2.1.1. VËt liƯu th¶i tËn dơng
VËt liƯu th¶i tËn dơng để hoạt hóa làm chất hấp phụ xử lý kim loại nặng và màu trong n-ớc là: Vỏ ngao (thu gom từ khách sạn, nhà hàng) và bụi bơng (thu gom tõ ph©n x-ëng dƯt).
Giíi thiƯu vỊ loµi ngao
Ngao thuéc hä Ngao Veneridae, gièng Ngao Meretrix. Hä ngao cã khoảng trên 500 loài, phân bè réng ë vùng bÃi triu ven bin các n-ớc ôn đới, nhit ®íi. ë ViƯt nam cã khoảng 40 loài thuộc 7 nhãm, ph©n bè däc bê biển từ Bắc đến Nam [Ng« Träng L-, 1996].
Vùng ven biển phía Bắc có ngao dầu (Meretrix lime), ngao mËt (Meretrix lusoria Rumplius). Vïng ven biĨn phÝa Nam cã nghªu (Meretrix lyrata sowerby). Ngao phân bố trên bÃi biển, trong các eo vịnh có đáy là cát pha bùn (c¸t chiÕm 60- 80%), sãng gió nhẹ, có l-ợng n-ớc ngọt nhất định chảy vào. Tại nơi đáy bùn ngao dễ bị chết ngạt, nơi đáy cát chiếm 100% ngao bị khơ nóng. Ngao sống ở trung, hạ triều cho đến độ sâu 10m đáy bin.
Ngao là nhóm động vật nhuyễn thể có tiềm năng lớn ë vïng triỊu n-íc ta. Kỹ thuật ni Ngao khơng phức tạp, chu kỳ ni ngắn, đầu t- ít lại có giá trị xuất khẩu. Ni Ngao, nghêu cịn là biện pháp tích cực để bảo vệ và phát triển nguồn
năng lọc n-ớc và loại bỏ các chất ®éc ®èi víi ®éng thùc vËt thđy sinh. Mét con ngao có khả năng lọc 5 lÝt n-íc trong 1 giê.
Vỏ ngao có hình tam giác, hai vỏ to bằng nhau, vỏ dày và chắc. Chiều dài vá lín h¬n chiỊu cao vá. Đỉnh vỏ nhơ lên uốn cong về phía bong. Mặt vỏ phồng lên, nhẵn bằng. Vòng sinh tr-ởng mịn và rõ. Ngồi vỏ ngao dầu có lớp bì màu nâu (chitin). Từ đỉnh vỏ xuống có nhiều vành màu nâu. ë nghªu mặt ngồi của vỏ màu vàng sữa, ít cá thể màu nâu, vịng sinh tr-ởng thô. Màu sắc của vỏ th-ờng biến đổi thêm hay nhạt theo mơi tr-êng n-íc nu«i. PhÝa tr-íc cđa ®Ønh vá mỈt ngut thn dài. Phía sau đỉnh vỏ có đai nề màu đen. Mặt trong của vỏ màu trắng, vết c¬ khÐp vá tr-íc nhá, hình bán nguyệt, vết cơ khÐp vá sau to h×nh trứng trịn (hình 3).
a: Ngao dÇu b: Ngao v©n
Hình 3. Một số lồi ngao
Cấu tạo và đặc tính cđa vá ngao: CÊu t¹o chđ u tõ canxicacbonat (97%), ngồi ra cịn cã Magiecacbonat (1.7%). Trªn bỊ mỈt vá ngao cã mét líp chitin máng. Đối với mục đích xư lý n-íc th¶i, canxi cacbonat đ-ợc sử dụng nh- ngn kiỊm ®Ĩ xư lý n-íc cã tÝnh axit, để kiểm soát mùi vµ vi sinh vËt. Canxi
cacbonat cũng đ-ợc sử dụng nh- chất hỗ trợ trong quá trình lọc. Các nghiên cứu cũng chỉ ra đá vơi có khả năng loại bỏ hiệu quả kim loại và các cặn lơ lửng trong n-ớc và n-ớc thải.
Canxi cacbonat (CaCO3) sau khi nhiƯt phân chun thành canxi oxit (CaO) l cht s dng để kết tủa P th-ờng đ-ợc dïng trong xư lý n-íc th¶i.
Giíi thiƯu về than/cacbon hoạt hố
Than/cacbon hoạt hoá là một lo¹i vËt liƯu hÊp phơ rắn, xốp, khơng phân cực và có bề mặt riêng rất lớn, đ-ợc phát hiện và nghiên cứu vào cuối thế kỷ 18 đầu thÕ kû 19. Tõ c¸c nguyên liệu giàu cacbon nh-: g¸o dõa, vá trấu, than củi, than bùn,... than/cacbon hoạt hoá đ-ợc điều chế bằng cách loại bỏ các tạp chất và làm tăng độ xốp của chúng.
Than hoạt hoá là một chÊt gåm chđ u lµ nguyên tố cacbon ở dạng vơ định hình (bột), một phần nữa có dạng tinh thể vụn grafit (ngồi cacbon thì phần cịn lại th-ờng là tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát). Kết cấu của than/cacbon hoạt hoá:
- Dạng bột cám: đây là loại đ-ợc chế tạo theo cơng nghệ cũ, nay ít sử dơng.
- D¹ng h¹t : là những hạt than nhỏ, thích hợp cho việc khử mïi.
H×nh 4. CÊu tróc m¹ng tinh thĨ cđa canxi cacbonat
- D¹ng khèi : Đ-ợc làm từ than thỏi, d-ợc ép d-ới áp suất cao, là loại hiệu quả nhất để lọc cặn, khuẩn coliform, chì, độc tố, khư mµu vµ khư mïi clo. Than hoạt tính đ-ợc điều chế từ các nguyên liệu chứa cacbon nh-: gỗ, mạt c-a, than cñi, than bïn,... bằng cách loại bỏ các tạp chất và tạo ra các lỗ xốp trong chúng. Thành phần chủ yếu của than hoạt tính là cacbon, ngồi ra cịn chứa 5-15% các chất vơ cơ (oxit kim lo¹i) dạng tro.
Hình 5. Than tre hoạt tính
Cấu tróc m¹ng l-íi cđa cacbon trong than hoạt tính đ-ợc sắp xếp thành mạng l-íi tinh thĨ theo 2 c¸ch:
- Các lớp sắp xếp song song, lớp nọ chồng lên lớp kia và kiểu này đ-ợc gọi là sắp xếp có trật tù.
- C¸c líp chång lên nhau khơng theo mặt phẳng gọi là cách sắp xếp xoáy (xoắn), các lớp xếp lên nhau khơng có trật tự, mạng l-ới tinh thể đ-ợc ổn định
Than hoạt tính là một loại chất hấp phụ chứa lỗ xốp nhỏ. Các tinh thể bên trong không sắp xếp theo một h-ớng nhất định, do đó đà tạo ra vơ số kẽ hở giữa các tinh thể. Khi hoạt hóa các kẽ kở này bị bào mòn và tạo ra các mao quản. Hệ thống mao quản này tạo nên cấu trúc xốp của than hoạt tính. Nhìn chung, các lỗ xốp trong than hoạt tính có bán kính hiệu dụng từ vài chục đến hàng chục nghìn A0. Có thể chia kích th-ớc lỗ xốp thành ba loại: lỗ xốp nhỏ, lỗ xốp trung gian, lỗ xèp lín.
Cấu trúc xốp của than hoạt tính ảnh h-ởng đến tèc ®é hÊp phơ, nã qut định dạng đ-ờng đẳng nhiệt hấp phụ và l-ợng phân tử bị hấp phụ có kích th-ớc khác nhau. Lỗ xốp nhỏ của than hoạt tính có bán kính hiƯu dơng nhá h¬n 15 - 16A0, víi tỉng thĨ tÝch trong kho¶ng 0,2 - 0,5cm3/g, vµ diƯn tÝch bề mặt riêng kho¶ng 400 - 900m2/g. Lỗ xốp trung gian có bán kÝnh hiƯu dơng trong khoảng 15 - 16A0 đến 1000A0, diÖn bề mặt riêng từ 200 - 400m2/g vµ tỉng thĨ tích lỗ khoảng 0,05 - 0,15cm3/g [Henning K.D vµ S. Scherfer, 1997].
Cơ chế hấp phụ trong lỗ trung gian là cơ chế ng-ng tụ mao quản, ngồi ra lỗ xốp trung gian cịn đóng vai trị kênh dẫn hơi vào lỗ nhỏ. Than hoạt tính có lỗ xốp trung gian phát triển có khả năng tẩy màu tốt.
Lỗ xốp lớn có bán kính hiệu dụng khoảng 1.000 - 10.000A0, dạng này cã diÖn tÝch bề mặt riêng rất nhỏ chØ kho¶ng 0,2 - 2m2/g. Thể tích của lỗ xp lớn trong than hoạt tính khoảng 0,2 - 0,5 cm3/g.
2.1.2. MÉu n-íc nghiªn cøu
Các mẫu n-ớc nghiên cứu bao gåm mÉu tù pha (trong phßng thÝ nghiƯm) và mẫu n-ớc thải nhuộm màu thực tÕ.
- MÉu n-íc tù pha chứa kim loại nặng Cu2+ và As3+ s dng dung dịch Cu2+ 10mg/l; 20mg/l và dung dịch As3+10mg/l. Dung dịch màu xanh metylen pha chÕ nång ®é 50-150mg/l;
- MÉu n-íc thải dệt nhuộm đ-ợc lấy từ Công ty TNHH Th-ơng mại Tín Thành (D-ơng Nội - Hà Đơng-Hà Tây).