niên luận 1

ĐAI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MƠI TRƯỜNG ĐỀ TÀI: BIẾN TÍNH ZEOLITE TỰ NHIÊN BẰNG MUỐI ĂN ĐỂ XỬ LÍ AMONI TRONG NƯỚC NGẦM Giảng viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Xuân Huân Sinh viên thực : Nguyễn Thị Thắm Lớp : K59-CLC Khoa học môi trường MSSV : 14002265 Hà Nội, 13/5/2017 Niên luận Khoa môi trường LỜI CẢM ƠN Trước tiên tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Xuân Huân, Khoa Môi trường trường Đại học Khoa học Tự nhiên bảo tận tình giúp đỡ tơi thời gian thực niên luận Tôi xin cảm ơn Thầy/Cô phịng thí nghiệm Phân tích Mơi trường, phịng thí nghiệm môn Thổ nhưỡng Môi trường đất tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành thí nghiệm Cuối tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè ủng hộ động viên q trình học tập hồn thành niên luận Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 13 tháng năm 2017 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) ThS Nguyễn Xuân Huân Nguyễn Thị Thắm Nguyễn Thị Thắm Page Niên luận Khoa môi trường DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Giải nghĩa Z-Na Zeolite biến tính CX Nồng độ dung dịch X N-NH4+ Nito amoni Mg Miligam G Gam ml Mililit L Lít QCVN Quy chuẩn Việt Nam DANH MỤC BẢNG Bảng Bảng Nội dung Thành phần Nitto Zeolite Bảng Nồng độ amoni sau xử lý tính tốn số liệu thiết lập phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Nguyễn Thị Thắm Page Niên luận Khoa mơi trường DANH MỤC HÌNH VẼ Hinh vẽ Nội dung Hình Biến tính Zeolite muối ăn Hình Khảo sát ảnh hưởng pH, thời gian nồng độ đến hiệu xử lí Hình Xử lí amoni mẫu thực tế Hình Phổ nhiễu xạ tia X Z-Na Hình Kết khảo sát hiệu xử lí amoni pH thời gian xử lí khác Hình Hiệu xử lí amoni nồng độ Z-Na khác Hình Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Nồng độ amoni sau xử lí Z-Na với nồng Hình Nguyễn Thị Thắm độ amoni ban đầu khác Page Niên luận Khoa môi trường MỤC LỤC MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 1.1 Hiện trạng ô nhiễm amoni nguồn nước Việt Nam Error! Bookmark not defined 1.2 Tác hại amoni nước ngầm Error! Bookmark not defined 1.3 Các phương pháp xử lí amoni nước Error! Bookmark not defined 1.4 Tổng quan zeolite tác dụng hấp phụ amoni Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined 2.1 Đối tượng nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3.1 Biến tính zeolite chế xử lí ……………………………………………….Error! Bookmark not defined 2.3.2 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3.2.1 So sánh hiệu xử lí Zeolite chưa biến tính Error! Bookmark not defined 2.3.2.2 defined Nghiên cứu ảnh hưởng pH thời gian đến hiệu xử lí amoni nước Error! Bookmark not 2.3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng Z-Na sử dụng đến hiệu xử lí amoni nước Error! Bookmark not defined 2.3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng amoni ban đầu đến hiệu xử lí amoni nước Error! Bookmark not defined 2.3.2.5 Nghiên cứu khả giải hấp zeolite sử dụng xử lí amoni Error! Bookmark not defined 2.3.2.6 Nghiên cứu xử lí amoni mẫu nước ngầm thực tế Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Kết nghiên cứu Nitto Zeolite Error! Bookmark not defined 3.2 Kêt so sánh hiệu xử lí amoni Zeolite chưa biến tínhError! Bookmark not defined 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng pH thời gian đến hiệu xử lí amoni nước ngầm Error! Bookmark not defined 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng Z-Na đến hiệu xử lí amoni nước Error! Bookmark not defined 3.5 Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng amoni ban đầu đến hiệu xử lí amoni nước Error! Bookmark not defined 3.6 Kết nghiên cứu khả giải hấp Z-Na sử dụng để xử lí amoni Error! Bookmark not defined 3.7 Kết nghiên cứu xử lí amoni mẫu nước ngầm thực tế Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined Nguyễn Thị Thắm Page Niên luận Khoa môi trường Kết luận Error! Bookmark not defined Kiến nghị Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined Nguyễn Thị Thắm Page Niên luận Khoa môi trường MỞ ĐẦU Nước nhân tố quan trọng định sống trái đất, hợp phần chiếm tới 70% trọng lượng thể người tới 90% số thực vật Nước tham gia vào phản ứng quang hoá sinh hoá phản ứng quang hợp xanh, phản ứng thuỷ phân, trao đổi chất tổng hợp tế bào để tạo lên sống cho người động thực vật Khơng thế, nước cịn giữ vai trò quan trọng, thiết yếu đời sống, công nghiệp sản xuất nông nghiệp Hiện nay, vấn đề nhiễm mơi trường, có mơi trường nước mối quan tâm lo ngại tất quốc gia giới nói chung Việt Nam nói riêng Mơi trường nước bị ô nhiễm nước thải nhà máy công nghiệp, nước thải sinh hoạt, nước rò rỉ từ bãi chôn lấp chất thải rắn, nước sau sản xuất nông nghiệp nước mưa lũ Một biểu ô nhiễm nước cấp hàm lượng chất dinh dưỡng (Nitơ, Photpho) nước tăng cao Nồng độ cao nguyên tố nước tạo điều kiện đặc biệt thuận lợi cho thực vật xanh sinh trưởng, làm cho nước có màu, mùi, làm giảm lượng oxi hoà tan, cản trở dòng chảy hệ thống cấp nước Theo nhiều nghiên cứu, nguồn nước ngầm nhiều địa phương nước bị ô nhiễm amoni (NH4+) nghiêm trọng Hàm lượng amoni theo quy chuẩn Việt nam (QCVN 09-MT: 2015/BTNMT QCVN 02:2009/BYT) 1mg/l mg/l, nhiều nơi đặc biệt đồng sông Hồng đồng sông Cửu Long nguồn nước ngầm bị ô nhiễm amoni cao nhiều lần mức cho phép Khi nước ngầm có nhiễm amoni tiếp xúc với khơng khí, nhiều lồi sinh vật chuyển hóa amoni thành nitrit nitrat Nitrit thể cạnh tranh với hồng Nguyễn Thị Thắm Page Niên luận Khoa môi trường cầu để lấy oxy gây bệnh đường hô hấp (đặc biệt phụ nữ mang thai trẻ em), mặt khác cịn kết hợp với chất hữu để tạo chất có khả gây ung thư Chính tính cấp bách vấn đề mà nhiều cơng trình nghiên cứu tiến hành để tìm phương pháp tối ưu khắc phục đến mức tốt Trong đó, nghiên cứu phương pháp xử lí NH4+ phù hợp với xử lí nước cấp quy mơ hộ gia đình quan trọng Để làm việc cần tìm loại vật liệu biến tính cách đơn giản,dễ áp dụng cho quy mơ gia đình Vì nghiên cứu lựa chọn vât liệu Nitto Zeolite ,và biến tính vật liệu muối ăn để xử lí amoni nước ngầm Do đề tài niên luận xác định là: “Biến tính Zeolite muối ăn để xử lí amoni nước ngầm” Nguyễn Thị Thắm Page Niên luận Khoa môi trường CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Hiện trạng ô nhiễm amoni nguồn nước Việt Nam Nhiều kết nghiên cứu cho thấy khống hóa vật chất giàu nitơ lớp than bùn, ngấm chất chứa nitơ từ hoạt động sống bề mặt đất sau điều kiện yếm khí lịng đất bị khử amoni , kèm theo việc xả thải bừa bãi chất thải chưa xử lý tốt dẫn đến ô nhiễm amoni nhiều nguồn nước ngầm nước mặt Việt nam Đáng lưu tâm nhiễm ngày có xu gia tăng Theo báo cáo Hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2010 – 2015, tổng lượng khai thác nước đất khoảng 10,53 triệu m3/ngày Trong đó, Đồng Bắc Bộ Đồng Nam Bộ khu vực khai thác nhiều với tổng lượng khai thác vùng vào khoảng 5,75 triệu m3/ngày, chiếm 55,7% tổng lượng khai thác toàn quốc Lượng nước khai thác tập trung thành phố lớn TP Hà Nội TP Hồ Chí Minh Hệ thống cấp nước thành phố Hà Nội cung cấp cho thành phố, khu vực nội thành Hà Nội khoảng 600.000 m3/ng.đêm, từ nguồn nước mạch ngầm sâu gần 500.000 m3/ng.đêm, khai thác từ 14 bãi ghiếng làm 12 trạm xử lí quanh khu vực Theo Chi cục bảo vệ môi trường TP.HCM, kết quan trắc nước ngầm tầng nông gần cho thấy lượng nước ngầm khu vực ngoại thành diễn biến ngày xấu Cụ thể nước ngầm trạm Đơng Thạch (huyện Hóc Mơn) bị nhiễm amoni (68,73 mg/l cao gấp 1,9 lần so với năm 2005) Ngoài cịn có số khu vực khác bị ô nhiễm amoni nước ngầm khu vực bị ô nhiễm amoni nước ngầm nặng nề nước khu vực đồng Bắc Bộ Theo kết khảo sát trung tâm nghiên cứu thuộc trung tâm khoa học Nguyễn Thị Thắm Page Niên luận Khoa môi trường tự nhiên công nghệ quốc gia trường Đại họ Mỏ - Địa chất phần lớn nước ngầm khu vực đồng Bắc Bộ gồm địa phương Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình phía nam Hà Nội bị nhiễm bẩn amoni nặng Xác suất nguồn nước ngầm nhiễm amoni có nồng độ cao tiêu chuẩn nước sinh hoạt (3 mg/l theoQCVN 02: 2009/BYT ) khoảng 70-80% Trong nguồn nước ngầm mà người dân sử dụng phần lớn nguồn nước ngầm không đạt tiêu chuẩn amoni Như so với QCVN 02:2009/BYT chất lượng nước sinh hoạt cho nồng độ N-NH4+ mg/l QCVN 09-MT:2015 /BTNMT chất lượng nước đất cho nồng độ N- NH4+ 1mg/l, số cho thấy thực tế chung nhiều nguồn nước Việt Nam bị ô nhiễm amoni cách nghiêm trọng 1.2 Tác hại amoni nước ngầm Tài liệu Hướng dẫn chất lượng nước uống Tổ chức Y tế giới Tiêu chuẩn 1329/2002 (Bộ Y tế) không coi amoni chất gây nguy hại cho sức khoẻ người mà xếp vào nhóm chất làm người dùng nước than phiền lý cảm quan (mùi, vị) Tuy nhiên, amoni lại yếu tố gây cản trở công nghệ xử lý nước cấp thể hai khía cạnh Thứ nhất, làm giảm tác dụng clo tác nhân sát trùng chủ yếu áp dụng nhà máy nước (NMN) Việt Nam, phản ứng với clo tạo thành monocloamin chất sát trùng thứ cấp hiệu clo 100 lần Thứ hai, amoni với số vi lượng nước (hữu cơ, phốt pho, sắt, mangan…) “thức ăn” để vi khuẩn phát triển, gây tượng “không ổn định sinh học” chất lượng nước sau xử lý Nước bị đục, đóng cặn hệ thống dẫn, chứa nước Nước bị xuống cấp yếu tố cảm quan Đây khía cạnh giới khoa học nước phát triển quan tâm nhiều vào năm 1980-1990 sở phương pháp xử lý - ổn định nước cấp vi khuẩn Nguyễn Thị Thắm Page 10 Niên luận Khoa môi trường Hình 1: Biến tính Zeolite muối ăn -Cơ chế xử lí: Na-Zeolite + NH4+ Zeolite-NH4+ + Na+ Na hốc zeolite trao đổi với ion NH4+ từ dung dịch nước kết NH4+ nhập vào zeolite Na+ xâm nhập bên Trong nguồn nước chứa đồng thời cation Na+,Ca2+,Mg2+, xảy trình trao đổi ion cạnh tranh ,ion có độ chọn lọc cao so với ion amoni ,đặc biệt ion có hóa trị cao Ca2+,Mg2+, Amoni tham gia trao đổi hóa trị dương ,NH 4+ dạng trung hịa NH3 khơng có khả trao đổi Nguyễn Thị Thắm Page 14 Niên luận Khoa môi trường 2.3.2 Nội dung nghiên cứu 2.3.2.1 So sánh hiệu xử lí Zeolite chưa biến tính Xử lí mẫu nước amoni có CN-NH4+=40mg/L,nồng độ Zeolite 13g/L ,pH=6,t=5 phút zeolite biến tính muối ăn chưa biến tính 2.3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng pH thời gian đến hiệu xử lí amoni nước Cho Z-Na nồng độ 13g/L xử lí dung dịch nước có nồng độ N-NH4+ 40mg/L pH 4;6;7;8;10 dung dịch tiêu chuẩn HCl 0,01M NaOH 0,01M để điều chỉnh Lắc mẫu với khoảng thời gian 1;2;3;5;10;15;20 30 phút nhiệt độ phòng sau lọc qua giấy lọc Xác định nồng độ N-NH4+ lại dịch lọc 2.3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng Z-Na sử dụng đến hiệu xử lí amoni nước Xử lí dung dịch amoni có nồng độ N-NH4+ 40mg/L (pH=6) Z-Na có nồng độ 9; 11; 13; 15; 17 20 mg/L Lắc mẫu phút nhiệt độ phòng sau, lọc qua giấy lọc Xác định nồng độ N-NH4+ lại dịch lọc 2.3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng amoni ban đầu đến hiệu xử lí amoni nước Xử lí dung dịch amoni có nồng độ N-NH4+ 15; 20; 25; 30; 35 40 mg/L (pH=6) bẳng Z-Na 13g/L, lắc thời gian phút nhiệt độ phòng Sau lọc qua giấy lọc, xác định nồng độ N-NH4+ lại dịch lọc Nguyễn Thị Thắm Page 15 Niên luận Khoa mơi trường Hình 2: Khảo sát ảnh hưởng yếu tố pH, thời gian nồng độ đến hiệu xử lí Nguyễn Thị Thắm Page 16 Niên luận 2.3.2.5 Khoa môi trường Nghiên cứu khả giải hấp zeolite sử dụng xử lí amoni +Cho dung dịch amoni có nồng độ N-NH4+ 80mg/L tác dụng với ZNa 26 g/L pH=6 Lắc 30 phút sau lọc lấy cặn +Cho thêm vào 500ml dung dịch cặn NaOH có nồng độ 2g/L, sau lắc 30 phút Xác định nồng độ c N-NH4+ có dung dịch 2.3.2.6 Nghiên cứu xử lí amoni mẫu nước ngầm thực tế Xử lí mẫu nước ngầm thực tế với Z-Na có nịng độ 17,5 g/L 25 g/L Hình : Xử lí amoni mẫu nước ngầm thực tế Nguyễn Thị Thắm Page 17 Niên luận Khoa môi trường CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết nghiên cứu Nitto Zeolite +Cấu trúc: (Ca, K2, Na2) (AlSiO5O12)2.7H2O +Thành phần hóa học Nitto Zeolite: Bảng 1:Thành phần hóa học nitto zeolite Thành phần SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2 O Na2O MgO Tỉ lệ (%) 65.15 10.07 2.37 2.41 2.07 1.35 0.22 • Kết chụp X-Ray vật liệu nitto zeolite Hỉnh 4: Phổ nhiễu xạ tia X Zeolite Nguyễn Thị Thắm Page 18 Niên luận Khoa môi trường 3.2 Kêt so sánh hiệu xử lí amoni Zeolite chưa biến tính Xử lí mẫu nước amoni có CN-NH4+ =40 mg/L, nồng độ Zeolite 13 g/L , pH=6, t=5 phút + Zeolite tự nhiên chưa biến tính: CN-NH4+ sau xử lí = 4,97 mg/L, hiệu suất xử lí đạt 87% + Zeolite biến tính muối ăn(Z-Na): CN-NH4+ sau xử lí = 2,22 mg/L, hiệu suất xử lí đạt 94,46% 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng pH thời gian đến hiệu xử lí amoni nước ngầm Hình :Kết khảo sát hiệu xử lí amoni pH thời gian xử lí khác Nguyễn Thị Thắm Page 19 Niên luận Khoa môi trường Kết nghiên cứu hình cho thấy hiệu xử lí amoni Z-Na sau: + Hiệu xử lí amoni nước Z-Na tăng nhanh phút gần không tăng nhiêu thời gian sau Trong phút ,hiệu xử lí amoni chiếm 96% suốt trình xử lí + Hiệu xử lí tốt pH=6 Tại pH khác,hiệu suất xử lí cao, chẳng hạn pH=4, hiệu suất xử lí đạt 92%, hay pH=7 hiệu suất xử lí đạt 93% Tuy nhiên, pH=6 hiệu suất xử lí amoni đạt cao nhất, lên đến 95% 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng Z-Na đến hiệu xử lí amoni nước Theo kết nghiên cứu hình cho thấy hiệu xử lí amoni tăng dần tăng nồng độ Z-Na Hình : Hiệu xử lí amoni nồng độ Z-Na khác Nguyễn Thị Thắm Page 20 Niên luận 3.5 Khoa môi trường Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng amoni ban đầu đến hiệu xử lí amoni nước Để xác định đường đẳng nhiệt hấp phụ amoni củavật liệu Z-Na, tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ amoni ban đầu đến hiệu xử lý amoni nước Z-Na Kết thể bảng Bảng Nồng độ amoni sau xử lý tính tốn số liệu thiết lập phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Nồng độ amoni ban đầu (mg/l) Nồng độ Lượng chất QCVN QCVN amoni sau Ce/Qe bị hấp phụ 09-MT:2015 02:2009 xử lí (g/l) (mg/g) BTNMT BYT (mg/l) Abs 40 0.116 2.21676 37.78324 35 0.09 1.7199 33.2801 30 0.063 1.20393 28.79607 27 0.052 0.99372 26.00628 25 0.034 0.86572 24.13428 20 0.024 0.53169 19.46831 15 0.017 0.31024 14.68976 0.0586 0.0516 0.0418 09 0.0382 11 0.0358 71 0.0273 11 0.0211 19 3 3 3 Từ số liệu thực nghiệm bảng 2, xác định số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir sau: Qe  Qmax b.C e (1)  b.C e Trong đó: Qe dung lượng hấp phụ thời điểm đạt cân (mg/g) Qmax dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) Nguyễn Thị Thắm Page 21 Niên luận Khoa môi trường Ce nồng độ lúc cân (mg/l) b số đặc trưng cho tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ Phương trình chuyển thành dạng sau : Ce 1 (2)  Ce  Qe Q max b.Q max Phương trình phương trình đường thẳng biểu thị phụ thuộc tuyến tính Ce/Qe vào Ce Thay số liệu thực nghiệm bảng vào phương trình thiết lập phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt asen thể hình Hình : Đường hấp thụ đẳng nhiệt Langmuir amoni Z-Na Nguyễn Thị Thắm Page 22 Niên luận Khoa mơi trường Hình : Nồng độ amoni sau xử lí Z-Na với nồng độ amoni ban đầu khác Theo kết nghiên cứu hình cho thấy nồng độ amoni cần lượng Z-Na thích hợp để đạt quy chuẩn Với dung dịch nước ban đầu có CNNH4+