Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận văn khoa học công nghệ với đề tài: Nghiên cứu xử lý amoni trong nước ô nhiễm thông qua việc sử dụng than sinh học biến tính sản xuất từ phế phụ phẩm nông nghiệp, cho các bạn làm luận văn tham khảo

1. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI (NH4
+
-N) TRONG NƢỚC BỊ
Ô NHIỄM BẰNG THAN SINH HỌC BIẾN TÍNH SẢN XUẤT
TỪ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP
Mã số: ĐH2017 - TN06 - 05
Chủ nhiệm đề tài: TS. Văn Hữu Tập
Thái Nguyên, 1/2019

2. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI (NH4
+
-N) TRONG NƢỚC BỊ
Ô NHIỄM BẰNG THAN SINH HỌC BIẾN TÍNH SẢN XUẤT
TỪ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP
Mã số: ĐH2017 - TN06 - 05
Xác nhận của cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài
TS. Văn Hữu Tập
Thái Nguyên, 1/2019

3. DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI
VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP THỰC HIỆN
I. Những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài
TT Họ và tên
Đơn vị công tác và
lĩnh vực chuyên
môn
Nội dung nghiên cứu cụ thể
đƣợc giao
1 TS. Kiều Quốc Lập
Giảng viên khoa
Tài Nguyên và Môi
trƣờng, Trƣờng Đại
học Khoa học - Đại
học Thái Nguyên
- Theo dõi và quan trắc thí
nghiệm hấp phụ của than sinh
học.
- Viết báo cáo đánh giá khả
năng hấp phụ của than sinh
học.
2 ThS. Nguyễn Thu Huyền
Giảng viên khoa
Tài Nguyên và Môi
trƣờng, Trƣờng Đại
học Khoa học - Đại
học Thái Nguyên
- Lên kế hoạch thiết kế thí
nghiệm.
- Thiết kế bố trí thí nghiệm cột
hấp phụ tại PTN.
- Viết báo cáo tổng hợp Phân
tích, đánh giá khả năng hấp phụ
của than sinh học
3 ThS. Nguyễn Thị Tuyết
Giảng viên khoa
Tài Nguyên và Môi
trƣờng, Trƣờng Đại
học Khoa học - Đại
học Thái Nguyên
- Chuẩn bị nƣớc chứa amoni
cho thí nghiệm.
- Theo dõi thí nghiệm.
- Phân tích hàm lƣợng amoni
trong dung dịch hấp phụ của
các thí nghiệm.
II. Đơn vị phối hợp chính
Tên đơn vị trong và
ngoài nƣớc
Nội dung phối hợp
nghiên cứu
Họ và tên ngƣời đại diện
Viện Công nghệ Môi
trƣờng – Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ
Việt Nam
Triển khai phân tích thành
phần hóa học, cấu trúc
mẫu than sinh học biến
tính sản xuất từ lõi ngô
PGS.TS. Trịnh Văn Tuyên

4. i
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..............................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài.....................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................................................2
3. Nội dung nghiên cứu..........................................................................................................3
4. Phạm vi của đề tài..............................................................................................................3
1.1. Tình hình ô nhiễm môi trƣờng nƣớc ở Việt Nam...........................................................4
1.1.1. Tình hình ô nhiễm nguồn nước mặt .............................................................................4
1.1.2. Tình hình ô nhiễm nước ngầm .....................................................................................7
1.2. Tình hình ô nhiễm amoni trong nƣớc ngầm .................................................................10
N uồn n ễm mon .........................................................................................10
1.2.2. Hiện trạng nguồn nước bị ô nhiễm amoni ở Việt Nam..............................................11
1.2.3. Ản ưởng của ô nhiễm amoni trong nguồn nước đối với sức khỏe con n ười........13
1.3. Các phƣơng pháp xử lý amoni trong nguồn nƣớc ô nhiễm ..........................................14
3 P ươn p áp s n ọc ...............................................................................................14
3 P ươn p áp làm t oán để khử amoni ở m trường pH cao................................15
1.3.3. Clo hóa với nồn độ c o ơn đ ểm đột biến.............................................................16
3 4 P ươn p áp ozon ó với xúc tác bromua ..............................................................17
3 5 P ươn p áp tr o đổi ion..........................................................................................17
3 6 P ươn p áp ấp phụ................................................................................................18
1.4. Một số kết quả nghiên cứu hấp phụ amoni trong nguồn nƣớc ô nhiễm .......................19
1.4.1. Thế giới......................................................................................................................19
2.1. Đối tƣợng......................................................................................................................27
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ..............................................................................................27
2.2.1. P ươn p áp c ế tạo than sinh học từ lõi ngô và biến tính than sinh học ...............27
P ươn p áp t ực nghiệm.........................................................................................29
3 P ươn p áp đán á các đặc tính hóa học của vật liệu.........................................34
4 P ươn p áp tín toán lượn t n s n ọc sản xuất từ lõ n ..............................34
5 P ươn p áp p n tíc mon ...................................................................................34
6 P ươn p áp tín toán kết quả và xử lý số liệu ........................................................35
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.............................................39
3.1. Đánh giá nguồn nguyên liệu hấp phụ amoni từ than sinh học......................................39
3.2. Đặc điểm của than sinh học từ lõi ngô và than sinh học biến tính ...............................41

5. ii
3.3. Kết quả hấp phụ tĩnh.....................................................................................................44
3.3.1. Ản ưởng của tỉ lệ biến tính than sinh học đến hiệu quả hấp phụ amoni ...............44
3.3.2. Ản ưởng củ pH đến hiệu quả hấp phụ amoni bởi than sinh học lõi ngô biến tính.... 49
3.4. Hấp phụ động .................................................................................................................50
3.4.1. Ản ưởng của nồn độ mon đến quá trình hấp phụ bằng than sinh học lõi ngô biến
tính .......................................................................................................................................50
3.4.2. Ản ưởng của tốc độ bơm đến hiệu quả xử lý amoni bằng than sinh học lõi ngô
biến tính ...............................................................................................................................52
3.4.3. Ản ưởng của chiều cao lớp vật liệu hấp phụ đến hiệu quả xử lý amoni bằng than
hoạt tính biến tính................................................................................................................53
3.5. Động học hấp phụ amoni..............................................................................................54
3.6. So sánh khả năng hấp phụ của than sinh học biến tính.................................................59
3.7. Nghiên cứu điều kiện hoàn nguyên vật liệu hấp phụ....................................................61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................64

6. iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các nghiên cứu về hấp phụ amoni bằng các vật liệu khác nhau 22
Bảng 3.1. Tiềm năng sinh khối từ phế phụ phẩm nông nghiệp của Việt
Nam
39
Bảng 3.2. Đặc tính hóa học của than hoạt tính từ lõi ngô 42
Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của nồng độ HNO3 đến khả năng hấp phụ amoni
của MBCC1
45
Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của tỷ lệ ngâm tẩm giữa BCC và HNO3 46
Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của sự thay đổi nồng độ NaOH đến khả năng hấp
phụ của MBCC2
47
Bảng 3.6. Khả năng hấp phụ amoni của các than sinh học lõi ngô biến
tính
48
Bảng 3.7. Các phƣơng trình động học Thomas, Yoon - Nelson và
Bohart-Adam trong quá trình hấp phụ amoni bằng MBCC
56
Bảng 3.8. Các tham số các mô hình động học hấp phụ trong quá trình
hấp phụ amoni bằng MBCC
57
Bảng 3.9. Độ dài tầng chuyển khối tại các điều kiện khác nhau 58
Bảng 3.10. So sánh dung lƣợng hấp phụ của một số chất hấp phụ 60

7. iv
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Diễn biến hàm lƣợng amoni tại một số sông, kênh, mƣơng nội
thành ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn 2012 - 2016
11
Hình 1.2. Hàm lƣợng amoni trong nƣớc dƣới đất tại một số địa phƣơng
giai đoạn 2011 – 2015
12
Hình 2.1. Sơ đồ tóm tắt các điều kiện thử nghiệm để tối ƣu hóa biến tính
than sinh học từ lõi ngô
28
Hình 2.2. Mô hình mô phỏng hệ thí nghiệm cột hấp phụ amoni 30
Hình 3.1. Dự báo tình hình sản xuất ngô trên thế giới đến năm 2013
Hình 3.2. Sản xuất ngô ở Việt Nam từ 1975 - 2013
40
41
Hình 3.3. Phân tích phổ hấp phụ FTIR của BCC (đƣờng mày đỏ),
MBCC1 (đƣờng màu xanh) và MBCC2 (đƣờng màu tím)
43
Hình 3.4. Ảnh SEM của: a) BCC; b) MBCC2 44
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của pH đến dung lƣợng hấp phụ amoni của
MBCC2 với nồng độ amoni ban đầu 10mg/l, 20mg/l, hàm lƣợng
MBCC2 0 là 5g/250ml
49
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ amoni đến đƣờng
cong thoát trong mô hình hấp phụ động
51
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của tốc độ bơm đến đƣờng cong
thoát trong mô hình hấp phụ động
52
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của chiều cao lớp vật liệu hấp phụ
đến đƣờng cong thoát trong mô hình hấp phụ động
53
Hình 3.9. Khả năng phục hồi của MBCC bão hòa sau khi hấp phụ
amoni
61

8. v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BCC Than sinh học lõi ngô
BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trƣờng
BYT Bộ Y tế
Co Nồng độ amoni ban đầu
Ct Nồng độ amoni dƣ sau thí nghiệm tại thời điểm t
MBCC Than sinh học biến tính
KTH Hệ số tốc độ Thomas
KYN Hệ số tốc độ Yoon-Nelson
KAB Hệ số tốc độ Bohart-Adam
Q
qe
Tốc độ dòng chảy
Dung lƣợng hấp phụ
QCQG Quy chuẩn quốc gia
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
R2
TDS
Hệ số tƣơng quan
Tổng chất rắn hòa tan
VSV Vi sinh vật
H Chiều cao cột hấp phụ
τ Thời gian để hấp phụ 50% chất bị hấp phụ

9. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc sinh hoạt QCVN
02:2009/ BYT, hàm lƣợng amoni trong nƣớc sinh hoạt đạt chuẩn khi có hàm
lƣợng amoni 3,0 mg/l. Mức độ ô nhiễm tăng trong khi các tác nhân nhiễm bẩn
chƣa đƣợc ngăn chặn hiệu quả. Nhiều hộ dân khoan giếng bằng những thiết bị
không đúng tiêu chuẩn, nƣớc bẩn trên bề mặt thấm theo đƣờng khoan đi vào
lòng đất. Cùng với đó là rác thải ở nhiều khu dân cƣ không đƣợc thu gom và
xử lý đã tác động xấu tới nguồn nƣớc. Các yếu tố tự nhiên nhƣ phân hủy chất
hữu cơ trong than bùn cũng là nguồn gây ô nhiễm amoni. Nếu không đƣợc xử
lý thì amoni có khả năng chuyển hóa thành nitrat trong đƣờng ruột của ngƣời
gây ra thiếu máu và có thể tử vong, đặc biệt là trẻ em và phụ nữ mang thải.
Các phƣơng pháp xử lý amoni phổ biến hiện nay là tháp tripping, trao
đổi ion, nitrat hóa – khử (Rahmani và cs, 2004) [48], kết tủa hóa học (Li và
cs, 1999) [43], điện hóa (Kim và cs, 2006) [41]. Nitrat hóa – khử là phổ biến
nhất trong xử lý amoni nhƣng chỉ phù hợp cho xử lý amoni có nồng độ thấp,
trao đổi ion có hiệu quả nhƣng chi phí cao, tháp tripping tiêu tốn nhiều năng
lƣợng, kết tủa hóa học lại tạo ra chất ô nhiễm thứ cấp. Hơn nữa, hầu hết các
phƣơng pháp trên cần có hệ thống xử lý phức tạp, chi phí cao.
Trong những năm gần đây, hấp phụ là công nghệ đƣợc ƣa chuộng hơn để
xử lý amoni trong nƣớc do dễ hoạt động và chi phí thấp (Yahaya và cs, 2011)
[61]. Vật liệu hấp phụ amoni chủ yếu đƣợc sử dụng là than hoạt tính. Tuy
nhiên, nguồn vật liệu thƣơng mại này có chi phí cao. Việc tìm các giải pháp
xử lý amoni bằng quá trình hấp phụ với các vật liệu có chi phí thấp đƣợc quan
tâm trong thời gian gần đây. Trong đó, việc tận dụng các chất thải từ nông
nghiệp để sản xuất than sinh học xử lý amoni là một lợi thế vì đây là nguồn

10. 2
vật liệu dễ kiếm, quy trình chế tạo đơn giản. Đây là giải pháp hữu hiệu để tận
dụng chất thải xử lý chất thải.
Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp, hàng năm chất thải rắn nông thôn
(trong đó bao gồm phế phụ phẩm nông nghiệp) tạo ra ngày càng tăng. Theo
báo cáo hiện trạng môi trƣờng quốc gia giai đoạn 2011-2015. Tổng lƣợng
chất thải rắn nông thôn là 9,7 triệu tấn, chiếm 39,6% tổng lƣợng chất thải rắn
Việt Nam [6]. Lƣợng chất thải này, một phần nhỏ đƣợc đem chôn lấp không
hợp vệ sinh có nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm và chính ngƣời dân lại
sử dụng qua hệ thống giếng khoan, giếng làng gây nguy hiểm đến sức khỏe
của con ngƣời; Phần lớn rác thải nông thôn đƣợc chất đống thành bãi ở vệ
đƣờng, bờ sông gây mùi khó chịu, mặt khác những bãi rác hở trên đƣờng còn
thu hút côn trùng gây bệnh nhƣ chuột, ruồi nhặng – vật chủ trung gian truyền
bệnh hàng loạt, ảnh hƣởng lớn đến sức khỏe cộng đồng.
Việc tận dụng phế phụ phẩm nông nghiệp, trong đó có lõi ngỗ, để biến
nó thành một loại vật liệu có giá trị mang lại lợi ích kinh tế và môi trƣờng sẽ
là một giải pháp hữu ích cho môi trƣờng. Lõi ngô đƣợc hoạt hóa làm tăng độ
xốp tại nhiệt độ cao, loại bỏ các thành phần dễ phân hủy sinh học, tạo ra sản
phẩm có độ bền cơ học tốt hơn, diện tích bề mặt mao quản lớn hơn rất phù
hợp để hấp phụ các chất độc trong nƣớc thải. Vì vậy, nghiên cứu tận dụng phế
phụ phẩm nông nghiệp (lõi ngô) để chế tạo than sinh học biến tính và sử dụng
để hấp phụ amoni trong nƣớc bị ô nhiễm đƣợc thực hiện trong đề tài đề ra.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu xử lý amoni trong nƣớc ô nhiễm thông
qua việc sử dụng than sinh học biến tính chế tạo từ phế phụ phẩm nông
nghiệp (trực tiếp từ lõi ngô), trong đó nguyên liệu đƣợc lựa chọn phải đáp ứng
các tiêu chí: sẵn có, thuận lợi cho sản xuất than sinh học biến tính và giá rẻ.
Mục tiêu cụ thể:

11. 3
- Tạo ra đƣợc than sinh học từ lõi ngô và biến tính để tăng khả năng hấp
phụ amoni.
- Nghiên cứu xử lý có hiệu quả amoni trong môi trƣờng nƣớc bằng than
sinh học biến tính sản xuất từ lõi ngô trên mô hình cột hấp phụ.
3. Nội dung nghiên cứu
* Nội dung:
- Nội dung 1: Điều tra đánh giá nguồn nguyên liệu hấp phụ amoni từ
than sinh học. Đánh giá nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp (lõi ngô sau thu
hoạch) để tạo than sinh học và biến tính than sinh học đó.
- Nội dung 2: Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni của than sinh học sản
xuất từ lõi ngô.
+ Nội dung 2.1: Nghiên cứu ảnh hƣởng của tốc độ dòng vào cột chứa
than sinh học và than sinh học biến tính từ lõi ngô đến khả năng hấp phụ
amoni.
+ Nội dung 2.2: Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ amoni ban đầu trên
cột chứa than sinh học và than sinh học biến tính từ lõi ngô đến hiệu quả xử
lý.
+ Nội dung 2.3: Nghiên cứu ảnh hƣởng của chiều cao cột hấp phụ đến
hiệu quả xử lý amoni bằng than sinh học biến tính từ lõi ngô.
Kết quả thu đƣợc phải đánh giá đƣơc dung lƣợng hấp phụ amoni của
than sinh học biến tính từ lõi ngô.
4. Phạm vi của đề tài
Nghiên cứu tập trung đánh giá khả năng hấp phụ amoni của vật liệu hấp
phụ than sinh học biến tính từ lõi ngô ở quy mô phòng thí nghiệm. Dung dịch
amoni đƣợc pha từ NH4Cl.

12. 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình ô nhiễm môi trƣờng nƣớc ở Việt Nam
1.1.1. Tình hình ô nhiễm nguồn nước mặt
Hiện nay chất lƣợng nƣớc ở vùng thƣợng lƣu các con sông chính còn
khá tốt. Tuy nhiên ở các vùng hạ lƣu đã và đang có nhiều vùng bị ô nhiễm
đáng kể bởi nƣớc thải công nghiệp, nƣớc thải sinh hoạt và các nguồn khác.
Đặc biệt mức độ ô nhiễm tại các sông tăng vào mùa khô do giảm mực nƣớc.
Chất lƣợng nƣớc suy giảm thể hiện qua các chỉ tiêu nhƣ: BOD, COD, NH4
+
,
TSS, Nts, Pts cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần [14].
Cụ thể tại lƣu vực sông Hồng là đoạn chảy qua Phú Thọ, Vĩnh Phúc
(quan trắc tại cửa xả của công ty Supe phốt phát và hóa chất Lâm Thao; Công
ty cổ phần giấy Việt Trì) có dấu hiệu ô nhiễm; Lƣu vực sông Cầu thì điểm ô
nhiễm cao nhất là đoạn sông Cầu chảy qua địa phận thành phố Thái Nguyên,
đặc biệt là điểm thải của nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, khu Giang thép Thái
nguyên,... Đoạn sông Cầu qua Bắc Ninh, Bắc Giang; Lƣu vực sông Nhuệ -
Đáy nƣớc bị ô nhiễm trên trục sông chính đoạn chảy qua Hà Nội; Lƣu vực
sông Đồng Nai có các điểm ô nhiễm nƣớc mặt tập trung dọc các đoạn sông
chảy qua các tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm phía Nam (đoạn chảy qua
thành phố Biên Hòa và phụ lƣu, phân lƣu) [14]. Sông Thị Vải, là sông ô
nhiễm nặng nhất trong hệ thống sông Đồng Nai, có một đoạn sông chết dài
trên 10 km [19]. Cụ thể, giới hạn cho phép NH3 trong môi trƣờng nƣớc ≤ 0,6
mg/l và H2S ≤ 0,005 mg/l, nhƣng thực tế trên sông Thị Vải, H2S có thể lên
tƣơng ứng 1,73 và 0,8. Bên cạnh đó, hàm lƣợng DO cũng rất thấp (1,2 mg/l),
dƣới ngƣỡng cho phép để duy trì sự sống [19].
Tại các khu vực đô thị, việc đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt đƣợc thông
qua đánh giá chất lƣợng nƣớc của các sông, hồ kênh, mƣơng trong khu vực
nội thị. Theo báo cáo hiện trạng môi trƣờng quốc gia năm 2016 [7] cho thấy
hiện trạng môi trƣờng nƣớc mặt tại khu vực đô thị nhiều nơi bị ô nhiễm

13. 5
nghiêm trọng. Miền Bắc tập trung đông dân cƣ (đặc biệt là Đồng bằng sông
Hồng), lƣợng nƣớc thải đô thị lớn hầu hết của các thành phố đều chƣa đƣợc
xử lý, xả trực tiếp vào các kênh mƣơng và chảy thẳng ra sông. Với sự nỗ lực
cải tạo, chất lƣợng nƣớc tại một số sông, hồ, kênh đã có chuyển biến tích cực.
Tuy nhiên vẫn đang là vấn đề nổi cộm, phần lớn thông số đặc trƣng ô nhiễm
hữu cơ (BOD5, COD), chất dinh dƣỡng NH4
+
đều vƣợt QCVN
08:2015/BTNMT (B1). Tại 2 đô thị loại đặc biệt là thành phố Hà Nội và
thành phố Hồ Chí Minh, mức độ ô nhiễm hữu cơ và chất dinh dƣỡng là vấn
đề đã xảy ra nhiều năm và chƣa đƣợc cải thiện nhiều, điển hình là một số
sông, kênh nhƣ sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét (thành phố Hà Nội) và kênh
Tân Hóa – Lò Gốm, kênh Ba Bò, kênh Tham Lƣơng (thành phố Hồ Chí
Minh) thời gian gần đây, mức độ ô nhiễm có xu hƣớng trở lại.
Ở các đô thị nhỏ hơn, chất lƣợng nƣớc sông, kênh mƣơng nội thành cũng
bị suy giảm với hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng, chất hữu cơ vƣợt tiêu chuẩn
cho phép. Cục bộ tại một số sông, mức độ ô nhiễm đã ở mức khá nghiêm
trọng nhƣ sông Phú Lộc (thành phố Đà Nẵng), sông Bắc Hƣng Hải (thành phố
Hải Dƣơng), sông Nhà Lê (thành phố Thanh Hóa), kênh Bến Đình (thành phố
Vũng Tàu),…
Kết quả quan trắc nƣớc ao, hồ, kênh mƣơng ở khu vực nông thôn một số
tỉnh cũng đã cho thấy hiện tƣợng ô nhiễm hữu cơ và vi sinh đang diễn ra khá
phổ biến. Một số thông số COD, BOD5 , TSS, coliform,...vƣợt tiêu chuẩn cho
phép nhiều lần. Nguyên nhân là do hiện nay tại vùng nông thôn, ao, hồ, kênh
mƣơng cũng là nơi tiếp nhận nguồn thải từ các hoạt động sinh hoạt, sản xuất
nông nghiệp (trồng trọt và chăn nuôi), hoạt động làng nghề của ngƣời dân.
Khu vực trung du, miền núi phía Bắc còn ghi nhận hiện tƣợng ô nhiễm cục bộ
nƣớc mặt (nƣớc suối) do ảnh hƣởng từ hoạt động khai thác và chế biến
khoáng sản. Ví dụ, kết quả phân tích mẫu nƣớc tại suối Bến Cao và suối Ngòi
Mà thuộc huyện Phổ Yên nơi tiếp nhận nguồn thải, đặc biệt là nƣớc thải từ
các trại chăn nuôi lợn cho thấy các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ, vi sinh sau khi

14. 6
tiếp nhận cao hơn điểm trƣớc khi tiếp nhận nguồn thải từ 2,6 đến 72,9 lần so
với QCVN 62:2016/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải chăn
nuôi).
Ô nhiễm nƣớc mặt tại các khu vực làng nghề cũng đang là vấn đề nóng
tại một số vùng nông thôn hiện nay, trong đó phổ biến là ô nhiễm môi trƣờng
nƣớc tại nhiều làng nghệ chế biến lƣơng thực thực phẩm. Ví dụ, tại tỉnh Bình
Định, nƣớc thải từ làng nghề nấu rƣợu Bầu Đá (thôn Cù Lâm, xã Nhơn Lộc,
huyện An Nhơn) là nguyên nhân khiến một vài thông số vƣợt tiêu chuẩn cho
phép của QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải
công nghiệp) nhiều lần, cụ thể chất rắn lơ lửng vƣợt 2 lần, COD vƣợt 12,6
lần, NH4
+
vƣợt 9,2 lần [5].
Một trong những khu vực có nền sản xuất đa dạng, hệ sinh thái phong
phú, có tiềm năng lớn về nông nghiệp, thủy sản, lâm nghiệp và công nghiệp
nhƣ bán đảo Cà Mau thì vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nƣớc mặt cũng đáng báo
động. Một số khu vực cảnh bao có nguy cơ nhiễm phèn nhƣ tại Bạc Liêu, Sóc
Trăng có giá trị pH khá thấp. Các khu vực ven biển từ Kiên Giang đến Sóc
Trăng phần lớn các điểm nhiễm mặn khá lớn và đáng chú ý có khá nhiều vị trí
độ mặn của nƣớc vƣợt 35‰. Việc xả thải ô nhiễm từ các khu công nghiệp,
nhà máy, từ các vùng nuôi trồng thủy sản tập trung (nuôi tôm sú ở Cà Mau,
Bạc Liêu; cá tra và basa ở Cần Thơ,…) đã gây ô nhiễm nguồn nƣớc rất
lớn[21]. Lƣợng nƣớc thải từ các nguồn này chƣa đƣợc xử lý triệt để, tiếp tục
thải ra nguồn tiếp nhận là sông, kênh, rạch, làm suy giảm chất lƣợng nƣớc
mặt, gây nên các dịch bệnh cho nuôi trồng thủy sản và đặc biệt là gây hại đến
sức khỏe ngƣời dân. Trong nhiều vùng, nguồn nƣớc mặt trƣớc đây đƣợc sử
dụng cho sinh hoạt nay ô nhiễm đến mức không còn sử dụng đƣợc nữa (vùng
phía tây thành phố Cần Thơ,…). Tại các khu vực ven biển từ Kiên Giang đến
Sóc Trăng nguồn nƣớc đã có dấu hiệu ô nhiễm khá lớn bởi chất hữu cơ[21].
Kết quả tính chỉ số chất lƣợng nƣớc WQI (là một chỉ số đƣợc tính toán từ các
thông số quan trắc chất lƣợng nƣớc, dùng để mô tả định lƣợng về chất lƣợng

15. 7
nƣớc và khả năng sử dụng của nguồn nƣớc) theo 2 đợt đo (mùa khô và mùa
mƣa) tại khu vực bán đảo Cà Mau cho thấy vùng phía Bắc của bán đảo bao
gồm thành phố Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu và Hậu Giang có hàm lƣợng
các chất ô nhiễm cao. Hơn nữa, đây là khu vực có tốc độ đô thị hóa cũng nhƣ
phát triển công nghiệp nhanh nhất vùng. Một số sông, kênh bị ô nhiễm nặng
(WQI = 0-25) chủ yếu bao gồm kênh KH6, Xà No, kênh tiếp nhận nƣớc thải
của khu công nghiệp Trà Nóc (thành phố Cần Thơ), khu công nghiệp Tắc Cẩu
(Kiên Giang); Kênh tiếp nhận nƣớc thải của các nhà máy chế biến thực phẩm,
nhà máy đƣờng (Hậu Giang); Các kênh tiếp nhận nƣớc thải của thành phố Sóc
Trăng và kênh Bạc Liêu (tiếp nhận nƣớc thải từ các nhà máy chế biến thủy
sản ở dọc kênh) [21].
1.1.2. Tình hình ô nhiễm nước ngầm
Nƣớc tàng trữ trong lòng đất cũng là một bộ phận quan trọng của nguồn
tài nguyên nƣớc ở Việt Nam. Mặc dù nƣớc ngầm đƣợc khai thác để sử dụng
cho sinh hoạt đã có từ lâu đời nay, tuy nhiên việc điều tra nghiên cứu nguồn
tài nguyên này một cách toàn diện và có hệ thống chỉ mới đƣợc tiến hành
trong gần mƣời năm gần đây. Hiện nay phong trào đào giếng để khai thác
nƣớc ngầm đƣợc thực hiện ở nhiều nơi nhất là ở vùng nông thôn bằng các
phƣơng tiện thủ công, còn sự khai thác bằng các phƣơng tiện hiện đại cũng đã
đƣợc tiến hành nhƣng còn rất hạn chế chỉ nhằm phục vụ cho sản xuất và sinh
hoạt ở các trung tâm công nghiệp và khu dân cƣ lớn. Theo Trung tâm quan
trắc và dự báo tài nguyên nƣớc, Bộ Tài Nguyên và Môi trƣờng, trong mƣời
năm gần đây, nƣớc ngầm tại một số nơi ở Hà Nội giảm đến 6 m, tại thành phố
Hồ Chí Minh có nơi giảm đến 10 m [9]. Việc khai thác nƣớc ngầm quá mức
đƣợc lý giải là do gia tăng dân số, tốc độ đô thị hoá nhanh và sản xuất phát
triển. Trong đó 80% lƣợng nƣớc dƣới đất đƣợc khai thác từ các trầm tích thời
kỳ Đệ Tứ, tập trung ở các đồng bằng lớn trong cả nƣớc. Tiếp đến là các thành
tạo đá cacbonat phân bố ở Tây Bắc, Đông Bắc, Bắc Trung Bộ và một số vùng

16. 8
khác; các lớp phong hóa tạo bazan trẻ tập trung ở vùng Tây Nguyên, Đông
Nam Bộ,...[5].
Theo báo cáo môi trƣờng quốc gia giai đoạn 2011 – 2015 [6] thì chất
lƣợng nƣớc ngầm ở nƣớc ta còn tƣơng đối tốt. Nƣớc có pH dao động từ 6,0 -
8,0, nƣớc mềm (độ cứng <1,5 mgđl/l), hàm lƣợng các hợp chất hữu cơ và vi
sinh vật, hầu hết các kim loại nặng đều có hàm lƣợng nhỏ hơn QCVN. Tuy
nhiên hiện tƣợng ô nhiễm cụ bộ nƣớc ngầm đã và đang xảy ra ở một số tỉnh.
Vùng đồng bằng Bắc Bộ có mức ô nhiễm cao hơn các vùng khác. Tây
Nguyên và duyên hải Nam Trung bộ là những khu vực có chất lƣợng nƣớc
ngầm còn khá tốt. Ô nhiễm nƣớc ngầm chủ yếu là do các thông số TDS,
NH4
+
, PO4
3-
, kim loại nặng (Mn, As, Cd, Pb), nhiễm khuẩn vi sinh vật và xâm
nhập mặn [6].
Hàm lƣợng TDS cao hơn mức giới hạn QCVN 09:2008/BTNMT (Quy
chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc ngầm) ở hầu hết các vùng, trừ
khu vực Tây Nguyên và Nam Trung Bộ. Hàm lƣợng NH4
+
trong nƣớc ngầm
đã ghi nhận giá trị cao nhất vƣợt nhiều lần giới hạn cho phép của QCVN
09:2008/BTNMT tại một số điểm thuộc một số vùng trên cả nƣớc, trong đó
cao nhất là tại đồng bằng Bắc Bộ. Riêng khu vực Tây Nguyên chƣa ghi nhận
hiện tƣợng ô nhiễm NH4
+
trong nƣớc ngầm [3].
Trong nƣớc ngầm ở nhiều khu vực cũng đã thấy dấu hiệu ô nhiễm phốt
phát (PO4
3-
), mức độ ô nhiễm có xu hƣớng tăng theo thời gian. Tại Hà Nội, số
giếng khoan có hàm lƣợng PO4
3-
cao hơn mức cho phép (0,4 mg/l) chiếm tới
71%. Còn tại khu vực Hà Giang, Tuyên Quang, hàm lƣợng sắt ở một số nơi
cao vƣợt mức cho phép QCVN 09:2008/BTNMT thƣờng trên 1mg/l, có nơi
đạt đến trên 15 – 20 mg/l, tập trung chủ yếu quanh các mỏ khai thác sunphua
[3].
Hầu hết các thông số kim loại nặng trong nƣớc ngầm tại các vùng đều có
hàm lƣợng nhỏ hơn giới hạn QCVN 09:2008/BTNMT. Tuy nhiên đã phát

17. 9
hiện một số điểm quan trắc có hàm lƣợng các kim loại Fe, Mn, As cao hơn
ngƣỡng QCVN 09:2008/BTNMT. Một số đô thị ở khu vực đồng bằng Bắc Bộ
có hàm lƣợng As cao do cấu tạo địa chất của vùng, điển hình tại Hà Nam đã
ghi nhận hàm lƣợng As vƣợt QCVN 09:2008/BTNMT tới 4,7 lần [7]. Tại Hà
Nội qua kiểm tra lấy mẫu định kỳ về ô nhiễm As tại 34 điểm là các hộ dân
sống gần 13 nhà máy nƣớc và 4 trạm cấp nƣớc cho thấy có 46% các địa điểm
lấy mẫu có hàm lƣợng As vƣợt quá tiêu chuẩn của WHO và tiêu chuẩn Việt
Nam với nồng độ As trung bình ở các điểm là 22 µg/l [7]. Một số giếng quan
trắc tại các quận có hàm lƣợng Fe cao gồm: Hai Bà Trƣng, Ba Đình, Hà
Đông, Thanh Xuân [7].
Khu vực tỉnh Hà Giang, Tuyên Quang có hàm lƣợng sắt ở một số nơi
cao vƣợt mức cho phép của QCVN 09:2008/BTNMT, thƣờng trên 1 mg/l, có
nơi đạt đến trên 15-20 mg/l. Ô nhiễm tập trung quanh các mỏ khai thác
sunphua. Tỉnh Bình Định thì hầu hết các giếng dân dụng đều bị nhiễm khuẩn
với coliform ở mức cao từ 5 - 2.400 lạc khuẩn/100 ml nƣớc và E.coli từ 3 -
278 lạc khuẩn/100 ml nƣớc [5].
Hiện trạng xâm nhập mặt ghi nhận tại một số tỉnh: tỉnh Trà Vinh, kết quả
Cl-
đều cao hơn giới hạn QCVN 09:2008/BTNMT và có xu hƣớng tăng lên
qua các năm từ mức 251 mg/l đến 287 mg/l. Tại tỉnh Kiên Giang, hàm lƣợng
Cl-
đo đƣợc dao động từ 58,49 - 5.956 mg/l, trong đó có 8/10 điểm vƣợt
ngƣỡng QCVN 09:2008/BTNMT. Giá trị lớn nhất đo đƣợc tại huyện Châu
Thành vƣợt QCVN 09:2008/BTNMT 3,66 lần. Tại tỉnh Vĩnh Long, hàm
lƣợng Cl-
trung bình qua các năm dao động từ 65,41 - 693,92 mg/L. Phần lớn
các mẫu quan trắc nƣớc dƣới đất có hàm lƣợng Cl-
vƣợt ngƣỡng QCVN tập
trung ở hầu hết các huyện, thị xã, thành phố trong tỉnh. Riêng huyện Long Hồ
chƣa có dấu hiệu nhiễm mặn [5].

18. 10
1.2. Tình hình ô nhiễm amoni trong nguồn nƣớc
1.2.1 Nguồn g n iễm amoni
Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng nhiễm bẩn amoni trong nƣớc
ngầm do nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo. Trong đó, nguồn nhân tạo là
nguồn xâm nhập đáng kể.
* Nguồn tự nhiên:
Do cấu tạo đị c ất. Kết quả của những hoạt động địa chất (xói mòn,
xâm thực,…) đã hình thành lên tầng chứa nƣớc cuội sỏi Đệ Tứ. Trong tầng
này đều có chứa các hạt than bùn, đất có lẫn các hợp chất hữu cơ. Khi quá
trình khai thác nƣớc ngày càng mở rộng đã kéo theo giải phóng các hợp chất
của nitơ có trong lớp đất bùn chứa chất hữu cơ bị phân hủy, điều này dẫn đến
hàm lƣợng nitơ trong nƣớc ngầm tăng lên.
Quá trình amon hóa: Các hợp chất nitơ hữu cơ trong môi trƣờng đất,
nƣớc xảy ra quá trình khoáng hóa tạo thành NH4
+
. Ở những nơi có địa hình
dốc lớn, khi mƣa xuống tạo thành cƣờng độ dòng chảy mạnh làm tăng hàm
lƣợng ô nhiễm ở những vùng có độ dốc thấp, trũng và tăng khả năng xâm
nhập vào nƣớc ngầm.
* Nguồn nhân tạo:
Do nguồn ô nhiễm phía trên mặt đất: Đó là các nguồn chất thải mà trong
đó cả nƣớc thải sản xuất và nƣớc thải sinh hoạt đều có hàm lƣợng chất hữu cơ
dễ phân hủy sinh học, nƣớc thải có chứa nhiều hợp chất nitơ hòa tan. Quá
trình thối rữa, phân hủy phân hữu cơ của các hệ thống vệ sinh, chuồng trại,
canh tác nông nghiệp, rác thải sinh hoạt,... Tình trạng khai thác nƣớc ngầm
với khối lƣợng lớn dẫn đến cần bổ sung một lƣợng nƣớc mới. Quá trình xâm
thực tự nhiên xảy ra, nƣớc mặt chứa các hợp chất nitơ thấm xuống dẫn đến
làm tăng nồng độ amoni trong nƣớc ngầm.

19. 11
1.2.2. Hiện trạng nguồn nước bị ô nhiễm amoni ở Việt Nam
Theo các thông tin đã trình bày tại mục 1.1.1 và 1.1.2 thì hiện nay tình
trạng nguồn nƣớc mặt nhiễm NH4
+
là phổ biến do chịu ảnh hƣởng của các
nguồn khác nhau từ hoạt động động sinh hoạt, sản xuất của con ngƣời. Nhiều
nơi đã ghi nhận hàm lƣợng NH4
+
vƣợt tiêu chuẩn QCVN 09:2008/BTNMT
nhiều lần, trong đó tập trung ở 2 thành phố lớn là Hà Nội và Hồ Chí Minh
(hình 1.1). Một số sông, ngòi, kênh,...vùng nông thôn gần hoạt động chăn
nuôi, làng nghề, cơ sở nuôi tôm cũng có dấu hiệu ô nhiễm NH4
+
. Theo kết quả
phân tích mẫu nƣớc tại suối Bến Cao và suối Ngòi Mà thuộc huyện Phổ Yên,
tỉnh Thái Nguyên có chỉ tiêu NH4
+
vƣợt 29 lần so với QCVN
08:2008/BTNMT cột B1. Hoặc tại tỉnh Cà Mau, số liệu giám sát chất lƣợng
môi trƣờng nƣớc ở 27 điểm nông thôn trên địa bàn tỉnh cho thấy 100% mẫu
nƣớc mặt có hàm lƣợng NH4
+
vƣợt quy chuẩn QCVN 08:2008 cột A1, một số
điểm còn vƣợt QCVN 08:2008 cột B1[5]. Nguồn nƣớc mặt tại một số làng
nghề chế biến lƣơng thực, thực phẩm cũng có hàm lƣợng NH4
+
cao, cụ thể
nhƣ tại làng nghề nấu rƣợu Bầu Đá (thôn Cù Lâm, xã Nhơn Lộc, huyện An
Nhơn) có hàm lƣợng NH4
+
vƣợt 9,2 lần tiêu chuẩn. Chất lƣợng môi trƣờng
nƣớc mặt của một số địa phƣơng gần cơ sở nuôi tôm của tỉnh Bình Định nhƣ
Xã Mỹ Đức, xã Hòa Mỹ chỉ tiêu NH4
+
vƣợt 4 - 4,5 lần quy chuẩn cho
phép[5].

20. 12
Hình 1.1. Diễn biến àm lượng amoni tại một số s ng, kên , mương nội
thành ở Hà Nội và thành phố Hồ C í Min giai đoạn 2012 - 2016 [7]
Ở Việt Nam, nguồn nƣớc chính để cung cấp nƣớc sinh hoạt và sản xuất
cho ngƣời dân là từ nƣớc ngầm. Theo số liệu thống kê năm 2015 của Cục
quản lý tài nguyên nƣớc, Bộ Tài Nguyên và Môi trƣờng, khoảng 40% lƣợng
nƣớc cấp cho đô thị và gần 80% lƣợng nƣớc sử dụng cho sinh hoạt ở nông
thôn đƣợc khai thác từ nƣớc ngầm. Theo báo cáo này, chất lƣợng nƣớc ngầm
đang xuất hiện tình trạng ô nhiễm cục bộ, trong đó phát hiện hàm lƣợng NH4
+
vƣợt tiêu chuẩn cho phép [7].
Hiện nay, hầu nhƣ các địa phƣơng trên cả nƣớc đều phát hiện thấy sự ô
nhiễm amoni trong nƣớc ngầm ở mức độ khác nhau (hình 1.2 ). Tại Hà Nội,
đồng bằng Bắc Bộ, một số tỉnh đồng bằng Nam Bộ, thành phố Hồ Chí Minh
vƣợt ngƣỡng cho phép nhiều lần. Chỉ có khu vực Tây nguyên, nguồn nƣớc
chƣa có dấu hiệu ô nhiễm amoni. Các điểm quan trắc phát hiện hàm lƣợng
amoni cao nhất ở miền Bắc thuộc các tỉnh Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình,
Hải Dƣơng, Hƣng Yên, Thái Bình, xác suất các nguồn nƣớc ngầm nhiễm
amoni ở nồng độ cao hơn tiêu chuẩn (3 mg/l, QCVN 02:2009/BYT) là
khoảng 70 - 80% [25]. Ví dụ, các điểm quan trắc tại huyện Lý Nhân, tỉnh Hà

21. 13
Nam có tỷ lệ nhiễm amoni ở mức đáng báo động, hàm lƣợng lên tới 111,8
mg/l gấp 74 lần, tại huyện Duy Tiên là 93,8 mg/l gấp 63 lần so với tiêu chuẩn
Bộ Y tế, các huyện còn lại nhƣ Bình Lục, Thanh Liêm, Kim Bảng có hàm
lƣợng amoni vƣợt trên 33 lần tiêu chuẩn [16, 20].
Hình 1.2. Hàm lượng amoni trong nước dưới đất tại một số địa
p ương giai đoạn 2011 – 2015 [6]
Tại thành phố Hồ Chí Minh, theo Chi cục bảo vệ môi trƣờng thành phố
Hồ Chí Minh, kết quả quan trắc nƣớc ngầm tầng nông gần đây cho thấy lƣợng
nƣớc ngầm ở khu vực ngoại thành đang diễn biến ngày càng xấu đi. Cụ thể
nƣớc ngầm ở trạm Đông Thạch (huyện Hóc Môn) bị ô nhiễm amoni (68,73
mg/l cao gấp 1,9 lần so với năm 2005), có hàm lƣợng nhôm cao, độ mặn tăng
và mức độ ô mhiễm chất hữu cơ cũng tăng nhanh trong những năm gần đây;
nồng độ sắt trong nƣớc ngầm của một số khu vực khác nhƣ Linh Trung,
Trƣờng Thọ (Thủ Đức), Tân Tạo (Bình Chánh),…cũng khá cao (11,76 đến
27,83 mg/l) vƣợt tiêu chuẩn cho phép gần 50 lần [8].
1.2.3. Ản ưởng của ô nhiễm amoni trong nguồn nước đối với sức khỏe
con người
Amoni không ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe con ngƣời, khi tiếp xúc
với nguồn chứa oxy và sự tham gia của vi sinh vật, amoni sẽ chuyển hóa

22. 14
thành NO2
-
(quá trình nitrit hóa) và NO3
-
(quá trình phản nitrat hóa) là nhƣng
ion có độc tính đối với con ngƣời vì nó có thể chuyển hoá thành Nitrosamin
có khả năng gây ung thƣ cho con ngƣời. Chính vì vậy, qui định nồng độ nitrit
cho phép trong nƣớc sinh hoạt là khá nghiêm ngặt. Khi ăn uống nƣớc có chứa
nitrit thì cơ thể sẽ hấp thu nitrit vào máu và chất này sẽ cạnh tranh oxy của
hồng cầu làm hemoglobin mất khả năng lấy oxy, dẫn đến tình trạng thiếu
máu, xanh da. Vì vậy, nitrit đặc biệt nguy hiểm đối với trẻ mới sinh dƣới sáu
tháng tuổi. Nó có thể làm chậm sự phát triển, gây bệnh ở đƣờng hô hấp. Đối
với ngƣời lớn, nitrit kết hợp với các axit amin trong thực phẩm làm thành một
họ chất nitrosamin. Nitrosamin có thể gây tổn thƣơng duy truyền tế bào,
nguyên nhân gây ung thƣ [16].
1.3. Các phƣơng pháp xử lý amoni trong nguồn nƣớc ô nhiễm
Việc xử lý amoni trong nguồn nƣớc ô nhiễm là rất quan trọng vì trong
quá trình khai thác, sử dụng để cấp nƣớc cho sinh hoạt thì amoni sẽ chuyển
hóa thành các chất độc nhƣ đề cập ở phần trên, gây ảnh hƣởng đến sức khỏe
con ngƣời. Hiện nay, có rất nhiều phƣơng pháp xử lý amoni nhƣ phƣơng pháp
sinh học, phƣơng pháp làm thoáng để khử NH3 ở môi trƣờng pH cao, phƣơng
pháp clo hóa đến điểm đột biến, phƣơng pháp ozon hóa với xúc tác Bromua,
phƣơng pháp trao đổi ion và phƣơng pháp hấp phụ.
1 3 1 P ương p áp sin ọc
Các phƣơng pháp xử lý sinh học bao gồm các quá trình nitrat hóa và khử
nitrat hóa, quá trình annamox, sharon/annamox, thực vật thủy sinh,...
* Quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa
Nguyên lý của phƣơng pháp: Quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa là hai
bƣớc nối tiếp để xử lý amoni. Quá trình nitrat hóa là quá trình dƣới hoạt động
của vi khuẩn Nitrosomonas oxi hóa NH4
+
thành NO2
-
và vi khuẩn Nitrobacter
oxy hóa NO2
-
thành NO3
-
. Nối tiếp với quá trình nitrat hóa, quá trình khử
nitrat hóa là quá trình chuyển hóa NO3
-
thành N2 phân tử dƣới sự tham gia của

23. 15
vi khuẩn Bacilus, Pseudomonas, Ethanomonas, Paracocas, Spiritum,
T ob c lus,… Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất (chất cho điện tử), chúng
có thể là chất hữu cơ (phổ biến là axit axetic), H2 và S. Khi có mặt đồng thời
NO3
-
và các chất cho điện tử, chất cho điện tử bị oxi hoá, đồng thời NO3
-
nhận điện tử và khử về N2 [10].
Ƣu điểm phƣơng pháp: Chất lƣợng nƣớc sau xử lý bảo đảm sạch về mặt
chất độc hại và ổn định về hoạt tính sinh học, chất lƣợng cao (cả về mùi, vị và
tính ăn mòn). Hiệu suất xử lý đạt rất cao có thể 90 – 99%, ít sử dụng hóa chất,
chi phí năng lƣợng cho một đơn vị thể tích xử lý thấp so với các phƣơng pháp
khác [1].
Nhƣợc điểm: Phƣơng pháp này đòi hỏi quá trình kiểm soát các điều kiện
nghiêm ngặt để vi sinh vật hoạt động trong điều kiện tốt nhất (cung cấp oxy
và cơ chất hữu cơ cho sinh vật để tạo sinh khối mới).
* Quá trình anamox, sharon/annamox
Nguyên lý của phƣơng pháp là quá trình nitrit hóa một phần amoni
(khoảng 50% tổng amoni), sau đó amoni còn lại là chất trao điện tử, nitrit tạo
thành là chất nhận điện tử, đƣợc chuyển hóa thành khí nitơ nhờ vi sinh vật tự
dƣỡng Planctomycetes.
Ƣu điểm của phƣơng pháp: Quá trình anamox không cần cơ chất hữu cơ
cho phép tiết kiệm trên 60% lƣợng oxy cần cung cấp, đồng thời tạo ra ít bùn.
Nhƣợc điểm: Trong quá trình xử lý, gặp khó khăn trong việc điều khiển
quá trình nitrit hóa chỉ chuyển hóa một nửa lƣợng amoni đƣợc chuyển hóa
thành nitrit [10].
1.3.2. P ương p áp làm t oáng để khử amoni ở m i trường pH cao
Nguyên lý của phƣơng pháp: Làm thoáng để khử amoni là quá trình
chuyển hóa NH4
+
trong nguồn nƣớc thành khí NH3 trong điều kiện kiềm hóa
nâng pH lên trên 10. Phƣơng pháp kiềm hóa sử dụng vôi hoặc xút, rồi làm

24. 16
thoáng thông qua tháp làm thoáng để đuổi khí NH3 hòa tan ra khỏi nƣớc [10].
Sau đó nƣớc cần đƣợc trung hòa để đƣa pH xuống 7,5.
Ƣu điểm phƣơng pháp: Phƣơng pháp dễ thực hiện về thiết bị, hóa chất.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp: Môi trƣờng nƣớc có pH cao cần phải hạ
xuống môi trƣờng trung tính. Chú ý đến nguồn nƣớc có độ cứng cao, phải tiến
hành khử cacbonat. Hiệu quả xử lý của phƣơng pháp này phụ thuộc rất lớn
vào nhiệt độ nƣớc và tỷ lệ giữa lƣu lƣợng không khí làm thoáng và nƣớc.
Lƣợng không khí dùng để làm thoáng rất cao tới 2.000 – 3.700 m3
không khí
cho m3
nƣớc cần xử lý ở nhiệt độ 20o
C [10].
1.3.3. Clo hóa với nồng độ cao ơn điểm đột biến
Nguyên lý của phƣơng pháp: Sử dụng Clo là hóa chất oxy hóa
NH4
+
/NH3 ở nhiệt độ phòng thành N2. Khi hòa tan trong môi trƣờng nƣớc, tùy
theo pH của nƣớc mà clo có thể nằm dạng HClO hay ion ClO-
. Axit
hypoclorit, HOCl, sẽ kết hợp với NH4
+
tạo thành cloramin trong điều kiện
nhiệt độ nƣớc ≥ 200
C, pH ≥7 theo phƣơng trình phản ứng [10]:
OH-
+ NH4
+
→ NH4OH ⇔ NH3 + H2O
NH3 + HOCl → NH2Cl + H2O (monocloramin)
NH2Cl + HOCl → NHCl2 + H2O (dicloramin )
NHCl2 + HOCl → NCl3 + H2O (tricloramin)
Nếu có clo dƣ sẽ xảy ra phản ứng phân hủy cloramin theo phƣơng trình:
HClO + 2NH2Cl = N2 + 3Cl-
+ H2O
Tại điểm oxy hóa hết cloramin, trong nƣớc xuất hiện clo tự do gọi là
điểm đột biến. Lƣợng clo dƣ này có thể đƣợc khử bằng 2 hóa chất khác nhau
đó là natrisunfit (Na2SO3), trionatrisunfit (Na2S2O3). Để xử lý NH4
+
phải dùng
tỷ lệ Cl : N = 7,6 : 1 nhƣng trên thực tế phải dùng tỷ lệ là 8 : 1 hoặc cao hơn
để oxi hoá và giải phóng hết NH3.

25. 17
Ƣu điểm phƣơng pháp: Thời gian xử lý nhanh, đơn giản về mặt thiết bị,
chi phí thấp, thích hợp với nguồn nƣớc có chứa hàm lƣợng amoni cao.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp: Trong trƣờng hợp nguồn nƣớc có chứa
chất hữu cơ, lƣợng clo dƣ sẽ phản ứng với các hợp chất hữu cơ này để hình
thành nhiều phức chất có nhƣ THM - trihalometan và HAA - axit axetic
halogen đều là các chất có khả năng gây ung thƣ và bị hạn chế nồng độ
nghiêm ngặt. Ngoài ra, với lƣợng clo cần dùng rất lớn, vấn đề an toàn trở nên
khó giải quyết đối với các nhà máy lớn. Lƣợng dùng clo rất lớn đặt ra vấn đề
phải đảm bảo an toàn trong nhà máy nên phƣơng pháp này khó áp dụng.
1.3.4. P ương pháp ozon hóa với xúc tác bromua
Để khắc phục nhƣợc điểm của phƣơng pháp clo hoá điểm đột biến, có
thể sử dụng tác nhân ozon với sự có mặt của Br-
. Cơ chế xử lý giống nhƣ
phƣơng pháp dùng clo. Dƣới tác dụng của O3, Br-
bị oxi hoá thành BrO-
.
Phản ứng oxi hoá NH4
+
đƣợc thực hiện bởi ion BrO-
theo phƣơng trình
sau:
NH3 + HBrO → NH2Br + H2O
NH2Br + HBrO → NHBr2 + H2O
NH2Br + NHBr2 → N2 + 3Br-
+ H+
1.3.5. P ương p áp trao đổi ion
Nguyên lý của phƣơng pháp: Khi tiếp xúc với vật liệu trao đổi ion, ion
NH4
+
hòa tan trong nƣớc sẽ trao đổi với ion của vật liệu trao đổi và đƣợc giữ
lại trên bề mặt vật liệu. Hiện nay, vật liệu trao đổi ion dùng để xử lý amoni
phố biến là zeolite. Trong quá trình xử lý, chú ý đến pH của nguồn nƣớc, pH
trong khoảng thích hợp lớn hơn 4 và nhỏ hơn 9. Vì khi pH ≤ 4, hạt lọc cationit
sẽ giữ lại cả ion H+
làm giảm hiệu quả khử ion NH4
+
. Khi pH > 9 một phần
ion NH4
+
chuyển thành NH3 dạng khí hòa tan không có tác dụng với vật liệu
trao đổi ion [10].

26. 18
Ƣu điểm của phƣơng pháp: Phƣơng pháp này xử lý amoni rất triệt để và
có chọn lọc.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp: Chi phí đầu tƣ, chi phí vận hành khá cao
nên ít đƣợc sử dụng cho các công trình lớn, thƣờng sử dụng cho các trƣờng
hợp đòi hỏi chất lƣợng xử lý cao.
1 3 6 P ương p áp ấp phụ
Hấp phụ là quá trình xảy ra trên bề mặt, quá trình hấp phụ gồm hấp phụ
vật lý và hấp phụ hóa học. Có hai kỹ thuật hấp phụ thƣờng đƣợc sử dụng khi
nghiên cứu đó là hấp phụ tĩnh và hấp phụ dộng (hấp phụ dạng cột)
* Hấp phụ tĩn
Kỹ thuật gián đoạn hay còn gọi là kỹ thuật theo mẻ với phƣơng thức
thực hiện nhận đƣợc sản phẩm sau một chu kỳ thời gian trƣớc khi bắt đầu một
chu kỳ mới tiếp theo. Kỹ thuật gián đoạn còn gọi là phƣơng pháp hấp phụ
tĩnh. Kỹ thuật này nhằm đánh giá:
+ Khả năng hấp phụ của một chất hấp phụ (dung lƣợng hấp phụ tĩnh)
cho biết khối lƣợng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lƣợng chất hấp phụ
(mg/g).
+ Tốc độ hấp phụ cho phép định lƣợng qui mô, độ lớn của thiết bị để đạt
tới chất lƣợng của sản phẩm nhƣ mong muốn.
* Kỹ thuật hấp phụ động
Kỹ thuật liên tục hay còn gọi là kỹ thuật dòng với phƣơng thức thực hiện
là dòng chất lỏng chứa chất bị hấp phụ đƣợc liên tục đƣa vào cột hấp phụ và
sản phẩm cũng đƣợc lấy ra liên tục. Kỹ thuật liên tục còn gọi là phƣơng pháp
hấp phụ động.
Một thiết bị chứa chất hấp phụ gọi là cột hấp phụ. Một dòng chất (lỏng
hoặc khí) chứa chất bị hấp phụ đƣợc đƣa liên tục vào cột. Chất bị hấp phụ đƣợc

27. 19
giữ lại trong cột nhờ chất hấp phụ và chỉ xuất hiện ở phía đầu ra khỏi cột khi
chất hấp phụ đã bão hòa dung lƣợng.
Ƣu điểm của phƣơng pháp: Trong những năm gần đây, hấp phụ là công
nghệ đƣợc ƣu chuộng hơn để xử lý amoni trong nƣớc do dễ hoạt động và chi
phí thấp (Yahaya và cs, 2011) [61]; hiệu quả xử lý cao, thời gian xử lý nhanh,
quy trình xử lý đơn giản.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp: Nếu sử dụng vật liệu hấp phụ nhƣ than
hoạt tính thƣơng mại thƣờng có chi phí cao và hiệu quả chƣa thực sự tốt. Để
khắc phục nhƣợc điểm này, việc tận dụng các chất thải từ nông nghiệp để sản
xuất than sinh học xử lý amoni là một lợi thế vì đây là nguồn vật liệu dễ kiếm,
chi phí thấp. Đây là giải pháp hữu hiệu để tận dụng chất thải xử lý chất thải.
1.4. Một số kết quả nghiên cứu hấp phụ amoni trong nguồn nƣớc ô nhiễm
1.4.1. Thế giới
Nhƣ đã đề cập ở phần trên, có rất nhiều phƣơng pháp xử lý amoni trong
nguồn nƣớc ô nhiễm. Trong đó, hƣớng nghiên cứu để loại bỏ amoni bằng các
vật liệu hấp phụ đang đƣợc chú ý (bảng 1.1). Đặc biệt, các nghiên cứu gần
đây quan tâm nhiều đến việc sử dụng các vật liệu hấp phụ từ tự nhiên, phế
phụ phẩm nông nghiệp, là những vật liệu có chi phí thấp đƣợc dùng để sản
xuất than sinh học, than sinh học biến tính với mục đích nâng cao hiệu quả xử
lý và để thay thế các vật liệu thƣơng mại có chi phí cao.
Để đánh giá khả năng hấp phụ amoni của các vật liệu, đặc điểm cấu trúc,
hình thái, diện tích bề mặt, các nhóm chức năng đƣợc nghiên cứu thông qua
kỹ thuật SEM, FTIR, XRD, EDX... Ảnh hƣởng của pH, nồng độ amoni đầu
vào, thời gian hấp phụ,... cũng đƣợc nghiên cứu. Mặt khác, các mô hình động
học và đẳng nhiệt khác nhau phù hợp với dữ liệu thực nghiệm để hiểu rõ hơn
về hiệu quả và khả năng ứng dụng của hệ thống hấp phụ. Dƣới đây là một số
kết quả nghiên của các nhà khoa học trên thế giới về sử dụng than sinh học,
than sinh học biến tính để xử lý amoni trong nguồn nƣớc ô nhiễm.

28. 20
Với mục tiêu nghiên cứu nhằm loại bỏ amoni trong nguồn nƣớc, tác giả
Dabwan và cộng sự (2015) [34] đã chế tạo than sinh học từ vỏ dừa đƣợc thu
thập từ khu vực Kemaman, Terengganu, Malaysia. Trong nghiên cứu này, vỏ
dừa đƣợc các bon hóa ở các nhiệt độ khác nhau (từ 100 – 400o
C). Kết quả cho
thấy, than sinh học vỏ dừa hoạt hóa ở nhiệt độ 300o
C thì hiệu suất xử lý
amoni đạt khoảng 52%.
Tác giả Cui và các cộng sự, 2016 [33] đã nghiên cứu sản xuất than sinh
học từ một số loài thực vật ngập nƣớc khác nhau nhƣ Canna indica,
Pennisetum purpureum Schum, Thalia dealbata, Phragmites australis. Than
sinh học thu đƣợc ở nhiệt độ nhiệt phân 500o
C và sử dụng để hấp phụ amoni.
Có sự khác biệt đáng kể về thành phần nguyên tố, các nhóm chức và diện tích
bề mặt giữa các loại than sinh học từ các loài thực vật khác nhau. Mô hình
đẳng nhiệt Langmuir phù hợp hơn mô hình Freundlich. Dung lƣợng hấp phụ
amoni đạt từ 2,28 đến 13,4 mg/g. Trong đó, than sinh học có nguồn gốc từ
Canna indica có sự hấp phụ lớn nhất là 13,4 mg/g. Sự hấp phụ amoni chủ yếu
đƣợc kiểm soát bằng trao đổi cation, các nhóm chức bề mặt.
Năm 2016, tác giả Hou và các cộng sự [39] đã sử dụng than sinh học chế
tạo từ cây sậy để hấp phụ amoni. Quá trình nhiệt phân tạo than sinh học tại
nhiệt độ 500o
C trong 2h (ký hiệu là AD - 500). Kết quả nghiên cứu cho thấy,
AD - 500 có tiềm năng hấp phụ amoni. Trên bề mặt AD - 500 có chứa các
tinh thể KCl, K2O, CaO, MgO và SiO và có diện tích bề mặt cao giúp tăng
cƣờng khả năng hấp phụ. Nghiên cứu các ảnh hƣởng của các thông số khác
nhau lên độ hấp phụ (ảnh hƣởng của nồng độ ban đầu, thời gian hấp phụ, pH
dung dịch). Dung lƣợng hấp phụ tốt nhất ở giá trị pH dung dịch từ 7 - 9. Động
học hấp phụ tuân theo mô hình bậc 2. Hơn nữa, dữ liệu cân bằng AD - 500 rất
tốt đƣợc mô tả bởi các mô hình Langmuir và Freundlich. Dung lƣợng hấp phụ
amoni tối đa là 14,90 mg/g.

29. 21
Để tăng hiệu quả loại bỏ amoni, than sinh học thƣờng đƣợc biến tính
bằng tác nhân nhƣ HNO3, NaOH, H2O, axit methanesulfonic, LaCl3,…Mục
đích để tăng nhóm chức bề mặt, tăng cƣờng quá trình trao đổi với NH4
+
. Các
nhóm axit thƣờng cho khả năng hấp phụ amoni tốt nhất.
Wang (2015) [59] đã nghiên cứu sử dụng hóa chất LaCl3 trong nhiệt
phân chậm (300 – 600o
C) để sản xuất La - than sinh học từ mùn cƣa của cây
gỗ sồi. Thành phần của mùn cƣa bao gồm cellulozơ, hemicellulozơ, lignin,
tro.Vật liệu chuẩn bị đƣợc sử dụng để hấp phụ amoni. Kết quả nghiên cứu cho
thấy, nhiệt độ nhiệt phân thấp thì khả năng hấp phụ amoni tốt hơn. Theo mô
hình đẳng nhiệt hấp phụ của Langmuir, khả năng hấp phụ tối đa NH4
+
của La
- than sinh học là 10,1 mg/g và đƣợc cải thiện 1,9 lần so với than sinh học ban
đầu. Sự hấp phụ NH4
+
chủ yếu liên quan đến các nhóm chức bề mặt có tính
axit đó là phenol (OH) và cacboxyl (C = O).
Than hoạt tính có ƣu điểm là diện tích bề mặt lớn giúp tăng khả năng hấp
phụ của vật liệu. Zhu và cộng sự (2016) [65] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ
amoni của than hoạt tính đƣợc chế tạo từ hạt bơ sử dụng axit methanesulfonic
là tác nhân biến tính (ký hiệu AAC - MA). Kết quả cho thấy AAC - MA có
khả năng hấp phụ amoni. Nồng độ amoni ban đầu, pH, thời gian ảnh hƣởng
đến khả năng hấp phụ. Khả năng hấp phụ amoni tối đa tại pH = 5. Nồng độ
chất hấp phụ tăng ở giai đoạn hấp phụ ban đầu sau đó giảm và ổn định. Các
dữ liệu cân bằng đƣợc tìm thấy phù hợp nhất với mô hình đẳng nhiệt
Langmuir (R2
= 99,5%), dung lƣợng hấp phụ cực đại là 5,4 mg/g.
Năm 2017, Gierak và cộng sự [35] đã nghiên cứu loại bỏ amoni trong
nƣớc bằng than hoạt tính thƣơng mại AG - 5 (GRYFSKAND) và sau khi oxy
hóa bằng dung dịch H2O2 30%. Gierak thử nghiệm với nồng độ amoni thấp <
1mg/l và thực hiện với thí nghiệm hấp phụ động. Kết quả cho thấy, diện tích
bề mặt (SBET) của AG - 5 ban đầu là 750 - 850 m2
/g. Sau khi nghiền AG - 5
đến kích thƣớc 0,04 - 0,063 mm và rửa bằng dung dịch HCl đậm đặc +

30. 22
metanol thì SBET đã tăng lên 1.351 m2
/g. Trong khi đó SBET của AG - 5 biến
tính là 1.469 m2
/g. Vật liệu hấp phụ AG - 5 có khả năng hấp phụ thấp NH4
+
(qe = 0,0128 mg/g). Khả năng hấp phụ này sau khi biến tính thực tế cũng
không thay đổi và so sánh với các kết quả nghiên cứu của các tác giả khác thì
kết quả này thấp hơn nhiều do tác giả nghiên cứu trong điều kiện nồng độ
amoni thấp và lựa chọn than hoạt tính có diện tích bề mặt thấp.
Năm 2018, Ahmed Khalil [30] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni
của than sinh học rơm rạ biến tính bằng tác nhân NaOH 0,1M (ký hiệu RSII).
Rơm rạ đƣợc thu thập từ thành phố Kafr El Sheikh, Ai Cập và đƣợc chuyển
đến Đại học Kỹ thuật Don State, nƣớc Nga. Tác giả đã nghiên cứu các đặc
điểm hóa lý của than sinh học biến tính. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình
hấp phụ (nồng độ NH4
+
ban đầu, thời gian tiếp xúc của vật liệu hấp phụ, pH
của dung dịch) và nghiên cứu các mô hình động học. Kết quả cho thấy, RSII
đạt hiệu quả loại bỏ 43% NH4
+
, dung lƣợng hấp phụ tối đa là 2,9 mg/g với
nồng độ ban đầu của NH4
+
là 12 mg/l và pH là 7,5. Cân bằng hấp phụ của
NH4
+
đạt đƣợc sau thời gian 90 phút, pH tối ƣu 7 - 8. Dữ liệu động học cho
hấp phụ NH4
+
phù hợp với mô hình Langmuir (R2
= 0,98), mô hình
Freundlich (R2
= 0,99). Nhìn chung, các kết quả này cho thấy rằng than sinh
học thu đƣợc từ rơm rạ (RSII) có thể đƣợc sử dụng hiệu quả để loại bỏ amoni.
Bảng 1 1 Các ng iên cứu về ấp p ụ amoni bằng các vật liệu k ác n au
Chất hấp phụ
Tác nhân
biến tính
Co
(mg/l)
qe (mg/g) Tham khảo
Than sinh học
Thực vật ngập nƣớc
(Canna indica)
5 - 100 13,4
Cui và các cộng sự,
2016 [33]
Thực vật ngập nƣớc
(Pennisetum
purpureum Schum)
5 - 10 7,36

31. 23
Chất hấp phụ
Tác nhân
biến tính
Co
(mg/l)
qe (mg/g) Tham khảo
Thực vật ngập nƣớc
(Thalia dealbata)
5 - 100
4,93
Thực vật ngập nƣớc
(Phragmites
australis)
5 - 100 2,82
Than từ lõi ngô 10 - 150 6,37 Liu, 2014 [44]
Cây sậy khổng lồ 5 - 100 1,41
Hou và các cộng sự,
2016 [39]
Hạt bơ 50 - 450 5,40
Zhu và cộng sự, 2016
[65]
Than xỉ 5 - 100 3,1 Zhang và cộng sự,
2013 [62]Than tổ ong 5 - 100 5,0
Ống nano đa tƣờng 50 - 140 9,31
Moradi và các cộng
sự, 2016 [47]
Mùn cƣa gỗ sồi LaCl3 1 - 1.500 10,1
Wang và cộng sự,
2015 [59]
Vỏ dừa 100 41 - 52%
Dabwan và cộng sự,
2015 [34]
Gỗ sồi, rác thải đô thị
đô thị
1000 146
Takaya và cộng sự,
2016 [54]
Rơm rạ NaOH 3 - 25 2,9
Ahmed Khalil và
cộng sự, 2018 [30]
Than hoạt tính
thƣơng mại
H2O2 < 1 0,0127
Gierak và cộng sự,
2017 [35]

32. 24
1.4.2. Việt Nam
Tại Việt Nam, các nghiên cứu về khả năng hấp phụ amoni trong nƣớc
bởi các vật liệu tự nhiên còn hạn chế. Các nhà nghiên cứu chủ yếu tập trung
vào khả năng loại bỏ amoni bằng việc sử dụng biện pháp vi sinh hoặc thực vật
thủy sinh. Vấn đề xử lý amoni trong nƣớc cấp, đặc biệt ở mức nồng độ cao cỡ
15 - 25 mg/l là một trong những vấn đề còn khá mới mẻ ở nƣớc ta và trên thế
giới. Trƣớc năm 2002 các TCVN đều giới hạn nồng độ amoni ở mức ≤ 3 mg/l
thì từ 2002, với quyết định 1329/2002 QĐ-BYT của Bộ Y tế, giới hạn nồng
độ amoni của Việt Nam đã ở mức của Tổ chức y tế thế giới (WHO) là 1,5
mg/l, trong khi của các nƣớc Châu âu đã là 0,5 mg/l. Điều này đã thúc đẩy
nhiều nghiên cứu đồng thời ở Việt Nam trong lĩnh vực xử lý amoni trong
nƣớc cấp.
Nguyễn Thị Ngọc và cộng sự (2011) [17] đã nghiên cứu khả năng xử lý
amoni trong nƣớc bằng nano MnO2- FeOOH mang trên laterit (đá ong) biến
tính. Bằng cách tạo vật liệu MnO2 mang trên laterit biến tính nhiệt (VL1) và
MnO2 (VL2) có kích thƣớc nano và cho hai vật liệu này hấp phụ amoni, tải
trọng hấp phụ cực đại đối với amoni của VL1 là 2,48 mg/g, của VL2 là 21,4
mg/g. Ngoài ra nghiên cứu khả năng oxi hóa amoni thành N2, NO2
-
và NO3
-
.
Với nồng độ NH4
+
ban đầu là 100 ppm, khi có mặt vật liệu, Mn2+
và sục khí
liên tục thì lƣợng NO3
-
đƣợc tạo ra nhiều nhất 18,87 mg/l sau 24 giờ. Tiến
hành khảo sát khả năng xử lý amoni bằng mô hình động tuy nhiên hiệu suất
xử lý khá thấp.
Nguyễn Thị Huệ và cộng sự (2015) [15] đã nghiên cứu xử lý amoni
trong nƣớc thải bằng quặng pyrolusit tự nhiên. Quặng pyrolusit biến tính bằng
axit và bazơ có khả năng hấp phụ NH4
+
trong môi trƣờng nƣớc cao hơn quặng
chƣa biến tính. Khả năng hấp phụ amoni của vật liệu phụ thuộc vào các yếu tố
nhƣ kích thƣớc vật liệu, nhiệt độ biến tính và nồng độ của axit hoặc bazơ sử
dụng. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của pyrolusit và pyrolusit biến tính là

33. 25
120 phút, tuân theo cả 2 phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich và
Langmuir với hệ số tin cậy đạt từ 0,923 - 0,991. Kết quả khảo sát này cho
thấy vật liệu hấp phụ sau biến tính bằng bazơ có khả năng hấp phụ NH4
+
nhƣng hiệu quả chƣa cao.
Bùi Thị Lan Anh (2016) [2] đã nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ
dừa để xử lý amoni trong nƣớc thải bệnh viện. Qua nghiên cứu cho thấy, tốc
độ lọc thấp 0,5 l/h thì hiệu suất xử lý amoni của than xơ dừa trung bình trong
khoảng 78,79%. Khi tăng tốc độ lƣu lƣợng lên 0,75 l/h thì hiệu suất hấp phụ
amoni giảm xuống trung bình khoảng 30,04%. Tại mức lƣu lƣợng 1,5 l/h hiệu
suất xử lý giảm xuống khá nhiều còn 13,31%. Với lƣu lƣợng thấp thì hiệu
suất tiếp xúc của vật liệu với amoni trong nƣớc thải tƣơng đối cao do thời
gian lƣu nƣớc trong vật liệu lâu, quá trình amoni tiếp xúc với mao quản của
than cacbon hóa cũng lâu hơn và bị giữ lại nhiều hơn.
Phạm Thị Ngọc Lan (2016) [18] đã nghiên cứu sản xuất than hoạt tính
từ phế phẩm nông nghiệp (vỏ lạc, thân cây sắn). Hóa chất biến tính là ZnCl2
2M, hoạt hóa than vỏ lạc ở 450o
C trong 60 phút, than thân cây sắn ở 500o
C
trong 60 phút. Kết quả nghiên cứu cho thấy, than hoạt tính vỏ lạc và thân cây
sắn có diện tích bề mặt lớn đạt 750 m2
/g đối với than vỏ lạc và lên tới 1.215
m2
/g đối với than thân cây sắn. Dung lƣợng hấp phụ cực đại NH4
+
đối với
mẫu than cây sắn tƣơng ứng là 6,9735 mg/g cao hơn mẫu đối chứng than tre
(5,9172 mg/g) và chệnh lệch không đáng kể với mẫu than gáo dừa thƣơng mại
(7,4394 mg/g).
Nguyễn Thị Hà Chi (2017) [12] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni
phức hợp LaFeO3 kích thƣớc nanomet. Vật liệu đƣợc chế tạo bằng phƣơng
pháp đốt cháy gel PVA (đốt gel bằng cồn polyvinyl). Kết quả cho thấy, vật
liệu LaFeO3 kích thƣớc nanomet có khả năng hấp phụ amoni rất tốt. Dung
lƣợng hấp phụ amoni cực đại trong 90 phút đạt giá trị (qmax = 19,88 mg/g) với
hệ số hồi quy r2
= 99,92%. Nghiên cứu cũng khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng

34. 26
đến sự hấp phụ amoni nhƣ pH, ion Fe(III), Mn(II) và nhận thấy các yếu tố này
không ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Đây là hƣớng nghiên
cứu mở ra triển vọng sử dụng vật liệu nano trong xử lý ô nhiễm.
Nhìn chung phần lớn các kết quả nghiên cứu về khả năn ấp phụ amoni
ở trên thế giới và Việt Nam cho thấy:
- Các vật liệu hấp phụ đều có khả năng xử lý NH4
+
. Tuy nhiên, các vật
liệu hấp phụ là than sinh học có khả năng xử lý NH4
+
tốt hơn các vật liệu
khác. Hiện nay, đã có một số công trình nghiên cứu biến tính than sinh học
bằng axit, bazơ để tăng cƣờng nhóm chức trên bề mặt, làm thay đổi đặc tính
hóa lý của than từ đó dễ dàng hấp phụ NH4
+
thông qua cơ chế hấp phụ và trao
đổi ion. Kết quả chỉ ra than sinh học đƣợc biến tính đã cải thiện khả năng hấp
phụ so với than sinh học ban đầu.
- Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu về tận dụng phế phụ phẩm
nông nghiệp để làm vật liệu hấp phụ NH4
+
còn hạn chế và dung lƣợng hấp
phụ chƣa cao. Vì vậy, cần có các nhiều nghiên cứu chế tạo than sinh học đa
dạng từ phế phụ phẩm nông nghiệp và tìm ra giải pháp nâng cao đƣợc khả
năng hấp phụ; Hƣớng tới mục tiêu tạo ra đƣợc than sinh học có giá thành rẻ,
thân thiện môi trƣờng và xử lý ô nhiễm tốt.

35. 27
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng
- Amoni
Dung dịch chứa amoni tự pha từ dung dịch gốc 1,0 g/l NH4
+
- N bằng
cách hòa tan chính xác 3,819 g NH4Cl (độ tinh khiết > 99,5%, sấy khô ở nhiệt
độ 105o
C trong 2 giờ) và pha loãng đến 1000 ml bằng nƣớc cất. Từ đó, điều
chỉnh nồng độ đến các dải nồng độ cần cho thí nghiệm để thực hiện các chế
độ làm việc.
- Vật liệu hấp phụ
Than sinh học từ lõi ngô và than sinh học biến tính. Lõi ngô đƣợc sử dụng để
chế tạo vật liệu hấp phụ. Lõi ngô đƣợc thu gom tại huyện Đà Bắc, tỉnh Hoà
Bình. Độ ẩm và hàm lƣợng tro trung bình của lõi ngô lần lƣợt là 15,71% và
8,81%.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1 P ương p áp chế tạo than sinh học từ lõi ngô và biến tính than sinh
học
P ươn p áp c ế tạo than sinh học từ lõi ngô
Than sinh học từ lõi ngô (BBC) đƣợc chế tạo từ quá trình nhiệt phân lõi
ngô trong điều kiện yếm khí theo các bƣớc sau:
- Bƣớc 1: Lõi ngô đƣợc rửa bằng nƣớc máy ba lần và sấy khô trong tủ
sấy ở 100o
C trong 24h để loại bỏ hoàn toàn độ ẩm.
- Bƣớc 2: Nghiền nhỏ lõi ngô, dùng rây để thu đƣợc lõi ngô có kích
thƣớc 0,5 mm - 2 mm.
- Bƣớc 3: Nhồi chặt vào cốc sứ có nắp đậy.

36. 28
- Bƣớc 4: Nhiệt phân chậm lõi ngô ở 400o
C trong 1h trong lò với tốc
độc gia nhiệt 15°C/phút (Nabertherm, model L3/1/B170, Đức).
b P ươn p áp c ế tạo t n s n ọc b ến tín (MBBC)
Nhằm nâng cao khả năng hấp phụ amoni trong môi trƣờng nƣớc của than
sinh học, đề tài có sử dụng HNO3 để biến tính bề mặt than, đây là tác nhân
oxy hóa nhằm tạo ra các nhóm chức axit hấp phụ amoni trên bề mặt than chế
tạo đƣợc. Sau đó xử lý bằng NaOH là bƣớc tiếp theo để tăng khả năng hấp
phụ của than.
Than sinh học từ lõi ngô đƣợc sử dụng để tiến hành thực hiện khảo sát
các thí nghiệm biến tính với các nồng độ HNO3, NaOH khác nhau, các tỷ lệ
ngâm tẩm về thể tích/khối lƣợng của HNO3, NaOH và BCC khác nhau nhằm
tìm ra điều kiện biến tính tối ƣu (hình 2.1)
Hình 2.1. Sơ đồ tóm tắt các điều kiện t ử ng iệm để tối ưu óa biến tín
than sin ọc từ lõi ng
MBCC1
MBCC2

37. 29
Các thí nghiệm tiếp theo với điều kiện tối ƣu biến tính than sinh học từ
lõi ngô nhƣ sau: BCC sẽ đƣợc ngâm trong HNO3 6M với tỷ lệ BBC/HNO3 là
1:5 (trọng lƣợng/thể tích) và lắc ở tốc độ 120 vòng/phút trong 8 giờ. Sau đó,
mẫu đƣợc lọc bằng nƣớc cất 2 lần cho đến môi trƣờng trung tính và đƣợc sấy
ở 105°C trong 24h thu đƣợc than biến tính 1 (MBCC1). Để cải thiện khả năng
hấp phụ của than, MBCC1 tiếp tục đƣợc biến tính bằng dịch NaOH 0,3M với
tỷ lệ ngâm là 20:1 (thể tích/trọng lƣợng) của NaOH và MBCC1 trong vòng
24h ở nhiệt độ phòng (25o
C ± 1) và cũng đƣợc lọc bằng nƣớc cất 2 lần cho
đến môi trƣờng trung tính. Cuối cùng, các mẫu đƣợc sấy khô ở 105°C trong
24h và thu đƣợc than sinh học biến tính (MBCC2). MBCC2 đƣợc sử dụng
cho các thí nghiệm hấp phụ amoni (gọi chung là than sinh học biến tính -
MBCC).
2.2.2 P ương p áp t ực nghiệm
a. Thí nghiệm hấp phụ tĩn
Thí nghiệm hấp phụ tĩnh đƣợc thực hiện để xác định các điều kiện tối ƣu
về tỷ lệ biến tính than sinh học và giá trị pH tối ƣu cho thí nghiệm hấp phụ
động.
Để xác định pH tối ƣu, thí nghiệm đƣợc tiến hành với bình tam giác và
lắc trên máy lắc với tốc độ quay 120 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng (25 ± 1o
C).
Khối lƣợng khoảng 0,5g MBCC2 cho vào bình tam giác chứa 250 ml dung
dịch amoni (nồng độ ban đầu Co = 10 mg/l, 20 mg/l). Giá trị pH thay đổi từ 2
-11. Sau khi hấp phụ, các mẫu đƣợc lọc và xác định nồng độ amoni dƣ trong
dung dịch bằng phƣơng pháp so màu UV-VIS (model: UV-752, USA) tại λ=
640 nm.
Để xác định điều kiện tối ƣu về tỷ lệ biến tính than sinh học, thí nghiệm
đƣợc tiến hành với nồng độ HNO3 dùng biến tính là 2M, 4M, 6M và 8M. Các
tỷ lệ biến tính về khối lƣợng BCC/thể tích HNO3 thay đổi là 1:1; 1:3; 1:5; 1:7
và sự thay đổi nồng độ NaOH là 0,1 M; 0,3M và 0,5M.

38. 30
a. Thí nghiệm hấp phụ động
* Sơ đồ mô hình thí nghiệm
Hình 2.2. Mô hình mô phỏng hệ thí nghiệm cột hấp phụ amoni
Để đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni trong dung dịch bằng mô hình
động, một cột hấp phụ (hình 2.2) đƣợc thiết kế bằng thủy tinh có đƣờng kính
trong 1,5 cm và chiều cao 50 cm. Vật liệu hấp phụ MBCC đƣợc nhồi vào cột
và sử dụng một dây bằng thép không gỉ và một lớp cát 1 cm ở phía đáy cột để
tránh mất chất hấp phụ. Bơm định lƣợng (0 - 60 ml/phút) đƣợc sử dụng để
bơm dung dịch amoni chạy qua cột hấp phụ theo chiều từ trên xuống thông
quan van điều chỉnh tốc độ. Mẫu đầu ra đƣợc lấy đều đặn (mỗi giờ) để xác
định nồng độ amoni thải ra. Hoạt động của cột cố định đƣợc dừng lại khi
nồng độ amoni đầu ra tƣơng đƣơng nồng độ amoni ban đầu. Cột cố định sau
đó đƣợc rửa sạch bằng cách chuyển 100 ml nƣớc cất với tốc độ tƣơng tự nhƣ
đƣợc sử dụng trong các thí nghiệm hấp phụ của amoni bằng MBBC ở trên.
Đây là hệ hấp phụ liên tục.
* Các c ế độ t í n ệm cụ t ể
1. Ảnh hƣởng của nồng độ amoni đầu vào:
Cố định chiều cao cột MBCC là 80 mm, tốc độ bơm dung dịch: 3
ml/phút
Van 3 chiều
Cộthấpphụ
Lớpvậtliệuhấpphụ
Bơm
Dung dịch
amoni
Nƣớc cất Dung dịch
sau hấp phụ

39. 31
Các thí nghiệm đánh giá các dải nồng độ đầu vào amoni: 10, 20, 40
mg/l
2. Ảnh hƣởng của tốc độ bơm:
Cố định chiều cao cột MBCC là 80 mm, nồng độ amoni đầu vào: 10
mg/l
Đánh giá ảnh hƣởng của tốc độ bơm : 1, 3, 6, 9 ml/phút.
3. Ảnh hƣởng của chiều cao cột MBCC:
Cố định nồng độ amoni ban đầu 10 mg/l, tốc độ bơm: 3 ml/phút
Đánh giá ảnh hƣởng của chiều cao cột MBCC : 80, 160, 240 mm.
Lấy mẫu: các thí nghiệm 1, 2, 3 đƣợc lấy mẫu với tần suất 60 phút/lần cho đến
khi phân tích nồng độ đầu ra bằng đầu vào (nồng độ sau hấp phụ bão hòa) thì dừng
thí nghiệm.
* Mô tả các bước thí nghiệm
Thí nghiệm ảnh hƣởng của nồng độ amoni đầu vào:
- Mục tiêu thí nghiệm: Đánh giá ảnh hƣởng của nồng độ amoni đầu vào
đến hiệu quả xử lý amoni trong nƣớc bằng MBCC. Thí nghiệm đƣợc thực
hiện ở nồng độ amoni 10, 20, 40 mg/l, chiều cao cột MBCC: 80 mm, tốc độ
bơm: 3 ml/phút.
- Các bƣớc thực nghiệm:
1. Cân 2,0 g than sinh học biến tính để nhồi vào cột, ứng với 80 mm
chiều cao cột.
2. Xác định nồng độ amoni trƣớc khi tiến hành. Pha hóa chất đúng
nồng độ với thể tích đã xác định.
3. Lắp hệ thống cột, điều chỉnh vận tốc 3ml/phút. Bắt đầu cho chạy cột
và lấy mẫu sau hấp phụ để phân tích và đánh giá hiệu quả.

40. 32
- Điều kiện thí nghiệm:
+ Mỗi 1 chế độ thí nghiệm ở nồng độ amoni khác nhau.
+ Nhiệt độ: Thí nghiệm đƣợc thực hiện ở nhiệt độ phòng (20 ± 1o
C).
+ Thời gian phân tích mẫu: ngay sau khi thí nghiệm hàng ngày.
Thí nghiệm ảnh hƣởng của tốc độ bơm
- Mục tiêu thí nghiệm: Đánh giá ảnh hƣởng của tốc độ bơm đến hiệu quả
xử lý amoni trong dung dịch bằng MBCC. Thí nghiệm đƣợc thực hiện ở tốc
độ 1, 3, 6, 9 ml/phút, chiều cao cột MBCC là 80 mm, nồng độ dung dịch
amoni: 10 mg/l.
- Các bƣớc thực nghiệm:
Bƣớc 1 và 2 đƣợc thực hiện nhƣ thí nghiệm ảnh hƣởng của nồng độ
amoni đầu vào.
Bƣớc 3. Lắp hệ thống cột, điều chỉnh vận tốc 1 ml/phút. Bắt đầu cho chạy
cột, cứ 60 phút lấy mẫu một lần cho đến bão hòa và chuyển chế độ 3 ml/phút, 6
ml/phút, 9 ml/phút.
- Điều kiện thí nghiệm:
+ Mỗi 1 chế độ là một vận tốc khác nhau.
+ Nhiệt độ: Thí nghiệm đƣợc thực hiện ở nhiệt độ phòng (20 ± 1o
C).
+ Thời gian phân tích mẫu: ngay sau khi thí nghiệm hàng ngày.
Thí nghiệm ảnh hƣởng của chiều cao lớp vật liệu hấp phụ (MBCC)
- Mục tiêu thí nghiệm: Đánh giá ảnh hƣởng của chiều cao lớp vật liệu
hấp phụ đến hiệu quả xử lý amoni trong nƣớc bằng MBCC. Thí nghiệm đƣợc
thực hiện ở chiều cao cột vật liệu hấp phụ là 80 mm, 160 mm và 240 mm,;
nồng độ amoni: 10 mg/l, vận tốc 3 ml/phút.
- Các bƣớc thực nghiệm:

41. 33
1. Cân 2,0 g than sinh học để nhồi vào cột, ứng với 80 mm chiều cao cột.
2. Xác định nồng độ amoni trƣớc khi tiến hành. Pha hóa chất đúng nồng
độ với thể tích đã xác định.
3. Lắp hệ thống cột, điều chỉnh vận tốc 3 ml/phút. Bắt đầu cho chạy cột,
cứ 60 phút lấy mẫu một lần cho đến khi bão hòa và chuyển chế độ với chiều
cao cột 160 mm, 240 mm.
- Điều kiện thí nghiệm:
+ Mỗi 1 chế độ là một chiều cao lớp vật liệu khác nhau.
+ Nhiệt độ: Thí nghiệm đƣợc thực hiện ở nhiệt độ phòng (20 ± 1o
C).
+ Thời gian phân tích mẫu: ngay sau khi thí nghiệm xong hàng ngày.
c. Thí nghiệm hoàn nguyên vật liệu hấp phụ (MBCC)
Các nghiên cứu trƣớc đây cho thấy việc sử dụng dung dịch NaOH hoặc
NaCl hoặc hỗn hợp NaOH + NaCl để thu hồi vật liệu tƣơng đối hiệu quả [30,
34, 43]. Trong nghiên cứu này, MBCC bão hòa đƣợc hoàn nguyên bằng dung
dịch NaCl (0,171M) và hỗn hợp NaCl (0,171M) + NaOH (0,05M) với tỷ lệ
NaCl/NaOH là 5:1 (trọng lƣợng/trọng lƣợng) vì khi sử dụng hỗn hợp này sẽ
cung cấp các ion Na+
gắn vào bề mặt MBCC và tại pH cao (pH > 9) thì NH4
+
sẽ chuyển thành NH3 bay hơi. MBCC hoàn nguyên đƣợc sử dụng đế tái hấp
phụ amoni với chế độ hấp phụ tĩnh 0,5 g MBCC/250 ml dung dịch amoni có
nồng độ 20 mg/l NH4
+
- N trong 60 phút. Chu kỳ hấp phụ đầu tiên, MBCC
đƣợc thu hồi bằng việc sử dụng 250 ml NaCl 0,171 M để giải phóng amoni
trong 120 phút. Sau đó, MBCC đƣợc rửa sạch bằng nƣớc cất để loại bỏ tất cả
NaCl còn dƣ và đƣợc sấy khô liên tục ở 105o
C trong 2 giờ trƣớc khi thực hiện
hấp phụ lần 2 của MBCC với amoni. Lặp lại quá trình tƣơng tự cho lần hấp
phụ lần thứ ba. Quy trình hoàn nguyên MBCC bằng cách sử dụng hỗn hợp
NaCl + NaOH đƣợc thực hiện với các bƣớc nhƣ mô tả ở trên với 250 ml hỗn
hợp NaCl và NaOH thay cho NaCl.

42. 34
2 2 3 P ương p áp đán giá các đặc tính hóa học của vật liệu
- Các đặc tính kết cấu (diện tích bề mặt và độ xốp) của mẫu đƣợc xác
định bằng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 tại 77 K (ASAP-200,
Micromeritics).
- Diện tích bề mặt cụ thể đƣợc tính toán từ phƣơng trình đẳng nhiệt
Brunauer-Emmett-Teller (BET).
- Ảnh SEM đƣợc ghi lại bằng kính hiển vi điện tử quét S - 4800 (FE-
SEM, Hitachi).
- Các nhóm chức năng bề mặt trên mẫu đƣợc nghiên cứu sử dụng máy
quang phổ biến đổi hồng ngoại (FTIR, NEXUS 670, Nicolet, USA).
2.2.4 P ương p áp tín toán lượng t an sin ọc sản xuất từ lõi ng
- Tỷ lệ nguyên liệu và thành phẩm: Đối với nguyên liệu dạng thân thảo
(rơm, lõi ngô, vỏ trấu,..) tỷ lệ sẽ là 3:1 (tức là 3 kg nguyên liệu thu đƣợc 1 kg
than sinh học), vậy lƣợng than sinh học đƣợc tạo thành sẽ đƣợc tính theo công
thức:
Lƣợng than sinh học (kg) = Lƣợng lõi ngô khô (tấn)*300 [24]
- Xác định hiệu suất tạo than sinh học theo công thức:
H (%) = (mb/mo) * 100 [26]
Trong đó: Khối lƣợng nguyên liệu và than sinh học đƣợc xác định bằng
phƣơng pháp cân trọng lƣợng. Trong đó mo, mb (kg): Khối lƣợng lõi ngô
trƣớc khi nhiệt phân và than sinh học lõi ngô.
2.2.5 P ương p áp phân tích amoni
Hàm lƣợng amoni đƣợc xác định thông qua phƣơng pháp so mầu bằng
thuốc thử nessler trên máy so màu UV-VIS (model: UV-752, USA) tại λ=
640nm.

43. 35
2.2.6 P ương p áp tín toán kết quả và xử lý số liệu
Dựa trên các số liệu thu thập đƣợc từ thực nghiệm sẽ đƣợc xử lý thống
kê bằng phần mềm Microsoft Excell tính toán cụ thể để đƣa ra kết luận chính
xác, hợp lý.
a. Tín toán dun lượng hấp phụ tĩn
- Lƣợng amoni hấp phụ tại cân bằng (qe, mg/g) đƣợc tính theo công
thức[60]:
 
W
VCC
q eo
e


- Lƣợng amoni hấp phụ tại thời điểm t đƣợc tính theo công thức [60]:
 
W
VCC
q to
t


Trong đó Co (mg/l), Ct (mg/l), Ce (mg/l) lần lƣợt là nồng độ amoni ban
đầu nồng độ ở thời điểm t và nồng đọ amoni ở thời điểm cân bằng; V (l) là thể
tích làm việc của dung dịch amoni; W (g) là khối lƣợng khô của chất hấp phụ
đã sử dụng cho thí nghiệm hấp phụ.
b Tín toán dun lượng hấp phụ động:
- Dung lƣợng hấp phụ của cột: qtotal (mg), Cad (Cad = Co - C) (mg/l) tƣơng
ứng thời gian hấp phụ (t, phút) đƣợc tính theo công thức dƣới đây (Yahaya và
cộng sự 2011] [61].
dtC
QQA
q
totaltt
t
adtotal 



0
10001000
Trong đó:
+ Cad = Co – C, mg/l
+ ttotal: Tổng thời gian chất hấp phụ qua lớp vật liệu hấp phụ (phút)
+ Q: Tốc độ bơm (ml/phút)

44. 36
+ A: Vùng hấp phụ (phần diện tích phía dƣới đƣờng cong thoát)
- Dung lƣợng hấp phụ bão hòa (qeq(exp)) đƣợc tính theo công thức
(Yahaya, et al 2011) [61].
m
q
q total
eq (exp)
Trong đó, m tổng khối lƣợng khô của lớp hấp phụ (g).
c Tín độ dài tầng chuyển khối
- Độ dài tầng chuyển khối (L) đƣợc tính theo công thức sau:
L = H x
- Hiệu suất sử dụng cột đƣợc tính theo công thức sau:
η = x 100
Trong đó:
+ tb: Thời gian tại Ce = 2%x Co (phút)
+ ts: Thời gian tại Ce = 90% x Co (phút)
+ L: Độ dài tầng chuyển khối (cm)
+ η: Hiệu suất sử dụng cột hấp phụ (%)
d. Các mô hình sử dụn tron quá trìn đán á kết quả:
Mô hình Thomas:
Mô hình Thomas dựa trên giả thiết cho rằng quá trình hấp phụ tuân theo
mô hình động học bậc hai và mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, đồng
thời Thomas cũng bỏ qua quá trình chuyển khối bên trong và bên ngoài của
chất hấp phụ. Do đó tốc độ quá trình khuếch tán đƣợc quyết định bởi phản
ứng trên bề mặt giữa chất bị hấp phụ và dung lƣợng chƣa bị sử dụng của chất
hấp phụ [23]. Phƣơng trình có dạng nhƣ sau:

45. 37
Phƣơng trình có dạng tuyến tính:
ln( - 1) = - V
Hoặc: ln( - 1) = -
(với t =
Trong đó:
+ Co, Ce: Nồng độ đầu vào và đầu ra của dung dịch hấp phụ (mg/l)
+ qo: Dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg/g)
+ M: Khối lƣợng chất hấp phụ (g)
+ Q: Tốc độ dòng chảy (ml/phút)
+ V: lƣợng thể tích chảy qua cột hấp phụ (ml)
+ KT: Hằng số tốc độ Thomas (ml/phút/mg).
Mô hình Yoon – Nelson:
Mô hình này dựa trên giả thiết cho rằng độ giảm tốc độ của quá trình hấp
phụ tỉ lệ với tỉ số giữa nồng độ sau khi hấp phụ và nồng độ ban đầu của chất
bị hấp phụ [23]. Phƣơng trình Yoon-Nelson có dạng:
Dạng tuyến tính:
ln = KYNt - τKYN
Tron đó:

46. 38
+ Co, Ce: Nồng độ đầu vào và đầu ra của dung dịch hấp phụ (mg/l)
+ KYN: Hệ số tốc độ (phút-1
)
+ τ: Thời gian để hấp phụ 50% chất bị hấp phụ (phút)
+ t: Thời gian (phút)
Mô hình Bohart – Adam:
Mô hình Bohart – Adam đƣợc xây dựng dựa trên giả thiết tốc độ hấp phụ
tỉ lệ với nồng độ thoát của chất bị hấp phụ và dung lƣợng hấp phụ còn lại của
chất hấp phụ. Phƣơng trình có dạng:
= -
= -
Tron đó:
+ qr: Dung lƣợng hấp phụ còn lại của chất hấp phụ (mg/g).
+ KB: Hệ số động học trong phƣơng trình Bohart – Adam (l/mg.phút).
+ Q: Tốc độ dòng chảy (ml/phút)
+ C: Nồng độ chất bị hấp phụ (mg/l)
+ z: Biên độ dải nồng độ (cm)

47. 39
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đánh giá nguồn nguyên liệu hấp phụ amoni từ than sinh học
Các chất hữu cơ thải ra trong quá trình trồng trọt và chế biến nông sản
nhƣ vỏ trấu, vỏ cà phê, vỏ dừa, mụn dừa, vỏ đậu phộng, bã mía, vỏ hạt điều,
lá cao su đến rác thải hữu cơ đô thị và các loại rác hữu cơ khác có thể đƣợc sử
dụng để sản xuất than sinh học. Việt Nam là nƣớc đứng thứ 3 trong khu vực
Đông Nam Á, giàu tiềm năng sinh khối từ nông nghiệp [22] (bảng 3.1) gồm
có các nguồn sinh khối từ các sản phẩm của lúa, ngô, mía, sắn, cà phê,…Theo
số liệu năm 2011, mỗi năm Việt Nam sản xuất khoảng 42 triệu tấn lúa, 4,6
triệu tấn ngô, 10 triệu tấn sắn, 1,1 triệu tấn cà phê,… Bình quân mỗi năm
chúng ta có thể khai thác đƣợc khoảng 50 triệu tấn phế phụ phẩm từ những
cây trồng chủ lực này. Nhƣ vậy có thể thấy rằng nguồn sinh khối từ cây ngô
rất dồi dào và chỉ đứng sau sản xuất lúa và sắn [27].
Bảng 3.1. Tiềm năng sin k ối từ phế phụ phẩm nông nghiệp của Việt Nam
Nguồn
Số lƣợng
(103
tấn)
Phế phẩm nông
nghiệp
Tổng chất thải
(103
tấn)
Lúa 42.324 Trấu, rơm rạ 135.438
Ngô 4.646 Lõi ngô, thân 10.687
Mía 17.500 Bã mía, lá 5.775
Sắn 9.875 Thân, vỏ, gốc 17.775
Cà phê 1.168 Vỏ hạt cà phê 5.255
Lợn, trâu, bò
Khoảng 35 triệu
con
Chất độn chuồng,
xác vật nuôi
145.000
Nguồn: [11]

48. 40
Trên thế giới, ngô là cây lƣơng thực quan trọng. Diện tích trồng ngô chỉ
đứng thứ 3 sau lúa mì và lúa nƣớc. Dự báo từ năm 2011 đến năm 2050, nhu
cầu về ngô ở các nƣớc đang phát triển sẽ tăng gấp đôi, đến năm 2025 ngô sẽ
trở thành cây trồng có nhu cầu sản xuất lớn nhất trên toàn cầu và ở các nƣớc
đang phát triển [56].
Hình 3.1. Dự báo tình hình sản xuất ngô trên thế giới đến năm 2013 [13]
Trong số tất cả các quốc gia trồng ngô, Mỹ luôn chiếm vị trí đầu về diện
tích và sản lƣợng ngô (> 9,6 tấn/ ha), gần nhƣ gấp đôi so với trung bình thế
giới (5,2 tấn /ha). Ở châu Á, diện tích trồng ngô của Trung Quốc lớn thứ hai
trên thế giới và năng suất ngô trung bình cao hơn trung bình của toàn cầu.
Gần 90% sự gia tăng hàng năm về sản xuất ngô sẽ diễn ra ở các nƣớc đang
phát triển. Ở Việt Nam, giai đoạn 1975 – 2013 cả diện tích và sản lƣợng ngô
đều tăng lên đáng kể (hình 3.2) [13]

49. 41
Hình 3.2. Sản xuất ngô ở Việt Nam từ 1975 - 2013
Lõi ngô có chứa khoảng 45,9% xenluloza, 39,4% hemixenluloza, 11,3%,
lignin [28]. Nhƣ vậy có thể thấy với thành phần chủ yếu của lõi ngô là các
dạng cellulose (khoảng 80%) rất khó bị phân hủy bởi vi sinh vật. Tuy nhiên,
đây lại là nguồn nguyên liệu hiện nay đang đƣợc quan tâm trong các ứng
dụng chế tạo vật liệu hấp phụ xử xử lý nƣớc thải, nƣớc sinh hoạt hoặc xử lý ô
nhiễm không khí,…
3.2. Đặc điểm của than sinh học từ lõi ngô và than sinh học biến tính
Than sinh học là vật liệu gồm chủ yếu là nguyên tố carbon ở dạng vô
định hình, có tính năng, tác dụng rất đa dạng và đặc biệt, có kết cấu nhiều lỗ
xốp, diện tích bề mặt lớn. Phƣơng pháp phân tích các đặc tính hóa học của vật
liệu hấp phụ đƣợc trình bày mục 2.2.3. Một số đặc tính hóa học của than sinh
học lõi ngô và than sinh học lõi ngô biến tính (BCC, MBCC1 và MBCC2)
đƣợc thể hiện ở bảng 3.2.

50. 42
Bảng 3.2 Đặc tín óa ọc của t an sin ọc từ lõi ng
Thông số Đơn vị BCC MBCC1 MBCC2
Điểm đẳng điện - 5,3±0,213 6,9±0,388 4,6±0,179
Nhóm
Cacboxylic
mmol/g 0,6194±0,0031 1,3682±0,046 0,8715±0,049
Nhóm Lactonic mmol/g 1,479±0,026 2,745±0,135 1,864±0,102
Nhóm axit mmol/g 2,584±0,091 4,298±0,280 3,466±0,192
G c ú: BCC: T n s n ọc từ lõ n , MBCC : T n s n ọc lõ n b ến tín HNO3,
BMCC : T n s n ọc lõ n b ến tín bằn HNO3 và NaOH.
Kết quả cho thấy số lƣợng nhóm chức cacboxylic và lactonic trong
MBCC1 tăng xấp xỉ gấp đôi so với BCC. Các nhóm chức có tính axit khác
trong MBCC1 đã tăng đáng kể so với BCC. Điểm đăng điện (pHpzc) của vật
liệu tăng từ 5,3 ở BCC lên 6,9 đối với MBCC1. Tƣơng tự, MBCC2 cũng chứa
nhiều nhóm cacboxylic, lactonic và axit hơn BCC. Tuy nhiên, MBCC2 lại ít
nhóm chức hơn so với MBCC1. Sự khác biệt này gây ra do pHpzc giảm từ 5,3
của BCC xuống 4,6 của MBCC2. Khi MBCC1 đƣợc biến tính với NaOH thì
các nhóm chức axit trên bề mặt của MBCC1 phản ứng với NaOH để tạo thành
các muối RCOONa. Các RCOONa trên bề mặt của than sinh học biến tính.
Các muối này đã tăng sự phân ly của than sinh học biến tính trong nƣớc và do
đó tăng khả năng trao đổi amoni [36].
Các nhóm chức trên bề mặt của BBC, MBCC1 và MBCC2 đƣợc thể
hiện hình 3.3 thông qua kết quả phân tích FTIR. Các bƣớc sóng phổ hấp thụ
dao động từ 400 đến 4.000 cm-1
. Có thể thấy các nhóm hấp phụ O-H và C=C
của BCC tồn tại ở các đỉnh bƣớc sóng 3.433 cm-1
và 1.620 cm-1
tƣơng ứng.
Tƣơng tự, các nhóm O-H và C=C cũng xuất hiện trong MBCC1 và MBCC2 ở
đỉnh bƣớc sóng 3.430 cm-1
và 1.622 – 1.624 cm-1
tƣơng ứng. Ngoài ra, quá

51. 43
trình biến tính của than sinh học cũng tạo ra nhóm C=O tại các các đỉnh 1.702
– 1.707 cm-1
trong MBCC1 và MBCC2. Tuy nhiên, cƣờng độ hấp thụ của
nhóm O - H trong MBCC1 và MBCC2 cao hơn so với BCC. Cƣờng độ hấp
thụ của các nhóm O-H và C=O của MBCC2 thấp hơn so với MBCC1. Điều
này có thể do phản ứng giữa nhóm O-H trong axit cacboxylic và NaOH.
Kết quả phân tích diện tích bề mặt (BET) cũng chỉ ra rằng cấu trúc của
MBCC có sự gia tăng khối lƣợng lỗ rỗng trung bình từ 0,39 m3
/g (BCC) lên
0,61 m3
/g. Ngƣợc lại, diện tích bề mặt SBET giảm đáng kể từ 0,959 m2
/g
(BCC) xuống 0,051 m2
/g (MBCC). Kết quả này cũng phù hợp với ảnh SEM
thu đƣợc (hình 3.4 a và 3.4b) với hình thái bề mặt của BCC có nhiều lỗ rỗng
kích thƣớc nhỏ, trong khi MBCC2 có nhiều kích thƣớc lỗ rỗng lớn hơn. Sở dĩ
nhƣ vậy vì sự biến đổi hóa học do tác động của dung dịch NaOH có thể làm
gia tăng thể tích lỗ rỗng và làm giảm diện tích bề mặt của MBCC2.
Hình 3.3. P n tíc p ổ ấp t ụ FTIR của BCC (đường mà đỏ), MBCC1
(đường màu xan ) và MBCC2 (đường màu tím)

52. 44
a b
Hình 3.4 Ản SEM của: a) BCC; b) MBCC2
3.3. Kết quả hấp phụ tĩnh
Các thí nghiệm nhằm tìm tỉ lệ biến tính thích hợp về pH của dung dịch
amoni, tỉ lệ biến tính (ngâm tẩm) để sử dụng cho các quá trình tiếp theo.
MBCC1 đƣợc tạo ra bằng cách ngâm BCC với nồng độ HNO3 dùng biến tính
là 2M, 4M, 6M và 8M. Các tỷ lệ biến tính về khối lƣợng BCC/thể tích HNO3
thay đổi là 1:1; 1:3; 1:5; 1:7 và sự thay đổi nồng độ NaOH là 0,1 M, 0,3M và
0,5M (nhƣ mô tả ở mục 2.2.1b, chƣơng 2)
3.3.1. Ản ưởng của tỉ lệ biến tính than sinh học đến hiệu quả hấp phụ
amoni
a. Ản ưởng của nồn độ HNO3 trong biến tính than sinh học lõi ngô đến
khả năn ấp phụ amoni
Thí nghiệm đƣợc thực hiện để chọn nồng độ HNO3 biến tính phù hợp với
hấp phụ amoni. MBCC1 đƣợc tạo ra bằng cách ngâm BCC và HNO3 với các
nồng độ khác nhau lần lƣợt là 2M, 4M, 6M và 8M với tỷ lệ ngâm tẩm
BCC/HNO3 là 1:5 (khối lƣợng/thể tích). Dung lƣợng hấp phụ amoni (mg/g)
đƣợc thể hiện ở bảng 3.3.

53. 45
Bảng 3.3. Ản ưởng của nồng độ HNO3 đến khả năng ấp phụ amoni
của MBCC1
Co
(mg/l)
Dung lƣợng hấp phụ (mg/g)
MBCC1 (2M) MBCC1 (4M) MBCC1 (6M) MBCC1 (8M)
20 2,28±0,032 3,52±0,166 7,67±0,0528 7,07±0,275
40 3,48±0,229 5,58±0,469 12,05±1,026 11,90±1,069
60 8,70±0,389 11,67±0,822 13,64±1,405 11,94±0,528
Ghi chú: Co: Nồn độ mon b n đầu; MBCC1: T n s n ọc b ến tín vớ sự t đổ
nồn độ HNO3
Từ bảng 3.3 cho thấy khả năng hấp phụ của MBCC1 đƣợc cải thiện bằng
việc sử dụng HNO3 để biến tính và nồng độ HNO3 có ảnh hƣởng mạnh đến
MBCC1. Nồng độ HNO3 2M và 4M không đủ để tạo ra các nhóm chức bề
mặt hoạt động cao. Tại Co = 60 mg/l, lƣợng NH4
+
cao nhất mà MBCC1 hấp
phụ chỉ đạt 11,67 mg/g. Lƣợng NH4
+
hấp phụ bởi MBCC1 đạt giá trị cao nhất
là 13,64 mg/g trong trƣờng hợp than sinh học lõi ngô đƣợc biến tính bằng
HNO3 6M. Sự cải thiện này có thể đƣợc giải thích bằng tăng các nhóm chức
hoạt động. Chúng bao gồm các nhóm cacboxylic, lactonic và axit để hấp thụ
NH4
+
- N. Ngƣợc lại, việc tăng nồng độ HNO3 từ 6M lên 8M không cải thiện
khả năng hấp phụ của MBCC1. Sự gia tăng này thậm chí còn dẫn đến suy
giảm khả năng hấp phụ ở tất cả các nồng độ amoni ban đầu. Hiện tƣợng này
có thể đƣợc giải thích nhƣ sau: Khi nồng độ HNO3 quá cao, quá trình oxy hóa
đủ mạnh để phá vỡ một phần cấu trúc của than sinh học lõi ngô và làm giảm
hiệu quả hấp phụ. Do đó, nồng độ biến tính HNO3 6M đƣợc chọn trong các
thí nghiệm tiếp theo.

54. 46
b. Ản ưởn củ tỷ lệ b ến tín giữ BCC và HNO3
Các thí nghiệm đƣợc thực hiện nhằm tìm ra tỷ lệ biến tính tối ƣu của
BCC và HNO3 với các tỷ lệ ngâm tẩm lần lƣợt là 1:1; 1:3; 1:5 và 1:7 (khối
lƣợng/thể tích). Khả năng hấp phụ của MBCC1 đƣợc trình bày trong bảng 3.4
Bảng 3 4 Ản ưởng của tỷ lệ ng m tẩm giữa BCC và HNO3
Co
(mg/l)
Dung lƣợng hấp phụ (mg/g)
MBCC1 (1:1) MBCC1 (1:3) MBCC1 (1:5) MBCC1 (1:7)
20 2,33±0,066 2,41±0,093 3,04±0,189 2,98±0,075
40 4,92±0,212 5,01±0,346 7,67±0,154 6,00±0,137
60 7,61±0,297 7,74±0,251 12,05±0,774 12,02±0,026
Ghi chú: Co: Nồn độ mon b n đầu; MBCC1: T n s n ọc b ến tín vớ các tỷ lệ n m
tẩm BCC vớ HNO3 khác nhau
Từ bảng 3.4 cho thấy, khi tăng tỷ lệ biến tính từ 1:1 lên 1:5 (khối
lƣợng/thể tích), khả năng hấp phụ của amoni tăng tƣơng ứng ở tất cả nồng độ
đầu vào đƣợc nghiên cứu. Tại tỷ lệ biến tính (tỉ lệ ngâm) 1:5 thì dung lƣợng
hấp phụ đạt giá trị cao nhất. Tuy nhiên, giá trị này đã giảm nhẹ khi tỷ lệ này
tăng lên 1:7. Nhƣ vậy, tỷ lệ HNO3 6M và biến tính 1:5 đƣợc chọn sử dụng
trong các thí nghiệm tiếp theo.
c. Ản ưởn củ nồn độ N OH tron b ến tín t n s n ọc lõ n
Các thí nghiệm đƣợc thực hiện nhằm chọn nồng độ NaOH biến tính
thích hợp. MBCC2 đƣợc tạo ra bằng cách ngâm MBCC1 (BCC đã đƣợc biến
tính với nồng độ HNO3 6M và tỷ lệ ngâm tâm tối ƣu (1:5) ở thí nghiệm trên)
với nồng độ NaOH thay đổi lần lƣợt là 0,1M; 0,3M và 0,5M và tỷ lệ ngâm

55. 47
tẩm là 1:20 (trọng lƣợng/thể tích). Dung lƣợng hấp phụ amoni đƣợc thể hiện ở
bảng 3.5.
Bảng 3 5 Ản ưởng của sự t a đổi nồng độ NaOH đến k ả năng ấp
p ụ của MBCC2
Co (mg/l)
Dung lƣợng hấp phụ (mg/g)
MBCC2
(NaOH 0,1M)
MBCC2
(NaOH 0,3M)
MBCC2
(NaOH 0,5M)
10 2,47±0,131 3,04±0,057 3,42±0,252
20 4,93±0,165 7,67±0,428 7,45±0,359
40 8,26±0,361 12,05±0,811 11,86±0,802
Ghi chú: Co: Nồn độ mon b n đầu; MBCC2: T n s n ọc b ến tín vớ các tỷ lệ
n m tẩm MBCC vớ nồn độ N OH khác nhau
Từ bảng 3.5 cho thấy khi nồng độ NaOH đƣợc thay đổi từ 0,1M đến
0,3M, khả năng hấp phụ amoni của MBCC2 tăng lên. Tuy nhiên, khả năng
hấp phụ này giảm nhẹ khi nồng độ NaOH vƣợt quá 0,3M. Nguyên nhân có
thể cũng tƣơng tự nhƣ những gì xảy ra khi nồng độ HNO3 tăng từ 6M lên 8M.
Do đó, nồng độ NaOH là 0,3M đƣợc chọn là nồng độ tối ƣu để biến tính
MBCC1.
d. Khả năn ấp phụ amoni của BCC, MBCC1, MBCC2
Thí nghiệm đƣợc thực hiện nhằm so sánh khả năng hấp phụ amoni của
BCC, MBCC1 và MBCC2. MBCC1 đƣợc chuẩn bị bằng cách ngâm BCC với
HNO3 6M và tỷ lệ ngâm tẩm BCC/HNO3 là 1: 5 (trọng lƣợng/thể tích).
MBCC2 đƣợc điều chế bằng cách ngâm MBCC1 với NaOH 0,3M và tỷ lệ
ngâm tẩm MBCC1/NaOH là 1:20 (trọng lƣợng/thể tích). Dung lƣợng hấp phụ
amoni (mg/g) đƣợc trình bày trong bảng 3.6.