7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
4.2.4. Các yếu tố pH, DO, độ đục trong quá trình xử lý
Kết quả đo các thông số chất lượng nước trong cột như trong bảng 4.6. Từ bảng 4.6 ta thấy: đối với cột có xử lý bằng bentonit biến tính lantan, các thông số pH, DO, độ đục đều có xu hướng tăng nhẹ trong khoảng từ 1–6 giờ, sau đó giảm dần từ 6–72 giờ. Có thể giải thích như sau: độ đục tăng nhẹ trong khoảng thời gian 1-6 giờ vì khi cho bentonit vào tạo ra huyền phù nhẹ gây đục nước, sau đó bentonit lắng dần nên độ đục giảm, pH, DO giảm mạnh sau khoảng 3 ngày do lúc này sinh khối tảo đã bị kéo xuống đáy và phân hủy tạo ra môi trường yếm khí mạnh làm giảm pH và DO của nước trong cột xử lý.
Bảng 4.6. Sự thay đổi các yếu tố pH, DO, độ đục trong quá trình xử lý trên cột qua thời gian
Thời gian (giờ) Các thông số 0 0,5 1 3 6 24 42 48 66 72 Đỉnh (XL) 9,34 9,55 9,67 10,2 10,69 10,56 8,96 8,45 7,93 7,64 Đáy (XL) 9,37 9,60 9,69 10,02 10,6 10,52 8,95 8,41 7,73 7,56 Đỉnh (ĐC) 9,45 9,39 9,36 9,24 9,18 8,82 8,4 8,29 8,00 7,82 pH Đáy (ĐC) 9,45 9,42 9,42 9,40 9,33 8,93 8,56 8,36 8,10 8,00 Đỉnh (XL) 0,29 0,41 0,48 0,51 0,50 0,34 0,16 0,14 0,08 0,07 Đáy (XL) 0,27 0,37 0,43 0,46 0,46 0,29 0,17 0,13 0,07 0,06 Đỉnh (ĐC) 0,26 0,31 0,34 0,29 0,28 0,27 0,17 0,12 0,07 0,07 DO (mg/l) Đáy (ĐC) 0,23 0,28 0,29 0,28 0,25 0,20 0,14 0,11 0,06 0,06 Đỉnh (XL) 495 524 535 489 467 405 317 297 262 262 Đáy (XL) 511 539 542 500 476 410 329 314 275 274 Đỉnh (ĐC) 494 481 473 457 448 371 323 311 270 265 Độ đục (NTU) Đáy (ĐC) 496 482 474 463 451 373 324 308 282 282
Còn đối với cột đối chứng, các thông số này có xu hướng giảm đều từ lúc bắt đầu thí nghiệm cho đến 72 giờ tiếp theo. Giá trị các thông số hầu hết chỉ thay đổi nhẹ khi đi từ đỉnh cột xuống đáy cột, chỉ riêng thông số độ oxy hòa tan (DO) là có thay đổi đáng kể, tuy nhiên xu hướng diễn biến các thông số qua thời gian tại đỉnh cột và đáy cột là tương đối giống nhau.
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu điều chế vật liệu bentonite biến tính lantan, hỗn hợp AlLa, AlFe và khảo sát ứng dụng hấp phụ phốtpho trong dung dịch. Chúng tôi rút ra một số kết luận sau:
1. Đã nghiên cứu công nghệ làm giàu bentonit Bình Thuận theo phương pháp CE, với phương pháp này để làm giàu bentonit Bình Thuận cần hoà tan bentonit với nước theo tỷ lệ 1 : 100 (1% huyền phù) để yên trong 24 giờ, tiếp tục khuấy 30 phút, sau đó ly tâm. Sản phẩm thu được có hàm lượng montmorillonit tăng lên khoảng 90%, kết quả được chỉ ra trong hình 3.3 và bảng 3.4.
2. Nghiên cứu điều chế thành công hai vật liệu B90-La và B40-La. Đã khảo sát được ảnh hưởng của các yếu tố: tỉ lệ LaCl3/bentonit, thời gian phản ứng, pH, nhiệt độ và phần trăm huyền phù đến các giá trị khoảng cách cơ bản, d001, từ đó xác định được các điều kiện thực nghiệm thích hợp để điều chế vật liệu bentonit biến tính lantan như sau:
B90-La B40-La
Tỉ lệ LaCl3/bentonit (mmol/g) 0,35 0,35
Thời gian (giờ) 24 24
pH 7 7
Nhiệt độ (oC) 70oC 90oC
Phần trăm huyền phù (%) 1 – 10% 1 – 10%
3. Đã điều chế thành công vật liệu BAlLa và BAlFe, cũng như tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính. Kết quả phân tích XRD cho thấy, khoảng cách lớp của vật liệu BAlLa có khoảng cách cơ bản là 18 – 19 Å, đối với BAlFe có khoảng cách cơ bản là 17 – 18,3 Å lớn hơn nhiều so với bentonit ban đầu (12,58 – 12,61 Å). Điều kiện điều chế thích hợp cho vật liệu BAlLa và BAlFe như sau:
BAlLa BAlFe
Tỉ lệ Al3+/M3+ (La3+ hoặc Fe3+) 5 2
Tỉ lệ (Al3++M3+)/bentonit (mmol/g) 15 20
Thời gian già hoá dung dịch chống (ngày) 14 14
Nhiệt độ của quá trình xen giữa (oC) 50 50
Tỉ lệ OH-/(Al3++M3+) 2 2
3. Tốc độ hấp phụ P trên vật liệu bentonit biến tính với La, AlLa và AlFe xảy ra nhanh trong 1 giờ đầu, sau đó hấp phụ giảm dần theo thời gian và đạt cân bằng trong 6 giờ. pH có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ phốtpho trên vật liệu B40-La, B90-La, BAlLa và BAlFe. Ở pH từ 3 – 6, dung lượng hấp phụ P thay đổi không đáng kể, trong khi đó ở pH cao khả năng hấp phụ P giảm mạnh, đặc biệt đối với B40-La, B90-La và BAlLa. Trong khi đó BAlFe chỉ giảm khoảng 25% dung lượng hấp phụ so với giá trị dung lượng hấp phụ cực đại. Đường đẳng nhiệt mô tả khả năng hấp phụ P trên bentonit biến tính phù hợp tốt với phương trình đẳng nhiệt Langmuir so với phương trình đẳng nhiệt Freundlich. Phân tích các thông số nhiệt động học hấp phụ cho thấy, quá trình hấp phụ tự xảy ra trong tự nhiên và thu nhiệt.
4. Khi khảo sát khả năng hấp phụ phốtpho trong nước hồ, với mẫu nước hồ Hoàn Kiếm, nồng độ phốtpho ban đầu thấp (0,052 mg/L), sau xử lý nồng độ phốtpho giảm còn khoảng 0,014 mg/L (B90-La). Khảo sát theo mô hình thử nghiệm cho thấy, sau 6 giờ hiệu suất xử lý phốtpho với nước hồ Hoàn Kiếm đạt 70% (B90- La).
Sau 3 ngày xử lý, với nước hồ Hoàn Kiếm: ban đầu hàm lượng clorophyl a là 612 µg/L giảm còn 291 µg/L (B90-La). Hồ Hoàn Kiếm chủ yếu bị ô nhiễm bởi các chất ô nhiếm hữu cơ. Mật độ chung các loài tảo ở hồ Hoàn Kiếm là 1606720000 tế bào/lít, trong đó tảo Cyano-Bacteriophyta (một loài tảo độc) là 1599040000 tế bào/lít. Mật độ tế bào cho thấy nước hồ ở trạng thái Hypertrophy (trạng thái phú dưỡng nặng). Dung lượng hấp phụ của bentonit trong nước hồ Hoàn Kiếm thấp hơn trong nước tổng hợp ở cùng điều kiện pH, có lẽ do ảnh hưởng của axit humic có
trong nước hồ. Hàm lượng clorophyl a, thành phần và mật độ tảo trong cột xử lý giảm nhanh và nhiều hơn so với trong cột đối chứng, đặc biệt là mật độ loài tảo độc Cyano-Bacteriophyta (giảm từ 1599040000 tế bào/lít xuống còn 9000 tế bào/lít). Về các yếu tố lý hóa như pH, DO, độ đục của môi trường nước trong cột xử lý có xu hướng tăng nhẹ trong khoảng thời gian đầu từ 1-6 giờ, do giai đoạn đầu mới cho vật liệu xử lý vào trong cột, các thông số này còn chưa ổn định, sau đó chúng có xu hướng giảm đều giống như trong cột đối chứng.
KIẾN NGHỊ
* Cần nghiên cứu những biện pháp hạn chế sự thôi ra của nhôm, sắt trong vật liệu bentonit biến tính vào môi trường nước để có thể ứng dụng BAlLa, BAlFe xử lý nước hồ thực tế. Ngoài ra có thể nghiên cứu thêm việc biến tính bentonit với các kim loại khác (Ca, Mg…).
* Tiến hành nghiên cứu trên quy mô pilot ứng dụng Ben-La, BAlLa, BAlFe xử lý nước hồ như mô hình xây dựng những giếng trong hồ và tiến đến có thể xử lý một số hồ nhỏ để thử nghiệm khả năng nhân rộng mô hình nhằm xử lý các hồ bị phú dưỡng trong cả nước.
* Tiến hành thử nghiệm thêm khả năng loại bỏ phốtpho của vật liệu trong những thủy vực khác như vùng nước lợ, nước mặn để có thể sử dụng vật liệu để xử lý phú dưỡng các đầm nuôi tôm, hải sản nước mặn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Tiếng Việt
1. Thân Văn Liên và cộng sự (2006), Nghiên cứu qui trình xử lý, hoạt hoá bentonit Việt Nam để sản xuất bentonit xốp dùng cho xử lý nước thải có chứa kim loại nặng, Viện Cộng nghệ xạ - hiếm, Hà Nội.
2. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), “Hoá học nano công nghệ nền và vật liệu nguồn”, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, pp349 – 384.
3. Đỗ Quý Sơn (1987), “Nghiên cứu khả năng ứng dụng các chất trao đổi ion trên
cơ sở các aluminosilicate tự nhiên để hấp phụ một số ion kim loại nặng”, Báo
cáo đề tài nghiên cứu khoa học, Viện Công nghệ Xạ hiếm, Hà Nội.
4. Nguyễn Văn Tuyên (2003), Đa dạng sinh học Tảo trong thủy vực nội địa Việt
Nam – Triển vọng và Thử thách, Nhà xuất bản Nông Nghiệp, Hà Nội.
II. Tiếng Anh
5. Adebowale K.O, Unuabonah E.I, Olu-Owolabi B.I (2008), Kinetic and thermodynamic aspects of the adsorption of Pb2+ and Cd2+ ions on tripolyphosphate-modified kaolinite clay, Chemical Engineering Journal 136, 99 – 107.
6. Afsar A and Groves S (2008), Alum and Phoslock: Comparison of the factors that affect their performances, Phoslock Water Solution Limited, Report number: IR 015/08.
7. Afsar A and Groves S (2008), Comparison of P-inactivation efficacy and ecotoxicity of Alum and Phoslock, Phoslock Water Solution Limited, Report number: IR 015/09.
8. Altunlu M, Yapar S (2007), Effect of OH-/Al3+ and Al3+/clay ratios on the adsorption properties of Al-pillared bentonites, Colloids and Surfaces A:
9. Arfaoui S, Srasra E, Frini-Srasra N (2005), Application of clays to treatment of tannery sewages, Desalination 185, 419 – 426.
10. Atkins R, Rose T, Brown R.S, Robb M (2001), The Microcystis cyanobacteria bloom in the Swan River - February 2000, Water Science and Technology, 43(9), 107-114.
11. Bakas T, Moukarika A, Papaefthymiou V, Ladavos A (1994). Redox treatment of an Fe/Al pillared montmorillonite. A Mössbauer study, Clays and Clay
Minerals 42, 634–642.
12. Baker M.J, Blowes D.W, Ptacek C.J (1998). Laboratory development of permeable reactive mixtures for the removal of phosphorus from on site wastewater disposal systems. Environ. Sci. Technol. 32, 2308–2316.
13. Banković P, Milutionvić-Nikolić A, Jović-Jovičić N, Dostanić J, Čupić Ž, Lončarević D and Jovanović (2009), Synthesis, characterization and appilcation of Al,Fe-pillared clays, Acta Physica Polonica A, Vol. 115, No. 4, 811 – 815.
14. Bartram (1999). Introduction. Toxic Cyanobacteria in Water: A guide to their public health consequences, monitoring and management. I Chorus & J. Bartham, E & FN Spon Publishers.
15. Bashan Y, Holguin G (1997). Azospirillum-plant relationships: environmental and physiological advances (1990–1996). Can. J. Microbiol. 43, 103–121. 16. Battistoni P, Fava G, Pavan P, Musacco A, Cecchi F (1997). Phosphate removal
in anaerobic liquors by struvite crystallization without addition of chemicals: preliminary results. Water Res. 31, 2925–2929.
17. Bergaya F and Barrault J (1990), Pillared Layered Structure: Current Trends and Applications (I. V. Mitchell, ed.), Elsevier, London, p. 167.
18. Bergaya F, Hassoun N, Gatineau L, and Barrault J (1991), Preparation of Catalysts V (G. Poncelet, P. A. Jacobs, P. Grange, and B. Delmon, eds.),
Studies in Surface Science and Catalysis, Vol. 63, Elsevier Science, Amsterdam.
19. Bergaya F, Hassoun N, Barrault J, and Gatineau L (1993), Pillaring of synthetic hectorite by mixed [Al13-xFex] pillars, Clay Minerals, Vol. 28, 109-122.
20. Best (1999), Environmental pollution studies, Liverpool University Press, page 29.
21. Booij E, Kloprogge J.T and Rob van Veen J.A (1996), Large pore REE/Al pillared bentonite: Preparation, structural aspects and catalytic properties,
Applied Clay Science 11, 155 – 162.
22. Carpenter (1998), Sources of Point and Nonpoint Pollution, Issues in Eclology, No. 3, Summer 1998.
23. Carrado K.A, Kostapapas A and Suib S.L (1986), Physical and chemical stabilities of pillared clays containing transitition metal ions, Solid State Ionics
22, 117 – 125.
24. Carriazo J.G, Centeno M.A, Odriozola J.A, Moreno S, Molina R (2007), Effect of Fe and Ce on Al-pillared bentonite and their performance in catalytic oxidation reactions, Applied Catalysis A: General 317, 120 – 128.
25. Catrinescu C, Arsene D, Teodosiu C (2011), Catalytic wet hydrogen peroxide oxidation of para-chlorophenol over Al/Fe pillared clays (AlFePILC) prepared for different host clay, Applied Catalysis B: Environmental 101, 451 – 460. 26. Cheung K.C, Venkitachalam T.H (2000), Improving phosphate removal of sand
infiltration system using alkaline fly ash, Chemosphere, 41(1-2), 243 – 249. 27. Chevalier P, Proulx D, Lessard P, Vincent W.F, de la Noue J, 2000. Nitrogen
and phosphorus removal by high latitude mat-forming cyanobacteria for potential use in tertiary wastewater treatment. J. Appl. Phycol. 12, 105–112. 28. Chitrakar R, Tezuka S, Sonoda A, Sakane Km Ooi Km Hirotsu T (2006),
Phosphate adsorption on synthetic goethite and akaganeite, J. Colloid Interface Sci, 298(2), 602 – 608.
29. Chorus I & Mur L (1999). Preventative measures. Toxic Cyanobacteria in Water: A guide to their public health consequences, monitoring and management. I Chorus & J. Bartham, E & FN Spon Publishers.
30. Clem A.G and Doehler R.W (1963), Industrial application of bentonite, Clays
and Clay minerals, Vol 10, 284 – 290.
31. Codd G.A, Morrison L.F & Metcalf J.S (2005), Cyanobacterial toxins: Risk Manangent for helth protection, Toxicol. Appl. Pharmacol, 203, 264 – 272. 32. Danh Nguyen-Thanh and Bandosz T.J (2003), Effect of transition-metal cations
on the adsorption of H2S in modified pillared clays, J. Phys. Chem, B, 107, 5812 – 5817.
33. Das J, Patra B.S, Baliarsingh N, Parida K.M (2006), Adsorption of phosphate by layered double hyroxides in aqueous solutions, Applied Clay Science, Vol 32, 3 – 4, 252 – 260.
34. De la Noüe J, De Pauw N (1988). The potential of microalgal biotechnology: a review of production and uses of microalgae. Biotechnol. Adv. 6, 725–770. 35. de-Bashan L.E, Bashan Y, Moreno M, Lebsky V.K, Bustillos J.J (2002).
Increased pigment and lipid content, lipid variety, and cell and population size of the microalgae Chlorella spp. when co-immobilized in alginate beads with the microalgae-growth-promoting bacterium Azospirillum brasilenses. Can. J.
Microbiol. 48, 514–521.
36. de-Bashan L.E, Moreno M, Hernandez J.P, Bashan Y (2002). Removal of ammonium and phosphorus ions from synthetic wastewater by the microalgae Chlorella vulgaris coimmobilized in alginate beads with the microalgae growth-promoting bacterium Azospirillum brasilense. Water Res. 36, 2941– 2948.
37. de-Bashan L.E, Hernández J.P, Morey T, Bashan Y (2004). Microalgae growth- promoting bacteria as ‘‘helpers’’ for microalgae: a novel approach for
removing ammonium and phosphorus from municipal wastewater. Water Res. 38, 466–474.
38. Domov V.I, Ilieva A.V, Khaltakova N.G and Filizova L.D (2000), Structural model of Al13-pillared montmorillonite, Clays and Clay minerals, Vol. 48, No. 1, 1-9.
39. Domínguez J.M, Botello-Pozos J.C, López-Ortega A, Ramíze M.T, Sandoval- Floros G, Rojas-Hernández (1998), Catalysis Today 43, 69 – 77.
40. Donnert D, Salecker M (1999). Elimination of phosphorus from waste water by crystallization. Environ. Technol. 20, 735–742.
41. Donnert D, Salecker M (1999). Elimination of phosphorus from municipal and industrial waste water. Water Sci. Technol. 40, 195–202.
42. Fast A.W, Hulquist R.G. (1982): Supersaturation of nitrogen gas caused by artificial aeration of reservoirs. Tech. Report E-82-9, U. S. Army Corps of Engineers, Vicksburg, Mississippi. 136 p.
43. Ferber L.R, Levine S.N, Lini A & Liningston G.P (2004), Do Cyanobacteria dominate in eutrophic lakes because they fix atmospheric nitrogen ?,
Freshwater Biology, 49, 690-708.
44. Galarneau E, Gehr R (1997). Phosphorus removal from wastewaters: experimental and theoretical support for alternative mechanisms. Water Res. 31, 328–338.
45. Gil A, Korili S.A and Vicente A (2008), Recent advances in the Control and Characterization of the Porous Structure of pillared Clay catalysts, Catalysis
Reviews, 50, 153 – 211.
46. Gonzalez, L.E, Cañizares R.O, Baena, S (1997). Efficiency of ammonia and phosphorus removal from a Colombian agroindustrial wastewater by the microalgae Chlorella vulgaris and Scenedesmus dimorphus. Bioresource
47. Gonzalez-Bashan L.E, Lebsky V, Hernandez J.P, Bustillos J.J, Bashan, Y (2000). Changes in the metabolism of the microalgae Chlorella vulgaris when coimmobilized in alginate with the nitrogen-fixing Phyllobacterium myrsinacearum. Can. J. Microbiol. 46, 653–659.
48. Grim R.E (1953), Clay Mineralogy, McGraw-Hill, New York, 384 pp.
49. Günter klein and Prodencio Perera (2002), Eutrophication and health – Office for Official Publications of the European Communitites, page 28.
50. Haghseresht F (2006), A revolution in phosphorous removal, Phoslock Water
Solution Limited, Report No. PS – 06.
51. Haghseresht F, Wang S, Do D.D (2009), A novel lanthanum-modified bentonite, Phoslock, for phosphate removal from wastewaters, Applied Clay
Science 46, 369 – 375.
52. Harding (2004), Harbeespoort Dam Remediation Project (phase 1), 94 page. 53. Hosper S.H, Meijer M.L (1986): Control of phosphorus loading and flushing as
restoration methods for Lake the Netherlands, Hydrobiol. Bull. 20, 183-194. 54. Hrudey S, Mike Burch, Mary Drikas and Ross Gregory (1999), Remedial
Measure, Toxic Cyanobacteria in Water: A guide to their public health consequences, monitoring and management. I Chorus & J. Bartham, E & FN Spon Publishers.
55. Huang S.H, Chiswell B (2000). Phosphate removal from wastewater using spent alum sludge. Water Sci. Technol. 42, 295–300.
56. Jagtman E, Van der Molen D.T, Vermij S (1992), The influence of flushung on nutrient dynamics, composition and desities of algae and transparency in Veluvemeer, The Netherlands. Hydrobiologia, 233, 187-196.
57. Kasama T, Watanabe Y, Yamada H, Murakami T (2004), Sorption of phosphate on Al-pillared smectites and mica at acidic to neutral pH, Applied Clay Science
58. Kaufhold S & Dohramann R (1991), Beyong the methylene blue method: deteramination of the smectite content using the Cu-Triene method. Euroclay
Conference, Dresden, tr 1-12.
59. Khankhasaeva S. TS, Badmaeva S.V, Dashinamzhilova E.TS, Bryzgalova L.V and Ryazantsev A.A (2006), Adsorption of anionic dyes on montmorillonite modified with polyhydroxo complexes of aluminium and iron, Chemistry for
Sustainable Development 14, 287 – 294.