(Luận văn thạc sĩ) 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