Nghiên cứu khảo sát quy trình xử lý arsenic trong nước sinh hoạt bằng ôxít nhôm hoạt tính (y al2o3)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA oOo NGUYỄN LÊ ANH TUẤN NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT QUY TRÌNH XỬ LÝ ARSENIC TRONG NƯỚC SINH HOẠT BẰNG ÔXÍT NHÔM HOẠT TÍNH (γ-Al2O3) CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC MÃ SỐ NGÀNH: 2.10.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒØ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2006 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN ĐÌNH THÀNH CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: TS NGUYỄN THIẾT DŨNG CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: TS NGÔ MẠNH THẮNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐƯC BẢO VỆ TẠI HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÀO NGÀY 26 THÁNG 08 NĂM 2006 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN LÊ ANH TUẤN Phái Nam Ngày, tháng, năm sinh: 11/ 11/ 1977 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Công Nghệ Hoá Học Mã số HV: CNHH13.036 I.TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu khảo sát quy trình xử lý arsenic nước sinh hoạt ôxít nhôm hoạt tính (γ-Al2O3) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Khảo sát khả xử lý arsenic nước sinh hoạt γ-Al2O3 quy mô phòng thí nghiệm So sánh khả xử lý arsenic γ-Al2O3 với vật liệu khác Đề xuất quy trình xử lý arsenic nước sinh hoạt γ-Al2O3 III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/05/2005 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/03/2006 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Đình Thành CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy hướng dẫn TS Nguyễn Đình Thành tận tình dạy bảo, truyền đạt kinh nghiệm nghiên cứu q báu, cách làm việc khoa học công việc, động viên giúp đỡ tận tình để em hòan thành luận án Em xin chân thành cám ơn thầy Trường Đại học Bách khoa tần tình giúp đỡ em thời gian học tập trường Em xin chân thành cám ơn đồng nghiệp làm việc Trung tâm Chất lượng nước Môi trường – Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thành viên Phòng Xúc Tác & Công Nghệ Môi Trường, Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng giúp đỡ em hoàn thành luận văn Một lần xin cám ơn tất thầy cô bạn bè khóa K13, giúp đỡ em suốt năm học cao học Nguyễn Lê Anh Tuấn Tóm tắt Luận án thạc sĩ trình bày kết thực nghiên cứu ”Nghiên cứu, khảo sát quy trình xử lý arsenic nước sinh hoạt ơxít nhơm hoạt tính – γ-Al2O3” As kim loại phổ biến Nó tồn nguồn nước tự nhiên hai dạng vơ hữa Tuy nhiên có dạng vơ As(V) As(III) có hàm lượng đáng kể nước Luận án quan tâm đến dạng As(V) nước sinh hoạt, điều kiện cấp nước thơng thường hầu hết dạng As(III) chuyển thành dạng As(V) Nghiên cứu cho thấy γ-Al2O3 bùn đỏ có khả xử lý As(V) khỏi nước sinh hoạt Kết nghiên cứu hấp phụ bể cột cho thấy γ-Al2O3 bùn đỏ có khả xử lý As(V) nước phương pháp hấp phụ Nồng độ As(V) nước sau xử lý nhỏ TCVN 50μg/L Và giá thành xử lý 1m3 nước ô nhiễm As(V) 7.500 đồng Giá thành chấp nhận điều kiện kinh tế Việt Nam Abstract This paper is the results of detailed studies on “As removal from tap - water using γ-Al2O3” This is a part of the master of chemical engineering course As is metal which are popular They can exits in natural water resources in both organic and inorganic forms However, only the inorganic forms, As(V) and As(III) have remarkable amounts in water In this studies, we interested in only As(V) because in nomal conditions almost all As(III) forms changes to As(V) forms This studies show that γ-Al2O3 and red mud can remove As(V) forms form tap - water very well The resuslts observes in batch and column studies indicate that γ-Al2O3 and red mud is suitable absorbent for reducing As(V) concentration in water The concentration of As(V) in the post - treatmented water samples is lower than Vietnamese standard of tap – water (50μg/L) And the cost for treatment of 1m3 arsenic polluted water is 7,500 VND This cost could be accepted in Vietnam MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 1.1.1 As: 1.1.2 As nguồn nước: 1.1.3 Tác động As đến người: 1.1.4 Các phương pháp xử lý As nước: a Phương pháp hấp phụ: b Phương pháp trao đổi ion: c Phương pháp kết tủa: d Phương pháp ôxy hoá: 10 e Phương pháp màng lọc: 10 f Các phương pháp khác: 10 1.2 GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ: 11 1.2.1 Hấp phụ: 11 a Hấp phụ vật lý: 11 b Hấp phụ hóa học: 11 1.2.2 Động học trình hấp phụ: 12 1.2.3 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt: 14 a Phương trình Freundlich: 14 b Phương trình Langmuir: 15 1.2.4 Hấp phụ môi trường nước: 17 1.2.5 Giải hấp phụ: 19 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 21 2.1 VẬT LIỆU HẤP PHỤ DÙNG TRONG NGHIÊN CỨU: 21 2.1.1 Ơxít nhơm hoạt tính: 21 2.1.2 Ơxít nhơm tẩm Fe: 21 2.1.3 Bùn đỏ biến tính: 22 2.2 TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU: 23 2.2.1 Bề mặt riêng vật liệu: 23 2.2.2 Nhiễu xạ tia X: 23 2.2.3 Phổ IR: 23 2.2.4 Khối lượng riêng: 23 2.3 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ As TRONG NƯỚC: 24 2.3.1 Mẫu nghiên cứu: 24 2.3.2 Phân tích mẫu: 25 2.3.3 Thí nghiệm hấp phụ bể: 26 2.3.4 Ảnh hưởng chất khác: 26 2.3.5 Thí nghiệm hấp phụ cột: 27 2.3.6 Thí nghiệm phục hồi vật liệu: 28 2.4 XÂY DỰNG QUY TRÌNH XỬ LÝ As TRONG NƯỚC SINH HOẠT: 29 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 31 3.1 ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU: 31 3.2 KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU: 32 3.2.1 Thí nghiệm bể: 32 3.2.2 Ảnh hưởng chất khác nước ngầm: 40 3.2.3 Thí nghiệm hấp phụ cột: 41 3.2.4 Phục hồi vật liệu: 44 3.2.5 Lựa chọn vật liệu dùng thực tế: 45 3.3 QUY TRÌNH XỬ LÝ As TRONG NƯỚC SINH HOẠT: 46 KẾT LUẬN 51 KIẾN NGHỊ 53 PHỤ LỤC DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1: Một số tiêu chuẩn As nước sinh hoạt (μg/L) Bảng 2.1: Hàm lượng chất mẫu nghiên cứu 25 Bảng 3.1: Tính chất vật liệu hấp phụ 31 Bảng 3.2: Giá trị Q (μg/g) thí nghiệm bể 35 Bảng 3.3: Kết áp dụng phương trình Langmuir Freundlich 39 Bảng 3.4: Giá trị dung lượng Q thí nghiệm cột (μg/g) 42 Bảng 3.5: Thông số thiết bị xử lý As 48 Bảng 3.6: Thông số thiết bị xử lý As với quy mô cụm dân cư 50 DANH SÁCH HÌNH Hình 3.1: Nồng độ As(V) thí nghiệm hấp phụ bể Co = 100μg/L 32 Hình 3.2: Nồng độ As(V) thí nghiệm hấp phụ bể Co = 200μg/L 33 Hình 3.3: Nồng độ As(V) thí nghiệm hấp phụ bể Co = 500μg/L 33 Hình 3.4: Nồng độ As(V) thí nghiệm hấp phụ bể Co = 750μg/L … 34 Hình 3.5: Nồng độ As(V) thí nghiệm ảnh hưởng chất khác 41 Hình 3.6: Biểu đồ đường cong thoát vật liệu 43 Hình 3.7: Biểu đồ đường cong thoát vật liệu 43 Hình 3.8: Biểu đồ đường cong vật liệu 44 Hình 3.9: Ảnh hưởng nồng độ NaOH đến hiệu suất phục hồi vật liệu 45 MỞ ĐẦU Nguồn nước điều mong mỏi nhiều quốc gia giới Hiện nay, tỷ người giới thường xuyên thiếu nguồn nước để sử dụng Việt Nam quốc gia đối đầu với tình trạng khan nguồn nước dùng cho mục đích dân sinh, kinh tế xã hội Nhất khu vực nông thôn, nơi mà nguồn nước cấp chưa đầy đủ đảm bảo yêu cầu chất lượng nguồn nước cấp cho sinh hoạt Arsenic (thạch tín – As) kim loại nặng gây độc cho người, As có nguồn gốc từ trầm tích thường xuất pyrite có nhiều đồng châu thổ mà điển hình Đồng châu thổ sông Hồng Đồng châu thổ sông Cửu Long Qua nghiên cứu quan khoa học nước thực thời gian qua cho thấy hàm lượng As nước ngầm cao (khoảng 100 - 200µg/L, cá biệt có trường hợp >500µg/L) vuợt xa tiêu chuẩn As nguồn nước cấp cho sinh hoạt [4] Chính nhu cầu xử lý lượng As nguồn nước nhu cầu cần thiết Trong thời gian qua có số nghiên cứu thực nhằm mục tiêu loại bỏ hay hạn chế thành phần As nguồn nước Trong phương pháp nghiên cứu phương pháp dùng xúc tác để xử lý thành phần As nước phương pháp cho hiệu cao Trong nguồn nước tự nhiên As tồn hai dạng As(III) As(V), thành phần As(III) có độc tính cao dễ bị ôxy hoá thành As(V) điều kiện tự nhiên cho phép [1] “Nghiên cứu khảo sát quy trình xử lý arsenic nước sinh hoạt ơxít nhơm hoạt tính (γ-Al2O3)“ thực nhằm hồn thiện khả xử lý vật liệu ơxít nhơm hoạt tính As nguồn nước cấp cho sinh hoạt, so sánh khả xử lý loại vật liệu khác xây dựng quy Trang TI LIU THAM KHO Lê Văn Cát, HÊp phơ vμ trao ®ỉi ion kû tht xư lý nớc v nớc thải, Trung tâm Khoa học tự nhiên Quốc gia (2002) Nguyễn Đình Thnh, Nghiên cứu quy trình chế tạo -Al2O3 v vật liệu gốm tổ hợp LaMnO3/-Al2O3, Sở Khoa học công nghệ TpHCM (2004) Nguyễn Trọng Uyển, Trần Hồng Côn, Phạm Hùng Việt, Hong Văn H, Nghiên cứu sử dụng quặng limonith (đá ong) lm tác nhân hấp phụ loại bỏ Arsen Tạp Chí Hoá Học, T.38, (2000) Trung tâm nớc v vệ sinh môi trờng quốc gia, Báo cáo đánh giá trạng cấp nớc khu vực Đồng sông Cöu Long (2005) Ecole Thematique Franco – Vietnamienne “Gestion et Traitements des Dechets Solides” Do Son, 16 – 26/9/2002 Hsing Lung Lien, Richard T Wilkin High – Level arsenite removal from groundwater by zero – valent ion Chemosphere 59 (2005) Hulya Genc Fuhrman, Arsenic removal from water using seawater neutralised red mud (Bauxsol), Technical University of Denmark (2004) H Soner Altundogan, Sema Altundogan, Fikret Tumen, Mennune Bildik, Arsenic adsorption from aqueous solutions by activated red mud, Firat University, Turkey (2001) Jozsef Hlavay, Klara Polyak, Determination of surface properties of iron hydroxide coated alumina adsorbent prepared for removal of arsenic from drinking water, University of Veszprem, Hungary (2004) 10 Kaoru Ohe, Yasuyuki Tagai, Shigeo Nakamura, Tatsuya Oshima, Yoshinari Baba, Adsorption behavior or arsenic(III) and arsenic(V) by manetite, Univesity of Miyazaki, Japan (2005) 11 Maurice S.Onyango, Hitoki Matsuda, Tom Ogada, Sorption kinetics of arsenic onto iron conditioned zeolite, Nagoya University, Japan (2003) 12.Niehs, Arsenic and certain arsenic compounds eighth refort on carcinogens National Institute of Enrivonmental Health science, Triangle Park, NC OMS (2001) 13.Olivier X Leupin, Stepan J Hug, Oxidation and removal of arsenic(III) from aerated groundwater by filtration throung sand and zero valent iron, Swiss Federal Insitute for Enviromental Science and Technology, (2004) 14.Pichler T (1999), Environment Science and Technology 33 (1999) 15.S Fedorf, M.J Eick, Arsenate and Cromate retention mechanism on goethile Environ Sci Technol 31 (1997) 16 Sun Back Bang, George P Korfiatis, Xiao Quang Meng J Hazardous Material, 2005 17.Wilson R, Chronic arsenic poisonning: History, study and remediation http:// phys harvard.edu ~ wilson/ arsenic (2002) 18 World Bank, Guide line about arsenic (2002) 19.U.S Environmential Protection Agency, Imflemetation guidance for the Arsenic Rule, USPA Washington DC (2002) 20.U.S Environmential Protection Agency, Aresenic treatment technology evaluation handbook for small systems (2003) 21 VK Gupta, VK Saini, Neeraj Jain, Adsorption of As(III) from aqueous solutions by iron oxide sand, Indian Institute of Technology Roorkee, Indian (2005) 22 Vinh Nguyen Tien, Durgananda Singh Chaudhary, Huu Hao Ngo, Saravanamuthu Vigneswaran, Arsenic in water : Concerns and treatment technologies, Unversity of Technology Syney, Australia (2003) 23.Y.H.Lee, I.H.Um and J Yoon Environ, Sci Technol 37 (2003) 24.Y Kim, B Lee and J Yi Sep Sie Technology 38 (2003) CHỮ VIẾT TẮT AAS: Quang phổ hấp phụ nguyên tử BET: Phương pháp xác định bề mặt riêng vật liệu cách hấp phụ nitơ nhiệt độ nitơ lỏng IR: Quang phổ tia hồng ngoại pH: Giá trị độ pH TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam WHO: Tổ chức y tế giới WB: Ngân hàng giới XRD: Quang phổ nhiễu xạ tia X LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Lê Anh Tuấn Ngày, tháng, năm sinh: 11/11/1977 Nơi sinh: Tiền Giang Địa liên lạc: 344 chung cư Bàu Cát, Phường 14, Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO 1995 – 2000: Học đại học Khoa Công nghệ Hóa học - Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh 2002 – 2006: Học cao học Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC 2000 – nay: Cơng tác Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN VỚI ĐỀ TÀI The arsenic removal from aqueous solutions using modified alumina and red mud – Trình bày Hội thảo “ First VAST - CNRS Wrorkshop Catalysis for Environment – Hue 5-6/01/2006” Viện Khoa học Vật liệu kết hợp với CNRS Ambassade De La France Au Vietnam đồng tổ chức ... phép [1] ? ?Nghiên cứu khảo sát quy trình xử lý arsenic nước sinh hoạt ơxít nhơm hoạt tính (γ -Al2O3)? ?? thực nhằm hồn thiện khả xử lý vật liệu ơxít nhơm hoạt tính As nguồn nước cấp cho sinh hoạt, so... NỘI DUNG : Khảo sát khả xử lý arsenic nước sinh hoạt γ-Al2O3 quy mô phòng thí nghiệm So sánh khả xử lý arsenic γ-Al2O3 với vật liệu khác Đề xuất quy trình xử lý arsenic nước sinh hoạt γ-Al2O3... năm sinh: 11/ 11/ 1977 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Công Nghệ Hoá Học Mã số HV: CNHH13.036 I.TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu khảo sát quy trình xử lý arsenic nước sinh hoạt ôxít nhôm hoạt tính (γ-Al2O3)