xu ly nuoc thai bang phuong phap flouride1

NGUỒN: JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS

TIỂU LUẬN:

Môn học: Các quá trình hoá lý
và hoá học
trong CNMT
CBGD : PGS.TS.Nguyễn Văn
Phước
SVTH : Đỗ Thị Thuý Phương
Lê Thị Thanh Hải
Trần Thị Thuỳ Trâm
TPHCM, NGÀY 05 THÁNG 11 NĂM 2008


1
2

GIỚI THIỆU

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

4

KẾT LUẬN

1

GIỚI THIỆU

-Diện tích: 1.104.300
km2
-Dân số: 78.254.090
người
-Tỷ lệ mặt nước: 0.7%
-Nồng độ Flo: 33 mg/l
-Theo WHO: 0.5 - 1 mg/l

1.1 KHÁI QUÁT
ĐỀ TÀI


1

GIỚI THIỆU

1.1 KHÁI QUÁT
ĐỀ TÀI

-Ảnh hưởng của Flo:
+ Viêm khớp và loãng xương
+ Ngộ độc cấp tính
+ Ung thư
+ Vô sinh
+ Ảnh hưởng đến gan, thận,
não

+ Rối loạn tuyến giáp


11 GIỚI THIỆU

1.1 KHÁI QUÁT
ĐỀ TÀI

- Phương pháp:
+
+
+
+
+

Sự kết tủa hóa học
Phù hợp xử
Trao đổi Ion
lý Flo cho
Quá trình màng
các cụm
Hấp phụ
Kỹ thuật nalgonda dân cư nhỏ

- Chất hấp phụ: hydroxy apatite, calcite,
flourideurspar, quartz, tro bay, silica gel,
bone char, spent catalyst, zeolites, bùn
đỏ, và bentonite
Xác định vật liệu có tỉ lệ loại bỏ
cao, kinh tế, khả thi về kỹ thuật và

có tính xã hội


11 GIỚI THIỆU

1.1 KHÁI QUÁT
ĐỀ TÀI

- Cặn thải công nghiệp được tạo ra

trong suốt qui trình sản xuất
aluminium sulfate (alum) từ Kaolin và
acid sulfuric: 4500-5000 tấn
- Chất thải có: pH = 3
Ứng dụng cặn thải để khử Flo
trong nước ngầm


1

GIỚI THIỆU

1.2 LÝ THUYẾT
HẤP PHỤ

a) Khái niệm:
-Là quá trình hút chọn lọc các cấu tử trong pha
khí hay lỏng trên bề mặt chất rắn. Quá trình
hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp
xúc hai pha không hoà tan là pha rắn (chất

hấp phụ) với pha khí hoặc pha lỏng. Dung
chất (chất bị hấp phụ) sẽ đi từ pha lỏng
(hoặc khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ
của dung chất phân bố giữa hai pha đạt cân
bằng.
-Ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan
khó phân hủy sinh học như: thuốc diệt cỏ,
phenol, thuốc sát trùng, các hợp chất nitơ
vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc
nhuộm…


1

GIỚI THIỆU

1.2 LÝ THUYẾT
HẤP PHỤ

b) Phân biệt: hấp phụ vật lý và hấp
phụ hóa học
-Dựa vào nhiệt hấp phụ
-Dựa vào lực hấp phụ
-Dựa vào sự chọn lọc của quá trình hấp
phụ
-Dựa vào số lượng chất bị hấp phụ
-Dựa vào tốc độ hấp phụ
-Dựa vào ảnh hưởng của nhiệt độ
hấp phụ
-Dựa vào trạng thái chất bị hấp phụ

1

GIỚI THIỆU

c) Các dạng đường
đẳng nhiệt hấp
phụ:
-I: loại vật liệu vi mao
quản
-II & III: loại vật liệu mao
quản lớn có đường
kính trung bình d>500 A0
-IV & V: loại vật liệu
mao quản trung bình
-VI: Loại vật liệu mao
quản có vi mao quản
không đồng đều

1.2 LÝ THUYẾT
HẤP PHỤ


1

GIỚI THIỆU

1.2 LÝ THUYẾT
HẤP PHỤ

d) Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ:
* Phương trình hấp phụ Fleundlich :

1
log qe log k f  log Ce
n
Với:
- qe là lượng flouride bị hấp phụ khi đạt đến bão
hoà trên một khối lượng chất hấp phụ (mg/g)
- kf là khả năng hút thấm bề mặt tối thiểu
(mg/g)
- 1/n là mật độ hút thầm bề mặt
- Ce là nồng độ flouride ở trạng thái cân baèng
(mg/L)


1

GIỚI THIỆU

1.2 LÝ THUYẾT
HẤP PHỤ

*Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
Langmur:
BCe
1
1
1 1

qe qm
 
( )
1  BCe
hoặc qe qm Bqm Ce
Với:
- qe là lượng chất tan bị hấp phụ trên
1 đơn vị khối lượng vật liệu (mg/g)
- qm là khả năng hấp phụ tối đa (mg/g),
- B là hằng số Langmuir
- Ce là nồng độ chất tan ở trạng thái
cân bằng (mg/l)


1

GIỚI THIỆU

1.2 LÝ THUYẾT
HẤP PHỤ

* Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Dubinin và
Radushkevich 2
2
qhoặc

q
exp(

B


)
ln
q

ln
q


e
S
e
S
Với:
- qs là hằng số D-R
- qe là lượng flouride bị hấp phụ trên một đơn vị
chất hấp phụ (mol/g)
- qm là khả năng hấp phụ của một lớp (mol/g)
- Ce là nồng độ flouride ở trạng thái cân bằng
(mol/L)
-  là hệ số hoạt động liên quan tới ý nghóa
năng lượng hút thấm (mol2/kJ2)
-  là thế năng Polanyi


1

GIỚI THIỆU

1.2 LÝ THUYẾT

HẤP PHỤ

* Phương trình đẳng nhiệt hấp phuï
Temkin
RT
qe B1 ln KT  B1 ln Ce
qe 
ln( KT Ce )
b
hoặc
RT
B1 
b

Với: B1 hằng số đẳng nhiệt
-KT là hằng số bắt giữ cân bằng
(L/mol)
-Ce là lượng flouride bị hấp phụ trên
một đơn vị chất hấp phụ (mol/g)


2

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 VẬT LIỆU
HẤP PHỤ

Vật liệu hấp phụ floride là cặn thải tạo ra trong quá
trình sản xuất aluminum sulfate từ kaolin và acid
sulfuric.

Cặn thải thu từ nhà máy Awash Melkasa Aluminum
Sufate and Sulfuric Acid nằm ở khu trung tâm thung
lũng Rift của Ethiopia.
Mẫu cặn được lấy từ hơn 30 mẻ sản xuất aluminum
sulfate và được trộn để đảm bảo sự đồng nhất.
Cặn chứa 52 % chất rắn.
Thành phần hóa học của chất thải không chứa bất
cứ chất độc hại nguy hiểm và chất gây ung thư , vì
thế nó thích hợp cho việc sử dụng loại bỏ flouride
trong nước.


2

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 VẬT LIỆU
HẤP PHỤ

Thành phần hoá học cặn thải
Quartz (SiO2)
Kaolin (Al2Si2O5(OH)4)
Al2(SO4)3
Al(OH)3
CaSO4
Fe2(SO4)3
Fe2O3
MgSO4
Na2SO4
K SO

Tỷ lệ (%)
39.991
8.883
1.778
0.878
0.194
0.023
0.001
0.008
0.007
0.005


2

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chuẩn bị vật liệu hấp phụ

2.1 VẬT LIỆU
HẤP PHỤ

Chất hấp phụ chưa xử lý: Cặn thải được phơi
nắng trong 1 ngày và được nghiền thành bột mịn
bằng cối giã cho kích cỡ 0.5-0.8mm.
Chất hấp phụ đã xử lý nhiệt: Vật liệu trên sẽ
được gia nhiệt từ 100-700 oC trong lò nung trong 1 giờ.
Sau 1 giờ, mẫu đã xử lý sẽ được giữ trong bình sấy
khô để làm nguội tới nhiệt độ phòng.
Chất hấp phụ bị trung hoà: Một phần lượng chất

hấp phụ chưa xử lý cho lơ lửng trong nước cất, pH
lúc này sẽ thấp (khoảng 3.2) và sẽ được điều chỉnh
tới pH 7.3 bằng NaOH 0.1M. Sau 2 ngày, mẫu đem đi lọc
và làm khô ở nhiệt độ phòng ở điều kiện thoáng
trước khi sử dụng.


VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2
2.2

2.2 CHẤT PHẢN ỨNG VÀ DUNG DỊCH
CHUẨN

Dung dịch lưu trữ flouride được chuẩn bị
bằng hòa tan 2.21 g anhydrous sodium fluourid
(99.0% NaF) với 1000 ml nước cất.
Mẫu chứa F- thí nghiệm được thực hiện theo
một dãy nồng độ được chuẩn bị bằng
cách pha loãng thích hợp dung dịch dự trữ
flouride với nước cất.
Tổng cường độ ionic phải phù hợp với
chất đệm (TISAB) được chuẩn bị theo qui
định đề ra.


2

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3 DỤNG CỤ
ĐO

Dụng cụ đo pH/ISE (Orion Model, EA 940 Expandable Ion
Analyzer) được trang bị kết hợp với điện cực dò tìm
fluouride (Orion Model 96-09) dùng để đo nồng độ ion
fluoride.
Sử dụng phương pháp đo điện thế trực tiếp, nồng
độ sẽ được đọc trực tiếp.
Điện cực dò tìm ion flouride được kiểm tra trước mỗi
đợt thí nghiệm nhằm mục đích xác định độ dốc và
phần giới hạn của điện cực.
Đo pH bằng dụng cụ pH/ion (WTW Inolab pH/ion level 2,
Germany) sử dụng điện cực thuỷ tinh pH không đầy.
Dụng cụ sẽ được kiểm tra bằng chất đệm kiểm định
pH.


2

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4 THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU
HẤP PHỤ

Thí nghiệm được tiến hành trong bình Erlenmeyer
flask chứa 500 ml chứa dung dịch flouride thí
nghiệm.
Chất hấp phụ được cho vào bình và được khuấy
liên tục cùng với cục khuấy từ (Model 04803-02,
Cole-Palmer-Instrument Company, USA) ở tốc độ

chậm (100 rpm) và tốc độ nhanh (1000rpm).
Nồng độ flouride còn lại sẽ được đo ngay sau khi
trộn 5 ml dung dịch mẫu (sau khuấy) với TISAB
(chất đệm).
Tất cả đợt thí nghiệm được tiến hành 3 lần và
sẽ lấy giá trị trung bình khi báo cáo.


2

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4 THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU HẤP
PHỤ

Bảng liệt kê các quá trình nghiên cứu
Loại
chất
hấp
phụ
Ảnh
Chất
hưởng
hấp
theo
phụ
lượng
chưa
chất HP xử lý

Loại thí

TT nghiệ
m
1

2

Ảnh
hưởng
bởi
nhiệt
chất HP

Chất
hấp
phụ đã
xử lý
nhiệt

Mô tả

Mục đích

- Lượng chất hấp phụ: 4, 6,
10, 16 và 28 g/l hấp phụ
nồng độ flouride ban đầu
cố định là 10 mg/l.
- Ảnh hưởng của khuấy
trộn được nghiên cứu với
để tónh, khuấy chậm và
khuấy nhanh bằng khuấy

từ.

-Xác định thời
gian hấp phụ.
-Ảnh
hưởng
hấp phụ theo
lượng chất hấp
phụ

Sử dụng chất hấp phụ đã
xử lý tại các nhiệt độ
khác nhau (100, 300, 400,
500, 600, và 700 0C) hấp
phụ flouride.

-Xác định ảnh
hưởng
nhiệt
lên quá trình
hấp phụ


2

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4 THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU HẤP
PHỤ

Bảng liệt kê các quá trình nghiên cứu

Loại
Loại thí
chất
TT
nghiệm
hấp
phụ
4
Ảnh
Chất
hưởng
hấp phụ
theo
chưa xử
nồng độ lý
flouride
ban đầu
5

6

Mô tả

Mục đích

Chất hấp phụ chưa xử
lý từ 5 đến 40 mg/l hấp
phụ nồng độ flouride cố
định là 16g/l.

-Xác
định
ảnh
hưởng
của nồng độ
flouride
ban
đầu lên khả
năng
hấp
phụ
-Xác
định
ảnh
hưởng
pH trong nước
lên quá trình
hấp phụ
-Đánh
giá
phương
trình

Ảnh
Chất
Thực hiện hấp phụ với
hưởng
hấp phụ nước thô có pH từ 3
theo
pH chưa xử đến 10 (được điều chỉnh

trong
lý
bằng dung dịch 0.1M NaOH
nước
hay 0.1M HCl).
Phương
Chất
Liều lượng chất hấp phụ
trình
hấp phụ từ 1.0 đến 20.0 g/l, nồng


2

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4 THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU
HẤP PHỤ

Bảng liệt kê các quá trình nghiên cứu
TT
7

8

Loại thí
nghiệm
Động
năng
hấp phụ
của

flouride
Ảnh
hưởng
các anion
khác

Loại chất
Mô tả
hấp phụ
Chất hấp Thực hiện tải trọng bề
phụ
chưa mặt cố định là 16, 8 và
xử lý
4 g/l tương ứng với các
nồng độ flouride ban đầu
là 40, 20 và 10 mg/l.
Chất hấp Liều lượng chất hấp phụ
phụ
chưa là 16 g/l hấp phụ nồng
xử lý
độ flouride cố định là 10
mg/l và ở nồng độ các
loại anion khác nhau từ 5
đến 500 mg/l.

Mục đích
-Xác định
đường
động
năng hấp

phụ
-Xác định
ảnh
hưởng
các
ion
lên
quá
trình hấp
phụ


3

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Hàm
lượng CHẤT
flouride còn lại
3.1 ẢNH HƯỞNG THEO LIỀU
LƯNG
giảm khi tăng
HẤPlượng
PHỤchất hấp
phụ.

Phản ứng xảy ra nhanh trong 5
phút và đạt trạng thái cân
bằng sau 60 phút (dữ liệu không
được biểu diễn). Kết quả này phù

hợp với thời gian cân bằng của
bùn alum và quartz của những
nghiên cứu khác. Quá trình hấp
phụ xảy ra nhanh và hầu hết
flouride được hấp phụ trong 15
phút đầu tiên và đạt cân bằng
trong 1 giờ.

Hình : Nồng độ flo dư sau phản ứng
phụ thuộc vào liều lượng chất hấp
phụ cho loại chất hấp phụ chưa xử lý
(nồng độ đầu vào 10 mg/l, thời gian
phản ứng 60 phút, pH nước thô: 6,7
-7,0).

Từ 5-20 mg/l: không
thuộc thời gian cân bằng

phụ

≥16 mg/l: thời gian cân bằng
ngắn hơn (45phút)
≤16 mg/l: thời gian cân bằng hơi
dài hơn (trên 60 phút).
Vì thế thời gian cân bằng
1giờ được xem như tối ưu và


3

Khử flouride tăng rõ khi tăng
Phần trăm loại
bỏ flouride tăng rõ khi tăng lượng
THEO hấp
LIỀU
LƯNG
phụ
đến 16CHẤT
g/l, nhưng không
tăng nhiều
ở các
liều lượng
HẤP
PHỤ
lớn hơn. Sự gia tăng hấp phụ
flouride là đúng vì lượng chất hấp
phụ tăng làm tăng bề mặt bắt
giữ lượng F .

KẾT QUẢ VÀ BÀN
LUẬN
lượng
hấp phụ.

3.1 ẢNH HƯỞNG

Liều lượng hấp phụ cao hơn (lớn
hơn 16 g/l) sẽ làm tăng lượng bùn,
nhưng không làm tăng hiệu quả
nhiều. Liều lượng 16 g/l là lượng

thích hợp có khả năng lảm
giảm hàm lượng flouride trong
hầu hết nước uống ở vùng thung
lững Fift của Ethiopia tới nồng độ
cho phép mà WHO đề nghị trung
bình là 1.5 mg F-/L trong nước

Hình 2: hiệu quả xử lý flouride và dung
lượng chất hấp phụ theo liều lượng chất
hấp phụ cho chất hấp phụ chưa xử lý
(nồng độ đầu vào là 10 mg/l, thời gian
phản ứng 60 phút, pH nước thô 6,7 -7,0)

Khả năng hấp phụ giảm khi
tăng lượng chất hấp phụ. Để
giữ khả năng tối đa và hiệu quả
loại bỏ cao, tải trọng bề mặt
(lượng flouride trên lượng hấp phụ)
nên thấp hơn giá trị tối ưu khoảng
85%, (tải trọng bề mặt tối ưu là
0.625 mg/g) hay ít hơn. Ở lượng


3

HệLUẬN
số phân
KẾT QUẢ VÀ BÀN

3.1 ẢNH HƯỞNG

bố Kd thể hiện
khả năng bắt giữ flouride trên
THEO bề
LIỀU
LƯNG
CHẤT
mặt
phụ thuộc
chủ yếu vào
HẤP
pH và loại bề
mặt PHỤ
hấp phụ. Giá trị
Kd ở pH 7:

CS

K d nồng
 ( Lđộ
/ g ) flouride trong phần
Cs là
Cw
rắn (mg/g)
Cw là nồng độ flouride trong nước
(mg/L).

Hình 3: Đồ thị giá trị Kd theo nồng độ
chất hấp phụ (pH =7)

Nồng độ flouride trong phần rắn
được tính dựa trên đo flouride trong
nước trước và sau khi hấp phụ
flouride trên dạng rắn (tại lượng
chất hấp phụ 16 (g/L) có Cs  0.5
(mg F-/g) và Cw  1.52 (mg/L) nên
Kd  0.32 (L/g)).
Nhận thấy rằng, Kd tăng khi
tăng chất hấp phụ ở pH cố
định, biểu hiện bản chất không