Đang tải... (xem toàn văn)
Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá khả năng hấp phụ nitrat trong nước thải biogas bằng than sinh học tràm được nung ở 700oC. Các đặc tính vật lý và hóa học của than sinh học tràm được xác định bằng nhiều phương pháp, bao gồm kỹ thuật hiển vi điện tử (SEM) và đo diện tích bề mặt Brunauer-Emmett-Teller (BET).
P N Thoa cs / Nghiên cứu khả hấp phụ nitrat môi trường nước than sinh học từ tràm NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ NITRAT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA THAN SINH HỌC TỪ TRÀM Phạm Ngọc Thoa, Tăng Lê Hoài Ngân, Đỗ Thị Mỹ Phượng, Nguyễn Xuân Lộc, Lê Thị Thanh Trúc, Huỳnh Thị Hồng Xuyến, Nguyễn Ngọc Hân, Nguyễn Hữu Chiếm Khoa Môi trường Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ Ngày nhận 10/12/2020, ngày nhận đăng 19/02/2021 Tóm tắt: Ô nhiễm nguồn nước nitrat trở thành vấn đề quan trọng thời gian gần Nitrat khơng gây độc lại chuyển hố thành nitrit gây tác hại nghiêm trọng cho sức khoẻ người Một phương pháp loại bỏ nitrat hiệu sử dụng vật liệu hấp phụ Mục tiêu nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ nitrat nước thải biogas than sinh học tràm nung 700oC Các đặc tính vật lý hóa học than sinh học tràm xác định nhiều phương pháp, bao gồm kỹ thuật hiển vi điện tử (SEM) đo diện tích bề mặt Brunauer-Emmett-Teller (BET) Nồng độ nitrat đo máy quang phổ UV có bước sóng 660 nm Kết nghiên cứu cho thấy trình hấp phụ nitrat đạt tối ưu pH = với khối lượng than g, thời gian hấp phụ đạt cân sau 15 phút Dữ liệu thí nghiệm phù hợp với mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt khác (mơ hình Langmuir, mơ hình Freundlich) Dung lượng nitrat hấp phụ cực đại than tràm theo Langmuir 15,5 mg/g Từ khóa: Hấp phụ; than sinh học; biogas; tràm; nitrat Giới thiệu Trong năm gần đây, chăn ni quy mơ lớn có vai trị trọng yếu phát triển kinh tế nông nghiệp Tuy nhiên, việc gia tăng số lượng vật nuôi để tăng hiệu kinh tế tạo lượng lớn chất thải động vật Lượng chất thải này, dù qua xử lý (hầm biogas) chưa đạt quy chuẩn, thải vào sơng hồ, gây nên tình trạng nhiễm nguồn nước, đặc biệt nghiêm trọng nhiễm nitrat Ion nitrat có độ hịa tan cao, khó để loại bỏ nitrat khỏi nước Nồng độ nitrat cao tích tụ ao, hồ tạo nên tượng phú dưỡng, phá hủy hệ sinh thái vùng nước ngọt, làm suy giảm chất lượng nguồn nước [1-2] Khi nước có nồng độ nitrat 45 mg/L dạng NO3- 10 mg/L dạng N-NO3- khơng thể sử dụng làm nước uống [3] vì, phản ứng trao đổi chất bên thể người chuyển hóa nitrat thành hợp chất độc hại nitrit nitrosoamines Khi nồng độ nitrat cao mức giới hạn cho phép gây chứng methemoglobin huyết hội chứng trẻ em xanh, làm tăng tỷ lệ tử vong trẻ sơ sinh, dị tật bẩm sinh, ung thư, tăng huyết áp Trẻ sơ sinh dễ mắc bệnh tiêu thụ nhiều nitrat qua nước uống so với người lớn [4-5] Vì vậy, cần phải có biện pháp để quản lý nguồn chất thải Hiện nay, nhiều phương pháp áp dụng nhằm loại bỏ nitrat khỏi nguồn nước, phương pháp hấp phụ ngày ý rộng rãi đơn giản, hiệu suất cao, giá thành rẻ dễ ứng dụng vào thực tiễn Các vật liệu sử dụng làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ nitrat thường zeolit than sinh học Các nghiên cứu gần than sinh học có Email: ngocthoacdbt2013@gmail.com (P N Thoa) 40 Trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, Tập 50 - Số 1A/2021, tr 40-53 khả hấp phụ NO3- từ dung dịch Than bã ngô 600ºC hấp phụ NO3- với lượng 1,4-1,5 mg N/g [6]; than sinh học biến tính từ bã mía 600ºC hấp phụ NO3tối đa đến 28,21 mg N/g [7] Ngày có nhiều cơng trình nghiên cứu công nhận tiềm hấp phụ nitrogen than sinh học ứng dụng than sinh học kiểm sốt nhiễm nguồn nước Trong nghiên cứu này, loạt thí nghiệm thực nhằm đánh giá khả hấp phụ nitrat từ nước thải biogas (nước thải đầu hệ thống khí sinh học) than sinh học tràm nung 700ºC Tràm chọn làm nguyên liệu để sản xuất than sinh học tràm nguồn tài nguyên dồi dào, có sẵn, dễ tìm giá thành rẻ Đồng sơng Cửu Long Các kết nghiên cứu trình bày nhằm cung cấp sở cho việc ứng dụng than sinh học dự án kỹ thuật xử lý ô nhiễm nước thực tiễn Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Vật liệu nghiên cứu Tràm dùng để tạo than thuộc giống tràm ta (Melalueca cajuputi PoWell), có tuổi từ 3-4 năm thu mua từ rừng tràm thuộc huyện U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang Nước thải biogas lấy hộ ông Nguyễn Văn Bình, ấp Nhơn Thành, xã Nhơn Nghĩa, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ Nước thải biogas sau thu bố trí thí nghiệm chuyển hoá NH4+ thành NO3- để làm tăng nồng độ NO3- có nước thải biogas nhằm đánh giá khả hấp phụ NO3- than tràm Thông số đo đạc nước thải biogas chuyển hố trình bày Bảng Bảng 1: Thông số đo đạc nước thải biogas chuyển hố pH EC (µS/cm) 2385 DO (mg/L) 5,14 NO3(mg/L) 400 NH4+ (mg/L) 0,2 NO2(mg/L) 0,4 PO43(mg/L) 2,47 Hóa chất NaOH HCl (xuất xứ Merk, Đức) dùng để thay đổi pH dung dịch 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Quy trình sản xuất than tràm phịng thí nghiệm Ngun liệu xử lý sạch, loại bỏ lớp vỏ ngoài, cắt thành đoạn nhỏ, sau cưa thành mạc, mạc cưa đưa vào máy nghiền (có kích thước lỗ 0,5 mm) nghiền thành bột mịn Bột tràm sau nghiền cho vào khn ép, ép thành viên có đường kính mm chiều dài 10 mm Mẫu ép viên đem sấy 105ºC khối lượng không đổi lưu giữ bình hút ẩm Mẫu sinh khối cân cho vào lò nung VMF- 165 (Yamada Denky - Nhật Bản), nung 700ºC giữ Lò nung VMF- 165 gia nhiệt mơi trường khí trơ (khí nitơ) với tốc độ 10ºC/phút Sau trình nung kết thúc, mẫu than đem để nguội bình hút ẩm, cân tính suất than theo cơng thức (1) Năng suất than: NS (%) = (m2/m1)*100 (1) m1: Trọng lượng mẫu trước nung (g); m2: Trọng lượng mẫu sau nung (g) 41 P N Thoa cs / Nghiên cứu khả hấp phụ nitrat môi trường nước than sinh học từ tràm 2.2.2 Một số tính chất than tràm Một số tính chất lý - hóa than tràm mơ tả nghiên cứu trước [8], trình bày Bảng Bảng 2: Tính chất than tràm 700ºC Năng suất than (%) Hàm lượng tro (wt.%db ) Hàm lượng cacbon cố định (wt.%db) Hàm lượng chất bay wt.%db Độ ẩm (wt.%db) VM/FC C/N HHV (MJ/kg) pH EC (µS/cm) CEC (cmolc/kg) Chỉ số hấp phụ iod (mg/g) 26,75 72,88 17 4,98 0,26 312,79 26,98 8,67 146,3 15,12 178 Nguồn: [8] Ngồi ra, than tràm cịn chứa ngun tố (%) sau: C (85%), H (30%), N (