There are some natural materials which can be existant, found easily in our country and if
operated and denaturated, they can adsorb organic compound, fuel oil, grease and liquid in
water.
This paper exposes some results of application research the adsorbability in the separating
oil from water-oil mixture with the purpose of treating oily water and oil spills on water, to
service the protetion of water environment, expecially againt pollution of sea environment
because of oil spill in marine and petroleum branch.
5 trang |
Chia sẻ: banmai | Lượt xem: 1844 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Nghiên cứu ứng dụng khả năng hấp phụ của một số khoáng tự nhiên vào việc xử lý nước nhiễm dầu trong các sự cố tràn dầu trên biển, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
32
T¹p chÝ Hãa häc, T. 38, sè 3, Tr. 32 - 35, 2000
Nghiªn cøu øng dông kh¶ n¨ng hÊp phô
cña mét sè kho¸ng tù nhiªn vµo viÖc xö lý n#íc
nhiÔm dÇu trong c¸c sù cè trµn dÇu trªn biÓn
§Õn Tßa so¹n 21-10-1999
NguyÔn Ngäc Khang
Trêng §¹i häc H"ng h¶i ViÖt Nam - H¶i Phßng
Summary
There are some natural materials which can be existant, found easily in our country and if
operated and denaturated, they can adsorb organic compound, fuel oil, grease and liquid in
water.
This paper exposes some results of application research the adsorbability in the separating
oil from water-oil mixture with the purpose of treating oily water and oil spills on water, to
service the protetion of water environment, expecially againt pollution of sea environment
because of oil spill in marine and petroleum branch.
I - §Æt vÊn ®Ò
Trong c¸c ngnh s¶n xuÊt liªn quan nhiÒu
®Õn dÇu mì, nhiªn liÖu láng nh" hng h¶i, dÇu
khÝ..., vÊn ®Ò chèng « nhiÔm m«i tr"êng n"íc
do trn dÇu v viÖc xö lý c¸c sù cè, tai n¹n g©y
ra dÇu trn trªn biÓn, ®"îc quan t©m mét c¸ch
®Æc biÖt. Trong lÜnh vùc xö lý n"íc bÞ « nhiÔm
dÇu má v c¸c s¶n phÈm cña dÇu má th× vÊn ®Ò
t¸ch dÇu ra khái n"íc l mét c«ng viÖc chñ yÕu
v ®= cã nhiÒu nghiªn cøu, nhiÒu ph"¬ng ph¸p
kh¸c nhau ®Ó t¸ch.
Chóng ta biÕt r»ng, hÖ dÇu-n"íc l mét hÖ
kh«ng tan lÉn, v ®Ó t¸ch dÇu khái n"íc, ng"êi
ta th"êng dïng hai ph"¬ng ph¸p chÝnh l
ph"¬ng ph¸p hãa häc v ph"¬ng ph¸p c¬ häc.
Trong c«ng tr×nh ny, chóng t«i chän ph"¬ng
ph¸p hãa häc ®Ó nghiªn cøu sö dông c¸c chÊt
hÊp phô dÇu trong n"íc - ®ã l c¸c vËt liÖu hÊp
phô cã nguån gèc kho¸ng tù nhiªn s½n cã, dÔ
kiÕm v dÔ chÕ t¹o ë n"íc ta ... - nh»m ¸p dông
vo c¸c qu¸ tr×nh lm s¹ch n"íc, xö lý dÇu trn
trªn n"íc, phôc vô môc ®Ých chèng « nhiÔm
m«i tr"êng n"íc, v m«i tr"êng biÓn trong c¸c
sù cè, tai n¹n trn dÇu.
II - C¬ së lý thuyÕt v ph"¬ng ph¸p
nghiªn cøu
Khi dÇu trn trªn mÆt n"íc, nã liÒn tham
gia vo mét lo¹t qu¸ tr×nh biÕn ®æi nh" lan
truyÒn, tr«i d¹t, bay h¬i v hßa trén víi n"íc.
Líp v¸ng dÇu cã tû träng nhá h¬n n"íc nªn dÔ
khuÕch t¸n vo n"íc t¹o thnh nhò t"¬ng dÇu
trong n"íc. §Ó t¸ch dÇu ra khái n"íc, ta cã thÓ
sö dông ph"¬ng ph¸p hãa häc dïng 5 lo¹i hãa
chÊt sau:
- Hãa chÊt hÊp phô, nh" Sanol absorbents
(lo¹i hãa chÊt plastic d¹ng bät, kþ n"íc), Float
absorb (lo¹i hãa chÊt h÷u c¬ d¹ng tù nhiªn dÔ
bÞ ph©n hñy vi sinh), v.v...
- Hãa chÊt khuÕch t¸n, nh" AB 2000 cña
h=ng NEOS
- Hãa chÊt t¹o kÕt tña, hay hãa chÊt nhÊn
ch×m
- Hãa chÊt ph¸ nhò t"¬ng
33
- Hãa chÊt t¹o hng ro, hay hng ro hãa
chÊt.
hoÆc cã thÓ sö dông ph"¬ng ph¸p c¬ häc theo 3
lo¹i:
+ Ph"¬ng ph¸p c¬ häc dïng phao ng¨n dÇu,
®Ó gom dÇu vo mét khu vùc råi vít
+ Ph"¬ng ph¸p c¬ häc dïng m¸ng hót dÇu
+ Ph"¬ng ph¸p c¬ häc dïng thiÕt bÞ tuyÓn
næi.
ViÖc nghiªn cøu kh¶ n¨ng hÊp phô dÇu má
v c¸c s¶n phÈm dÇu má, cña c¸c kho¸ng tù
nhiªn ®Ó t¸ch dÇu khái n"íc, cã ý nghÜa rÊt lín
vÒ mÆt lý thuyÕt còng nh" thùc tiÔn, bëi v×
trong ph"¬ng ph¸p hãa häc dïng chÊt hÊp phô
th× c¸c hãa chÊt hÊp phô nªu trªn th"êng rÊt ®¾t
v hiÖu suÊt xö lý dÇu trn sÏ gi¶m ®i nhiÒu
nÕu dÇu ®= phong hãa (hßa trén, khuÕch t¸n vo
s©u líp n"íc).
C¸c kho¸ng tù nhiªn nh" diatomit,
bentonit,... ë n"íc ta cã thnh phÇn chñ yÕu l
SiO2, Al2O3 v mét sè oxit kh¸c, th"êng cã cÊu
tróc xèp. CÊu tróc xèp ®ã phô thuéc vo thnh
phÇn v c¸ch s¾p xÕp c¸c oxit trong kho¸ng. Do
cã cÊu tróc xèp víi bÒ mÆt riªng lín, nªn nãi
chung, c¸c kho¸ng ny cã kh¶ n¨ng hÊp phô;
tuy nhiªn, ë tr¹ng th¸i tù nhiªn, tÝnh hÊp phô
cña chóng kh«ng cao. §Ó n©ng cao kh¶ n¨ng
hÊp phô, cÇn xö lý chuyÓn hãa c¸c kho¸ng tù
nhiªn ®ã sao cho ®é xèp, bÒ mÆt riªng v ho¹t
tÝnh bÒ mÆt cña nã t¨ng lªn [1, 2].
Sö dông c¸c vËt liÖu hÊp phô l c¸c kho¸ng
tù nhiªn ®= biÕn tÝnh ®ã, ®Ó tiÕn hnh hÊp phô
trao ®æi víi n"íc nhiÔm dÇu, nhiªn liÖu láng
(xö lý dÇu trn trªn n"íc) ... th× chóng sÏ gi÷ l¹i
®"îc nh÷ng h¹t dÇu nhò t"¬ng trong n"íc, h¹t
r¾n l¬ löng kh«ng tan, nh÷ng hîp chÊt h÷u c¬
v vi sinh vËt kh¸c ... nhê ®ã, ta t¸ch ®"îc dÇu
khái n"íc. TiÕp theo, cÇn ph¶i xÐt c¸c yÕu tè
¶nh h"ëng ®Õn kh¶ n¨ng hÊp phô cña kho¸ng
trong qu¸ tr×nh hÊp phô nh": lo¹i dÇu, nhiªn
liÖu láng (x¨ng, nhiªn liÖu diesel DO, nhiªn
liÖu nÆng FO, mazut, dÇu nhên...), thêi gian hÊp
phô, nhiÖt ®é qu¸ tr×nh hÊp phô, thêi gian v
tr¹ng th¸i tiÕp xóc gi÷a chÊt hÊp phô víi dÇu
trong n"íc (khuÊy, läc, b¬m chuyÓn qua bÒ
mÆt, v.v...).
Trªn c¬ së lý thuyÕt ®ã, chóng t«i ®Ò ra
ph"¬ng h"íng nghiªn cøu øng dông kh¶ n¨ng
hÊp phô dÇu, nhiªn liÖu láng, cña c¸c kho¸ng tù
nhiªn l diatomit (DA), bentonit (BE), cao
lanh... vo viÖc xö lý dÇu trn trong n"íc, theo
c¸c b"íc tiÕn hnh sau:
B"íc 1: ChuyÓn hãa biÕn tÝnh c¸c kho¸ng
tù nhiªn (DA, BE) thnh nh÷ng vËt liÖu hÊp phô
d¹ng bét r¾n v d¹ng viªn khèi (viªn bi, khèi
cÇu).
B"íc 2: Sö dông vËt liÖu hÊp phô ®ã xö lý
n"íc nhiÔm dÇu theo hai c¸ch:
- Hßa trén dÇu vo n"íc, nång ®é x¸c ®Þnh,
sau ®ã khuÊy trén víi vËt liÖu hÊp phô d¹ng
bét, ®Ó l¾ng bét råi läc g¹n.
- B¬m l"u chuyÓn n"íc nhiÔm dÇu qua líp
vËt liÖu hÊp phô d¹ng viªn, khèi (nh»m gia t¨ng
thêi gian v tr¹ng th¸i tiÕp xóc hÊp phô).
B"íc 3: KiÓm tra theo dâi nång ®é dÇu
trong n"íc, tr"íc v sau khi sö dông vËt liÖu
hÊp phô.
Tõ c¸c b"íc tiÕn hnh ®ã, so s¸nh kÕt qu¶
thu ®"îc ®Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng øng dông vo
thùc tiÔn. C¸c vËt liÖu hÊp phô ®"îc dïng chÝnh
l c¸c kho¸ng tù nhiªn cã s½n, dÔ kiÕm.... v ®=
®"îc chuyÓn hãa, biÕn tÝnh thnh nh÷ng chÊt cã
kh¶ n¨ng hÊp phô cao.
III - Néi dung nghiªn cøu
v kÕt qu¶ thu ®"îc
Qu¸ tr×nh t¹o vËt liÖu hÊp phô tõ kho¸ng tù
nhiªn
Kho¸ng diatomit v bentonit ®"îc sÊy kh«,
nghiÒn mÞn, hßa tan trong n"íc, läc c¬ häc qua
r©y cã kÝch th"íc 0,1 mm. Dung dÞch huyÒn
phï ®Ó l¾ng trong 10 giê; läc g¹n kÕt tña, ®em
sÊy kh« ®"îc c¸c bét MDA v MBE. Xö lý bét
MDA v MBE víi dung dÞch H2SO4 24%, qu¸
tr×nh trao ®æi ®"îc gi÷ trong 48 giê, sau ®ã läc
g¹n v röa bét kho¸ng b»ng n"íc cÊt ®Õn pH
kh«ng ®æi, ®"îc bét DA v bét BE.
SÊy kh« bét hÊp phô DA v BE ë 110 -
120oC trong 2 giê v b¶o qu¶n trong b×nh
phßng Èm cho ®Õn khi ®"a ra nghiªn cøu. B×nh
phßng Èm cã ®é Èm t"¬ng ®èi l 80% ë 25oC
trªn dung dÞch NH4Cl b=o hßa. VËt liÖu hÊp phô
t¹o thnh cã d¹ng bét mÞn, ®Òu mu, ®"îc ký
hiÖu l DA v BE.
34
T¹o d¹ng viªn v khèi cho vËt liÖu hÊp phô
b»ng c¸ch trén bét kho¸ng mÞn ®ã víi c¸c chÊt
thªm KN v MM theo tØ lÖ 2,5 - 5,0% khèi
l"îng, nung ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau: 200oC,
400oC v 600oC; thêi gian h»ng nhiÖt khi nung
l 1,0 - 1,5 giê. VËt liÖu hÊp phô d¹ng viªn,
khèi, cã kÝ hiÖu DA200N, DA200M, DA400N,
... BE600M, còng ®"îc b¶o qu¶n trong b×nh
phßng Èm cho ®Õn khi ®"a ra thö nghiÖm.
Qu¸ tr×nh tiÕn hnh xö lý hÊp phô dÇu trong
n íc
Dïng n"íc nhiÔm dÇu cã nång ®é kho¶ng
10 mg/l ®Ó thö nghiÖm (t¹o ra b»ng c¸ch cho
nhiªn liÖu nÆng FO vo n"íc v dïng b¬m trén
tuÇn hon trong kho¶ng 1 giê).
LÊy 1 g vËt liÖu hÊp phô d¹ng bét, trén vo
1 lÝt n"íc nhiÔm dÇu, khuÊy ®Òu, gi÷ yªn trong
1 giê råi läc g¹n lÊy n"íc ®em ph©n tÝch.
LÊy 1 g vËt liÖu hÊp phô d¹ng viªn, khèi,
dïng 1 lÝt n"íc nhiÔm dÇu b¬m l"u chuyÓn qua
nã trong kho¶ng 30 phót råi lÊy n"íc ®= xö lý
ra ph©n tÝch.
Ph©n tÝch c¸c mÉu n"íc tr"íc v sau khi xö
lý theo 4 th«ng sè:
Hm l"îng dÇu - theo ph"¬ng ph¸p träng
l"îng víi dung m«i dietylete v tetra
cloruacacbon, kiÓm tra l¹i b»ng ®o trªn thiÕt bÞ
ph©n tÝch dÇu chuyªn dông OCMA-220 (ISO-
9001 certified).
Nhu cÇu oxi hãa häc COD b»ng K2Cr2O7
theo TCVN 2679-78.
§é dÉn ®iÖn S, ®o trªn m¸y Condutivity
metre OK-102/1.
§é pH, ®o trªn m¸y ®o pH-metre: Mettler
Delta - 320.
C¸c th«ng sè cÊu tróc cña vËt liÖu hÊp phô,
x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng hÊp phô cña mÉu kho¸ng tù
nhiªn DA v BE ®= chuyÓn hãa biÕn tÝnh, ®"îc
thùc hiÖn trong [3].
X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®Æc tr ng cña vËt liÖu
hÊp phô
C¸c vËt liÖu hÊp phô l c¸c kho¸ng tù nhiªn
®= biÕn tÝnh chuyÓn hãa thnh kho¸ng hÊp phô,
®"îc x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®Æc tr"ng nh" gi¸
trÞ khèi l"îng riªng, gi¸ trÞ ®é xèp, ®é hÊp phô,
v ®é cøng (®é bÒn c¬) theo kÕt qu¶ trong [3].
ViÖc ghi phæ hång ngo¹i cña c¸c mÉu vËt liÖu
35
hÊp phô ®= ®"îc tiÕn hnh víi tÊt c¶ c¸c mÉu,
tr"íc v sau khi ®= hÊp phô dÇu (tr"íc v sau
khi sö dông xö lý n"íc); ®Ó so s¸nh kh¶ n¨ng
hÊp phô dÇu cña c¸c mÉu. Trong bi l hai phæ
hång ngo¹i cña vËt liÖu mÉu DA400M -lo¹i cho
kÕt qu¶ tèt nhÊt - ghi t¹i Phßng ph©n tÝch quang
phæ ViÖn Hãa häc TT KHTN & CNQG.
KÕt qu¶ thùc nghiÖm
C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ®"îc tr×nh by
trong c¸c b¶ng sau:
C¸c th«ng sè ®Æc tr"ng cho mÉu vËt liÖu
hÊp phô dïng vo viÖc xö lý dÇu trn ®"îc tr×nh
by ë b¶ng 1 víi c¸c ký hiÖu:
DA, BE l bét kho¸ng diatomit v bentonit
®= chuyÓn hãa thnh vËt liÖu hÊp phô.
200, 400, 600 l nhiÖt ®é nung vËt liÖu hÊp
phô d¹ng viªn, khèi.
N v M l chÊt thªm KN v MM cho viÖc
kÕt dÝnh, t¹o d¹ng viªn, khèi cña vËt liÖu hÊp
phô.
dT l khèi l"îng riªng thùc cña vËt liÖu hÊp
phô, g/ml.
dK l khèi l"îng riªng biÓu kiÕn cña vËt liÖu
hÊp phô, g/ml.
dV l khèi l"îng riªng thÓ tÝch cña vËt liÖu
hÊp phô, g/ml.
VX l thÓ tÝch tæng céng lç xèp cña vËt liÖu
hÊp phô,
TK
X dd
V 11 = , ml/g.
P l ®é xèp hÊp phô cña vËt liÖu hÊp phô,
100.
T
KT
d
ddP = , %.
Q l ®é xèp kÜ thuËt cña vËt liÖu hÊp phô,
100.
T
VT
d
ddQ = , %.
A l ®é hÊp phô tÜnh, theo toluen×104 cña
vËt liÖu hÊp phô, ml/g.
FC l ®é cøng c¬ häc (®é bÒn chÞu nÐn) cña
vËt liÖu hÊp phô, kg/cm2.
MDA v MBE l bét kho¸ng mÉu diatomit
v bentonit tù nhiªn.
B¶ng 1: C¸c th«ng sè ®Æc tr"ng cña vËt liÖu hÊp phô
TT MÉu vËt dT, g/ml dK, g/ml dV, g/ml VX, ml/g P, % Q, % A.10
4, ml/g FC, kg/cm
2
1 MDA 0,703 0,368 0,336 1,25 47,65 52,20 3.000 -
2 DA 0,563 0,295 0,218 1,61 47,60 61,27 4.200 -
3 DA200N 0,442 0,239 0,207 1,92 45,59 53,61 6.000 0,6
4 DA400N 0,352 0,154 0,106 3,65 56,25 69,88 7.000 0,8
5 DA600N 0,224 0,096 0,072 5,95 57,14 67,85 6.500 1,2
6 DA200M 0,428 0,216 0,185 2,29 49,53 56,77 5.800 0,6
7 DA400M 0,313 0,127 0,086 4,68 59,42 72,52 7.200 0,8
8 DA600M 0,267 0,119 0,080 4,65 55,43 70,03 6.800 1,2
9 MBE 1,872 1,546 1,348 0,11 17,41 27,99 1.500 -
10 BE 1,506 1,025 0,982 0,31 31,93 34,79 1.800 -
11 BE400N 1,269 0,854 0,796 0,38 32,70 37,27 2.800 2,0
12 BE400M 1,284 0,878 0,802 0,36 31,61 37,53 3.000 2,2
C¸c kÕt qu¶ ph©n tÝch mÉu n"íc tr"íc v sau khi sö dông vËt liÖu hÊp phô ®Ó xö lý dÇu
®"îc tr×nh by ë b¶ng 2 víi c¸c ký hiÖu:
FO l hm l"îng dÇu trong n"íc, mg/l; a l ®é hÊp phô dÇu cña vËt liÖu hÊp phô thö
nghiÖm, mg/g;
36
(Xem tiÕp trang 44)
COD l nhu cÇu oxi hãa häc cña n"íc, mgO2/l; S l ®é dÉn ®iÖn cña n"íc, mS; pH l ®é
pH cña n"íc;
MÉu vËt liÖu hÊp phô ®= dïng khi xö lý dÇu, ton bé qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm ®"îc tiÕn hnh ë
cïng nhiÖt ®é 20oC.
B¶ng 2: KÕt qu¶ ph©n tÝch n"íc khi xö lý dÇu
TT VËt liÖu hÊp phô FO, mg/l a, mg/g COD, mgO2/l S, mS pH
1 N"íc mÉu 10,0 - 23,68 28,5 4,72
2 MBE + H2O 9,2 0,8 21,12 22,0 5,01
3 BE + H2O 8,0 2,0 19,84 20,5 5,26
4 BE 400N 6,8 3,2 15,68 15,5 5,86
5 BE 400M 6,6 3,4 15,52 15,0 5,88
6 MDA + H2O 7,4 2,6 18,24 18,5 5,58
7 DA + H2O 5,7 4,3 14,72 14,5 5,93
8 DA 200N 4,2 5,8 12,48 10,6 6,20
9 DA 400N 2,5 7,5 6,72 4,2 6,54
10 DA 600N 2,1 7,9 6,40 3,9 6,57
11 DA 200M 4,0 6,0 11,20 10,3 6,32
12 DA 400M 2,2 7,8 6,56 4,0 6,55
13 DA 600M 1,9 8,1 6,08 3,5 6,62
NhËn xÐt v kÕt luËn
C¸c kho¸ng DA v BE thiªn nhiªn cã kh¶
n¨ng hÊp phô dÇu, nhiªn liÖu láng trong n"íc,
nh"ng rÊt yÕu; sau khi chuyÓn hãa v biÕn tÝnh,
kh¶ n¨ng hÊp phô cña chóng t¨ng lªn râ rÖt.
HiÖu suÊt hÊp phô dÇu FO trong mÉu n"íc
cña c¸c kho¸ng ®= chuyÓn hãa (thnh vËt liÖu
hÊp phô) ®¹t tõ 60 - 80% ®èi víi kho¸ng
diatomit. §iÒu ®ã cho thÊy cã thÓ øng dông vËt
liÖu hÊp phô, kho¸ng DA ®= chuyÓn hãa, vo
viÖc xö lý t¸ch dÇu khái n"íc.
ViÖc thö nghiÖm b¬m l"u chuyÓn mÉu n"íc
lÉn dÇu qua vËt liÖu hÊp phô d¹ng viªn khèi cho
phÐp sö dông c¸c vËt liÖu hÊp phô ny vo viÖc
xö lý dÇu trn trªn n"íc b»ng c¸ch kÕt hîp hai
ph"¬ng ph¸p l ph"¬ng ph¸p hÊp phô v
ph"¬ng ph¸p c¬ häc dïng m¸ng hót dÇu. §ã l
dïng can« cã b¬m hót líp n"íc v¸ng dÇu b¬m
qua thiÕt bÞ läc chøa vËt liÖu hÊp phô - kho¸ng
DA d¹ng viªn khèi nªu trªn. Thùc hiÖn c«ng
viÖc ny cã lîi vÒ kinh tÕ v gi¶i ph¸p kü thuËt
khi ph¶i xö lý c¸c sù cè dÇu trn trªn biÓn, mÆt
n"íc c¶ng ... cho c¸c ngnh hng h¶i v dÇu khÝ
cña chóng ta hiÖn nay.
T i liÖu tham kh¶o
1. Iu. I. Taraxevich. Priro®n"ie xorbent" v
prosexxakh otrixtki vo®". Kiev “Naukova
§umka” (1981).
2. Ensiklope®iia neorganitrexkic materialov.
Kiev. (1977)
3. NguyÔn Ngäc Khang. LuËn v¨n th¹c sÜ. §¹i
häc B¸ch khoa H Néi (1995).
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- NguyenNgocKhang3.pdf