Nghiên cứu khả năng hấp phụ lân của vật liệu tự chế chứa xi măng

  • Số trang: 53 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 8 |
  • Lượt tải: 1
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƢỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN  DƢƠNG THÚY KIỀU Luận văn tốt nghiệp Đại học Chuyên ngành Khoa học Môi trƣờng NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ LÂN CỦA VẬT LIỆU TỰ CHẾ CHỨA XI MĂNG Cán bộ hƣớng dẫn: Lê Anh Kha Cần Thơ, 2013 i PHÊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG Luận văn kèm theo đây, với tựa đề là “Nghiên cứu khả năng hấp phụ lân của vật liệu tự chế chứa xi măng”, do Dƣơng Thúy Kiều thực hiện và báo cáo đã đƣợc hội đồng chấm luận văn thông qua. Cán bộ hƣớng dẫn ThS. Lê Anh Kha Cán bộ phản biện Cán bộ phản biện PGS.TS. Bùi Thị Nga PGS.TS. Nguyễn Hữu Chiếm ii LỜI CẢM TẠ Đầu tiên, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến quý Thầy Cô trƣờng Đại học Cần Thơ, đặc biệt là quý Thầy Cô trong bộ môn Khoa học Môi Trƣờng – Khoa Môi Trƣờng & TNTN đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu dƣới mái trƣờng đại học. Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Lê Anh Kha – ngƣời đã tạo điều kiện cho tôi vƣợt qua những khó khăn trong nghiên cứu cũng nhƣ việc thầy đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu, luôn dìu dắt, quan tâm, tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp. Bên cạnh, tôi cũng xin gởi lời cảm ơn đến bạn Huỳnh Thị Kim Loan, Trƣơng Nguyễn Minh Kha, Dƣơng Thị Cẩm Giang đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình cùng tôi thực hiện đề tài này. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những ngƣời thân và tất cả các bạn bè, đặc biệt là tập thể lớp Khoa học môi trƣờng khóa 35 đã động viên, chia sẻ, hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập trên giảng đƣờng đại học và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn ! Ngƣời thực hiện Dƣơng Thúy Kiều iii TÓM LƢỢC Đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ lân của vật liệu tự chế chứa xi măng” đƣợc thực hiện tại Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên thiên nhiên từ ngày từ tháng 01/2013 đến tháng 04/2013. Đề tài nhằm nghiên cứu tìm ra vật liệu tự chế có khả năng hấp phụ lân có chứa xi măng. Qua kết quả thí nghiệm tìm đƣợc vật liệu có khả năng hấp phụ lân với tỉ lệ phối trộn xi măng: đất phèn = 1:2. Thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ PO43- tối đa của vật liệu khi nghiền, trong 20 phút đầu hiệu suất xử lý rất cao 90.56% khi sử dụng dung dịch PO43- pha có nồng độ 202.09 mgPO 43-/L. 1g vật liệu hấp phụ 13.04 mgP thời gian 70 phút. Xác định thời gian hấp phụ lân tối ƣu của vật liệu dạng hạt khi sử dụng dung dịch nồng độ 101.45 mgPO 43-/L sau 20 giờ 1g vật liệu hấp phụ 2.92 mgP, trị số pH nằm trong khoảng cho phép của cột A (6-9) của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT. Kết quả thí nghiệm với hệ thống cột lọc chạy áp suất xét về mặt lƣu tốc 2.7 lít/giờ, thể tích xử lý trung bình 17.5 lít và khả năng hấp phụ lân trung bình của 1g vật liệu là 2.57 mgP. Trị số pH nằm trong khoảng cho phép của cột A (6-9) của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT. iv MỤC LỤC Trang PHÊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG ................................................................................ ii LỜI CẢM TẠ ............................................................................................................ iii TÓM LƢỢC .............................................................................................................. iv MỤC LỤC.................................................................................................................. v DANH SÁCH HÌNH ................................................................................................ vii DANH SÁCH BẢNG .............................................................................................. viii CHƢƠNG I. MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1 CHƢƠNG II. LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU .................................................................... 3 2.1 Sơ lƣợc về photpho (lân) .............................................................................. 3 2.1.1 Nguồn gốc và dạng tồn tại .................................................................... 3 2.1.2 Hiện tƣợng phú dƣỡng hóa.................................................................... 4 2.2 Sơ lƣợc về xi măng ......................................................................................... 6 2.2.1 Thành phần khoáng của clanhke xi măng poóc lăng .......................... 6 2.2.2 Thành phần hóa của clanhke xi măng poóc lăng ................................ 7 2.2.3 Xi măng poóc lăng hỗn hợp .................................................................. 9 2.2.4 Tính chất của xi măng poóc lăng .......................................................... 9 2.2.5 Nguyên liệu sản xuất xi măng............................................................. 10 2.2.6 Các quy trình công nghệ sản xuất xi măng Poóc lăng ...................... 12 2.3 Sơ lƣợc về đất phèn........................................................................................ 12 2.4 Sơ lƣợc về các phƣơng pháp xử lý nƣớc .................................................. 14 2.4.1 Trao đổi ion .......................................................................................... 14 2.4.2 Lọc .......................................................................................................... 14 2.4.3 Hấp phụ .................................................................................................. 15 2.5 Một số vât liệu hấp phụ đƣợc nghiên cứu trƣớc đây ................................. 16 2.5.1 Than hoạt tính ........................................................................................ 16 2.5.2 Zeolite ................................................................................................... 17 CHƢƠNG III. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................... 18 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ............................................................. 18 3.2 Vật liệu và phƣơng tiện thí nghiệm ........................................................... 18 3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 18 3.3.1 Chuẩn bị vật liệu .................................................................................. 18 3.3.2 Các thí nghiệm loại photphat của vật liệu ......................................... 19 3.4 Phƣơng pháp phân tích ............................................................................... 22 3.5 Phƣơng pháp xử lý số liệu…………………………………………………22 CHƢƠNG IV. KẾT QUẢ THẢO LUẬN ................................................................ 23 4.1 Thí nghiệm1: Xác định khả năng hấp phụ PO 43- của vật liệu ................. 23 4.2 Thí nghiệm 2: Kiểm tra sự phóng thích photphat của vật liệu ............... 24 4.3 Thí nghiệm 3: Xác định khả năng hấp phụ PO 43- tối đa của vật liệu .... 25 4.4 Thí nghiệm 4: Xác định thời gian hấp phụ lân tối ƣu của vật liệu ......... 27 4.5 Thí nghiệm 5: Thí nghiệm làm tăng khả năng loại lân của vật liệu (khả năng hấp phụ thực tế) .......................................................................................... 28 v 4.6 Thí nghiệm 6: Xác định các dạng lân sau phản ứng……………………30 CHƢƠNG V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................... 31 5.1 Kết luận…………………………………………………………………...32 5.2 Kiến nghị………………………………………………………………….32 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vi DANH SÁCH HÌNH Trang Hình 3.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm với cột lọc tự chế…………………………...22 Hình 4.1. Nồng độ PO43- còn lại của các đối tƣợng nghiên cứu với nồng độ trong dung dịch là 205.01mgPO 4 3-/L…………………………………………...23 Hình 4.2. Sự phóng thích P-PO43- của 1g vật liệu……………………………..25 Hình 4.3. Nồng độ PO43- còn lại sau 70 phút thí nghiệm của vật liệu đã nghiền……………………………………………………………………………25 Hình 4.4 Nồng độ PO43- còn lại sau 20 giờ thí nghiệm của vật liệu dạng hạt...27 Hình 4.5. Nồng độ trung bình P-PO43- đầu vào và đầu ra của hệ thống cột lọc qua 3 đợt thí nghiệm…………………………………………………………….29 Hình 4.6. Tỷ lệ phần trăm các dạng lân sau xử lý………………..………………...31 vii DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng 3.1. Mô tả nghiệm thức của thí nghiệm 1………...………….................19 Bảng 3.2. Mô tả nghiệm thức của thí nghiệm 2…..……………………………20 Bảng 3.3. Mô tả nghiệm thức của thí nghiệm 3……………………………….21 Bảng 4.1. Trị số pH của đất phèn; xi măng; tỉ lệ phối trộn của đất phèn và xi măng……………………………………………………………………………..24 Bảng 4.2. Khả năng hấp phụ lân của 1g vật liệu trong 1000ml dung dịch pha có nồng độ 200.28 mgPO 43-/L……………………………………………………...26 Bảng 4.3. Khả năng hấp phụ lân của 1g vật liệu trong 1000ml dung dịch pha có nồng độ 101.45 mgPO 43-/L……………………………………………………...28 Bảng 4.4. Tổng thể tích xử lý, tổng số mgP xử lý và số mgP đƣợc vật liệu hấp phụ……………………………………………………………………………….29 Bảng 4.5. Các chỉ tiêu theo dõi trong hệ thống cột lọc………………………...30 Bảng 4.6. Các dạng lân tính theo mgP/L……………………………………….30 viii Luận văn tốt nghiệp CBHD Lê Anh Kha CHƢƠNG I. MỞ ĐẦU Ngày nay, xã hội càng phát triển thì nhu cầu về cuộc sống của con ngƣời cũng ngày càng tăng lên, kéo theo đó là sự phát triển ồ ạt của các khu đô thị, khu công nghiệp, tăng cƣờng sản xuất để chạy theo lợi nhuận mà không chú trọng tới bảo vệ môi trƣờng. Tình trạng nhiều khu công nghiệp, nhà máy, khu đô thị xả nƣớc thải chƣa qua xử lý xuống hệ thống sông hồ đã và đang gây ô nhiễm nguồn nƣớc mặt trên diện rộng, dẫn đến nhiều vùng có nƣớc nhƣng không sử dụng đƣợc. Đặc biệt nƣớc thải từ hoạt động của các cơ sở sản xuất công nghiệp và khu công nghiệp, đang là nguồn gây áp lực lớn nhất đến môi trƣờng nƣớc mặt lục địa (www.monre.gov.vn). Hậu quả là môi trƣờng ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng gây ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe và cuộc sống của con ngƣời. Sau khi sử dụng nƣớc bị nhiễm bẩn do chứa nhiều vi sinh vật và các chất ô nhiễm khác. Nếu không đƣợc xử lý trƣớc khi thải vào nguồn nƣớc công cộng, nƣớc thải sẽ làm ô nhiễm môi trƣờng. Vì vậy nƣớc thải cần đƣợc xử lý hết sức thích đáng trƣớc khi thải vào sông, hồ... (Lê Hoàng Việt, 2003). Gần đây hiện tƣợng phú dƣỡng đƣợc coi là vấn đề nan giải trong ô nhiễm nƣớc. Tuy nhiên tần suất "nở hoa" tảo cũng tăng lên ở các vùng nƣớc duyên hải cho thấy vấn đề này không còn là trƣờng hợp điển hình. Theo Lƣơng Đức Phẩm (2002) đạm, lân là thành phần dinh dƣỡng rất quan trọng và thiết yếu cho các vi sinh vật phát triển nhƣng đây cũng là nhân tố ô nhiễm và góp phần thúc đẩy hiện tƣợng phú dƣỡng hóa. Để khống chế hiện tƣợng tảo nở hoa phải loại bỏ photpho ra khỏi nƣớc thải (Lê Hoàng Việt, 2003). Đã có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về khả năng hấp phụ lân, theo Trần Đức Hạ (2002) dùng các hóa chất keo tụ gốc sắt hoặc nhôm để khử các muối photphat trong nƣớc thải; loại bỏ lân bằng vật liệu tự chế đất phèn nung (Nguyễn Hồng Xuyến 2007); Trƣơng Thị Hồng Quyên (2009) đánh giá khả năng hấp phụ lân trong nƣớc thải của một số loại đất phèn nung … theo Lê Anh Kha và Masayuki SEto (2003) sử dụng những loại đất nung có thể loại lân trong nƣớc thải; K. Sakadevan, H.J. Bavor (1998) hấp phụ lân bằng đất, xỉ và zeolite trong hệ thống đất ngập nƣớc (www.sciencedirect.com); theo Sapek và Barbara (2012) than bùn có thể hấp phụ đƣợc photpho (www.degruyter.com). Từ những nhu cầu của thực tiễn cũng nhƣ nối tiếp những đề tài nêu trên, đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ lân của vật liệu tự chế c hứa xi măng” đƣợc thực hiện với: 1 SVTH Dương Thúy Kiều Luận văn tốt nghiệp CBHD Lê Anh Kha  Mục tiêu tổng quát: tìm ra vật liệu có khả năng hấp phụ  Mục tiêu cụ thể: tìm ra vật liệu hấp phụ lân có chứa xi lân. măng. Để đạt đƣợc các mục tiêu trên cần thực hiện các nội dung sau: - Tạo vật liệu - Định tính khả năng hấp phụ lân của vật liệu - Định lƣợng khả năng hấp phụ lân của vật liệu. 2 SVTH Dương Thúy Kiều Luận văn tốt nghiệp CBHD Lê Anh Kha CHƢƠNG II. LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Sơ lƣợc về photpho (lân) 2.1.1 Nguồn gốc và dạng tồn tại Photpho trong nƣớc thải có nguồn gốc chủ yếu từ phân ngƣời đƣợc ƣớc tính là 0.2-1.0 kg/P/ngƣời/năm hoặc trung bình là 0.6 kg; nƣớc tiểu, đồ thải thức ăn, chất tẩy rửa tổng hợp đƣợc ƣớc tính là 0.3 kg/ngƣời/năm, chất thải từ sản xuất công nghiệp, chất chống ăn mòn các đƣờng ống dẫn nƣớc. Photpho là nguyên tố cơ bản cho sự sống, có mặt ở tất cả quá trình liên quan đến sự sống và trong rất nhiều ngành nghề sản xuất công nghiệp, nông nghiệp. Hợp chất hóa học chứa photpho là thành phần dinh dƣỡng trong phạm trù nƣớc thải và là đối tƣợng gây ô nhiễm khá nghiêm trọng cho môi trƣờng, thải 1kg photpho sẽ sinh ra đƣợc 138 kg COD dƣới dạng tảo chết. Nguồn nƣớc thải giàu chất dinh dƣỡng photpho thƣờng xảy ra hiện tƣợng tảo và các thủy thực vật khác phát triển nhanh tạo nên mật độ lớn cùng với sự có mặt của nitơ. Trong nƣớc thải, photpho tồn tại chỉ ở một dạng hóa trị +5 và do vậy hợp chất photpho tồn tại trong tự nhiên không nhiều: hợp chất muối và este của axit photphoric. Axit photphoric, H 3PO 4 là một axit yếu với bậc 3 phân li. Khi phân li, gốc photphat hình thành là thành phần tham gia quá trình sinh hóa của tế bào động vật, thực vật. Vi sinh vật và nhiều cơ thể sống sử dụng photphat đơn (ortho-photphat) này để tạo thành hợp chất hữu cơ chứa photphat trong các tế bào: axit nucleic, photpho lipit, adenosine triphotphat, hormone. Canxi photphat là thành phần chính của xƣơng. Photpho đƣợc hòa trộn chủ yếu trong các axitnuckeic, các photpho lipit và các polymer của màng vi khuẩn. Trong một số trƣờng hợp chúng tập trung trong tế bào dạng pometa photphat và có một tỉ lệ nhỏ photphat đƣợc khuếch tán đƣợc nhƣ ATP (Ngô Thị Hồng Chi, 2005). Photpho chiếm tỉ lệ khoảng từ 1.5 đến 2.0 % trọng lƣợng thô của khối vi sinh nhƣng tỉ lệ phần trăm này sẽ tăng theo tốc độ sinh trƣởng của vi sinh vật và biến đổi ngƣợc chiều với nhiệt độ (Ngô Văn Tố, 1999). Ngoài dạng photphat đơn và photphat hữu cơ, polyphotphat là dạng tồn tại khác hay gặp trong nƣớc thải. Polyphotphat là hợp chất tạo thành do quá trình trùng ngƣng của axit photphoric. Phụ thuộc vào cách sắp xếp của gốc photphat có thể tạo ra polyphotphat mạch thẳng hay mạch vòng 3 SVTH Dương Thúy Kiều Luận văn tốt nghiệp CBHD Lê Anh Kha (polymetaphotphat). Chúng có độ tan thấp. Trong môi trƣờng nƣớc, tất cả các dạng polyphotphat đều có thể phân hủy tạo thành photphat đơn. Photphat là hợp chất không dễ bay hơi, dễ tạo thành hợp chất có tính tan thấp (với Al3+ , Fe 2+, Ca2+ ) nên chúng chỉ tồn tại trong môi trƣờng nƣớc và trong đất, trầm tích. Trong các trầm tích do hoạt động của các vi sinh vật yếm khí, photpho dạng không tan lại đƣợc tiết ra dƣới dạng photphat đơn tan vào nƣớc, chúng lại đƣợc tảo và vi sinh vật hấp thu. Khả năng tồn tại của phothat sinh học hoàn toàn phụ thuộc vào pH: - Ở pH thấp (môi trƣờng axit ): photpho gắn chặt với các hạt sét và tạo thành các chất tổng hợp không tan với ion sắt (ví dụ Fe(OH) 2H2PO4 ) và nhôm (Al(OH) 2H 2PO4). Do sự xuất hiện của ion Fe 3+ và Al3+ trong đất của cặn lắng và nƣớc, nên lƣợng photpho hòa tan rất thấp trong điều kiện axit. Khi môi trƣờng không có oxy, photpho đƣợc cố định là các phức hợp sắt không tan, có thể giải phóng Fe 3+ , giảm thành Fe 2+ và tạo thành sunfit sắt. - Trong điều kiện pH cao (môi trƣờng kiềm ): photpho hình thành các hợp chất không hoà tan khác nhất là canxi (ví dụ hydroxyapatite Ca10(PO4)6 (OH) 2). Trong điều kiện hiếu khí có Ca, Al và ion Fe thì photphat tan nhiều nhất ở pH = 6 – 7. 2.1.2 Hiện tƣợng phú dƣỡng hóa Khái niệm phú dƣỡng hóa xuất phát từ tiếng “Hy Lạp” có nghĩa là “dƣ thừa dinh dƣỡng”, bƣớc đầu tiên của phú dƣỡng hóa là việc xâm nhập các chất dinh dƣỡng làm cho thực vật quang hợp và phát triển mạnh sinh ra một sinh khối lớn. Khi chúng chết đi thì tích tụ lại ở đáy hồ phân hủy từng phần, tiếp tục giải phóng các chất dinh dƣỡng: photpho, nitơ và kali. Dinh dƣỡng tích lũy cao trong nƣớc ao sẽ tạo nên hiện tƣợng phú dƣỡng đặc biệt là hàm lƣợng đạm (N), lân (P) cao sẽ dẫn đến sự nở hoa của nhiều loại tảo có khả năng gây độc và gây ô nhiễm nguồn nƣớc (Lê Trình, 1997). Con ngƣời là nguyên nhân gây nên sự giàu dinh dƣỡng cho các hệ nƣớc ngọt và nƣớc biển ven bờ. Nitơ và photpho theo nƣớc thải sinh hoạt, sản xuất và hoạt động nông nghiệp xả xuống các thủy vực không qua xử lý là nguyên nhân gây ra sự ô nhiễm cho các nguồn nƣớc. Các chất gây ô nhiễm hữu cơ bị khử dần do hoạt động của vi sinh vật, quá trình này gây ra sự giảm oxy dƣới hạ lƣu, làm đƣờng cong oxy giảm xuống. Mức độ oxy hoá phụ thuộc vào sự pha loãng của dòng thải và thành phần tính chất nƣớc thải. Lƣợng chất hữu cơ này đƣợc đánh giá qua nhu cầu 4 SVTH Dương Thúy Kiều Luận văn tốt nghiệp CBHD Lê Anh Kha oxy sinh hóa (BOD 5) và nhu cầu oxy hóa học (COD). Dòng thải có BOD 5 và COD cao gây ra sự thiếu hụt oxy cho thủy vực. Với các mức độ xả lớn hay ở đầu nguồn xả có thể làm cho nguồn nƣớc bị phú dƣỡng (Eutrophication). Hiện trạng ô nhiễm tự nhiên chủ yếu đƣợc xác định bằng độ màu mỡ của lƣu vực chứa nƣớc. Photphat thƣờng hạn chế dinh dƣỡng trong các nơi cƣ trú nƣớc ngọt, còn nitơ là yếu tố hạn chế chủ yếu ở các vùng nƣớc biển. Những chất thải dinh dƣỡng giàu nitơ và photpho do con ngƣời gây ra thƣờng làm phú dƣỡng thuỷ vực. Lúc đầu ảnh hƣởng còn nhỏ, sinh khối tăng ít. Quá trình tiếp tục, dần dần dẫn đến toàn bộ hệ sinh thái của hệ thống bị xáo trộn. Những thay đổi chủ yếu diễn ra trong thành phần các loài thực vật nổi (phytoplankton), chủ yếu sinh sôi các loài "nở hoa" gồm cả tảo lục độc. Với sản lƣợng tảo tăng lên làm cho độ đục tăng, độ xuyên ánh sáng giảm, gây tổn thất cho hệ đại thực vật (Marcrophyte) mọc dƣới nƣớc. Các hệ thực vật này là thức ăn cho các hệ động vật hồ, là nơi cƣ trú của cá và động vật không xƣơng sống. Do tổn thất này, các loài động vật không xƣơng sống bị cạn kiệt, thành phần của quần xã cá bị thay đổi. Đặc biệt là vào mùa xuân, khi nhiệt độ, ánh sáng tăng lên và nƣớc phân tầng, sinh khối tảo tăng nhanh, rồi chết gây ra màu nƣớc xanh do sự phân hủy của tảo, tạo ra mùi khó chịu và một số chất đ ộc, làm giảm hàm lƣợng oxy của nƣớc một cách nghiêm trọng, thƣờng gây chết cá. Do các loài "nở hoa" thƣờng gây độc cho ngƣời và động vật nuôi nên phải cẩn thận, không để vật nuôi vào các vùng này và đặc biệt lƣu ý trong việc cấp nƣớc uống, không để nƣớc bị nhiễm bẩn của nƣớc hồ bị phú dƣỡng. Nồng độ photphat trong nƣớc ô nhiễm thƣờng không nhỏ hơn 0.01 mg/L. Nƣớc sông bị ô nhiễm do nƣớc thải đô thị, nƣớc thải công nghiệp hoặc chảy tràn từ đồng ruộng có chứa phân bón có thể có nồng độ photphat đến 0.5 mg/L. Theo nhiều tác giả khi hàm lƣợng photphat đạt dến mức 0.01 mg/L tính theo P và tỉ lệ P:N:C vƣợt quá 1:16:100 thì sẽ gây ra hiện tƣợng phú dƣỡng nguồn nƣớc gây tắc nghẽn đƣờng ống, kênh rạch,…Rong tảo phát triển nhiều sẽ làm cạn kiệt nguồn ôxy hòa tan.Theo Lê Hoàng Việt (1999) để oxi hóa hoàn toàn 1 mg photpho hữu cơ cần 160 mg oxy vì vậy sẽ làm cho DO giảm và BOD tăng dẫn đến cá chết và có xuất hiện mùi hôi thối. Ở những nơi không có đủ photphat hoặc những nơi tảo lam phát triển mạnh, cố định nitơ từ khí quyển với một lƣợng đủ thì photphat lại trở thành yếu tố hạn chế, cân bằng bị phá vỡ và nitrat lại tăng. Ví dụ: nếu trong thủy vực tỉ lệ giữa photphat và nitrat là 1:15 thì tất cả các thực vật ở nƣớc sẽ có khả năng sử dụng toàn bộ photphat và thừa nitrat. 5 SVTH Dương Thúy Kiều Luận văn tốt nghiệp CBHD Lê Anh Kha Mức photphat vô cơ trong nƣớc tổng hợp đƣợc chấp nhận từ 0.03-0.04 mg/L (Hoàng Hƣng, 2000). 2.2 Sơ lƣợc về xi măng Xi măng poóc lăng là chất kết dính có khả năng đông kết, rắn chắc và phát triển cƣờng độ trong môi trƣờng không khí và môi trƣờng nƣớc, thƣờng đƣợc gọi là chất kết dính rắn trong nƣớc hay chất kết dính thủy, chứa khoảng 70-80% silicat canxi. Nên còn có tên gọi là xi măng silicat. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682:1999, xi măng poóc lăng (PC) là loại chất kết dính đƣợc cấu tạo bằng cách nghiền mịn clanhke xi măng poóc lăng với một lƣợng thạch cao (3 – 5% ) cần thiết. Clanhke ở dạng hạt đƣợc sản xuất bằng cách nung cho vôi kết khối (ở 1450 o C) hỗn hợp chứa cacbanat canxi (đá vôi) và alumosilicat (đất sét, đá macnơ, xỉ lào cao…). Thạch cao có tác dụng điều chỉnh thời gian ngƣng kết của xi măng. Trong quá trình nghiền thì có thể sử dụng phụ gia công nghệ nhƣng không quá 1% so với khối lƣợng clanhke. Khi nghiền xi măng poóc lăng có cho thêm phụ gia trơ hay phụ gia hoạt tính, sản phẩm lúc đó gọi là xi măng hỗn hợp (PCB). Theo TCVN 260:1997 quy định tổng lƣợng phụ gia đƣa vào tính với khối lƣợng clanhke không vƣợt quá 40% trong đó phụ gia đầy không vƣợt quá 20%. 2.2.1 Thành phần khoáng của clanhke xi măng poóc lăng Clanhke xi măng poóc lăng là bán thành phẩm của công nghệ sản xuất xi măng tồn tại ở dạng hạt có kích thƣớc từ 10mm đến 40mm phụ thuộc vào dạng lò nung. Theo thành phần khoáng, clanhke xi măng poóc lăng bao gồm chủ yếu là các khoáng canxi silicat chiếm khoảng 70 – 80%. Các khoáng này là khoáng alit (3Ca. SiO 2) và bêlit (2Ca.SiO 2), chúng quyết định các tính chất chủ yếu của xi măng. Các khoáng tricanxi aluminat (3CaO.Al 2O3), tetracanxi aluminoferit (4CaO. Al2O3. Fe 2O3) và pha thủy tinh nằm xen kẽ giữa các khoáng alit và bêlit đƣợc gọi là khoáng trung gian. Khoáng alit (3Ca.SiO 2: tricanxi silicat, ký hiệu là C 3S) là khoáng quan trọng nhất của clanhke xi măng poóc lăng. C 3 S tạo cho xi măng có cƣờng độ cao, đông kết rắn chắc nhanh và có ảnh hƣởng đến nhiều các tính chất khác của xi măng. Trong clanhke xi măng poóc lăng, khoáng C3S có hàm lƣợng nằm trong khoảng 45 – 60%. 6 SVTH Dương Thúy Kiều Luận văn tốt nghiệp CBHD Lê Anh Kha Khoáng bêlit (2Ca. SiO 2 : đicanxi silicat) đƣợc ký hiệu là C 2S. C 2S chiếm khoảng 20 – 30% khối lƣợng clanhke là thành phần khoáng quan trọng của clanhke. Khoáng C 2S có tính là đông kết rắn chắc chậm nhƣng cƣờng độ cuối cùng là tƣơng đối cao. Chất trung gian phân bố giữa khoáng alit và bêlit là các pha canxi alumoferit, canxi aluminat và pha thủy tinh. 2.2.2 Thành phần hóa của clanhke xi măng poóc lăng Clanhke xi măng poóc lăng bao gồm các oxit chính là CaO, SiO 2, Al2O3, Fe2O3 với tổng hàm lƣợng khoảng 95 – 97%. Ngoài ra còn có các oxit khác với hàm lƣợng nhỏ nhƣ MgO, TiO 2, K2O, P 2O5, SO3,... Hàm lƣợng các oxit phụ thuộc vào loại clanhke xi măng poóc lăng và thƣờng dao động trong khoảng: CaO = 63 – 66% SO3 = 0.3 – 1% SiO 2 = 21 – 24% P2O5 = 0.1 – 0.3% Al2O 3 = 4 – 9% K2O + Na 2O = 0.4 – 1% Fe2O 3 = 2 – 4% TiO2 + Cr 2O3 = 0.2 – 0.5% MgO = 0.5 – 5% Hàm lƣợng các oxit trong clanhke xi măng có mức độ ảnh hƣởng khác nhau đến các tính chất của xi măng poóc lăng. Canxi oxit (CaO) chủ yếu trong nguyên liệu đá vôi. Trong quá trình nung luyện tạo thành clanhke, CaO sẽ liên kết với các oxit khác ở điều kiện nhất định để tạo thành hợp chất hóa học quyết định tốc độ đông kết rắn chắc và cƣờng độ xi măng. Khi hàm lƣợng CaO càng lớn, xi măng đông kết rắn chắc nhanh, cƣờng độ cao nhƣng kém bền trong môi trƣờng xâm thực sun phát. Silic oxit (SiO 2) chủ yếu có trong nguyên liệu đất sét. Trong quá trình nung luyện tạo thành clanhke, SiO 2 sẽ tác dụng với CaO tạo thành các hợp chất khoáng canxi silicat. Khi hàm lƣợng SiO 2 càng nhiều thì ngoài việc tạo thành C3S ra, khoáng canxi silicat có độ bazơ thấp (C 2S) đƣợc tạo thành sẽ tăng lên. Hàm lƣợng khoáng C 2S tăng, xi măng đông kết rắn chậm, cƣờng độ phát triển chậm và không cao ở thời kỳ đầu rắn chắc. Nhôm oxit (Al2O3) trong clanhke xi măng tham gia vào quá trình tạo nên các khoáng nóng chảy canxi aluminat. Khi hàm lƣợng Al 2O3 càng nhiều, hàm lƣợng khoáng C 3A đƣợc tạo thành càng lớn, khả năng xuất hiện pha lỏng trong clanhke càng sớm và càng nhiều, xi măng đông kết rắn chắc nhanh nhƣng cƣờng độ thấp và kém bền trong môi trƣờng xâm thực sun phát Al 2 O3 chiếm khoảng 4 – 8%. 7 SVTH Dương Thúy Kiều Luận văn tốt nghiệp CBHD Lê Anh Kha Sắt oxit (Fe 2O3) trong clanhke xi măng có tác dụng làm giảm nhiệt độ thiêu kết của quá trình nung và tham gia vào quá trình tạo khoáng tetracanxi alumooferit (C 4AF). Hàm lƣợng oxit này càng lớn thì nhiệt độ nung càng đƣợc hạ thấp, khoáng C 4AF đƣợc tạo thành nhiều, xi măng có độ bền cao trong môi trƣờng sun phát nhƣng cƣờng độ xi măng không cao. 2.2.3 Xi măng poóc lăng hỗn hợp Xi măng poóc lăng hỗn hợp (PCB) đƣợc tạo thành do nghiền lẫn clanhke xi măng poóc lăng, thạch cao và phụ khoáng. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6260:1997, hàm lƣợng phụ gia khoáng pha vào có thể lớn đến 40% theo trọng lƣợng, trong đó hàm lƣợng phụ gia khoáng trơ không lớn hơn 20%. Xi măng poóc lăng hỗn hợp có hai mác là PCB 30 và PCB 40. Phụ gia khoáng pha vào xi măng gồm có phụ gia khoáng trơ và phụ gia khoáng hoạt tính, trong đó phụ gia khoáng hoạt tính là phụ gia chủ yếu sử dụng để trộn vào xi măng poóc lăng. Các phụ gia khoáng hoạt tính có ảnh hƣởng thuận lợi đến xi măng poóc lăng do nó có thể cải thiện cấu trúc đá xi măng và bê tông, tăng độ bền đối với tấn công của sun phát, tăng tính chống thấm, giảm nhiệt hyđrát và sự dãn nở nhiệt, tăng tính công tác và làm giảm giá thành sản phẩm. Ở nƣớc ta hiện nay có hai dạng xi măng hỗn hợp chủ yếu là xi măng poóc lăng puzơlan và xi măng poóc lăng xỉ. (Phùng Văn Lƣ- Phạm Duy Hữu- Phan Khắc Trí, 2007) 2.2.4 Tính chất của xi măng poóc lăng Độ nhỏ: xi măng có độ nhỏ (mịn ) cao sẽ dễ tác dụng với nƣớc, rắn chắc nhanh. Độ nhỏ có thể đƣợc xác định bằng cách sằng trên sàng N0008 (4900 lỗ/cm2) hoặc đo tỉ lệ diện tích bề mặt của xi măng (cm2/g). Đối với loại xi măng bình thƣờng yêu cầu lƣợng sót trên sàng không quá 15%. Khối lƣợng riêng của xi măng poóc lăng (không có phụ gia và khoáng) là 3.05 – 3.15g/cm3. Còn khối lƣợng thể tích tùy theo độ lèn chặt: đối với xi măng xốp là 1100; đối với xi măng lèn chặt là 1600, còn đối với xi măng lèn chạt trung bình là 1300 kg/m3. Lƣợng nƣớc tiêu chuẩn của xi măng là lƣợng nƣớc đảm bảo xi măng đạt độ dẻo tiêu chuẩn. Lƣợng nƣớc của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, độ mịn của nó và dao động trong khoảng 23 – 28%. Cƣờng độ và mác của xi măng: theo TCVN 4032:1985 mác của xi măng đƣợc xác định dựa theo cƣờng độ chịu uốn của ba mẫu vữa xi măng hình dầm (kích thƣớc 4 x 4 x 16 cm) chế tạo từ hỗn hợp xi măng - cát bằng 1:3 và lƣợng nƣớc yêu cầu, dƣỡng hộ 28 ngày trong điều kiện tiêu chuẩn (1 ngày trong 9 SVTH Dương Thúy Kiều Luận văn tốt nghiệp CBHD Lê Anh Kha khuôn ở ngoài không khí ẩm, 27 ngày sau trong nƣớc có nhiệt độ thƣờng) và theo cƣờng độ chịu nén của 6 nửa mẫu. 2.2.5 Nguyên liệu sản xuất xi măng Clanhke xi măng poóc lăng (XMP ) đƣợc chế tạo bằng cách nung đến kết khối hỗn hợp phối liệu các cấu tử cơ bản: CaO, SiO 2, Al2O3, Fe2O3 . Với tỷ lệ hàm lƣợng xác định đƣợc tính toán theo tính chất yêu cầu của - Cấu tử đá vôi: Đá vôi là cấu tử chính của hỗn hợp phối liệu, dùng sản xuất clanhke XMP, nên không thể thiếu đƣợc. Trong thiên nhiên đá vôi thƣờng tồn tại dƣới nhiều dạng: + Đá vôi : 90 – 100% CaCO 3 + Đá vôi - mergel : 75 – 90% CaCO3 + Đá mergel : 40 – 70% CaCO3 Vì thành phần phối liệu của clanhke XMP chứa khoảng 75% CaCO 3, nên đá vôi và đá vôi mergel rất thích hợp dùng làm nguyên liệu để sản xuất clanhke XMP, đặc biệt là đá vôi mergel, vì thành phần gần giống thành phần phối liệu của clanhke XMP, nên có thể đơn giản hóa quá trình kỹ thuật sản xuất clanhke XMP. Trong đá vôi ngoài thành phần chủ yếu là CaCO 3, còn có thể cho phép lẫn 1 hàm lƣợng nhỏ MgO (<5%) và hàm lƣợng nhỏ R 2O (<1%). Ngoài đá vôi và dá vôi mergel là những nguyên liệu thiên nhiên chứa CaO, còn có thể dùng các phế liệu chứa CaO khác để sản xuất clanhke XMP. Bùn nephelin: là phế liệu của ngành sản xuất nhôm, có thành phần hóa học nằm trong các giới hạn sau: SiO2 = 5 – 30%. Al2O3 = 2 – 5%. Fe2O3 = 3 – 5%. CaO = 50 – 55%. R2O = 1.5 – 3%. Dùng bùn nephelin sản xuất clanhke rất có lợi, vì chỉ cần thêm một lƣợng CaO thích hợp, khi nung luyện tiêu tốn ít nhiệt năng, năng suất lò có, tuy nhiên, nhƣợc điểm là hàm lƣợng R 2O cao. Xỉ lò cao: là phế liệu của ngành sản xuất gang, thành phần hóa học gần giống với clanhke XMP, chỉ khác nhau về hàm lƣợng các oxit. 10 SVTH Dương Thúy Kiều Luận văn tốt nghiệp CBHD Lê Anh Kha SiO2 = 3 – 38%. Al2O3 = 8 – 24%. CaO = 40 – 50%. MgO = 1 – 18%. MnO = 1 – 3%. Xỉ lò cao có thể dùng làm nguyên liệu, cũng có thể dùng làm phụ gia sản xuất XMP. - Cấu tử đất sét: Trong thiên nhiên đất sét tồn tại dƣới dạng nham thạch trầm tích, chúng là những alumosilicat có thành phần hóa học khác nhau: + Kaolinit: Al2O3 .2SiO 2.2H2O (SiO 2=46,5%; Al2O3=39.5%; H 2O = 14%). + Montmorillonit: Al4[Si8O20][OH] 4.nH 2O (SiO 2=66.7%; Al2O3 = 38.2%; H 2 O = 5%) + llit: K2 Al4[Al2Si6O20][OH]4.pH2O (SiO 2 =45.2%; Al2O3 = 38.2%; H 2O = 4.5%; K2O = 11.8%). Ngoài ra còn các alumosilicat khác cũng có thể dùng làm nguyê n liệu sản xuất clanhke XMP nhƣ: đá bọt, granit … Trong đất sét ngoài thành phần chủ yếu là SiO 2 và Al2O3 còn chứa các tạp chất khác nhƣ: Fe 2O3 (7 – 10%), SO3 (1%), R2O (<1%). Đất sét dùng sản xuất clanhke XMP yêu cầu không chứa MgO, sun fat và có hàm lƣợng kiềm nhỏ. - Các loại phụ gia khác: Trong công nghiệp sản xuất XMP, ngoài những nguyên liệu chính là đá vôi và đất sét, còn dùng các loại phụ gia khác pha vào khi nghiề n clanhke. Việc sử dụng phụ gia trong công nghiệp sản xuất xi măng poóc lăng có ý nghĩa rất lớn về mặt kỹ thuật cũng nhƣ về hiệu quả kinh tế. + Phụ gia điều chỉnh: Clanhke XMP nghiền mịn có tốc độ ninh kết, đóng rắn rất nhanh khi tiến hành hydrat hóa, điều đó sẽ không bảo đảm thời gian thi công trong xây dựng, nhƣ đổ bê tông, xây, trát… Để điều chỉnh tốc độ ninh kết của XMP thƣờng pha vào clanlke XMP khi nghiền mịn một hàm lƣợng thích hợp các loại phụ gia điều chỉnh: thạch cao, CaCl2, NaCl… phổ biến nhất là dùng CaSO 4.2H2O với hàm lƣợng tính theo SO 3 < 3.5%. 11 SVTH Dương Thúy Kiều Luận văn tốt nghiệp CBHD Lê Anh Kha + Phụ gia thủy hoạt tính: Phụ gia thủy là những chất khi nghiền mịn trộn với vôi cho ta những sản phẩm có khả năng đóng rắn và bền nƣớc; còn khi pha vào clanhke XMP với hàm lƣợng nhất định, sẽ kết hợp với vôi tự do và Ca(OH) 2 (sản phẩm thủy phân của các khoáng clanhke XMP trong quá trình đóng rắn), tạo thành hydrat mới có tính bền nƣớc, đồng thời nâng cao tính bền nƣớc của XMP. Ngoài ra, còn làm tăng sản lƣợng của XMP, hạ giá thành sản phẩm. (Võ Đình Lƣơng, 2008) 2.2.6 Các quy trình công nghệ sản xuất xi măng Poóc lăng Để tiến hành gia công nguyên liệu và chuẩn bị hỗn hợp phối liệu sản xuất clanhke XMP, trƣớc hết cần phải nắm vững các quy trình công nghệ sản xuất XMP. Quy trình công nghệ sản xuất XMP có thể phân thành 3 giai đoạn cơ bản: - Giai đoạn 1: gia công nguyên liệu và chuẩn bị hỗn hợp phối liệu. - Giai đoạn 2: nung hỗn hợp phối liệu thành clanhke. - Giai đoạn 3: nghiền clanhke và phụ gia thành XMP. Quá trình sản xuất XMP đƣợc tiến hành theo 3 phƣơng pháp sản xuất cơ bản: - Sản xuất XMP theo phƣơng pháp ƣớt. - Sản xuất XMP theo phƣơng pháp bán khô. - Sản xuất XMP theo phƣơng pháp khô. (Võ Đình Lƣơng, 2008) 2.3 Sơ lƣợc về đất phèn Theo Nguyễn Hữu Chiếm (2002), đất phèn là tên gọi của một loại đất sau khi cày bừa nƣớc trong ruộng nhƣ đƣợc đánh phèn. Nƣớc có vị chát nhƣ phèn chua, độ pH dƣới 4. Đất phèn chứa nhiều muối tan, ch ủ yếu sunfat sắt và sunfat nhôm (trích từ Nguyễn Hồng Xuyến, 2007). Đất phèn là một loại đất đƣợc hình thành do sản phẩm bồi tụ phù sa với vật liệu sinh phèn (vật liệu chứa nhiều sunfur, chủ yếu dƣới dạng pyric, xác sinh vật chứa lƣu huỳnh), phát triển mạnh ở môi trƣờng đầm mặn khó thoát nƣớc. Đất phèn thƣờng có màu nâu hay màu đen ở tầng đất mặt. Đất thƣờng glây ở tầng C, có mùi đặc trƣng của lƣu huỳnh và H 2S. Nếu để đất đen có hong 12 SVTH Dương Thúy Kiều Luận văn tốt nghiệp CBHD Lê Anh Kha khô ngoài không khí sẽ xuất hiện màu vàng và bóc mùi của chất lƣu huỳnh đó chính là chất phèn hỗn hợp của sunfat nhôm và sunfat sắt. Việt Nam có gần 2 triệu ha đất phèn chiếm gầ n 16% diện tích đất phèn trên thế giới, chiếm khoảng 30% diên tích đất canh tác của Việt Nam. Diện tích đất phèn đƣợc phân bố chủ yếu ở hai đồng bằng lớn và một ít ở ven biển miền trung. Ở miền Nam có khoảng 1.8 triệu ha đất phèn phân bố ở Đông Nam Bộ và cả ở Đồng bằng sông Cửu Long. Nhìn chung nhóm đất phèn đƣợc chia ra các loại sau: loại đất phèn hoạt động, loại đất phèn tiềm tàn, loại đất phèn đang chuyển hóa và đất phèn than bùn. Ở đồng bằng sông Cửu Long, theo Nguyễn Hữu Chiếm (2002) (trích Nguyễn Hồng Xuyến, 2007), nhóm đất phèn là nhóm đất chiếm diện tích lớn nhất và phân hóa phức tạp nhất. Phân loại đất phèn căn cứ vào tầng sinh phèn và tầng phèn, độ sâu của tầng này trong phần diện tích đất. Đất phèn phân bố ở các tỉnh Long An, Đồng Tháp, Tiềng Giang, Bến Tre, Cà Mau, Kiêng Giang. Diện tích tập trung lớn nhất là vùng trũng Đồng Tháp Mƣời, Tứ Giác Long Xuyên và Hà Tiên phân bố chủ yếu ở các huyện: Hà Tiên, Hòn Đất thuộc tỉnh Kiên Giang, Tịnh Biên và Tri Tôn thuộc tỉnh An Giang và một số vùng trũng ở vùng Tây sông Hậu, khu vực trũng của sông Tiền và sông Hậu phân bố chủ yếu ở các huyện Tam Bình, Bình Minh thuộc tỉnh Vĩnh Long, Phụng Hiệp thuộc tỉnh Cần Thơ. Đất phèn là đất chứa nhiều gốc sunphat (SO 42-), phèn đƣợc sinh ra có thể do nguyên nhân oxy hóa tiềm tàng (FeS) tại chỗ để tạo thành H 2SO4 chứa nhiều độc chất Al3+ , Fe2+ , SO 42-. Đất phèn có nhiều dạng lân nhƣ lân hữu cơ, lân vô cơ, lân hữu cơ - vô cơ hay dạng hòa tan. Ví dụ lân ở dạng PO 43- lân hữu cơ là lân liên kết của chất hữu cơ. Đó là lân trong thân thể vi sinh vật ở rễ cây, những hợp chất đơn giản phân giải mùn. Nguyên nhân của sự rất nghèo lân ở đất phèn vì pH thấp độ hòa t an và tái tạo lân là rất yếu. Mặc khác lân vô cơ trong đất phèn thƣờng tồn tại chủ yếu photphat canxi có khả năng thủy phân. Đánh giá chua hay kiềm của một loại đất ngƣời ta nói đến yếu tố đầu tiên là pH: pH < 6.5: đất chua pH = 6.5 – 7.5: trung tính pH > 7.5 đất kiềm 13 SVTH Dương Thúy Kiều
- Xem thêm -