XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC NGẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ

Mục lục
1

2

Nước ngầm và sự ô nhiễm nước ngầm.................................................................................................2
1.1

Khái niệm nước ngầm......................................................................................................................2

1.2

Sự ô nhiễm nước ngầm....................................................................................................................3

Nguồn gốc kim loại nặng trong nước ngầm...........................................................................................5
2.1

3

Các dạng tồn tại của kim loại nặng trong nước ngầm.....................................................................6

Ảnh hưởng của kim loại nặng trong nước ngầm đến môi trường và con người...............................8
3.1

Đối với con người............................................................................................................................8

3.2

Đối với môi trường.........................................................................................................................11

4

Phương pháp hóa học và hóa lý trong xử lý nước ngầm...................................................................12

5

Quá trình hấp phụ.................................................................................................................................14
5.1

Cơ chế.............................................................................................................................................14

5.2

Phân loại.........................................................................................................................................14

5.2.1

Hấp phụ vật lý:.......................................................................................................................14

5.2.2

Hấp phụ hóa học:...................................................................................................................14

5.2.3

Tái sinh bằng phương pháp vật lý:........................................................................................15

5.2.4

Tái sinh bằng phương pháp hóa học:....................................................................................15

5.3

Giới thiệu một số chất hấp phụ kim loại nặng..............................................................................15

5.4

Ưu nhược điểm của phương pháp hấp phụ...................................................................................16

5.5

Hấp phụ đẳng nhiệt........................................................................................................................17

5.5.1

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir :.....................................................................................17

5.5.2

Phương trình đẳng nhiệt Freudlich :.....................................................................................18

5.6

6

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ.................................................................................19

5.6.1

Ảnh hưởng do pH...................................................................................................................19

5.6.2

Ảnh hưởng do thời gian tiếp xúc...........................................................................................20

5.6.3

Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại....................................................................................21

Tài liệu tham khảo:................................................................................................................................22


1 Nước ngầm và sự ô nhiễm nước ngầm
1.1 Khái niệm nước ngầm

Nước ngầm là một dạng nước dưới đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích bở
rời như cặn, sạn, cát bột kết, trong các khe nứt, hang caxtơ dưới bề mặt trái đất, có thể
khai thác cho các hoạt động sống của con người.

Theo độ sâu phân bố, có thể chia nước ngầm thành nước ngầm tầng mặt và nước
ngầm tầng sâu. Đặc điểm chung của nước ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các
lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình. Nước ngầm tầng mặt thường không
có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt. Do vậy, thành phần và mực nước biến đổi nhiều,
phụ thuộc vào trạng thái của nước mặt. Loại nước ngầm tầng mặt rất dễ bị ô nhiễm. Nước
ngầm tầng sâu thường nằm trong lớp đất đá xốp được ngăn cách bên trên và phía dưới
bởi các lớp không thấm nước. Theo không gian phân bố, một lớp nước ngầm tầng sâu
thường có ba vùng chức năng:
 Vùng thu nhận nước.
 Vùng chuyển tải nước.
 Vùng khai thác nước có áp.

Khoảng cách giữa vùng thu nhận và vùng khai thác nước thường khá xa, từ vài
chục đến vài trăm km. Các lỗ khoan nước ở vùng khai thác thường có áp lực. Đây là loại
nước ngầm có chất lượng tốt và lưu lượng ổn định. Trong các khu vực phát triển đá
cacbonat thường tồn tại loại nước ngầm caxtơ di chuyển theo các khe nứt caxtơ. Trong
các dải cồn cát vùng ven biển thường có các thấu kính nước ngọt nằm trên mực nước
biển.


1.2 Sự ô nhiễm nước ngầm
Nước ngầm là nguồn nước quan trọng nhất. Tại các khu đô thị việc chọn vị trí đổ
chất thải hoặc bể phốt làm không tốt nên chất độc cũng như các tác nhân gây bệnh có thể
ngấm vào nguồn nước ngầm. Cạnh đó nếu các loại dầu máy thải, chất tẩy rửa từ các hộ
gia đình hoặc thuốc bảo vệ thực vật, phân hóa học dùng trong nông nghiệp cũng gây ô
nhiễm nguồn nước ngầm.
Hình 1.2: Các nguồn gây ô nhiễm nước ngầm.

Do sự di chuyển của nước ngầm rất chậm nên sự nhiễm chất độc có thời gian tích
tụ rất dài, thậm chí sau nhiều năm mới thâm nhập vào nguồn nước ăn.
Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp hất hoà tan do ảnh hưởng
của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu
vực. Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có nhiều hất bẩn và lượng mưa lớn thì
chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn
lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất. Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do
tác động của con người. Các chất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt,
chất thải hoá học, và việc sử dụng phân bón hoá học…Tất cả những loại chất thải đó theo
thời gian nó sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm. Đã


có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất
hữu cơ khó phân huỷ, các vi khuẩn gây bệnh, nhất là các hoá chất độc hại như các kim

loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ.

Nước ngầm là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu ở nhiều quốc gia và vùng
dân cư trên thế giới. Do vậy, ô nhiễm nước ngầm có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng
môi trường sống của con người. Các tác nhân gây ô nhiễm và suy thoái nước ngầm bao
gồm:

Tác nhân tự nhiên : Nhiễm mặn, nhiễm phèn, hàm lượng Fe, Mn và một số
kim loại khác.
Tác nhân nhân tạo: Nồng độ kim loại nặng cao, hàm lượng NO 3-, NO2-,
NH4+, PO43- v.v... vượt tiêu chuẩn cho phép, ô nhiễm
bởi vi sinh vật. Suy thoái trữ lượng nước ngầm biểu
hiện bởi giảm công suất khai thác, hạ thấp mực nước
ngầm, lún đất.

Ngày nay, tình trạng ô nhiễm và suy thoái nước ngầm đang phổ biến ở các khu
vực đô thị và các thành phố lớn trên thế giới. Để hạn chế tác động ô nhiễm và suy thoái
nước ngầm cần phải tiến hành đồng bộ các công tác điều tra, thăm dò trữ lượng và chất
lượng nguồn nước ngầm, xử lý nước thải và chống ô nhiễm các nguồn nước mặt, quan
trắc thường xuyên trữ lượng và chất lượng nước ngầm.


2 Nguồn gốc kim loại nặng trong nước ngầm
Kim loại nặng là những kim loại có phân tử lượng lớn hơn 52(g) bao gồm một số
loại như As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Se, Zn….. chúng có nguồn gốc từ các nguồn nước thải
trong công nghiệp, nông nghiệp cũng như trong tự nhiên VD: cadimi có nguồn gốc từ
chất thải công nghiệp,trong chất thải khi khai thác quặng.crôm trong mạ kim loại nước
thải của sản phẩm gốc crôm hay chì trong công nghiệp than ,dầu mỏ. Thuỷ ngân trong
chất thải công nghiệp khai thác khoáng sản, thuốc trừ sâu.

Kim loại nặng có nhiều trong nước ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng của khu
vực và chiều sâu địa tầng nơi khai thác nước.

Thường không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hóa của các thể sinh
vật và thường tích lũy trong cơ thể chúng. Vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại với
sinh vật. Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước
gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. Ô nhiễm
kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước. Trong một số
trường hợp, xuất hiện hiện tượng cá và thuỷ sinh vật chết hàng loạt.

Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường
nước nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không đạt yêu
cầu. Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất và các
thành phần môi trường liên quan khác. Để hạn chế ô nhiễm nước, cần phải tăng cường
biện pháp xử lý nước thải công nghiệp, quản lý tốt vật nuôi trong môi trường có nguy cơ
bị ô nhiễm như nuôi cá, trồng rau bằng nguồn nước thải.


2.1 Các dạng tồn tại của kim loại nặng trong nước ngầm
Hầu hết các kim loại nặng như Pb, Hg, Cd, As, Cu, Zn, Fe, Cr, Co, Mn, Se, Mo...
tồn tại trong nước ở dạng ion.
Khi hòa tan trong nước, chúng phản ứng với nước để tạo thành hợp chất ngậm
nước như [Cu(H2O)6]2+ và [Al(H2O)6]3+gọi là phức hợp kim loại hoặc hợp chất phối hợp .
Những phản ứng phối hợp này theo cơ sở của Lewis

Sắt (Fe)
Trong nước ngầm sắt thường tồn tại ở dạng ion, muối Fe2+ của sắt có hóa trị (II) là
thành phần của các muối hòa tan như là: Fe(HCO 3)2, FeSO4… hàm lượng sắt trong nước
ngầm thường cao vá phân bố không đều trong các lớp trầm tích dưới đất đá sâu.
-

Các hợp chất vô cơ hóa trị (II)của ion sắt
+ FeS, FeSO4, Fe(HCO3)2, Fe(OH)2, FeCO3.v.v.

-

Các hợp chất vô cơ của ion sắt hóa trị III:
+ FeCl3, Fe(OH)3…Trong đó Fe(OH)3 là chất keo tụ dễ lắng đọng trong các bể
lắng và bể lọc.

-

Các phức chất vô cơ của ion sắt với Silicat, photphat FeSiO(OH)3+3).
+ Các phức chất hữu cơ của ion sắt với axit humic, funvic..
+ Các ion sắt hòa tan Fe(OH)2, Fe(OH)3 tồn tại tùy thuộc vào giá trị thế oxy hóa
khử và pH của môi trường


Chì(Pb):
Pb tồn tại ở hai dạng ion có hóa trị +2 và +4.
Dạng tồn tại của Pb trong nước ngầm là dạng có hóa trị 2.

Thủy ngân (Hg)
Trong nước ngầm thủy ngân có thể tồn tại ở dạng kim loại hoặc hóa trị 2.
Trong môi trường nước:
+ Giàu oxi chủ yếu ở dạng hóa trị 2.
+ Ít oxi và pH >5 thì tồn tại ở dạng kim loại.

Asen (As):
Asen là nguyên tố bán dẫn, tồn tại ở nhiều dạng thù hình khác nhau. Hàm lượng

Asen trong nước dưới đất phụ thuộc vào tính chất và trạng thái môi trường địa hóa. Asen
tồn tại trong nước dưới đất ở dạng H3AsO4-1 (trong môi trường pH axit đến gần trung
tính), HAsO4-2 (trong môi trường kiềm). Hợp chất H3AsO3 được hình thành chủ yếu trong
môi trường oxi hóa-khử yếu. Các hợp chất của Asen với Na có tính hòa tan rất cao.
Những muối của Asen với Ca, Mg và các hợp chất Asen hữu cơ trong môi trường pH gần
trung tính, nghèo Ca thì độ hòa tan kém hơn các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là Asen-axit
fulvic thì rất bền vững, có xu thế tăng theo độ pH và tỷ lệ Asen-axit fulvic.
Trong nước chứa nhiều oxi, Asen tồn tại ở hóa trị (V), rất hiếm ở dạng Asenat(III).
Trong nước chứa ít oxi (giếng ngầm, sâu) Asen tồn tại ở dạng asenat(III) và Asen kim
loại.


Crom (Cr):
Crom tồn tại ở hóa trị 6 và hóa trị 3.
Cr(III) còn có thể kết tủa ở dạng hyđroxit, thường ở dạng dung dịch rắn với sắt
(III) hyđroxit, dạng hóa học thông thường nhất là Cr(VI) tan nhiều trong nước và ít bị hấp
phụ lên bề mặt kết lắng.
Crom VI (hóa trị 6) độc hơn Cr III (hóa trị 3).

Mangan(Mn)
Mangan cũng là nguyên tố hay gặp trong nước ngầm, thường cùng tồn tại với sắt.
Trong đất đá chúng thường tồn tại ở dạng ít tan, được chuyển hóa thành dạng tan do phản
ứng khử và vi sinh vật thâm nhập vào nước ngầm. Nồng độ Mangan tan trong nước ngầm
có thể đạt tới hàm lượng vài mg/l.

3 Ảnh hưởng của kim loại nặng trong nước ngầm đến môi trường
và con người
Trong nước ngầm có chứa các yếu tố độc hại, nếu không được xử lý, các chất độc
hại sẽ tác động trực tiếp đến các nguồn nước mà nó tiếp xúc; gây độc môi trường sinh
sống của động vật thủy sinh và thực vật, gây độc trực tiếp lên cơ thể sinh vật và thông

qua nước sinh hoạt, thực phẩm gây tác động xấu đến con người.

3.1 Đối với con người
Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới sức khỏe con người cụ
thể qua bảng sau:


Bảng 3.1 Ảnh hưởng của kim loại nặng trong nước ngầm đối với sức khỏe của con người
Độc tố kim loại nặng
Asen (III)
Arsenate –Asen (V)

Mức độ nguy hại
XXXXX
X

Triệu chứng/ Hậu quả
Nguy hại cho da, hệ
thống tim mạch và thậm
chí gây ung thư sau 3 – 5
năm.

Chì - Pb

X

- Trẻ em: chậm phát triển
về thể chất, trí tuệ và tinh
thần.
- Người lớn: gây hại thận,

tim mạch và nội tạng.

Cadium – Cd

XXX

- Ngắn hạn: gây tiêu chảy,
tổn thương gan.
- Lâu dài: gây bệnh thận,
và tim mạch, nội tạng.

Nicken - Ni

XX

- Dài hạn: giảm cân, hại
tim, phổi gan.

Selenium - Se

XX

- Rụng tóc, móng ngón
tay, chân và vấn đề về tim
mạch.

Antimony -Sb

XX

- Tăng Cholesterol trong
máu và giảm đường
huyết.

Bari - Ba

XX

- Tăng huyết áp.

Syanua

XX

- Nguy hại về hệ thần
kinh.


Crom - Cr

XX

Mangan - Mn

- Gây dị ứng, mẩn ngứa.

X

- Chuyển màu nước từ
nâu đen, gây cặn đen và

vị tanh.

Sắt – Fe

X

- Màu cam đỏ trong nước
có váng sắt, vị tanh.

Flo - F

X

- Gây xỉn răng, ố vàng.

Đồng – Cu

X

- Vị tanh, váng màu xanh.

Thủy ngân - Hg

X

- Gây xỉn da, chấm nâu
trong lòng trắng mắt.

Nhôm - Al

X

-Nước đổi màu, vị tanh.

Kẽm – Zn

X

- Vị tanh.

3.2 Đối với môi trường
Làm suy thoái nguồn tài nguyên nước ngầm, gây độc môi trường sinh sống của
động vật thủy sinh và thực vật, ảnh hưởng trực tiếp lên cơ thể sinh vật.
Bảng3.2: Quy chuẩn chất lượng nước ngầm (QCVN 09 : 2008/BTNMT)
TT

Thông s ố

Đơn vị

Giá trị giới
hạn

1

pH

-

5,5 - 8,5

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

26

Độ cứng (tính theo CaCO 3)

Chất rắn tổng số
COD (KMnO 4 )
Amôni (tính theo N)
Clorua (Cl -)
Florua (F -)
Nitrit (NO -2) (tính theo N)
Nitrat (NO -3) (tính theo N)
Sulfat (S O42-)
Xianua (CN -)
Phenol
Asen (As)
Cadimi (Cd)
Chì (Pb)
Crom VI (Cr 6+)
Đồng (Cu)
Kẽm (Zn)
Mangan (Mn)
Thuỷ ngân (Hg)
Sắt (Fe)
Selen (Se)
Tổng hoạt độ phóng xạ α
Tổng hoạt độ phóng xạ β
E - Coli

Coliform

mg/l
mg/l
mg/l
mg/l

mg/l
mg/l
mg/l

500
1500
4
0,1
250
1,0
1,0

mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
Bq/l
Bq/l
MPN/

15
400
0,01
0,001
0,05
0,005
0,01
0,05
1,0
3,0
0,5
0,001
5
0,01
0,1
1,0
Không phát

100ml

hiện thấy

MPN/

3

100ml

4 Phương pháp hóa học và hóa lý trong xử lý nước ngầm
Quá trình

Mục đích

Clo hoá sơ bộ

Oxy hoá sắt và mangan hoà tan ở dạng
các phức chất hữu cơ.
- Loại trừ rong, rêu, tảo phất triển trên
thành các bể trộn, tạo bông cặn và bể
lắng, bể lọc.


- Trung hoà lượng Ammoniac dư, diệt
các vi khuẩn tiết ra chất nhầy trên mặt
lớp các lọc.
Quá trình khuấy trộn hoá chất

Phân tán nhanh, đều phèn và các hoá
chất khác vào nước cần xử lý

Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông

Tạo điều kiện và thực hiện quá trình

cặn

dính kết các hạt căn keo phân tán
thành bông cặn có khả năng lắng và lọc
với tốc độ kinh tế cho phép.

Hấp thụ và hấp phụ bằng than

Khử mùi, vị, màu của nước sau khi

hoạt tính

dùng phương pháp xử lý truyền thống
không đạt yêu cầu.

Flo hoá nước

Nâng cao hàm lượng Flo trong nước
đến 0,6 — 0,9 mg/l để bảo vệ men răng
và xương cho người dùng nước.

Khử trùng nước

Tiêu diệt vi khuẩn và vi trùng còn lại
trong nước sau bể lọc.

Ổn định nước

Khử tính xâm thực và tạo ra màng bảo
vệ cách ly không cho nước tiếp xúc
trực tiếp với vật liệu mặt trong thành
ống dẫn để bảo vệ ống và phụ tùng trên
ống.

Làm mềm nước

Khử ra khỏi nước các ion Ca2+ và Mg2+
đến nồng độ yêu cầu.

Khử muối

Khử ra khỏi nước các cation và anion
của các muối hoà tan đến nồng độ yêu


Việc xử lý kim loại nặng trong nước ngầm bằng phương pháp hóa lý – hóa học và
phương pháp vật lý là phù hợp nhất vì các quá trình xử lý đạt hiệu quả cao, do hàm lượng
kim loại nặng trong nước ngầm không lớn mặc khác kim loại nặng rất khó xử lý bằng
phương pháp khác vì nó rất khó bị oxy hóa. Việc xử lý kim loại nặng chỉ có thể làm giảm
hàm lượng của nó đến mức cho phép bằng cách thực hiện trao đổi ion hoặc keo tụ
Sơ đồ xử lý nước ngầm đơn giản

5 Quá trình hấp phụ
5.1 Cơ chế
Hấp phụ là quá trình hút các chất lên bề mặt các vật liệu nhờ các ái lực trên bề
mặt. Các vật liệu được gọi là chất hấp phụ (adsorbent), chất bị hút được gọi là chất bị hấp
phụ (adsorbate) Trong môi trường nước hiện tượng hấp phụ được hiểu là hiện tượng tăng
nồng độ của một chất tan (chất bị hấp phụ) lên bề mặt một chất rắn.
5.2

Phân loại
Trong hấp phụ thường diễn ra 2 kiểu hấp phụ:


5.2.1

Hấp phụ vật lý:

Được thực hiện bởi các tương tác yếu và thuận nghịch giữa các phân tử và các
tâm hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính.
Quá trình hấp phụ vật lý đối với chất hấp phụ và các ion kim loại nặng trong nước
thường xảy ra nhờ lực hút tĩnh điện giữa các ion kim loại này với các tâm hấp phụ. Mối
liên kết này thường là yếu và không bền. Tuy nhiên chính vì yếu do vậy quá trình giải
hấp phụ để hoàn nguyên vật liệu hấp phụ và thu hồi các kim loại diễn ra thuận lợi.
5.2.2

Hấp phụ hóa học:

Được thực hiện bởi các liên kết hóa học.
Quá trình hấp phụ hóa học xảy ra nhờ các phản ứng tạo liên kết hóa học giữa ion
kim loại nặng và các nhóm chức của tâm hấp phụ, thường là các ion kim loại nặng phản
ứng tạo phức đối với các nhóm chức trong chất hấp phụ. Mối liên kết này thường là rất
bền và khó bị phá vỡ, do vậy rất khó cho quá trình giải hấp phụ.
Sau khi thực hiện hấp phụ để xử lý các chất độc trong nước nói chung và kim loại
nặng nói riêng thì người ta thường tiến hành nhả hấp phụ để hoàn nguyên, tái sinh (đối
với các loại vật liệu hấp phụ có giá trị, và nhất thiết phải có kích thước đủ lớn để có thể
hoàn nguyên được) chất hấp phụ và trong nhiều trường hợp có thể thu hồi những cấu tử
quý.
Tái sinh chất hấp phụ: Khi chất hấp phụ đã bão hòa người ta tiến hành nhả hấp thụ
để tái sinh vật liệu hấp phụ và đôi khi có thể thu hồi các chất có giá trị.
5.2.3

Tái sinh bằng phương pháp vật lý:

Nhờ nhiệt độ: người ta thường dùng hơi nước bão hòa hay hơi quá nhiệt, hoặc
bằng khí trơ nóng.

Nhờ phương pháp trích ly (nhả pha lỏng) bằng các chất hữu cơ có nhiệt độ sôi
thấp và dễ chưng bằng hơi nước như metanol, benzen, toluen...


5.2.4

Tái sinh bằng phương pháp hóa học:

Trong một số trường hợp, trước khi tái sinh các chất bị hấp phụ được chuyển hóa
hóa học thành dạng dễ tách từ chất hấp phụ hơn. Tái sinh bằng phương pháp hóa học
thường phải phá vỡ cấu trúc của chất bị hấp phụ đôi khi là cả chất hấp phụ.

5.3 Giới thiệu một số chất hấp phụ kim loại nặng
Hiện nay người ta đã phát hiện ra nhiều chất hấp phụ có khả năng hấp phụ kim
loại nặng. Các chất hấp phụ này có nguồn gốc rất đa dạng nó có thể là những hợp chất vô
cơ, vật liệu bắt nguồn từ sinh học...
Chất hấp phụ là những vật liệu rắn dạng hạt có cấu trúc rất xốp và diện tích bề mặt
riêng lớn.
Một chất hấp phụ được đặc trưng bởi các thông số: Thành phần hóa học, cấu trúc
xốp, diện tích bề mặt, nhóm chức bề mặt .

Chất hấp phụ oxit sắt: Chất hấp phụ oxit sắt có công thức hóa học là Fe 2O3. Đối
với Oxit sắt ở dạng bột mịn, cỡ hạt vào khoảng nhỏ hơn 100m, người ta đã đo được
bằng phương pháp BET diện tích bề mặt của nó là 3,07 m 2/g. Một điểm thuận lợi khi sử
dụng Fe2O3 là chất này chính là chất thải của quá trình đốt quặng pyrit (FeS)

Chất hấp phụ tro bay, xỉ than: Trong quá trình đốt than, một lượng bụi mịn bay
lên và tích tụ lại ở trong ống khói được gọi là tro còn phần than bị thiêu kết và nằm lại
phía dưới (đáy lò) gọi là xỉ than. Do vậy tro bay và xỉ than chính là thành phần tro của
than đá. Diện tích bề mặt đo được theo phương pháp BET là 5,39 m 2/g đối với xỉ than,

còn đối với tro bay là 10,15 m2/g.
Chất hấp phụ dioxit Mangan: có công thức hóa học là MnO2. Lượng quặng
Mangan ở nước ta có trữ lượng khá cao và có loại quặng hàm lượng Mangan đạt tới 76%.


Các chất polyme : Người ta sử dụng nhiều chất polyme làm chất hấp phụ. Các
chất polyme thường có các nhóm chức có khả năng hút hoặc giữ các kim loại vào trong
thành phần liên kết.
Chất hấp phụ sinh học: chất hấp phụ sinh học là những chất có bắt nguồn từ sinh
học do vậy nó rất đa dạng và phong phú. Các chất sinh học được sử dụng để làm chất hấp
phụ sinh học thường là các polyme sinh học.

5.4 Ưu nhược điểm của phương pháp hấp phụ
*Ưu điểm
- Xử lý hiệu quả kim loại nặng ở nồng độ thấp
- Đơn giản, dễ sử dụng
- Có thể tận dụng một số vật liệu là chất thải của các nghành khác như Fe2O3
- Có thể nhả hấp phụ để tái sinh vật liệu hấp phụ
*Nhược điểm
- Thường chỉ áp dụng cho xử lý kim loại nặng ở nồng độ thấp
- Chi phí xử lý vẫn còn cao
5.5 Hấp phụ đẳng nhiệt
Đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc lượng chất đã hấp phụ vào nồng độ
dung dịch ở nhiệt độ không đổi, thường được dùng để mô tả cân bằng hấp phụ. Các thông
số hấp phụ chất hấp phụ đối với ion kim loại nặng thường có thể biểu diễn theo phương
trình đẳng nhiệt Langmuir, Freudlich.


5.5.1

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir :

Là phương trình được thiết lập bằng phương pháp lý thuyết để mô tả cân bằng hấp
phụ đối với cả hệ hấp phụ vật lý và hóa học. Phương trình dựa trên cơ sở giả thiết rằng
trên bề mặt hấp phụ, các phân tử bị hấp phụ trên đó không tương tác với nhau, mà phân
tử chất bị hấp phụ chỉ chiếm một phần bề mặt chất hấp phụ, sự hấp phụ chỉ trên một đơn
lớp ở bề mặt hấp phụ, coi năng lượng bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, có mức năng
lượng là như nhau. Phần diện tích bề mặt bị các chất bị hấp phụ chiếm chỗ được gọi là độ
che phủ bề mặt. Quá trình hấp phụ chỉ diễn ra ở phần chưa bị chiếm nên tốc độ hấp phụ
tỷ lệ với nó. Khi quá trình đạt đến trạng thái cân bằng thì tốc độ hấp phụ và nhả hấp phụ
là bằng nhau.
Phương trình đẳng nhiệt Langmuir có dạng như sau :
a = am .

5.5.2

a

: Lượng chất đã hấp phụ ở nồng độ C ( mg)

am

: Lượng chất hấp phụ bão hòa đơn lớp (mg)

KL

: Hệ số Langmuir

Phương trình đẳng nhiệt Freudlich :

Là phương trình rút ra từ thực nghiệm, đây là phương trình được ứng dụng rộng rãi nhất
để mô tả các đường đẳng nhiệt hấp phụ
qe= = K.Ce1/n
hay có thể viết :
lgqe = lg K + 1/n lgC


Trong đó qe : Lượng chất đã hấp phụ tại nồng độ C (mg/g)
x : Lượng chất tan bị hấp phụ (mg )
m : Lượng chất hấp phụ (mg)
Ce : Nồng độ chất bị hấp phụ có trong dung dịch ở trạng thái
cân bằng (mg/l).
K,n : Các hằng số Freudlich.

Từ các giá trị thực nghiệm ta có thể xác định được các hằng số K,n.
Phương trình Freudlich được áp dụng rất tốt cho nhiều quá trình hấp phụ các chất
trong môi trường nước.

5.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ
Khảo sát với Asen bằng vật liệu hấp phụ laterit tự nhiên
5.6.1

Ảnh hưởng do pH

Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ asen trên Laterit tự nhiên
được tiến hành như sau: 1 g vật liệu vào 50 ml dung dịch asen nồng độ ban đầu 1 ppm
(Co). Lắc trong 300 phút, điều chỉnh pH dung dịch 4 - 10 bằng dung dịch NaOH 0,1 M
và HCl 0,1 M. Sau đó, xác định hàm lượng còn lại của asen (Ca) theo phương pháp thủy
ngân Bromua, dung lượng hấp phụ q (mg/g). Kết quả được trình bày ở bảng sau :

Đồ thị khảo sát ảnh hưởng pH đến hấp phụ As của Laterit tự nhiên
Từ kết quả trên ta thấy trong cùng một điều kiện nhiệt độ, tốc độ lắc, cùng một
khoảng thời gian 300 phút. Khả năng hấp phụ asen của vật liệu phụ thuộc rõ rệt vào pH.
Khoảng pH từ 6-7, vật liệu hấp phụ asen tốt nhất.
5.6.2

Ảnh hưởng do thời gian tiếp xúc

Để khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ As trên Laterit tự nhiên, ta tiến hành hấp
phụ 50 ml As có nồng độ đầu (C0) là 1 ppm trong 1g vật liệu. Tiến hành lắc và lấy mẫu
đem phân tích tại các thời điểm từ 60- 420 phút đƣợc kết quả như bảng sau:


Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ As của Laterit tự nhiên.

Qua đồ thị ta thấy trong 300 phút đầu, tải trọng hấp phụ tăng dần theo thời gian và
sau đó hầu như không tăng nữa, quá trình hấp phụ đạt cân bằng.

5.6.3

Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại

Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đầu đến quá trình hấp phụ asen các thí
nghiệm được tiến hành với nồng độ đầu từ 20 đến 100 ppm trong 1g vật liệu Laterit tự
nhiên ở pH tối ưu, lắc trong 5h. Với tải trọng hấp phụ của vật liệu được xác định sau thời


gian cân bằng và biểu diễn dưới dạng đại lƣợng Ca /qa để thiết lập phương trình dạng
tuyến tính Langmuir. Trên cơ sở đó tính toán, ta thu được các kết quả như bảng sau:

Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của Laterit tự nhiên.
Từ phương trình dạng tuyến tính mô hình Langmuir, ta tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực
đại của vật liệu Laterit tự nhiên đối với asen là: qmax= 1/0,199= 5,02 (mg/g)

6 Tài liệu tham khảo:
[1]. Benjamin, M.M.
[2015] Water Chemistry, 2sd Edition,McGraw-Hill, USA.


[2]. PGS.TS. Trần Tử An
Môi trường và độc chất môi trường, Trường Đại Học Dược Hà Nội 2000.
[3]. TS. Lê Văn Cát
Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lý nước và nước thải, NXB thống kê, Hà Nội -2002 .
[4]. James W. Moore, S. Ramamoorthy
Heavy metals in Natural waters, 2000.
[5]. Ryan Rieth, Fred Topper, Sewon Park
Heavy metal ion removal from contaminated Water, US. Enviromental protection Agency, Washington,
2000
[6] QCVN 09/2008/BTNMT
Quy chuẩn chất lượng nước ngầm.