Một số đặc điểm của hai loại vật liệu hấp phụ H1 và O1 đã đƣợc khảo sát: độ xốp 20 – 25%, khối lƣợng riêng 1,1 – 1,6 g/cm3, dung lƣợng hấp phụ tĩnh cực đại đối với asen lớn hơn 30 mg/g với cả 2 loại vật liệu [42]. Ảnh chụp SEM và XRD của vật liệu H1 và O1 đƣợc trình bày ở phụ lục cho thấy bề mặt thành phần của 2 loại vật liệu. Ảnh chụp SEM cho thấy vật liệu H1 và O1 có các hốc lớn xen kẽ với các thành, các thành đƣợc cấu tạo bởi các tầng xếp chồng lên nhau bởi các tấm dài. Các tấm có bề mặt nhám, kích thƣớc và có diện tích bề mặt gần nhƣ nhau. Đặc điểm bề mặt này cho thấy hai loại vật liệu này có độ xốp cao, và có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn [42].
2.3.4 Đánh giá hiệu quả xử lý asen của mơ hình xử lý quy mơ phịng thí nghiệm
a. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu quả hấp phụ của hai loại vật liệu
Lƣợng vật liệu sử dụng là 5 g trong 50 ml dung dịch asen (V) nồng độ 500 µg/l. Mặc dù asen trong nƣớc ngầm tồn tại dƣới dạng asen (III), asen (V), asen hữu cơ nhƣng thí nghiệm sử dụng asen (V) để tiến hành khảo sát bởi lý do ở giai đoạn sục khí cƣỡng bức phần lớn asen trong nƣớc ngầm bị oxi hóa thành asen (V). Quá trình hấp phụ của vật liệu đƣợc khảo sát ở pH từ 2 đến 10. Điều chỉnh pH của dung dịch hấp phụ bằng các dung dịch HCl 0,02N, NaOH 0,02N và NaCl 0,02N. Hút hỗn hợp dung dịch HCl 0,02N (hoặc NaOH 0,02N) + dung dịch NaCl 0,02N có tổng thể tích là 45ml và hút 5ml asen (V) 5 mg/l và 5 g vật liệu dạng viên cho vào bình tam giác 100 ml. Tiến hành đo pH và sau đó lắc các bình tam giác với tốc độ 150 vòng/phút trong 2 giờ. Tiếp theo tiến hành lọc dung dịch bằng giấy lọc và thu dung dịch đã lọc để tiến hành phân tích nồng độ asen sau khi hấp phụ. Từ kết quả đó, xác định đƣợc pH tối ƣu để hấp phụ asen của vật liệu dạng viên để đánh giá hai loại vật liệu có khả năng áp dụng xử lý nƣớc ngầm nhiễm asen ngoài thực tế.
b. Đánh giá khả năng xử lý asen của mơ hình xử lý trong điều kiện dịng chảy liên tục
Mơ hình quy mơ phịng thí nghiệm là các cột lọc làm từ ống nhựa trong suốt có đƣờng kính trong 92 mm. Cột vận hành theo nguyên lý lọc ngƣợc, có van 1 dẫn nƣớc (dung dịch asen) vào cách đáy 50 mm và van 2, 3, 4 xả nƣớc ra, mỗi van xả
nƣớc tƣơng ứng với các chiều cao vật liệu giàu sắt khác nhau (van số 2 tƣơng ứng với 50 mm chiều cao vật liệu, van số 3 tƣơng ứng với 200 mm chiều cao vật liệu, van số 4 tƣơng ứng với 350 mm chiều cao vật liệu). Sử dụng bơm nhu động để hút dung dịch asen (V) từ bình chứa đến cột lọc. Lƣu ý vật liệu phải đƣợc ngâm ngập trong nƣớc cất trong ít nhất 8 giờ để đuổi khí trƣớc khi tiến hành thí nghiệm.
Diện tích tiết diện cột:
F = r2 = * 462 = 6,65x10-3 (m2) = 66,5 cm2 Q = 15 l/ngày = 0,625 l/h = 0,01 l/phút = 10 ml/phút
Chiều chuyển động của nƣớc trong bình hình trụ: Nƣớc từ dƣới đi lên trên với vận tốc v = Q / F =
= 0,94 x 10-3 (l/cm2.h) = 0,0157 (ml/cm2.phút)
Nhồi vật liệu cột lọc:
Chuẩn bị sẵn 2 cột mica sạch để tiến hành nhồi vật liệu tạo 2 cột lọc với 2 loại vật liệu hấp phụ giàu sắt khác nhau H1 và O1 cho từng cột. Với từng cột nhồi 1 lớp sỏi (đã rửa sạch và phơi khô) cao 50 mm ở đáy cột, tiếp đến là các lớp viên vật liệu hấp phụ giàu sắt (lƣu ý tất cả các lớp vật liệu phải đƣợc ngâm ngập trong nƣớc cất trong ít nhất 8 giờ để đuổi khí trƣớc khi tiến hành thí nghiệm). Tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu với dung dịch As(V) nồng độ 500 µg/l với tốc độ dịng = 10 ml/phút. Tại vị trí cách đáy 10, 25, 40 cm (tƣơng ứng với 5, 20, 35 cm chiều cao lớp vật liệu giàu sắt) đặt các van số 2, 3, 4 để tiến hành lấy mẫu và phân tích chỉ tiêu asen.
Tổng khối lƣợng vật liệu đƣợc nhồi trong cột là 4 kg.
* Khảo sát ảnh hƣởng chiều cao lớp vật liệu giàu sắt đến quá trình hấp phụ asen trong điều kiện dòng chảy liên tục
Lấy mẫu ở các van xả đầu ra 2, 3 và 4 ở các thời điểm khác nhau trong 4 giờ đầu tiên. Mẫu đƣợc đem đi phân tích hàm lƣợng asen để khảo sát ảnh hƣởng của chiều cao của 2 loại vật liệu này tới hiệu quả xử lý asen.
* Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tới quá trình hấp phụ asen của hai loại vật liệu trong điều kiện dòng chảy liên tục
Lấy mẫu nƣớc tại van số 4 ở các thời điểm khác nhau. Mẫu đƣợc phân tích hàm lƣợng asen để tính tốn hiệu suất hấp phụ, dung lƣợng hấp phụ cực đại và thời gian hấp phụ 50% asen theo mơ hình hấp phụ động Thomas và Yoon – Nelson, từ đó áp dụng vào tính tốn và thiết kế hệ thống xử lý asen trong nƣớc ngầm quy mô phân tán.