Nghiên cứu hoạt hóa bùn thải từ quá trình tuyển quặng tại mỏ bauxite bảo lộc lâm đồng thành chất hấp phụ ion kim loại trong nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA W"X TRẦN BẢO PHÚC NGHIÊN CỨU HOẠT HÓA BÙN THẢI TỪ QUÁ TRÌNH TUYỂN QUẶNG TẠI MỎ BAUXITE BẢO LỘC – LÂM ĐỒNG THÀNH CHẤT HẤP PHỤ ION KIM LOẠI TRONG NƯỚC Chuyên ngành : Công nghệ Môi trường Mã số : 60 85 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH - THÁNG 07 - 2010 Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ Chương MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI - Việt Nam xác định nước có nguồn Bauxite lớn giới Tổng trữ lượng quặng bauxite xác định tài nguyên dự báo khoảng 5,5 tỷ (đứng thứ giới), khu vực miền Bắc khoảng 91 triệu tấn, lại tập trung chủ yếu khu vực miền Nam khoảng 5,4 tỷ [1] - Nguồn tài nguyên bauxite Việt Nam tập trung chủ yếu tỉnh khu vực Tây Nguyên chiếm 98,2%; Đăk Nông khoảng 3,4 tỷ (chiếm 63% tổng trữ lượng), Lâm Đồng khoảng 975 triệu (chiếm 18%), Gia Lai Kon Tum khoảng 806 triệu (chiếm 15%) Bình Phước khoảng 217 triệu (chiếm 4%)… [1] - Quặng bauxite chưa qua tuyển rửa gọi quặng bauxite nguyên khai hay quặng bauxite thô Quặng bauxite qua tuyển rửa gọi quặng tinh hay quặng cô đặc Cần nhấn mạnh nước thải chứa quặng đuôi có màu đỏ bùn đỏ Do không chứa hóa chất nên nước bùn chứa quặng đuôi chất thải độc hại - Với hệ số thu hồi 50 % quặng nguyên khai ta thu hồi quặng tinh thải quặng đuôi Và với hàm lượng oxyt nhôm trung bình 49,74% với 2,7 triệu quặng tinh ta sản xuất khoảng 1,3 triệu alumin Lượng nước cần có cho trình tuyển rửa vấn đề cần phải xem xét việc thu xếp nguồn cung cấp nước cho sản xuất Quá trình khai thác bauxit chế biến alumin cần lượng nước lớn, trung bình để sản xuất alumin (bao gồm việc tuyển 2,5 quặng tinh) cần 30m3 nước Với hệ số tuần hoàn đạt 60% lượng nước cần bổ sung để sản xuất Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ alumin 12 m3, riêng lượng nước cho việc tuyển rửa quặng m3 nước/1 m3 quặng [3] - Mỏ Bauxite Bảo Lộc Nhà máy trực thuộc Công ty TNHH MTV hóa chất Miền Nam Đây Nhà máy tuyển quặng Bauxite làm nguyên liệu sản xuất Hydroxyt nhôm cho Nhà máy hóa chất Tân Bình làm phụ gia cho nghành sản xuất xi măng Công suất thiết kế khai thác mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng 100.000 quặng tinh Bauxite /năm với hàm lượng Al2O3(49%), Fe2O3 (22%), SiO2(4%) tương ứng tạo 95.000 quặng đuôi/năm Tỉ lệ bùn thải quặng tinh gần m3 bùn thải/tấn quặng tinh, qui đổi thành 500 m3 bùn thải/ngày Lượng nước sữ dụng hàng ngày 13.000 m3/ngày lượng nước hoàn lưu từ trình lắng 526 m3nước/ngày, 774 m3 nước/ngày Nhà máy bơm từ hồ Nam Phương cách khu tuyển quặng 1Km Như vậy, với lượng bùn thải lớn ta cần diện tích đất lớn để thải bỏ Điều gây nhiều ảnh hưởng đến môi trường mối đe dọa đến hệ sinh thái khu vực bùn thải tràn qua bờ đập làm ô nhiễm nước mặt, bùn thải hồ khô phát tán thành bụi mịn gây ô nhiễm không khí, vỡ đập chứa gây tai họa, đáy hồ bị nứt gây ô nhiễm nước ngầm, Hình 1.1: Hồ chứa bùn thải Mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ - Hiện nay, Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) xúc tiến xây dựng, mở rộng dự án khai thác Bauxite khu vực Tây nguyên với quy mô lớn với dự án từ năm 2008 – 2015, điển hình Dự án Tổ hợp bô-xít - nhôm Tân Rai (Lâm Đồng) công suất 600.000 Alumina/năm, Dự án khai thác bô-xít sản xuất alumin Nhân Cơ (Đăk Nông 1) công suất 600.000 Alumina/năm Điều dự báo khối lượng lớn bùn thải phát sinh tương ứng Trên sở đó, việc tìm phương pháp xử lý để tái sử dụng bùn thải vào mục đích có lợi nhằm hạn chế ảnh hưởng đến môi trường từ hồ lưu giữ bùn thải cần thiết [1] - Hình 1.2 Văn phòng Mỏ Bauxite Bảo Lộc Hình 1.3 Xưởng tuyển quặng 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xử lý bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ nhằm loại bỏ ion kim loại nước ngầm nước thải Mục tiêu loại bỏ As(V) nước 1.3 ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU - Bùn thải sử dụng nghiên cứu phát sinh từ giai đoạn tuyển rửa quặng bauxite mỏ bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng qua số xử lý sơ như: sấy khô, nghiền mịn Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ - Dung dịch chứa ion kim loại pha phòng thí nghiệm theo qui trình sau : mẫu giả chứa As(V) pha nước cất với Na2HAsO4.7H2O với nồng độ thích hợp làm mẫu nước trước xử lý 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.4.1 Phương pháp tham khảo, tổng hợp tài liệu - Điều tra, phân tích số liệu tính chất bùn thải khu tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng Tìm hiểu nghiên cứu công nghệ xử lý bùn thải thực áp dụng nước - Tham khảo nghiên cứu trình hoạt hóa động học trình hấp phụ thực để từ phân tích, tổng hợp xác định hướng nghiên cứu 1.4.2 Phương pháp phân tích [8] ; [22] ; [28] Việc phân tích tiêu hóa lý thực thường xuyên trình nghiên cứu Cụ thể sau : - Phân tích nồng độ kim loại dung dịch máy đo ICP –AES (ICP Hình 1.4: Thiết bị ICPE 9000 (Viện môi trường tài nguyên – ĐH Quốc Gia TP.HCM) Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ - Đo bề mặt riêng vật liệu theo phương pháp BET tương ứng với thiết bị phân tích NOVA 2200e Hình 1.5: Thiết bị đo BET NOVA 2200e (Trung tâm lọc dầu– ĐH Bách Khoa TP.HCM) - XRD (X-Ray Diffraction) phương pháp nhiễu xạ tia X cho phép định lượng vật liệu Hình 1.6: Thiết bị đo XRD – D&ADVANCE8 ( Phòng thí nghiệm điểm Quốc gia, ĐH Quốc Gia TP.HCM) 1.4.3 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa [14] - Quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa qui trình hoạt hóa: bố trí thí nghiệm để tìm nhiệt độ nung, thời gian nung, nồng độ acid, thời gian hoạt hóa, nhiệt độ hoạt hóa tối ưu nhằm đạt hiệu hấp phụ kim loại nước cao với chi phí sản xuất chấp nhận Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ - Khi nghiên cứu qui trình hoạt hóa tiến hành quy hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần để tìm phương trình hồi quy thể mối quan hệ hiệu hấp phụ kim loại với yếu tố tác động nồng độ acid, nhiệt độ hoạt hóa thời gian hoạt hóa Tiếp đó, thực tối ưu hóa trình hấp phụ ion kim loại As(V) dung dịch cách sử dụng phương pháp luân phiên biến 1.4.4 Phương pháp xử lý số liệu - Phần mềm Design – Expert dùng để thiết kế thí nghiệm phân tích số liệu thu theo phương pháp sử dụng bề mặt đáp ứng Phương pháp bề mặt đáp ứng gồm loạt kỹ thuật xử lý nhằm tìm giá trị “tốt nhất” đáp ứng Nếu việc tìm giá trị nằm vùng khảo sát thí nghiệm phương pháp mặt đáp ứng cho biết hệ đáp ứng tổng quát [13] Các phương pháp Box Wilson (1951) đưa ra, Hunter (1957) nhiều tác giả khác Bradley (1958) Davies (1960)… phát triển - Phần mềm Design – Expert (version 7.1.4) tính toán cho dạng phương trình hồi quy có tối đa 50 yếu tố ảnh hưởng với 999 hàm đáp ứng khoảng thời gian ngắn xác Nhờ phần mềm dự đoán kết hàm đáp ứng mong muốn với số liệu thí nghiệm xác định mà không cần phải tiến hành thí nghiệm Ngoài chương trình phần mềm Design - Expert có sẵn dạng đồ thị hàm đáp ứng dạng không gian hai ba chiều để dễ đánh giá kết xác - Sau tính toán xong hệ số phương trình hồi quy, phần mềm Design – Expert kiểm định tính có nghóa chúng loại bỏ hệ số Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ ý nghóa khỏi phương trình Sau tiến hành kiểm định tương thích phương trình hồi quy thực nghiệm dựa vào tiêu chuẩn quy hoạch thực nghiệm 1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu xác định quy trình hoạt hóa bùn thải trình tuyển rửa quặng bauxite thành chất hấp phụ - Nghiên cứu thông số ảnh hưởng đến trình hoạt hóa bùn thải như: Nhiệt độ nung, thời gian nung, nồng độ axit, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng - Nghiên cứu thông số ảnh hưởng đến trình hấp phụ động học hấp phụ bùn thải sau hoạt hóa kim loại As(V) nước - Sữ dụng phần mềm Design Expert để thiết kế thí nghiệm tối ưu hóa thông số khảo sát 1.6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Về điều kiện tự nhiên, điều kiện xã hội, điều kiện nghiên cứu đặt phạm vi miền trung miền nam Việt Nam - Nghiên cứu tập trung vào nội dung trình bày phần 1.5 Các nội dung khác cần có nghiên cứu sâu - Nghiên cứu điều kiện phòng thí nghiệm phải nghiên cứu kỹ điều kiện tự nhiên, xã hội trước áp dụng thực tế 1.7 KẾT QUẢ MONG MUỐN - Tối ưu hóa trình hoạt hóa bùn thải với điều kiện khảo sát - Sản phẩm WM sau trình hoạt hóa đảm bảo điều kiện chất hấp phụ như: bề mặt riêng lớn, có mao quản đủ lớn để phân tử hấp phụ Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ đến bề mặt, cần đủ nhỏ để loại phân tử xâm nhập, có tính chọn lọc, - Chi phí cho trình sản xuất chất hấp phụ WM rẻ, mang lại hiệu kinh tế cao - Ứng dụng hiệu WM trình hấp phụ As(V) dung dịch mẫu giả, mẫu nước ngầm thực tế kết tối ưu hóa yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ khảo sát động học trình hấp phụ 1.8 TÍNH MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.8.1 Tính - Trên góc nhìn rộng giới, nghiên cứu vấn đề xử lý, tái sữ dụng bùn thải từ trình tuyển quặng tiến hành chưa rộng rãi Ở Việt nam, có nghiên cứu bùn thải sau trình tuyển quặng chưa có đề tài nghiên cứu hoạt hóa bùn thải thành chất hấp phụ, ứng dụng chất hấp phụ vào thực tế - Dùng phần mềm Design-Expert để phân tích số liệu, xây dựng phương trình hồi quy, tối ưu hóa trình hoạt hóa hấp phụ 1.8.2 Ý nghóa khoa học - Tối ưu hóa yếu tố ảnh hưởng đến trình hoạt hóa bùn thải thành chất hấp phụ ion kim loại nước - Xác định cách thức điều kiện hoạt hóa nhằm giảm chi phí sản xuất trình xử lý nước ngầm, nước thải có chưa kim loại As(V) - Xác định động học trình hấp phụ ion kim loại As(V) dung dịch Xây dựng phương trình hệ số động học Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ 1.8.3 Ý nghóa thực tiễn - Các nghiên cứu xử lý, tái sử dụng bùn thải từ trình tuyển quặng Bauxite để tạo thành vật liệu ứng dụng xử lý ô nhiễm Việt nam hạn chế Trong lượng bùn thải phát sinh từ trình tuyển rửa quặng Bauxite lớn giai đoạn nay, Mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng nhiều dự án lớn khai thác Bauxite xây dựng vào hoạt động Do cần có biện pháp khả thi để giảm thiểu nguy ô nhiễm môi trường từ hồ chứa bùn thải - Để góp phần làm giảm rủi ro, nguy đe dọa đến môi trường hệ sinh thái đề tài nghiên cứu hướng đến việc tái sữ dụng bùn thải vào mục đích xử lý chất ô nhiễm Đây nghiên cứu có nhiều tiềm triển vọng ứng dụng vào thực tế đề tài Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ 103 % As(V) bị hấp phụ 100 80 60 40 20 0 10 12 14 pH Hình 4.14 Ảnh hưởng pH đến hiệu hấp phụ As(V) WM pH yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến trình hấp phụ As(V) nước Đồ thị 4.14 thể rõ ảnh hưởng pH từ – 12 đến trình hấp phụ As(V), theo pH từ – 7.5 hiệu loại bỏ As(V) dung dịch lên đến >99% Tuy nhiên từ mức pH ~ - 10 có giảm nhẹ hiệu suất hấp phụ bùn thải xuống ~85% tiếp tục giảm mạnh tăng lên pH ~ 12 hiệu suất hấp phụ 50% Giải thích: theo đồ thị 4.15 [29] dãy pH = – ion As(V) có dung dịch chủ yếu dạng H2ASO4-, pH = 8.5 – 12 ion As(V) tồn dạng HAsO42- khoảng pH = – 8.5 As(V) tồn dạng Rõ ràng khả hấp phụ bùn thải As(V) khoảng pH = – 8.5 tương đối tốt dãy pH As(V) tồn dạng ion mang điện tích âm H2ASO4-, HAsO42- Từ mức pH = 6.5 bắt đầu xảy tượng giảm hiệu suất hấp phụ tăng pH bề mặt chất hấp phụ xuất lực Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 104 Luận văn Thạc Sĩ đẩy tónh điện anion hóa trị 2, phần lớn HAsO42- Cơ chế hấp phụ As(V) khoảng pH = 6.5 – kết hợp loại ion âm kim loại As bề mặt điện tích dương sẵn có Trong hiệu suất hấp phụ giảm pH >8 lực đẫy tónh điện vị trí bề mặt hấp phụ mang điện tích âm loại in As mang điện tích âm Điều dễ dàng nhận thấy ưu điểm bùn thải phạm vi rộng pH cho phép ứng dụng rộng rãi vào qua trình xử lý nước uống thực tế Như pH trì mức ≤ hiệu suất hấp phụ diễn tốt đạt yêu cầu xử lý Hình 4.15: Sự phụ thuộc hợp chất Arsenate theo pH [29] 4.4.4 Khảo sát nồng độ As(V) dung dịch Quá trình thực nhằm tìm xác định ảnh hưởng hàm lượng As(V) ban đầu có dung dịch đến trình hấp phụ bùn thải hoạt hóa Cân 0,4g bùn thải hoạt hóa cho hấp phụ với 250ml dung dòch As(V) với nồng độ khác pH = – 7.5 lọc lấy dung dịch thu đem đo nồng độ As(V) lại, kết thu sau: Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ 105 Bảng 4.14 Kết khảo sát nồng độ As(V) ban đầu Hiệu suất Dung lượng hấp phụ hấp phụ, As(%) mg/g Ký hiệu Nồng độ As Nồng độ As mẫu ban đầu (mg/l) laïi (mg/l) WM 0.1 0.1 0.00 100 0.063 WM 0.2 0.2 0.00 100 0.125 WM 0.3 0.3 0.00 100 0.188 WM 0.4 0.4 0.00 100 0.25 WM 0.5 0.5 0.002 99,6 0.3112 WM 0.6 0.6 0.008 98,6 0.37 WM 0.8 0.8 0.010 98,75 0.494 WM 1.0 1.0 0.014 98,62 0.616 WM 1.2 1.2 0.086 92,83 0.696 WM 1.4 1.4 0.278 80.14 0.701 WM 1.6 1.6 0.453 71,69 0.717 WM 1.8 1.8 0.672 63,67 0.705 WM 2.0 2.0 0.865 56,75 0.710 Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước % As(V) bị hấp phụ Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ 106 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Hàm lượng As(V) Hình 4.16: Ảnh hưởng nồng độ As(V) ban đầu đến hiệu hấp phụ bùn thải WM Nhận xét: Từ đồ thị ta nhận thấy hiệu suất hấp phụ tính theo % giảm nồng độ As(V) dung dịch tăng dần Tuy nhiên, xét dung lượng hấp phụ ta thấy nồng độ As(V) tăng từ 1.2 – 2.0mg/l dung lượng hấp phụ 0.4g bùn thải trì mức ~ 0.7mg/g Theo mức độ ô nhiễm As nước ngầm Việt Nam từ 0.1 – 0.5 mg/l ứng với dung lượng hấp phụ ~0.7mg/g bùn thải sau hoạt hóa hoàn toàn loại bỏ As khỏi nước ngầm mức tiêu chuẩn 0.01 mg/l (QCVN 24/2008) Tại mức 0.1 – 0.4 mg/l hiệu suất hấp phụ 100%, có nghóa với nồng độ As ban đầu < 0.8mg/l hấp phụ loại bỏ As dung dịch mức tiêu chuẩn cho phép Vậy bùn thải từ trình tuyển rửa quặng bauxite, sau hoạt hóa, có tiềm lớn ứng dụng hấp phụ xử lý As(V) Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ 107 4.4.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hấp phụ Quá trình thực nhằm tìm xác định ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hấp phụ bùn thải hoạt hóa Cân 0,4g bùn thải hoạt hóa cho hấp phụ với 250ml dung dịch As(V) với nồng độ khác pH = – 7.5 lọc lấy dung dịch thu đem đo nồng độ As(V) lại, kết thu sau: Bảng 4.15 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ hấp phụ Nồng độ As lại Hiệu suất hấp (0C) (mg/l) phụ As(%) WM 250C 25 0.0295 97.34 WM 300C 30 0.0171 98.49 WM 350C 35 0.0165 98.54 WM 400C 40 0.0169 98.50 WM 450C 45 0.168 85.13 WM 500C 50 0.328 70.97 WM 550C 55 0.452 60.00 WM 600C 60 0.587 48.05 Ký hiệu mẫu Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ 108 % As(V) bị hấp phụ 100 80 60 40 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Nhiệt độ hấp phụ 0C Hình 4.17 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hấp phụ Nhận xét: theo số liệu thí nghiệm ta rút nhận định ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hấp phụ As(V) bùn thải hoạt hóa - Thứ nhất: xét khoảng nhiệt độ theo nhiệt độ phòng [250C; 400C] hiệu suất hấp phụ không thay đổi Điều chứng tỏ việc ứng dụng bùn thải hoạt hóa vào xử lý nước nhiễm As thực tế khả thi nhiệt độ trời khoảng nhiệt độ mà hiệu suất hấp phụ đạt cao - Thứ hai: tăng nhiệt độ> 400C hiệu suất hấp phụ giảm rõ rệt chứng tỏ trình hấp phụ vật lý Khi nhiệt độ tăng độ linh động kim loại tăng làm giảm khả dính bám kim loại lên bề mặt kim loại độ linh động kim loại thoát khỏi lực hút trình hấp phụ Như nhiệt độ thích hợp cho trình hấp phụ bùn thải hoạt hoá khoảng nhiệt độ phòng Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 109 Luận văn Thạc Sĩ 4.5 KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ AS(V) CỦA BÙN THẢI Sữ dụng kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ để tiếp tục khảo sát động học trình Sữ dụng 0.4g bùn thải hấp phụ 250ml dung dịch As(V) có nồng độban đầu 1.13mg/l điều kiện: nhiệt độ phòng (250C, 400C), thời gian (1; giờ), pH = (7; 7.5) 4.5.1 Phương trình cân − dCt = k n Ctn dt Bảng 4.16 Bảng kết độ hấp phụ bùn thải As(V) 1.13mg/l mức thời gian khác Ký hiệu mẫu Thời gian hấp phụ (h) Nồng độ As lại (mg/l) Hiệu suất hấp phụ As(%) WM 0H 1.13 WM 1H 0.1931 82.91 WM 2H 0.0664 94.12 WM 3H 0.0213 98.11 WM 4H 0.0187 98.34 WM 5H 0.0163 98.56 WM 6H 0.0111 99.01 WM 8H 0.0086 99.24 WM 10H 10 0.0049 99.57 WM 12H 12 0.0066 99.42 WM 14H 14 0.0055 99.51 Nghieân hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ 110 4.5.1.1 Xét n = Phương trình cân lúc − dC t = k1 C t dt Lấy tích phân vế với điều kiện biên t = Î t = 6.0 h; C = 1.13 mg/l Î C = Ct ta thu phương trình sau: lnCt = lnC0 – k1t (4.1) Bảng 4.17 Bảng số liệu xây dựng phương trình phương trình (4.1) Stt t lnC0 lnCt 0.122 0.122 0.122 -1.645 0.122 -2.712 0.122 -3.849 0.122 -3.979 0.122 -4,117 0.122 -4.500 -1 Thời gian ln Ct -2 -3 -4 -5 y = -0.717x - 0.8032 R2 = 0.8555 -6 Hình 4.18 Đồ thị biểu diễn phương trình cân 4.1 Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ 111 4.5.1.2 Xét n = dCt = k Ct2 dt Phương trình cân lúc − Lấy tích phân vế với điều kiện biên t = Ỵ t = 6.0 h; C = 1.13 mg/l Ỵ C = Ct 1 − = k 2t Ct C0 ta thu phương trình sau: (4.2) Bảng 4.18 Bảng số liệu khảo sát phương trình (4.2) Stt t 1/C0 1/Ct 0.885 0.885 0.885 5.179 0.885 15.060 0.885 46.948 0.885 53.476 0.885 61.350 0.885 90.090 100 y = 14.942x - 5.8274 R2 = 0.9541 80 1/Ct 60 40 20 0 -20 Thời gian Hình 4.19 Đồ thị biểu diễn phương trình cân 4.2 Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ 112 4.5.2 Phương trình cân dqt = k n (qe − qt ) n dt 4.5.2.1 Xeùt n =1 Phương trình cân lúc dqt = k 1s ( q e − q t ) dt Lấy tích phân vế với điều kiện biên t = Ỵ t = 6.0 h; qt = mg/g Ỵ qt = qe ta thu phương trình sau: ln(qe – qt) = lnqe – k1st(4.3) Bảng 4.19 Bảng số liệu khảo sát phương trình (4.3) Stt t (giờ) ln(qe - qt) 0 -2.163 -3.352 -4.962 -5.298 -5.521 -6.907 Thời gian -1 ln(qe - qt) -2 -3 -4 -5 -6 -7 y = -1.0504x - 0.8741 R2 = 0.9304 -8 Hình 4.20 Đồ thị biểu diễn phương trình cân 4.3 Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ 113 4.5.2.2 Xét n =2 Phương trình cân lúc dqt = k s (q e − qt ) dt Laáy tích phân vế với điều kiện biên t = Ỵ t = 6.0 h; qt = mg/g Î qt = qe 1 t = + t qt h q e ta thu phương trình sau: (4.4) với h = k s q e Baûng 4.20 Bảng số liệu khảo sát phương trình (4.4) Stt t (giờ) t/qt 0 5.179 30.120 140.845 213.904 306.748 540.540 600 500 y = 86.019x - 81.296 R2 = 0.8851 400 t/qt 300 200 100 -100 -200 Thời gian (h) Hình 4.21 Đồ thị biểu diễn phương trình cân 4.4 Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ 114 4.5.3 So sánh, lựa chọn phương trình cân Theo kết thu phía ta nhận thấy phương trình cân hấp phụ bùn thải hoạt hóa tương ứng với phương trình có hệ số tương quan R2 lớn Như với phương trình 4.2 có R2 = 0.95 phù hợp, từ ta suy thông số phương trình 1 − = k 2t Ct C0 tương ứng với phương trình y = 14.942x – 5.8274 Ỵ k = 14.942 h-1 Phương trình cân hấp phụ bùn thải As(V) có dạng − dCt = 14,942 × Ct2 dt (4.5) Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 115 Luận văn Thạc Sĩ CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Từ kết thu sau trình nghiên cứu, rút số kết luận sau: Tái sử dụng bùn thải trình tuyển rửa quặng bauxite làm nguyên liệu để sản xuất chất hấp phụ tiềm có tính khả thi lớn để khai thác Đặc biệt môi trường việc tái sữ dụng chất thải ưu tiên quan trọng mục tiêu bảo vệ môi trường từ hoạt động sản xuất; tái sữ dụng chất thải đứng sau mục tiêu giảm thiểu ngăn ngừa phát sinh chất thải Bằng phương pháp luân phiên biến, khảo sát điều kiện tốt để hoạt hóa bùn thải thành chất hấp phụ As(V) là: Nhiệt độ nung 4000C, thời gian nung giờ, nồng độ axit H2SO4 0,1M, nhiệt độ phản ứng 600C, thời gian phản ứng Xây dựng phương trình thực nghiệm mô tả cụ thể ảnh hưởng ba yếu tố: Nồng độ axit (Z1), nhiệt độ phản ứng (Z2), thời gian phản ứng (Z3) đến trình hoạt hóa bùn thải thành chất hấp phụ Hàm đáp ứng sử dụng độ hấp phụ As(V) bùn thải sau hoạt hóa, thu phương trình thực nghiệm sau: Y= 0.2313+0.457Z1+ 0.0257Z2 + 0.001Z2Z3 – 1.135Z12 – 0.0002Z22 – 0.0085Z32 Nghieân hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước 116 Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 Luận văn Thạc Sĩ Và hàm đáp ứng diện tích bề mặt riêng bùn thải hoạt hóa có dạng phương trình thực nghiệm sau: Y= -153.91 + 171.08Z1+ 56.057Z3 – 545.426Z12 – 0.0487Z22 – 6.568Z32 Điều kiện tốt để hoạt hóa bùn thải dùng hấp phụ As(V) tìm là: Nung 4000C giờ, hoạt hóa với axit H2SO4 nồng độ 0.1M 600C 3.7 Điều kiện hấp phụ khảo sát là: pH = -7.5; nhiệt độ phòng (250C; 400C); dung lượng hấp phụ 0.7mg/g; tỉ lệ lỏng rắng 0.4g bùn thải/250ml dung dịch As(V) 1.13mg/l; thời gian hấp phụ Phương trình cân trình hấp phụ bùn thải − dCt = 14,942 × Ct2 dt Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc – CNMT K.2008 117 Luận văn Thạc Sĩ 5.2 KIẾN NGHỊ - Ảnh hưởng đến trình hoạt hóa bùn thải, yếu tố có số yếu tố khác như: Kích thước hạt, tốc độ khuấy trộn chưa khảo sát Trong giai đoạn hấp phụ để khảo sát trình hoạt hóa, yếu tố nồng độ As(V) ban đầu, pH, nhiệt độ hấp phụ, tốc độ khuấy trộn … có ảnh hưởng đáng kể đến trình hấp phụ, phạm vi giới hạn luận văn, giữ cố định giá trị để tiến hành nghiên cứu Vì đề tài tiếp tục phát triển cần quan tâm để khảo sát tất yếu tố kể nhằm đưa quy trình hoạt hóa bùn thải thành chất hấp phụ quy mô công nghiệp với hiệu kinh tế cao - Ngoài As(V), nước ngầm có As(III) – độc tính cao so với As(V) cần khảo sát thêm khả hấp phụ As(III) bùn thải hoạt hóa Từ ứng dụng bùn thải hấp phụ mẫu nước ngầm thực tế khảo sát yếu tố ảnh hưởng điều kiện thực tế đặc biệt tỉ lệ As(V) :As(III), hàm lượng ion khác có nước ngầm … - Bên cạnh Arsen có nước ngầm nước thải nước thải công nghiệp có nhiều kim loại nặng nguy hại khác (Cd, Mn, Cr …), kết hợp nghiên cứu phát triển thêm khả hoạt hóa bùn thải để hấp phụ kim loại nặng xử lý nước thải - Kiến nghị cuối cần tìm phương pháp vừa an toàn cho môi trường vừa có giá trị kinh tế để xử lý tái sử dụng (tái sinh) bùn thải qua hấp phụ Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước ... đạt hiệu hấp phụ kim loại nước cao với chi phí sản xuất chấp nhận Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ ion kim loại nước Trần Bảo Phúc... phòng Mỏ Bauxite Bảo Lộc Hình 1.3 Xưởng tuyển quặng 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xử lý bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ nhằm loại bỏ ion kim loại nước. .. lý, trình hấp phụ tự diễn Chất bị hấp phụ có xu hướng bám toàn bề mặt chất hấp phụ, trình bị cản trở Nghiên hoạt hóa bùn thải từ trình tuyển quặng mỏ Bauxite Bảo Lộc – Lâm Đồng thành chất hấp phụ