Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhiễm Florua bằng quặng khoáng tự nhiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hoàng Minh Châu NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM FLORUA BẰNG QUẶNG KHOÁNG TỰ NHIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hoàng Minh Châu NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM FLORUA BẰNG QUẶNG KHOÁNG TỰ NHIÊN Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Phương Thảo Hà Nội – Năm 2014 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS. Phương Thảo người giao đề tài và tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này. Em xin cảm ơn các thầy, cô giáo trong phòng thí nghiệm Hóa Môi Trường, các thầy, cô giáo trong khoa Hóa Học – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQGHN và các anh, chị cùng các bạn trong phòng thí nghiệm Hoá Môi trường đã tạo điều kiện giúp đỡ để em trong quá trình thực hiện luận văn. Hà Nội, 2014 Học viên Hoàng Minh Châu Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 2 1.1.Laterit 2 1.1.1.Giới thiệu về laterit. 2 1.1.2. Thành phần và đặc điểm của laterit 4 1.1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng laterit 4 1.2. Florua và các phương pháp xử lý florua 5 1.2.1. Nguồn gốc và phân bố florua 5 1.2.2. Tính chất vật lí và hóa học của florua 6 1.2.3. Độc tính của florua 8 1.2.4. Tình hình ô nhiễm florua hiện nay tại Việt Nam 9 1.2.5. Các phương pháp xử lý florua 12 CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM 19 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn. 19 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 19 2.1.2. Nội dung nghiên cứu 19 2.2. Hóa chất và dụng cụ. 19 2.2.1. Hóa chất 19 2.2.2. Dụng cụ và thiết bị: 21 2.3. Các phương pháp thực nghiệm 21 2.3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu. 21 2.3.2. Chuẩn bị vật liệu hấp phụ florua từ laterit. 23 2.4. Phương pháp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của vật liệu. 23 2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD). 23 2.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 25 2.4.3. Phương pháp tán xạ năng lượng EDX 26 2.5. Phân tích florua bằng phương pháp Xynenol da cam 27 2.6. Phương pháp khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu 28 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1. Khảo sát mức độ ô nhiễm florua trong nước thải nhà máy phân lân Văn Điển 33 3.1.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn phân tích florua, photphat và silicat 33 3.1.2. Khảo sát mức độ ô nhiễm florua trong nước thải nhà máy phân lân Văn Điển 35 3.2. Khảo sát khả năng hấp phụ florua của laterit thô 38 3.2.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ 38 3.2.2. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu thô 39 3.3. Nghiên cứu điều kiện biến tính nhằm nâng cao tải trọng hấp phụ florua của laterit thô. 41 3.3.1. Hoạt hóa bằng axit 41 3.3.2. Ngâm tẩm với nhôm clorua 42 3.3.3. Hoạt hóa trong axit và ngâm tẩm với nhôm. 43 3.4. Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc vật liệu 45 3.4.1. Hình ảnh bề mặt vật liệu thông qua kính hiển vi điện tử quét SEM 45 3.4.2. Kết quả xác định cấu trúc theo phương pháp XRD 47 3.5. Đánh giá khả năng hấp phụ florua của vật liệu sau biến tính 48 3.5.1. Xác định thời gian cân bằng hấp phụ 48 3.5.2. Quá trình hấp phụ đẳng nhiệt theo hai mô hình Langmuir 49 3.5.3. Ảnh hưởng của các ion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ 52 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 i DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Kết quả tỉ lệ % mắc bệnh Fluorosis theo giới tính của ba huyện Tây Sơn và An Nhơn, Vân Canh. 10 Bảng 1.2. Kết quả tỉ lệ % mắc bệnh Fluorosis theo độ tuổi của ba huyện Tây Sơn và An Nhơn, Vân Canh. 10 Bảng 3.1. Mối quan hệ giữa nồng độ florua và độ hấp thụ quang (ABS) theo phương pháp Xylenol da cam 33 Bảng 3.2: Mối quan hệ giữa nồng độ SiO 3 2- và độ hấp thụ quang (ABS) 34 Bảng 3.3. Mối quan hệ giữa nồng độ photphat và độ hấp thụ quang (ABS) 35 Bảng 3.4. Kết quả phân tích mẫu nước thực tế lấy từ nhà máy phân lân Văn Điển: 36 Bảng 3.5. Thời gian cân bằng hấp phụ vật liệu laterit thô 38 Bảng 3.6. Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu laterit thô 40 Bảng 3.7. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu hoạt hóa trong axit 42 Bảng 3.8. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu hoạt hóa trong Al 3+ 43 Bảng 3.9. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu hoạt hóa trong axit và ngâm tẩm với Al 3+ 44 Bảng 3.10. Thời gian cân bằng hấp phụ vật liệu laterit biến tính 48 Bảng 3.11 . Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính 49 Bảng 3.12. So sánh tải trọng hấp phụ của vật liệu laterit hoạt hóa với các vật liệu khác . 51 Bảng 3.13. Ảnh hưởng của PO 4 3- đến khả năng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính 52 Bảng 3.14. Ảnh hưởng của SiO 3 2- đến khả năng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính 54 Bảng 3.15. Ảnh hưởng của NO 3 - đến khả năng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính 55 Bảng 3.16. Ảnh hưởng của Cl - đến khả năng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính 56 Bảng 3.17. Ảnh hưởng của HCO 3 - đến khả năng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính 57 ii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ quá trình laterit hóa 3 Hình 2.1. Tia tới và tia phản xạ trên tinh thể 24 Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét 25 Hình 2.3. Nguyên lý của phép phân tích EDX 27 Hình 2.4. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 29 Hình 2.5. Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Langmuir 30 Hình 2.6. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 31 Hình 2.7. Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Freundlich 31 Hình 3.1. Đồ thị đường chuẩn phân tích florua 33 Hình 3.2. Đường chuẩn phân tích silicat 34 Hình 3.3. Đồ thị đường chuẩn phân tích photphat 35 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của laterit thô 39 Hình 3.5. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của laterit thô 40 Hình 3.6. Biểu đồ so sánh tải trọng hấp phụ cực đại của laterit khi hoạt hóa trong axit ở các nồng độ khác nhau. 42 Hình 3.7. Biểu đồ so sánh tải trọng hấp phụ cực đại của laterit khi ngâm tẩm Al 3+ ở các nồng độ khác nhau 43 Hình 3.8. Biểu đồ so sánh tải trọng hấp phụ cực đại của laterit khi hoạt hóa trong HCl1M và ngâm tẩm Al 3+ ở các nồng độ khác nhau 45 Hình 3.9. Hình ảnh bề mặt vật liệu laterit thô qua kính hiển vi điện tử quét SEM 46 Hình 3.10: Hình ảnh bề mặt vật liệu laterit sau biến tính qua kính hiển vi điện tử quét SEM 46 Hình 3.11. Giản đồ XRD của vật liệu laterit thô 47 Hình 3.12. Giản đồ XRD của vật liệu laterit sau biến tính 47 Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ của laterit biến tính 49 iii Hình 3.14. Phương trình tuyến tính Langmuir mô tả quá trình hấp phụ florua 50 Hình 3.15. Phổ EDX của laterit đã hấp phụ florua 51 Hình 3.16. Đồ thị ảnh hưởng của PO 4 3- đến khả năng hấp phụ của laterit biến tính 53 Hình 3.17. Đồ thị ảnh hưởng của SiO 3 2- đến khả năng hấp phụ của laterit biến tính 54 Hình 3.18. Đồ thị ảnh hưởng của NO 3 - đến khả năng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính 55 Hình 3.19. Đồ thị ảnh hưởng của Cl - đến khả năng hấp phụ của vật liệu laterit biến tính56 Hình 3.20. Đồ thị ảnh hưởng của HCO 3 - đến khả năng hấp phụ của laterit biến tính 58 iv Danh mục các chữ viết tắt ABS Độ hấp thụ quang (Absorbance) EDX Phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy-Dispersive X-ray spectroscopy ) SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X (X Rays Diffraction) QCVN Quy chuẩn Việt Nam NS-VSMTNT Nước sạch – Vệ sinh môi trường nông thôn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam M 1 Laterit thô M 2 Laerit biến tính [...]... nghiên cứu - Khảo sát tình trạng ô nhiễm florua tại nhà máy phân lân Văn Điển Khảo sát khả năng hấp phụ florua trên quặng khoáng laterit tự nhiên đồng thời nghiên cứu quy trình biến tính để nâng cao khả năng hấp phụ Khảo sát một số ảnh hưởng của các ion đến khả năng ứng dụng xử lý thực tế của vật liệu 2.2 Hóa chất và dụng cụ 2.2.1 Hóa chất 2.2.1.1 Chuẩn bị hóa chất phân tích Florua - Pha dung dịch chuẩn... từ nước Chất nung ở 5000C hoặc ít hơn bị nứt vỡ trong nước 18 CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận văn 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát tình trạng ô nhiễm florua tại nhà máy sản xuất phân lân Văn Điển Nghiên cứu để tìm kiếm vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm, có thể tái tạo được để hấp phụ, loại bỏ florua trong nước và không làm nguồn nước ô nhiễm 2.1.2 Nội dung nghiên cứu - Khảo... đối với các cơ sở sản xuất vì vậy rất khó theo dõi đánh giá hiệu quả xử lý cũng như kiểm soát được chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi đã chọn đề tài Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhiễm Florua bằng quặng khoáng tự nhiên với mong muốn tìm hiểu và tìm kiếm được vật liệu mới để hấp phụ, loại bỏ flo 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1.Laterit 1.1.1.Giới thiệu... thường có mặt quặng fluorit, là nguồn gốc nhiệt dịch ( ở huyện Đồng Xuân , Phú Yên) Nước dưới đất có thể mang flo đi xa nguồn khoáng hóa fluorit với khoảng cách lớn Do vậy việc ô nhiễm florua trong nước ngầm và dặc biệt trong nước thải từ các ngành công nghiệp sản xuất phân bón, khai thác và chế biến khoáng sản chứa florua đòi hỏi các phương pháp xử lý an toàn florua 1.2.5 Các phương pháp xử lý florua Mục... chính quặng sắt và nhôm Quặng đá ong cũng là nguồn quan trọng đầu tiên cung cấp niken Trong những năm gần đây các công trình nghiên cứu khoa học đã cho thấy laterit là vật liệu hấp phụ tốt, chí phí thấp trong việc loại bỏ florua trong nước 1.2 Florua và các phương pháp xử lý florua 1.2.1 Nguồn gốc và phân bố florua Trong tự nhiên flo gặp chủ yếu ở dạng ion florua hóa trị một, là thành phần của các khoáng. .. và khoáng vật chứa flo đã giải phóng flo vào nước ngầm, nước sông, nước suối, làm tăng dần hàm lượng florua trong nước Ở những vùng có khoáng hóa florit thì hàm lượng flo trong nước có thể cao hơn Nước ngầm khi vận động có thể mang theo sự ô nhiễm flo đi xa nguồn với khoảng cách khá lớn [5, 8, 24] Trên thực tế có nhiều khu vực có các nguồn nước tự nhiên nhiễm flo khá cao như ở một số vùng của Ấn Độ,... loại bỏ florua là xử lí nước bị ô nhiễm để làm giảm hàm lượng flo xuống giới hạn có thể chấp nhận được Phương pháp truyền thống loại bỏ florua khỏi nước uống là làm trong và kết tủa Kết tủa và keo tụ với Fe(III), nhôm hoạt tính, bùn phèn, và canxi đã được nghiên cứu Ngoài ra trao đổi ion, thẩm thấu ngược và điện thẩm tách cũng đã được nghiên cứu để loại bỏ phần dư thừa florua từ nước uống Tuy nhiên, ... Việc xử lý các nguồn nước thải có chứa flo đã được đặt ra và thực hiện từ lâu nhưng trên thực tế chưa được thực hiện triệt để đối với một số cơ sở sản xuất có nguồn nước thải flo cao Mặt khác việc phân tích xác định hàm lượng flo trong nước thải là một vấn đề không dễ thực hiện đối với các cơ sở sản xuất vì vậy rất khó theo dõi đánh giá hiệu quả xử lý cũng như kiểm soát được chất lượng nước thải trước... loại bỏ florua dưới đây:  Kỹ thuật hấp phụ Mặc dù phương pháp màng xử lý F- một cách hiệu quả đến mức có thể chấp nhận được, nhưng phương pháp hấp phụ vẫn có vị trí quan trọng trong nghiên cứu loại bỏ florua do khả năng ứng dụng thực tế cao và chi phí thấp hơn Bản chất của chất hấp phụ florua dựa trên khoáng chất, đặc biệt là đất sét có chứa oxit sắt, oxit nhôm và silicon Về lý thuyết, hấp phụ florua. .. nghiệm: Để khảo sát tình trạng ô nhiễm florua tại các nhà máy sản xuất phân lân chúng tôi đã tiến hành lấy mẫu nước thực tế từ hai nguồn nước của nhà máy sản xuất phân lân Văn Điển và xỉ thải từ nhà máy: + Nước thải từ mương của nhà máy sản xuất phân lân: được lấy xuôi theo dòng chảy cách nguồn thải khoảng 300 m 22 + Nước ao cạnh nhà máy: được lấy bằng cách nhúng một bình nhựa xuống ngay dưới mặt nước ao . được chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường. Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi đã chọn đề tài Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhiễm Florua bằng quặng khoáng tự nhiên với mong. QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hoàng Minh Châu NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM FLORUA BẰNG QUẶNG KHOÁNG TỰ NHIÊN Chuyên ngành: Hóa môi trường . QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hoàng Minh Châu NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM FLORUA BẰNG QUẶNG KHOÁNG TỰ NHIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC