Khoa môi trường

Khóa luận tốt nghiệp 2013

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bài khóa luận này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến
ThS. Nguyễn Xuân Huân đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy và giúp đỡ em trong suốt
quá trình thực hiện đề tài cũng như hoàn thành khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Thổ nhưỡng, cũng như
các thầy, cô trong khoa Môi trường – trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học
Quốc gia Hà Nội đã tận tình truyền đạt kiến thức cho em trong 4 năm học vừa qua.
Vốn kiến thức mà em được tiếp thu trong quá trình học tập sẽ là hành trang quý báu
để em có thể hoàn thành tốt công việc sau này.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô, anh, chị và các bạn trong phòng Thí
nghiệm bộ môn Thổ nhưỡng – Khoa Môi trường – trường Đại học Khoa học Tự nhiên
đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành bài khóa luận này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn
là nguồn động lực lớn nhất, tạo mọi điều kiện về cả vật chất lẫn tinh thần cho em
trong suốt thời gian học tập.
EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN.
Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2013
Sinh viên
VŨ THỊ HIỂN

Vũ Thị Hiển

i

K54 Khoa học môi trường



2.4.4. Xác định phốt phát bằng phương pháp so màu quang điện…………….21
2.4.5. Phương pháp bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng xử lý của Fe0 nano đối
với phốt phát...................................................................................................... 22
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ---------------------------- 24
3.1. Kết quả điều chế sắt nano và những thuộc tính của sắt nano thu được ------ 24

Vũ Thị Hiển

ii

K54 Khoa học môi trường


Khoa môi trường

Khóa luận tốt nghiệp 2013

3.1.1. Fe0 nano điều chế được theo phương pháp khử bohiđrua ..................... 24
3.1.2. Đặc điểm của hạt Fe0 nano thu được ...................................................... 25
3.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn phốt phát --------------------------------------- 29
3.3. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý phốt phát bằng vật
liệu Fe0 nano ------------------------------------------------------------------------------- 30
3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý .......................................... 30
3.3.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý .................................................... 32
3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ Fe0 nano đến hiệu quả xử lý ............................. 34
3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ phốt phát đến hiệu quả xử lý ............................ 36
3.3.5. Ảnh hưởng của ion Fe2+ đến hiệu quả xử lý............................................ 38
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ -------------------------------------------------------- 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ------------------------------------------------------------------ 43
PHỤ LỤC ------------------------------------------------------------------------------------- 46

Talal Almeelbi, Achintya Bezbaruah………………………………………………34
Hình 15. Khả năng xử lý phốt phát khi thay đổi nồng độ của vật liệu Fe0 nano.......35
Hình 16. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của phốt phát vật liệu Fe0 nano......37
Hình 17. Nồng độ phốt phát sau xử lý bởi vật liệu Fe0 nano và hiệu suất xử lý theo
các nồng độ phốt phát ban đầu khác nhau…………………………………………38
Hình 18. Ảnh hưởng của ion Fe2+ hiệu quả xử lý phốt phát bởi vật liệu Fe0 nano....39

Vũ Thị Hiển

iv

K54 Khoa học môi trường


Khoa môi trường

Khóa luận tốt nghiệp 2013

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Các hợp chất gây ô nhiễm có khả năng bị xử lý bởi Fe0 nano…………......9
Bảng 2. Tích số tan của một số hợp chất photphat với canxi, sắt, nhôm ở 250oC....16
Bảng 3. Kết quả đo giá trị mật độ quang D ở bước sóng 710 nm………………….29
Bảng 4. Khả năng xử lý phốt phát trong nước bằng vật liệu Fe0 nano theo thời gian
……………………………………………………………………………………...30
Bảng 5. Khả năng xử lý phốt phát trong nước bằng vật liệu Fe0 nano theo pH .......32
Bảng 6. Ảnh hưởng của hàm lượng Fe0 nano đến khả năng xử lý phốt phát…..…..35
Bảng 7. Ảnh hưởng của nồng độ phốt phát ban đầu đến hiệu quả xử lý……………36
Bảng 8. Ảnh hưởng của ion Fe2+ đến hiệu quả xử lý phốt phát trong nước…….….39

Vũ Thị Hiển

phương pháp trên tuy đã được ứng dụng và có những hiệu quả nhất định trong việc
xử lý phốt phát, tuy nhiên chúng có một số nhược điểm chính như là: hệ thống xử
lý và vận hành phức tạp, lượng hóa chất sử dụng nhiều, lượng bùn thải tạo ra sau quá
trình xử lý là rất lớn.
Một trong những hướng nghiên cứu mới hiện nay đang được rất nhiều nhà
khoa học trong nước và trên thế giới quan tâm đó là công nghệ sử dụng sắt nano (Fe0
nano) trong việc xử lý ô nhiễm môi trường như: xử lý nước thải có chứa các hợp chất
hữu cơ khó phân huỷ, phốt phát, kim loại nặng, hoá chất bảo vệ thực vật trong đất và
nước [11,13-23]. Theo các tài liệu này Fe0 nano hoàn toàn không độc và an toàn với
môi trường, việc sử dụng Fe0 nano trong xử lý ô nhiễm môi trường đạt hiệu suất rất cao,
với giá thành hợp lý.
Hiện nay, việc nghiên cứu sử dụng vật liệu Fe0 nano để xử lý phốt phát trong
nước ở nước ta mới được đề cập nghiên cứu và còn rất mới mẻ. Vì vậy, cần phải có
Vũ Thị Hiển

1

K54 Khoa học môi trường


Khoa môi trường

Khóa luận tốt nghiệp 2013

nghiên cứu cụ thể cho việc ứng dụng công nghệ vật liệu Fe0 nano để xử lý phốt phát
trong nước. Để góp phần tìm hiểu thêm về vấn đề ứng dụng vật liệu Fe0 nano để xử
lý phốt phát trong nước, đề tài: “Nghiên cứu xử lý phốt phát trong nước bằng vật
liệu Fe0 nano” là một trong những hướng nghiên cứu có triển vọng thực tiễn cao,
tiếp nhận được công nghệ tiên tiến, góp phần cho việc làm giảm hàm lượng phốt phát
trong nước nhằm xử lý phú dưỡng, ngăn chặn sự phát triển của tảo độc.

Trong đó vật liệu nano rắn đang được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất, sau đó đến
vật liệu lỏng và khí. Có thể phân chia vật liệu nano thành 3 loại (dạng) sau:
 Vật liệu nano một chiều là vật liệu chỉ có một chiều duy nhất có kích thước
nano mét, hai chiều còn lại tự do. Ví dụ như dây nano, ống nano…
 Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó có hai chiều có kích thước nano
mét. Ví dụ như màng nano…
 Vật liệu nano ba chiều (còn gọi là vật liệu nano không chiều) là vật liệu có
cả 3 chiều đều có kích thước nano mét. Ví dụ như đám nano, keo nano, hạt nano…
 Ngoài ra, còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ
có một phần của vật liệu có kích thước nano mét, hoặc cấu trúc của nó có nano không
chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano:
- Vật liệu nano kim loại
- Vật liệu nano bán dẫn
- Vật liệu nano từ tính
- Vật liệu nano sinh học
1.1.2. Tính chất của vật liệu nano [4]
Một đặc điểm vô cùng quan trọng của vật liệu nano là kích thước chỉ ở cấp độ
nano mét (nm). Chính vì vậy mà tổng số nguyên tử phân bố trên bề mặt vật liệu nano
và tổng diện tích bề mặt của bề mặt của vật liệu lớn hơn rất nhiều so với vật liệu
thông thường. Điều này đã làm xuất hiện ở vật liệu nano nhiều đặc tính dị thường,
đặc biệt là khả năng xúc tác, hấp phụ. Với kích thước nhỏ ở cấp độ phân tử, vật liệu

Vũ Thị Hiển

3

K54 Khoa học môi trường



thấy hằng ngày sẽ tuân theo định luật Ohm. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu
xuống nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại (thường là
vài nm đến vài trăm nm) thì định luật Ohm sẽ không còn đúng nữa. Lúc đó điện trở
của vật liệu có kích thước nano sẽ tuân theo quy tắc lượng tử.

Vũ Thị Hiển

4

K54 Khoa học môi trường


Khoa môi trường

Khóa luận tốt nghiệp 2013

Các nghiên cứu cho thấy các tính chất điện, từ, quang, hóa học….của các vật
liệu đều có kích thước tới hạn trong khoảng từ 1nm đến 100nm, nên ở vật liệu nano
các tính chất này đều có biểu hiện khác thường so với vật liệu truyền thống.
1.1.3. Các phương pháp điều chế vật liệu nano [2]


Phương pháp từ trên xuống: Bao gồm phương pháp nghiền và phương pháp

biến dạng. Phương pháp nghiền là sử dụng kỹ thuật mài cơ khí thông thường để phá
vỡ các kim loại có kích thước lớn hơn thành các hạt có kích thước micro hoặc nano.
Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến
dạng cỡ lớn (có thể >10) mà không làm phá huỷ vật liệu.
 Phương pháp từ dưới lên: là phương pháp hình thành vật liệu nano từ các
nguyên tử hoặc ion. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế


Khóa luận tốt nghiệp 2013

 Phương pháp khử pha lỏng: là phương pháp sử dụng chất khử mạnh (NaBH4)
vào một dung dịch ion kim loại để khử nó thành các hạt kim loại có kích thước nano
và hóa trị 0. Các hạt sắt tổng hợp theo phương pháp này gọi là FeBH. Do sự đơn giản
cũng như hiệu suất của phương pháp khử pha lỏng, nó đã trở thành phương pháp
được biết đến nhiều nhất và sử dụng rộng rãi nhất để chế tạo Fe0 nano trong các ứng
dụng môi trường.
 Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên
tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí...Phương pháp này có thể
tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano.
1.2. Đặc điểm, tính chất của Fe0 nano và những ứng dụng trong xử lý môi trường
1.2.1. Đặc điểm, tính chất của Fe0 nano
Hiện nay, các ứng dụng của Fe0 nano chủ yếu dựa trên đặc tính đóng góp điện
tử trong phản ứng khử của Fe0 nano. Trong điều kiện môi trường bình thường, Fe0
nano phản ứng tốt trong nước và có thể đóng vai trò là một chất cho điện tử, giúp nó
trở thành một vật liệu có khả năng xử lý ô nhiễm tốt [4].
a. Cấu trúc lõi - vỏ [8]
- Phần lõi bao gồm chủ yếu là Fe0 nano và cung cấp năng lượng khử cho các
phản ứng với chất gây ô nhiễm môi trường.
- Phần vỏ này phần lớn là các ôxit sắt/hydroxit được hình thành từ sự ôxi hóa
Fe0. Lớp vỏ này là nơi cung cấp những thông tin hóa học phức tạp (ví dụ: sự hấp phụ
hóa học). Các nhà nghiên cứu đã phủ một lớp mỏng chứa ôxit hoặc kim loại quý lên
bề mặt phân tử nano để tránh sự ôxi hóa sắt.

Hình 1. Cấu trúc lõi – vỏ của phân tử Fe0 nano
Sự hình thành lớp vỏ ôxit bao quanh phân tử sắt nano: Đầu tiên là sự tạo thành
Fe2+ trên bề mặt;
Vũ Thị Hiển

và giảm sự vận chuyển các phân tử nano tại những điểm ô nhiễm. Vì vậy trong lĩnh
vực môi trường việc phân tán các hạt nano từ tính là một trong những yếu tố quan
trọng để tăng hiệu quả của phản ứng này. Các nhà khoa học như He và Zhao (2010)
[20] đã sử dụng tinh bột để bọc hạt nano để chúng ít bị kết dính hơn và thu được kết
quả khả quan. Ngoài ra một số nhà khoa học còn sử dụng chất phân tán hoặc khuấy
cơ học để các phân tử nano không bị kết đám và vận chuyển tốt tại vị trí ô nhiễm.
Nhờ những đặc tính đó phân tử Fe0 nano có khả năng khử tốt hơn đối với các chất và
hợp chất ô nhiễm so với các hạt Fe0 micro. Vì vậy khi nghiên cứu chế tạo vật liệu
Vũ Thị Hiển

7

K54 Khoa học môi trường


Khoa môi trường

Khóa luận tốt nghiệp 2013

Fe0 nano, ứng dụng trong xử lý môi trường cần quan tâm, chú ý đến vai trò của chất
phân tán này.
1.2.2. Một số ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường của Fe0 nano
Do có đặc tính cho electron và khử nhiều chất ô nhiễm với tốc độ cao, Fe0
nano được sử dụng để xử lý nhiều chất ô nhiễm trong mô trường. Fe0 nano có thể đi
vào trong đất bị ô nhiễm, trầm tích và tầng ngậm nước. Các chất ô nhiễm mà Fe0 nano
có thể xử lý bao gồm các hợp chất hữu cơ chứa clo, kim loại nặng và các chất vô cơ
khác.
a) Sự phân hủy của các hợp chất hữu cơ chứa Clo
Fe0 nano có thể khử hầu hết các hợp chất hữu cơ chứa clo như Poly Clorua
Biphenyl (HCB), Poly Chlorinated Biphenyl (PCB), diclodiphenyltricloetan

phút. Dung lượng hấp phụ cực đại tính theo định luật Freundlich là 3,5mg Asen/g sắt
nano ở 250 C. Xiaomin Dou và nnk (2010) [20] đã nghiên cứu quá trình loại bỏ Asen
khỏi nước bởi Fe0 nano và sự ảnh hưởng của các yếu tố như pH dung dịch, chất hữu
cơ, anion vô cơ (phốt phát, cacbonat, silicat, nitrat, clorua, sunfat), axit humic.
- Loại bỏ Crom và Chì
Trong nghiên cứu của J.Cao và W. Zhang (2006) và SM. Ponder J. Gdarab và
T.E. Mallouk (2000) [25] đã cho thấy hiệu suất loại bỏ Cr (VI) rất cao khoảng 65 –
110mg Cr/g Fe0 nano. Cr (VI) bị khử xuống Cr (III), sau đó nó được kết hợp vào lớp
vỏ ôxit sắt (Crx Fe1-x) (OH)3 hoặc Crx Fe1 – x(OOH). Theo nghiên cứu của Yunfei Xi
và nnk (2010) [22], Fe0 nano đã được tổng hợp và nghiên cứu khả năng khử Pb. Tại
pH = 4 sau 15 phút tốc độ loại bỏ Pb đạt 99,9%. Hiệu suất của phản ứng là 0,05g Fe0
nano có thể loại bỏ > 99% Pb (401,8 mg/g). Ngoài ra Fe0 nano còn có khả năng loại
bỏ Ni, theo đó Ni (II) bị khử xuống Ni(0). Hiệu suất khử là 0,13g Ni (II)/g Fe0 nano.
c) Sự loại bỏ các chất ô nhiễm vô cơ
- Sự loại bỏ Selen
Mondal và nnk (2011) [7] đã nghiên cứu loại bỏ Selen bằng Fe0 nano. Trong
thí nghiệm sau 5 giờ gần 100% Selen được loại bỏ hoàn toàn, sự loại bỏ Selen bởi
Fe0 nano đạt 155mg/g.
- Sự loại bỏ Nitrat
Yu-Hoon Hwang và nnk (2011) [24] đã nghiên cứu về cơ chế và các sản phẩm
tạo ra của quá trình khử nitrat bởi Fe0 nano. Kết quả nghiên cứu thu được là 97%
nitrat được loại bỏ trong vòng 1giờ và được loại bỏ hoàn toàn trong vòng 1,5 giờ. Số
phận của các dạng nitơ đã được nghiên cứu và xác định, theo đó ammonia là sản
phẩm chính của phản ứng khử nitrat bởi Fe0 nano và nó bị loại bỏ khỏi dung dịch tại
pH cao.
Bảng 1. Các hợp chất gây ô nhiễm có khả năng bị xử lý bởi Fe0 nano
TT

Tên các nhóm chất và hợp
chất

2

Các hợp chất Trihalo metan

2.2. Dibromoclorometan (CHBr2Cl)
2.3. Diclorobromometan (CHBrCl2)
3.1. Hexaclorobenzen (C6Cl6)
3.2. Pentaaclorobenzen (C6HCl5)

3

3.3. Tetraclorobenzen (C6H2Cl4)

Các hợp chất clo benzen

3.4. Triclorobenzen (C6H3Cl3)
3.5. Diclorobenzen (C6H4CH2)
3.6. Clorobenzen (C6 H5Cl)
4.1. Tetracloroeten (C2CL4)
4.2. Tricloroeten (C2HCl3)

4

4.3. cis- Dicloroeten (C2H2Cl2)

Các hợp chất Clo eten

4.4. trans- Dicloroeten (C2H2Cl2)
4.5. 1,1- Dicloroeten (C2H2Cl2)
4.6. Vinylclorua (C2H3Cl)

8.1. NNitrosodiummetylamin
(NDMA) (C4H10N2)

Các hợp chất hữu cơ khác

Vũ Thị Hiển

10

K54 Khoa học môi trường


Khoa môi trường

Khóa luận tốt nghiệp 2013

TT

Tên các nhóm chất và hợp

Tên các chất và hợp chất

chất
8.2. TNT (C7H5N3O6)
9.1. Thủy ngân (Hg2+)
9.2. Niken (Ni2+)
9

9.3. Cadimi (Cd2+)


khoáng. Một phần P hoà tan trong đất bị rửa trôi xuống sông biển, trở thành nguồn
dinh dưỡng cho các loài thực vật thuỷ sinh hấp thụ, phân tán vào chuỗi thức ăn. Khi
thực vật thuỷ sinh chết đi, xác phân huỷ, một lần nữa P hữu cơ chuyển hoà thành P
vô cơ, một phần tiếp tục tham gia vòng tuần hoàn, phần còn lại chìm xuống đáy thủy

Vũ Thị Hiển

11

K54 Khoa học môi trường


Khoa môi trường

Khóa luận tốt nghiệp 2013

vực. Ở vùng nước có sự xáo động mạnh hoặc nước trồi, P mới được đưa trở lại tầng
nước trong tự nhiên.
1.3.2. Nhu cầu sử dụng phốt pho trên thế giới [9]
Hiện nay trên thế giới, khai thác phốt pho để đáp ứng cho nhiều mục đích khác
nhau. Hình 2 cho ta thấy 82% phốt pho dùng trong nông nghiệp phân bón, thuốc trừ
sâu, khoảng 7% làm chất phụ gia thức ăn chăn nuôi. Còn một phần nhỏ 11% sử dụng
trong ngành công nghiệp chất tẩy rửa, bột giặt, chất dẫn xuất và các ứng dụng đặc
biệt khác.
3%
8%
7%

Nông nghiệp
Thức ăn động vật


quan chặt chẽ đến sự phát triển năng lượng sinh học, dầu sinh học cùng với sự gia
tăng dân số, nhất là ở các nước châu Á.
Trong tương lai tới năm 2050 thì dân số tăng 9-11 tỉ người kéo theo gia tăng
nhu cầu cung cấp lương thực và sử dụng P đáng kể. Đây là nguy cơ gây ô nhiễm môi
trường gia tăng, cạn kiệt năng lượng và tài nguyên. Biện pháp xử lí, thu hồi P và tái
sử dụng lượng P tồn dư có ý nghĩa quan trọng trong bảo vệ môi trường, giảm rủi ro
và khó khăn trong tương lai bao gồm giá cả phân bón tăng cao, mùa màng kém hiệu
quả, làm giảm đời sống nông dân và an ninh lương thực.
1.3.3. Ô nhiễm phốt phát trong nước
Trong môi trường nước, P tồn tại ở các dạng: H2PO4-, HPO42-, PO43-, dạng
pôlime phốt phát như: (NaPO3)6 và P hữu cơ. Muối phốt phát vô cơ được sử dụng
rộng rãi trong các ngành công nghiệp bao gồm: sản phầm làm sạch, kem đánh răng,
bật lửa, công nghiệp dệt may, xử lý nước và phân bón …
Khi lượng phốt phát có trong đất quá nhiều, các ion phốt phát sẽ kết hợp với
các ion kim loại trong đất như nhôm (Al3+), sắt (Fe3+, Fe2+)…dẫn đến chai cứng đất,
tiêu diệt một số sinh vật có lợi, không tốt cho cây trồng phát triển. Trong môi trường
nước, khi lượng phốt phát quá dư sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng. Trong môi
trường tự nhiên, quá trình trao đổi, hoà tan phốt phát từ dạng kết tủa hoặc phức bền
diễn ra từ từ, quá trình tiêu thụ phốt phát diễn ra cân bằng tạo sự phát triển ổn định
cho hệ sinh vật. Tuy nhiên khi lượng phốt phát quá dư do nước thải mang đến gây
hiện tượng phú dưỡng ở các lưu vực.
1.3.4. Hiện tượng phú dưỡng và tác động của nó [1]
Ngày nay hoạt động của con người đã phá vỡ chu trình tuần hoàn P tự nhiên
vốn có, nước thải từ sinh hoạt, hoạt động công nghiệp, chăn nuôi… chứa lượng lớn
P và N chảy trực tiếp vào ao hồ, sông suối, gây hậu quả nghiệm trọng tới môi trường,
đời sống các sinh vật trong thủy vực và con người.
Nước thải sinh hoạt giàu các hợp chất của P, chủ yếu từ nước tẩy rửa tổng hợp
chứa khoảng 2-3mgP/l và các hợp chất vô cơ khác do quá trình phân giải protein và
giải phóng phốt phát từ nước tiểu. Hầu hết các bột giặt tổng hợp trên thị trường chứa

- Cacbon vô cơ chuyển hóa thành cacbon hữu cơ (gluco), sau đó chuyển thành
phân tử của tế bào. Thành phần chủ yếu của rong, tảo, cây xanh là C, H, O.
Phản ứng quang hóa của thực vật phù du:
106 CO2+ 16NO3- + HPO42- +122H2O +18H+  C106H263ON16P +138O2
Từ phản ứng cho thấy tỷ số C: N: P là 106:16:1. Tỷ sô N:P được gọi là ‘‘giá
trị biên độ đỏ”. Nếu tỷ lệ hàm lượng N: P > 7 thì P trở thành yếu tố hạn chế, ngược
lại thì N trở thành yếu tố hạn chế. Phốt phát thường hạn chế dinh dưỡng trong các
nơi cư trú nước ngọt, còn nitơ là yếu tố hạn chế chủ yếu ở các vùng nước biển. Nếu
hàm lượng N > 30 (mg/l), P > 6 (mg/l) thì xảy ra hiện tượng phú dưỡng [10].
b, Tác động của hiện tượng phú dưỡng [12]
Phú dưỡng làm tăng sinh khối, cung cấp thức ăn cho cá và các sinh vật thủy
sinh khác. Nó là 1 phần của quá trình lão hóa bình thường xảy ra trong các thủy vực
nước ngọt.
Tuy nhiên, môi trường nước chứa nhiều P và N sẽ làm cho thực vật phù du
phát triển mạnh, tăng sinh khối, đặc biệt là tảo que, tảo xanh hoa và nhiều tảo độc
khác, đặc biệt là vào mùa xuân. Hàm lượng chất diệp lục cũng tăng lên đáng kể và
khi bị thối rữa, phân hủy làm giảm nghiêm trọng hàm lượng oxi hòa tan trong nước.
Vũ Thị Hiển

14

K54 Khoa học môi trường


Khoa môi trường

Khóa luận tốt nghiệp 2013

CH2O106(NH3)16H3PO4 + 138O2  106CO2 +122H2O + 16HNO3 +H3PO4
Cứ 1 phân tử thực vật phù du sử dụng 276 nguyên tử O để tiến hành phản ứng

1.3.5. Các phương pháp xử lý ô nhiễm phốt phát [1]

Vũ Thị Hiển

15

K54 Khoa học môi trường


Khoa môi trường

Khóa luận tốt nghiệp 2013

Biện pháp hiệu quả nhất hiện nay để xử lý phốt phát là tạo ra muối phốt phát
ít tan với sắt, nhôm và canxi và phương pháp sinh học. Trong một số trường hợp có
thể sử dụng phương pháp hấp phụ và trao đổi ion.
a)

Kết tủa phốt phát

Kết tủa phốt phát (đơn và một phần loại trùng ngưng) với các ion nhôm, sắt,
canxi tạo ra các muối tương ứng có độ tan thấp và tách chúng ra dưới dạng chất rắn.
Đặc trưng quan trọng nhất của một quá trình kết tủa là tích số tan. Tích số tan của
một chất càng nhỏ thì hiệu quả của phương pháp càng cao. Trong bảng 2 ghi giá trị
tích số tan của một số hợp chất liên quan trong quá trình xử lý phốt phát bằng phương
pháp kết tủa với muối, nhôm, sắt, và canxi (vôi).
Bảng 2. Tích số tan của một số hợp chất phốt phát với canxi, sắt, nhôm ở 250C
Hệ

T ( tích số tan)


6PO43- + OH- (hydroxylapatit)

Ca10(PO4)6F2 ↔ 10Ca2+ +

6PO43- + 2F- (apatit)

10-11,4
10-118

CaHAl(PO4)2 ↔ Ca2+ + Al3+ + H+ + 2PO43-

10-39

CaCO3 ↔ Ca2+ + CO32-

10-8,3

CaF2 ↔ Ca2+ + 2F-

10-10,4

MgNH4PO4 ↔ Mg2+ + NH4+ + PO43- (Struvit)

10-12,6

Fe(OH)3 ↔

Fe3+ + 3OH-


lượng phốt pho nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu khí. Thông
thường hàm lượng phốt pho trong tế bào chiếm 1,5-2,5% khối lượng tế bào thô, một
số loại có thể hấp thu cao hơn từ 6-8%. Trong điều kiện yếm khí chúng lại thải ra
phần phốt pho tích lũy dư thừa, dưới dạng phốt phát đơn (PO43-). Quá trình loại bỏ
phốt pho dựa trên hiện tượng trên gọi là loại bỏ phốt pho tăng cường. Phốt phát được
tách ra khỏi nước trực tiếp thông qua thải bùn dư (vi sinh chứa nhiều phốt pho) hoặc
tách ra dưới dạng muối không tan sau khi xử lý yếm khí với một hệ kết tủa kèm theo
(ghép hệ thống phụ).
c)

Hấp phụ và trao đổi ion

Hấp phụ và trao đổi ion là những phương pháp xử lý phốt phát rất có triển
vọng, để thu hồi phốt phát một cách chọn lọc, thu hồi lại từ dung dịch tái sinh và tái
sử dụng. Trao đổi ion cũng cho phép thu hồi các thành phần có ích khác như K+,
NH4+ để tạo ra struvite MgNH4PO4 hay kali trucvite MgKPO4 dùng làm phân nhả
chậm. Hướng nghiên cứu trên đã được chú ý từ thấp kỷ 70 và đã hình thành được
một sơ đồ công nghệ REMNUT có ứng dụng trong thực tế. Ưu điểm và triển vọng
của phương pháp là không phát sinh bùn thải, không làm thay đổi pH của dung dịch
được xử lý.
d)

Một số phương pháp khác

Tách loại phốt phát đồng thời với các tạp chất khác qua quá trình màng thích
hợp: Màng nano, màng thẩm thấu ngược, hoặc điện thẩm tách. Về nguyên tắc hiệu
quả lọc qua màng có hiệu suất cao nhưng do giá thành quá đắt nên hầu như chưa thấy
ứng dụng trong thực tế.

Vũ Thị Hiển


-

Nghiên cứu ảnh hưởng của ion Fe2+ đến hiệu quả xử lý

2.4.

Phương pháp nghiên cứu

2.4.1. Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp các tài liệu
Các tài liệu liên quan tới vấn đề phú dưỡng, biện pháp xử lí nước phú dưỡng,
đặc điểm và cách điều chế, bảo quản của vật liệu Fe0 nano, cơ chế xử lý phốt phát
bằng vật liệu Fe0 nano….trên internet, sách, báo và các báo cáo khoa học liên quan.
2.4.2. Phương pháp chế tạo và bảo quản vật liệu Fe0 nano
Vật liệu sắt kích thước nano có thể được tổng hợp từ nhiều phương pháp như
phương pháp nghiền, vi nhũ tương, điện hóa, khử bohiđrua,... Trong đó, phổ biến
nhất là phương pháp khử bohiđrua. Ý tưởng cơ bản của phương pháp khử bohiđrua
(khử pha lỏng) là thêm một chất khử mạnh vào một dung dịch ion kim loại để khử nó
thành các hạt kim loại có hóa trị 0 và kích thước nano. NaBH4 là một chất khử mạnh

Vũ Thị Hiển

18

K54 Khoa học môi trường


Khoa môi trường

Khóa luận tốt nghiệp 2013

cũng gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do
sự khác nhau về tương tác giữa tia X với nguyên tử và sự tương tác giữa điện
tử và nguyên tử.
Xét một chùm tia X có bước sóng λ chiếu tới một tinh thể chất rắn dưới góc
tới θ. Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng
đều đặn d, đóng vai trò giống như các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tượng nhiễu xạ

Vũ Thị Hiển

19

K54 Khoa học môi trường


Khoa môi trường

Khóa luận tốt nghiệp 2013

của các tia X. Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phương phản xạ (bằng góc
tới) thì hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là:
ΔL = 2.d.sinθ
Như vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện:
ΔL = 2.d.sinθ = n.λ
Ở đây, n là số nguyên nhận các giá trị 1, 2,...
Đây là định luật Vulf-Bragg mô tả hiện tượng nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể.

Hình 3. Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn
b)

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)