Xử lý amoni trong nước ngầm bằng phương pháp trao đổi ion

Trần Mai PHương Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - Luận văn thạc sĩ khoa học Ngành : Kỹ thuật Môi trường Kỹ thuật môi trường Xử lý amoni nước ngầm phương pháp trao đổi ion Trần Mai Phương 2004 - 2006 Hµ Néi 2006 Hµ néi - 2006 Hµ néi 2006 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - Luận văn thạc sĩ khoa học Xử lý amoni nước ngầm phương pháp trao đổi ion Ngành: Kỹ thuật Môi trường Trần Mai Phương Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Văn Cát Hµ néi - 2006 Mơc lơc Trang Mơc lơc Lêi Cam Đoan Danh mục bảng Danh Mục hình vẽ đồ thị Mở đầu Chương I Tổng quan 1.1 Hiện trạng chất lượng nước sinh hoạt 1.2 Các phương pháp xử lý amoni 10 1.2.1 Phương pháp học 10 1.2.2 Phương pháp oxy hoá 10 1.2.3 Phương pháp vi sinh 11 1.2.4 Phương pháp trao đổi ion 12 1.3 Các công trình nghiên cứu xư lý amoni cđa n­íc 13 sinh ho¹t 1.4 Néi dung nghiên cứu Chương II Cơ sở khoa học phương pháp trao 14 15 đổi ion 2.1 Khái niệm chÊt trao ®ỉi ion 15 2.2 VËt liƯu trao ®ỉi ion 16 2.2.1 Nhựa trao đổi ion hữu 16 2.2.2 Than trao đổi ion 22 2.2.3 Khoáng vật trao đổi ion 22 2.2.4 Chất trao đổi ion vô tổng hợp 23 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình trao đổi ion 23 2.3.1 Dung lượng trao đổi 24 2.3.2 ảnh hưởng môi trường trao đổi 25 2.3.3 Khả trương nở 26 2.3.4 Khả hấp thu 28 2.3.5 Cân trao đổi ion 33 2.3.5.1 Đẳng nhiệt trao đổi ion, hệ số tách, hệ sè chän läc 34 2.3.5.2 TÝnh chän läc 35 2.4 Cơ chế trình trao đổi ion 37 2.5 Cột trao đổi ion 37 2.6 Phương pháp xác định hiệu hoạt động cột trao đổi ion 46 Chương III Thực nghiệm 51 3.1 Phương pháp nghiên cứu 51 3.2 Thí nghiệm 52 3.3 Phương pháp phân tích 54 3.3.1 Phương pháp xác định amoni 55 3.3.2 Phương pháp xác định độ cứng tổng 56 Chương IV Kết thảo luận 58 4.1 Xử lý sè liƯu thùc nghiƯm 58 4.2 KÕt qu¶ thùc nghiƯm 61 4.2.1 Trao đổi ion nhựa cationit 61 4.2.1.1 ảnh hưởng tốc độ dòng chảy 61 4.2.1.2 ảnh hưởng độ cứng 65 4.2.1.3 ảnh hưởng nồng độ amoni ban đầu 69 4.2.2 Tái sinh nhựa trao đổi ion 72 4.2.1.1 ảnh hưởng tốc độ dòng ch¶y 73 4.2.1.2 ¶nh h­ëng cđa pH 75 4.3 KÕt luận 78 Tài liệu tham khảo Phụ lục Tóm tắt luận văn 80 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan: Các thí nghiệm nghiên cứu đà thực cách nghiêm túc đầy đủ Các kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Lời cảm ơn Trước tiên, xin chân thành cảm ơn Viện Khoa học Công nghệ Môi trường - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội phòng Hoá Môi trường - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam đà tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu hoàn thành Luận văn thạc sỹ Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Lê Văn Cát ®· trùc tiÕp h­íng dÉn, chØ ®¹o ®Ĩ cã thĨ hoàn thiện Luận văn Xin cảm ơn thầy cô giáo bạn đồng nghiệp phòng Hoá Môi trường - Viện Hoá học đà suốt thời gian qua Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2006 Học viên Trần Mai Phương Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường Mở đầu Khoảng 71% với 361 triệu km bề mặt Trái Đất bao phủ nước P P Nước dạng thức vật chất cần cho tất sinh vật sống Trái Đất Nước có nhiệt hoá hơi, đóng băng nhiệt bốc hơi, ngưng kết tương đối gần nhau, vậy, nước tồn Trái Đất ba dạng: rắn, lỏng Sự ô nhiễm môi trường nước thay đổi thành phần tính chất nước gây ảnh hưởng đến hoạt động sống bình thường người sinh vật Khi thay đổi thành phần tính chất nước vượt ngưỡng cho phép ô nhiễm nước đà mức nguy hiểm gây bệnh cho người sinh vật Người ta đà phát thấy khoảng 80% loại bệnh tật người có liên quan đến chất lượng nguồn nước dùng cho sinh hoạt Vì vậy, chất lượng nước có vai trò quan trọng nghiệp bảo vệ chăm sóc sức khoẻ cộng đồng Các nguồn nước sử dụng chủ yếu nước mặt nước ngầm đà qua xử lý sử dụng trực tiếp Phần lớn chúng bị ô nhiễm tạp chất với thành phần mức độ khác tuỳ thuộc vào điều kiện địa lý, đặc thù sản xuất, sinh hoạt vùng phụ thuộc vào địa hình mà chảy qua hay vị trí tích tụ Ngày nay, với phát triển công nghiệp, trình đô thị hoá bùng nổ dân số đà làm cho nguồn nước tự nhiên bị hao kiệt ngày ô nhiễm Các chất gây ô nhiễm nguồn nước tồn hai dạng tan không tan Những chất không tan (cặn lơ lửng, oxit, hydroxit kim loại dạng kết tủa, ) loại bỏ dễ dàng công nghệ lắng lọc truyền thống Vấn đề cần quan tâm phải xử lý công đoạn chất gây ô nhiễm dạng tan mà chủ yếu chất hữu cơ, hợp chất nitơ, kim loại nặng Hoạt động nông nghiệp gắn liền với việc sử dụng loại phân bón diện tích rộng, loại nước thải công nghiệp, sinh hoạt giàu hợp chất nitơ Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường thải vào môi trường làm cho nước ngầm ngày bị ô nhiễm hợp chất nitơ mà chủ yếu amoni Amoni không gây độc trực tiếp cho người sản phẩm chuyển hoá từ amoni nitrit, nitrat yếu tố gây độc (Nitrat tạo chứng thiếu vitamin kết hợp với amin để tạo nên nitrosamin nguyên nhân gây ung thư người cao tuổi, gây bệnh xanh xao trẻ nhỏ Sau vào thể, nitrat chuyển hoá nhanh thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột Nitrit nguy hiểm nitrat sức khoẻ người, tác dụng với amin hay alkyl cacbnat thể người tạo thành hợp chất gây ung thư) Các hợp chất nitrit, nitrat hình thành trình oxy hoá vi sinh vật trình xử lý, tàng trữ chuyển tải nước đến người tiêu dùng Amoni tác nhân làm giảm hiệu khử trùng với clo tạo thành hợp chất cloamin có tác dụng khử trùng yếu khoảng 1000 lần so với clo [1] Amoni nguồn dinh dưỡng, tạo điều kiện cho vi sinh vật nước, kể tảo phát triển nhanh làm ảnh hưởng đến chất lượng nước sinh hoạt, đặc biệt độ trong, mùi, vị, nhiễm khuẩn Vì việc xử lý amoni nước sinh hoạt đối tượng đáng quan tâm Các phương pháp xử lý amoni nước bao gồm: sục khí, clo hoá điểm đột biến, phương pháp vi sinh trao đổi ion Với mục đích áp dụng phương pháp trao đổi ion để xử lý amoni cho nước sinh hoạt vật liệu trao đổi ion nhựa cationit, luận văn tập trung nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình trao đổi amoni nhựa cationit: độ cứng (Ca, Mg), nồng độ amoni, tốc độ dòng chảy để phục vụ mục tiêu thiết kế cột trao đổi ion Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường Chương Tổng quan Hiện trạng chất lượng nước sinh hoạt Nước yếu tố chủ yếu hệ sinh thái, nhu cầu sống Trái Đất cần thiết cho hoạt động kinh tế - xà hội loài người Cùng với dạng tài nguyên thiên nhiên khác, tài nguyên nước bốn nguồn lực để phát triển kinh tế - xà hội Nước nhân tố định chất lượng môi trường sống người đâu có nước có sống, vậy, vấn đề nước đà mối quan tâm người Tuy nhiên, nguy ô nhiễm môi trường nước diễn theo quy mô toàn cầu Sự ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo, tuỳ thuộc vào địa hình điều kiện môi trường xung quanh mà mức độ ô nhiễm thành phần chất ô nhiễm nguồn nước khác Mặc dù lượng nước Trái Đất khổng lồ, song lượng nước cho phÐp ng­êi sư dơng chØ chiÕm mét phÇn nhỏ bé (dưới 1/100.000) Hơn phân bố nguồn nước lại không theo không gian vµ thêi gian cµng khiÕn cho n­íc trë thµnh dạng tài nguyên đặc biệt, cần phải bảo vệ sử dụng hợp lý Các phương pháp xử lý nước đà nghiên cứu áp dụng nhiều n­íc cịng nh­ trªn thÕ giíi bao gåm: sơc khÝ, l¾ng, läc, tun nỉi, keo tơ, khư trïng, hÊp phụ, trao đổi ion, kết tủa, màng, oxy hoá [1, 7] Tuỳ thuộc vào chất lượng nguồn nước yêu cầu chất lượng nước cấp mà người ta áp dụng hay kết hợp nhiều phương pháp khác để xử lý Nguồn nước mà khai thác để xử lý làm nước sinh hoạt tồn ba dạng: Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 69 4.2.1.3 ảnh hưởng nồng độ NH4 + đầu vào P P Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ amoni ban đầu ®é cøng 200 mg/l vµ tèc ®é 9,55 m/h (3 l/giê), nång ®é amoni thay ®ỉi tõ 10 - 70 mg N/l KÕt 10 20 30 40 50 10 mg N/l 30 NH4+ , mg N/l 25 20 15 cm cm cm cm cm 10 NH4+, mg N/l biểu thị hình 4.6, 4.7 bảng 4.5 200 60 400 600 800 Thêi gian, 1000 10 cm 30 mg N/l 20 cm NH4+, mg N/l 50 30 cm 40 40 cm 50 cm 30 20 10 200 400 Thêi gian, 120 NH4+, mg N/l 80 60 cm cm cm cm cm 40 20 100 200 400 10 20 30 40 50 cm cm cm cm cm 10 20 30 40 50 cm cm cm cm cm 800 600 Thêi gian, 10 20 30 40 50 60 mg N/l 80 60 cm cm cm cm cm 40 20 0 140 120 NH4+, mg N/l 200 400 600 Thêi gian, 40 mg N/l 10 20 30 40 50 50 mg N/l 100 80 70 60 50 40 30 20 10 600 NH4+, mg N/l 20 mg N/l NH4+, mg N/l 45 40 35 30 25 20 15 10 200 400 Thêi gian, 70 mg N/l 100 80 60 40 600 10 20 30 40 50 200 400 Thêi gian, 600 cm cm cm cm cm 20 0 200 400 Thêi gian, phút 600 Hình 4.6 Đường cong thoát amoni trình trao đổi ion độ cứng khác Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 70 ảnh hưởng nồng độ amoni đầu vào 10 mgN/l y = 18.38x - 71 R = 0.9988 20 mgN/l y = 14.86x - 74 R = 0.9965 30 mgN/l y = 11.81x - 60.3 R = 0.9954 600 40 mgN/l y = 10.37x - 56.4 R = 0.9946 500 50 mgN/l y = 9.18x - 54.4 R = 0.9982 400 60 mgN/l y = 8.73x - 54.3 R = 0.9951 Thời gian thoát đạt tiêu chuẩn, phút 900 800 700 300 70 mgN/l y = 7.72x - 58.7 R = 0.9941 200 100 0 10 20 30 40 50 ChiỊu cao cét, cm H×nh 4.7 Thêi gian làm việc chiều cao cột nồng độ amoni ban đầu khác Bảng 4.5 Các thông số trao đổi ion nồng độ amoni ban đầu khác Nồng độ NH4 + đầu vào, mg N/l P P 10 20 30 40 50 60 70 ChiỊu cao tÇng chÕt, cm 3,86 4,98 5,11 5,44 5,93 6,22 7,6 Dung lượng trao đổi tĩnh 2,93 4,73 5,64 6,61 7,31 8,34 8,61 amoni ®iỊu kiện thí nghiệm, g/l Dung lượng trao đổi tĩnh đối víi 0,21 0,34 0,40 0,47 0,52 0,60 0,61 amoni ®iỊu kiƯn thÝ nghiƯm, ®l/l Dung l­ỵng trao ®ỉi tÜnh ®èi víi canxi 1,14 0,89 0,71 0,62 0,54 0,50 0,43 điều kiện thí nghiệm, đl/l Thể tích nước đạt tiªu chuÈn, lÝt/ lÝt 284 222 177 156 135 124 107 nhựa trao đổi ion Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 71 Từ bảng 4.5 thấy rằng, tăng nồng độ amoni ban đầu tõ 10 ®Õn 70 mg N/l, chiỊu cao chun khèi tăng gấp đôi thể tích nước xử lý giảm từ 284 l/l xuống 107 l/l Khi nồng độ đầu vào cao chiều cao tầng chuyển khối lớn yếu tố khuyếch tán dọc cao vùng nồng độ cao thời gian đạt tới trạng thái cân (đạt giá trị nồng độ tiêu chuẩn cho phép) dài Từ số liệu thí nghiệm bảng 4.5 vẽ đường biểu diễn mối quan hệ dung lượng trao đổi ion tĩnh với nồng độ amoni ban đầu điều Dung lượng trao đổi tĩnh, đl/l kiện độ cứng 200 mg CaCO3/l (h×nh 4.8) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 20 40 60 Nång ®é amoni, mg N/L 80 Hình 4.8 Mối quan hệ dung lượng trao ®ỉi ion tÜnh víi nång ®é amoni ban ®Çu ®iỊu kiƯn ®é cøng lµ 200 mg CaCO3/l, tèc ®é lít/giờ Hình 4.8 cho thấy dung lượng trao đổi nhựa trao đổi ion tăng không tăng nồng độ đầu vào có xu hướng tăng chậm lại nồng độ cao Điều dung lượng trao đổi nhựa có hạn (luôn dao động khoảng 1,04 - 1,35), canxi lại có độ chọn lọc với nhựa cao mà khả trao đổi canxi không phụ thuộc vào tốc độ, dung lượng tĩnh canxi lớn 0,4 vậy, dung lượng dành cho amoni không vượt 0,8 độ cứng 200 mg CaCO3/l Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 72 Trong thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng đến hiệu xử lý amoni tốc độ dòng chảy, độ cứng nồng độ amoni ban đầu, ta thấy dung lượng trao đổi tĩnh canxi amoni khoảng 1,05 - 1,35 đl/l chứng tỏ khoảng nồng độ Co (Co amoni canxi) khảo sát đà gần đạt cân trao đổi, phần dung lượng tĩnh bị hao hụt (25 - 48%) chủ yếu trình tái sinh nhựa trao đổi ion chưa triệt để Cũng qua thí nghiệm thấy thông số ảnh hưởng tới việc sử dụng cột trao đổi ion độ cứng nồng độ amoni ban đầu Như vậy, ứng dụng thực tiễn, để tính toán thể tích nước xử lý phụ thuộc độ cứng nồng độ amoni ban đầu đưa phương trình kinh nghiÖm tõ sè liÖu thÝ nghiÖm nh­ sau: (491,54 − 90,725 ln[NH ]).(544,1 − 76,405 ln[cung ]) V= + (4.11) 135 Trong đó: V thể tích nước xử lý thể tích nhựa, l/l H: độ cứng, mg CaCO3/l N: nồng độ amoni ban đầu, mg N/l Phương trình ứng dụng cho khoảng độ cứng 50 - 400 mg CaCO3/l khoảng amoni 10 - 70 mg N/l Mức độ tin cậy phương trình kinh nghiệm kiểm tra cách tính toán lại giá trị V từ giá trị nồng độ ban đầu so sánh với giá trị V điểm tương ứng thấy sai số nằm khoảng - 10% 4.2.2 Tái sinh nhựa cation Do tÝnh chän läc cđa nhùa ®èi víi ion Ca 2+ , Mg 2+ , NH4 + cao h¬n so víi P P P P P P Na + (®é chọn lọc nhựa dạng Na với Ca 1,9 với amoni 1,3 [2]) nên P P dung dịch muối NaCl tái sinh cần phải có nồng độ cao (10%) để trình tái sinh triệt để [1] Vì vậy, thí nghiệm tái sinh sử dụng nồng Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 73 độ muối NaCl 10% để khảo sát ảnh hưởng tốc độ dòng chảy pH đến hiệu tốc độ tái sinh nhựa cationit Dung dịch NaCl 10% sử dụng cho tái sinh pha từ muối NaCl thương phẩm có pH 7,0 - 8,0 có lẫn tạp chất Ca, Mg mà chủ yếu Mg với nồng độ cao (khoảng 1600 mg/l) Hiệu suất tái sinh amoni xác định theo công thức Ni = Trong đó: N1- N2i N1 ì100% Ni hiệu suất tái sinh amoni ứng với thể tích Vi, % N1 lượng amoni vào cột giai đoạn trao đổi ion, mg N2i lượng amoni thoát khỏi cột giai đoạn tái sinh ứng với thể tích nước chảy qua cột Vi, mg vµ: N2i = [NH4]i Vi Víi [NH4]i lµ nồng độ amoni thoát khỏi cột ứng với thể tích Vi, mg/l Vi thể tích dung dịch tái sinh chảy qua cột, lít Hiệu suất tái sinh độ cứng xác định tương tự hiệu suất tái sinh amoni 4.2.2.1 ảnh hưởng tốc độ dòng chảy Nồng độ amoni độ cứng thoát khỏi cột tốc độ khác hiệu suất tái sinh tương ứng ghi bảng 4.6 (với NaCl 10%) Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 74 Bảng 4.6 Nồng độ amoni, độ cứng thoát khỏi cột hiệu suất tái sinh tốc độ khác Thể tích nước Nồng độ amoni tốc độ chảy qua cột , lít Hiệu suất tái sinh amoni tốc ®é kh¸c nhau, kh¸c nhau, mg N/l % ThĨ 2,5 5,0 7,5 0,15 3975 2875 0,30 3575 0,45 5,0 7,5 10,0 3516 3800 47,7 34,5 42,2 45,6 3917 3354 2900 90,6 81,5 82,4 80,4 154 1104 455 731 92,4 94,8 87,9 89,2 0,60 89 300 160 92,5 95,8 91,5 91,1 0,75 0,7 4,3 84 32 92,5 95,9 92,5 91,5 tích nước 10,0 2,5 Độ cứng tốc độ khác Hiệu suất tái sinh độ nhau, mg CaCO3/l cứng tốc độ khác chảy qua cột, lít nhau, % 2,5 §é cøng cđa dung 7000 5,0 7,5 10,0 6900 4330 2,5 5,0 7,5 10,0 6900 7500 4200 dÞch muèi 10% 0,15 4600 4300 10,4 12,4 10,4 9,2 0,30 22200 17400 16200 17800 45,3 42,9 33,8 31,6 0,45 18200 13600 13200 15200 70,9 62,3 49,6 48,4 0,60 14200 12000 12200 13200 87,4 77,1 62,9 60,8 0,75 10200 9600 11000 11600 94,8 85,0 73,2 69,7 0,9 8800 9600 11400 98,9 89,3 80,0 78,2 Trần Mai Phương 8400 Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 75 Kết bảng 4.6 cho thấy tốc độ dòng chảy ảnh hưởng ®Õn hiƯu st t¸i sinh ®é cøng (Ca, Mg) nhiỊu hiệu suất tái sinh amoni Để tiết kiệm lượng dung dịch tái sinh, nên tái sinh với tốc ®é gÊp 2,5 lÇn thĨ tÝch cđa líp nhùa trao đổi ion (tính giờ) nên thu hồi phần nước cuối chu kỳ tái sinh (40 - 50% lượng dung dịch tái sinh) để tái sinh cho giai đoạn sau Cũng qua bảng số liệu ta thấy tái sinh Ca 2+ Mg 2+ khó khăn tái P P P P sinh amoni: Để tái sinh 90% amoni cần lượng dung dịch tái sinh lần thể tích nhựa trao đổi, lượng dung dịch tái sinh tái sinh nhỏ 70% độ cứng Điều ®é chän läc cđa nhùa ®èi víi Ca 2+ P P Mg 2+ cao nhiều so với amoni dung dịch muối đà có sẵn tạp P P chất canxi magiê mà chủ yếu magiê với nồng độ cao (1680 mg/l) cản trở trình tái sinh độ cứng Và hao hụt dung lượng tĩnh nhựa chủ yếu tái sinh canxi không triệt để 4.2.2.2 ảnh hưởng pH Do pH ¶nh h­ëng tíi tØ lƯ NH3/NH4 + nên pH ảnh hưởng tới hiệu P P trình tái sinh Tại pH cao, tỉ lƯ NH3/NH4 + cao vµ NH4 + nhùa P P P P trao ®ỉi ion cã thĨ chun vỊ dạng trung hoà dễ thoát dung dịch Do ®ã t¸i sinh ë pH cao cã thĨ tiÕt kiƯm lượng dung dịch tái sinh Kết thí nghiệm ảnh hưởng pH đến hiệu tái sinh nhựa trao đổi cation ghi bảng 4.7 Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 76 Bảng 4.7 Nồng độ amoni, độ cứng thoát khỏi cột hiệu suất tái sinh pH khác Thể tích nước chảy qua cột, lít Nồng độ amoni pH khác nhau, mg N/l Hiệu suất tái sinh amoni pH khác nhau, % 8,02 9,01 10,0 11,0 8,02 9,01 10,0 11,0 0,15 3150 3450 4150 4100 36,8 40,3 48,4 47,9 0,30 4475 4275 4000 3888 89,0 90,2 95,1 93,2 0,45 345 305 297 292 93,0 93,7 98,6 96,6 0,60 13 94 6.5 23 93,2 94,8 98,7 96,9 0,75 2,5 0,7 2,1 93,2 94,9 98,7 96,9 0,9 2,1 0,3 0,5 93,3 94,9 98,7 96,9 Thể tích nước chảy Độ cứng pH khác Hiệu suất tái sinh độ cứng pH kh¸c qua cét, lÝt nhau, mg CaCO3/l nhau, % 8,02 9,01 10,0 11,0 Độ cứng dung 8300 dịch mi 10% sau ®iỊu chØnh pH 8000 1700 300 4800 6400 1950 8,02 9,01 10,0 11,0 0,15 3900 0,30 20000 20400 18800 9100 36,8 40,6 48,9 25,3 0,45 19200 18200 13600 11000 62,7 64,8 73,7 50,7 0,60 14200 15000 8700 8200 76,6 81,4 88,3 69,4 0,75 13600 12600 5500 5600 89,2 92,3 96,2 82,0 0,9 10000 10000 1300 93,2 97,0 Trần Mai Phương - 9,1 11,3 13,2 - 4,5 84,3 Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 77 Kết bảng 4.7 cho thấy khác với mong đợi, pH ảnh hưởng không đáng kể đến hiệu tái sinh nhựa trao đổi ion, chí pH = 11 hiệu tái sinh giảm tạo thành kết tủa CaCO3 Mg(OH)2 bám lên bề mặt hạt trao đổi ion, có nghĩa Ca Mg không thoát dung dịch Sau tái sinh để sử dụng tiếp nhựa cần phải rửa kết tủa bám bề mặt Ngoài tăng pH lên cao, đặc biệt với pH = 11 tiêu tốn lượng xút lớn pH tạo thành kết tủa Mg(OH)2, mà dung dịch muối 10% nồng độ Mg cao (khoảng 1600 mg/l) Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 78 Kết luận Kết khảo sát trình trao đổi amoni cột cationit tái sinh dung dÞch mi NaCl 10% cho thÊy: - Xư lý amoni nước ngầm nhựa trao đổi ion biện pháp thích hợp cho xử lý nước cấp qui mô nhỏ (hộ gia đình) - Tốc độ trao đổi nhựa cationit nhanh: với khoảng tốc ®é - 40 lÇn thĨ tÝch líp nhùa cationit, việc sử dụng cột bị ảnh hưởng tốc độ dòng chảy - Thông số ảnh hưởng tới hiệu tách loại amoni cột độ cứng nồng độ amoni ban đầu nước cần xử lý - Trong khoảng nồng độ amoni 10 - 70 mg N/l độ cứng 50 - 400 mg CaCO3/l, thể tích nước thu xác định theo công thức: (491,54 90,725 ln[NH ]).(544,1 − 76,405 ln[cung ]) , l/l nhùa trao ®ỉi ion + V= 135 - Chế độ tái sinh nhựa cationit thích hợp: Nồng độ dung dịch NaCl 10%, tốc độ khoảng 2,5 lần thể tích lớp nhựa trao đổi ion (tính giờ), lượng dung dịch tái sinh lần thể tích lớp nhựa trao đổi ion cần tái sinh Chúng ta cần lưu ý sử dụng phương pháp trao đổi ion có số nhược điểm, ví dụ: - Muốn sử dụng có hiệu phải biết đặc trưng nguồn nước - Phải có hướng dẫn sử dụng chi tiết: lượng nhựa sử dụng, lượng nước đạt tiêu chuẩn thu được, tốc độ dòng chảy, chế độ tái sinh, Đặc biệt, trình trao đổi ion canxi chất cần cho thể vận hành không Ca bịt chặt lại làm tác dụng nhựa trao đổi ion; - Nguyên liệu tái sinh (muối ăn thông thường) dễ kiếm chất lượng không ổn định nên hiệu tái sinh không mong muốn (giảm phần nhỏ hiệu tái sinh) Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 79 Tuy có số điểm hạn chế phương pháp trao đổi ion có ưu điểm bật có lợi như: - Tốc độ xử lý nhanh; - Thiết kế không phức tạp; - Bảo dưỡng, bảo hành không khó khăn; - Nhựa trao đổi ion dễ kiếm vật liệu tái sinh rẻ; - Chất lượng đầu ổn định Song song với phương pháp xử lý vi sinh, phương pháp trao đổi ion nhựa cationit sử dụng để xử lý amoni tính chọn lọc không cao amoni clinoptilolit lại có dung lượng trao đổi lớn, tốc độ trao đổi nhanh dễ tái sinh Từ kết nghiên cứu thấy tốc độ hiệu xử lý amoni phương pháp trao đổi ion cao ổn định Đặc biệt phương pháp trao đổi ion xử lý amoni nước ngầm nồng độ cao (tới 70 mg N/l) Trên thực tế, ô nhiễm amoni số địa phương nước ta có tính đặc thù, thể hàm lượng amoni cao (Hà Nội: - 20 mg/l; Hà Nam: 30 - 100 mg/l;) Vì thế, việc nghiên cứu phương pháp trao đổi ion để xử lý amoni nước ngầm qui mô hộ gia đình cần thiết Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 80 Tài liệu tham khảo U Tiếng Việt Lờ Văn Cát (1999) Cơ sở hoá học kỹ thuật xử lý nước NXB Thanh Niên, Hà Nội Lê Văn Cát (2002) Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải NXB Thống Kê, Hà Nội Trần Thị Kim Hoa (2004) Chế tạo than hoạt tính từ phế liệu nông nghiệp phương pháp đốt yếm khí ứng dụng xử lý nướC.Luận văn thạc sĩ hoá học Hà Nội Nguyễn Văn Khôi (2002) Báo cáo kết nghiên cứu năm 2001 2002 Đề tài nghiên cứu xử lý nước ngầm nhiễm amoni Lao Động (2002) Báo động nhiễm amoni nước ngầm Bắc Bộ 16TU http://www vnexpress net/Vietnam/Khoa-hoc/2002/03/3B9BA058/, U16T thứ năm, 14/3/2002 Đoàn Loan (2003) Nhiều khu vực nước ngầm Hà Nội đà ô nhiễm nặng http://www vnexpress net/Vietnam/xa-hoi/2003/06/3B9C91BB/, thứ tư, 25/6/2003 Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002) Giáo trình công nghệ xử lý nước thải NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Nhị (2004) Xây dựng mô hình áp dụng kỹ thuật sinh học khử nitơ liên kết nước ăn uống (2003 - 2004) Bản tóm tắt báo cáo tổng kết dự án Hà Nội Nguyễn Hữu Phú (2001) Nghiên cøu xư lý mét sè chÊt « nhiƠm ngn nước tự nhiên sinh hoạt Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp trung tâm, Hà Nội Trần Mai Phương Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 81 10 Nguyn Th Thu Thuỷ (2003) Xử lý nước cấp sinh hoạt công nghiệp NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội TiÕng anh 11 Nguyen Viet Anh, Nguyen Van Tin, Tran Duc Ha, Tran Hieu Nhue, Leu Tho Bach, Kenji Furukawa (2003) First results on nitrogen ammonia removal from ground water by nitrification at CEETIA laB.Annual Report of FY 2003, pp 229 – 233 12 APHA (1970) Standard methods for the examination of water and wastewater 14 th Edition, Washington D C 13 T.V Arden (1968) Water purification by ion exchange London, Butterworths 14 B.A.Bolto, L Pawlowski (1987) Wastewater treatment by ion exchange London E & F N Spon New York 15 Le Van Cat, Le Van Lam, J Proeter, C.Gollnisch (2006) Arsenic and ammonia removal from ground water by combination of filtration and plant cultivation Workshop program “Supplied Water Quality: Challenges and Solutions”, Ha Noi 16 Le Van Chieu, Cao The Ha, Urs von Gunten, Michael Berg (2006) Solution for ammonium removal in Phap Van pilot plant Workshop program “Supplied Water Quality: Challenges and Solutions”, Ha Noi 17 NguyÔn Thi Hai Duong, Leu Tho Bach, Kenji Furukawa, Takao Fujii and Tran Hieu Nhue (2003) High rate nitrification treatment of ammonium nitrogen polluted groundwater using a novel acryl resin Fiber for Biomass attachment Annual Report of FY 2003, pp 234 251 18 Kenji Furukawa, NguyÔn Thi Hai Duong and Leu Tho Bach (2003) Nitrification of groundwater contaminated with NH4 + using a P Trần Mai Phương P Luận văn cao học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công Nghệ Môi trường 82 Novel Acryl Resin fiber for Biomass Attachment Annual Report of FY 2003, pp 223 – 228 19 E A Glysson, D E Swan, and E S Way (1985) Innovation in the water and wastewater Fields Butterworth publishers Boston London 20 Metcalf & Eddy, Inc (1991) Wastewater Engineering - Treatment, Disposal and Reuse Mc Graw-Hill, New York 21 WEF (1998) Biological and chemical systems for nutrient removal Special purrication Alexandria USA Trần Mai Phương Luận văn cao học Tóm tắt luận văn Amoni tạp chất có hại thường có mặt nước ngầm hầu hết địa phương thuộc vùng đồng sông Hồng Amoni không gây độc trực tiếp cho người sản phẩm chuyển hoá từ amoni nitrit, nitrat yếu tố gây độc Vì xử lý amoni nước ngầm cần thiết Hiện có bốn phương pháp xử lý nước có chứa amoni: sục khí pH cao, clo hoá điểm đột biến, phương pháp vi sinh phương pháp trao đổi ion Đối với qui mô nhỏ, phương pháp trao đổi ion có nhiều ưu điểm so với phương pháp khác Tuy nhiên, loại vật liệu trao đổi ion có dung lượng độ chọn lọc cao amoni loại zeolit tự nhiên, có tên gọi clinoptilolit Việt Nam khó tái sinh Một loại chất trao đổi ion tổng hợp thông dụng, dễ tìm kiếm dùng phỉ biÕn c«ng nghƯ xư lý n­íc ë n­íc ta nhựa cationit Vật liệu tính chọn lọc không cao amoni lại có dung lượng trao đổi lớn, tốc độ trao đổi nhanh dễ tái sinh Các ion có tính cạnh tranh cao amoni trình trao đổi ion nhựa cationit Ca 2+ Mg 2+ tính chọn lọc chúng cao nồng độ chúng thường cao amoni, chúng yếu tố cần đặc biệt quan tâm trình xử lý amoni phương pháp trao đổi ion P P P P Với mục đích áp dụng phương pháp trao đổi ion để xử lý amoni cho nước sinh hoạt qui mô nhỏ, luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng, tốc độ dòng chảy nồng độ amoni ban đầu lên hiệu xử lý amoni nhựa cationit Kết nghiên cứu cho thÊy: - Tèc ®é trao ®ỉi cđa nhùa cationit rÊt nhanh: khoảng tốc độ - 40 lần thể tÝch líp nhùa cationit (tÝnh mét giê), viƯc sư dụng cột bị ảnh hưởng tốc độ dòng chảy - Thông số ảnh hưởng tới hoạt động cột độ cứng nồng độ amoni ban đầu nước cần xử lý - Trong khoảng nồng ®é amoni lµ 10 - 70 mg N/l vµ ®é cøng lµ 50 - 400 mg CaCO3/l, thĨ tÝch n­íc thu xác định theo công thức: (491,54 − 90,725 ln[NH ]).(544,1 − 76,405 ln[cung ]) , l/l nhùa trao ®ỉi ion + V= 135 Tõ khoá: trao đổi ion, amoni, độ cứng, dung lượng trao ®ỉi tÜnh, chiỊu cao tÇng chun khèi ... R Phương pháp vi sinh phương pháp xử lý tiên tiến, có hiệu quả, đà tiêu chuẩn hoá để xử lý amoni nước thải 1.2.4 Phương pháp trao đổi ion Trao đổi ion phương pháp sử dụng trực tiếp chất trao đổi. .. sau: nhựa trao đổi ion hữu cơ, than trao đổi ion, khoáng vật trao đổi ion, chất trao đổi ion vô tổng hợp 2.2.1 Nhựa trao đổi ion hữu Nhựa trao đổi ion chiếm tỉ trọng lớn toàn chất trao đổi ion ®ang... xử lý amoni nước bao gồm: sục khí, clo hoá điểm đột biến, phương pháp vi sinh trao đổi ion Với mục đích áp dụng phương pháp trao đổi ion để xử lý amoni cho nước sinh hoạt vật liệu trao đổi ion