Xử lý nước thải chứa kim loại nặng bằng pellet reactor

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA KIM LOẠI NẶNG
BẰNG PELLET REACTOR

GVHD:Trần Thị Kim Anh
SVTH: 1. Dương Kim Dung
MSSV:15150004
2.Lê Vũ Thanh Trúc
MSSV:15150040

SKL 0 0 6 0 7 8

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8/2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
--------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA KIM LOẠI NẶNG
BẰNG PELLET REACTOR

SVTH: 1. Dương Kim Dung MSSV:15150004

2. Lê Vũ Thanh Trúc
GVHD: Tiến Sĩ Trần Thị Kim Anh
TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 08 - 2019

15150040



LỜI CẢM ƠN
Với tình cảm chân thành, chúng em xin bày tỏ lịng biết ơn tới các thầy giáo, cơ
giáo trường Đại Học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM, đặc biệt là Cô Tiến sĩ Trần Thị Kim
Anh cùng các anh chị khóa trên đã tận tình giúp đỡ chúng em hồn thành khóa luận tốt
nghiệp này. Em cũng xin cảm ơn các thầy, cô giáo giảng dạy trong Bộ môn Công nghệ
Môi trường đã truyền đạt cho chúng em rất nhiều kiến thức bổ ích để thực hiện khóa
luận và cũng như có được hành trang vững chắc cho sự nghiệp trong tương lai.
Do giới hạn kiến thức và khả năng lý luận của bản thân còn nhiều thiếu sót và hạn
chế, kính mong sự chỉ dẫn và đóng góp của các thầy cơ giáo để khóa luận của chúng
em được hồn thiện hơn.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 28 Tháng 07 năm 2019
Sinh viên
Dương Kim Dung
Lê Vũ Thanh Trúc

ii


TÓM TẮT
Ngày nay, kim loại nặng được ứng dụng phổ biến trong nông nghiệp và các ngành
công nghiệp khác nhau. Chúng ta đã dần quen với thuật ngữ “công nghiệp kim loại” .
Tuy nhiên, điều này làm cho chúng phân phối rộng rãi ra môi trường, làm tăng mối lo

ngại về tác động tiềm tàng của chúng với sức khỏe con người và mơi trường. Có rất
nhiều phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải đã ra đời tuy nhiên đều mang
nhược điểm là chi phí xử lý cao, tạo ra bùn thải, một số phương pháp chỉ áp dụng cho
xử lý kim loại ở nồng độ thấp.
Từ những lý do trên, việc tìm ra một phương pháp giúp loại bỏ kim loại nặng với
chi phí thấp, hiệu quả cao, nước đầu ra đáp ứng yêu cầu về nồng độ cho phép trong
nước thải theo quy chuẩn, không những hạn chế phát sinh chất thải rắn mà còn có thể
tái sử dụng hạt vật liệu. Đề tài này nghiên cứu tính khả thi của một hệ thống khảo sát
bao gồm một Pellet Reactor để loại bỏ kim loại nặng trong nước thải dựa vào các
nguyên tắc hóa lý trước khi nước đầu ra được thải bỏ ra ngoài môi trường. Pellet
Reactor (PR) là một thiết bị tầng sôi, loại bỏ kim loại trong nước bằng quá trình kết
tinh xảy ra trong tầng sôi, sử dụng cát là hạt nhân kết tinh.
Kết quả của đề tài cho thấy với nồng độ M2+ = 30ppm,ứng với các thông số: tỉ lệ
CO32-/M2+ là 2.5, lưu lượng nước thải là 16L/h, pH đầu vào 9.5, khối lượng cát 50g thì
hiệu suất loại bỏ các ion kim loại nặng lần lượt là Zn2+ : 66.028 ± 18%; Cd2+: 70.978
±7.6%; Cu2+ : 67.118 ± 14%. Hạt cát sau khi xử lý (được bao phủ bởi kết tủa kim loại
nặng) đã được mang đến Trung tâm Nghiên cứu triển khai – Khu Công nghệ cao để
quan sát hình thái của hạt bằng phân tích bề mặt vi ảnh SEM.

iii


ABSTRACT
Nowadays, it is common to use heavy metals in agriculture and many kind of
industries. We also get used to the term “metal industry”. However, due to this
phenomenon , heavy metals widely distribute in the environment , which makes the
concern of their negative effects on human health raise. There are many treatments for
heavy metals but they are high-cost, releasing sludge and some methods only apply for
removing heavy metals with low concentration.
Based on the aforementioned reasons, it’s necessary to find a new method to treat

the heavy metals in wastewater , which is cheap but high efficiency and the output
wastewater meeting the required standard. This treament is hoped to limit the solid
waste and be able to reuse the material after reacting. This study mainly researches on
using Pellet Reactor to remove heavy metals with the application of physical chemistry principle before the outlet water is disposed to environment.
Pellet Reactor (PR) is a fluidized bed reactor, in which the removal of metal by
crystallization process occurs in a fluidized bed using sand as seeding material. The
results of the study showed that with the concentration of heavy metals is about 30
ppm with parameters: ratio of CO32-/M2+ is 2.5, flowmeter of wastewater is 16L/h, pH
input at 9.5, the mass of sand: 50 gram, the efficiency of removing heavy metals are
Zn2+ : 64.878 ± 18%; Cd2+: 70.978 ±7.6%; Cu2+ : 67.118 ± 14%. The treated sand
grains (covered by heavy metal precipitation) were taken to the Saigon Hi Tech Park –
R&D Center to observe the morphology of the particles by surface analysis of SEM
microphotographs.

iv


LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi là:
1. Dương Kim Dung, mã số sinh viên: 15150004
2. Lê Vũ Thanh Trúc, mã số sinh viên: 15150040
Là sinh viên khóa 15 chun ngành Cơng Nghệ Môi Trường, chúng tôi xin cam
đoan: đồ án tốt nghiệp này là cơng trình nghiên cứu khoa học thực sự của chúng tôi,
được thực hiện dưới sự hướng dẫn của Cô Tiến Sĩ Trần Thị Kim Anh.
Các thông tin tham khảo trong đề tài này được thu thập từ những nguồn đáng tin
cậy, đã được kiểm chứng, được công bố rộng rãi và được tơi trích dẫn nguồn gốc rõ
ràng ở phần Danh mục tài liệu tham khảo. Các kết quả nghiên cứu trong đồ án này là
do chính chúng tôi thực hiện một cách nghiêm túc, trung thực và không trùng lặp với
các đề tài khác.
Chúng tôi xin được lấy danh dự và uy tín của bản thân để đảm bảo cho lời cam

đoan này.

TP.Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 08 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Dương Kim Dung
Lê Vũ Thanh Trúc

v


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
TÓM TẮT ...................................................................................................................... iii
ABSTRACT ................................................................................................................... iv
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ v
MỤC LỤC ...................................................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................... ix
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................... xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... xiii
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 2
1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................... 3
1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .............................................................................. 4
1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................. 4
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................... 4
1.5.1 Phương pháp thực nghiệm...................................................................... 4
1.5.2 Phương pháp thu thập số liệu từ tham khảo tài liệu ............................... 5
1.5.3 Phương pháp thu thập tài liệu từ những thực nghiệm ............................ 5
1.5.4 Phương pháp xử lý số liệu ...................................................................... 5
1.5.5 Phương pháp đồ thị ................................................................................ 5

1.6 Ý NGHĨA CỦA NGHIÊN CỨU....................................................................... 5
1.6.1 Ý nghĩa khoa học.................................................................................... 5
1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................... 5
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ........................................................................................... 7
2.1.1 Kim loại nặng là gì? ............................................................................... 8
2.1.2 Các quy chuẩn quy định nồng độ kim loại nặng trong nước thải .......... 8
vi


2.1.3 Ô nhiễm kim loại nặng ......................................................................... 10
2.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG ................................................ 13
2.2.1 Các phương pháp phổ biến ................................................................... 13
2.2.2 Phương pháp bể phản ứng tầng sôi (Pellet Reactor) ............................ 18
2.3 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN VẬT LIỆU ...................................................... 26
2.3.1 Các hạt vật liệu hay dùng ..................................................................... 26
2.3.2 Vật liệu áp dụng.................................................................................... 26
2.4 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ....................................................................... 26
CHƯƠNG 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................. 29
3.1 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ..................................... 30
3.1.1 Hóa chất và vật liệu .............................................................................. 30
3.1.2 Dụng cụ ................................................................................................ 30
3.1.3 Thiết bị.................................................................................................. 31
3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 31
3.3 THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ............................................................................ 33
3.3.1 Ảnh hưởng của lưu lượng ..................................................................... 33
3.3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ mol của [CO32-] / [Kim loại nặng].............................. 34
3.3.3 Ảnh hưởng của pH đầu vào .................................................................. 34
3.4.4 Ảnh hưởng của khối lượng cát ............................................................. 35
3.4 Phương pháp đo các chỉ tiêu............................................................................ 35
3.4.1 Phương pháp đo kim loại nặng ............................................................. 35

3.4.2 Phương pháp thu thập và xử xý số liệu ................................................ 36
3.4.3 Khảo sát đặc tính của vật liệu ............................................................... 37
3.5 Lập ĐƯỜNG chuẩn kim loại nặng.................................................................. 37
3.5.1 Đường chuẩn kim loại Zn2+ .................................................................. 37
3.5.2 Đường chuẩn kim loại Cd2+ .................................................................. 38
3.5.3 Đường chuẩn Cu2+ ................................................................................ 39
vii


CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.................................................................. 41
4.1 Thích nghi hệ thống......................................................................................... 42
4.2 Ảnh hưởng của lưu lượng đến hiệu suất xử lý ................................................ 43
4.3 Ảnh hưởng của [CO32-]/[kim loại NẶNG] đến hiệu suất xử lý ...................... 45
4.4 Ảnh hưởng của ph đến hiệu suất xử lý ............................................................ 46
4.5 Ảnh hưởng của Khối lượng cát đến hiệu suất xử lý........................................ 48
4.6 Xử lý hạt vật liệu ............................................................................................. 49
4.6.1 EDS ...................................................................................................... 49
4.6.2 SEM ...................................................................................................... 51
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 55
5.1 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 56
5.2 KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 56
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 58
Phụ lục bảng .................................................................................................. 58
Phụ lục hình ................................................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 75

viii


DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Bệnh do nhiễm độc chì [18] .......................................................................... 12
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống xử lý kim loại nặng [21] ....................................................... 13
Hình 2.3: Quá trình kết tinh của tủa lên cát.[10] ........................................................... 19
Hình 2.4: Mối liên quan giữa siêu bão hịa, tạo mầm, tăng trưởng và kích thước tinh
thể (Nguồn [25]) ............................................................................................................ 24
Hình 2.5: Cát trước và sau kết tinh [11] ........................................................................ 25
Hình 3.2: Sơ đồ cơng nghệ của mơ hình loại bỏ kim loại nặng bằng PR ..................... 31
Hình 3.3: Đường chuẩn Zn ............................................................................................ 38
Hình 3.4: Đường chuẩn Cd............................................................................................ 39
Hình 3.5: Đường chuẩn Cu............................................................................................ 40
Hình 4.1: Q trình ổn định của mơ hình (khơng lọc) .................................................. 42
Hình 4.2: Q trình ổn định của mơ hình (lọc) ............................................................. 42
Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện sự chênh lệch giữa nồng độ kim loại sau lọc/ kim loại tổng
theo lưu lượng ................................................................................................................ 43
Hình 4.4: Sự giãn nở của cát với lưu lượng tương ứng ................................................. 44
Hình 4.5: Biểu đồ thể hiện sự chênh lệch giữa nồng độ kim loại sau lọc / kim loại tổng
theo tỉ lệ ......................................................................................................................... 45
Hình 4.6: Biểu đồ thể hiện sự chênh lệch giữa nồng độ kim loại sau lọc/ kim loại tổng
theo pH .......................................................................................................................... 46
Hình 4.7: Biểu đồ thể hiện sự chênh lệch giữa nồng độ kim loại sau lọc/ kim loại tổng
theo khối lượng cát ........................................................................................................ 48
Hình 4.8: Phổ tán sắc mẫu vật liệu cát trước xử lý ....................................................... 50
Hình 4.9: Phổ tán sắc mẫu vật liệu cát sau xử lý ........................................................... 51
Hình 4.10: Hạt vật liệu trước khi sử dụng ..................................................................... 52
Hình 4.11: Bề mặt hạt vật liệu trước khi sử dụng ......................................................... 52
Hình 4.12: Hình ảnh hạt vật liệu sau sử dụng ............................................................... 53
Hình 4.13: Bề mặt hạt vật liệu sau khi sử dụng............................................................. 53
ix

Hình 4.14: Bề mặt hạt vật liệu sau khi sử dụng ............................................................ 54
Hình 4.15: Cát chưa có sự giãn nở ................................................................................ 73
Hình 4.16: Cát bắt đầu giãn nở...................................................................................... 73
Hình 4.17: Cát sôi gần đến miệng cột ........................................................................... 74

x


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Trích dẫn nồng độ kim loại nặng trong đề tài nghiên cứu trong bảng cho
phép trong nước thải đầu ra: ............................................................................................ 8
Bảng 3.1: Các thông số của Pellet Reactor.................................................................... 32
Bảng 3.2: Thế của các kim loại ..................................................................................... 36
Bảng 3.3: Giá trị kim loại đầu vào ................................................................................ 37
Bảng 3.4: Giá trị đường chuẩn Zn2+ .............................................................................. 37
Bảng 3.5: Giá trị đường chuẩn Cd2+ .............................................................................. 38
Bảng 3.6 Giá trị đường chuẩn Cu2+ ............................................................................... 39
Bảng 4.1: Thành phần nguyên tố hạt vật liệu cát trước xử lý ....................................... 49
Bảng 4.2: Thành phần nguyên tố hạt vật liệu cát sau xử lý .......................................... 50
Bảng 4.3: Nồng độ đầu vào lưu lượng .......................................................................... 58
Bảng 4.4: Tổng hợp hiệu suất ứng với lưu lượng.......................................................... 58
Bảng 4.5: Nồng độ đầu vào tỉ lệ .................................................................................... 58
Bảng 4.6: Tổng hợp hiệu suất ứng với tỉ lệ ................................................................... 58
Bảng 4.7: Nồng độ đầu vào pH ..................................................................................... 59
Bảng 4.8: Tổng hợp hiệu suất ứng với pH .................................................................... 59
Bảng 4.9: Nồng độ đầu vào m=50g ............................................................................... 59
Bảng 4.10: Tổng hợp hiệu suất ứng với m cát .............................................................. 59
Bảng 4.11: Hiệu quả xử lý 12L/h .................................................................................. 60
Bảng 4.12: Hiệu quả xử lý 14L/h .................................................................................. 61
Bảng 4.13: Hiệu quả xử lý 16L/h .................................................................................. 62

Bảng 4.14: Hiệu quả xử lý tỉ lệ 1.5................................................................................ 63
Bảng 4.15: Hiệu quả xử lý tỉ lệ 2................................................................................... 64
Bảng 4.16: Hiệu quả xử lý tỉ lệ 2.5................................................................................ 65
Bảng 4.17: Hiệu quả xử lý tỉ lệ 3................................................................................... 66

xi


Bảng 4.18: Hiệu quả xử lý pH=9 .................................................................................. 67
Bảng 4.19: Hiệu quả xử lý pH=8.5 ............................................................................... 68
Bảng 4.20: Hiệu quả xử lý pH=8 .................................................................................. 69
Bảng 4.21: Hiệu quả xử lý m=50g ................................................................................ 70
Bảng 4.22: Hiệu quả xử lý m=30g ................................................................................ 71
Bảng 4.23: Hiệu quả xử lý m=40g ................................................................................ 72

xii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
PR

Pellet Reactor

KLN

Kim loại nặng

QCVN 40:2011/BTNMT

Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải công

nghiệp

QCVN 6-1:2010/BYT

Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia đối với nước
khoáng thiên nhiên và nước uống đóng chai

QCVN 09:2008/BTNMT

Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về chất lượng
nước ngầm

IWMI

International Water Management Institute: Viện
Quốc tế quản lý nước

MCL

The Maximum Containminated Level

US EPA

United States Environmental Protection Agency:
Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ

xiii

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1


CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Nước là đóng vai trị rất quan trọng trong các q trình chuyển hóa, thế nhưng hiện
nay nguồn tài nguyên đó đang suy giảm về chất lượng lẫn số lượng. Việc phát triển
công nghiệp khơng có những quy hoạch tổng thể, dân số gia tăng, đô thị ngày càng mở
rộng đã làm tăng áp lực lên nguồn tài ngun này. Trong đó, ơ nhiễm kim loại nặng là
một vấn đề vô cùng cấp bách khơng những chỉ riêng Việt Nam mà cịn ở nhiều nơi
trên thế giới.
Tại Glasgow (1979 - 1980) có khoảng 42% các mẫu nước sinh hoạt có hàm lượng
Pb vượt quá 100 mg/l. Ngoài ra theo thống kê của các nhà nghiên cứu khi phân tích 42
mẫu bùn từ các thành phố cơng nghiệp ở Anh và Wales thì hàm lượng Pb dao động
trong khoảng 120 - 3.000 mg/L (trung bình 820 mg/L khối lượng khô)[1]. Tại Thái
Lan, theo báo cáo của Viện Quốc tế quản lý nước (IWMI) năm 2004 thì hầu hết các
ruộng lúa tại tỉnh Tak đã bị nhiễm Cd cao gấp 94 lần TCCP, có đến 5,756 người dân
chịu ảnh hưởng và có nguy cơ nhiễm độc Cd dễ mắc chứng bệnh Itai Itai (làm mềm
hóa và méo mó xương, gây tổn hại thận). Loại bệnh này đã từng xảy ra ở tỉnh Toyama
(Nhật Bản) vào những năm 1940. Do hoạt động khai khống, làm ơ nhiễm Cd trên
sông JinZu đã làm cho hàng trăm người dân sống ở đây bị tổn thương thận, loãng
xương và nhiều người bị tử vong [2]. Có tới 60% nước sinh hoạt ở Sukinda (Ấn Độ)
chứa Cr hóa trị VI với nồng độ lớn hơn hai lần so với các tiêu chuẩn quốc tế. Theo ước
tính của một nhóm y tế Ấn Độ, 84,75% số người chết ở khu mỏ này đều liên quan đến
các bệnh do Cr gây ra.[3]
Còn ở nước ta, ô nhiễm chủ yếu diễn ra ở khu cơng nghiệp, khu đơ thị, khu khai
thác khống sản.Theo báo cáo mơi trường quốc gia 2011 có tới 90% số doanh nghiệp
không đạt yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng dịng xả nước thải xả ra mơi trường, 73%

số doanh nghiệp xả nước thải không đạt tiêu chuẩn, do không có các cơng trình và
thiết bị xử lý nước thải. Có 60% số cơng trình xử lý nước thải hoạt động vận hành
không đạt yêu cầu [4]. Thành phần nước thải chứa hàm lượng lớn các kim loại nặng
như Cd, Cu, Fe, Zn, Cr,… Nước thải hiện thời vẫn chưa được phân loại dẫn đến khó
khăn khi xử lý đồng thời hiệu quả xử lý không cao. Theo nghiên cứu của Phạm Thị
Nga và cộng sự (Trung tâm Địa chất và Khống sản Biển, 125 Trung Kính, Cầu Giấy,
2


Hà Nội) về hiện trạng KLN trong trầm tích Vịnh Đà Nẵng cho thấy: hàm lượng As
trung bình là 5ppm cao hơn nhiềusovới hàm lượng trung bình của As trong trầm tích
biển nơng thế giới, và đã xuất hiện những khu vực ơ nhiễm Hg ở mức trung
bình 0.2ppm. Hàm lượng Pb là 40ppm cao hơn nhiều so với mức tiêu chuẩn Canada
(32ppm). Sở Tài nguyên và Môi trường Thành phố Đà Nẵng công bố kết quả kiểm tra
nguồn nước tại vịnh Mân Quang và Âu thuyền Thọ Quang bị ô nhiễm với hàm lượng
KLN vượt từ 1 đến 33 lần [5].
Ơ nhiễm kim loại nặng trong nước khơng chỉ trực tiếp do nước thải công nghiệp
và sinh hoạt mà cịn có thể từ các nguồn gốc khác (giao thơng vận tải, đốt than, đốt
rác, phân bón, thuốc trừ sâu…). Riêng ở nước ta, các đường ống dẫn nước và cáp
ngầm do đã quá cũ nên có khả năng bị ăn mịn gây ra ơ nhiễm Zn, Pb, Cd…vào mơi
trường nước. Các kim loại nặng dù cho nằm trong chất thải dạng khí hay rắn cũng gây
ra ơ nhiễm nguồn nước do sự lắng rơi xuống mặt nước sông, hồ hoặc xuống đất rồi bị
các cơn mưa làm thấm vào tầng nước ngầm. Ion kim loại nặng dễ kết hợp với nước tạo
ra các hidroxit. Khả năng hòa tan của các hidroxit kim loại phụ thuộc vào pH của
nước. Do đó, mức độ ơ nhiễm kim loại nặng của nước phụ thuộc nhiều vào điều kiện
pH. Trong lớp đáy của các dịng sơng, do các q trình sinh học thực vật bị phân hủy
và tạo ra mùn. Mùn (các hợp chất humic) có ảnh hưởng lớn đến tính chất của nước
như tính bazo, tính hấp phụ, tạo phức…Các kim loại nặng có khả năng tạo phức với
các chất hữu cơ có trong mùn, do đó mùn là yếu tố chính mang kim loại nặng trong
nước. Một số thực vật thủy sinh như tảo, bèo, có đặc tính hấp thụ mạnh các kim loại

nặng do đó cũng có thể được sử dụng trong nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong
nước.
1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trên thị trường ngày nay có nhiều phương pháp để xử lý kim loại nặng như:
Phương pháp kết tủa hóa học, hấp phụ, trao đổi ion, điện hóa, sinh học. Tuy nhiên vẫn
cịn nhiều bất cập về chi phí vận chuyển, chi phí xử lý, không xử được lượng thải phát
sinh, không áp dụng được cho quy mô công nghiệp lớn hoặc chỉ xử lý được kim loại ở
nồng độ thấp.
Bể phản ứng tầng sôi (pellet reactor) có diện tích nhỏ và kim loại sau xử lý bám lại
trên hạt vật liệu nên không cần phải xử lý lượng bùn thải. Với những đặc tính đó,

3


nhiều nghiên cứu xử lý floride, photpho, độ cứng và kim loại nặng bằng bể phản ứng
tầng sôi đã được thực hiện. Tuy nhiên, những nghiên cứu chi tiết như ảnh hưởng của
các thông số như lưu lượng, pH đầu vào của nước thải, kích thước hạt, khối lượng hạt
(pellet) và độ q bão hịa (tỉ lệ hóa chất: KLN) vẫn chưa được làm rõ.
Với những lý do đó, đề tài “Xử lý nước thải chứa kim loại nặng bằng Pellet
Reactor” với các khảo sát để tìm ra các giá trị tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng (pH
đầu vào, khối lượng hạt, lưu lượng dòng chảy, tỉ lệ hóa chất) được nghiên cứu và thực
hiện
1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Xử lý nước thải có chứa KLN ở nồng độ cao.
Tìm ra phương pháp xử lý KLN hiệu suất cao, giá thành thấp và tiện lợi.
Khảo sát để tìm ra các giá trị tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng (pH đầu vào, khối
lượng hạt, lưu lượng dòng chảy, tỉ lệ hóa chất) từ đó tìm ra hiệu quả xử lý của mơ
hình.
1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Đánh giá khả năng xử lý kim loại nặng trong nước thải phụ thuộc vào tỉ lệ [CO32]/[KLN] thêm vào PR.

Đánh giá khả năng xử lý kim loại nặng trong nước thải phụ thuộc vào lưu lượng
dòng chảy của PR.
Đánh giá khả năng xử lý kim loại nặng trong nước thải phụ thuộc vào pH đầu vào.
Đánh giá khả năng xử lý kim loại nặng trong nước thải phụ thuộc vào khối lượng
cát.
Đánh giá đặc tính của hạt trước và sau q trình xử lý
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.5.1 Phương pháp thực nghiệm
Phương pháp thực nghiệm được thực hiện cho các đề tài nghiên cứu, các thí
nghiệm phải được tiến hành một cách khoa học, đúng quy trình, hợp logic để cho kết

4


quả thực nghiệm vừa mang tính khoa học mà vẫn khách quan, có tính chất đại diện cao
và sai số ít nhất.
1.5.2 Phương pháp thu thập số liệu từ tham khảo tài liệu
Phương pháp này dựa trên nguồn thông tin sơ cấp và thứ cấp thu thập được từ
những tài liệu nghiên cứu trước đây để xây dựng cơ sở luận cứu nhằm chứng minh giả
thuyết.
1.5.3 Phương pháp thu thập tài liệu từ những thực nghiệm
Trong phương pháp này, số liệu được thực hiện bằng cách quan sát, theo dõi, đo
đạc qua các thí nghiệm. Các nghiệm thức trong thí nghiệm (có những mức độ khác
nhau) thường được lặp lại để làm giảm sai số trong thu thập số liệu.
1.5.4 Phương pháp xử lý số liệu
Lập đường chuẩn cường độ ampe với nồng độ. Sau đó tiến hành đo mẫu tìm cường
độ ampe thế vào đường chuẩn. Từ đó tìm được nồng độ, tính được hiệu suất. Hiệu suất
cả quá trình của kim loại là trung bình chung của hiệu suất từ 2 đến 6 giờ  sai số
trung bình. Các thơng số tối ưu là thơng số có hiệu suất ổn định sau các lần chạy lặp
với sai số tương đối thấp.

1.5.5 Phương pháp đồ thị
Phương pháp này cho thấy toàn diện và trực quan hơn về kết quả thực nghiệm.
Qua đó, có cách nhận xét, đánh giá đúng đắn, khách quan cho hướng nghiên cứu.
1.6 Ý NGHĨA CỦA NGHIÊN CỨU
1.6.1 Ý nghĩa khoa học
Tìm ra một phương pháp mới nhằm loại bỏ kim loại nặng trong nước thải bằng mơ
hình đơn giản, vật liệu cát dễ tìm, hiệu quả cao.
1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn

5


Nguồn vật liệu cát sử dụng trong đề tài này mang tính khả thi khi ứng dụng vào
thực tiễn, vật liệu cát ở nước ta phong phú, trữ lượng lớn, quy trình chuẩn bị và xử lý
vật liệu đơn giản, không tốn kém, dễ dàng ứng dụng vào xử lý nước thải công nghiệp.

6


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

7


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 KHÁI NIỆM Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG
2.1.1 Kim loại nặng là gì?
Kim loại nặng là các nguyên tố xuất hiện tự nhiên có khối lượng riêng lớn hơn
5g/cm3. Độc tính của chúng phụ thuộc vào một số yếu tố bao gồm liều lượng, lộ trình
tiếp xúc và các dạng hóa học, cũng như độ tuổi, giới tính, di truyền và tình trạng dinh

dưỡng của các cá nhân bị phơi nhiễm. Do mức độ độc tính cao, asen, cadmium, crom,
chì và thủy ngân xếp hạng trong số các kim loại ưu tiên có ý nghĩa sức khỏe cộng đồng
[7]. KLN được được chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As,
Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U, Th,
Ra, Am,…). KLN không độc khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng độc ở dạng ion vì nó
có thể gắn kết các chuỗi cacbon ngắn khó đào thải gây ngộ độc [8].
2.1.2 Các quy chuẩn quy định nồng độ kim loại nặng trong nước thải
Ở Việt Nam, giá trị tối đa nồng độ kim loại nặng cho phép trong nước thải khi xả
ra nguồn tiếp nhận được quy định theo QCVN 40:2011/BTNMT (Bảng 1: Giá trị C
của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp), cụ thể cho các KLN nghiên
cứu trong đề tài như sau:
Bảng 2.1: Trích dẫn nồng độ kim loại nặng trong đề tài nghiên cứu trong bảng
cho phép trong nước thải đầu ra:
Giá trị C
TT

Thông số

Đơn vị
A

B

10

Cadimi

mg/L

0.05

0.1

13

Đồng

mg/L

2

2

14

Kẽm

mg/L

3

3

(Nguồn [6])
8


Ở EU, quy chuẩn các KLN ưu tiên về chất lượng mơi trường:
Thơng số

Đơn vị

Nồng độ cho phép

Thủy ngân

µg/L

< 5 ; 0,05

Chì

µg/L

7,2

Cadimi

µg/L

< 10; 0,08 – 0,25

Niken

µg/L

20

(Nguồn [16])
Ở Phần Lan, nồng độ KLN trong nước thải được quy định như sau:

Thông số

Đơn vị

Nồng độ cho phép

Cadimi

µg/L

< 0,5

Thủy ngân

µg/L

< 0,2

Chì

µg/L

<3

Niken

µg/L

< 10

(Nguồn [16])
Nồng độ tối đa cho phép của một số kim loại nặng (MCL: The Maximum
Containminated Level) được thiết lập bởi US EPA (Babel and Kumiawan, 2003) như
sau:
Kim loại nặng

Tính độc

MCL (mg/L)

Arsen

Biểu hiện ngoài da, ung thư nội tạng, bệnh về

0.05

mạch máu.
Cadimi
Crom

Rối loạn chức năng thận, chất gây ung thư

0.01

Nhức đầu, tiêu chảy, buồn nơn, ói mửa

0.05

9