Nghiên cứu sử dụng vật liệu lọc Nano, thiết kế thiết bị lọc nước bị nhiễm asen phục vụ chiến lược quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn

- Trần Hng NGHIấN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU LỌC NANO, THIẾT KẾ THIẾT BỊ LỌC NƯỚC BỊ NHIỄM ASEN PHỤC VỤ CHIẾN LƯỢC QUỐC GIA VỀ CẤP NƯỚC SẠCH VÀ VỆ SINH NễNG THễN luận văn thạc sĩ khoa học Hà Nội - 2009 Trần Hng NGàNH Kỹ THUậT MÔI TRƯờNG kHóA Hà Nội 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- trần hng NGHIấN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU LỌC NANO, THIẾT KẾ THIẾT BỊ LỌC NƯỚC BỊ NHIỄM ASEN PHỤC VỤ CHIẾN LƯỢC QUỐC GIA VỀ CẤP NƯỚC SẠCH VÀ VỆ SINH NễNG THễN Chuyên ngành: kỹ thuật môi trờng Mó số.
- Vật liệu Nano ứng dụng trong cuộc sống.
- 19 1.2.2 Vật liệu Nano.
- 21 1.2.3 Ứng dụng vật liệu Nano trong lọc nước.
- NGHIấN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO 2.1.
- Hiện trạng sử dụng vật liệu xử lý nước bị nhiễm Asen.
- Vật liệu Nano của Liờn Bang Nga.
- Lựa chọn vật liệu lọc xử lý Asen.
- Đỏnh giỏ hiệu quả xử lý Asen của vật liệu lọc.
- Một số yếu ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Asen của thiết bị lọc Nano.
- Lựa chọn quy mụ thiết bị và khả năng xử lý.
- Thớờt kế mụ hỡnh thiết bị xử lý nước bị nhiễm Asen phự hợp tại Việt nam.
- Đề xuất một số quy trỡnh xử lý nước sử dụng vật liệu lọc nano.
- Cấu tạo dạng sợi của vật liệu Hỡnh 1.8.
- Thiết bị lọc Nano chuyển giao Hỡnh 2.2.
- Tiếp liệu và nộn ộp vật liệu Hỡnh 3.9.
- Ứng dụng của vật liệu Nano trong khoa học kỹ thuật và đời sống Bảng 1.7.
- Một số ứng dụng của cụng nghệ Nano trong xử lý nước Bảng 2.2.
- Kết quả thử nghiệm hiệu quả xử lý Asen của 2 loại vật liệu lọc nano Bảng 2.3.
- Vỡ vậy, Tỏc giả chọn đề tài luận văn tốt nghiệp: “Nghiờn cứu sử dụng vật liệu lọc Nano, thiết kế thiết bị lọc nước bị nhiễm Asen phục vụ chiến lược quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh nụng thụn” nhằm đỏp ứng sự cần thiết và tớnh thời sự của vấn đề đang được dự luận quan tõm.
- Mục tiờu, đối tượng và phạm vi nghiờn cứu • Mục tiờu của luận văn Với mục tiờu đi tắt đún đầu, tiếp thu ứng dụng và phỏt triển cụng nghệ mới xử lý nước bị nhiễm Asen sử dụng vật liệu lọc nano, cụ thể.
- Nghiờn cứu sử dụng vật liệu lọc Nano trong xử lý nước bị nhiễm Asen.
- Thiết kế được thiết bị lọc nước sử dụng vật liệu lọc Nano để xử lý nước bị nhiễm Asen phục vụ Chiến lược quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh nụng thụn đến năm 2020.
- Nghiờn cứu sử dụng vật liệu lọc Nano để xử lý Asen.
- Thiết kế thiết bị sử dụng vật liệu lọc Nano xử lý nước bị nhiễm Asen.
- Khả năng xử lý Asen của vật liệu lọc Nano.
- Cỏch tiếp cận và phương phỏp thực hiện • Cỏch tiếp cận Tiếp thu ứng dụng cụng nghệ tiờn tiến thụng qua việc hợp tỏc với Viện hàn lõm KH tự nhiờn Liờn bang Nga để tiếp nhận cụng nghệ ứng dụng vật liệu Nano vào xử lý nước.
- í nghĩa khoa học và thực tế của luận văn • í nghĩa khoa học - Lựa chọn và ứng dụng được vật liệu Nano để xử lý nước bị nhiễm Asen.
- Cơ sở tài liệu của luận văn Cỏc dữ liệu chớnh sử dụng trong luận văn là kết quả nghiờn cứu của đề tài: “Nghiờn cứu thiết kế, chế tạo thiết bị sử dụng vật liệu Nano để xử lý nước cú nhiễm Asen phục vụ cấp nước sinh hoạt nụng thụn”, do nhúm nghiờn cứu trong đú cú tỏc giả là thành viờn của Viện nước, Tưới tiờu và Mụi trường thực hiện.
- Vật liệu Nano và ứng dụng trong cuộc sống 1.3.
- Nghiờn cứu ứng dụng vật liệu Nano 2.1.
- Hiện trạng sử dụng vật liệu xử lý nước bị nhiễm Asen 2.2.
- Lựa chọn vật liệu xử lý Asen 2.4.
- Lựa chọn quy mụ thiết bị và khả năng xử lý 3.2.
- Vật liệu Nano ứng dụng trong cuộc sống 1.2.1 Cỏc phương phỏp xử lý truyền thống Để xử lý nước bị ụ nhiễm Asen, nhiều biện phỏp cụng nghệ đó được ỏp dụng, trong đú cỏc phương phỏp chủ yếu được ỏp dụng rộng rói bao gồm: Keo tụ, kết tủa - Lắng hay Cộng keo tụ - kết tủa - lắng.
- Lọc qua lớp vật liệu lọc, Lọc màng.
- Do đú, đũi hỏi phải thường xuyờn hoàn nguyờn và thay thế vật liệu lọc khi sử dụng.
- Cột lọc được chế tạo với vật liệu hấp phụ bằng mạt sắt trộn lẫn với cỏt thạch anh.
- (vii) Cụng nghệ trao đổi ion: Loại bỏ cỏc ion Asenat (As(V)) trong nước bằng phương phỏp trao đổi ion với vật liệu trao đổi gốc anion axit mạnh (Cl.
- Loại vật liệu trao đổi ion này cú ưu điểm là cú thể sử dụng dung dịch muối đậm đặc NaCl để hoàn nguyờn hạt trao đổi ion đó bóo hũa Asen.
- Asen(V) và Asen(III) trong nước sẽ hấp phụ vào lớp Fe(OH)3 đú và bị giữ lại ở lớp vật liệu lọc.
- 1.2.2 Vật liệu Nano * Vật liệu nano: là vật liệu trong đú ớt nhất một chiều cú kớch thước nano một.
- Vật liệu nano được tập trung nghiờn cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đú mới đến chất lỏng và khớ.
- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đú hai chiều cú kớch thước nano, điện tử được tự do trờn một chiều (hai chiều cầm tự), vớ dụ, dõy nano, ống nano.
- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đú một chiều cú kớch thước nano, 27 hai chiều tự do.
- Tớnh chất chung: Vật liệu nano cú 3 tớch chất như sau.
- Kớch thước tới hạn Cỏc tớnh chất vật lý, húa học của cỏc vật liệu đều cú một giới hạn về kớch thước.
- Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kớch thước này thỡ tớnh chất của nú hoàn toàn bị thay đổi.
- Vật liệu nano cú tớnh chất đặc biệt là do kớch thước của nú cú thể so sỏnh được với kớch thước tới hạn của cỏc tớnh chất của vật liệu.
- Khụng phải bất cứ vật liệu nào cú kớch thước nano đều cú tớnh chất khỏc biệt mà nú phụ thuộc vào tớnh chất mà nú được nghiờn cứu.
- Vật liệu cấu trỳc nano-USVR cú bề mặt đơn vị - khụng dưới 2000m2/1g.
- Ứng dụng vật liệu Nano trong lọc nước a.
- Xử lý nước bằng cỏc cụng nghệ lọc: dựng than hoạt tớnh, hạt vật liệu lọc, vật liệu lọc Nano.
- Cụng nghệ lọc bằng vật liệu Nano cũn khỏ mới mẻ, một cụng nghệ hiện đại cho hiệu quả xử lý cao, giỏ thành phự hợp.
- Ở Việt Nam từ lõu cỏc nhà khoa học đó 31 tập trung nghiờn cứu vật liệu mới cú cấu trỳc Nano, trong đú cú nghiờn cứu chế tạo ống Nano cacbon.
- Cơ sở đầu tiờn chế tạo thành cụng ống Nano cacbon ở Việt Nam là viện Khoa học Vật liệu (IMS) thuộc Viện Khoa học và Cụng nghệ Việt Nam (VAST).
- Viện Cụng nghệ mụi trường (Viện KH Cụng nghệ Việt Nam) cũng đó nghiờn cứu chế tạo vật liệu lọc Nano từ Axetat xenlulo bước đầu đạt kết quả khả quan.
- Với mục tiờu là nghiờn cứu ứng dụng cỏc vật liệu nano để thiết kế chế tạo cỏc thiết bị xử lý nước nhiễm Asen phục vụ cấp nước sinh hoạt nụng thụn.
- Vật liệu nano là sản phẩm của cụng nghệ tiờn tiến đang được ứng dụng rụng rói vỡ vậy để đạt được mục tiờu chung cỏch tiếp cận là đi tắt đún đầu.
- Tiếp thu ứng dụng cụng nghệ tiờn tiến thụng qua việc hợp tỏc với Viện hàn lõm Khoa học tự nhiờn Liờn Bang Nga để tiếp nhận cụng nghệ ứng dụng vật liệu nano vào xử lý nước.
- Trờn thế giới Theo đỏnh giỏ tổng hợp của cỏc nhà khoa học trờn thế giới nghiờn cứu về vật liệu Nano, cú 10 ứng dụng hàng đầu được thống kờ ở Bảng 1.6 [2].
- Cỏc nhà khoa học tại ễxtrõylia đó nghiờn cứu ứng dụng vật liệu Nano trong lọc nước.
- Dựa trờn tớnh ưu việt của vật liệu lọc Nano trong xử lý nước bị nhiễm Asen.
- Cần đầu tư nghiờn cứu lựa chọn vật liệu lọc Nano phũ hợp với Việt Nam.
- 35 CHƯƠNG 2: NGHIấN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO 2.1.
- Hiện trạng sử dụng vật liệu xử lý nước bị nhiễm Asen 2.1.1.
- Mụ hỡnh loại bỏ asen trong nước ăn uống bằng vật liệu mới NC-F20 của Viện Hoỏ học.
- Vật liệu hấp phụ được sử dụng là quặng sắt tự nhiờn hoặc hydroxyt sắt tổng hợp dưới dạng những hạt nhỏ cú kớch thước trung bỡnh 2- 4mm.
- Viện Địa Lý (VAST) đó phối hợp với Viện Nghiờn cứu Địa Chất Khoỏng sản nghiờn cứu thớ nghiệm sản xuất vật liệu hấp thụ Asen và một số chất nhiễm bẩn khỏc.
- Theo cỏc cụng trỡnh đó cụng bố thỡ cỏc vật liệu này ở dạng bột, là nguyờn liệu dễ kiếm, cụng nghệ chế tạo khụng quỏ phức tạp, giỏ thành thấp, người dõn sử dụng đơn giản.
- Cũng tại VAST, nhiều đơn vị cũng đó đặt vấn đề nghiờn cứu, tỡm kiếm những vật liệu tự nhiờn, sau khi hoạt hoỏ, xử lý cú thể dựng để xử lý Asen và cỏc chất nhiễm bẩn khỏc như : Viện Vật liệu, Viện Hoỏ học, Viện CN Mụi trường.
- Một số ứng dụng của cụng nghệ Nano trong xử lý nước[2] TT Ứng dụng 1 Cỏc cụng nghệ trờn cơ sở ống Nano cacbon 2 Cỏc màng lọc, thiết bị lọc Nano và cỏc bộ lọc bằng sợi Nano 3 Cỏc chất hấp phụ vật liệu xốp như gốm xốp, đất sột và cỏc vật liệu khỏc kớch thước Nano 4 Cỏc hợp chất Zeolit 5 Cỏc cụng nghệ dựa trờn chất xỳc tỏc kớch thước nano 6 Cỏc phần tử nano từ.
- Trờn thế giới đó cú nhiều nghiờn cứu về vật liệu sử dụng để xử lý nước bị nhiễm Asen, kết quả nghiờn cứu được ứng dụng vào thực tế.
- Cỏc nước như Ấn Độ, 37 Trung Quốc, Myanma… đó cú những thiết bị xử lý nước bị nhiễm Asen bỏn trờn thị trường với cỏc loại vật liệu xử lý Asen khỏc nhau như: Fe(OH)3-MnO2, vật liệu trao đổi ion (ionit), vật liệu tổng hợp.
- Ngoài cỏc cụng nghệ lọc nước thụng thường, hiện nay trờn thế giới đó và đang nghiờn cứu phỏt triển cụng nghệ lọc nước mới sử dụng vật liệu lọc nano.
- Trước những nhu cầu bức xỳc về một nguồn nước sinh hoạt đảm bảo chất lượng, Viện Nước, Tưới tiờu và Mụi trường – Viện Khoa học Thủy Lợi Việt Nam đó và đang nghiờn cứu thiết kế, chế tạo thiết bị sử dụng vật liệu Nano để xử lý nước, nước bị nhiễm vi sinh, Asen phục vụ cấp nước sinh hoạt nụng thụn và đặc biệt hiệu quả với cỏc vựng ngập lũ.
- Thiết bị lọc và vật liờu lọc Nano của Liờn Bang Nga 2.2.1 Thiết bị lọc của Liờn Bang Nga Thiết bị chuyển giao của Nga cú 2 loại: Lừi lọc bằng vật liệu lọc Nano: cú tỏc dụng lọc sạch nước bị nhiễm Asen Lừi lọc bằng vật liệu màng Nano: cú tỏc dụng lọc sạch nước cú nhiễm vi sinh a.
- Tựy thuộc vào loại Vật liệu mà cỏc lừi lọc sẽ cú cấu tạo khỏc nhau.
- Chi tiết vỏ thiết bị lọc Để ngăn chặn toàn bộ Vật liệu khụng chảy theo dũng nước ra ngoài thỡ cú lớp lưới lọc đặt ở sỏt 2 nắp đầu vào và đầu ra và kết hợp chức năng lọc thụ.
- Lớp lưới lọc, lớp vật liệu lọc thụ, lớp vật liệu lọc nano Cấu tạo cỏc bộ phận chớnh - Phần vỏ thiết bị: Vỏ ngoài (trờn) thiết bị lọc làm bằng nhựa cứng cú tớnh chất dẻo, dai, khụng phản ứng với húa chất, khụng độc hại và cú khả năng chịu lực cơ học, khụng co ngút.
- Cấu tạo lừi lọc và đo đạc kớch thước lừi lọc Vật liệu lọc Nano 42 Phần lừi lọc: Thõn lừi, nắp lừi vào, nắp lừi ra: do khụng chịu lực nhiều lờn sử dụng vật liệu PP.
- Phần vật liệu: vật liệu được sắp xếp theo trật tự về kớch thước.
- Vật liệu chớnh xử lý Asen cấu thành lừi lọc cú cỏc dang: Vật liệu nano dạng bột và Vật liệu nano dạng hạt.
- 2.2.2 Vật liệu Nano của Liờn Bang Nga Viện nước, tưới tiờu và Mụi trường đang hợp tỏc với Viện hàn lõm Khoa học tự nhiờn Liờn Bang Nga để tiếp nhận cụng nghệ ứng dụng vật liệu nano vào xử lý nước cấp cho ăn uống, đặc biệt là xử lý nước bị nhiễm Asen.
- Cỏc ứng dụng vật liệu Nano của Nga a.
- Cỏc khoảng cỏch giữa cỏc ống Nano cú thể được lấp kớn bằng vật liệu gốm để tăng thờm tớnh ổn định của màng lọc.
- Cỏc phõn tử Ceria (CeO2) được kết hợp với cỏc ống Cacbon và cỏc vật liệu Nano được tạo ra cú khả năng hấp phụ Asen rất tốt (Peng et al.2005).
- Thiết bị lọc nano cú thể xử lý khoảng 1-3,5lớt/phỳt.
- Những tớnh chất ưu việt của vật liệu lọc Nano chuyển giao từ Liờn Bang Nga.
- Ưu điểm của vật liệu-thiết bị chuyển giao của Liờn Bang Nga - Cấu tạo thiết bị: Thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, dễ lắp đặt và vận chuyển, dễ vận hành chuyển giao cho người dõn.
- Giỏ thành thiết bị.
- Vật liệu lọc Nano xử lý Asen hiện tại chưa sản xuất được ở Việt Nam, vỡ vậy phải nhập khẩu với giỏ thành cao.
- Hiện tại, vật liệu lọc Nano chưa sản xuất được, vẫn cần nhập khẩu.
- Tuy nhiờn, một số vật liệu phụ cú thể sử dụng cỏc vật liệu cú sẵn trong nước.
- Lựa chọn vật liệu lọc Nano xử lý Asen Vật liệu lọc Nano xử lý Asen cú 2 dạng: Vật liệu nano dạng bột và Vật liệu nano dạng hạt.
- Cần tiến hành thử nghiệm để cú thể lựa chọn loại Vật liệu phự hợp cho điều kiện ở Việt Nam.
- Hoỏ chất sử dụng - Cỏc vật liệu Nano được nhập khẩu đảm bảo chất lượng và chủng loại và cũn thời hạn sử dụng.
- Đỏnh giỏ hiệu quả xử lý Asen của vật liệu lọc Tiến hành đỏnh giỏ hiệu quả xử lý đối với 2 loại Vật liệu nano dạng bột và Vật liệu nano dạng hạt ngày 17/6/2009 kết quả như sau: Bảng 2.2.
- Kết quả thử nghiệm hiệu quả xử lý Asen của 2 loại vật liệu lọc nano Chỉ tiờu phõn tớch Asen (V) Đơn vị Kết quả M0 M1 M2 Vật liệu nano dạng bột mg/l Hiệu quả Vật liệu nano dạng hạt mg/l 0,288 0,01

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt