TRƯỜNG ĐẠI HỌC s PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ===& T) £ Q G = = = PHẠM THỊ HẠNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ N-NH4+ BẰNG THAN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: H óa Công nghệ - M ôi trường HÀ NỘI - 2016 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS Phạm Thị Hải Thịnh giao đề tài nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em, cho em kiến thức đáng quý trình nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam thầy cô phòng công nghệ xử lý nước - Viện công nghệ môi trường tạo điều kiện giúp đỡ em trình làm thực nghiệm Em xin cảm ơn thầy cô khoa Hóa học trường ĐHSP Hà Nội cung cấp kiến thức trình học tập để em hoàn thành khóa luận Cảm ơn anh, chị làm việc phòng công nghệ xử lý nước giúp đỡ em trình tìm tài liệu hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Sinh viên Pham • Thỉ• Hanh • Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH Danh mục bảng Bảng 2.1 Danh mục dụng cụ thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 24 Bảng 2.2 Danh mục hóa chất cần thiết cho nghiên u 24 Bảng 2.3 Bảng xây dựng đường chuẩn amoni 28 Bảng 3.1 Bảng phân tích amoni mô hình động vói nồng độ amoni đầu vào 8,68 mg/1 tốc độ dòng ml/phút 36 Bảng 3.2 Bảng phân tích amoni mô hình động với nồng độ amoni đầu vào 17,96 mg/1 tốc độ dòng ml/phút 37 Bảng 3.3 Bảng phân tích amoni mô hình động với nồng độ amoni đầu vào 27,95 mg/1 tốc độ dòng ml/phút 38 Bảng 3.4 Bảng so sánh hiệu suất xử lý amoni tốc độ dòng ml/phút 38 Bảng 3.5 Bảng phân tích amoni với nồng độ 17,96 mg/1 tốc độ dòng ml/phút 39 Bảng 3.6 Bảng so sánh hiệu suất xử lý amoni tốc độ dòng khác nha 40 Bảng 3.7 Bảng phân tích amoni nước thải sinh hoạt 41 Danh mục hình Hình 1.1 Bề mặt dạng than hoạt tính oxi hóa 13 Hình 2.1 Mô hình hệ thống thí nghiệm 26 Hình 2.2 Đường chuẩn xác định nồng độ amoni 28 Hình 2.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 29 Hình 2.4 Đồ thị xác định số ừong phương trình Langmuir 30 Hình 3.1 Đồ thị xác định thời gian hấp phụ cực đại than ACo 31 Hình 3.2 Đồ thị xác định thời gian hấp phụ cực đại than ACi 32 Hình 3.3 Đồ thị xác định tải trọng hấp phụ cực đại than ACo 33 Hình 3.5 Đồ thị biểu thị ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ than A C i 35 Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội Hình 3.6 Đồ thị phân tích amoni nước thải sinh hoạt mô hình động .41 Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội KÍ HIỆU VÀ VIÉT TẮT ACo : Than hoạt tính nguyên liệu ACi : Than biến tính BOD : Nhu cầu oxy sinh hóa BODs : Nhu cầu oxy sinh hóa sau ngày 20°c COD : Nhu cầu oxy hóa học FTIR : Quang phổ hồng ngoại IR : Phổ hồng ngoại IUPAC : Liên minh Quốc tế Hóa học túy Hóa học ứng dụng JICA : Văn phòng Họp tác quốc tế NMR : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân n -n h 4+ : Nitơ amoni PTN : Phòng thí nghiệm QCVN : Quy chuẩn Việt Nam ss : Hàm lượng chất lơ lửng TSS : Tổng chất rắn lơ lửng XPS : Phổ quang điện tử tia X X -r a y : Phổ nhiễu xạ tia X Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan than hoạt tính 1.1.1 Than hoạt tính ứng dụng đòi sống 1.1.2 Cấu trúc xốp than hoạt tín h 1.1.3 Cấu trúc hóa học bề m ặt 1.1.4 Ảnh hưởng nhóm bề mặt cacbon - oxy lên tính chất hấp phụ 14 1.1.5 Tâm hoạt động bề mặt th an 14 1.1.6 Biến tính bề mặt than hoạt tín h 15 1.2 Tổng quan trình hấp p h ụ 16 1.2.1 Khái niệm 16 1.2.2 Các chất hấp phụ 17 1.3 Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt phương pháp xử lý amoni 18 1.3.1 Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt 18 1.3.2 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt chứa amoni 20 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 24 2.1 Danh mục thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu 24 2.2 Phương pháp nghiên cứu 24 2.2.1 Chuẩn bị vật liệu 24 2.2.2 Phương pháp xác định ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ amoni than hoạt tính biến tính 25 Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội 2.2.3 Khảo sát thời gian hấp phụ cực đại amoni phương pháp hấp phụ tĩnh 25 2.2.4 Khảo sát tải ttọng hấp phụ cực đại amoni phương pháp hấp phụ tĩnh 25 2.2.5 Khảo sát khả xử lý amoni mô hình động 26 2.2.6 Phương pháp xác định amoni dung dịch 27 2.3 Phương pháp tính toán tải trọng hấp phụ vật liệu 28 2.3.1 Hấp phụ tĩnh 28 2.3.2 Hấp phụ động 30 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Khảo sát thời gian hấp phụ cực đại amoni than hoạt tính ACo ACi 31 3.2 Xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu 32 3.3 Anh hưởng pH đến khả hấp phụ amoni than hoạt tính biến tính ACi 35 3.4 Khảo sát khả trao đổi than biến tính với amoni mô hình động 36 3.4.1 Tốc độ dòng ml/phút 36 3.4.2 Tốc độ dòng ml/phút 39 3.4.3 Xử lý amoni có nước thải sinh hoạt 40 KẾT LUẬN 42 • TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, nước thải giàu dinh dưỡng nguồn chủ yếu gây ô nhiễm môi trường làm suy giảm chất lượng nguồn nước Nguồn nước thải giàu dinh dưỡng đa dạng phức tạp: nước thải từ chuồng trại chăn nuôi, lò mổ, nhà máy chế biến thực phẩm, thuộc da, nước thải nông nghiệp, nước thải sinh hoạt Nguồn nước thải không qua xử lý xả trực tiếp vào thuỷ vực gây tượng: phú dưỡng, làm giảm oxy hòa tan nước, phá hủy hệ động, thực vật thủy sinh thủy vực tiếp nhận, gây mùi hôi thối ảnh hưởng đến cảnh quan, môi trường, sức khỏe người chí làm chết loài động vật sống nước Tình trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt đô thị thấy rõ thành phố Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh Đây hai thành phố đông dân Việt Nam lượng nước thải sinh hoạt thải ngày nhiều Tuy nhiên hai thành phố lại hệ thống xử lý nước tập trung mà trực tiếp thải nguồn tiếp nhận sông, hồ, kênh, mương Bên cạnh đó, có nhiều sở sản xuất, doanh nghiệp, công ty hệ thống xử lý nước thải Theo phương tiện thông tin đại chúng gàn đưa tin, người dân Hà Nội sử dụng nguồn nước ô nhiễm, đặc biệt ô nhiễm amoni, nguồn nước nhà máy nước, hàm lượng amoni xác định vượt tiêu cho phép đến lần cao Hàm lượng cho phép thành phần nitơ quy định ngặt nghèo tiêu chuẩn thải nhiều quốc gia Việt Nam Vì vậy, xử lý nước thải việc xử lý thành phần ô nhiễm hữu BOD, COD, s s việc xử lý nitơ yêu cầu quan trọng Than hoạt tính từ lâu sử dụng để làm nước Tuy nhiên, ứng dụng xử lí nước dừng lại việc loại bỏ họp chất hữu số thành phần không phân cực có hàm lượng nhỏ Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội nước Với mục đích khai thác tiềm ứng dụng than hoạt tính việc xử lý nước sinh hoạt, đặc biệt lĩnh vực loại bỏ cation anion ttong nước dùng than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni em chọn thực đề tài “Nghiên cứu xử lý N-NH4+ than hoạt tính biến tính” Mục tiêu nghiên cứu - Xác định điều kiện hấp phụ tĩnh hấp phụ động (thời gian hấp phụ cân tải trọng hấp phụ) đối vói N-NH4+bằng than hoạt tính biến tính Đối tượng nghiên cứu - Than hoạt tính: Sử dụng than hoạt tính từ gáo dừa Công ty cổ phần Trà Bắc sản xuất, kích thước hạt 0,5 - mm, axit hóa HNƠ3 8M biến tính NaOH 0,5M với tỷ lệ than hoạt tính : NaOH = gam : 20 ml - Nước thải: + Nước thải nhân tạo: Nguồn amoni pha ừong nước thải từ (NH^SCtí (amoni sunfat) với nồng độ gốc 1000 mg/1 Tùy vào chế độ thí nghiệm khác mà pha với nồng độ khác từ dung dịch gốc + Nước thải sinh hoạt: Được lấy từ cống thải sông Tô Lịch gần Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam (khi lấy phải xác định thông số đặc trưng nước thải sinh hoạt pH, NH4+, COD) Nội dung nghiên cứu + Xác định thời gian cân hấp phụ NH4+ với than hoạt tính biến tính + Xác định tải trọng hấp phụ cực đại với than hoạt tính biến tính + Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ than hoạt tính + Khảo sát khả trao đổi than biến tính với amoni mô hình động Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan than hoạt tính 1.1.1 Than hoạt tính ứng dụng đòi sống Có nhiều định nghĩa than hoạt tính, nói rằng, than hoạt tính dạng cacbon xử lý để mang lại cấu trúc xốp, có diện tích bề mặt lớn Cacbon thành phàn chủ yếu than hoạt tính với hàm lượng khoảng 85 - 95% Bên cạnh than hoạt tính chứa nguyên tố khác Hydro, Nitơ, Lưu huỳnh Oxy Các nguyên tử khác loại tạo từ nguồn nguyên liệu ban đầu liên kết với cacbon suốt trình hoạt hóa trình khác Thành phần nguyên tố than hoạt tính thường 88% C; 0,5% H; 0,5% N, 1% s, - 7% o Tuy nhiên, hàm lượng oxy than hoạt tính thay đổi từ - 20% phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu, cách điều chế Than hoạt tính thường có diện tích bề mặt nằm khoảng 800 đến 1500 m2/g thể tích lỗ xốp từ 0,2 đến 0,6 cm3/g Diện tích bề mặt than hoạt tính chủ yếu lỗ nhỏ có bán kính nhỏ nm Than hoạt tính chủ yếu điều chế cách nhiệt phân nguyên liệu thô chứa cacbon nhiệt độ nhỏ 1000°c Quá trình điều chế gồm bước: than hóa nhiệt độ 800°c ừong môi trường ừơ hoạt hóa sản phẩm trình than hóa nhiệt độ khoảng 950°c - 1000°c Quá trình than hóa dùng nhiệt để phân hủy nguyên liệu, đưa dạng cacbon, đồng thời làm bay số chất hữu nhẹ tạo lỗ xốp ban đàu cho than, lỗ xốp đối tượng cho trình hoạt hóa than Quá trình than hóa xảy pha rắn, lỏng khí [13] Quá trình than hóa pha rắn: Nguyên liệu ban đầu luôn hệ phân tử lớn tổng hợp trình tự nhiên Phân hủy nguyên liệu ban đầu cách tăng nhiệt độ xử lý, trình xảy với giải phóng khí chất lỏng có khối lượng phân tử thấp Do đó, than thu Khóa luận tốt nghiệp Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội c_ r c “ b.Tm T m Đường biểu diễn c / r phụ ứiuộc vào c đường thẳng có độ dốc l / r m cắt trục tưng l/b.rm Do đó: ỉ m= 7— tgcc Hình 2.4 Đồ thị xác định số phưong trình Langmuir 2.3.2 Hấp phụ động [25] Tải trọng hấp phụ vật liệu tính theo công thức sau: r = tb.Q.(Co - Cb)/m Trong đó: + r tải trọng hấp phụ vật liệu (mg/g) + tb thời gian thời điểm lấy mẫu đầu (h) + Q lưu lượng vào (1/h) + Co nồng độ đầu vào (mg/1) + Cb nồng độ đầu thời điểm b (mg/1) + m số gam than có cột hấp phụ (gam) Khóa luận tốt nghiệp 30 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát thòi gian hấp phụ cực đại amonỉ than hoạt tính ACo ACi Các nghiên cứu xác định thòi gian hấp phụ cực đại than hoạt tính ACo với amoni thu kết biểu thị qua đồ thị sau: c (mg/L) Hình 3.1 Đồ thị xác định thòi gian hấp phụ cực đại than ACo Với nồng độ amoni đàu vào 2,14 mg/1 nồng độ amoni giảm dần tăng dần thòi gian hấp phụ than với nước thải Đối với than ACo nồng độ amoni đầu giảm chậm tăng thòi gian hấp phụ Tuy nhiên, khoảng 120 phút ban đàu, tốc độ giảm nhanh hơn, sau 120 phút nồng độ đàu đạt chậm đạt cân khoảng 180 phút Tức khoảng thòi gian 180 phút trở than không khả hấp phụ amoni Các nghiên cứu xác định thòi gian hấp phụ cực đại than hoạt tính ACi với amoni thể qua đồ thị sau: Khóa luận tốt nghiệp 31 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội Hình 3.2 Đồ thị xác định thời gian hấp phụ cực đại than ACi Qua đồ thị ta thấy: Với nồng độ amoni đàu vào 2,7 mg/1 lắc với 0,5 gam than ACi nồng độ amoni giảm dần tăng dần thòi gian hấp phụ Đối vói than ACi nồng độ amoni giảm nhanh sau 60 phút ban đầu, sau giảm chậm đạt cân khoảng thòi gian 150 - 180 phút Điều cho thấy than biến tính khả hấp phụ amoni 60 phút diễn nhanh so với than ACoTừ kết chọn thòi gian hấp phụ cân đối vói hai loại than ACo ACi khoảng 180 phút (là khoảng thời gian mà than không khả hấp phụ amoni nữa) 3.2 Xác đỉnh tải hấp phu cưc đai vât liêu Than hoạt tính nguyên liệu ACo: Lấy 0,5 gam than cho vào 50 ml dung dịch N-NH4+ với dãy nồng độ khác pha từ nồng độ gốc 1000 mg/1 Tiến hành hấp phụ với thòi gian 180 phút Tải trọng hấp phụ than ACo amoni tính theo đồ thị sau: Khóa luận tốt nghiệp 32 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội Hình 3.3 Đồ thị xác định tải trọng hấp phụ cực đại than ACo Từ đồ thị ta thấy: tga = ^ Suy ra: r m= = 2,169 = 0,461 (mg/g) Điều có nghĩa gam than có khả xử lý 0,461 mg N-NH4+, điều chứng tỏ khả xử lý N-NH4+ than hoạt tính ban đầu thấp Than hoạt tính biến tính ACi: Lấy 0,5 gam than cho vào 50 ml dung dịch N-NH4+ có dãy nồng độ khác pha từ nồng độ gốc 1000 mg/1 Tiến hành hấp phụ khoảng thòi gian 180 phút Tải trọng hấp phụ than ACi amoni tính theo đồ thị sau: Khóa luận tốt nghiệp 33 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội Hình 3.4 Đồ thị xác định tải trọng hấp phụ cực đại than ACi Từ đồ thi hình 3.4 ta có: tga = Suy ra: r m= ^ ~~ = 0,179 = 5,587 (mg/g) Điều có nghĩa gam than có khả xử lý 5,587 mg NNH4+, chứng tỏ khả xử lý N-NIỈ4+ than hoạt tính biến tính cải thiện so vói than hoạt tính ban đầu Khả hấp phụ amoni than hoạt tính biến tính ACi tốt than hoạt tính ACo vói tải trọng hấp phụ cực đại than ACi lớn gấp 12,12 tải trọng hấp phụ cực đại than ACo Có khác tải trọng hấp phụ hai loại than than biến tính ACi oxi hóa HNƠ3 8M tạo ừên bề mặt than hoạt tính nhiều nhóm chức có tính axit tiếp lại ngâm NaOH 0,5 M biến nhóm axit bề mặt thành muối dẫn đến khả trao đổi với cation NH4+ dung dịch tăng lên Kết cho thấy than hoạt tính hoạt hóa bề mặt axit HNO3 8M có khả hấp phụ nitơ dưói dạng ion NIỈ4+, dù khả hấp phụ chưa cao, dung lượng hấp phụ thấp có cải thiện nhiều so với than hoạt tính ban đầu chưa hoạt hóa Điều cho phép dự đoán có Khóa luận tốt nghiệp 34 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội thể thay đổi bề mặt than hoạt tính tác nhân khác để làm thay đổi cấu trúc khả hấp phụ than hoạt tính, đặc biệt khả xử lý amoni 3.3 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ amonỉ than hoạt tính biến tính ACi Pha dung dịch N-NĨỈ4+ có nồng độ 20 (mg/1) từ dung dịch chuẩn NNH4+ nồng độ 1000 (mg/1) Cân 0,5 gam than ACi vào 50 ml dung dịch N-NĨỈ4+, pH dung dịch điều chỉnh từ - 10 dung dịch KOH 0,1M HC1 0,1M Lắc ừong 3h sau xác định nồng độ amoni lại dung dịch Hình 3.5 Đồ thị biểu thị ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ than ACi Từ đồ thị ta thấy: khả xử lý amoni pH = pH = tốt nhất, khoảng pH tốt để xử lý amoni từ pH đến pH từ pH 10 trở khả xử lý amoni than hoạt tính ACi tương đối Điều có nghĩa với pH khoảng từ - khả xử lý than hoạt tính biến tính tốt Điều chứng tỏ chế xử lý amoni than biến tính trình hấp phụ túy có trình trao đổi chất xảy bề mặt phân cách pha Khóa luận tốt nghiệp 35 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội 3.4 Khảo sát khả trao đổi than biến tính vói amoni mô hình động 3.4.1 Tốc độ dòng ml/phút - Khi cho nước thải pha với nồng độ 8,68 mg/1 chạy qua cột than với tốc độ dòng ml/phút, ta thu kết bảng 3.1 Bảng 3.1 Bảng phân tích amonỉ mô hình động với nồng độ amonỉ đầu vào 8,68 mg/1 tốc độ dòng ml/phút Thời gian lấy mẫu Nồng độ Thể tích nước thải (ml) đầu vào (h) (mg/1) Nồng độ nước thải đầu (mg/1) Hiệu suất xử lý (%) 120 0.36 95.9 240 0.43 95 480 0.56 93.5 720 1.1 87.3 960 6.78 21.9 10 1200 8.51 12 1440 8.62 0.7 8.68 Từ bảng 3.1 ta có nhận xét: Khi thời gian hấp phụ dài hiệu suất xử lý amoni thấp, tức thể tích nước thải chảy qua lớn hiệu suất hấp phụ amoni giảm, giảm mạnh thời điểm 6h đến 8h hiệu suất giảm từ 87,3% xuống 21,9% - Khi cho nước thải giả với nồng độ 17,96 mg/1 chạy qua cột than với tốc độ dòng ml/phút, ta thu kết bảng 3.2 Khóa luận tốt nghiệp 36 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội Bảng 3.2 Bảng phân tích amoni mô hình động yói nồng độ amoni đầu vào 17,96 mg/1 tốc độ dòng ml/phút Thời gian lấy mẫu Nồng độ nước Nồng độ nước Hiệu Thể tích thải thải suất (ml) đầu vào đầu xử lý (mg/1) (mg/1) (%) (h) 120 2.5 86.1 240 2.6 85.5 480 3.1 82.7 720 5.4 69.9 960 14.6 18.7 10 1200 17.7 1.4 12 1440 17.9 0.3 17.96 Từ bảng 3.2 ta có nhận xét: Trong khoảng tiếng đàu nồng độ amoni đàu tương đối ổn định trì nồng độ khoảng - mg/1, nhiên từ thứ sáu trở đi, nồng độ amoni đầu tăng nhanh Và tiếng thứ 10 nồng độ amoni đàu cân với amoni đầu vào Khi thời gian tiếp xúc than với nước thải dài khả hấp phụ amoni than - Khi cho nước thải giả với nồng độ 27,95 mg/1 chảy qua cột than với tốc độ ml/phút, đem nước thải lọc qua than khoảng thời gian khác nhau, ta thu kết bảng 3.3 Khóa luận tốt nghiệp 37 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội Bảng 3.3 Bảng phân tích amoni mô hình động vói nồng độ amoni đầu vào 27,95 mg/1 tốc độ dòng ml/phút Thời gian lấy mẫu Nồng độ nước Nồng độ nước Thể tích thải thải (ml) đầu vào đầu (mg/1) (mg/1) (h) Hiệu suất xử lý (%) 120 4.6 83.5 240 4.7 83.2 480 4.8 82.8 720 9.7 65.3 960 23.1 17.4 10 1200 27.6 1.3 12 1440 27.8 0.5 27.95 Từ bảng 3.3 ta có nhận xét: Hiệu suất xử lý amoni ừong nước thải giả từ lh đến 4h cho hiệu suất cao (trung bình khoảng 83%) hiệu thời gian từ 8h trở Từ bảng 3.1, 3.2 3.3 ta có bảng sau: Bảng 3.4 Bảng so sánh hiệu suất xử lý amonỉ tốc độ dòng ml/phút Thể tích (ml) 8.68 mg/1 17.96 mg/1 27.95 mg/1 120 95.9% 86.1% 83.5% 240 95% 85.5% 83.2% 480 93.5% 82.7% 82.8% 720 87.3% 69.9% 65.3% 960 21.9% 18.7% 17.4% 1200 2% 1.4% 1.3% Khóa luận tốt nghiệp 38 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội Từ bảng 3.4 ta thấy: thể tích hiệu suất xử lý amoni với nồng độ 8,68 mg/1 cho hiệu suất cao hai nồng độ lại Tức với lượng than hấp phụ tốc độ chảy nước thải có nồng độ thấp xử lý tốt Nhưng thực tế nước thải sinh hoạt bị nhiễm nặng amoni từ 15 mg/1 đến 30 mg/1 so với tiêu chuẩn cho phép từ ta chọn nồng độ amoni xử lý tốt cho nước sinh hoạt khoảng 20 mg/1 (trong nghiên cứu khoảng 17,96 mg/1) 3.4.2 Tốc độ dòng ml/phút Khi tìm nồng độ amoni thích hợp (khoảng 20 mg/1) để xử lý ta tiến hành kiểm tra hiệu suất xử lý amoni tốc độ dòng lớn ml/phút, so sánh vói hiệu suất xử lý với tốc độ dòng ml/phút để tìm tốc độ dòng tối ưu xử lý amoni Khi chạy nước thải nồng độ 17,96 mg/1 với tốc độ dòng ml/phút qua cột than ta thu kết bảng 3.5 Bảng 3.5 Bảng phân tích amonỉ vói nồng độ 17,96 mg/1 tốc độ dòng ml/phút Thời gian lấy mẫu Nồng độ Nồng độ Thể tích nước thải nước thải (ml) đầu vào đầu (mg/1) (mg/1) 00 Hiệu suất xử lý (%) 120 2.7 85 240 2.8 84.4 480 4.5 74.9 9.8 45.4 17.96 720 960 17.3 3.7 10 1200 17.8 0.9 Khóa luận tốt nghiệp 39 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội Qua bảng 3.5 ta thấy thời gian tiếp xúc than với nước thải dài hiệu suất xử lý than giảm Từ bảng 3.2 bảng 3.5 ta lập bảng so sánh hiệu suất xử lý amoni nồng độ 17,96 mg/1 có tốc độ dòng khác Bảng 3.6 Bảng so sánh hiệu suất xử ỉý amonỉ tốc độ dòng khác Thể tích Hiệu suất (%) (ml) Tốc độ 2ml/phút Tốc độ ml/phút 120 86.1 85 240 85.5 84.4 480 82.7 74.9 720 69.9 45.4 960 18.7 3.7 1200 1.4 0.9 Từ bảng 3.6 ta rút nhận xét: với thể tích nước lọc nước thải ban đàu có nồng độ cho chảy qua cột than với tốc độ dòng khác ta thấy hiệu suất xử lý amoni cho chảy qua cột than với tốc độ dòng ml/phút cao hiệu suất xử lý amoni cho chảy qua cột than với tốc độ dòng ml/phút Như với tốc độ dòng thấp khả hấp phụ than với amoni tốt tốc độ dòng cao Vậy tốc độ dòng tối ưu chọn để xử lý nước thải cống thải sông Tô Lịch ml/phút 3.4.3 Xử lý amonỉ có nước thải sinh hoạt Ta cho gam than nhồi vào cột than có đường kính cm, sau cho nước thải sinh hoạt lấy cống thải sông Tô Lịch chảy qua cột nhồi than biến tính với tốc độ dòng ml/phút, sau lấy nước lọc khoảng thời gian khác đem phân tích amoni, ta thu kết bảng 3.7 hình 3.6 Khóa luận tốt nghiệp 40 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội Bảng 3.7 Bảng phân tích amonỉ nước thải sinh hoạt Thời gian (giờ) Thể tích mẫu đầu (ml) Nồng độ Nồng độ Tải trọng dung dịch dung dịch Hiệu suất hấp phụ r ban đàu cân (%) (mg/g) (mg/1) (mg/1) 120 4.1 91.3 2.57 240 14.3 69.5 3.92 480 26.7 43.1 4.86 720 39.8 15.2 2.58 960 46.9 0.13 0.03 46.96 r(m g / g ) Hình 3.6 Đồ thị phân tích amonỉ nước thải sinh hoạt mô hình động Từ hình 3.6 ta thấy tải trọng hấp phụ cực đại than mô hình động 4,86 (mg/g) Điều có nghĩa gam than hấp phụ 4,86 mg NNĨỈ4+, gàn tương đương vói tải trọng hấp phụ hấp phụ điều kiện tĩnh (4,86 mg/g điều kiện động với nước thải thật so vói 5,58 mg/g điều kiện tĩnh với nước thải nhân tạo) Khóa luận tốt nghiệp 41 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội KÉT LUẬN Sau trình làm khóa luận, em rút số kết luận khả xử lý amoni nước than hoạt tính biến tính (là than biến tính HNO3 NaOH) sau: Khả hấp phụ amoni than ACo thấp, sau biến tính thành than ACi khả hấp phụ amoni ừong nước trở lên tốt hom nhiều Tải trọng hấp phụ cực đại than ACo 0,461 (mg/g) than ACi 5,587 (mg/g) Vậy khả hấp phụ amoni than ACi gấp ,1 than ACo Khả hấp phụ amoni than ACi pH khoảng đến tốt Khả xử lý amoni hấp phụ động than ACi cho hiệu xử lý amoni gần tương đương so với mô hình hấp phụ tĩnh (tải trọng hấp phụ than hấp phụ tĩnh 5,587 (mg/g) mô hình động 4,86 (mg/g) Khóa luận tốt nghiệp 42 Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Vũ Ngọc Ban (2007), G iá o trìn h th ự c tậ p H ó a lí, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội Phạm Nguyên Chương (2002), H ó a K ỹ Thuật, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), h a i, Nhà xuất giáo dục Nguyễn Đình Triệu (1999), h ọc, H ó a lí, tậ p C c p h n g p h p v ậ t lý ứ n g d ụ n g tr o n g h ó a Nhà xuất đại học quốc gia Hà Nội Tài liệu tiếng Anh Bansal R.C., Goyal M (2005), A c tiv a te d C a rb o n A d s o r p tio n , Taylor & Francis Group, USA Biniak s (1997), T h e c h a r a c te r iz a tio n o f a c tiv a te d c a r b o n s w ith o x y g e n a n d n itr o g e n s u r fa c e g r o u p s , C a r b o n , Cerovic Lj.s et al (2007), Vol 35(12), pp 1799-1810 P o in t o f z e r o c h a r g e o f d iffe r e n t c a r b id e s , Colloids and surfaces A, 297, pp 1-6 Chen J.p et al (2003), S u rfa c e m o d ific a tio n o f a g r a n u la r a c tiv a te d c a r b o n b y c itr ic a c id f o r e n h a n c e m e n t o f c o p p e r a d s o r p tio n , C a r b o n , 41, pp 1979-1986 Chingombe p., Saha B., Wakeman R J (2005), S u rfa c e m o d ific a tio n a n d c h a r a c te r is a tio n o f a c o a l- b a s e d a c tiv a te d c a r b o n , C a rb o n , 43, pp 3132- 3143 10 Figueiredo J.L., Pereira M.F.R., Freitas M.M.A., Orfao JJ.M (1999), M o d ific a tio n o f th e s u r fa c e c h e m is tr y o f a c tiv a te d c a r b o n s , C a rb o n , pp 1379-1389 Khóa luận tốt nghiệp 43 37, Phạm Thị Hạnh Trường ĐHSP Hà Nội 11 Li Y.H., Lee C.W., Gullett B.K (2003), I m p o r ta n c e o f a c tiv a te d c a r b o n ’s o x y g e n s u r fa c e f u n c tio n a l g r o u p s o n e le m e n ta l m e r c u r y a d s o r p tio n , F u e l, 82, pp 451-457 12 Liu S.X., Chen X., Chen X.Y., Liu Z.F., Wang H.L (2007), A c tiv a te d c a r b o n w ith e x c e lle n t c h ro m iu m (V I) a d s o r p tio n p e r f o r m a n c e p r e p a r e d b y a c id - b a s e s u r fa c e m o d ific a tio n , Journal of Hazardous Materials, 141, pp 315-319 13 Marsh Harry, Rodriguez-Reinoso Francisco (2006), A c tiv a te d C a rb o n , Elsevier, Spain 14 Matsumoto Masafumi et al (1994), S u rfa c e m o d ific a tio n w h is k e r s b y o x id a tio n tr e a tm e n t, C a rb o n , 15 Mei S.X., et al (2008), o f ca rb o n Vol 32 (I), pp 111-118 E ffe c t o f s u r fa c e m o d ific a tio n o f a c tiv a te d c a r b o n o n its a d s o r p tio n c a p a c ity f o r N H , J China Univ Mining & Technol, (18), pp 0261-0265 16 Milonjic S.K., et al (1975), in a q u e o u s s o lu tio n s , 17 Moreno C (2000), The H e a t o f im m e r sio n o f n a tu r a l m a g n e tite Thermochimica Acta, 11, pp 261-266 C h a n g e s in s u r fa c e c h e m is tr y o f a c tiv a te d c a r b o n s b y w e t o x id a tio n , C a rb o n , 38, pp 1995-2001 18 Park Geun II, Lee Jae Kwang, Ryu Seung Kon, Kim Joon Hyung (2002), E ffe c t o f T w o -s te p S u rfa c e M o d ific a tio n o f A c tiv a te d C a r b o n on th e A d s o r p tio n C h a r a c te r is tic s o f M e ta l Io n s in W a s te w a te r , Carbon Science, Vol 3(4), pp 219-225 19 Reynolds Tom D., Richards Paul A (1996), in e n v ir o n m e n ta l e n g in e e rin g , U n ito p e r a tio n s a n d p r o c e s s e s PSW, USA 20 Shen Wenzhong, Liand Zhijie, Liu Yihong (2008), S u rfa c e C h e m ic a l F u n c tio n a l G r o u p s M o d ific a tio n o f P o r o u s C a r b o n , Recent Patents on Chemical Engineering, 1, pp 27-40 Khóa luận tốt nghiệp 44 ... N-NH4 +bằng than hoạt tính biến tính Đối tượng nghiên cứu - Than hoạt tính: Sử dụng than hoạt tính từ gáo dừa Công ty cổ phần Trà Bắc sản xuất, kích thước hạt 0,5 - mm, axit hóa HNƠ3 8M biến tính. .. cation anion ttong nước dùng than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni em chọn thực đề tài Nghiên cứu xử lý N-NH4+ than hoạt tính biến tính Mục tiêu nghiên cứu - Xác định điều kiện hấp phụ... NH4+ với than hoạt tính biến tính + Xác định tải trọng hấp phụ cực đại với than hoạt tính biến tính + Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ than hoạt tính + Khảo sát khả trao đổi than biến tính với