ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

T

N N

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
TỪ XƠ DỪA ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG
NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN

TÓM TẮT LUẬN VĂN T ẠC SĨ K O

Hà Nội – Năm 2016
1

ỌC


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

T

N N

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
TỪ XƠ DỪA ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG
NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN

tr

c thải bệnh việ ”

3


MỞ ĐẦU
Nước thải bệnh viện là một trong những mối quan tâm, lo
ngại sâu sắc của các nhà quản lý môi trường vì chúng có thể gây ô
nhiễm nghiêm trọng và nguy hiểm đến đời sống con người.
Hiện nay, nước thải từ một số bệnh viện, phòng khám đa
khoa có chứa nhiều thành phần ô nhiễm vượt tiêu chuẩn cho phép,
gây ô nhiễm môi trường [4]. Trong nước thải bệnh viện có một số
thành phần giống như nước thải sinh hoạt, chứa lượng lớn các
chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ đặc trưng bằng chỉ tiêu BOD5, các
chất dinh dưỡng nito phốt pho, amoni (NH4+). Hàm lượng amoni
sau khi xử lý sinh học có nồng độ đặc thù từ 20-60 mg/l [16].Tuy
nhiên ở một số bệnh viện hoặc phòng khám đa khoa, cơ sở y tế do
quá tải trong việc sử dụng khu vệ sinh nên hàm lượng amoni
trong nước sẽ rất cao vượt quá quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
quy chuẩn nước thải bệnh viện (QCVN 28: 2010/BTNMT) [4]. Vì
là yếu tố gây độc nên việc xử lý amoni trong nước thải là đối
tượng rất đáng quan tâm.
Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã và đang áp dụng nhiều
biện pháp xử lý amoni như: Clo hóa, màng lọc, làm thoáng, trao
đổi ion, phương pháp sinh học. Các phương pháp trên đều có ưu,
nhược điểm và khả năng xử lý amoni khác nhau.
4



ừ để xử lý


Luận văn được thực hiện nhằm chế tạo ra vật liệu hấp phụ
từ xơ dừa bằng phương pháp cacbon hóa. Sau đó sử dụng vật liệu
hấp phụ đã chế tạo để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện đã
qua xử lý sinh học.


Nội dung nghiên cứu

Luận văn bao gồm các nội dung nghiên cứu chính sau:
1. Tổng quan về nước thải bệnh viện và các phương pháp xử lý
amoni trong nước thải, giới thiệu về phương pháp hấp phụ sử
dụng than cacbon hóa.
2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng phương
pháp cacbon hóa. Tiến hành nghiên cứu chế tạo ở các nhiệt độ các
khác nhau 300oC, 400oC, 500oC và các khoảng thời gian khác
nhau từ 10 phút đến 60 phút, xác định các tính chất của vật liệu,
khảo sát dung lượng hấp phụ amoni, độ tro, chụp ảnh SEM, cấu
trúc kích thước mao quản.
3. Thực nghiệm hấp phụ để xử lý amoni trong nước thải bệnh
viện sau khi đã qua hệ thống xử lý sinh học bằng phương pháp
hấp phụ và nghiên cứu ảnh hưởng của pH, tỷ lệ Rắn: Lỏng, thời
gian đến hiệu suất xử lý amoni trong nước thải và lựa chọn loại
than cacbon hóa cho quá trình xử lý.
- Tiến hành thực nghiệm trên quy mô dạng cột lọc liên tục với các
dải lưu lượng khác nhau từ 0,5 l/h đến 1,5 l/h để khảo sát khả
năng hấp phụ amoni trong nước thải của vật liệu.

Việt Nam



Phạm vi củ đề tài:

Các thực nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm.

7


C

ơ

1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về tình hình ô nhiễm amoni trong nước thải bệnh
viện
1.2 Giới thiệu về công nghệ xử lý nước thải bệnh viện E – Hà
Nội
1.3 Một số phương pháp xử lý amoni trong nước thải
1.3.1

Phương pháp clo hóa

1.3.2

Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng



Hiện trạng xơ dừa ở Việt Nam

1.5.2

Biện pháp xử lý xơ dừa ở Việt Nam

1.6 Tổng quan về tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa
trên thế giới và Việt Nam
8


1.6.1

Tổng quan về phương pháp cacbon hóa

1.6.2

Tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế giới

1.6.3

Tình hình nghiên cứu cacbon hóa ở Việt Nam

9


C

ơ


3.1.1 Khảo sát sự biến đổi nhiệt độ của buồng cacbon hóa
Kết quả các ghi chép về nhiệt độ được tổng hợp thành bảng đồ thị
dưới đây.
600
N ệt độ ( C)

500
400
300

T = 300

200

T = 400

100

T = 500

0
0

20

40
t

60

6

Tỉ lệ
trung
bình
hơ…

4.79

4
2
0

0

20
40
thời gian (phút)

60

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn tỉ lệ bay hơi nước của xơ dừa
theo thời gian
Tỷ lệ bay hơi nước của xơ dừa khá cao đạt khoảng từ 8,3%
- 8,72%.

3.1.3 Khảo sát tỷ trọng đổ đống của vật liệu xơ dừa
Xơ dừa được đưa vào các bình có thể tích khác nhau
sau đó đem cân để xác định tỉ trọng của xơ dừa.
Bảng 3.1 Tỉ trọng của xơ dừa


4

80

3,5

22,6

12


5

89

4

22,25

6

103

4,5

23

7


Theo bảng 3.1 ta thấy tỉ trọng của xơ dừa rơi vào khoảng từ
22,25kg/m3 đến 25,33kg/m3
3.1.4 Khảo sát độ tro hóa của xơ dừa
Đặt xơ dừa vào đĩa tro hóa rồi đem nung tại nhiệt độ 8000C trong
1h30 phút. Ta tính được độ tro của xơ dừa.
Bảng 3.2 Độ tro hóa của xơ dừa
Mẫu

Khối

lượng Khối lượng sau

trước khi tro hóa kho tro hóa ms
mT (g)
1

Độ tro hóa (%)

(g)

5,584

0,482

8,64

5,027

0,356



Qua bảng số liệu 3.2 ta thấy độ tro hóa của xơ dừa khoảng 7% –
9%
3.1.5 Khảo sát hiệu suất thu hồi sản phẩm chưa cháy của vật
liệu khi tiến hành cacbon hóa
Thí nghiệm được tiến hành xơ dừa độ ẩm 8,5%, tỷ trọng 24kg/m3,
độ tro khoảng 8% với khối lượng xơ dừa từ 1- 3g. Nhiệt độ
cacbon hóa ở T= 300oC, 400oC, 500oC. Thời gian lưu 10 phút, 20
phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút.
Bảng 3.3 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa ở T=3000C, T=
400oC, T= 500oC
TT

Hiệu suất thu hồi (%)

Thời gian
(phút)

T= 300oC

T= 400oC

T= 500oC

Mẫu 1

10

84,41


44,84

36,18

Mẫu 5

50

50,25

30,57

25,34

Hiệu suất thu hồi sản phẩm chưa cháy của vật liệu ở 500oC là thấp
nhất, quá trình cacbon hóa xảy ra hoàn toàn, phù hợp quá trình
cacbon hóa.

14


3.2 Khảo sát lựa ch n loại than tố
m

tr

u

quá trì



20 phút

10 phút

50 phút

40 phút

30 phút

20 phút

Series1

10 phút

dung lượng hấp phụ amoni (mg/g)

Dung lượng hấp phụ (mg/g)

300oC
400oC
500oC
nhiệt độ (oC)-thời gian ( phut)

Hình 3.7 Đồ thị dung lượng hấp phụ amoni của các loại
than cacbon hóa đã chế tạo ở các nhiệt độ và thời gian
khác nhau
Kết quả phân tích cho thấy ở 500oC trong khoảng thời gian

á

ệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp

phụ qua quá trình hấp phụ tĩ

:

3.3.1 Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của than cacbon hóa
qua sự thay đổi của các dải pH
Sau khi tiến hành điều chỉnh nồng độ pH với các dải 4;5;6;7;8;9
nồng độ NH4+ thay đổi như sau:
Bảng 3.4 Nồng độ NH4+ sau khi điều chỉnh pH
pH
Nồng độ

4

5

6

7

8

9

27,21


58
57
56
55
54
53

hiệu suất (%)

0

2

4

6

8

10

Dải pH

Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NH4+
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất hấp phụ của vật liệu
qua các dải pH từ 4-9 hiệu suất xử lý tăng dần và giảm ở pH= 9,
PH tối ưu cho sự hấp phụ trong khoảng từ 7-9 đạt hiệu suất 60 61% nồng độ NH4+ trong khoảng 9-10 mg/l có xu hướng không
đổi và đáp ứng QCVN: 28/2010/BTNMT . Như vậy pH này thuận
lợi đối với nước thải bệnh viện sau xử lý sinh học vì bản chất của
pH của nước thải ở giai đoạn này cũng giao động trong khoảng

10

20

30

40

Nồng độ NH4+ trước hấp phụ (mg/l)

Hình 3.10 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ ban amoni đến hiệu
suất xử lý
Từ kết quả thí nghiệm , giải nồng độ 10-20 mg/l tốc độ xử
lý cao hơn giải nồng độ từ 30-35 mg/l. Điều này được thể hiện
trên đường đẳng nhiệt hấp phụ.
Đường đẳng nhiệt hấp phụ phù hợp thep đường đẳng nhiệt
Langmuir và cũng có thể chấp
Freundlich.

19

nhận theo đường đẳng nhiệt


3.3.3Ảnh hưởng thời gian hấp phụ
Kết quả thực nghiệm như đồ thị 3.13

ệu suất xử lý m

(%)


5

NH4+ (mg/l)

0

0
0

20
T

40

60

(p út)

Hình 3.13 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý
amoni
Theo kết quả phân tích hình 3.13 cho thấy vậy thời gian
hấp phụ càng lâu thì hiệu suất hấp phụ NH4+ càng tăng, hiệu xuất
hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ có xu hướng tăng và không
đổi từ 30 phút trở đi. Ban đầu 5 phút nồng độ amoni giảm khá ít
hiệu suất đạt 18,22 %, đến 30 phút hiệu tăng lên 43, 93% và
không đổi quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng. Như vậy lựa
chọn thời gian tối ưu là t = 30 phút là phù hợp.
3.3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn: lỏng
Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ rắn- lỏng thể hiện


hiệu suất (%)

6

20

4
10

2
0

0
0

1

2

3

4

5

6

tỷ lệ rắn : lỏng (g/ml)


Hình 3.15 So sánh khả năng hấp phụ của than hoạt tính thị
trường và than cacbon chế tạo
Qua đồ thị hình 3.15 và kết quả nghiên cứu cho thấy khả
năng hấp phụ amoni trong nước thải bệnh viện của than cacbon
hóa từ xơ dừa và than hoạt tính gáo dừa của thị trường chênh lệch
không cao, tuy nhiên than cacbon hóa xơ dừa hiệu suất hấp phụ
cao hơn đạt 56,59%. Muốn tăng hiệu quả của than hoạt tính gáo
dừa chúng ta cần thêm bước phải biến tính than hoạt tính, trong
khi than cacbon chúng ta có thể sử dụng trực tiếp, như vậy xét về
mặt kinh tế khi sử dụng than cacbon hóa xơ dừa sẽ tiết kiệm hơn
đồng thời cũng xử lý được khối lượng xơ dừa thải. Do vậy việc
ưng dụng than cacbon hóa từ biomass thải (xơ dừa) đem lại triển
vọng cao.

22


3.4 Đá

á

ệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ

chế tạo từ quá trình cacbon hóa theo cột.
3.4.1 Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ là 100%
than cacbon hóa từ xơ dừa.
Do bột than chưa được tạo thành khổi và tránh hiện tượng
rửa trôi nên tiến hành thực nghiệm trên dạng cột với tốc độ lọc
tương đối thấp từ 0,13- 0,45m/h. Thực nghiệm tiến hành với lưu
lượng từ 0,5l/h; 075 l/h; 1 l/h;1,5l/h tương ứng với thời gian lưu


Hình 3.16 Khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ ở mô hình
dạng cột (M1: mẫu số 1, M2: mẫu số 2, M3: mẫu số 3)
Như vậy có thể thấy khi thực nghiệm với lưu lượng thấp 0,5
l/h thì hiệu suất tiếp xúc của vật liệu với amoni trong nước thải
23


tương đối cao 78,79% do thời gian lưu nước trong vật liệu lâu,
quá trình amoni tiếp xúc với mao quản của của than cacbon hóa
cũng lâu hơn và bị giữ lại. Do đó lưu lượng thấp và thời gian lưu
lâu sẽ tăng hiệu quả xử lý amoni.
3.4.2 Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ dạng viên
Sau khi tiến hành nghiên cứu chế tạo ra vật liệu hấp phụ
dạng viên với tỷ lệ 1 cát: 1 sỏi: 1 than: 3 xi măng thấy đây là tỷ lệ
tối ưu để tạo ra vật liệu, sau đó mang vật liệu đã chế tạo được
nghiên cứu trên thiết bị dạng cột với lưu lượng từ 0,25 l/h đến
0,75 l/h. Kết quả thực nghiệm dạng cột được thể hiện trong biểu
đồ dưới đây:

hiệu suất hấp phụ amoni ( %)

Khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ
dạng viên
35
30
25
20
15
10

Qua kết quả thực nghiêm hình 3.17 cho thấy khả năng hấp
phụ của vật liệu khá thấp không phù hợp cho quá trình hấp phụ,
24


đồng thời vật liệu than cacbon hóa xơ dừa khả năng kết dính kém
cần tốn thêm nhiều chất phụ trợ kết dính, không tận dụng được
vật liệu để trồng cây sau khi vật liệu hết tác dụng hấp phụ.

25