Khoá luận tốt nghiệp Nghiên cứu xử lý N-NH4+ bằng than hoạt tính biến tính

Tất cả các nguyên liệu chứa cacbon đều có thể chuyển thành than hoạt tính, tất nhiên sản phẩm thu được sẽ có sự khác nhau phụ thuộc bản chất của nguyên liệu được sử dụng, bản chất của tá

===& T ) £ Q G 8 = = =

PHẠM THỊ HẠNH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ N-NH4+ BẰNG THAN HOẠT TÍNH

BIẾN TÍNH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: H óa C ông nghệ - M ôi trường

HÀ NỘI - 2016

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS Phạm Thị Hải Thịnh đã giao

đề tài và nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em, cho em những kiến thức rất đáng quý trong quá trình nghiên cứu

Em xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và các thầy cô trong phòng công nghệ xử lý nước - Viện công nghệ môi trường đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình làm thực nghiệm

Em xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Hóa học trường ĐHSP Hà Nội 2

đã cung cấp những kiến thức cơ bản trong quá trình học tập để em có thể hoàn thành khóa luận này

Cảm ơn các anh, chị làm việc trong phòng công nghệ xử lý nước đã giúp đỡ em trong quá trình tìm tài liệu và hoàn thành khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Sinh viên

Pham Thỉ Hanh • • •

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH

1 Danh mục các bảng

Bảng 2.1 Danh mục dụng cụ thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 24

Bảng 2.2 Danh mục các hóa chất cần thiết cho nghiên cứ u 24

Bảng 2.3 Bảng xây dựng đường chuẩn amoni 28

Bảng 3.1 Bảng phân tích amoni bằng mô hình động vói nồng độ amoni đầu vào 8,68 mg/1 và tốc độ dòng 2 ml/phút 36

Bảng 3.2 Bảng phân tích amoni bằng mô hình động với nồng độ amoni đầu vào 17,96 mg/1 và tốc độ dòng 2 ml/phút 37

Bảng 3.3 Bảng phân tích amoni bằng mô hình động với nồng độ amoni đầu vào 27,95 mg/1 và tốc độ dòng 2 ml/phút 38

Bảng 3.4 Bảng so sánh hiệu suất xử lý amoni ở cùng tốc độ dòng 2 ml/phút 38

Bảng 3.5 Bảng phân tích amoni với nồng độ 17,96 mg/1 và tốc độ dòng 3 ml/phút 39

Bảng 3.6 Bảng so sánh hiệu suất xử lý amoni ở tốc độ dòng khác nha 40

Bảng 3.7 Bảng phân tích amoni trong nước thải sinh hoạt 41

2 Danh mục các hình Hình 1.1 Bề mặt của một dạng than hoạt tính oxi hóa 13

Hình 2.1 Mô hình hệ thống thí nghiệm 26

Hình 2.2 Đường chuẩn xác định nồng độ amoni 28

Hình 2.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 29

Hình 2.4 Đồ thị xác định các hằng số ừong phương trình Langmuir 30

Hình 3.1 Đồ thị xác định thời gian hấp phụ cực đại của than ACo 31

Hình 3.2 Đồ thị xác định thời gian hấp phụ cực đại của than ACi 32

Hình 3.3 Đồ thị xác định tải trọng hấp phụ cực đại của than ACo 33

Hình 3.5 Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của than A C i 35

Hình 3.6 Đồ thị phân tích amoni trong nước thải sinh hoạt bằng mô hình động 41

KÍ HIỆU VÀ VIÉT TẮT

ACo : Than hoạt tính nguyên liệu

BOD : Nhu cầu oxy sinh hóa

BODs : Nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày ở 20°c

FTIR : Quang phổ hồng ngoại

IUPAC : Liên minh Quốc tế về Hóa học thuần túy và

Hóa học ứng dụngJICA : Văn phòng Họp tác quốc tế

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tổng quan về than hoạt tính 3

1.1.1 Than hoạt tính và những ứng dụng trong đòi sống 3

1.1.2 Cấu trúc xốp của than hoạt tín h 7

1.1.3 Cấu trúc hóa học của bề m ặt 9

1.1.4 Ảnh hưởng của nhóm bề mặt cacbon - oxy lên tính chất hấp phụ 14

1.1.5 Tâm hoạt động trên bề mặt th a n 14

1.1.6 Biến tính bề mặt than hoạt tín h 15

1.2 Tổng quan về quá trình hấp p h ụ 16

1.2.1 Khái niệm 16

1.2.2 Các chất hấp phụ 17

1.3 Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt và các phương pháp xử lý amoni 18

1.3.1 Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt 18

1.3.2 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt chứa amoni 20

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 24

2.1 Danh mục thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu 24

2.2 Phương pháp nghiên cứu 24

2.2.1 Chuẩn bị vật liệu 24

2.2.2 Phương pháp xác định ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ amoni của than hoạt tính biến tính 25

2.2.3 Khảo sát thời gian hấp phụ cực đại đối với amoni bằng phương pháp

hấp phụ tĩnh 25

2.2.4 Khảo sát tải ttọng hấp phụ cực đại đối với amoni bằng phương pháp hấp phụ tĩnh 25

2.2.5 Khảo sát khả năng xử lý amoni trên mô hình động 26

2.2.6 Phương pháp xác định amoni trong dung dịch 27

2.3 Phương pháp tính toán tải trọng hấp phụ của vật liệ u 28

2.3.1 Hấp phụ tĩnh 28

2.3.2 Hấp phụ động .30

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

3.1 Khảo sát thời gian hấp phụ cực đại amoni của than hoạt tính ACo và AC i 31

3.2 Xác định tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu 32

3.3 Anh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ amoni của than hoạt tính biến tính A Ci 35

3.4 Khảo sát khả năng trao đổi của than biến tính với amoni bằng mô hình động 36

3.4.1 Tốc độ dòng 2 ml/phút 36

3.4.2 Tốc độ dòng 3 ml/phút 39

3.4.3 Xử lý amoni có trong nước thải sinh hoạt 40

KẾT LUẬN 42•

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, nước thải giàu dinh dưỡng là một trong những nguồn chủ yếu gây ô nhiễm môi trường và làm suy giảm chất lượng nguồn nước Nguồn nước thải giàu dinh dưỡng rất đa dạng và phức tạp: nước thải từ các chuồng trại chăn nuôi, lò mổ, nhà máy chế biến thực phẩm, thuộc da, nước thải nông nghiệp, nước thải sinh hoạt Nguồn nước thải này không qua xử lý được xả trực tiếp vào các thuỷ vực gây ra các hiện tượng: phú dưỡng, làm giảm oxy hòa tan trong nước, phá hủy hệ động, thực vật thủy sinh của các thủy vực tiếp nhận, gây mùi hôi thối ảnh hưởng đến cảnh quan, môi trường, sức khỏe của con người và thậm chí có thể làm chết các loài động vật sống dưới nước

Tình trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt ở các đô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Đây là hai thành phố đông dân nhất ở Việt Nam vì vậy lượng nước thải sinh hoạt được thải ra mỗi ngày là rất nhiều Tuy nhiên ở hai thành phố này lại không có hệ thống xử lý nước tập trung mà trực tiếp thải ra nguồn tiếp nhận như sông, hồ, kênh, mương Bên cạnh đó, còn có rất nhiều cơ sở sản xuất, doanh nghiệp, công ty không có hệ thống xử lý nước thải Theo các phương tiện thông tin đại chúng gàn đây đưa tin, người dân Hà Nội đang sử dụng các nguồn nước ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm amoni, ngay cả nguồn nước của các nhà máy nước, hàm lượng amoni

xác định được cũng vượt chỉ tiêu cho phép đến 6 lần hoặc cao hơn Hàm

lượng cho phép của thành phần nitơ được quy định khá ngặt nghèo trong tiêu chuẩn thải của nhiều quốc gia cũng như của Việt Nam Vì vậy, trong xử lý

nước thải ngoài việc xử lý các thành phần ô nhiễm hữu cơ BOD, COD, s s

việc xử lý nitơ cũng là yêu cầu rất quan trọng

Than hoạt tính từ lâu đã được sử dụng để làm sạch nước Tuy nhiên, ứng dụng của nó trong xử lí nước mới chỉ dừng lại ở việc loại bỏ các họp chất hữu cơ và một số các thành phần không phân cực có hàm lượng nhỏ trong

nước Với mục đích khai thác tiềm năng ứng dụng của than hoạt tính trong việc xử lý nước sinh hoạt, đặc biệt một lĩnh vực còn rất mới đó là loại bỏ các cation và anion ttong nước khi dùng than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý

amoni em đã chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý N-NH 4 + bằng than hoạt tính biến tính”.

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định được các điều kiện hấp phụ tĩnh và hấp phụ động (thời gian hấp phụ cân bằng và tải trọng hấp phụ) đối vói N-NH4+ bằng than hoạt tính biến tính

3 Đối tượng nghiên cứu

- Than hoạt tính: Sử dụng than hoạt tính từ gáo dừa do Công ty cổ phần

Trà Bắc sản xuất, kích thước hạt 0,5 - 1 mm, được axit hóa bằng HNƠ3 8M

và được biến tính bằng NaOH 0,5M với tỷ lệ than hoạt tính : NaOH = 1 gam :

20 ml.

- Nước thải:

+ Nước thải nhân tạo: Nguồn amoni được pha ừong nước thải từ (NH^SCtí (amoni sunfat) với nồng độ gốc là 1000 mg/1 Tùy vào các chế độ thí nghiệm khác nhau mà pha với các nồng độ khác nhau từ dung dịch gốc

+ Nước thải sinh hoạt: Được lấy từ cống thải của sông Tô Lịch gần Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (khi lấy về phải xác định các thông số đặc trưng của nước thải sinh hoạt như pH, NH4+, COD)

4 Nội dung nghiên cứu

+ Xác định thời gian cân bằng hấp phụ NH4+ với than hoạt tính biếntính

+ Xác định tải trọng hấp phụ cực đại với than hoạt tính biến tính

+ Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính + Khảo sát khả năng trao đổi của than biến tính với amoni bằng mô hình động

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về than hoạt tính

1.1.1 Than hoạt tính và những ứng dụng trong đòi sống

Có rất nhiều định nghĩa về than hoạt tính, có thể nói rằng, than hoạt tính là một dạng của cacbon đã được xử lý để mang lại một cấu trúc rất xốp,

do đó có diện tích bề mặt lớn

Cacbon là thành phàn chủ yếu của than hoạt tính với hàm lượng khoảng

85 - 95% Bên cạnh đó than hoạt tính còn chứa các nguyên tố khác như

Hydro, Nitơ, Lưu huỳnh và Oxy Các nguyên tử khác loại này được tạo ra từ nguồn nguyên liệu ban đầu hoặc liên kết với cacbon trong suốt quá trình hoạt hóa và quá trình khác Thành phần các nguyên tố trong than hoạt tính thường

là 88% C; 0,5% H; 0,5% N, 1% s, 6 - 7% o Tuy nhiên, hàm lượng oxy trong than hoạt tính có thể thay đổi từ 1 - 20% phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu

ban đầu, cách điều chế Than hoạt tính thường có diện tích bề mặt nằm trong

khoảng 800 đến 1500 m2/g và thể tích lỗ xốp từ 0,2 đến 0,6 cm3/g Diện tích

bề mặt than hoạt tính chủ yếu là do lỗ nhỏ có bán kính nhỏ hơn 2 nm.

Than hoạt tính chủ yếu được điều chế bằng cách nhiệt phân nguyên liệu

thô chứa cacbon ở nhiệt độ nhỏ hơn 1000°c Quá trình điều chế gồm 2 bước: than hóa ở nhiệt độ dưới 800°c ừong môi trường ừơ và sự hoạt hóa sản phẩm của quá trình than hóa ở nhiệt độ khoảng 950°c - 1000°c.

Quá trình than hóa là dùng nhiệt để phân hủy nguyên liệu, đưa nó về dạng cacbon, đồng thời làm bay hơi một số chất hữu cơ nhẹ tạo lỗ xốp ban đàu cho than, chính lỗ xốp này là đối tượng cho quá trình hoạt hóa than

Quá trình than hóa có thể xảy ra trong pha rắn, lỏng và khí [13]

Quá trình than hóa pha rắn: Nguyên liệu ban đầu hầu như luôn luôn là

hệ phân tử lớn do sự tổng hợp hoặc quá trình tự nhiên Phân hủy nguyên liệu ban đầu bằng cách tăng nhiệt độ xử lý, quá trình xảy ra cùng với sự giải phóng khí và chất lỏng có khối lượng phân tử thấp Do đó, than thu được là

dạng khác của nguyên liệu ban đầu nhưng nó có tỷ trọng thấp hơn Khi tăng nhiệt độ xử lý sẽ tạo ra cấu trúc trung gian bền hơn Trong quá trình than hóa, khi hệ đại phân tử ban đầu phân hủy, các nguyên tử cacbon còn lại trong mạng đại phân tử di chuyển khoảng ngắn trong mạng tinh thể tới vị trí bền

hơn (có thể < 1 nm), thậm chí tạo ra mạng các nguyên tử cacbon (có hydro

liên kết với nó) Thành phần của nguyên liệu ban đầu khác nhau sẽ phân hủy theo những cách riêng, tạo ra các dạng than khác nhau Kích thước nguyên tử được mở ra bởi sự thoát ra của các nguyên tử khác, sự di trú của nguyên tử cacbon và các liên kết của chúng tạo ra mạng xốp có thành phần là các nguyên tử cacbon Mỗi loại than có đặc trưng xốp khác nhau

Than hóa trong pha lỏng: Các nguyên liệu như vòng thơm, hắc ín cho phép tạo thành cacbon có thể graphit hóa về cơ bản là than không xốp Vì vậy cần một phản ứng tác động lên lớp graphen để tạo ra một loại than xốp từ những nguyên liệu này Bằng sự than hóa pha lỏng, dạng có thể graphit hóa được tạo thành Quá trình than hóa pha lỏng có cơ chế hoàn toàn khác với than hóa pha rắn

Pha khí: Cacbon hóa trong pha khí cần phải được kiểm soát cẩn thận nguồn nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu có thể là metan, propan hoặc benzen nhưng quan ừọng nhất là quá trình cacbon hóa (bẻ gãy hoặc nhiệt phân) nguyên liệu khí ở áp suất tương đối thấp thường được pha loãng với khí Heli Mảnh vỡ từ quá trình nhiệt phân nguyên liệu ban đầu tương tác vói chất nền thích hợp và bằng một cơ chế bao gồm sự chuyển động các nguyên tử cacbon, cấu trúc phiến diện graphit được hình thành

Hoạt hóa là quá trình bào mòn mạng lưói tinh thể cacbon dưói tác dụng của nhiệt và tác nhân hoạt hóa, tạo độ xốp cho than bằng một hệ thống có lỗ

có kích thước khác nhau, ngoài ra còn tạo các tâm hoạt động ưên bề mặt Có thể hoạt hóa bằng hơi nước Hoạt hóa hóa học chủ yếu được sử dụng cho than hoạt hóa gỗ Phương pháp này khác vói hoạt hóa bằng hơi, ừong đó có quá

trình than hóa và quá trình hoạt hóa xảy ra đồng thời Nguyên liệu thô thường

sử dụng là gỗ được trộn vói chất hoạt hóa và chất hút nước thường được sử

dụng là axit photphoric hoặc ZnCỈ2 Sự hoạt hóa thường xảy ra ở nhiệt độ 500°c, nhưng đôi khi cũng lên tới 800°c Trong suốt quá trình hoạt hóa axit

photphoric như một chất ổn định, làm cho gỗ phình ra và nở cấu trúc cenlulose của gỗ, đảm bảo cho than không bị xẹp trở lại Ket quả là than rất xốp và chứa đầy axit photphoric Sau đó than được rửa và tiếp tục bước sản xuất tiếp theo

Hoạt hóa bằng hoi nước được sử dụng cho tất cả các than có nguồn gốc

từ than bùn, than đá, gỗ, gáo dừa Trước hết nguyên liệu thô được chuyển hóa thành than bằng nhiệt Khi than được sử dụng làm nguyên liệu trong quá

trình hoạt hóa, hơi nước ở 130°c được thổi vào ở nhiệt độ khoảng 1000°c

Một số túi khí trở thành dòng khí và thoát ra khỏi lỗ xốp Một nguyên liệu cứng như gáo dừa tạo ra nhiều lỗ nhỏ trong khi nguyên liệu mềm như than bùn luôn tạo ra nhiều lỗ trung Nếu tiếp tục thổi hơi nước trong một thòi gian dài, nhiều hơn rất nhiều các túi khí tạo thành dòng khí và để lại các lỗ trống Đầu tiên ta thu được lỗ nhỏ, khi tiếp tục quá trình xung quanh các túi khí cũng chuyển thành khí và lỗ xốp phát triển thành lỗ trung và nếu tiếp tục sẽ tạo thành lỗ lớn Do đó, ta không nên kéo dài quá trình hoạt hóa

Tất cả các nguyên liệu chứa cacbon đều có thể chuyển thành than hoạt tính, tất nhiên sản phẩm thu được sẽ có sự khác nhau phụ thuộc bản chất của nguyên liệu được sử dụng, bản chất của tác nhân hoạt hóa và điều kiện hoạt hóa Trong quá trình hoạt hóa hàu hết các nguyên tố khác trong nguyên liệu tạo thành sản phẩm khí và bay hơi bởi nhiệt phân hủy nguyên liệu ban đầu Các nguyên tử cacbon sẽ nhóm lại vói nhau thành các lớp thơm liên kết với nhau một cách ngẫu nhiên Sự sắp xếp của các lớp thơm này không tuân theo quy luật do đó để lại các chỗ trống giữa các lớp Các chỗ trống này tăng lên thành lỗ xốp làm than hoạt tính thành chất hấp phụ tuyệt vời

Cacbon nguyên chất là chất kị nước Tính kị nước càng giảm thì tính ưa nước của than càng tăng, do lượng oxy liên kết với cacbon bề mặt tăng Muội than với hàm lượng oxy cao có thể dễ dàng bị làm ướt bởi nước Vì vậy, oxi hóa nhiệt độ thấp muội than thường được sử dụng để làm tăng đặc điểm ưa nước của chúng Tương tự, các sợi cacbon hiệu năng cao thường kị nước được oxi hóa một cách thích hợp để tạo thành nhóm chức bề mặt cacbon - oxy để làm tăng tính ưa nước của chúng, chúng làn lượt cải thiện sự bám dính vói các vật liệu nền trong composite có độ bền cao Fitzer đã công bố mối quan hệ trực tiếp giữa số lượng nhóm axit trên bề mặt sợi cacbon được tạo ra bởi sự oxi hóa và độ bền của composite trong trường hợp của nhựa phenola cũng như nhựa epoxi làm vật liệu nền.

Anh hưởng của nhóm oxy đưa lên bề mặt sọi cacbon bằng quá trình oxi

hóa trong không khí tại 700°c và các tính chất composite đã được nghiên cứu

Trong trường họp than hoạt tính, sự có mặt của nhóm axit trên bề mặt làm cho

bề mặt than ưa nước và phân cực, theo đó cải tiến tính chất hấp phụ khí và hơi phân cực

Than hoạt tính ở dạng than gỗ đã được hoạt hóa được sử dụng từ nhiều thế kỷ trước Người Ai cập sử dụng than gỗ từ khoảng 1500 năm trước công nguyên làm chất hấp phụ cho mục đích chữa bệnh Người Hindú cổ ở Ấn độ làm sạch nước uống của họ bằng cách lọc qua than gỗ Việc sản xuất than hoạt tính trong công nghiệp bắt đầu từ khoảng năm 1900 và được sử dụng làm vật liệu tinh chế đường, than hoạt tính này được sản xuất bằng cách than hóa hỗn họp các nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật trong sự có mặt của hơi

nước hoặc CO2 Than hoạt tính được sử dụng suốt chiến tranh thế giới thứ

nhất trong các mặt nạ phòng độc bảo vệ binh lính khỏi các khí độc nguy hiểm[5]

Than hoạt tính là chất hấp phụ quý và linh hoạt được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích như loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn và các tạp

chất hữu cơ, vô cơ trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp, thu hồi dung môi, làm sạch không khí, trong làm sạch kiểm soát ô nhiễm không khí từ khí thải công nghiệp và khí thải động cơ, trong làm sạch nhiều hóa chất, dược phẩm, sản phẩm, thực phẩm và nhiều ứng dụng trong pha khí Chúng được sử dụng ngày càng nhiều trong lĩnh vực luyện kim để thu hồi vàng bạc và các kim loại khác, làm chất mang xúc tác Chúng cũng được biết đến trong nhiều ứng dụng y học, được sử dụng để loại bỏ các độc tố và vi khuẩn của một số bệnh nhất định.

1.1.2 Cấu trúc xốp của than hoạt tính[5]

Than hoạt tính với sự sắp xếp ngẫu nhiên của các vi tinh thể và với liên kết ngang bền giữa chúng, làm cho than hoạt tính có một lỗ xốp khá phát triển Chúng có tỷ trọng tương đối thấp (nhỏ hơn 2g/cm3) và mức độ graphit hóa thấp Cấu trúc bề mặt này được tạo ra trong quá trình than hóa và phát triển hơn trong quá trình hoạt hóa, khi làm sạch nhựa đường và các chất chứa cacbon khác trong khoảng trống giữa các tinh thể

Quá trình hoạt hóa làm tăng thể tích và làm rộng đường kính lỗ cấu trúc lỗ và sự phân bố cấu trúc lỗ của chúng được quyết định chủ yếu từ bản chất nguyên liệu ban đầu và phương pháp than hóa Sự hoạt hóa cũng loại bỏ cacbon không phải trong cấu trúc, làm lộ ra các tinh thể dưới sự hoạt động của các tác nhân hoạt hóa và cho phép phát triển cấu trúc vi lỗ xốp Trong pha sau cùng của phản ứng, sự nở rộng của các lỗ tồn tại và sự tạo thành các lỗ lớn bằng sự đốt cháy các vách ngăn giữa các lỗ cạnh nhau được diễn ra Điều này làm cho các lỗ trống có chức năng vận chuyển và các lỗ lớn tăng lên, dẫn đến làm giảm thể tích vi lỗ

Theo Dubinin và Zaveria, than hoạt tính vi lỗ xốp được tạo ra khi mức

độ đốt cháy nhỏ hơn 50% và than hoạt tính lỗ macro khi mức độ đốt cháy là lớn hơn 75% Khi mức độ đốt cháy trong khoảng 50 - 75% sản phẩm có hỗn hợp cấu trúc lỗ xốp chứa tất cả các loại lỗ

Than hoạt tính có bề mặt riêng phát triển và thường được đặc trưng bằng cấu trúc nhiều đường mao dẫn phân tán, tạo nên từ các lỗ với kích thước

và hình dạng khác nhau Người ta khó có thể đưa ra thông tin chính xác về hình dạng của lỗ xốp Có vài phương pháp được sử dụng để xác định hình dạng của lỗ, các phương pháp này đã xác định than thường có dạng mao dẫn

cả hai đầu hoặc có một đầu kín, thông thường có dạng rãnh, dạng chữ V và nhiều dạng khác Than hoạt tính có lỗ xốp từ 1 nm đến vài nghìn nm Dubinin

đề xuất một cách phân lỗ xốp đã được IUPAC chấp nhận Sự phân loại này dựa trên chiều rộng của chúng, thể hiện khoảng cách giữa các thành của một

lỗ xốp hình rãnh hoặc bán kính của lỗ dạng ống Các lỗ được chia thành 3 nhóm, lỗ nhỏ, lỗ trung, lỗ lớn

Lỗ nhỏ (Micropores) có kích thước cỡ phân tử, bán kính hiệu dụng nhỏ hơn 2 nm Sự hấp phụ trong các lỗ này xảy ra theo cơ chế lấp đày thể tích lỗ

và không xảy ra sự ngưng tụ mao quản Năng lượng hấp phụ trong các lỗ này lớn hơn rất nhiều so vói lỗ trung và bề mặt không xốp vì sự nhân đôi của lực hấp phụ từ các vách đối diện nhau của vi lỗ Chúng có thể tích lỗ từ 0,15 - 0,7

cm3/g, diện tích bề mặt riêng của lỗ nhỏ chiếm 95% tổng diện tích bề mặt của

than hoạt tính Dubinin còn đề xuất thêm rằng, cấu trúc vi lỗ có thể chia nhỏ

thành 2 cấu trúc vi lỗ bao gồm các vi lỗ đặc trưng vói bán kính hiệu dụng nhỏ

hơn 0,6 - 0,7 nm và siêu vi lỗ với bán kính hiệu dụng từ 0,7 đến 1,6 nm cấu trúc vi lỗ của than hoạt tính được xác định rõ hơn bằng hấp phụ khí, hơi và công nghệ tia X

Lỗ trung (Mesopore) hay còn gọi là lỗ vận chuyển có bán kính hiệu

dụng từ 2 đến 50 nm, thể tích của chúng thường từ 0,1 đến 0,2 cm3/g Diện

tích bề mặt của lỗ này chiếm không quá 5% tổng diện tích bề mặt của than Tuy nhiên, bằng phương pháp đặc biệt người ta có thể tạo ra than hoạt tính có

lỗ trung lớn hơn, thể tích của lỗ trung có thể đạt được từ 0,2 - 0,65 cm3/g và

diện tích bề mặt của chúng đạt 200 m2/g Các lỗ này đặc trưng bằng sự ngưng

tụ mao quản của chất hấp phụ với sự tạo thành mặt khum của chất lỏng bị hấp phụ.

Lỗ lớn (Macropore) không có nhiều ý nghĩa trong quá trình hấp phụ của than hoạt tính bởi vì chúng có diện tích bề mặt rất nhỏ và không vượt quá

0,5 m2/g Chúng có bán kính hiệu dụng lớn hơn 50 nm và thường trong khoảng 500 - 2000 nm với thể tích lỗ từ 0,2 - 0,4 cm3/g Chúng hoạt động

như một kênh cho chất bị hấp phụ vào trong lỗ nhỏ và lỗ trung Các lỗ đầy không được lấp đầy bằng sự ngưng tụ mao quản

Do đó, cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính có 3 loại bao gồm: lỗ nhỏ, lỗ trung và lỗ lớn Mỗi nhóm này thể hiện một vai trò nhất định trong quá trình hấp phụ Lỗ nhỏ chiếm một diện tích bề mặt và thể tích lớn do đó đóng góp lớn vào khả năng hấp phụ của than hoạt tính, miễn là kích thước phân tử của chất hấp phụ không quá lớn để đi vào lỗ nhỏ Lỗ nhỏ được lấp đầy ở áp suất hơi tương đối thấp trước khi bắt đầu ngưng tụ mao quản Mặt khác, lỗ trung được lấp đày ở áp suất hơi tương đối cao với sự xảy ra ngưng tụ mao quản

Lỗ lớn có thể cho phân tử chất bị hấp phụ di chuyển nhanh tới lỗ nhỏ hơn

1.1.3 Cấu trúc hóa học của bề mặt[5]

Cấu trúc tinh thể của than có tác động đáng kể đến hoạt tính hóa học Tuy nhiên, hoạt tính hóa học của các tâm ở mặt tinh thể cơ sở ít hơn nhiều so với tâm ở cạnh hay ở các vị trí khuyết Do đó, cacbon được graphit hóa cao với bề mặt đồng nhất chứa chủ yếu mặt cơ sở ít hoạt động hơn cacbon vô định hình Grisdale và Hennig thấy rằng tốc độ oxi hóa của nguyên tử cacbon ở

tâm nằm ở cạnh lớn hơn 17 đến 20 lần ở bề mặt cơ sở.

Bên cạnh cấu trúc tinh thể và cấu trúc lỗ xốp, than hoạt tính cũng có cấu trúc hóa học Khả năng hấp phụ của than hoạt tính được quyết định bởi cấu trúc vật lý và lỗ xốp của chúng nhưng cũng bị ảnh hưởng mạnh bởi cấu trúc hóa học Thành phần quyết định của lực hấp phụ lên bề mặt than là thành phần không tập trung của lực Van der Waals Trong graphit, quá trình hấp

phụ được quyết định chủ yếu bởi thành phàn phân tán của lực London Trong trường họp than hoạt tính, sự phức tạp của các cấu trúc vi tinh thể, do sự có mặt của các lớp graphit cháy không hoàn toàn trong cấu trúc, gây ra biến đổi

về sự sắp xếp các electrón trong khung cacbon và kết quả là tạo ra các electrón độc thân và hóa trị không bão hòa điều này ảnh hưởng đến đặc điểm hấp phụ của than hoạt tính đặc biệt là đối vói các hợp chất phân cực và có thể phân cực Than hoạt tính hầu hết được liên kết với một lượng có thể xác định oxy và hydro Các nguyên tử khác loại này được tạo ra từ nguyên liệu ban đầu

và trở thành một phần cấu trúc hóa học là kết quả của quá trình than hóa không hoàn hảo hoặc trở thành liên kết hóa học với bề mặt trong quá trình hoạt hóa hoặc trong các quá trình xử lý sau đó Cũng có trường họp than đã hấp phụ các loại phân tử xác định như amin, nitíobenzen, phenol và các loại catión khác

Nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho thấy rằng các nguyên tử khác loại hoặc các loại phân tử được liên kết với cạnh hoặc góc của các lớp thơm hoặc với các nguyên tử cacbon ở các vị trí khuyết làm tăng các hợp chất cacbon - oxy, cachón - hydro, cacbon - nitơ, cacbon - lưu huỳnh, cacbon - halogen trên bề mặt, chúng được biết đến như là các nhóm bề mặt hoặc các phức bề mặt Các nguyên tử khác loại này có thể sáp nhập trong lớp cacbon tạo ra hệ thống các vòng khác loại Do các cạnh này chứa các tâm hấp phụ chính, sự có mặt của các hợp chất bề mặt hay các loại phân tử làm biến đổi đặc tính bề mặt và đặc điểm của than hoạt tính

Nhóm cacbon - oxy bề mặt là những nhóm quan trọng nhất ảnh hưởng đến đặc trung bề mặt như tính ưa nước, độ phân cực, tính axit, và đặc điểm hóa lý như khả năng xúc tác, dẫn điện và khả năng phản ứng của các vật liệu này Thực tế, oxy đã kết họp thường được biết là yếu tố làm cho than trở nên hữu ích và hiệu quả trong một số lĩnh vực ứng dụng nhất định Ví dụ, oxy có tác động quan trọng đến khả năng hấp phụ nước và các khí và hơi có cực

khác, ảnh hưởng đến sự hấp phụ chất điện phân, lên than sử dụng làm chất lọc trong cao su và nhựa, lên độ nhớt của graphit cũng như lên tính chất của nó khi là một thành phần trong phản ứng hạt nhân Trong trường họp của sợi cacbon, nhóm bề mặt quyết định khả năng bám dính của nó vào chất nền là nhựa và sau đó là đặc điểm vật liệu composite Theo Kipling, các nguyên tử oxy và hydro là những thành phàn cần thiết của than hoạt tính với đặc điểm hấp phụ tốt, và bề mặt của vật liệu này được nghiên cứu như một bề mặt hydrocacbon biến đổi ở một số tính chất bằng nguyên tử oxy.

Mặc dù việc xác định số lượng và bản chất của các nhóm hóa học bề mặt này bắt đầu từ hơn 50 năm trước, bản chất chính xác của nhóm chức vẫn còn chưa được chứng minh đầy đủ Những chứng cứ đã được đưa ra từ các nghiên cứu khác nhau sử dụng các công nghệ khác nhau vì bề mặt cacbon là rất phức tạp và khó mô phỏng Các nhóm chức bề mặt không thể được xử lý như các chất hữu cơ thông thường vì chúng tương tác khác nhau trong môi trường khác nhau Phổ electron cho phân tích hóa học cho thấy sự chuyển đổi bất thuận nghịch của chức bề mặt xảy ra khi các phương pháp hóa học hữu cơ cổ điển được sử dụng để xác định và chứng minh chúng Do đó, người ta mong rằng việc áp dụng của nhiều công nghệ tinh vi hơn như phổ FTIR, XPS, NMR

và nghiên cứu lượng vết phóng xạ sẽ góp phần quan trọng để hiểu biết chính xác hơn về các nhóm hóa học bề mặt này Than hoạt tính có nhiều xu hướng

mở rộng lớp oxy đã được hấp thụ hóa học này và nhiều các phản ứng của chúng xảy ra do xu hướng này Ví dụ, than hoạt tính có thể phân hủy các khí oxi hóa như ozone và oxit của nitơ Chúng cũng phân hủy dung dich muối bạc, halogen, sắt (in) clorua, KMn04, amonipersunfat, axit nitric Trong

mỗi trường họp, có sự hấp phụ hóa học oxy và sự tạo thành họp chất cacbon - oxy bề mặt Than hoạt tính cũng có thể được oxy hóa bằng nhiệt trong không

khí, CO2 hoặc oxy Bản chất và lượng nhóm oxy - cacbon bề mặt tạo thành từ

các sự oxi hóa khác nhau phụ thuộc vào bản chất bề mặt than và cách tạo ra

nó, diện tích bề mặt của nó, bản chất chất oxy hóa và nhiệt độ quá trình Phản

ứng của than hoạt tính vói oxy ở nhiệt độ dưới 400°c chủ yếu tạo ra sự hấp

phụ hóa học oxy và sự tạo thành họp chất cacbon - oxy bề mặt, khi ở nhiệt độ

trên 400°c, sự phân hủy họp chất bề mặt và khí hóa cacbon là các phản ứng

ra phụ thuộc độ mạnh của chất oxy hóa và sự khắc nghiệt của điều kiện thí nghiệm Sự tạo thành họp chất cacbon - oxy bề mặt sử dụng than khác nhau Than hoạt tính và muội than sử dụng nhiều cách oxy hóa trong pha khí và pha lỏng đã được nghiên cứu nhiều hơn Đối những than có đặc trưng axit - bazơ, nhiều nhà khoa học đã bỏ công sức nghiên cứu để góp phàn tím hiểu nguyên nhân và cơ chế than có bản chất axit hay bazơ Một vài thuyết, ví dụ thuyết điện hóa học của Burstein và Frumkin, thuyết oxit của Shilov và trường của ông, thuyết pyron của Voll và Boehm đã được đưa ra để giải thích cho đặc trưng axit - bazơ của than Các thuyết này và các nghiên cứu liên quan đã được xem xét lại một cách kỹ lưỡng và được xem xét trong một vài bài báo tổng kết Bây giờ người ta đã chấp nhận rằng đặc trưng axit - bazơ của than là kết quả của quá trình oxy hóa bề mặt, phụ thuộc vào cách tạo thành và nhiệt độ của quá trình oxy hóa Dạng nhóm cacbon - oxy bề mặt (axit, bazơ, trung hòa) đã được xác định, các nhóm axit bề mặt là rất đặc trưng

và được tạo thành khi than được xử lý với oxy ở nhiệt độ trên 400°c hoặc bằng phản ứng vói dung dịch oxy hóa ở nhiệt độ phòng Các nhóm chức này

ít bền nhiệt và phân hủy khi xử lý nhiệt trong chân không hoặc trong môi trường khí ừơ ở nhiệt độ từ 350°c đến 750°c và giải phóng CO2 Các nhóm

chức axit bề mặt này làm cho bề mặt than ưa nước và phân cực, các nhóm này

là cacboxylic, lacton, phenol Nhóm oxy bazơ trên bề mặt ít đặc trưng hơn và được tạo ra khi một bề mặt than không còn bất kỳ nhóm oxy bề mặt nào khi

xử lý nhiệt trong chân không hoặc trong môi trường trơ ở nhiệt độ 1000°c sau

đó làm nguội ở nhiệt độ phòng, được tiếp xúc với khí oxy Garten và Weiss

đề xuất cấu trúc dạng pyron cho nhóm chức bazơ, nhóm chức này cũng được biết như cấu trúc chromene cấu trúc này có vòng chứa oxy với nhóm hoạt

hóa - CH2 -, - CHR Theo Voll và Boehm, các nguyên tử oxy trong cấu trúc kiểu pyron được định vị trong hai vòng khác nhau của lớp graphit Tuy nhiên, cấu trúc của các nhóm oxy bazơ trên bề mặt cũng đang còn tranh cãi Các nhóm oxy trung hòa trên bề mặt được tạo ra do quá trình hấp phụ hóa học không thuận nghịch oxy ở các tâm không bão hòa dạng etylen có mặt trên bề

mặt than Các hợp chất bề mặt bị phân hủy thành CO2 khi xử lý nhiệt Các

nhóm trung hòa trên bề mặt bền hơn so vói các nhóm axit và bắt đầu phân

hủy trong khoảng nhiệt độ 500°c - 600°c và bị loại bỏ hoàn toàn ở 950°c

Một dạng của bề mặt than hoạt tính đã được oxy hóa được công bố bởi Tarkovskya ở hình dưới đây

Hình 1.1 Bề mặt của một dạng than hoạt tính oxi hóa

Nhiều nỗ lực của nhiều nhà nghiên cứu để xác định và định lượng các nhóm oxy - cacbon bề mặt sử dụng các phương pháp vật lý, hóa học và hóa

lý để giải hấp lớp oxit, trung hòa với kiềm, chuẩn độ điện thế, phương pháp phổ như phổ IR, X-ray Các nghiên cứu này đã chỉ ra sự tồn tại của vài nhóm chức, quan trọng hơn cả là các nhổm cacboxyl, lacton, phenol, quinon và hydroquinon Tuy nhiên, các phương pháp này không đưa ra các kết quả có thể so sánh với nhau và nhiều khi không giải thích được toàn bộ lượng oxy đã kết hợp.

1.1.4 Ảnh hưởng của nhóm bề mặt cacbon - oxy lên tính chất hấp phụ

Người ta biết rằng than hoạt tính chứa một lượng đáng kể oxy và hydro được hấp phụ hóa học, chúng có ở dạng phức bề mặt cacbon - oxy Một vài giả thuyết về cấu trúc được đưa ra cho những chất phức bề mặt này Dựa vào các phương pháp vật lý, hóa học và hóa lý, sự tồn tại của các nhóm chức như cacbonyl, cacboxyl, lacton, quinon, hidroquinon và phenol đã được đưa ra Tuy nhiên, các phương pháp đánh giá khác nhau không cung cấp các kết quả

có thể so sánh được, thậm chí quan trọng hơn là toàn bộ lượng oxy liên kết không được giải thích Vì thế, vấn đề này không được làm sáng tỏ một cách phù họp, cũng như các cấu trúc, cơ chế khác nhau Các nghiên cứu đã công bố

từ các phòng thí nghiệm và các nơi khác đã chỉ ra rằng hầu như chắc chắn các

nhóm hay phức bề mặt xác định có thể tạo ra CƠ2 và tương tự có sự tồn tại bề

mặt phân biệt có thể tạo ra c o trong quá trình xử lý nhiệt trong chân không hoặc trong môi trường trơ

Bất kể là các oxit bề mặt này có bản chất và cấu trúc chính xác thì đều

có một chút nghi vấn rằng oxy hấp phụ hóa học có mặt chủ yếu tại cạnh và góc phụ, nên những nhóm oxy này ảnh hưởng nhiều tới các đặc trưng bề mặt

và tính chất bề mặt của than hoạt tính

1.1.5 Tâm hoạt động trên bề mặt than [5,13]

Than hoạt tính có cấu trúc gồm nhiều lớp của những hệ vòng thơm ngưng tụ đính với nhau trong những lớp không phân cực Những lớp này có những kích thước giới hạn, do đó tạo thành các góc Bên cạnh đó, những lớp

này có những chỗ khuyết, biến dị và gián đoạn Những nguyên tử cacbon ở những vị trí này có những cặp elecừon không ghép đôi và những hóa trị thừa

ra, có thế năng cao hơn Do đó, những nguyên tử cacbon này có hoạt tính cao, tạo thành những tâm hoạt động Rất nhiều nghiên cứu tập trung vào tìm hiểu

số lượng và bản chất của các tâm hoạt động này vì những tâm hoạt động này quyết định độ hoạt động của bề mặt, những phản ứng bề mặt và khả năng xúc tác của than hoạt tính Bởi vì xu hướng cacbon hấp phụ hóa học oxy lớn hơn các chất khác nên nhiều nghiên cứu đã kết luận tâm hoạt động này là từ sự hấp phụ hóa học oxy

1.1.6 Biến tính bề mặt than hoạt tính [13]

Đặc điểm quan trọng và thú vị nhất của than hoạt tính là bề mặt có thể biến tính thích hợp để thay đổi đặc điểm hấp phụ và làm cho than trở nên thích họp hơn trong các ứng dụng đặc biệt Sự biến tính bề mặt than hoạt tính

có thể được thực hiện bằng sự tạo thành các dạng nhóm chức bề mặt khác nhau Các nhóm chức này bao gồm các nhóm chức oxy - cacbon được tạo thành khi oxy hóa bề mặt than với các khí hoặc các dung dịch oxy hóa Nhóm chức bề mặt cacbon - hydro tạo thành bằng quá trình xử lý than hoạt tính với khí hydro ở nhiệt độ cao Nhóm chức cacbon - lưu huỳnh bằng quá trình xử

lý than hoạt tính với lưu huỳnh nguyên tố, CS2, H2S, SO2 Cacbon - nitơ ừong

quá trình xử lý than hoạt tính với amoniac Cacbon - halogen được tạo thành bằng quá trình xử lý than hoạt tính vói halogen trong pha khí hoặc dung dịch

Vì các nhóm chức này được liên kết và được giữ ở cạnh và góc của lớp vòng thơm, và bởi vì thành phần các cạnh và góc này chủ yếu là bề mặt hấp phụ, nên người ta hi vọng khi biến tính than hoạt tính sẽ thay đổi đặc trưng hấp phụ và tương tác hấp phụ của các than hoạt tính này Thêm vào đó, sự biến tính bề mặt than cũng được thực hiện bằng quá trình khử khí và bằng việc mang kim loại lên bề mặt

1.2 Tổng quan về quá trình hấp phụ [2]

1.2.1 Khái niệm •

- Hấp phụ là quá trình liên kết khí hoặc chất lỏng ttên bề mặt vật thể rắn xốp Quá trình hấp phụ có thể là quá trình chọn lọc và thuận nghịch, có nghĩa là mỗi chất hấp phụ có khả năng chỉ hấp phụ những chất xác định và không hấp phụ những chất khác có trong hỗn hợp khí hoặc dung dịch Các chất bị hấp phụ có thể được tách ra khỏi chất hấp phụ bằng cách giải hấp phụ

- Hấp phụ được định nghĩa là hiện tượng tăng nồng độ của một chất lỏng, khí (hoặc hơi) của một chất nào đó ừên bề mặt một chất rắn so với xung quanh nó

- Chất hấp phụ nhờ có bề mặt riêng lớn (bề mặt trên một đơn vị thể tích) nên khi hấp phụ có thể có tốc độ hấp phụ lớn và hấp phụ các cấu tử mà bằng cách hấp phụ không thể tách được vì nồng độ của chúng trong hỗn hợp quá thấp

- Lực tương tác của các phân tử trên bề mặt chất rắn lên các phân tử của chất bị hấp phụ hầu như không khác gì lực liên kết hóa học, vì vậy nên quá trình hấp phụ phần lớn phát nhiệt mạnh Từ đó cho thấy lượng của chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng sẽ giảm khi tăng nhiệt độ Như vậy, khi tăng nhiệt độ có khả năng tách chất bị hấp phụ trở lại trạng thái tự do Lượng của chất hấp phụ phụ thuộc vào bề mặt chất hấp phụ, vào nồng độ của chất bị hấp phụ nằm xung quanh chất hấp phụ

- Chất rắn được gọi là chất hấp phụ Chất khí (hơi) hoặc một chất tan nào đó trong dung dịch có khả năng làm giàu ừên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ Chất bị hấp phụ khi đã được “gắn” vào bề mặt chất rắn gọi là chất đã bị hấp phụ

- Quá trình hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt, thông thường trong các

hệ hấp phụ vật lý xảy ra do tương tác giữa các phân tử (lực Van der Waals),

năng lượng tỏa ra từ các hệ đó thường không vượt quá 10 kcal/mol Ở trạng

thái CÓ mức năng lượng như vậy, sự biến đổi về cấu trúc điện tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ là không đáng kể Do vậy hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch Đối với các hệ xảy ra hiện tượng hấp phụ hóa học (trong xúc tác dị thể, ví dụ quá trình hấp phụ của hydro ttên platin hoặc paladi) cấu trúc electron của các chất tham gia quá trình có sự biến đổi sâu sắc, thậm chí dẫn đến các liên kết hóa học Khi đó năng lượng của hệ tỏa ra cao hơn nhiều

lần, có thể đạt giá trị từ 100 đến 200 kcal/mol, tức là năng lượng của các phản

ứng hóa học Hấp phụ hóa học xảy ra mạnh và bất thuận nghịch

1.2.2 Các chất hấp phụ

- Than hoạt tính là chất hấp phụ cacbon xốp được điều chế từ các loại nguyên liệu hữu cơ khác nhau như: than bùn, than đá, than nâu, antraxit, vật liệu bằng gỗ, bãi thải của công nghiệp thuộc da, nó cũng được sản xuất từ

vỏ dừa và các loại hạt dẻ khác cũng như từ lõi hạt của nhiều loại quả Than có

độ bền cơ học cao

- Silicagen là một trong những chất hấp phụ vô cơ phổ biến nhất trong công nghiệp Mọi ứng dụng của silicagen dựa trên bản chất bề mặt phân cực

cao của SiƠ2 và các nhóm chức bề mặt của nó Silicagen có khả năng hút ẩm

đạt tói 40% khối lượng của bản thân nó, khả năng hút ẩm cao không chỉ dựa trên tính năng hấp phụ mà còn dựa vào khả năng ngưng tụ mao quản của nước trong hệ thống lỗ xốp của nó Khả năng tái sinh của silicagen khá cao vì nước

hấp phụ vật lý trên bề mặt S1O2, có thể loại bỏ hoàn toàn ở 140°c.

- Oxit nhôm là một trong những chất hấp phụ vô cơ được sử dụng rộng rãi trong kĩ thuật để làm khô các môi trường khác nhau Ưu việt của oxit nhôm là có độ bền nhiệt, điều chế tương đối dễ, nguyên liệu dễ kiếm, Do

đó khả năng sử dụng của nó cũng tương tự như các chất hấp phụ khác

- Zeolit với các tính năng đặc thù của nó là “rây phân tử” được sử dụng rất có hiệu quả trong quá trình tách các hỗn hợp chất hữu cơ, vô cơ, loại bỏ tạp chất ữong pha khí (hơi) và pha lỏng

1.3 Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt và các phương pháp xử lý amoni

1.3.1 Hiên trang ô nhiễm nước thải sinh hoat

Tốc độ phát triển kinh tế cao, bên cạnh việc mang lại những lợi ích to lớn như cải thiện mức sống của người dân và tiềm lực cho đất nước, cũng có tác động nặng nề đến chất lượng môi trường Trong đó, ô nhiễm do nước thải sinh hoạt và công nghiệp là một trong những vấn đề nhức nhối nhất Ở nước

ta hiện nay, phần lớn nước thải sinh hoạt được xả trực tiếp ra môi trường, gây

ô nhiễm nghiêm họng nguồn nước mặt, nước ngầm Theo một số nghiên cứu đánh giá thì chỉ có 10% lượng nước thải đô thị được xử lí Năng lực xử lí nước thải của Việt Nam chỉ đáp ứng ở mức rất thấp so với nhu cầu thực tế.Mức độ ô nhiễm nước đang ngày càng gia tăng do không kiểm soát nguồn gây ô nhiễm hiệu quả lìn h trạng này đang gây ra những ảnh hưởng đến sức khỏe của con người, làm tăng nguy cơ ung thư, sảy thai và dị tật bẩm sinh, dẫn đến suy giảm nòi giống Tại một số địa phương của Việt Nam, khi nghiên cứu các trường họp ung thư, viêm nhiễm ở phụ nữ cho thấy 40 - 50%

là do sử dụng nguồn nước ô nhiễm Theo thống kê và đánh giá của Bộ Y tế và

Bộ Tài Nguyên môi trường trung bình mỗi năm ở Việt Nam có khoảng 9.000

ngưòi tử vong vì nguồn nước và điều kiện vệ sinh kém và gần 200.000 trường

hợp mắc bệnh ung thư mới phát hiện, mà một trong những nguyên nhân chính

là sử dụng nguồn nước ô nhiễm Báo cáo khảo sát ô nhiễm môi trường nước của Trung tâm Quan trắc môi trường Quốc gia - Tổng cục Môi trường (Bộ Tài nguyên và Môi trường) cũng cho thấy hiện trạng môi trường nước nhiều nơi

bị ô nhiễm nghiêm trọng Miền Bắc tập trung đông dân cư (đặc biệt là Đồng bằng sông Hồng) lượng nước thải đô thị lớn hầu hết của các thành phố đều chưa được xử lý và xả trực tiếp vào các kênh mương và chảy thẳng ra sông

Đối với nước thải sinh hoạt, tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị thấy

rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Đây là hai thành