độ lỗ rồng lon nên khả năng hap phụ lớn, mặt khác bentonit cũng như zeolit

lại còn là một khoáng chit có khả năng hip thụ theo cơ chế trao đổi cation trong cầu

trúc tính thể Khi bị nung nóng, các tính chất này bị suy giảm do cấu trúc tỉnh thể bị

20

mắt nước hip thụ trong khoảng 80-1202, tiếp đó sẽ bị mắt nước cầutrúc trong khoảng 450-570°C và cấu trú tỉnh th bị phá huỷ nhưngcũng tương tự các

khoáng khác nêu trên trong giai đoạn này tinh thể mới chưa được hình thành, các oxit

mới Al,O,, SiO; đang ở dạng vô định hình nên vẫn còn hoạt tinh

Nhìn chung đá ong thường được chọn là vật liệu hắp phụ ở trạng thái tự nhiên hoặcqua nâng cắp chất lượng bing biển tinh hóa học hay nhiệt học Trong trường hợp cần

nung nóng cần chú ý lựa chọn khoảng nhiệt độ thích hợp để phát huy khả năng của khoảng chất chủ đạo.

1.2.3 Những công trình nghiên cứu trong và ngoài nước ứng dụng đá ong trong

Tĩnh vực xứ lý nước thái

1.2.3.1 Các công trình nghiên cứu ngoài nước ting dung đá ong trong lĩnh lực xử lý

nước thải

1 Các công trình nghiên cứu ứng dung đá ong tự nhiên để xử lý nước thải

"Để ong tự nhiên là loại vậtliệu được nghiên cứu sử dụng như một loại vật liệu lọc phố biển vi hiệu qui cao trong lĩnh vực môi trường Rat nhiều các công trình trong phòng

thí nghiệm và ngoài thực tỄ nghiên cứu khả năng xử lý các chất 6 nhiễm trong nước

thải bằng đá ong tự nhiên, Một số công tinh nghiên cứu điển hình như: R B, Wood và

C.F McAtamne [25] đã thực hiện nghiên cứu trong phỏng thí nghiệm với đá ong có

nguồn gốc từ đá bazan; thành phin hỗn hợp của nhôm, sắt và titan lần lượt chiếm36.1%, 39.8% và 3,6 % Khả năng hấp phụ phốt pho và các kim loại nặng cổ trong

nước của dé ong được xác định thông qua hai thí nghiệm lắc Thí nghiệm 1: Lấy 10 g

đã ong nghién min cho vio trong 100 ml dung dịch photpho có nồng độ tử 5-50mg/1

và lắc đều Kết qua cho thấy đá onghắp phụ tới 80-96 lượng phốt pho có trong dung

dịch Thí nghiệm 2:

hợp gồm crom, cadimi, niken, chỉ: nồng độ 0,1 mg/L Sau một thời gian lắc, hàm.

ấy 10 g đá ong nghiền mịn cho vào trong 100 ml dung dịch hỗn

lượng này đã mắt hẳn trong dung dịch Dựa trên các kết quả thu được, triển khai ứng.dung ra ngoài thực té bằng cách xây các bể chia nước thải có nỀn diy là đá ong đầy

0,8m Kết quả hấp thụ phốt pho và kim loại nặng sau 7 ngày ngâm nước cũng tương tự

với kết quản ‘itu thực hiện trong phòng thí nghiệm.

‘Saynor MI & Harford A [26] đã

liệu chính để xử lý asen trong nước thải Trong thí nghiệm này, các hạt laterit được.

én hành thí nghiệm dạng cột dùng đá ong kim vật

nghién nhỏ với kích thước nhỏ hon 1-3 mm, rửa sạch các tạp chất và phơi khô ở nhiệt

độ phòng Sau đó đổ vào cột thí nghiệm với chiều diy 0.5m, ẫn hành cho nước thi

sinh hoạt pha loãng với nồng độ các chất gây ô nhiễm cổ định chảy qua Kết quả cho

thấy ngoài sen thì chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, chất lơ Kimg, mùi có trong nước thi

cũng giảm đáng kể nhờ khả năng hấp phụ của đá ong và cơ chế lọc để giữ lại các hạt

căn.Thí nghiệm này để xuất được đường kính hợp lý của hạt đá ong và chỉ ra méi quan

hộ giữa hiệu uất và chiều sâu lớp vt liệu lọc nhưng chưa đề xuất được chiễu diy lớp

c lọc và khả năng ứng dụng cột lọc này trong thực tế, Với mỗi loại đáong có thành phần hóa học và khoáng vật khúc nhau tì hiệu qui xử lý các chất 6

nhiễm trong nước thải cũng khác nhau Vì thé cần có nghiên cửu độc lập từng loại đá.

cong của từng vũng cụ thể.

Yu Xiaohong và cộng sự [27] đã nghiên cứu sự hắp thụ của Cr (VI) lên đã ong ở tỉnh

Guizhou - Trung Quốc Đây là vùng địa chất karsto, đá ong có màu vàng đậm và sảnphẩm đã phong hóa hoàn toàn Thí nghiệm được thực hiện trong phòng bing cách lắc

1 g đá ong của nhiều mẫu khác nhau được thu thập từ vùng này trong dung dịch 25 ml

CCr (VD) nồng độ 0,15mg/L trong thồi gian 2 giờ, sau đó ngâm dung dịch trong 22 giờ

Kết quả cho thấy nồng độ đã giảm cao nhất là 0,1 mg/L, mẫu thấp nhất cũng loại được

CCr với nồng độ 0,06mg/L Hiệu quả xử lý Cr phụ thuộc vào ảnh hưởng của thành phần khoáng vật silieate Kaolinite đã giảm hiệu ứng hấp phụ trong khi oxit sắt, khoáng.

đã hip phụ chỉ sau 2 giờ

Felix Udoeyo và cộng sự [28] thử nghiệm khả năng hấp phụ kim loại nặng từ nước

thải sinh hoạt và chế biến dẫu ti khu vực đồng bằng Niger, Mỹ nơi có dign tch đất

ngập nước lớn thứ 3 thé giới bằng đá ong Kết quả: Đá ong không những hip phụ tốt

kim loại nặng trong nước, trim tích và bùn cát Khả năng làm sạch chi đạt 46-78%,

sadimlum đạt 26,637,6%, asen đạt 13:30 2%, Hiệu quả xử lý tăng kh nông độ kim

loại nặng giảm Kết quả từ thí nghiệm tuyển tính với phương trình được mô phòng bởi Langmuir, các hệ số xác định R? = 0,9-0/98,

Ân Độ cũng là quốc gia có trữ lượng đá ong rat lớn và thường được sử dụng phổ biếnlâm vật liệu lọc nước, khử kim loại nặng và asen Tại An Dộ, nhiều nghiên cứu ứng

‘dung đã ong trong lĩnh vực xử lý nước thải như: Avinash M và công sự [29] đã nghiên

cứu kha năng lọc các chất 6 nhiễm của đá ong bằng cách xây các công trình xử lý nước

thải sinh hoạt trên nền khu vực đá ong (CFC) gồm các bể chứa được xây dựng cóchiều cao 1,1m trong 46 0,4 m ngập sâu trong nền đá ong, lớp dưới cùng nên đáy đượcrải lớp vật liệu chống thắm Nước thải được dẫn trực tiếp vào hồ chứa, sau thời gian

tương tác sinh học khoảng vai ngày, tiến hành tháo nước sang bé chứa khác So sánh

chất lượng nước giữa các hồ thấy nồng độ chất ô nhiễm giảm di đáng kể Độ pH của

nước thải đầu ra là 7,4 — gin đạt đến giá tr trung tính, néng độ oxi hòa tan tăng lên tối

48 mg/L, BODs giảm từ 91,7 mg/L xuống dưới 10 mg/L; nồng độ COD trong nướcthải đầu ra giảm 78,7 % so với đầu vào; tổng chất rắn lơ lửng TSS giảm 95,2 % (từ

145.3 -187,8 mg/L xuống còn 7,8-9,1mg/L) Công trình cũng loại bỏ được $5-67%

chất hữu cơ, photpho và 80-85% amoni (NH,'-N) có trong nước thải; Kết quả cũng

cho thấy nồng độ NOs-N trong nước thải đầu ra lai ting do sự ô xi hóa chưa hoàn toàn

EN vẫn NHI -N, tuy nhiên do amoni giảm từ 1,6 mg/L xuống còn 0,94 mg/L nên

giảm 34,8% so với nước thải độ vào, Ngoài ra đưổi tắc đụng của mảng lọc vi sinh

tổng Coliform dã giảm từ 3,5x10" xuống còn 2,4x10° CFU/100ml, Fecal coliform đã

giảm từ 2x10” xuống còn 3x10" CFU/100ml, Hay Mitali Sarkar và cộng sự [30] đãnghiên cứu khả năng hip phụ flo của lateite được ly từ huyện Bankura ở phía tayBengal, An Độ Thành phần chủ yêu là SiO chiếm 72/9, Fe,O; chiếm 3.7%, ALOschiếm 14,51 %, ngoài ra là oxit của ttan và canxi Kết quả cho thấy đã ong tr nhiên

xử lý được 74,4-83,3% flo trong nước tự nhiên, đồng thời vật liệu này cũng xử lý hiệu

‘qua nhiều thành phin anion khác như CI, SO và NOs Sanjoy Kumar và cộng sự

[31] cũng đã đưa ra kết luận rằng đã ong ở ing này còn có khả năng khử As (V) trong

nước ngằm nồng độ rất cao một phần do ảnh hưởng từ chất thải một phần ảnh hướng

tâ địa chất tự nhiên Thí nghiệm dạng cột được thiết lập để xác định khá năng hp phụcủa đá ong Kết quả cho thấy 43% As (V) được loại bỏ và áp dung cho nước thải có

ning độ As không vượt qué 0,05mg/L; Flo là nguyên tổ

song khi dự thửa hoặc thiểu hụt Flo đều ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người, biểu

hiện rõ rệt nhất là các bệnh Fluorosis về xương và răng Mitali Sarkar và cộng sự

(2006) [30] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ flo của đá ong được lấy từ huyện

Bankura ở phía tây Bengal, Ấn Độ với thành phần hóa học chủ yếu là SiO; (72,9),

Fe:O; chiếm 3,7%, Al.O; chiếm 14,51 %, ng

cho thấy đá ong tự nhiên xử lý được 74,4-83,3% flo trong nước tự nhiên, đồng thời vật

di rà là ont của titan và cam Kết quảliệu này cũng xử lý hiệu quả nhiễ thành phin anion khác như Cl, SO * và NO;

2 Các công trình nghiên cứu ứng dung đã ong biển tinh đểxử ý nước thải

"Độ bền và khả năng xử lý các chất 6 nhiễm của đá ong được cải thiện bằng cách tạo ra

các vật liệu biển tính nhiệt hoặc bóa học từ đá ong Dién hình cho các nghiên cứu vẻ

đá ong biển tính nhiệt là công trình nghiên cứu của Liang Zhang và cộng sự (321

nghiên cứu về khả năng hap phụ phốt pho lên vật liệu đá ong biến tính nhiệt ở 170°C.Vật liga được tạo ra tr đá ong thu thập ở thành phố Vũ Hán - Trung Quốc với himlượng SiO; chiếm 53,2%, Al;O; chiếm 24,4%, và Fe;O; chiếm 14,2% Thí nghiệm.cđược thực hiện bằng cách cho 10g vit liệu đá ong biển tinh nhiệt đã được nghiỀn mịnvào trong mẫu nước có nồng độ phốt pho từ 0-30mg/L, và lie trong 24 tiếng ở nhiệt độphòng Kết quả phân tích dung địch sau lắc cho thấy néng độ phốt pho đã giảm khoảng

10%, gi iém cân bằng khả năng hắp phụ phốt pho dat 0,8 -Img/s.

Alunite là một loại đá ong tự nhiên giàu nhôm thuộc nhóm Jarosite ở Thổ Nhĩ Kỳ;

“Thành phần khoảng chủ yêu gồm SiO, (43,66), ALOs (22.6), K;O (5,1) và các

loại khoảng khác Vì alunite tự nhiên là | loi khoáng không hòa tan trong nước, vi

vây để tang hiệu suit hấp phụ, nghiên cứu đã tiễn hành canxit hóa vật liệu tự nhiên ở

nhiệt độ cao 950°C, sau đó được dùng làm chất hap phụ phốt pho Ham lượng phốt

pho được hip thụ tăng lên từ 10 mg/g đến 100 mgig khỉ ning độ P trong nước tăng

tương ứng từ Smg/L đến 200mg/L Khi pH =

nhất [33]

L5 th hiệu suất xử lý phốt pho đạt cao

IMAM Ranhman và cộng sự [34] qua các mẫu đá ong ở Ogasawara - Nhật Bản, với

thành phần hóa học là 55% SiOs, 43% ALLO; và 2% Fe;O,, ích thước hạt được làm mịn tới Imm, sau đó nung ở nhiệt độ 500°C, sau quả trình hip phụ thi As côn lại trong

24

cdụng dich thấp hơn tiên chuẩn WHO (0,01mg/L) Tác

“quả, tuy nhiên thí nghiệm này được thực hiện trong phòng với các mẫu nước nhiễm As

khả quan của kết

giả định nên chưa đánh giá hết độ nhiễu và ảnh hưởng của ion và kim loại khác trongnước, vì th cần được tiền hành các nghiên cứu thêm

Hiệu quả loại bỏ các chất 6 nhiễm lại phụ thuộc vio thành phần hóa học, nhiệt độ nung

đã ong, cchIạo tâm hip phụ bằng hỏa họ, ning độ các + sự ảnh hướng lẫnnhau của các chất có mặt rong nước Vì thể các nghiên cửu trên được đồng như tả liệu

tham khảo, định hướng cho việc nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt xám.

bằng vt igu đ ong ti Việt Nam

1.2.3.2 Những công trình nghiên cứu trong nước ứng dung đá ong trong lĩnh vực xử:

lý nước thải

1 Công trình nghiên cứu thực hiện với đã ong tự nhiên.

Tại Việt Nam, một số nghiên cứuvŠ khả năng loại bỏ các chất 6 nhiễm trong nước đã

được thực hiện nhưng chủ yêu là giải quyết một số vin đề ở góc độ lý thuyết và lậptrung vào khả năng bắp phụ kim loại nặng của đá ong, như

Nguyễn Thị Hằng Nga [35] nghiền cứu khả năng

nước như Cu, Pb và Cd bằng các hạt đá ong tự nhí

phụ một số kim loại nặng tongliy ti Thạch Thất - Hà Nội Sau

đó được rửa sạch, phơi khô ở nhiệt độ phòng tién hành nghiền nhỏ và ray qua màng lọc

2 mm để tao thành vit liệu hip phụ dang hạt có kich thước nhỏ hơn 2 mm Phân ích

khả năng hấp phy kim loại nặng được thực hiện trong phòng thí nghiệm với nước thải

giả dinh và thay đổi độ II Kết quả cho thấy da ong có khả năng hấp phụ Ì-L.2 mgPbíz,

015-048 mgCulg, lên đến 0.4 mgCd/ và quá tình hip phụ cúc kim loại nặng chỉ xây ra khi pH > 4 và gan như không xảy ra khi pH <4.

"Để xác dinh được khả năng hip phụ Flo trong nước bằng di ong nguyên khai, Trần Thị

‘Thu Thủy đã tiến hành 2 thí nghiệm gồm: thi nghiệm lắc (xác định khả năng hip phytình của đã ong) và thi nghiệm qua cột (hip phụ động) với đã ong nguyên khai ving

Yên Bình -Thạch Thất, Hà Nội Sau hơn 3 tháng liên tue thực hiện thí nghiệm, ức giả đã xắc định được đã ong nguyên khai sỏ khả năng xử lý rên 90% Flo cỏ trong nước Tuy

nhiên thí nghiệm được thực hign trên mẫu nhiễm Flo giả định, do vậy chỉ mang tính chit

khẳng định là phù hợp ngoài thực t hay không vi trong nước.

còn chứa nhiều các thành phần tạp chất khác như cáccation kim loại, anion và hợp chất

"hữu cơ mà trong thi nghiệm này chưa dé cập đến [36]

2 Công tinh nghiên cứu thực hiện với đã ong biển tink

Khả năng hip phy các chất 6 nhiễm có trong nước thải của đá ong biển tinh nhiệt, hóa

học, nhiệt ~ hóa học cao hơn so với đá ong tự nhiên và được thể hiện qua các công trình nghiên cứu sau:

‘Trin Hồng Côn và cộng sự [37] ding da ong biển tỉnh nhiệt (nung ở 900°C) để làm vật

liệu xử lý asen trong nước thải đô thị Kết quả nồng độ As (V) tong nước thải giảm tir

0,Smg/L xuống đưới 0.05mg/L (hiệu suất xử lý đạt đến 99%4), cao hơn a

hiệu su hip phụ asen của đã ong tự nhiên là 13,830,2% theo Felix [28] hay 43%

-theo Mitali Sarkar [30].

Đăng Đức Truyén nghiên cứu và phát triển vt liệu đồng để lọc nước từ đá ong tự nhiễn

khai thác tai Hòa Bình (38] Vật liệu loc này được chế tạo từ đá ong biển tính nhiệt

hỏa học (phủ MnO;) và cho kết quả loại bỏ các kim loại nặng trong nước tốt mà vẫnkhông làm mắt chất khoảng có trong nước, Hạn chế của vật liệu này là giá thành dit,khả năng hap phụ của vật liệu giám nhanh do cặn ban bám vào bé mặt vật liệu tạo thành.lớp cách ly giữa nước thải và các nhân hip phụ nằm trên b mặt hay trong khe rỗng cia

vậtliệu

Ngõ Thị Mai Việt và công sự [23] thục hiện nghiên cứu với đã ong nung ở nhiệt độ cao

(900-950°C), gắn thêm tim phốt phát Kết quả cho thấy: đá ong biến tính nhiệt — hóahọc này có khả năng hip phụ 105 mpg đối với Pb và từ 20-40mg/e cho Co, Cu, Có,

Ni i các ion kim loi nặng có trong nước thi Tuy nhiên kết quả được công bổ dua trên

nghiên cứu nước thải giả định với nồng độ các kim loại nặng được tạo ra từ dung dịch.chun pha loãng với nước et, môi trường nước thải giả định rt khác so với môi trườngnước thai thực tế, để áp dụng cho nước thải thực thì cin nghiên cứu thêm

Nhin chung, đá ong biến tính có hiệu quả xử lý các chất 6 nhiễm trong nước thải cao

nhưng thường có giá thanh đất để bị tắcrong quả tinh xử lý nước thải nhất là nước thải

6

sinh hoạt (chứa nhiễu chất hữu cơ) đo được chế tạo vi kích thước rit nhỏ để tăng diện

tích hip phụ bE mặt nên ít được dùng trong thực tế Ngoài ra, phần lớn các nghiên cứutrên được thực hiện trong phòng thí nghiệm với các chất 6 nhiễm gi định nên khi áp

dung ra ngoài thực tiễn có sự sai khác, Bản thân nước thải là môi trường phức hợp, ngoài các ion hòa tan trong nước còn chứa rét nhiễu các chất lơ lửng khác như khoáng.

silica, hop chất hữu cơ, tảo Khả năng hip phụ của vt iệu phụ thuộc vio lực liên kết

ion của các nguyên tổ và lực tương tác điện tich của bÈ mặt hạt lơ lừng Để xác định

tương đối chính xác hiệu quả xử lý chất 6 nhiễm của dé ong cin nghiền cửa và triển khai

trong điều kiện thực

L3 Kỹ thuật xếp lớp da tầng

13.1 Khái niệm chung

Từ lầu đât dye coi la mat trong các lai vật liêu ầm hiệu để xi lý nước - thải với chỉ

phí hấp Dưa trên các nh chất vât ý, hóa học, sinh hoe của từng lea đất mà hiêu qua

sit lý các chất ð nhiềm khác nhau Tuy nhiễn, xử lý nước thải bằng hệ thông đắt tự

nhiên thường xảy ra tắc nghền va chỉxử lý được với ti lượng thp 39) Sơ đồ cầu tạo

hệ thống xếp lớp đa ting được thể hiện ti Hình 1.11

từ đất, sắp xếp theo một trình tự nhất định dé xử lý các chất gây ô nhiễm trong nước

thải [40] Kỹ thuật xếp lớp đa ting (Multi Soil Layering Engineering) được S.