Nghiên cứu xử lý amoni trong nước ngầm bằng phương pháp hấp thụ sử dụng than cacbon hoá sản xuất từ lõi ngô

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
*******


TRẦN THỊ PHƢƠNG


NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI TRONG
NƢỚC NGẦM BẰNG PHƢƠNG PHÁP
HẤP PHỤ SỬ DỤNG THAN CACBON
HÓA SẢN XUẤT TỪ LÕI NGÔ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa công nghệ - Môi trƣờng







HÀ NỘI - 2014



TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

*******


TRẦN THỊ PHƢƠNG


NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI TRONG
NƢỚC NGẦM BẰNG PHƢƠNG PHÁP
HẤP PHỤ SỬ DỤNG THAN CACBON
HÓA SẢN XUẤT TỪ LÕI NGÔ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa công nghệ - Môi trƣờng



Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
Ts. TRỊNH VĂN TUYÊN


HÀ NỘI - 2014



LỜI CẢM ƠN

Vi lòng bi t, em xin gi li c  TS. Trnh
, phó Vin ng Vin Công ngh ng  Vin Hàn lâm
Khoa hc và Công ngh Vi c ti ng d    em
hoàn thành bn khóa lun tt nghip này.

Em xin trân trng gi li ci các thy, cô giáo trong khoa Hóa
ht tình ging dy  em trong sut quá trình hc ti
m Hà Ni 2.
Cui cùng, em xin chân thành co mi
u ki em trong quá trình hc tp.
u kin th còn hn ch, nên bn thân khóa lun
này không tránh khi nhng thiu sót. Em rt mong nhc s góp ý ca
th các b khóa lun ca em có th hoàn
thi

Hà N
Sinh viên thc hin


Trn Th 




LỜI CAM ĐOAN


               




Hà N
Sinh viên thc hin

Trần Thị Phƣơng



DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1.Mt s m khác nhau gic ngc mt 4
Bảng 1.2. TOC ca than carbon hóa t các vt liu khác nhau 25
Bảng 1.3. c và din tích b mt riêng ca than cacbon hóa
trên các vt liu khác nhau 25
Bảng 2.1. Kt qu  mc ngm  Hà Ni 28
Bảng 3.1. T l c khi sy lõi ngô 39
Bảng 3.2. Hiu sut thu hi sn phm  T = 300
0
C 40
Bảng 3.3. Hiu sut thu hi sn phm  T = 400
0
C 41
Bảng 3.4. Hiu sut thu hi sn phm  T = 500
0
C 42
Bảng 3.5. Kh p ph ca các loi than 43
Bảng 3.6. ng ca thi gian khun hiu sut x lý amoni 44
Bảng 3.7. ng ca khn hiu sut x lý amoni 46
Bảng 3.8. ng ca n ng hp ph
ca than 48
Bảng 3.9. ng cn hiu sut x lý amoni 49
Bảng 3.10. Thi gian thay than trong ct hp ph 51

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 2.1. Mi 1 s m  Hà Ni 29
Hình 2.2. Lò nung 31
Hình 2.3. Thit b Jartest 32
Hình 2.4. Máy quang ph UV  Vis 32
Hình 2.5. Thit b pilot 34
Hình 2.6.  thit b x p ph
s dng than cacbon hóa 35
Hình 3.1.  th biu din t l a lõi ngô theo
thi gian 40
Hình 3.2. Lõi ngô sau khi nung  T = 300
0
C (thi gian 20, 30 phút) 41
Hình 3.3. Lõi ngô sau khi nung  T = 400
0
C (thi gian 10,20,30 phút) 41
Hình 3.4. Lõi ngô sau khi nung  T = 500
0
C (thi gian 10,20,30 phút) 42
Hình 3.5.  th biu din s bii hiu sut thu hi sn phm theo
thi gian  các nhi khác nhau 42
Hình 3.6.  th th hin kh p ph ca các loi than 44
Hình 3.7.  th ng ca thi gian khun hiu sut
x lý amoni 45
Hình 3.8. ng ca thi gian khun hiu sut x lý amoni 45
Hình 3.9.  th ng khn hiu sut
x lý amoni 47

Hình 3.10. ng ca khn hiu sut x lý amoni 47
Hình 3.11.  th ng ca n ng hp
ph ca than cacbon hóa 48
Hình 3.12.  th ng cn hiu sut x lý amoni 50



DANH MỤC VIẾT TẮT

BOD (Biochemical Oxygen Demand): Nhu cu oxy sinh hc
TCCP: Tiêu chun cho phép
TOC (Total Organic Carbon): tng cacbon h






MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 3
1.1. Ô nhic ngm 3
1.1.1. Gii thiu vài nét v c ngm  Vit Nam 3
c v amoni 4
1.1.3. Hin trng ô nhic ngm  Vit Nam 5
1.1.4. Các nguyên nhân gây ô nhic ngm 7
1.1.5. ng ci vi sc khi 10
1.2. Tng quan v  lý amoni 11
 11
m hóa và làm thoáng 12

i xúc tác Bromua 13
i ion 13
c 15
p ph 17
1.3. Tng quan v p hp ph 18
1.3.1. Khái nim chung 18
1.3.2. Phân loi 18
 hp ph 19
1.4. Gii thiu v công ngh cacbon hóa, than cacbon hóa 23
1.4.1. Công ngh cacbon hóa 23
1.4.2. Than cacbon hóa 24
1.4.3. Vt liu làm than cacbon hóa: lõi ngô 26
1.4.4. Phân tích la ch lý ô nhim amoni 27
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 28
ng nghiên cu 28



u 29
ng quan tài liu 29
c nghim 30
 lý s liu 35
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39
3.1. Kt qu sn xut than cacbon hóa t lõi ngô 39
 m ca lõi ngô 39
3.1.2. Hiu sut thu hi sn phm than cacbon t lõi ngô 40
3.2. Kt qu nghiên cu kh  hp ph amoni ca than cacbon hóa 43
3.2.1. Quy mô Jartest 43
3.2.2. Thc nghim trên thit b pilot 49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54








1

MỞ ĐẦU
 Lý do chọn đề tài
Khong 71% vi 361 triu km
2
b mc bao ph bc.
c là dng vt cht rt cn cho tt c các sinh vt s   t.
n thy khong 80% loi bnh tt ci có liên
n chng ca nguc dùng cho sinh hot. Vì vy cht lng
c có vai trò ht sc quan trng trong s nghip bo v c
kho cng.
Các nguc s dng ch yc mc ng
qua x lý hoc s dng trc tip. Phn lu b ô nhim bi các tp
cht vi thành phn và m khác nhau tu thuu kic
thù sn xut, sinh hot ca tng vùng và ph thua hình mà nó chy
qua hay v trí tích t. Ngày nay, vi s phát trin ca nn công nghip, quá
 hoá và bùng n dân s c t nhiên ngày càng
cn kit và ngày càng ô nhim.
Hong nông nghip gn lin vi các loi phân bón trên din rng,
các lo c thi nông nghip, sinh hot giàu hp ch i vào môi

c ngm ngày càng b ô nhim các hp chmà ch
yu là amoni.
c trc tin phm chuyn
hoá t amoni là nitrit và nitrat là yu t c. Các hp cht nitrit và nitrat
hình thành do quá trình oxi hoá ca vi sinh vt trong quá trình x lý, tàng tr
và chuyn ti tiêu dùng. Vì vy vic x c
ng r
a, Vit Nam có din tích trng ngô rt ln
nghìn tn lõi ngô thi b  ng gây ô nhim và m
ó lõi ngô có rt nhiu công dng ht
2

cách tn dng tric bic ng dng hiu qu trong
vic ch to vt liu hp ph trong x ng vi giá thành r, quy
trình ch to vt lin, c hi.
Vì vy, vi mloi b c ngng thi giúp
làm ging cht thi rn nông nghip, chúng  tài 
cu x c ngm bp ph s dng
than cacbon hóa sn xut t lõi ngô
 Mục tiêu của đề tài
- Sn xut than cacbon hóa t lõi ngô.
- Loi b amoni (NH
4
+
) trong c ngm bng than cacbon hóa sn xut
t lõi ngô.
 Nội dung nghiên cứu chính của đề tài
- Tng quan v  lý amoni.
- Tng quan vcông ngh cacbon hóa, than cacbon hóa.
- Thc nghim x lý amoni bp ph và nghiên cu

ng ca n, thi gian, khng cn
hiu xut x lý amoni.
- ng hp ph ca than cacbon hóa.









3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Ô nhiễm amoni trong nƣớc ngầm
1.1.1. Gii thiu vài nét v c ngm  Vit Nam
Vit Nam là quc gia có nguc ngm khá phong phú v tr ng
và khá tt v chc ngm tn ti trong các l hng và các khe nt
ct c tn trm tích hoc do s thm thu ca
nguc mNc ngm có th tn ti cách mt vài mét,
vài ch
i vi các h thng cc cng thì nguc ngm luôn là
nguc i vì, các nguc mng b ô nhim và
ng khai thác phi ph thuc vào s bing theo mùa. Nguc
ngm ít chu ng bng ci. Chc
ngng tu chc mt. Trc ngm h
không có các ht keo hay các hng và vi sinh, vi trùng gây bnh thp.
Các nguc ngm ha rong to, mt trong nhng

nguyên nhân gây ô nhic. Thành phc ngm
là các tp cht hòa tan do ng cu kia tng, thi tit, các quá
trình phong hóa, sinh hóa trong khu vc.  nhu kin phong
hóa tt, có nhiu cht bn thì chc ngm d b ô
nhim bi các cht khoáng hòa tan, các cht h
c ng b ng do
ng ci. Các cht thi cng vt, cht thi
sinh hot, cht thi hóa hc, công nghip và vic s dng phân bón hóa hc
theo thi gian s ngm vào nguc, tích t dn và làm ô nhim ngun
c ngm. (8)

4

Bng 1.1.Mt s m khác nhau gic ngc mt

Thông s
c ngm
c mt
Nhi
i nh
i theo mùa
Cht r
lng
Rt thp, h
    i
theo mùa
Cht khoáng
hòa tan
     
c mt

 i tùy thuc cht

ng
Fe
2+
, Mn
2+

c
Rt thp, ch c

Khí CO
2
hòa
tan
Có n cao
Rt thp
Khí O
2
hòa tan
Thp
Cao
ng
amoni
ng có
c b nhim bn
H
2
S
ng có

Không có
SiO
2

ng có n cao
N trung bình
NO
3
-

Có n cao khi b nhim
bn bi vic s dng phân
bón hóa hc
ng rt thp
Vi sinh vt
Ít có, ch yu là các vi
khun do st gây ra
Nhiu loi vi trùng, vi
khun gây bnh và to

1.1.2c v amoni
Amoni bao gm 2 dng: không ion hoá (NH
3
) và ion hoá (NH
4
+
).
Amoni có mng có ngun gc t các quá trình chuyn hoá,
nông nghip, công nghip và t s kh  c b ng
5

amoni t nhiên  c b mc ngng th.
Các nguc him khí có th có n an 3mg/l.
ng ang so vi s tng hp bên tro là
  .Tác hi ca nó ch xut hin khi tip xúc vi li ng
khong trên 200mg/kg th trng.
Vi nhc xp vào nhóm các ch tiêu cm
   u bng ch A trong bng tiêu chun theo quyt
nh1329/2002/BYT-a B Y t).
1.1.3. Hin trng ô nhic ngm  Vit Nam
1.1.3.1. Hin trng ô nhic ngm  Vit Nam

             








. (6)
,
ng
c 
              
-
       i       
6

 Th
 
-
i ho-40 mgO
2
,



H
              
             
111,8
-
c

n 
-
4
+
). (3)
1.1.3.2. Hin trng ô nhim c ngm  Hà Ni
Tình trng ô nhim nguc ngm  Hà Ni hi mc
ng nghiêm trng. Hà Na hình thp v 
nên toàn b c b mt kéo theo cht bn v m xung làm bn c
nhng tng c ni lt. Ti khu v
thành ph Hà Ni, nguc ngu b ô nhim nng amoni
i hn cho phép nhiu ln hình là các ging ca nhà máy cp
c Pháp Vân cha NH
4

+
ti 30mg/l, khu v  c cha NH
4
+
ti
20mg/l. Ngoài ra,  Hà Ni, nhiu khu vt hin hing tt mc
c ngng gi. Mt s t, bin dng
b mt, di công trình. (1)
7

1.1.4. Các nguyên nhân gây ô nhic ngm
1.1.4.1. .
 (N)
c
Nitrat (NO
3
-
) N 

2
-

3


amoni hidroxit (NH
4
        
4
+

  
hydroxit (OH
-
N

Q
3
-

 NO
3
-

2


2



protein

 

3
-
n vi 

 gây hotpho (P) là hai yu t


3
-
 không
c n P  Ns
cho. (3)
1.1.4.2

uyên
8

vi



.

 (xóa mòn, xâm thch
n
 
 




c ngày càng m ri phóng các
hp cht cc phát sinh ngay trong lt bùn cha nhiu cht h
b phân hu này dc ng











9







hp               
a, 








1.1.4.3. Các nguyên nhân gây ô nhic ngm  Hà Ni
Nguc ngm  Hà Ni b ô nhim ch yu do các nguyên nhân sau:
-   c mt b ô nhim h      ng tng
coliform  mt quá TCCP loi B nhiu ln. Nguyên nhân là do
c thi t hong sn xut và sinh ho phn lc x

lý khi x thi. Theo s liu thng kê ca Cc Bo v  ng tháng
5/2006, tc thi sinh hot khong 450.000 m
3
t
phc x  ti các b t ho vào các tuyn cng chung
ho. Nhic x trc tip ra sông làm ô
nhim chc các sông, ha bàn thành ph hin có khong
 sn xut, dch v c th vào h thc thành
10

ph khong 260.000 m
3
  sn
xut công nghip có trm x c thi, s còn li ch x  qua h
thng b lng lc hoc x thng vào h thc ca thành
ph.Các sông ni thành Hà N ô nhic bit i vi các sông thoát
nc thi nhsông Kim Ngu và Tô Lch b ô nhim nng, hng các
cht bn  các sông này rc th vào sông Tô Lch và Kim
n, không còn kh  làm sng BOD
5
t TCCP
loi B 3 lt 57 ln TCCP.
- Vi   c ngm ba bãi, quá t   n s suy gi 
ng, h mc ngm, gây lún st và kéo theo ô nhim nguc.
- Có t c b c trám
lp cn thn, tng thc mt ô nhim xung tc
ngm mt cách d dàng.
1.1.5. nh ng ci vi sc khi
Amoni


(NO
2
-

3
-

 
p.
,


2
-

3
-






11




  có nh        
 (3)

Các hp chc có th gây nên mt s bnh nguy him cho
i s dc. Nitrat to ra chng thiu vitamin và có th kt hp vi
 to nên nhng nitrosamin là nguyên  i cao
tui. Tr c bit nhy cm vi nitrat lt vào sa m, hoc
 pha sa. Sau khi lc chuyn hóa nhanh thành
nitrit nh vi khung rut. Ion nitrit còn nguy hii vi sc
khi. Khi tác dng v
i chúng có th to thành các hp cht ch

4
+


- h

- 

- NH
4
+
             

1.2. Tổng quan về các phƣơng pháp xử lý amoni
1.2
t oxi hóa m

2


-


Cl
2
+ H
2
O HCl + HClO (pH<7)
12

HClO H
+
+ ClO
-
(pH>8)

4
+

HClO + NH
3
 H
2
O + NH
2
Cl (Monocloramin)
HClO + NH
2
 H
2
O + NHCl
2

(Dicloramin)
HClO + NHCl
2
 H
2
O + NCl
3
(Tricloramin)

HClO + 2NH
2
 N
2
+ 3Cl
-
+ H
2
O


t n


 --
t.


 v mt kinh t

1.2m hóa và làm thoáng


NH
4
+
NH

+ H
+
pK
a
= 9,25
            
3
  

3
]/[ NH
4
+


3


3


NH
4
+

+ OH
-
NH
3
+ H
2
O
13


3


3

3



4
+


1.2.
-
).


-



4
+

3

-


3
, Br
-


-

Br
-
+ O
3
+ H
+

2


4
+

-


ion ClO
-
:
NH
3

2
Br + H
2
O
NH
2

2
+ H
2
O
NH
2
Br + NHBr
2

2
+ 3Br
-
+ H
+

1.2i ion

c s dng rng rãi trong các quá trình x
c thc cp. Trong x c ci
c s d kh các mui, kh cng, kh khoáng, kh nitrat,
kh màu, kh kim loi, các ion kim loi nng và các ion kim loi khác có
c
Trong x c thc s d loi
ra khc các kim loi (kng, crom, nikel, chì, thy ngân, cadimi,
mangan ) các hp cht ca asen, photpho, xianua, và các cht phóng x.
i các cht có giá tr v làm sc
14

cao.m chính cn
hành khá cao nên íc s dng cho các công trình lng s dng
ng hi chng x m c
là rt tri và x lý có chn lng. Thc cht c
i ion da trên s óa hc gia ion trong pha lng
và ion trong pha ri ion là mt quá trình gm các phn ng hóa hc
i ch (phn ng th) gia các ion trong pha lng và các ion trong pha rn
(là nh  i). S  p th ca nhi dành cho các ion
trong pha lng nh ng d dàng th ch các ion có trên
khung mang ca nhi. Quá trình này ph thuc vào tng loi nha
i và các lo di ion
i ion vi lp nha chuyng, vn hành, tái sinh liên tc và trao
i ion vi lp nhng yên,vn.Trong
, i ion vi lp nh bin.
Nhi ion còn gi là ionit, các ionit có kh p th các ion
c li các ionit có kh p th các ion âm gi
là anionit, các ionit va có kh p th cation, va có kh p th
c gng tính.
Các chi ion có th là các cht hn gc

thiên nhiên hay tng hp.
a. Các ch
- Các cht này có ngun gc t nhiên gt sét, fenspat,
nhôm siliccat Na
2
O.Al
2
O
3
.nSiO
2
.mH
2
O(có tính ch  i cation), cht
fluor apatit [Ca
5
(PO
4
)
3
]F và hydroxit apatit [Ca
5
(PO
4
)
3
]OH.
- Các ch   ng hp có kh   i ion là silicagen,
pacmutit(cht làm mc), các oxit khó tan và các oxit ca mt s kim
lo

15

b. Các cht h
- Các cht h nhiên có kh m cht,
các dn xut sulfo t than, các chn li cao phân t, các ionit h
 bc, hóa hc thng không ln.
- Các ch  i ion là hp cht h  ng hp rt phong phú,
chúng là các cao phân t, có b mt riêng ln. Các gc hydro ca chúng to
i không gian vi các nhóm chi ion c nh. Các loi
nha tng hi ta chia làm 2 loi: nha
 ba cationit.
1.2




NH
4
+
+ 1,5O
2

2
-
+ 2H
+
+ H
2
O
NO

2
-
+ 0,5O
2

3
-


NH
4
+
+ 2O
2

3
-
+ 2H
+
+ H
2
O
            
       
           






3
-

2
.
16


- 
 






 


 loi b n nitrat hóa amoni là khâu
kh nitrat sinh hóa nh các vi sinh vt d u kin thiu khí
(anoxic). Nitrit và nitrat s chuyn thành dng khí N
2
.

NO
3
-

2

-

2

2

Vi khu          Bacilus,
Pseudômnas, Methanomonas, Paracocas, Spiritum, Thiobacilus, 
 thc hic qua b lc k khí
vi vt liu lng ca vi sinh vt kh nitrat. Quá
i ngut - chn t. Chúng có th là cht hu

2
S, vv Nt các hp cht hu
    p th         n d
ng s s dng NO
3
-
n o oxy hóa cht hng
n t), còn NO
3
-
(cht nhn t) b kh thành khí N
2
.