›
›

Khóa luận Nghiên cứu tận thu magie từ nước ót sản xuất muối để xử lý amoni trong nước thải và tạo phân bón MAP - Nguyễn Văn Thái

pdf 54 trang huongle 940
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Nghiên cứu tận thu magie từ nước ót sản xuất muối để xử lý amoni trong nước thải và tạo phân bón MAP - Nguyễn Văn Thái", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_nghien_cuu_tan_thu_magie_tu_nuoc_ot_san_xuat_muoi.pdf

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu tận thu magie từ nước ót sản xuất muối để xử lý amoni trong nước thải và tạo phân bón MAP - Nguyễn Văn Thái

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Nguyễn Văn Thái Giảng viên hƣớng dẫn : TS. Nguyễn Thị Kim Dung HẢI PHÕNG - 2013
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NGHIÊN CỨU TẬN THU MAGIE TỪ NƢỚC ÓT SẢN XUẤT MUỐI ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG NƢỚC THẢI VÀ TẠO PHÂN BÓN MAP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Nguyễn Văn Thái Giảng viên hƣớng dẫn : TS. Nguyễn Thị Kim Dung HẢI PHÕNG – 2013 TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG
  3. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Văn Thái Mã SV:1353010023 Lớp:MT1301 Ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Tên đề tài: Ngiên cứu tận thu magie từ nƣớc ót sản xuất muối để xử lý amoni trong nƣớc thải và tạo phân bón MAP
  4. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). - ND: Nghiên cứu tận thu magie từ nƣớc ót sản xuất muối để xử ly amoni trong nƣớc thải và tạo phân bón MAP. - Yêu cầu: + Tổng quan về ô nhiễm amoni và nƣớc ót ở Việt Nam + Các phƣơng pháp hóa học xử lý amoni + Khảo sát các điều kiện tối ƣu xử lý amoni và tao MAP + Ứng dụng các điều kiện tối ƣu vào xử lý amoni và tao MAP trong nƣớc thải. có nồng độ amoni cao 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. 2+ + - Các thông số đặc trƣng cho nƣớc thải và nƣớc ót. SS, độ đục, Mg , NH4 , 3- PO4 - các số liệu thực nghiêm chứng minh khả năng xử lý amoni và tạo MAP 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp. Phòng thí nghiêm phân tích môi trƣờng – ĐHDL Hải Phòng
  5. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên: Nguyễn Thị Kim Dung Học hàm, học vị: Tiến sĩ Cơ quan công tác: Trƣờng ĐHDL Hải Phòng Nội dung hƣớng dẫn: Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hƣớng dẫn: Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày 25 tháng 03 năm 2013 Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày 29 tháng 06 năm 2013 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2013 Hiệu trƣởng GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị
  6. PHẦN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: 2. Đánh giá chất lƣợng của khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu ): 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi bằng cả số và chữ): Hải Phòng, ngày tháng năm 2013 Cán bộ hƣớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)
  7. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 2 1.1. Nguồn gốc và hiện trạng ô nhiễm amoni trong nƣớc ở Việt Nam 2 1.1.1. Sơ lƣợc về amoni 2 1.1.2. Nguồn gốc gây ô nhiễm amoni trong tự nhiên 2 1.1.3. Nguồn gốc gây ô nhiễm do con ngƣời 3 1.2. Độc tính của các hợp chất nitơ đối với con ngƣời và hệ sinh thái 5 1.3. Một số tính chất cơ bản của amoniac 6 1.3.1. Tính chất vật lý 6 1.3.2. Tính chất hóa học 7 1.4. Quá trình chuyển hóa nitơ 8 1.4.1. Quá trình amoni hóa sinh học 8 1.4.2. Quá trình nitrat hóa sinh học 8 1.4.3. Denitrat hóa 10 1.4.5. Phƣơng pháp anammox 11 1.5. Các phƣơng pháp hóa học xử lý amoni 12 1.5.1. Phƣơng pháp Clo hóa nƣớc đến điểm đột biến 12 1.5.2. Xử lý amoni bằng phƣơng pháp thổi khí cƣỡng bức 14 1.5.3. Xử lý amoni bằng phƣơng pháp sử dụng nhựa trao đổi ion 15 1.5.4. Xử lý amoni bằng phƣơng pháp kết tủa MAP 16 1.6. Nguồn gốc và thực trạng ô nhiễm nƣớc ót ở Việt Nam 17
  8. CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM 19 2.1. Hóa chất và dụng cụ 19 2.1.1. Hóa chất 19 2.1.2. Dụng cụ 19 2.2.Thực nghiệm 19 2.2.1. Xác định hàm lƣợng amoni bằng phƣơng pháp so màu với thuốc thử nessler 19 2.2.2. Xác định hàm lƣợng photphat bằng phƣơng pháp so màu vơi thuốc thử amonimolipdat-vanadat 22 2.2.3. Xác định hàm lƣợng Magie 24 2.2.4. Xử lý tách Magie ra khỏi nƣớc ót 25 + 2.2.5. Nghiên cứu tạo MAP và xử lý amoni với các tỉ lệ NH4 , 2+ 3- Mg và PO4 khác nhau và trong các điều kiện khác nhau 26 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1. Khảo sát các điều kiện tối ƣu cho phản ứng tạo kết tủa MAP 28 3.1.1. Khảo sát sự ảnh hƣởng của tỉ lệ mol 28 3.1.2. Khảo sát sự ảnh hƣởng của PH 32 3.1.3. Khảo sát sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng 36 3.2. Áp dụng các điều kiện tối ƣu đã nghiên cứu trên cho xử lý amoni và tạo kết tủa MAP với các mẫu nƣớc thải có nồng độ amoni cao 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52
  9. Danh mục bảng Bảng 2.1. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn của amoni 29 Bảng 2.2. Bảng số liệu xác định đƣờng chuẩn amoni 31 + 3- 2+ Bảng 3.1. Bảng các tỉ lệ về số mol NH4 , PO4 , Mg nghiên cứu 37 Bảng 3.2. Bảng kết quả khối lƣợng MAP tạo thành và lƣợng các chất + 3- 2+ NH4 , PO4 , Mg còn lại sau xử lý. 38 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát sự ảnh hƣởng của pHđ đối với tỷ lệ mol 0.8 : 1 : 1 40 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát sự ảnh hƣởng của pHđ đối với tỷ lệ mol 0.4 :1:1 42 Bảng 3.5. Kết quả khảo sát sự ảnh hƣởng của tpƣ đối với tỷ lệ mol 0.8 : 1 : 1 44 Bảng 3.6. Kết quả khảo sát sự ảnh hƣởng của tpƣ đối với tỷ lệ mol 0.4 : 1 : 1 46 Bảng 3.7.Thông số đầu vào của nƣớc thải và nƣớc ót. 48 + Bảng 3.8 Kết quả tạo MAP và xử lý NH4 trong + 3- 2+ tỉ lệ NH4 /PO4 /Mg =0.8:1:1. 48 Bảng 3.9.Thông số đầu vào của nƣớc thải và nƣớc ót. (22/5/2013) 49 + Bảng 3.10. Kết quả tạo MAP và xử lý NH4 trong + 3- 2+ tỉ lệ NH4 /PO4 /Mg =0.4:1:1. 49
  10. Danh Mục Hình Hình 1. Cơ chế sinh hoá giả thiết của phản ứng Anammox Hình 2.2. Đồ thị biểu diễn đƣờng chuẩn photphat Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn đƣờng chuẩn amoni + Hình 3.1. Biểu đồ biểu diễn kết quả NH4 còn lại sau tạo MAP Hình 3.2 .Biểu đồ biểu diễn kết quả lƣợng MAP tạo thành ở các tỉ lệ mol khác nhau Hình 3.3. Đồ thị thể hiện sự ảnh hƣởng của PH tới hiệu suất xử lý + NH4 trong tỉ lệ 0.8 : 1 : 1 Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của PH tới tạo khối lƣợng MAP trong tỉ lệ 0.8 : 1 : 1 Hình 3.5. Đồ thị thể hiện sự ảnh hƣởng của PH tới hiệu suất xử lý + NH4 trong tỉ lệ 0.4 : 1 : 1 Hình 3.6. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của PH tới hiệu suất xử lý + NH4 trong tỉ lệ 0.4 : 1 : 1 Hình 3.7. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng tới tạo thành MAP trong tỉ lệ 0.8 : 1 : 1. Hình 3.8. Đồ thị thể hiện sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng tới + hiệu suất xử lý NH4 trong tỉ lệ 0.4 : 1 : 1. Hình 3.9. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng tới tạo thành MAP trong tỉ lệ 0.4 : 1 : 1.
  11. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trường MỞ ĐẦU Việt Nam là một nƣớc đang phát triển, sự phát triển kinh tế xã hội là vấn đề quan trọng và đƣợc ƣu tiên hàng đầu, nhất là ngày nay trong quá trình toàn cầu hóa đang diễn ra mạnh mẽ. Việt Nam ngày càng tham gia nhiều tổ chức và tạo tiếng vang trên trƣờng quốc tế. Đây là những vận hội tiền đề phát triển kinh tế xã hội nhƣng cũng không kém phần khó khăn và thử thách. Một trong những thử thách đó là những vấn đề về môi trƣờng. Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội là những vấn đề môi trƣờng hết sức quan trọng, đó là ô nhiễm nguồn nƣớc, không khí, đất gây ảnh hƣởng trực tiếp đến đời sống và sức khỏe con ngƣời. Do đó vấn đề đặt ra là làm sao vừa phát triển kinh tế xã hội nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc môi trƣờng thực hiện mục tiêu phát triển bền vững. Quá trình phát triển chăn nuôi gia súc gia cầm và làm muối đóng vai trò hết sức quan trọng nhƣng xét trên phƣơng diện môi trƣờng, ngành chăn nuôi và làm muối cũng là một trong những ngành gây ô nhiễm môi trƣờng đặc biệt là môi trƣờng nƣớc. Vì vậy nghiên cứu xử lý nƣớc thải trong chăn nuôi có nồng độ amoni cao bằng magie trong nƣớc ót kết tủa tạo phân bón MAP là việc làm cần thiết gắn liền việc phát triển kinh tế với bảo vệ môi trƣờng. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 1
  12. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng CHƢƠNG I. TỔNG QUAN 1.1 ô t nam 1.1.1.Sơ lƣợc về amoni Amoni bao gồm có 2 dạng: không ion hoá (NH3) và ion hoá (NH4). amoni có mặt trong môi trƣờng có nguồn gốc từ các quá trình chuyển hoá, nông nghiệp, công nghiệp. Lƣợng amoni tự nhiên ở trong nƣớc bề mặt và nƣớc ngầm thƣờng thấp hơn 0,2mg/lít. Các nguồn nƣớc hiếm khí có thể có nồng độ amoni lên đến 3mg/lít. Việc chăn nuôi gia súc quy mô lớn có thể làm gia tăng lƣợng amoni trong nƣớc mặt. Sự nhiễm bẩn amoni có thể tăng lên do các đoạn nối ống bằng vữa ximăng. Amoni trong nƣớc là một chất ô nhiễm do chất thải động vật, nƣớc cống và khả năng nhiễm khuẩn. Khi hàm lƣợng amoni trong nƣớc ăn uống cao hơn tiêu chuẩn cho phép chứng tỏ nguồn nƣớc đã bị ô nhiễm bởi chất thải động vật, nƣớc cống và có khả năng xuất hiện các loại vi khuẩn, kể cả vi khuẩn gây bệnh. Lƣợng amoni trong môi trƣờng so với sự tổng hợp bên trong cơ thể là không đáng kể. Tác hại của nó chỉ xuất hiện khi tiếp xúc với liều lƣợng khoảng trên 200mg/kg thể trọng. Với những lý do trên đây, amoni đƣợc xếp vào nhóm các chỉ tiêu cảm quan. Khi amoni trong nƣớc ăn uống vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép thì chƣa ảnh hƣởng lắm tới sức khoẻ nhƣng đó là dấu hiệu cho thấy nguồn nƣớc bị ô nhiễm bởi chất thải có nguồn gốc động vật và có thể chứa các vi khuẩn gây bệnh.[10] 1.1.2. Nguồn gốc gây ô nhiễm amoni trong tự nhiên Nitơ từ đất, nƣớc, không khí vào các cơ thể sinh vật qua nhiều dạng biến đổi sinh học, hoá học phức tạp rồi lại quay trở về đất, nƣớc, không khí tạo thành một vòng khép kín gọi là chu trình nitơ. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 2
  13. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Trong tự nhiên amoni tồn tại một lƣơng nhỏ trong khí quyển do thƣờng xuyên hợp chất này đƣợc tạo ra từ các quá trình phân hủy các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc động, thực vật. ngoài ra Trong nƣớc mƣa, nƣớc biển ngƣời ta cũng phát hiện thấy có NH3 và các các muối amoni. Hoạt động của núi lửa cũng là nguồn sinh ra muối amoni (nhƣ amoni clorua NH4Cl và amoni sunfat (NH4)2SO4). Tại một số vùng khoáng chứa sôđa, ngƣời ta cũng thấy có các tinh thể amoni bicacbonat NH4HCO3. Các hoạt động sinh hóa hàng ngày của ngƣời và động vật cũng là nguồn sinh ra NH3. 1.1.3. Nguồn gốc gây ô nhiễm do con ngƣời Nguồn ô nhiễm nitơ trong nƣớc bề mặt có thể từ nhiều nguồn khác nhau do con ngƣời tạo ra nhƣ: sinh hoạt, đô thị, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải thủy, Nƣớc thải sinh hoạt: là nƣớc thải từ các khu dân cƣ, các cơ sở hoạt động thƣơng mại xã hội nhƣ công sở, trƣờng học Trong nƣớc thải sinh hoạt thƣờng chứa nhiều tạp chất dƣới dạng protein, cacbonhidrat, lipid, các chất bẩn từ ngƣời, động vật, thực vật, các loại rác, giấy, gỗ, các chất hoạt động bề mặt, Ngoài ra còn có các loại vi khuẩn nhƣ: trứng giun, virut, vi trùng, siêu vi trùng. Trong nƣớc thải sinh hoạt cũng có chứa một hàm lƣợng nitơ nhất định. Việc nƣớc thải sinh hoạt không đƣợc xử lý chảy vào hệ thống các con sông trong thành phố cũng là một trong các nguồn gốc gây ô nhiễm nƣớc.[2] Nƣớc thải đô thị: là nƣớc thải trong hệ thống thoát nƣớc của một thành phố, một khu đô thị. Trong nƣớc thải đô thị, ngoài nƣớc thải sinh hoạt còn có thể có nƣớc thải của một số cơ sở sản xuất công nghiệp, nƣớc thải của các bệnh viện, trạm y tế Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 3
  14. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng (loại nƣớc thải này cần đƣợc xử lý đặc biệt vì ngoài các tạp chất thông thƣờng nó còn chứa nhiều loại vi trùng, virut gây bệnh hết sức nguy hiểm đối với con ngƣời). Nƣớc thải công nghiệp: là nƣớc thải từ các nhà máy, xí nghiêp sản xuất hoặc từ các cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp đang hoạt động. Các tạp chất trong nƣớc thải công nghiệp rất đa dạng, phức tạp tùy thuộc vào đặc thù của sản xuất nhƣ nguyên liệu sử dụng, các qui trình sản xuất, các biện pháp kỹ thuật đƣợc áp dụng Thƣờng các tạp chất chính là từ các nguyên liệu đƣợc sản xuất và từ các chất đƣợc hình thành trong các công đoạn sản xuất khi thực hiện các biện pháp kỹ thuật khác nhau. Các ngành công nghiệp sử dụng nitrat trong sản xuất là nguồn chủ yếu gây ô nhiễm nguồn nƣớc. Nitrat đƣợc thải qua nƣớc thải hoặc rác thải. Trong hệ thống ống khói của các nhà máy này còn chứa nhiều oxit nitơ thải vào khí quyển, gặp mƣa và một số quá trình biến đổi hoá học khác, chúng rơi xuống đất dƣới dạng HNO3, HNO2. Do đó hàm lƣợng của các ion này trong nƣớc tăng lên. Nƣớc thải nông nghiệp: là loại nƣớc thải trong quá trình sản xuất nông nghiệp. Tạp chất chủ yếu có trong nƣớc thải nông nghiệp là các loại phân bón vô cơ, hữu cơ, các hóa chất, thuốc bảo vệ thực vật, các chất kích thích sinh trƣởng dƣ thừa hoặc bị rửa trôi. Hàm lƣợng các tạp chất phụ thuộc vào chế độ canh tác, mùa vụ sản xuất. Nông nghiệp hiện đại là nguồn gây ô nhiễm lớn cho nƣớc. Việc sử dụng phân bón hoá học chứa nitơ với số lƣợng lớn, thành phần không hợp lý, sử dụng bừa bãi thuốc trừ sâu, diệt cỏ, thông qua quá trình rửa trôi, thấm, lọc, lƣợng nitrat hoá, amoni trong nƣớc bề mặt và nƣớc ngầm ngày càng lớn. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 4
  15. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Nƣớc thải do giao thông vận tải thủy: Nƣớc trên các dòng sông, hồ, biển có thể bị ô nhiễm do các phƣơng tiện tàu, thuyền trên sông, biển thải ra, các tàu chở dầu, hóa chất bị rò rỉ làm ảnh hƣởng đến môi trƣờng nƣớc, làm chết các loại động, thực vật sống trong môi trƣờng sông, biển. 1.2 .Độc tính của các hợp chất nitơ đối với con ngƣời và hệ sinh thái Nitơ là một trong những nguyên tố chính không thể thiếu trong các hợp chất hữu cơ phức tạp của vi sinh vật nhƣ: protein, axit nucleic, chất màu, Thực vật tổng hợp protein từ nitơ dƣới dạng amoni và nitrat. Con ngƣời và động vật lấy nguồn cung cấp protein từ thực vật và động vật. Quá trình tổng hợp protein đƣợc thực hiện nhờ hệ thống các enzim mà enzim lại chính là các protein. Protein là thành phần chính tạo nên tế bào sống. Thế nhƣng trong hệ sinh thái, nitơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau nhƣ: (NH3), , , , và nếu tất cả các ion này tồn tại trên giới hạn cho phép thì sẽ gây ảnh hƣởng đến con ngƣời và hệ sinh thái. Nhƣ chúng ta đã biết, NH3 tự do có độc tính đối với con ngƣời và động vật, vì NH3 phản ứng với clo tạo ra chất có thể gây ung thƣ là cloamin. Trong nƣớc tồn tại cân bằng: (1.1) và có thể có sự chuyển hóa sang , . Các ion này là tác nhân gây độc đối với con ngƣời, đặc biệt là với trẻ em. Bởi vì, oxi hóa ion Fe2+ của hemoglobin tạo ra methemoglobin là chất không có khả năng kết hợp và vận chuyển oxi tới các tế bào. Đây là một trong những nguyên nhân gây ra các bệnh về máu cho trẻ em. Ngoài ra, nitrit còn có khả năng kết hợp với các amin, amit và các hợp chất chứa nitơ khác tạo ra nitrosamin, một nhóm carcinogen là tác nhân có khả năng gây ung thƣ, đe dọa sự sống của con ngƣời .[3,4] Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 5
  16. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Vì vậy, trong các nguồn nƣớc thải bị nhiễm amoni quá cao cần phải xử lý để đảm bảo an toàn cho ngƣời và hệ sinh thái. 1.3.Một số tính chất cơ bản của ammoniac 1.3.1 Tính chất vật lý Amoniac có công thức phân tử là NH3. Phân tử lƣợng NH3 là 17,0306g/mol. Ở điều kiện thƣờng, NH3 khan là một chất khí không màu, nhẹ bằng nửa không khí (tỷ trọng so với không khí bằng 0,596 ở 0oc), có mùi sốc đặc trƣng. Amoniac khan tạo “khói” trong không khí ẩm. Amoniac hòa tan mạnh trong nƣớc tạo thành dung dịch nƣớc của NH3 (hay còn gọi là amoni hyđroxit do trong o dung dịch nƣớc của ammoniac có tạo thành NH4 OH). Ở 0 C, NH3 có độ hòa tan cực đại là 89,9g trong 100 ml nƣớc. Dung dịch nƣớc của NH3 (còn có tên là “ nƣớc đái quỷ”) khá bền nhƣng bị loại gần hết NH3 khi đun tới sôi. Nồng độ của amoni hyđroxit có thể đƣợc xác định bằng tỷ trọng kế hoặc Bomé kế. o o Ở áp suất khí quyển, NH3 hóa lỏng tại -33,34 C (239,81 K), có trọng lƣợng riêng 682 g/lit tại 4oC, hóa rắn tại -77,73o C (195,92oK), vì vậy ở nhiệt độ thƣờng o ngƣời ta phải lƣu trữ NH3 lỏng dƣới áp suất cao (khoảng trên 10 atm tại 25,7 C). Do NH3 lỏng có entalpy (nhiệt bay hơi) ∆H thay đổi lớn (23,35kJ/mol) nên chất này đƣợc dùng làm môi chất làm lạnh.NH3 lỏng là một dung môi hòa tan tốt nhiều chất và là một trong những dung môi ion hóa không nƣớc quan trong nhất. Nó có thể hòa tan các kim loại kiềm, kiềm thổ và một số kim loại đất hiếm để tạo ra các dung dịch kim loại (có màu), dẫn điện và có chứa các electron solvat hóa. NH3 lỏng là một dung môi ion hóa nhƣng yếu hơn nƣớc. Nó có thể hòa tan và phân li nhiều hợp chất có liên kết ion điển hình nhƣ các muối nitrat, nitrit, Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 6
  17. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng xyanua, v.v của kim loại kiềm và amoni. Trong NH3 lỏng, các muối amoni tan đều có tính axit. So với trong môi trƣờng nƣớc, thế oxyhóa khử của nhiều hệ trong NH3 lỏng đều chuyển sang dƣơng hơn. 1.3.2. Tính chất hóa học Phân tử NH3 có cấu trúc kim tự tháp tam giác (trigonal pyramid). Dựa vào một số tính chất hóa học đặc trƣng của ion nhƣ: cân bằng phân ly của các muối amoni, khả năng tạo phức ít tan, khả năng tạo kết tủa,., để tách loại amoni trong nƣớc thải: - Ion tồn tại trong nƣớc chủ yếu do sự phân ly của các muối amoni và sự hòa tan NH3. Trong nƣớc tồn tại cân bằng sau: (1.2) Dựa vào phản ứng này ngƣời ta có thể chuyển hóa trong nƣớc thành NH3 bằng cách kiềm hóa môi trƣờng nƣớc để làm cho cân bằng chuyển dịch về bên trái. NH3 tạo thành đƣợc tách ra bằng phƣơng pháp cơ học nhƣ thổi khí. Ion có khả năng tạo phức ít tan với ion Mg2+ và trong môi trƣờng ammoniac: (1.3) và tạo kết tủa amoniphotphomolipdat trong môi trƣờng axit: (1.4) Phản ứng này đƣợc dùng để nhận biết ion trong nƣớc. Ngoài ra, ion cũng có thể bị oxi hóa bởi các tác nhân oxi hóa nhƣ: clo, ozon, tạo thành N2, , . Dựa vào tính chất này, trong quá trình xử lý amoni trong nƣớc thải ngƣời ta thƣờng tiến hành các phản ứng hóa học để loại Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 7
  18. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng bỏ hoàn toàn hoặc chuyển thành , bằng các tác nhân oxi hóa nhƣ: clo, ozon, , hoặc bằng các phản ứng sinh học nhờ các vi sinh vật đặc chủng nhƣ anammox. 1.4. Quá trình chuyển hóa nitơ 1.4.1.Quá trình amoni hóa sinh học Quá trình chuyển hóa nitơ trong nƣớc thải thƣờng bắt đầu bằng sự thủy phân, oxi hóa và phân hủy nitơ hữu cơ bao gồm: các hợp chất dị vòng, protein, peptit, axit amin, ure, Dƣới tác dụng của enzim ureaza, ure và các hợp chất tƣơng tự ure bị thủy phân tạo thành ammoniac và muối amonibicacbonat. Phản ứng này có thể mô tả bằng phƣơng trình sau: ureaza NH + + HCO - + NH (1.5) CO(NH2)2 + 2H2O 4 3 3 Sự chuyển hóa nitơ hữu cơ thành amoni đƣợc thực hiện nhờ các nhờ các loài vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm mốc. N-hữu cơ (axit nucleic, protein, peptit, amino axit) (1.6) Amoni tạo thành đƣợc các loài vi khuẩn sử dụng làm nguồn dinh dƣỡng nitơ đồng hóa để xây dựng tế bào mới. Tảo và các thực vật thủy sinh khác cũng dùng amoni cùng với CO2 và P để quang hợp [1, 8, 9]. 1.4.2.Quá trình nitrat hóa sinh học Nitrat hóa amoni là một quá trình gồm hai giai đoạn. Đầu tiên, amoni bị oxi hóa thành thành nitrit nhờ vi khuẩn Nitrosomonas, là vi khuẩn hình cầu hoặc hình bầu dục, gram (-), không sinh bào tử. Sau đó nitrit bị oxi hóa thành nitrat nhờ vi khuẩn Nitrobacter, là trực khuẩn gram (-) không sinh bào tử. Quá trình này đƣợc mô tả theo hai phƣơng trình sau [3, 7, 8]: Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 8
  19. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng + Nitrosomonas 2NO - + 4H+ + 2H O + Q (1.7) 2NH4 + 3O2 2 2 - Nitrobacter 2NO - + Q (1.8) 2NO2 + O2 3 Phƣơng trình tổng: + NO - + 2H+ + H O (1.9) NH4 + 2O2 3 2 Trong quá trình nitrat hóa, oxi đóng vai trò là chất nhận điện tử và chỉ nhận điện tử mà Nitrosomonas và Nitrobacter có thể sử dụng. Do đó, môi trƣờng hiếu khí là điều kiện cần thiết cho quá trình nitrat hóa. Quá trình nitrat hóa là quá trình giải phóng năng lƣợng, Nitrosomonas và Nitrobacter sử dụng năng lƣợng này để duy trì và phát triển sinh khối (các tế bào vi khuẩn). Các tế bào vi khuẩn này có thể biểu diễn gần đúng bằng công thức hóa học C5H7O2N. Phản ứng tổng hợp sinh khối nhờ Nitrosomonas và Nitrobacter đƣợc thực hiện nhƣ sau [6]: (1.10) Nhƣ vậy, các tế bào vi khuẩn đƣợc tạo nên hoàn toàn từ các hợp chất vô cơ. Ngoài ra cần có thêm một lƣợng nhỏ các chất chất dinh dƣỡng vi lƣợng nhƣ P, S, Fe cho quá trình tổng hợp nhƣng không làm thay đổi phản ứng (1.10). Năng lƣợng ban đầu cho phản ứng tổng hợp này khởi phát thu đƣợc từ phản ứng oxi hóa và (phƣơng trình (1.7) và (1.8). Do đó các phản ứng oxi hóa và thƣờng xảy ra đồng thời. Vì năng lƣợng giải phóng từ phản ứng oxi hóa 1 mol hoặc ít hơn năng lƣợng cần thiết để tạo thành 1 mol các tế bào vi khuẩn, nên các phƣơng trình (1.7), (1.8) và (1.10) phải đƣợc cân bằng lại để đạt đƣợc hiệu suất chuyển đổi năng lƣợng tức là năng lƣợng cần sử dụng bằng năng lƣợng tạo thành. Vì vậy, quá trình nitrat hóa sinh học có thể biểu diễn bằng phƣơng trình tổng sau. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 9
  20. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Phƣơng trình này đƣợc sử dụng để đánh giá ba thông số quan trọng trong quá trình nitrat hóa: nhu cầu oxi, độ kiềm cần sử dụng và sự tạo thành sinh khối có khả năng nitrat hóa. 1.4.3.Denitrat hóa Denitrat hóa là quá trình khử hoặc thành sản phẩm cuối cùng là khí N2 nhờ các vi sinh vật kỵ khí. Các vi sinh vật thực hiện quá trình này phân bố rộng rãi trong môi trƣờng. Trong số các vi sinh vật thực hiện quá trình denitrat hóa có Thiobacillus, Hydrogenomnas thuộc nhóm tự dƣỡng và Pseudomonas, Micrococcus thuộc nhóm dị dƣỡng. Để quá trình denitrat hóa đạt hiệu suất cao cần phải bổ xung các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học làm nguồn cacbon. Hiện nay, ngƣời ta thƣờng sử dụng metanol, etanol, đƣờng, dấm, Quá trình phản ứng xảy ra nhƣ sau: (1.12) (1.13) Tổng hợp hai quá trình: (1.14) Nếu trong nƣớc có oxi hòa tan sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình denitrat hóa, do các vi khuẩn sẽ sử dụng O2 thay cho hoặc nhƣ chất nhận điện tử từ phản ứng khử để tạo năng lƣợng. Do đó phải loại bỏ oxi hòa tan trƣớc khi thực hiện quá trình denitrat hóa bằng cách bổ sung thêm một lƣợng metanol vào nƣớc. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 10
  21. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng 1.4.4.Phƣơng pháp anammox Anammox (Anaerobic ammonium oxidation) là quá trình oxi hóa amoni yếm khí, trong đó amoni và nitrit đƣợc oxi hóa một cách trực tiếp thành khí N2 dƣới điều kiện yếm khí, với amoni là chất cho điện tử còn nitrit là chất nhận điện tử để tạo thành khí N2. Sản phẩm chính của quá trình Anammox là N2, tuy nhiên khoảng 10% nitơ đƣa vào (amoni và nitrit) đƣợc chuyển thành nitrat. Phƣơng trình hệ số tỷ lƣợng của quá trình Anammox đƣợc đƣa ra nhƣ sau: (1.15) Đây là một phƣơng pháp có hiệu quả và kinh tế hơn so với quá trình loại bỏ amoni thông thƣờng từ trong nƣớc thải có chứa nhiều amoni. Ƣu điểm của phƣơng pháp này so với phƣơng pháp nitrat hóa và denitrat hóa là nhu cầu về oxi ít hơn và không cần nguồn cacbon hữu cơ từ bên ngoài. Con đƣờng trao đổi chất cho Anammox đƣợc chỉ ra trên hình 1, amoni bị oxi hóa thông qua hợp chất hydroxyl amin thành hợp chất hydrazin. Đƣơng lƣợng khử nhận đƣợc từ N2H4 sau đó khử nitrit thành NH2OH và khí N2. Sự tạo thành nitrat có thể kích thích cho sự phát triển sinh khối. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 11
  22. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng 4e- + H2O 5H + 4 - 5 - NH4 NH2OH NO2 NO3 1 H O 2 - Sinh khôi N2H4 2e 2[H] 2 [N2H4] 2[H] 3 2e- N2 Hình 1.1. Cơ chế sinh hoá giả thiết của phản ứng Anammox 1.5.Các phƣơng pháp hóa học xử lý amoni 1.5.1.Phƣơng pháp Clo hóa nƣớc đến điểm đột biến Hiện nay, trên thế giới đã nghiên cứu rất kỹ về biện pháp clo hóa tới điểm nhảy để xử lý amoni trong nƣớc thải. Bên cạnh đó cũng có rất nhiều nghiên cứu đề cập đến việc xử lý amoni bằng phản ứng ozon hóa có xúc tác, tuy nhiên về mặt nguyên lý hai phƣơng pháp này gần giống nhau. Nguyên lý của phƣơng pháp clo hóa [6]: Khí clo hòa tan trong nƣớc thủy phân nhanh theo phƣơng trình: (1.16) (1.17) Axit hypoclorơ (HOCl) là axit yếu, nhanh ổn định trạng thái cân bằng với - - ion hypoclorit (OCl ). Tổng clo chứa trong HOCl, OCl và Cl2(lỏng) đƣợc gọi là “clo tự do”. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 12
  23. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Khi amoni hòa tan trong nƣớc nó tồn tại chủ yếu ở các dạng sau: NH3, , và NH4OH tùy theo pH của môi trƣờng. Tuy nhiên hàm lƣợng NH4OH rất nhỏ nên tổng nitơ coi nhƣ chỉ chứa trong hai dạng: NH3 và . Amoniac lỏng phản ứng với axit hypoclorơ tạo ra monocloamin: (1.18) Bên cạnh đó còn xảy ra các phản ứng sau: (1.19) (1.20) Các phản ứng này chứng tỏ rằng hai dạng dicloamin (NHCl2) và - tricloamin (NCl3) sẽ khó tạo thành trong môi trƣờng kiềm, vì ở đó dạng OCl của clo tự do chiếm ƣu thế. Dicloamin lại là chìa khóa để phát triển phản ứng oxi hóa khử clo-nitơ amoni: (1.21) Gốc NOH có thể phản ứng với monocloamin và dicloamin giải phóng khí N2: (1.22) (1.23) Ngoài ra, NOH cũng có thể phản ứng với axit hypoclorơ tạo ra nitrit: (1.24) Sau đó clo tự do sẽ oxi hóa nitrit thành nitrat. Các phƣơng trình (1.16) – (1.24) có thể đƣợc viết lại nhƣ sau: (1.25) Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 13
  24. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng (1.26) Sau khi các quá trình xảy ra thì môi trƣờng axit của dung dịch đƣợc trung hòa bằng cách thêm vào một lƣợng kiềm. Theo phƣơng trình phản ứng (1.25) và (1.26), nếu tất cả nitơ amoni đƣợc oxi hóa thành N2 thì tỉ lệ clo tự do trên N-amoni ở thời điểm ban đầu sẽ là: . Mặt khác, nếu chỉ nitrat tạo thành thì tỉ lệ này ở thời điểm ban đầu sẽ là: 20,3. 1.5.2.Xử lý amoni bằng phƣơng pháp thổi khí cƣỡng bức Để xử lý amoni bằng phƣơng pháp thổi khí cƣỡng bức cần phải điều chỉnh pH của môi trƣờng lên cao để chuyển về dạng NH3, sau đó thổi khí mạnh hoặc đƣa vào thiết bị cyclon để tách pha và loại NH3 ra khỏi dung dịch. Trong nƣớc thải bị nhiễm amoni tồn tại cân bằng động sau: (1.27) Chiều chuyển dịch của cân bằng này phụ thuộc vào sự thay đổi pH của môi trƣờng. Cụ thể, ở pH = 7 trong dung dịch chỉ có ion amoni, còn ở pH = 12 thì amoniac tồn tại dƣới dạng khí hòa tan. Khi pH dao động trong khoảng 7-12 thì trong dung dịch tồn tại đồng thời cả ion và khí NH3 với tỉ lệ phần trăm phụ thuộc vào giá trị của pH. Khi pH tăng lên trên 7, cân bằng (1.27) sẽ chuyển dịch sang trái tạo ra nhiều khí amoniac và đây là thời điểm thích hợp để loại bỏ ra khỏi dung dịch bằng các thiết bị thổi khí. Tỉ lệ giữa khí NH3 và ion trong nƣớc thải còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ càng cao thì tỉ lệ này càng lớn [4, 5]. Do đó việc xử lý amoni bằng phƣơng pháp thổi khí cƣỡng bức có thể phối kết hợp cả hai yếu tố nhiệt độ và pH. Tuy nhiên, trong thực tế xử lý thì việc nâng cao nhiệt độ của nƣớc thải để Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 14
  25. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng xử lý amoni thì điều rất khó thực hiện vì cần phải cung cấp một nguồn năng lƣợng quá lớn. Ngoài hai yếu tố nhiệt độ và pH, việc xử lý amoni bằng phƣơng pháp thổi khí cƣỡng bức còn phụ thuộc vào lƣu lƣợng không khí thổi vào. Chúng ta cần phải tính toán lƣu lƣợng không khí cần thiết, thời gian lƣu của pha lỏng và pha khí trong tháp thổi để có thể tách loại amoni ra khỏi dung dịch. Đây là bài toán thực tế nên cần phải có các thông số thực tế nhƣ: hàm lƣợng amoni có trong nƣớc thải, yêu cầu cần phải xử lý, , thì mới có thể tính toán đƣợc lƣu lƣợng không khí cần thiết. 1.5.3.Xử lý amoni bằng phƣơng pháp sử dụng nhựa trao đổi ion Trao đổi ion là quá trình trong đó xảy ra sự trao đổi giữa các cation và anion trong dung dịch (pha lỏng) với các cation hoặc anion của ionit (chất trao đổi ion) ở pha rắn. Kết quả các cation hoặc anion của dung dịch đƣợc giữ lại trên ionit và đƣợc tách loại khỏi dung dịch. Sự trao đổi ion không làm thay đổi cấu trúc của ionit. Trao đổi ion là một dạng hấp phụ hóa học có thể biểu diễn bởi phƣơng trình sau: (1.28) Trong đó: ( ) là các ion trong nƣớc thải. là các ion trên vật liệu ionit. Z (RSO3Na, RSO3H, RCOONa, RCOOH, ) là chất nền của vật liệu ionit. Trong lĩnh vực xử lý nƣớc thải, dùng nhựa trao đổi cation có thể loại đƣợc amoni trong nƣớc thải. Ion mà amoni có thể trao đổi rất đa dạng cùng với bản Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 15
  26. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng chất của dung dịch đƣợc sử dụng để tái sinh cột ionit. Nếu dùng dung dịch của natri để tái sinh ionit thì quá trình trao đổi ion có thể viết nhƣ sau: (1.29) Khi lựa chọn nhựa trao đổi ion , không những phải xem xét đến độ bền, tính chịu mài mòn mà còn phải chú ý đến độ chọn lọc để loại bỏ ion amoni trong sự có mặt của các ion khác và giá thành của nhựa. Theo kinh nghiệm thì zeolit tự nhiên và tổng hợp là một trong những vật liệu ionit tốt nhất để tách loại amoni. 1.5.4.Xử lý amoni bằng phƣơng pháp kết tủa MAP MAP (Magie Ammonium Phosphate hexahydrated) có công thức hóa học MgNH4PO4.6H2O là tinh thể vô cơ màu trắng, đƣợc sử dụng làm phân bón nhả chậm. MAP không tan trong môi trƣờng amoniac nhƣng tan trong môi trƣờng axit nên ta thực hiện phản ứng trong môi trƣờng bazơ. Phản ứng xảy ra theo phƣơng trình sau: (1.30) MAP là một sản phẩm có thể đƣợc sản xuất với một công nghệ đơn giản và có thể đƣợc dùng để tách loại hoặc thu hồi amoni từ nƣớc thải. Tỷ lệ N:P:K trong MAP vẫn đang đƣợc nghiên cứu để có thể dùng cho cây trồng. MAP là loại phân có chất lƣợng tốt trong các điều kiện đặc thù khi so sánh với những loại phân bón tiêu chuẩn. Chất lƣợng của nó bao gồm: tan chậm, thành phần của nitơ và photpho vẫn chƣa đƣợc thử nghiệm trên diện rộng để sử dụng MAP nhƣ là phân bón hoặc phân bổ sung. Các yếu tố khác ủng hộ sử dụng MAP nhƣ là một loại phân bón vì MAP là sản phẩm chứa rất ít các kim loại nặng so với các Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 16
  27. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng phân bón công nghiệp. Ngoài ra, cần phải bổ sung kali vào MAP để đáp ứng nhu cầu NPK của các loại cây trồng cụ thể. Ở Nhật Bản, MAP đƣợc thu hồi từ các nhà máy xử lý tập trung nên rất thuận lợi và đƣợc sử dụng làm phân bón cho lúa. Ngoài ra, nó cũng có thể đƣợc sử dụng trong nông nghiệp ngoài sản xuất thực phẩm, cho ngành công nghiệp hoa, sản xuất thức ăn cho gia súc, Ngoài các phƣơng pháp hóa học kể trên, việc xử lý amoni còn đƣợc thực hiện bằng các phƣơng pháp sinh học nhƣ: phƣơng pháp anammox, phƣơng pháp sharon, 1.6. Nguồn gốc và thực trạng ô nhiễm nƣớc ót ở Việt Nam Nƣớc ót là phần dung dịch còn lại trên ruộng muối sau khi muối đã kết tinh. Ngƣời ta tháo nƣớc ót ra bể chứa rồi thải ra biển. Thành phần nƣớc ót 30 độ Bômê gồm có NaCl, MgCl2 (166,2 g/l) ), MgSO4 (68.9g/l), KCl, NaBr và một số nguyên tố vi lƣợng khác, trong đó nồng độ muối Mg2+ đạt tới 23%. Sản xuất 1 tấn muối sẽ thải ra trên dƣới 2 m3 nƣớc ót 30 độ Bômê. Theo số liệu hàng năm cả nƣớc ta sản xuất trên dƣới 900.000 tấn muối nhƣ vậy lƣợng nƣớc ót thải ra không dƣới 1.800.000 mét khối. Chỉ tính riêng 4 xí nghiệp sản xuất muối của 3 tỉnh Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận mỗi năm đã thải ra từ 400.000- 500.000 m3 nƣớc ót với nồng độ đậm đặc, gây ô nhiễm và hủy hoại môi trƣờng vùng biển ven bờ. Trong các ao, đìa và vùng ven biển nơi nƣớc ót thải ra, nồng độ các muối tăng lên rất cao, khiến sinh thái thay đổi, cá, tôm chết, các quần thể sinh vật nhƣ san hô, rong biển bị hủy hoại Đồng thời, nếu nƣớc ót không đƣợc thải ra xa bờ sẽ làm cho nồng độ muối Mg2+ ngày càng tăng trong khu vực lấy nƣớc ban đầu và dẫn đến giảm hiệu quả khai thác muối Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 17
  28. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng ăn. Song nếu biết khai thác nó thì không những góp phần hạn chế ô nhiễm môi trƣờng sinh thái mà còn đem lại thu nhập không nhỏ cho ngƣời làm muối.[11] Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 18
  29. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng CHƢƠNG II. THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất và dụng cụ 2.1.1 Hóa chất Potassium sodium tartrate (KNaC4H4O6.4H2O) KI,HgI2 Amoni-molipdat ((NH4)2MoO4) Ammonium Metavanadate (NH4VO3) EDTA (C10H14N2O8Na2.2H2O ) Kali dihydrophotphat (KH2PO4) NH4Cl MgCl2.6H2O 2.1.2 Dụng cụ Cân phân tích Bình định mức loại 50ml,100ml, 500ml, 1000ml Pipet loại 1ml,5ml,10ml, 20ml, 25ml. Máy đo quang DR 2010-USA Bơm hút chân không 2.2 Thực nghiệm 2.2.1 Xác định hàm lƣợng amoni bằng phƣơng pháp so màu với thuốc thử Nessler. * Nguyên tắc: Amoni trong môi trƣờng kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler (K2HgI4) tạo phức có màu vàng hay nâu sẫm phụ thuộc vào hàm lƣợng Amoni có trong nƣớc. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 19
  30. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng 2K2HgI4 + NH3 + KOH NH2Hg2I3 + 5KI + H2O (2.1) Các ion Fe3+, Cr3+, Co2+, Ni2+, Ca2+, Mg2+, , trong nƣớc gây cản trở phản ứng nên cần phải loại bỏ bằng dung dịch Xecnhet hay dung dịch Complexon III. Nƣớc đục đƣợc xử lý bằng dung dịch ZnSO4 5%. Clo dƣ trong nƣớc đƣợc loại trừ bằng dung dịch natrithiosunfat 5%. Màu tạo ra do thuốc thử Nessler đƣợc định lƣợng gián tiếp bằng máy đo màu ở bƣớc sóng 425 nm. Độ nhạy của phƣơng pháp ứng với hàm lƣợng amoni dƣới 3mg/l, nên trƣớc khi phân tích cần phải pha loãng mẫu đến ngƣỡng cho phép của phép đo. Chuẩn bị hóa chất: + Xây dựng đƣờng chuẩn NH4 : Hòa tan 0,2965g NH4Cl tinh khiết đã sấy khô tới khối lƣợng không đổi ở 105- 1100C trong 2 giờ bằng nƣớc cất, định mức thành 100 ml và thêm 1ml clorofoc + (để bảo vệ). Vậy 1ml dung dịch này có 1mg NH4 . Sau đó pha loãng dung dich này 100 lần bằng cách lấy 1 ml dung dich trên pha loãng bằng nƣớc cất định mức tới 100ml. Ta thu đƣợc dung dich mà trong 1 ml dung dịch có 0.01mg + NH4 . Chuẩn bị dung dịch Xenhet - Hoà tan 50 g KNaC4H4O6.4H2O trong nƣớc cất và thêm đến 100 ml. Dung dịch cần lọc loại bỏ tạp chất, sau đó thêm 5 ml dung dịch NaOH 10% và đun nóng một thời gian để đuổi NH3, thể tích dung dịch sau khi đun còn 100 ml. Chuẩn bị dung dịch Nessler Dung dịch A: cân chính xác 3.6g KI hòa tan bằng nƣớc cất sau đó chuyển vào bình định mức dung tích 100ml. Cân tiếp 1.355g HgCl2 cho vào bình trên lắc Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 20
  31. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng kỹ cho thêm nƣớc cất tới 100ml. Dung dịch B: cân chính xác 50g NaOH hòa tan trong 100ml nƣớc cất. Trộn đều hỗn hợp A và B theo tỉ lệ A:B là 100ml dung dịch A và 30ml dung dịch B, lắc đều gạn lấy phần nƣớc trong. Xây dụng đường chuẩn amoni + Lấy vào các bình định mức 50ml các dung dịch NH4 0.01 mg/l với các thể tích nhƣ bảng 2.1.Lấy thêm nƣớc cất định mức tới 50ml. Rồi cho thuốc thử, lắc đều các ống nghiệm, để yên 10 phút rồi đem đo màu ở bƣớc sóng 425 nm. Từ kết quả đo mật độ quang thu đƣợc, xây dựng đƣờng chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp phụ quang vào nồng độ amoni trong mẫu. Bảng 2.1. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn của amoni Dung Ống Nƣớc cất Xenhet Nessler [ ] dịch B ABS nghiệm (ml) (ml) (ml) (mg) (ml) 1 0 50 0.5 1 0 0 2 1 49 0.5 1 0.01 0.043 3 2 48 0.5 1 0.02 0.096 4 3 47 0.5 1 0.03 0.144 5 4 46 0.5 1 0.04 0.204 6 5 45 0.5 1 0.05 0.261 Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 21
  32. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Đồ thị biểu diễn đƣờng chuẩn amoni 0.3 y = 5.245x - 0.006 0.25 R² = 0.997 0.2 0.15 ABS 0.1 0.05 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 -0.05 mg Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn đƣờng chuẩn amoni 2.2.2 Xác định hàm lƣợng photphat bằng phƣơng pháp so màu với thuốc thử Amonimolipdat-vanadat * Nguyên tắc: Trong môi trƣờng axit, amonimolipdat phản ứng với dung dịch octophotphat tạo thành axit molipdophotphoric có màu vàng, cƣờng độ màu của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ photphat. * Hóa chất: 3- + Pha dung dịch chuẩn PO4 Cân 2.4g KH2PO4.3H2O hòa tan trong nƣớc cất, sau đó định mức thành 100 ml 3- đƣợc dung dịch PO4 có nồng độ 10g/l. Pha loãng dung dịch này thành 20 lần bằng cách lấy 5ml dung dich trên pha loãng bằng nƣớc cất định mức đến 100 ml ta đƣợc dung dịch có nồng độ 5g/l + Thuốc thử Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 22
  33. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng - Dung dịch A: Cân chính xác 12.5 g (NH4)6Mo7O24.4H2O pha trong 150ml NH4OH 10% - Dung dịch B: Cân chính xác 0.625 g cho vào cốc thủy tinh. Thêm 150 ml nƣớc cất đun nhẹ trên bếp cho tan hết rồi làm nguội và thêm tiếp 150ml HCl đặc. - Sau đó cho dung dịch A trộn với dung dịch B định mức thành 500ml. 3- Xây dựng đường chuẩn PO4 Chuẩn bị 5 bình định mức 50ml lần lƣợt cho vào 5 bình đó một lƣợng dung 3- dịch photphat (PO4 0.5g/l ) và thuốc thử nhƣ trong bảng 2.2, sau đó định mức bằng nƣớc cất đến vạch , lắc đều để 10 phút sau đó đo quang ở bƣớc sóng 430nm. Kết quả đo đƣợc thể hiện trong bảng 2.2. Bảng 2.2. Bảng số liệu xác định đƣờng chuẩn amoni STT Thể tích Nồng độ Thuốc thử ABS 3 3- PO4 (ml) PO4 (mg/l) (ml) 1 0 0 5 0 2 0.4 4 5 0147 3 0.8 8 5 0.248 4 1.6 16 5 0.507 5 2.4 24 5 0.733 Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 23
  34. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Đồ thị biểu diễn đƣờng chuẩn photphat 0.8 y = 0.031x 0.7 R² = 0.997 0.6 0.5 0.4 ABS 0.3 0.2 0.1 0 0 5 10 15 20 25 30 Nồng độ (mg/l) Hình 2.2. Đồ thị biểu diễn đƣờng chuẩn photphat 2.2.3 Xác định hàm lƣợng Magie * Nguyên tắc: Dựa trên phản ứng tạo phức bền của Mg2+ với EDTA ở pH = 10 (2.2) Chất chỉ thị ET-OO có màu xanh biếc khi ở dạng tự do, có màu đỏ nho khi ở dạng phức. Sát điểm tƣơng đƣơng, EDTA phản ứng với phức MgInd chuyển chỉ thị EToo trở lại dạng tự do có màu xanh biếc. (2.3) Đỏ nho xanh biếc * Chuẩn bị hóa chất: - Dung dịch EDTA: 0,01M Hòa tan 3,7224 g EDTA trong 1000 ml nƣớc cất. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 24
  35. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng - Dung dịch đệm amoni: pH = 10 Hòa tan 8,1g NH4Cl và 130,5ml NH3 25% (d = 0.91) trong 1000ml nƣớc cất. - Chỉ thị ET-OO: Eriocrom T đen 1% trong NaCl * Xác định Dùng pipet lấy chính xác V ml (10ml) dung dịch Mg2+ cần xác định vào bình nón cỡ 250ml, thêm 5 ml dung dịch đệm amoni pH = 10, thêm một ít chỉ thị ET-OO, lắc đều, dung dịch có màu đỏ nho. Dùng dung dịch EDTA 0,01M từ buret chuẩn độ cho đến khi dung dịch chuyển sang màu xanh biếc. Ghi thể tích EDTA tiêu tốn Vo ml. Làm ba lần rồi lấy kết quả trung bình. Tính kết quả theo biểu thức sau: (M) 2.2.4.Xử lý tách Magie ra khỏi nƣớc ót  Làm sạch nƣớc ót: 2- Trong nƣớc ót có thành phần SO4 phải loại bỏ để tránh tạo thành CaSO4 lẫn vào thành phẩm Mg(OH)2 muốn vậy chúng tôi dùng CaCl2 để kết tủa toàn bộ 2- SO4 trong nƣớc ót, khi đó xảy ra phản ứng: MgSO4 + CaCl2 → MgCl2 + CaSO4↓ (2.4)  Phản ứng kết tủa Mg(OH)2 Xét phản ứng kết tủa Mg(OH)2 từ sữa vôi và nƣớc ót: Ca(OH)2 + MgCl2 → 2Mg(OH)2 + CaCl2 (2.5) -12 o Do độ tan của Mg(OH)2 rất nhỏ (5,5.10 ở 25 C) Và độ tan của Ca(OH)2 lớn o (1,6 g/l ở 25 C) nên phản ứng trên diễn ra theo chiều tạo thành Mg(OH)2. Muốn nhận đƣợc dạng kết tủa Mg(OH)2 xốp, dễ lọc rửa, ít bị nhiễm bẩn CaCl2, Phải tuân thủ một số điều kiện sau: Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 25
  36. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng - Dung dịch sữa vôi phải loãng, mới điều chế để tránh bị cácbônát hoá. - Khuấy trộn trong suốt thời gian phản ứng. - Nạp dần sữa vôi vào dung dịch nƣớc ót - Phản ứng ở nhiệt độ thƣờng. - - Mg(OH)2 sau khi tạo thành đƣợc lắng 3-4 giờ dễ dàng rửa sạch ion Cl nhƣng nếu để lắng quá lâu ví dụ sau 2 ngày mới lọc thì không thể rửa hết Cl- nữa và độ nhiễm bẩn can-xi lên tới 10%. ' - - Thông thƣờng Mg(OH)2 đƣợc rửa 5 lần với tỷ lệ R/L=1/10 là hết Cl . o Mg(OH)2 đƣợc sấy khô ở nhiệt độ 100 C. + 2+ 3- 2.2.5. Nghiên cứu tạo MAP và xử lý amoni với các tỷ lệ NH4 , Mg và PO4 khác nhau và trong điều kiện khác nhau. Chuẩn bị hóa chất. + Dung dịch 0,2M: Hòa tan 49.2 g MgSO4.7H2O trong 1 lít nƣớc cất. + Dung dịch 0,2M: Hòa tan 10,7 g NH4Cl trong 1 lít nƣớc cất. + Dung dịch 0,2M: Hòa tan 25 g NaOH và 13,68 ml H3PO4 85% (d=1,685g/ml) trong 1 lít nƣớc cất. 3- + Pha dung dịch bổ xung PO4 : Cân chuẩn xác 1.43g KH2PO4 hòa tan trong -3 1l nƣớc cất ta đƣợc dung dịch PO4 nồng độ 1mg/ml. Các bƣớc tiến hành thí nghiệm: + 3- 2+ - Tính toán thể tích cần thiết từng chất NH4 , PO4 , Mg ban đầu để có các tỉ lệ cần nghiên cứu. + 3- 2+ - Tiến hành trộn lần lƣợt 3 thể tích của NH4 , PO4 , Mg theo các tỉ lệ cần nghiên cứu, xác định lƣợng mMAP tạo thành và xác định hiệu suất xử lý amoni, từ đó tìm ra đƣợc tỉ lệ tối ƣu. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 26
  37. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng - Khảo sát ảnh hƣởng của PH ở tỉ lệ tối ƣu. Điều chỉnh PH hỗn hợp ở các PH khác nhau 8→12 sau đó xác định lƣợng MAP tạo thành và hiệu suất amoni sau các phản ứng. Từ kết quả chọn ra điều kiện PH tốt nhất cho phản ứng. - Khảo sát ảnh hƣởng thời gian phản ứng, tiến hành tƣơng tự ở tỉ lệ tối ƣu và PH tối ƣu nhƣng tiến hành trong các khoảng thời gian khác nhau từ 5→30 phút sau đó xác định lƣợng MAP tạo thành và hàm lƣợng amoni sau phản ứng. Dựa vào kết quả khảo sát các khoảng thời gian khác nhau chọn ra thời gian tốt nhất cho phản ứng. - Áp dụng các điều kiện thích hợp sau khảo sát tiến hành thực nghiệm trên mẫu thực. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 27
  38. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng CHƢƠNG III - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát các điều kiện tối ƣu cho phản ứng tạo kết tủa MAP 3.1.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ mol + 3- 2+ Để khảo sát sự ảnh hƣởng của tỷ lệ mol NH4 , PO4 , Mg đến khối lƣợng MAP và hiệu suất xử lý amoni, tôi chuẩn bị các thí nghiệm bằng hóa chất tinh + 3- 2+ khiết có các tỷ lệ mol NH4 , PO4 , Mg khác nhau. - Tiến hành phản ứng nhƣ sau: Đầu tiên, lấy V1 (ml) cho vào cốc 250ml, tiếp theo cho V2 (ml) và tiến hành khuấy trộn đều dung dịch, sau đó cho V3 (ml) vào và bắt đầu tính thời gian phản ứng (tpƣ). (V1 ,V2, V3 thể tích tính trƣớc tƣơng ứng với các tỉ + 3- 2+ lệ mol của NH4 , PO4 , Mg khác nhau cần nghiên cứu) trong bảng 3.1 Sau khi phản ứng kết thúc, lọc kết tủa đem sấy khô đến khối lƣợng không đổi rồi đem cân thu đƣợc khối lƣợng kết tủa MAP (mMAP). Dịch lọc thu đƣợc + 3- 2+ đem xác định hàm lƣợng NH4 , PO4 , Mg còn lại sau phản ứng. Cụ thể chuẩn bị các mẫu thí nghiệm với các tỷ lệ mol khác nhau nhƣ trong bảng 3.1 Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 28
  39. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng + 3- 2+ Bảng 3.1. Bảng các tỉ lệ về số mol NH4 , PO4 , Mg nghiên cứu Thể tích các dung dịch Tỉ lệ (mol) (ml) Số mẫu + 3- 2+ + 3- 2+ NH4 : PO4 : Mg NH4 PO4 Mg (0.2M) (0.2M) (0.2M) 1 0.4 1 1 8 20 20 2 0.6 1 1 12 20 20 3 0.8 1 1 16 20 20 4 1 1 1 20 20 20 5 0.4 1 1.2 8 20 24 6 0.6 1 1.2 12 20 24 7 0.8 1 1.2 16 20 24 8 1 1 1.2 20 20 24 9 0.4 1 1.6 8 20 32 10 0.6 1 1.6 12 20 32 11 0.8 1 1.6 16 20 32 12 1 1 1.6 20 20 32 13 0.4 1 1.8 8 20 36 14 0.6 1 1.8 12 20 36 15 0.8 1 1.8 16 20 36 16 1 1 1.8 20 20 36 Sau khi tiến hành làm các mẫu thí nghiệm theo tỷ lệ mol trên, chúng tôi thu đƣợc kết quả trong bảng 3.2. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 29
  40. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng + Bảng 3.2. Bảng kết quả khối lƣợng MAP tạo thành và lƣợng các chất NH4 , 3- 2+ PO4 , Mg còn lại sau xử lý. Hiệu Nồng độ còn lại sau xử lý Số Tỉ lệ mMAP suất + 3- 2+ + 2+ 3- mẫu NH4 : PO4 : Mg (g) NH4 Mg PO4 xử lý + (mg/l) (g/l) (mg/l) NH4 1 0.4 1 1 1.006 110 0.029 93.83 2 0.6 1 1 0.657 34.5 0.046 98.60 3 0.8 1 1 0.701 20.2 0.06 99.34 4 1 1 1 0.654 96.9 0.07 97.28 5 0.4 1 1.2 0.676 17.2 0.142 98.96 6 0.6 1 1.2 0.601 24.3 0.158 98.94 7 0.8 1 1.2 0.643 19.9 0.228 99.00 8 1 1 1.2 0.598 78.6 0.288 97.65 9 0.4 1 1.6 0.598 96.6 0.564 35.097 93.23 10 0.6 1 1.6 0.697 85.4 0.696 17.74 95.74 11 0.8 1 1.6 0.555 66.9 0.696 29.84 97.34 12 1 1 1.6 0.555 85.6 0.576 32.03 97.12 13 0.4 1 1.8 0.512 96.4 0.758 92.79 14 0.6 1 1.8 0.871 51.9 0.83 97.25 15 0.8 1 1.8 0.798 54.9 0.972 97.69 16 1 1 1.8 0.727 78.9 1.003 97.20 Qua kết quả ở bảng 3.2, thu đƣợc biểu đồ về sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý amoni và sự phụ thuộc của khối lƣợng MAP vào tỷ lệ mol nhƣ sau: Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 30
  41. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Hiệu suất(%) Hiệu Suất xử lý amoni 100.00 99.34 98.60 98.96 98.94 99.00 97.65 97.69 98.00 97.28 97.34 97.12 97.25 97.20 95.74 96.00 93.83 93.23 94.00 92.79 92.00 90.00 88.00 Các tỉ lệ mol + Hình 3.1. Biểu đồ biểu diễn kết quả NH4 còn lại sau tạo MAP Khối lƣợng MAP tạo thành ở các tỉ lệ mol mMAP (g) 1.2 1.006 1 0.871 0.798 0.8 0.701 0.697 0.727 0.657 0.654 0.676 0.643 0.601 0.598 0.598 0.555 0.555 0.6 0.512 0.4 0.2 0 Các tỉ lệ mol Hình 3.2 .Biểu đồ biểu diễn kết quả lƣợng MAP tạo thành ở các tỉ lệ mol khác nhau Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 31
  42. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Nhận xét: + 3- 2+ Qua kết quả khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ mol NH4 , PO4 , Mg đến khối lƣợng MAP và hiệu suất xử lý amoni, chúng tôi nhận thấy ở tỉ lệ mol 0.8:1:1 cho kết quả xử lý amoni là tốt nhất (99.34%). và ở tỉ lệ 0.4:1:1 là cho khối lƣợng MAP tạo thành lớn nhất (1.006 g). Vì thế tôi chọn 2 tỉ lệ 0.4:1:1 và 0.8:1:1, để thử nghiệm khả năng xử lý amoni và tạo phân bón MAP trong các nghiên cứu sau. 3.1.2. Khảo sát sự ảnh hƣởng của pH Sau khi nghiên cứu ảnh hƣởng của các tỷ lệ mol , chúng tôi sử dụng 2 tỷ lệ 0.4:1:1 và 0.8:1:1, để khảo sát sự ảnh hƣởng của pH đến khối lƣợng MAP và hiệu suất xử lý amoni. Nồng độ ban đầu của các chất trong mẫu phản ứng đối với tỉ lệ 0.8:1:1 là: [ ]ban đầu = 5184 (mg/l) [ ]ban đầu = 2594 (mg/l) [ ]ban đầu =15435.48 (mg/l) Sau khi tiến hành các thí nghiệm ở tỷ lệ mol 0.8 : 1 : 1với các pHđ khác nhau, tôi thu đƣợc kết quả biểu diễn ở bảng 3.3 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát sự ảnh hƣởng của pHđ đối với tỷ lệ mol 0.8 : 1 : 1 mMAP NH4+ sau xử lý Hiệu suất xử lý Số mẫu PH + (g) (mg/l) NH4 (%) 1 8 0.35 101.43 96.09 2 9 0.41 118.36 95.44 3 10 0.48 75.73 97.08 4 11 0.55 21.35 99.18 5 12 0.56 19.98 99.23 Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 32
  43. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Qua kết quả ở bảng 3.3 ta có biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của PH tới hiệu + suất xử lý NH4 trong tỉ lệ 0.8 : 1 : 1 Hiệu suất (%) Hiệu suất xử lý amoni 100.00 99.18 99.23 99.00 98.00 97.08 97.00 96.09 96.00 95.44 95.00 94.00 93.00 8 9 10 11 12 PH + Hình 3.3. Đồ thị thể hiện sự ảnh hƣởng của PH tới hiệu suất xử lý NH4 trong tỉ lệ 0.8 : 1 : 1 Khối lƣợng(g) mMAP 0.6 0.55 0.56 0.48 0.5 0.41 0.4 0.35 0.3 0.2 0.1 0 8 9 10 11 12 PH Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của PH tới tạo khối lƣợng MAP trong tỉ lệ 0.8 : 1 : 1 Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 33
  44. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Nhận xét: + Qua khảo sát sự ảnh hƣởng của PH tới khả năng xử lý NH4 trong tỉ lệ 0.8 :1 :1. Ta thấy PH bằng 12 thì cho khối lƣợng MAP là lớn nhất (0.56g) và hiêu suất xử + lý NH4 là tốt nhất (99.23%). Tuy nhiên so với hiệu suất xử lý amoni và mMAP khi PH bằng 11 so với PH bằng 12 tăng không đáng kể. Mà tạo môi trƣờng PH bằng 11 thuận lợi hơn tạo môi trƣờng PH bằng 12. Vì thế trong tỉ lệ này ta chọn PH bằng 11 để tiến hành thí nghiệm trong thực tế. + Tiến hành khảo sát sự ảnh hƣởng của PH tới khả năng xử lý NH4 trong tỉ lệ 0.4 :1:1 Nồng độ ban đầu của các chất trong mẫu phản ứng đối với tỉ lệ 0.4:1:1 là: [ ]ban đầu = 5184 (mg/l) [ ]ban đầu = 1783 (mg/l) [ ]ban đầu =15435.48 (mg/l) Kết quả đối với tỉ lệ 0.4 :1:1 đƣợc thể hiện trong bảng 3.4 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát sự ảnh hƣởng của pHđ đối với tỷ lệ mol 0.4 :1:1 mMAP NH4+ sau xử lý Hiệu suất xử lý Số mẫu PH + (g) (mg/l) NH4 (%) 1 8 0.234 116.3 93.48 2 9 0.466 113.94 93.61 3 10 0.623 109.51 93.86 4 11 0.69 107.53 93.97 5 12 0.771 107.15 93.99 Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 34
  45. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Qua kết quả ở bảng 3.4 ta có biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của PH tới hiệu suất + xử lý NH4 trong tỉ lệ 0.4 : 1 : 1 nồng độ Nồng độ amoni còn lại sau xử lý (mg/l) 118 116.3 116 113.94 114 112 109.51 110 107.53 108 107.15 106 104 102 8 9 10 11 12 PH + Hình 3.5. Đồ thị thể hiện sự ảnh hƣởng của PH tới hiệu suất xử lý NH4 trong tỉ lệ 0.4 : 1 : 1 Khối lƣợng mMAP (g) 0.9 0.771 0.8 0.69 0.7 0.623 0.6 0.466 0.5 0.4 0.3 0.234 0.2 0.1 0 8 9 10 11 12 PH + Hình 3.6. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của PH tới hiệu suất xử lý NH4 trong tỉ lệ 0.4 : 1 : 1 Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 35
  46. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Nhận xét: + Qua khảo sát sự ảnh hƣởng của PH tới khả năng xử lý NH4 trong tỉ lệ 0.4 :1 :1. Ta thấy PH bằng 12 thì cho khối lƣợng MAP là lớn nhất (0.771g) và hiêu suất + xử lý NH4 là tốt nhất (95.87%). Nhƣng so hiêu suất xử lý amoni và khối lƣợng phân mMAp tạo thành khi PH bằng l0 tăng không nhiều vì thế ta có thể chọn PH bằng 10 là PH dùng áp dụng trong thực tế. 3.1.3. Khảo sát sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng Sau khi khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ mol và pHđ, tôi chọn tiếp các tỉ lệ mol và PH tối ƣu ở trên, để khảo sát sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng (tpƣ) đến khối lƣợng MAP và hiệu suất xử lý amoni. Cụ thể nhƣ sau: Nồng độ ban đầu của các chất trong mẫu phản ứng tỉ lệ 0.8 :1:1 là: [ ]ban đầu = 5184 (mg/l) [ ]ban đầu = 3057 (mg/l) [ ]ban đầu =15435.48 (mg/l) Tiến hành thí nghiệm để khảo sát sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng (tpƣ) đến khối lƣợng MAP và hiệu suất xử lý amoni đối với tỉ lệ mol 0.8: 1: 1. ở PH =11 ta thu đƣợc kết quả nhƣ bảng sau: Bảng 3.5. Kết quả khảo sát sự ảnh hƣởng của tpƣ đối với tỷ lệ mol 0.8 : 1 : 1 Khoảng thời gian mMAP NH4+ sau xử lý Hiệu suất xử Số mẫu + (phút) (g) (mg/l) lý NH4 (%) 1 5 10 0.568 78.286 97.44 2 10 15 0.584 68.339 97.76 3 15 20 0.658 52.393 98.29 4 20 25 0.754 34.399 98.87 5 25 30 0.752 35.519 98.84 Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 36
  47. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Khối lƣợng mMAP (g) 0.8 0.754 0.752 0.7 0.658 0.584 0.6 0.568 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 5->10 10->15 15->20 20->25 25->30 Thời gian (phút) Hình 3.7. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng tới tạo thành MAP trong tỉ lệ 0.8 : 1 : 1. Nhận xét Biểu đồ hình 3.7, cho thấy khoảng thời gian tối ƣu cho phản ứng tạo kết tủa MAP (0.754g) và hiệu suất xử lý amoni (98.87 %) là 20 25 phút. Nếu kéo dài thời gian phản ứng thì hiệu suất xử lý và khối lƣợng MAP thay đổi không đáng kể. Vì vậy, tôi chọn thời gian tối ƣu cho phản ứng tạo kết tủa MAP ở tỷ lệ mol 0.8 : 1 : 1 là pHđ = 11 và khoảng thời gian từ 20 25 phút. Tiến hành khảo sát sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng tới xử lý amoni và tạo khối lƣợng MAP trong các tỉ lệ 0.4 : 1 : 1 [ ]ban đầu = 5184 (mg/l) [ ]ban đầu = 1783 (mg/l) [ ]ban đầu =15435.48 (mg/l) Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 37
  48. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Tiến hành thí nghiệm để khảo sát sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng (tpƣ) đến khối lƣợng MAP và hiệu suất xử lý amoni đối với tỉ lệ mol 0.4: 1: 1. ở PH =10 ta thu đƣợc kết quả nhƣ bảng sau: Bảng 3.6. Kết quả khảo sát sự ảnh hƣởng của tpƣ đối với tỷ lệ mol 0.4 : 1 : 1 Khoảng thời gian mMAP NH4+ sau xử lý Hiệu suất xử lý Số mẫu + (phút) (g) (mg/l) NH4 (%) 1 5 10 0.558 146.3 91.79 2 10 15 0.674 129.94 92.71 3 15 20 0.658 129.51 92.74 4 20 25 0.956 107.53 93.97 5 25 30 0.953 108.15 93.93 Qua kết quả ở bảng 3.6 ta có biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của thời gian phản + ứng tới hiệu suất xử lý NH4 trong tỉ lệ 0.4 : 1 : 1. Hiệu suât (%) Hiệu suất xử lý amoni 94.50 93.97 93.93 94.00 93.50 92.74 93.00 92.71 92.50 91.79 92.00 91.50 91.00 90.50 5->10 10->15 15->20 20->25 25->30 Thời gian (phút) Hình 3.8. Đồ thị thể hiện sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng tới hiệu suất xử + lý NH4 trong tỉ lệ 0.4 : 1 : 1. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 38
  49. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Khối lƣợng mMAP (g) 1.2 0.956 1 0.953 0.8 0.674 0.658 0.558 0.6 0.4 0.2 0 5->10 10->15 15->20 20->25 25->30 Thời gian (phút) Hình 3.9. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của thời gian phản ứng tới tạo thành MAP trong tỉ lệ 0.4 : 1 : 1. Nhận xét: Qua đồ thị hình 3.8 và biểu đồ hình 3.9, cho thấy khoảng thời gian tối ƣu cho phản ứng tạo kết tủa MAP (0.956g) và hiệu suất xử lý amoni (95.86%) là 20 25 phút. Nếu kéo dài thời gian phản ứng thì hiệu suất xử lý và khối lƣợng MAP thay đổi không đáng kể. Vì vậy, tôi chọn thời gian tối ƣu cho phản ứng tạo kết tủa MAP ở tỷ lệ mol 0.4 : 1 : 1 là pHđ = 10 và 20 25 phút. 3.2. Áp dụng các điều kiện tối ƣu đã nghiên cứu trên cho xử lý amoni và tạo + kết tủa MAP với các mẫu nƣớc thải cố nồng độ NH4 cao Xử lý amoni thực tế trong nƣớc thải từ các hầm biogas ở các khu vực chăn nuôi tập trung Áp dụng các điều kiện tối ƣu nghiên cứu ở trên và cũng sử dụng nƣớc ót (nước biển cô đặc) vào xử lý mẫu nƣớc thải từ hầm biogas của một hộ gia đình ở huyện Hƣng Hà, tỉnh Thái Bình Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 39
  50. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Xác định các thông số đầu vào của nƣớc thải và nƣớc ót. Bảng 3.7.Thông số đầu vào của nƣớc thải và nƣớc ót. Stt Thông số Nƣớc thải Nƣớc ót + 1 NH4 (mg/l) 422.2 - -3 2 PO4 (mg/l) 199.032 14.194 3 Mg+2 (g/l) 0.192 64.8 4 SS (mg/l) 80 15 Tiến hành tính toán cho các tỉ lệ mol và tiến hành thí nghiệm các tỷ lệ mol trong điều kiện thích hợp. Sau khi tính toán và tiến hành thí nghiệm đối với tỷ lệ mol 0.8 :1 :1 ở điều kiện môi trƣờng PH = 11 và khoảng thời gian 20 25 phút, ta thu đƣợc kết quả nhƣ ở bảng 3.8 + + 3- 2+ Bảng 3.8 Kết quả tạo MAP và xử lý NH4 trong tỉ lệ NH4 /PO4 /Mg =0.8:1:1. + NH4 (mg/l) + -3 +2 Ngày NH4 còn Hiệu suất PO4 còn lại Mg còn lại mMAP (g) lại (mg/l) (%) (mg/l) (g/l) 1 227.45 46.1 67.42 0.168 0.754 2 242.71 42.5 36.77 0.12 0.654 3 201.33 52.3 27.097 0.101 0.611 4 246.14 41.7 36.45 0.149 0.525 Nhận xét Từ kết quả trên cho thấy hiệu suất xử lý amoni thấp hơn nhiều so với phòng thí nghiệm (99.34%), hiệu suất xử lý amoni cao nhất trong 4 mẫu cùng điều kiện chỉ đạt 52.3% lƣợng MAP nhiều nhất là 0.754g. Tiến hành thí nghiêm tƣơng tự với tỉ lệ 0.4 :1 :1 ở điều kiện PH=10 khoảng thời gian 20 25 phút. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 40
  51. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng Bảng 3.9.Thông số đầu vào của nƣớc thải và nƣớc ót. (22/5/2013) Stt Thông số Nƣớc thải Nƣớc ót + 1 NH4 (mg/l) 401.9 - -3 2 PO4 (mg/l) 199.032 14.194 3 Mg+2 (g/l) 0.192 64.8 4 SS (mg/l) 80 15 Sau khi tiến hành thí nghiệm ta thu đƣợc kết quả nhƣ ở bảng 3.10. + + 3- 2+ Bảng 3.10. Kết quả tạo MAP và xử lý NH4 trong tỉ lệ NH4 /PO4 /Mg =0.4:1:1. + Ngày NH4 (mg/l) PO -3 còn lại Mg+2 còn lại mMAP NH + còn lại Hiệu suât 4 4 (mg/l) (g/l) (g) (mg/l) (%) 1 86.653 78.91 16.313 0.125 1.282 2 77.979 80.6 33.23 0.048 1.75 3 51.859 87.097 71.93 0.0096 1.55 4 46.52 88.42 27.41 0.0192 1.591 Nhận xét Từ kết quả trên cho thấy hiệu suất xử lý amoni thấp hơn so với kết quả dung hóa chất tinh khiết (93.83%). Hiệu suất xử lý amoni cao nhất trong 4 mẫu cùng điều kiện đạt 88.42%. Lƣợng MAP tạo nhiều nhất là 1.75g Khối lƣợng MAP tao thành cao hơn so với kết quả dung hóa chất tinh khiết do mẫu nƣớc thải có chứa các tạp chất tạo ra thêm kết tủa dạng khác ngoài dạng MAP Tóm lại: So sánh kết quả thu đƣợc mẫu nƣớc thải và nƣớc ót thực tế ở 2 tỉ lệ thì + 3- 2+ NH4 /PO4 /Mg = 0.4: 1: 1 cho kết quả tốt hơn. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 41
  52. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng + Tóm tắt quy trình tận thu Mg trong nƣớc ót để xử lý NH4 trong nƣớc thải và tạo phân bón MAP nhƣ sau: 2- 1. Tách SO4 trong nƣớc ót bằng CaCl2 Lọc bỏ kết tủa thu dung dịch lọc. 2+ 2. Dùng nƣớc vôi Ca(OH)2 tách Mg trong nƣớc ót 3. Thu kết tủa, lọc tạp chất và sấy ở 100oC. + 3- 2+ 4. Tính toán lƣợng cần thiết NH4 , PO4 , Mg để có tỉ lệ + 3- 2+ NH4 : PO4 : Mg =0.4: 1: 1 Điều kiện thí nghiệm: PH tối ƣu 10÷11 Thời gian phản ứng: 20→ 25 phút. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 42
  53. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng KẾT LUẬN Khóa luận tốt nghiệp đẫ thu đƣợc những kết quả sau. 1. Nghiên cứu đƣợc Điều kiện tối ƣu cho phản ứng tạo kết tủa MAP là: - Tỷ lệ mol = 0.4 : 1 : 1 - pH = 10 - Thời gian phản ứng tpƣ = 20 →25 (phút). 2. Tận dụng đƣợc nƣớc ót trong sản xuất muối để xử lý amoni có trong nƣớc thải góp phần làm tăng thu nhập cho các làng nghề làm muối. 3. Có thể kết hợp xử lý đƣợc ion photphat nếu trong nguồn nƣớc thải có chứa ion này ở hàm lƣợng cao. 4. Thu đƣợc sản phẩm MAP làm phân bón nhả chậm có giá trị và ý nghĩa thực tiễn cao đối với cây trồng. 5. Quy trình xử lý thân thiện với môi trƣờng vì không gây ô nhiễm thứ cấp. 6. Dựa vào mô hình có thể áp dụng xử lý các loại nƣớc thải có chứa amoni cao. Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 43
  54. Khóa Luận Tốt Nghiệp_Ngành Kỹ Thuật Môi Trƣờng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kiều Hữu Ảnh (1999), “Giáo trình vi sinh vật công nghiệp”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [2] Vũ Đăng Độ (1999), “Hóa học và sự ô nhiễm môi trường”, NXB Giáo Dục, Hà Nội. [3] Cao Thế Hà (1999), “Giáo trình xử lý nước”, Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội. [4] Trần Đức Hạ, Đỗ Văn Hải (2002),” Cơ sở hóa học quá trình xử lý nước cấp và nước thải”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [5] Trịnh Lê Hùng, Phạm Thị Dƣơng (2002), “Nghiên cứu chế tạo thiết tách loại amoni để xử lý nước rò rỉ của bãi rác Nam Sơn- Hà Nội”, Tuyển tập các công trình Khoa học, Hội nghị khoa học lần thứ 3, ngành Hóa học. [6] Nguyễn Văn Khôi, Cao Thế Hà (2002), “Nghiên cứu xử lý nước ngầm nhiễm bẩn amoni” (Báo cáo thuộc chƣơng trình 01C-09), Hà Nội. [7] Trần Hiếu Nhuệ (1999), “Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [8] Lƣơng Đức Phẩm (2002), “Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học”, NXB Giáo dục, Hà Nội. [9] Lê Xuân Phƣơng (2001), “Vi sinh vật công nghiệp”, NXB Xây dựng, Hà Nội. [10] va-cach-xu-ly.htm [11] Nguyễn Văn Thái – MT1301 Page 44