Luận án Nghiên cứu sử dụng vật liệu keo tụ sinh học chế tạo từ hạt muồng hoàng yến (Cassia Fistula L.) để cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp

TÓM TẮT. i

ABSTRACT. iii

MỤC LỤC . v

LỜI CẢMƠN. viii

LỜI CAM ĐOAN. ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT . x

DANH MỤC BẢNG. xi

DANH MỤC HÌNH . xiii

CHưƠNG1.GIỚI THIỆU. 1

1.1.Đặt vấnđề. 1

1.2. Mục tiêu nghiên cứu . 2

1.2.1. Mục tiêu tổng quát . 2

1.2.2. Mục tiêu cụ thể. 2

1.3. Nội dung nghiên cứu. 2

1.4. Đốitượng và phạm vi nghiên cứu . 3

1.4.1. Đốitượng nghiên cứu . 3

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu . 3

1.5.Ýnghĩakhoahọc và thực tiễn . 3

1.5.1. Ýnghĩakhoahọc. 3

1.5.2. Ýnghĩathực tiễn . 4

CHưƠNG2.TỔNG QUAN TÀI LIỆU. 5

2.1. Tổng quan về keo tụ. 5

2.1.1. Bản chất của các hạtkeotrongnước . 5

2.1.2. Cơchế của quá trình keo tụ. 6

2.1.3. Cácphươngphápkeotụ. 7

2.1.4. Các yếu tố ảnhhưởngđến quá trình keo tụ và tạo bông cặn. 7

2.2. Vật liệu PAC trong cải thiện chấtlượngnước thải công nghiệp . 10

2.2.1. Đặcđiểm . 10

2.2.2. Một số kết quả nghiên cứu. 10

2.3. Tổng quan về vật liệu keo tụ có nguồn gốc từ sinh học. 11

2.3.1. Phươngphápchế tạo vật liệu sinh học Biogum . 12vi

2.3.2. Phươngphápchế tạo vật liệu nguồn gốc sinh học (Biogum cải tiến). 12

2.4. Tổng quan về nước thải dệt nhuộmvàcácphươngphápxử lý . 13

2.4.1. Thành phần ô nhiễm . 14

2.4.2. Một số phươngphápxử lýnước thải dệt nhuộm . 15

2.4.3. Một số nghiên cứu xử lýnước thải dệt nhuộm . 18

2.5. Tổng quan về nước thải xi mạ vàcácphươngphápxử lý . 19

2.5.1. Thành phần ô nhiễmtrongnước thải xi mạ. 19

2.5.2. Cácphươngphápxử lýnước thải xi mạ. 20

2.5.3. Một số nghiên cứu xử lýnước thải xi mạ. 23

CHưƠNG3.VẬT LIỆUVÀPHưƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU. 25

3.1.Đốitượng nghiên cứu và hóa chất keo tụ . 25

3.1.1. Đốitượng nghiên cứu . 25

3.1.2. Vật liệu nghiên cứu. 25

3.2. Thiết bị nghiên cứu. 27

3.2.1. Thiết bị Jartest . 27

3.2.2. Thiết bị Pilot . 28

3.3.Phươngphápphântích . 29

3.4. Nộidungvàphươngphápnghiêncứu. 30

3.4.1. Phươngphápchung. 30

3.4.2. Các thí nghiệm nghiên cứu . 30

3.5.Phươngpháp xử lý số liệu. 43

CHưƠNG4.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. 44

4.1.Xácđịnh hiệu suất loại bỏ màu của các vật liệutrênnước thải dệt

nhuộm . 44

4.1.1. Xácđịnh pH tốiưucủa vật liệu . 44

4.1.2. Kết quả xácđịnhlượng tốiưucủa PAC. 50

4.1.3. Kết quả xácđịnhlượng tốiưucủa Biogum . 51

4.1.4. Kết quả xácđịnhlượng Biogum cải tiến tốiưu. 53

4.1.5. Xácđịnh hiệu quả xử lý của Biogum cải tiến ở các lần thu hồi . 57

4.1.6. Xácđịnh hiệu suất cải thiện chấtlượngnước thải dệt nhuộm khi vận

hành trên thiết bị Pilot sử dụng vật liệu keo tụ. 58

4.2.Xácđịnh hiệu quả xử lý của các vật liệutrênnước thải xi mạ . 69

4.2.1. Xácđịnh pH tốiưu. 69

4.2.2. Kết quả xácđịnhlượng PAC tốiưu. 72vii

4.2.3. Kết quả xácđịnhlượng Biogum tốiưu. 74

4.2.4. Kết quả xácđịnhlượng Biogum cải tiến tốiưu. 75

4.2.5. Xácđịnh hiệu quả xử lý của Biogum cải tiến thu hồi. 78

4.2.6. Xácđịnh hiệu quả cải thiện chấtlượngnước xi mạ khi ứng dụng vật liệu

nghiên cứu vận hành trên thiết bị Pilot . 79

4.3. Kết quả nghiên cứu vật liệu . 93

4.3.1. Thành phần cấu trúc vật liệu Biogum. 93

4.3.2. Đánhgiákhả năngphânhủy của Biogum. 95

4.3.3. Xácđịnhdưlượng nhôm (Al3+) còn lạitrongnước thải dệt nhuộm và xi

mạ khi sử dụng vật liệu keo tụ hóa học PAC. 96

4.3.4. Thành phần cấu trúc vật liệu Biogum cải tiến. 97

4.4. Thảo luận chung. 101

4.5.Đề xuất quy trình cải thiệnđộ màu củanước thải dệt nhuộm và kim

loại nặng củanước thải xi mạ ứng dụng vật liệu Biogum cải tiến . 103

4.5.1. Quy trình cải thiệnđộ màu củanước thải dệt nhuộm ứng dụng vật liệu

Biogum cải tiến . 103

4.5.2. Quy trình cải thiệnđộ màu củanước thải xi mạ ứng dụng Biogum cải

tiến. 105

CHưƠNG5.KẾT LUẬNVÀĐỀ XUẤT. 108

5.1. Kết luận. 108

5.2.Đề xuất . 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO. 111

PHỤ LỤC. 122

 

pdf192 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 333 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu sử dụng vật liệu keo tụ sinh học chế tạo từ hạt muồng hoàng yến (Cassia Fistula L.) để cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
theo lý thuyết để xác định là đƣờng thẳng y = 560,2x + 26,03 với R2 = 0,996. Căn cứ vào đồ thị cho phép tính toán liều lƣợng sử dụng vật liệu keo tụ sinh học Biogum theo lý thuyết để vận hành trên thiết bị Pilot khi biết tải lƣợng ô nhiễm độ màu RR ban đầu. Kết quả tính toán theo lý thuyết từ Hình 4.22 cho phép xây dựng phƣơng trình xác định mối tƣơng quan giữa hiệu suất loại bỏ màu với lƣợng PAC sử dụng vận hành thực tế trên thiết bị Pilot, phƣơng trình là đƣờng thẳng y = 23,4x + 50,44 với R2 = 0,979. Với tải lƣợng ô nhiễm độ màu ban đầu của nƣớc thải giả định RR 1051 Pt-Co và căn cứ giá trị xả thải cột A là 50 Pt-Co và cột B là 150 Pt-Co theo QCVN 13-MT:2015/BTNMT. Từ phƣơng trình xác định liều lƣợng cần dùng để vận hành trên thiết bị Pilot. Với lƣợng Biogum đƣợc tính toán từ đồ thị và giá trị pH tối ƣu từ các nghiên cứu trên, cho phép vận hành trên thiết bị Pilot để xác định hiệu quả cải thiện, khi đạt giá trị xả thải sẽ đề xuất ứng dụng vào thực tế. Bảng 4.2: Kết quả tính toán lƣợng Biogum theo lý thuyết sử dụng vận hành cải thiện độ màu nƣớc thải RR MẫunƣớcRR Độmàu (Pt-Co) H (%) Biogumsửdụng(g/L) Độ màu ban đầu 1051 Cột A 50 95,24 Từ phƣơng trình y = 23,4x + 50,44 thế y = 95,24 đƣợc x = 1,915 g Cột B 150 85,73 Từ phƣơng trình y = 23,4x + 50,44 thế y = 85,73 đƣợc x = 1,508 g Từ các nghiên cứu, tính toán đƣợc lƣợng Biogum cần để loại bỏ độ màu theo yêu cầu xả thải ra nguồn tiếp nhận theo QCVN 13-MT:2015/BTNMT, cột A và cột B đƣợc tính toán trong Bảng 4.2. Kết quả tính toán từ Bảng 4.2 cho thấy để đạt quy chuẩn xả thải tại cột A (cải thiện độ màu từ 1051 Pt-Co giảm còn 50 Pt-Co) cần sử dụng 1,915 g Biogum. Trong khi để đạt quy chuẩn cột B (cải thiện độ màu từ 1051 Pt-Co giảm còn 150 Pt-Co) chỉ cần dùng 1,508 g Biogum. Kết quả vận hành trên thiết bị Pilot cho thấy, với 1,915 g/L Biogum cho hiệu suất loại bỏ độ màu RR đạt 92,77%, độ màu giảm từ 1051 Pt-Co xuống 76 Pt-Co. Khi sử dụng 1,508 g vận hành trên thiết bị Pilot cho hiệu suất cải 63 thiện độ màu RR đạt 85,56%, độ màu giảm từ 1051 Pt-Co xuống còn 184 Pt- Co. Kết quả sau khi sử dụng vật liệu keo tụ sinh học Biogum vận hành với nƣớc thải dệt nhuộm RR sau hệ thống hóa lý đã cải thiện chất lƣợng nƣớc thải gần đạt QCVN cho phép, tạo điều kiện thuận lợi cho công trình xử lý nƣớc thải bậc tiếp theo. 4.1.6.3. Thí nghiệm xác định hiệu suất cải thiện độ màu của nƣớc thải RR trên thiết bị Pilot của vật liệu Biogum cải tiến Kết quả nghiên cứu từ Hình 4.23 cho phép xây dựng phƣơng trình xác định mối tƣơng quan giữa tải lƣợng ô nhiễm màu RR và lƣợng PAC sử dụng, phƣơng trình đƣợc xác định là đƣờng thẳng y = 98,06x + 23,51 với R2 = 0,995. Căn cứ vào đồ thị cho phép tính toán liều lƣợng sử dụng vật liệu Biogum cải tiến theo lý thuyết để vận hành trên thiết bị Pilot khi biết tải lƣợng ô nhiễm độ màu RR ban đầu. Kết quả nghiên cứu từ Hình 4.24 cho phép xây dựng phƣơng trình xác định mối tƣơng quan giữa hiệu suất loại bỏ màu với lƣợng Biogum cải tiến sử dụng vận hành trên thiết bị Pilot, phƣơng trình là đƣờng thẳng y = 3,06x + 68,99 với R2 = 0,987. Hình 4.23: Mối tƣơng quan giữa độ màu nƣớc thải RR với hàm lƣợng Biogum cải tiến 64 Hình 4.24: Mối tƣơng quan giữa hiệu suất loại màu nƣớc thải RR (1052 Pt- Co) với hàm lƣợng Biogum cải tiến Với tải lƣợng ô nhiễm độ màu ban đầu của nƣớc thải giả định RR là 1052 Pt-Co và giá trị xả thải cột A là 50 Pt-Co theo QCVN 13-MT:2015/ BTNMT. Từ phƣơng trình xác định liều lƣợng cần dùng theo lý thuyết để vận hành trên thiết bị Pilot, với lƣợng Biogum cải tiến đƣợc xác định từ đồ thị và giá trị pH tối ƣu đã đƣợc xác định từ các nghiên cứu trên, cho phép sử dụng các thông số tối ƣu để vận hành trên thiết bị Pilot để xác định hiệu quả xử lý độ màu, từ đó đề xuất công nghệ ứng dụng vào thực tế. Kết quả tính toán theo lý thuyết xác định lƣợng Biogum cải tiến cần để loại độ màu theo yêu cầu xả thải tại giá trị xả thải Cột A và B của QCVN 13- MT:2015/ BTNMT làm cơ sở vận hành trên thiết bị Pilot đƣợc cho bởi Bảng 4.3. Bảng 4.3: Kết quả tính toán lƣợng Biogum cải tiến sử dụng vận hành cải thiện độ màu nƣớc thải RR MẫunƣớcRR Độmàu (Pt-Co) H (%) Biogum cải tiến sửdụng(g/L) Độ màu ban đầu 1052 Cột A 50 95,25 Từ phƣơng trình y = 3,06x + 68,99 thế y = 95,25 đƣợc x = 8,582 g Cột B 150 85,74 Từ phƣơng trình y = 3,06x + 68,99 thế y = 85,74 đƣợc x = 5,474 g 65 Ứng dụng số liệu tính toán từ Bảng 4.3 cho phép vận hành cải thiện độ màu trên thiết bị Pilot và đạt đƣợc kết quả sau: khi sử dụng 8,582 g/L Biogum cải tiến cho 1 lít nƣớc thải, hiệu quả loại màu đạt RR đạt 94,64% tƣơng ứng độ màu giảm từ 1052 Pt-Co xuống còn 56 Pt-Co. Mặt khác khi vận hành với liều lƣợng 5,474 g/L Biogum cải tiến cho 1 lít nƣớc thải màu RR, hiệu suất loại bỏ độ màu chỉ đạt 85,38%, độ màu giảm từ 1052 Pt-Co xuống còn 153 Pt-Co. Qua đó có thể kết luận với nồng với liều lƣợng tối ƣu có thể đạt hiệu quả cải thiện độ màu tốt nhất từ 85,38% đến 94,64% tƣơng ứng với liều lƣợng khảo sát từ 5,474 g/L đến 8,582 g/L Biogum cải tiến. Vậy khi ứng dụng Biogum cải tiến vào xử lý nƣớc thải ở công đoạn hóa lý cho hiệu quả loại bỏ độ màu đạt cao nhất đến 94,64%, tuy nhiên để đạt quy chuẩn xả thải theo QCVN cần có các công trình xử lý phía sau hóa lý, có thể sử dụng phƣơng pháp sinh học hay hóa học. 4.1.6.4. Thí nghiệm xác định hiệu quả loại màu nƣớc thải NMDN của các vật liệu nghiên cứu khi vận hành trên thiết bị Pilot Với kết quả ở các nghiên cứu trên cho phép ứng dụng các thông số vận hành pH tối ƣu, liều lƣợng sử dụng vật liệu (PAC; Biogum và Biogum cải tiến) tối ƣu tƣơng ứng với hiệu suất loại bỏ độ màu tốt nhất, từ các số liệu này cho phép xây dựng các phƣơng trình tƣơng quan giữa liều lƣợng vật liệu sử dụng và hiệu suất loại màu nƣớc thải NMDN. Với phƣơng trình xác định cùng với nồng độ đầu vào ô nhiễm xác định, căn cứ vào quy chuẩn xả thải tại Cột A và B theo QCVN, xác định đƣợc hiệu suất loại bỏ độ màu thực tế, quá đó làm cơ sở cho việc đề xuất công nghệ áp dụng trong quy trình cải thiện chất lƣợng nƣớc thải ô nhiễm độ màu của ngành công nghiệp dệt may. a) PAC Ứng dụng các kết quả khảo sát pH tối ƣu, liều lƣợng sử dụng PAC tƣơng ứng với hiệu suất loại bỏ độ màu, xây dựng phƣơng trình hồi quy tuyến tính lý thuyết thể hiện tƣơng quan giữa liều lƣợng PAC sử dụng và hiệu suất xử lý màu làm cơ sở tính toán lƣợng PAC cần để vận hành trên thiết bị Pilot, phƣơng trình đƣợc biểu diễn ở Hình 4.25. 66 Hình 4.25: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại màu nƣớc thải NMDN với hàm lƣợng Biogum Kết quả từ Hình 4.25 cho thấy phƣơng trình tƣơng quan là đƣờng thẳng y = 47,17x + 70,28 với R2 = 0,970. Với phƣơng trình này cùng với tải lƣợng ô nhiễm đầu vào có độ màu nƣớc thải nhà máy (1374 Pt-Co) và tải lƣợng ô nhiễm sau xử lý đạt Cột A (50 Pt-Co) và B (150 Pt-Co) của QCVN 13- MT:2015/BTNMT làm cơ sở xác định lƣợng PAC vận hành trên thiết bị Pilot đƣợc tính toán ở Bảng 4.4. Bảng 4.4: Kết quả tính toán lƣợng PAC sử dụng vận hành cải thiện độ màu nƣớc thải NMDN MẫunƣớcNMDN Độmàu (Pt-Co) H (%) PAC sửdụng(g/L) Độ màu ban đầu 1374 Cột A 50 96,36 Từ phƣơng trình y = 47,17x + 70,28 thế y = 96,36 đƣợc x = 0,553 g Cột B 150 89,07 Từ phƣơng trình y = 47,17x + 70,28 thế y = 89,07 đƣợc x = 0,400 g Ứng dụng số liệu ở Bảng 4.4 vào vận hành trên thiết bị Pilot cho thấy với 0,553 g PAC cho vào 1 lít nƣớc thải (0,553 g/L PAC) đạt hiệu suất loại bỏ màu cao nhất 93,83%. Với liều lƣợng thấp hơn 0,4 g/L PAC cho hiệu quả đạt hiệu suất loại màu đạt 86,50%. Với kết quả vận hành thực tế mặc dù cho hiệu suất loại màu đạt trên 86% tuy nhiên để đạt quy chuẩn xả thải theo QCVN hiện hành cần có thêm các công trình xử lý độ màu ở các bậc tiếp theo, công nghệ đề xuất ở đây có thể là hóa học hay sinh học, tùy vào mức độ ô nhiễm 67 còn lại sau công đoạn hóa lý sử dụng vật liệu xử lý là PAC. b) Biogum Tổng hợp các kết quả nghiên cứu trên lý thuyết xác định pH tối ƣu, liều lƣợng Biogum sử dụng khác nhau tƣơng ứng với hiệu suất xử lý cho phép xây dựng phƣơng trình hồi quy tuyến tính tƣơng quan giữa lƣợng Biogum sử dụng và hiệu suất loại bỏ màu. Từ hình 4.26 cho thấy phƣơng trình tƣơng quan là đƣờng thẳng y = 50,42x + 37,55 với R2 = 0,987. Hình 4.26: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại màu nƣớc thải NMDN với hàm lƣợng Biogum Ghi chú: - y: Hiệu quả loại màu mẫu NMDN (%) - x:Hàmlượng Biogum sử dụng (g/L) Để tính toán lƣợng Biogum sử dụng vận hành trên thiết bị Pilot, căn cứ vào chất lƣợng ô nhiễm độ màu nƣớc thải NMDN (1384 Pt-Co) đầu vào và đầu ra lấy giá trị xả thải theo quy chuẩn Việt Nam, cột A (50 Pt-Co) và cột B (150 Pt-Co) làm 2 mức để vận hành. Kết quả tính toán đƣợc xác định ở Bảng 4.5. Bảng 4.5: Kết quả tính toán lƣợng Biogum sử dụng vận hành cải thiện độ màu nƣớc thải NMDN MẫunƣớcNMDN Độmàu (Pt-Co) H (%) Biogumsửdụng(g/L) Độ màu ban đầu 1384 Cột A 50 96,39 Từ phƣơng trình y = 50,42x + 37,55 thế y = 96,39 đƣợc x = 1,167 g Cột B 150 89,16 Từ phƣơng trình y = 50,42x + 37,55 thế y = 89,16 đƣợc x = 1,024 g 68 Ứng dụng số liệu tính toán từ Bảng 4.5 và các giá trị pH tối ƣu vào vận hành trên thiết bị Pilot, kết quả vận hành cho thấy khi sử dụng liều lƣợng 1,167 g/L Biogum vận hành trên thiết bị Pilot cho hiệu suất loại bỏ độ màu NMDN đạt 93,83% tƣơng ứng độ màu giảm từ 1384 Pt-Co xuống còn 85,33 Pt-Co. Mặt khác khi sử dụng liều lƣợng Biogum với 1,024 g/L, hiệu suất loại màu nƣớc thải NMDN đạt 85,87% tƣơng ứng độ màu giảm từ 1384 Pt-Co xuống còn 195,33 Pt-Co. Vậy có thể kết luận Biogum có khả năng xử lý độ màu và cho hiệu quả loại cao trong điều kiện khảo sát với các giá trị tối ƣu. Tuy nhiên để đạt quy chuẩn xả thải cần bổ sung thêm công nghệ xử lý sinh học hay hóa học phía sau hóa lý sử dụng vật liệu Biogum trong quy trình công nghệ xử lý triệt để. c) Biogum cải tiến Kết quả nghiên cứu xác định các thông số vận hành tối ƣu pH, liều lƣợng vật liệu sử dụng tƣơng ứng với từng mức hiệu suất xử lý độ màu đạt đƣợc trên thiết bị Jartest, là cơ sở cho phép tính toán và xây dựng phƣơng trình tƣơng quan giữa lƣợng Biogum cải tiến với hiệu suất xử lý màu của nƣớc thải nhà máy dệt nhuộm theo lý thuyết, từ đó làm cơ sở cho việc vận hành thực tế trên thiết bị Pilot. Phƣơng trình tƣơng quan đƣợc xác định từ đồ thị đƣợc biểu diễn ở Hình 4.27. Hình 4.27: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại màu nƣớc thải NMDN với hàm lƣợng Biogum cải tiến Từ đồ thị từ Hình 4.27 cho thấy phƣơng trình tƣơng quan là đƣờng thẳng y = 2,873x + 61,03 với R2 = 0,991. Với tải lƣợng ô nhiễm màu nƣớc thải NMDN (1378 Pt-Co), căn cứ vào giá trị xả thải đầu ra cột A (50 Pt-Co) và cột 69 B (150 Pt-Co) của QCVN 13-MT:2015/BTNMT là hai giá trị để làm cơ sở tính toán lƣợng vật liệu Biogum cải tiến cần dùng theo lý thuyết để vận hành trên thiết bị Pilot. Lƣợng Biogum cải tiến đƣợc xác định để vận hành thực tế đƣợc xác định từ bảng 4.6. Bảng 4.6: Kết quả tính toán lƣợng Biogum cải tiến sử dụng vận hành cải thiện độ màu nƣớc thải NMDN NMDN Độmàu (Pt-Co) H (%) Biogum cải tiến sửdụng(g/L) Độ màu ban đầu 1378 Cột A 50 96,32 Từ phƣơng trình y = 2,873x + 61,03 thế y = 96,32 đƣợc x = 12,308 g Cột B 150 88,95 Từ phƣơng trình y =2,873x + 61,03 thế y = 88,95 đƣợc x = 9,791 g Kết quả ứng dụng lƣợng Biogum cải tiến vào vận hành trên thiết bị Pilot cho thấy khi sử dụng 12,308 g Biogum cải tiến để xử lý độ màu ban đầu (12,308 g/L Biogum cải tiến), kết quả hiệu suất loại bỏ màu đạt 94,04% nhƣng với 9,791 g/L Biogum cải tiến khi vận hành trên thiết bị Pilot kết quả chỉ đạt 86,81% hiệu suất loại màu nhà máy dệt nhuộm với nồng độ màu ban đầu khảo sát 1387 Pt – Co. Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy, khi so sánh hiệu quả cải thiện độ màu của PAC, Biogum và Biogum cải tiến, cho thấy hiệu quả xử lý màu của Biogum cải tiến đạt cao hơn. Tuy nhiên khi áp dụng trên đối tƣợng nƣớc thải có thành phần ô nhiễm khác biệt cần có các bƣớc khảo sát tƣơng tự để đánh giá hiệu quả xử lý trƣớc khi áp dụng vận hành trên thiết bị Pilot và từ đó mới đƣợc ứng dụng vào thực tế. 4.2. Xácđịnhhiệuquảxửlýcủacácvậtliệutrênnƣớcthảiximạ Kết quả nghiên cứu xác định các thông số pH, liều lƣợng tối ƣu của vật liệu nghiên cứu PAC, Biogum và Biogum cải tiến để xử lý kim loại nặng của nƣớc thải xi mạ cho phép xác định các liều lƣợng sử dụng tƣơng ứng với từng hiệu suất xử lý từ đó là cơ sở xây dựng phƣơng trình tƣơng quan giữa lƣợng vật liệu sử dụng và hiệu suất cải thiện để sử dụng tính toán lƣợng vật liệu vận hành thực tế trên thiết bị Pilot. 4.2.1. XácđịnhpHtốiưu Thí nghiệm đƣợc tiến hành với 3 loại nƣớc thải xi mạ (Ni2+, Cu2+, Zn2+) có nồng độ đầu vào là 25 mg/L với lƣợng Biogum tƣơng ứng là 0,3 g/L nƣớc thải, lƣợng Biogum cải tiến 0,125 g/L và PAC là 0,3 g/L cho nƣớc thải. 70 4.2.1.1. Kết quả xác định pH tối ƣu của PAC Kết quả nghiên cứu từ Hình 4.28 cho thấy khi sử dụng lƣợng 0,3 g/L PAC cho nƣớc thải và biến thiên giá trị pH trong khoảng từ 2 đến 5, hiệu suất loại bỏ kim loại đạt cao nhất tại pH ban đầu (pH = 5) của các mẫu nƣớc thải nghiên cứu. Hình 4.28: Xác định pH tối ƣu của PAC trên nƣớc thải xi mạ giả định Kết quả nghiên cứu cho thấy tại pH = 5 hiệu suất cải thiện ion kim loại cao nhất là Cu2+ đạt 44% sau đó là Ni2+ đạt 39,84% và thấp nhất là Zn2+ đạt 32%. Từ kết quả nghiên cứu này sẽ đƣợc kế thừa trong nghiên cứu xác định lƣợng PAC tối ƣu cho các nghiên cứu sau. 4.2.1.2. Kết quả xác định pH tối ƣu của Biogum Thí nghiệm đƣợc tiến hành trong môi trƣờng axit có pH từ 2 đến 5, vì ở pH nhỏ hơn 1,5 cấu trúc của Biogum bị phân hủy, mặt khác ở pH cao hơn 5 sẽ xảy ra sự kết tủa các ion kim loại Ni2+, Cu2+, Zn2+. Thông số nồng độ ion kim loại đƣợc sử dụng để đánh giá hiệu quả xử lý. Thay đổi pH ở các giá trị 2, 3 và 5; cố định 0,3 g/L Biogum cho nƣớc thải và tiến hành ở nồng độ nƣớc thải đầu vào 25 mg/L, kết quả nghiên cứu cho thấy Biogum xử lý kim loại tốt nhất ở giá trị pH ban đầu của mẫu nƣớc thải. Nguyên nhân là do trong môi trƣờng axit các nhóm -OH bị proton hóa thành dạng cation (Albuquerque et al., 2016), lúc này chất keo tụ mang điện tích cùng dấu với chất ô nhiễm (Ni2+, Cu2+, Zn2+). Kết quả là không có sự tạo thành liên kết giữa ion kim loại với nhóm cis-OH trên phân tử chất keo tụ galactomannan. 71 Hình 4.29: Xác định pH tối ƣu của Biogum trên nƣớc thải xi mạ giả định Kết quả nghiên cứu từ Hình 4.29 cho thấy tại pH tối ƣu ban đầu của nƣớc thải hiệu suất cải thiện đạt cao nhất đối với kim loại Zn2+ 54,44%, tiếp theo là Ni2+ 46,44% và thấp nhất là Cu2+ 45,60%. Kết quả nghiên cứu này sẽ đƣợc kế thừa trong nghiên cứu xác định lƣợng Biogum tối ƣu cho các nghiên cứu sau. 4.2.1.3. Kết quả xác định pH tối ƣu của Biogum cải tiến Khảo sát pH ở các giá trị 2, 3 và 5; cố định 0,125 g/L Biogum cải tiến cho nƣớc thải, kết quả cho thấy Biogum cải tiến loại bỏ ion kim loại tốt nhất ở pH = 5, là giá trị pH ban đầu của mẫu nƣớc thải. Hình 4.30: Xác định pH tối ƣu của Biogum cải tiến trên nƣớc thải xi mạ giả định 72 Kết quả nghiên cứu cho thấy tại pH tối ƣu ban đầu của nƣớc thải đạt hiệu suất cải thiện cao nhất với Zn2+ 49,54%, tiếp theo là Cu2+ đạt 48,94% và thấp nhất là Ni2+ đạt 43,44%. Kết quả nghiên cứu này sẽ đƣợc kế thừa trong nghiên cứu xác định lƣợng Biogum cải tiến tối ƣu cho các nghiên cứu sau. Theo kết quả nghiên cứu của Liu et al. (2016), vật liệu xanthat Fe3O4- Chitosan gắn trên nền graphen oxit có khả năng hấp phụ ion Cu2+ cao nhất tại pH = 5, là pH ban đầu của nƣớc thải Cu2+. Kết quả nghiên cứu của Motsa et al. (2013) cho thấy pH của nƣớc thải có ảnh hƣởng lớn đến hiệu quả loại bỏ ion kim loại. Kết quả cho thấy pH tối ƣu để loại bỏ ion Pb2+ nằm trong khoảng 6,5 - 7,5. Ở pH thấp hơn, sự có mặt của các ion H+ sẽ cạnh tranh bề mặt trao đổi với các ion Pb2+ dẫn đến hiệu quả loại bỏ giảm. Trong khi đó ở pH cao hơn 8 với sự có mặt của các ion –OH sẽ hình thành Pb(OH)2 không tan làm giảm ion Pb 2+ trong dung dịch. Các kết quả nghiên cứu trƣớc đây tƣơng đồng với kết quả trong nghiên cứu này. Vật liệu loại bỏ ion kim loại tốt nhất tại pH ban đầu của nƣớc thải là do trong môi trƣờng axit các ion H+ đã cạnh tranh Biogum cải tiến với các ion kim loại, với kích thƣớc nhỏ nhất trong số các ion, H+ dễ dàng di chuyển vào và chiếm giữ các chỗ trống trong phân tử nano CoFe2O4 của Biogum cải tiến, làm cho các vị trí trong phân tử bị lấp đầy và Biogum cải tiến không còn khả năng bắt giữ các ion kim loại, dẫn đến hiệu quả xử lý giảm. Bên cạnh đó sự proton hóa các nhóm -OH cũng làm giảm khả năng tạo phức và giảm hiệu quả loại bỏ kim loại của Biogum cải tiến. 4.2.2. KếtquảxácđịnhlượngPACtốiưu Thí nghiệm thực hiện trên 2 mẫu nƣớc thải xi mạ giả định và nƣớc thải NMXM biến thiên nồng độ PAC tƣơng ứng là 0,6 g/L đến 1,8 g/L PAC cho nƣớc thải xi mạ giả định và từ 1,2 g/L đến 3,6 g/L PAC cho nƣớc thải NMXM. 73 Hình 4.31: Xác định liều lƣợng PAC tối ƣu trên nƣớc thải xi mạ giả định Hình 4.32: Xác định liều lƣợng tối ƣu PAC trên nƣớc thải NMXM Kết quả nghiên cứu từ Hình 4.31 cho thấy với liều lƣợng PAC tối ƣu cho hiệu suất cải thiện trên nƣớc thải xi mạ giả định đạt cao nhất với ion Cu2+ là 68,93% trong khi Zn2+ đạt 66,13% và thấp nhất là Ni2+ đạt 59,77%. Tuy nhiên khi khảo sát trên nƣớc thải xi mạ nhà máy, kết quả nghiên cứu từ Hình 4.32 cho thấy PAC cho hiệu suất cải thiện tốt nhất đối với ion Zn2+ đạt 58,73%, tiếp theo là Ni2+ đạt 52,35% và thấp nhất là ion Cu2+ đạt 39,74%. Kết quả nghiên cứu của Bakar et al. (2013) khi sử dụng PAC kết hợp Polymer anion trên các mẫu nƣớc Ni2+ (6,7 mg/L) và Zn2+ (5,8 mg/L) với tốc độ khuấy nhanh 200 vòng/phút (2 phút), tốc độ khuấy chậm 40 vòng/phút (10 phút), 70 mg/L PAC và 2 mg/L Polymer anion. Kết quả cho thấy hiệu suất cải 74 thiện cao hơn do có sự kết hợp với vật liệu Polymer hóa học nhƣng chƣa loại bỏ hoàn toàn các ion kim loại, với hiệu suất loại bỏ ion Zn2+ đạt 83% và ion Ni2+ đạt 63%. Với kết quả nghiên cứu của Bakar et al. (2013) và kết quả nghiên cứu đƣợc mô tả ở Hình 4.31 và 4.32 cho thấy PAC chƣa cải thiện tốt các ion kim loại trong nƣớc thải nghiên cứu và có thể kết luận PAC là vật liệu chƣa hấp phụ tốt các ion kim loại trong nƣớc thải nghiên cứu. 4.2.3. KếtquảxácđịnhlượngBiogumtốiưu Giữ pH ban đầu của các mẫu nƣớc thải (pH tối ƣu), thay đổi lƣợng Biogum từ 0,4 - 2 g/L đối với nƣớc thải xi mạ giả định và 1,6 – 4,8 g/L đối với mẫu NMXM. Hình 4.33: Xác định liều lƣợng tối ƣu Biogum trên nƣớc thải xi mạ giả định Hình 4.34: Xác định liều lƣợng tối ƣu Biogum trên nƣớc thải xi mạ nhà máy 75 Kết quả nghiên cứu xác định đƣợc thông số tối ƣu của Biogum cho các mẫu nƣớc giả định là pH = 5 và lƣợng Biogum bằng 0,8 g/L đối với mẫu Cu2+ và Zn2+, bằng 1,6 g/L đối với mẫu Ni 2+ với hiệu suất loại bỏ kim loại là 79,26% (Ni2+); 83,11% (Cu2+); 82,96% (Zn2+). Kết quả nghiên cứu nƣớc thải nhà máy cho thấy 2,4 g/L Biogum loại bỏ tối đa 58,91% ion Ni2+; 4 g/L Biogum loại bỏ đƣợc 71,78% ion Cu2+; 3,2 g/L Biogum loại bỏ đƣợc 78,06% ion Zn2+. Từ đó xác định lƣợng thích hợp để loại bỏ từng ion kim loại cho các mẫu nƣớc thải với thành phần ô nhiễm khác nhau. Theo kết quả nghiên cứu của Jaafarzadeh et al. (2014) sử dụng chitosan - một loại polysaccarit tự nhiên đƣợc trích ly từ vỏ của các loài giáp xác - để loại bỏ các ion Zn2+, Ni2+ (25 mg/L). Kết quả chỉ ra khi tăng lƣợng chất keo tụ từ 10 tới 100 mg/L, hiệu suất loại bỏ các ion Zn2+, Ni2+ tăng từ 75% và 40,8% lên 98,5% và 87,9%. Nhận thấy ion Zn2+ đƣợc loại bỏ dễ hơn so với ion Ni2+. Theo kết quả nghiên cứu của Nacke et al. (2016) tiến hành trên mẫu nƣớc thải Cu2+, Zn2+ (10 mg/L) ở 25oC với tốc độ khuấy 200 vòng/phút loại bỏ đƣợc trên 90% các ion Cu2+, Zn2+ nhƣng lƣợng chất keo tụ (trích ly từ hạt dầu mè) cần sử dụng lên đến 8 g/L. So sánh kết quả của nghiên cứu này với kết quả nghiên cứu của Nacke et al. (2016) cho thấy hiệu quả loại bỏ các ion kim loại của Biogum khá cao (trên 80%) với lƣợng Biogum ít hơn, chƣa tới 3 g/L. Nhƣ vậy với hiệu quả loại bỏ kim loại cao, Biogum là một trong những chất keo tụ sinh học có tiềm năng xử lý ion kim loại nặng, nhƣng nhƣợc điểm của Biogum là không có khả năng thu hồi và tái sử dụng. Do đó yêu cầu đặt ra là tìm kiếm một loại vật liệu mới vừa thân thiện với môi trƣờng vừa có khả năng thu hồi, tái sử dụng. 4.2.4. KếtquảxácđịnhlượngBiogumcảitiến tốiưu Nghiên cứu trên đối tƣợng nƣớc thải xi mạ giả định có nồng độ đầu vào 25 mg/L, biến thiên lƣợng Biogum cải tiến từ 0,25 g/L đến 0,75 g/L, nghiên cứu trên đối tƣợng nƣớc thải NMXM, biến thiên lƣợng Biogum cải tiến từ 0,5 g/L đến 1,125 g/L. 76 Hình 4.35: Xác định liều lƣợng tối ƣu Biogum cải tiến trên nƣớc thải xi mạ giả định Hình 4.36: Xác định liều lƣợng tối ƣu Biogum cải tiến trên nƣớc thải nhà máy xi mạ Kết quả nghiên cứu từ Hình 4.35 cho thấy ở liều lƣợng tối ƣu, Biogum cải tiến cải thiện ion kim loại của nƣớc thải giả định đạt cao nhất với ion đồng 97,17%, ion kẽm đạt 94,97% và thấp nhất là ion niken 92,93%. Khi nghiên cứu trên nƣớc thải xi mạ nhà máy, kết quả từ Hình 4.36 cho thấy Biogum cải tiến đạt hiệu suất loại bỏ cao nhất với ion kẽm đạt 94,92% sau đó là ion đồng đạt 94,51% và thấp nhất là ion niken đạt 89,10%. Qua đó cho thấy hiệu suất cải thiện chất lƣợng nƣớc của Biogum cải tiến đạt hiệu quả các ion kim loại trên nƣớc thải nhà máy đạt từ 89,10 - 94,92% thấp hơn nƣớc thải giả định đạt từ 92,93 - 97,17%. Kết quả có thể giải thích do trong nƣớc thải nhà máy chứa 77 nhiều thành phần ô nhiễm dẫn đến vật liệu Biogum ngoài hấp phụ kim loại nặng còn hấp phụ các thành phần ô nhiễm khác, dẫn đến hiệu suất cải thiện giảm đáng kể. Kết quả so sánh hiệu quả cải thiện của Biogum cải tiến với Biogum và PACtrênđốitượngnước thải xi mạ giả định Hình 4.37: Xác định hiệu suất cải thiện của các vật liệu nghiên cứu trên nƣớc thải xi mạ giả định Hình 4.38: Xác định hiệu suất cải thiện của các vật liệu nghiên cứu trên nƣớc thải NMXM Từ Hình 4.37 và Hình 4.38, kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu Biogum cải tiến cho hiệu quả cải thiện chất lƣợng nƣớc thải xi mạ giả định và NMDN tốt nhất sau đó là Biogum và thấp nhất là PAC khi nghiên cứu ở các điều kiện pH và lƣợng tối ƣu của từng vật liệu ở cùng điều kiện nghiên cứu Biogum xử 78 lý tốt ion kim loại ở giá trị pH ban đầu của mẫu nƣớc nghiên cứu. Kết quả cho thấy Biogum là chất keo tụ phù hợp với nƣớc thải xi mạ Ni2+,Cu2+, Zn2+ với liều lƣợng tối ƣu tƣơng ứng là 1,6 g/L, 0,8 g/L, 0,8 g/L, hiệu suất loại bỏ các ion kim loại Ni2+, Cu2+, Zn2+ đối với nƣớc thải giả định lần lƣợt là 79,26%; 83,11%; 82,96% và đối với nƣớc thải nhà máy tƣơng ứng là 58,91%; 71,78%; 78,06%. Biogum cải tiến cải thiện hiệu quả nƣớc thải xi mạ ở pH ban đầu của các mẫu nƣớc thải, ở 0,75 g/L loại bỏ đƣợc 92,93% ion Ni2+, ở 0,3 g/L loại bỏ đƣợc 97,17% ion Cu2+ và 94,97% ion Zn2+. Kết quả nghiên cứu nƣớc thải nhà máy cho thấy, hiệu suất loại bỏ ion Ni2+ cao nhất đạt 89,10% ở liều lƣợng Biogum cải tiến 0,75 g/L, hiệu suất loại bỏ ion Cu2+ cao nhất đạt 94,51% ở liều lƣợng Biogum cải tiến 1 g/L và hiệu suất loại bỏ ion Zn2+ cao nhất đạt 94,92% ở liều lƣợng Biogum cải tiến 1 g/L. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất loại bỏ ion kim loại của PAC đạt cao nhất gần 70%, thấp hơn khi so với vật liệu Biogum đạt thấp nhất 83% và thấp hơn Biogum cải tiến đạt thấp nhất 90%. Vậy có thể xác định Biogum và Biogum cải tiến cho hiệu quả cải thiện chất lƣợng nƣớc thải xi mạ cao và có thể thay thế các vật liệu có nguồn gốc hóa học trong cải thiện chất lƣợng nƣớc thải xi mạ, đặc biệt là cải thiện các ion Ni2+, Cu2+ và Zn2+. 4.2.5. XácđịnhhiệuquảxửlýcủaBiogumcảitiến thuhồi Kết quả nghiên cứu từ Hình 4.39 cho thấy khả năng cải thiện chất lƣợng nƣớc thải xi mạ của Biogum cải tiến thu hồi sử dụng 0,5 g/L Biogum cải tiến trên mẫu nƣớc Cu2+, Zn2+ và 0,375 g/L Biogum cải tiến trên mẫu nƣớc Ni2+, kết quả nghiên cứu cho thấy đến lần thu hồi thứ 3, hàm lƣợng ion Zn2+ còn lại vào khoảng 5,83 mg/L đạt hiệu suất 76,69%; hàm lƣợng ion Cu2+ còn lại vào khoảng 5,82 mg/L đạt hiệu quả 76,73%; hàm lƣợng ion Ni2+ còn lại vào khoảng 5,91 mg/L với hiệu suất đạt 76,37%. Vậy Biogum cải tiến cho hiệu quả xử lý cao sau khi tái sử dụng 3 lần. 79 Hình 4.39: Hiệu suất loại bỏ kim loại của Biogum cải tiến ở các lần thu hồi So sánh với kết quả nghiên cứu của Liu et al. (2016) cho thấy khả năng hấp phụ của vật liệu nanocomposite xanthat Fe3O4-Chitosan trên nền graphen oxit cho hiệu quả thu hồi và tái sử dụng sau 5 lần. Tuy nhiên khi so sánh với nghiên cứu của Suman et al. (2016) cho thấy hiệu suất loại bỏ ion kim loại Pb2+ và Cr3+ của nanocomposite (nanocenlulozơ - nano bạc) giảm không đáng kể sau 5 lần thu hồi và tái sử dụng. Khả năng hấp phụ Pb2+ giảm từ 99,48% xuống 98% và khả năng hấp phụ Cr3+ giảm từ 98,30% xuống 97,80%. Qua đó cho thấy Biogum

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_su_dung_vat_lieu_keo_tu_sinh_hoc_che_tao.pdf
Tài liệu liên quan