Tài liệu Nghiên cứu biến tính một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên để xử lý amoni trong nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Tuấn Long Nghiªn cøu biÕn tÝnh mét sè vËt liÖu hÊp phô cã nguån gèc tù nhiªn §Ó xö lý amoni trong n−íc LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC HÀ NỘI 2011 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Tuấn Long Nghiªn cøu biÕn tÝnh mét sè vËt liÖu hÊp phô cã nguån gèc tù nhiªn §Ó xö lý amoni trong n−íc Chuyªn ngµnh: Khoa Häc M«i Tr−êng M· sè : 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC C¸n bé h−íng dÉn khoa häc: PGS.TS Đồng Kim Loan HÀ NỘI 2011 2 MỤC LỤC Më ®Çu........................................................................................................................ 1 Ch−¬ng 1 - tæng quan ............................................................................................. 3 1.1. Tæng quan vÒ amoni............................................................................................. 3 1.1.1. Amoni trong m«i tr−êng n−íc [5] ................................................................. 3 1.1.2. T¸c ®éng cña amoni tíi nguån n−íc vµ søc kháe con ng−êi......................... 4 1.1.3. HiÖn tr¹ng vÒ « nhiÔm amoni trong mét sè nguån n−íc ë Hµ Néi................ 5 1.1.4. C¸c ph−¬ng ph¸p hiÖn hµnh cho xö lý amoni trong n−íc ............................. 6 1.2. Tæng quan vÒ mét sè vËt liÖu cã nguån gèc tù nhiªn dïng trong nghiªn cøu ... 10 1.2.1. Bïn ®á.......................................................................................................... 10 1.2.2. Bentonit........................................................................................................ 13 1.2.3. Laterit .......................................................................................................... 15 1.3. Ph−¬ng ph¸p hÊp phô [9] ................................................................................... 16 1.3.1. Kh¸i niÖm .................................................................................................... 16 1.3.2. C¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh hÊp phô [9] ................................................... 17 1.3.3. Mét sè nghiªn cøu sö dông chÊt hÊp phô ®Ó lo¹i bá amoni trong n−íc ...... 20 Ch−¬ng 2 - ®èi t−îng vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ................................ 21 2.1. §èi t−îng vµ môc tiªu nghiªn cøu ..................................................................... 21 2.2. ThiÕt bÞ, dông cô vµ hãa chÊt ............................................................................. 22 2.3. C¸c ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ............................................................................. 22 2.3.1. Ph−¬ng ph¸p tæng quan tµi liÖu ................................................................... 22 2.3.2. C¸c ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm ................................................................... 22 2.3.3. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tÝnh chÊt vËt liÖu...................................................... 26 2.3.4. Ph©n tÝch ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh xö lý ................................................ 27 2.3.5. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n t¶i träng hÊp phô cña vËt liÖu [7]............................ 28 Ch−¬ng 3 - KÕt qu¶ vµ th¶o luËn................................................................... 30 3.1. KÕt qu¶ x¸c ®Þnh ®Æc tr−ng cÊu tróc cña c¸c vËt liÖu ........................................ 30 3.1.1.Bentonit (VL1) ............................................................................................. 30 4 3.1.2. Bïn ®á (VL2)............................................................................................... 31 3.1.3. Fe(OH)3+ MnO2/Laterit (VL3)................................................................... 32 3.2. Lùa chän vµ so s¸nh kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña c¸c vËt liÖu......................... 33 3.2.1. So s¸nh hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña vËt liÖu biÕn tÝnh vµ vËt liÖu th«....... 33 3.2.2. HiÖu suÊt hÊp phô amoni cña VL1; VL2; VL3 ........................................... 34 3.2.3. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô cùc ®¹i cña VL1, VL2, VL3............................ 36 3.2.4. So s¸nh dung l−îng hÊp phô cùc ®¹i cña ba lo¹i vËt liÖu ............................ 41 3.3. Kh¶o s¸t c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh hÊp phô amoni cña VL2 ............ 42 3.3.1. X¸c ®Þnh tæng sè t©m axit cña VL2............................................................. 42 3.3.2. Kh¶o s¸t sù ¶nh h−ëng cña pH ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô .......... 44 3.3.3. Kh¶o s¸t sù ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh hÊp phô......... 46 3.3.4. Kh¶o s¸t sù ¶nh h−ëng cña nång ®é ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh hÊp phô......... 48 3.3.5. Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña khèi l−îng chÊt hÊp phô ®Õn hiÖu suÊt................. 49 3.4. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh trªn pha ®éng ............ 51 3.4.1. ThiÕt kÕ hÖ thèng hÊp phô ........................................................................... 51 3.4.2. Kh¶o s¸t víi c¸c tèc ®é dßng kh¸c nhau ..................................................... 52 3.4.3. Kh¶o s¸t víi mÉu n−íc thËt ......................................................................... 59 3.4.4. M« h×nh thÝ nghiÖm tÝnh to¸n kh¶ n¨ng ¸p dông bïn ®á biÕn tÝnh xö lý n−íc nhiÔm amoni quy m« hé gia ®×nh. ................................................................ 63 3.5. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng t¸i sinh cña vËt liÖu.............................................................. 63 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ ...................................................................................... 65 Tµi liÖu tham kh¶o............................................................................................ 66 5 Danh môc b¶ng biÓu B¶ng 1. D¹ng tån t¹i cña amoni phô thuéc vµo pH ........................................................3 B¶ng 2. Hµm l−îng c¸c hîp chÊt nit¬ tr−íc vµ sau xö lý ë nhµ m¸y n−íc T−¬ng Mai vµ Ph¸p V©n ................................................................................................................ 5 B¶ng 3. Thµnh phÇn hãa häc cña bïn ®á................................................................... 12 B¶ng 4. Thµnh phÇn kho¸ng vËt kÕt tinh trong laterit tù nhiªn ................................. 16 B¶ng 5. Danh môc c¸c thiÕt bÞ, dông cô hãa chÊt sö dông trong thùc nghiÖm ......... 22 B¶ng 6: So s¸nh hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña c¸c lo¹i vËt liÖu th« vµ biÕn tÝnh .... ...........34 B¶ng 7: So s¸nh hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña ba lo¹i vËt liÖu ................................. 35 B¶ng 8: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cùc ®¹i cña VL1 .................................................. 37 B¶ng 9: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cùc ®¹i cña VL2 .................................................. 38 B¶ng 10: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cùc ®¹i cña VL3 ................................................ 40 B¶ng 11: KÕt qu¶ x¸c ®Þnh t©m axit trªn bÒ mÆt bïn ®á ........................................... 43 B¶ng 12: KÕt qu¶ kh¶o s¸t hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña bïn ®á theo pH ................ 45 B¶ng 13: ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô .................... 47 B¶ng 14: KÕt qu¶ ¶nh h−ëng cña nång ®é amoni ®Õn hiÖu suÊt hÊp phô.................. 49 B¶ng 15: KÕt qu¶ kh¶o s¸t ¶nh h−ëng l−îng bïn ®á tíi hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh...............50 B¶ng 16: KÕt qu¶ x¸c ®Þnh nitrit vµ nitrat tr−íc vµ sau läc ....................................... 54 B¶ng 17: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á víi mÉu n−íc pha ë tèc ®é 0,5ml/phót ................ 55 B¶ng 18: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á víi mÉu n−íc pha ë tèc ®é 1 ml/phót................... 56 B¶ng 19: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á víi mÉu n−íc pha ë tèc ®é 1,5 ml/phót ............... 57 B¶ng 20: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á víi mÉu n−íc pha ë tèc ®é 2 ml/phót................... 58 B¶ng 21: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh víi mÉu 2......................... 60 B¶ng 22: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh víi mÉu 3......................... 61 B¶ng 23: Kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña bïn ®á biÕn tÝnh víi mÉu 1......................... 62 6 Danh môc h×nh vÏ H×nh 1. S¬ ®å c«ng nghÖ xö lý n−íc ngÇm t¹i c¸c nhµ m¸y n−íc Hµ Néi.................. 5 H×nh 2. Bïn ®á sinh ra tõ c«ng nghÖ Bayer............................................................... 11 H×nh 3. VËt liÖu bïn ®á ............................................................................................. 12 H×nh 4. CÊu tróc m¹ng kh«ng gian cña Bentonit ...................................................... 16 H×nh 5. VËt liÖu Laterit ............................................................................................. 16 H×nh 6: M« t¶ quy tr×nh thÝ nghiÖm kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña vËt liÖu....................25 H×nh 7: HÖ thèng cét läc ........................................................................................... 26 H×nh 8 : §−êng hÊp phô ®¼ng nhiÖt Langmuir ......................................................... 28 H×nh 9: §å thÞ x¸c ®Þnh c¸c h»ng sè trong ph−¬ng tr×nh Langmuir ......................... 29 H×nh 10: Phæ nhiÔu x¹ tia X cña VL1 ....................................................................... 30 H×nh 11: ¶nh chôp SEM cña VL1 ............................................................................. 30 H×nh 12: Phæ nhiÔu x¹ tia X cña VL2 ....................................................................... 31 H×nh 13: ¶nh chôp SEM bÒ mÆt cña VL2 ë c¸c ®é phãng ®¹i kh¸c nhau................. 32 H×nh 14: Phæ nhiÔu x¹ tia X cña VL3 ....................................................................... 33 H×nh 15: ¶nh chôp SEM cña VL3 ............................................................................. 33 H×nh 16: So s¸nh hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña ba lo¹i vËt liÖu ............................... 35 H×nh 17: §−êng cong hÊp phô amoni cña VL1 ........................................................ 37 H×nh 18: §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña Cl/Cr vµo Cl cña VL1........................... 38 H×nh 19: §−êng cong hÊp phô amoni cña VL2 ........................................................ 39 H×nh 20: §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña Cl/Cr vµo Cl cña VL2........................... 39 H×nh 21: §−êng cong hÊp phô amoni cña VL3 ........................................................ 40 H×nh 22: §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña Cl/Cr vµo Cl cñaVL3............................ 41 H×nh 23: Dung l−îng hÊp phô amoni cùc ®¹i cña c¸c vËt liÖu.................................. 42 H×nh 24: Nång ®é NaOH cßn l¹i khi c©n b»ng theo thêi gian .................................. 44 7 H×nh 25: Sù ¶nh h−ëng cña pH ®Õn hiÖu suÊt hÊp phô amoni cña bïn ®á ................ 46 H×nh 26: ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é tíi hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô ...................... 48 H×nh 27: ¶nh h−ëng cña nång ®é amoni ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hÊp phô ......... 49 H×nh 28: ¶nh h−ëng cña l−îng chÊt hÊp phô tíi hiÖu suÊt ........................................ 51 H×nh 29 : Sù thay ®æi h»ng sè ph©n bè khi thay ®æi l−îng chÊt hÊp phô.................. 51 H×nh 30: §å thÞ hÊp phô amoni ë pha ®éng cña bïn ®á (tèc ®é 0.5 ml/phót) .......... 55 H×nh 31: §å thÞ hÊp phô amoni ë pha ®éng cña bïn ®á (tèc ®é 1 ml/phót) ............. 56 H×nh 32: §å thÞ hÊp phô amoni ë pha ®éng cña bïn ®á (tèc ®é 1.5 ml/phót) .......... 57 H×nh 33: §å thÞ hÊp phô amoni ë pha ®éng cña bïn ®á (tèc ®é 2 ml/phót) ............. 58 H×nh 34: §å thÞ hÊp phô amoni ë mÉu 2 cña bïn ®á biÕn tÝnh ................................ 60 H×nh 35: §å thÞ hÊp phô amoni ë mÉu 3 cña bïn ®á biÕn tÝnh ................................ 61 H×nh 36: §å thÞ hÊp phô amoni ë mÉu 1 cña bïn ®á biÕn tÝnh ................................. 62 8 Më ®Çu Trong nhiÒu thËp kû qua, c¸c ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ nghiªn cøu xö lý n−íc ®o ®−îc ¸p dông nh− c«ng nghÖ truyÒn thèng: kÕt tña vµ keo tô, l¾ng vµ läc, sinh häc hoÆc c«ng nghÖ hiÖn ®¹i: thÈm thÊu ng−îc, läc nano, trao ®æi ion, oxy hãa...nh−ng nh÷ng nh−îc ®iÓm cña c¸c ph−¬ng ph¸p nµy lµ hiÖu qu¶ xö lý amoni kh«ng cao hoÆc gi¸ thµnh c«ng nghÖ rÊt ®¾t. Thêi gian gÇn ®©y « nhiÔm amoni trong nguån n−íc ®Æc biÖt lµ nguån n−íc cÊp ®ang lµ mét vÊn ®Ò thêi sù ®−îc rÊt nhiÒu ng−êi quan t©m. Do ®ã viÖc nghiªn cøu c¸c ph−¬ng ph¸p ®Ó lo¹i bá amoni lµ mét vÊn ®Ò cÊp thiÕt ®¸p øng c¸c nhu cÇu thùc tÕ. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò bøc xóc nµy, gÇn ®©y trªn thÕ giíi ®o cã c¸c nghiªn cøu øng dông c¸c vËt liÖu hÊp phô cã nguån gèc tù nhiªn ®Ó lo¹i bá amoni trong n−íc. §©y lµ h−íng ®i rÊt cã triÓn väng ®èi víi c¸c vÊn ®Ò vÒ « nhiÔm amoni, vµ c¶ vÒ khÝa c¹nh kinh tÕ, v× c¸c vËt liÖu hÊp phô cã nguån gèc tù nhiªn cã gi¸ thµnh t−¬ng ®èi rÎ. T¹i ViÖt Nam, cã rÊt nhiÒu má víi tr÷ l−îng lín c¸c vËt liÖu: bentonit, laterit, vµ ®Æc biÖt lµ bïn ®á. C¸c dù ¸n khai th¸c quÆng b«xit ë T©y Nguyªn ®ang ®−îc triÓn khai ®ång thêi còng ®Æt ra mét th¸ch thøc lín ®èi víi viÖc qu¶n lý vµ xö lý bïn ®á, mét chÊt th¶i ®éc h¹i. Bentonit, laterit vµ bïn ®á lµ c¸c vËt liÖu cã nguån gèc tù nhiªn víi c¸c thµnh phÇn chñ yÕu lµ c¸c oxit kim lo¹i nh−: Al2O3, Fe2O3 ... vµ chóng cã ®é xèp cao nªn ®o ®−îc nghiªn cøu sö dông lµm vËt liÖu hÊp phô. §Ó t¹o c¬ së cho viÖc øng dông c¸c vËt liÖu trªn lµm vËt liÖu hÊp phô ®Ó xö lý amoni trong n−íc tr−íc tiªn cÇn chøng minh ®−îc hiÖu qu¶ xö lý cña chóng. §ã chÝnh lµ lý do ®Ò xuÊt ®Ò tµi: " Nghiªn cøu biÕn tÝnh mét sè vËt liÖu hÊp phô cã nguån gèc tù nhiªn ®Ó xö lý amoni trong n−íc". Môc tiªn nghiªn cøu cña luËn v¨n : nghiªn cøu c¸c vËt liÖu cã nguån gèc tù nhiªn vµ tËn dông c¸c chÊt th¶i lµm chÊt hÊp phô lo¹i bá amoni trong m«i tr−êng n−íc. 1 Néi dung nghiªn cøu trong luËn v¨n lµ: BiÕn tÝnh c¸c vËt liÖu: Bentonit, bïn ®á, laterit. Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng hÊp phô amoni cña c¸c vËt liÖu ®o biÕn tÝnh vµ t×m chän vËt liÖu cã kh¶ n¨ng hÊp phô amoni tèt nhÊt. Nghiªn cøu ®éng häc qu¸ tr×nh hÊp phô amoni trªn vËt liÖu ®o chän. Nghiªn cøu qu¸ tr×nh hÊp phô amoni trªn m« h×nh ®éng víi mÉu n−íc gi¶ vµ mÉu n−íc thËt. TÝnh to¸n m« h×nh xña lý cho nguån n−íc nhiÔm amoni ë quy m« hé gia ®×nh. §Ò xuÊt ph−¬ng ¸n t¸i sinh vËt liÖu. 2 Ch−¬ng 1 - tæng quan 1.1. Tæng quan vÒ amoni 1.1.1. Amoni trong m«i tr−êng n−íc [5] Amoni lµ mét s¶n phÈm phô ®éc sinh ra trong qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt ë c¬ thÓ ®éng vËt vµ lµ s¶n phÈm cña sù ph©n hñy tù nhiªn c¸c chÊt th¶i ®éng thùc vËt. Trong m«i tr−êng n−íc, amoni tån t¹i ë c¶ d¹ng ph©n tö (NH3) vµ ion (NH4+) phô thuéc m¹nh vµo pH, nhiÖt ®é vµ ®é mÆn, nh−ng pH ¶nh h−ëng quan träng h¬n c¶. Sù xuÊt hiÖn amoni trong n−íc lµ hiÖu b¸o nguån n−íc bÞ « nhiÔm, cÇn ph¶i kiÓm so¸t chÆt chÏ c¸c chØ tiªu kh¸c cã nguy c¬ g©y h¹i cho søc kháe nh− nitrat, nitrit vµ vi sinh. Theo QCVN 2008/BTNMT quy ®Þnh cho n−íc mÆt: lo¹i A (amoni 0,1-0,2; nitrit 0,01-0,02; nitrat 2-5 (mg N/l)), lo¹i B (amoni 0,5-1,0; nitrit 0,04-0,05; nitrat 10-15 (mg N/l); cho n−íc ngÇm: amoni 0,1; nitrit 1,0 vµ nitrat 15 mg N/l. §é ®éc cña amoni phô thuéc cao vµo pH n−íc (mµ cô thÓ vµo d¹ng ph©n tö). Møc amoni tæng (NH3 + NH4+) ë kho¶ng 0,25 mg/L ®o cã thÓ g©y nguy h¹i cho c¸ vµ c¸c loµi sinh vËt n−íc kh¸c. Riªng d¹ng ph©n tö (NH3), chØ cÇn ë nång ®é rÊt thÊp (0,01 - 0,02 mg/L) còng ®o cã thÓ giÕt chÕt c¸ [22] . B¶ng 1. D¹ng tån t¹i cña amoni phô thuéc vµo pH (tû lÖ nång ®é %) [19] pH 6 7 8 9 10 11 %NH3 0 1 4 25 78 96 %NH4+ 100 99 96 75 22 Quü l−¬ng thùc thÕ giíi (FAO) quy ®Þnh cho n−íc nu«i c¸: amoni <0,2mg/L, ®èi víi hä c¸ Salmonid (c¸ håi) vµ 0,8mg/L ®èi víi hä c¸ Cyprinid (c¸ chÐp) [14]. Amoni lµ mét th«ng sè kh«ng bÒn, khi ë d¹ng ion, nã lÊy oxy trong n−íc ®Ó bÞ oxy ho¸ trë thµnh nitrat [4]. Trong tr−êng hîp ®ã, nã lµ ®éc tè ®èi víi ®êi sèng cña thuû sinh vËt trong m«i tr−êng n−íc (lµm gi¶m pH vµ gi¶m nång ®é oxy trong 3 n−íc) theo ph−¬ng tr×nh d−íi ®©y: NH4+ + 2 O2 → NO3- + H2O + 2 H+ (1) 1.1.2. T¸c ®éng cña amoni tíi nguån n−íc vµ søc kháe con ng−êi Theo tµi liÖu cña Tæ chøc y tÕ thÕ giíi WHO cã thÓ tãm t¾t ¶nh h−ëng cña Namoni trong n−íc cÊp nh− sau: - Amoni trong n−íc sÏ lµm gi¶m hiÖu qu¶ vµ ®é tin cËy cña qu¸ tr×nh clo hãa s¸t trïng - b−íc cuèi cïng trong quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý n−íc nh»m ®¶m b¶o n−íc s¹ch hoµn toµn vÒ mÆt vi sinh khi ®Õn víi ng−êi sö dông. Sù kÕt hîp gi÷a clo tù do víi amoni sÏ chuyÓn hãa thµnh cloramin cã t¸c dông s¸t khuÈn kÐm h¬n hµng tr¨m lÇn so víi clo. Ngoµi ra amoni cßn lµm gi¶m kh¶ n¨ng xö lý mangan b»ng c«ng nghÖ truyÒn thèng. - Kh«ng nh÷ng vËy N-amoni cßn lµ nguån dinh d−ìng ®èi víi c¸c vi sinh vËt sèng trong n−íc, kÓ c¶ t¶o. Do ®ã trong nguån n−íc nhiÔm amoni c¸c vi sinh vËt vµ t¶o ph¸t triÓn rÊt nhanh tõ ®ã g©y ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng nguån n−íc vÒ mÆt c¶m quan nh−: ®é trong, ®é mµu, mïi, vÞ... - §Æc biÖt khi cã mÆt trong n−íc l©u amoni cã thÓ bÞ oxy hãa thµnh nitrit (NO2-) vµ nitrat (NO3-). Nitrit lµ chÊt ®éc rÊt cã h¹i cho con ng−êi do nã cã thÓ chuyÓn thµnh nitroamin, mét chÊt cã thÓ g©y ung th− ë ng−êi. Hµm l−îng nitrit cao trong n−íc uèng lµ 1 vÊn ®Ò ®¸ng quan t©m do chóng lµ nguån gèc g©y bÖnh methemoglobin cho ng−êi nhÊt lµ trÎ em d−íi 6 tuæi. Lµm cho da ng−êi cã mÇu xanh xØn, g©y kÝch thÝch, h«n mª vµ nÕu ë thÓ nÆng, kh«ng ®−îc ch÷a kÞp thêi cã thÓ dÉn ®Õn tö vong mµ ng−êi ta th−êng gäi lµ héi chøng Blue Syndrome hay gäi t¾t lµ BBS [19]. ChÝnh v× vËy tiªu chuÈn vÒ hµm l−îng c¸c hîp chÊt nit¬ trong n−íc cÊp cña ViÖt Nam còng nh− trªn thÕ giíi ®Òu quy ®Þnh rÊt nghiªm ngÆt. Theo quy ®Þnh tiªu chuÈn vÖ sinh n−íc ¨n uèng 1329/2002/Q§-BYT th× chØ tiªu amoni lµ 1,5 mg/l, QCVN 01/02:2009/BYT lµ 3mg/l, theo WHO lµ 1,5mg/l, EU lµ 0,5 mg/l. 4 1.1.3. HiÖn tr¹ng vÒ « nhiÔm amoni trong mét sè nguån n−íc ë Hµ Néi N−íc ngÇm Lµm tho¸ng L¾ng tiÕp xóc Läc Clo hãa Vµo hÖ ph©n phèi Bïn th¶i hoÆc ®i xö lý H×nh 1. S¬ ®å c«ng nghÖ xö lý n−íc ngÇm t¹i c¸c nhµ m¸y n−íc Hµ Néi Trong khi nh÷ng nghiªn cøu vÒ t×nh h×nh « nhiÔm amoni trong nguån n−íc ngÇm cho c¸c kÕt qu¶ b¸o ®éng th× c«ng nghÖ xö lý n−íc cÊp cña phÇn lín c¸c nhµ m¸y n−íc t¹i Hµ Néi vÉn lµ nh÷ng quy tr×nh c«ng nghÖ truyÒn thèng theo s¬ ®å c«ng nghÖ trªn h×nh 1. Víi c«ng nghÖ xö lý nµy, s¾t trong n−íc ngÇm hÇu nh− ®−îc lo¹i bá hoµn toµn, ë møc ®é nhÊt ®Þnh xö lý ®−îc ®ång thêi c¶ s¾t vµ mangan. Nh−ng nh÷ng thiÕt kÕ c«ng nghÖ hiÖn t¹i l¹i ch−a tÝnh ®Õn c¸c kh¶ n¨ng ®èi phã víi c¸c nguy c¬ « nhiÔm amoni, « nhiÔm n−íc th¶i c«ng nghiÖp, n−íc th¶i sinh ho¹t, c¬ clo do s¸t trïng...[3]. B¶ng 2. Hµm l−îng c¸c hîp chÊt nit¬ tr−íc vµ sau xö lý ë nhµ m¸y n−íc T−¬ng Mai vµ Ph¸p V©n ( 2/2003-4/2003) [3] ChØ tiªu chÊt l−îng KÕt qu¶ x¸c ®Þnh §¬n vÞ Tr−íc xö lý s¾t Sau xö lý s¾t NMN T−¬ng Mai NH4+ mg/l 12,5-20,4 9,3-15,8 NO2- mg/l Kph-0,06 0,62-0,98 NO3- mg/l 0,85-1,2 2,46-3,68 NH4+ mg/l 14,86-28,07 10,18-14,59 NO2- mg/l Kph-0,048 0,462-1,459 NO3- mg/l 0,658-1,148 1,972-4,134 NMN Ph¸p V©n 5 Tõ b¶ng 2 cho thÊy hµm l−îng amoni trong n−íc sau xö lý gi¶m kh«ng ®¸ng kÓ, hµm l−îng NO2- biÕn ®æi theo chiÒu h−íng t¨ng lªn, tõ 0-0,06 mg/l trong n−íc th«, sau qu¸ tr×nh xö lý s¾t ®o lªn tíi 0.98 mg/l ( nhµ m¸y n−íc T−¬ng Mai) vµ tõ 0,048 mg/l lªn 1,46 (nhµ m¸y n−íc Ph¸p V©n. Trong khi ch−a ®ñ chøng cí ®¸nh gi¸ møc ®é t¸c h¹i cña amoni lªn c¬ thÓ con ng−êi th× t¸c h¹i cña NO2- ®o ®−îc biÕt râ. Víi hµm l−îng NO2- trong n−íc uèng > 3 mg/l (QCVN/01/BYT 2009) dÔ cã kh¶ n¨ng hñy ho¹i hång cÇu trÎ em. Ngoµi ra, nguån n−íc mÆt còng ®ang bÞ « nhiÔm nghiªm träng. Nguyªn nh©n chÝnh lµ do n−íc th¶i cña c¸c ho¹t ®éng s¶n xuÊt c«ng nghiÖp, n−íc th¶i sinh ho¹t, n−íc th¶i cña c¸c lµng nghÒ, lß má, boi r¸c vµ ho¹t ®éng canh t¸c n«ng nghiÖp... còng ®ang g©y ra sù « nhiÔm amoni mét c¸ch ®¸ng b¸o ®éng. NÕu c¸c lo¹i n−íc th¶i nµy ®−îc th¶i bá trùc tiÕp ra ngoµi m«i tr−êng nh− n−íc r¸c víi hµm l−îng amoni lªn ®Õn 500 mg/l, n−íc th¶i lß má hµm l−îng amoni lµ 100mg/l... th× sÏ g©y nªn hiÖn t−îng phó d−ìng cho nguån n−íc trong mét thêi gian ng¾n. Nh− vËy tõ thùc tr¹ng cña t×nh h×nh « nhiÔm amoni vµ c«ng nghÖ xö lý n−íc hiÖn t¹i ®Æt ra mét vÊn ®Ò hÕt søc bøc thiÕt lµ: nghiªn cøu c¸c ph−¬ng ph¸p xö lý thÝch hîp ®Ó xö lý amoni trong c¸c nguån n−íc mÆt vµ c¶i t¹o hoÆc x©y dùng míi c¸c nhµ m¸y n−íc víi c«ng nghÖ cã kh¶ n¨ng s¶n xuÊt n−íc ®¹t tiªu chuÈn chÊt l−îng, gi¸ c¶ chÊp nhËn ®−îc ®èi víi tÊt c¶ c¸c chØ tiªu, ®Æc biÖt lµ chØ tiªu vÒ N-amoni. 1.1.4. C¸c ph−¬ng ph¸p hiÖn hµnh cho xö lý amoni trong n−íc HiÖn t¹i mét sè ph−¬ng ph¸p xö lý amoni ®o vµ ®ang ®−îc ¸p dông nhiÒu lµ: clo hãa ®Õn ®iÓm ®ét biÕn, trao ®æi ion, thæi khÝ ë pH cao, Ozon hãa víi xóc t¸c Br-, läc nano, thÈm thÊu ng−îc (RO), ph−¬ng ph¸p sinh häc vµ ph−¬ng ph¸p ®iÖn thÈm t¸ch. 1.1.4.1. Ph−¬ng ph¸p clo hãa ®Õn ®iÓm ®ét biÕn Clo gÇn nh− lµ hãa chÊt duy nhÊt cã kh¶ n¨ng oxy hãa amoni ë nhiÖt ®é phßng thµnh N2. Khi hßa tan clo hoÆc c¸c hîp chÊt clo trong n−íc, tïy theo pH cña n−íc mµ clo cã thÓ n»m ë d¹ng HClO hay ClO- theo ph−¬ng tr×nh: 6 Cl2 + H2O (pH<5) ↔ HCl + HClO (pH<7) ↔ H+ + ClO- (2) Khi trong n−íc cã m¹t amoni sÏ x¶y ra ph¶n øng gi÷a HClO víi amoni t¹o ra c¸c cloramin. NÕu d− clo sÏ x¶y ra c¸c ph¶n øng ph©n hñy c¸c cloramin. Lóc nµy l−îng clo d− trong n−íc sÏ gi¶m xuèng møc thÊp nhÊt v× x¶y ra qu¸ tr×nh ph©n hñy cloramin, ®iÓm t−¬ng øng víi gi¸ trÞ nµy gäi lµ ®iÓm ®ét biÕn. Theo lý thuyÕt ®Ó xö lý hÕt amoni trong n−íc ph¶i ®¶m b¶o tû lÖ Cl : N = 7,6 : 1, song thùc tÕ ph¶i t¨ng tû lÖ lªn 8 : 1 hoÆc cao h¬n míi oxi hãa hoµn toµn amoni [8]. Nh÷ng nghiªn cøu tr−íc ®©y cho thÊy tèc ®é clo hãa víi c¸c chÊt h÷u c¬ chØ b»ng nöa tèc ®é oxy hãa amoni, khi amoni ph¶n øng gÇn hÕt th× lóc ®ã clo sÏ ph¶n øng víi c¸c chÊt h÷u c¬ cã trong n−íc t¹o nªn c¸c chÊt c¬ clo cã mïi ®Æc tr−ng khã chÞu vµ cã ®éc tÝnh cao. Trong ®ã cã kho¶ng 15% t¹o thµnh nhãm c¸c hîp chÊt THMtrihalometan vµ HA-axitaxetichalogen lµ c¸c chÊt cã thÓ g©y ung th− ë ng−êi [7]. Ngoµi ra víi viÖc sö dông l−îng clo rÊt lín vµ qua nhiÒu c«ng ®o¹n kh¸c nhau nh− trªn sÏ lµm cho viÖc sö dông vµ x©y dùng quy tr×nh s¶n xuÊt rÊt khã ®−îc ¸p dông mÆc dï gi¸ thµnh rÎ. 1.1.4.2. Ph−¬ng ph¸p ®iÖn thÈm t¸ch §iÖn thÈm th¸ch ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®Æt c¸c mµng cã tÝnh chän läc víi cation vµ anion lu©n phiªn nhau däc theo dßng ®iÖn. Ph−¬ng ph¸p nµy hiÖn ®ang mang l¹i hiÖu qu¶ t−¬ng ®èi cao trong viÖc xö lý amoni. C«ng nghÖ ®iÖn thÈm t¸ch sö dông ®Ó t¸ch lo¹i amoni cã nhiÒu −u ®iÓm v× ®ång thêi cã thÓ t¸ch lo¹i ®−îc mét sè kim lo¹i nÆng cã mÆt trong n−íc ngÇm nh− As, Cd...[9]. Tuy nhiªn ®iÖn thÈm t¸ch còng cßn mét sè h¹n chÕ nh−: cÇn cã hÖ thèng läc s¬ bé ®Ó lo¹i s¾t vµ cÆn, tiªu tèn n−íc v× cã tØ lÖ n−íc th¶i kh¸ cao vµ kinh phÝ tèn kÐm. 1.1.4.3. ThÈm thÊu ng−îc ThÈm thÊu ®−îc ®Þnh nghÜa lµ sù di chuyÓn tù ph¸t cña dung m«i tõ mét dung dÞch loong vµo mét dung dÞch ®Ëm ®Æc qua mét mµng b¸n thÊm. T¹i mét ¸p suÊt nhÊt ®Þnh sù c©n b»ng ®−îc thiÕt lËp th× ¸p suÊt ®ã ®−îc gäi lµ ¸p suÊt thÈm thÊu. 7 Khi ¸p suÊt t¨ng trªn ¸p suÊt thÈm thÊu ë phÝa dung dÞch cã mµng th× xuÊt hiÖn dßng di chuyÓn ng−îc, nghÜa lµ sÏ di chuyÓn tõ n¬i cã nång ®é thÊp ®Õn n¬i cã nång ®é cao h¬n. V× vËy cã thÓ ®Þnh nghÜa thÈm thÊu ng−îc lµ qu¸ tr×nh läc dung dÞch qua mµng b¸n thÊm víi ¸p suÊt cao h¬n ¸p suÊt thÈm thÊu. ThÈm thÊu ng−îc ¸p dông ®Æc tÝnh cña mµng b¸n thÊm lµ cho n−íc ®i qua mµng gi÷ l¹i c¸c chÊt hßa tan trõ mét vµi ph©n tö h÷u c¬ gièng n−íc (cã träng l−îng ph©n tö bÐ vµ ®é ph©n cùc cao). T¹i Thæ NhÜ Kú, c¸c nghiªn cøu cña khoa m«i tr−êng, tr−êng ®¹i häc kÜ thuËt Istanbul, xö lý amoni trong n−íc hå Elmali b»ng ph−¬ng ph¸p thÈm thÊu ng−îc (n¨m 2001). KÕt qu¶ ®o xö lý hiÖu qu¶ ®−îc 95% nång ®é amoni trong n−íc hå, tõ 4 mg/l xuèng cßn 0,2 mg/l. Tuy nhiªn chi phÝ xña lý cao, −íc tÝnh kho¶ng 0,95-1,06 USA/1m3 ®Ó xö lý n−íc cho môc ®Ých ¨n uèng [21]. 1.1.4.4. Ph−¬ng ph¸p läc nano Läc nano lµ mét ph−¬ng ph¸p biÕn t−íng cña qu¸ tr×nh thÈm thÊu ng−îc. Nã cã c¬ chÕ gièng nh− qu¸ tr×nh thÈm thÊu ng−îc nh−ng cã ®iÓm kh¸c lµ kÝch th−íc mao qu¶n cña mµng cì cã kÝch th−íc nano, nhá h¬n kÝch th−íc mao qu¶n cña mµng thÈm thÊu ng−îc cã kÝch cì Å. Theo nghiªn cøu cña Khoa kü thuËt kho¸ng s¶n, Tr−êng ®¹i häc Osmanganzi, Thæ NhÜ Kú, sö dông ph−¬ng ph¸p läc nano ®Ó xö lý amoni trong n−íc cÊp cho ng−êi d©n ë Eskisehir víi c«ng suÊt 80.000 m3/ngµy. KÕt qu¶ thu ®−îc kh¸ tèt, nång ®é amoni gi¶m tõ 6,5 mg/l xuèng cßn 0,2 mg/l [21]. 1.1.4.5. Ph−¬ng ph¸p sinh häc [8] Ph−¬ng ph¸p vi sinh xö lý t−¬ng ®èi hiÖu qu¶ c¸c nh©n tè g©y « nhiÔm m«i tr−êng n−íc vµ cã −u ®iÓm kh«ng g©y « nhiÔm thø cÊp cho nguån n−íc, ®¶m b¶o chÊt l−îng n−íc s¹ch vÒ mÆt hãa chÊt ®éc h¹i, cã tÝnh æn ®Þnh cao vµ an toµn víi hÖ thèng ph©n phèi. 8 Trong ph−¬ng ph¸p nµy, amoni sÏ ®−îc chuyÓn hãa thµnh nitrat hoÆc khÝ nit¬ nhê ho¹t tÝnh cña c¸c vi sinh vËt cã trong tù nhiªn. Trong qu¸ tr×nh sinh tr−ëng vi sinh vËt sÏ cÇn c¸c nguån dinh d−ìng lµ C, N, chóng lÊy N tõ nguån N-Amoni vµ C tõ hãa chÊt h÷a c¬ bæ xung trong qu¸ tr×nh xö lý. Vi sinh vËt sÏ t¹o ra c¸c ®iÒu kiÖn vÒ dinh d−ìng còng nh− c¸c yÕu tè kh¸c ®Ó lµm cho nã cã ho¹t tÝnh cao nhÊt. Ph−¬ng ph¸p nµy cã chi phÝ thÊp nªn ®ang lµ mét triÓn väng cã thÓ ¸p dông ®−îc ë ®iÒu kiÖn kinh tÕ cña chóng ta. 1.1.4.6. Ph−¬ng ph¸p Ozon (O3) hãa víi xóc t¸c Br- [9] §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p clo hãa ®Õn ®iÓm ®ét biÕn ng−êi ta cã thÓ thay thÕ mét t¸c nh©n oxy hãa kh¸c nh− O3 víi sù cã mÆt cña ion Br-. VÒ c¬ b¶n xö lý amoni b»ng O3 víi sù cã mÆt cña ion Br- trong m«i tr−êng axit còng diÔn ra theo c¬ chÕ gièng nh− ph−¬ng ph¸p clo hãa tíi ®iÓm ®ét biÕn. D−íi t¸c dông cña O3 , Br- bÞ oxy hãa thµnh BrO- theo ph¶n øng sau : Br- + O3 + H+ ↔ HBrO + O2 (3) TiÕp sau ®ã ion BrO- sÏ oxy hãa amoni theo c¸c ph¶n øng sau: NH3 + HBrO → NH2Br + H2O (4) NH2Br + NHBr2 → NHBr + H2O (5) NH2Br + NHBr → N2↑ + 3Br- + 3H+ (6) §©y chÝnh lµ ®iÓm t−¬ng ®ång gi÷a hai ph−¬ng ph¸p ozon hãa vµ clo hãa xóc t¸c Br- do Galat-Gorhev vµ Moris t×m ra n¨m 1975. 1.1.4.7. Ph−¬ng ph¸p trao ®æi ion Qu¸ tr×nh trao ®æi ion lµ qu¸ tr×nh hãa lý thuËn nghÞch trong ®ã x¶y ra ph¶n øng trao ®æi ion trong dung dÞch ®iÖn ly víi c¸c ion trªn bÒ mÆt hoÆc bªn trong cña pha r¾n tiÕp xóc víi nã. Nhùa trao ®æi ion (cationit) d¹ng r¾n ®−îc dïng ®Ó thu nh÷ng ion nhÊt ®Þnh trong dung dÞch vµ gi¶i phãng vµo dung dÞch mét l−îng t−¬ng ®−¬ng c¸c ion kh¸c 9 cã cïng ®iÖn tÝch. Nhùa trao ®æi ion lµ nh÷ng hîp chÊt cao ph©n tö h÷u c¬ cã chøa c¸c nhãm chøc cã kh¶ n¨ng trao ®æi ion víi c«ng thøc chung lµ RX, trong ®ã R lµ gèc h÷u c¬ phøc t¹p, X cã thÓ lµ nhãm sulfonic ( -SO3H-) lµ mét axit m¹nh s½n sµng trao ®æi H+ víi c¸c cation kh¸c theo ph−¬ng tr×nh sau: R-X-H+ + NH4+ ↔ R-X-NH4+ + H+ (7) 1.1.4.8. Ph−¬ng ph¸p thæi khÝ ë pH cao Amoni tån t¹i trong n−íc ë d¹ng c©n b»ng: NH4+ ↔ NH3 (khÝ hßa tan) + H+ víi pKa = 9,5 (8) Nh− vËy ë pH gÇn 7 chØ cã mét l−îng rÊt nhá khÝ NH3 so víi ion NH4+ . NÕu ta n©ng pH lªn tíi 9,5 th× tû lÖ [NH3]/[NH4+ ] = 1 vµ cµng t¨ng pH c©n b»ng cµng chuyÓn nhanh vÒ phÝa NH3. V× NH3 lµ mét khÝ nhÑ h¬n kh«ng khÝ, do ®ã nÕu ¸p dông c¸c biÖn ph¸p sôc hoÆc thæi khÝ th× NH3 sÏ tho¸t ra khái n−íc; theo ®Þnh luËt Henry lµm chuyÓn dÞch c©n b»ng vÒ phÝa ph¶i NH4+ + OH- → NH3↑ + H2 (9) Trong thùc tÕ, pH ph¶i t¨ng lªn xÊp xØ 11míi cã thÓ chuyÓn tèi ®a NH4+ thµnh NH3; l−îng khÝ cÇn ®Ó NH3 tho¸t ra ngoµi ph¶i ë møc 1600m3 kh«ng khÝ/ m3 n−íc. Qu¸ tr×nh nµy phô thuéc rÊt nhiÒu vµo nhiÖt ®é m«i tr−êng. Vµ v× thÕ, ph−¬ng ph¸p nµy th−êng chØ ®−îc sö dông ®Ó xö lý amoni trong n−íc th¶i, rÊt hiÕm khi ®−îc ¸p dông trong xö lý n−íc cÊp v× khã cã thÓ ®Èy nång ®é NH4+ xuèng d−íi 1,5 mg/l trong tr−êng hîp thæi khÝ. 1.2. Tæng quan vÒ mét sè vËt liÖu cã nguån gèc tù nhiªn dïng trong nghiªn cøu 1.2.1. Bïn ®á 1.2.1.1. §Þnh nghÜa Bïn ®á lµ chÊt th¶i sinh ra trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt «xit nh«m tõ quÆng b«xit theo c«ng nghÖ Bayer. C«ng nghÖ Bayer lµ ph−¬ng thøc s¶n xuÊt chÝnh trong qu¸ tr×nh tinh luyÖn quÆng th« b«xit ®Ó s¶n xuÊt nh«m. Trong quÆng b«xit cã kho¶ng 30-54% lµ Al, Al2O3, phÇn cßn lµ oxit silic, nhiÒu d¹ng oxit s¾t vµ ®ioxit titan [24]. 10 Trong tiÕn tr×nh Bayer, b«xit ®−îc nghiÒn n¸t vµ ®−a vµo lß ph¶n øng víi mét l−îng d− dung dÞch NaOH nãng lªn ®Õn 1750C ®Ó Al2O3 (ë d¹ng bÒn) chuyÓn thµnh Al(OH)3, sau ®ã ®−îc chuyÓn hãa vÒ Al2O3 theo c¸c ph¶n øng sau : Al2O3 + 2OH + 3H2O → 2(Al(OH)4) (Al(OH)4)- + Na+→ Al(OH)3 + Na + OH2Al(OH)3 →Al2O3 + 3H2O (10) (11) (12) C¸c thµnh phÇn kh¸c trong b«xit kh«ng bÞ hßa tan theo c¸c ph¶n øng trªn ®−îc läc vµ lo¹i bá ra khái dung dÞch t¹o thµnh bïn ®á (h×nh 2). ChÝnh thµnh phÇn bïn ®á nµy g©y nªn vÊn n¹n m«i tr−êng vÒ vÊn ®Ò ®æ th¶i gièng nh− c¸c lo¹i quÆng ®u«i cña c¸c kho¸ng s¶n kim lo¹i mµu nãi chung. N¨m 2008 cã kho¶ng 60,5 triÖu tÊn Al2O3 ®o ®−îc s¶n xuÊt trªn toµn thÕ giíi. Theo møc trung b×nh toµn cÇu viÖc s¶n xuÊt 1 tÊn Al2O3 sinh ra 1,5 tÊn bïn ®á [27]. T¹i ViÖt Nam, vïng cã tr÷ l−îng qu¹ng b«xit lín nhÊt lµ T©y nguyªn, T©y nguyªn cã tr÷ l−îng quÆng b«xit vµo kho¶ng 8 tû tÊn. Nh− vËy nÕu khai th¸c hÕt l−îng b«xit ë T©y Nguyªn ®Ó s¶n xuÊt nh«m theo c«ng nghÖ Bayer, sÏ th¶i ra kho¶ng 12 tû tÊn bïn ®á, ®©y còng chÝnh lµ mét søc Ðp ®¸ng kÓ ®èi víi c¸c vÊn ®Ò m«i tr−êng ë ViÖt Nam . Bïn ®á o T=170-180 C B«xit NghiÒn n¸t Buång ph¶n øng ¸p lùc cao Na[Al(OH)4] Läc Êt Lµm l¹nh Al(OH)3 d¹ng h¹t kÕt tinh NaOH Nh«m «xÝt KÕt tinh Lß quay N−íc H×nh 2. Bïn ®á sinh ra tõ c«ng nghÖ Bayer 11 1.2.1.2. Thµnh phÇn, tÝnh chÊt vµ t¸c h¹i cña bïn ®á [23] Bïn ®á lµ hçn hîp bïn nhoo víi hµm l−îng chÊt r¾n kho¶ng tõ 20% ®Õn 80% vÒ khèi l−îng phô thuéc vµo ph−¬ng ph¸p cña qu¸ tr×nh tinh luyÖn. Tû lÖ vÒ hµm l−îng c¸c nguyªn tè chÝnh trong bïn ®á lµ Fe > Si ~ Ti >Al >Ca > Na…vµ mét sè c¸c kim lo¹i vÕt. Thµnh phÇn hãa häc cña bïn ®á ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 3. Bïn ®á cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng trung b×nh lµ 32.7± 12.2 m2g-1 vµ tû khèi trung b×nh lµ 2.5 ± 0.7 g.cm-3, trong khi yªu cÇu vÒ ®Êt (thæ nh−ìng) cÇn ph¶i cã tû khèi < 1,5 g.cm-3. C¸c vïng cã tû khèi v−ît qu¸ 1,5 g.cm-3 sÏ ng¨n trë qu¸ tr×nh th©m nhËp cña rÔ c©y vµ do vËy ng¨n c¶n c¶ viÖc h×nh thµnh hÖ thùc vËt, víi nh÷ng n¬i tû khèi trªn 1,6 g.cm-3 thùc vËt kh«ng thÓ sinh tr−ëng b×nh th−êng ®−îc. KÝch th−íc h¹t bïn ®á trung b×nh tõ 2-100 µm; víi kÝch th−íc h¹t rÊt nhá sÏ g©y bôi lµm « nhiÔm kh«ng khÝ . Nh−ng t¸c h¹i chñ yÕu vµ nghiªm träng nhÊt cña bïn ®á ph¶i nãi lµ pH; víi pH > 11% ®o g©y nguy h¹i khi tiÕp xóc trùc tiÕp ®èi víi ng−êi vµ ®éng vËt. §èi víi m«i tr−êng, n−íc ch¶y qua bïn ®á khi ch¶y xuèng s«ng sÏ lµm chÕt t«m c¸ vµ thñy sinh vËt, lµm suy gi¶m nguån n−íc mÆt vµ n−íc ngÇm, cã nguy c¬ bÞ nhiÔm c¸c kim lo¹i nÆng ®éc h¹i cã thÓ g©y ung th− hoÆc chÕt ®èi víi con ng−êi vµ ®éng thùc vËt. B¶ng 3. Thµnh phÇn hãa häc cña bïn ®á[26] Thành Tỉ lệ (%) phần H×nh 3. VËt liÖu bïn ®á 12 Thành Tỉ lệ (%) phần Al2O3 14.14 P2O5 0.297 SiO2 11.53 V2O5 0.116 Fe2O3 48.50 ZnO 0.027 TiO2 5.42 MgO 0.049 CaO 3.96 MnO 0.17 Na2O 7.50 K2O5 0.58 L.O.L 7.52 1.2.1.3. Mét sè th«ng tin chung vÒ viÖc xö lý, qu¶n lý vµ sö dông bïn ®á N¨m 2000 c«ng ty Virotec International Ltd ®o nghiªn cøu thµnh c«ng vµ ®−a ra c«ng nghÖ míi vÒ xö lý bïn ®á cã tªn lµ c«ng nghÖ BaseconTM vµ s¶n phÈm BauxsolTM. C«ng nghÖ nµy sö dông n−íc biÓn ®Ó trung hßa kiÒm d− trong bïn ®á [26]. Trong mét b¸o c¸o cña Al Agrawal n¨m 2004 cho biÕt: trong sè 84 nhµ m¸y s¶n xuÊt nh«m trªn thÕ giíi, chØ cã 7 nhµ m¸y thùc hiÖn xö lý bïn ®á b»ng c¸ch trung hßa bïn ®á víi n−íc biÓn do t¹i ®ã kh«ng x©y dùng ®−îc hå chøa bïn ®á[25]. T¹i Trung Quèc, hÇu nh− l−îng bïn ®á th¶i ra ®Òu ®−îc ch«n lÊp; Tuy nhiªn hiÖn cã kho¶ng 10% l−îng bïn ®á ®−îc t¸i chÕ ®Ó thu håi kim lo¹i quý hoÆc lµm nguyªn liÖu cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt g¹ch vµ ®å gèm [22]. Tãm l¹i, bªn c¹nh nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu xö lý vµ qu¶n lý nh»m gi¶m c¸c t¸c ®éng xÊu cña bïn ®á ®Õn m«i tr−êng vµ con ng−êi, nh÷ng h−íng t¸i sö dông bïn ®á sau còng ®o ®−îc quan t©m: - S¶n xuÊt gèm thñy tinh - S¶n xuÊt xi m¨ng - S¶n xuÊt g¹ch chÞu löa vµ kh«ng chÞu löa - Xö lý ®Êt - Thu håi kim lo¹i, vµ kim lo¹i quý - HÊp thô lµm s¹ch gas - Xö lý n−íc th¶i 1.2.2. Bentonit 1.2.2.1. Bentonit trong tù nhiªn Bentonit lµ lo¹i kho¸ng sÐt tù nhiªn cã thµnh phÇn chÝnh lµ montmorillonit. C«ng thøc ®¬n gi¶n nhÊt øng víi nöa "tÕ bµo" ®¬n vÞ cÊu tróc cña montmorillonit lµ Al2O3.4SiO2.nH2O. Trong tr−êng hîp lý t−ëng c«ng thøc cña montmorillonit lµ Si8Al4O20(OH)4 øng víi 1 ®¬n vÞ cÊu tróc. Tuy nhiªn trªn thùc tÕ thµnh phÇn cña bentonit lu«n kh¸c víi thµnh phÇn ®−îc miªu t¶ trªn theo lý thuyÕt v× trong cÊu tróc 13