Nội dung nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu đặc tính hóa lý của bùn đỏ Nghiên cứu quy trình chế tạo chất keo tụ đa thành phần từ bùn đỏ. Thử nghiệm ứng dụng chất keo tụ trong xử lý nước thải. Mời các bạn cùng tham khảo!
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - - Nguyễn Nam Giang NGHIÊN CỨU TÁI CHẾ BÙN ĐỎ THÀNH CHẤT KEO TỤ ĐA THÀNH PHẦN DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Nam Giang NGHIÊN CỨU TÁI CHẾ BÙN ĐỎ THÀNH CHẤT KEO TỤ ĐA THÀNH PHẦN DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Thị Hồng Hà Nội - 2015 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu bauxit 1.1.1 Bauxit 1.1.2 Tình hình khai thác chế biến bauxit giới Việt Nam 1.1.3 Công nghệ sản xuất alumin 1.2 Giới thiệu bùn đỏ 1.2.1 Đặc điểm, thành phần hóa học tính chất vật lý 1.2.2 Phương hướng xử lý bùn đỏ 11 1.2.3 Ứng dụng bùn đỏ công nghệ môi trường 16 1.3 Tổng quan keo tụ 18 1.3.1 Khái niệm 18 1.3.2 Cấu tạo hạt keo 18 1.3.3 Cơ chế trình keo tụ 19 1.3.4 Các phương pháp keo tụ 23 1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình keo tụ 26 1.4 Giới thiệu loại nước thải 27 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tượng nghiên cứu 29 2.2 Nguyên liệu, hóa chất thiết bị 29 2.2.1 Nguyên liệu 29 2.2.2 Hóa chất 29 2.2.3 Dụng cụ, thiết bị 30 2.3 Các phương pháp nghiên cứu 30 2.3.1 Phương pháp xác định đặc tính hóa lý bùn đỏ 30 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu chế tạo chất keo tụ từ bùn đỏ Tân Rai 35 2.3.3 Phương pháp xác định khả keo tụ BĐ Al – Fe 40 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 Kết nghiên cứu bùn đỏ Tân Rai 44 3.1.1 Kết phân tích cấu trúc pha bùn đỏ Tân Rai 44 3.1.2 Kết phân tích hình thái cấu trúc, diện tích bề mặt bùn đỏ 45 3.1.3 Kết phân tích thành phần hóa học bùn đỏ Tân Rai 46 3.2 Kết nghiên cứu trình chế tạo chất keo tụ đa thành phần từ bùn đỏ Tân Rai 47 3.2.1 Kết nghiên cứu trình hịa tách bùn đỏ 47 3.2.2 Quy trình chế tạo chất keo tụ BĐ Al – Fe từ bùn đỏ Tân Rai 55 3.2.3 Kết phân tích thành phần chất keo tụ BĐ Al - Fe 56 3.3 Kết nghiên cứu khả keo tụ từ chất keo tụ BĐ Al – Fe 56 3.3.1 Kết nghiên cứu xác định giá trị pH tối ưu chất keo tụ BĐ Al – Fe 56 3.3.2 Kết nghiên cứu xác định liều lượng tối ưu chất keo tụ BĐ Al - Fe 57 3.3.3 Kết nghiên cứu khả keo tụ xử lí nước thải, so sánh với PAC, phèn nhôm, phèn sắt 60 KẾT LUẬN 64 KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 70 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Sự phân bố trữ lượng bauxit châu lục Bảng 1.2 Trữ lượng bauxite sản lượng khai thác giới Bảng 1.3 Thành phần hóa học bùn đỏ 10 Bảng 1.4 Tỷ lệ cấp hạt bùn đỏ 10 Bảng 2.1 Liều lượng chất keo tụ sử dụng để keo tụ 43 Bảng 3.1 Kết đo BET mẫu bùn đỏ Tân Rai 46 Bảng 3.2 Thành phần bùn đỏ Tân Rai 46 Bảng 3.3 Kết ảnh hưởng nồng độ axit đến q trình hịa tách bùn đỏ 47 Bảng 3.4 Kết ảnh hưởng nhiệt độ đến q trình hịa tách bùn đỏ 49 Bảng 3.5 Kết ảnh hưởng tốc độ khuấy đến q trình hịa tách bùn đỏ 50 Bảng 3.6 Kết ảnh hưởng tỷ lệ lỏng/rắn đến q trình hịa tách bùn đỏ 52 Bảng 3.7 Kết ảnh hưởng thời gian hòa tách đến q trình hịa tách bùn đỏ 53 Bảng 3.8 Thành phần chất keo tụ BĐ Al – Fe 56 Bảng 3.9 Thành phần nước thải trước sau keo tụ pH khác 56 Bảng 3.10 Thành phần nước trước sau keo tụ sử dụng liều lượng keo tụ khác pH = 57 Bảng 3.11 Trạng thái cân thủy phân ion Al3+ Fe3+ bậc khác 58 Bảng 3.12 Thành phần nước trước sau sử dụng chất keo tụ khác 60 Bảng 3.13 Hiệu suất xử lý độ đục, COD , PO43- số chất keo tụ 60 Bảng 3.14 Thành phần nước trước sau sử dụng chất keo tụ khác 61 Bảng 3.15 Hiệu suất xử lý độ đục, COD , PO43- 62 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý cơng nghệ Bayer sản xuất Alumin Hình 1.2 Cấu tạo hạt keo 20 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý thiết bị SEM 33 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ Tân Rai 44 Hình 3.2 Ảnh chụp SEM mẫu bùn đỏ Tân Rai 45 Hình 3.3 Sự phụ thuộc hiệu suất hòa tách vào nồng độ axit 47 Hình 3.4 Sự phụ thuộc hiệu suất chuyển hóa vào nhiệt độ 49 Hình 3.5 Sự phụ thuộc hiệu suất hòa tách vào tốc độ khuấy 51 Hình 3.6 Sự phụ thuộc hiệu suất hòa tách vào tỷ lệ lỏng/rắn 52 Hình 3.7 Sự phụ thuộc hiệu suất hòa tách vào thời gian hòa tách 54 Hình 3.8 Sơ đồ quy trình chế tạo chất keo tụ BĐ Al – Fe từ bùn đỏ 55 Hình 3.9 Hiệu suất xử lý độ đục, COD , PO43- 61 Hình 3.10 Hiệu suất xử lý độ đục, COD , PO43- 62 Hình PL Phần bã sau q trình hịa tách 70 Hình PL Quá trình làm thực nghiệm 70 Hình PL Chất keo tụ BĐ Al – Fe sau lọc 70 Hình PL Mẫu nước thải trước sau cho chất keo tụ 71 MỞ ĐẦU Trên giới, nhôm bốn kim loại màu sử dụng nhiều ngành công nghiệp quan trọng như: chế tạo thiết bị điện, phương tiện vận tải, xây dựng, chế tạo máy, vũ khí, vật liệu bao gói sản xuất đồ gia dụng Tổng lượng tiêu thụ nhôm nguyên sinh giới năm 2007 đạt 38 triệu dự báo đạt 74,9 triệu vào năm 2020 Theo đánh giá AOA VAMI RUSAL (Nga), sản lượng nhôm oxit năm 2020 148.7 triệu tăng 73 triệu so với năm 2007 Sự tăng trưởng mạnh mẽ sản lượng alumin đạt nhu cầu nhôm tăng mạnh, đặc biệt từ nhu cầu Trung Quốc quốc gia thuộc Mỹ La tinh Bauxit tài nguyên khoáng sản dồi Trái đất Quặng bauxit Việt Nam đánh giá có trữ lượng lớn thứ ba giới với khoảng 5,4 tỷ [10] So với mỏ bauxit giới, mỏ bauxit Việt Nam đánh giá có chất lượng trung bình Quặng bauxit nước ta phân bố khu vực phía Bắc phía Nam, tập trung nhiều vùng Tây Nguyên (chiếm 91,4%) Với chủ trương khai thác nguồn tài nguyên để phục vụ phát triển kinh tế đất nước, từ năm 1970, Chính phủ cho triển khai dự án sản xuất nhôm từ mỏ bauxit Ma Mèo, nhà máy sản xuất hydroxyt nhơm Cơng ty Hóa chất Cơ miền Nam hình thành Một số dự án lớn sản xuất alumin hydroxyt nhôm bao gồm: Nhà máy hóa chất Tân Bình sản xuất hydroxyt nhơm TPHCM, nhà máy alumin Tân Rai (tỉnh Lâm Đồng), nhà máy alumin Nhân Cơ (tỉnh Đăk Nông) Từ bauxit thu hồi alumin (Al2O3) tiếp tục điện phân thu hồi nhôm kim loại Hơn 90% sản lượng alumin sử dụng làm nguyên liệu cho trình điện phân để sản xuất nhơm kim loại, 10% cịn lại sử dụng cơng nghiệp hóa chất ngành công nghiệp khác Công nghệ sản xuất alumin từ quặng bauxit phương pháp Bayer tạo lượng chất thải lớn gọi bùn đỏ Bùn đỏ bao gồm thành phần khơng thể hịa tan, trơ bền vững điều kiện phong hóa hematit, natrisilicat, aluminate, canxi - titanat, mono - hydrat nhơm… đặc biệt có chứa lượng xút, hóa chất độc hại dư thừa từ trình sản xuất alumin nên độ kiềm cao (pH = 10 – 13), khó đóng rắn lẫn nhiều tạp chất nên dễ phát tán gây ô nhiễm môi trường Cho đến nay, giới có số cơng trình nghiên cứu sử dụng bùn đỏ chưa có giải pháp hữu hiệu giải vấn đề Do đó, việc nghiên cứu sử dụng, xử lý bùn đỏ cần thiết Thành phần bùn đỏ oxit sắt, nhôm, silic, titan, kim loại kiềm Với hàm lượng chủ yếu oxit sắt, oxit nhơm, bùn đỏ sử dụng chất keo tụ Quá trình keo tụ kèm với việc hình thành bơng hidroxit nhơm sắt có khả hấp phụ nhiều tạp chất như: photphat, As (V), cromat, , số loại chất hữu Bên cạnh đó, bùn đỏ cịn có số kim loại khác như: titan, canxi, có số tác dụng trình keo tụ làm nước Vì lí trên, đề tài: “Nghiên cứu tái chế bùn đỏ thành chất keo tụ đa thành phần dùng cho xử lý nước thải” vừa cần thiết lại có tính ứng dụng việc xử lý vấn đề môi trường Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu điều kiện tối ưu chế tạo chất keo tụ từ bùn đỏ Tân Rai Nghiên cứu khả ứng dụng chất keo tụ xử lý độ đục, COD PO43Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu đặc tính hóa lý bùn đỏ Nghiên cứu quy trình chế tạo chất keo tụ đa thành phần từ bùn đỏ Thử nghiệm ứng dụng chất keo tụ xử lý nước thải CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu bauxit 1.1.1 Bauxit Bauxit loại quặng nhơm phổ biến tìm thấy lớp vỏ trái đất, có màu hồng nâu, hình thành từ q trình phong hóa đá giàu nhơm tích tụ từ quặng có trước q trình xói mịn Từ bauxit tách alumin (Al2O3) – ngun liệu để luyện nhơm lị điện phân Khoảng 95% lượng bauxit khai thác giới dùng để luyện nhôm Bauxit quặng nhôm quan trọng cho ngành công nghiệp sản xuất nhôm hợp chất nhôm, mà dùng để sản xuất corundum nhân tạo, xi măng alumin, gạch chịu lửa… Q trình phong hóa hình thành quặng bauxit loại đá thường trải qua giai đoạn sau: - Phong hóa nước thấm lọc vào đá gốc tạo oxit nhôm sắt - Làm giàu trầm tích hay đá bị phong hóa rửa trơi nước ngầm - Xói mịn tái tích tụ bauxit Q trình chịu ảnh hưởng số yếu tố: - Đá mẹ chứa khống vật dễ hịa tan khống vật bị rửa trơi để lại nhơm sắt - Ở nơi có lượng mưa cao xen kẽ đợt khơ hạn ngắn - Hệ thống nước tốt - Khí hậu nhiệt đới ẩm - Có mặt lớp phủ thực vật với vi khuẩn Các khoáng vật nhơm có quặng tùy thuộc vào số lượng phân tử nước chứa cấu trúc tinh gồm: Gibbsite Al(OH)3, Diaspore α- ... tạo chất keo tụ từ bùn đỏ Tân Rai Nghiên cứu khả ứng dụng chất keo tụ xử lý độ đục, COD PO43Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu đặc tính hóa lý bùn đỏ Nghiên cứu quy trình chế tạo chất keo tụ đa. .. 3.2.2 Quy trình chế tạo chất keo tụ đa thành phần (BĐ Al – Fe) từ bùn đỏ Tân Rai Chất keo tụ chế tạo từ bùn đỏ dạng chất keo tụ đa thành phần chứa nhơm sắt Quy trình chế tạo chất keo tụ quy trình... HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Nam Giang NGHIÊN CỨU TÁI CHẾ BÙN ĐỎ THÀNH CHẤT KEO TỤ ĐA THÀNH PHẦN DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60520320 LUẬN VĂN THẠC