3.2.2.1. Nghiên cứu khả năng ức chế quá tr
Zeolite
Khi nghiên cứu về vai tr
nuôi tôm hiện đang tồn tại 02 quan điểm trái ng Quan điểm 01: vi
nuôi tôm CÓ mang lại hiệu quả, bản chất của quá tr trình trao đổi cation theo ph
Na
Na+ ở trong các hốc của zeolit (xem bảng 3) trao đổi với ion NH nước và kết quả là NH4
+
Zeolit có dung lượng trao đổi ion từ 2 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5 10 H2S (mg/l)
ở các thí nghiệm với các công thức khoáng Laterite theo thời gian
Theo dõi quá trình sinh khí H2S tại các công thức có thể nhận th i quá trình sinh khí H2S lại tăng cao ở ở 20 ngày cuối c
ệu khoáng ở các công thức thí nghiệm thì kh a càng rõ rệt (xem hình 12).
ết quả thí nghiệm với khoáng Zeolite
ứu khả năng ức chế quá trình sinh khí amoni bằng khoáng
ứu về vai trò của zeolite trong việc xử lý các khí độc trong ao ện đang tồn tại 02 quan điểm trái ngược nhau:
: việc sử dụng zeolite vào trong quá trình xử lý khí đ
ại hiệu quả, bản chất của quá trình hấp phụ này chính là quá ổi cation theo phương trình mô phỏng sau:
Na – zeolit + NH4+ = zeolit – NH4 + Na+
ở trong các hốc của zeolit (xem bảng 3) trao đổi với ion NH
nhập vào zeolit và Na+ thâm nhập vào nước từ trong zeolit. ợng trao đổi ion từ 2 – 7 đương lượng/kg. Một đương lư
15 20 25 30 35 40
Ngày
c khoáng Laterite theo
n thấy hiệu quả i của thí nghiệm m thì khả năng ức chế
ằng khoáng
ủa zeolite trong việc xử lý các khí độc trong ao lý khí độc ở ao ày chính là quá
ở trong các hốc của zeolit (xem bảng 3) trao đổi với ion NH+4 trong ớc từ trong zeolit. ương lượng gam
CT1_La CT2_La CT3_La ĐC 1
48 của Amoniac tính theo Nitơ là 14, tức là khả năng trao đổi tối đa của nó là từ 28 – 98 g/kg. Giá trị dung lượng trao đổi ion trên là mức tối đa, chỉ đạt được khi nồng độ Amoniac ở trong nước là rất cao. Trong một nguồn nước chứa đồng thời nhiều loại cation như Na+, K+, Ca2+, Mg2+ thì xảy ra quá trình trao đổi ion cạnh tranh, ion NH4+ có tính cạnh tranh cao và vẫn có khả năng thế cho nguyên tố Na+ nhưng nếu nồng độ các cation càng lớn thì hiệu quả hấp phụ sẽ càng giảm do tính cạnh tranh cao. Việc NH4+ trong môi trường nước thoát ra được hấp phụ trực tiếp vào trong khoáng sẽ góp phần giảm hàm lượng NH3 có trong nước ao và từ đó giảm tính độc của TAN đối với tôm nuôi. Tuy nhiên biện pháp này có tiềm ẩn nguy cơ giải hấp.
Quan điểm 02: Quan điểm này cũng dựa trên nguyên lý hấp phụ của khoáng Zeolite tuy nhiên lại được giải thích theo hướng khác đó là do kích thước mao quản của zeolite rất nhỏ, nồng độ các cation trong nước biển và nước lợ nói chung rất lớn do vậy tính cạnh tranh sẽ rất cao. Việc áp dụng zeolite theo đó nên chỉ dung cho các ao nuôi nước ngọt. Ngoài ra trong khoáng zeolite có một lượng lớn hàm lượng Si, đây là nguồn nguyên liệu quan trọng cho tảo cát phát triển, khi tảo phát triển thì hàm lượng DO, pH trong môi trường sẽ có xu hướng biến động lớn và tại các thời điểm mà giá trị pH lên cao thì TAN sẽ chuyển sang NH3 gây ngộ độc cho tôm. Do vậy theo quan điểm này thì bón zeolite trong ao nuôi tôm có thể có hiệu quả trong xử lý NH3 độc cấp tính nhưng hiệu quả rất thấp, gây lãng phí, tiềm ẩn nguy cơ ngộ độc và làm tăng lượng bùn thải trong đáy ao.
Để làm sáng tỏ các quan điểm trên tác giả đã tiến hành nghiên cứu đối với 03 công thức khoáng zeolite và cho kết quả phân tích tại bảng 09.
Bảng 9. Kết quả theo dõi nồng độ TAN với khoáng Zeolite Thời gian Hàm lượng TAN/ Công thức thí nghiệm
CT1_Zeo CT2_Zeo CT3_Zeo ĐC2
1 ngày 1,625 1,200 0,511 2,433 5 ngày 1,835 1,243 0,933 3,128 10 ngày 2,110 1,521 0,885 4,480 15 ngày 2,353 1,653 0,618 3,840 20 ngày 1,840 1,410 0,718 3,120 25 ngày 1,822 1,517 0,831 2,420
Thời gian 30 ngày
Qua bảng 09, tác gi không sử dụng, bằng chứ
TAN trong mẫu đối chứng dao đ mẫu có sử dụng khoáng th 2,353 Mg/L.
Giống như khoáng laterite ức chế khả năng sinh TAN, n sau: công thức 1 dao động 1,412 dao động 0,511 – 0,98 mg/l.
góp phần giảm khả năng sinh khí NH
Hình 11.Ảnh hưởng c 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 1 ngày 5 ngày TAN (mg/l)
Hàm lượng TAN/ Công thức thí nghiệm
CT1_Zeo CT2_Zeo CT3_Zeo
1,412 1,560 0,980
, tác giả nhận thấy việc sử dụng zeolite có hiệu qu ứng là qua 30 ngày theo dõi với 07 lần lấy m
ng dao động trong khoảng 2,291 – 4,480 mg/l trong khi đó ng khoáng thì nồng độ này dao động ở mức thấp hơn
ng như khoáng laterite tăng nồng độ khoáng góp phần làm tăng kh năng sinh TAN, nồng độ TAN biến động trong 07 lần đo l
ng 1,412 – 2,353 mg/l, CT2: dao động 1,2 –
0,98 mg/l. Điều này cho thấy rõ ràng việc sử dụng khoáng Zeolite năng sinh khí NH3, từ đó giảm ảnh hưởng đến tôm nuôi.
ng của hàm lượng Zeolite đến nồng độ TANtrong nư 5 ngày 10 ngày 15 ngày 20 ngày 25 ngày 30 ngày MIN
ợng TAN/ Công thức thí nghiệm ĐC2 2,291
u quả so với việc y mẫu, nồng độ 4,480 mg/l trong khi đó p hơn ở mức 0,98 – n làm tăng khả năng n đo lần lượt như – 1,653 và CT3: ng khoáng Zeolite n tôm nuôi. trong nước CT1_Zeo CT2_Zeo CT3_Zeo ĐC
50 Hình 12. Hiệu suất TAN khi sử dụng khoáng Zeolitetheo thời gian (%)
Hiệu suất xử lý của khoáng Zeolite có sự biến động theo xu hướng là 10 ngày đầu hiệu suất xử lý đạt hiệu quả cao nhất, các ngày về sau hiệu suất xử lý đạt mức thấp hơn.
Khi so sánh về nồng độ khoáng, đề tài nhận thấy nồng độ khoáng trong thí nghiệm tăng thì hiệu suất xử lý cũng tăng. Hiệu suất xử lý cao nhất là tại công thức 3, hiệu suất dao động trong khoảng 57,22 – 83,91%. Càng về sau hiệu suất xử lý càng thấp điều này cho thấy rõ ràng có xuất hiện hiện tượng giải hấp. Qua bảng 09, và hình 13 cho thấy nồng độ TAN ở các ngày cuối cùng trong tất cả các công thức có xu hướng không bị giảm ngược lại còn có chiều hướng tăng lên. Điển hình là tại công thức 02 và công thức 03. 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00
1 ngày 5 ngày 10 ngày 15 ngày 20 ngày 25 ngày 30 ngày
CT1_Zeo CT2_Zeo CT3_Zeo
51 Hình 13. Ảnh hưởng của khoáng Zeolite đến nồng độ NH3
Hình 15 cho thấy việc sử dụng khoáng đã góp phẩn giữ nồng độ NH3 trong các công thức 2 và 3 nằm trong ngưỡng khuyến cáo nuôi tôm, công thức 01 ở giai đoạn ngày thứ 5 đến ngày thứ 15 đều không đạt
Do vậy việc sử dụng khoáng Zeolite có hiệu quả cao hơn so với khoáng terite tuy nhiên không được bền vững như khoáng Laterit. Do vậy tác giả khuyến cáo nên sử dụng làm biện pháp xử lý tạm thời trong trường hợp ao nuôi xuất hiện các khí độc gây ngộ độc cấp tính. Không nên sử dụng như một biện pháp bền vững trong quản lý ao nuôi.
3.2.2.2. Nghiên cứu khả năng ức chế quá trình sinh khí H2S bằng khoáng Zeolite
Bảng 10. Kết quả theo dõi nồng độ Hydrosunfua với khoáng Zeolite Thời gian Nồng độ Hydrosunfua/ Công thức thí nghiệm
CT1_Zeo CT2_Zeo CT3_Zeo ĐC
5 ngày 0,00 0,00 0,00 0,000
10 ngày 8,54 5,42 0,00 85,3
15 ngày 15,30 8,17 2,71 175,6
20 ngày 24,30 50,80 4,05 352,5
52
30 ngày 12,30 28,40 1,72 271,3
35 ngày 3,78 8,42 0,00 119,5
40 ngày 0,00 0,00 0,00 20,3
Hình 14. Nồng độ H2S ở các thí nghiệm với các công thức khoáng Zeolite theo thời gian
Nhận xét:
Theo dõi biến động nồng độ khí Hydrosunfua, lượng khí phát thải chủ yếu trong khoảng 25 ngày đầu, nồng độ mẫu đối chứng đo được cao nhất ở ngày thứ 25, đạt 422,4 mg/l, sau đó lượng khí có xu hướng giảm dần.
Tại các công thức thí nghiệm với khoáng Zeolite cho thấy hiệu quả ức chế đối với Hydrosunfua lại tăng cao hơn ở 20 ngày cuối của thí nghiệm. Và khi tăng lượng vật liệu khoáng ở các công thức thí nghiệm thì khả năng ức chế sinh khí Hydrosunfuacủa càng rõ rệt (xem hình 12). .00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00
5 ngày 10 ngày 15 ngày 20 ngày 25 ngày 30 ngày 35 ngày 40 ngày
H2S (mg/l)
CT1 CT2 CT3 ĐC
53 KẾT LUẬN
1. Kết quả điều tra, đánh giá chất lượng nước và bùn đáy tại vùng nuôi tôm thuộc huyện Hải Hậu – Tỉnh Nam Định cho thấy có sự tích lũy các chất hữu cơ vào cuối vụ nuôi do thức ăn dư thừa, chất thải của tôm, nền đáy ao nuôi có môi trường yếm khí từ đó phát sinh các khí độc như: NH3, H2S, NOx... làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của tôm.
2. Kết quả nghiên cứu cho thấy: khoáng Zeolite và Laterite đều có hiệu quả đối với quá trình ức chế khả năng sinh khí NH3 và H2S trong môi trường yếm khí:
- Kết quả ức chế sinh khí NH3: Kết quả nghiên cứu cho thấy khoáng Zeolite tốt hơn so với Laterite. Đối với khoáng Zeolite tại CT 2 (2 g khoáng) và CT3 (3 g khoáng) nồng độ NH3 trong môi trường nước đều đạt mức khuyến cáo phù hợp cho nuôi tôm (< 0,015 mg/l), trong khi đó đối với khoáng Laterite thì nồng độ NH3 phù hợp chỉ xuất hiện ở CT3. Khoáng laterite cho thấy có tính ổn định cao hơn, nồng độ khoáng tăng thì nồng độ TAN giảm, trong khi đó đối với khoáng Zeolite lại thể hiện sự thiếu ổn định, sau ngày thứ 20 có dấu hiệu giải hấp, điển hình là tại CT2 và CT3, nồng độ TAN ngày 20 tương ứng là 1,410 mg/l, 0,718 mg/l, đến ngày 30 nồng độ này tương ứng là 1,56 mg/l và 0,98 mg/l.
- Kết quả ức chế quá trình sinh khí H2S: Khả năng ức chế quá trình sinh khí H2S của khoáng Laterite và Zeolite thể hiện rõ ở nửa sau của chu kỳ, và khả năng ức chế này càng tăng cao khi tăng hàm lượng khoáng sử dụng trong các thí nghiệm. Trong điều kiện yếm khí lượng khí H2S sinh ra trong mẫu đối chứng dao động từ 0 – 422 mg/l. Với khoáng Laterite ở nồng độ khí H2S dao động ở các công thức CT1 ( 0 – 71,8 mg/l); CT2 ( 0 – 50,8 mg/l) và CT3 ( 0 – 13,6 mg/l). Trong khi thí nghiệm với khoáng Zeolite lại cho kết quả tại các công thức CT1 ( 0 – 24,3 mg/l), CT2 (0 – 12,8 mg/l) và CT3 ( 0 – 4,05 mg/l). Như vậy, với cùng một lượng khoáng sử dụng thì Zeolite thể hiện khả năng ức chế quá trình sinh khí H2S tốt hơn khoáng Laterite.
54 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập Hóa lý, NXB Đại học Quốc gia Hà nội,
trang 45-59.
2. Phạm Nguyên Chương, Trần Hồng Côn, Nguyễn Văn Nội, Hoa Hữu Thu,
Nguyễn Thị Diễm Trang, Hà Sỹ Uyên, Phạm Hùng Việt( 2002), Hóa Kỹ Thuật,
NXB Khoa học và Kỹ Thuật, Hà nội.
3. Nguyễn Đình Huệ (2004), Giáo trình Hóa lý tập 2, NXB Giáo dục.
4. Đặng Đình Kim, TS. Vũ Văn Dũng (2004), Nghiên cứu công nghệ xử lý bùn ao nuôi tôm góp phần làm sạch môi trường nuôi trồng thủy sản và sản xuất phân bón hữu cơ – vi sinh, Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản 1
5. Nguyễn Văn Mạnh, Bùi Thị Nga (2011), Đánh giá mức độ tích tụ và ô nhiễm bùn đáy ao nuôi thâm canh tôm sú, Báo nông nghiệp và phát triển nông thôn.
6. Cao Phương Nam (2007), Khảo sát Ammonia và Hydrosunfulfide trong các mô hình nuôi tôm sú trên các loại đất khác nhau ở tỉnh Cà Mau, Viện Đại học Thủy
Lợi và Môi trường – Đại học Thủy Lợi
7. Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga (2005), Giáo trình công nghệ xử lí nước thải, NXB
Khoa học và Kĩ Thuật, Hà nội.
8. Nguyễn Thị Ngọc (2011), Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong nước bằng nano MnO2 – FeOOH mang trên Laterite, Luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học
Khoa học tự nhiên Hà Nội
9. Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấp phụ và xúc tác trên bề mặt vô cơ mao quản, Nhà
xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội
10. Trương Quốc Phú, Vũ Ngọc Út (2012), Quản lý chất lượng nước ngọt trong ao nuôi cá nước ngọt, Đại học Cần Thơ
11. Nguyễn Hồng Sơn (2013), Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiến tiến, phù hợp xử lý suy thoái môi trường nhằm sử dụng bền vững tài nguyên cho các vùng nuôi tôm các tỉnh ven biển Bắc bộ và vùng nuôi cá Tra ở Đồng Bằng Sông Cửu Long, Đề tài KC.08.26/11-15, Bộ Khoa học và công nghệ
55 Tiếng Anh
12. Coombs (1954), Zeolite in Burial Diagenesis and Low – grade
Metamorphicrock,The Mineralogical Society Of America
13. Bramlette và Posniak ( 1933), Mineral Commodity Report 23 – Zeolites,
Institute of Geological and Nuclear Sciences Ltd
14. Breck (1974), Comparative Study of Copper Adsorptivity and Selectivity
toward Zeolites, American Journal of Analytical Chemistry .
15. Lemonnier và Brizard (2007), Effect of Water Exchange Rate on Waste Production in Semi‐Intensive Shrimp Ponds During the Cold Season in New Caledonia, Journal of the World Aquaculture Society. .
16. Richard A. Sheppard (1996), U.S. Geological Survey Occurrences of Eriontte in sedimentary rocks of the western ,U.S. DEPARTMENT OF THE INTERIOR.
56 MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ... 5
1.1. TỔNG QUAN VỀ AMONI (NH4) VÀ HYDROSUNPHUA (H2S): ... 5
1.1.1. Nghiên cứu về amoni (NH4) và hydrosunphua (H2S): ... 5
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm amoni (NH4) và hydrosunphua (H2S) trong nước ... 12
1.1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm Amoni trong nước ... 12
1.1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm H2S trong nước ... 14
1.1.3. Các biện pháp xử lý ô nhiễm amoni (NH4+) và hydrosunphua (H2S) ... 16
1.1.3.1. Các biện pháp xử lý ô nhiễm amoni (NH4) trong nước ... 16
1.1.3.2. Các biện pháp xử lý ô nhiễm hydrosunphua (H2S) trong nước ... 18
1.2. Tổng quan khoáng Laterit và Zeolite ... 19
1.2.1. Khoáng Zeolite ... 19
1.2.2. Khoáng Laterit (đá ong ) ... 21
1.3. Lý thuyết hấp phụ ... 23 1.3.1. Định nghĩa ... 23 1.3.2. Phân loại hấp phụ ... 23 1.3.3. Cơ chế ... 24 1.3.4. Chất hấp phụ ... 24 1.3.5. Đường hấp phụ đẳng nhiệt ... 24 1.3.5.1. Phương trình Freundlich[1] ... 24
1.3.5.2.Phương trình Lăngmua (Langmuir)[1] ... 26
1.3.6. Các phương pháp phân tích... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ... 28
57
2.1.1. Hóa chất và thiết bị phân tích H2S ... 28
2.1.2. Hóa chất và thiết bị phân tích NH3 ... 28
2.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ... 29
2.2.3. Phương pháp phân tích Hydrosunfuavà Amoni ... 33
2.3. Phương pháp xử lý số liệu ... 38
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... 39
3.1. Khảo sát hiện trạng hồ nuôi tôm ... 39
3.2. Kết quả thí nghiệm với các khoáng chất Laterite và Zeolite ... 40
3.2.1. Kết quả thí nghiệm với khoáng Laterite ... 40
3.2.2. Kết quả thí nghiệm với khoáng Zeolite ... 47
58 DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Ảnh hưởng của pH trên tỷ lệ tương quan của H2S, HS- và S2- ... 15
Hình 2. Laterit (đá ong) trong tự nhiên ... 22
Hình 3. Đường hấp phụ axit propionic trên than hoạt tính... 25
Hình 4. Đồ thị để tìm ra các hằng số trong phương trình Frendlich ... 26
Hình 5. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Lăng mua ... 27
Hình 6. Đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Lăngmua ... 27
Hình 7. Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM ... Error! Bookmark not defined. Hình 8. Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn .. Error! Bookmark not defined. Hình 9. Nồng độ TAN ở thí nghiệm với các công thức khoáng Laterite theo thời gian ... 42
Hình 10. Hiệu suất TAN khi sử dụng khoáng Laterite theo thời gian (%) ... 43
Hình 11. Ảnh hưởng của khoáng Laterit đến nồng độ NH3 ... 45
Hình 12. Nồng độ H2S ở các thí nghiệm với các công thức khoáng Laterite theo thời gian . 47 Hình 13.Ảnh hưởng của hàm lượng Zeolite đến nồng độ TANtrong nước ... 49
Hình 14. Hiệu suất TAN khi sử dụng khoáng Zeolite theo thời gian (%) ... 50