Luận án TS hóa học: Xử lý asen và mangan trong nước - Nghiên cứu oxy hóa khử
Luận án nghiên cứu quá trình nhiễm asen và mangan trong nước dưới tác động của oxy hóa khử. Đề xuất giải pháp xử lý triệt để các kim loại này tại nguồn.
Hóa môi trường
Luan An
Luận án tiến sĩ hóa học
Năm xuất bản
Số trang
164
Thời gian đọc
25 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. Asen và Mangan Dạng tồn tại chuyển hóa trong nước
Asen và mangan là hai kim loại nặng phổ biến, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước. Nghiên cứu tập trung vào các dạng tồn tại đa dạng của chúng trong tự nhiên, bao gồm đá, đất, trầm tích và môi trường nước. Asen và mangan có thể xuất hiện dưới nhiều trạng thái oxy hóa khác nhau, ảnh hưởng đến độc tính và khả năng di chuyển. Quá trình phong hóa đá, đất giải phóng các nguyên tố này vào nước. Sự chuyển hóa giữa các dạng asen và mangan diễn ra liên tục, chịu ảnh hưởng bởi điều kiện oxy hóa-khử, pH, và hoạt động của vi sinh vật. Hiểu rõ sự chuyển hóa này là nền tảng cho việc phát triển các phương pháp xử lý nước hiệu quả. Sự di chuyển và tích lũy của asen, mangan trong hệ thống thủy sinh và đất cũng được xem xét. Nước ngầm thường bị ảnh hưởng bởi asen và mangan hòa tan. Các công nghệ xử lý cần dựa trên cơ chế chuyển đổi các dạng độc hại thành dạng ít độc hơn, dễ dàng loại bỏ khỏi nước. Mục tiêu là bảo vệ nguồn nước sạch, đảm bảo sức khỏe cộng đồng.
1.1. Dạng tồn tại của asen và mangan tự nhiên
Asen và mangan tồn tại rộng rãi trong tự nhiên. Chúng hiện diện trong các loại đá, đất và trầm tích. Trong đá và khoáng, asen thường có mặt dưới dạng asenopyrit, trong khi mangan phổ biến trong oxit mangan. Đất và vỏ phong hóa chứa asen và mangan hấp phụ trên bề mặt khoáng sét, oxit sắt. Trầm tích bở rời là nơi tích lũy đáng kể các kim loại này. Trong môi trường nước, asen tồn tại chủ yếu dưới dạng As(III) (asenit) và As(V) (asenat). Asenit độc hơn và khó loại bỏ hơn. Mangan thường tồn tại dưới dạng Mn(II) hòa tan trong điều kiện khử. Mn(II) dễ bị oxy hóa thành Mn(IV) kết tủa. Sự có mặt của các dạng này trong nước ngầm là mối lo ngại lớn về ô nhiễm. Cần phân tích chính xác các dạng asen và mangan để lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp.
1.2. Sự chuyển hóa asen và mangan trong môi trường
Asen và mangan trải qua nhiều quá trình chuyển hóa trong môi trường. Quá trình phong hóa, oxi hóa giải phóng asen và mangan từ khoáng vật. Ví dụ, asenopyrit bị oxy hóa giải phóng asen vào nước. Điều kiện oxy hóa-khử đóng vai trò then chốt. Trong môi trường oxy hóa, As(III) chuyển thành As(V). Mn(II) chuyển thành Mn(IV) kết tủa. Ngược lại, điều kiện khử sinh hóa tự nhiên trong lòng đất có thể chuyển hóa As(V) thành As(III). Sự tương tác với oxit sắt, chất hữu cơ cũng ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa này. Hoạt động của vi sinh vật cũng xúc tác cho nhiều phản ứng oxy hóa-khử. Việc kiểm soát các yếu tố môi trường có thể điều chỉnh sự chuyển hóa của các dạng asen và mangan. Hiểu biết sâu sắc về các phản ứng này là cần thiết cho công nghệ xử lý nước.
1.3. Di chuyển và tích lũy asen mangan
Sự di chuyển và tích lũy của asen, mangan là một vấn đề môi trường phức tạp. Asen có thể di chuyển trong hệ thống thủy sinh thông qua dòng chảy nước, hấp phụ và giải hấp trên trầm tích. Trong không khí và đất, asen cũng di chuyển qua các hạt bụi và quá trình thấm lọc. Mangan di chuyển trong môi trường nước dưới dạng ion hòa tan hoặc hạt keo. Hoạt động của vi sinh vật trong đất đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa sự di chuyển của mangan. Cả asen và mangan có khả năng tích lũy trong thực vật, động vật và chuỗi thức ăn. Sự tích lũy này cuối cùng ảnh hưởng đến con người. Việc kiểm soát nguồn gốc và ngăn chặn sự di chuyển của các kim loại này là rất quan trọng. Các chiến lược giảm thiểu ô nhiễm cần xem xét chu trình di chuyển tổng thể của asen và mangan.
II. Cơ chế Oxy hóa Khử Biến đổi Asen Mangan
Cơ chế oxy hóa khử là yếu tố trung tâm trong quá trình biến đổi asen và mangan trong nước. Tài liệu phân tích sâu về các phản ứng hóa học và sinh hóa liên quan. Các quá trình này quyết định trạng thái hóa trị, độc tính và khả năng di chuyển của các nguyên tố. Ví dụ, quá trình oxy hóa chuyển asen(III) (asenit) thành asen(V) (asenat). Asenat ít độc hơn và dễ dàng loại bỏ bằng các phương pháp kết tủa hoặc hấp phụ. Tương tự, mangan(II) hòa tan được oxy hóa thành mangan(IV) kết tủa, có thể lọc bỏ. Ngược lại, trong điều kiện yếm khí, quá trình khử có thể giải phóng asen và mangan từ trầm tích. Các phản ứng này chịu ảnh hưởng bởi pH, thế oxy hóa khử (ORP), nồng độ chất oxy hóa, và hoạt động của vi sinh vật. Việc kiểm soát các điều kiện oxy hóa khử là chìa khóa để xử lý hiệu quả nguồn nước bị ô nhiễm asen và mangan.
2.1. Quá trình oxi hóa phong hóa tự nhiên
Quá trình oxi hóa phong hóa tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong việc giải phóng asen và mangan. Asenopyrit (FeAsS) là một khoáng vật chứa asen phổ biến. Khi tiếp xúc với không khí và nước, asenopyrit bị oxy hóa. Phản ứng này giải phóng asen vào môi trường nước. Sắt(II) cũng được giải phóng và bị oxy hóa thành sắt(III), sau đó hình thành hydroxit sắt(III) kết tủa. Các hydroxit sắt(III) này có khả năng hấp phụ mạnh asen. Tương tự, mangan trong các khoáng chất bị phong hóa cũng giải phóng Mn(II). Mn(II) dễ dàng bị oxy hóa trong điều kiện có oxy, tạo thành các oxit mangan(IV) kết tủa. Các oxit mangan này cũng có khả năng hấp phụ asen. Quá trình phong hóa này làm tăng nồng độ asen và mangan trong nước ngầm và nước mặt.
2.2. Khử sinh hóa tự nhiên trong lòng đất
Quá trình khử sinh hóa tự nhiên diễn ra trong điều kiện yếm khí, đặc biệt trong lòng đất. Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình này. Trong môi trường thiếu oxy, vi khuẩn có thể sử dụng asen(V) làm chất nhận electron, chuyển đổi nó thành asen(III) độc hơn và di động hơn. Tương tự, vi khuẩn có thể khử oxit sắt(III) thành sắt(II) hòa tan, giải phóng asen hấp phụ trên bề mặt oxit sắt. Mangan(IV) cũng có thể bị khử thành mangan(II) hòa tan bởi hoạt động của vi sinh vật. Quá trình khử này làm tăng nồng độ asen(III) và mangan(II) trong nước ngầm. Điều này giải thích tại sao nước ngầm thường chứa nồng độ cao asen và mangan. Việc hiểu rõ cơ chế khử sinh hóa là cần thiết để dự đoán và quản lý ô nhiễm asen, mangan.
III. Phương pháp Thực nghiệm Xử lý Asen Mangan hiệu quả
Nghiên cứu áp dụng các phương pháp thực nghiệm tỉ mỉ để đánh giá hiệu quả xử lý asen và mangan. Các thiết bị mô phỏng điều kiện tự nhiên và nhân tạo được sử dụng. Đối tượng nghiên cứu bao gồm nước tinh khiết, nước có thành phần tương tự nước mưa ngấm qua đất và các mẫu quặng asenopyrit. Phương pháp luận tập trung vào việc kiểm soát các yếu tố môi trường như pH, ORP, và nồng độ các ion khác. Các kỹ thuật phân tích tiên tiến như ICP-AES được sử dụng để xác định nồng độ asen, mangan và sắt. Việc xác định riêng lẻ asen(III) và asen(V) là rất quan trọng để đánh giá hiệu suất oxy hóa. Mục tiêu là phát triển quy trình xử lý hiệu quả, dựa trên nguyên tắc oxy hóa khử và hấp phụ. Các nghiên cứu thực nghiệm cung cấp dữ liệu định lượng cho việc ứng dụng công nghệ xử lý nước.
3.1. Thiết kế thiết bị nghiên cứu yếm khí và phong hóa
Nghiên cứu sử dụng thiết bị mô phỏng để nghiên cứu các quá trình trong môi trường. Thiết bị nghiên cứu phong hóa quặng asenopyrit được thiết kế để tái tạo điều kiện ngập nước. Điều này giúp đánh giá khả năng giải phóng asen và mangan từ quặng. Thiết bị nghiên cứu yếm khí được lắp đặt và vận hành cẩn thận. Mục đích là mô phỏng quá trình chuyển hóa asen và mangan trong điều kiện thiếu oxy. Hệ thống này cho phép kiểm soát chặt chẽ các thông số môi trường. Các yếu tố như pH, ORP và nồng độ các chất hòa tan được theo dõi liên tục. Các thiết bị này cung cấp nền tảng để nghiên cứu sâu về động học phản ứng. Dữ liệu từ các mô phỏng này hỗ trợ việc phát triển giải pháp xử lý nước thực tế.
3.2. Nghiên cứu quá trình oxi hóa As III
Quá trình oxi hóa asen(III) thành asen(V) là trọng tâm của nghiên cứu. Các thí nghiệm được thực hiện trong nước tinh khiết (nước deion) và nước có thành phần phức tạp hơn. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của mangan và sắt đến quá trình oxy hóa As(III) là rất quan trọng. Sắt(II) và các hydroxit sắt(III) có vai trò kép: chất oxy hóa gián tiếp và chất hấp phụ. Các nghiên cứu đánh giá hiệu suất chuyển hóa As(III) dưới các điều kiện khác nhau. Mục tiêu là tìm ra các điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa. Dữ liệu thu được giúp hiểu rõ hơn về cơ chế phản ứng. Điều này hỗ trợ phát triển công nghệ oxy hóa hóa học và oxy hóa sinh học.
3.3. Xác định asen III và asen V riêng lẻ
Việc xác định riêng lẻ asen(III) và asen(V) trong mẫu nước là một bước quan trọng. Phương pháp ICP-AES được sử dụng để phân tích tổng lượng asen. Để phân biệt các dạng, vật liệu trao đổi ion được áp dụng. Phương pháp này cho phép tách biệt As(III) và As(V) trước khi phân tích. Độ chính xác của việc xác định này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả nghiên cứu. Dữ liệu về nồng độ từng dạng asen cung cấp thông tin quý giá. Thông tin này giúp đánh giá hiệu quả của các quá trình oxy hóa. Nó cũng giúp hiểu rõ hơn về độc tính tiềm ẩn của nước. Kỹ thuật này là cần thiết để kiểm soát chất lượng nước.
IV. Kết quả Oxy hóa Asen III và Tách loại Mangan
Kết quả nghiên cứu chứng minh hiệu quả của quá trình oxy hóa khử trong việc xử lý asen và mangan. Trong nước tinh khiết, asen(III) được oxy hóa thành asen(V) với hiệu suất cao. Sự hiện diện của sắt tăng cường đáng kể quá trình chuyển hóa này. Sắt đóng vai trò xúc tác và tạo ra các pha rắn hấp phụ asen. Quá trình kết tủa, cộng kết và hấp phụ của asen, sắt, mangan được phân tích chi tiết. Hydroxit sắt(III) chứng tỏ khả năng hấp phụ asen và mangan vượt trội. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng nồng độ sắt ban đầu và pH môi trường là các yếu tố quyết định hiệu suất tách loại. Các kết quả này cung cấp cơ sở khoa học vững chắc cho việc ứng dụng công nghệ oxy hóa khử để làm sạch nước nhiễm asen và mangan.
4.1. Oxy hóa asen III trong nước tinh khiết
Quá trình oxy hóa asen(III) thành asen(V) trong nước tinh khiết được nghiên cứu kỹ lưỡng. Kết quả cho thấy asen(III) có thể được oxy hóa hiệu quả. Các chất oxy hóa khác nhau có thể được sử dụng. Hiệu suất chuyển hóa phụ thuộc vào nồng độ chất oxy hóa và thời gian phản ứng. Việc chuyển đổi asen(III) sang asen(V) là bước quan trọng. Asen(V) ít độc hơn và dễ loại bỏ hơn bằng các phương pháp thông thường. Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn cơ bản về động học của phản ứng oxy hóa. Đây là nền tảng để tối ưu hóa quy trình xử lý nước.
4.2. Ảnh hưởng của sắt đến chuyển hóa asen III
Sự hiện diện của sắt có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình chuyển hóa asen(III) thành asen(V). Sắt(II) có thể hoạt động như một chất khử, tuy nhiên, trong điều kiện oxy hóa, sắt(II) bị oxy hóa thành sắt(III). Sắt(III) hydroxit kết tủa sau đó tạo ra bề mặt lớn để hấp phụ asen. Điều này thúc đẩy quá trình oxy hóa gián tiếp asen(III). Các thí nghiệm chứng minh rằng nồng độ sắt tăng làm tăng hiệu suất oxy hóa và tách loại asen. Sắt đóng vai trò kép: chất oxy hóa (thông qua Fe(III)) và chất hấp phụ. Tối ưu hóa nồng độ sắt là chìa khóa để đạt hiệu quả xử lý cao.
4.3. Quá trình kết tủa hấp phụ asen và mangan
Quá trình kết tủa, cộng kết và hấp phụ là cơ chế chính để loại bỏ asen và mangan. Sắt(III) hydroxit được hình thành trong quá trình oxy hóa sắt(II) thủy phân. Các kết tủa này có khả năng hấp phụ mạnh asen(V) và mangan(II). Nghiên cứu chỉ ra rằng các dạng thù hình khác nhau của hydroxit sắt(III) có khả năng cộng kết - hấp phụ khác nhau. Các kết tủa vô định hình thường có khả năng hấp phụ cao hơn. Mangan(II) cũng bị oxy hóa thành Mn(IV) kết tủa, có thể tự kết tủa hoặc cộng kết với hydroxit sắt. Việc kiểm soát quá trình tạo kết tủa là quan trọng. Đây là một bước thiết yếu trong các công nghệ xử lý nước.
V. Yếu tố Ảnh hưởng đến Hiệu suất Xử lý Asen Mangan
Hiệu suất xử lý asen và mangan chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường và hóa lý. Nồng độ sắt(II) ban đầu và pH là hai thông số quan trọng nhất. Nghiên cứu đã đánh giá tác động của chúng đến khả năng tách loại. Ngoài ra, sự hiện diện của các ion khác như amoni (NH4+), nitrat (NO3-), bicarbonate (HCO3-), sulfat (SO42-) và phosphat (PO43-) cũng ảnh hưởng đáng kể. Các ion này có thể cạnh tranh vị trí hấp phụ hoặc ảnh hưởng đến động học phản ứng. Khả năng giải phóng asen, mangan từ quặng asenopyrit cũng được nghiên cứu, cho thấy sự phụ thuộc vào điều kiện phong hóa. Việc kiểm soát và tối ưu hóa các yếu tố này là cần thiết để đạt được hiệu quả xử lý nước cao nhất.
5.1. Ảnh hưởng của nồng độ sắt và pH
Nồng độ sắt(II) ban đầu có tác động trực tiếp đến hiệu suất tách loại asen và mangan. Nồng độ sắt đủ cao tạo ra đủ hydroxit sắt(III) kết tủa. Các kết tủa này hấp phụ mạnh asen(V) và mangan(II) bị oxy hóa. pH là một yếu tố cực kỳ quan trọng. pH tối ưu cho quá trình oxy hóa asen(III) và kết tủa mangan thường nằm trong khoảng trung tính đến kiềm nhẹ. Tại pH thấp, hydroxit sắt có thể không kết tủa hoàn toàn. Tại pH quá cao, một số dạng asenat có thể ít bị hấp phụ hơn. Việc điều chỉnh pH chính xác là cần thiết để tối đa hóa hiệu quả xử lý.
5.2. Tác động của các ion khác
Sự hiện diện của các ion khác trong nước ảnh hưởng đến khả năng tách loại asen và mangan. Các ion như amoni (NH4+) và nitrat (NO3-) thường ít ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hấp phụ của asen. Tuy nhiên, bicarbonate (HCO3-) và sulfat (SO42-) có thể ảnh hưởng đến pH và sự hình thành kết tủa. Ion phosphat (PO43-) là một yếu tố cạnh tranh đáng kể. Phosphat có cấu trúc tương tự asenat, do đó cạnh tranh vị trí hấp phụ trên bề mặt hydroxit sắt(III). Nồng độ phosphat cao có thể làm giảm hiệu quả loại bỏ asen. Cần xem xét thành phần hóa học tổng thể của nước khi thiết kế hệ thống xử lý.
5.3. Khả năng giải phóng từ quặng asenopyrit
Nghiên cứu khả năng giải phóng asen, mangan và sắt từ quặng asenopyrit là rất quan trọng. Quá trình này mô phỏng sự xâm nhập của các chất gây ô nhiễm vào nguồn nước ngầm. Điều kiện ngập nước hoặc yếm khí có thể thúc đẩy sự giải phóng này. Sự biến thiên của pH, ORP và nồng độ oxy hòa tan ảnh hưởng đến tốc độ phong hóa. Dữ liệu này giúp dự đoán khả năng ô nhiễm của các khu vực có quặng asenopyrit. Hiểu biết về quá trình giải phóng từ nguồn là bước đầu tiên trong quản lý ô nhiễm. Đây là một khía cạnh quan trọng của bảo vệ môi trường.
VI. Ứng dụng Xử lý Asen Mangan tại nguồn nước
Các kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển các ứng dụng xử lý asen và mangan tại nguồn. Công nghệ oxy hóa khử được coi là giải pháp hiệu quả cho nước nhiễm asen và mangan. Quá trình cố định và tách asen thông qua lắng/lọc là phương pháp phổ biến. Việc chuyển đổi asenit (As(III)) thành asenat (As(V)) là bước tiên quyết cho hầu hết các công nghệ. Các giải pháp giảm thiểu và cố định mangan cũng được đề xuất, thường liên quan đến quá trình oxy hóa thành Mn(IV) kết tủa. Việc tích hợp các quá trình oxy hóa, kết tủa, hấp phụ và lọc có thể tạo ra hệ thống xử lý toàn diện. Mục tiêu là cung cấp nước sạch, an toàn cho cộng đồng, đặc biệt là ở các khu vực nông thôn bị ảnh hưởng.
6.1. Công nghệ cố định và tách asen
Công nghệ cố định và tách asen là trọng tâm của các giải pháp xử lý. Phương pháp lắng/lọc được sử dụng rộng rãi. Quá trình này thường bao gồm oxy hóa asen(III) thành asen(V). Asen(V) sau đó được loại bỏ thông qua hấp phụ trên oxit sắt, nhôm hoặc vật liệu đặc biệt. Quá trình cố định asenat thường hiệu quả hơn. Đối với asenit, cần có bước oxy hóa trước. Các phản ứng trao đổi ion cũng là một lựa chọn để loại bỏ asen(V). Lựa chọn công nghệ phù hợp phụ thuộc vào nồng độ asen ban đầu và các yếu tố hóa lý của nước. Việc loại bỏ asen là cần thiết để bảo vệ sức khỏe con người.
6.2. Các giải pháp giảm thiểu mangan
Các giải pháp giảm thiểu và cố định mangan trong nước tập trung vào quá trình oxy hóa. Mangan(II) hòa tan thường được oxy hóa thành mangan(IV) kết tủa. Các chất oxy hóa như clo, kali permanganat hoặc oxy không khí có thể được sử dụng. Sau khi oxy hóa, mangan(IV) oxit kết tủa và có thể được loại bỏ bằng lắng hoặc lọc. Các vật liệu lọc đặc biệt, có khả năng xúc tác quá trình oxy hóa mangan, cũng được áp dụng. Việc kiểm soát pH là quan trọng để tối ưu hóa quá trình kết tủa mangan. Các giải pháp này giúp cải thiện chất lượng nước, loại bỏ màu và vị khó chịu do mangan gây ra.
6.3. Xử lý nước nhiễm asen và mangan hiệu quả
Xử lý nước nhiễm asen và mangan hiệu quả đòi hỏi một cách tiếp cận toàn diện. Công nghệ oxy hóa khử đóng vai trò trung tâm. Quy trình thường bao gồm các bước: tiền oxy hóa asen(III) và mangan(II), kết tủa hydroxit sắt(III) và oxit mangan(IV), sau đó là lắng và lọc. Hấp phụ trên vật liệu chuyên dụng cũng có thể được tích hợp. Các hệ thống xử lý tại nguồn, như bộ lọc gia đình hoặc hệ thống xử lý nhỏ, đang được phát triển. Mục tiêu cuối cùng là cung cấp nước đạt tiêu chuẩn uống. Việc áp dụng các công nghệ này góp phần đáng kể vào việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (164 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộ®¹i häc quèc gia hµ néi Tr-êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn ------------------ NguyÔn ThÞ Kim Dung Nghiªn cøu qu¸ tr×nh nhiÔm asen vµ mangan trong n-íc d-íi t¸c ®éng cña ®iÒu kiÖn oxy hãa – khö vµ øng dông ®Ó xö lý chóng t¹i nguån LuËn ¸n tiÕn sÜ hãa häc Hµ Néi - 2011 ®¹i häc quèc gia hµ néi Tr-êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn ------------------ NguyÔn ThÞ Kim Dung Nghiªn cøu qu¸ tr×nh nhiÔm asen vµ mangan trong n-íc d-íi t¸c ®éng cña ®iÒu kiÖn oxy hãa – khö vµ øng dông ®Ó xö lý chóng t¹i nguån Chuyªn ngµnh : Hãa m«i tr-êng M· sè : 62 44 41 01 LuËn ¸n tiÕn sÜ hãa häc Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: H-íng dÉn chÝnh: PGS. TrÇn Hång C«n H-íng dÉn phô : PGS. Bïi Duy Cam Hµ Néi - 2011 MỤC LỤC Mục lục 1 Danh mục các kỳ hiệu, các chữ viết tắt 6 Danh mục các bảng 7 Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9 MỞ ĐẦU 11 Chương 1: TỔNG QUAN 14 1. Các dạng tồn tại của asen và mangan trong tự nhiên 14 1.
Asen và mangan trong đá, đất và trầm tích 14 1. Asen và mangan trong đá và khoáng 14 1. Asen và mangan trong đấ t và vỏ phong hóa 18 1. Asen và mangan trong trầ m tích bở rời 19 1.
Asen và mangan trong không khí 20 1. Asen và mangan trong môi trường nước 20 1. Asen trong môi trường nước 20 1. Mangan trong môi trường nước 24 1.
Asen trong sinh quyển 25 1. Sự chuyển hóa giữa các dạng của asen và mangan trong môi 26 trường 1.Chuyển hóa của asen và mangan trong quá trình phong hóa, oxi 26 hóa 1. Quá trình khử sinh hóa tự nhiên trong lòng đất 33 1. Quá trình di chuyển và tồn lưu của asen và mangan trong tự nhiên 38 1.
Di chuyển và tích lũy asen trong hệ thống thuỷ sinh 40 1. Di chuyển và tích lũy asen trong không khí và trong đất 41 1. Sự di chuyển mangan trong môi trường 43 7 1. Di chuyển mangan thông qua hoạt động vi sinh vật trong đất 44 1.
Quá trình hấp thu, chuyển hóa, tích lũy và tác động của asen và 44 mangan trong cơ thể con người 1. Quá trình hấp thu, chuyển hóa, tích lũy và tác động của asen đối 44 cơ thể con người 1. Sự chuyể n hóa sinh hóa của asen 46 1. Tác động của asen đối với con người 47 1.
Quá trình hấp thu, chuyển hóa, và tác động của mangan đối cơ 48 thể con người 1. Sự hấp thu, chuyển hóa của mangan đối cơ thể con người 48 1. Tác động của mangan đối với con người 49 1. Các giải pháp công nghệ giảm thiểu, xử lý asen và mangan trong 49 môi trường nước 1.
Cố định và tách asen bằng cách lắng/lọc 49 1. Quá trình cố định loại bỏ asenat 51 1. Quá trình cố định loại bỏ asenit 52 1. Cố định và loại bỏ asen dựa trên quá trình oxi hóa – khử 53 1.
Cố định và loại bỏ asen dựa trên các phản ứng trao đổi ion 55 1. Giải pháp giảm thiểu và cố định mangan 56 Chương 2: THỰC NGHIỆM 45 2. Đối tượng nghiên cứu: 58 2. Phương pháp luận 58 2.
Thiết kế thiết bị nghiên cứu 61 2. Thiế t bi ̣nghiê n cứu quá triǹ h phong hóa quă ̣ng asenopyrit 61 2. Thiế t kế lắ p đă ̣t và vâ ̣n hành thiế t bi ̣nghiên cứu yế m khí 63 8 2. Hê ̣ thố ng nghiên cứu quá triǹ h cố đinh ̣ asen và mangan 66 2.
Các phương pháp nghiên cứu 66 2. Nghiên cứu các quá trình oxi hóa As(III) thành As(V) trong 66 nước tinh khiết (nước deion) 2.Nghiên cứu quá trình oxi hóa của asen(III) khi có mặt Mn và Fe 66 2. Nghiên cứu quá trình chuyển hóa của asen và mangan trong 67 môi trường nước có thành phần tương tự như nước mưa ngấ m qua đấ t. Nghiên cứu quá trình oxi hóa, kết tủa và chuyển dạng của sắt 67 hydroxit.
Nghiên cứu ảnh hưởng của trạng thái thù hình của sắt(III) 68 hydroxit đến khả năng cộng kết – hấp phụ asen và mangan 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ sắt(II) ban đầu 68 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH 68 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion khác 68 2.
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phong hóa 69 trong điều kiện quặng ngập nước. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa 69 asen, mangan và sắt trong điều kiện yếm khí trên thiết bị mô phỏng 2. Lấy mẫu và phân tích mẫu. Xác định riêng lẻ As(III) và As(V) trong mẫu nước bằng 72 phương pháp ICP- AES kết hợp sử dụng vật liệu trao đổi ion Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 74 3.
Quá trình oxy hóa asen(III) thành asen(V) trong dung dịch nước 74 3. Quá trình oxy hóa asen(III) thành asen(V) trong nước tinh khiết 74 3. Ảnh hưởng của Fe đến hiệu suất chuyển hóa As(III) thành As(V) 76 3. Quá trình chuyển hóa As(III) và Mn (II) trong môi trường nước 77 có thành phần tương tự nước mưa ngấm qua đất 9 3.
Quá trình kết tủa, cộng kết, hấp phụ của asen, sắt và mangan 79 3. Quá trình oxi hóa – thủy phân và các dạng kết tủa của sắt 79 3. Khả năng cộng kết – hấp phụ asen và mangan của các dạng 82 sắt(III)hydroxit 3. Ảnh hưởng nồng độ Fe(II) đến khả năng tách loại asen và 84 mangan 3.
Ảnh hưởng của pH đến khả năng tách loại asen và mangan 86 3. Ảnh hưởng nồng độ NH4+, NO3- 87 3. Ảnh hưởng nồng độ HCO3-, SO42- 88 3. Ảnh hưởng nồng độ ion phốt phát 89 3.
Nghiên cứu khả năng giải phóng asen, mangan và sắt vào môi 92 trường nước từ quặng asenopyrit 3. Nghiên cứu khả năng phong hóa giải phóng asen, mangan và sắt 92 từ quặng asenopyrit trong điều kiện ngập nước. Sự biế n thiên của pH , ORP, asen, mangan và sắ t trong quá 92 trình phong hóa qu ặng asenopyrit 3. Sự biế n thiên nồ ng đô ̣ của HCO 3-, SO42-, NO3- 96 3.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phong hóa giải phóng asen, 99 sắt và mangan ra môi trường nước từ quặng asenopyrit 3. Ảnh hưởng pH đến sự giải phóng asen và mangan 99 3. Ảnh hưởng của silicat và phốt phát đến sự giải phóng asen 101 3. Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy và nhiệt độ 104 3.
Nghiên cứu khả năng giải phóng asen, sắt và mangan từ quặng 106 asenopyrit trong điều kiện quặng bị thấm nước 3. Nghiên cứu sự chuyển hóa của As, Mn và Fe trong điều kiện yếm 108 khí 3.Sự biến thiên nồng độ của Fe(T), As(T) và Mn(II) ở các vị trí 108 10 khác nhau trên cột yếm khí mô phỏng 3.Biến thiến nồng độ As(III), As(V) trong môi trường yếm khí 115 3. Sự biến thiên của sunfua - sunfat và amoni - nitrat 117 3. Sự biến thiên của nồng độ hydrocacbonat và photphat 120 3.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển hóa asen, sắt và mangan 122 trong điều kiện yếm khí 3. Tác động của oxy vào môi trường yếm khí 133 3. Nghiên cứu khả năng cố định Fe2+, As(III) và Mn2+ khi có tác 133 động của oxi 3. Biến thiên nồng độ của sunfat, phốt phát và silicat 136 3.
Biến thiên nồng độ của amoni, nitrat và nitrit 138 3. Ảnh hưởng của ion phốt phát đến quá trình cố định As, Mn và Fe 139 3. Ảnh hưởng của ion silicat đến quá trình cố định As, Mn và Fe 141 3. Đề xuất phương án cố định asen, sắt và mangan ngay trong tầng 142 ngậm nước khi khi khai thác nước ngầm KẾT LUẬN 145 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN 147 QUAN ĐẾN LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO 149 11 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN AAS: Phổ hấp thụ nguyên tử As(T): asen tổng DMA : Đimetylasin DO : Oxy hòa tan Eh: Thế của điện cực bạch kim so với điện cực hydro chuẩn FMO: Các hợp chất sắt và mangan hydroxit/oxit Fe(T): Tổng sắt HAO: Nhôm hydroxit HFO: Sắt hydroxit ICP-AES: Quang phổ nguyên tử cảm ứng plasma MMA : Monometylasonic ORP : Thế Oxy hóa khử TMAO : Trimetylasin oxit VĐH: Vô định hình VHG: Thiết bị tạo hơi hydrua VSV: Vi sinh vật USEPA: Us Enviromental Protection Agency USSR : Liên bang Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Xô viết (Liên xô cũ) USA : Hợp chủng quốc Hoa Kỳ UV-VIS : Máy quang phổ tử ngoại – khả kiến.
WHO : Tổ chức y tế thế giới 12 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên Bảng Trang Bảng 1.1 Các dạng asen chính trong tự nhiên 14 Bảng 1.2 Hàm lượng asen đặc trưng trong những dạng quặng, đá 16 phổ biến Bảng 1.3 Chuỗi phản ứng oxy hóa khử dưới sự có mặt của vi sinh 35 vật Bảng 2.1 Thành phần nền chủ yếu của pha nước mưa 61 Bảng 2.2 Thành phần nền chủ yếu của pha nước mưa ngấm qua đất 64 Bảng 2.3 Các phương pháp phân tích 71 Bảng 3.1 Kết quả chuyển hóa As(III) thành As (V) trong dung dịch 74 nước tinh khiết ( nước deion) Bảng 3.2 Kết quả chuyển hóa As(III) và Mn(II) ở hai nồng độ oxy 76 Hòa tan khác nhau khi có mặt của sắt Bảng 3.3 Kết quả chuyển hóa As(III) và Mn (II) trong nước có 78 thành phần tương tự như nước mưa ngấm qua đất Bảng 3.4 Sự giảm nồng độ sắt (II) theo thời gian sục khí 80 Bảng 3.5 Biến thiên tỷ lệ Fe(III)hydroxit vô định hình theo thời 81 gian Bảng 3.6 Ảnh hưởng của tỉ lệ dạng Vô định hình đến khả năng 82 tách loại As và Mn Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nồng độ Fe(II) đến HS tách loại As và 84 Mn Bảng 3.8 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất tách loại Asen 86 vàMangan Bảng 3.9 Ảnh hưởng NH4+, NO3- 88 Bảng 3.10 Ảnh hưởng nồng độ HCO3-, SO42- 89 Bảng 3.11 Ảnh hưởng nồng độ ion phốt phát 90 Bảng 3.12 Sự biến thiên theo thời gian của pH, ORP, As(T), 93 Mn(II),Fe(T) trong quá trình phong hóa quặng asenopyrit.13 Sự biến thiên của pH, HCO3-, SO42-, NO3- theo thời gian 84 trong quá trình phong hóa.14 Ảnh hưởng pH đến sự hòa tan As, Mn và Fe 100 Bảng 3.15 Ảnh hưởng của phốt phát đến quá trình giải phóng asen 102 Bảng 3.16 Ảnh hưởng của silicat đến quá trình giải phóng Asen 103 Bảng 3.17 Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy 104 Bảng 3.18 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng phong hóa quặng 105 Asenopyrit Bảng 3.19 Biến thiên của pH, ORP, As, Mn và Fe 106 Bảng 3.20 Biến thiên nồng độ Fe, As(T) Mn(II) trong pha nước tại 108 các vị trí khác nhau trên cột yếm khí Bảng 3.21 Biến thiên As(T), Mn, Fe(T), ORP và DO tại vị trí 1 của 110 cột yếm khí Bảng 3.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Xử lý asen và mangan trong nước: Ứng dụng oxy hóa khử" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án nghiên cứu quá trình nhiễm asen và mangan trong nước dưới tác động của oxy hóa khử. Đề xuất giải pháp xử lý triệt để các kim loại này tại nguồn.
Luận án "Xử lý asen và mangan trong nước: Ứng dụng oxy hóa khử" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Trường đại học khoa học tự nhiên - Đại học quốc gia hà nội. Năm bảo vệ: 2011.
Luận án "Xử lý asen và mangan trong nước: Ứng dụng oxy hóa khử" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Xử lý asen và mangan trong nước: Ứng dụng oxy hóa khử" thuộc chuyên ngành Hóa môi trường. Danh mục: Hóa Môi Trường.
Luận án "Xử lý asen và mangan trong nước: Ứng dụng oxy hóa khử" có bao nhiêu trang?
Luận án "Xử lý asen và mangan trong nước: Ứng dụng oxy hóa khử" có 164 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Xử lý asen và mangan trong nước: Ứng dụng oxy hóa khử" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.