BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NG N HÀNH NG

NGHI N C À NG NG

H NG H ỌC NH Đ CH

I ẠI NẶNG NG N C

Chuyênngành: Công nghệ môi trường

ãsố: 60.85.06

Ó Ắ ẬN ĂN HẠC SĨ Ỹ H Ậ

ĐàNẵng – Năm 2015

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Ngườihướngdẫnkhoahọc: S. hư Cường

Ph n i n : T Đ ng Quang Vinh

Ph n i n 2: T Th u n Th

uận văn sẽ được o v trước Hội đồng chấm uận văn tốt

nghi p Thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 08

tháng 01 năm 2015

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

Trung tâm Thông tin-Học li u, Đại học Đà Nẵng

Trung tâm Học li u , Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1.

Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng của nhiều nguồn nước là vấn

đề đáng quan tâm của mọi thời đại, do tính độc hại của chúng đối với

các vi sinh vật và cuối cùng là con người. Hay nói cách khác là chúng

ảnh hưởng đến sự phát triển của con người và sự an toàn của hệ sinh

thái.

Hầu hết các kim loại nặng trong nước tồn tại ở dạng ionhoặc

phức chất, chúng có nguồn gốc phát sinh chủ yếu do các hoạt động

của con người. Do tính phân rã kém nên kim loại nặng sẽ được giữ

lại trong các chuỗi thức ăn của hệ sinh thái. Quá trình này bắt đầu với

nồng độ thấp của các kim loại nặng tồn tại trong nước hoặc cặn lắng,

rồi sau đó được tích tụ nhanh trong hệ thực vật và động vật dưới

nước. Tiếp đến các sinh vật khác sử dụng thực vật, động vật này làm

thức ăn trong chuỗi thức ăn dẫn đến nồng độ kim loại nặng được tích

tụ trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn. Cuối cùng đến sinh vật bật

cao nhất trong chuỗi thức ăn, nồng độ kim loại nặng đủ lớn để gây ra

độc hại. Vì vậy, việc loại bỏ ion kim loại nặng ra khỏi các nguồn

nước là mục tiêu môi trường quan trọng cần phải được giải quyết.

Hiện nay, phương pháp lọc từ tính đang được nhiều nhà khoa

học quan tâm, vì nó đáp ứng được nhu cầu loại bỏ các chất gây ô

nhiễm trong môi trường nước một cách đơn giản và nhanh chóng

bằng cách sử dụng nam châm hoặc điện từ trường mà không phải

dùng bất cứ một hệ thống bơm hay lọc phức tạp nào cả. Hạt từ tính

PG-Mlà nguyên liệu được sử dụng nhiều nhất trong phương pháp lọc

từ tính này. Đặc biệt, việc ứng dụng PG-M trong phương pháplọc từ

tính ở Việt Nam vẫn chưa được biết đến.

2

ừ những vấn đề trên tôi đề uất đề tài “Nghiên cứu và ứng

dụng phương pháp lọc từ tính để tách kim loại nặng trong nước”.

2. Mụ g ê ứu

Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp lọc từ tính trong

việc xử lý kim loại nặng trongnước nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ

thuật, phù hợp với các quy định hiện hành và mang tính khả thi cao.

3. Đố ƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đố ƣợng nghiên cứu: nguồn nước có nồng độ kim loại nặng cao.

Phạm vi nghiên cứu: hảo sát một số nguồn nước thải công

nghiệp.Khảo sát hiệu quả tách một số ion kim loại nặng của hạt từ

tính PG-M.Nghiên cứu các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến khả

năng ử lý và tách kim loại nặng trong nước bằng phương pháp lọc

từ tính. p dụng xử lý một số nguồn nước có nồng độ kim loại nặng

cao đã được khảo sát.

4. P ƣơ g á g ê ứu

Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài: phương

pháp lấy mẫu hiện trường, phương pháp phân tích hóa học, phương

pháp mô hình, phương pháp tính toán, phương pháp kế thừa.

5. ố ụ

goài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận

văn được thực hiện theo các nội dung chính như sau

Chương . ng quan

Chương . Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 3. ết quả nghiên cứu và thảo luận

3

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. H NH

ạt từ tính e3O4 là vật liệu từ tính đầu tiên mà con người

biết đến. ừ thế k thứ tư, người rung uốc đã khám phá ra rằng

Fe3O4 tìm thấy trong các khoáng vật tự nhiên có khả năng định

hướng dọc theo phương bắc nam địa l . Đến thế k họ đã sử dụng

vật liệu e3O4 để làm la bàn, một công cụ giúp ác định phương

hướng rất có ích trong tự nhiên. Fe3O4 không những được tìm thấy

trong khoáng vật mà nó c n được tìm thấy trong cơ thể các sinh vật

như: ong, mối, chim bồ câu...

Fe3O4 có ứng dụng hết sức rộng rãi như ghi từ, in ấn, sơn

phủ... Các ứng dụng này thì đều tập trung vào vật liệu e3O4 dạng

hạt. iện nay người ta đang đặc biệt quan tâm nghiên cứu ứng dụng

Fe3O4 có kích thước nano bởi vì về mặt từ tính thì khi ở kích thước

nhỏ như vậy vật liệu này thể hiện tính chất hoàn toàn khác so với khi

ở dạng khối, đó là tính chất siêu thuận từ.

1.2.GAMMA POLYGLUTAMIC AXIT

Gamma polyglutamic axit(viết tắt là γ-PGA có thành phần

chính là glutamic acid, nitơ, cacbon hữu cơ và khoáng chất, nhờ quá

trình lên men của vi sinh vật tạo thành chất cao phân tử, chất này có

khả năng tăng cường hấp thu dinh dưỡng, có khả năng phân hủy sinh

học, nó đã được áp dụng nhiều trong công nghệ sản xuất mỹ phẩm,

thực phẩm, chất dẻo, chất keo tụ. γ-PGA đặc biệt n i tiếng là thành

phần tạo độ nhờn cho món ăn “ atto” – một món ăn n i tiếng ở

Nhật. Điều này chứng tỏ γ-PGA hoàn toàn không độc hại đối với con

người và môi trường. γ-PGA cũng được sử dụng rộng rãi để làm

4

chấtkết tủa các hợp chất vô cơ và hữu cơ như cellulose, chất lơ lửng

và kim loại nặng trong nước.

1.3. H 3O4 PH γ-PGA

ạt e3O4 phủ γ-PGA (viết tắt là PG-M) được tạo thành từ

thành phần chính γ-PGA và e3O4 bằng cách phủ γ-PGA lên hạt từ

tính Fe3O4. Việc sử dụng lớp phủ γ-PGA lên hạt từ tính Fe3O4 có 2

mục đích chính sau thứ nhất là khả năng trao đ i cation của nhóm

cacboxylic trên PGA; thứ hai là tăng khả năng hấp phụ vật lý các hạt

dạng keo vào mạng polymer ba chiều của nó. hêm vào đó, vì lõi của

PG-M là Fe3O4 có mang từ tính nên dễ dàng thu hồi PG-M sau khi

hấp phụ ion kim loại nặng cũng như các hợp chất trong nước bằng

cách sử dụng một nam châm v nh cửu hay điện từ trường.

1 4 I I N NG

Định ngh a về kim loại nặng đã được Bjerrum đưa ra từ năm

1936, theo Bjerrum kim loại nặng là các nguyên tố kim loại ở dạng

nguyên tố có t trọng lớn hơn 7 g/cm3. heo thời gian định ngh a đó

cũng có thay đ i, những định ngh a này dựa trên t trọng, số khối

hoặc khối lượng nguyên tử và trên tính chất hóa học hoặcđộc tố của

chúng. Quan điểm gần đây cho rằng kim loại nặng là các nguyên tố

kim loại ở dạng nguyên tố có t trọng lớn hơn 5 g/cm3, nhìn chung

kim loại nặng là những nguyên tố có số nguyên tử cao và thường thể

hiện tính kim loại ở nhiệt độ phòng. Nó bao gồm những kim loại

chuyển tiếp, một số metalloid, lantan và actini.

1.4.1.Tác dụng sinh hóa c a kim loại nặ g ối với con

gƣời

1.4.2. Vai trò c ƣớ ối vớ ơ ể sống

1.4.3. Cá á g g ƣớ

5

1.4.4. Kim loại ặ g g ƣờ g ƣớc

1.4.5. Liên ơ

1 5 C C PHƢƠNG PH P I I N NG NG

NƢ C

1.5.1. ổi ion

1.5.2. P ƣơ g á t t a

1.5.3. P ƣơ g á ng k t t a

1.5.4. P ƣơ g á s ọc

1.5.5. P ƣơ g á ển nổi

1.5.6. P ƣơ g á p phụ

1.6. H P PH

1.6.1. Tổng quan v ƣơ g á p phụ

a. Sự hấp phụ

b. Cân bằng hấp phụ

1.6.2. Cá ì ơ bản c a quá trình h p phụ

a. Mô hình động học hấp phụ

b. Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir

Phương trình đẳng nhiệt Freudlich

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry

1.6.3.Cơ h p phụ kim loại nặng c a PG-M

Quá trình hấp phụ kim loại nặng của PG-M xảy ra như sau

Các ion kim loại nặng từ trong lòng dung dịch di chuyển tới tiếp úc

với PG-M. uá trình này được thực hiện nhờ khuếch tán đối lưu. uá

trình hấp phụ vật lý giữa các tâm hấp phụ với ion kim loại nặng bằng

các lực liên kết t nh điện và liên kết Vander Waals, nhưng quá trình

hấp phụ chính ở đây là quá trình tạo phức giữa các ion kim loại nặng

6

với các nhóm chức của PG-M. PG-M có rất nhiều nhóm chức -

COOH, nhóm này có khả năng trao đ i ion H+ và hình thành phức

với các ion kim loại nặng. Mối liên kết này được tạo thành từ các liên

kết cộng hóa trị giữa các ion kim loại và các nguyên tử oxi có trong

các nhóm chức của PG-M tạo thành các liên kết phối trí.

1.7. I N C C I I N NG ĐƢ C NGHI N

C NG Đ I

1.7.1. Cadimi

1.7.2. Chì

1.7.3. Crom

1.8. NH H NH NGHI N C NG NG PG- Đ

NƢ C H I N H GI I Ở I N

1.8.1. Nghiên cứ g ƣớc

1.8.2. Nghiên cứ g ƣớc

7

CHƢƠNG 2

Đ I Ƣ NG PHƢƠNG PH P NGHI N C

2 1 Đ I Ƣ NG NGHI N C

- ước thải công nghiệp có nồng độ kim loại nặng cao.

- ạt từ tính PG-M.

2.2. I HI NGHI N C

2.2.1. Hóa ch t

2.2.2. Dụng cụ và thi t bị

2.3. PHƢƠNG PH P NGHI N C

2 3 1 ƣờ g

2.3.2. P ƣơ g á ọ

a. Xác định hàm lượng kim loại bằng má qu ng ph hấp

thụ ngu ên t ngọn l

b. Xác định hàm lượng kim loại bằng phương pháp cực ph

c. Đo pH

d. Định lượng -M

e. Xác định t ng chất r n lơ l ng (TSS)

f. Các phương pháp s ụng trong quá trình ph n tích m u

2.3.3. P ƣơ g á g

2.3.4 P ƣơ g á á

a. Lượng ion kim loại nặng hấp phụ trên PG-M

Qe =

(2.4)

b. Hiệu suất của quá trình hấp phụ

E(%) =

x 100 (2.5)

8

2.3.5. Mô hình lọc từ tính

hi t l p mô hình lọc từ tính

ình 2.8 - ơ đồ nguyên l của phương pháp lọc từ tính

ống dẫn nước vào bình chứa hạt PG-M 3 cánh khuấy

4: bình phản ứng : bộ phận tách từ

n hành mô hình

Mô hình được vận hành liên tục, nước thải đã biết trước nồng

độ được đưa vào mô hình, lấy mẫu sau ử l và tiến hành phân tích

để ác định hiệu quả ử l . hời gian vận hành và theo d i mô hình

10 ngày.

9

CHƢƠNG 3

K T QU NGHIÊN C U VÀ TH O LU N

3 1 H C C NG N NƢ C H I

ảng 3.1. ết quả khảo sát nồng độ kim loại nặng trong nước

TT g

số

Đơ

ị

NT1 NT2 zNT3

QCVN

40:2011/BTNMT

1 pH - 1,22 6,68 6,10 5,5 - 9

2 Cd mg/l 0,378 0,025 0,045 0,1

3 Cr mg/l 0,78 <0,005 <0,005 -

4 Cu mg/l 0,987 0,099 0,982 2

5 Pb mg/l 8,120 <0,005 0,676 0,5

6 Zn mg/l 1,454 0,045 0,524 3

ảng 3.2. ết quả khảo sát nồng độ kim loại nặng trong nước

TT g

số

Đơ

ị

NT4 NT5 NT6

QCVN

40:2011/BTNMT

1 pH - 5,90 1,52 6,74 5,5 - 9

2 Cd mg/l 0,009 0,041 0,002 0,1

3 Cr mg/l 0,040 0,07 0,004 -

4 Cu mg/l 0,013 0,658 0,033 2

5 Pb mg/l 0,593 0,058 0,019 0,5

6 Zn mg/l 0,022 0,225 0,064 3

10

C

NT1: nước thải Công ty C phần cơ khí mạ Đà ng – hu

công nghiệp a hánh – Đà ng.

NT2:nước thải Công ty giấy guyên Phúc – hu công

nghiệp a hánh – Đà ng.

3 nước thải Công ty hương mại và dịch vụ lắp

máy Miền am – hu công nghiệp a hánh – Đà ng.

nước thải Công ty một thành viên toàn mỹ Miền

rung – hu công nghiệp Điện am – Điện gọc – uảng am.

nước thải gần khu vực khai thác quặng feralit – ã

ương ong – am Đông – hừa hiên uế.

nước thải vào hồ àu ràmcống gần khu công nghiệp

a hánh – Đà ng.

hận t các cơ sở được khảo sát nồng độ kim loại nặng

trong nước thải cao và các kim loại nặng Cd, Pb vượt giới hạn

cho ph p cụ thể là nồng độ Cd vượt 3, lần, nồng độ Pb vượt ,

lần. C không đưa ra giá trị so sánh cho Cr, tuy nhiên do Cr tồn

tại trong môi trường nước ở hai trạng thái oxy hóa chủ yếu là Cr3+

và

Cr6+ và ở nồng độ cao thì Cr

3+ có thể oxi hóa thành Cr

6+ trong dung

dịch kiềm, Cr6+

tan mạnh trong nước, độc hơn rất nhiều so với Cr3+

độc tính của nó gấp 500 lần so với Cr3+

, đây là một điều đáng lưu .

goài ra trong nước thải 3 có nồng độ Pb vượt ,3 lần và

nước thải có nồng độ Pb vượt , lần.

hận thấy rằng những nguồn nước thải có nồng độ kim loại

nặng cao thì giá trị p thấp.

hư vậy trong nguồn nước thải khảo sát với kim loại nặng

được phân tích thì nồng độ Cu và n có giá trị thấp hơn quy chuẩn.

11

-M

Trong phần nghiên cứu này, tôi lựa chọn 3 kim loại nặng là

Cd, Cr và Pb để khảo sát khả năng hấp phụ của PG-M. Để khảo sát

hiệu quả hấp phụ Cd, Cr và Pb của PG-M và lựa chọn các thông số

thích hợp cho quá trình hấp phụ, tôi tiến hành thí nghiệm trên các

mẫu nước nhân tạo chứa đồng thời cả 3 kim loại Cd, Cr và Pb. Mẫu

nước nhân tạo này được điều chế từ các dung dịch gốc: dung dịch Cd

có nồng độ là 1000 mg/l, dung dịch Cr có nồng độ là 1000 mg/l,

dung dịch Pb có nồng độ là 1000 mg/l.

3.2.1. ả sá ả ƣởng c H n ả g h p phụ

PG-M

Để khảo sát ảnh hưởng của p đến khả năng hấp phụ các ion

kim loại Cd, Cr và Pb của PG-M, tôi tiến hành 7 thí nghiệm như sau

cho 0,1 g PG-M vào mẫu nước nhân tạo với các thông số pH thay

đ i: 1;2;3,4;5;6;7 và cố định các thông số: nồng độ Cd, Cr và Pb

trong mẫu nước nhân tạo ban đầu đều là 1 mg/l; thời gian hấp phụ là

3 phút; thể tích mẫu cho hấp phụ là 50 ml.

a. t qu hấp phụ C

ình 3.9. Biểu đồ biến đ i nồng độ của Cd theo giá trị của p

00,10,20,30,40,50,60,70,80,91

1 2 3 4 5 6 7

N

ng

C

d (

mg

/l)

pH

Co Ct

12

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,1

1 2 3 4 5 6 7

N

ng

C

r (

mg

/l)

pH

Co Ct

hận t ết quả thực nghiệm ch ra rằng khi giá trị p thay

đ i thì lượng Cd hấp phụ lên PG-M có sự khác nhau. Cụ thể khi p

thì lượng Cd hấp phụ lên PG-M là thấp nhất, khi p tăng thì

lượng Cd hấp phụ lên PG-M tăng lên. hi giá trị p lớn hơn thì

nồng độ Cd được giảm uống hơn lần, uống dưới giá trị tối đa

cho ph p. iệu suất hấp phụ tốt nhất khi giá trị p với hiệu suất

đạt đến , .

b. t qu hấp phụ Cr

ình 3.11. iểu đồ biến đ i nồng độ của Cr theo giá trị của p

hận t ết quả thực nghiệm ch ra rằng khi giá trị p thay

đ i thì lượng Cr hấp phụ lên PG-M có sự khác nhau. Cụ thể khi p

thì lượng Cr hấp phụ lên PG-M là thấp nhất, khi p tăng thì

lượng Cr hấp phụ lên PG-M tăng lên. hi giá trị p lớn hơn 3 thì

nồng độ Cr được giảm uống hơn 3 lần. iệu suất hấp phụ tốt nhất

khi giá trị p với hiệu suất đạt đến , .

13

c. t qu hấp phụ

ình 3.13. iểu đồ biến đ i nồng độ của Pb theo giá trị của p

hận t ết quả thực nghiệm ch ra rằng khi giá trị p thay

đ i thì lượng Pb hấp phụ lên PG-M có sự khác nhau. Cụ thể khi p

thì lượng Pb hấp phụ lên PG-M là thấp nhất, khi p tăng thì lượng

Pb hấp phụ lên PG-M cũng tăng lên. hi giá trị p lớn hơn thì

nồng độ Pb được giảm uống hơn lần, uống dưới giá trị tối đa cho

ph p theo C . iệu suất hấp phụ tốt nhất khi giá trị pH

= với hiệu suất đạt đến , 3 . Các kim loại khác nhau thì hiệu

suất hấp phụ lên PG-M cũng có sự khác nhau. uá trình hấp phụ Cd

của PG-M đạt được hiệu suất cao ở các giá trị pH lớn hơn 4. Quá

trình hấp phụ Cr của PG-M đạt được hiệu suất cao ở các giá trị pH

lớn hơn 3. Quá trình hấp phụ Pb của PG-M đạt được hiệu suất cao ở

các giá trị pH lớn hơn 5. Tuy nhiên với p lớn hơn đã giảm hơn

cả 3 kim loại trên trong dung dịch.

Từ các kết quả thí nghiệm trên cho ta thấy sự thay đ i pH của

môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hấp phụ Cd, Cr và Pb

của PG-M.

00,10,20,30,40,50,60,70,80,91

1,1

1 2 3 4 5 6 7

N

ng

P

b (

mg

/l)

pH

Co Ct

14

3.2.2. ả sá ả ƣởng c a thời gian ụ n ả

g h p phụ PG-M

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến khả năng hấp phụ

của vật liệu hấp phụ, tôi tiến hành 7 thí nghiệm cho 0,1g PG-M vào

mẫu nước nhân tạo với khoảng thời gian hấp phụ thay đ i: phút,

phút phút 3 phút 60 phút 90phút phút còn cố định các

thông số: pH = 5; nồng độ của Cd, Cr và Pb ban đầu trong mẫu nước

nhân tạo là 1 mg/l; thể tích mẫu cho hấp phụ: 50 ml.

a. t qu hấp phụ C

ình 3.16. iểu đồ biến đ i nồng độ của Cd theo thời gian hấp phụ

hận t Đối với quá trình hấp phụ Cd, hàm lượng Cd hấp phụ

lên PG-M tăng mạnh trong khoảng thời gian bắt đầu tiến hành hấp

phụ đến phút. Từ sau 20 phút đến phút hấp phụ thì lượng Cd

hấp phụ tăng không đáng kể. au thời gian hấp phụ là phút thì

nồng độ Cd ban đầu là , mg/l đã giảm uống hơn lần uống

dưới giá trị tối đa cho ph p theo C .

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

5p 10p 20p 30p 60p 90p 120p

N

ng

C

d (

mg

/l)

ời gian ( t)

15

b. t qu hấp phụ Cr

ình 3.18. iểu đồ biến đ i nồng độ của Cr theo thời gian hấp phụ

hận t Đối với quá trình hấp phụ Cr, hàm lượng Cr hấp phụ

lên PG-M tăng mạnh trong khoảng thời gian bắt đầu tiến hành hấp

phụ đến phút. Từ sau 20 phút đến phút hấp phụ thì lượng Cr

hấp phụ tăng không đáng kể. au thời gian hấp phụ là phút thì nồng

độ Cr ban đầu là , mg/l đã giảm uống hơn lần.

c. t qu hấp phụ

ình 3.20. iểu đồ biến đ i nồng độ của Pb theo thời gian hấp phụ

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

5p 10p 20p 30p 60p 90p 120p

N

ng

C

r (

mg

/l)

ời gian ( t)

0

0,003

0,006

0,009

0,012

0,015

0,018

0,021

0,024

5p 10p 20p 30p 60p 90p 120p

N

ng

P

b (

mg

/l)

ời gian ( t)

16

hận t Đối với quá trình hấp phụ Pb, hàm lượng Pb hấp phụ

lên PG-M tăng mạnh trong khoảng thời gian bắt đầu tiến hành hấp

phụ đến phút. Từ sau phút đến phút hấp phụ thì lượng Pb

hấp phụ tăng không đáng kể. au thời gian hấp phụ là phút thì nồng

độ Pb ban đầu là , mg/l đã giảm uống hơn lần uống dưới

giá trị tối đa cho ph p theo C .

Đối với từng kim loại khác nhau thì hiệu suất hấp phụ trong

cùng một thời gian cũng khác nhau. iệu suất hấp phụ Pb đạt đến

, từ khi bắt đầu tiến hành hấp phụ đến phút và hiệu suất hấp

phụ Pb cũng đạt giá trị cao nhất với hiệu suất đến ,3 . iệu suất

hấp phụ của Cd đạt giá trị thấp nhất và tốc độ hấp phụ cũng chậm

nhất. ừ biểu đồ ta thấy rằng trong khoảng phút đầu tiên tiếp úc

với vật liệu hấp phụ nồng độ 3 kim loại Cd, Cr, Pb trong dung dịch

giảm nhanh hiệu suất hấp phụ đạt trên sau một thời gian 20 phút

hiệu suất hấp phụ đạt đến gần 99%.

heo thuyết hấp phụ đ ng nhiệt, các phân tử chất bị hấp phụ

khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược

lại. iên quan đến yếu tố thời gian tiếp úc giữa chất hấp phụ và chất

bị hấp phụ, thời gian ngắn thì chưa đủ để các trung tâm hoạt động

trên bề mặt chất hấp phụ được “lấp đầy” bởi các ion kim loại. gược

lại, khi thời gian dài thì lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất

hấp phụ cũng càng nhiều, tốc độ di chuyển ngược lại vào nước càng

lớn, nên hiệu quả hấp phụ gần như không tằng và dần đạt về trạng

thái cân bằng. o sánh hiệu suất hấp phụ ở các khoảng thời gian được

khảo sát trong đề tài này thì hiệu quả hấp phụ tốt nhất là sau phút.

17

3.2.3. ả sá ả ƣởng c lƣợng PG-M n ả g

ụ

Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng PG-M đến khả năng hấp

phụ, tôi tiến hành 7 thí nghiệm với mẫu nước nhân tạo có các thông số:

pH = 5; nồng độ của Cd, Cr và Pb ban đầu trong mẫu nhân tạo là 1 mg/l;

thể tích mẫu cho hấp phụ: ml thời gian hấp phụ phút, liều lượng

PG-M thay đ i , g; 0,01 g; 0,025 g; 0,05 g; 0,1 g; 0,25 g; 0,5 g.

a. t qu hấp phụ C

ình 3.23. iểu đồ biến đ i nồng độ của Cd theo lượng PG-M

hận t ết quả thực nghiệm ch ra rằng sau thời gian hấp

phụ phút với lượng PG-M 0,05 g thì nồng độ Cd ban đầu là mg l

đã được giảm hơn lần, uống dưới giá trị tối đa cho ph p theo

C . ới lượng PG-M càng lớn thì hàm lượng Cd được

hấp phụ càng cao, tuy nhiên khi lượng PG-M lớn hơn , g thì hàm

lượng Cd được hấp phụ tăng không đáng kể và hầu như đạt đến trạng

thái cân bằng. ới , g PG-M thì hàm lượng Cd hấp phụ lên nó là

, mg, tương đương với , mg/1g PG-M.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0.005g 0.01g 0.025g 0.05g 0.1g 0.25g 0.5g

N

ng

dô

Cd

(m

g/l

)

ƣợng PG-M (gam)

18

b. t qu hấp phụ Cr

ình 3.25. iểu đồ biến đ i nồng độ của Cr theo lượng PG-M

hận t ết quả thực nghiệm ch ra rằng với lượng PG-M là

0,005 g sau thời gian hấp phụ phút thì nồng độ Cr ban đầu là

, mg l đã được giảm hơn lần. ượng PG-M càng lớn thì hàm

lượng Cr được hấp phụ càng cao, tuy nhiên khi lượng PG-M lớn hơn

0,025 g thì hàm lượng Cd được hấp phụ tăng không đáng kể và hầu

như đạt đến trạng thái cân bằng. ới , g PG-M thì hàm lượng Cr

hấp phụ lên nó là , mg, tương đương với , mg g PG-M.

c. t qu hấp phụ

ình 3.27. iểu đồ biến đ i nồng độ của Pb theo lượng PG-M

0

0,008

0,016

0,024

0,032

0,04

0,048

0,056

0,064

0.005g 0.01g 0.025g 0.05g 0.1g 0.25g 0.5g

N

ng

C

r (

mg

/l)

ƣợng PG-M (g)

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0.005g 0.01g 0.025g 0.05g 0.1g 0.25g 0.5g

N

ng

P

b (

mg

/l)

ƣợng PG-M (g)

19

hận t ết quả thực nghiệm ch ra rằng với lượng PG-M là

0,005 g sau thời gian hấp phụ phút thì nồng độ Pb ban đầu là

, mg l đã được giảm hơn lần, uống dưới giá trị tối đa cho

ph p theo C . ượng PG-M càng lớn thì hàm lượng Pb

được hấp phụ càng cao, tuy nhiên khi lượng PG-M lớn hơn , gam

thì hàm lượng Pb được hấp phụ tăng không đáng kể và hầu như đạt

đến trạng thái cân bằng. ới , g PG-M thì hàm lượng Pb hấp phụ

lên nó là , mg, tương đương với , mg g PG-M.

Đối với từng kim loại khác nhau thì hiệu suất ử l của PG-M

cũng khác nhau ở cùng một lượng PG-M. o với 3 kim loại trên thì

hiệu suất ử l kim loại Cr cao nhất, hiệu suất ử l Cd thấp nhất. Rõ

ràng là t lệ hấp phụ của hầu hết các ion kim loại tăng lên với sự gia

tăngcủa lượng PG-M, cho đến khoảng 0,1 g và sau đó đạt mức tối đa

khi hàm lượng PG-M thêm vào nhiều hơn lượng này. Điều này có thể

giải thích như sau với sự gia tăng nồng độ chất hấp phụ thì diện tích

bề mặt hấp phụ sẽ tăng lên, kéo theo khả năng hấp phụ tăng lên.

hư vậy với , g PG-M thì lượng kim loại hấp phụ lên nó là

, mg, tương đương với , mg g PG-M.

3.3. NG NG H NH C NH Đ NƢ C

H I C NG CỔ PHẦN CƠ H Đ N NG

3 3 1 Đặ ể ƣớ ả ơ ạ

ước thải phát sinh trong quá trình mạ kim loại phát sinh

không nhiều, nồng độ các chất hữu cơ thấp nhưng chứa hàm lượng

các kim loại nặng rất cao. ước thải mạ thường gây ô nhiễm bởi các

kim loại nặng như Cd, Cr, Ni, Pb…và có độ pH thấp.

Kết quả phân tích mẫu nước thải của hà máy cơ khí mạ mẫu

được lấy ngày .

20

Bảng 3.3.Nồng độ kim loại nặng trong nước thải hà máy cơ khí mạ

C ê Cd (mg/l) Cr (mg/l) Pb (mg/l)

ả 0,348 0,758 2,120

hư vậy, so với C M cột , nước thải của

Nhà máy có nồng độ Cd vượt 3, lần nồng độ Pb vượt , lần.

3 3 2 ì lọ ừ

ới các đặc điểm nước thải đầu vào như trên, ta có t ng hàm

lượng kim loại Cd, Cr, Pb trong lít nước thải là 3, mg. Phân tích

những ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ kim loại của PG-M,tôi điều

ch nh giá trị p trong nước thải đến và lựa chọn các thông số tối ưu

để vận hành mô hình.

ảng 3.4. Giá trị tối ưu để vận hành mô hình

g số G á ị ố ƣ

hời gian hấp phụ phút 20

iều lượng PG-M gam lít nước thải 0,32

huyết minh công nghệ ước thải từ thùng chứa nước thải

sau khi đã điều ch nh giá trị p tối ưu cho quá trình hấp phụ của PG-

M được bơm vào bình phản ứng với lưu lượng , lít phút, thể tích

bình phản ứng 3 lít. ng nước thải được đưa vào từ đáy bình phản

ứng, tại đây hạt PG-M cho vào được h a trộn đều với nước thải nhờ

cánh khuấy đồng thời ngăn ngừa sự lắng của hạt PG-M, thời gian lưu

nước thải trong bể phản ứng là phút. ỗn hợp nước thải tự chảy

qua hệ thống tách từ ở miệng bình phản ứng. ại đây hạt PG-M được

tách ra khỏi d ng nước thải, nước thải sau khi ử l chảy ra ngoài.

21

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

Cd Cr Pb

N

ng

-

mg

/l

Nguyên ố

3 3 3 ả ì lọ ừ

Kết quả vận hành mô hình lọc từ tính để ử l nước thải hà

máy cơ khí mạ thuộc Công ty c phần cơ khí mạ Đà ng.

ình 3.33. ồng độ kim loại sau khi ử l bằng mô hình lọc từ tính

Để đánh giá hiệu suất tách hạt PG-M của mô hình lọc từ tính,

tôi đã tiến hành phân tích t ng chất rắn lơ lửng trong mẫu nước thải

nhà máy cơ khí mạ, mẫu nước thải nhà máy cơ khí mạ sau khi thêm

PG-M và mẫu nước thải sau khi qua mô hình, với kết quả thể hiện

ình 3.35. ồng độ t ng chất rắn lơ lửng trước và sau khi qua mô hình

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

M1 M2 M3

N

ng

T

SS

(m

g/l

)

u ƣớc ải

22

Ch M Mẫu nước thải ban đầu; M Mẫu nước thải

sau khi thêm PG-M; M3 Mẫu nước thải sau khi qua mô hình

hận t Kết quả ử l cho thấy hiệu suất ử l Cd đạt

, , hiệu suất ử l Cr đạt 3, và của Pb đạt với nồng độ

Cd, Cr và Pb c n lại trong mẫu nước thải lần lượt là , mg l

, mg l và , mg l. o với kết quả thí nghiệm thì hiệu suất ử l

thấp hơn, điều này có thể là do trong nước thải cơ khí mạ có một số

thành phần khác gây cản trở quá trình hấp phụ của PG-M. ồng độ

chất rắn lơ lửng sau khi qua mô hình có giá trị nhỏ hơn trước khi vào

mô hình, điều này chứng tỏ rằng hiệu suất tách PG-M của mô hình

lọc từ tính đảm bảo. goài ra tôi nhận thấy rằng nước thải sau ử l

có độ màu thấp hơn nước thải trước ử l . o sánh nước thải nhà máy

cơ khí mạ sau khi ử l với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nướcthải

công nghiệp cho thấy nồng độ các kim loại Cd, Pb, Cr thấp hơn giới

hạn cho ph p – mức cho ph p áp dụng theo C M

cột .

23

N I N NGH

N

ua quá trình nghiên cứu, tiến hành thực nghiệm và vận hành

mô hình lọc từ tính, tôi rút ra được một số kết luận như sau

Đã khảo sát được một số nguồn nước thải công nghiệp có nồng

độ kim loại nặng cao.

Nghiên cứu đã khảo sát được một số yếu tố ảnh hưởng đến khả

năng hấp phụ Cd, Cr và Pb của PG-M đó là pH, thời gian hấp phụ và

liều lượng PG-M. ạt từ tính PG-M hấp phụ tốt nhất lượng Cd, Cr và

Pb trong dung dịch tương ứng với các điều kiện như sau

1. Đố ớ á ì ụ C

pH= 6

hời gian phút

iều lượng , g PG-M/1mg Cd

2. Đố ớ á ì ụ C

pH= 5

hời gian 3 phút

iều lượng , g PG-M/1mg Cr

3. Đố ớ á ì ụ Pb

pH= 5

hời gian phút

iều lượng , g PG-M/1mg Pb

ghiên cứu đã ây dựng thành công mô hình lọc từ tính đáp

ứng các yêu cầu kỹ thuật.

ghiên cứu đã ứng dụng mô hình lọc từ tính sử dụng vật liệu

hấp phụ hạt PG-M để tách kim loại nặng trong nước thải hà máy cơ

khí mạ thuộc Công ty c phần cơ khí mạ Đà ng - Khu công nghiệp

24

Hoà Khánh đạt được hiệu suất cao với kết quả như sau hiệu suất ử

l Cd đạt , , hiệu suất ử l Cr đạt 3, và hiệu suất ử l Pb

đạt .

I N NGH

Để đề tài có thể đi đến những kết quả tốt hơn và có thể triển

khai rộng rãi, chúng tôi có những kiến nghị sau:

1. Nghiên cứu thêm một số yếu tố nữa ảnh hưởng đến quá

trình hấp phụkim loại nặng của PG-M chất hữu cơ, chất rắn không

h a tan...

2. ghiên cứu thêm khả năng hấp phụ đối với một số kim loại

nặng khác và khả năng ử l màu của PG-M để có thể áp dụng nhiều

hơn vật liệu này trong ử l nước thải.

3. ử dụng nam châm có cường độ lớn hơn trong hệ thống

tách từ để tăng cường hiệu suất tách PG-M.

4. ghiên cứu quá trình giải hấp phụ của PG-M và thu hồi

kim loại sau khi giải hấp phụ.

5. ghiên cứu sản uất hạt PG-M với chi phí thấp.