Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Đối với các hệ thống cung cấp nước nguồn nước ngầm luôn là nguồn nước được ưu tiên sử dụng. Bởi vì, các nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay các hạt lơ lửng, vi sinh và vi trùng gây bệnh thấp. Tuy nhiên, trong nước ngầm ở một số nơi như Hòa Bình, Tuyên Quang, Thái Bình… tồn tại một lượng lớn hàm lượng Ca2+ vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Trong thực tế thì có nhiều phương pháp xử lý.Ở đây, chúng tôi muốn nghiên cứu đến các loại vật liệu lọc tự nhiên hấp phụ tối ưu Ca2+ trong quá trình xử lí nước trong phòng thí nghiệm. Loại vật liệu lọc tối ưu trong điều kiên phòng thí nghiệm mà chúng tôi rút ra được là: Sỏi, sạn, cát với tỷ lệ : 1 : 1 : 2.5 cho cột lọc kích thước l = 90cm, d = 21cm.
Khúc Thị Tuyết Tóm tắt: Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Đối với các hệ thống cung cấp nước nguồn nước ngầm luôn là nguồn nước được ưu tiên sử dụng. Bởi vì, các nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay các hạt lơ lửng, vi sinh và vi trùng gây bệnh thấp. Tuy nhiên, trong nước ngầm ở một số nơi như Hòa Bình, Tuyên Quang, Thái Bình… tồn tại một lượng lớn hàm lượng Ca 2+ vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Trong thực tế thì có nhiều phương pháp xử lý. Ở đây, chúng tôi muốn nghiên cứu đến các loại vật liệu lọc tự nhiên hấp phụ tối ưu Ca 2+ trong quá trình xử lí nước trong phòng thí nghiệm. Loại vật liệu lọc tối ưu trong điều kiên phòng thí nghiệm mà chúng tôi rút ra được là: Sỏi, sạn, cát với tỷ lệ : 1 : 1 : 2.5 cho cột lọc kích thước l = 90cm, d = 21cm. 1 Khúc Thị Tuyết Mở đầu Tính cấp thiết của đề tài. Nước là nhu cầu tất yếu của mọi sinh vật. Không có nước cuộc sống trên trái đất không thể tồn tại được. Hàng ngày trung bình mọi người cần từ 3-10 lít đáp ứng cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt hằng ngày. Trong sinh hoạt nước cấp dùng đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ăn uống, vệ sinh, các họat động giải trí, và các hoạt động công cộng như cứu hỏa, phun nước, tưới đường…còn trong công nghiệp, nước cấp được dùng cho quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu… Hầu như mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay thế được trong sản xuất. Trong nước ngầm luôn tồn tại một lượng Ca 2+ nhất định, nguồn nước ngầm tại các vùng có nhiều núi đá vôi thường cao hơn mức độ cho phép, nó tác động đến độ cứng của nước gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng nước dùng cho ăn uống, sinh hoạt và sản xuất. Vì vậy, chúng ta cần có các biện pháp để xử lí. Hiện nay, có rất nhiều vật liệu có thể hấp phụ Ca 2+ để làm giảm độ cứng của nước cấp. Nhưng trong khuôn khổ của báo cáo này thông qua mô hình thí nghiệm chúng tôi bước đầu nghiên cứu sự hấp phụ Ca 2+ của các vật liệu lục tự nhiên và đưa ra tỷ lệ tối ưu nhất cho các vật liệu đó. 2 Khúc Thị Tuyết Mục đích, đối tượng,nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích: Nghiên cứu tìm hiểu khả năng hấp phụ Ca 2+ của một số loại vật liệu lọc tự nhiên Đối tượng: Nước ngầm có hàm lượng Ca 2 + cao, vượt quá tiêu chuẩn cho phép (khoảng 50mg/l). Nhiệm vụ: Thông qua mô hình cột lọc trong phòng thí nghiệm với các vật liệu tự nhiên, tìm ra tỷ lệ sử dụng vật liệu lọc tối ưu nhất. CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƯỢNG NƯỚC NGẦM VÀ DẠNG TỒN TẠI CỦA ION Ca 2+ TRONG NƯỚC NGẦM • Tổng quan về nước ngầm: Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do quá trình thấm của nước mưa cũng như nước mặt… nước ngầm có thế tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hay có khi là hàng trăm mét. Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nước ngầm luôn là nguồn nước được ưa thích. Bởi vì, các nguồn nước mặt thì thường bị ô 3 Khúc Thị Tuyết nhiễm do phải chịu các tác động của con người, lưu lượng của nó thì thay đổi theo mùa. Nguồn nước ngầm thì nằm ở dưới mặt đất nên ít phải chịu ảnh hưởng bởi tác động của con người, trong nước hầu như không có các hạt keo hay các hạt lơ lửng, vi trùng gây bệnh thấp. Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong các nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, khí hậu, các quá trình phong hóa và sinh hóa trong khu vực. Ơ những vùng có điều kiện phong hóa tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hòa tan, các chất hữu cơ, chất mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất. Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác động của con người. Các chất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hóa học và việc sử dụng phân bón hóa học… tất cả các chất thải đó theo thời gian cũng sẽ ngấm vào nước ngầm, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước. Đã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, các vi khuẩn gây bệnh, các hóa chất độc hại, kim loại nặng, thuốc trừ sâu và cả các chất phóng xạ. 4 Khúc Thị Tuyết Bảng so sánh một vài thông số của nước ngầm và nước mặt Thông số Nước ngầm Nước mặt Nhiệt độ Tương đối ổn định Thay đổi theo mùa Chất lơ lửng Rất thấp, hầu như không có Thường cao và thay đổi theo mùa Chất rắn hòa tan Ít thay đổi, thường cao hơn so với nước mặt Thay đổi tùy thuộc vào chất lượng đất, lượng mưa Hàm lượng Fe 2+ , Mn 2+ Thường xuyên có mặt trong nước Rất thấp, chỉ có ở sát đáy Hàm lượng Ca 2+ Thường xuyên có mặt, hàm lượng lớn tại các vùng núi đá vôi Thay đổi tùy thuộc vào môi trường, khí hậu Khí CO 2 hòa tan Có nồng độ cao Rất thấp hoặc bằng 0 Khí O 2 Thường không tồn tại Gần như bão hòa Khí NH 3 Thường có Khi nguồn nước bị ô nhiễm Khí H 2 S Thường có Không có SiO 2 Thường có ở nồng độ cao Có ở nồng độ trung bình NO 3 - Có ở nồng độ cao do bị nhiễm bẩn bới phân bón hóa học Thường rất thấp Vi sinh vật Thường rất ít Nhiều loại virut, vi trùng gây bệnh và tảo • Sự tồn tại của Ca 2+ trong nước ngầm Nước ngầm thường chứa 1 hàm lượng canxi với nồng độ cao. Trong đất thường chứa nhiều CO 2 do quá trình trao đổi chất của rễ cây và quá trình phân hủy các tạp chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật. Khí CO 2 hòa tan trong nước mưa theo phản ứng sau: CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3 . 5 Khúc Thị Tuyết Axit yếu sẽ thấm sâu xuống đất và hòa tan canxi cacbonat tạo ra Ca 2+ : 2H 2 CO 3 + 2CaCO 3 → Ca(HCO 3)2 + Ca 2+ + 2HCO 3 - • Một số quá trình cơ bản xử lý nước ngầm Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước, tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: nhu cầu cấp nước, tiêu chuẩn dùng nước, đặc điểm của nguồn nước ngầm, các điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội mà chúng ta có thể lựa chọn công nghệ xử lý sao cho phù hợp. Tuy nhiên một số quá trình cơ bản có thể áp dụng để xử lý nước ngầm như sau: Quá trình Mục đích Chắn rác Loại các mẩu vụn thô ( lá cây, cành cây, ) Xử lý hóa học sơ bộ Loại trừ tảo, rong rêu, khử trùng sơ bộ, oxi hóa Fe, Mn Lắng sơ bộ Loại bỏ sỏi, cát, bùn, và các vật liệu hạt khác Keo tụ/ tạo bông Chuyển các hạt keo thành các hạt có thể lắng Lắng Loại các hạt lắng được Hấp thụ và hấp phụ bằng than hoạt tính Khử màu, mùi của nước sau khi sử dụng phương pháp truyền thống không đạt yêu cầu Flo hóa nước Nâng cao chất lượng Flo trong nước đén 0.6 – 0.9 mg/l đẻ bảo vệ xương và men răng co người sử dụng nước Khử trùng nước Tiêu diệt vi trùng và vi khuẩn còn lại trong nước sau bể lọc ổn định nước Khử tính âm thực và tạo màng bảo vệ cách ly không cho nước tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mặt trong 6 Khúc Thị Tuyết thành ống và phụ tùng trên ống Làm mềm nước Khử ion Ca 2+ và Mg 2+ trong nước Khử muối Khử các cation, anion của các muối hòa tan trong nước đến nồng độ yêu cầu CHƯƠNG II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Ca 2+ TRONG NƯỚC 1. Khái quát chung Đá vôi chiếm khoảng 10% diện tích bề mặt Trái Đất nhưng ở Việt Nam còn nhiều hơn, tới gần 20% diện tích lãnh thổ phần đất liền, tức là khoảng 60.000 km2. Đặc biệt, đá vôi tập trung hầu hết ở miền Bắc, có nơi chiếm tới 50% diện tích toàn tỉnh như Hoà Bình (53,4%), Cao Bằng (49,47%), Tuyên Quang (49,92%), Hà Giang (38,01%). Nhiều thị xã, thị trấn nằm trọn vẹn trên đá vôi như Mai Châu (Hòa Bình), Mộc Châu, Yên Châu, Sơn La (Sơn La), Tủa Chùa, Tam Đường (Lai Châu), Đồng Văn, Mèo Vạc (Hà Giang) . Ở các vùng đá vôi, nước thường tiêu thoát qua mạng lưới thủy văn ngầm, nhưng hệ thống dòng chảy mặt cũng có ảnh 7 Khúc Thị Tuyết hưởng lớn đến các dòng chảy ngầm. Tốc độ và mức độ xói mòn phụ thuộc phần lớn vào tốc độ, lưu lượng dòng chảy cũng như kiểu loại đất chịu tác động của dòng chảy. Như vậy, nguy cơ xói mòn đất ở các vùng đá vôi cũng có thể giảm bớt nếu có được mạng lưới thủy văn hợp lý, và điều này đòi hỏi phải hiểu biết rõ về khu vực, về khả năng tiêu thoát nước của nó, cả trên mặt lẫn dưới đất. Do vậy, chất lượng nước ở những vùng này thường có hàm lượng canxi cao hơn các vùng khác. Nó gây ảnh hưởng tới chất lượng nước mà con người sử dụng. Canxi là nguyên tố thiết yếu cho sinh vật sống, đặc biệt trong sinh lý học tế bào, ở đây có sự di chuyển ion Ca 2+ vào và ra khỏi tế bào chất có vai trò mang tính hiệu cho nhiều quá trình tế bào. Là một khoáng chất chính trong việc tạo xương, răng và vỏ sò, canxi là kim loại phổ biến nhất về khối lượng có trong nhiều loài động vật. Tuy nhiên khi cơ thể hấp thụ quá nhiều canxi lại có thể gây ra sỏi thận, tắc động mạch do đóng cặn vôi ở thành trong của động mạch.Bên cạnh đó độ cứng này chủ yếu ảnh hưởng đến mùi vị của thực phẩm và đồ uống được chế biến bằng nước nóng hoặc qua đun nấu. nó cũng là nguyên nhân gây ra cặn lắng trong các thiết bị gia nhiệt nước ( xoong , nồi đun nước, ống đẫn nước…). 8 Khúc Thị Tuyết Vì vậy cần phải có những biện pháp xử lý nước cứng thích hợp để việc sử dụng chúng trở nên hữu ích hơn. 2. Các phương pháp xử lý nước cứng Có nhiều phương pháp làm mềm nước, vì thế phải căn cứ vào mức độ làm mềm cần thiết (độ cứng cho phép còn lại của nước), chất lượng nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác để chọn ra phương pháp làm mềm nước thích hợp nhất. Giới thiệu chung: Độ cứng của nước là số đo hàm lượng các ion kim loại Ca 2+ và Mg 2+ có trong nước. Độ cứng của nước được gọi là tạm thời khi có mặt của muối cacbonat và bicacbonat Ca, Mg. Loại nước này khi đun sôi sẽ tạo ra muối kết tủa CaCO 3 và MgCO 3 . Độ cứng vĩnh cữu của nước do các loại muối sunfat hoặc clorua Ca, Mg tạo ra. Loại muối này thường khó xử lý. Trong sinh hoạt, độ cứng cao gây lãng phí xà phòng và các chất tẩy rửa, tạo cặn lắng bám trên bề mặt các trang thiết bị sinh hoạt. Trong công nghiệp độ cứng của nước gây cản trở cho quá trình vận chuyển và làm giảm năng lực truyền nhiệt, giảm tuổi thọ của thiết bị. Chính vì thế cần có những giải pháp để xử lý sao cho phù hợp và kinh tế nhất căn cứ vào mức độ làm mềm cần thiết (độ cứng cho phép còn lại của nước), chất lượng nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác. 9 Khúc Thị Tuyết Các phương pháp xử lý. Các phương pháp thường được sử dụng : • Làm mềm nước bằng hóa chất: pha các hóa chất khác nhau vào nước để kết hợp với ion Ca 2+ và Mg 2+ tạo thành các hợp chất không tan trong nước. • Phương pháp nhiệt: đun nóng hoặc chưng cất nước. • Phương pháp trao đổi ion: lọc nước cần làm mềm qua lớp lọc cationit có khả năng trao đổi Na + hoặc H + có trong thành phần của hạt cationit với ion Ca 2+ và Mg 2+ hòa tan trong nước và giữ chúng lại trên bề mặt của các hạt lớp vật liệu lọc • Phương pháp tổng hợp: là phương pháp phối hợp 2 trong 3 phương pháp trên. • Lọc qua màng bán thấm, thẩm thấu ngược (RO) 2.1. Phương pháp nhiệt Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là dùng nhiệt để bốc hơi khí cacbonic hòa tan trong nước. Trạng thái cân bằng của các hợp chất cacbonic sẽ chuyển dịch theo phương trình phản ứng sau: 2HCO 3 - → CO 3 2- + H 2 O + CO 2 Ca 2 + + CO 3 2- → CaCO 3 ↓ Nên Ca(HCO 3 ) 2 → CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O 10 [...]... bị vật liệu lọc: Vật liệu lọc bao gồm: Sỏi, sạn, cát có kích thước hạt khác nhau Tiến hành rửa vật lọc nhằm loại bỏ phù sa, vật chất hữu cơ, để tránh ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm • Tạo cột lọc: Cột lọc chia làm 3 lớp: Dưới cùng là lớp sỏi, bên trên là lớp sạn và trên cùng là lớp cát Để xác định khả năng lọc của các vật liệu lọc của các vật liệu lọc chúng tôi tiến hành với 3 cột lọc bằng cách thay... ta dễ dàng nhận thấy: _Cột lọc tối ưu nên được sử dụng là cột 3(20% sỏi, 20% sạn, 50% cát) _ Hàm lượng soda nên cho vào trong nước để tạo keo nhiều nhất là 20g cho 10l nước lọc 31 Khúc Thị Tuyết KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện công tác thí nghiệm, chúng tôi đã hoàn thành đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ca2+ của một số loại vật liệu lọc tự nhiên qua mô hình phòng thí... một lượng tương đương Ca2+, CO32- sao cho tích số của nồng độ Ca2+, CO32- đã tham gia thế chỗ Mg2+ lớn hơn tích số hòa tan của CaCO3 Giới hạn lý thuyết của quá trình làm mềm nước bằng vôi phụ thuộc vào độ hoà tan của CaCO3 và Mg(OH)2 Trong nước thiên nhiên độ hòa tan của các hợp chất trên phụ thuộc vào thành phần ion của nước và hàm lượng CO32- và OH- tự do • Các hợp chất CaCO3 và Mg(OH)2: có khả năng. .. + 2NaCl R2-Ca + Na2SO4 R2-Mg + Na2SO4 • Theo mức độ lọc nước qua lớp hạt Na-cationit ngày càng nhiều nhóm hạt tính Na của nó được thay thế bằng ion canci và magiê của nước Cuối cùng khả năng trao đổi của Na-cationit hoàn toàn bị cạn kiệt.Để khôi phục lại khả năng trao đổi của Na-cationit nguời ta rửa lớp vật liệu lọc bằng dung dịch có nồng độ cao của 16 Khúc Thị Tuyết ion Na+ ví dụ dung dịch muối ăn... Tuyết loại bỏ các cặn có kích thước lớn và các chất ô nhiễm khác Tùy thuộc vào độ cứng của nước để có thể mở rộng phạm vi hoạt động của màng RO Nếu nồng độ Ca hoặc Mg trong nước quá cao so với khả năng hoạt động của màng thì nó sẽ tạo ra một lớp khoáng chất cứng bên ngoài màng và làm màng không thể hoạt động 19 Khúc Thị Tuyết CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU • Lựa chọn phương pháp lọc: Dùng vật liệu lọc tự. .. hành lọc nước đầu vào: Ở đây, chúng tôi sử dụng phương pháp hóa chất làm giảm hàm lượng Ca2+ trong nước, theo phản ứng sau: Ca 2+ + Na2CO3 → CaCO3 ↓ + 2Na+ Sau đó mang nước đó đi lọc thì hàm lượng CaCO3 ↓ bị giữ lại bên trên vật liệu lọc khi nước đi qua vật liệu lọc 25 Khúc Thị Tuyết Mỗi lần lọc ta sử dụng khoảng 10 lít nước đầu vào và thay đổi tỷ lệ hàm lượng sôđa trong phản ứng là: 10g, 15g, 20g để tìm. .. tối ưu Khi lọc cần chú ý giữ nguyên cột áp lực, giữ nguyên lưu lượng đầu ra và sao cho tốc độ lọc của các lần lọc là gần bằng nhau Sau những khoảng thời gian nhất định ta lấy mẫu ghi rõ số hiệu (để sau khi kết thúc quá trình lọc tiến hành phân tích hàm lượng Ca2+ trong nước sau lọc để so sánh với nước đầu vào • Kết quả thí nghiệm: Hàm lượng Ca2+ ban đầu trong nước là 50mg/l CỘT THÀNH HÀM LỌC PHẦN MẪU... mềm nước bằng cationit dựa trên tính chất của một số chất không tan hoặc hầu như không tan trong nước – cationit, nhưng có khả 15 Khúc Thị Tuyết năng trao đổi, khi ngâm trong nước, các chất này hấp thụ cation của muối hòa tan lên bề mặt hạt và nhả vào nước một số lượng tương đương cation đã được cấy lên bề mặt hạt từ trước Ngành công nghiệp hoá học đã chế tạo ra loại hạt nhựa hữu cơ tổng hợp không tan... trình thẩm thấu, quá trình này sử dụng áp lực (tối thiểu là 40psi) để đảo ngược dòng chảy tự nhiên của nước, buộc dòng nước phải chảy từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn Màng bán thấm cho phép nước đi qua và sẽ giữ lại các phân tử muối và khoáng lớn hơn Thẩm thấu ngược được sử dụng như một phương pháp lọc cho nước mặt và cà nước ngầm Tuy nhiên kích thước các lỗ trên màng rất nhỏ, do đó các... thí nghiệm và xử lí số liệu, chúng tôi đã xác định được: _Cột lọc tối ưu nên được sử dụng là cột 3(20% sỏi, 20% sạn, 50% cát) _ Hàm lượng soda nên cho vào trong nước để tạo keo nhiều nhất là 20g cho 10l nước lọc Vì đây là kết quả của quá trình nghiên cứu khoa học bước đầu nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được 32 Khúc Thị Tuyết những ý kiến đóng góp của các thầy, cô và . ưu nhất cho các vật liệu đó. 2 Khúc Thị Tuyết Mục đích, đối tượng,nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích: Nghiên cứu tìm hiểu khả năng hấp phụ Ca 2+ của một số loại vật liệu lọc tự nhiên Đối tượng: . xử lý. Ở đây, chúng tôi muốn nghiên cứu đến các loại vật liệu lọc tự nhiên hấp phụ tối ưu Ca 2+ trong quá trình xử lí nước trong phòng thí nghiệm. Loại vật liệu lọc tối ưu trong điều kiên phòng. làm giảm độ cứng của nước cấp. Nhưng trong khuôn khổ của báo cáo này thông qua mô hình thí nghiệm chúng tôi bước đầu nghiên cứu sự hấp phụ Ca 2+ của các vật liệu lục tự nhiên và đưa ra tỷ