Nghiên cứu sử dụng diatomite phú yên kết hợp phối liệu cháy chế tạo vật liệu gốm lọc nước ứng dụng xử lý nước nhiễm phèn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DIATOMITE PHÚ YÊN KẾT HỢP PHỐI LIỆU CHÁY CHẾ TẠO VẬT LIỆU GỐM LỌC NƯỚC ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC NHI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DIATOMITE PHÚ YÊN KẾT HỢP PHỐI LIỆU CHÁY CHẾ TẠO VẬT LIỆU GỐM LỌC NƯỚC

ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM PHÈN

Trình độ đào tạo: Đại học

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Quang Thái Sinh viên thực hiện: Trần Văn Tiến

Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng 5 năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

VIỆN KỸ THUẬT-KINH TẾ BIỂN

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại

Trình độ đào tạo : Đại học

Hệ đào tạo : Chính quy

Ngành : Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Chuyên ngành : Hóa dầu

1 Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng Diatomite Phú Yên kết hợp phối liệu cháy chế tạo vật liệu gốm lọc nước ứng dụng xử lý nước nhiễm phèn

2 Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Quang Thái

3 Ngày giao đề tài: 06/02/2017

4 Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 30/06/2017

Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 12 tháng 2 năm 2017

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

ThS Nguyễn Quang Thái Trần Văn Tiến

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TRƯỞNG NGÀNH

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong đồ án này chưa từng được công bố ở các nghiên cứu khác

Nội dung của đề tài có tham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các nguồn sách, tạp chí được liệt kê trong danh mục các tài liệu tham khảo

Bà Rịa -Vũng Tàu, tháng 6 năm 2017

Sinh viên thực hiên Trần Văn Tiến

LỜI CẢM ƠN

Tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến gia đình anh Nguyễn Hữu Phước đã tận tình tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong việc lấy mẫu để tôi có thể hoàn thành dề tài Tôi cũng chân thành gửi lời cảm ơn đến ThS Nguyễn Quang Thái đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi để tôi có thể hoàn thành đề tài

Cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên và đóng góp ý kiến cho tôi để giúp tôi hoàn thiện đề tài

Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 5 năm 2017

Sinh viên thực hiện Trần Văn Tiến

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Giới thiệu về nguồn nguyên liệu Diatomite Phú Yên 4

1.1.1 Phân bố của quặng Diatomite tại Phú Yên 4

1.1.2 Điều kiện hình thành quặng Diatomite 5

1.1.3 Sản phẩm Diatomite của công ty PYMICO 7

1.1.4 Tính chất và cấu trúc của Diatomite Phú Yên 10

1.1.5 Ứng dụng của Diatomite trong sản xuất gốm lọc nước 12

1.2 Tình hình nghiên cứu và nhu cầu thị trường Diatomite ở Việt Nam 12

1.2.1 Tình hình nghiên cứu 12

1.2.2 Nhu cầu thị trường về Diatomite 15

1.3 Nước nhiễm phèn 15

1.3.1 Thành phần nước nhiễm phèn và cách nhận biết 15

1.3.2 Những ảnh hưởng của nước nhiễm phèn đến sức khỏe 16

1.4 Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước 17

1.4.1 Phương pháp keo tụ 17

1.4.2 Phương pháp hấp phụ 17

1.4.3 Phương pháp trao đổi ion 19

1.4.4 Phương pháp màng lọc 20

1.5 Các hệ thống lọc nước gia đình 22

1.5.1 Hệ thống lọc cát sỏi 22

1.5.2 Hệ thống lọc từ vật liệu gốm lọc Diatomite 24

1.6 Các yêu cầu về chất lượng nước sinh hoạt 26

Chương 2 THỰC NGHIỆM 28

2.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 28

2.1.1 Hóa chất 28

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 28

2.2 Nguyên liệu Diatomite Phú Yên 29

2.3 Lựa chọn phối liệu 29

2.3.1 Phối liệu trấu nghiền mịn 29

2.3.2 Phối liệu bã cà phê 30

2.3.3 Phối liệu bột mì 31

2.4 Gia công gốm lọc 32

2.4.1 Lựa chọn nhiệt độ nung gốm lọc 33

2.4.2 Gia công gốm lọc được làm từ 100% Diatomite 33

2.4.3 Gia công gốm lọc được trộn với phố liệu trấu 34

2.4.4 Gia công gốm lọc được trộn với phối liệu bã cà phê 35

2.4.5 Gia công gốm lọc được phối trộn bột mì 36

2.5 Loại bỏ tro trong gốm và bảo quản gốm 36

2.5.1 Loại bỏ tro trong gốm lọc 36

2.5.2 Bảo quản sản phẩm 36

2.6 Thu thập mẫu nước nhiễm phèn 37

2.6.1 Địa điểm lấy mẫu 37

2.6.2 Thời gian lấy mẫu 37

2.6.3 Vị trí lấy mẫu 37

2.6.4 Dụng cụ chứa mẫu 38

2.6.5 Cách lấy mẫu 38

2.7 Kiểm tra hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn 38

2.8 Tiến hành lọc nước nhiễm phèn 38

2.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến gốm làm từ Diatomite 39

2.10 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu đến khả năng lọc của gốm 39

2.10.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu trấu 39

2.10.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu bã cà phê 39

2.10.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu bột mì 40

2.11 Phương pháp phân tích sản phẩm 40

2.11.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 40

2.11.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 42

2.11.2 Phương pháp đo hấp phụ đa lớp BET 43

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44

3.1 Kết quả gia công gốm lọc 44

3.1.1 Gia công gốm lọc được làm từ 100% Diatomite 44

3.1.2 Gia Công gốm lọc với phối liệu trấu 45

3.1.3 Gia công gốm lọc với phối liệu bã cà phê 47

3.1.4 Gia công gốm lọc với phối liệu bột mì 48

3.2 Kết quả khảo sát hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn 49

3.2.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn của dung dịch nước nhiễm phèn 49

3.2.2 Kết quả hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn 50

3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến gốm làm từ 100% Diatomite 50

3.4 Kết quả ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu tới khả năng lọc của gốm 52

3.3.1 Tỉ lệ phối liệu trấu nghiền mịn 52

3.3.2 Tỉ lệ phối liệu bã cà phê 53

3.3.3 Tỉ lệ phối liệu bột mì 55

3.5 Kết quả chụp SEM của gốm lọc 57

3.6 Kết quả đo BET của gốm lọc 60

3.7 Kết quả khảo sát hàm lượng sắt của nước sau lọc 61

3.7.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn của dung dịch nước sau lọc 61

3.7.2 Kết quả hàm lượng sắt trong mẫu nước sau lọc của các mẫu tối ưu 62 3.8 Kết quả kiểm tra hàm lượng sắt tại trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC 68

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Thành phần hoá học của Diatomite tại mỏ Hoà Lộc được in trên bao bì

sản phẩm 10

Bảng 1 2 Bảng giới hạn các chỉ tiêu chất lượng QCVN 02:2009/BYT 27

Bảng 2 1 Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 28

Bảng 2 2 Các nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu 28

Bảng 2 3 Khối lượng Diatomite cần lấy cho một lần gia công 34

Bảng 2 4 Tỷ lệ trộn phối liệu trấu, áp dụng cho tổng khối lượng 200g 34

Bảng 2 5 Tỷ lệ phối liệu bã cà phê, áp dụng cho 200g nguyên liệu 35

Bảng 2 6 Tỷ lệ phối liệu bột mì, áp dụng cho 200g nguyên liệu 36

Bảng 2 7 Thành phần dung dịch chuẩn 41

Bảng 3 1 Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến màu sắc sản phẩm và độ cứng của gốm làm từ 100% Diatomite 45

Bảng 3 2 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu trấu đến độ cứng của gốm 45

Bảng 3 3 Ảnh hưởng của phối liệu bã cà phê đến độ cứng của gốm lọc 47

Bảng 3 4 Ảnh hưởng của phối liệu bột mì đến độ cứng của gốm lọc 48

Bảng 3 5 Kết quả khảo sát đường chuẩn của nước nhiễm phèn 49

Bảng 3 6 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng lọc của gốm lọc làm từ 100% Diatomite 51

Bảng 3 7 Gốm lọc với tỉ lệ phối liệu trấu là 10% 52

Bảng 3 8 Gốm lọc với tỉ lệ phối liệu trấu là 20% 52

Bảng 3 9 Gốm lọc với tỉ lệ phối liệu trấu là 30% 52

Bảng 3 10 Gốm lọc với tỉ lệ phối liệu trấu là 35% 52

Bảng 3 11 Kết quả lọc nước của gốm được trộn 10% bã cà phê 54

Bảng 3 12 Kết quả lọc nước của gốm được trộn 20% bã cà phê 54

Bảng 3 13 Kết quả lọc nước của gốm được trộn 30% bã cà phê 54

Bảng 3 14 Kết quả lọc nước của gốm được trộn 35% bã cà phê 54

Bảng 3 15 Kết quả khảo sát gốm với tỉ lệ 10% bột mì 55

Bảng 3 16 Kết quả khảo sát gốm với tỉ lệ 20% bột mì 56

Bảng 3 17 Kết quả khảo sát gốm với tỉ lệ 30% bột mì 56

Bảng 3 18 Kết quả khảo sát gốm với tỉ lệ 35% bột mì 56

Bảng 3 19 Kết quả đo BET của gốm lọc 60

Bảng 3 20 Kết quả khảo sát đường chuẩn cho nước sau lọc 61

Bảng 3 21 Hàm lượng Fe của nước sau lọc 62

Bảng 3 22 Kết quả kiểm nghiệm tại trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3 63

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Bản đồ tỉnh Phú Yên 4

Hình 1 2 Một số hình ảnh của Diatomite tự nhiên từ Mỏ Tuy An, Tuy Hòa, Phú Yên 5

Hình 1 3 Quặng Diatomite tại mỏ Hòa lộc, Phú Yên 6

Hình 1 4 Tảo ống trong quặng Diatomite 7

Hình 1 5 Trụ sở chính của công ty cổ phần khoáng sản Phú Yên 8

Hình 1 6 Sản phẩm bột Diatomite 9

Hình 1 7 Giản đồ phần tích X-ray của Diatomite Phú Yên 11

Hình 1 8 Giản đồ DTA-TG của Diatomite Phú Yên 11

Hình 1 9 Màu sắc nước nhiễm phèn 15

Hình 1 10 Tác hại của nước nhiễm phèn đến làn da 16

Hình 1 11 Hệ thống lọc cát thô sơ 23

Hình 1 12 Cơ chế lọc và rửa ngược của gốm lọc từ Diatomite 24

Hình 1 13 Các hình dạng của gốm lọc 25

Hình 2 1 Sản phẩm bột Diatomite của công ty PYMICO 29

Hình 2 2 Phối liệu trấu nghiền mịn 30

Hình 2 3 Phối liệu bã cà phê 31

Hình 2 4 Phối liệu bột mì 32

Hình 2 5 Sơ đồ quá trình gia công vật liệu gốm lọc 32

Hình 2 6 Đường cong nung vật liệu 33

Hình 2 7 Bể chứa nước của gia đình anh Phước và mẫu nước nhiễm phèn tại phòng thí nghiệm 37

Hình 2 8 Sơ đồ lọc và mô hình lọc nước thực tế tại phòng thí nghiệm 38

Hình 2 9 Thiết bị đo độ hấp phụ GENESYS™ 10 42

Hình 2 10 Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Zeiss EVO LS15 42

Hình 2 11 Thiết bị Micrmeritics –ASAP 2020 43

Hình 3 1 Sản phẩm gốm làm từ 100% Diatomite trước nung 44

Hình 3 2 Sản phẩm gốm làm từ 100 % Diatomite sau nung 44

Hình 3 3 Sản phẩm gốm sau nung với tỉ lệ phối liệu trấu là 40% 46

Hình 3 4 Sản phẩm gốm được trộn phối liệu trấu sau nung 46

Hình 3 5 Gốm lọc được trộn bã cà phê sau nung 47

Hình 3 6 Gốm lọc với tỉ lệ 40% bã cà phê 48

Hình 3 7 Sản phẩm gốm lọc với 40% bột mì 49

Hình 3 8 Đường chuẩn của dung dịch nước nhiễm phèn 50

Hình 3 9 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung dến hàm lượng sắt sau lọc 51

Hình 3 10 Ảnh hưởng của phối liệu trấu đến khả năng loại bỏ Fe của gốm lọc 53

Hình 3 11 Ảnh hưởng của phối liệu bã cà phê đến hàm lượng sắt sau lọc 55

Hình 3 12 Ảnh hưởng của phối liệu bột mì đến hàm lượng sắt sau lọc của gốm 57

Hình 3 13 Cấu tảo dạng ống của gốm lọc 57

Hình 3 14 Hệ thống lỗ xốp trên gốm được là từ 100% Diatomite 58

Hình 3 15 Hệ thống lỗ xốp trên gốm lọc được trộn 35 % trấu (700 o C) 58

Hình 3 16 Hệ thống lỗ xốp của gốm lọc được trộn 35% bã cà phê (700 o C) 59

Hình 3 17 Hệ thống lỗ xốp trên gốm lọc được trộn 35% bộ mì (700 o C) 59

Hình 3 18 Đường chuẩn của nước sau lọc 62

Hình 3 19 Nước nhiễm phèn trước lọc và nước sau quá trình lọc 63

LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay Diatomite là một loại vật liệu đang được

ứng dụng rất nhiều trong các ngành sản xuất vật liệu lọc và còn được ứng dụng là chất trợ lọc trong sản xuất bia Trong đó việc sử dụng Diatomite để sản xuất gốm lọc nước để loại bỏ kim loại nặng đang được ứng rất thành công và loại bỏ hoàn toàn kim loại nặng (pymico.com.vn)

Vấn đề nước bị nhiễm kim loại nặng như: sắt, Mg, Asen, … đang rất phổ biến Dặc biết nước bị nhiễm phèn sắt đang là mối đe dọa rất lớn Tại các vùng nông thôn hầu như nước sinh hoạt của các hộ dân mặc dù bị nhiễm phèn, nhưng hầu như không được xử lý, hoặc xử lý bằng các phương pháp tại chỗ nhưng không loại bỏ được triệt để Việc sử dụng nước như vậy trong thời gian dài sẽ gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến sức khỏe và mạng lại các bệnh nan y như: ung thư, sơ gan, … Do

đó, đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu sử dụng Diatomite Phú Yên kết hợp phối liệu cháy chế tạo vật liệu gốm lọc nước ứng dụng xử lý nước nhiễm phèn” được thực hiện

nhằm góp phần xây dựng cơ sở lý thuyết và quy trình chế tạo gốm lọc nước từ Diatomite để ứng dụng xử lý nước giếng khoan bị nhiễm phèn và mang lại nguồn nước sinh hoạt đạt QCVN 02:2009/BYT cho người dân tại các vùng nông thôn Tính nguy hại khi sử dụng nước bị ô nhiễm:

+ Việc sử dụng nước bị nhiễm phèn hay ô nhiễm mang lại rất nhiều nguy hại đặc biệt cho sức khỏe Làm ố vàng, đóng cặn và ăn mòn tất cả các dụng cụ đựng nước và dẫn nước cũng như các đồ gia dụng (thanhnien.vn)

+ Nước nhiễm phèn thường chứa nhiều chất mang tính kiềm, nếu dùng để sinh hoạt và ăn uống làm khô da, phồng, tróc vảy và gây các bệnh về đường ruột, thậm chí ung thư (thanhnien.vn)

+ Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước Trong một số trường hợp, xuất hiện hiện

tượng cá và thuỷ sinh vật chết hàng loạt Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn thâm nhập và cơ thể người Lâu dần tạo nên các bệnh nan

y, làng ung thư

Hiện nay tại tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu Nguồn nước ngầm bị nhiễm chua phèn là một trong những vấn đề nan giải hiện nay và gây thiếu hụt nguồn nước sinh hoạt nghiêm trọng Các hộ dân tại huyện Xuyên Mộc, Bình Châu đang sử dụng nguồn nước sinh hoạt từ giếng khoan Theo phản ánh một số hộ dân tại đây nguồn nước giếng khoan của gia đình họ bị nhiễm phèn Việc xử lý nguồn nước ngầm tại đây đang là nhu cầu cấp yếu

Tính kinh tế của gốm lọc nước từ quặng Diatomite:

+ Tận dụng nguồn nguyên liệu Diatomite Phú Yên với giá thành rẻ, chế tạo vật liệu gốm lọc nước xử lý nước nhiễm phèn Đáp ứng được nhu cầu nước sinh hoạt của người dân và đảm bảo được nguồn nước sạch + Nhu cầu cao về nguồn nước sạch đẩy theo nhu cầu thì trường về thiết bị lọc nước đang tăng nhanh Nhưng hầu hết các thiết bị lọc này đều có giá thành cao Hầu hết tại các vùng thôn quê thu nhập chưa cao Sản phẩm gốm lọc từ Diatomite sẽ có tính cạnh tranh cao với giá thành rẻ đáp ứng được túi tiền của người dân

Tình hình nghiên cứu: Hiện tại Việt Nam có nhiều nghiên cứu về Diatomite

+ Sản xuất thử màng lọc và bugi lọc nước dạng nung từ Diatomite An Giang, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh An Giang, năm 2002

+ Bùi Hải Đăng Sơn, Nguyễn Thị Ngọc Trinh, Nguyễn Đăng Ngọc, Đinh Quang Hiếu, So sánh các đặc trưng hóa lý hai loại Diatomite Phú Yên

và Diatomite Merck, Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một

+ Phạm Cẩm Nam , Trần Thanh Tuấn , Lâm Đại Tú - Võ Đình Vũ Xác định các đặc tính của nguyên liệu Diatomite Phú Yên bằng FT-IR,

XRF, XRD kết hợp với phương pháp tính toán lý thuyết DFT, tạp chí

Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng - số 2(31).2009

Mục đích nghiên cứu: Góp phần xây dựng cơ sở lý thuyết và quy trình chế

tạo gốm lọc nước từ Diatomite để ứng dụng xử lý nước giếng khoan bị nhiễm phèn

Sử dụng Diatomite Phú Yên chế tao vật liệu gốm lọc nước Sử dụng gốm lọc vừa

chế tạo để xử lý và loại bỏ hàm lượng sắt có trong nước nhiễm phèn

Nhiệm vụ nghiên cứu:

+ Sử dụng Diatomite Phú Yên kết hợp với phối liệu cháy chế tạo vật liệu gốm lọc nước nhằm xử lý nước nhiễm phèn

+ Sử dụng gốm lọc vừa chế tạo để xử lý nước bị nhiễm phèn

Phương pháp nghiên cứu:

+ Xác định cấu trúc vật liệu bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM

+ Sử dụng phương pháp BET nhằm xác định diện tích bề bặt hấp phụ, thể tích lỗ mao quản, đường kính lỗ xốp

+ Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis nhằm xác định hàm lượng sắt trong nước trước lọc và sau lọc

+ So sánh các kết quả thu được và chọn sản phẩm cho kết quả hàm lượng sắt sau lọc tối ưu nhất

Các kết quả đạt được của đề tài:

+ Sản phẩm gốm lọc từ Diatomite với thành phần nguyên liệu được phối trộn khác nhau

+ Kết quả hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn

+ Kết quả hàm lượng sắt của nước sau lọc

Cấu trúc đề tài nghiên cứu: Gồm có 3 chương (Tổng quan, thực nghiệm, Kết

quả và thảo luận), 78 trang, 31 bảng, 43 hình

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về nguồn nguyên liệu Diatomite Phú Yên

1.1.1 Phân bố của quặng Diatomite tại Phú Yên [16]

Phú Yên là một tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung bộ, có tọa độ địa lý: Điểm cực Bắc: 13°41'28"; Điểm cực Nam: 12°42'36"; Điểm cực Tây: 108°40'40" và điểm cực Đông: 109°27'47" Diện tích tự nhiên toàn tỉnh là 5060 km2, phía Bắc giáp tỉnh Bình Định, phía Nam giáp tỉnh Khánh Hòa, phía Tây giáp tỉnh Gia Lai và Đắk Lắk, phía Đông giáp biển Đông Phú Yên có vị trí địa lý và giao thông tương đối thuận lợi để phát triển kinh tế - xã hội

Hình 1 1 Bản đồ tỉnh Phú Yên

Phú Yên có nguồn tài nguyên thiên nhiên khoáng sản rất phong phú như: Diatomit, đá Granit, Vàng sa khoáng, Nhôm (Bôxít), Sắt, Fluorit, Titan… được phân bố rải rác ở nhiều vùng của địa phương

Tại Phú Yên quặng Diatomite chủ yếu tại huyện Tuy An Đặc biệt mỏ quặng

Diatomite Hòa Lộc thuộc thôn Hoà Lộc, xã An Xuân huyện Tuy An, tỉnh Phú Yên với trữ lượng dự báo hơn 63 triệu tấn, được xem là lớn nhất ở Việt Nam

Hiện nay Công ty CP khoáng sản Phú Yên được phép khai thác mỏ Diatomit Hòa Lộc với tổng diện tích 66 hecta Sản lượng khai thác hàng năm khoảng 6000 –

7000 tấn/năm (theo sở tài nguyên và môi trường Phú Yên)

Hình 1 2 Một số hình ảnh của Diatomite tự nhiên từ Mỏ Tuy An, Tuy Hòa, Phú

Yên [2]

Tại cao nguyên Vân Hoà, Diatomite có từ 2 đến 5 thân khoáng có giá trị công nghiệp với độ dày từ vài mét đến hàng chục mét (thân khoáng 3 Hoà Lộc dày trung bình 28.3 m, có chỗ tới 33.4 m) Các thân khoáng lộ ra trên bề mặt tạo thành viền bao quanh sườn bắc, đông và tây cao nguyên trong khoảng độ cao từ 70-200m ở sườn phía đông (An Lĩnh, Tuy Dương, An Thọ) đến 160-320 m ở sườn bắc và tây (Hoà Lộc, Dốc Thặng) Sét Diatomite thường có màu trắng, xám trắng, đôi khi xám phớt nâu Cấu tạo phân lớp ngang từ vi phân lớp, phân lớp mỏng đến dày, đôi khi xen kẹp các lớp, thấu kính từ và bentonit mỏng Các thân khoáng chính đều nằm trên phần cao của tập 2 Tại phần dưới của tập, các lớp Diatomite thường mỏng và chứa nhiều tạp chất, đôi khi có dạng tufoDiatomite Tại lỗ khoan TH4-500 có tới 19 lớp Diatomite khác nhau trong mặt cắt tập 2 Theo không gian, độ dày và chất lượng các thân khoáng Diatomite giảm dần về phía nam

1.1.2 Điều kiện hình thành quặng Diatomite [2]

Diatomite được tạo thành từ các mảnh vỏ tảo diatomeae, một loại thực vật đơn

bào ưa sắt có cấu tạo từ oxit silic dạng opal vô định hình (Opal-A) Các giống tảo diatomeae tạo đá chủ yếu trong vùng là các tảo trôi nổi sống trong môi trường nước ngọt miền duyên hải, số lượng tảo bám đáy rất ít Ngoài các mảnh vỏ tảo Diatomeae, trong đá còn có thể có số lượng nhỏ gai xương bọt biển Hàm lượng mảnh vỏ diatomeae trong Diatomite chiếm từ 50% trở lên với số lượng mảnh vỏ từ 5-7 triệu đến 100 triệu mảnh vỏ/gam đá Nguồn vật liệu oxit silic dạng opal vô định hình cấu tạo nên vỏ tảo có cấu trúc khung với nhiều lỗ mao quản kích thước nhỏ 0,5-3 𝜇𝑚 Các mảnh vỏ tảo thường có dạng đốt trúc còn tồn tại dạng quần thể hoặc từng đốt đơn lẻ kích thước từ 3-5 đến 30𝜇m, thậm chí bị vỡ vụn, dập nát Do tính xốp cao, khối lượng riêng bé và diện tích bề mặt lớn nên Diatomite là chất hấp phụ tốt đối với các chất vô cơ hữu cơ

Hình 1 3 Quặng Diatomite tại mỏ Hòa lộc, Phú Yên [16]

Kết quả hình ảnh SEM ở hình 1.4 cho thấy, thành phần tảo chủ yếu trong Diatomite Phú yên là dạng tảo ống

Hình 1 4 Tảo ống trong quặng Diatomite [13]

1.1.3 Sản phẩm Diatomite của công ty PYMICO [16]

Được thành lập năm 1991 với chức năng thăm dò địa chất, khai thác và chế biến các loại khoáng sản

Công ty cổ phần khoáng sản Phú Yên tiến hành cổ phần hoá theo Quyết định

số 1076/QĐ-TCCB ngày 22-05-2003 của Bộ Công nghiệp

Năm 2007: Công ty Cổ phần Khoáng sản Phú Yên đã tăng vốn điều lệ lên thành 15 tỷ đồng Tháng 11-2009: Công ty Cổ phần Khoáng sản Phú Yên đã tăng vốn điều lệ từ 15 tỷ đồng lên thành 40 tỷ đồng Tháng 6-2010: Công ty Cổ phần Khoáng sản Phú Yên đã tăng vốn điều lệ từ 40 tỷ đồng lên thành 60 tỷ đồng

Hiện nay công ty đang hoạt động kinh doanh trên các lĩnh vực sau:

+ Điều tra thăm dò địa chất

+ Khai thác, chế biến và kinh doanh các loại khoáng sản

+ Sản xuất, kinh doanh vật liệu xây dựng

+ Sản xuất thuốc thú y thuỷ sản (chất xử lý môi trường nước trong nuôi trồng thuỷ sản)

+ Xây dựng công trình hạ tầng cơ sở mỏ

+ Vận tải hàng hoá

+ Tư vấn khảo sát địa chất công trình

+ Xây dựng dân dụng, xây dụng công nghiệp, xây dựng giao thông, xây dựng thuỷ lợi

+ Lắp đặt hệ thống cấp thoát nước

+ Kinh doanh khách sạn, ăn uống du lịch lữ hành

Hình 1 5 Trụ sở chính của công ty cổ phần khoáng sản Phú Yên

PYMICO là doanh nghiệp khai thác, chế biến và kinh doanh Diatomit theo Giấy phép khai thác Diatomit số 995/QĐ – ĐCKS do Bộ Công nghiệp cấp ngày 02/6/2000 về việc cho phép Công ty Cổ phần Khoáng sản Phú Yên khai thác quặng Diatomit tại mỏ Diatomit Hoà Lộc thuộc thôn Hoà Lộc xã An Xuân huyện Tuy An tỉnh Phú Yên

Hiện nay, PYMICO đang cung cấp cho thị trường các sản phẩm được chế biến

từ quặng Diatomit như sau:

+ Diatomit bột

+ Daimetin bột

+ Daimetin hạt

mm, có tiết diện hình chữ nhật chiều dài cạnh từ 0,01 – 0,02mm

+ Opan: Dạng hình cấu nhỏ, chiếm tỷ lệ nhỏ

+ Sét: Chiếm từ 5 – 24%, dạng vẩy chủ yếu là hydromica và lẫn ít khoáng vật Motmorillonit

+ Gai xương bột biển: chiếm 1 – 15% thuộc loại spongia đơn trục dãng

que, đầu nhọn, dài 0,01 – 0,25mm

+ Gnauconit: chiếm từ 10 – 15%, có dạng vẩy nhỏ, màu lục nhạt

+ Vụn Thạch anh: chiếm < 2%, dạng hạt vỡ vụn, sắc cạnh, kích thước 0,01 – 0,1 mm, phân tán thưa trong quặng

Thành phần hoá học của Diatomite tại mỏ Hoà Lộc (Phú Yên) được trình bày

+ Dùng trong nuôi trồng thuỷ sản

+ Làm chất phụ gia thuỷ lực cho ximăng

+ Làm nguyên liệu cho sản xuất vật liệu cách nhiệt,

1.1.4 Tính chất và cấu trúc của Diatomite Phú Yên [7]

Diatomite Phú Yên chứa phần lớn là SiO2 ở dạng opal vô định hình (SiO2.nH2O) Tuy nhiên vẫn có các khoáng thuộc họ kaolinite hay các tạp chất khác trong đó Do đó để đưa vào sản xuất chất trợ lọc trong công nghệ thực phẩm cần có việc làm giàu các khoáng SiO2.nH2O trong nguyên liệu Cấu trúc bề mặt cấu trúc của Diatomite được đặc trưng bởi các nhóm silanol và siloxan với tần số dao động lần lượt 3697.4 cm-1(hay 3622.9 cm-1) và 1102 cm-1 (hoặc1050cm-1) Nhiều triển vọng sử dụng nguyên liệu này trong các lĩnh vực lọc nước, hấp thụ, nguyên liệu hay làm phụ gia pozzolan trong sản xuất xi măng

Dựa vào kết quả phân tích X-ray của Diatomite Phú Yên trên hình 1.7 chúng

ta nhận xét rằng thành phần chủ yếu của Diatomite là SiO2 tự do, vô định hình Mặt

khác trên giản đồ có xuất hiện các peak đặc trưng của SiO2 dạng quartz ở 2𝜃 = 20.9o

và peak của khoáng kaolinite ở 2𝜃 = 26.8o

Hình 1 7 Giản đồ phần tích X-ray của Diatomite Phú Yên [7]

Hình 1 8 Giản đồ DTA-TG của Diatomite Phú Yên [7]

Kết quả phân tích nhiệt DTA-TG trên hình 1.8 cho thấy có hai peak thu nhiệt

ở 102,7oC, và 535,66oC Tại nhiệt độ 102.7oC do mất nước hydrate hóa trên bề mặt cấu trúc khoáng Lượng nước hydrate hóa này tương ứng với độ ẩm của nguyên liệu ban đầu là khoảng 6% Quá trình giảm khối lượng thứ hai ở 535,66oC ứng với sự

mất nước chủ yếu trong cấu trúc của khoáng SiO2.nH2O và cũng như nước cấu trúc trong các khoáng sét, với tổng lượng nước mất khoảng 10% bằng giá trị đo mất khi nung

1.1.5 Ứng dụng của Diatomite trong sản xuất gốm lọc nước

Vật liệu chính để sản xuất ra gốm lọc nước với kích cỡ nano đến meso là vật liệu Diatomite

Diatomite được hình thành từ một loại tảo biển đã bị hóa thạch hàng triệu năm dưới biển sâu Khi còn sống, các loài tảo này có kích thước siêu nhỏ, các cơ quan thu gom thức ăn trên cơ thể chúng là rất nhiều các lỗ nhỏ li li, kích thước khoảng

100 nanomet, khi nước đi qua cơ thể chúng thì các chất huyền phù làm thức ăn cho chúng được giữ lại tại các lỗ này Sau khi các tảo này bị hóa thạch, chúng tạo thành các mỏ Diatomite dưới đại dương Chúng có đặc tính là tỉ lệ các lỗ xốp rỗng trên diện tích rất lớn, giúp chúng có khả năng lọc nước (nhỏ hơn kích thước vi khuẩn) với tốc độ dòng chảy cao Nhiều công ty sản xuất các sản phẩm gốm xốp lọc nước

đã quảng cáo sản phẩm của mình là các công nghệ "lọc gốm ứng dụng công nghệ Nano" với lý do là khe lọc ở kích thước "nanomet"

Người ta sản xuất các sản phẩm gốm lọc bằng cách nghiền hóa thạch Diatomite thành bột, sau đó định hình bột này thành các tấm lọc Kể cả sau khi nghiền thành một hạt bột, trên hạt bột Diatomite đó vẫn còn rất nhiều khe lọc nhỏ Việc định hình tấm lọc có thể được tiến hành bằng đất xét hoặc xi măng, sau đó được nung đến nhiệt độ thích hợp

Việc sản xuất, ép bột vật liệu Diatomite xốp tại các lực ép có thể giúp tạo ra các khe lọc và công suất lọc khác nhau

1.2 Tình hình nghiên cứu và nhu cầu thị trường Diatomite ở Việt Nam

trong việc tổng hợp vật liệu đa mao quản trên nền Diatomite bằng phương pháp thủy nhiệt từ gel trong và Diatomite Vật liệu đa mao quản YF/D tồn tại cả ba loại mao quản: vi mao quản, mao quản trung bình và nao quản rộng Từ các kết quả đặc trung hóa lý, đã chứng minh được thành mao quản của vật liệu Y/Diatomite được bao phủ bởi các tinh thể zeolit (với kích thước nano) để hình thành nên vật liệu đa mao quản Giản đồ giải hấp amoniac theo phương trình nhiệt độ đã chứng minh được sự tồn tại các tâm axit của vật liệ YF/D Triển vọng của vật liệu này mở ra khả năng ứng dụng mới trong cong nghiệp dầu khí đặc biệt trong chuyển hóa các phân

tử lớn, phân đoạn nặng hoặc dầu cặn[4]

Nghiên cứu quá trình xử lý Diatomite Lâm Đồng để sản xuất chất trợ lọc của

trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG-HCM Trong nghiên cứu này, khoáng Diatomite từ mỏ Đại Lào - Bảo Lộc - Lâm Đồng đã đuợc khảo sát và tiền xử lý để sản xuất chất trợ lọc Các tính chất hóa, lý của khoáng Diatomite nguyên liệu và sau

xử lý đã đuợc xác định bằng các phương pháp như huỳnh quang tia X (XRF), nhiễu

xạ tia X (XRD), phân tích nhiệt vi sai (DTA-TG) và kính hiển vi điển tử quét (SEM) Kết quả nghiên cứu cho thấy khoáng diatomite Lâm Đồng có hàm luợng SiO2 thấp (52,9%) và hàm luợng Fe2O3 cao (5,32%) Việc xử lý Diatomite bằng một

số axit đã đuợc tiến hành với mục đích làm giàu SiO2 và loại bỏ các thành phần không cần thiết Các axit sử dụng trong nghiên cứu này là H2SO4 6M, HCl 3.5M và HCl 5M Trong đó axit H2SO4 6M cho khả nang xử lý tốt nhất Cụ thể sau khi xử lý trong H2SO4 6M, hàm luợng SiO2 tang cao nhất (90,9%) và hàm luợng Fe2O3 giảm xuống nhiều nhất (0,53%) so với xử lý bằng các axit khác[10]

Xác định các đặc tính của nguyên liệu Diatomite Phú Yên bằng FT-IR, XRF, XRD kết hợp với phương pháp tính toán lý thuyết DFT của Phạm Cẩm Nam , Trần

Thanh Tuấn , Lâm Đại Tú - Võ Đình Vũ Trong bài nghiên cứu này, các đặc tính của nguyên liệu Diatomite Phú Yên đã được nghiên cứu bằng phân tích hồng ngoại, nhiễu xạ tia X, huỳnh quang tia X kết hợp với phương pháp mô phỏng lượng tử bằng phần mềm Gaussian 03 Kết quả đã cho thấy cấu trúc của diatomite gồm các nhóm silanol (Si-OH) và siloxan và siloxan (Si-O-Si) với tần số dao động lần lượt

3697.4 cm-1 (hay 3622.9cm-1) và 1102 cm-1 (hoặc 1050cm-1) Kết quả phân tích XRD đã xác định thành phần phase chủ yếu trong Diatomtie Phú yên là opal vô định hình (SiO2.nH2O) đặc trưng bởi hàmlượng SiO2 trong khoảng 71% Lượng mất khi nung 9.9 % tương thích với tổng mất trọng lượng trên giản đồ DTA-TG là 10.57% Từ bản chất cấu trúc của diatomite Phú Yên mở ra triển vọng ứng dụng của

nó vào lĩnh vực lọc nước, hấp thụ, vật liệu nhẹ cách nhiệt, phụ gia pozzolan[7]…

Vai trò của Diatomite Phú Yên trong sản xuất xi măng Porland trên cơ sở Clinker Long Thọ của Phạm Cẩm Nam, Trần Ngọc Tuyền, Trần Thanh Tuấn Bài

nghiên cứu này nhằm mục đích đa dạng hóa việc ứng dụng nguồn Diatomite tại Việt Nam, Diatomite Phú Yên được nghiên cứu để sử dụng trong công nghiệp sản xuất xi măng thông qua việc đánh giá các tính chất quan trọng của nó Trong bài báo này, diatomite Phú Yên được xem như một phụ gia puzzolan tiềm năng với độ hoạt tính tính theo độ hút vôi là 173 (mgCaO/1g Diatomite) Ảnh hưởng của nhiệt

độ hoạt hoá (đến 800oC) lên hoạt tính của diatomite là không đáng kể Hàm lượng diatomite Phú Yên có thể sử dụng đến 30% (khối lượng) trên nền clinker Long Thọ

mà mẫu xi măng nhận được vẫn đảm bảo các tính chất của xi măng PCB30 Tuy nhiên, cân đối giữa yếu tố kỹ thuật và kinh tế, có thể sử dụng 5% diatomite nguyên khai phối trộn với phụ gia đá vôi Long Thọ để tổng hàm lượng phụ gia đến 20% mà vẫn đảm bảo yêu cầu của TCVN 6260:1997, điều này có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất cũng như trong kinh doanh[8]

Chế tạo thành công gạch siêu cách nhiệt được công bố tháng 12/2009 là kết

quả nghiên cứu của PGS.TS Đỗ Quang Minh, kỹ sư Nguyễn Học Thắng và nhóm sinh viên khoa công nghệ vật liệu trường ĐH Bách khoa TP.HCM, ưu điểm của loại gạch này là nhẹ, khoảng 700 gram/viên, khả năng chịu nhiệt lên đến 900oC So với gạch Trung Quốc bán trên thị trường giá chỉ bằng ½ nhưng độ bền hơn hẳn Loại gạch này được dùng trong các công trình xây dựng như làm chất cách âm cách nhiệt cho các tòa nhà xây dựng, công trình công nghiệp, nhà cao tầng[1], …

1.2.2 Nhu cầu thị trường về Diatomite [1]

Mỗi năm trên thế giới tiêu thụ khoảng hơn 2 triệu tấn Diatomite Dẫn đầu thế giới về sản xuất các sản phẩm từ Diatomite là Mỹ với khoảng 550 ngàn tấn/năm, chiếm 1/4 sản lượng thế giới Trung Quốc là nước đứng thứ hai: 450 ngàn tấn/năm Diatomite đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, giá trị Diatomite phụ thuộc rất nhiều vào việc chế biến để sử dụng cho lĩnh vực nào Giá bán Diatomite nằm trong khoảng giới hạn rất rộng tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng

Từ nguồn US Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2011, giá Diatomite biến thiên từ 7 USD/tấn khi dùng trong sản xuất xi măng, lên đến hơn 10.500 USD/tấn nếu sử dụng trong mỹ phẩm, chiết tách ADN; nếu sử dụng trong công nghệ lọc thì có mức giá trung bình, khoảng 380 USD/tấn

1.3 Nước nhiễm phèn

1.3.1 Thành phần nước nhiễm phèn và cách nhận biết

Nước nhiễm phèn có thành phần là một muối kép của sắt (III) sunfat với muối sunfat của kim loại kiềm hay amoni, như kali sắt sunfat [K2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O hay KFe(SO4)2.12H2O]

Để nhận biết được nước bị nhiễm phèn thì thường dựa vào màu sắc của nước Thông thường nước thường có màu vàng cam hoặc nước ngả màu nâu đậm, do phèn sắt lơ lửng trong nước

Hình 1 9 Màu sắc nước nhiễm phèn

Chúng ta còn có các phương pháp khác để nhận biết nước nhiễm phèn như sau:

+ Thử nước phèn bằng nhựa chuối: Phương pháp này khá đơn giản, Chỉ cần lấy ít nước vào nắp nhựa trắng và chặt bẹ chuối rồi nhỏ vào những giọt mủ, nếu nước ngả màu đậm thì biết nước sẽ nhiễm phèn

+ Thử nước phèn bằng nước chè: Hiện tượng nước giếng khoan tác dụng với nước chè thì ngay lập tức nước sẽ chuyển sang màu tím thẫm Đấy

là hiện tượng nguồn nước này đã và đang nhiễm chất sắt rất cao Nguồn nước mà nhiễm chất sắt thì không có tác hại tới sức khoẻ con người Biểu hiện thường thấy của nó chỉ là xuất hiện mùi tanh

1.3.2 Những ảnh hưởng của nước nhiễm phèn đến sức khỏe

Việc sử dụng nước bị nhiễm phèn hay ô nhiễm mang lại rất nhiều nguy hại đặc biệt cho sức khỏe Làm ố vàng, đóng cặn và ăn mòn tất cả các dụng cụ đựng nước

và dẫn nước cũng như các đồ gia dụng

Hình 1 10 Tác hại của nước nhiễm phèn đến làn da

Nước nhiễm phèn thường chứa nhiều chất mang tính kiềm, nếu dùng để sinh hoạt và ăn uống làm khô da, phồng, tróc vảy và gây các bệnh về đường ruột, thậm chí ung thư Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong

nước Trong một số trường hợp, xuất hiện hiện tượng cá và thuỷ sinh vật chết hàng loạt Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn thâm nhập và cơ thể người Lâu dần tạo nên các bệnh nan y, làng ung thư

Hiện nay việc xử lý nước nhiễm phèn tại các vùng nông thôn thường dùng các phương pháp lọc đơn giản thông qua các lớp cát và than, dẫn đến tình trạng phèn sắt không loại bỏ được hết

1.4 Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước

1.4.1 Phương pháp keo tụ

Quá trình xử lý nước bằng phương pháp kết tủa là việc thêm vào trong nước cần xử lý bằng các hợp chất hóa học khác nhau, nhằm kết tủa các chất hòa tan trong nước như kim loại nặng, các hạt rắng lơ lửng,… Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại hóa chất gọi là chất keo tụ có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống Sau khi thực hiện việc kết tủa và keo tụ, chúng ta tiến hành quá trình lắng và loại bảo các chất bị kết tủa

Những chất keo tụ thường được sử dụng là các muối nhôm, muối sắt: Al2(SO4)3, Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, KAl(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O, FeCl3, Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)O, Fe2(SO4)3.7H2O

Trong xử lý nước thải, sử dụng kết hợp muối nhôm và muối sắt với tỷ lệ từ 1:1 đến 1:2 thì kết quả đông tụ tốt hơn là sử dụng riêng lẻ

Để hiệu quả đông tụ được cao nhất trong việc xử lý nước thì cần thêm vào các chất trợ đông tụ Các chất trợ đông tụ thường dùng trong xử lý nước là polyacrylamit và liều lượng chất keo tụ tối ưu sử dụng trong thực tế được xác định bằng thí nghiệm Jartest Nhược điểm của các chất keo tụ là không bảo quản được lâu, đặc biệt khi đã hoà tan trong nước, công nghệ sản xuất tốn kém, giá thành cao

1.4.2 Phương pháp hấp phụ

Đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi để làm sạch triệt để nước khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau xử lý hóa sinh, nếu nồng độ các chất này không cao, khó phân hủy và độc hại

Hấp phụ trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị

hút trên bề mặt một chất rắn xốp hoặc là sự gia tăng nồng độ của chất này trên bề mặt chất khác Chất khí hay hơi được gọi là chất bị hấp phụ, chất rắn xốp dùng để hút khí hay hơi gọi là chất hấp phụ và những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ Trong quá trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lượng, gọi là nhiệt hấp phụ Bề mặt càng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra càng lớn

Trong thực tế việc sử dụng than hoạt tính thường ở ba dạng: dạng bột, dạng hạt và dạng khối đặc

Sau thi thực hiện quá trình hấp phụ thì việc tái sinh lại than hoạt tính bằng quá trình giải hấp Đại đa số các chất hấp phụ trên than hoạt tính đều có thể giải hấp bằng nhiệt Đối với mỗi chất sẽ có một nhiệt độ xử lý phù hợp Riêng đối với các hợp chất của kim loại thì thông thường phải giải hấp bằng axit sau đó rửa bằng nước

và sấy để tái sinh

Slicagel thực chất là điôxit silic, ở dạng hạt cứng và xốp (có vô số khoang rỗng li ti trong hạt) Silicagel dễ dàng hấp phụ các chất phân cực cũng như các chất

có thể tạo với nhóm hydroxyl các liên kết kiểu cầu hydro Đối với các chất không phân cực, sự hấp phụ trên silica gel chủ yếu do tác dụng của lực mao quản trong các

Phương pháp hấp phụ có khả năng làm sạch cao Chất hấp phụ sau khi sử dụng đều có khả năng tái sinh; điều này đã làm hạ giá thành xử lý và đây cũng là ưu điểm lớn nhất của phương pháp này Hiệu quả xử lý của phương pháp này đạt khoảng 80 ÷ 95%

Phương pháp hấp phụ được sử dụng để làm sạch triệt để các chất thải hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học, thường là các chất không thể phân hủy bằng con đường sinh học và có tính độc Loại bỏ thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát trùng, các hợp chất hữu cơ có vòng thơm, các chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm, các kim loại nặng, màu hoạt tính khỏi nước thải công nghiệp

1.4.3 Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion là quá trình ứng dụng nguyên tắc trao đổi ion thuận nghịch của chất rắn và chất lỏng mà không làm thay đổi cấu trúc của chất rắn Quá trình này ứng dụng để loại bỏ các cation và anion trong nước thải Các cation sẽ trao đổi với ion hydrogen hay sodium, các anion sẽ trao đổi với ion hydroxyl của nhựa trao đổi ion

Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion:

+ Trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động , vận hành và tái sinh liên tục + Trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên ,vận hành và tái sinh gián đoạn

Hầu hết các loại nhựa trao đổi ion là các hợp chất tổng hợp Nó là các chất hữu

cơ hoặc vô cơ cao phân tử đính kết với các nhóm chức Các nhựa trao đổi ion dùng trong xử lý nước thải là các hợp chất hữu cơ cao phân tử có cấu trúc không gian 3 chiều và có lỗ rổng Các nhóm chức được đính vào cấu trúc cao phân tử bằng cách cho hợp chất này phản ứng với các hóa chất chứa nhóm chức thích hợp Khả năng trao đổi ion được tính bằng số nhóm chức trên một đơn vị trọng lượng nhựa trao đổi ion Hoạt động và hiệu quả kinh tế của phương pháp này phụ thuộc vào khả năng trao đổi ion và lượng chất tái sinh cần sử dụng

Cấu tạo của hạt nhựa có thể phân ra hai phần Một phần gọi là gốc của chất trao đổi ion, một phần khác gọi là nhóm ion có thể trao đổi (nhóm hoạt tính ).Chúng

hoá hợp trên cốt cao phân tử

Dùng phương pháp tổng hợp hoá học, chế tạo được nhựa trao đổi ion (resin) Resin được tạo ra bởi sự trùng ngưng từ styren và divinylbenzen (DVB) Phân tử styren tạo nên cấu trúc cơ bản của Resin DVB là những cầu nối giữa các polime có tính không hoà tan và bền Cầu nối trong Resin là cầu nối 3 chiều Trong Resin có cấu trúc rỗng

Màu sắc chủ yếu của nhựa trao dổi ion là màu: vàng, nâu, đen, thẩm Trong quá trình sử dụng nhựa, màu sắc của nhựa mất hiệu lực thường thâm hơn một chút Hiện nay, phần lớn nhựa trao đổi ion được sản xuất dưới hình dạng tròn Khi nhựa trao đổi ion đã hết khả năng trao đổi ion, nó sẽ được tái sinh lại bằng các chất tái sinh thích hợp Sau quá trình tái sinh các chất tái sinh sẽ được rửa đi bằng nước Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại ra khỏi nước các kim loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi, mangan,…), các hợp chất của asen, photpho, xianua và các chất phóng xạ Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạch nước cao

Ưu điểm của phương pháp là rất triệt để và xử lý có chọn lựa đối tượng

Nhược điểm chính của phương pháp này là chi phí đầu tư và vận hành khá cao

1.4.4 Phương pháp màng lọc [14]

Màng được định nghĩa là một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau Nó có thể là chất rắn, hoặc một gel trương nở do dung môi hoặc thậm chí cả một chất lỏng Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất đó qua màng

Màng lọc được chia ra 4 loại:

Các ứng dụng của màng vi lọc:

+ Khử trùng đồ uống và dược phẩm

+ Lọc nước hoa quả, rượu ,bia

+ Tách vi khuẩn từ nước( sinh học xử lý nước thải)

+ Tách dầu/nước nhũ tương (tách chất béo trong sữa)

Siêu lọc là một công nghệ lọc dùng màng áp suất thấp để loại bỏ những phân

tử có kích thước lớn ra khỏi nguồn nước Dưới một áp suất không quá 2,5 bars, nước, muối khoáng và các phân tử ion nhỏ hơn lỗ lọc (0.1- 0.005 micron) sẽ “chui” qua màng dễ dàng Các phân tử có lớn hơn, các loại virus, vi khuẩn sẽ bị giữ lại và thải xả ra ngoài

Màng siêu lọc UltraFiltration được làm thành những ống nhỏ, đường kính ngoài 1,6mm Một bộ lọc là một bó hàng ngàn ống nhỏ nên diện tích lọc rất lớn, giúp tăng lưu lượng nước lên nhiều lần Màng lọc này cũng có thể rửa ngược được

và có tuổi thọ khá cao

Ưu điểm của màng siêu lọc:

+ Quá trình lọc diễn ra ở nhiệt độ bình thường và áp suất thấp nên tiêu thụ ít điện năng, cắt giảm chi phí hoạt động đáng kể

+ Kích thuớc của hệ thống gọn nhỏ, cấu trúc đơn giản nên không tốn mặt bằng lắp đặt

+ Quy trình vận hành đơn giản, không cần nhiều nhân công

+ Cấu trúc và vật liệu màng lọc đồng nhất và sử dụng phương pháp lọc cơ học nên không làm biến đổi tính chất hóa học của nguồn nước

+ Vật liệu của màng lọc không xâm nhập vào nguồn nước, đảm bảo độ tinh khiết trong suốt quy trình xử lý

Ứng dụng của màng siêu lọc:

+ Thu hồi dầu, mỡ và xử lý nước thải

+ Lọc nước ép trái cây, nước trà xanh

+ Lọc nước biển, nước muối (thủy sản, hóa chất)

Lọc nano là một trong những công công nghệ được sử dụng phổ biến hiện nay,

được sử dụng trong quá trình lọc nước uống như làm mềm nước,khử màu và những

vi chất gây ô nhiễm Kỹ thuật này cũng được sử dụng trong việc loại bỏ chất hữu cơ như các ion đa hóa trị hay những vi chất ô nhiễm

Lọc nano là lọc với một áp lực vừa phải từ thấp lên cao(thường là 40-450 psig) quá trình mà trong đó những ion đa hóa trị sẽ vượt qua một cách tự do và các vi chất ô nhiễm, chất có trọng lượng phân tử thấp sẽ bị giữ lại

Ứng dụng của lọc nano trong các quá trình sau:

+ Dùng trong công nghệ sản xuất nước uống tinh khiết

+ Làm mềm nước cứng

+ Loại bỏ thuốc trừ sâu từ nước ngầm

+ Loại bỏ các kim loại nặng từ nước thải

Lọc thẩm thấu ngược dựa trên nguyên tắc cân bằng Hai dung dịch chứa hai nồng độ các chất hòa tan khác nhau sẽ trao đổi chất hòa tan đến khi đạt được trạng thái cân bằng, khi hai dung dịch này được phân cách bởi một màng lọc, dung dịch chứa chất hòa tan nồng độ thấp sẽ đi qua màng vào trong dung dịch có nồng độ cao hơn Sau một thời gian, mực nước một bên màng sẽ cao hơn, sự chênh lệch về độ cao này gọi là áp suất thẩm thấu

Bằng cách sử dụng một áp lực lên cột chất lỏng mà vượt quá áp suất thẩm thấu

ta sẽ tạo ra thẩm thấu ngược Nước được đẩy ngược về phía bên kia màng còn chất rắn hòa tan được giữ lại trong ống

Lọc thẩm thấu ngược được ứng dụng trong các lĩnh vực sau:

+ Làm mềm nước

+ Dùng trong sản xuất nước uống tinh khiết

+ Điều chỉnh nồng độ dung môi phân tử trong công nghệ thực phẩm và sữa

1.5 Các hệ thống lọc nước gia đình

1.5.1 Hệ thống lọc cát sỏi

Để khắc phục nguồn nước giếng ngầm dùng trong sinh hoạt thì có thể dùng phương pháp dân gian của cha ông ta đó là sử dụng hệ thống bể lọc bằng cát sỏi

Hệ thống lọc cát thường được xây dựng thành bể và kèm theo diện tích lớn Các vật liệu sử dụng để lọc bao gồm:

Việc lọc bằng cát đưa đến thời gian lọc rất nhanh, nhưng không thể xử lý được hoàn toàn kim loại nặng trong nước

Ưu điểm của việc sử dụng thiết bị lọc cát:

+ Yêu cầu xử lý và bảo dưỡng thấp Luôn luôn không cần xử lý hoá học ban đầu

+ Chi phí lắp đặt và hoạt động thấp

+ Tốc độ lọc cao

Nhược điểm của hệ thống lọc cát:

+ Đòi hỏi diện tích đất rộng

+ Cần làm sạch bể lọc bằng tay

+ Không loại bỏ được các vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn

Hệ thống lọc cát được sử dụng trong quy mô hộ gia đình, xử lý nước bề mặt với yêu cầu độ sạch không quá cao

Người ta sản xuất các sản phẩm gốm lọc bằng cách nghiền hóa thạch Diatomite thành bột, sau đó định hình bột này thành các tấm lọc Kể cả sau khi nghiền thành một hạt bột, trên hạt bột Diatomite đó vẫn còn rất nhiều khe lọc nhỏ Việc định hình tấm lọc có thể được tiến hành bằng đất xét hoặc xi măng, sau đó được nung đến nhiệt độ thích hợp

Việc sản xuất, ép bột vật liệu Diatomite xốp tại các lực ép có thể giúp tạo ra các khe lọc và công suất lọc khác nhau

Hình 1 12 Cơ chế lọc và rửa ngược của gốm lọc từ Diatomite [5]

Lọc nước bằng Diatomite nhằm giữ lại các vật chất từ nước và quá trình này không sử dụng các hóa chất đông tụ Trước tiên, tấm bánh lọc bằng DE được đặt trên các tấm lá lọc Một lớp mỏng bảo vệ của DE được tạo thành, hoặc tích tụ trên

các vách ngăn xốp (sự thấm qua bên trong) hoặc màng thấm Để tạo lớp lọc Diatomite thì có thể sử dụng các tấm Diatomite tạo hình nung trước hoặc bơm một lượng bùn có chứa Diatomite cho tuần hoàn qua vách bộ lọc, chính lượng Diatomite trong bùn sẽ tạo nên lớp này Tấm vách thường là nhựa hoặc vải kim loại được gá trên khung thép Quá trình DE cũng được gọi là quá trình tiền lọc bởi vì sự tách pha rắn tại giai đoạn ban đầu xảy ra trên lớp tiền lọc

Sau khi lớp lọc tạo ra nước được chứa một liều lượng nhỏ Diatomite được tiếp cung cấp qua bộ lọc Các chất rắn lơ lửng sẽ được bám giữ trên lớp tiền lọc này Một điểm cần quan tâm trong các thiết bị lọc này là theo thời gian cần có chế độ thay lớp lọc hay rửa ngược lớp lọc Diatomite để tách các cặn bã bám trên đó

Lịch sử hình thành của gốm lọc từ Diatomite được biết đến trong chiến tranh thế giới thứ hai, quân đội Mỹ cần có một bộ lọc nước mới có thể vận hành nhanh và

cơ động Các phòng thí nghiệm phát triển và nghiên cứu kỹ sư của Mỹ đã phát triển một bộ lọc có khối lượng nhẹ dễ dàng vận chuyển và có thể tạo ra nước uống tinh khiết Sau đó, công nghệ lọc bằng DE được áp dụng để lọc nước hồ bơi và lọc nước uống

Hình 1 13 Các hình dạng của gốm lọc

Hệ thống lọc nước sớm nhất bằng bộ lọc DE đã được xây dựng tại Campell Hills, Illinois và đưa vào hoạt động năm 1949 với công suất 75.000gallon/ngày

(gpd) Đến 1977, đã có hơn 145 nhà máy nước Ngày nay gần 200 nhà máy lọc nước sử dụng DE đang được vận hành thành công

Hình dạng phổ biến cho gốm lọc nước là hình chậu và hình dạng nến Hình dạng nến cho tốc độ lọc cao, với diện tích tiếp xúc và thẩm thấu rất lớn

1.6 Các yêu cầu về chất lượng nước sinh hoạt

Chất lượng nước sinh hoạt, nước uống tại mỗi quốc gia sẽ có những tiêu chuẩn riêng trong đó có thể có các chỉ tiêu cao thấp khác nhau nhưng nhìn chung các chỉ tiêu này phải đạt tiêu chuẩn an toàn về số vi trùng có trong nước, không có chất độc hại làm nguy hại đến sức khỏe con người và tốt nhất đạt được tiêu chuẩn của Tổ Chức Sức Khỏe Thế Giới (WHO)

Các tiêu chuẩn của nước sinh hoạt và nước uống thường được quan tâm bao gồm các chỉ tiêu về pH, nồng độ ôxy hòa tan, độ đục, màu sắc, hàm lượng sắt, mangan, độ cứng, mùi vị…Ngoài ra nước sinh hoạt cần phải ổn định về mặt lý hóa học cùng các chỉ tiêu vệ sinh an toàn khác như số lượng vi trùng có trong nước QCVN 02:2009/BYT do Cục Y tế dự phòng và Môi trường biên soạn và được

Bộ trưởng Bộ Y tế ban hành theo Thông tư số: 05/2009/TT - BYT ngày 17 tháng 6 năm 2009

Quy chuẩn này quy định mức giới hạn các chỉ tiêu chất lượng đối với nước sử dụng cho mục đích sinh hoạt thông thường không sử dụng để ăn uống trực tiếp hoặc dùng cho chế biến thực phẩm tại các cơ sở chế biến thực phẩm (sau đây gọi tắt làn nước sinh hoạt)

Quy chuẩn này áp dụng đối với: Các cơ quan, tổ chức, cá nhân và hộ gia đình khai thác, kinh doanh nước sinh hoạt, bao gồm cả các cơ sở cấp nước tập trung dùng cho mục đích sinh hoạt có công suất dưới 1.000 m3/ngày đêm Cá nhân và hộ gia đình tự khai thác nước để sử dụng cho mục đích sinh hoạt

Trong quy chuẩn QCVN 02:2009/BYT các từ ngữ dưới đây được hiểu như sau:

+ Chỉ tiêu cảm quan là những yếu tố về màu sắc, mùi vị có thể cảm nhận được bằng các giác quan của con người

+ SMEWW là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water có nghĩa là Các phương pháp chuẩn xét nghiệm nước và nước thải

+ US EPA là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh United States Environmental Protection Agency có nghĩa là Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ

+ TCU là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh True Color Unit có nghĩa là

đơn vị đo màu sắc

+ NTU là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh Nephelometric Turbidity Unit

có nghĩa là đơn vị đo độ đục

Bảng 1 2 Bảng giới hạn các chỉ tiêu chất lượng QCVN 02:2009/BYT [3]

TT Tên chỉ tiêu Đơn vị

mùi vị lạ

Không có mùi vị lạ

Cảm quan, hoặc SMEWW

Trong khoảng 6,0 - 8,5

TCVN 6492:1999 hoặc SMEWW 4500 - H

Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu

2.1.1 Hóa chất

Hóa chất và nguyên liệu sử dụng cho nghiên cứu được trình bày trong bảng 2.1 và bảng 2.2 Các chất này được sử dụng làm thực nghiệm mà không qua giai đoạn tinh chế thêm

Bảng 2 1 Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu

Bảng 2 2 Các nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu

Dụng cụ và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: