Vật liệu Hiệu quả tái sử dụng (%)
Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4
Nano Fe-Biochar 84,36 81,52 78,34 65,89
Fe-Biochar 93,56 88,43 83,77 77,92
3.2.7. Nghiên cứu xử lý asen trong nước ngầm
Khả năng xử lý của 2 loại vật liệu Fe-biochar và nano Fe-biochar đối với mẫu nước ngầm thực tế có chứa Asen có nồng độ 91 μg/L được chỉ ra trên bảng 3.9. Kết quả thu được cho thấy hàm lượng As trong nước ngầm sau khi được xử lý bởi vật liệu biến tính biochar đã giảm xuống cịn 11,52 đối với vật liệu Fe-biochar và 7,13 μg/L đối với vật liệu nano Fe-Biochar và đã đáp ứng được tiêu chuẩn dành cho nước sinh hoạt theo QCVN 09-MT:2015/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường (50 μg/L) và tiêu chuẩn nước uống theo QCVN QCVN 01:2009 của Bộ Y tế (10 μg/L) [10, 11]. Sau khi xử lý thì hàm lượng NO2-, SO42- đã giảm > 60% đối với vật liệu Fe-biochar và > 75% đối với vật liệu nano Fe-Biochar. Kết quả này cũng cho thấy hiệu quả của việc sử dụng vật liệu biến tính biochar cho việc xử lý asen trong nước ngầm thành nước sinh hoạt và nước uống.
Bảng 3.9. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu Fe-Biochar và nano Fe-biochar đối với mẫu nước ngầm chứa asen
Vật liệu As (μg/L) Fe (mg/L) Mn (mg/L) NH4+ (mg/L) NO2- (mg/L) SO42- (mg/L) Trước xử lý 91 12 0,9 2,77 0,04 1,5 Sau xử lý Fe-Biochar 11,52 9,5 0,7 1,15 < 0, 01 1,8 Nano Fe- Biochar 7,13 8,3 0,6 0,86 < 0, 01 0,31
Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ động của vật liệu Fe-Biochar và nano Fe- biochar đối với mẫu nước giếng khoan thực tế có chứa Asen có nồng độ 91 μg/L được chỉ ra trên bảng 3.9. Dựa theo kết quả thu được có thể tính tốn rằng đối với loại nước ngầm thực tế có hàm lượng asen là 91 μg/L thì 1 kg vật liệu Fe-Biochar và nano Fe-Biochar có thể xử lý được 191 và 234 m3 xuống nồng độ 50 μg/L đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt theo QCVN 09-MT:2015/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường; 94 và 115 m3 xuống nồng độ 10 μg/L đạt tiêu chuẩn nước uống theo QCVN QCVN 01:2009 của Bộ Y tế.
Bảng 3.10. Khả năng xử lý của vật liệu Fe-Biochar và nano Fe-biochar với mẫu nước ngầm Nồng độ nước trước xử lý (μg/L) Nồng độ nước sau xử lý (μg/L) Thể tích nước có thể xử lý (m3) của 10 g vật liệu
Fe-Biochar Nano Fe-Biochar
91 50 1,91 2,34
91 10 0,94 1,15
Hình 3.13. Khả năng hấp phụ xử lý asen trong mẫu nước thực tế trên cột hấp phụ có chứa vật liệu Fe-Biochar, nano Fe-Biochar
KẾT LUẬN
Đã tổng hợp thành cơng biochar biến tính bằng Fe từ biochar có nguồn gốc từ vỏ trấu.
Cấu trúc của vật liệu được thể hiện thơng qua phổ hồng ngoại FTIR, kính hiển vi điện tử quét SEM, đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp phụ nitơ (BET) cho thấy vật liệu có độ xốp cao nhiều lỗ rỗng, có diện tích bề mặt do đó có khả năng hấp phụ tốt.
Biochar biến tính đã được ứng dụng thành cơng để xử lý asen trong nước. Từ các kết quả của hấp phụ dạng mẻ cho thấy hiệu suất hấp phụ asen có thể đạt tới 87,1% tại các điều kiện tối ưu pH = 5; thời gian tiếp xúc: 240 phút; khối lượng vật liệu : 0,1 g; Nồng độ ban đầu: 10 mg/L. Kết quả nghiên cứu cho thấy tải trọng hấp phụ cực đại của Fe-biochar và nano Fe-biochar đối với asen là 12,82 và 15,65 mg/g. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng quá trình hấp phụ asen của Fe-biochar và nano Fe- biochar tn theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir hơn là Freundlich.
Quá trình hấp phụ của asen tn theo mơ hình động học hấp phụ bậc 2: Tốc độ hấp phụ của vật liệu tại thời điểm t phụ thuộc vào bình phương dung lượng đã hấp phụ của vật liệu hấp phụ.
Vật liệu Fe-biochar và nano Fe-biochar đã được ứng dụng thành công để xử lý asen trong nước giếng khoan thực tế. Kết quả thu được là nước giếng khoan sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt theo QCVN 09-MT:2015/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường (50 μg/L) đạt tiêu chuẩn nước uống theo QCVN QCVN 01:2009 của Bộ Y tế (10 μg/L).
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Lê Huy Bá (2008), Độc học môi trường cơ bản, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh.
2. Đặng Văn Can, Đào Ngọc Phong (2000), “Đánh giá tác động của asen tới môi
sinh và sức khỏe con người ở các vùng nhiệt dịch có hàm lượng asen cao”. Tập san
Địa chất và Khoáng sản. Tập 7,tr.199.
3. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và nước
thải, NXB Thống kê Hà Nội.
4. Lê Văn Cát, Cơ sở hóa học và kỹ thuật xử lý nước, NXB Thanh Niên, Hà Nội. 5. Vũ Ngọc Duy (2005), Nghiên cứu động học oxi hóa As (III) trong nước bằng clo
và Cloramin, Luận văn Thạc sĩ Khoa học, Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học
Quốc Gia Hà Nội.
6. Nguyễn Quốc Hưng (2017), Nghiên cứu xây dựng hệ thống xử lý asen cho nước
sinh hoạt công suất 5M3/ngày sử dụng vật liệu bùn đỏ biến tính, Luận văn thạc sĩ
ngành Khoa học Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
7. Phạm Văn Lâm (2011), “Loại bỏ asen trong nước ăn uống bằng vật liệu
nanocomposite NC-MF và NC-F20 tự chế tạo”, Tuyển tập hội thảo “Công nghệ xử
lý đồng thời asen và sắt trong nước bằng phương pháp lọc sinh học”, Hà Nội.
8. Trần Đại Lâm, Nguyễn Tuấn Dung, Nguyễn Lê Huy, Lê Viết Hải (2017), “Các phương pháp phân tích hóa lý vật liệu”, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ,
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
9. Bùi Minh Quý (2015), Nghiên cứu tổng hợp compozit PANi và các phụ phẩm
nông nghiệp để xử lý các kim loại nặng Pb (II), Cr (VI) và Cd (II). Luận án Tiến sỹ,
Khoa Hóa Học, Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên.
10. QCVN 09-MT:2015/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước
11. QCVN 01:2009/BYT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn
uống
12. Đỗ Trọng Sự, Nguyễn Trọng Hiền (1992), “Địa điểm ô nhiễm nước ngầm ở Hà Nội và Hải Phòng”, Proceedings of the Regional Seminar on Enviromental Geology, 286-294, Cục Địa chất Việt Nam
13. Trinh Thị Thanh, Trần Yêm & Đồng Kim Loan (2004), Giáo trình cơng nghệ
môi trường 2. Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 36-44.
14. Vũ Minh Thắng (2012), Nghiên cứu xử lý asen trong nước ngầm bằng vật liệu
zeolit biến tính đioxit mangan (MnO2), Luận văn thạc sĩ ngành Khoa học Môi
trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
15. Trần Hùng Thuận (2011), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu mang đioxit mangan
(MnO2) để xử lý asen trong nước ngầm”. Báo cáo tổng hợp kết quả khoa học công
nghệ đề tài,Viện ứng dụng công nghệ, Hà Nội.
Tiếng Anh
16. Ahmad M., Rajapaksha A. U., Lim J. E., Zhang M., Bolan N., Mohan D., Vithanage M., Lee S. S. and Ok Y. S. (2014), “Biochar as a sorbent for contaminant managent in soil and water: A review”, Chesmosphere 99, pp. 19-33
17. Anawar H. M., Akai J., Mostofa K. M. G., Safiullah S., Tareq S.M. (2002), “Arsenic poisoning in groundwater: health risk and geochemical sources in Bangladesh”, Environment International, pp.597-604.
18. Aziur R. M., Christel H. (2014), “Is arsenic biotransformation a detoxifcation mechanism for microorganisms?”, Aquatic Toxicology, 146, pp. 212-219.
19. Brown R., Lehmann J., Joseph S. (2009) “Biochar production technology – biochar for Environmental Management Science and Technology”, Earthscans,
127-146.
20. Mandal B. K., Kazuo T. S. (2002), “Arsenic round the word”, Talanta., 58, pp. 201-235.
21. Emily R. (2006), “Development of an iron-oxide coated ceramic filter for removal of As (III) and As (V) in developing nations”, Master of Science in
Environmental Engineering, Department of Civil, Environmental and Architectural Engineering, University of Kansas.
22. Eguez H.E., Cho E.H. (1987), “Adsorption of arsenic on activated charcoal”, J.
Metals, 39, pp. 38–41.
23. Gai X., Wang H., Liu J., Zhai L., Liu S., Ren T., Liu H. (2014), “Effects of Feedstock and Pyrolysis Temperature on Biochar Adsorption of Ammonium and Nitrate”, Plos one, 9(12).
24. Greenwood N.N., Earnshaw A. (1997), Chemistry of the elements, Elservier, Great Britain.
25. Guo X., Chen F. (2005), “Removal of arsenic by bead cellulose loaded with iron oxyhydroxide from groundwater”, Environ. Sci. Technol., 39 (17), pp. 6808–6818 26. Huang C.P., Fu P. (1984), “Treatment of As(V) containing water by activated carbon”, J. Water Pollut. Contr. Fed., 56, pp. 232.
27. Ippolito J. A., Novak J. M., Busscher W. J., Ahmedna M., Rehrah D., Watts D.W. (2012), “Switchgrass biochar affects two aridisols”, J Environ Qual., 41(4), pp 1123-1130
28. Jarlbring M., Gunneriusson L., Hussmann B., Forsling W. (2005), “Surface complex characteristics of syntheticmaghemite and hematite in aqueous suspensions”, J.Colloid Interface Sci., 285, pp. 212–217.
29. Karapinar N., Erdem E., Donat R. (2004), “The removal of heavy metal cation by natural zeolites”, Journal of Colloid and Interface Science 280.
30. Kenneth G. B., Gilbert L. R. (2002), “Arsenic, drinking water andhealth: A postion paper of the American council on scien and health”, Regulatory Toxicology
and Pharmacology, 36, pp.162-174.
31. Li K., Li Y., Zheng Z. (2010), “Kinetics and mechanism studiesof p-nitroaniline adsorption on activated carbon fibersprepared from cotton stalk by NH4H2PO4 activationand subsequent gasification with steam”, J. Hazard.Mater. 178, pp. 553–559.
32. Lima I.M., Boateng A.A., Klasson K.T. (2010), “Physicochemical and adsorptive properties of fast-pyrolysis bio-chars and their steam activated counterparts”, J. Chem. Technol. Biotechnol., 85, pp.1515–1521.
33. Luis R. L. (2013), Groundwater Arsenic Contamination Throughout China, Science.
34. Metcalf, Eddy & Inc (2003), Wastewater engineering: treatment and reuse, Fourth edition, Boston, McGraw – Hill.
35. Mian Md. M., Liu G. (2018), “Recent progress in biochar-supported photocatalysts: synthesis, role of biochar, and applications”, RSC Adv., 8, 14237. 36. Pattanayak J., Mondal K., Mathew S., Lalvani S.B. (2000), “A parametric evaluation of the removal of As(V) and As(III) by carbon based adsorbents”,
Carbon, 38, pp. 589–596.
37. Rahman R. (2008), “Laterite-A Potential Alternetive for Removal of Groundwater Arsenic”, Journal of Applied Science Environmental Management,. 12(1), pp. 93-100
38. Ramesh C. S., Raijkishore P., Bankim C. R. (2010), “Utilization ofactivated CO2- neutralized red mud for removal of arsenate from aqueous solution”, Journal
ofHazardous Materials, 179, pp. 1007-1013.
39. Samuel L., Micheal B., Pham T. K. T., Pham H. V., Roland S. (2004), “Household Sand Filters for Arsenic Removal”, Swiss Federal Institute for
Environmental Science and Technology (EAWAG), Ueberlandstr.133, CH-8600
Duebendorf, Switzerland.
40. Tarit R., Hiroshi T., Masanori A. (2003), “Survey of arsenic and other heavy metals in food composites and drinking water and estimation of dietary intake by the villagers from an arsenic-affected area of West Bengal, India”, Science of the
Total Environment, pp. 15- 35.
41. Yannick M. P., Charlotte H., Nicolas M., Michele R. (2008), “Arsenic adsorption onto hematite and goethite”, C.R. Chimie, 12, pp.876-881.
42. Wasay S.A., Haron J.Md., Tolkunaga S. (1996), “Adsorption of fluoride, phosphate and arsenate ions on lanthanum-impregnated silica gel”, Water Environ.
Res., 68, pp. 295
43. Wasay S.A., Tokunaga S., Park S.W. (1996), “Removal of hazardous anions from aqueous solutions by La(III) and Y(III)-impregnated alumina”, Sep. Sci.
PHỤ LỤC
Phụ Lục 1: Kết quả điều tra nguồn nước ngầm nhiễm asen tại các huyện thuộc Hà Nội STT Tên các huyện Tổng số mẫu Mức độ nhiễm Asen Tỷ lệ nhiễm vượt mức cho phép Giới hạn cho phép (≤ 50 ppb)
Vượt giới hạn cho phép (QCVN 02:2009/BYT) Trung bình (51-100 ppb) Nguy hiểm ( >100 ppb) 1 Chương Mỹ 1395 1342 48 5 3,8% 2 Ứng Hòa 2968 1589 612 767 46,46% 3 Thanh Oai 2864 1400 1002 462 51,12% 4 Đan Phượng 1247 734 269 244 41,14% 5 Hoài Đức 2001 1249 708 44 37,58% 6 Phúc Thọ 1329 961 244 124 27,69% 7 Ba Vì 455 439 14 2 3,52% 8 Mỹ Đức 891 731 94 66 17,96% 9 Phú Xuyên 1479 845 198 436 42,87% 10 Thường Tín 2926 1566 522 838 46,48% 11 Thạch Thất 1363 1227 99 37 9,98% 12 Quốc Oai 255 224 20 11 12,16% 13 Sơn Tây 478 478 0 0 0,00% Tổng số mẫu 19651 12785 3830 3036 % So với tổng số 65,06% 19,49% 15,45% 34,94%
Phụ lục 2: Lị nung yếm khí chế tạo biochar trong thực tế
Phụ lục 4: Kết quả khảo sát hấp phụ xử lý asen trong nước trên cột hấp phụ có chứa vật liệu Fe-Biochar và nano Fe-Biochar
Thể tích (m3) Fe-Biochar Thể tích (m3) Nano Fe-Biochar
0,06 0 0,09 0 0,13 0 0,17 0 0,19 0 0,25 0 0,25 0 0,33 0,91 0,32 0.03 0,42 0,91 0,38 0,35 0,5 0,91 0,44 0,91 0,58 1,82 0,5 1,12 0,66 3,64 0,61 1,82 0,75 4,55 0,7 4,55 0,91 7,28 0,76 7,28 1,01 9,1 0,82 9,1 1,08 9,9 0,94 10,01 1,15 10,01 0,97 11,83 1,24 11,2 1,01 16,38 1,33 24,57 1,07 18,4 1,41 36,4 1,14 32,4 1,49 45,5 1,26 38,1 1,58 46,1 1,58 44,4 1,66 46,32 1,61 45,5 1,74 47,08 1,76 48,6 1,83 47,55 1,83 49,3 1,91 47,9 1,85 49,7 1,99 48,05 1,91 50,05 2,08 48,56 2,05 51,2 2,17 48,8 2,12 52,04 2,24 49,4 2,17 52,54 2,32 49,72 2,24 53,02 2,34 50,01 2,31 53,4 2,47 51,2 2,34 53,62 2,61 52,2 2,38 53,81 2,74 53,2 2,41 54,01 2,8 54,5 2,49 54,5 2,86 52,2 2,53 54,6 2,95 53,2 2,55 55,1 3,01 54,5
Phụ lục 5: Mẫu nước ngầm trước và sau khi hấp phụ bằng vật liệu Fe-biochar và nano Fe-biochar