Nghiên cứu xử lý amoni trong môi trường nước bằng vật liệu hấp phụ zeolite

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
-------------------------

ĐINH MẠNH ĐỨC

“NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI TRONG MÔI TRƯỜNG
NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ ZEOLITE”

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Thái Nguyên, năm 2021


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
-------------------------

ĐINH MẠNH ĐỨC

“NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI TRONG MÔI TRƯỜNG
NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ ZEOLITE”
Ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 8440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Trần Thị Phả
2. TS. Văn Hữu Tập

Thái Nguyên, năm 2021

i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là cơng trình nghiên cứu
thực sự của cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết,
nghiên cứu trong phịng thí nghiệm dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trần
Thị Phả và TS. Văn Hữu Tập.
Tôi cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận
văn này là hồn tồn trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ cho một
học vị nào, phần trích dẫn tài liệu tham khảo đều được ghi rõ nguồn gốc.
Thái Nguyên, ngày..... tháng.... năm 2021
Tác giả

Đinh Mạnh Đức


ii
LỜI CẢM ƠN
Được sự đồng ý của Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm - Đại học
Thái Nguyên và thầy cô giáo hướng dẫn khoa học, tôi tiến hành thực hiện đề
tài: “Nghiên cứu xử lý amoni trong môi trường nước bằng vật liệu hấp phụ
Zeolite”.
Để hoàn thành được luận văn tốt nghiệp, tôi nhận được sự hướng dẫn tận
tình của thầy cơ giáo TS Trần Thị Phả, TS. Văn Hữu Tập, các thầy cô giáo Khoa
Môi trường, trường Đại học Nông Lâm và các thầy cô giáo tại phịng thí nghiệm
trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Ngun.
Nhân dịp này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS. Trần Thị Phả, TS.
Văn Hữu Tập, thầy cơ giáo hướng dẫn khoa học cùng tồn thể các thầy cô giáo

khoa Môi trường, trường Đại học Nông lâm - Đại học Thái Nguyên.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cơ giáo tại Phịng thí nghiệm trường Đại
học Khoa học, bạn bè đồng nghiệp và những người thân trong gia đình đã
động viên khuyến khích và giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập cũng như
hồn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày..... tháng.... năm 2021
Tác giả

Đinh Mạnh Đức


iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................. vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ..............................................................................viii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1
2. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................ 2
3. Ý nghĩa của đề tài .......................................................................................... 2
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU................................. 3
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài .......................................................................... 3
1.1.1. Một số khái niệm cơ bản ......................................................................... 3
1.1.2. Các thông số đánh giá chất lượng nước .................................................. 4
1.1.3. Căn cứ pháp lý......................................................................................... 6
1.2. Tình trạng ơ nhiễm amoni trong mơi trường nước ở Việt Nam ................ 8

1.2.1. Tình trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm ở Việt Nam ...................... 8
1.2.2. Tình trạng ơ nhiễm amoni trong nước ngầm ở Việt Nam ...................... 9
1.3. Ảnh hưởng của amoni tới sức khỏe con người ........................................ 10
1.4. Các phương pháp xử lý amoni trong nước ngầm..................................... 11
1.4.1. Phương pháp clo hóa tới điểm đột biến ................................................ 11
1.4.2. Phương pháp trao đổi ion ...................................................................... 12
1.4.3. Phương pháp thổi khí ở pH cao ........................................................... 12
1.4.4. Phương pháp ozon hóa với xúc tác bromua (Br-) ................................. 13
1.5. Zeolite....................................................................................................... 14
1.5.1. Sơ lược lịch sử và sự phát triển của zeolite ......................................... 14
1.5.2. Khái niệm về zeolite.............................................................................. 15


iv
1.5.3. Phân loại Zeolite ................................................................................... 15
1.5.4. Cấu trúc của Zeolite .............................................................................. 16
1.5.5. Ứng dụng của Zeolite tự nhiên ............................................................. 17
1.6. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam ..................................... 19
1.6.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................ 19
1.6.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ........................................................ 22
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 25
2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................... 25
2.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 25
2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 26
2.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 26
2.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu ............................................................... 26
2.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm.............................................................. 26
2.4.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích ............................................................ 28
2.4.4. Phương pháp nghiên cứu đặc điểm của vật liệu ................................... 29

2.4.5. Phương pháp tổng hợp, xử lý số liệu .................................................... 29
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 32
3.1. Đặc điểm của vật liệu Zeolite .................................................................. 32
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ amoni
bằng vật liệu hấp phụ Zeolite .......................................................................... 34
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ amoni
bằng vật liệu hấp phụ Zeolite .......................................................................... 36
3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ amoni ban đầu đến khả năng
hấp phụ amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite ................................................. 38
3.5. Mơ hình động học hấp phụ amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite ........... 40
3.6. Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite ......... 42
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................... 44
1. Kết luận ....................................................................................................... 44


v
2. Đề nghị ........................................................................................................ 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 46


vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Chữ viết đầy đủ

BYT:

Bộ Y tế

cs:

Cộng sự

KLN:

Kim loại nặng

QCVN:

Quy chuẩn Việt Nam

QĐ:

Quyết định

TCVN:

Tiêu chuẩn Việt Nam

WHO:

Tổ chức y tế thế giới

VL:

Vật liệu

vii
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Các nghiên cứu về hấp phụ amoni bằng zeolite tại các nước
khác nhau......................................................................................................... 19
Bảng 3.1. Các thơng số của các mơ hình động học phấp phụ amoni ............. 41
Bảng 3.2. Các thông số của mô hình đẳng nhiệt hấp phụ amoni .................... 43


viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc sơ cấp của Zeolite: tứ diện SiO4 (a), AlO-4 (b) ................. 16
Hình 1.2. Liên kết trong cấu trúc Zeolite ........................................................ 17
Hình 1.3. Cấu trúc thứ cấp SBU của Zeolite .................................................. 17
Hình 3.1. Ảnh SEM (a) và phổ EDX (b) của Zeolite ..................................... 32
Hình 3.2. Phổ hồng ngoại (IR) của Zeolite ..................................................... 33
Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý amoni bằng vật
liệu hấp phụ Zeolite ......................................................................................... 35
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý amoni bằng
vật liệu hấp phụ Zeolite ................................................................................... 36
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ amoni ban đầu đến hiệu quả xử
lý amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite ........................................................... 38
Hình 3.6. Mơ hình động học hấp phụ amoni bằng zeolite .............................. 40
Hình 3.7. Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ amoni bằng zeolite ............................ 42


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam hiện nay, nhiều nhà máy nước sạch đang sử dụng nước ngầm

làm nguồn nước cấp. Các nhà máy sử dụng nước ngầm này đóng góp gần 50%
lượng nước máy cung cấp trong cả nước. Bên cạnh đó, nước giếng khoan cũng
là nguồn nước sinh hoạt chủ yếu ở các vùng nơng thơn. Với tình trạng nguồn
nước mặt ngày càng bị ô nhiễm bởi các thành phần hữu cơ, dinh dưỡng, hóa
chất độc hại do các nguồn chất thải cơng, nơng nghiệp và sinh hoạt, nước ngầm
vẫn sẽ là một trong các nguồn nước cấp chính trong tương lai.
Theo QCVN 02:2009/BYT, nước sinh hoạt đạt chuẩn khi có hàm lượng
amoni nhỏ hơn 3,0 mg/l. Tuy nhiên, nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy, nhiều
nguồn nước ngầm đang bị ô nhiễm bởi amoni. Trên địa bàn Thành phố Hà Nội,
số liệu của Liên đồn Địa chất thuỷ văn - Địa chất cơng trình miền Bắc và
cơng ty Kinh doanh Nước sạch Hà Nội cho thấy hàm lượng amoni trong nước
ngầm tại một số khu vực ở mức đáng báo động lên đến hàng chục mg/L, đặc
biệt là ở khu vực phía Nam thành phố. Ở Hà Nam, người ta phát hiện thấy mức
độ ơ nhiễm amoni trong nước ngầm cịn trầm trọng hơn nhiều, nhiều nơi có
hàm lượng amoni trong nước ngầm cao hơn 50 mg/L, thậm chí có nơi lên đến
mức 100 mg/L.
Hiện nay, các phương pháp phổ biến được sử dụng để xử lý amoni là tháp
tripping, trao đổi ion, nitrat hóa - khử (Rahmani và cs, 2004), kết tủa hóa học
(Li và cs, 1999), điện hóa (Kim và cs, 2006). Nitrat hóa - khử là phương pháp
phổ biến nhất trong xử lý amoni nhưng chỉ phù hợp cho xử lý amoni có nồng
độ thấp, trao đổi ion có hiệu quả nhưng chi phí cao, tháp tripping tiêu tốn nhiều
năng lượng, kết tủa hóa học lại tạo ra chất ơ nhiễm thứ cấp. Hơn nữa, hầu hết
các phương pháp trên cần có hệ thống xử lý phức tạp, chi phí cao.


2
Trong những năm gần đây, một nhóm vật liệu hấp phụ amoni đang được
các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu là vật liệu zeolite. Vật liệu zeolite là
chất liệu lọc tiên tiến nhất được đưa vào các mơ hình xử lý nước thải. Ưu điểm
chính của zeolite là sản xuất sạch hơn, nước đạt chất lượng cao hơn. Zeolite có

trọng lượng nhẹ nên dễ dàng hơn để rửa ngược, cộng với cấu trúc vật lý của
các hạt Zeolite xử lý, làm cho nó được sắp xếp tốt hơn trong các bể lọc và cho
phép tăng tỷ lệ lọc.
Zeolite xử lý nước thải cũng sẽ kiểm soát các chất bay hơi hôi (mùi) và
bao gồm, các ion kim loại nhưng khơng giới hạn kim loại nặng (cadmium, thủy
ngân và chì). Hơn nữa, loại bỏ các ion kim loại cải thiện độ mềm của nước và
giúp loại bỏ các vết bẩn từ sắt và mangan.
Zeolite xử lý nước thải có thể loại bỏ các chất dinh dưỡng như amoniac
và nitơ, và khi kết thúc Zeolite trong hầu hết các trường hợp có thể được áp
dụng làm phân bón cho vườn, nơng nghiệp và sử dụng làm vườn.
Chính vì vậy, mà tơi tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xử lý amoni
trong môi trường nước bằng vật liệu hấp phụ Zeolite”.
2. Mục tiêu của đề tài
Đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố pH, thời gian và nồng độ đến
khả năng xử lý amoni trong môi trường nước và xây dựng mơ hình động học,
mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ amoni bằng vật liệu hấp phụ Zeolite.
3. Ý nghĩa của đề tài
- Các kết quả của đề tài là cơ sở để thực hiện các nghiên cứu tiếp theo
hoàn thiện quy trình, cơ chế hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ Zeolite.
- Đề tài đưa ra được một vật liệu mới, một phương pháp mới để xử lý
amoni trong môi trường nước, ứng dụng trong xử lý nước ngầm phục vụ mục
đích sinh hoạt của các hộ gia đình.


3
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài
1.1.1. Một số khái niệm cơ bản
Theo điều 3, Luật Bảo vệ môi trường năm 2020:

- Môi trường bao gồm các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo quan hệ
mật thiết với nhau, bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, kinh tế,
xã hội, sự tồn tại, phát triển của con người, sinh vật và tự nhiên.
- Thành phần môi trường là yếu tố vật chất tạo thành môi trường gồm đất,
nước, không khí, sinh vật, âm thanh, ánh sáng và các hình thái vật chất khác.
- Quy chuẩn kỹ thuật môi trường là quy định bắt buộc áp dụng mức giới
hạn của thông số về chất lượng môi trường, hàm lượng của chất ơ nhiễm có
trong ngun liệu, nhiên liệu, vật liệu, thiết bị, sản phẩm, hàng hoá, chất thải,
các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban
hành theo quy định của pháp luật về tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật.
- Tiêu chuẩn môi trường là quy định tự nguyện áp dụng mức giới hạn của
thông số về chất lượng môi trường, hàm lượng của chất ơ nhiễm có trong chất
thải, các u cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền
hoặc tổ chức cơng bố theo quy định của pháp luật về tiêu chuẩn và quy chuẩn
kỹ thuật.
- Ơ nhiễm mơi trường là sự biến đổi tính chất vật lý, hóa học, sinh học
của thành phần mơi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi
trường, tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người,
sinh vật và tự nhiên.
- Suy thối mơi trường là sự suy giảm về chất lượng, số lượng của
thành phần môi trường, gây ảnh hưởng xáu đến sức khỏe con người, sinh vật
và tự nhiên.


4
- Sự cố môi trường là sự cố xảy ra trong quá trình hoạt động của con
người hoặc do biến đổi bất thường của tự nhiên, gây ô nhiễm, suy thối mơi
trường nghiêm trọng.
- Chất ơ nhiễm là chất hóa học hoặc tác nhân vật lý, sinh học mà khi xuất
hiện trong môi trường vượt mức cho phép sẽ gây ô nhiễm môi trường.

1.1.2. Các thông số đánh giá chất lượng nước
Theo Escap (1994), chất lượng nước được đánh giá bởi các thông số, các
chỉ tiêu sau:
Các thông số lý học:
- Độ pH: Là chỉ số thể hiện độ axit hay bazơ của nước, là yếu tố môi
trường ảnh hưởng tới tốc độ phát triển và sự giới hạn phát triển của vi sinh vật
trong nước. Trong lĩnh vực cấp nước, pH là yếu tố phải xem xét trong quá trình
đơng tụ hóa học, sát trùng, làm mềm nước, kiểm sốt ăn mịn.
Sự thay đổi pH dẫn tới sự thay đổi thành phần hóa học của nước (sự kết
tủa, sự hịa tan, cân bằng carbonat…), các q trình sinh học trong nước. Giá
trị pH của nguồn nước góp phần quyết định phương pháp xử lý nước. pH được
xác định bằng máy đo pH hoặc bằng phương pháp chuẩn độ.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước là một đại lượng phụ thuộc vào điều kiện
mơi trường và khí hậu. Sự thay đổi nhiệt độ sẽ kéo theo các thay đổi về chất
lượng nước, tốc độ, dạng phân hủy các hợp chất hữu cơ, nồng độ oxy hịa tan.
Nước mạch nơng có nhiệt độ: 4 - 40oC, nước ngầm là: 17 - 31oC. Nhiệt độ
nước thải cao hơn nhiệt độ nước cấp.
- Tổng hàm lượng chất rắn (TS): Các chất rắn trong nước có thể là những
chất tan hoặc khơng tan. Các chất này bao gồm cả những chất vô cơ lẫn các
chất hữu cơ. Tổng hàm lượng các chất rắn (TS) là lượng khơ tính bằng mg của
phần cịn lại sau khi làm bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô
ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi (mg/L).


5
- Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS): Các chất rắn lơ lửng (các chất
huyền phù) là những chất rắn không tan trong nước. Hàm lượng các chất lơ
lửng (SS) là lượng khơ của phần chất rắn cịn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi
lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng
không đổi (mg/L).

- Tổng hàm lượng chất rắn hồ tan (DS): Các chất rắn hịa tan là những
chất tan được trong nước, bao gồm cả chất vô cơ lẫn chất hữu cơ. Hàm lượng
các chất hòa tan (DS) là lượng khô của phần dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít
nước mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh rồi sấy khô ở 105oC cho tới
khi khối lượng không đổi (mg/L). DS = TS – SS
- Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi (VS): Để đánh giá hàm lượng các
chất hữu cơ có trong mẫu nước, người ta còn sử dụng các khái niệm tổng hàm
lượng các chất không tan dễ bay hơi (VSS), tổng hàm lượng các chất hòa tan
dễ bay hơi (VDS). Hàm lượng các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi VSS là lượng
mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù (SS) ở 550oC cho đến khi khối
lượng không đổi.
Hàm lượng các chất rắn hòa tan dễ bay hơi VDS là lượng mất đi khi nung
lượng chất rắn hòa tan (DS) ở 550oC cho đến khi khối lượng không đổi
(thường được qui định trong một khoảng thời gian nhất định).
Các thơng số hóa học:
- BOD: Là lượng oxy cần thiết cung cấp để vi sinh vật phân hủy các chất
hữu cơ trong điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và thời gian. Trong mơi trường
nước, khi q trình oxy hố sinh học xảy ra thì các vi sinh vật sử dụng oxy hồ
tan, vì vậy xác định tổng lượng oxy hồ tan cần thiết cho q trình phân huỷ
sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng của một dịng thải đối với
nguồn nước. BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong nước có
thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật.


6
- COD: là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hố học trong
nước bao gồm cả vơ cơ và hữu cơ. Như vậy, COD là lượng oxy cần để oxy hố
tồn bộ các chất hố học trong nước, trong khi đó BOD là lượng oxy cần thiết
để oxy hoá một phần các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ bởi vi sinh vật.
- DO: là lượng oxy hồ tan trong nước cần thiết cho sự hơ hấp của các

sinh vật nước (cá, lưỡng thê, thuỷ sinh, côn trùng v.v...) thường được tạo ra do
sự hoà tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo. Nồng độ oxy tự do trong
nước nằm trong khoảng 8 - 10 ppm, và dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ,
sự phân huỷ hoá chất, sự quang hợp của tảo và v.v... Khi nồng độ DO thấp, các
loài sinh vật nước giảm hoạt động hoặc bị chết. Do vậy, DO là một chỉ số quan
trọng để đánh giá sự ô nhiễm nước của các thuỷ vực.
- Các yếu tố KLN: Các kim loại nặng là những yếu tố mà tỷ trọng của
chung bằng hoặc lớn hơn 5 như Asen, cacdimi, Fe, Mn … ở hàm lượng nhỏ
nhất định chúng cần cho sự phát triển và sinh trưởng của động, thực vật như
khi hàm lượng tăng thì chúng sẽ trở thành độc hại với sinh vật và con người
thông qua chuỗi mắt xích thức ăn.
Các thơng số sinh học:
- Colifom: Là nhóm vi sinh vật quan trọng trong chỉ thị môi trường, xác
định mức độ ô nhiễm bẩn về mặt sinh học của nguồn nước.
- E.Coli: Là chỉ số dùng để chỉ một nhóm vi khuẩn (bacteria ) sống trong
đường tiêu hóa ruột của con người và động vật.
- Chỉ số (Index ): Là một tập hợp của các tham số hay chỉ thị được tích
hợp hay nhân với trọng số. Các chỉ số ở mức độ tích hợp cao hơn, nghĩa là
chúng được tính tốn từ nhiều biến số hay dữ liệu để giải thích cho một hiện
tượng nào đó. Ví dụ chỉ số chất lượng nước (WQI- Water Quality Index )…
1.1.3. Căn cứ pháp lý
- Luật Bảo vệ Môi trường số 55/2014/QH13 ngày 23/6/2014;
- Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 ngày 21/6/2012;


7
- Luật Bảo vệ Môi trường số 72/2020/QH14 ngày 17/11/2020;
- Nghị định số 201/2013/NĐ-CP ngày 27/10/2013 của Chính phủ quy
định chi tiết thi hành một số điều của Luật tài nguyên nước;
- Nghị định 18/2015/NĐ-CP ngày 14/2/2015 của Chính phủ quy định về

quy hoạch bảo vệ môi trường, đánh giá môi trường chiến lược, đánh giá tác
động môi trường và kế hoạch bảo vệ môi trường;
- Nghị định số 40/2019/NĐ-CP ngày 13/5/2019 của Chính phủ sửa đổi,
bổ sung một số điều của các nghị định quy định chi tiết, hướng dẫn thi hành
Luật bảo vệ môi trường.
- Nghị định số 38/2015/NĐ-CP ngày 24/4/2015 của Chính phủ về quản lý
chất thải và phế liệu;
- Nghị định số 53/2020/NĐ-CP ngày 05/5/2020 của Chính phủ quy định
phí bảo vệ mơi trường đối với nước thải;
- Nghị định số 155/2016/NĐ-CP ngày 18/11/2016 của Chính phủ quy
định về xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực bảo vệ môi trường;
- Nghị định 164/2016/NĐ-CP ngày 24/12/2016 của Chính phủ quy định
về phí bảo vệ mơi trường đối với khai thác khống sản;
- Thơng tư số 36/2015/TT-BTNMT ngày 30/06/2015 của Bộ Tài nguyên
và Môi trường về quản lý chất thải nguy hại;
- Thông tư số 38/2015/TT-BTNMT ngày 30/6/2015 của Bộ Tài nguyên
và Môi trường về cải tạo, phục hồi mơi trường trong hoạt động khai thác
khống sản.
- Thông tư số 25/2019/TT-BTNMT ngày 31/12/2019 của Bộ Tài nguyên và
Môi trường Quy định chi tiết thi hành một số điều của Nghị định số 40/2019/NĐCP ngày 13/5/2019 của Chính phủ sửa đổi, bổ sung một số điều của các nghị định
quy định chi tiết, hướng dẫn thi hành Luật bảo vệ môi trường.
- QCVN 08-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất
lượng nước mặt;


8
- QCVN 09-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất
lượng nước dưới đất;
- QCVN 14:2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước
thải sinh hoạt;

- QCVN 40:201/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải
công nghiệp;
1.2. Tình trạng ơ nhiễm amoni trong mơi trường nước ở Việt Nam
1.2.1. Tình trạng ơ nhiễm amoni trong nước ngầm ở Việt Nam
Ở vùng đồng bằng Bắc Bộ (Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Hải Dương, Thái
Bình)... nước ngầm bị nhiễm amoni (NH4+) rất nặng, với 70 - 80% các nguồn
nước ngầm được khảo sát có hàm lượng amoni cao hơn TCVN.
Tại Hà Nam, các mẫu nước ngầm có tỉ lệ nhiễm amoni ở mức đáng báo
động. Kết quả phân tích hàm lượng amoni trong nước ngầm ở Lý Nhân lên tới
111,8 mg/L, gấp 74 lần; còn ở Duy Tiên là 93,8 mg/L, gấp 63 lần so với Quy
chuẩn của Bộ Y tế (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Nam, 2010).
Tại Hà Nội, tầng nước ngầm trên (cách mặt đất từ 25m đến 40m) và tầng
nước ngầm dưới (cách mặt đất từ 45m đến 60m) đã ô nhiễm amoni ở nhiều
nơi. Cụ thể:
- Xã Pháp Vân, hàm lượng amoni trong nước ngầm tầng trên là 31,6
mg/L, trong nước ngầm tầng dưới là 15 - 30 mg/L, có khi lên tới 40 mg/L.
- Phường Tương Mai, hàm lượng amoni trong nước ngầm tầng trên là
13,5 mg/L, trong nước ngầm tầng dưới là 6 - 12 mg/L, có khi lên tới 18 mg/L
- Các phường Trung Hòa, xã Tây Mỗ, xã Trung Văn... đều có hiện trạng
tương tự (Đặng Thị Thanh Lộc, 2010).
Đáng báo động hơn, mức độ ô nhiễm đang tăng dần theo thời gian. So với
năm 2012, hiện nay, tại phường Bách Khoa, mức nhiễm amoni trong nước
ngầm tăng 5,3 mg/L; tại xã Yên Sở, tăng 8 mg/L; và tại Long Biên, Tây Mỗ,
Đông Ngạc,... chưa từng bị nhiễm amoni, song nay cũng đã vượt tiêu chuẩn


9
cho phép. Hiện nay, bản đồ nguồn nước nhiễm bẩn đã lan rộng trên toàn thành
phố Hà Nội.
Tại thành phố Hồ Chí Minh, chất lượng nước ngầm ở khu vực ngoại

thành đang diễn biến ngày càng xấu đi. Cụ thể, nước ngầm ở trạm Đơng
Thạch, huyện Hóc Mơn có hàm lượng amoni là 68,73 mg/L, cao gấp 1,9 lần so
với năm 2005 và cao hơn Quy chuẩn cho phép (Sở Tài ngun và Mơi trường
thành phố Hồ Chí Minh, 2015).
Tại Thanh Hóa, kết quả quan trắc nước ngầm trong 5 năm (2016-2020)
cũng cho thấy chất lượng nước ngầm tại 11/32 điểm quan trắc có hàm lượng
amoni lớn hơn quy chuẩn cho phép của Bộ Y tế (Trần Văn Nhân, 2004).
1.2.2. Tình trạng ơ nhiễm amoni trong nước mặt tại Việt Nam
Hiện nay chất lượng nước ở vùng thượng lưu các con sơng chính cịn khá
tốt. Tuy nhiên ở các vùng hạ lưu đã và đang có nhiều vùng bị ơ nhiễm đáng kể
bởi nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt và các nguồn khác. Đặc biệt
mức độ ô nhiễm tại các sông tăng vào mùa khô do giảm mực nước. Chất lượng
nước suy giảm thể hiện qua các chỉ tiêu như: BOD, COD, NH4+, TSS, Nts, Pts
cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần (Ngô Văn Giới và cs, 2017).
Cụ thể tại lưu vực sông Hồng là đoạn chảy qua Phú Thọ, Vĩnh Phúc (quan
trắc tạicửaxả củacông tySupephốt phát và hóachất Lâm Thao; Cơng tycổ
phần giấy Việt Trì) có dấu hiệ nhiễm; Lưuvực sơng Cầuthì điểm ơ nhi
ễm
cao nhất là đoạn sông Cầu chảy qua địa phận thành phố Thái Nguyên, đặc biệt
là điểm thải của nhà máy giấy Hồng Văn Thụ, khu Giang thép Thái ngun,...
Đoạn sơng Cầu quaBắc Ni
nh, Bắc Giang; Lưuvực sông Nhuệ - Đáy nước bị ơ
nhiễm trên trục sơng chính đoạn chảyquaHà Nội
; Lưuvực sơng Đồng Naicó
các điểm ơ nhiễm nước mặt tập trung dọc các đoạn sông chảy qua các tỉnh
thuộc vùng kinh tế trọng điểm phía Nam (đoạn chảy qua thành phố Biên Hịa
và phụ lưu, phân lưu) (Ngơ Văn Giới và cs, 2017).


10

Sông Thị Vải, là sông ô nhiễm nặng nhất trong hệ thống sơng Đồng Nai,
có một đoạn sơng chết dài trên 10 km (Lý Thị Loan, 2009). Cụ thể, giới hạn
cho phép NH3 trong môi trường nước ≤ 0,6 mg/l và H2S ≤ 0,005 mg/l, nhưng
thực tế trên sông Thị Vải, H2S có thể lên tương ứng 1,73 và 0,8. Bên cạnh đó,
hàm lượng DO cũng rất thấp (1,2 mg/l), dưới ngưỡng cho phép để duy trì sự
sống (Lý Thị Loan, 2009).
Tại các khu vực đô thị, việc đánh giá chất lượng nước mặt được thông qua
đánh giá chất lượng nước của các sông, hồ kênh, mương trong khu vực nội thị.
Theo Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2016 cho thấy hiện trạng môi
trường nước mặt tại khu vực đô thị nhiều nơi bị ô nhiễm nghiêm trọng. Miền
Bắc tập trung đông dân cư (đặc biệt là Đồng bằng sông Hồng), lượng nước thải
đô thị lớn hầu hết của các thành phố đều chưa được xử lý, xả trực tiếp vào các
kênh mương và chảy thẳng ra sông. Với sự nỗ lực cải tạo, chất lượng nước tại
một số sơng, hồ, kênh đã có chuyển biến tích cực. Tuy nhiên vẫn đang là vấn đề
nổi cộm, phần lớn thông số đặc trưng ô nhiễm hữu cơ (BOD5, COD), chất dinh
dưỡng NH4+ đều vượt QCVN 08:2015/BTNMT (B1). Tại 2 đô thị loại đặc biệt
là thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, mức độ ơ nhiễm hữu cơ và chất
dinh dưỡng là vấn đề đã xảy ra nhiều năm và chưa được cải thiện nhiều, điển
hình là một số sông, kênh như sông Tô Lịch, sông Lừ, sơng Sét (thành phố Hà
Nội) và kênh Tân Hóa - Lò Gốm, kênh Ba Bò, kênh Tham Lương (thành phố
Hồ Chí Minh) thời gian gần đây, mức độ ơ nhiễm có xu hướng trở lại.
1.3. Ảnh hưởng của amoni tới sức khỏe con người
Amoni (NH4+) thật ra không quá độc đối với cơ thể người song do quá
trình khai thác, xử lý, lưu trữ NH4+ được chuyển hóa thành nitrit (NO2-) và
nitrat (NO3-). Do nitrit có thể chuyển hóa thành nitro-amin, một chất có khả
năng gây ung thư nên nitrit là chất độc rất có hại cho con người.
Hàm lượng nitrat trong nước uống cao là nguồn gốc gây ra bệnh
methemoglobin - huyết cho trẻ sơ sinh (nhất là dưới 6 tháng tuổi) cũng như

11
người lớn do làm giảm chức năng các enzim, làm cho da của trẻ sơ sinh trở
nên có màu xanh xỉn, gây kích thích, hơn mê và nếu ở thể nặng, khơng được
điều trị thích hợp có thể dẫn tới tử vong mà người ta quen gọi là hội chứng
Blue Baby Syndrome, hay còn gọi tắt là BBS.
Thiếu hụt enzyme cố hữu, viêm nhiễm, phản ứng thuốc... là những yếu tố
gây hội chứng BBS có thể dễ dàng nhận biết và nếu tiếp xúc với hóa chất, hàm
lượng methemoglobin sẽ tăng nhanh chóng.
Trong khi đó, hàm lượng NH4+ trong nước uống cao có thể gây nên một
số hậu quả khác như: amoni kết hợp với Clo tạo ra Clo-amin - một chất làm
cho hiệu quả khử trùng giảm đi rất nhiều so với Clo gốc; amoni là nguồn N thứ
cấp sinh ra nitrit trong nước, một chất có tiềm năng gây ung thư; amoni là
nguồn dinh dưỡng để rêu tảo phát triển, vi sinh vật tái phát triển trong đường
ống gây ăn mòn, rò rỉ và mất mỹ quan ...
1.4. Các phương pháp xử lý amoni trong nước ngầm
1.4.1. Phương pháp clo hóa tới điểm đột biến
Chất duy nhất có khả năng ơxy hóa amoni/amoniac ở nhiệt độ phịng
thành N2 là Clo. Khi hịa tan clo trong nước, clo có thể nằm ở dạng HClO hoặc
ClO- do có phản ứng theo phương trình (Lê Văn Cát, 2007):
Cl2 + H2O

H+ + ClO- (pH > 8)

HCl + HClO (pH <7)

Khi trong nước có NH4+ sẽ xảy ra các phản ứng sau:
HClO + NH3

= H2O

+

NH2Cl (Monocloramin)

HClO + NH2Cl = H2O

+

NHCl2 (Dicloramin)

HClO + NHCl2 = H2O

+

NCl3 (Tricloramin)

Phản ứng phân hủy các cloramin sẽ xảy ra nếu có clo dư:
2NH2Cl + HClO = N2

+

3H+ +

3Cl- + H2O

Lúc này lượng clo dư trong nước sẽ giảm tới giá trị nhỏ nhất vì xảy ra sự
phân huỷ cloramin, điểm tương ứng với giá trị này gọi là điểm đột biến.


12

1.4.2. Phương pháp trao đổi ion
Quá trình trao đổi ion là một q trình hố lý thuận nghịch trong đó xảy
ra phản ứng trao đổi giữa các ion trong dung dịch điện ly với các ion trên bề
mặt hoặc bên trong pha rắn của chất trao đổi ion tiếp xúc với nó. Q trình trao
đổi ion tn theo định luật bảo tồn điện tích, phương trình phản ứng trao đổi
ion được mô tả một cách tổng quát như sau:
AX + B-

AB + X-

CY + D+

CD + Y+

Trong đó, CY chất trao đổi cation, AX chất trao đổi anion
Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch, hay phản ứng trao đổi phản ứng tái sinh.
Mức độ trao đổi ion phụ thuộc vào: 1- kích thước, hố trị của ion; 2 - bản
chất của chất trao đổi ion; 3 - nồng độ ion có trong dung dịch và 4 - nhiệt độ.
Phản ứng trao đổi cation giữa chất trao đổi cation và cation trong dung
dịch có thể viết như sau:
Cat-H (Na) + NH4+ <---> Cat-NH4 + H+ (Na+)
2 Cat-H + Ca2+ < --- >(Cat)2Ca + 2H+
Chất trao đổi ion có thể có sẵn trong tự nhiên như zeolite, các loại sợi,...
chất vô cơ tổng hợp (alumino silicat, alumino photphat,...) hoặc hữu cơ (nhựa
trao đổi ion. Trong công nghệ xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion tỏ rõ
tính ưu việt trong việc làm mềm nước, loại bỏ chất khoáng, hữu cơ độc hại...
Ưu điểm của phương pháp là tốc độ nhanh, cơng suất lớn trên một đơn vị thể
tích thiết bị và vật liệu, chất lượng nước xử lý cao. Nhược điểm là chi phí đầu
tư cao do giá nhựa trao đổi ion cao (nhựa cation khoảng 4 USD/l cao gấp 1,5 –
2,0 lần so với nhựa anion) chi phí vận hành trong một số trường hợp vẫn cao

(Lê Văn Cát, 2007).
1.4.3. Phương pháp thổi khí ở pH cao
Amoni ở trong nước tồn tại dưới dạng cân bằng:


13
NH4+

NH3(khí hồ tan) + H+

với pKa = 9,5

Như vậy, khi pH thấp (pH = 7), amoni chiếm ưu thế so với một lượng rất
nhỏ khí NH3. Khi nâng pH tới 9,5, tỷ lệ [NH3]/[NH4+] = 1, và khi pH càng tăng
lên, cân bằng càng chuyển về phía tạo thành NH3. Khi đó, nếu áp dụng các kỹ
thuật sục thổi khí thì NH3 sẽ bay hơi theo định luật Henry, cân bằng chuyển về
phía phải (Lê Văn Cát, 2007):
NH4+ + OH-

NH3 + H2O

1.4.4. Phương pháp ozon hóa với xúc tác bromua (Br-)
Để khắc phục nhược điểm của phương pháp clo hóa điểm đột biến người
ta có thể thay thế một tác nhân oxy hóa khác là ozon với sự có mặt của Br-..
Dưới tác dụng của O3, Br- bị oxy hóa thành là BrO- theo phản ứng sau đây (Lê
Văn Cát, 2007):
Br- + O3 + H+

HBrO + O2

Phản ứng oxy hóa NH4+ được thực hiện bởi ion BrO- giống như của ion
ClONH3

+

HBrO

NH2Br + H2O

NH2Br + NHBr2

NHBr + H2O

NH2Br + NHBr

N2 + 3Br- + 3H+

Đây chính là điểm tương đồng giữa hai phương pháp clo hóa và ozon hóa
xúc tác Br- do Galat-Gorhev và Moris tìm ra năm 1975.
1.4.5. Xử lý amoni bằng phương pháp sinh học
Quá trình xử lý amoni bằng phương pháp sinh học được thực hiện qua hai
bước nối tiếp là nitrat hoá và khử nitrat như sau (Lê Văn Cát, 2007):
a. Q trình nitrat hố
Ở q trình này, vi khuẩn nitrat hố ơxy hố NH4+ thành NO2-, rồi sau đó
thành NO3-. Các phản ứng này được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn tự dưỡng
(autotrophs) là nhóm vi khuẩn dùng cacbon vô cơ trong nước để tổng hợp
tế bào.


14

Q trình chuyển hóa về mặt hóa học được viết như sau:
NH4+ + 1,5O2

NO2- + 2H+ + H2O (nhóm vi khuẩn Nitrosomonas)

NO2- + 0,5O2

NO3- (nhóm vi khuẩn Nitrobacter)

Phương trình tổng:
NH4+ + 2O2

NO3- + 2H+ + H2O

b. Quá trình khử nitrat
Trong quá trình này, vi khuẩn khử nitrat (denitrifiers) khử NO3- (và cả
NO2-) thành N2. Nhóm vi khuẩn này là nhóm dị dưỡng (heterotrophs) sử dụng
cacbon hữu cơ để tổng hợp tế bào mới. Khác với q trình nitrat hố q trình
khử nitrat sử dụng ơxy từ nitrat được gọi là q trình anoxic (thiếu khí).
Q trình khử nitrat là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp sau:
NO3-

NO2-

NO (k)

N2O (k)

N2 (k)

Q trình này địi hỏi nguồn cơ chất - chất cho điện tử, chúng có thể là
chất hữu cơ (methanol, axit acetic, ...), H2 và S. Khi có mặt đồng thời NO3- và
các chất cho điện tử, chất cho điện tử bị oxy hóa, đồng thời NO3- nhận điện tử
và bị khử về N2.
Vi khuẩn tham gia vào quá trình khử nitrat là Bacillus, Pseudomonas,
Methanomonas, Paracocus, Spirilum và Thiobacilus, v.v...
Các phương trình tỉ lượng của q trình khử nitrat hóa phụ thuộc vào bản
chất nguồn cacbon sử dụng như sau:
6NO3- + 5CH3OH

3N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH-

8NO3- + 5CH3COOH
8NO3- + 5CH4

4N2 + 10 CO2 + 6 H2O + 8 OH-

4N2 + 5 CO2 + 6 H2O + 8 OH-

1.5. Zeolite
1.5.1. Sơ lược lịch sử và sự phát triển của zeolite
Zeolite được phát hiện lần đầu tiên năm 1756 bởi một nhà hóa học người
Thụy Điển, Bronstedt. Zeolite, theo tiếng Hy Lạp, “zeo” là sôi, “lithot” là đá,
vì vậy zeolite cịn được gọi là đá sơi.


15
Mãi đến những năm 60 của thế kỷ trước, zeolite mới được nghiên cứu và
khám phá và đưa ra những ứng dụng hữu ích và đa dạng. Từ đó, các zeolite
được ứng dụng rộng rãi trong khoa học và kỹ thuật.

Có nhiều loại zeolite tự nhiên và zeolite tổng hợp như: Zeolite A, zeolite
Y, zeolite X, zeolite ZSM-5, zeolite ZSM-11,… được nghiên cứu, làm rõ thành
phần, tính chất ứng dụng, cấu trúc mạng tinh thể,… (Phan Thị Hoàng Oanh,
2012).
1.5.2. Khái niệm về zeolite
Zeolite là tên chung chỉ một họ vật liệu khống vơ cơ có cùng thành phần
là aluminosilicat. Nó có mạng lưới anion cứng chắc với các lỗ xốp và các kênh
mao quản chạy khắp mạng lưới, giao nhau ở các khoang trống. Các khoang
trống có chứa các ion kim loại có thể trao đổi được (Na+, K+) với các phần tử
bên ngoài xêm nhập vào. Các khoảng trống này có kích thước khoảng 0,2 –
2nm nên Zeolite được xếp vào loại vật liệu vi mao quản.
Công thức tổng qt của Zeolite: Mx/n[(AlO2)x(SiO2)mH2O
Với M là cation bù có hố trị n; x, y là tỉ lệ giữa SiO2/Al2O3 và m là số
mol nước nằm trong các hốc trống (Bekkum HV và cs, 2001).
1.5.3. Phân loại Zeolite
a. Theo nguồn gốc hình thành
Zeolite được chia làm 2 loại chính:
- Zeolite tự nhiên: có 56 loại, có được do đá và các lớp tro núi lửa phản
ứng với nước ngầm có tính kiềm. Những Zeolite này được kết tinh và lắng
đọng trong môi trường qua hàng ngàn, hàng triệu năm ở đại dương và các đoạn
sông (Bekkum HV và cs, 2001).
- Zeolite tổng hợp: có trên 200 loại, độ tinh khiết cao, thành phần đồng
nhất nên rất phù hợp trong nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp. Hầu hết các
zeolite đều được tổng hợp từ sự phân hủy các nguồn nhôm và silic trong dung
dịch kiềm mạnh (Bekkum HV và cs, 2001).