Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ion photphat của bùn đỏ và ứng dụng xử lý tách khỏi nguồn nước : Luận văn ThS. Hóa học: 60 44 29

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -o0o QUẢN CẨM THÚY NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION PHOTPHAT CỦA BÙN ĐỎ VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH KHỎI NGUỒN NƯỚC Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Xuân Trung HÀ NỘI - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -o0o QUẢN CẨM THÚY NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION PHOTPHAT CỦA BÙN ĐỎ VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÁCH KHỎI NGUỒN NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI – 2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………… CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN………………………………………………… 1.1 Vấn đề ô nhiễm nƣớc Việt Nam……………………………………… 1.2 Giới thiệu chung photphat…………………………………………… 1.2.1.Tính chất photphat………………………………………………… 1.2.2 Một số nguồn gây nhiễm photphat …………………………………… 1.2.3 Tác hại photphat …………………………………………………… 1.3 Các phƣơng pháp xác định lƣợng photphat…………………………… 1.3.1.Phương pháp khối lượng………………………………………………… 1.3.2 Phương pháp chuẩn độ axit-bazơ……………………………………… 1.3.3 Phương pháp quang phổ ……………………………………………… 1.3.3.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử…………………………… 1.3.3.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử………………………… 1.3.4 Phương pháp cực phổ ………………………………………………… 1.4 Các phƣơng pháp xử lý ô nhiễm photphat…………………………… 10 1.4.1 Kết tủa photphat ……………………………………………………… 10 1.4.2 Sử dụng phương pháp sinh học ………………………………………… 11 1.4.3 Hấp phụ trao đổi ion ………………………………………………… 12 1.4.4 Một số vật liệu dùng để xử lý photphat………………………………… 15 1.4.4.1 Than hoạt tính ……………………………………………………… 15 1.4.4.2 Than hoạt tính cố định Zirconi ……………………………………… 16 1.4.4.3 Than tro bay………………………………………………………… 18 1.4.4.4 Một số vật liệu khác………………………………………………… 19 1.5 Bùn đỏ đặc tính bùn đỏ………………………………………… 19 1.5.1 Giới thiệu bùn đỏ…………………………………………………… 19 1.5.2 Đặc tính bùn đỏ…………………………………………………… 21 1.5.3 Ứng dụng bùn đỏ xử lý photphat………………………………… 22 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM…………………………………………… 24 2.1 Nội dung nghiên cứu phƣơng pháp nghiên cứu…………………… 24 2.1.1 Nội dung nghiên cứu …………………………………………………… 24 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………… 24 2.2 Dụng cụ máy móc …………………………………………………… 26 2.3 Hóa chất sử dụng……………………………………………………… 26 2.4 Tổng hợp vật liệu……………………………………………………… 27 CHƢƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………… 29 3.1 Tối ƣu hóa điều kiện xác định PO43- phƣơng pháp đo quang 29 3.1.1 Xác định bước sóng cực đại hấp thụ phức màu…………………… 29 3.1.2 Khảo sát độ bền phức màu PO43- với thuốc thử Mo(VI)……… 29 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit HCl H2SO4 tới khả tạo phức màu……………………………………………………………………… 31 3.1.4 Ảnh hưởng nồng độ thuốc thử Mo (VI)……………………………… 32 3.1.5 Ảnh hưởng nồng độ loại chất khử……………………………… 33 3.1.6 Ảnh hưởng chất dung môi …………………………………… 34 3.1.7 Ảnh hưởng ion lạ đến phép xác định………………………… 35 3.1.8 Xây dựng đường chuẩn………………………………………………… 37 3.2 Nghiên cứu khả hấp phụ PO43- bùn đỏ biến tính ………… 43 3.2.1 Xác định tính chất vật lý vật liệu…………………………………… 43 3.2.1.1 Xác định hình dạng vật liệu………………………………………… 43 3.2.1.2.Xác định diện tích bề mặt riêng (BET) thể tích lỗ xốp…………… 45 3.2.1.3 Xác định thành phần vật liệu phổ nhiễu xạ tia X…………… 46 3.2.1.4 Thành phần hóa học bùn đỏ thô Lâm Đồng …………………… 49 3.2.3 Khảo sát khả hấp phụ photphat loại vật liệu…………… 50 3.2.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ PO43- vật liệu điều kiện tĩnh……………………………………………………………… 51 3.2.4.1 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu……………… 51 3.2.4.2 Ảnh hưởng thời gian đạt cân bằng……………………………… 54 3.2.4.3 Ảnh hưởng nồng độ đầu PO43- đến khả hấp phụ 55 3.2.5 Khảo sát khả hấp phụ PO43- vật liệu điều kiện động……… 57 3.2.5.1 Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu điều kiện động 57 3.2.5.2 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu đến khả hấp thu PO43-…………………………………………………………………………… 58 3.2.5.2 Khảo sát nồng độ chất rửa giải……………………………………… 59 3.2.5.4 Khảo sát ảnh hưởng thể tích rửa giải 60 3.2.5.5 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ rửa giải đến hiệu suất rửa giải……… 61 3.2.5.6 Khảo sát ảnh hưởng số ion khác đến khả hấp phụ PO43- 62 3.3 Thử nghiệm xử lý mẫu giả khảo sát khả tái sử dụng vật liệu…………………………………………………………………………… 64 3.4 Thử nghiệm xử lý mẫu nƣớc chứa photphat………………………… 65 KẾT LUẬN…………………………………………………………………… 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 70 PHỤ LỤC MỞ ĐẦU Trong năm qua kinh tế nước ta có bước phát triển đáng khích lệ, cấu kinh tế chuyển đổi theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa Tuy nhiên, với phát triển kinh tế, xã hội làm nảy sinh nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng Môi trường số thành phố lớn, khu công nghiệp tập trung khu dân cư bị suy thối, nhiễm Tài ngun thiên nhiên, đa dạng sinh học bị cạn kiệt, cố mơi trường có chiều hướng gia tăng, phải kể đến thực trạng nhiễm mơi trường nước Nước tài nguyên thiên nhiên quý giá, yếu tố thiếu cho hoạt động sống trái đất Việt Nam xứ sở nhiệt đới nguồn nước ngày cạt kiệt nhiều lý khác nhau, có vấn đề nhiễm bẩn nguồn nước dòng nước thải người nhà máy Điều đòi hỏi phải nghiên cứu đề xuất biện pháp xử lý nước thải có hiệu để đảm bảo phát triển bền vững môi trường Các hoạt động công nghiệp sản xuất xà phịng, kem đánh răng, bật lửa, cơng nghiệp dệt may, xử lý nước phân bón… thải vào nguồn nước lượng lớn chất độc hại có photphat, ảnh hưởng khơng nhỏ đến mơi sinh sống người Do việc tìm quy trình xử lý nhằm loại bỏ chất độc hại nói chung photphat nói riêng khỏi mơi trường nước có ý nghĩa to lớn Trong thời gian gần đây, số cơng trình nghiên cứu với phương pháp khác thực nhằm đưa quy trình tách loại photphat khỏi nguồn nước bị nhiễm Trong đó, phương pháp sử dụng vật liệu hấp phụ đánh giá cao tính hiệu quả, đơn giản, chi phí thấp quy trình xử lý thân thiện với mơi trường Tiếp tục hướng nghiên cứu trên, luận văn chúng tôi: “Nghiên cứu khả hấp phụ ion photphat bùn đỏ ứng dụng xử lý tách khỏi nguồn nước” CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vấn đề nhiễm nước Việt Nam Ơ nhiễm nước thay đổi thành phần, tính chất nước, có hại cho hoạt động sống bình thường sinh vật người Sự ô nhiễm đất nước, không khí có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, thành phần bị ô nhiễm ảnh hưởng đến thành phần khác Ô nhiễm vấn đề nan giải rộng khắp, có tác động trực tiếp hay gián tiếp tới người Kiểm soát hạn chế ô nhiễm nước vấn đề cấp bách thiết thực Vấn đề có liên quan đến yếu tố trị, kinh tế, xã hội, khoa học cơng nghệ, khơng cịn vấn đề quốc gia mà vấn đề tồn nhân loại Việc đẩy nhanh q trình cơng nghiệp hóa gây nên áp lực nặng nề nguồn tài nguyên nước Môi trường nước nhiều đô thị, làng nghề ngày bị ô nhiễm nguồn thải Lượng nước thải hàng ngày lớn không xử lý để đạt tiêu chuẩn cho phép, chí đổ trực tiếp kênh rạch nước ngun nhân gây nhiễm nguồn nước Tại thành phố lớn, hàng trăm sở sản xuất công nghiệp gây ô nhiễm nguồn nước khơng có cơng trình hay thiết bị xử lý triệt để nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước Mức độ ô nhiễm khu công nghiệp, khu chế xuất, nhà máy lớn Ở Phú Thọ, nước thải công nghiệp thải từ nhà máy sản xuất bột giặt, sản xuất phân bón, sản xuất giấy với lưu lượng thải hàng ngàn m3/ngày gây ô nhiễm nguồn nước mơi trường khu vực Tình trạng nhiễm nước nông thôn khu vực sản xuất nông nghiệp trở thành vấn đề đáng quan tâm Với khoảng 70% dân số sinh sống nông thôn nơi sở hạ tầng lạc hậu, phần lớn chất thải sinh hoạt người gia súc không xử lý thấm xuống đất, bị rửa trơi vào nguồn nước làm cho tình trạng ô nhiễm vi sinh ngày cao Bên cạnh việc lạm dụng thuốc trừ sâu, trừ cỏ, thuốc chống nấm mốc…trong sản xuất, nuôi trồng khiến nguồn nước sông hồ, kênh mương bị nhiễm bẩn gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi sinh sức khỏe sinh sản người dân 1.2 Giới thiệu chung photphat 1.2.1.Tính chất photphat Các muối photphat nói chung khơng có màu Tất dihydrophotphat dễ tan nước, cịn muối monohydrophotphat trung tính muối kim loại kiềm dễ tan Trong số muốiphotphat tan, muối trinatri photphat cho môi trường kiềm PO43- + H2O → OH- + HPO42Muối ion PO43- tạo nên kết tủa amoni photphomolipdat (NH4)3[PMo12O40] màu vàng không tan axitnitric tan kiềm dung dịch amoniac: 3NH4+ + PO43- + 12MoO42- + 24H+ → (NH4)3[PMo12O40] + 12H2O Ở nồng độ cho phép, muối photphat có nhiều cơng dụng nơng nghiệp, cơng nghiệp kỹ thuật Muối photphat canxi amoni dùng với lượng lớn để làm phân bón vơ Muối Na3PO4 dược dùng làm mềm nước cho nồi cao áp làm chất tẩy rửa Khi vượt giới hạn cho phép, photphat gây ảnh hưởng lớn tới môi trường nước, đất sức khỏe người 1.2.2 Một số nguồn gây nhiễm hợp chất chứa photpho [4] Photphat tồn nước phát tán từ nguồn nhân tạo chủ yếu: Phân bón vơ cơ, hợp chất hữu thuốc trừ sâu, polyphotphat từ nguồn chất tẩy rửa (chất khử cứng) Ngồi cịn thành phần chất kìm hãm ăn mịn, phụ gia nhiều ngành công nghiệp thực phẩm Nước thải dân dụng (bể phốt), nước thải nông nghiệp, công nghiệp nguồn nhiễm photphát Một nguồn photphát khác q trình rửa trơi photphat dư thừa vùng đất canh tác sa lắng từ khí Theo báo cáo mơi trường, ngun nhân làm cho nguồn nước bị nhiễm photphat nguồn thải nhà máy sản xuất bột giặt sản xuất phân bón Hầu hết bột giặt tổng hợp siêu cấp sản xuất cho thị trường gia dụng chứa lượng lớn polyphotphat, đa số chúng chứa từ 12 ÷ 13% photpho 50% polyphotphat Sử dụng nguyên liệu chất thay cho xà phòng làm gia tăng lượng photpho nước thải sinh hoạt Muối photphat vô sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp bao gồm: sản phẩm làm sạch, kem đánh răng, bật lửa, cơng nghiệp dệt may, xử lý nước phân bón 1.2.3 Tác hại photphat Trong môi trường nước, photphat tồn dạng: H2PO4-, HPO42-, PO43- dạng polymetaphotphat như: (NaPO3)6 photpho hữu Photpho nguyên tố quan trọng sinh vật Chúng có mặt thành phần ATP (Adenosin triphosphat), ADP (Adenosine diphosphate), photpholipit, axit nucleic Chính thế, photpho cần thiết cho sinh vật Khi lượng photphat có đất nhiều, ion photphat kết hợp với ion kim loại đất nhôm (Al3+), sắt (Fe3+, Fe2+), Ca2+… dẫn đến chai cứng đất, tiêu diệt số sinh vật có lợi, khơng tốt cho trồng phát triển Trong môi trường nước, lượng photphat dư gây nên tượng phú dưỡng Trong môi trường tự nhiên, q trình trao đổi, hồ tan photphat từ dạng kết tủa phức bền diễn từ từ, trình tiêu thụ photphat diễn cân tạo phát triển ổn định cho hệ sinh vật Tuy nhiên lượng photphat dư nước thải mang đến gây tượng phú dưỡng lưu vực Phú dưỡng tượng phát triển ạt, mạnh mẽ loài sinh vật thuỷ sinh rong, bèo, tảo… Sự phát triển mạnh mẽ gây nên thay đổi hệ sinh thái điều kiện môi trường Với mật độ dày đặc, chúng ngăn cản ánh sáng sâu vào lòng nước Khi chết trình phân huỷ xác chúng cần lượng oxi lớn, làm cạn kiệt oxi nước, làm tăng chất ô nhiễm nước, sản phẩm phân huỷ khơng hồn tồn Các xác chết sản phẩm phân huỷ tạo nên lớp bùn dày đáy hồ Cứ vậy, sau thời gian, q trình phân huỷ hiếu khí chuyển thành phân huỷ yếm khí đáy lên tầng Quá trình phân huỷ yếm khí tạo nhiều sản phẩm có tính khử, làm nhiễm mơi trường nước, tạo khí độc, khí có mùi khó chịu Hậu làm sinh vật sống nước bị chết, mức độ nhẹ hơn, lưu vực có dịng chảy, tượng phú dưỡng làm nghẽn dòng chảy phát triển bèo, làm nông lưu vực bùn tạo thành dày, môi trường sống sinh vật xâm hại … Đối với người, nhiều nghiên cứu cho thấy hấp thụ nhiều chất phốt phát vơ kích thích khối u ác tính phổi, việc loại bỏ thực phẩm chứa phốt phát nhân tạo yếu tố then chốt điều trị ung thư phổi ngăn ngừa bệnh Trong đó, phốt phát ngày sử dụng nhiều chế biến thực phẩm với vai trò làm tăng lượng canxi sắt, giữ nước, giúp thực phẩm không bị khô 1.3 Các phương pháp định lượng photphat 1.3.1.Phương pháp khối lượng Trong phân tích khối lượng, người ta kết tủa photphat dạng hợp chất tan thuốc thử thích hợp Lọc rử kết tủa đem sấy nung kết tủa tới khối lượng không đổi Từ lượng cân cuối thu ta tính hàm lượng chất cần xác định • Nguyên tắc: Kết tủa PO43- dạng hợp chất tan MgNH4PO4 mơi trường kiềm yếu Sau lọc rửa kết tủa nung nhiệt độ 9000C thời gian giờ, dạng cân hình thành Mg2P2O7 (magiepyrophotphat) 2MgNH4PO4 → Mg2P2O7 + 2NH3 + H2O Nhìn vào hình 3.23 chúng tơi thấy rằng, với tốc độ chảy chất phân tích qua cột chiết 1ml/ phút lượng PO43- hấp phụ tốt vật liệu Do chọn tốc độ nạp mẫu 1,0 ml/phút cho nghiên cứu sau 3.2.5.3.Khảo sát nồng độ dung dịch rửa giải Có nhiều tác nhân để rửa giải PO43- khỏi cột hấp phụ Chúng nghiên cứu tác nhân rửa giải khác như: HCl, NH3, NaOH nồng độ khác Nhưng qua thời gian nghiên cứu chúng tơi thấy NaOH 0,2M rửa giải tốt Để khảo sát ảnh hưởng tiến hành sau: Chúng chuẩn bị cột chiết trên, sau pha 100 ml dung dịch 3- PO4 10mg/l, pH= 2,00 cho dung dịch PO43- chảy qua cột hấp phụ với tốc độ 1ml/phút Sau tiến hành rửa giải 30ml NaOH nồng độ 0,5M ; 0,1M ; 0,15M 0,2M Thu toàn dung dịch rửa giải đem xác định PO43- phép đo độ hấp thụ quang Bảng 3.21: Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ rửa giải NaOH 0,2M đến khả rửa giải Mẫu số Nồng độ NaOH (M) 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 Hiệu suất thu hồi (%) 43,05 70,29 86,99 95,65 93,14 Hình 3.24: Đồ thị phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào nồng độ axit HCl 59 Nhận xét: Nhìn vào bảng 3.24 chúng tơi thấy tác nhân rửa giải NaOH 0,2M tốt Do chọn tác nhân rửa giải NaOH 0,2M cho nghiên cứu sau 3.2.5.4 Khảo sát ảnh hưởng thể tích dung dịch rửa giải Sau xác định tác nhân rửa giải tiếp tục nghiên cứu thể tích rửa giải tốt Cho dung dịch PO43- (P 10mg/l) chảy qua cột hấp phụ với tốc độ 1ml/phút Sau ta tiến hành rửa giải thể tích khác NaOH 0,2M Dung dịch thu đưa điều kiện đo quang để xác định lượng PO43- từ tính hiệu suất thu hồi cho kết bảng 3.22, hình 3.25 Bảng 3.22 : Kết khảo sát thể tích dung dịch rửa giải Mẫu số Thể tích rửa giải (ml) 10 15 20 25 30 35 Hiệu suất thu hồi (%) 73,7 82,2 90,5 93,8 95,9 95,9 Hình 3.25: Đồ thị phụ thuộc hiệu suất rửa giải vào thể tích rửa giải Nhìn vào bảng kết chúng tơi thấy thể tích rửa giải tốt 30ml NaOH 0,2M 60 3.2.5.5 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ rửa giải đến hiệu suất rửa giải Để khảo sát ảnh hưởng tốc độ dung dịch rửa giải tiến hành làm sau : Cho dung dịch PO43- (P10mg/l) chảy qua cột hấp phụ với tốc độ 1,0 ml/phút Sau tiến hành rửa giải 30 ml NaOH 0,2M với tốc độ thay đổi từ 0,5 - 4ml/phút Thu toàn dung dịch rửa giải đem màu đo độ hấp thụ quang để xác định hiệu suất rửa giải Kết thu bảng 3.23, hình 3.26: Bảng 3.23: Kết khảo sát tốc độ rửa giải Độ thu hồi (%) Nguyên 0,5 tố 1,5 (ml/phút) (ml/phút) (ml/phút) (ml/phút) (ml/phút) (ml/phút) PO43- 90,36 95,87 94,23 88,49 70,06 47,64 Hình 3.26: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc độ thu hồi vào tốc độ chảy dung dịch rửa giải Nhận xét: Nhìn vào hình 3.26 chúng tơi thấy rằng, với tốc độ chảy dung dịch rửa giải 1ml/phút, lượng PO43- rửa giải 90% Trong thí nghiệm tiếp theo, chọn tốc độ dung môi rửa giải 1ml/phút 61 3.2.5.6 Khảo sát ảnh hưởng số ion khác đến khả hấp phụ PO43Trong thực tế, gặp số ion khác có mặt thành phần mẫu ảnh hưởng đến khả hấp phụ PO43- Chúng tiến hành khảo sát ảnh hưởng số ion như: Fe3+, SiO32-, AsO43-, F-, SO42Dưới khảo sát cụ thể: Pha dung dịch (100ml) chứa PO43- (P 10mg/l) dung dịch ion khảo sát pH = 2,00 Cho chúng chạy qua cột chứa 0,2 gam vật liệu Sau giải hấp dung dịch NaOH 0,2 M Kết quả: Bảng 3.24:Kết khảo sát ảnh hưởng Fe3+ , F-, SO42- đến hiệu suất thu hồi Các ion F Nồng độ ion ảnh hưởng Hiệu suất thu hồi (mg/l) (%) 95,67 10 95,66 100 95,66 300 95,54 500 94,76 95,63 10 95,64 100 95,59 300 95,66 500 94,87 95,54 10 95,59 100 95,61 300 94,96 500 94,92 - SO42- Fe 3+ Kết bảng cho thấy: ion F- SO42-, Fe3+ không gây ảnh hưởng tới trình hấp phụ photphat 62 * Ảnh hưởng Asen Bảng 3.25: Ảnh hưởng AsO43- đến khả hấp phụ PO43STT Hàm lượng ion AsO43- (mg/l) % hấp phụ PO43- 95,61 2 95,04 15 91,26 30 86,72 50 72,31 Hình 3.27 : Ảnh hưởng AsO43- đến khả hấp phụ PO43Nhìn vào hình 3.27 chúng tơi thấy rằng, nồng độ AsO43- >2mg/l làm giảm khả hấp phụ PO43- lên vật liệu Vì mẫu nồng độ AsO43- >2mg/l phải loại bỏ trước cho hấp phụ photphat * Ảnh hưởng SiO32Bảng 3.26: Ảnh hưởng SiO32- đến khả hấp phụ PO43STT Hàm lượng ion SiO32-(mg/l) % hấp phụ PO4395,68 95,56 15 90,21 50 81,33 100 69,17 Hình 3.28: Ảnh hưởng SiO32- đến khả hấp phụ PO43Nhìn vào hình 3.28 chúng tơi thấy rằng, nồng độ SiO32- >5mg/l làm giảm khả hấp phụ PO43- lên vật liệu Vì mẫu nồng độ SiO32- >5mg/l phải loại bỏ 63 3.3 Thử nghiệm xử lý mẫu giả khảo sát khả tái sử dụng vật liệu Để đánh giá khả hấp phụ PO43- vật liệu, tiến hành thử nghiệm xử lý mẫu giả Các mẫu giả có thành phần tương tự mẫu thật tích 1,0 lít, pH = 2,0 có hàm lượng ion theo bảng 3.27, cho chảy qua cột chứa vật liệu hấp phụ Cuối rửa giải dung dịch NaOH 0,2M Xác định tổng photphat phương pháp đo độ hấp thụ quang (Thí nghiệm làm lặp lại lần) Kết thu ghi bảng 3.27: Bảng 3.27 : Thành phần mẫu giả Ion Nồng độ (mg/l) Fe3+ 2,50 F- 0,50 As 0,015 Ca2+ 5,0 Mg2+ 1,0 SiO32- 0,50 Al3+ 0,80 Bảng 3.28: Kết hấp phụ tách loại PO43- dung dịch mẫu giả Thể tích mẫu (lít) Tổng lượng PO43- ban đầu (mg/l) 6,50 Lượng PO43đã hấp phụ (mg/l) Lượng PO43- Hiệu suất xử lại (mg/l) lý (%) 6,286 0,214 96,71 6,302 0,198 95,41 6,237 0,263 95,95 6,299 0,201 96,91 6,304 0,196 96,98 Từ kết bảng 3.28 kết luận việc sử dụng bùn đỏ làm vật liệu hấp phụ để tách photphat khỏi nước tốt, có khả ứng dụng vật liệu để tách PO43- khỏi nguồn nước thải 64 * Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu Chuẩn bị cột hấp phụ chứa 1,00g vật liệu loại Cho 1,00 lít dung dịch mẫu giả có thành phần mẫu thật cho chảy qua cột hấp phụ với tốc độ 1ml/phút Rửa cột nước cất sau đem rửa giải NaOH 0,2M xác định hàm lượng PO43- Sau rửa giải hồn tồn sử dụng lần với điều kiện qui trình lần đầu Tiến hành khảo sát nhiều lần thu kết thu ghi bảng 3.29 Bảng 3.29 : Kết nghiên cứu khả tái sử dụng vật liệu Số lần sử dụng vật liệu Hiệu suất hấp phụ (%) 95,89 91,65 80,12 67,35 40,46 Từ kết bảng 3.29, thấy vật liệu có khả tái sử dụng cho lần sau với hiệu suất giảm dần Vì cần nghiên cứu biện pháp xử lý thích hợp để tái sử dụng vật liệu xử lý nguồn nước thải có chứa PO43- 3.4 Thử nghiệm xử lý mẫu nước chứa photphat • Lấy mẫu bảo quản mẫu: Tiến hành theo TCVN Theo TCVN 5945:2005: Bảng 3.30: Giá trị giới hạn nồng độ Photpho theo TCVN -5945:2005 Giá trị giới hạn Thông số Tổng photpho Đơn vị mg/l A B C - Nước thải cơng nghiệp có giá trị thơng số nồng độ chất ô nhiễm nhỏ giá trị quy định cột A đổ vào thủy vực thường dùng làm nguồn nước cho mục đích sinh hoạt 65 - Nước thải cơng nghiệp có giá trị thơng số nồng độ chất ô nhiễm lớn giá trị quy định cột A nhỏ giá trị quy định cột B đổ vào thủy vực nhận thải khác trừ thủy vực quy định cột A - Nước thải cơng nghiệp có giá trị thông số nồng độ chất ô nhiễm lớn giá trị quy định cột B không vượt giá trị quy định cột C thải vào nơi quy định (như hồ chứa nước thải xây riêng, cống dẫn đến nhà máy xử lý nước thải tập trung…) • Xử lý mẫu: Mẫu nước thải axit hóa HNO3 65% (Mecrk) cho pH = 2,0 Sau để lắng, tiến hành lọc sơ để loại bỏ phần lơ lửng, thu lấy phần nước (1 lít) Cho mẫu chạy qua cột tách (cao 8cm, đường kính 0,8cm) chứa gam vật liệu, tốc độ 1ml/ phút Rửa giải cột NaOH 0,2M, tốc độ 1ml/phút xác định phép đo phổ UV-VIS (Thí nghiệm làm lặp lại lần, lấy kết trung bình) Trong nghiên cứu này, chúng tơi lấy mẫu nước thải khu vực nhà máy Super phot phat hóa chất Lâm Thao – Phú Thọ Kết thu ghi bảng 3.31: Bảng 3.31 : Kết thử nghiệm xử lý mẫu nước chứa PO43Mẫu Lượng PO43trước hấp phụ (mg/l) Lượng PO43đã hấp phụ (mg/l) Lượng PO43còn lại sau hấp phụ (mg/l) Lượng PO43được loại bỏ (%) 6,575 6,315 0,260 96,05 6,614 6,398 0,216 96,73 6,633 6,405 0,228 96,56 6,596 6,378 0,218 96,69 6,684 6,420 0,264 96,05 66 Từ kết nghiên cứu xử lý số mẫu nước thải chứa photphat cho thấy, hiệu suất tách loại photphat bùn đỏ cao (trên 90%) Từ kết luận triển vọng ứng dụng vật liệu từ bùn đỏ hoạt hóa tách loại photphat khỏi nguồn nước thải 67 KẾT LUẬN Sau q trình nghiên cứu hồn thành luận văn thạc sỹ với đề tài “Nghiên cứu khả hấp phụ ion photphat bùn đỏ ứng dụng xử lý tách khỏi nguồn nước”, thu số kết sau: Đã điều chế thành cơng vật liệu có khả hấp phụ PO43- từ bùn đỏ, bentonite hồ tinh bột, xác định điều kiện tiến hành phản ứng (thời gian điều kiện khác giai đoạn phản ứng) Đã nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện xác định photphat phương pháp trắc quang với thuốc thử Mo (VI) Các điều kiện tối ưu xác định photphat thuốc thử Mo(VI) sau: - Phổ hấp thụ ánh sáng phức màu đạt cực đại bước sóng 830nm, nồng độ axit HCl 0,1M, nồng độ chất khử 0,08M… - Tìm khoảng tuyến tính phép đo (0,1 – 6) ppm - Xây dựng đường chuẩn xác định photphat - Tìm được: Giới hạn phát 0,113 Giới hạn định lượng 0,376 Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng trình hấp phụ vật liệu - pH tối ưu khoảng 1,5 ÷ 2,0 - Thời gian đạt cân hấp phụ từ 70 ÷ 130 phút - Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ban đầu PO43- tới khả hấp phụ vật liệu - Xác định dung lượng hấp phụ cực đại PO43- điều kiện tĩnh là: 17,3 mgP/g Đã khảo sát khả hấp phụ photphat vật liệu điều kiện động: - Xác định dung lượng hấp phụ cực đại PO43- điều kiện động là: 19,86 mgP/g 68 - Tốc độ hấp phụ 1,0ml/ phút, tốc độ rửa giải 1,0 ml/phút - Thể tích dung dịch rửa giải 30ml NaOH 0,2M - Khảo sát ảnh hưởng số ion ảnh hưởng tới trình phản ứng hấp phụ PO43- vật liệu Khảo sát khả hấp phụ mẫu giả để đánh giá vật liệu Khảo sát khả tách ion PO43- khỏi nước thải Cơng ty Super photphat hóa chất Lâm Thao Kết cho thấy vật liệu có khả tách tốt PO43- mẫu nước thải thỏa mãn TCVN 5945:2005 tiêu chuẩn nước thải Cơng nghiệp đổ vào khu vực nước dùng cho mục đích giao thơng thủy, tưới tiêu, trồng trọt… Với kết nghiên cứu ban đầu đạt được, hy vọng vật liệu điều chế tiếp tục nghiên cứu toàn diện để ứng dụng vào thực tế xử lý tách loại Photphat có nguồn nước bị nhiễm 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đỗ Quang Trung, Nguyễn Trọng Uyển (2008), ―Nghiên cứu sử dụng than hoạt tính cố định Zr(IV) loại bỏ ion photphat florua nước thải Công ty cổ phần Phân lân Ninh Bình, Tạp chí Hóa Học, 46 (2A) Đỗ Quang Minh – “Hóa lý Silicat” - Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp.HCM 2009 Chu Thị Thanh Hương (2008) “Xác định hàm lượng photphat nước phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS” ,14-16 Huỳnh Ngọc Phương Mai (2008), Giáo trình hóa mơi trường, GREE, gree.com.vn Lê Qúy An (2003), Hiện trạng ô nhiễm môi trường Việt Nam, NXB Quân đội nhân dân Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ photpho, Nhà xuất Khoa Học Tự Nhiên Công Nghệ, Hà Nội Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, Nhà xuất Thống Kê, Hà Nội Trần Thị Hồng, Phạm Hồng Hải, Nguyễn Xuân Nguyên, (1997) – “ Một số kết ứng dụng loại chất keo tụ xử lý nước sông Hồng” – 241246 Tiếng Anh Biplob K Biswas, Katsutoshi Inoue, Kedar N Ghimire, Hiroyuki Harada, Keisuke Ohto, Hidetaka Kawakita (2008), ― Removal and recovery of phosphorus from water by means of adsorption onto orange waste gel loaded with zirconium, Bioresource Technology, 99, pp 8685 – 8690 10 Biplob Kumar Biswas, Jun-ichi Inoue, Katsutoshi Inoue, Kedar Nath Ghimire, Hiroyuki Harada, Keisuke Ohto, Hidetaka Kawakita (2008), ― 70 Adsorptive removal of As(V) and As(III) from water by a Zr(IV) -loaded orange waste gel, Journal of Hazardous Materials, 154, pp 1066 – 1074 11 BaseconTM technology: “New strategies for the management of bauxite refinery residues” (2003), Virotec International Ltd 12 Chang-jun LIU, Yan-zhong LI, Zhao-kun LUAN, Zhao-yang CHEN, Zhong-guo ZHANG, Zhi-ping JIA (2007), ―Adsorption removal of phosphate from aqueous solution by active red mud, Journal of Environmental Sciences, 19, pp 1166-1170 13 Chandra, Satish (1996) "Red Mud Utilization" Waste materials used in concrete manufacturing P.292–295 14 Chanjuan Li, JunMa, Jimin Shen, Peng Wang (2009), Removal of phosphate from secondary effhent with Fe2+ enhanced by H2O2 at nature pH J.Hazardous Mater 166, P 891 – 896 15 E Galarneau, R.Gehr (1997) – “ Phosphorus removal from waste water Experimantal and theoretical support for altenative mechanism” Water Research Vol.31 16 Gaosheng Zhang, Huiuan Liu, Ruiping Liu, Jiuhui Qu (2009), Removal of phosphate from water by a Fe – Mn binary oxide adsorbent, J Colloid and Interface Science 355, P.168 – 174 17 G.K Morse, S.W Brett, J.A Guy, J.N Lester (1998), ― Review: Phosphorus removal and recovery technologies, The Science of the Total Environment, 212, P 69-81 18 Huazhong University of Science and Technology (HUST), Wuhan, Hubei 430074, PR China Received 11 August 2007; received in revised form 15 September 2007; accepted October 2007 Available online 19 November 2007 “Development of unsintered construction materials from red mud wastes produced in the sintering Aluminaa process” - School of Environmental Science and Engineering 71 19 Honglei Liu, Xiaofei Sun, Chengqing Yin, Chun Hu*(2008), ― Removal of phosphate by mesoporous ZrO2, Journal of Hazardous Materials, 151, pp 616 – 622 20 H.Roques (1996)– “Chemical water treatment, principles and practice” VCH – Publ 21 H.Carlisson, H.Aspegern, N.Lee (1997)-“ Calcium photphate precipitation in biological photphorus removal system” Water Research Vol.31, No 5, 1047 – 1055 22 H Popel (1997) – “Photphate adsorption in flocculation process of aluminum sulfate and polyaluminnum silicate sulfate” No.8, 1939 – 1946 23 Katsutoshi Jamata, Kensaku Haraguchi (2001), International Ash Htilization symposium, Center for Applied Energy Research, University of Kentudaf 24 Le Zeng, Xiaomei Li, Jindun Liu (2004) ―Adsorptive removal of phosphate from aqueous solutions using iron oxide tailings, Water Research, 38 (5), pp 1318-1326 25 Mining Society for Metallurgy Exploration (2006) "Bauxite" Industrial minerals & rocks: commodities, markets, and uses P.258–259 26 Maneesh Singh, S.N.Upadhayay and P.M.Prasad (1996) - “Preparation of special cements from red mud” P 665 – 670 27 Seiki Tanada∗, Mineaki Kabayama, Naohito Kawasaki, Toru Sakiyama, Takeo Nakamura, Mamiko Araki, and Takamichi Tamura (2003), ― Removal of phosphate by aluminum oxide hydroxide, Journal of Colloid and Interface Science, 257, pp 135–140 28 S.G Lu, S.Q Bai, L Zhu, H.D Shan (2009), ―Removal mechanism of phosphate from aqueous solution by fly ash, Journal of Hazardous Materials, 161 (1), pp 95-101 72 29 Schmitz, Christoph (2006) "Red Mud Disposal" Handbook of aluminium recycling 18 30.Yanzhong Li, Changjun Liu, Zhaokun Luan, Xianjia Peng, Chunlei Zhu, Zhaoyang Chen, Zhongguo Zhang, Jinghua Fan, Zhiping Jia, March 2006 “Phosphate Removal from Aqueous Solutions using Neutralised Bauxite Refinery Residues (Bauxsol™) CSIRO Publishing - Environmental Chemistry 3(1) 65–74 Published 31 J.L.Gumaste, B.C.Swain, B.C.Mohanty, J.S.Murty (1996)– “Chemical reaction Bonding of building blocks using red mud and orthophosphoric acid binder” - Regional Research Laboratory, Bhubanneswar-751013, India 32 Wang Bao-min and Wang Li-jiu (2004)“Development of studies and applications of activation techniques of fly ash” - School of Civil Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116024, PRC 33 W Yao, F.J.Meillero (1996) –“Adsorption of photphate on manganese dioxide in seawater” Vol.30, No 2, 536 – 541 34 Yanzhong Li, Changjun Liu, Zhaokun Luan, Xianjia Peng, Chunlei Zhu, Zhaoyang Chen, Zhongguo Zhang, Jinghua Fan, Zhiping Jia (2006), Phosphate removal from aqueous solutions using raw and activated red mud and fly ash, Journal of Hazardous Materials, 137 (1), pp 374-383 35 Ying Zhao, Jun Wang, Zhaokun Luan, Xianjia Peng, Zhen Liang, Li Shi (2009) “Removal of phosphate from aqueous solution by red mud using a factorial design ”, J Hazard Mater 165(2009) 1193–1199 36 Yanqin Zhao, Qinyan Yue, Qian Li, Baoyu Gao, Shuxin Han, Hui Yu (2010) “ The regeneration Characteristics of various red mud granular adsorbents (RMGA) for phosphate removal using different deorption reagents” J.Haz Mater 183P 309 – 316 37 Gibbs, Langmuir, Polanyi, Brunaeur, Shilov, Dubinin, Kiselev (2005) Activated carbon adsorption, by Taylor and Francis Group, LLC 73