nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng (crom) bằng bùn hoạt tính biến tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG (CROM) BẰNG BÙN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH S K C 0 9 MÃ SỐ: SV66 - 2008 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA – THỰC PHẨM  BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Đề tài: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG (CROM) BẰNG BÙN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH Mã số đề tài: SV 66 - 2008 GVHD: TS NGUYỄN VĂN SỨC SVTH: Nguyễn Duy Đạt – MSSV: 06115005 Nguyễn Thị Thanh Hằng – MSSV: 06115009 Phạm Thị Hoài – MSSV: 06115011 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2009 GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Báo cáo nghiên cứu khoa học MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN Chương 1: DẪN NHẬP 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích đề tài 10 1.3 Giới hạn nghiên cứu 10 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 10 1.4.1 Phƣơng pháp tham khảo tài liệu 10 1.4.2 Phƣơng pháp thực nghiệm 10 1.4.3 Phƣơng pháp thông kê – xử lý số liệu 10 Chương 2: 2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 11 Một số đề tài có liên quan 11 2.1.1 Bài viết khả sử dụng vi tảo để xử lý kim loại nặng nƣớc thải – Lâm Ngọc Tuấn – Đại học Đà Lạt 11 2.1.2 Chromium Biosorption by Waste Biomass of Streptomyces Rimosus Generated from the Antibiotic Industry – M.N.Sahmoune K Louhab, J Addad – Khoa khoa học kỹ thuật, trƣờng Đại học Boumerdes, Algeria 11 2.1.3 Xử lý nƣớc thải mạ điện chrome vật liệu biomass – Nhan Hồng Quang – Phân viện BHLĐ Bảo vệ Môi trƣờng Miền Trung – Tây nguyên 11 2.1.4 Ngoài số đề tài sau 12 2.2 Kim loại nặng Crom số phƣơng pháp xử lý Crom 12 2.2.1 Kim loại nặng nói chung 12 2.2.2 Crom (Cr) 13 2.2.2.1 Tổng quan nguyên tố Crom 13 2.2.2.2 Tính chất nguyên tử Crom 14 2.2.2.3 Tính chất vật lý 14 2.2.2.4 Tính chất hóa học Crom 14 2.2.2.5 Hợp chất Crom 15 2.2.2.6 Nguồn phát thải crom 16 Trang Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức 2.2.2.7 Ứng dụng Crom 17 2.2.2.8 Tác hại crom 18 2.2.3 Các phƣơng pháp xử lý Crom 19 2.2.3.1 Trao đổi ion 19 2.2.3.2 Hấp phụ 21 2.2.3.3 Phƣơng pháp điện hóa 22 2.2.3.4 Phƣơng pháp hóa học: (Phƣơng pháp kết tủa) 23 2.2.3.5 Phƣơng pháp sinh học 25 2.3 Bùn hoạt tính thành phần bùn hoạt tính 26 2.3.1 Bùn hoạt tính 26 2.3.2 Thành phần hóa học bùn hoạt tính 27 2.3.2.1 Nƣớc muối khoáng 28 2.3.2.2 Thành phần hữu 28 Chương 3: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG BÙN HOẠT TÍNH KHÔ ĐỂ HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG 30 3.1 Lý thuyết hấp phụ 30 3.1.1 Định nghĩa hấp phụ 30 3.1.2 Hấp phụ đẳng nhiệt (Isotherms) 30 3.1.2.1 Các phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt 30 3.1.2.2 Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir 32 3.1.2.3 Phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich 33 3.2 Bùn hoạt tính 34 3.2.1 Thành tế bào vi sinh vật 34 3.2.2 Protein 36 3.3 Chương 4: Nguyên tắc định lƣợng máy UV-VIS 37 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 4.1 Thiết bị, dụng cụ 39 4.2 Hóa chất 39 4.3 Các công thức tính toán 40 4.3.1 Công thức tính phần trăm hấp phụ 40 4.3.2 Công thức tính dung lƣợng hấp phụ 40 Trang Báo cáo nghiên cứu khoa học 4.4 GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Chuẩn bị trƣớc tiến hành thí nghiệm 40 4.4.1 Tạo bùn hoạt tính làm vật liệu hấp phụ 40 4.4.2 Chuẩn bị dụng cụ trƣớc làm thí nghiệm 41 4.5 Cách tiến hành thí nghiệm 41 4.5.1 Thí nghiệm xác định bƣớc sóng hấp thu cực đại 41 4.5.2 Chuẩn bị đƣờng chuẩn 41 4.5.3 Thí nghiệm xác định nồng độ axid HCl thích hợp để ngâm bùn 42 4.5.4 Thí nghiệm xác định pH tối ƣu cho trình hấp phụ 42 4.5.4.1 Thực bùn ngâm HCl 1N 42 4.5.4.2 Thực bùn không ngâm axit HCl 43 4.5.5 Thí nghiệm xác định thời gian tối ƣu cho trình hấp phụ 43 4.5.6 Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng liều lƣợng bùn trình hấp phụ… 43 4.5.7 Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng nồng độ Crom trình hấp phụ… 44 4.5.7.1 Đối với bùn hoạt tính có ngâm HCl 1N 44 4.5.7.2 Đối với bùn hoạt tính không ngâm acid 44 Chương 5: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 45 5.1 Thí nghiệm xác định bƣớc sóng hấp thu cực đại 45 5.2 Xây dựng đƣờng chuẩn 46 5.3 Thí nghiệm xác định nồng độ HCl thích hợp để ngâm bùn 46 5.4 Thí nghiệm xác định pH tối ƣu cho trình hấp phụ 47 5.4.1 Kết thí nghiệm bùn ngâm HCl 1N 47 5.4.2 Kết thí nghiệm bùn không ngâm HCl 48 5.5 Thí nghiệm xác định thời gian tối ƣu cho trình hấp phụ 49 5.6 Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng lƣợng bùn trình hấp phụ…………… 50 5.7 Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng nồng độ đến trình hấp phụ bùn…… 52 5.7.1 Số liệu kết thí nghiệm 52 5.7.2 Phân tích kết 53 Trang Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức 5.7.2.1 Xét mối quan hệ nồng độ đầu C0 dung lƣợng hấp phụ Qe 53 5.7.2.2 Xây dựng đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich 54 5.7.3 Tính toán kết dung lƣợng hấp phụ cực đại Bùn hoạt tính 55 5.7.3.1 Tính cho Bùn ngâm HCl 1N 55 5.7.3.2 Tính cho Bùn không ngâm HCl 56 Chương 6: 6.1 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 57 Kết luận: 57 6.1.1 Những điều làm đƣợc: 57 6.1.2 Những điều chƣa làm đƣợc: 57 6.2 Khuyến nghị 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 Trang Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Nguồn phát thải kim loại nặng Bảng 2.2: Nguồn phát thải Crom Bảng 2.3: Thành phần hóa học tế bào vi khuẩn Bảng 3.1: Các phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Bảng 3.2: Thành phần hóa học gram dƣơng gram âm Bảng 4.1: Xây dựng đƣờng chuẩn Crom Bảng 5.1: Kết thí nghiệm xác định bƣớc sóng hấp cực đại Bảng 5.2: Kết xây dựng đƣờng chuẩn Bảng 5.3: Kết thí nghiệm xác định nồng độ HCl ngâm bùn thích hợp Bảng 5.4.1: Kết thí nghiệm xác định pH tối ƣu bùn ngâm HCl 1N Bảng 5.4.2: Kết thí nghiệm xác định pH tối ƣu bùn không ngâm HCl Bảng 5.5: Kết thí nghiệm xác định thời gian tối ƣu Bảng 5.6: Kết thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng lƣợng bùn trình hấp phụ Bảng 5.7.1: Kết thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng nồng độ lên trình hấp phụ bùn hoạt tính có ngâm HCl 1N Bảng 5.7.2: Kết thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng nồng độ lên trình hấp phụ bùn hoạt tính không ngâm HCl Trang Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Tháp trao đổi ion Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ xử lí crom nƣớc thải xi mạ Hinh 2.3: Pseudomonas fluorescens Hình 2.4: Nocardia asteroides Hình 2.5: Penicililium Hình 3.1: Bùn hoạt tính khô Hình 3.2: Cấu tạo thành tế bào vi khuẩn Hình 3.3: Cấu tạo không gian Peptidoglycan thành tế bào Hình 3.4: Thành phần tế bào vi khuẩn gram âm Hình 3.5: Thành phần tế bào vi khuẩn gram dƣơng Hình 3.6: Cấu trúc phân tử amin Hình 5.1: Đồ thị khảo sát bƣớc sóng hấp thu cực đại Hình 5.2: Đƣờng chuẩn crom Hình 5.3: Đồ thị khào sát nồng độ HCl Hình 5.4: Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng pH lên trình hấp phụ bùn ngâm không ngâm HCl 1N Hình 5.5: Đồ thị khảo sát thời gian tối ƣu Hình 5.6.1: Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng lƣợng bùn Hình 5.6.2: Mối quan hệ lƣợng bùn dung lƣợng hấp phụ Hình 5.7.2.1: Mối quan hệ nồng độ dung lƣợng hấp phụ Hình 5.7.2.2: Phƣơng trình langmuir dạng đƣờng thằng Hình 5.7.2.3: Phƣơng trình đẳng nhiệt Freudlich Hình 5.7.2.4: Phƣơng trình Langmuir dạng đƣờng cong Trang Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức LỜI NÓI ĐẦU Có 97% nƣớc Trái Đất nƣớc muối, 3% lại nƣớc nhƣng gần 2/3 lƣợng nƣớc tồn dạng sông băng mũ băng cực Phần lại không đóng băng đƣợc tìm thấy chủ yếu dạng nƣớc ngầm, tỷ lệ nhỏ tồn mặt đất không khí Lƣợng nƣớc mà ngƣời sử dụng đƣợc lƣợng nƣớc nhỏ bề mặt trái đất, nhƣng lƣợng nƣớc ỏi ngày bị ô nhiễm trầm trọng nhiều nguyên nhân Ở nƣớc ta hầu hết sông ngòi đô thị lớn bị ô nhiễm nặng Ở Hà Nội, hàm lƣợng chất cặn, kim loại nặng …sông Tô Lịch vƣợt tiêu chuẩn từ đến 50 lần lƣợng nƣớc thải đổ vào lớn; Sông Kim Ngƣu bẩn sông Tô Lịch, tiêu sinh hóa vƣợt tiêu chuẩn từ đến 57 lần; Nƣớc hồ Bảy Mẫu không đạt tiêu chuẩn loại B Còn TP Hồ Chí Minh, hàng ngày sông Sài Gòn sông Đồng Nai (đoạn chảy qua thành phố) phải gánh chịu triệu m3 nuớc thải sinh họat, gần 400.000m3 nƣớc thải từ sở công nghiệp, 20.000 m3 nuớc thải y tế khoảng 5.000 rác thải sinh họat,v.v Tình trạng ô nhiễm nguồn nƣớc trở thành vấn đề nghiêm trọng cấp bách Chính vậy, cần phải có biện pháp giảm thiểu xử lý ô nhiễm hiệu để cứu lấy nguồn nƣớc, bảo vệ sức khỏe cộng đồng Đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu khả hấp phụ kim loại nặng (Crom VI) bùn hoạt tính biến tính” nhằm tìm loại vật liệu có khả hấp phụ kim loại nặng để xử lý kim loại nặng nƣớc thải Từ góp phần tìm công nghệ xử lý kim loại nặng nƣớc thải cách kinh tế, hiệu Trang Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này, nổ lực nhóm nghiên cứu có giúp đỡ, hỗ trợ, động viên phòng ban, Thầy cô, bạn Nhóm nghiên cứu xin chân thành gởi lời cảm ơn đến: Ban lãnh đạo lãnh đạo trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, Khoa công nghệ hóa thực phẩm, quý thầy cô công nghệ môi trường tạo điệu kiện cho nhóm nghiên cứu tiến hành thực đề tài Phòng Quản Lý Khoa Học – Hợp Tác Quốc Tế Đào Tạo Sau Đại Học, Phòng Kế Hoạch Tài Chính đồng ý cấp kinh phí cho nhóm thực đề tài Ban quản lý nhà máy xử lý nước thải tập trung khu chế xuất Linh Trung I hỗ trợ nhóm nghiên cứu trình thực đề tài TS.Nguyễn Văn sức – Trưởng Khoa khoa công nghệ hóa học – thực phẩm Thầy tận tình hướng dẫn trực tiếp đóng góp ý kiến quý báu cho nhóm nghiên cứu suốt trình thực Cô Lê Thị Bạch Huệ, giáo viên quản lý phòng thí nghiệm môn công nghệ môi trường, tạo điều kiện thuận lợi sử dụng phòng thí nghiệm giúp nhóm nghiên cứu hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu Xin cảm ơn Anh Chị ngành môi trường khóa 2004, khóa 2005, bạn lớp môi trường 2006 tận tình giúp đỡ động viên nhóm nghiên cứu lúc thực đề tài Xin cảm ơn thư viện trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật cung cấp nguồn tài liệu quý báu trình thực đề tài Trong suốt trình thực đề tài không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận đƣợc góp ý nhiệt tình từ quý thấy cô bạn để đề tài nhóm đƣợc hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài Trang GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Báo cáo nghiên cứu khoa học 5.2 Xây dựng đƣờng chuẩn Nồng độ Crom Độ hấp thu A 0,5 1,5 2,5 3,5 0,056 0,108 0,159 0,206 0,253 0,301 0,352 0,405 Bảng 5.2: Kết thí nghiệm xây dựng đƣờng chuẩn Độ hấp thu (A) Đƣờng chuẩn Crom 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 y = 0.098x + 0.008 R² = 0.999 Nồng độ crom (mg/l) Hình 5.2: Đƣờng chuẩn Crom 5.3 Thí nghiệm xác định nồng độ HCl thích hợp để ngâm bùn Nồng độ (N) Độ hấp thu A Nồng độ đầu Co (mg/l) Nồng độ sau Ce (mg/l) Hiệu suất hấp phụ (%) 0,075 0,1 0,049 0,5 0,038 0,037 10 10 10 10 9,3125 6,0625 4,6875 4,5625 6,875 39,375 53,125 54,375 Bảng 5.3: Kết thí nghiệm xác định nồng độ HCl ngâm bùn thích hợp Trang 46 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Đồ thị khảo sát nồng độ HCl ngâm bùn 60 HIệu suất hấp thu (%) 50 40 30 20 10 0 0.5 1.5 Nồng độ HCl (N) Hình 5.3: Đồ thị khảo sát nồng độ pH  Nhận xét: Đồ thị thể mối quan hệ nồng độ HCl hiệu suất hấp phụ bùn hoạt tính Dựa vào đồ thị, ta đƣa kết luận: nồng độ axit ngâm bùn tăng dần hiệu suất hấp phụ bùn tăng dần Bùn ngâm nồng độ 1N hấp phụ tốt nhất, đo ta sử dụng bùn ngâm 1N để làm thí nghiệm 5.4 Thí nghiệm xác định pH tối ƣu cho trình hấp phụ 5.4.1 Kết thí nghiệm bùn ngâm HCl 1N pH Độ hấp thu A 0.0138 0.027 0.0388 0.0363 0.038 0.0385 0.053 0.0408 Nồng độ đầu C0 (mg/l) 10 10 10 10 10 10 10 10 Nồng độ sau Ce (mg/l) 1.6563 3.3125 4.7813 4.4688 4.6875 4.75 6.5625 5.0313 Hiệu suất hấp phụ (%) 83.438 66.875 52.188 55.313 53.125 52.5 34.375 49.688 Bảng 5.4.1: Kết thí nghiệm xác định pH tối ƣu bùn ngâm HCl 1N Trang 47 GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Báo cáo nghiên cứu khoa học 5.4.2 Kết thí nghiệm bùn không ngâm HCl pH Độ hấp thu A Nồng độ đầu C0 (mg/l) Nồng độ sau Ce (mg/l) Hiệu suất hấp phụ (%) 0.0306 0.036 10 10 0.0614 0.0698 0.0748 0.0764 10 10 10 0.075 0.0793 10 10 10 3.7625 4.4375 7.6125 8.6625 9.2875 9.4875 9.3125 9.85 62,38 1,5 55,63 23,88 13,38 7,13 5,13 6,88 Bảng 5.4.2: Kết thí nghiệm xác định pH tối ƣu bùn không ngâm HCl 1N Hiệu suất hấp phụ (%) Ảnh hƣởng pH lên trình hấp phụ bùn ngâm HCl 1N không ngâm HCl 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Bùn ngâm HCl 1N Bùn không ngâm HCl pH 10 Hình 5.4.: Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng pH lên trình hấp phụ bùn ngâm HCl 1N vả bùn không ngâm HCl  Nhận xét: Đồ thị thể mối quan hệ hiệu suất hấp phụ giá trị pH lên trình hấp phụ bùn ngâm HCl 1N bùn không ngâm HCl Theo đồ thị ta thấy hiệu suất hấp phụ giảm dần loại bùn pH tăng dần, hiệu suất hấp phụ bùn ngâm HCl 1N cao bùn không ngâm HCl pH Trang 48 GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Báo cáo nghiên cứu khoa học Tại pH = hiệu suất hấp phụ loại bùn cao Vì vậy, ta chọn pH = làm pH tối ƣu cho trình hấp phụ  Giải thích: Khi pha loãng K2Cr2O7 nƣớc cất, Cr2O72- chuyển thành CrO42- theo cân sau: Cr2O72- + H2O ↔ HCrO42- ↔ CrO42- + H+ Tại pH nhỏ (ví dụ pH=2), chất Cr(VI) chủ yếu HCrO4-, lực tĩnh điện xảy chất hấp phụ tích điện dƣơng ion HCrO4- tích điện âm Ngƣợc lại, việc giảm hiệu suất hấp phụ tăng pH tính cạnh tranh nhóm ion Cr(VI) ion OH- dung dịch Do đó, lực đẩy tĩnh điện ion Cr(VI) tích điện âm hạt hấp phụ dấu với tăng lên Điều làm giảm hiệu suất hấp phụ 5.5 Thí nghiệm xác định thời gian tối ƣu cho trình hấp phụ pH Độ hấp thu A 0.037 Nồng độ đầu C0 (mg/l) 10 Nồng độ sau Ce (mg/l) 4.563 Hiệu suất hấp phụ (%) 0.544 10 20 30 40 50 60 70 80 0.033 0.028 0.025 0.021 0.013 0.011 0.01 0.008 10 10 10 10 10 10 10 10 4.063 3.438 3.063 2.563 1.563 1.313 1.188 0.938 0.594 0.656 0.694 0.744 0.844 0.869 0.881 0.906 Bảng 5.5: Kết thí nghiệm xác định thời gian tối ƣu Trang 49 Báo cáo nghiên cứu khoa học Hiệu suất hấp phụ (%) 100 GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ 80 60 40 20 0 20 40 60 Thời gian (phút) 80 100 Hình 5.5: Đồ thị khảo sát thời gian tối ƣu Đồ thị thể mối quan hệ hiệu suất hấp phụ thời gian khảo sát (5 – 80 phút) Dựa vào đồ thị cho thấy: thời gian lắc lâu khả hấp phụ crôm bùn hoạt tính cao, nhƣng ta thấy phút bùn hấp phụ đƣợc 54% lƣợng crôm phần trăm hấp phụ tăng nhanh từ đến 50 phút Tuy nhiên từ 50 phút trở phần trăm hấp phụ tăng chậm lại nên chọn thời gian 70 phút để thực thí nghiệm 5.6 Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng lƣợng bùn trình hấp phụ Lƣợng bùn (g) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Độ hấp thu A 0.073 0.027 0.011 0.004 0.002 0.001 Nồng độ đầu Co (mg/l) 20 20 20 20 20 20 Nồng độ sau Ce (mg/l) 9.063 3.313 1.313 0.438 0.188 0.063 Dung lƣợng hấp phụ Qe (mg Cr/l) 2.187 3.337 3.737 3.912 3.962 3.987 Hiệu suất hấp phụ (%) 54.685 83.435 93.435 97.81 99.06 99.685 Bảng 5.6: Kết thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng lƣợng bùn trình hấp phụ Trang 50 GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Báo cáo nghiên cứu khoa học Ảnh hƣởng Lƣợng bùn đến Hiệu suất hấp phụ 120 Hiệu suất hấp phụ (%) 100 80 60 40 20 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Lƣợng bùn (g) Hình 5.6.1: Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng lƣợng bùn  Nhận xét: Đồ thị thể mối quan hệ hiệu suất hấp phụ lƣợng bùn sử dụng (0,1- 0,7g) Dựa vào đồ thị, ta thấy với lƣợng bùn 0,1g hiệu suất hấp phụ đạt 54,688% , với lƣợng bùn 0,4g hiệu suất hấp phụ đạt 97%, 0,5g 0,6g % hấp phụ đạt 99% Dung lƣợng hấp phụ Qe (mg/g) Môi quan hệ Lƣợng bùn Dung lƣơng hấp phụ Qe 2.5 1.5 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Lƣợng bùn (g) Hình 5.6.2: Mối quan hệ lƣợng bùn dung lƣợng hấp phụ Trang 51 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức  Nhận xét: Tuy tăng lƣợng bùn hiệu suất hấp phụ tăng theo, nhƣng ta xét mối quan hệ lƣợng bùn dung lƣợng hấp phụ ta lại thấy dung lƣợng giảm dần lƣợng bùn tăng Dung lƣợng hấp phụ cao có lƣợng bùn nhỏ (0,1g) Chính vậy, chọn 0,1 g bùn để làm thí nghiệm 5.7 Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng nồng độ đến trình hấp phụ bùn 5.7.1 Số liệu kết thí nghiệm  Đối với bùn ngâm HCl 1N Độ hấp thu A 0.003 0.004 0.008 0.01 0.014 0.023 0.038 0.082 Nồng độ đầu Co (mg/l) 2.5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 Nồng độ sau Ce (mg/l) 0 0.053 0.158 0.368 0.842 1.632 3.947 Hiệu suất hấp phụ (%) 100 100 99.293 98.42 97.056 94.387 90.674 80.265 Dung lƣợng hấp phụ Qe (mg/g) 0.5 1.489 1.968 2.426 2.832 3.174 3.211 Tỉ số Ce/Qe 0 0.035 0.08 0.152 0.297 0.514 1.23 Bảng 5.7.1: Kết thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng nồng độ lên trình hấp phụ bùn hoạt tính có ngâm HCl 1N  Đối với bùn không ngâm HCl Độ hấp thu A 0.002 0.007 0.031 0.0725 0.116 0.167 Nồng độ đầu Co (mg/l) 2.5 7.5 10 12.5 15 Nồng độ sau Ce (mg/l) 0 1.263 3.447 5.737 8.421 hiệu suất hấp phụ (%) 100 100 83.16 65.53 54.104 43.86 Dung lƣợng hấp phụ Qe (mg/g) 0.5 1.247 1.311 1.353 1.316 Ce/Qe 0 1.013 2.629 4.24 6.399 Bảng 5.7.2: Kết thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng nồng độ lên trình hấp phụ bùn hoạt tính không ngâm HCl Trang 52 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Dung lƣợng hấp phụ Qe (mg/g) 5.7.2 Phân tích kết 5.7.2.1 Xét mối quan hệ nồng độ đầu C0 dung lƣợng hấp phụ Qe 3.5 Mối quan hệ Nồng độ đầu C0 Dung lƣợng hấp phụ Qe 2.5 Bùn ngâm HCl 1N 1.5 Bùn không ngâm HCl 0.5 0 2.5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 Nồng độ đầu C0 (mg/l) Hình 5.7.2.1: Mối quan hệ Nồng độ đầu Dung lƣợng hấp phụ  Nhận xét: Nhìn chung, loại bùn có ngâm HCl 1N không ngâm HCl, nồng độ dung dịch tăng dung lƣợng hấp phụ tăng Nhƣng dung lƣợng hấp phụ tăng đến giới hạn Dung lƣợng hấp phụ bùn ngâm HCl 1N lớn bùn không ngâm HCl Đối với loại bùn có ngâm HCl 1N, dung lƣợng hấp phụ tăng liên tục nồng độ tăng đến nồng độ 17,5 mg/l Tại nồng độ dung lƣợng hấp phụ cao Khi nồng độ tiếp tục tăng dung lƣợng hấp phụ lại không tăng chứng tỏ bùn hấp phụ đến dung lƣợng cực đại Đối với loại bùn không ngâm HCl, dung lƣợng hấp phụ tăng liên tục nồng độ tăng đến 12,5 mg/l Tại nồng độ này, dung lƣợng hấp phụ bùn cao Khi nồng độ tiếp tục tăng dung lƣợng hấp phụ lại không tăng chứng tỏ bùn hấp phụ đến dung lƣợng cực đại Trang 53 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức 5.7.2.2 Xây dựng đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir y = 0.752x + 0.012 R² = 0.999 Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir Bùn không ngâm HCL Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir Bùn ngâm HCl 1N Tỷ số Ce/Qe y = 0.307x + 0.019 R² = 0.998 0 Nồng độ lúc sau Ce (mg/l) 10 Hình 5.7.2.2: Đồ thị phƣơng trình Langmuir dạng đƣờng thẳng Đƣờng đẳng nhiệt Freundlich dạng đƣờng thẳng 0.6 y = 0.186x + 0.440 R² = 0.945 0.5 Log Qe 0.4 0.3 0.2 y = 0.035x + 0.095 R² = 0.723 Đƣờng Freundlich Bùn ngâm HCl 1N Đƣờng Freundlich Bùn không ngâm HCl 0.1 -1.5 -0.5 Log Ce 0.5 1.5 Hình5.7.2.3 : Đồ thị phƣơng trình đẳng nhiệt Freudlich Trang 54 GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Báo cáo nghiên cứu khoa học  Nhận xét: Dựa vào hình, ta thấy đƣờng Langmuir có độ xác cao đƣờng Freudlich trƣờng hợp bùn ngâm HCl 1N bùn không ngâm HCl Điều chứng tỏ trình hấp phụ Crom bùn hoạt tính khô phù hợp với giả thiết hấp phụ langmuir Tức hấp phụ lớp, toàn bề mặt bùn hoạt tính đồng lƣợng, trạng thái bị hấp phụ, phân tử Crom bề mặt bùn hoạt tính không tƣơng tác lẫn Do ta chọn phƣơng trình đƣờng đẳng nhiệt Langmuir làm sở tính toán dung lƣợng hấp phụ cực đại (qmax) Đƣờng Langmuir dạng đƣờng cong Dung lƣợng hấp phụ Qe (mg/g) Bùn ngâm HCl 1N Bùn không ngâm HCl -2 Nồng độ lúc sau Ce (mg/l) 10 Hình 5.7.2.4: Đồ thị phƣơng trình Langmuir dạng đƣờng cong 5.7.3 Tính toán kết dung lƣợng hấp phụ cực đại Bùn hoạt tính 5.7.3.1 Tính cho Bùn ngâm HCl 1N Ta có phƣơng trình đƣờng Langmuir dạng y = ax+b nhƣ sau: y = 0,307+0,019 suy hệ số a = 0,307; b=0,019 Từ tính đƣợc 𝑞𝑚𝑎𝑥 = 𝑎 = 0,307 = 3,257 (mg/g) Trang 55 GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Báo cáo nghiên cứu khoa học Nhƣ dung lƣợng hấp phụ Crom cực đại Bùn ngâm HCl 1N 3,257 (mg crom/1g bùn) Tƣơng tự, ta tính đƣợc hệ số 𝑘 = 5.7.3.2 𝑞 max × 𝑏 = 3,257×0,019 = 16,411 Tính cho Bùn không ngâm HCl Ta có phƣơng trình đƣờng Langmuir dạng y = ax+b nhƣ sau: y = 0,752+0,440 suy hệ số a = 0,752; b = 0,440 Từ tính đƣợc 𝑞𝑚𝑎𝑥 = 𝑎 = 0,752 = 1,33 (mg/g) Nhƣ dung lƣợng hấp phụ Crom cực đại Bùn ngâm HCl 1N 1,33 (mg crom/1g bùn) Tƣơng tự, ta tính đƣợc hệ số 𝑘 = 𝑞 max × 𝑏 = 1,33×0,44 = 1,709  Nhận xét kết hấp phụ Bùn ngâm HCl không ngâm HCl Từ kết vừa tính đƣợc, ta thấy Bùn ngâm HCl hấp phụ tốt Bùn không ngâm HCl 1,9 lần Điều chứng tỏ việc ngâm bùn axit làm tăng số tâm hấp phụ lên 1,9 lần Trang 56 Báo cáo nghiên cứu khoa học Chương 6: GVHD: TS Nguyễn Văn Sức KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 6.1 Kết luận: 6.1.1 Những điều làm đƣợc: Nhóm làm đề tài tạo đƣợc Bùn hoạt tính khô từ Bùn thải Nhà máy xử lý nƣớc khu Chế xuất Linh Trung để làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng crom Nhóm nghiên cứu đạt đƣợc kết sau: - Tạo đƣợc vật liệu hấp phụ bùn khô pH tối ƣu cho trình hấp phụ crom bùn Thời gian tối ƣu để nghiên cứu hấp phụ crom bùn 70 phút Lập đƣợc phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir giải thích khả hấp phụ bùn hoạt tính Dung lƣợng hấp phụ cực đại bùn Ngâm HCl 1N 3,257(mg/g) Dung lƣợng hấp phụ cực đại bùn không ngâm HCl 1,33 (mg/g) Giải thích đƣợc cớ chế hấp phụ crom bùn hoạt tính khô Khả ứng dụng đề tài khả quan, sử dụng bùn để xử lý kim loại giải đƣợc nhiều vấn đề: giải đƣợc phế phẩm trình xử lý nƣớc công nghệ bùn hoạt tính (hiện đƣợc coi chất thải rắn, dùng làm phân bón…); giảm giá thành xử lý đo tận dụng phế phẩm bùn hoạt tính 6.1.2 Những điều chƣa làm đƣợc: - Chƣa nghiên cứu kim loại nặng khác (chỉ nghiên cứu crom) - Điều kiện nghiên cứu hạn chế, chƣa có điều kiện để hạn chế sai số thí nghiệm - Chƣa nghiên cứu với mô hình cột lọc 6.2 Khuyến nghị Trong đề tài này, nhóm làm đề tài nghiên cứu đƣợc khả hấp phụ bùn hoạt tính kim loại nặng crom Cần phải mở rộng nghiên cứu kim loại nặng khác Đề tài nghiên cứu với quy mô phòng thí nghiệm nên chƣa kiểm nghiệm đƣợc hiệu thực tế Chính cần nghiên cứu khả hấp phụ bùn hoạt tính khô kim loại nặng loại nƣớc thải cụ thể Ví dụ nhƣ dùng bùn khô để xử lý nƣớc thải xi mạ Trang 57 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tài liệu sách: [1].Nhan Hồng Quang – Xử lý nước thải mạ điện chrome vật liệu biomass – Phân viện BHLĐ Bảo vệ Môi trƣờng Miền Trung – Tây nguyên – Tạp Chí Khoa học Công nghệ, Đại học Đà Nẳng – Số 3(32).2009 [2].Chan Poh Ying – Biosorption of copper(ii) and chromium(vi) onto activated sludge : isotherms and kinetic models – Universiti Sains Malaysia – 2007 [3].R Shokoohi, M H Saghi, H R Ghafari, M Hadi - Biosorption of iron from aqueous solution by dried biomass of activated sludge – Iran, 2008 [4] M.N.Sahmoune K Louhab, J Addad – Chromium Biosorption by Waste Biomass of Streptomyces Rimosus Generated from the Antibiotic Industry – Khoa khoa học kỹ thuật, trƣờng Đại học Boumerdes, Algeria [5].N Ahalya, T.V Ramachandra l and R.D Kanamadi – Biosorption of Heavy Metals – Research Journal Of Chemistry And Environment, Centre for Ecological Sciences, Indian Institute of Science, Bangalore 560 012, INDIA.2 Department of Zoology, Karnataka University, Dharwad, INDIA [6].GSTS.KH Lê Huy Bá – Độc Học Môi Trường – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – năm 2008 [7].Nguyễn văn Phƣớc – Quá trình thiết bị công nghiệp hóa học – Tập 13 – Kỹ thuật xử lí nước thải – Trƣờng đại học kỹ thuật thành phố HCM [8].Nguyễn Hữu Phú – Hóa lý hóa keo – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2003 [9].Nguyễn Thị Thu Vân – Phân Tích Định Lượng – Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Tp HCM [10].Ths Hồ Thị Yêu Ly – Bài giảng hóa học phân tích, phần – Các phương pháp phân tích công cụ [11].GS TSKH Nguyễn Bin – Các trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm – Tập – Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [12].W.D.Phillips – T.J.Chilton – Sinh học Tập – Nhà xuất giáo dục [13].Adsorption properties of Chromium (VI) by Chitosan Coated Montmorillonite - Dahe Fan, Xuemei Zhu, Maorong Xu Jinlong Yan trƣờng kỹ thuật hóa sinh, thuộc viện kỹ thuật Yacheng, Trung Quốc Trang 58 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức [14] Removal of Cr from synthetic wastewater by sorption into volcanic ash soil - Lorena F Hernandez - Argie Gavilangoso  Tài liệu Web [1].http://www.nea.gov.vn/tapchi/Toanvan/05-2k1-24.htm [2].http://hsevn.com/forum/showthread.php?p=525 [3].http://www.nea.gov.vn/thongtinmt/noidung/khp_19_12_03.htm [4].http://qui.edu.vn/news/modules.php?name=News&op=viewst&sid=52 [5].http://www.vinachem.com.vn/TuVanViewContent.asp?CateTuVanDetai lID=3&DetailTuVanID=87&CateTuVanID=4 [6].http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BA%A5p_ph%E1%BB%A5 [7].http://www.scribd.comdoc/3753227/dong-hoc-xuc-tac-tai lieu [8].http://vst.vista.gov.vn/home/database/an_pham_dien_tu/MagazineName 2004-06-01.4343/2006/2006_00008/MItem.2006-05-04.2517/MArticle.200605-04.4447/marticle_view [9] http://www.ngoinhachung.net/diendan/archive/index.php/t-16542.html Trang 59 S K L 0 [...]... hại) hoặc đƣợc đem xử Trang 9 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức lý nhƣ chất thải rắn Nếu việc tận dụng bùn thải để sản xuất vật liệu hấp phụ xử lý kim loại nặng thì sẽ đem lại lợi ích rất lớn 1.2 Mục đích của đề tài Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng của bùn hoạt tính biến tính (bùn hoạt tính khô) Đồng thời nghiên cứu chế tạo ra vật liệu hấp phụ mới, hiệu quả, tận dụng đƣợc phế... đẳng nhiệt hấp phụ khác nhau, đƣợc sử dụng trong những điều kiện khác nhau tùy vào cơ chế quá trình hấp phụ là hấp phụ vật lý hay hấp phụ hóa học Trong nghiên cứu này chọn khảo sát hấp phụ bằng Trang 31 GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Báo cáo nghiên cứu khoa học phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich là thích hợp hơn cả vì cơ chế hấp phụ của bùn hoạt tính biến tính là cả hấp phụ hóa học và hấp phụ vật... biệt gọi là tâm hấp phụ chứ không xảy ra trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ Hoạt tính chất hấp phụ phụ thuộc vào số lƣợng tâm hấp phụ  phụ: Thiết lập phƣơng trình Langmuir cho trƣờng hợp 1 chất A bị hấp Tốc độ hấp phụ Vh và tốc độ nhả hấp phụ Vn có thể đƣợc tính bằng công thức: Vh = kh×(n – nh)×Ce (1) Vn= kn×nh (2) Trong đó: n là tổng số tâm hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ nh là số tâm hấp phụ đã bị chiếm... Sự hấp phụ vật lí đặc trƣng nhất là hấp phụ hơi nƣớc trên bề mặt silicagen  Hấp phụ hóa học Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực có bản chất hóa học Hấp phụ hóa học thƣờng xảy ra ở nhiệt độ cao với tốc độ hấp phụ chậm Nhiệt hấp phụ hóa học khoảng 80-400 kJ/mol, tƣơng đƣơng với lực liên kết hoá học Hấp phụ hóa học thƣờng kèm theo sự hoạt hoá phân tử bị hấp phụ nên còn đƣợc gọi là hấp phụ. .. nhiễm nghiêm trọng Chính vì những nguyên nhân trên mà việc xử lý kim loại nặng mang tính cấp bách Cần phải nghiên cứu, phát hiện những phƣơng pháp mới, hiệu quả, kinh tế để giảm thiểu mức độ ô nhiễm của kim loại nặng Đề tài nghiên cứu “ hấp phụ kim loại nặng bằng bùn hoạt tính biến tính ra đời là để đáp ứng nhu cầu này Bùn hoạt tính khi đƣợc thải ra khỏi hệ thống xử lý nƣớc thải đƣợc xem nhƣ là chất... bị hấp phụ Có 2 quá trình hấp phụ: Hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học  Hấp phụ vật lí Hấp phụ vật lí là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực hấp phụ có bản chất vật lí và không hình thành liên kết hóa học, đƣợc thể hiện bởi các lực liên kết yếu nhƣ liên kết “Van der vaals”, lực tƣơng tác tĩnh điện hoặc lực phân tán London Hấp phụ vật lý xảy ra ở nhiệt độ thấp, nhiệt hấp phụ thƣờng nhỏ hơn so với hấp phụ. .. vào bản chất lực hấp phụ, bản chất và đặc điểm của chất hấp phụ và bị hấp phụ mà có những đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ khác nhau Phƣơng trình Tên Langmuir Henry Freundlich Temkin BrunauerEmmett- Teller Lĩnh vực ứng dụng V b.P   Vm 1  b.P Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học V=k.P Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học V  k f P 1 n n  1 Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học V  kT log k.P Hấp phụ hóa học P 1... là 4 loại photpholipit, mỗi loại có nhiều nhóm khác nhau phụ thuộc vào thành phần axit bé Trang 29 Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Chương 3: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG BÙN HOẠT TÍNH KHÔ ĐỂ HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG 3.1 Lý thuyết hấp phụ 3.1.1 Định nghĩa hấp phụ Hấp phụ là“quá trình hút các chất trên bề mặt vật liệu xốp nhờ các lực bề mặt” Các vật liệu xốp đƣợc gọi là chất hấp phụ, ... Sau một chu kỳ hoạt động, tháp trao đổi ion đƣợc rữa ngƣợc bằng dd NaCl để thu hồi Crom - Hiệu quả thu hồi Crom sau 3 năm là 660 gam Trang 20 Báo cáo nghiên cứu khoa học 2.2.3.2 GVHD: TS Nguyễn Văn Sức Hấp phụ Xử lý Crom bằng phƣơng pháp hấp phụ đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều Sau đây là một số nghiên cứu xử lý Crom bằng phƣơng pháp hấp phụ  Hấp phụ Crom bằng tro núi nửa Nghiên cứu được thực... là: - Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về năng lƣợng - Trên bề mặt chất rắn chia ra những vùng nhỏ, các tâm hoạt động mỗi vùng chỉ tiếp nhận một phân tử chất bị hấp phụ Trong trạng thái bị hấp phụ, các phân tử chất hấp phụ trên bề mặt rắn không tƣơng tác lẫn nhau - Quá trình hấp phụ là động, tức là quá trình hấp phụ và nhả hấp phụ có tốc độ bằng nhau khi đạt trạng thái cân bằng tốc độ hấp phụ tỉ lệ thuận