TỔNG QUAN
Sơ lược về một số kim loại nặng
- Kim loại nặng
- Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi trường
- Niken
- Quy chuẩn Việt Nam về nước thải
Trong điều kiện thích hợp, kim loại nặng có thể được giải phóng vào môi trường nước vào môi trường đất hoặc khí. Trong môi trường nước, kim loại nặng tồn tại ở 3 dạng khác nhau và có thể ảnh hưởng đến sinh vật, đó là: (1) hòa tan, (2) được hấp thụ bởi các thành phần vô sinh hoặc hữu sinh và lơ lửng trong nguồn nước hoặc lắng đọng ở đáy và (3) tích lũy trong sinh vật. Vì vậy, kim loại nặng trong môi trường nước có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống.
Ô nhiễm nước do kim loại nặng có tác động tiêu cực đến môi trường sống của sinh vật và con người. Kim loại nặng tích tụ theo chuỗi thức ăn và đi vào cơ thể con người. Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể thông qua chu trình thực phẩm.
Giới thiệu về phương pháp hấp phụ
- Các khái niệm
- Động học của quá trình hấp phụ
- Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ
- Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ và giải hấp
- Ứng dụng của phương pháp hấp phụ trong việc xử lý nước thải
Giải hấp phụ là quá trình loại bỏ chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mặt của chất hấp phụ. Hấp phụ là bước cuối cùng diễn ra do sự tương tác của chất hấp phụ và bề mặt chất bị hấp phụ. Khuếch tán ngoài: Khuếch tán các phân tử bị hấp phụ từ pha chất mang lên bề mặt chất rắn.
Khuếch tán bên trong: Khuếch tán các hạt bị hấp phụ vào lỗ xốp. Như vậy, lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn sẽ phụ thuộc vào hai quá trình khuếch tán. Ci : nồng độ chất hấp phụ trong pha chất mang tại thời điểm ban đầu (mg/l) Cf : nồng độ chất hấp phụ trong pha chất mang tại thời điểm t (mg/l).
Quá trình hấp phụ có thể được mô tả dựa trên đường đẳng nhiệt hấp phụ. Trong vùng đó lực tương tác giữa các phân tử của chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn là không đáng kể. Mô tả quá trình hấp phụ của một lớp phân tử trên bề mặt chất rắn.
Các hạt bị hấp phụ trong một lớp đơn phân tử trên bề mặt chất hấp phụ (hạt bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại bất kỳ tâm xác định nào). Sự hấp phụ có tính chọn lọc (mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một hạt). Không có tương tác giữa các hạt chất hấp phụ.
Sức căng bề mặt của dung môi càng cao thì chất tan càng dễ bị hấp phụ.
Giới thiệu về vật liệu hấp phụ - xương san hô
- San hô
- Phân bố
- Thành phần chủ yếu của san hô
- Cấu tạo xương san hô
- Ứng dụng của xương san hô
Quần đảo Hoàng Sa và Trường Sa là hai trong số những rạn san hô đẹp nhất của Việt Nam. Nơi đây được coi là trung tâm đa dạng sinh học biển của thế giới, nằm trong trung tâm phát triển san hô lớn nhất thế giới. San hô cá thể và nhóm có cấu trúc cơ thể với thịt mềm và bộ xương phát triển tốt.
Ở san hô 6 ngăn (Hexacoralia), bộ xương được hình thành do các tế bào của lớp ngoài ở đáy của mỗi cá thể tạo thành các tia xuyên sâu vào cơ thể con vật rồi liên kết với nhau thành bộ xương vững chắc. Galaxea là một nhóm san hô sáu ngăn với các bộ xương polyp cách đều nhau hợp nhất trên bức tường bên ngoài. Symphillia là nhóm san hô 6 ngăn, mức độ bám dính của polyp lớn hơn.
Ở san hô 8 ngăn (Octocorallia), bộ xương nằm ở trung bì, do các tế bào xương cấu tạo bằng chất sừng, thấm canxi ghép lại với nhau và thường có màu sắc khác nhau (đỏ, đen, nâu...). Như vậy, bộ xương san hô 8 ngăn cơ bản rất khác so với bộ xương 6 ngăn. Tubipora là nhóm san hô tám ngăn với bộ xương bao gồm các ống dài song song.
Xương hô được dùng trong y học: trong răng - hàm - mặt, trong các bệnh lý gây hẹp ống sống (do thoái hóa xương hoặc đĩa đệm chèn ép vào lòng tủy sống). Năm 2003, san hô bắt đầu được sử dụng để tạo hình khuyết xương cho những bệnh nhân bị tổn thương xương hàm, xương gò má và xương ổ mắt. Hóa thạch san hô là chỉ số quan trọng về địa tầng trong nghiên cứu địa chất.
Rạn san hô bảo vệ bờ biển khỏi xói lở, ngăn tác động của sóng biển.
THỰC NGHIỆM
- Dụng cụ và hóa chất
- Dụng cụ
- Hóa chất
- Nguyên liệu dùng để chế tạo VLHP
- Điều kiện tiến hành thí nghiệm
- Phương pháp chuẩn độ complexon xác định Ni 2+
- Nguyên tắc của phương pháp
- Cách tiến hành
- Hóa chất sử dụng
- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ nguyên liệu xương san hô
- Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ Ni 2+ của vật liệu
- Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP tới quá trình hấp phụ Ni 2+
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Ni 2+ của VLHP
- Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Ni 2+ của VLHP
- Mô tả quá trình hấp phụ Ni 2+ theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir
- Khảo sát quá trình giải hấp phụ, thu hồi ion kim loại
- Bước đầu ứng dụng vật liệu hấp phụ vào xử lý nước thải
- Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ Ni 2+ của vật
- Phương pháp xử lý nước thải
Vật liệu hấp phụ Hình 2.1: Quy trình xử lý vật liệu hấp phụ - xương san hô. Tiến hành các bước như khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP. Từ kết quả trên, xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ đối với Ni2+.
Bước 4: Sau khi lắc ta tiến hành lọc dung dịch để xác định nồng độ Ni2+. Từ kết quả trên, pH tối ưu được xác định cho quá trình hấp phụ Ni2+. Dựa vào kết quả thời gian đạt cân bằng hấp phụ khảo sát quá trình hấp phụ theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir, từ đó dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ để xác định các thông số đặc trưng của quá trình hấp phụ.
Bước 3: Chỉnh pH của dung dịch về pH tối ưu và lắc trong thời gian hấp phụ tối ưu đã khảo sát ở trên. Bước 4: Sau đó lọc dung dịch và xác định lại nồng độ Ni2+ bằng phương pháp chuẩn độ với EDTA như trên. Quá trình giải hấp phụ là quá trình ngược lại của quá trình hấp phụ, tức là quá trình tách Ni2+ ra khỏi chất hấp phụ.
Để giải hấp phụ có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau cho từng loại chất hấp phụ cũng như cho từng phương pháp hấp phụ. Tuy nhiên, quá trình giải hấp không thể tiếp tục đối với xương san hô do thành phần chính của nó là CaCO3 (53,2%). Sau đó tiến hành chuẩn độ như trên để xác định nồng độ Ni2+ còn lại.
Để đánh giá khả năng hấp phụ Ni2+ trong nước thải của vật liệu, tôi chọn phương pháp hấp phụ động trên cột.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Kết quả xác định tải trọng hấp phụ Ni 2+ của vật liệu
Kết quả cho thấy khi nồng độ ban đầu của dung dịch Ni2+ tăng thì tải lượng hấp phụ của vật liệu cũng tăng. Khi nồng độ ban đầu tăng đến một giá trị nào đó thì độ bão hòa q không tăng nữa. Dựa vào số liệu thực nghiệm thu được, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf theo thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đối với VLHP được mô tả như Hình (3.5).
Kết quả xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ động trên cột
- Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ Ni 2+
- Kết quả xử lý nước thải trên 1 cột hấp phụ
- Kết quả xử lý nước thải trên 2 cột hấp phụ
Từ kết quả trên ta thấy tốc độ dòng càng thấp thì thời gian lưu cột càng dài, hiệu suất hấp thụ càng lớn và hiệu suất này sẽ giảm dần theo thể tích mẫu qua cột. Tuy nhiên, để tiết kiệm chi phí xử lý nước thải mà vẫn đảm bảo hiệu quả xử lý nước thải, tôi chọn tốc độ dòng 0,8 ml/phút để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo. Kết quả nghiên cứu xử lý nước thải bằng cột hấp phụ được trình bày ở bảng dưới đây.
Nhận xét: Từ kết quả thí nghiệm trên có thể thấy thể tích mẫu qua cột càng lớn thì hiệu suất hấp phụ ion kim loại càng giảm. Vì vậy, tôi tiếp tục thí nghiệm trên 2 cột hấp phụ đặt nối tiếp. Kết quả lập sơ đồ xử lý nước thải trên 2 cột hấp phụ được thể hiện trong bảng sau.
Nhận xét: Sau khi thực hiện hấp phụ trên 2 cột liên tiếp tôi thấy hiệu quả xử lý cao hơn so với chỉ 1 cột. Việc xử lý nước thải thực tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: mức độ ưu tiên hấp phụ giữa các ion kim loại trong nước thải, nồng độ ion kim loại nặng, COD. Khi làm như vậy tôi thấy nếu cho nước thải chảy liên tục qua một số cột hấp phụ thì hiệu quả xử lý vật liệu nước thải sẽ tăng cả về số lượng và chất lượng.
Kết quả này có thể ứng dụng để thiết kế hệ thống xử lý nước thải chứa kim loại gồm nhiều cột hấp phụ mắc nối tiếp, hiệu quả xử lý sẽ tăng lên rất nhiều. Áp dụng các điều kiện tối ưu trên vào quá trình nghiên cứu xác định tải lượng hấp phụ Ni2+ của vật liệu. Kết quả cho thấy, nếu nước thải được dẫn qua 2 cột liên tiếp thì nồng độ Ni2+ sẽ giảm xuống ngưỡng cho phép đối với nước thải công nghiệp theo QCVN 40:2011/BTNMT.
Sau khi hấp phụ kim loại nặng, xương san hô không có khả năng giải hấp nhưng có thể tái sử dụng làm chất trộn trong công nghiệp xi măng và xây dựng (bê tông cốt thép, nhựa đường).
