hấp thụ và trao đổi ion

PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion lời dẫn N-ớc hợp chất liên quan trực tiếp rộng rãi đến sống trái đất, sở sống sinh vật Đối với giới vô sinh n-ớc thành phần tham gia rộng rãi vào phản ứng hóa học, dung môi môi tr-ờng tăng trữ điều kiện để thúc đẩy hay kìm hãm trình hóa học Đối với ng-ời hoạt động sản xuất n-ớc nguồn nguyên liệu chiếm tỉ trọng lớn N-ớc chất lỏng có đặc tr-ng mà chất lỏng khác không có: điểm sôi, nhiệt dung cao, nhiệt bốc lớn Khối l-ợng riêng đạt giá trị cực đại 0C điểm nóng chảy, tức thể tích tăng lên đông đặc Ngoài n-ớc có tính chất khác bật: sức căng bề mặt, số điện môi cao, nhờ trở thành dung môi tốt muối hợp chất hóa học có độ phân cực Một vài thập niên gần đây, phát triển khoa học kỹ thuật, kinh tế sức sản xuất nhằm đáp ứng bùng nổ dân số, l-ợng n-ớc đ-ợc dúng sản xuât, sinh hoạt tăng lên nhiều kéo theo gia tăng l-ợng n-ớc thải chứa tạp chất có hại đ-ợc đ-a trở lại nguồn n-ớc Lấy ví dụ nhà máy sản xuất bia phải dung l-ợng n-ớc trung bình khoảng 8-10 lần l-ợng bia xuất x-ởng (ở Việt Nam số nhà máy bia tỉ lệ tới 25 lần), với công suất bia 140.000 lít /ngày, tức 50 triệu lít/năm ngày thải môi tr-ờng l-ợng n-ớc t-ơng ứng với n-ớc sinh hoạt cho 15 ngàn ng-ời Nếu tính theo l-ợng thải chất hữu t-ơng đ-ơng với l-ợng thải 150200 ngàn ng-ời Do nhu cầu n-ớc tăng chất l-ợng n-ớc ngày đòi hỏi cao hơn, nguồn n-ớc đủ tiêu chuẩn từ nguồn thiên nhiên ngày nên việc phải áp dụng công nghệ xử lý n-ớc nhằm thoả mãn chất l-ợng cho mục đích sử dụng ngày gia tăng Công nghệ xử lý n-ớc đặt mục tiêu loại bỏ thành phần tạp chất không phù hợp với mục đích sử dụng đ-a tạp chất dạng chấp nhận đ-ợc phạm vi cho phép Cơ sở khoa học cho áp dụng công nghệ xử lý n-ớc, n-ớc thải chuyển hóa tạp chất phân bố chúng theo không gian thơì gian môi tr-ờng n-ớc Đó đối t-ợng nghiên cứu ứng dụng ngành khoa học "hóa học môi tr-ờng n-ớc" Ph-ơng pháp sử dụng để tiệm cận mục tiêu áp dụng nguyên lý hóa lý để xác định chuyển hóa chất thay đổi nồng độ môi tr-ờng n-ớc tự nhiên: nguyên tắc cân qui luật động học hệ động - hệ đạt trạng thái cân bằng, th-ờng đạt trạng thái ổn định (steady state) tức có nồng độ ổn định theo thời gian vị trí không gian (Time invariant condition) So sánh trình hóa học phòng thí nghiệm sản xuất công nghiệp với trinhf hóa học môi tr-ờng n-ớc tự nhiên chứng ta thấy có trình xảy giống nhau, chất nh- hòa tan, kết tủa, oxy hóa khử, phản ứng axit-bazơ hay tạo phức chất, có trình mang nhiều nét riêng biệt Ví dụ để kết tủa chất phòng thí nghiệm, dung dịch chất cần đạt nồng độ mức bão hòa cao Với thời gian kết tinh ngắn, ng-ớc lại trình kết tủa môi tr-ờng n-ớc tự nhiên mức độ bão hòa thấp nhiều thời gian kết tinh dài (cột thạch nhũ hang động) Các t-ợng xảy bề mặt phân cách pha có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trình hóa học có ý nghĩa th-ờng xảy Nhiều nguyên tác cân hóa học áp dụng đ-ợc trình thiên nhiên Theo nguyên tắc cân bằng, oxy nitơ khí hòan toàn phản ứng với để tạo oxit nitơ, n-ớc đại d-ơng, n-ớc mặt chất hấp thụ tốt cho sản phẩm khí Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học Hấp phụ trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát sản phẩm hình thành dung dịch axit Kết cuối cạn kiệt bầu khí hình thành đại d-ơng dung dịch axit, nitrat Môi tr-ờng n-ớc không tồn cô lập với môi tr-ờng khác, tiếp xúc trực tiếp với không khí, đất sinh Giữa chúng tồn trình trao đổi chất, l-ợng (nhiệt, quang, năng), xảy sôi động bề mặt phân cách pha Ngay lòng n-ớc xảy trình xa lạ với qui luật cân hóa học - trình giảm entropy, hình thành phát triển thể sinh vật Do tính chất "mở" hệ n-ớc tự nhiên, việc nghiên cứu khả chuyển hóa cấu tử nh- phân bố nồng độ theo thời gian không gian không đ-ợc đóng khung hệ kín, điều th-ờng áp đặt nghiên cứu hóa học truyền thống Số l-ợng, chủng loại tạp chất n-ớc lớn chúng tác động lên trình chuyển hóa cần quan tâm mạnh tác nhân Với loại hợp chất, ví dụ kim loại nặng n-ớc ngầm chủ yếu tiếp xúc với đất đá dạng ion đơn giản, chuyển vào n-ớc mặt lại tồn dạng phức chất hay dạng hợp chất khác Ví dụ sắt n-ớc ngầm tồn dạng Fe(II) tiếp xúc với n-ớc mặt có chứa l-ợng oxy chất hữu (ví dụ axit humic) xuất sản phẩm phức chất, Fe(III) đơn giản, hydroxit sắt Với hợp chất định đó, thay đổi nồng độ theo thời gian không gian mang tính chất động trình chuyển hóa hóa học chuyển khối đến Sự thay đổi nồng độ đơn vị thể tích l-ợng chất đ-ợc vận chuyển đến vùng qua bề mặt phân cách pha trừ l-ợng chất vận chuyển khỏi vùng thêm vào l-ợng chất tạo thành phản ứng hóa học Sự biến thiên nồng độ đ-ợc định hai trình: chuyển khối chuyển hóa hóa học Tỉ trọng đóng góp hai trình vào biến động nồng độ chất phụ thuộc nhiều điều kiện: tốc độ chuyển hóa l-ợng chất đ-ợc vận chuyển đến, Nhìn chung phản ứng chất vô th-ờng có tốc độ nhanh, chất hữu chậm nhiều nồng độ cấu tử n-ớc tự nhiên th-ờng không lớn (khác với n-ớc thải): Trong tr-ờng hợp đầu, cách gần đúng, hệ phản ứng đ-ợc xem xét d-ới quan điểm cân bằng, nh-ng tr-ờng hợp sau, hệ khảo sát theo quan điểm cân Quá trình chuyển khối có hai dạng: khuếch tán phân tử chuyển khối đối l-u (convective), đối l-u tự nhiên hay c-ỡng Chuyển khối khuếch tán th-ờng có vai trò quan trọng nguồn n-ớc lặng (ao, hồ đầm), nguồn n-ớc chảy tự nhiên vai trò chuyển khối đối l-u tự nhiên đóng vai trò quan trọng, thiết bị xử lý đối l-u c-ỡng th-ờng có vai trò định Điều kiện vật lý: nhiệt độ, áp suất, pH môi tr-ờng, trình chuyển khối ảnh h-ởng lớn đến biến đổi nồng độ phân bố cấu tử n-ớc Lấy ví dụ hòa tan khí CO2 từ không khí vào n-ớc chuyển hóa khí CO2 hòa tan thành axit cacbonic với phân li axit thành ion bicacbonat cacbonat CO2 hòa tan n-ớc tuân theo định luật Henry, tức tỉ lệ thuận với áp suất riêng phần không khí tăng nhiệt độ giảm Sự phân li thành HCO3- CO3- phụ thuộc vào pH, pH cao làm dịch chuyển cân ion cacbonat Sự thăng giáng nhiệt độ vùng, ngày đêm ảnh h-ởng đến trình hòa tan, ban đêm lạnh nên l-ợng CO2 hòa tan lớn đ-ợc thúc đẩy thêm nêú pH môi tr-ờng lớn Nguồn cung cấp CO2 từ không khí biến đổi theo vị trí diễn biến đối l-u (gió) theo vị trí thời gian không Ban ngày buổi tối th-ờng nhiều gió, nồng độ CO trở nên bề mặt phân cách pha n-ớc - không khí Ban đêm buổi sáng lặng gió, nồng độ CO2 vùng gần mặt n-ớc thấp so với vùng cao vị trí thời điểm khác l-ợng CO2 biến động hoạt động sản xuất ng-ời, hoạt động sinh hóa thảm thực vật Với nguồn n-ớc có tính chất phú d-ỡng photphat hợp chất nitơ (NH 4+, Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học Hấp phụ trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát NO3-) cao, thảm thuỷ thực vật rong, rêu, tảo phát triển mạnh hàm l-ợng oxy cao CO thấp vào ban ngày, hôm trời nắng xứ nóng nh-ng vào ban đêm ng-ợc lại trình quang hợp (ban ngày) hô hấp (ban đêm) thảm thuỷ thực vật Tốc độ chuyển hóa cấu tử bị chi phối trình chuyển khối, đặc biệt vùng ranh giới pha phản ứng có tốc độ nhanh Tóm lại phản ứng hóa học môi tr-ờng n-ớc có nhiều nét đặc thù so sánh với phản ứng phòng thí nghiệm hay sản xuất công nghiệp Nguyên nhân khác biệt tính không cân nhiệt động hệ tính "mở" tiếp xúc trực tiếp với khí quyển, thạch sinh số tạp chất n-ớc phong phú (nguồn n-ớc sinh hoạt thành phố từ nhà máy sử lý chứa tới vài trăm chất hữu cơ) Vì tính không cân hệ n-ớc tự nhiên nên trình nghiên cứu hóa học n-ớc, ph-ơng pháp kỹ thuật xử lý n-ớc, n-ớc thải bỏ qua tính chất động hệ, tức phải xem xét tới yếu tố động học, chuyển khối - yếu tố liên quan trực tiếp tới không gian thời gian vai trò trạng thái ổn định nhiều tr-ờng hợp có vai trò, ý nghĩa trạng thái cân Nếu câu hỏi nảy sinh vai trò nguyên lý cân với nghiên cứu từ tr-ớc tới tác động đến qui trình công nghệ xử lý đ-ợc áp dụng làm để đ-a đ-ợc nguyên lí động học, động lực vào để khảo sát áp dụng thực tiến Theo Stumm, Morgan [1] mô hình cân đ-ợc sử dụng có hiệu việc mô tả hệ có đặc tr-ng cục bộ, phần pha n-ớc, trầm tích sa lắng, khí bề mặt phân cách pha chúng nhận biết đ-ợc yếu tố ảnh h-ởng lên trình Năng l-ợng tự Gibbs mô tả trạng thái bền hệ cân bằng, đặc tr-ng cho h-ớng mức độ trình tiệm cận trạng thái cân Thế oxy hóa khử hệ cho phép nhận định chiều h-ớng tính chọn lọc trình, hệ đồng thời xảy nhiều phản ứng Những đại l-ợng nhiệt động khác nh- độ tan, số cân bằng, phân ly, pha, độ bền phức chất, điện tích bề mặt, điện tích lớp kép thông số hữu ích để mô tả diễn biến trình hóa học, trình hóa học có tốc độ cao môi tr-ờng n-ớc thiên nhiên quan trọng áp dụng kỹ thuật xử lý n-ớc, n-ớc thải Các mô hình động học động lực dùng để nghiên cứu hóa học môi tr-ờng n-ớc đ-ợc phát triển chậm hơn, khoảng 20 năm trở lại Với mô hình cho phép đánh giá, khảo sát hình thành phân bố tạp chất n-ớc giám định đánh giá môi tr-ờng Các mô hình không liên quan chặt chẽ tới trình hóa học mà trình vi sinh, quang hóa, địa hóa, địa chất, phong hóa hoạt động có liên quan ng-ời Trong trình nghiên cứu động học phát triển th-ờng chia làm ba b-ớc: 1- Thu thập số liệu động học sử lý theo ph-ơng trình động học, 2- Khảo sát chế, tìm hiểu b-ớc sơ cấp phản ứng để đ-a tổng thể 3- Tìm hiểu chi tiết b-ớc phản ứng sơ cấp, trạng thái trung gian, chế hình thành liên kết Mức độ nghiên cứu động học giai doạn đầu gia đoạn [2] Với mục tiêu trình bày số trình, t-ợng có liên quan đến số khoa học qui trình công nghệ xử lý n-ớc n-ớc thải, vấn đề đ-ợc đề cập tới gói gọn số t-ợng hóa học, hóa lý, hóa keo xảy môi tr-ờng n-ớc, bề mặt phân cách pha giữa: n-ớc - chất rắn, n-ớc/ khí rắn/rắn n-ớc Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học Hấp phụ trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát Kỹ thuật xử lý n-ớc (không bao gồm kỹ thuật vi sinh) phong phú nh- kết tủa, sa lắng, keo tụ, lọc, hấp phụ , giải hấp thụ (sực khí), trao đổi ion, màng, oxy hóa Tuỳ theo trình độ công nghệ, kinh tế quốc gia, qui trình công nghệ tổ hợp công nghệ xử lý n-ớc cho mục tiêu t-ơng ứng khác nh-ng tất dựa qui trình t-ợng liên quan chặt chẽ tới vấn đề hóa học môi tr-ờng n-ớc Công nghệ xử lý n-ớc áp dụng qui luật ph-ơng tiện đặc thù để loại bỏ tạp chất có hại dạng huyền phù, dạng nhũ, chất tan hữu cơ, vô vi sinh vật nhằm thu đ-ợc n-ớc có chất l-ợng an toàn cho mực đích sử dụng bối cảnh môi tr-ờng ngày có nguy ô nhiễm Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion Phần I Động học trình chuyển khối Tốc độ phản ứng hóa học th-ờng đ-ợc mô tả thay đổi nồng độ (giảm nguyên liệu, tăng sản phẩm) cấu tử đơn vị thể tích đơn vị thời gian Mức độ ảnh h-ởng nồng độ lên tốc độ phản ứng đ-ợc đặc trung qua bậc phản ứng Phản ứng hóa học có dạng thuận nghịch, bất thuận nghịch, phản ứng nối tiếp, song song Có chế phản ứng xảy loại phân tử, hai loại, dây chuyền đơn giản Tốc độ phản ứng nhanh chậm phụ thuộc vào chất hóa học cấu tử tham gia phản ứng thể l-ợng hoạt hóa, trạng thái phức chất trung gian hình thành thay đổi trạng thái trung gian cách sử dụng trình xúc tác thích hợp Phản ứng xảy với tốc độ nguồn nguyên liệu cho phản ứng đ-ợc đảm bảo số l-ợng cần thiết cho hệ phản ứng không vị "đói" Trong phòng thí nghiệm sản xuất việc cấp nguyên liệu cho trình phản ứng đ-ợc đảm bảo biện pháp chủ động c-ỡng bức: khuấy trộn, kỹ thuật tầng sôi, ng-ợc dòng đ-ợc thực nhằm thoả mãn điều kiện Trong môi tr-ờng n-ớc thiên nhiên số trình công nghệ xử lý n-ớc điều kiện đ-ợc đáp ứng Khi tốc độ phản ứng thật (đo đ-ợc) phụ thuộc vào hai yếu tố : tốc độ phản ứng hóa học tốc độ chuyển khối Quá trình chuyển khối nhanh, tốc độ phản ứng chậm tốc độ tổng thể bị chi phối tốc độ phản ứng, ng-ợc lại bị chi phối trình chuyển khối giống nguyên tắc Bodenstein phản ứng - b-ớc chậm chi phối tổng thể trình 1- Quá trình chuyển khối Chuyển khối có hai dạng chính: đối l-u khuếch tán phân tử, chuyển khối đối l-u có nguyên nhân tự nhiên hay c-ỡng khuếch tán phân tử xảy hòan toàn tự nhiên theo quy luật nhiệt động học - tăng entropy hệ Phần tới đề cập tới hai dạng chuyển khối bên môi tr-ờng khác 1-1- Chuyển khối đối l-u - dòng chảy Một dòng chất lỏng chuyển động đ-ợc chện lệch áp suất, áp suất thuỷ tĩnh, đối l-u nhiệt ngoại lực (c-ỡng bức) khác Ph-ơng pháp nghiên cứu qui luật dòng chảy phần nhiều dựa nguyên tắc học: bảo toàn chất - ph-ơng trình trạng thái (thể tích - áp suất, nhiệt độ) định luật II Newton áp dụng cho chất tr-ợt lớp lên lớp kia, lực gây tr-ợt chênh lệch áp suất ngoại lực khác Ph-ơng trình Navier - Stokes mô tả trình chuyển động- ph-ơng trình thăng chất có dạng: Gia tốc dv p 2v F v dt x x áp suất ngoại lực (1-1) lực tr-ợt Trong , tỉ trọng độ nhớt, v vectơ tốc độ theo trục z, 2: toán tử Laplace Ph-ơng trình áp dụng đ-ợc cho chất khí với l-u ý khác Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học Hấp phụ trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát hai trạng thái khí, lỏng Ph-ơng trình Navier-Stokes phức tạp cho việc áp dụng nên nhiều ph-ơng pháp gần khác đ-ợc phát triển có ứng dụng rộng rãi 1.1.1- Định luật Darcy tính thấm qua Định luật Darcy mô tả dòng chảy chất lỏng cho dòng chảy chất lỏng đơn vị tiết diện tỉ lệ thuận với chênh lệch áp suất đơn vị độ dài dọc theo h-ớng chảy q = - K dp/dx (1-2) K số tỉ lệ, thông số kinh nghiệm Dấu âm (-) h-ớng chảy từ vùng áp suất cao xuống vùng thấp Định luật mô tả cho phép tính toán tổng l-ợng chảy chất lỏng qua môi tr-ờng điều kiện thuỷ tĩnh biết Tuy nhiên ứng dụng đ-ợc cho vùng dòng chảy phẳng, tức vùng có tốc độ chảy thấp, không mô tả đ-ợc cho dòng chảy xoáy Tính chất dòng chảy phẳng hay xoáy đ-ợc đánh giá qua chuẩn số Reynold (đơn vị =1) Re = qd / (1-3) d: đ-ờng kính ống chảy hình trụ, q: tốc độ thẳng dòng chảy, độ nhớt Re < 100, tính chất dòng chảy phẳng, 100 < Re < 3000 dòng có đặc tr-ng hỗn hợp; Re > 3000 dòng xoáy [2,5] Tính chất dòng chảy đ-ợc định chủ yếu tốc độ thẳng chất lỏng Trong dòng chảy phẳng, chế chuyển động chất lỏng trình tr-ợt lớp lớp kia, thể độ chênh lệch áp suất tốc độ dòng chảy q tỉ lệ nghịch đối độ nhợt Chú ý tới tính chất đó, tốc độ dòng thảy thẳng tính theo tốc độ thể tích đơn vị tiết diện ngang đ-ợc biểu diễn: q Ko dp dx (1-4) Trong Ko độ thấm qua đặc tr-ng, có đơn vị độ dài bình ph-ơng (Ko tính theo đơn vị darcy, darcy = 9,87.10 -9cm2) Ph-ơng trình (1-4) đ-ợc ứng dụng nhiều thực tiễn: lọc chân không lọc d-ới áp suất cao Cả hai ph-ơng thức tạo chênh lệch áp suất Trong tr-ờng hợp lọc chân không chênh lệch áp suát không v-ợt qua đ-ợc áp suất khí (1at) thiết bị lọc áp suấtthì chênh lệch áp suất điều chỉnh phạm vi rộng L-ợng chất lọc qua tỉ lệ thuận với chệnh lệch áp suất lớp lọc không thay đổi cấu trúc (K0)trong suất trình lọc Trong công nghệ xử lý n-ớc, n-ớc có chứa tạp chất th-ờng chảy qua tầng chứa hạt lọc: lọc nhanh, lọc chậm qua lớp cát, than, sỏi, vật liệu lọc, qua than hoạt tính dạng hạt, chất trao đổi ion, chất hấp phụ khác, qua màng lọc, màng thẩm thấu, màng trao đổi ion Trong môi tr-ờng vật liệu đó, có hình thành khoảng không gian hạt lỗ xốp trình chế tạo hình thành Trong môi tr-ờng hình thành không gian trống gọi độ xốp: độ xốp ngoài, độ xốp tổng độ xốp Với chất rắn không xốp nh- cát thạch anh, độ xốp khoảng không gian hạt lớp chất Kích th-ớc khoảng không gian hạt lớp chất phụ thuộc vào kích th-ớc hạt phân bố theo độ lớn Kích th-ớc khoảng trống xấp xỉ với kích th-ớc hạt Muốn có tốc độ lọc lớn dùng cát thô (1-2mm), trình lọc cát chậm dùng kích th-ớc hạt nhỏ (0,1-0,5mm) Đối với chất thân có độ xốp nh- Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion chất trao đổi ion, chất hấp phụ, chất trợ lọc diatomit (diatomit thô) tích rỗng vào cỡ 1ml/g, với loại chế biến nh- celit 545 hay chất mang dùng sắc kí họ chromosorb thể tích rỗng đạt tới 2ml/g) phần thể tích hạt có phần xốp hạt Quan hệ độ xốp nh- sau: n l (1-5) i bk (1-6) t = n + i n , i , t độ xốp ngoài, tổng (1-7) : khối l-ợng riêng vật liệu hạt, = r vật liệu hạt đặc = bk hạt xốp r khối l-ợng riêng chất rắn, tức tỉ số khối l-ợng thể tích phần chất rắn ,bk khối l-ợng riêng biểu kiến, tức tỉ lệ số khối l-ợng hạt đơn vị thể tích hạt xốp (bao gồm thể phần rắn thể tích phần xốp hạt) l khối l-ợng riêng lớp hạt, tỉ số khối l-ợng lớp chất thể tích lớp chiếm chỗ r > bk > l Đối với lớp lọc cát thạch anh, hạt không xốp (đặc) nên r = bk, i = 0, t = n Trong trình chuyển khối đối l-u, độ xốp có vai trò quan trọng, đóng góp chủ yếu vào trình độ xốp Với cát lọc dùng để lọc n-ớc n (ngoài) th-ờng có giá trị 0,350,45% Đối với chất trợ lọc diatomit độ xốp tổng đạt 90% Nh- nhắc tới phần trên, khoảng không gian tạo thành hạt có kích th-ớc lớn nhỏ chủ yếu kích th-ớc hạt Do hạt có độ lớn không nên kích th-ớc lỗ xốp mà thay đổi Giả thiết lỗ xốp có hình dạng định nh- hình cầu, hình trụ có kích th-ớc đ-ờng kính hiệu dụng Có thể giả thiết hình dạng có kích th-ớc nhau, thể tích xốp tổng tất thể tích nhỏ Trong tr-ờng hợp chúng có kích th-ớc không phải dùng tới khái niệm phân bố thể tích theo độ lớn Giả sử không gian nhỏ có dạng hình trụ, có bán kính r i thay đổi khoảng Tổng thể tích mao quản hình trụ tăng từ vi đến vi+j bán kính mao quan tăng từ ri đên ri+j Biểu diễn phụ thuộc v vào r ta nhận đ-ợc đ-ờng phân bố thể tích mao quản theo độ lớn Vận chuyển chất lỏng qua khoảng rỗng đ-ợc coi nh- trình dòng chảy mao quản đ-ợc mô tả qua định luật Poiseuille 1.1.2- Định luật Poiseuille Định luật Poiseuille đ-ợc dùng để mô tả trình vận chuyển chất lỏng hay khí qua mao quản có đ-ờng kính d động lực trình chênh lệch áp suất: d4 Q=128 dp/dx (1-8) Q tốc độ thể tích chất lỏng (thể tích chảy qua đơn vị thời gian) Ph-ơng trình (1-8) cho phép tìm đ-ợc mối liên hệ dòng chảy với độ lớn hạt lọc Nh- đề cập, kích th-ớc lỗ xốp tạo thành tỉ lệ thuận với đ-ờng kính (d p) hạt lọc tạo nên nó, tr-ờng hợp đột biến cấu trúc lớp hạt Do l-ợng chất chuyển vận tỉ lệ với d 4p không Tuy Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion đơn vị tiết diện, hạt lọc lớn mật độ N (số l-ợng) lỗ xốp giảm, ta viết N = số/d2p Khi dòng chảy qua tiết diện q N.Q phụ thuộc vào d 2p Trong lớp lọc, toàn tiết diện đ-ợc dùng cho trình vận chuyển chất mà phần rỗng, ứng với giá trị độ xốp ngoài, giá trị dễ xác định đ-ợc từ thực nghiệm Độ xốp có liên hệ mật thiết với dòng chảy, đ-ợc thể qua ph-ơng trình Kozeny- Carman Ko d p 3n 1801 n (1-9) biểu thức (1-4) trở thành: n d2p dp 180 n dx q (1-10) Biểu thức cho phép so sánh t-ơng đối trình lọc với vật liệu lọc có kích th-ớc d p khác nhau, ví dụ trình lọc nhanh hay chậm ảnh h-ởng độ xốp chất rắn khác Những trình bày có giá trị dạng chảy phẳng, độ chảy chậm Khi tốc độ chảy lớn, chuẩn số Reynold tăng lên h-ớng dòng chảy trở nên hỗn loạn, lúc ta có dòng chảy xoáy (turbulent hay eddy flow) Dòng xoáy xuất chịu tác dụng ngoại lực mạnh nh- khuấy đảo trình keo tụ lúc bắt đầu, sục khí giải hấp thụ, oxy hóa chất hữu n-ớc thải ph-ơng pháp vi sinh Khi vai trò trình chuyển khối khác hệ đồng nhỏ, nh-ng hệ dị thể có thêm chất rắn có vai trò trình động học xảy nhanh 1.2- Khuếch tán phân tử Trong nhiều hệ tự nhiên, ng-ời ta th-ờng quan sát thấy san nồng độ chất từ vị trí có nồng độ cao xuống vùng có nồng độ thấp mà ngoại lực tác động đến Hiện t-ợng gọi khuếch tán phân tử Về chất, khuếch tán t-ợng mang tính ngẫu nhiên (random walk) giới tự nhiên Một tập hợp phân tử không bị ràng buộc chặt ( ví dụ mạch tinh thể chất rắn) có xu h-ớng bành tr-ớng thể tích tính ngẫu nhiên Về chế vật lý trình đạt trạng thái có entropy cao tính ngẫu nhiên lớn Đứng qui mô phân tử khuếch tán hệ chuyển động nhiệt không ngừng phân tử Từng phân tử chuyển động nhiệt chuyển động theo h-ớng không cố định sau thời gian định, mật độ phân bố tập hợp phân tử trở nên đồng Quan sát tầm vĩ mô nhận thấy chuyển động phân tử theo h-ớng phía có nồng độ thấp, tức khuếch tán xảy nơi có tồn gradient (sự chênh lệch) nồng độ Thực phân tử không bị ép buộc "nhận thức" đ-ợc phải chuyển động theo h-ớng đ-ờng chuyển động phân tử luôn độc lập với Cơ chế dòng khuếch tán đ-ợc giải thích nh- sau: Do chuyển động ngẫu nhiên phân tử, từ vùng không gian nhỏ hẹp đó, phân tử vùng bị bắn khỏi với xác suất nh- h-ớng Nếu vùng không gian nhỏ nằm cạnh có mật độ phân tử khác vùng tiếp nhận phần phân tử bay phía từ vùng khoảng thời gian Tuy nhiên, từ vùng có mật độ cao bắn khỏi nhiều phân tử vùng mật độ thấp thu nhận nhiều ng-ợc lại Vì h-ớng đ-ợc coi -u tiên Trong trình khuếch tán phân tử vùng mật độ loãng đ-ợc nhận nhiều từ nơi có mật độ lớn, phù hợp với quan sát Các công trình nghiên cứu khuếch tán th-ờng đ-ợc tiến hành theo hai h-ớng Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học Hấp phụ trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát - Tính toán, xác định phân bố nồng độ cấu tử biết khả khuếch tán - Xác định khả khuếch tán phân tử từ trình thông số phân từ với yếu tố ảnh h-ởng bên Về hình thức, để mô tả khuếch tán phân tử ng-ời ta th-ờng sử dụng định luật Fick I Fick II Tốc độ khuếch tán hay dòng khuếch tán đ-ợc hiểu l-ợng chất dn (mol) đ-ợc vận chuyển qua tiết diện S đơn vị thời gian dt động lực chệnh lệch nồng độ dc L-ợng chất đ-ợc vận chuyển tỉ lệ thuận với tiết diện, thời gian Với giả thiết nồng độ dx chất khuếch tán có giá trị không đổi, tức gradient không đổi điểm quãng đ-ờng khuếch tán mợi thời điển trình (trạng thái ổn định), định luật khuếch tán Fick I có dạng: dn dc S D dt dx (1-11) dn/dt : l-ợng chất vận chuyển đơn vị thời gian [mol/s] S : tiết diện [cm2] D: hệ số khuếch tán [cm2/s] Dấu (-) chiều khuếch tán chiều có nồng độ thấp Theo Jost [3,4], biểu thức (1-1) điều kiện sau đ-ợc đáp ứng: - Chỉ áp dụng đ-ợc cho pha đồng riêng rẽ Với hệ bao gồm nhiều pha ứng với pha cần phải có biểu thức riêng - Ph-ơng trình không sử dụng đ-ợc cho vùng không gian phân cách pha hệ, có nghĩa t-ợng khuếch tán chất từ pha sang pha khác mạch dù có chênh lẹch nồng độ (điển hình trình chiết lỏng - lỏng) - Hệ số khuếch tán không phụ thuộc vào nồng độ Nh- đề cập tới phần trên, định luật FickI áp dụng đ-ợc cho tình khuếch tán ổn định Đối với hệ mà nồng độ chất khuếch tán thay đổi theo không gian (toạ độ x) thời gian định luật Fick I tác dụng Định luật Fick II đ-ợc sử dụng để mô tả trình Định luật đ-ợc dẫn giải nh- sau: Trên quãng đ-ờng khuếch tán vị trí x vào thời điển t, gradient nồng độ (c/ x)x, l-ợng chất dn mol đ-ợc vận chuyển qua tiết diện S Theo định luật Fick I l-ợng chất đ-ợc tính : dn c DS ( ) t dt x (1-12) Trong vùng không gian bị chặn đoạn x x dx (hình hộp chữ nhật có tiết diện dáy S, chiều dày dx) gradient nồng độ x+dx so với x là: c ) x t dx c dx x x ( Khi dòng khuếch tán điểm x + dx thời gian t S có dạng Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học (1-13) PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion c c dn DS dx dt x x (1-14) Sự thay đổi nồng độ vùng không gian đơn vị thời gian hiệu số dòng vào x dòng x + dx dn dn' 2c S dx dt x (1-15) Do tích S.dx thể tích vùng không gian đó, nên (1-5) viết thành c c D t x x (1-16) Trong không gian toạ độ chiều, ph-ơng trình (1-16) đ-ợc viết: c c c c D D c t y z x (1-17) : toán tử Laplace Trong toạ độ hình trụ ph-ơng trình khuếch tán có dạng: c c c D t r r r (1-18) toạ độ cầu: c c c D t r r r (1-19) Ph-ơng trình (1-16) ph-ơng trình vi phân riêng mô tả phân bố nồng độ theo vị trí thời gian giải điều kiện biên điều kiện ban đầu đ-ợc xác định, c=c(x,t) ng-ời ta xác định đ-ợc phân bố nồng độn điểm hệ thời điểm noòng độ điểm thời gian khác Lời giải ph-ơng trình có dạng hàm Gauss (hàm sai số): C M exp( x / D t ) t (1-20) M số tỉ lệ với luợng chất khuếch tán Lời giải kiểm nghiệm dễ dàng thay vào ph-ơng trình (1-6) Nồng độ đạt giá trị cao x=0 giảm dần theo thời gian (tại x = hay điểm x = x i đó) với mức độ bậc hai Sụa phân bố nồng độ theo hai chiều -x +x (hình chuông) Diện tích đ-ợc giới hạn đ-ờng phần bố số, t-ơng ứng với toàn l-ợng chất khuếch tán (h.1) Từ phân bố nhận thấy thời điển t, nồng độ nhỏ vị trí x cách xa gốc toạ độ điểm cố định nồng độ tăng thời gian tăng lên Ng-ời ta chứng minh đ-ợc để đạt giá trị nồng độ, mối t-ơng quan thời gian khoảng cách có dạng [9] x12 : x22 : x32 = t1 : t2 : t3 : Tức : x2/t = số Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học 10 (1-21) Hấp phụ trao đổi ion a m = c0 c V PGS.TS Lê Văn Cát (6-2) m: khối l-ợng than (g), V thể tích n-ớc (l), c nồng độ chất hữu ban đầu (mg/l) c nồng độ cân (mg/l) ứng với dung l-ợng hấp phụ a (mg/g) than Ví dụ hợp chất hữu có nồng độ ban đầu c0 = 50g/l cần phải loại bỏ xuống c = 5g/l Giá trị K, 1/n tính từ đ-ờng đẳng nhiệt hấp phụ K = 2,6 (mg/g) (l/mg)1/n n = 0,73 Giả thiết trình hấp phụ đạt cân nồng độ c = 5g/l ta có : a = k c 1/n = 2,6 0,005 0,73 = 0,054mg/g Từ (6-2) tính đ-ợc m/V = 0,83g/l = 830 g/m3 Đó l-ợng than tối thiểu để loại bỏ 45 g/l chất hữu Đối với tạp chất lời giải toán không đơn giản nh- mà phải xác định từ thực nghiệm ph-ơng pháp so sánh giống nh- việc xác định liều l-ợng chất keo tụ cần thiết Cùng chế độ thí nghiệm khuấy, mẫu thí nghiệm đ-ợc đ-a vào l-ợng than khác nhau, xác định nồng độ tạp chất ban đầu sau thời gian (hữu tổng, COD, đo quang ) so sánh với tiêu đặt xác định đ-ợc l-ợng than cần thiết Thời gian tiếp xúc than chất hữu yếu tố quan trọng, thời gian để đạt tới cân tốt điều khó thực Hạt than nhỏ, chất hữu có phân tử l-ợng thấp cần thời gian hấp phụ ngắn ng-ợc lại, yếu tố khác có ảnh h-ởng đến tốc độ hấp phụ nồng độ ban đầu, tốc độ khuấy trộn keo tụ hạt than Ph-ơng pháp có hiệu xác định tốc độ hấp phụ thực nghiệm - theo dõi suy giảm nồng độ chất cần quan tâm theo thời gian Ưu điển than bột giá thành thiết bị thấp, đơn giản, dễ thay đổi liều l-ợng cần thiết chất l-ợng n-ớc biến động Nh-ợc điểm giá thành hoạt động cao, khả tái sinh, khả loại bỏ tổng chất hữu thấp loại bỏ than cách triệt để khỏi n-ớc 6.3.2- Hấp phụ cột Trong thời gian gần việc sử dụng than hạt trở nên phổ biến lợi sau [40]: - Cột than hoạt động xác hiệu suất sử dụng cao so với than bột nồng độ chất bị hấp phụ cao tiếp xúc với than Trong trình hấp phụ than bột, nồng độ chất bị hấp phụ giảm dần trạng thái cân đạt tới vùng nồng độ thấp Điều có nghĩa để đạt đ-ợc hiệu suất loại bỏ chất hữu cần l-ợng than nhỏ so với than bột - Sử dụng than hạt có giá thành thiết bị cao hơn, nhiên đ-ợc bù lại giá thành tiêu hao thấp than hạt tái sinh đ-ợc Sự hao hụt than sử dụng thấp cho phép dùng than đắt tiền, chất l-ợng cao hiệu cuối kinh tế - Than hạt dễ sử dụng, cần có thiết bị kiểm tra dỡ than khỏi cột bão hòa hấp phụ Thời gian sử dụng dài, th-ờng từ 3-12 tháng Nếu than đ-ợc sử dụng vào mục đích làm n-ớc cần có thiết bị rửa ng-ợc Để cột than hoạt động hữu hiệu cần phải xác định đ-ợc tính thóat nồng độ chất hữu cuối cột (đ-ờng cong thóat, xem thêm 3.2.4 phần I) Ban đầu than hoạt động tốt hiệu giảm dần đến giai đoạn than cần phải hoạt hóa lại Kích th-ớc than hạt dùng xử lý chất hữu nằm khoảng 0,4 - 1,7mm, độ cao tầng than th-ờng lớn 70cm Cũng t-ơng tự nh- sử dụng than bột, yếu tố động học th-ờng bị khống chế trình khuếch tán nên hạt nhỏ, tốt Tuy nhiên hạt than nhỏ gây tắc dòng chảy Than hạt có kích th-ớc lớn làm tăng độ lớn tầng chuyển khối, giảm hiệu suất sử dụng than Để n-ớc xử lý có chất l-ợng tốt, chiều cao lớp than cần phải lớn độ dài tầng chuyển khối Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học267 PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion Thông số quan trọng để tính toán thiết kế cột hấp phụ thời gian tiếp xúc tính theo tầng rỗng (tỉ lệ thể tích khối than tốc độ thể tích dòng n-ớc) Giá trị thời gian tiếp xúc từ 10 phút trở lên, trung bình khoảng 20 phút Nếu chọn giá trị 10 phút có 1m than, tốc độ dòng n-ớc chảy qua cột 6m 3/h Yếu tố có liên quan tốc độ chịu tải bề mặt (tỉ lệ tốc độ thể tích tiết diện cột, giá trị đại l-ợng th-ờng nằm vùng 10m3 m-2 h-1 Đ-ờng cong thóat th-ờng đ-ợc sử dụng để đánh giá trình hấp phụ cột than (xem 3.2.4 phần I), biểu diễn phụ thuộc nồng độ chất bị hấp phụ cuối cột (đầu ra) theo thời gian, theo thể tích l-ợng n-ớc xử lý thể tích n-ớc xử lý thể tích tầng than tức thể tích n-ớc chảy qua cột chia cho thể tích than (đơn vị 1) giai đoạn đầu n-ớc đ-ợc xử lý không chứa chất bị hấp phụ, đ-ợc giữ lại than, than bão hòa hấp phụ nồng độ tăng dần đạt tới giá trị c nồng độ n-ớc đầu vào, cột than hết khả hấp phụ cần đ-ợc thay (hình 31) C c0 ct Thể tích n-ớc V Hình 31 Đ-ờng cong thóat trình hấp phụ cột than Khoảng cách trục hòanh mà nồng độ chất bị hấp phụ tăng từ đến c gọi vùng chuyển khối phía sau vùng chuyển khối than hoạt tính bão hòa khả hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ n-ớc có giá trị c phía trước vùng chuyển khối than nồng độ chất bị hấp phụ n-ớc không Trong vùng chuyển khối nồng độ tăng dần từ đến c0 Vì n-ớc đầu cần phải đạt tiêu chuẩn nồng độ định đo, ví dụ c t, nồng độ chất bị hấp phụ đầu không đ-ợc lớn giá trị nên chiều dày tầng than ứng với biến đổi c t c0 không sử dụng đ-ợc, bị lãng phí Độ lớn tầng cuyển khối phụ thuộc vào nhiều yếu tố: động học trình hấp phụ nhanh (khuếch tán lớn, kích th-ớc hạt than nhỏ nhiệt độ cao, lực t-ơng tác hấp phụ lớn) làm giảm độ lớn tầng chuyển khối Tốc độ dòng chảy lớn nhỏ làm tăng độ lớn tầng hiệu ứng khuếch tán hạt khuếch tán dọc theo dòng chảy Cấu trúc xếp tầng than có ảnh h-ởng, than có kích th-ớc hạt xếp trật tự làm giảm giá trị trình khuếch tán xoáy (eddy diffusion) đ-ợc giảm thiểu Việc tính toán c-ờng cong thóat khó khăn phức tạp trình, có khả mô tả cho trình hấp phụ đơn chất, hệ phức tạp, hệ hấp phụ phức tạp thực tiễn đ-ợc xác định từ thực nghiệm [40, 109, 110, 113, 114] Trong n-ớc tồn đồng thời nhiều chất bị hấp phụ khác tính động học, khuếch tán lẫn khả hấp phụ nồng độ, kể yếu tố ngoại cảnh tác động lên chúng (ví dụ thay đổi pH, c-ờng độ ion ảnh h-ởng đến dạng tồn axit, bazơ, trung hòa, khả phân li ) Trong cột hấp phụ chứa than dòng n-ớc chứa hỗn hợp chất hữu chảy qua nguyên tắc ta có số l-ợng đ-ờng cong thóat số l-ợng cấu tử có khả hấp phụ chất không bị hấp phụ (chất không hay bị hấp phụ xuất sớm, tức độ lớn tầng chuyển khối cao) Mỗi giải nồng độ đơn chất dịch chuyển cột với tốc độ định phù hợp với khả hấp phụ t-ơng ứng than Chất có khả hấp phụ cao dịch chuyển chậm, chất khả hấp phụ dịch chuyển nhanh phía tr-ớc Do hấp phụ cạnh tranh, chất bị hấp phụ mạnh đẩy chất bị hấp phụ yếu than tr-ớc gây hiệu Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học268 Hấp phụ trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát t-ợng giải hấp phụ Trong n-ớc đầu có khả cấu tử có nồng độ cao so với đầu vào Than hoạt tính hoạt động thời gian định môi tr-ờng phát triển vi sinh vật, chúng oxy hóa số hợp chất hữu nh- phenol, axit salixalic, amoniac số chất hữu khác Các chất hữu có khả sinh huỷ sau bị hấp phụ than nh-ng oxy hóa tr-ớc bị hấp phụ màng vi sinh hình thành bề mặt hạt than hay mao quản lớn Một số vi sinh kỵ khí phát triển điều kiện thiếu oxy phân huỷ số hợp chất gây mùi nên cột hấp phụ nên giữ điều kiện thóang khí, đặc biệt cột hấp phụ hoạt động nhiệt độ cao thuận lợi cho trình phát triển vi sinh vật Một ứng dụng có hiệu than hoạt tính khử mùi vị n-ớc, cột hấp phụ hoạt động từ đến năm Nhiều loại chất gây mùi, vị đ-ợc tìm thấy với hàm l-ợng nhỏ chiết chúng từ than hàm l-ợng chúng n-óc không thấp nên ng-ời ta dự đoán chế loại bỏ thành phần nh- sau: cột than hoạt tính có tác dụng giữ chất lại không cho thóat khỏi cột theo dòng n-ớc Sau đ-ợc tích lũy bề mặt than phát triển màng vi sinh có khả phân huỷ số chất hữu Than khả hấp phụ tâm hấp phụ bị chất hữu khả sinh huỷ chiếm chỗ cần đ-ợc tái sinh Than kích th-ớc nhỏ dùng để khử mùi, vị có thời gian hoạt động lâu hơn, cần thời gian tiếp xúc tính theo tầng rỗng 10-15 phút [117] Để loại bỏ (giảm) l-ợng hữu tính theo cacbon tổng hay chất hình thành nên trihalomethan cần thời gian tiếp xúc lâu hơn, th-ờng 20 phút Đối với chất hữu dễ bay hơi, chủ yếu hợp chất hữu chứa clo, có mặt nguồn n-ớc ngầm bị ô nhiễm loại bỏ ph-ơng pháp sục khí hay hấp phụ than hoạt tính phối hợp hai Cột than đ-ợc sử dụng cho mực tiêu th-ờng có độ dày lớn, tới 2,5 - 3,0m [40] thời gian tiếp xúc không lớn (12 -15 phút) Các chất bảo vệ thực vật loại bỏ khỏi n-ớc qua trình hấp phụ than hoạt tính, hợp chất bảo vệ thực vật có chứa clo cần thời tiếp xúc dài loại khác (trên 20 phút), bị hấp phụ thuộc họ đa vòng thơm có khả hấp phụ tốt than nên tầng than không cần dày thời gian tiếp xúc ngắn [40, 115, 116] 6.4 Một số nét đặc thù khác than hoạt tính ứng dụng than hoạt tính công nghệ xử lý n-ớc, n-ớc thải hấp phụ tạp chất hữu cơ, nhiên chất bề mặt than phức tạp, chất n-ớc lại đa dạng thành phần tạp chất vô nên chúng tác động đến tính chất than qua lên khả hấp phụ chất hữu Than hoạt tính chất khử sử dụng để loại bỏ số chất oxi hóa nh- clo, axit hypocloric, cloamin, ozon, permanganat, đóng vai trò xúc tác cho số phản ứng oxy hóa nhxianua với oxy tạo thành xianat số phản ứng oxy hóa chất hữu Than hoạt tính có khả hấp phụ số kim loại nặng đặc biệt đ-ợc biến tính thành loại than oxy hóa, trình tạo thêm nhóm chức bề mặt Phản ứng với oxy Oxy phản ứng với than trình hoạt hóa cất giữ nh- xử lý n-ớc, chúng tạo thành nhóm chức chứa oxy bề mặt than Những nhóm chức (OH, CO, COOH) có tính axit bazơ, chủ yếu nhóm axit xác định đ-ợc theo ph-ơng pháp chuẩn độ với kiềm mạnh [118] Than đ-ợc hoạt hóa nhiệt độ cao (hơn 600 0C) làm nguội môi tr-ờng oxy có khả hấp phụ axit, bề mặt tích điện d-ơng (than H, high temperatur cacbon) Than hoạt hóa nhiệt độ thấp (nhỏ 500 oC ) môi tr-ờng có oxy Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học269 Hấp phụ trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát (than L) có khả hấp phụ bazơ bề mặt tích điện d-ơng Than hoạt hóa vùng 500 6000C hoạt hóa nhiệt độ cao nh-ng để nguội môi tr-ờng có oxy hấp phụ axit lẫn bazơ Mật độ nhóm axit than hoạt tính đạt tới 50mđl/g Than hoạt tính phản ứng với oxy hòa tan nh- với chất oxy hóa khác tạo nhóm chức axit Phản ứng với clo hoạt động Clo hoạt động (clo có hóa trị +1) đ-ợc sử dụng rộng rãi để khử trùng cho n-ớc tồn dạng clo tự (HOCl, OCl -) hay clo liên kết (cloamin) L-ợng clo d- thừa gây mùi, màu khó chịu tiềm ẩn nguy tạo thành dạng hợp chất clo hữu độc hại cho sức khoẻ L-ợng clo d- cần đ-ợc giảm đến mức cho phép, ph-ơng pháp thông dụng dùng than hoạt tính (dạng hạt) làm chất khử cho trình Thông số quan trọng trình suy giảm nồng độ clo phụ thuộc vào chiều cao lớp than thời gian tiếp xúc Clo hoạt động phản ứng với than hoạt tính tạo sản phẩm Cl - H+ làm giảm pH n-ớc Cơ chế phản ứng theo nhiều tác giả có nhiều ph-ơng thức khác [40]: - Phản ứng trực tiếp: 2Cl2 + C* 4HCl + CO2 C* than hoạt tính, clo tr-ớc phản ứng hấp phụ bề mặt than - Than đóng vai trò xúc tác cho phản ứng: 2Cl2 + 2H2O 4HCl + O2 - Phản ứng than tạo nhóm chức: HOCl + C* C*O + H+ + Cl- Phản ứng nhóm chức bề mặt: C - OH + OCl- COO- + H+ + Cl C - H + OCl- C = O + H+ + ClKhảo sát phản ứng với than cột quan sát thấy hai giai đoạn: giai đoạn đầu HOCl giảm nhanh bị khống chế trình khuếch tán tạo nhóm chức có chứa clo Giai đoạn sau l-ợng HOCl l-ợng Cl - sinh phù hợp với phản ứng tạo nhóm chức C*O Động học phản ứng clo than bao gồm hai giai đoạn : khuếch tán hạt phản ứng hóa học, giai đoạn chuyển khối qua màng có vai trò không đáng kể Phản ứng clo với than xảy theo hai b-ớc hấp phụ phản ứng giai đoạn hấp phụ nhanh Trong cột phân bố nồng độ clo hoạt động dọc theo chiều dày lớp than mô tả qua ph-ơng trình thực nghiệm Pick: K l c0 = ,5 c v lg (6-3) c0 , c nồng độ clo đầu cột điểm l K số, v tốc độ dòng chảy Thời gian hoạt động cột than phụ thuộc vào yếu tố: nồng độ clo đầu vào, tốc độ dòng chảy, nhiệt độ, pH kích th-ớc hạt than [91] pH có ảnh h-ởng đến tỉ lệ HOCl OCl-, pH = 7,5 tỉ lệ hai cấu tử ngang vùng pH cao OCl - chiếm tỉ lệ -u Thực nghiệm cho thấy HOCl phản ứng với than nhanh OCl - pH cao đầu vào phản ứng hóa học xảy dọc theo chiều dày lớp than Khi môi tr-ờng có pH thấp phản ứng xảy nhanh, than phía đầu cột bị tiêu hao nhiều cho phản ứng hóa học Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học270 Hấp phụ trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát Nhiệt độ có ảnh h-ởng lên tốc độ khuếch tán lẫn phản ứng hóa học Do tốc độ phản ứng hóa học chậm l-ợng hoạt hóa cao nên tăng nhiệt độ yếu tố khuếch tán đóng vai trò đáng kể nhiệt độ thấp tốc độ phản ứng chậm nên phản ứng xảy dọc theo chiều dày tầng than Cũng t-ơng tự nh- nồng độ clo đầu vào lớn mức độ tiêu hao than cột dọc theo chiều dày Hạt than có kích th-ớc nhỏ tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng đoạn đầu cột Sau thời gian định đảo than từ d-ới lên Than hoạt tính khả hoạt động sau thời gian tạo thành nhóm chức bề mặt tạo thành màu tan n-ớc Monocloamin phản ứng với than theo hai giai đoạn: C* + NH2Cl + H2O NH3 + H+ + Cl+ + C*O : C*O + 2NH2Cl C* + 2H+ + 2Cl- + H2O + N2 Muốn để phản ứng tạo thành N2 xảy cần phải có l-ợng tối thiểu nhóm chức bề mặt * C O Dicloamin phản ứng với than hoạt tính nhanh thuận lợi pH < 5,5 tạo nitơ trực tiếp 2NHCl2 + H2O + C* N2 + 4H+ + 4Cl- + C*O C*O hình thành bề mặt giống nh- phản ứng than với clo tự So sánh tốc độ phản ứng kết cho thấy NHCl > HOCl > OCl- > NH2Cl Than hoạt tính phản ứng với nhiều chất oxy hóa khác nh- clorat, clo dioxit, ozon, hydro peroxit, cromat, permanganat Than hoạt tính có khả hấp phụ số kim loại nặng nh- chì, thuỷ ngân số nguyên tố khác [119, 120] Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học271 PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion Phụ lục: bảng chuyển đổi đơn vị hệ SI hệ Mỹ, Anh Hệ S I Tên Hệ Mỹ, Anh Tên Ký hiệu Ký hiệu Độ dài milimet centimet met met met kilomet Diện tích Centimet vuông met vuông kilomet vuông Thể tích Centimet khối met khối met khối met khối lit lit lit Chuyển đổi mm cm m m m km inch inch yard foot inch mile In In Yd Ft In Mi 1in = 25,40mm 1in = 2,54 cm 1yd = 0,91m 1ft = 0,30 m 1in = 0,025m 1mi = 1,6km cm2 m2 km2 square inch square foot square mile in2 ft2 mi2 1in2 = 6,45cm2 ft2 = 0,091 m2 mi2 = 2,59 km2 cm3 m3 m3 m3 l l l cubic inch cubic foot cubic yard gallon gallon cubic foot ounce (thể tích, Mỹ) in3 ft3 yd3 gal gal ft3 oz 1in3 = 16,3cm3 1ft3= 0,02 m3 1yd3= 0,7645m3 1gal = 0,00378 m3 1gal = 3,78 l 1ft3 = 28,32 l 1oz = 0,0296 l Phụ lục : Bảng chuyển đổi đơn vị SI hệ Mỹ, Anh Hệ S I Hệ Mỹ, Anh Ký hiệu Tên Ký hiệu Tên Khối l-ợng gam gam kilogam tấn(1000kg) (1000kg) g g kg t t ounce pound pound ton(short=2000lb) ton(long:2240lb) Oz Lb Lb Ton Ton Chuyển đổi 1oz = 28,32 g 1lb = 454,5 g 1lb = 0,454 kg 1ton(short)=0,90 t 1ton(long)=1,01t áp suất pascal Pa(N/m2) pounds(force) per square inch lbf/in2 1lbf/in2 = 0,68 x104Pa pascal Pa(N/m2) inches of mercury (600F) in Hg 1inHg = 0,33 x104Pa pascal Pa(N/m2) inches of water(600F) in H2O 1in H2O = 0,24x104 Pa kilopascal KPa(kN/ m2 ) atmosphere(standard) Atm atm = 101,01 kPa atmosphere(standard) Atm atm = 1,01 bar kJ J J J J Btu kWh Ft.lbf Ws Cal bar bar Năng l-ợng kilojoule joul joul joul joul British thermal unit kilowatt-hour foot-pound(force) watt-second calorie Btu =1,05 kJ kWh = 0,35.107J 1ft.lbf = 01,35J Ws =1,0000 J cal =4,18 J Lực newton N pound force Lbf lbf =4,44 N 1,80C + 32 = 0F 1,80K - 459,67 = 0F Nhiệt độ Celsius Kelvin 0 C K Fahrenheit Fahrenheit Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học272 F F PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion Kích th-ớc rây: Mesh đơn vị đo kích th-ớc rây, số lỗ đơn vị inch vuông đơn vị tiêu chuẩn Mỹ (US - standard) Kích th-ớc (mm) mesh kích th-ớc (mm) mesh 4,76 4,00 3,36 2,83 2,38 2,00 1,68 1,41 1,19 1,00 0,84 0,71 0,59 0,50 10 12 14 16 18 20 25 30 35 0,42 0,35 0,297 0,250 0,210 0,177 0,149 0,125 0,105 0,088 0,074 0,062 0,053 0,044 40 45 50 60 70 80 100 120 140 170 200 230 270 325 Tính chất vật lý n-ớc C 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100 Trọng l-ợng riêng Khối l-ợng riêng kg/m3 Modul đàn hồi,E/106 kN/m2 kN/m2 9,805 9,807 9,804 9, 798 9, 789 9,777 9,764 9,730 9,689 9,642 5,589 9,530 9,466 9,399 999,8 1000,0 999,7 999,1 998,2 997,0 995,7 992,2 988,0 983,2 977,8 971,8 965,3 958,4 1,98 2,05 2,10 2,15 2,17 2,22 2,25 2,28 2,29 2,28 2,25 2,20 2,14 2,07 Độ nhớt động lực x 103 N.s/m2 1,781 1,518 1,307 1,139 1,002 0,890 0,798 0,653 0,547 0,466 0,404 0,354 0,315 0,282 Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học273 Độ nhớt động học x 106 m2/s 1,785 1,519 1,306 1,139 1,003 0,893 0,800 0,658 0,553 0,474 0,413 0,364 0,326 0,294 Sức căng bề mặt N/m áp suất Pv kN/m2 0,0765 0,0749 0,0742 0,0735 0,0728 0,0720 0,0712 0,0696 0,0679 0,0662 0,0644 0,0626 0,0608 0,0589 0,61 0,87 1,23 1,70 2,34 3,17 4,24 7,38 12,33 19,92 31,16 47,34 70,10 101,33 PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion Tài liệu tham khảo W.Stum, J.J Morgan Aquatic Chemistry John Wiley & Sons Inc, New York 1996 P.L Brezonic Chemical kinetics and process dynamics in aquatic system Lewis publ Boca Raton- Ann Arbor- London- Tokyo, 1994 W Jost Diffusion und chemische Reaktionen in festen Stoffen Theodor Steinkoff Dresden, Leipzig 1937 Vert Dietrich Steinkoff Darmstadt 1957 J Cranhk Mathematics of diffusion Oxford Clarendon Press, 1956 C.N Saterfield Mass transfer in heterogenous catalysis New York, 1975 J.C Gidings Dynamics in chromatography New York 1965 Yiacoumi, Chi Tien Kinetics of metal ion adsorption from aqueous solution Models, Algorithms and Application Kluwer Acad Publ 1995 W Jost Grundlagen der Diffusion Prozesse Angew Chem Vol 76 (1964) Nr 11, 473483 10 A.E Scheidegger Physics of flow through porous media Acad Press new York 1957 11 H.Schilling Statistische Physik in beispielen VEB Fachbuch Vaerl Berlin, Leipzig 1972 12 R Bridicka Grundlagen der physikalischen Chemie Chem VEB Deutscher Verl Wiss Berlin 1968 13 R.B Bird, W.E Steward Transport phenomena Wiley new York 1960 14 D.P Timofejew Adsorptionskinetik VEB Deutscher Verl Grundstoffind, Leipzig 1967 15 F.A.L Dullien Single phase flow through porous media and pore structure, invited review J Chem Eng Vol 10 (1975) 1-34 16 J.M Smith Chemical engineering kinetics Mc Graw- Hill Book Comp (2nd ed), 1973 17 Le Van Cat Zum Massentransport in verformten Zeolithen Dissertation, MLU, Halle 1976 18 F Wolf, P Koeing, Le Van Cat Zum Einflu der Verformung auf die Makroporenstructur und die Adsorptionseigenschaften synthetischer Molekularsiebe Chem Techn 30 (1978) 308-310 19.J.S Sterret, F.F Brown.J AIChE, Vol 14 (1968) 697 20.C.N Satterfield I&EC process design.Vol 7(1968) 256-263 21 P.L Walker, L.G Austin, S.P, Nandi Diffusion of gases in molecular- sieve materials Physics and Chemistry of Cacbon, Vol.2 (1965) 257- 371 22 T Furusawa, J.M smith Diffusivities from dynamic adsorption data J AIChE, Vol 19 (1973) No 2, 401- 403 23.B.E Conway Some thermodynamic and kinetic factors in sorption The solid- gas interface (Ed.A Flood) Marcel Dekker Inc, New York 1967, Vol 2, 691- 727 Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học274 PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion 24 B.G Linsen, A.van den Heuvel Pore structure Xem{23}, 1025- 1053 25 R M Barrer Surface and volume flow in porous media Xem {23} , 557- 609 26 D.M Ruthven, K.P Loughlin Theory of acitivated diffusion Can J Chem, Vol 52 (1974) 3523- 3533 27 D.M Ruthven, R I Derrah J Colloid and Interface Sci, Vol 52 (1975) 397- 404 28 H.J de Boer Dynamical character of adsorption, Oxford, Clarendon Press, nd ed (1968) 29 Ya Gerasimov (ed) Physical chemistry, Vol 2, Mir Publ Moscow 1985 30 G M Pannchencov, V.P Lebedev Chemical kinetics and catalysis Mir Publ Moscow 1976 31 H.G Eyring, S.H Lin Basic chemical kinetics Wiley Interscience New York 1980 32 J H Gibbs, C Cohen Toward a model for liquid water The physical chemistry of aqueous system Ed R L Kay, 179- 198 33 K J laidler Chemical kinetics Mc Graw- Hill, New York 1965 34 K.W Kuo Decoloring duye wastewater with fentons reagent Wat Res Vol 26 (19992) 881- 885 35 S H Lin, C.F peng Treatment of textile wastewater by fentons reagent J Environ Sci Health A 30 (1) (1995) 89- 98 36 J M Smith Chemical Engineering Kinetics, nd ed Mc Graw- Hill Comp, New York 1970 37 D.0 Hayward, B.M.W Trapnell Chemisorption, 2nded 38 V.V kafarov Wasreless Chemical Processing Mir Publ Moscow 1985 39 O Levenspiel Chemical reaction engineering, nded 40 H Sontheimer, J.C Critenden, R.S Summers Activated cacbon for water treatment DVGW- Forxchungsstelle, Engler- Bunte Institut Karsruhe, 1988 41 W.C Van Lier Mass transfer to activated cacbon in aqueous solutions Utrecht 1989 42 Standard methods for the examination of water and wastewater, 17 thed (1989) Am Public Health Assoc Washington D.C 43 J.Laurence Humic acid and related substances in the environment, Chapt 9, in Anlysis of trace organics in the aquatic environment Ed B.K Afghan, A.S.Y Chan, CRS Press, Boca Raton, Florida 1989 44 R F Christman, E.T Gjessing Terrestrial and aquatic substances.Ann Arbor Scxience, Ann Arbor, MI 1983 45 M Schnitzer, S.V Khan Humic substances in the environment Marcel Dekker, New York 1972 46 F.WW Pontius Water quality and treatment Mc Graw- Hill, Inc, New York 1990 47 H Roques Chemical water treatment, principles and practice VCH- Publ 1996 48 J.P Hunt Metal ion in aqueous solution Benjamin Inc, New York 1963 49 EP- A1- 0383736 Process for preparation of polyaluminum compounds, 1990 Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học275 Hấp phụ trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát 50 B.A Dempsey, H Sheu Polyaluminum chloride and alum coagulation of clay fulvic acid suspension J AWWA, Vol 77(1985), No 5, 74-80 51 EP-B1-0062016 An aluminmum chloride composition and a method for its manufacture, 3-1982 52 EP-B1-0181847 A process of producing agent, 10- 1985 53 H Tamura, N Katayama Modeling of ion exchange reaction with the Frumkin isotherm Environ Sci Technol Vol 30 (1996) 1198- 1204 54 D Dzombak, R.J Hudson, Ion exchange: The contribution of diffuse layer sorption and surface complexation In Aquatic Chemistry Ed C.P huang Washington D.C, 1985 55 Grubner, P Jiru, M Ralek Molekulariebe VEB Deutscher Verl Der Wissensch Berlin 1968 56 F Helfferich Ion exchange Mc Graw- Hill comp New York 1962 57 B.A Bolto, L Pawlowski Wasterwater treatment by ion exchange E&F.N Spon ltd, USA 1987 58 T.V Arden Water purification by ion exchange Butterworth London, 1968 59.S Voyutsky Colloid Chemistry Mir Publ Moscow 1978 60 C.R Os Melia Coagulation and flocculation, in physicochemical process for water quality control (ed W.J Weber Jr), Wiley- interscience New York 1972 61.H.H Hahn, W Stum Coagulation by Al (III), in adsorption from aqueous solution, (Ed, R.F Gould) American Chemical Society 1968 62 J.E Cruver Membrane process, {{60}} p 307 63 M Mulder Basic principle of membrance techonology Kluwer Aca, Publ DordrechBoston- London, 1991 64 B.N Laskorin, N.M.Smirnova, M.N Gantman Ionenaustaicher- Membranen und ihre Anwendung.Akad Verl Berlin 1966 65 V Rohman, H Sontheimer Nitrat im Grundwasser DVGW Forschungssetelle EnglerBunte- Insts, Karlsruhe 1985 66 R.E kesting Synthetic polymeic membranes John Wiley, New York 1985 67 N.F Gray Drinking water quality Problems and solutions John Wiley & Sons Zchichester 1994 68 K.W Ellis Surface water polution and its controls Macmillan Press Ltd Great Britain 1993 69 DVWK Merkblaetter zur Wasserwirthchaft, 227/ 1993 Vol 1,2,,3 Verl Paul Parey Hamburg- Berlin 1993 70 WHO Guidelines for drinking water quality Vol Rrecomendation geneva 1993 71 T Sekine Tiêu chuẩn chất l-ợng dùng cho phân tích n-ớc máy Nhật Bản, Hội thảo quốc gia Chất lượng kiểm soát chất lượng nước Hà Nội 4- 1997 72 Tuyển tập báo cáo khoa học: tài nguyên n-ớc d-ới đất phục vụ ch-ơng trình cung cấp n-ớc vệ sinh môi tr-ờng Hội thảo quốc gia, Hà Nội 25.11.1997 Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học276 Hấp phụ trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát 73 E.H Hofkes Small community water supplies John Wiley & Sons, New York 1987 74 G Nikoladze, D Mints, A Kastalsky Water treatment for lublic and inductrial supply Mir Publ Moscow 1989 75.W Fresenius, W Schneider Wastewater Technology Springer Verl Berlin Heidenberg, 1989 76 G Tchobanoglous, F L Burton Watstewater engineering Treatment, disposal and reuse Mc Graw- Hill Inc, New york 1991 77 Water treatment handbook Vol.1 Degremont, edition Lavoisier Publ 1991 78 Lê Văn Cát, Phạm Hồng Hải, Nguyễn Xuân Nguyên Nghiên cứu so sánh tính keo tụ n-ớc mặt phen nhôm PAC Tuyển tập báo cáo toàn văn hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ hai Hội kỹ thuật công nghệ hóa học Hà Nội 14.5.1997, trang 211- 221 79 Trần Thị Hồng, Phạm Hồng Hải, Nguyễn Xuân Nguyên, Lê Văn Cát Một số kết ứng dụng loại chất keo tụ xử lý n-ớc sông Hồng Xem {78} trang 241- 246 80 Lê Văn Cát, Phạm Hùng Việt, cao Thế Hà, Nguyễn Diễm Trang Cải thiện chất l-ợng n-ớc sinh hoạt nông thôn công nghệ keo tụ khử trùng Hội thảo khoa học quốc gia: hóa học công nghệ hóa học với ch-ơng trình n-ớc vệ sinh môi tr-ờng Hà Nội 7/1998, tr 156- 161 81 J E gregor, E fenton Interaction of calcium and aluminum ion with alginat Wat Res Vol 30 (1996) No 6, 1319- 1324 82 M C Koether, J E Deutchman Low cost polymeic coagulant J Environ Eng Vol 123 (1997) No 9, 859- 864 83 Waste treatment with polyelectrolytes Collection of Patents, Noys data coopertaion USA 1972 84 C Huang, Y Chen Coagulation of colloidal particles in water by chitosan J Chem Tech Biotechnol Vol 66 (1996) 227- 232 85 E H Hofkes Small community water supplies John Wiley & Sons Chichester, New York 1987 86 P.B Merkle, W.R Knocke Method for coating filter media with systhetic managanes oxide, J Environ Eng Vol 123, No 3(1997) 642- 649 87 P.B Merkle, P.E Daniel Dyniel Dynamic model for soluble Mn 2= removal by oxide coated filter media J Environ Eng Vol 123, No (1997) 650- 658 88 M.S Dortch, D E hamlin- Tillman Disappearance of reduced managanese in reservoir tailwaters J Environ Eng, Vol 121, No 4(1995) 287- 297 89 B.M Coffey, D L Gallagher Modeling soluble manganese removal by oxide coated filter media J Environ Eng, Vol 119, No 4(1993) 679- 694 90 Water treatment handbook Vol Degremont 6-ed 1991 91 V.L Snoeyink, M T Suidan Dechlorination by activated cacbon and other reducing agents In Disinfection water and wastewater ed J D Johnson Ann Arbor Sci Mich 1975, Chapt 16 92 A papadopoulos, E.G Kapentanios Studies on the use of clinoptilolite for ammania removal from leachates.J Environ Sci Health A 31 (1) (1996) 211- 220 Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học277 Hấp phụ trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát 93.M Hodi, K Polyak removal of pollutants from drinking water by combined ion exchange and adsorption methods Environ Intern Vol 21 (1995), No 3, 325- 331 94 Sh H Lin, Ch L Wu Removal of nitrogeneous coumpounds from aqueous solution by ozonation and ion exchange Wat Res Vol 30 (1996) No 8, 1851- 1857 95 Phạm Thị Thuỷ Quá trình khử nitrit n-ớc sinh hoạt ph-ơng pháp oxy hóa học với chất oxy hóa hợp chất clo Luận văn tốt nghiệp Hà Nội 1998 96 H Carlsson, H Aspegern, N Lee Calcium photphate precipitation in biological photphous removal system Wat Res Vol 31 (1997), No 5, 1047- 1055 97 K Fytianos, E Voudrias Removal of photphate from aqueous and wastewater samples using aluminum salts J Environ Sci Health A3 (1996), No 10, 2621- 2634 98 E Galarneau, R Gehr Photphous removal from wastewater Experimantal and theoretical support for altenative mechanism Wat Res Vol 31 (1997) No 2, 328- 338 99 H Popel Photphate adsorption in flocculation process of aluminum sulfate and polyaluminnum silicate sulafate Wat Res Vol 31 (1997) No 8, 1939- 1946 100 W Yao, F J Millero Adsorption of photphate on manganese dioxide in seawater Environ Sci technol Vol 30 (1996), No 2, 536- 541 101 G C White Handbook of chlorination Van Nostrand Reinhold Comp., New York 1972 102 L.A Rossman, R.M Clark Modeling chlorine residuals in drinking water distribution system J Envir Eng Vol 120 (1994) No.4, 803-820 103 L.A Rossman, J G Uber, W M Gryman Modeling disinfectant residuals in drinking water storage tanks J Envir Eng Vol 121 (1995), No 10, 752- 755 104 W.J Weber, H.S Posselt Disinfection, xem {{60}} Chapt.9 105 R G Rice Inovative application of ozone in water and wastewater treatment, in: Inovation in the water and wastewater field Ed E.A Glysson, D.E Swan, E.J Way Butterworth Publ Boston Lodon 1984, Chapt.6 106 E.W.J Diaper Disinfection of water and wastewater using oznoe In Disinfection water and wastewater Ed.J.D Johnson Ann Arbor Science, USA 1975 Chapt.11 107 fresenuis consult GmbH Vergleichende Studie zur Trinkwasser- desinfecktion in Entwicklungaendern Deutsche Gesellschaft fuer Technische Zusammenarbeit GmbH, Eschborn 1995 108 S.N Mahmood Microbial evaluation of silver coated/ impregnated sand for purification for purification of contaminated water Environ Techn Vol 14 (1993) 151-157 109 J.C Crittenden, D.W Hand Prediction of GAC performance using rapid small- scale collumn tests AWWA West Quincy Avenue, 1989 110 J.E Singley, B.A beaudet Use of powdered activated cacbon for removal of specific organic compounds Sem Proc Controlling organics in drinking water, AWWA Ann Conf San Francisco Calif 1979 111 N.P Thacker M.W Vaidya Removal technology for pesticide contaminants in potable water J Environ Sci Health B 32 (1997), No 4, 483- 496 112 S Smisek Active cacbon Elsevier Publ Amsterdam- Arague 1970 Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học278 Hấp phụ trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát 113 A Wolborska, P Pulstenic A simplified method for determination of break through time of an adsorbent layer Wat, Res Vol 30 (1996) No.11, 2643- 2650 114 S.Keerthinarayana, M Bandyopadhyay Sorption and desorption of lindan by wood charcoal in fixed bed reactor J Environ Sci health B32 (1997), No %, 701- 727 115 S keerthinarayana, M Bandyopadhyay Diffusion mechanism of liandan into wood charcoal J Environ Sci health B32 (1997), No.%, 673-700 116 E.E Hargescheimer, S.B Watson Drinking water treatment for taste and order control Wat Res Vol 30 (1996), No 6, 1423- 1430 117.J.S Mattson, H.B Mark Activated cacbon: surface chemistry and adsorption from solution Marcel Dekkler Inc New York 1971 118 B E Reed, J Robertson, M Jamil Regeneration of granular acitvated cacbon columns used for removal of lead J Environ Eng Vol 121 (1995) No.9, 653- 662 119 M Jamil Removal of Pb and phenol in granular acitvated cacbon columns Proc 26 th Mid Atlantic Ind Waste Conf Newark, 1994, 259- 264 120 E Wickins, Q Yang Comparision of heavy metal removal effciency of biosorbents and granulated cacbons J Environ Sci Health A 31 (1996), No 9, 2111- 2128 đề c Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học279 PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion đề c-ơng Tên sách: Cơ sở hóa học kỹ thuật xử lý n-ớc Tác giả: Lê văn cát Dung l-ợng sách: khoảng 500 trang khổ A4 Đối t-ợng sử dụng sách: sinh viên chuyên ngành hóa năm cuối, cán nghiên cứu, cao học, nghiên cứu sinh có liên quan đến lĩnh vực xử lý n-ớc cấp, n-ớc thải Cán quản lý ô nhiễm môi tr-ờng n-ớc Nội dung: Cuốn sách chia làm nội dung a Cơ sở hóa học, hóa lý liên quan đến kỹ thuật xử lý n-ớc b độc tố, đặc tr-ng hóa học, tiêu chuẩn chất l-ợng n-ớc, n-ớc thải Các đặc tr-ng chất l-ợng nguồn n-ớc giới Việt nam c kỹ thuật xử lý n-ớc đặc tr-ng cho n-ớc mặt, n-ớc ngầm cho sinh hoạt mục đích sử dungk khác công nghiệp: keo tụ, lắng, lọc, bão hòa khí, khử sắt, mangan, độ cứng, amoniac, trao đổi ion, loại bỏ chất hữu cơ, khử trùng d Bảng chuyển đổi thông số hay sử dụng từ hệ SI sang hệ Anh Mỹ mục lục tra cứu theo nội dung Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học280 Hấp phụ trao đổi ion Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học281 PGS.TS Lê Văn Cát [...]... trình hấp phụ và phản ứng hóa học (trong xúc tác dị thể) [3,5,6,7,21-25] Hệ số khuếch tán chỉ có thể xác định đ-ợc từ thực nghiệm, các ph-ơng pháp tính toán lý thuyết chỉ đạt đ-ợc một vài kết quả hạn chế [26,27] Phụ thuộc vào cơ chế hấp phụ: hấp phụ trên bề mặt hay hấp phụ thể tích, tức là khi hấp phụ các phân tử chất bị hấp phụ bị "gắn'' vào bề mặt chất rắn hay khi đã vào vùng không gian hấp phụ và bị... (1-25) và (1-26) cho thấy mối liên hệ giữa các thông số với hệ số khuếch tán trong pha khí, D phụ thuộc vào nhiệt độ ở mức T 0,5, mức độ phụ thuộc vào kích th-ớc phân tử là rất mạnh, khác với phân tử l-ợng của chất chuyển động M và tỉ lệ nghịch với nồng độ Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học 12 PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ và trao đổi ion Do số liệu về kích th-ớc phân tử không có sẵn, Gilliland và Arnold... cũng ảnh h-ởng nhiều đến sự chuyển động của chúng, nhất là đối với các ion kim loại Lớp vỏ hydrat càng lớn, phân tủ càng trở nên cồng kềnh và chuyển động chậm, sự tạo thành lớp vỏ hydrat lại bị ảnh h-ởng bởi hóa trị và bán kính ion (hóa trị lớn, bán kính Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học 18 PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ và trao đổi ion ion nhỏ, mật độ điện tích lớn, lớp vỏ hydrat lớn) Điều này cũng t-ơng... nhất định, quá trình khuếch tán vì vậy mang đặc tr-ng kích hoạt (activated diffusion) và sự phụ thuộc vào nhiệt độ tuân theo qui luật hàm mũ DT = Do - exp (-EA/RT) Trong đó : DT: hệ số khuếch tán tại nhiệt độ T Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học 17 (1-38) Hấp phụ và trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát D: hằng số ít phụ thuộc vào nhiệt độ T : nhiệt độ tuyệt đối R: hằng số khí EA: năng l-ợng hoạt hóa cần thiết... góc, cạnh và miền trũng Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học 14 Hấp phụ và trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát - Các nguyên tử trên bề mặt chất rắn thực hiện những dao động nhiệt nhất định Khi va chạm với các phân tử khí, chúng không chỉ trao đổi các xung l-ợng về mặt trị số mà còn cả về h-ớng, vì vậy h-ớng thóat ra của phân tử khí là không ổn định Các phân tử khí khi va chạm với thành mao quản sẽ bị hấp phụ... nhbenzen, heptan, ete có giá trị là 1, cho n-ớc 2,6, methanol và ethanol là 1,9 và 1,5 Ph-ơng trình trên có thể sử dụng để tinh hệ số khuếch tán cho các phân tử nhỏ và trung bình So với các cách Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học 19 PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ và trao đổi ion tính tr-ớc đó, D1 rất nhạy cảm với độ lớn của phân tử chất khuếch tán, thay đổi theo V 1-0,6 thay vì V1-0,33 trong ph-ơng trình Stokes-... học mới, tạo ra sản phẩm có năng l-ợng thấp hơn mức của các chất tham gia phản ứng k 0 là hằng số Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học 28 Hấp phụ và trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát không phụ thuộc vào nhiệt độ Từ mối quan hệ trên cho phép xác định năng l-ợng hoạt hóa khi xác định k ở tại các nhiệt độ khác nhau, với điều kiện là E o không phụ thuộc vào nhiệt độ và cho phản ứng hóa học một giai đoạn Trong... Tr-ờng Viện Hóa Học 31 Hấp phụ và trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát có khả năng thay đổi thế cân bằng của phản ứng, nó chỉ thúc đẩy phản ứng đạt nhanh tới trạng thái cân bằng Với một phản ứng thuận nghịch xúc tác thúc đẩy cả phản ứng thuận và nghịch với mức độ nh- nhau Để gia tăng đ-ợc tốc độ phản ứng hóa học, chất xúc tác có tác dụng hạ thấp năng l-ợng hoạt hóa bằng cách là thay đổi cơ chế phản ứng hóa... kr B (2-20) kf, kr là hằng số tốc độ cho phản ứng thuận và ng-ợc chiều và tỉ số của chúng ứng với hệ số cân bằng của hệ phản ứng Sự suy giảm nồng độ của A là do phản ứng tạo thành B và đồng thời nồng độ A tăng do phản ứng B tạo thành A Ta có ph-ơng trình tốc độ đối với A Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học 24 PGS.TS Lê Văn Cát Hấp phụ và trao đổi ion d [ A] k f [ A] k r [ B] dt (2-21) Gọi x là nồng... thức (1-32), giả sử một chất khuếch tán bị hấp phụ trên bề mặt một thời gian nào đó tr-ớc khi chuyển động tiếp tục Hệ số khuếch tán hiệu dụng khi đó có dạng [24, 28] Dt 2r 2 ƯW 3(2r ƯW ) Nếu = 0 (không có hiện t-ợng hấp phụ) thì khi đó D t = Dk Phòng Hóa Môi Tr-ờng Viện Hóa Học 16 (1-36) Hấp phụ và trao đổi ion PGS.TS Lê Văn Cát Cũng tr-ờng hợp trên nh-ng khi hấp phụ các phân tử khuếch tán dịch chuyển