Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tái chế bùn đỏ thành chất keo tụ đa thành phần dùng cho xử lý nước thải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

Nguyễn Nam Giang

NGHIÊN CỨU TÁI CHẾ BÙN ĐỎ THÀNH CHẤT KEO TỤ ĐA
THÀNH PHẦN DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Nam Giang

NGHIÊN CỨU TÁI CHẾ BÙN ĐỎ THÀNH CHẤT KEO TỤ ĐA
THÀNH PHẦN DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 60520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Trần Thị Hồng

Hà Nội - 2015

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

3

1.1. Giới thiệu về bauxit

3

1.1.1. Bauxit

3

1.1.2. Tình hình khai thác và chế biến bauxit trên thế giới và tại Việt Nam

4

1.1.3. Công nghệ sản xuất alumin

7

1.2. Giới thiệu về bùn đỏ

9

1.2.1. Đặc điểm, thành phần hóa học và tính chất vật lý

9

1.2.2. Phương hướng xử lý bùn đỏ

11

1.2.3. Ứng dụng bùn đỏ trong công nghệ môi trường

16

1.3. Tổng quan về keo tụ

18

1.3.1. Khái niệm

18

1.3.2. Cấu tạo của hạt keo

18

1.3.3. Cơ chế của quá trình keo tụ

19

1.3.4. Các phương pháp keo tụ

23

1.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ

26

1.4. Giới thiệu về các loại nước thải

27

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

29

2.1. Đối tượng nghiên cứu

29

2.2. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị

29

2.2.1. Nguyên liệu

29

2.2.2. Hóa chất

29

2.2.3. Dụng cụ, thiết bị

30


2.3. Các phương pháp nghiên cứu

30

2.3.1. Phương pháp xác định đặc tính hóa lý bùn đỏ

30

2.3.2. Phương pháp nghiên cứu chế tạo chất keo tụ từ bùn đỏ Tân Rai

35

2.3.3. Phương pháp xác định khả năng keo tụ của BĐ Al – Fe

40

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

44

3.1. Kết quả nghiên cứu bùn đỏ Tân Rai

44

3.1.1. Kết quả phân tích cấu trúc pha bùn đỏ Tân Rai

44

3.1.2. Kết quả phân tích hình thái cấu trúc, diện tích bề mặt bùn đỏ

45

3.1.3. Kết quả phân tích thành phần hóa học bùn đỏ Tân Rai

46

3.2. Kết quả nghiên cứu quá trình chế tạo chất keo tụ đa thành phần từ bùn đỏ Tân
Rai
47
3.2.1. Kết quả nghiên cứu q trình hịa tách bùn đỏ

47

3.2.2. Quy trình chế tạo chất keo tụ BĐ Al – Fe từ bùn đỏ Tân Rai

55

3.2.3. Kết quả phân tích thành phần chất keo tụ BĐ Al - Fe

56

3.3. Kết quả nghiên cứu khả năng keo tụ từ chất keo tụ BĐ Al – Fe

56

3.3.1. Kết quả nghiên cứu xác định giá trị pH tối ưu của chất keo tụ BĐ Al – Fe 56
3.3.2. Kết quả nghiên cứu xác định liều lượng tối ưu của chất keo tụ BĐ Al - Fe 57
3.3.3. Kết quả nghiên cứu khả năng keo tụ trong xử lí nước thải, so sánh với PAC,
phèn nhôm, phèn sắt
60
KẾT LUẬN

64

KIẾN NGHỊ

64

TÀI LIỆU THAM KHẢO

65

PHỤ LỤC

70


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Sự phân bố trữ lượng bauxit trên các châu lục ................................................ 4
Bảng 1.2. Trữ lượng bauxite và sản lượng khai thác trên thế giới .................................. 5
Bảng 1.3. Thành phần hóa học bùn đỏ .......................................................................... 10
Bảng 1.4. Tỷ lệ cấp hạt của bùn đỏ ................................................................................ 10
Bảng 2.1. Liều lượng các chất keo tụ sử dụng để keo tụ ............................................... 43
Bảng 3.1. Kết quả đo BET mẫu bùn đỏ Tân Rai ........................................................... 46
Bảng 3.2. Thành phần bùn đỏ Tân Rai .......................................................................... 46

Bảng 3.3. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ axit đến q trình hịa tách bùn đỏ ............ 47
Bảng 3.4. Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ đến q trình hịa tách bùn đỏ ................... 49
Bảng 3.5. Kết quả ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình hịa tách bùn đỏ ............ 50
Bảng 3.6. Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng/rắn đến q trình hịa tách bùn đỏ ........... 52
Bảng 3.7. Kết quả ảnh hưởng của thời gian hịa tách đến q trình hịa tách bùn đỏ .... 53
Bảng 3.8. Thành phần chất keo tụ BĐ Al – Fe .............................................................. 56
Bảng 3.9. Thành phần nước thải trước và sau keo tụ ở các pH khác nhau .................... 56
Bảng 3.10. Thành phần nước trước và sau keo tụ sử dụng liều lượng keo tụ khác nhau
ở pH = 7.................................................................................................................. 57
Bảng 3.11. Trạng thái cân bằng của sự thủy phân các ion Al3+ và Fe3+ ở các bậc khác
nhau ....................................................................................................................... 58


Bảng 3.12. Thành phần nước trước và sau khi sử dụng các chất keo tụ khác nhau ...... 60
Bảng 3.13. Hiệu suất xử lý độ đục, COD , PO43- của một số chất keo tụ ...................... 60
Bảng 3.14. Thành phần nước trước và sau khi sử dụng các chất keo tụ khác nhau ...... 61
Bảng 3.15. Hiệu suất xử lý độ đục, COD , PO43- ........................................................... 62


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ ngun lý cơng nghệ Bayer sản xuất Alumin ....................................... 7
Hình 1.2. Cấu tạo hạt keo ............................................................................................... 20
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý thiết bị SEM ........................................................................ 33
Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn đỏ Tân Rai .................................................. 44
Hình 3.2. Ảnh chụp SEM mẫu bùn đỏ Tân Rai ............................................................. 45
Hình 3.3. Sự phụ thuộc hiệu suất hòa tách vào nồng độ axit ......................................... 47
Hình 3.4. Sự phụ thuộc hiệu suất chuyển hóa vào nhiệt độ ........................................... 49
Hình 3.5. Sự phụ thuộc hiệu suất hịa tách vào tốc độ khuấy ....................................... 51
Hình 3.6. Sự phụ thuộc hiệu suất hòa tách vào tỷ lệ lỏng/rắn ....................................... 52
Hình 3.7. Sự phụ thuộc hiệu suất hịa tách vào thời gian hịa tách ................................ 54

Hình 3.8. Sơ đồ quy trình chế tạo chất keo tụ BĐ Al – Fe từ bùn đỏ ............................ 55
Hình 3.9. Hiệu suất xử lý độ đục, COD , PO43- ............................................................. 61
Hình 3.10. Hiệu suất xử lý độ đục, COD , PO43- ........................................................... 62

Hình PL 1. Phần bã sau q trình hịa tách .................................................................... 70
Hình PL 2. Quá trình làm thực nghiệm .......................................................................... 70
Hình PL 3. Chất keo tụ BĐ Al – Fe sau khi được lọc.................................................... 70
Hình PL 4. Mẫu nước thải trước và sau khi cho chất keo tụ ......................................... 71


MỞ ĐẦU
Trên thế giới, nhôm là một trong bốn kim loại màu cơ bản được sử dụng
nhiều trong các ngành công nghiệp quan trọng như: chế tạo thiết bị điện, phương
tiện vận tải, xây dựng, chế tạo máy, vũ khí, vật liệu bao gói và sản xuất đồ gia dụng.
Tổng lượng tiêu thụ nhôm nguyên sinh trên thế giới năm 2007 đạt 38 triệu tấn và dự
báo đạt 74,9 triệu tấn vào năm 2020. Theo đánh giá của AOA VAMI RUSAL
(Nga), sản lượng nhôm oxit năm 2020 là 148.7 triệu tấn tăng 73 triệu tấn so với năm
2007. Sự tăng trưởng mạnh mẽ sản lượng alumin đạt được là do nhu cầu về nhôm
tăng mạnh, đặc biệt là từ nhu cầu của Trung Quốc và các quốc gia thuộc Mỹ La
tinh.
Bauxit là một trong những tài nguyên khoáng sản khá dồi dào trên Trái đất.
Quặng bauxit của Việt Nam được đánh giá là có trữ lượng lớn thứ ba trên thế giới
với khoảng 5,4 tỷ tấn [10]. So với các mỏ bauxit trên thế giới, mỏ bauxit ở Việt
Nam được đánh giá có chất lượng trung bình. Quặng bauxit nước ta phân bố cả ở
khu vực phía Bắc và phía Nam, trong đó tập trung nhiều ở vùng Tây Nguyên
(chiếm 91,4%). Với chủ trương khai thác nguồn tài nguyên này để phục vụ phát
triển kinh tế của đất nước, từ những năm 1970, Chính phủ đã cho triển khai dự án
sản xuất nhôm từ mỏ bauxit Ma Mèo, nhà máy sản xuất hydroxyt nhơm tại Cơng ty
Hóa chất Cơ bản miền Nam đã hình thành. Một số dự án lớn sản xuất alumin và
hydroxyt nhơm bao gồm: Nhà máy hóa chất Tân Bình sản xuất hydroxyt nhơm ở

TPHCM, nhà máy alumin Tân Rai (tỉnh Lâm Đồng), nhà máy alumin Nhân Cơ
(tỉnh Đăk Nơng).
Từ bauxit có thể thu hồi alumin (Al2O3) rồi tiếp tục điện phân sẽ thu hồi
nhôm kim loại. Hơn 90% sản lượng alumin được sử dụng làm nguyên liệu cho q
trình điện phân để sản xuất nhơm kim loại, 10% cịn lại được sử dụng trong cơng
nghiệp hóa chất và các ngành công nghiệp khác. Công nghệ sản xuất alumin từ
quặng bauxit bằng phương pháp Bayer tạo ra một lượng chất thải rất lớn gọi là bùn
đỏ. Bùn đỏ bao gồm các thành phần khơng thể hịa tan, trơ và khá bền vững trong điều

1


kiện phong hóa như hematit, natrisilicat, aluminate, canxi - titanat, mono - hydrat
nhơm… và đặc biệt là có chứa một lượng xút, một hóa chất độc hại dư thừa từ quá trình
sản xuất alumin nên độ kiềm cao (pH = 10 – 13), khó đóng rắn và lẫn nhiều tạp chất
nên dễ phát tán gây ô nhiễm môi trường. Cho đến nay, trên thế giới đã có một số
cơng trình nghiên cứu sử dụng bùn đỏ nhưng vẫn chưa có giải pháp hữu hiệu giải
quyết vấn đề này. Do đó, việc nghiên cứu sử dụng, xử lý bùn đỏ là rất cần thiết.
Thành phần của bùn đỏ là các oxit của sắt, của nhôm, silic, titan, kim loại
kiềm... Với hàm lượng chủ yếu là oxit sắt, oxit nhôm, bùn đỏ có thể sử dụng như
một chất keo tụ. Q trình keo tụ đi kèm với việc hình thành bơng hidroxit nhơm và
sắt có khả năng hấp phụ nhiều tạp chất như: photphat, As (V), cromat,.., một số loại
chất hữu cơ. Bên cạnh đó, trong bùn đỏ cịn có một số kim loại khác như: titan,
canxi,.. có thể có một số tác dụng trong quá trình keo tụ và làm sạch nước.
Vì những lí do trên, đề tài: “Nghiên cứu tái chế bùn đỏ thành chất keo tụ đa
thành phần dùng cho xử lý nước thải” vừa hết sức cần thiết lại có tính ứng dụng
trong việc xử lý các vấn đề môi trường.
Mục tiêu nghiên cứu
 Nghiên cứu điều kiện tối ưu chế tạo chất keo tụ từ bùn đỏ Tân Rai
 Nghiên cứu khả năng ứng dụng chất keo tụ và xử lý độ đục, COD và PO43Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu đặc tính hóa lý của bùn đỏ
 Nghiên cứu quy trình chế tạo chất keo tụ đa thành phần từ bùn đỏ.
 Thử nghiệm ứng dụng chất keo tụ trong xử lý nước thải.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu về bauxit
1.1.1. Bauxit
Bauxit là loại quặng nhôm phổ biến nhất được tìm thấy trong lớp vỏ của trái
đất, có màu hồng nâu, được hình thành từ quá trình phong hóa các đá giàu nhơm
hoặc tích tụ từ các quặng có trước bởi q trình xói mịn. Từ bauxit có thể tách ra
alumin (Al2O3) – nguyên liệu chính để luyện nhơm trong các lị điện phân. Khoảng
95% lượng bauxit được khai thác trên thế giới đều được dùng để luyện nhôm.
Bauxit không những là quặng nhôm quan trọng cho ngành công nghiệp sản xuất
nhôm và các hợp chất của nhôm, mà còn dùng để sản xuất corundum nhân tạo, xi
măng alumin, gạch chịu lửa…
Q trình phong hóa hình thành quặng bauxit trên các loại đá thường trải qua
các giai đoạn như sau:
-

Phong hóa và nước thấm lọc vào trong đá gốc tạo ra oxit nhơm và sắt.

-

Làm giàu trầm tích hay đá đã bị phong hóa bởi sự rửa trơi của nước
ngầm.

-

Xói mịn và tái tích tụ bauxit

Q trình này chịu ảnh hưởng của một số yếu tố:
- Đá mẹ chứa các khống vật dễ hịa tan và các khống vật này bị rửa trôi
chỉ để lại nhôm và sắt.
-

Ở nơi có lượng mưa cao xen kẽ các đợt khơ hạn ngắn

-

Hệ thống thốt nước tốt

-

Khí hậu nhiệt đới ẩm

-

Có mặt lớp phủ thực vật với vi khuẩn

Các khoáng vật của nhơm có trong quặng tùy thuộc vào số lượng phân tử
nước chứa trong nó và cấu trúc tinh thế gồm: Gibbsite Al(OH)3, Diaspore α-

3


AlO(OH), Boehmite γ-AlO(OH). Gibbsite có hàm lượng alumin tối đa là 65,4%.
Boehmite và diaspore có hàm lượng alumin tối đa là 85%. Ngồi ra bauxit cịn có

các khống vật của sắt như hematit, goethit đơi khi có cả pirit … của silic như thạch
anh, opal… của titan như anatase, rutin,.. có hàm lượng đáng kể cùng một số các
nguyên tố Ca, Mg, Co, Ni, Pb… với hàm lượng rất nhỏ. Mỗi dạng cấu trúc của
bauxit có những đặc tính khác nhau nhằm phục vụ những mục đích khai thác và sử
dụng khác nhau.
1.1.2. Tình hình khai thác và chế biến bauxit trên thế giới và tại Việt
Nam
1.1.2.1.

Tình hình khai thác và chế biến bauxit trên thế giới

Bauxit là một trong những tài nguyên khoáng sản khá dồi dào trên trái đất.
Theo công bố của Cục khảo sát địa chất Mỹ vào tháng 1 năm 2009 thì nguồn quặng
bauxit trên thế giới ước tính khoảng 55 – 75 tỷ tấn phân bố chủ yếu ở khu vực nhiệt
đới, Địa Trung Hải và vành đai xung quanh xích đạo. Người ta tìm thấy quặng
bauxit ở các vùng lãnh thổ của Úc, Nam và Trung Mỹ (Jamaica, Brazin, Surinam,
Venezuela, Guyana), châu Phi (Guinea), châu Á (Ấn Độ, Việt Nam, Trung Quốc)
và châu Âu (Nga, Hy Lạp, Hungari).
Bảng 1.1. Sự phân bố trữ lượng bauxit trên các châu lục
STT

Châu lục

Tỷ lệ phân bố (%)

1

Châu Phi

33

2

Châu Đại Dương

24

3

Châu Mỹ và Carribe

22

4

Châu Á

15

5

Các nơi khác

6

4


Trên thế giới có khoảng 40 nước có bauxit, trong đó Guinea là nước có trữ
lượng bauxit lớn nhất trên thế giới, sau đó là Australia và Việt Nam [13]. Các nước

có trữ lượng bauxit đều khai thác để sử dụng trongt nhiều vào thời gian tiếp xúc giữa hai pha. Thời gian tiếp xúc
tốt càng dễ đạt được giá trị cân bằng nghĩa là phân bố nồng độ các chất ở hai pha
đạt giá trị cân bằng. Các phản ứng hóa học càng gần trạng thái cân bằng tốc độ phản
ứng càng chậm. Vì thế, chọn thời gian khơng dài mà hiệu suất tương đối cao đó là
thời gian tối ưu.
Kết quả thực nghiệm cho thấy, ở giai đoạn đầu hiệu suất tăng theo thời gian
nhanh vì khi đó phản ứng còn xa trạng thái cân bằng. Về sau, khi gần trạng thái cân
bằng thì tùy theo mức độ tích tụ các muối trong dung dịch và mức độ tiêu hao axit
sunfuric khi hòa tan mà hoạt động và tốc độ của quá trình phân hủy giảm nên hiệu
suất chuyển hóa tăng khơng đáng kể. Vì vậy, thời gian hòa tách 120 phút là thời
gian tối ưu.

54


3.2.2. Quy trình chế tạo chất keo tụ đa thành phần (BĐ Al – Fe) từ bùn
đỏ Tân Rai
Chất keo tụ chế tạo từ bùn đỏ là dạng chất keo tụ đa thành phần chứa nhơm
và sắt. Quy trình chế tạo chất keo tụ là quy trình tuần hồn hịa tách một phần bùn
đỏ. Dựa vào kết quả nghiên cứu 3.2.1 lựa chọn điều kiện hòa tách tối ưu:
Khối lượng bùn đỏ thơ

: 30 g

Axit H2SO4

: 3M

Nhiệt độ hồ tách

: 950C

Thời gian hồ tách

: 2h

Tốc độ khuấy

: 300 vịng/phút

Tỷ lệ rắn/lỏng

: 1:5
Bùn đỏ Tân Rai

H2SO4 3M

Hòa tách trong 2h, khuấy
đều

Lọc
FexOy, TiOx, SiOx,
Al2O3
Dung dịch hòa tách

Chất keo tụ BĐ Al – Fe

Bã

Hình 3.8. Sơ đồ quy trình chế tạo chất keo tụ BĐ Al – Fe từ bùn đỏ

55


Lấy 30g bùn đỏ đã được sấy khô ở 105oC cho vào bình cầu 250ml. Sau đó,
đổ từ từ axit H2SO4 3M với tỷ lệ lỏng/rắn là 1:5. Đun nóng hệ trên bếp đun cách
thủy ở 95oC, với tốc độ khuấy 300 vịng/phút trong 120 phút. Bắt đầu tính thời gian
từ lúc đổ axit vào hệ. Sau đó, đem tồn bộ đi lọc trên giấy lọc, thu được chất keo tụ
BĐ Al – Fe. Phần bã rắn sẽ được nghiên cứu làm bột màu trong nghiên cứu khác
nhằm không tạo ra chất thải thứ phát.
3.2.3. Kết quả phân tích thành phần chất keo tụ BĐ Al - Fe
Trong 30g bùn đỏ: 21,19% Al2O3 có 3,366g Al3+
49,2% Fe2O3 có 10,332g Fe3+
Bảng 3.8. Thành phần chất keo tụ BĐ Al – Fe
Thành phần

Al3+

Fe3+

Nồng độ (mol/l)

0,84

1,12

Thể tích dung dịch (ml)

115

Khối lượng (g)

2,52

7,21

Hiệu suất (%)

74,7

69,8

3.3. Kết quả nghiên cứu khả năng keo tụ từ chất keo tụ BĐ Al – Fe
3.3.1. Kết quả nghiên cứu xác định giá trị pH tối ưu của chất keo tụ BĐ
Al – Fe
Bảng 3.9. Thành phần nước thải trước và sau keo tụ ở các pH khác nhau
Mẫu

Độ đục (FTU)

gốc
pH
3

COD (mg/l)

PO43- (mg/l)

702

Hiệu suất
xử lý (%)

7360

Hiệu suất
xử lý (%)

55

Hiệu suất
xử lý (%)

511

27,2

6531

11,3

48

12,7

56


4

328

53,3

2154

70,7

36

34,5

5

118

83,2

1417

80,7

36

34,5

6

62

91,1

986

86,6

35

36,4

7

27

96,2

693

90,1

35

36,4

8

42

94

933

87,3

39

29,1

Từ bảng 3.9 ta thấy hiệu quả xử lý độ đục, COD, PO43- thay đổi rõ rệt tại các
dải pH khác nhau. Hiệu quả xử lý tăng lên khi ta tăng độ pH từ 3 – 7 và tại giá trị
pH = 7 thì đạt hiệu quả xử lý tốt nhất. Do đó, pH = 7 là lựa chọn tối ưu của chất keo
tụ BĐ Al – Fe để tiến hành thí nghiệm tiếp theo.
3.3.2. Kết quả nghiên cứu xác định liều lượng tối ưu của chất keo tụ BĐ
Al - Fe
Bảng 3.10. Thành phần nước trước và sau keo tụ sử dụng liều lượng keo tụ khác
nhau ở pH = 7
Mẫu

Độ đục (FTU)

gốc
702

Hiệu suất
xử lý (%)

0,1

643

0,2
0,3

COD (mg/l)

PO43- (mg/l)

7360

Hiệu suất
xử lý (%)

55

Hiệu suất
xử lý (%)

8,4

6531

11,3

51

7,3

354

49,6

2154

70,7

44

20

198

71,8

1417

80,7

38

30,9

V ml

57


0,4

82

88,3

986

86,6

34

38,2

0,5

30

95,7

693

90,6

16

70,9

0,6

34

95,2

736

90

20

63,6

1

37

94,7

933

87,3

19

65,5

Khi tăng liều lượng chất keo tụ từ 0,1 – 0,5ml thì COD và PO43- giảm mạnh
là do sự hình thành các bông keo với mật độ dày đặc hơn làm tăng các hiệu ứng
không gian và bề mặt kéo các ion PO43- theo các bông keo lắng xuống đáy. Trong
quá trình thủy phân ta thấy sắt là kim loại thuộc nhóm chuyển tiếp nên thể hiện một
số tính chất đặc biệt về mặt điện hóa mà trong thành phần chất keo tụ có chứa ion
Fe2+. Với cơ chế này, trong q trình thủy phân muối sắt có khả năng hình thành các
gốc tự do làm đẩy nhanh quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ đặc biệt khi sự
thủy phân của các muối này khơng hồn tồn theo một cơ chế nhất định và được thể

hiện qua bảng 3.11
Bảng 3.11. Trạng thái cân bằng của sự thủy phân các ion Al3+ và Fe3+ ở các bậc
khác nhau [24]
Phản ứng thủy phân

log K (25°C)

Al3+ + H2O → AlOH2+ + H+

-4.97

AlOH2+ + H2O → Al(OH)2+ + H+

-4.3

Al(OH)2+ + H2O → Al(OH)3 + H+

-5.7

Al(OH)3 + H2O → Al(OH)4- + H+

-8.0

58


2Al3+ + 2H2O → Al2(OH)24+ + 2H+

-7.7

3Al3+ + 4H2O → Al3(OH)45+ + 4H+

-13.97

13Al3+ + 28H2O → Al13O4(OH)247+ + 32H+

-98.73

Fe3+ + H2O → FeOH2+ + H+

-2.2

FeOH2+ + H2O → Fe(OH)2+ + H+

-3.5

Fe(OH)2+ + H2O → Fe(OH)3 + H+

-6

Fe(OH)3 + H2O → Fe(OH)4- + H+

-10

2Fe3+ + 2H2O → Fe2(OH)24+ + 2H+

-2,9

3Fe3+ + 4H2O → Fe3(OH)45+ + 4H+

-6,3

α-FeOOH(c) + H2O → Fe3+ + 3OH-

-41,7

Sự hình thành các gốc tự do khi có mặt của ion Fe2+ trong dung dịch keo tụ:
Fe2+ + H2O + 1/2 O2 → Fe3+ + HO* + OHTừ bảng kết quả, liều lượng tối ưu của chất keo tụ BĐ Al – Fe dùng để xử lý
là 0,5ml/l nước thải.

59


3.3.3. Kết quả nghiên cứu khả năng keo tụ trong xử lí nước thải, so sánh
với PAC, phèn nhơm, phèn sắt
a. Mẫu nước sông Tô Lịch
Bảng 3.12. Thành phần nước trước và sau khi sử dụng các chất keo tụ khác
nhau
Độ đục (FTU)

COD (mg/l)

PO43- (mg/l)

110

186

3,4

PAC

3

44

1,24

Phèn nhôm

6

57

1,56

Phèn sắt

8

39

0,87

BĐ Al-Fe

6

41

0,39

Mẫu gốc
Chất keo tụ

Bảng 3.13. Hiệu suất xử lý độ đục, COD , PO43- của một số chất keo tụ
Hiệu suất xử lí (%)

Chất keo tụ
Độ đục

COD (mg/l)

PO43- (mg/l)

PAC

97

76,3

63,5

Phèn nhôm

94,5

69,4

54,1

Phèn sắt

92,7

79

74,4

BĐ Al – Fe

94,5

77,9

88,5

60


100
90
80
70
60

Độ đục

50

COD

40

PO43-

30
20
10
0
Phèn nhơm

PAC

Phèn sắt

BĐ Al-Fe

Hình 3.9. Hiệu suất xử lý độ đục, COD , PO43Với mẫu nước thải sông Tô Lịch, quá trình keo tụ của các chất keo tụ khác
nhau để xử lý độ đục, COD, PO43- rất hiệu quả. Với độ đục thì cả 4 chất keo tụ đều
cho kết quả xử lý rất tốt (trên 90%) nhưng PAC thì hiệu quả hơn hẳn. Với COD thì
phèn sắt lại xử lý tốt nhất với 79%, tiếp đến là BĐ Al – Fe với 77,9%. Xử lí PO43thì BĐ Al – Fe tốt nhất với 88,5%.
b. Mẫu nước thải tại xưởng sản xuất thực nghiệm - Viện hóa học công
nghiệp
Bảng 3.14. Thành phần nước trước và sau khi sử dụng các chất keo tụ khác
nhau
Mẫu gốc

Chất keo tụ
PAC

Độ đục (FTU)

COD (mg/l)

PO43- (mg/l)

688

6764

56

23

2299

41

61


Phèn nhôm

44

3518

47

Phèn sắt

88

1488

35

BĐ Al – Fe

38

1587

21

Bảng 3.15. Hiệu suất xử lý độ đục, COD , PO43Hiệu suất xử lí (%)

Chất keo tụ
Độ đục

COD

PO43-

PAC

96,7

65,8

26,7

Phèn nhơm

93,6

53,4

16,5

Phèn sắt

87,2

78,2

38

BĐ Al – Fe

94,5

76,5

62,6

Hình 3.10. Hiệu suất xử lý độ đục, COD , PO43-

100

90
80
70

60

Độ đục

50

COD

40

PO43-

30
20
10
0
PAC

Phèn nhôm

Phèn sắt

62

BĐ Al-Fe

Kết quả xử lý nước được đánh giá qua hiệu suất xử lý thể hiện trên hình cho
thấy: với cùng 1 lượng các chất keo tụ sử dụng tính theo lượng mol ion cho vào thì
các chất keo tụ cho hiệu quả xử lý độ đục tương đối tốt nhưng hiệu quả hơn vẫn là
PAC; với xử lý COD và PO43- thì chất keo tụ từ bùn đỏ và phèn sắt cho hiệu quả cao
hơn đặc biệt với chất keo tụ BĐ Al - Fe cho kết quả rất tốt khi xử lý được 76,5%
COD và 62,6% PO43- trong nước thải.
Với các mẫu nước thải khác nhau thì hiệu quả xử lí của các chất keo tụ cũng
khác nhau. Với nước thải tại Viện hóa học cơng nghiệp có hàm lượng COD cao,
chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy nên sau quá trình keo tụ hiệu quả thấp hơn so
với mẫu nước thải sông Tô lịch. Mỗi chất keo tụ có cấu trúc khác nhau nên hiệu quả
xử lí cũng khác nhau. Khi xử lí độ đục thì chất keo tụ PAC thì hiệu quả tốt nhất, xử
lí COD và PO43- thì phèn sắt và bùn đỏ BĐ Al – Fe thì hiệu quả hơn.

63


KẾT LUẬN
Đã nghiên cứu đặc tính hóa lý của bùn đỏ Tân Rai – bã thải từ quy trình sản
xuất nhơm hydroxit của nhà máy hóa chất Tân Rai. Kết quả nghiên cứu cho thấy
bùn đỏ Tân Rai chứa nhiều oxit nhôm (21,19%), oxit sắt (49,2%) và các cấu trúc
pha khác nhau, diện tích bề mặt riêng lớn (54,68 m2/g), kích cỡ hạt nhỏ (0,5 – 1,5
µm) dễ tham gia các phản ứng dị pha, có thể sử dụng làm nguyên liệu cho việc chế
tạo chất keo tụ
Đã nghiên cứu điều kiện tối ưu trong quá trình chế tạo chất keo tụ từ bùn đỏ.
Kết quả cho thấy sử dụng axit sunfuric với nồng độ 3M, nhiệt độ 95oC, tốc độ
khuấy 300 vòng/phút, thời gian hòa tách 120 phút, tỷ lệ lỏng/rắn là 1:5 là tốt nhất để
chế tạo được chất keo tụ đa thành phần BĐ Al – Fe từ bùn đỏ Tân Rai.
Đã nghiên cứu khả năng ứng dụng chất keo tụ chế tạo được vào xử lý độ đục,
COD và PO43-. Kết quả cho thấy chất keo tụ BĐ Al – Fe xử lý độ đục, COD và

PO43-tốt nhất ở pH = 7 với liều lượng 0,5ml/l nước thải. Thử nghiệm chất keo tụ từ
bùn đỏ trong việc xử lý một số chỉ tiêu cơ bản đối với nước thải sông Tô Lịch cho
kết quả: hiệu quả xử lý đạt 94,5% với độ đục, 77,9% với COD và 88,5% với PO43-.
Đối với mẫu nước thải tại xưởng sản xuất thực nghiệm - Viện hóa học cơng nghiệp
thì cho kết quả: độ đục hiệu quả xử lý trên 94,5%, 76,5% với COD và 62,6% với
PO43-. So sánh với các chất keo tụ PAC, phèn nhơm, phèn sắt thì chất keo tụ từ BĐ
Al – Fe cho hiệu quả xử lý bằng hoặc cao hơn.
KIẾN NGHỊ
 Tiếp tục nghiên cứu ở quy mơ lớn hơn để có thể ứng dụng vào trong thực tế.
 Nghiên cứu phần bã sau khi chế tạo chất keo tụ BĐ Al – Fe để làm bột màu
hoặc chất hấp phụ để không tạo ra chất thải thứ phát.

64


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
1. Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập hóa lý - Điều chế các hệ keo và khảo
sát một số tính chất của chúng, NXB Đại học quốc gia Hà Nội.
2. Nguyễn Bin (2008), Các q trình, thiết bị trong cơng nghệ hóa chất và thực
phẩm tập 4 - NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
3. Phạm Đăng Địch, PGS. TS Lê Xuân Khuông, TS Lê Gia Mô, KS Dương Thanh
Sủng (3/2003), Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ: Nghiên cứu công nghệ tiên tiến
sản xuất alumin từ quặng tinh bôxit Tân Rai - Lâm Đồng và điện phân nhôm
đạt chất lượng thương phẩm.
4. Lưu Đức Hải (2014), Báo cáo đề tài: Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây
dựng từ bùn đỏ phát sinh trong công nghệ sản xuất alumin ở Tây Nguyên, Đại
học quốc gia Hà Nội.
5. Nguyễn Quốc Khánh (2009), “Phục hồi môi trường sau khai thác quặng bauxit
và chế biến alumin”, Tạp chí Cơng nghệ mỏ, Số 5, tr 46 – 48.

6. Đỗ Quang Minh (2009), “Xi măng từ bùn đỏ”, Tạp chí Vật liệu xây dựng Việt
Nam, Tập 1, số 25, tr 40 – 44.
7. Nguyễn Trung Minh (2011), “Hạt vật liệu chế tạo từ bùn đỏ bauxit Bảo Lộc và
định hướng ứng dụng trong xử lý ô nhiễm nước thải”, Tạp chí Các khoa học về
trái đất, Số 33(2), tr 231 - 237.
8. Nguyễn Cảnh Nhã (2007), “Một số kết quả nghiên cứu công nghệ tuyển quặng
bauxit”, Tạp chí Cơng nghệ Mỏ, Số 5, tr 18 -21.
9. Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga (2009), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải,
NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

65


10. Quy hoach phân vùng thăm dò , khai thác, chế biến sử dung quăng bauxit giai
đoan ̣ 2007-2015 có xét đến năm 2025 (2007), Quyết đinh phê duyêṭ của Thủ
tướng chính phủ số 167/2007/QĐ-TTg.
11. Nguyễn Thị Thu Thủy (2006), Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp, NXB
Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
12. Nguyễn Văn Tiến, Lê Thị Mai Hương, Nguyễn Bích Thủy (2014), “Nghiên cứu
khả năng chế tạo chất keo tụ và chất hấp phụ từ bùn đỏ Tây Ngun theo quy
trình khép kín và đánh giá khả năng ứng dụng của sản phẩm”, Tạp chí Khoa
học và Công nghệ, Tập 52 (2B), tr 99 – 105.
13. Nguyễn Khắc Vinh (2009), “Tài nguyên Bauxit trên Thế giới và Việt Nam”,
Tạp chí tài ngun và mơi trường, số 7, tr. 49 – 51.
14. Pham Gia Vu, Trinh Anh Trúc, Tô Thị Xuân Hằng, Nguyễn Thị Dương,
Nguyễn Vũ Giang (2012), “Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ như bột màu trong sơn
bảo vệ chống ăn mịn”, Tạp chí Hóa học, T.50(6), tr. 717 – 720.
Tiếng Anh
15. A. H. Bhat, A. K. Banthia (2007), “Preparation and characterization of poly
(vinyl alcohol) - modified red mud composite materials”, Joumal of Applied

Polymer Science, 103(1), pp. 238 – 243.
16. A. H. Bhat, H. r. S. Abdul Khalil, Irshad-ul-Haq Bhal, A. K. Banthia (2011),
“Development

and

Characterization

of

Novel

Modified

Red

Mud

Nanocomposiles Based on Polyfhydroxy ether of Bisphenol A”, Joumal of
Applied Polymer Science, 119, pp. 515 – 522.
17. United Nations Industrial Development Organization (1991), Alumina Industry:
Conference on Ecologically Sustainable Industrial Development, Copenhagen,
Denmark.

66


18. Batra V. S., Urbonaite S., Svensson G. (2008), “Characterization of unburned
carbon in bagasse fly ash”, Fuel 87, pp. 2972 – 2976.
19. Brunori C., Cremisini C., Massanisso P., Pinto V., Torricelli L. (2005), “Reuse

of a treated red mud bauxite waste: studies on environmental compatibility”,
Journal of Hazardous Materials, pp. 55 – 63.
20. Cablik V. (2007), “Characterization and applications of red mud from bauxite
processin”, Gospodarka surowcami mineralnymi, 23 (4), pp. 27 – 38.
21. C. Klauber, M. Gräfe, G. Power (2011), Bauxite residue issues: II. options

for residue utilization, Hydrometallurgy, 108, pp. 11 – 32.
22. Fan, H.L., Li, C.H., Xie, K.C., (2005), “Testing of iron oxide sorbent for hightemperature coal gas desulfurization”, Energy Sour, 27, pp. 245 – 250.
23. J. Bratby (2006), Coagulation and Flocculation in Water and Wastewater
Treatment, 2nd Edition, IWA Publisher, London
24. Jia-Qian Jiang, Nigel J D Graham (1998), “Pre-polymerised inorganic
coagulants and phosphorus removal by coagulation - A review”, Environmental
and Water Resource Engineering, Vol. 24, No. 3, pp. 237 – 244.
25. Jorge Alvarez, Roberto Rosal, Herminio Sastre, Fernando V. Diez (1995),
Characterization and deactivation of sulfided red mud used as hydrogenation
catalyst, Derpartment of Chemical Engineering, University of Oviedo, Spain.
26. Jones, G., Joshi, G., Clark, M., McConchie, D. (2006), “Carbon capture and the
aluminum industry: preliminary studies”. Environ. Chem. 3, pp. 297 – 303.
27. K. Snars, R.J. Gilkes (2009), “Evaluation of bauxite residues (red muds) of
defferent origins for environmental applications”, J. Applied Clay Science, pp.
13 – 20.

67