Bảng 3.16. Kết quả xét nghiệm mẫu nước sông Kim Ngưu
STT Ký hiệu Vị trí C0 (NH4 +) (ppm) Đánh giá theo QCVN 08- MT:2015/BTNMT (Mức B1)
2 KN2 Cống Kim Ngưu 33,66 Có ơ nhiễm 3 KN3 Cống Minh Khai 29,16 Có ơ nhiễm 4 KN4 Cống Thịnh Liệt 38,07 Có ơ nhiễm 5 KN5 Cống Tân Mai 33,25 Có ơ nhiễm
* Ghi chú: Mức B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có u cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2.
Kết quả phân tích cho thấy 5 mẫu nước sơng đều bị ô nhiễm amoni cao gấp 10 – 12 lần chỉ tiêu cho phép (QCVN 01:2009/BYT).
3.5.2. Xử lý hấp phụ ion amoni bằng nhơm oxit biến tính
Mẫu nước sơng được lấy về phịng thí nghiệm theo đúng hướng dẫn, quy định kèm theo, sau khi lọc hết cặn rác, và điều chỉnh về môi trường hấp phụ tối ưu với từng loại vật liệu, thu được kết quả xử lý như trong bảng 3.17.
Chúng tôi tiến hành xử lý mẫu thật chia làm nhiều lần để tận dụng tối đa hiệu suất hấp phụ của vật liệu. Trong lần đầu tiên, nước sông tuy được lọc qua giấy lọc nhưng vẫn còn một lượng nhỏ các chất hữu cơ lơ lửng trong nước, vẫn cịn mùi hơi thối đặc trưng, chứng tỏ còn nhiều chất hữu cơ hịa tan trong nước. Vì vậy, trong lần đầu tiên, chúng tôi dùng một lượng nhỏ vật liệu để hấp phụ, loại bỏ hoàn toàn các chất này. Tiếp đến lần thứ hai, chúng tơi tính tốn dung lượng hấp phụ (theo lý thuyết) để chọn lượng chất hấp phụ phù hợp. Sau đó kiểm tra, nếu mẫu nước vẫn chưa đạt yêu cầu, chúng tôi tiếp tục tính tồn để xử lý mẫu nước đến khi đạt TCVN.
Bảng 3.17. Xử lý amoni trong nước sông bằng SMA và PMA
Vật liệu
Mẫu
γ – Al2O3 biến tính SDS γ – Al2O3 biến tính PSS
SMA(g) C0 (ppm) Cm (ppm) H% PMA(g) C0 (ppm) Cm (ppm) H% KN1 0,05 35,62 29,52 17,12 0,10 35,62 29,32 17,69
Lần 1 KN2 0,05 33,66 27,15 19,33 0,10 33,66 27,72 17,63 KN3 0,05 29,16 23,19 20,48 0,10 29,16 23,76 18,52 KN4 0,05 38,07 31,11 18,27 0,10 38,07 29,97 21,27 KN5 0,05 33,25 27,35 17,72 0,10 33,25 26,46 20,42 Lần 2 KN1 0,25 29,52 9,67 67,23 0,35 29,32 8,92 69,58 KN2 0,25 27,15 9,18 66,17 0,35 27,72 8,29 70,11 KN3 0,25 23,19 8,22 64,53 0,35 23,76 9,18 61,35 KN4 0,25 31,11 12,29 60,50 0,35 29,97 8,41 71,94 KN5 0,25 27,35 10,04 63,29 0,35 26,46 8,49 67,91 Lần 3 KN1 0,10 9,67 1,34 86,12 0,15 8,92 1,45 83,76 KN2 0,10 9,18 1,71 81,42 0,15 8,29 1,52 81,63 KN3 0,10 8,22 1,33 83,77 0,15 9,18 1,26 86,27 KN4 0,10 12,29 1,67 86,41 0,15 8,41 1,76 79,03 KN5 0,10 10,04 1,47 85,37 0,15 8,49 1,34 84,19 Trên thực tế, hàm lượng vật liệu cần hấp phụ luôn cao hơn lý thuyết vì thành phần mẫu thật rất phức tạp, nhiều vi khuẩn, chất lượng mẫu nước luôn biến đổi theo thời gian và nhiệt độ. Vì vậy, chia vật liệu hấp phụ làm nhiều lần có thể điều chỉnh hàm lượng chất phù hợp, từ đó giúp tận dụng tối đa hiệu suất hấp phụ của vật liệu. Tuy nhiên, khơng nên chia nhỏ thành q nhiều lần vì tốn thời gian hóa chất để xử lý, hao phí cơ sở vật chất để bảo quản mẫu.
3.5.3. Kết quả xử lý hấp phụ amoni trong nước sơng bằng nhơm oxit biến tính
Trong nghiên cứu này, chúng tơi chỉ áp dụng phương pháp hấp phụ cho việc xử lý ion amoni trong mẫu nước mặt. Qua các kết quả phân tích định lượng chất ở các phần trước, các mẫu nước KN1, KN2, KN3, KN4 và KN5 đều có nồng độ amoni cao, vượt
quá nồng độ cho phép nên chúng tôi áp dụng để xử lý ion amoni trong 5 mẫu nước sông bằng phương pháp hấp phụ với các điều kiện tối ưu.
Các kết quả xử lý ion amoni bằng vật liệu SMA và PMA thu được ở Bảng 3.18: Bảng 3.18. Đánh giá kết quả xử lý ion ami trong mẫu nước thực
Mẫu Chỉ tiêu KN1 KN2 KN3 KN4 KN5 ∑ SMA (g) 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 ∑ PMA (g) 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 H% (SMA) 96,23 94,93 95,42 95,61 95,58 H% (PMA) 95,93 95,48 95,68 95,37 95,96 QCVN 01:2009/BYT Đạt B1 Đạt B1 Đạt B1 Đạt B1 Đạt B1
Từ các kết quả thu được ở Bảng 3.18 về xử lý nồng độ amoni trong các mẫu nước có nồng độ vượt quá quy định cho phép, có thể thấy nồng độ amoni trong các mẫu giảm đi rõ rệt, hầu hết là giảm xuống thấp hơn giới hạn tối đa đối với nước B1 (3,0 mg/L). Hiệu suất xử lý đạt từ 94,93% đến 96,23%. Lượng vât liệu SMA cần để xử lý nước ít hơn so với vật liệu PMA do đó có tính kinh tế hơn. Do trong mẫu nước cịn có thể có chứa nhiều loại muối nên có thể làm giả một phần khả năng xử lý của vật liệu. Tuy nhiên, với mức hiệu suất có thể đạt được trong các mẫu thực như trên là tốt.
Với các kết quả thu được, phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu nhơm oxit biến tính bằng chất hoạt động bề mặt SDS hồn tồn có thể áp dụng cho các mẫu nước mặt bị ô nhiễm, mở rộng hơn là các mẫu nước thải, nước sơng có nồng độ amoni cao. Đây là cơ sở để mở rộng nghiên cứu phương pháp hấp phụ trên các vật liệu tự nhiên có thành phần nhơm oxit có kích thước lớn nhưng sau khi biến tính với chất hoạt động bề mặt có thể làm vật liệu hấp phụ xử lý hiệu quả ion amoni trong nước.
KẾT LUẬN
Với yêu cầu đặt ra là xác định ion amoni và nghiên cứu hiệu quả xử lý ion amoni bằng hấp phụ sử dụng vật liệu nhơm oxit biến tính, đề tài đã đạt được các kết quả như sau:
- Vật liệu γ-Al2O3 hoạt hóa bề mặt bằng NaOH và xử lý nhiệt tại phịng thí nghiệm cho hiệu suất xử lý hấp phụ ion amoni tối đa là 60,49% (tại điều kiện tối ưu).
- Đã biến tính thành cơng vật liệu γ-Al2O3 bằng chất hoạt động bề mặt mang điện âm SDS (SMA) và polyme mang điện âm PSS (PMA). Hiệu suất xử lý ion amoni tại điều kiện tối ưu của SMA là 86,7% và của PMA là 65,4%.
- Tối ưu được các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ amoni trên bề mặt SMA: thời gian cân bằng hấp phụ là 180 phút ; pH=4,0 ; lượng vật liệu sử dụng là 0,100g ; nồng độ muối nền NaCl là 0,001M. Tối ưu được các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ amoni trên bề mặt PMA: thời gian cân bằng hấp phụ là 180 phút ; pH = 4,0; lượng vật liệu sử dụng 0,100 g, nồng độ muối nền NaCl là 0,01M
- Xây dựng thành công đường hấp phụ đẳng nhiệt tương ứng với từng loại vật liệu SMA và PMA tại các giá trị nồng độ muối nền NaCl khác nhau, thông qua việc sử dụng mơ hình hai bước hấp phụ..
- Áp dụng phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu nhôm oxit biến tính để xử lý nồng độ amoni trong 05 mẫu nước mặt có nồng độ amoni vượt quá quy định cho phép thu được kết quả khả quan đó là nồng độ amoni sau khi xử lý đều đạt mức nước B1 (< 3,0 mg/L) theo QCVN 01:2009/BYT.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Đặng Đình Bạch, Nguyễn Văn Hải (2006), Giáo trình hóa học Mơi trường,
ĐHQGHN, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật.
2. Bản tin Tài nguyên Nước (2017), Xử lý an toàn, tái sử dụng nước thải để biến nước thỉ thành tài nguyên, Cục Quản lý Tài Nguyên Nước, Bộ Tài nguyên
và Môi trường
3. Báo cáo Môi trường Quốc gia (2012), Chương 2 – Nguồn gây ô nhiễm nước mặt, Chương 3 – Diễn biến Chất lượng Môi trường Nước mặt, Bộ Tài nguyên và
Môi trường
4. Phạm Mạnh Cổn, Nguyễn Mạnh Khải, Phạm Quang Hà,, Trần Ngọc Anh (2013),
“Nghiên cứu chất lượng nước mặt khu vực nội thành Hà Nội”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Cơng nghệ, Tập 29, Số 3S, 24-30
5. Vũ Đăng Độ, Triệu Thị Nguyệt (2010), Hóa học vơ cơ, quyển 1: Các ngun tố họ s và p, NXB Giáo dục.
6. Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Tỵ (2009), Vi sinh vật học, NXB Giáo dục.
7. Trần Từ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xn Trung (2007), Hóa học phân tích – phần 2 – Các phương pháp phân tích cơng cụ, ĐHQGHN,
NXB Khoa Học và Kỹ Thuật.
8. Nguyễn Thị Ngọc (2011), “Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong nước bằng nano MnO2 - FeOOH mang trên Laterit (đá ong biến tính)”, Luận văn Thạc
sĩ Hóa Mơi trường, ĐHKHTN – ĐHQGHN.
9. Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga (2002), Giáo trình Cơng nghệ xử lý nước thải, NXB
Khoa học và kỹ thuật.
10. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2006), Hóa lý, tập 2, NXB
Giáo Dục. Hà Nội.
11. QCVN 08-MT:2015/BTMNT - Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia về Chất lượng Nước mặt, Bộ Tài nguyên và Môi trường
12. QCVN 38:2011/BTMNT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt bảo vệ đời sống thủy sinh, Bộ Tài nguyên và Môi trường.
13. QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia về Chất lượng Nước ăn uống; QCVN 02:2009/BYT - Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia về Chất lượng Chất lượng Nước sinh hoạt, Bộ Y tế
14. TCVN 5994 – 1995, Hướng dẫn lấy mẫu ở ao hồ tự nhiên và nhân tạo, ISO 5667-
4:1987
15. Tạ Thị Thảo (2010), Bài giảng chun đề thống kê trong hóa phân tích, ĐHKHTN
– ĐHQGHN
16. Hồ Sĩ Thoảng (2006), Giáo trình xúc tác dị thể, Trường Đại học Bách Khoa Hồ
Chí Minh.
17. Ủy ban Nhâm dân Thành phố Hà Nội (08/12/2016), “Nguyên nhân, trách nhiệm và giải pháp thực hiện việc xả nước thải chưa qua xử lý tại một số nhà máy, làng nghề làm ô nhiễm môi trường nước mặt Hà Nội”, Hanoi Portal.
18. Nguyễn Ngọc Việt, Phạm Tiến Đức, Phạm Việt Hà (2016), “Hấp phụ xử lý Pb2+
trong nước sử dụng nhơm oxit biến tính bằng chất hoạt động bề mặt”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 32 (2016),
Số 3, 268 – 272.
Tiếng Anh
19. Akhil Kumar Sen, Sandip Roy and Vinay A Juvekar (2007), “Effect of structure on solution and interfacial properties of sodium polystyrene sulfonate
(NaPSS)”, Polymer International, Polym Int.56, pp:167–174.
22. Azhar Abdul Halim, Hamidi Abdul Aziz, Megat Azmi Megat Johari, Kamar Shah Ariffin (2010), “Comparison study of ammonia and COD adsorption on zeolite, activated carbon and composite materials in landfill leachate
treatment”, ScienceDirect, Desalination 262. pp: 31–35
21. Bhushan Sahasrabuddhey, Archana Jain and Krishna Verma K. (1999), “Determination of ammonia and aliphatic amines in environmental aqueous samples utilizing pre-column derivatization to their phenylthioureas and
22. Bitting D., Harwell J.H. (1987), “Effects of counterions on surfactant surface
aggregates at the alumina/aqueous solution interface”,Langmuir,pp:500
23. Camille Petit, Teresa J. Bandosz (2010), “Enhanced Adsorption of Ammonia on
Metal-Organic Framework/Graphite Oxide Composites” Analysis of Surface Interactions, Advanced Functional Materials No.20, 111–118
24. Camille Petit, Teresa J. Bandosz (2008), “Activated carbons modified with aluminium–zirconium polycations as adsorbents for ammonia”,
Microporous and Mesoporous Materials No.114, pp: 137–147
25. Dave Thomas và Jeff Rohrer (1999), “Determination of Inorganic Cations and Ammonium in Environmental Waters by Ion Chromatography Using the
Dionex IonPac CS16 Column”, Application Note, pp: 141
26. Delgado A.V., González-Caballero F., Hunter R.J., Koopal L.K., Lyklema J. (2007), “Measurement and interpretation of electrokinetic phenomena”,
Journal of Colloid and Interface Science 309, pp: 194-224.
27. Dipendu Saha and Shuguang Deng (2010), “Characteristics of Ammonia
Adsorption on Activated Alumina”, J. Chem. Eng. Data, 55, 5587–5593
28. Dora Scheriner and Kjeldahl Haifa (1975), “Determination of Ammonia Nitrogen
by Indophenol”, Environmental Engineering Laboratories, Technion-Israel Institute of Technology, pp: 112-117
29. EPA (1999), “4500-NH3: F. Phenate method”, Standard methods for the Examination of Water and Wastewater,American Public Heath Association.
30. Farhad Mazloomi Mohsen Jalali (2015), “Ammonium removal from aqueous solutions by natural Iranian zeolite in the presence of organic acids, cations
and anions, Enviromental Chemical Engineering“, Advances in Physical Chemistry, S2213-3437(15)30076-2.
31. Fuerstenau D.W. (1956), “Streaming Potential Studies on Quartz in Solutions of Aminium Acetates in Relation to the Formation of Hemi- micelles at the
QuartzSolution Interface”, The Journal of Physical Chemistry, 60, 981-985.
32. Fung Y.S. and Lau K.M. (2006), “Separation and determination of cations in
beverage products by capillary zone electrophoresis”, Journal of Chromatography A, 1118, pp 144–150
33. G. Favini, M. Raimondi và C. Gandolfo (1967), “Ultra-violet absorptionspectra of substitutedpyridines-II Methoxy, amino -methoxy and methoxy-
nitropyridines”, Spectrochimica Acta, Printed in Northern Ireland,
Vol.24A, pp: 207-214.
34. G. El Diwani, Sh. El Rafie, N.N. El Ibiari, H.I. El-Aila (2007), “Recovery of ammonia nitrogen from industrial wastewater treatment as struvite slow
releasing fertilizer”, Science Direct, Desalination 214, pp: 200–214
35. G.A. Blomfield and Little L. H. (1971), “Adsorption of Ammonia on Oxide
Surfaces”, Journal of Catalysis 21, pp: 149-158.
36. Goo R.K., Kanai H, lnouye V. and Wakatsuki H. (1980), “Spectrophotometric
determination of Urea in Urine stains on foods and containers”, Assoc J. off .Anal Chem, 63(5), pp 985-7.
37. GPS Safety Summary Aluminum oxide, BASF, April, 2012
38. Haiwei Liu a,b, Yuanhua Dong, Yun Liu, Haiyun Wang (2010), “Screening of novel low-cost adsorbents from agricultural residues to remove ammonia
nitrogen from aqueous solution”, Journal of Hazardous Materials No.178,
pp: 1132–1136
39. Harazardous Substance Fact Sheet (2011): Aluminum Oxide, New Jersey
Department of Health.
40. Harwell J.H., Hoskins J.C., Schechter R.S., Wade W.H. (1985), “Pseudophase
separation model for surfactant adsorption: isomerically pure surfactants”, Langmuir, 1, pp: 251-262.
41. Heinz Heinemann (2011), Fundamentals of Petroleum and Petrochemical Engineering, CRC Press Taylor & Francis Group 6000 Broken Sound
Parkway NW, Suite 300 Boca Raton, FL 33487-2742, 405 trang.
42. Hitoshi Kanazawa and Tetsuo Onami (2008), “Adsorption of Surfactant and
Ammonium Ion to Chemically Modified Cellulose Fiber”, Annual Research Report of Fukushima University Vol. 4, pp: 1-6.
43. Hong-Bo Meng, Tian-Ran Wang, Bao-Yuan Guo, Yuki Hashi, Can-Xiong Guo and Jin-Ming Lin (2008), “Simultaneous determination of inorganic anions
and cations in explosive residues by ion chromatography”, Talanta 76, pg:
241–24
44. Max-Planck-Ring (2000), “Human Gesellschaft fur Biochemica and Diagnostica
mbH”, Ure liquicolor, 21-D-65205 Wiesbanden-Germany.
45. Israel Joel Koenka, Thanh Duc Mai, Peter C. Hauser and Jorge Sáiz (2010), “Simultaneous separation of cations and anions in capillary electrophoresis-
recent applications”, TrAc Trends in analytical chemistry, Vol.62, pg:162-
172.
46. Josè Manuel Gallardo Amoresa, Vicente Sanchez Escribanoa, Gianguido Ramisb and Guido Buscab (1997), “An FT-IR study of ammonia adsorption and
oxidation over anatase-supported metal oxides”, ELSEVIER Applied Catalysis B: Environmental 13, pp: 45-58
Một nghiên cứu FT-IR về sự hấp phụ và oxy hóa amoniac đối với các oxit kim loại được hỗ trợ bằng anataz
47. Karim Zare, Hamidreza Sadegh, Ramin Shahryari-ghoshekandi, Mohammad Asif, Inderjeet Tyagi, Shilpi Agarwal and Vinod Kumar Gupta (2016), “Equilibrium and kinetic study of ammonium ion adsorption by Fe3O4
nanoparticles from aqueous solutions”, Journal of Molecular Liquids No.213 pp: 345–350
48. Kengo Sasaki, Masahiko Morita, Shin-ichi Hirano, Naoya Ohmura and Yasuo Igarashi (2011), “Decreasing ammonia inhibition in thermophilic
methanogenic bioreactors using carbon fiber textiles”, Appl Microbiol Biotechnol No.90, pp:1555–1561
49. Kim Loan Dong, Hong Con Tran, Hong Thi Tran and Mai Ly Thi Luong (2013), “Quick Determination of Ammonia Ions In Water Environment Based on
Thymol Color Creating Reaction”, Report of Fukushima University Vol 1,
HIKARI Ltd.
50. Krishna G. Bhattacharyya, Anup K. Talukdar (2005), Catalysis in Petroleum and Petrochemical Industries, Narosa Publishing House, ISBN: 8173195765, 9788173195761.
51. M. Gaouar Yadi, B. Benguella, N. Gaouar-Benyelles and K. Tizaoui (2015) , “Adsorption of ammonia from wastewater using low-cost
bentonite/chitosan beads” , Desalination and Water Treatment No.38.
52. Mehmet Ates, Veysel Demir, Zikri Arslan, James Daniels, Ibrahim O. Farah, and Corneliu Bogatu, “Evaluation of Alpha and Gamma Aluminum Oxide Nanoparticle Accumulation, Toxicity and Depuration” Artemia Salina Larvae, Environ Toxicol. 2015 Jan; 30(1) pp: 109–118.
53. Minoru Okumura, Kaoru Fujinaga, Yasushi Seike and Sachiko Honda (1999), “A simple and rapid visual method for the determination of ammonia nitrogen
in environmental waters using thymol”, Fresenius J Anal Chem, Vol 365,
pp: 467–469
54. Mishra, Sanjeev, Vandana Singh, Archana Jain and Krishna K. Verma (2001). "Simultaneous Determination of Ammonia, Aliphatic Amines, Aromatic Amines and Phenols at µg L–1 Levels in Environmental Waters by Solid- Phase Extraction of Their Benzoyl Derivatives and Gas Chromatography-
Mass Spectrometry." The Analyst 126, no. 10 pp: 1663-1668.
55. Mykola Seredych, Teresa J. Bandosz (2008), “Adsorption of ammonia on graphite oxide/aluminium polycation and graphite oxide/zirconium–aluminium
polyoxycation composites”, Journal of Colloid and Interface Science No.324, pp: 25–35
56. Ramasamy Boopathy, Sekar Karthikeyan, Asit Baran Mandal and Ganesan Sekaran (2013), “Adsorption of ammonium ion by coconut shell-activated