Nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni bằng tro bay trên mô hình cột

Văn Hữu Tập và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 135 - 140 
135 
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ AMONI BẰNG TRO BAY 
TRÊN MÔ HÌNH CỘT 
Văn Hữu Tập1*, Nguyễn Thị Tuyết1 , Hoàng Thị Bích Hồng2 
1Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên 
 2Trường Đại học Hạ Long 
TÓM TẮT 
Nội dung của bài báo là đánh giá khả năng xử lý amoni bằng tro bay trên mô hình cột và đánh giá 
ảnh hưởng của các yếu tố: nồng độ amoni đầu vào C0 = 10-30 mg/l, ảnh hưởng của vận tốc dòng 
V= 3-9 ml/phút, chiều cao của cột vật liệu hấp phụ H = 10-30 cm (tương ứng 60 g, 120 g và 180 g 
tro bay) và đánh giá khả năng hấp phụ amoni. Các mô hình động học được áp dụng để đánh giá 
quá trình hoạt động của cột hấp phụ. Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình hấp phụ NH4
+
 của tro 
bay phù hợp với cả ba mô hình Thomas, Yoon – Nelson và Bohart – Adam. Hiệu suất xử lý đạt tối 
ưu với tốc độ dòng là 3 ml/phút, nồng độ amoni ban đầu 10 mg/l và chiều cao lớp vật liệu hấp phụ 
là 30 cm 
Từ khóa: xử lý amoni, hấp phụ, mô hình động, tro bay 
ĐẶT VẤN ĐỀ* 
Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng 
nhiễm bẩn amoni trong môi trường nước, 
trong đó nguyên nhân chủ yếu được đề cập 
đến nhiều là các nguồn ô nhiễm từ hoạt động 
của con người như nước thải sản xuất, nước 
thải sinh hoạt có chứa nhiều hợp chất nitơ hòa 
tan. Quá trình thối rữa, phân hủy phân hữu cơ 
của các hệ thống chuồng trại, canh tác nông 
nghiệp, rác thải sinh hoạt [2]. Theo quy chuẩn 
kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh 
hoạt QCVN02:2009/ BYT, hàm lượng amoni 
trong nước sinh hoạt đạt chuẩn khi có hàm 
lượng amoni 3 mg/l. Tuy nhiên, nhiều mẫu 
nước ngầm đã phát hiện có hàm lượng amoni 
vượt tiêu chuẩn cho phép ở các tỉnh như: Hà 
Nội, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải 
Dương, Hưng Yên, Thái Bình đều bị nhiễm 
bẩn amoni rất nặng [1]. Các phương pháp xử 
lý amoni phổ biến hiện nay là tháp tripping, 
trao đổi ion, nitrat hóa – khử [7], kết tủa hóa 
học [5], điện [4], hấp phụ [6]. Trong đó, 
phương pháp hấp phụ thường được sử dụng vì 
phương pháp đơn giản, chi phí thấp [3]. 
Nhược điểm lớn nhất của phương pháp là vật 
liệu hấp phụ thương mại có chi phí cao. Vì 
thế, xu hướng việc sử dụng phế thải làm vật 
*
 Email: vanhuutap@gmail.com 
liệu hấp phụ càng có ý nghĩa khi đạt được 
mục đích là tái sử dụng được chất thải này để 
xử lý được chất thải khác 
Tro bay với lượng thải lớn từ các nhà máy 
nhiệt điện.Thành phần của tro bay thường 
chứa các ôxít silic, ôxít nhôm, ôxít canxi, ôxít 
sắt và ôxít lưu huỳnh, ngoài ra có thể chứa 
một lượng than chưa cháy, diện tích bề mặt 
mao quản hớn hơn rất phù hợp để hấp phụ các 
chất độc trong nước thải. Trong nghiên cứu 
này xử lý amoni trong nguồn nước được thực 
hiện bằng tro bay trên mô hình cột. Mục tiêu 
của nghiên cứu là đánh giá hiệu quả của vật 
liệu này đối với hấp phụ amoni thông qua mô 
hình cột hấp phụ. 
THỰC NGHIỆM VÀ VẬT LIỆU 
- Đối tượng nghiên cứu: Dung dịch amoni được 
pha từ NH4Cl với nồng độ gốc 1000 mg/l. 
- Vật liệu: Tro bay đươc thu gom tại hệ thống 
lọc bụi tĩnh điện của Công ty nhiệt điện Cao 
Ngạn, tỉnh Thái Nguyên. Tro bay tại thời 
điểm lấy mẫu có nhiệt độ cao, khô và bảo 
quản cho việc sử dụng. 
- Nội dung thí nghiệm: 
+ Đánh giá ảnh hưởng của tốc độ xử lý (lựa 
chọn ảnh hưởng của 3 vận tốc dòng vào khác 
nhau) đến khả năng hấp phụ amoni trên cột 
hấp phụ. 
Văn Hữu Tập và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 135 - 140 
136 
+ Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ amoni đến 
khả năng hấp phụ amoni trên cột hấp phụ. 
+ Đánh giá ảnh hưởng của chiều cao cột đến 
khả năng hấp phụ amoni trên cột hấp phụ 
bằng tro bay 
- Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm 
hấp phụ amoni được thực hiện bằng mô hình 
cột (Hình 1) Trong cột xử lý có chứa vật liệu 
hấp phụ (VLHP) là tro bay. Các thí nghiệm 
được thực hiện để khảo sát các yếu tố ảnh 
hưởng của nồng độ amoni đầu vào C0 = 10-30 
mg/l, ảnh hưởng của vận tốc dòng vào V= 3-
9 ml/phút, chiều cao của cột tro bay H = 10-
30 cm (tương ứng 60 g, 120 g và 180 g tro 
bay). Mẫu đầu ra được lấy đều đặn (mỗi giờ) 
để xác định nồng độ amoni đầu ra cho đến khi 
nồng độ amoni vào bằng đầu ra. Thiết lập một 
số mô hình hấp phụ động như Thomas, Yoon 
– Nelson và Bohart – Adam trên mô hình hấp 
phụ động khi thay đổi tốc độ dòng chảy, 
nồng độ NH4
+
 ban đầu và chiều cao cột 
VLHP. 
Phương pháp phân tích: Xác định amoni 
(NH4
+
) bằng phương pháp lên màu trực tiếp 
với thuốc thử Nessler và được so màu ở bước 
sóng 640 nm với máy UV-Vis 
spectrophotometer (DR5000, Hach). Quá 
trình hấp phụ được đánh giá qua đường cong 
thoát qua tỉ số Ct/C0, trong đó Ct và C0 là 
nồng độ amoni đầu ra và đầu vào. 
KẾT QUẢ NGHIÊN CÚU VÀ THẢO LUẬN 
Tính chất của tro bay nhà máy nhiệt điện 
Cao Ngạn 
Thành phần của tro bay thường chưa các ôxít 
silic, ôxít nhôm, ôxít canxi, ôxít sắt, ôxít 
manhe và ôxít lưu huỳnh, ngoài ra có thể 
chứa một lượng than chưa cháy. Cũng giống 
như các phụ gia khoáng hoạt tính cho bê tông 
khác như muội silic, tro bay là một loại 
puzzolan nhân tạo với thành phần chính tạo 
hiệu ứng puzzolan là các ôxit silic, ôxit 
nhôm chứa trong tro bay. Hàm lượng than 
chưa cháy hết trong tro bay phải < 6%, nếu 
lượng chất cháy chưa hết trong tro bay > 6% 
phải có biện pháp tinh lọc để loại than chưa 
cháy hết khỏi tro bay. Hàm lượng các chất 
ôxit nhôm, ôxit si-líc và ôxit sắt trong tro bay 
phải > 70%. Các hạt tro bay thường có dạng 
hình cầu và có kích thước từ 0.5 μm đến 300 
μm. và phần lớn là các chất thủy tinh vô định 
hình, không đồng nhất. SiO2, Al2O3, Fe2O3 và 
đôi khi CaO là các thành phần hóa học chính 
có trong tro bay. 
Hình 1. Mô hình thí nghiệm cột 
Hình 2. Ảnh SEM của tro bay 
Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng vào 
đến hiệu quả hấp phụ amoni bằng tro bay 
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng 
vào đến hiệu quả hấp phụ amoni bằng tro bay 
được thể hiện ở hình 3. 
Văn Hữu Tập và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 135 - 140 
137 
Hình 3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tốc độ dòng 
vào đến đường cong thoát khi xử lý amoni bằng 
tro bay 
Kết quả thể hiện trên hình 3 cho thấy khi tốc 
độ dòng nước chứa amoni vào cột càng nhỏ 
thì nồng độ NH4
+ xuất hiện ở lối ra cột hấp 
phụ theo thời gian càng lớn. Điều này thể hiện 
rất rõ qua kết quả thực nghiệm, với vận tốc 
dòng vào V=3 ml/phút, hiệu suất hấp phụ 
NH4
+
 của tro bay xấp xỉ 52% trong thời gian 
đạt bão hòa là 1200 phút (20 
h
), khi tăng vận 
tốc dòng vào lên V = 6 ml/phút thì hiệu suất 
hấp phụ NH4
+
 của tro bay giảm xuống còn 
48% và thời gian đạt bão hòa là 960 phút (16 
h
). Tại V=9 ml/phút thì hiệu suất hấp phụ 
NH4
+
 của tro bay giảm xuống chỉ còn 46.55% 
tương ứng thời gian bão hòa là 840 phút (14
h
). Thời gian thoát và thời gian đạt bão hòa 
diễn ra ngắn hơn khi tăng tốc độ dòng vào. 
Nguyên nhân do khi tốc độ dòng vào nhỏ, 
thời gian tiếp xúc giữa vật liệu hấp phụ và 
chất bị hấp phụ lớn làm tăng khả năng hấp phụ 
NH4
+ 
 dẫn đến hiệu suất hấp phụ của cột hấp 
phụ tăng lên và thời gian đạt bão hòa dài hơn 
và ngược lại khi tốc độ dòng vào tăng thì khả 
năng hấp phụ NH4
+
 của tro bay diễn ra nhanh 
hơn dẫn đến thời gian bão hòa ngắn hơn. 
Hình 4. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng 
độ amoni đầu đến đường cong thoát khi xử lý 
bằng tro bay 
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NH4
+
 đầu 
vào đến hiệu quả hấp phụ bằng tro bay 
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ 
amoni đầu vào đến hiệu quả hấp phụ bằng tro 
bay được thể hiện ở hình 4. 
Kết quả thể hiện ở hình 4 cho thấy khi nồng 
độ amoni đầu vào tăng thì lượng NH4
+
 tương 
ứng sau khi ra khỏi cột hấp phụ ở cùng một 
thời điểm tăng dẫn tới thời gian hoạt động của 
cột hấp phụ giảm. Khi nồng độ NH4
+ đầu vào 
tăng từ 10 mg/l đến 30 mg/l thì hiệu suất hấp 
phụ giảm tương ứng từ 52% tương ứng thời 
gian đạt bão hòa là 1200 phút (20
 h
) xuống 
còn 39,13% với thời gian bão hòa là 660 phút 
(giảm 1,3 lần hiệu suất hấp phụ so với nồng 
độ 10 mg/l) và 37,5% với thời gian 600 phút 
(giảm 1,4 lần hiệu suất so với nồng độ 10 
mg/l). Điều này chứng tỏ khi nồng độ đầu vào 
tăng dẫn đến khả năng hấp phụ của tro bay 
nhanh đạt trạng thái bão hòa do lượng amoni 
cao dẫn đến quá trình khuyếch tán vào bề mặt 
tro bay nhanh hơn dẫn đến quá trình hấp phụ 
xảy ra nhanh hơn nên trạng thái bão hòa đến 
sớm hơn. 
Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao lớp vật 
liệu hấp phụ đến hiệu quả hấp phụ amoni 
bằng tro bay 
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chiều cao 
đến khả năng hấp phụ amoni được thể hiện ở 
hình 5. 
Hình 5. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng 
của chiều cao lớp tro bay đến đường cong thoát 
khi xử lý amoni 
Văn Hữu Tập và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 135 - 140 
138 
Kết quả thể hiện ở hình 5 cho thấy khi ta tăng 
chiều cao lớp vật liệu hấp phụ (tro bay) từ 10 
cm lên 20 cm thì hiệu suất hấp phụ tăng từ 
52% lên 66,67% tương ứng thời gian đạt bão 
hòa là 1560 phút (tăng 1,28 lần hiệu suất hấp 
phụ). Điều đáng chú ý là khi ta tăng chiều 
cao lớp vật liệu hấp phụ lên 30 cm thì hiệu 
suất hấp phụ tăng mạnh, lên đến hơn 78% 
với thời gian đạt bão hòa là 1920 phút (tăng 
hơn 1,5 lần hiệu suất hấp phụ so với chiều 
cao 10 cm). Điều này có thể được giải thích 
là do khi tăng chiều cao lớp vật liệu hấp phụ 
sẽ làm giảm tốc độ thẩm thấu của nước 
nhiễm NH4
+
 do đó làm tăng thời gian và khả 
năng tiếp xúc giữa VLHP và ion NH4
+. Điều 
này cho thấy chiều cao lớp tro bay tỉ lệ thuận 
với hiệu suất hấp phụ. 
Nghiên cứu động học hấp phụ theo các mô 
hình hấp phụ động 
Kết quả thể hiện các mô hình động học ở 
bảng 1 và các hình 6, 7 và 8 cho thấy các 
phương trình thực nghiệm có hệ số tương 
quan khá cao (R
2 
> 0,85) chứng tỏ sự hấp phụ 
NH4
+
 của tro bay phù hợp với cả ba mô hình 
Thomas, Yoon – Nelson và Bohart - Adam. 
Các tham số trong cả ba mô hình đều phụ 
thuộc vào tốc độ dòng, nồng độ ban đầu của 
amoni và chiều cao tro bay trong cột. Theo 
mô hình Thomas, dung lượng hấp phụ cực đại 
Qo tăng khi tốc độ dòng vào, nồng độ ban đầu 
của amoni và chiều cao lớp vật liệu hấp phụ 
tăng. Theo mô hình Yoon – Nelson, hệ số 
KYN tăng khi tốc độ dòng tăng và giảm khi 
nồng độ ban đầu của NH4
+
 tăng và chiều cao 
cột hấp phụ giảm. 
Bảng 1. Các tham số trong phương trình động học hấp phụ Thomas và Yoon – Nelson and Bohart-Adam 
Biến số Thomas Yoon - Nelson Bohart-Adam 
Co (mg/l) V (ml/phút) H (cm) Qo (mg/g) R
2 
KYN R
2
 No R
2
10 3 10 0,44 0,9256 0,0053 0,8776 53,5 0,8488 
10 6 10 0,57 0,9245 0,0073 0,9245 57,24 0,8762 
10 9 10 0,41 0,9473 0,0082 0,9473 59,39 0,9368 
10 3 20 0,16 0,9405 0,004 0,9405 50,17 0,8171 
10 3 30 0,18 0,8987 0,0038 0,8987 49,82 0,9587 
20 3 10 0,65 0,935 0,0043 0,9791 71,74 0,8723 
30 3 10 0,63 0,926 0,0033 0,9227 71,97 0,9587 
Hình 6. Mô hình động học Thomas, Yoon – Nelson và Bohart - Adam dạng tuyến tính tại vận tốc dòng vào 
khác nhau, nồng độ ban đầu C0 = 10 mg/l, chiều cao lớp tro bay = 10 cm 
Hình 7. Mô hình động học Thomas, Yoon – Nelson và Bohart-Adam dạng tuyến tính tại tại các nồng độ 
đầu vào, chiều cao lớp tro bay = 10 cm, vận tốc dòng vào V = 3 ml/phút 
Văn Hữu Tập và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 135 - 140 
139 
Hình 8. Mô hình động học Thomas, Yoon – Nelson và Bohart-Adam dạng tuyến tính tại chiều cao lớp tro 
bay khác nhau nồng độ ban đầu Co = 10 mg/l, vận tốc dòng vào V = 3 ml/phút 
KẾT LUẬN 
Tro bay là vật liệu có khả năng xử lý amoni 
tốt. Hiệu suất xử lý amoni phụ thuộc vào 
nồng độ dung dịch, vận tốc, chiều cao lớp 
vật liệu hấp phụ. Quá trình hấp thụ NH4
+
tuân theo mô hình động học Thomas, Yoon – 
Nelson và Bohart-Adam. Với vận tốc đầu 
vào V=3, 6 và 9 ml/phút hiệu suất xử lý NH4
+
đạt tương ứng là 52% tương ứng thời gian 
bão hòa là 1200 phút, 48% (thời gian bão hòa 
là 960 phút) và 46,55% (thời gian bão hòa là 
840 phút). Với nồng độ NH4
+
 đầu vào 10, 20 
và 30 mg/l thì hiệu suất xử lý đạt được tương 
ứng là 52% (thời gian bão hòa là 1200 phút), 
39,13% (thời gian bão hòa là 660 phút) và 
37,5% (thời gian bão hòa là 600 phút). Đối 
với ảnh hưởng của chiều cao lớp vật liệu hấp 
phụ 20ccm thì hiệu suất xử lý là 66,67% trong 
thời gian 1560 phút. Chiều cao 30 cm hiệu 
suất xử lý đạt 78,05% trong thời gian 1920 
phút. Hiệu suất sử dụng cột hấp phụ lớn nhất 
tại điều kiện tối ưu tốc độ dòng chảy V= 3 
ml/phút, nồng độ ban đầu Co=10 mg/l, chiều 
cao cột hấp phụ H= 30 cm hiệu suất sử dụng 
cột hấp phụ lớn nhất (78,05%). Đây chính là 
điều kiện hấp phụ tối ưu nhất của tro bay đối 
với quá trình xử lý NH4
+
 trong nước ngầm 
trong các chế độ thực nghiệm đã khảo sát. 
Lời cảm ơn 
Tác giả bài báo này xin cám ơn sự tài trợ kinh 
phí thực hiện của Đại học Thái Nguyên và 
Trường Đại học Khoa học thông qua đề tài 
cấp Đại học Thái Nguyên, mã số: ĐH 2017-
TN06-05. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Nguyễn Thị Hà Chi, Đoàn Trung Dũng, Phạm 
Ngọc Chức, Nguyễn Quang Bắc,Dương Thị Lịm, 
Đào Ngọc Nhiệm, (2017), “Khảo sát khả năng hấp 
phụ amoni của oxit phức hợp LaFeO3 kích thước 
nanomet”, Tạp chí Hóa học, tập 55, số 3, tr. 294-297. 
2. Vũ Thị Mai (2018), Nghiên cứu chế tạp than 
biến tính từ lõi ngô định dướng ứng dụng xử lý 
amoni trong nước sinh hoạt, Luận án Tiến sỹ kỹ 
thuật môi trường, 
3. Vũ Thị Mai, Trịnh Văn Tuyên, (2016), 
“Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong môi 
trường nước của than sinh học từ lõi ngô biến 
bằng H3PO4 và NaOH”, Tạp chí Khoa học 
ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi 
trường, tập 32, số 1S, tr. 274-281. 
4. K.W. Kim, Y.J. Kim, I.T. Kim, G.I. Park, E.H. 
Lee, (2006), “Electrochemical conversion 
characteristics of ammonia to nitrogen”, Water 
Res., vol. 40, pp. 1431–1441. 
5. X.Z. Li, Q.L. Zhao, X.D. Hao (1999), 
“Ammonium removal from landfill leachate by 
chemical precipitation”, Waste Manage., vol. 19, 
pp. 409–415. 
6. M. D. G. D. Luna, C. M. Futalan, C. A. Jurado, 
J. I. Colades, M. W. Wan, (2018), “Removal of 
ammonium‐nitrogen from aqueous solution using 
chitosan‐coated bentonite: Mechanism and effect 
of operating parameters. Removal of 
ammonium‐nitrogen from aqueous solution using 
chitosan‐coated bentonite: Mechanism and effect 
of operating parameters”, Journal of applied 
polymer Science., vol. 135, pp. 1-11. 
7. A. R. Rahmani, A. H. Mahvi, A. R. 
Mesdaghinia and S. Nasseri, (2004), 
“Investigation of ammonia removal from polluted 
waters by Clinoptilolite zeolite”, International 
Journal of Environmental Science & Technology., 
Vol. 1, pp. 125 – 133. 
Văn Hữu Tập và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 135 - 140 
140 
ABSTRACT 
RESEARCH ON AMMONIUM ADSORPTION BY FLY ASH 
THROUGH CONTINUOUS COLUMN 
Van Huu Tap
1*
, Nguyen Thi Tuyet
1
, Hoang Thi Bich Hong
2
1University of Sciences - TNU 
2Ha Long University 
The study was to evaluate the ammonium adsorption capability of fly ash in the column model 
with an assessment of the effect of initial ammonium concentration from 10 to 30 mg/l, flow rate 
from 3 – 9 ml/min and the height of the adsorbent column from 10 to 30 cm (60 g, 120 g and 180 g 
fly ash, respectively) and the estimated adsorption capacity of ammonium. Kinetic models are used 
to evaluate the activity of the adsorption column. The results showed that the NH4
+
 adsorption of 
fly ash was fit with all three models, including Thomas, Yoon - Nelson and Bohart - Adam. The 
optimum adsorption process reached at the flow rate of 3 ml/min, the initial ammonium 
concentration of 10 mg/l and the absorbent height of 30 cm. 
Key words: ammonium treatment, adsorption, dynamic modeling, fly ash 
Ngày nhận bài: 14/11/2018; Ngày hoàn thiện: 23/11/2018; Ngày duyệt đăng: 15/12/2018 
*
 Email: vanhuutap@gmail.com