Luận văn Nghiên cứu và ứng dụng phương pháp lọc từ tính để tách kim loại nặng trong nước

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 Cr 6+ và ở nồng độ cao thì Cr3+ có thể oxi hóa thành Cr6+ 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 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1 2 3 4 5 6 7 N n g C d ( m g /l ) pH Co Ct 12 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1 2 3 4 5 6 7 N n g C r ( m g /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. 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1 2 3 4 5 6 7 N n g P b ( m g /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 n g C d ( m g / 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 n g C r ( m g /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 n g P b ( m g /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 n g d ô C d ( 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 n g C r ( m g /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 n g P b ( m g /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, Pbvà 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 n g - m g /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 n g T S S ( 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.