Nghiên cứu, chế tạo vật liệu xử lý nhóm nitơ trong môi trường nước trên cơ sở biến tính quặng Pyrolusit tự nhiên

  • Số trang: 81 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 75 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 27372 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- PHÙNG ĐỨC HÒA NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VẬT LIỆU XỬ LÝ NHÓM NITƠ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRÊN CƠ SỞ BIẾN TÍNH QUẶNG PYROLUSIT TỰ NHIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- PHÙNG ĐỨC HÒA NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VẬT LIỆU XỬ LÝ NHÓM NITƠ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TRÊN CƠ SỞ BIẾN TÍNH QUẶNG PYROLUSIT TỰ NHIÊN Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THỊ HUỆ Hà Nội - 2014 Lời CẢM ƠN Hoàn thành luận văn này em đã nhận được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình về mọi mặt của PGS.TS. Nguyễn Thị Huệ. Nhân dịp này em gửi tới cô lòng biết ơn sâu sắc nhất về tất cả những gì mà cô đã dành cho em. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các cô, chú và các Anh em cán bộ nhân viên Phòng Phân tích Chất lượng Môi trường, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Các thầy, cô giáo, các cán bộ nhân viên bộ môn Công nghệ môi trường-Khoa môi trường-Trường Đại học Khoa học Tự nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội, cùng toàn thể bạn bè đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Học viên Phùng Đức Hòa MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1 ............................................................................................................ 3 TỔNG QUAN ......................................................................................................... 3 1.1. Tổng quan về tình hình ô nhiễm amoni và nitrit trong môi trường nước trên Thế giới và Việt Nam. .................................................................................................... 3 1.1.1. Tình hình ô nhiễm amoni và nitrit trong môi trường nước trên Thế giới ........ 3 1.1.2. Tình hình ô nhiễm amoni và nitrit trong môi trường nước ở Việt Nam.................. 4 1.2. Các phương pháp xử lý nitơ trong môi trường nước.......................................... 8 1.2.1. Phương pháp Clo hoá .................................................................................. 10 1.3.2. Phương pháp đuổi khí .................................................................................. 10 1.2.3. Phương pháp Ozon hoá ............................................................................... 11 1.2.4. Phương pháp sinh học ................................................................................. 11 1.2.5. Phương pháp trao đổi ion ............................................................................ 12 1.3. Tổng quan về một số phương pháp chế tạo vật liệu từ quặng (Laterit, bentonit, diatomit, pyrolusit) trên Thế giới và Việt Nam ..................................................... 12 1.4. Tình hình nghiên cứu vật liệu có nguồn gốc tự nhiên để xử lý nhóm amoni (Laterit, bentonit, diatomit, pyrolusit…) trong môi trường nước. ........................... 23 1.5. Đặc tính quặng Pyrolusit tự nhiên .................................................................. 24 CHƯƠNG 2 .......................................................................................................... 27 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................. 27 2.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 27 2.1.1. Biến tính quặng Pyrolusit ............................................................................ 27 2.1.2. Nước chứa amoni và nitrit (mẫu giả và mẫu nước thải công ty phân đạm Hà Bắc) ....................................................................................................................... 27 2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 27 2.2.1. Phương pháp tổng quan tài liệu ................................................................... 27 2.2.2. Điều tra thực địa, lấy mẫu ........................................................................... 28 2.2.1. Nghiên cứu thực nghiệm .............................................................................. 28 2.2.4. Phương pháp phân tích, so sánh đánh giá kết quả ....................................... 32 CHƯƠNG 3 .......................................................................................................... 33 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 33 3.1. Kết quả khảo sát đặc tính quặng Pyrolusit tự nhiên và khả năng hấp phụ amoni, nitrit ...................................................................................................................... 33 3.1.1. Khả năng hấp phụ amoni và nitrit của quặng Pyrolusit ................................... 33 3.2. Kết quả biến tính quặng Pyrolusit ................................................................... 34 3.2.1. Kết quả chế tạo vật liệu ............................................................................... 34 3.2.2. Cấu trúc bề mặt vật liệu ............................................................................... 35 3.2.3. Kết quả đánh giá vật liệu biến tính .................................................................. 36 3.3. Kết quả khảo sát khả năng xử lý của quặng Pyrolusit biến tính ....................... 37 3.3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý nitrit và amoni .. 37 3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu quả xử lý nitrit và amoni.................... 44 3.3.3. Động học quá trình xử lý amoni và nitrit bằng quặng biến tính ................... 52 3.4. Kết quả mô hình thử nghiệm xử lý amoni và nitrit bằng vật liệu (quy mô phòng thí nghiệm) ............................................................................................................ 56 3.4.1. Kết quả đánh giá khả năng xử lý amoni và nitrit trong mẫu giả của hệ thí nghiệm................................................................................................................... 57 3.4.2. Kết quả đánh giá khả năng xử lý amoni và nitrit trong mẫu nước thải của hệ thí nghiệm.............................................................................................................. 59 3.5. Đánh giá các kết quả nghiên cứu và đề xuất áp dụng ...................................... 61 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ........................................................................ 62 Kết luận ................................................................................................................. 62 Khuyến nghị .......................................................................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 64 PHỤ LỤC 2........................................................................................................... 70 DANH MỤC BẢNG Bảng 3. 1. Kết quả xử lý của vật liệu chưa biến tính trong các khoảng thời gian ... 33 Bảng 3. 2. Diện tích bề mặt riêng của quặng trước và sau biến tính ....................... 36 Bảng 3. 3.Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào thời gian bằng vật liệu biến tính nhiệt........................................................................................................ 38 Bảng 3. 4. Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào thời gian bằng vật liệu biến tính axit HCl .................................................................................................. 39 Bảng 3. 6. Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào thời gian bằng vật liệu biến tính bazơ NaOH ............................................................................................. 43 Bảng 3. 7. Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào pH bằng vật liệu biến tính nhiệt ............................................................................................................... 44 Bảng 3. 8. Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào pH bằng vật liệu biến tính axit HCl .......................................................................................................... 46 Bảng 3. 9. Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào pH bằng vật liệu biến tính axit HNO3....................................................................................................... 48 Bảng 3. 10. Hiệu suất xử lý nitrit và amoni phụ thuộc vào pH bằng vật liệu biến tính bazơ NaOH ............................................................................................. 50 Bảng 3. 11. Kết quả khảo sát dung lượng hấp phụ của quặng biến tính bazơ với amoni .................................................................................................................... 53 Bảng 3. 12. Kết quả khảo sát dung lượng hấp phụ của quặng biến tính axit với nitrit ...................................................................................................................... 55 Bảng 3. 13. Kết quả khảo sát với khả năng xử lý amoni bằng mẫu giả ................... 57 Bảng 3. 14. Kết quả khảo sát với khả năng xử lý nitrit bằng mẫu giả ..................... 58 Bảng 3. 15. Kết quả khảo sát với khả năng xử lý amoni bằng nước thải................. 59 Bảng 3.16. Kết quả khảo sát với khả năng xử lý nitrit bằng nước thải .................... 60 DANH MỤC HÌNH Hình 1. 2 Hàm lượng NH4+ trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên năm 2008 .. 7 Hình 1. 3 Hàm lượng N-NH4+ trên sông Nhuệ giai đoạn qua 2007 – 2009. .............. 7 Hình 1. 4 Diễn biến hàm lượng NH4+ trung bình trong nước biển ven bờ tại một số khu vực ven biển giai đoạn 2005-2009. ................................................................... 8 Hình 2.1. Quy trình biến tính pyrolusit để xử lý amoni và nitrit ............................. 30 Hình 3. 1 Biểu đồ khả năng hấp phụ nitrit và amoni bằng vật liệu chưa biến tính .. 34 Hình 3. 2 Ảnh chụp SEM của vật liệu để xử lý amoni, nitrit .................................. 35 Hình 3. 5 Biểu đồ về hiệu suất xử lý nitrit và amoni theo pH bằng vật liệu biến tính axit HCl ................................................................................................................. 40 Hình 3. 6 Biểu đồ về hiệu suất xử lý nitrit và amoni theo thời gian bằng vật liệu biến tính axit HNO3....................................................................................................... 42 Hình 3. 7 Biểu đồ về hiệu suất xử lý nitrit và amoni theo thời gian bằng vật liệu biến tính bazơ................................................................................................................ 43 Hình 3. 8 Biểu đồ về hiệu suất xử lý nitrit và amoni theo pH ................................. 45 Hình 3. 9 Biểu đồ về hiệu suất xử lý nitrit và amoni theo pH ................................. 47 Hình 3. 10 Biểu đồ về hiệu suất xử lý nitrit và amoni theo pH bằng vật liệu biến tính axit ........................................................................................................................ 49 Hình 3. 11 Biểu đồ về hiệu suất xử lý nitrit và amoni theo pH bằng vật liệu biến tính bazơ NaOH ........................................................................................................... 51 Hình 3. 12 Đồ thị dạng tuyến tính biểu diễn mối quan hệ Ce/qe và Ce theo hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và mối quan hệ lgqe và lgCe theo hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ............................................................................................................. 54 Hình 3. 13 Đồ thị dạng tuyến tính biểu diễn mối quan hệ Ce/qe và Ce theo hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và mối quan hệ lgqe và lgCe theo hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ............................................................................................................. 55 Hình 3.14 Kết quả khảo sát khả năng xử lý động đối với amoni bằng mẫu giả....... 57 Hình 3. 15 Kết quả khảo sát khả năng xử lý động đối với nitrit bằng mẫu giả ........ 58 Hình 3.16 Kết quả khảo sát khả năng xử lý động đối với amoni bằng nước thải ... 59 Hình 3.17. Kết quả khảo sát khả năng xử lý động đối với nitrit bằng nước thải ..... 60 MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT AOPs: Quá trình oxi hóa cấp tiến BET: Brunauer Emmett Teller (Xác định diện tích bề mặt, kích thước lỗ mao quản) BTNMT: Bộ Tài nguyên môi trường KCN: Khu công nghiệp SEM: Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) QCVN: Quy chuẩn Việt Nam MỞ ĐẦU Xử lý ô nhiễm nitrit và amonitrong môi trường nước nói chung và trong nước thải công nghiệp của một số ngành đặc thù (sản xuất hóa chất phân bón, thủy tinh, gốm sứ,...) nói riêng đang là vấn đề rất được được quan tâm nghiên cứu và triển khai áp dụng. Có rất nhiều phương pháp để tách loại amoni, nitrit trong nước thải như phương pháp trao đổi ion, hấp phụ... Trong đó, phương pháp hấp phụ là phương pháp được áp dụng rộng rãi với nguồn vật liệu đa dạng và phong phú. Sử dụng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên như bentonit, zeolit, pyrolusit,...để loại bỏ chúng đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm. Biến tính vật liệu từ hiệu quả xử lý thấp thành xử lý triệt để (theo tiêu chuẩn cho phép) là công nghệ đang được phát triển trên thế giới và ở Việt Nam, đặc biệt lựa chọn công nghệ biến tính phù hợp để xử lý đồng thời các chất độc hại là giảm đáng kể. Nghiên cứu sử dụng các dạng oxit, hyđroxit của các kim loại có hoá trị cao để loại bỏ As(III), As(V), F-, PO43-… trong các nguồn nước ô nhiễm cho thấy, các dạng ôxit và hydroxit của Fe, Al, Zr,Ti…có ái lực đặc biệt với các anion trên. Tuy nhiên việc sử dụng trực tiếp các hợp chất này sẽ có chi phí cao và khó khăn trong ứng dụng qui mô công nghiệp. Hướng đi mới trong nghiên cứu này là cố định các ion kim loại lên các quặng tự nhiên có dung lượng hấp phụ thấp (laterit, pyrolusit…) và chuyển hoá thành các dạng ôxit, hydroxit hoạt tính cao để tạo vật liệu hấp phụ mới. Khi các ion kim loại được giữ trên chất mang sẽ làm thay đổi tính chất hấp phụ theo hướng tăng cường độ chọn lọc, nâng cao tải trọng hấp phụ và thuận tiện trong thao tác đồng thời giảm chi phí. Mặt khác, sử dụng các quặng tự nhiên (laterit, pyrolusit…) sẵn có ở phía bắc Việt Nam, giá thành thấp và có khả năng tái sinh, không gây ô nhiễm thứ cấp sẽ là một giải pháp tối ưu. Đặc biệt, đối với các cơ sở sản xuất có nguồn thải nitrat, nitrit, amoni cao cần thiết có hệ thống xử lý kết hợp với hệ thống phân loại và tái sử dụng nước thải. Pyrolusit là loại khoáng chất có nhiều ở phía bắc Việt Nam, đặc biệt vùng Cao Bằng. Việc nghiên cứu, sử dụng pyrolusit trong lĩnh vực xúc tác, quá trình oxi hóa cấp tiến (AOPs) và trong xử lý môi trường đã chỉ được thực hiện tuy nhiên các ứng 1 dụng còn hạn chế. Pyrolusit chứa chủ yếu MnO2 và Fe2O3 là một hỗn hợp lai giữa hóa trị 3 và 4, việc đồng kết tủa hai oxit này để chúng nằm xen kẽ với nhau, tạo ra các tâm hoạt động mạnh. Khi hoạt hóa bề mặt pyrolusit và pha tạp (dopping) các nguyên tố khác vào cùng sắt oxit và mangan oxit cũng là hướng đi rất mở và có nhiều triển vọng. MnO2 hoạt động không những là chất hấp thụ tốt mà còn có thể đóng vai trò như một chất oxi hóa mạnh để oxi hóa NH4+ thành nitơ và MnO2 có khả năng oxi hóa rất mạnh ở môi trường kiềm, đặc biệt khi ở dạng nano, MnO2 và Fe2O3 còn có các tính chất ưu việt khác trong xử lý các đối tượng khác như F-, As,.... Pyrolusit sau biến tính có khả năng xử lý các thành phần như asen, flo, trong môi trường nước rất hiệu quả, đặc biệt nitrit, amoni. Đây là hướng chế tạo vật liệu mới. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu, chế tạo vật liệu biến tínhxử lý nhóm nitơ trong môi trường nước trên cơ sở biến tính quặng pyrolusittự nhiên” được thực hiện. Với mục tiêu nhằm góp phần đưa ra một giải pháp kỹ thuật để giảm thiểu ô nhiễm cho môi trường nước nói chung và nước thải chứa thành phần amoni và nitrit do sản xuất hóa chất phân bón, gốm sứ nói riêng. Nội dung nghiên cứu bao gồm:  Nghiên cứu, chế tạo vật liệu biến tính trên cơ sở nhiệt hóa và hóa học quặng pyrolusit để xử lý amoni và nitrit  Ứng dụng vật liệu đã nghiên cứu trong xử lý nước ô nhiễm amoni và nitrit mẫu tự chế trong phòng thí nghiệm.  Áp dụng mô hình xử lý nước thải chứa amoni và nitrit trong phòng thí nghiệm và đề xuất giải pháp phù hợp để loại amoni và ntrit trong nước mẫu thực tế.  Áp dụng mô hình xử lý nước thải chứa amoni và nitrit trong phòng thí nghiệm và đề xuất giải pháp phù hợp để loại amoni và ntrit trong nước. 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về tình hình ô nhiễm amoni và nitrit trong môi trường nước trên Thế giới và Việt Nam. 1.1.1. Tình hình ô nhiễm amoni và nitrit trong môi trường nước trên Thế giới Amoni có mặt trong nước ngầm là do kết quả của quá trình phân huỷ yếm khí các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên và cũng do các nguồn thải hữu cơ từ các hoạt động của con người. Nồng độ amoni cao từ 1-10mmol/L đã được tìm thấy ở các tầng chứa nước bị nhiễm bẩn do sự rò rỉ từ trong đất và trong các hoạt động thải nước thải nồng độ amoni cao. Ô nhiễm nước đang là vấn đề đáng báo động trên thế giới hiện nay. Đặc biệt là các nước phát triển. Cùng với sự phát triển thì các khu công nghiệp, nhà máy… đã thải ra môi trường hàng loạt lượng chất thải độc hại. Theo đánh giá của nhiều báo cáo đánh giá và hội thảo khoa học thì tình trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm đã được phát hiện tại nhiều nơi trên thế giới. Không chỉ ở Việt Nam tình hình ô nhiễm xảy ra nghiêm trọng mà ở các nước trên thế giới tình hình ô nhiễm cũng xảy ra với các nồng độ ô nhiễm khác nhau. Ví dụ, nồng độ amoni của nước bề mặt trong South Pennies (27 µeq L-1); Snowdonia (5,9 µeq L-1); Galloway (4,6 µeq L-1); and Mournes (11 µeq L-1) [28]. Nồng độ amoni trong nước thải ở Korea nằm trong phạm vi từ 800-3000mg/L [6]. Theo nghiên cứu của trường Đại học Nông nghiệp Trung Quốc, các chất ô nhiễm chứa ion Amoni và nitơ từ nước thải của ngành nông nghiệp, và công nghiệp ở Trung Quốc đã tăng hơn một nửa trong 30 năm qua (đến năm 2010), làm dấy lên lo ngại về môi trường đang xuống cấp của quốc gia này [10]. Đã có nhiều công trình khoa học sử dụng kỹ thuật đồng vị kết hợp với các phương pháp khác để nghiên cứu về nguồn gốc ô nhiễm Amoni cũng như sự di chuyển của chất này từ trong môi trường đất vào nước ngầm thông qua các quá trình biến đổi các hợp chất nitơ. 3 1.1.2. Tình hình ô nhiễm amoni và nitrit trong môi trường nước ở Việt Nam Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng nước thải chưa xử lý, xử lý chưa đạt hiệu quả gây ô nhiễm là vấn đề rất đáng lo ngại. Khoảng hơn 1 triệu m3 nước thải/ngày được xả thẳng ra các nguồn tiếp nhận không qua xử lý đã gây ra ô nhiễm môi trường nước mặt.Chất lượng nước mặt tại những vùng chịu tác động của nguồn thải đã suy thoái, đặc biệt tại các lưu vực sông: Đồng Nai, Cầu và Nhuệ - Đáy. Sự ra đời và hoạt động của các KCN gắn liền với việc tiêu thụ một lượng nước và thải ra môi trường lượng nước thải rất lớn có mức độ ô nhiễm cao. Tuy nhiên, cho đến nay phần lớn các KCN ở nước ta đều chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung hoàn chỉnh và vận hành đúng quy trình, chỉ có một số ít KCN có trạm xử lý nước thải tập trung như: KCN Loteco (Đồng Nai), KCN Biên Hòa (Đồng Nai), KCN Nomura (Hải Phòng), KCN Nội Bài (Hải Phòng) và KCN Tân Tạo (TP. Hồ Chí Minh). Hầu hết nước thải của các nhà máy, xí nghiệp trong các KCN đều chưa được xử lý đúng mức trước khi thải ra môi trường xung quanh hoặc thải vào mạng lưới thoát nước chung (Ước tính có khoảng 70% lượng nước thải từ các KCN xả thẳng ra môi trường không qua xử lý). Quá trình sản xuất một số loại hoá chất, phân bón, thức ăn cho gia súc, sợi tổng hợp thải ra lượng khá lớn hợp chất hữu cơ chứa nitơ, các hợp chất này dễ bị thuỷ phân trong môi trường gây ra ô nhiễm Amoni.[7] Bên cạnh nước thải do hoạt động của các khu công nghiệp thì nước thải sinh hoạt (đô thị, nông thôn, khu dân cư) và các hoạt động trong nông nghiệp (sử dụng nhiều hóa chất kích thích tăng trưởng chứa nhiều Nitơ) cũng làm gia tăng ô nhiễm Amoni trong nước thải [16]. Ở ngành công nghiệp dệt may, ngành công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9 - 11; chỉ số nhu cầu oxy sinh hoá (BOD), nhu cầu oxy hoá học (COD) có thể lên đến 700mg/L và 2.500mg/L; hàm lượng chất rắn lơ lửng... cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép. Hàm lượng nước thải của các ngành 4 này có chứa xyanua (CN-) vượt đến 84 lần, H2S vượt 4,2 lần, hàm lượng NH3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép [8]. Qua khảo sát của Công ty Thoát nước Hà Nội, trung bình hệ thống thoát nước của thành phố lưu thông khoảng 450.000m3 nước thải/ngày, trong đó chủ yếu là nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. Tuy nhiên, chỉ có 5% lượng nước thải được xử lý, còn lại xả trực tiếp vào hệ thống thoát nước của thành phố. Qua số liệu quan trắc, các loại nước thải chưa qua xử lý có hàm lượng các chất bẩn cao, các chất hữu cơ. Ví dụ như hàm lượng ion Amoni tại các sông cao gấp 12 - 59 lần tiêu chuẩn cho phép[14] (Theo QCVN 40-2011/BTNMT: “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiêp”, hàm lượng ion Amoni cho phép là 5mg/L đối với xả vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt; 10mg/L đối với xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt). Qua kiểm tra, các cơ quan chức năng mới phát hiện rõ vụ việc nhà máy đạm thuộc Khu công nghiệp Khánh Phú (Ninh Bình) đã gây ô nhiễm môi trường nước cho khu vực. Cụ thể, hồi tháng 3/2012 tại kênh điều hoà nước thải khu công nghiệp Khánh Phú đoạn từ cống Kem đến cống Bà Đại kết quả mẫu nước kiểm nghiệm cho thấy hàm lượng amoni cao gấp 60 đến 80 lần cho phép. Gần đây, còn có hiện tượng cá chết hàng loạt tại ngòi sông Chanh. Các cơ quan chức năng (gồm Cảnh sát môi trường và Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Ninh Bình) bắt quả tang việc nhà máy đạm Ninh Bình xả trộm nước thải không qua xử lý ra sông Đáy với hàm lượng ion Amoni gấp 330 lần qua cống Kem vào rạng sáng ngày 17/10 vừa qua càng làm cho nhân dân địa phương bức xúc [3]. Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, ở các thành phố này, nước thải từ công nghiệp và sinh hoạt không có hệ thống xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh, mương). Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải… là những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nước môi trường nước mặt và nước ngầm. 5 Hiện tại nước của trục sông chính thuộc lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy đã bị ô nhiễm ở những mức độ khác nhau.Nước thải từ các KCN và các cơ sở sản xuất không qua xử lý xả thẳng ra môi trường hòa với nước thải sinh hoạt. Hình 1. 1 Hàm lượng N-NH4+ trên sông Nhuệ giai đoạn qua 2007 – 2009 (Nguồn: [1]) Theo đánh giá của nhiều báo cáo và hội thảo khoa học thì tình trạng ô nhiễm ion Amoni trong nước ngầm đã được phát hiện tại nhiều vùng trong cả nước. Chẳng hạn như tại thành phố Hồ Chí Minh: Theo Chi cục Bảo vệ môi trường thành phố Hồ Chí Minh, kết quả quan trắc nước ngầm tầng nông gần đây cho thấy lượng nước ngầm ở khu vực ngoại thành đang diễn biến ngày càng xấu đi. Cụ thể nước ngầm ở trạm Đông Thạch (huyện Hóc Môn) bị ô nhiễm ion Amoni (68,73 mg/L cao gấp 1,9 lần so với năm 2005) và có hàm lượng nhôm cao, độ mặn tăng và mức độ ô nhiễm chất hữu cơ cũng tăng nhanh trong những năm gần đây; nồng độ sắt trong nước ngầm của một số khu vực khác như Linh Trung, Trường Thọ (Thủ Đức), Tân Tạo (Bình Chánh)…cũng khá cao (11,76 đến 27,83 mg/L) vượt tiêu chuẩn cho phép gần 90 lần [9]. Do thực trạng hệ thống cấp- thoát nước, xử lý nước cấp và nước thải, chất thải rắn chưa đồng bộ, cộng thêm đó là sự phát triển cúa các ngành công-nông nghiệp ngày một tăng trong thời gian gần đây, chưa kể đến các quá trình diễn ra trong tự nhiên, điều kiện địa chất- thủy văn phức tạp ở vùng châu thổ sông Hồng đã gây cho nguồn nước cấp duy nhất hiện nay-nguồn nước ngầm, nguy cơ ô nhiễm ngày một cao, trong đó có ô nhiễm các hợp chất chứa nitơ. 6 Theo đánh giá của nhiều báo cáo và hội thảo khoa học thì tình trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm đã được phát hiện tại nhiều vùng trong cả nước. Chẳng hạn như tại thành phố Hồ Chí Minh: “ Theo chi cục bảo vệ môi trường thành phố Hồ Chí Minh (TP Hồ Chí Minh), kết quả quan trắc nước ngầm tầng nông gần đây cho thấy lượng nước ngầm ở khu vực ngoại thành đang diễn biến ngày càng xấu đi. Cụ thể nước ngầm ở trạm Đông Thạch (huyện Hóc Môn) bị ô nhiễm amoni (68,73 mg/L cao gấp 1,9 lần so với năm 2005). Hình 1. 2 Hàm lượng NH4+ trên sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên năm 2008 Hiện tại nước của trục sông chính thuộc lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy đã bị ô nhiễm ở những mức độ khác nhau.Nước thải từ các KCN và các cơ sở sản xuất không qua xử lý xả thẳng ra môi trường hòa với nước thải sinh hoạt [1]. Hình 1. 3 Hàm lượng N-NH4+ trên sông Nhuệ giai đoạn qua 2007 – 2009. 7 Bên cạnh sự ô nhiễm ở lưu vực các con sông thì khu vực ven bờ ở miền Bắc, Trung, Nam có hàm lượng amoni (N – NH4+) rất cao. Tại nhiều vùng cửa sông như Cửa Lục, Đồ Sơn, Ba Lạt, Rạch Giá, hàm lượng amoni đã vượt quá QCVN đối với nước biển ven bờ cho nuôi trồng thủy sản, bảo vệ thủy sinh [1]. Hình 1. 4 Diễn biến hàm lượng NH4+ trung bình trong nước biển ven bờ tại một số khu vực ven biển giai đoạn 2005-2009. Theo khảo sát của trung tâm nghiên cứu thuộc trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia và trường Đại Học Mỏ- Địa Chất thì phần lớn nước ngầm ở vùng đồng bằng Bắc Bộ như Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Hải Dương…đều bị nhiễm bẩn amoni (NH4+) rất nặng, vượt tiêu chuẩn cho phép. Tại Hà Nội, Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình, xác suất các nguồn nước ngầm nhiễm amoni ở nồng độ cao hơn tiêu chuẩn cho phép là khoảng 70-80% [1]. 1.2. Các phương pháp xử lý nitơ trong môi trường nước Có rất nhiều phương pháp xử lí amoni trong nước thải đã được các nước trên thế giới thử nghiệm và đưa vào áp dụng: Làm thoáng để khử NH3 ở môi trường pH cao (pH = 10 - 11); Clo hóa với nồng độ cao hơn điểm đột biến (break-point) trên đường cong hấp thụ Clo trong nước, tạo Cloramin; Trao đổi ion NH4+ và NO3- bằng các vật liệu trao đổi Cation/Anion; Nitrat hóa bằng phương pháp sinh học; Nitrat 8 hóa kết hợp với khử nitrat; Công nghệ Annamox, Sharon/Annamox (nitrit hóa một phần amoni, sau đó amoni còn lại là chất trao điện tử, nitrit tạo thành là chất nhận điện tử, được chuyển hóa thành khí nitơ nhờ các vi khuẩn kỵ khí; Phương pháp điện hóa, điện thẩm tách, điện thẩm tách đảo chiều; v.v... Trên thế giới, một số phương pháp xử lý amoni đã được áp dụng như phương pháp làm thoáng để khử NH3 ở môi trường pH cao (pH = 10 -11), clo hóa trong nước, trao đổi ion NH4+ với NO3- bằng vật liệu trao đổi Klynoptilolyle hay Sepiolite. Tuy nhiên, phương pháp này có giới hạn về ngưỡng hấp phụ của nhựa trao đổi ion, giá thành cao. Lọc sinh học cũng là một phương pháp hiệu quả trong việc loại bỏ amoni, tuy nhiên chi phí cao trong chế tạo các bộ lọc, có rủi ro cao về an toàn trong quá trình xử lý tiếp theo. Ở ngưỡng nồng độ cao hơn 10 - 20mg NH4+/l, vẫn chưa tìm được giải pháp công nghệ tối ưu. Hiện nay xu hướng sử dụng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên (bentonit, zeolit, laterit,...), giá thành thấp để xử lý amoni nhưng hiệu suất xử lý chưa cao, nhưng sau biến tính vật liệu này đã nâng cao được hiệu quả xử lý. Tác giả A.Mažeikiene và cộng sự (2010) đã nghiên cứu xử lý ionamonitừnước uốngbằngzeolit(clinoptilolite) tự nhiên. Hiệu quả xử lý amoni đạt 84% [22]. Biến tính của zeolite với silic và carbon (SCMZ) có thể xử lý được 0.115mg/g amoni ở pH=7, tốc độ lọc 10m/h[20]. NaCl - zeolit biến tính cho hiệu quả xử lý rất lớn từ 10-4000 mg/g theo nồng độ amoni khác nhau tại pH = 3,4 - 11,1 [49] hay sử dụng zeolit 13X bằng phương pháp khuấy trộn cũng loại bỏ amoni khoảng 0,5g/100ml ở pH=7, to =23oC, tốc độ khuấy 150rpm, thời gian khuấy trộn 30 phút [19]. Sử dụng zeolit tự nhiên, hiệu suất loại bỏ NH4+ là 4,2mg/g, nhưng kết hợp với than hoạt tính thì hiệu suất tăng lên 5,72mg NH4+/g [21]. R.A.D.Tilaki (2012) đã dùng bentonit sau khi xử lý bằng NaOH cho hiệu quả loại bỏ amoni là 25-45% và 25-50% [36]. Trần Hồng Côn và các cộng sự đã sử dụng nano MnO2 - FeOOH và nano MnO2 mang trên laterit biến tính nhiệt để xử lý amoni với tải trọng hấp phụ cực đại là 2,48mg/g (đối với MnO2 - FeOOH) và 21,4mg/g (với nano MnO2) [13]. 9 1.2.1. Phương pháp Clo hoá Clo gần như là hoá chất duy nhất có khả năng oxi hoá amoni/amoniac ở nhiệt độ phòng thành N2. Khi hoà tan Clo trong nước tuỳ theo pH của nước mà Clo có thể nằm dạng HClO hay ion ClO- do có phản ứng theo phương trình: Cl2 + H2O HCl + HClO HClO H+ + ClO- (pH<7) (pH>8) Khi trong nước có NH4+ sẽ xảy ra các phản ứng sau HClO + NH3 = H2O + NH2Cl (Monocloramin) HClO + NH2Cl = H2O + NHCl2 (Dicloramin) HClO + NHCl2 = H2O + NCl3 (Tricloramin) Nếu có Clo dư sẽ xảy ra phản ứng phân huỷ các Cloramin HClO +2 NH2Cl = N2 + 3Cl- + H2O Lúc này lượng Clo dư trong nước sẻ giảm tới số lượng nhỏ nhất vì xảy ra phản ứng phân huỷ Cloramin, điểm tương đương ứng với giá trị này gọi là điểm đột biến. Ngoài ra với lượng Clo cần dùng rất lớn, vấn đề an toàn trở nên khó giải quyết đối với các nhà máy lớn. Đây là những lý do khiến phương pháp Clo hoá mặc dù đơn giản về mặt thiết bị, rẻ về mặt kinh tế và xây dựng cơ bản nhưng rất khó áp dụng. 1.3.2. Phương pháp đuổi khí Amoni ở trong nước tồn tại dưới dạng cân bằng: NH4+ NH3 (khí hoà tan) + H+ ; pka = 9,5 Như vậy, ở pH gần 7 chỉ có một lượng rất nhỏ khí NH3 so với ion amoni. Nếu ta nâng pH tới 9.5 tỷ lệ [NH3]/[ NH4+] = 1, và càng tăng pH cân bằng càng chuyển về phía tạo thành NH3. Khi đó nếu áp dụng các kỹ thuật sục khí hoặc thổi khí thì NH3 sẽ bay hơi theo định luật Henrry, làm chuyển cân bằng về phía phải: 10
- Xem thêm -