Nghiên cứu xử lý asen trong nước ngầm sử dụng vật liệu zeomangan và công nghệ siêu hấp thu CDI

• Tác giả: Lê Ngọc Quang
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Hữu Quyết
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý asen trong nước ngầm bằng vật liệu zeomangan và công nghệ CDI
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
• NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
• NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
• DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
• LỜI MỞ ĐẦU
• Lý do chọn đề tài
• Các vấn đề nghiên cứu
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu
• Tính mới của đề tài
• Kết cấu của khóa luận
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về asen
• 1.2. Giới thiệu chung về asen
• 1.3. Cấu trúc và tính chất cơ bản của asen
• 1.3.1. Cấu trúc chung của asen
• 1.3.2. Tính chất nguyên tử
• 1.3.3. Tính chất lí, hóa học
• 1.4. Một số hợp chất quan trọng của asen
• 1.4.1. Asen hydrua hay asin AsH3
• 1.4.2. Axit asenic
• 1.5. Các dạng tồn tại của asen
• 1.6. Tình hình ô nhiễm asen trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.7. Nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm asen trong nước ngầm
• 1.8. Tình hình ô nhiễm asen trên thế giới
• 1.9. Tình hình ô nhiễm asen trong nước ngầm tại Việt Nam và tỉnh An Giang
• 1.10. Ảnh hưởng của asen đến sức khỏe con người và sinh vật
• 1.11. Cơ chế gây độc asen
• 1.12. Quy định về nồng độ giới hạn của asen trong nước uống
• 1.13. Ảnh hưởng của asen đến sức khỏe con người và sinh vật
• 1.14. Các phương pháp xử lý asen trong nguồn nước bị ô nhiễm
• 1.14.1. Phương pháp keo tụ
• 1.14.1.1. Keo tụ - kết tủa
• 1.14.1.2. Keo tụ bằng hóa chất
• 1.14.2. Phương pháp oxy hóa
• 1.14.2.1. Oxy hóa asen bằng không khí
• 1.14.2.2. Oxy hóa asen bằng tác nhân hóa học
• 1.14.3. Phương pháp màng
• 1.14.3.1. Thẩm thấu ngược (RO)
• 1.14.3.2. Điện thẩm tách (ED)
• 1.14.4. Hấp phụ
• 1.14.4.1. Hấp phụ bằng nhôm hoạt hóa
• 1.14.4.2. Hấp phụ bằng oxit nhôm hoạt hóa
• 1.14.4.3. Hấp phụ bằng vật liệu Laterite đá ong
• 1.14.4.4. Hấp phụ lên vật liệu có thành phần mangan oxide
• 1.14.4.5. Sử dụng viên sắt có chứa clo
• 1.14.4.6. Sử dụng mạt sắt kết hợp với cát
• 1.14.5. Trao đổi ion
• 1.14.6. Công nghệ lọc qua lớp vật liệu lọc là cát
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Quá trình hấp phụ
• 2.2. Giới thiệu chung về chất hấp phụ
• 2.3. Động học của quá trình hấp phụ
• 2.4. Công nghệ siêu hấp thu CDI
• 2.4.1. Công nghệ CDI là gì?
• 2.4.2. Nguyên lý hoạt động của công nghệ CDI
• 2.5. Chỉ số TDS có trong nước sinh hoạt và nước uống
• 2.6. TDS sinh ra từ đâu?
• 2.7. Ý nghĩa của các mức TDS
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Dụng cụ, thiết bị, hóa chất và mẫu nước thí nghiệm
• 3.2. Mẫu nước thí nghiệm
• 3.3. Nguyên vật liệu sử dụng
• 3.4. Giới thiệu vật liệu hạt Zeomangan
• 3.5. Thông số kỹ thuật hạt Zeomangan
• 3.6. Các phương pháp phân tích
• 3.6.1. Phương pháp quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần kết nối khối phổ ICP-MS
• 3.6.2. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS)
• 3.6.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.6.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.7. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ asen(III) của vật liệu theo phương pháp cột
• 3.7.1. Chuẩn bị cột hấp phụ
• 3.7.2. Ảnh hưởng của pH
• 3.7.3. Ảnh hưởng của cation
• 3.7.4. Quy trình xử lý nước nhiễm asen(III) bằng cột lọc thô hạt Zeomangan
• 3.8. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ asen(III) của bộ lọc siêu hấp thu CDI
• 3.8.1. Chuẩn bị bộ lọc CDI
• 3.8.2. Ảnh hưởng của pH
• 3.8.3. Ảnh hưởng của cation
• 3.8.4. Quy trình xử lý nước nhiễm asen(III) bằng bộ lọc siêu hấp thu CDI
• 3.9. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý asen(III) khi kết hợp vật liệu theo phương pháp cột với bộ lọc siêu hấp thu CDI
• 3.9.1. Ảnh hưởng của pH
• 3.9.2. Ảnh hưởng của cation
• 3.9.3. Quy trình xử lý nước nhiễm asen(III) khi kết hợp vật liệu theo phương pháp cột với bộ lọc siêu hấp thu CDI
• 3.10. Khảo sát sự thay đổi pH của nước nguồn khi sử dụng hạt nâng pH Corosex Clack
• 3.10.1. Giới thiệu hạt nâng pH Corosex Clack
• 3.10.2. Chuẩn bị cột thí nghiệm
• 3.10.3. Quy trình khảo sát sự thay đổi pH của nước nguồn khi sử dụng hạt nâng pH Corosex Clack
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Đặc tính của vật liệu
• 4.1.1. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS)
• 4.1.2. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 4.1.3. Cấu trúc bề mặt vật liệu bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 4.2. Kết quả nghiên cứu quá trình hấp phụ asen(III) của vật liệu theo phương pháp cột
• 4.2.1. Ảnh hưởng của pH
• 4.2.2. Ảnh hưởng của cation
• 4.3. Kết quả nghiên cứu quá trình hấp phụ asen(III) của bộ lọc siêu hấp thu CDI
• 4.3.1. Ảnh hưởng của pH
• 4.3.2. Ảnh hưởng của cation
• 4.4. Kết quả nghiên cứu quá trình hấp phụ asen(III) khi kết hợp vật liệu theo phương pháp cột với bộ lọc siêu hấp thu CDI
• 4.4.1. Ảnh hưởng của pH
• 4.4.2. Ảnh hưởng của cation
• 4.5. Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của điện áp và tốc độ dòng chảy tới bộ lọc siêu hấp thu CDI
• 4.6. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý nước cứng bằng bộ lọc siêu hấp thu CDI
• 4.7. Kết quả khảo sát sự thay đổi pH của nước nguồn khi sử dụng hạt nâng pH Corosex Clack
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về asen và ô nhiễm nước ngầm

Asen là một nguyên tố hóa học có tính độc hại cao, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và sinh vật. Tình hình ô nhiễm asen trong nước ngầm đang trở thành vấn đề cấp bách, đặc biệt ở các khu vực nông thôn. Theo nghiên cứu, nồng độ asen trong nước ngầm tại nhiều vùng ở Việt Nam vượt quá giới hạn cho phép, gây ra các bệnh lý nghiêm trọng. Việc xử lý asen trong nước ngầm là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Xử lý asen không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn bảo vệ nguồn nước sạch cho thế hệ tương lai.

1.1. Tình hình ô nhiễm asen tại Việt Nam

Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề từ ô nhiễm asen trong nước ngầm. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, nồng độ asen trong nước ngầm tại một số tỉnh như An Giang, Đồng Tháp vượt quá mức cho phép. Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến ô nhiễm này là do hoạt động khai thác khoáng sản và sử dụng hóa chất trong nông nghiệp. Việc nhận thức và hành động kịp thời là rất quan trọng để giảm thiểu tác động của ô nhiễm asen đến sức khỏe con người.

II. Công nghệ xử lý asen bằng vật liệu zeomangan

Vật liệu zeomangan đã được chứng minh là có khả năng hấp phụ asen hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy, zeomangan có cấu trúc bề mặt đặc biệt giúp tăng cường khả năng hấp phụ các ion asen trong nước. Công nghệ xử lý nước bằng zeomangan kết hợp với công nghệ CDI (Capacitive Deionization) mang lại hiệu quả cao trong việc loại bỏ asen. Công nghệ CDI hoạt động dựa trên nguyên lý điện hóa, giúp loại bỏ ion hòa tan trong nước một cách hiệu quả. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp xử lý nước ô nhiễm mà còn tiết kiệm năng lượng và chi phí.

2.1. Nguyên lý hoạt động của công nghệ CDI

Công nghệ CDI hoạt động dựa trên nguyên lý điện hóa, trong đó các ion trong nước được giữ lại tại các điện cực khi có sự chênh lệch điện áp. Quá trình này không chỉ giúp loại bỏ asen mà còn cải thiện chất lượng nước. Nghiên cứu cho thấy, việc kết hợp zeomangan với công nghệ CDI có thể nâng cao hiệu suất xử lý asen, giúp đạt được nồng độ asen dưới mức cho phép trong nước uống. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc xử lý nước ô nhiễm tại Việt Nam.

III. Đánh giá hiệu quả xử lý asen

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng vật liệu zeomangan kết hợp với công nghệ CDI đã đạt được hiệu quả cao trong việc xử lý asen(III). Các thí nghiệm cho thấy, nồng độ asen trong nước sau khi xử lý giảm xuống dưới mức quy định cho phép. Điều này chứng tỏ rằng, vật liệu zeomangan có khả năng hấp phụ asen tốt, đồng thời công nghệ CDI cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này. Việc đánh giá khả năng xử lý asen của hệ thống này là cần thiết để khẳng định tính khả thi và hiệu quả trong thực tiễn.

3.1. Kết quả thí nghiệm và phân tích

Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, hiệu suất hấp phụ asen(III) của vật liệu zeomangan đạt trên 90% trong điều kiện tối ưu. Sự thay đổi pH và nồng độ cation trong nước cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin quý giá về khả năng xử lý asen mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển công nghệ xử lý nước ô nhiễm tại Việt Nam. Việc áp dụng công nghệ xanh trong xử lý nước là một bước tiến quan trọng trong bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

IV. Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc xử lý asen trong nước ngầm bằng vật liệu zeomangan kết hợp với công nghệ CDI là một giải pháp hiệu quả. Kết quả đạt được không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ này để ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn. Đồng thời, việc nâng cao nhận thức cộng đồng về ô nhiễm asen và các biện pháp xử lý là rất cần thiết. Bảo vệ nguồn nước sạch là trách nhiệm của mỗi cá nhân và toàn xã hội.

4.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần thực hiện các nghiên cứu sâu hơn về khả năng xử lý asen của các vật liệu khác và các công nghệ mới. Việc khảo sát thực địa và thu thập dữ liệu từ các nguồn nước ô nhiễm cũng rất quan trọng để đánh giá hiệu quả thực tế của các giải pháp xử lý. Hơn nữa, cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích nghiên cứu, phát triển công nghệ xanh trong xử lý nước ô nhiễm tại Việt Nam.