Từ hình 3.18, có thể thấy C/q phụ thuộc tuyến tính vào C, với hệ số tương quan là 0,996, cho thấy sự phù hợp của kết quả thực nghiệm với mơ hình lý thuyết Langmuir và sự hấp phụ của S2-
trên vật liệu là hấp phụ đẳng nhiệt đơn lớp.
Từ đồ thị trên, chúng tơi cũng đã tính được dung lượng hấp phụ cực đại của S2-trên vật liệu:
tgα = qmax = = 1/ 0,036 = 27,78 (mg/g)
Kết quả tính tốn cho thấy, dung lượng hấp phụ cực đại sunfua của vật liệu là khá lớn. Kết quả này cho thấy triển vọng rất lớn của loại vật liệu này đối với việc xử lý sunfua trong các nguồn nước ô nhiễm hiện nay.
3.3.6. Khảo sát ảnh hưởng của ion lạ.
Trong thực tế trong mẫu nước bên cạnh S2- cịn có mặt các anion khác với nồng độ tương đối lớn ví dụ như SO42-
, NO2-, NO3-, SO42-,..Để khảo sát khả năng gây ảnh hưởng của các ion lạ đến khả năng hấp phụ sunfua, chúng tôi đã tiến hành các thí nghiệm hấp phụ S2- khi có mặt các ion này ở các nồng độ khác nhau. Kết quả được trình bày trong Bảng 3.17 và Hình 3.19 :
Bảng 3.17. Ảnh hƣởng của các ion lạ đến khả năng hấp phụ sunfua của vật liệu
Dd1: S2- (20ppm) Dd2:S2-(20ppm), (PO43-,SO42-NO3- ,NO2- :20ppm) Dd3:S2-(20ppm), (PO43-,SO42-NO3- ,NO2- :40ppm) Dd4:S2-(20ppm), (PO43-,SO42-NO3- ,NO2- :60ppm) Dd5:S2-(20ppm), (PO43-,SO42-NO3- ,NO2- :80ppm) Abs 0,696 0,541 0,409 0,226 0,132 C(ppm) 3,86 4,95 5,53 5,80 6,15 H(%) 80,70 75,25 72,35 71,00 69,30
Dựa vào hình trên ta thấy khi có mặt các ion lạ trong dung dịch ở cả 4 nồng độ khác nhau, khả năng hấp phụ S2-
của vật liệu bị ảnh hưởng nhưng không đáng kể, hiệu suất hấp phụ biến thiên không nhiều. Sự giảm hiệu suất hấp phụ ở đây chủ yếu gây ra do sự hấp phụ cạnh tranh của ion PO43-, là ion cũng có khả năng hấp phụ tốt trên vật liệu Fe(OH)3.
3.3.7. Điều kiện tối ưu hấp phụ sunfua của vật liệu Fe(OH)3
Từ những thí nghiệm khảo sát nên trên, chúng tơi đã đưa ra được điều kiện tối ưu để vật liệu Fe(OH)3 hấp phụ ion sunfua tốt nhất như sau:
pH phù hợp: pH = 6
Thời gian hấp phụ tối ưu: 4 giờ, tốc độ lắc mẫu: 160vòng/phút. Khối lượng vật liệu: 0,1 gam.
Dựa trên các kết qủa khảo sát hấp phụ tĩnh, chúng tôi tiếp tục tiến hành nghiên cứu quá trình hấp phụ S2-
của vật liệu để xử lí nước thải mơi trường.
3.4. Xác định và xử lý hàm lƣợng sunfua trong một số mẫu nƣớc thực tế
3.4.1. Xác định hàm lượng sunfua trong mẫu nước
Kết quả phân tích hàm lượng sunfua của 6 mẫu nước lấy từ các vị trí khác nhau ở sơng Kim Ngưu và sông Sét vào ngày 28 tháng 12 năm 2017 được biểu diễn ở Bảng 3.18
Bảng 3.18. Kết quả hàm lƣợng sunfua tại 2 sông Kim Ngƣu và sông Sét
STT Mẫu Địa điểm Hàm lƣợng S2-
1 Kim Ngưu 1 Gần cầu ngã tư Kim Ngưu-Minh Khai 8,90 ± 0,23 2 Kim Ngưu 2 Đối diện 377 Kim Ngưu 2,80 ± 0,45 3 Kim Ngưu 3 Đối diện 655 Kim Ngưu 6,85 ± 0,36
4 Sét 1 182 Trần Đại Nghĩa 4,11 ± 0,24
5 Sét 2 217 Bờ sông Sét Tương Mai 1,78 ± 0,20 6 Sét 3 Đối diện 9C7 bờ sông Sét Tương Mai 0,80 ± 0,30
Nhìn vào Bảng 3.18 ta thấy hàm lượng sunfua dao động trong khoảng từ 0,5 đến 9,0 ppm. Nhìn chung hàm lượng sunfua tại sông Kim Ngưu cao hơn ở sông Sét, với
2/3 mẫu vượt ngưỡng tiêu chuẩn quy định cho nước sử dụng khơng cho mục đích cấp nước sinh hoạt. Tùy mức độ ô nhiễm sunfua của sơng Sét thấp hơn, nhưng cũng có một mẫu lấy ở điểm Trần Đại Nghĩa vượt mức quy định. Các mẫu Kim Ngưu 1, Kim Ngưu 2, Kim Ngưu 3 và Sét 1 là những mẫu được tiếp tục tiến hành hấp phụ để xử lý loại bỏ sunfua.
3.4.2. Xử lý loại bỏ S2- trong mẫu bằng hấp phụ tĩnh
Tiếp theo chúng tơi tiến hành xử lí loại bỏ sunfua trong các mẫu nước có hàm lượng sunfua lớn vượt ngưỡng quy định với quy trình xử lý như sau:
Lọc
+ bùn thải chứa Fe(OH)3
Li tâm và lọc
Tạo phức
Kết quả hàm lượng sunfua trước và sau khi hấp phụ được biểu diễn ở Bảng 3.19
Lấy mẫu
Dung dịch
Lắc 4 giờ
Dung dịch
Bảng 3.19. Kết quả hấp phụ sunfua tại 2 sông Kim Ngƣu và sông Sét
Tên mẫu [S2-] trước xử lý [S2-] sau xử lý H(%)
Kim Ngưu 1 8,90 2,59 70,9
Kim Ngưu 2 2,80 0,81 71,0
Kim Ngưu 3 6,85 1,50 78,3
Sét 1 4,11 1,09 73,5
Như vậy sau khi xử lý sunfua bằng phương pháp hấp phụ tĩnh ta thấy nồng độ sunfua đều dưới mức quy định về nước thải sinh hoạt khi thải vào nguồn nước khơng dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt theo QCVN 14:2008 cho thấy tiềm năng ứng dụng của vật liệu bùn thải sắt hydroxit trong việc xử lý nước ô nhiễm sunfua.
KẾT LUẬN
Sau khi tiến hành nghiên cứu với đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ sunfua của vật liệu bùn thải chứa sắt (III) hydroxit”, chúng tôi đã thu được những kết quả như sau:
- Tìm được các điều kiện tối ưu để xác định sunfua như sau: thời gian= 30 phút, pH=4,5; Vo-phenantrolin= 2,5 ml và VFe(III)= 5 ml. Kết quả đánh giá phương pháp phân tích cho thấy đường chuẩn tuyến tính trong khoảng từ 0,14 mg/l-1,4 mg/l với hệ số R2 = 0,998. Các giá trị LOD, LOQ lần lượt là 0,04 mg/l và 0,14 mg/l.
- Đã khảo sát các đặc trưng của vật liệu bằng phương pháp XRD, IR, SEM và ICP-MS, kết quả cho thấy vật liệu chủ yếu tồn tại ở dạng goethite vơ định hình, một phần ở dạng vi tinh thể; bề mặt vật liệu xốp, kích thước hạt nhỏ, vật liệu sạch, thành phần các kim loại khác rất nhỏ, không ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ sunfua của vật liệu.
- Đã khảo sát quá trình hấp phụ tĩnh của sunfua trên vật liệu và tìm được các điều kiện hấp phụ tối ưu như sau: pH = 6, thời gian đạt cân bằng hấp phụ: 4 giờ, khối lượng vật liệu 0,1 g. Dung lượng hấp phụ cực đại khá tốt, qmax = 27,7mg/g, pH và các ion lạ khơng có ảnh hưởng nhiều đến khả năng hấp phụ sunfua của vật liệu.
- Áp dụng phân tích hàm lượng S2- trong 06 mẫu nước, và xử lí 04 mẫu nước dưới ngưỡng tiêu chuẩn sunfua quy định của TCVN 14:2008.
Với kết quả nghiên cứu thu được, chúng tôi nhận thấy vật liệu sắt (III) hydroxit rất có triển vọng trong việc xử lý sunfua đối với các quy trình xử lý nước thải, nước cấp. Việc sử dụng vật liệu này vừa có ý nghĩa kinh tế do có thế tận dụng được nguồn phế thải khổng lồ từ các ngành cơng nghiệp vừa có ý nghĩa về mặt mơi trường giúp cho việc xử lý tình trạng ơ nhiễm các nguồn nước hiệu quả, phù hợp với điều kiện thực tế của đất nước.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1. QCVN 14: 2018/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt. 2. QCVN 40: 2011/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải cơng nghiệp. 3. Sơn, N.T, Giáo trình hóa Phân tích 2007: Đại Học Nơng Nghiệp Hà Nội
4. TCVN 6637:2000, ISO 10530:1992- Chất lượng nước: Xác định sunfua hòa tan bằng phương pháp đo quang dùng xanh metylen.
5. Vân, N.T.T., Thí nghiệm Phân Tích Định Lượng 2011: Đại Học Quốc Gia TP.HCM.
TIẾNG ANH
6. Abatzoglou, N.& Boivin S. (2009), “ A review of biogas purification processes”, Biofuels Bioproducts and Biorefining, 3, pp 42-71.
7. Anders Svenson (1980), “ A Rapid and Sensitive Spectrophotometric Method for Determination of Hydrogen Sulfide with 2,2- Dipyridyl Disulfide”,
Analytical Biochemistry, 107, pp 51-55.
8. Bandosz, T. J (2002), “ On the adsorption/ oxidation of hydrogen sulfide on activated carbons at ambient temperatures”, Journal of Colloid and Interface Science, 246, pp 1-20.
9. Cadena F, Peters RWJ (1988), “ Evaluation of chemical oxidizers for hydrogen sulfide control”, Journal Water Pollution Control Federation, 60(7), pp 1259-63 10. C. Namasivayam *, K. Prathap (2005), “ Recycling Fe(III)/Cr(III) hydroxide,
an industrial solid waste for the removal of phoshate from water”, Jouranl of
Hazardous Material, B123, pp 127-134.
11. Christensen, H. and A. N. Christensen (1987), “Hydrogen bonds of γ-FeOOH”,
Acta Chem. Scand, A32(1), pp 87-88.
12. Chukhrov, F.V., Z34vyagin, B.B., Gorshkov, A.I., Ermilova, L.P., Korovushkin, V.V., Rudnitskaya, E.S., Yakubovskaya, N.Y. (1976), “Feroxyhyte, a new modification of FeO(OH)”, Izvest. Akad. Nauk SSR, Ser. Geol,5, pp 5-24.
13. Daneshyar A, M. Ghaedi, M.M. Sabzehmeidani (2016), “ H2S adsorption onto Cu-Zn-Ni nanoparticles loaded activated carbon and Ni-Co nanoparticles loaded γ-Al2O3: Optimization and adsorption isotherms”, Journal of Colloid and Interface Science, pp 1-37.
14. Davidson, J. M., Lawrie, C. H., & Sohail, K. (1995), “ Kinetics of the absorption of hydrogen sulfide by high purity and doped surface area zinc oxide”, Industrial and Engineering Chemistry Research, 34, pp 2981-89.
15. Degui Tang, Peter H. Santschi (2000), “Sensitive determination of dissolved sulfide in estuarine water by solid-phase extraction and high-performance liquid chromatography of methylene blue”, Journal of Chromatography A, 883, pp
305-309.
16. Dos Santos Afonso M, Stumm W. R (1992), “Reductive dissolution of iron(III) hydroxides by hydrogen sulfide”, Langmuir, 8, pp1671-5.
17. Dr C.-H. Selene J. Chou (2003), “ Hydrogen sulfide; human health aspects”, World Health Organization Geneva.
18. Ho YS, Mckay G. (1998), “ Kinetic Models for the Sorption of Dye from Aqueous Solution by Wood”. Process Saf Environ Prot 76, pp 183-191.
19. Ho YS, McKay G. (1998), “ A comparison of chemisorption kinetic models applied to pollutant removal on various sorbents”, Process Saf Environ Prot 76, pp 332-340.
20. Lee, J.D., Jun, J.H., Park, N., Ryu, S., & Lee, T. J. (2005), “ A study on selective oxidation of hydrogen sulfide over zeolite-NaX and-KX catalysts”,
Korean Journal of Chemical Engineering, 22, pp 36-41.
21. LeZeng, Xiaomei Li, Jindun Liu (2004), “Adsorptive removal of phosphate from aqueous solutions using iron oxide tailings”, Water Research, 38(5), pp 1318-1326.
22. Madevaiah, M.A. Sathish, M.S. Yogendra Kumar (2008), “ A New Spectrophotometric Method for Hydrogen Sulfide Through Electrolytically Generated Mn(III) with o-Tolidine”, E-Journal of Chemistry, Vol.5, No.1, pp
23. Mai, H.N.P (2011), “Sulfate”, Green Eye Environment,8, pp1-6.
24. Mao Y, Yue Q. (2016), “ Kinetic Modeling of Phosphate Adsorption by Preformed and Insituformed Hydrous Ferric Oxides at Circumneutral pH”, Nat Publ Gr, pp 1-11.
25. McCrady, E. (1996), “ Zeolites”, Conservation Online: Abbey Newsletter, 20(7) 26. McKinsey Zicarai, S. (2003), “ Removal of hydrogen sulfide from biogas using cow-manure compost”, Thesis Presented to the Faculty of the Graduate School
of Cornell University, pp 1-104
27. M.F. Mousavi and N.Sarlack (1997), “ Spectrophotometric determination of trace amounts of sulfide ion based on its catalytic reduction with metylene blue in the presence of Te(IV), Analytical Chemistry, 30, pp 1567-1578.
28. Nagl G. (1997), “Controlling H2S emissions”, Chemical Engineering, 104(3), pp 125-131.
29. Peiffer S, dos Santos Afonso M, Wehrll B, Gachter R (1992), “Kinetic and mechanism of the reaction of H2S with lepidocrocite”, Environ Sci Technol,
26(12), pp 2408-13.
30. P. Jeroschewski, C. Steuckart (1996), “ An Amperometric Microsensor for the Determination of H2S in Aquatic Environments”, Analytical Chemistry, 68, pp
4351-4357.
31. Rahimi, Sofoora, Rozita M. Moattari, Laleh Rajabi, Ali Ashraf Derakhshan and Mohammad Keyhani (2014), “Iron Oxide/hydroxide (α, γ-FeOOH) Nanoparticles as High Potential Adsorbents for Lead Removal from Polluted Aquatic Media”, Journal of Industrial and Engineering Chemistry.
32. Riahi K, Chaabane S, Thayer B Ben. (2013), “ A kinetic modeling study of phosphate adsorption onto Phoenix dectylifera L. date palm fibers in batch mode”, J. Saudi Chem. Soc, 2013, pp 12-16.
33. Sharma VK, Smith JO, Millero FJ (1997), “ Ferrate (VI) oxidation of hydrogen sulfide”, Environ Sci Technol, 31(9), pp 2486-91.
34. Simon W. Poulton, Michael D. Krom, Jaap Van Rijn, Robert Raiswell. (2002), “The use of hydrous iron (III) oxides for the removal of hydrogen sulphide in aqueous systems”, Water Research, 36, pp 825-834.
35. Samarghandi MR, Al-Musawi TJ, Mohseni-Bandpi A, Zarrabi M. (2015), “Adsorption of cephalexin from aqueous solution using natrural zeolite and zeolite coated with manganese oxide nanoparticles”, J Mol Liq, 211, pp 431-441.
36. Teermann, I.P., Jekel, M.R. (1999), “ Adsorption of humic substaces onto ss- FeOOH and its chemical regeneration. Department of Water Quality Control, Technical University Berlin, Berlin, Germany, Water Science and Technology,
40(9), pp 199-206.
37. Van der Zee, C., Roberts, D., Racourt, D.G., Slomp, C.P. (2003), “ Nanogeothite is the dominant reactive oxyhydroxide phase in lake and marine sediment”, Geology 31(11), pp 993-996.
38. Wang, X., Ma, X., Xu, X., Sun, L., & Song, C. (2008), “ Mesoporous- molecular-sieve-supported polymer sorbents for removing H2S from hydrogen gas streams”, Topics in Catalysis, 49, pp 108-117.
39. Yao W, Millero FJ (1996), “Oxidation of hydrogen sulfide by hydrous Fe(III) oxides in seawater”, Mar Chem, 52, pp 1-16.
40. Yuan, W.& Bandosz, T.J (2007), “Removal of hydrogen sulfide from biogas on suldge-derived adsorbents, Fuel, 86, pp 2736-2746.
41. Yubo Yan, Xiuyun Sun (2014), “ Removal of phosphate from waste water using alkaline redidue”, Journal of Environmental Sciences, 26970-980.
42. Yuki Ogasawara, Kazuyuki Ishii, Tadayasu Togawa and Shizo Tanabe (1991), “Determination of trace amounts of sulfide in human red blood cells by high- performace liquid chromatography with fluorimetric detection after derivatization with p-phenyllenediamine and iron (III)”, Analyst, 116, pp 1359-1363.