Nghiên cứu và ứng dụng phương pháp lọc từ tính để tách kim loại nặng trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG N N ÀN NGHIÊN CỨU À ỨN ỌC Ừ N N Đ N C N LUẬN ĂN N N ẠC SĨ Ạ NẶN C Ỹ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG N N ÀN NGHIÊN CỨU À ỨN ỌC Ừ N N N Đ C N N Chuyên ngành : C n n Mã số Ạ NẶN C m tr n : 60.85.06 LUẬN ĂN N N ẠC SĨ Ỹ THUẬT ớng dẫn khoa học: TS Đà Nẵng – Năm 2015 CC NG L CA Đ AN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác ả N u n àn run M CL C MỞ ĐẦU 1 T n ấp t Mụ t ủ t ng ên ứu Đố tượng v p ạm v ng ên ứu P ương p áp ng ên ứu C ố ụ N t .3 ỔNG QUAN 1.1 ẠT TỪ T .4 1.2 GAMMA POLYGLUTAMIC AXIT 1.3 HẠT O4 P Ủ γ-PGA M OẠ 1.4 .6 1.4.1 Tác dụng sinh hóa kim loại nặng ối vớ on người 1.4.2 Vai trò củ nướ ối vớ t ể sống 1.4.3 Cá tá n n g n 1.4.4 Kim loại nặng m ên 1.4.5 1.5 C C P t P m ngu n nướ trường nước .9 m 11 P XỬ M OẠ TRO ỚC 13 1.5.1 Tr o ổi ion 13 1.5.2 P ương p áp t tủa 15 1.5.3 P ương p áp ng k t tủa .16 1.5.4 P ương p áp s n ọc 16 1.5.5 P ương p áp tu ển 16 1.5.6 P ương p áp ấp phụ 17 1.6 S ẤP P Ụ .17 1.6.1 Tổng quan v p ương p áp ấp phụ .17 1.6.2 Cá m 1.6.3 Cơ ìn trình hấp phụ 19 hấp phụ kim loại nặng PG-M 22 1.7 VÀ TV C C M OẠ Đ C CỨU TRO Đ TÀ 22 1.7.1 Cadimi 22 1.7.2 Chì 23 1.7.3 Crom 24 1.8 T TR CỨU Ứ T Ớ VÀ V T Ụ P -M Đ XỬ ỚC T Ả M .25 1.8.1 Nghiên cứu ngo nước 25 1.8.2 Nghiên cứu nước 26 C N 2.1 Đ Đ N T À N N N CỨ 27 CỨU 27 2.2 V T U VÀ T T CỨU .27 2.2.1 Hóa chất 27 2.2.2 Dụng cụ thi t bị 27 P 2.3 P 2.3.1 P ấ m u CỨU 28 n trường 28 2.3.2 P ương p áp p n t 2.3.3 P ương p áp t ọ .28 ng m .34 2.3.4 P ương p áp t n toán .35 2.3.5 Mơ hình lọc từ tính 36 C N 3.1 T QUẢ 3.2 ẢO S T ẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39 ẢO S T C C Ả U ỚC T Ả 39 ẤP P Ụ M OẠ CỦ P -M 45 3.2.1 ảo sát ản ưởng củ p 3.2.2 ảo sát ản ưởng thời gian ấp p ụ n ả n ng hấp phụ ủ P -M .45 n ả n ng hấp phụ ủ P -M 50 ảo sát ản 3.2.2 3.3 Ứ Ụ C P Ầ C ưởng củ lượng PG-M M C TỪ T MẠ ĐÀ n Đ XỬ ả n ng ấp p ụ 55 ỚC T Ả C TY 60 Đặ ểm nướ t ả 3.3.2 V n t v n 3.3.3 Ế n m ẬN À QUYẾ Đ N C ìn lọ từ t n 62 n m ẾN N A mạ 60 ìn lọ từ t n 63 67 Đ TÀI (Bản sao) AN CC C C C C CC Ữ Ế : Al Nhôm Ca Canxi Cd Cadimi Co Coban Cr Crom Cu Đ ng Fe S t Hg T ủ ng n In Indi Mn Mangan Mg Magiê Ni Niken La Lantan Pb C ì Si Silic Yb Ytterbi Zn m C CC Ữ Ế AAS BTNMT Ắ : Atomic Absorption Spectrometer ộ T ngu ên v M trường PG-M Poly Glutamic axit – Magnetite QCVN Qu u nV t m TCVN T u nV t m TNHH Trá TSS Total Suspended Solids γ-PGA Gamma Poly Glutamic Axit n m u ạn Ắ AN Số hi u bảng 1.1 1.2 C C C ẢNG Tên bảng Chứ n ng ủ số ạn n ng ộ Trang m loạ t ể người m loạ nặng số ngu n nướ u n m loạ 2.1 Thang 2.2 Danh mục thi t bị, dụng cụ cho mơ hình 10 29 36 3.1 t ảo sát n ng ộ m loạ nặng nướ 40 3.2 t ảo sát n ng ộ m loạ nặng nướ 40 3.3 3.4 N ng ộ m loạ nặng nướ t ả mạ trị tố ưu ể v n n m ìn má 62 63 AN CC C N Số hi u hình v , Tên hình v , thị 1.1 Cấu trúc hóa học củ γ-PGA 1.2 2.1 Đ thị Trang Cấu trúc Fe3O4 phủ γ-PGA ấ m u n trường 28 2.2 Máy c c phổ 797 Metrohm 32 2.3 Má 32 2.4 Má 2.5 Cân PRECISA XR 125 SM 33 2.6 T 35 2.7 Cá p n 2.8 Sơ 3.1 3.2 o HANNA HI 991300 ng 33 m khả n ng ấp phụ PG-M n ngu ên l ủ m ìn lọ từ t n 37 ủ p ương p áp lọ từ t n ứ nướ t ả uv 38 t quặng r lt– m Đ ng -T T ên u Cống nướ t ả án - Đ ả v o u Tr m – u ng ng ng p 39 39 3.4 ng ộ Cr nướ t ả so vớ QCV 42 3.5 ng ộ Cu nướ t ả so vớ QCV 42 3.6 ng ộ Pb nướ t ả so vớ QCV 43 3.7 ng ộ Zn nướ t ả so vớ QCV 43 3.8 trị p v n ng ộ 44 3.9 ểu b n ổ n ng ộ ủ C t o g trị ủ p 46 3.10 ểu qu n 46 3.13 ểu b n ổ n ng ộ ủ Pb t o g trị ủ p 48 3.14 ểu qu n 49 p v p v m loạ nướ t ả u suất l C ủ P -M u suất l Pb ủ P -M 3.15 u 3.18 ểu b n ổ n ng ộ ủ Cr t o t g n ấp p ụ 52 3.19 ểu qu n 52 3.20 ểu b n ổ n ng ộ ủ Pb t o t g n ấp p ụ 53 3.21 ểu qu n 53 3.22 u 3.23 ểu b n ổ n ng ộ ủ C t o lượng P -M 56 3.24 ểu qu n u suất l C 56 3.27 ểu b n ổ n ng ộ ủ Pb t o lượng P -M 58 3.28 ểu qu n u suất l Pb 59 3.29 ểu u suất l C , Cr, Pb vớ lượng P -M 60 3.32 t g nv t g nv M u suất l Pb ủ P -M u suất l C , Cr, Pb v t g n ấp p ụ lượng P -M v lượng P -M v má mạ ìn lọ từ t n ướ t ả trướ v s u l m loạ s u ng ộ 3.34 u suất l nướ t ả mạ b ng m ng ộ tổng ìn 54 62 63 3.33 3.35 49 u suất l Cr ủ P -M t ống t u gom nướ t ả ủ 3.30 3.31 u suất l C , Cr, Pb v g trị p l b ng m 64 ìn lọ từ t n ìn lọ từ t n ất r n lơ lửng trướ v s u qu m 64 65 65 63 ảng trị tố ưu ể v n n m n số trị tố T g n ấp p ụ (p út ỉn g trị p 0,32 ng ng : ướ t ả từ t ùng tố ưu o trìn ượ trộn ứ nướ t ả s u bìn p ản ứng v o từ bìn p ản ứng, tạ u vớ nướ t ả n án uấ ạt P -M r ỏ t ống tá 3.3.2 t vận àn m êt v n mạ t uộ C ng t 3.33, ìn p út n m ửl ạt P - ạt P -M ượ tá ả r ngo mạ Đ ể l nướ t ả ng ượ t ể v p ụ lụ ìn o v o ượ ìn lọ từ t n ìn lọ từ t n ổ p ần u ng nướ ỗn ợp nướ t ả t từ m ng bìn p ản ứng Tạ ng nướ t ả , nướ t ả s u lt ng t ng n ngừ s l ng ủ M, t g n lưu nướ t ả bể p ản ứng l ả qu ã ấp p ụ ủ P -M ượ bơm v o bìn p ản ứng vớ lưu lượng ,5 l t p út, t ể t t ả u 20 u lượng P -M (g l t nướ t ả T u tmn ìn 31 M ìn lọ từ t n n ìn má 2, ìn 64 S U XỬ TR ỚC XỬ ìn ướ t ả trướ v s u l 0,07 0,06 N ng - mg/l 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 Cd Cr Pb Nguyên tố ìn 33 ng ộ m loạ s u l b ng m ìn lọ từ t n 65 98 97 E% 96 95 94 93 92 91 Cd Cr Pb Nguyên tố ìn u suất l nướ t ả mạ b ng m Để án g n p nt tổng m u nướ t ả n qua m u suất tá ìn lọ từ t n , t ất r n lơ lửng m u nướ t ả n má ìn , vớ ạt P -M ủ m ìn lọ từ t n mạ s u t t ể má ãt n mạ, t êm P -M v m u nướ t ả s u n ìn v p ụ lụ 1800 1600 TSS (mg/l) 1400 1200 1000 N ng 800 600 400 200 M1 M2 M3 ẫu n ớc t ải ìn ng ộ tổng ất r n lơ lửng trướ v s u qua m ìn 66 Chú t M : M u nướ t ả b n ầu M : M u nướ t ả s u t êm P -M M3: M u nướ t ả s u qu m n ét: K t l cho thấy l Cr ạt ,5% v ng mt ì mạ M ng ộ v om tn ất r n lơ lửng s u un ảm bảo , un qu m ứng tỏ r ng go r t t ểl u suất n lạ mg l So vớ t o nướ t ả ửl u suất tá So sán nướ t ả n u n ỹ t u t quố g : ìn g trị n ỏ ơn trướ P -M ủ m n n t ấ r ng nướ t ả s u l v nướ t ả m loạ C , Pb, Cr t ấp ơn g t o QCV ạt ,5%, số thành phần khác gây cản trở trình ấp p ụ ủ P - ơn nướ t ả trướ , mg l; , mg l v u suất l t ấp ơn, ìn , vớ qu u suất l C ủ Pb ạt % vớ n ng ộ C , Cr v Pb m u nướ t ả l t ìn T MT ( ột ạn má ng ng ìn lọ từ ộ m u t ấp mạ s u ửl p cho thấ n ng ộ o p ép – mứ o p ép áp ụng 67 Ế Ế ẬN À ẾN N ẬN Qua trình nghiên cứu, ti n hành th c nghi m v v n lọ từ t n , rút r Đã ìn ược số k t lu n n s u: ảo sát ượ số ngu n nướ t ả loạ nặng n m ng ng p n ng ộ m o g ên ứu ã khảo sát ược số y u tố ản p ụ C , Cr v Pb ủ P -M ưởng n ả n ng ấp l pH, thời gian hấp phụ v l u lượng P -M ạt từ t n PG-M hấp phụ tốt lượng C , Cr v Pb ung ị ứng vớ tương u ki n n s u: Đố vớ qu trìn ấp p ụ Cd pH = T g n p út u lượng , g PG-M/1mg Cd Đố vớ qu trìn ấp p ụ Cr pH = T g n p út u lượng , g PG-M/1mg Cr Đố vớ qu trìn ấp p ụ pH = T g n p út u lượng , g PG-M/1mg Pb g ên ứu ã ng t n ng m ìn lọ từ t n áp ứng ầu ỹ t u t g ên ứu ã ứng ụng m ạt P -M ể tá Cơng t ổ p ần ìn lọ từ t n sử ụng v t l u ấp p ụ m loạ nặng nướ t ả n mạ Đ má ng - Khu công nghi p Hoà K án mạ t uộ ạt ượ 68 u suất o vớ t n s u: l Cr ạt ,5% v u suất l C ạt ,5%, u suất u suất l Pb ạt % NN Để tài n nh ng k t tốt ơn v t ể triển khai rộng rãi, chúng tơi có nh ng ki n nghị sau: Nghiên cứu thêm số y u tố n a ản phụ m loạ nặng ủ P -M: g ên ứu t êm v ất u ơ, ưởng ất r n ng n trình hấp a tan ả n ng ấp p ụ ố vớ số ả n ng l m u ủ P -M ể m loạ nặng t ể áp ụng rộng rã ơn v t l u n l nướ t ả Sử ụng n m t ng ường u suất tá m t ống tá từ ể P -M g ên ứu trìn g ả gả ường ộ lớn ơn ấp p ụ ủ P -M v t u ấp p ụ g ên ứu sản uất ạt P -M vớ p t ấp m loạ s u 69 À n A Ả t [1] TS M Tuấn n ,T s a h c nư c nư c thải, (2009), T n p ố [2] Nguy n V n gu n T ị T n Mỹ, C S TS m M n Tr t uất ọ quố g Mn ục, Nguy n ương Tuấn n ( ,“ n m nước kim loại nặng khu v c cơng nghi p T ượng Đìn ”, T p chí Khoa h c, 70, Đại học Quốc gia Hà Nội [3] Trần Tứ Hi u, Phạm Hùng Vi t, Nguy n V n ội (1999), Hóa mơi trường c sở, Khoa hóa, Đại học Quốc gia Hà Nội [4] Nguy n Đứ ượng, Nguy n Thị T ù ương (2003), Công nghệ sinh h c môi trường, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp H Chí Minh [5] Hồng Nhâm (2003), Hóa h c vơ c , 3, [6] Trần V n n, uất Giáo dục g T ị Nga (2002), Giáo trình Cơng nghệ xử l nư c thải, Nhà xuất Khoa học Kỹ thu t, Hà Nội [7] Trần V n 2, N [8] P S TS n, gu n Thạc Sửu, Nguy n V n Tu (2004), Hóa lý, t p uất Giáo dục gu n Xu n gu ên, P S TS Trần Đứ lượng nư c sông h ảo vệ môi trường nư c, ọ v n uống;QCV 8: u n ỹ t u t quố g T MT- Qu ất lượng nướ mặt; QCV t u t quố g QCV t ả uất o ỹt u t [9] QCVN 01:2009/BYT – Qu - Quy (2004), hất v ng ng T MT – Qu p ất lượng nướ u n ỹ t u t quố g T MT - Qu v u n ỹ ất lượng nướ ngầm; QCVN 10:2008/BTNMT u n ỹ t u t quố g : 9: v v ất lượng nướ b ển v n bờ; u n ỹ t u t quố g v nướ 70 [10] TS Nhan H ng Quang ( , “Xử l nước thải mạ n chrome b ng v t li u b om ss”, An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao đ ng, 1, tr 20 – 32 [11] gu n P ú T ù , ật l c c tượng từ, N g uất Đạ ọ Quố ộ n An [12] C.Vandecasteele and C.B Block (1993), “Modern Methods for Trace Element Determination”, John Wiley & Sons, New York, USA [13] Dao Zhou, Lina Zhang, Jinping Zhou, Shenlian Guo ( tn b s or sorpt on o , “C llulos v m t ls n qu ous solut on”, Water Research, 38, pp 2643-2650 [14] H Haraguchi, Seimei-to-Kinzoku no Sekai (2005), The Society of the Promotion for The Open University of Japan, Tokyo [15] John H Duffus (2002), “Heavy metals – a meaningless?”, IUPAC Technical Report, 74 (5), pp 793–807 [16] Le Thi Xuan Thuy, Mikito Yasuzawa and Tomoki Yabutani (2013), “Magnetic removal of cesium ions using γ-Poly Glutamic Acidcoated magnetic particels with enhanced effect of zeolit supplementation”,Bulletin of the Chemical Society of Japan, (86), [17] Le Thi Xuan Thuy, Le Phuoc Cuong and Tomoki Yabutani (2014), “Removal of Trace Metals from Aqueous Solution by Fe(OH)3 Coprecipitation and Flotation Using Poly-Glutamic ”,International Research Jouranl of Pure & Applied Chemistry, 4, pp 797-804 [18]M.Hiraide, T.Ito, M.Baba, H.Kawaguchi, A.Mizuike (1980), “Multielement preconcentration of traceheavy metals in water by coprecipitation and flotation with indium hydroxide for 71 inductivelycoupled plasma-atomic emission spectrometry”, Anal Chem, 52, pp 804-807 [19] Silvia Liong (2005), “A multifunctional approach to development, fabrication, and charactierization of Fe3O4 composite”,Georga institute of technology [20] Sarika Singh, K.C Barick, D Bahadur (2011), “Surface engineered magnetic nanoparticles for removal of toxic metal ions and bacterial pathogens”,Journal of Hazardous Materials,192, pp 1539 – 1547 [21] YokoiH, Arima T,Hirose J, Hayashi S, Takasaki Y (1996) “ lo ul t on Properties of Polyγ-Glutamic Acid subt l s”,JFerment Bioeng,82,pp 84-87 Producedby Bacillus C C1 t ảo sát ản ưởng ủ p n ả n ng ấp p ụ C , Cr v Pb ủ PG-M pH T ng số Cd Cr Pb Co 0,99 0,979 0,974 0,976 0,946 0,942 0,922 Ct 0,93 0,891 0,38 0,014 0,008 0,0078 0,0078 E 6,0 8,98 60,98 98,56 99,15 99,17 99,15 Co 0,98 0,984 0,98 0,967 0,961 0,958 0,96 Ct 0,792 0,775 0,026 0,025 0,02 0,021 0,02 E 19,2 21,23 97,34 97,41 97,91 97,80 97,92 Co 0,989 0,982 0,978 0,98 0,972 0,97 Ct 0,609 0,467 0,15 0,144 0,0073 0,0074 0,0076 E 39,10 52,78 84,72 85,27 99,25 99,23 Trong 99,21 : Co: ng ộ m loạ b n ầu (mg/l) Ct: ng ộ m loạ : n lạ ung ị u suất ấp p ụ ủ P -M (%) s u ấp p ụ (mg/l) C2 t ảo sát ản ưởng ủ t g n n ả n ng ấp p ụ C , Cr v Pb ủ P -M T g n (p út T ng số Cd Cr Pb 10 20 30 60 90 120 Co 0,965 0,965 0,965 0,965 0,965 0,965 0,965 Ct 0,166 0,052 0,009 0,0089 0,0084 0,0082 0,0082 E 82,80 94,61 99,07 99,08 99,13 99,15 99,15 Co 0,958 0,958 0,958 0,958 0,958 0,958 0,958 Ct 0,049 0,03 0,011 0,01 0,009 0,009 0,008 E 94,89 96,87 98,85 98,96 99,06 99,06 99,16 Co 0,989 0,989 0,989 0,989 0,989 0,989 0,989 Ct 0,019 0,008 0,007 0,0067 0,0065 0,0065 0,0066 E 98,08 99,19 99,29 99,32 99,34 99,33 Trong 99,34 : Co: ng ộ m loạ b n ầu (mg/l) Ct: ng ộ m loạ : n lạ ung ị u suất ấp p ụ ủ P -M (%) s u ấp p ụ (mg/l) C3 t ảo sát ản ưởng ủ l u lượng P -M n ả n ng ấp p ụ C , Cr v Pb u lượng P -M (g) T ng số Cd Cr Pb 0,005 0,01 0,025 0,05 0,1 0,25 0,5 Co 0,996 0,996 0,996 0,996 0,996 0,996 0,996 Ct 0,356 0,32 0,179 0,09 0,009 0,008 0,008 E 64,26 67,87 82,03 90,96 99,10 99,20 99,20 Co 0,945 0,945 0,945 0,945 0,945 0,945 0,945 Ct 0,056 0,027 0,012 0,011 0,011 0,01 0,01 E 94,07 97,14 98,73 98,84 98,84 98,94 98,94 Co 0,998 0,998 0,998 0,998 0,998 0,998 0,998 Ct 0,14 0,127 0,07 0,042 0,007 0,007 0,007 E 85,97 87,27 92,99 95,79 99,30 99,30 99,30 Trong : Co: ng ộ m loạ b n ầu (mg/l) Ct: ng ộ m loạ : n lạ ung ị u suất ấp p ụ ủ P -M (%) s u ấp p ụ (mg/l) C4 t l nướ t ả Trong mạ b ng m ìn lọ từ t n Th ng số Co Cd 0,348 Cr 0,758 Pb 2,12 Ct 0,019 0,049 0,063 E 94,50 93,50 97,0 : Co: ng ộ ất n m ban ầu ủ nướ t ả (mg/l) Ct: ng ộ ất m nướ t ả s u qu m : n u suất ấp p ụ ủ P -M (%) C5 t TSS trướ v s u qu m ìn T ng số M1 M2 M3 TSS (mg/l) 421 1605 98 Chú thích: M : ướ t ả b n ầu ủ má mạ M : ướ t ả n má mạ s u t êm P -M M : ướ t ả n má mạ s u qu m ìn ìn (mg/l) C6 QCVN 40:2011/BTNMT- Quy chu n kỹ thu t Quốc gia v nước thải công nghi p Giá trị C TT Thông số Đơn vị A B oC 40 40 Pt/Co 50 150 Nhi t ộ Màu pH BOD5 (20oC) mg/l 30 50 COD mg/l 75 150 Chất r n lơ lửng mg/l 50 100 Asen mg/l 0,05 0,1 Thu ngân mg/l 0,005 0,01 Chì mg/l 0,1 0,5 10 Cadimi mg/l 0,05 0,1 11 Crom (VI) mg/l 0,05 0,1 12 Crom (III) mg/l 0,2 13 Đ ng mg/l 2 14 K m mg/l 3 15 Niken mg/l 0,2 0,5 16 Mangan mg/l 0,5 - n9 5,5 n9 17 S t mg/l 18 Tổng xianua mg/l 0,07 0,1 19 Tổng phenol mg/l 0,1 0,5 20 Tổng dầu mỡ khoán g mg/l 10 21 Sunfua mg/l 0,2 0,5 22 Florua mg/l 10 23 Amoni (tính theo N) mg/l 10 24 Tổng n tơ mg/l 20 40 25 Tổng phốt (tính theo P ) mg/l 26 Clorua (không áp dụng xả vào ngu n nước mặn, lợ) Clo mg/l 500 1000 mg/l mg/l 0,05 0,1 mg/l 0,3 30 Tổng hoá chất bảo v th c v t clo h u Tổng hoá chất bảo v th c v t phốt h u Tổng PCB mg/l 0,003 0,01 31 Coliform vk/100ml 3000 5000 32 Tổng hoạt ộ phóng xạ α Bq/l 0,1 0,1 33 Tổng hoạt ộ phóng xạ β Bq/l 1,0 1,0 27 28 29 ... Nam v n ược bi t n Đ tài Nghiên cứu ứng dụng phương pháp lọc từ tính để tách kim loại nặng nước” t xuất ướng hoàn toàn mớ tá giả n o nước nghiên cứu áp dụng Mụ n ên ứu Nghiên cứu khả n ng áp ụng... mơ hình phù hợp ể xử lý kim loại nặng nước b ng p ương p áp lọc từ tính Đố t ợng phạm vi nghiên cứu Đố t ợng nghiên cứu: ngu n nước có n ng ộ kim loại nặng cao Phạm vi nghiên cứu - ảo sát số ngu... số ion kim loại nặng hạt từ tính PG-M - Nghiên cứu thông số kỹ thu t ản ưởng n khả n ng lý táchkim loại nặng nước b ng p ương p áp lọc từ tính - Áp dụng xử lý số ngu n nước có n ng ộ kim loại