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 TÀUĐỒ 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

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

Chuyên ngành: Hóa dầu

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

MSSV: 13030153 Lớp: DH13HD

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 học BR-VT)

Họ và tên sinh viên: Trần Văn Tiến

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

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

ThS Nguyễn Quang Thái

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

2017Sinh viên thực hiênTrần 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

1.6.Các yêu cầu về chất lượng nước sinh hoạt

Chương 2 THỰC NGHIỆM

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

2.1.1 Hóa chất

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu

2.2.Nguyên liệu Diatomite Phú Yên

2.3.Lựa chọn phối liệu

2.3.1 Phối liệu trấu nghiền mịn

2.3.2 Phối liệu bã cà phê

2.3.3 Phối liệu bột mì

2.4.Gia công gốm lọc

2.4.1 Lựa chọn nhiệt độ nung gốm lọc

2.4.2 Gia công gốm lọc được làm từ 100% Diatomite

2.4.3 Gia công gốm lọc được trộn với phố liệu trấu

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

2.4.5 Gia công gốm lọc được phối trộn bột mì

2.5.Loại bỏ tro trong gốm và bảo quản gốm

2.5.1 Loại bỏ tro trong gốm lọc

2.5.2 Bảo quản sản phẩm

2.6.Thu thập mẫu nước nhiễm phèn

2.6.1 Địa điểm lấy mẫu

2.6.2 Thời gian lấy mẫu

2.6.3 Vị trí lấy mẫu

2.6.4 Dụng cụ chứa mẫu

2.6.5 Cách lấy mẫu

2.7 Kiểm tra hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn

2.8 Tiến hành lọc nước nhiễm phèn

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

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

2.10.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu trấu

2.10.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu bã cà phê

2.10.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu bột mì

2.11 Phương pháp phân tích sản phẩm

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

2.11.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM

2.11.2 Phương pháp đo hấp phụ đa lớp BET

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .

3.1 Kết quả gia công gốm lọc

3.1.1 Gia công gốm lọc được làm từ 100% Diatomite

3.1.2 Gia Công gốm lọc với phối liệu trấu

3.1.3 Gia công gốm lọc với phối liệu bã cà phê

3.1.4 Gia công gốm lọc với phối liệu bột mì

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

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

3.2.2 Kết quả hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn

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

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

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

Bảng 3 19 Kết quả đo BET của gốm lọc

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

Bảng 3 21 Hàm lượng Fe của nước sau lọc

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

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 C) o 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 làchất trợ lọc trong sản xuất bia Trong đó việc sử dụng Diatomite để sản xuất gốmlọc nước để loại bỏ kim loại nặng đang được ứng rất thành công và loại bỏ hoàntoàn 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 thônhầu như nước sinh hoạt của các hộ dân mặc dù bị nhiễm phèn, nhưng hầu nhưkhông được xử lý, hoặc xử lý bằng các phương pháp tại chỗ nhưng không loại bỏđược triệt để Việc sử dụng nước như vậy trong thời gian dài sẽ gây ảnh hưởng rấtnghiêm 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 từDiatomite để ứng dụng xử lý nước giếng khoan bị nhiễm phèn và mang lại nguồnnước 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 nhiềunguy hại đặc biệt cho sức khỏe Làm ố vàng, đóng cặn và ăn mòn tất cảcác 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 vềđường ruột, thậm chí ung thư (thanhnien.vn)

+ Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưuvực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khaithác khoáng sản Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao củacác 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 theochuỗi 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 làmột trong những vấn đề nan giải hiện nay và gây thiếu hụt nguồn nước sinh hoạtnghiêm trọng Các hộ dân tại huyện Xuyên Mộc, Bình Châu đang sử dụng nguồnnước sinh hoạt từ giếng khoan Theo phản ánh một số hộ dân tại đây nguồn nướcgiếng khoan của gia đình họ bị nhiễm phèn Việc xử lý nguồn nước ngầm tại đâyđang 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 đượcnhu cầu nước sinh hoạt của người dân và đảm bảo được nguồn nướcsạch

+ Nhu cầu cao về nguồn nước sạch đẩy theo nhu cầu thì trường vềthiết bị lọc nước đang tăng nhanh Nhưng hầu hết các thiết bị lọc nàyđều 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 thànhrẻ

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,

2

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 vừachế 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… đượcphân bố rải rác ở nhiều vùng của địa phương

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

4

Diatomite Hòa Lộc thuộc thôn Hoà Lộc, xã An Xuân huyện Tuy An, tỉnh Phú Yênvới 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 DiatomitHòa 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

Tại cao nguyên Vân Hoà, Diatomite có từ 2 đến 5 thân khoáng có giá trị côngnghiệp với độ dày từ vài mét đến hàng chục mét (thân khoáng 3 Hoà Lộc dày trungbình 28.3 m, có chỗ tới 33.4 m) Các thân khoáng lộ ra trên bề mặt tạo thành viềnbao quanh sườn bắc, đông và tây cao nguyên trong khoảng độ cao từ 70-200m ởsườn 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 xámphớt nâu Cấu tạo phân lớp ngang từ vi phân lớp, phân lớp mỏng đến dày, đôi khixen kẹp các lớp, thấu kính từ và bentonit mỏng Các thân khoáng chính đều nằmtrên phần cao của tập 2 Tại phần dưới của tập, các lớp Diatomite thường mỏng vàchứa nhiều tạp chất, đôi khi có dạng tufoDiatomite Tại lỗ khoan TH4-500 có tới 19lớp Diatomite khác nhau trong mặt cắt tập 2 Theo không gian, độ dày và chất lượngcác 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 tảodiatomeae tạo đá chủ yếu trong vùng là các tảo trôi nổi sống trong môi trường nướcngọt 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 vỏdiatomeae trong Diatomite chiếm từ 50% trở lên với số lượng mảnh vỏ từ 5-7 triệuđến 100 triệu mảnh vỏ/gam đá Nguồn vật liệu oxit silic dạng opal vô định hình cấutạo nên vỏ tảo có cấu trúc khung với nhiều lỗ mao quản kích thước nhỏ 0,5-3 Cácmảnh vỏ tảo thường có dạng đốt trúc còn tồn tại dạng quần thể hoặc từng đốt đơn lẻkích thước từ 3-5 đến 30 m, thậm chí bị vỡ vụn, dập nát Do tính xốp cao, khốilượng riêng bé và diện tích bề mặt lớn nên Diatomite là chất hấp phụ tốt đối với cácchất vô cơ hữu cơ.

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 chếbiến 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 lênthành 15 tỷ đồng Tháng 11-2009: Công ty Cổ phần Khoáng sản Phú Yên đã tăngvốn điều lệ từ 15 tỷ đồng lên thành 40 tỷ đồng Tháng 6-2010: Công ty Cổ phầnKhoáng 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 ngày02/6/2000 về việc cho phép Công ty Cổ phần Khoáng sản Phú Yên khai thác quặngDiatomit tại mỏ Diatomit Hoà Lộc thuộc thôn Hoà Lộc xã An Xuân huyện Tuy Antỉnh 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

+ 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

Sản phẩm Điatomite củ PYMICO được ứng dụng trong các lĩnh vực sau:

+ Làm chất lọc, tẩy rửa trong công nghệ sản xuất bia, rượu, nước giải khát, dầu,

+ 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 kháctrong đó Do đó để đưa vào sản xuất chất trợ lọc trong công nghệ thực phẩm cần cóviệc làm giàu các khoáng SiO2.nH2O trong nguyên liệu Cấu trúc bề mặt cấu trúccủa Diatomite được đặc trưng bởi các nhóm silanol và siloxan với tần số dao độnglần lượt 3697.4 cm-1(hay 3622.9 cm-1) và 1102 cm-1 (hoặc1050cm-1) Nhiều triểnvọng sử dụng nguyên liệu này trong các lĩnh vực lọc nước, hấp thụ, nguyên liệu haylàm 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 2 = 20.9o

và peak của khoáng kaolinite ở 2 = 26.8o.

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 mặtcấu trúc khoáng Lượng nước hydrate hóa này tương ứng với độ ẩm của nguyên liệuban 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 trúctrong các khoáng sét, với tổng lượng nước mất khoảng 10% bằng giá trị đo mất khinung.

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 vậtliệu Diatomite

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

100nanomet, khi nước đi qua cơ thể chúng thì các chất huyền phù làm thức ăn chochúng được giữ lại tại các lỗ này Sau khi các tảo này bị hóa thạch, chúng tạo thànhcác mỏ Diatomite dưới đại dương Chúng có đặc tính là tỉ lệ các lỗ xốp rỗng trêndiện 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 nghệNano" với lý do là khe lọc ở kích thước "nanomet"

Người ta sản xuất các sản phẩm gốm lọc bằng cách nghiền hóa thạchDiatomite thành bột, sau đó định hình bột này thành các tấm lọc Kể cả sau khinghiền 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 đóđược nung đến nhiệt độ thích hợp

Việc sản xuất, ép bột vật liệu Diatomite xốp tại các lực ép có thể giúp tạo racác 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 phápthủy nhiệt từ gel trong và Diatomite Vật liệu đa mao quản YF/D tồn tại cả ba loạimao quản: vi mao quản, mao quản trung bình và nao quản rộng Từ các kết quả đặctrung hóa lý, đã chứng minh được thành mao quản của vật liệu Y/Diatomite đượcbao phủ bởi các tinh thể zeolit (với kích thước nano) để hình thành nên vật liệu đamao quản Giản đồ giải hấp amoniac theo phương trình nhiệt độ đã chứng minhđược sự tồn tại các tâm axit của vật liệ YF/D Triển vọng của vật liệu này mở ra khảnăng 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, khoángDiatomite từ mỏ Đại Lào - Bảo Lộc - Lâm Đồng đã đuợc khảo sát và tiền xử lý đểsản 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 luợngSiO2 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 phầnkhông cần thiết Các axit sử dụng trong nghiên cứu này là H2SO4 6M, HCl 3.5M vàHCl 5M Trong đó axit H2SO4 6M cho khả nang xử lý tốt nhất Cụ thể sau khi xử lýtrong H2SO4 6M, hàm luợng SiO2 tang cao nhất (90,9%) và hàm luợng Fe2O3 giảmxuống 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 củanguyên 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 tửbằng phần mềm Gaussian 03 Kết quả đã cho thấy cấu trúc của diatomite gồm cácnhóm 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 tíchXRD đã xác định thành phần phase chủ yếu trong Diatomtie Phú yên là opal vôđịnh hình (SiO2.nH2O) đặc trưng bởi hàmlượng SiO2 trong khoảng 71% Lượng mấtkhi nung 9.9 % tương thích với tổng mất trọng lượng trên giản đồ DTA-TG là10.57% 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 ViệtNam, Diatomite Phú Yên được nghiên cứu để sử dụng trong công nghiệp sản xuất ximăng 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 tínhtính theo độ hút vôi là 173 (mgCaO/1g Diatomite) Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạthoá (đến 800oC) lên hoạt tính của diatomite là không đáng kể Hàm lượng diatomitePhú Yên có thể sử dụng đến 30% (khối lượng) trên nền clinker Long Thọ mà mẫu ximăng nhận được vẫn đảm bảo các tính chất của xi măng PCB30 Tuy nhiên, cân đốigiữa yếu tố kỹ thuật và kinh tế, có thể sử dụng 5% diatomite nguyên khai phối trộnvới phụ gia đá vôi Long Thọ để tổng hàm lượng phụ gia đến 20% mà vẫn đảm bảoyêu cầu của TCVN 6260:1997, điều này có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất cũngnhư 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 nhómsinh viên khoa công nghệ vật liệu trường ĐH Bách khoa TP.HCM, ưu điểm của loạigạch này là nhẹ, khoảng 700 gram/viên, khả năng chịu nhiệt lên đến 900oC So vớigạch Trung Quốc bán trên thị trường giá chỉ bằng ½ nhưng độ bền hơn hẳn Loạigạch này được dùng trong các công trình xây dựng như làm chất cách âm cách nhiệtcho 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 thếgiới 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 trịDiatomite phụ thuộc rất nhiều vào việc chế biến để sử dụng cho lĩnh vực nào Giábán 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 hơn10.500 USD/tấn nếu sử dụng trong mỹ phẩm, chiết tách ADN; nếu sử dụng trongcông 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 muốisunfat của kim loại kiềm hay amoni, như kali sắt sunfat [K2SO4.Fe2(SO4)3.24H2Ohay 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 phènsắt 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 nhưsau:

+ 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 vàonhững giọt mủ, nếu nước ngả màu đậm thì biết nước sẽ nhiễm phèn

+ Thử nước phèn bằng nước chè: Hiện tượng nước giếng khoan tácdụng 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 conngười 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 đặcbiệt 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 sinhhoạt và ăn uống làm khô da, phồng, tróc vảy và gây các bệnh về đường ruột, thậmchí ung thư Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưuvực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoángsản 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 hàngloạt Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn thâm nhập và cơ thể người Lâu dầntạo nên các bệnh nan y, làng ung thư.

Hiện nay việc xử lý nước nhiễm phèn tại các vùng nông thôn thường dùng cácphương pháp lọc đơn giản thông qua các lớp cát và than, dẫn đến tình trạng phèn sắtkhông 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 nướccần xử lý bằng các hợp chất hóa học khác nhau, nhằm kết tủa các chất hòa tan trongnước như kim loại nặng, các hạt rắng lơ lửng,… Xử lý bằng phương pháp keo tụ làcho vào trong nước một loại hóa chất gọi là chất keo tụ có thể đủ làm cho các hạt rấtnhỏ 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 1:1đến 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 cácchất trợ đông tụ Các chất trợ đông tụ thường dùng trong xử lý nước làpolyacrylamit và liều lượng chất keo tụ tối ưu sử dụng trong thực tế được xác địnhbằng thí nghiệm Jartest Nhược điểm của các chất keo tụ là không bảo quản đượclâu, 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 khỏicác 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 bềmặt chất khác Chất khí hay hơi được gọi là chất bị hấp phụ, chất rắn xốp dùng đểhút 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 mặtcàng 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, dạnghạt và dạng khối đặc

Sau thi thực hiện quá trình hấp phụ thì việc tái sinh lại than hoạt tính bằngquá trình giải hấp Đại đa số các chất hấp phụ trên than hoạt tính đều có thể giải hấpbằng nhiệt Đối với mỗi chất sẽ có một nhiệt độ xử lý phù hợp Riêng đối với cáchợp 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 khoangrỗng 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 khôngphân 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 dụngđều có khả năng tái sinh; điều này đã làm hạ giá thành xử lý và đây cũng là ưu điểmlớn 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 cơhòa tan sau khi xử lý sinh học, thường là các chất không thể phân hủy bằng conđường sinh học và có tính độc Loại bỏ thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát trùng, cáchợp chất hữu cơ có vòng thơm, các chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm, các kimloại 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 thuậnnghịch của chất rắn và chất lỏng mà không làm thay đổi cấu trúc của chất rắn Quátrình này ứng dụng để loại bỏ các cation và anion trong nước thải Các cation sẽ traođổi với ion hydrogen hay sodium, các anion sẽ trao đổi với ion hydroxyl của nhựatrao 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 dùngtrong xử lý nước thải là các hợp chất hữu cơ cao phân tử có cấu trúc không gian 3chiều và có lỗ rổng Các nhóm chức được đính vào cấu trúc cao phân tử bằng cáchcho hợp chất này phản ứng với các hóa chất chứa nhóm chức thích hợp Khả năngtrao đổi ion được tính bằng số nhóm chức trên một đơn vị trọng lượng nhựa trao đổiion Hoạt động và hiệu quả kinh tế của phương pháp này phụ thuộc vào khả năngtrao 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 chấttrao 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 tửstyren tạo nên cấu trúc cơ bản của Resin DVB là những cầu nối giữa các polime cótính không hoà tan và bền Cầu nối trong Resin là cầu nối 3 chiều Trong Resin cócấu trúc rỗng

Màu sắc chủ yếu của nhựa trao dổi ion là màu: vàng, nâu, đen, thẩm Trongquá 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 nhựatrao đổi ion đã hết khả năng trao đổi ion, nó sẽ được tái sinh lại bằng các chất táisinh 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 khỏinước 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 nàycho 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 khácnhau Nó có thể là chất rắn, hoặc một gel trương nở do dung môi hoặc thậm chí cảmột chất lỏng Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào độ thấm của cáchợp 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 vàthải xả ra ngoài

Màng siêu lọc UltraFiltration được làm thành những ống nhỏ, đường kínhngoài 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 độtinh 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

vichất gây ô nhiễm Kỹ thuật này cũng được sử dụng trong việc loại bỏ chất hữu cơnhư 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 hainồng độ các chất hòa tan khác nhau sẽ trao đổi chất hòa tan đến khi đạt được trạngthái cân bằng, khi hai dung dịch này được phân cách bởi một màng lọc, dung dịchchứa chất hòa tan nồng độ thấp sẽ đi qua màng vào trong dung dịch có nồng độ caohơn Sau một thời gian, mực nước một bên màng sẽ cao hơn, sự chênh lệch về độcao 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 chấtrắn 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

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 đượchoàn 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

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 thạchDiatomite thành bột, sau đó định hình bột này thành các tấm lọc Kể cả sau khinghiền 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 đóđược nung đến nhiệt độ thích hợp

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

Lọc nước bằng Diatomite nhằm giữ lại các vật chất từ nước và quá trình nàykhông sử dụng các hóa chất đông tụ Trước tiên, tấm bánh lọc bằng DE được đặttrên 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 lọcDiatomite thì có thể sử dụng các tấm Diatomite tạo hình nung trước hoặc bơm mộtlượng bùn có chứa Diatomite cho tuần hoàn qua vách bộ lọc, chính lượng Diatomitetrong bùn sẽ tạo nên lớp này Tấm vách thường là nhựa hoặc vải kim loại được gátrên khung thép Quá trình DE cũng được gọi là quá trình tiền lọc bởi vì sự tách pharắn 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 tiếpcung 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 độthay 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 tranhthế 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 triểnmột bộ lọc có khối lượng nhẹ dễ dàng vận chuyển và có thể tạo ra nước uống tinhkhiết Sau đó, công nghệ lọc bằng DE được áp dụng để lọc nước hồ bơi và lọc nướcuống

Hình 1 13 Các hình dạng của gốm lọc

Hệ thống lọc nước sớm nhất bằng bộ lọc DE đã được xây dựng tại CampellHills, 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 lọcnước sử dụng DE đang được vận hành thành công.

Hình dạng phổ biến cho gốm lọc nước là hình chậu và hình dạng nến Hìnhdạng 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 chuẩnriêng trong đó có thể có các chỉ tiêu cao thấp khác nhau nhưng nhìn chung các chỉtiêu này phải đạt tiêu chuẩn an toàn về số vi trùng có trong nước, không có chất độchại làm nguy hại đến sức khỏe con người và tốt nhất đạt được tiêu chuẩn của TổChức Sức Khỏe Thế Giới (WHO)

Các tiêu chuẩn của nước sinh hoạt và nước uống thường được quan tâm baogồm 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 hóahọc 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 6năm 2009

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

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

+ 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.