Luận văn Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện

xuất ván sàn, đường nẹp thân xe, panen cửa nội thất từ xơ dừa bỏ đi. Kết quả thật bất ngờ, nguồn nguyên liệu tưởng chừng phế thải đã phát huy tác dụng triệt để, thay thế phần nào sợi tổng hợp pôliexte hiện thời [3, 8]. Đó là nhờ tính hữu dụng đặc biệt của hợp chất xơ dừa pha trộn pôliprôpilen, cho hỗn hợp chịu nhiệt độ cao. Từ đó nhà sản xuất dễ dàng tạo khuôn và làm bóng hình khối theo ý đồ mong muốn. Thêm vào đó, phụ tùng xe chế tạo từ xơ dừa còn được người tiêu dùng ưa chuộng ở đặc tính nhẹ bền chắc chắn, bảo vệ xe khỏi nguy cơ cháy nổ và khói độc [8]. 24 Chính vì thế, sản phẩm phụ tùng xe độc đáo này đã trở thành người sản phẩm hữu ích của rất nhiều quốc gia vùng gần xích đạo - nơi thiên tai hiểm họa luôn rình rập đe dọa cuộc sống của người dân. Đặc biệt, tại những xứ sở dừa chất thành đống như Inđônêxia, Gana hay n Độ - nơi người dân không ý thức xơ dừa tích tụ chính là môi trường lý tưởng của loài muỗi anôphen - việc tận dụng vỏ dừa khô chế tạo phụ tùng xe được xem như một sản phẩm lý tưởng: vừa bảo vệ môi trường và phòng bệnh sốt rét, vừa nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh [8]. f) Dùng xơ dừa để xử lý nước thải. Các vật liệu dùng làm giá thể cho sinh vật bám trong quy trình xử lý nước thải sinh học thường có ít nhất một trong bốn điểm yếu sau: đắt tiền, trọng lượng lớn, chiếm chỗ và dễ gây tắc nghẽn dòng chảy. Xơ dừa là một vật liệu có thể tránh được những bất lợi đó. Một trong những biện pháp nâng cao hiệu suất xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học là nâng cao mật độ vi sinh vật trong hệ thống. Khi xử lý nước thải bằng quá trình sinh trưởng lơ lửng (không có giá thể cho sinh vật bám), thì nước thải qua xử lý đi ra ngoài, đã mang theo một lượng đáng kể vi sinh vật. Phương pháp xử lý theo kiểu sinh trưởng kết bám (có giá thể) khắc phục được điều này. Trước đây, những vật liệu được sử dụng làm giá thể thường là các vật liệu trơ như cát sỏi, gốm, xỉ quặng hoặc chất dẻo. Tuy nhiên, các vật liệu trên thường là đắt tiền (với chất dẻo, đầu tư 75 - 200USD cho mỗi mét khối thể tích bể xử lý), trọng lượng lớn chiếm chỗ và dễ gây tắc nghẽn dòng chảy của nước thải qua bể xử lý [8]. Nhằm tìm kiếm một loại vật liệu làm giá thể có thể khắc phục được các điểm yếu nêu trên, xơ dừa đã bắt đầu được nghiên cứu năm 1996. Các miếng đệm xơ dừa phủ cao su dưới dạng các khối hình chữ nhật kích thước nhỏ được lắp đặt đều bên trong một bể xử lý kỵ khí. Với nước thải chế biến cao su, mô hình trên có hiệu suất xử lý chất hữu cơ khoảng 90% [8]. 25 Từ những ứng dụng ban đầu của công nghệ trên, người ta đã nghiên cứu thành công ứng dụng xơ dừa thô trong xử lý nước thải dưới dạng đơn giản hơn. Các sợi xơ dừa được kết thành chuỗi tiết diện tròn và không phủ cao su đường kính 20cm và dài 200cm. Sau đó, các chuỗi này được buộc song song với nhau trên một khung hình chữ nhật. Nước thải từ một xưởng chế biến cao su được cho qua bể phân hủy kỵ khí có xơ dừa thô làm giá thể, thời gian lưu nước là hai ngày. Kết quả, 90% COD và BOD bị loại ra khỏi nước thải. Mô hình này đã được vận hành thử nghiệm thường xuyên từ tháng 9/1999 đến năm 2001. Qua kiểm nghiệm chất lượng nước thải trên 22 mẫu nước thải, hiệu suất xử lý đối với chất ô nhiễm hữu cơ vẫn ổn định, đạt khoảng 90% đối với cả BOD và COD, hiện tượng cuốn trôi vi sinh vật ra khỏi bể xử lý không đáng kể, thuận lợi cho những quá trình xử lý kế tiếp. Sau hơn một năm vận hành, bể kỵ khí dùng xơ dừa không có hiện tượng tắc ngẽn dòng chảy nước thải.Vì thành phần chủ yếu của xơ dừa là cellulose ( khoảng 80%) và lignin (khoảng 18%), nên rất khó bị vi sinh vật phân hủy. Theo ước tính của các nhà nghiên cứu, tuổi thọ của xơ dừa trong bể kỵ khí là khoảng 5 năm [8]. Từ kết quả trên, đã chứng minh khả năng và hiệu quả sử dụng xơ dừa thô trong bể xử lý kỵ khí để xử lý nước thải nghành chế biến cao su. Ngoài ra, có thể áp dụng công nghệ trên trong việc xử lý các lọai nước thải có chứa chất ô nhiễm hữu cơ cao. Xơ dừa là một loại vật liệu rẻ tiền và sẵn có ở nhiều vùng trong nước ta, nên đây có thể được coi như một hướng phát triển các công nghệ xử lý nước thải đơn giản và rẻ tiền. 1.6 Tổng quan về tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế gi i và Việt Nam 1.6.1 Tổng quan về phương pháp cacbon hóa. Hiện nay phương pháp thiêu đốt được sử dụng phổ biến để xử lý chất thải rắn sinh hoạt và chất thải rắn y tế và ngăn ngừa các dịch bệnh. Tuy nhiên phương pháp này còn hạn chế vì chi phí xử lý cao và có nguy cơ tạo thành dioxin và furan. Một 26 công nghệ mới xử lý chất thải bằng phương pháp cacbon hóa, công nghệ này cho phép thu hồi năng lượng như nhiệt năng và điện năng hoặc nguyên nhiên liệu sạch (than sạch, than hoạt tính) [15]. Phương pháp này góp phần xử lý ô nhiễm môi trường và lượng rác thải cho bãi chôn lấp, đây là một yếu tố quan trọng trong vấn đề quản lý chất thải. Cacbon hóa là quá trình loại bỏ các chất hữu cơ nhẹ có thể bay hơi có mặt trong nhiên liệu nhằm mục đích thu nhận cacbon. Đây là quá trình cháy không hoàn toàn nguyên liệu. Các hợp chất hữu cơ phân hủy dưới tác dụng của nhiệt và tạo thành cacbon. Quá trình cacbon hóa có thể phân chia thành hai bước: sấy khô và đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu [15]. Có một số khác biệt giữa phương pháp thiêu đốt truyền thống và công nghệ mới. Phương pháp truyền thống biến toàn bộ chất thải đầu vào thành khí thải và tro, sinh ra lượng khí thải độc hại. Ngược lại phương pháp nhiệt phân biến chất thải thành các loại nhiên liệu giàu năng lượng bằng việc đốt chất thải ở trạng thái kiểm soát, quy trình xử lý nhiệt hạn chế sự biến đổi để quá trình đốt cháy không xảy ra trực tiếp, chất thải được thành những chất trung gian có thể xử lý thành các vật liệu tái chế hoặc thu hồi năng lượng. Dưới tác dụng của nhiệt, các loại rác thải chuyển hóa kèm theo quá trình phân hủy tạo thành nước, khí và than tổng hợp. Than tổng hợp được làm lạnh trong vòng 90 giây mà không cần một sản phẩm phụ gia nào trong khoang giảm nhiệt, đây là sản phẩm của chính quá trình xử lý nhiệt phân rác thải ở nhiệt độ thấp, loại than này có chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp khoảng 0,2%. Điều đáng lưu ý là công nghệ nhiệt phân rác thải ở nhiệt độ thấp này sẽ giúp tránh được nguy cơ phản ứng sinh ra các chất độc hại, đặc biệt là dioxin [15]. Nhiệt phân là quá trình làm suy giảm nhiệt của các vật liệu cacbon ở nhiệt độ từ 400 oC đến 800oC hoặc trong điều kiện thiếu oxy hoặc có nguồn cung cấp oxy rất hạn chế. Quá trình này làm bay hơi và phân hủy các vật liệu rác hữu cơ bằng nhiệt, không bằng đốt lửa trực tiếp. Khi chất thải bị nhiệt phân, khí và than ở dạng rắn được sinh ra. Than dưới dạng rắn là hợp chất các nguyên liệu khó cháy với cacbon. Khí tổng hợp được sinh ra là hỗn hợp các khí gồm cacbon monixit, hydro, metan và 27 một số loại hợp chất hữu cơ khác dễ bay hơi. Khí tổng hợp có nhiệt trị là 10-20 mJ/Nm 3 [15]. Với những đặc tính tối ưu của phương pháp cacbon hóa, đã có rất nhiều ứng dụng để xử lý các chất dư thừa trong nông nghiệp và công nghiệp, xử lý các chất thải sinh hoạt và thương mại, thu hồi năng lượng từ những chất dư thừa trong quá trình tái chế liệu. Ưu điểm của phương pháp: - Giảm khối lượng chất thải. - Làm cho chất thải an toàn và biến thành chất trơ. - Thu được giá trị của chất thải các loại năng lượng nhiên liệu (điện năng, than..). - Đi theo hướng phát triển bền vững tiến tới việc tái sử dụng và tái chế. - Là một biện pháp xử lý thích hợp đối với lượng chất thải đang gia tăng. - Chất thải biến thành năng lượng và sự bổ sung cho việc tái chế vật liệu. - Đẩy mạnh việc thay đổi thành phần chất thải rắn ở bãi chôn lấp. - Giải quyết tình trạng thiếu nơi chôn lấp chất thải. - Ứng phó với những công cụ kinh tế và tài chính. 1.6.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế gi i. Phương pháp cacbon hóa đã được thế giới nghiên cứu và sử dụng từ rất lâu trên thế giới nhằm thu hồi được những sản phẩm nhiên liệu có giá trị cao hơn. a. Công nghệ cacbon hóa ở nhiệt độ thấp. Ở Mỹ, từ những năm 1990 đã có rất nhiều nghiên cứu về công trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp. Fank M. Gentry có các công trình nghiên cứu về quá trình luyện than cốc và khí hóa than ở nhiệt độ thấp [21,31]. Nhiệt độ của quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp được tranh cãi giữa các nhà nghiên cứu. Parr và Layng quan niệm nhiệt độ thấp dưới 750oC hoặc 800oC trong khi Bone quan niệm nhiệt độ nằm trong giới hạn 550oC và 600oC và Gludd quan niệm nhiệt độ thấp trong giới hạn 500oC đến 600oC [21]. Sự tranh cãi này xuất phát 28 từ một loại than đá mà các thí nghiệm tiến hành và các loại sản phẩm than cốc riêng của từng nhà nghiên cứu. Par và các cộng sự sử dụng than Illinois để đảm bảo không có khói khí đốt. Bone sử dụng than của Anh và Gludd sử dụng sản phẩm đầu tiên của nhựa đường với loại nhựa đường có tỷ lệ cacbon tự do thấp. Do vậy khoảng nhiệt độ phụ thuộc vào chất lượng sản phẩm tạo ra của các nhà nghiên cứu và phương pháp thực hiện các quá trình. Lịch sử quá trình nghiên cứu cacbon hóa ở nhiệt độ thấp liên quan chặt chẽ tới khí than. Một trong những người đầu tiên đề cập đến lượng dầu lớn nhất thu được là Perkins, người đạt bằng sáng chế năm 1953 về việc chiết xuất dầu khỏi đá phiến sét và các vật liệu cacbon khác bằng cách chưng cất ở nhiệt độ thấp. Sau năm đó, Sparr đề nghị luyện than để lấy dầu nhờn hơn là lấy khí trong điều tự nhiên chân không cao. Mười năm sau, Parker người phát minh quá trình cốc hóa giành được bằng sáng chế cho sản phẩm nhiên liệu không khói bằng cách chưng cất khí trơ ở nhiệt độ cao, như khí lỏng, khí than ở 600oC đến 650oC. Sau đó Parker đạt được bằng snags chế cho việc đốt than trong dòng khí thổi ở nhiệt độ dưới 450oC. Đó chính là nền tảng của quá trình cốc hóa [21]. Tại Mỹ những thí nghiệm được tiến hành từ rất sớm tại đại học Illinois từ 1902. Đã có một báo cáo kết quả vào năm 1908 và một báo cáo nghiên cứu sâu hơn vào năm 1912 của Parr và công sự. Những nghiên cứu đầu tiên về lĩnh vực này được nghiên cứu tại Mỹ, nhưng sau đó nó tiếp tục được nghiên cứu chủ yếu ở những nước có nguồn dầu mỏ bị giới hạn và họ coi nguồn than dự trữ như nguồn nguyên liệu lỏng quan trọng cho quốc gia. Chiến tranh thế giới đã tạo ra sự thúc đẩy lớn cho lĩnh vực nghiên cứu này, đặc việt là tại Anh và Đức. Những nghiên cứu cơ bản về nhiên liệu của Anh xuất bản năm 1917 đẩy mạnh tiết kiệm nhiên liệu và tiếp tục phát triển những nghiên cứu về nhiên liệu. Nó góp phần to lớn cho những nghiên cứu về cacbon hóa than [31]. Sau đây là một só nghiên cứu về quy trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp Quy trình cacbon hóa của Mcintire 29 Quy trình cacbon này dựa theo quy trình của tác giả Smith và được sự ủng hộ của tổ chức The International Coal Products Company. Năm 1918 chính phủ Mỹ đã cung cấp tài chính nhằm xây dựng một nhà máy với công suất 575 tấn than thô mỗi ngày tại Clinchfield, VA. Tuy nhiên quy trình vận hành của nhà máy gặp nhiều khó khăn, thêm vào đó những trờ ngại về kinh tế đã khiến dự án Clinchfield tạm ngừng vào năm 1922. Sau này mô hình này được McIntire ứng dụng và phát triển. Điểm nổi bật của hệ thống này là sự kết hợp giữa quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp và cao nhằm đạt dược một số quy mô sản xuất cao hơn [15, 15]. Quy trình Coalite Quy trình dựa trên mô hình của Parker, một trong những người tiên phong của quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp. Mô hình đưa ra từ những năm dầu 1890 nhưng đến tận năm 1906 thì Coaltile mới giới thiệu về nguyên lý của quá trình cacbon hóa [29]. Trong mô hình này, các bình chứng cất ở trạng thái tĩnh, nhiệt được cung cấp từ bên trong và than được xếp từng lớp mỏng. Sau đó The Eticoal Syndicate đã dựng lên một nhà máy gần Barnsley, nước Anh với công suất khoảng 50 tấn than. Trong quá trình chưng chất hơi nóng dược duy trì từ trên xuống dưới. nhiệt độ trong bình chưng cất được duy trì ở 650oC trong vòng 4,5 giờ cho đến khi quá trình cacbon hóa được hoàn thành. Thiết kế gần đây nhất của Coaltile là một cải tiến trong mô hình của Davidson. Quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ khoảng 650oC trong vòng 8 giờ với lượng than xấp xỉ 36 tấn mỗi ngày. Đặc điểm của mô hình này là các thiết bị có bộ phận thoát khí trong quá trình cacbon hóa và thu hồi than. Khoảng 25-35% chất dễ bay hơi chứa trong than sẽ bị hóa hơi ở nhiệt độ 550oC ở trong bình chưng cất [32]. Quy trình Fussion Đây là phát minh của Hutchin và được tập đoàn Fusion quản lý, mô hình được thiết kế dạng đơn và kép. Trong mô hình dạng đơn có lò quay bằng thép sắp xếp theo chiều ngang. Nguyên liệu được nghiền cho vào các lò được đốt nóng. Sản pahamr được hình thành ở buồng cố định ở trạng thái tĩnh và sau đó được lấy ra, khí thải ngưng lại và cho một khu vực riêng. 30 Mô hình lò kép nguyên tắc cấu tạo như ở dạng lò đơn. Điểm khác biệt là 2 lò quay được sắp xếp theo kiểu đồng tâm, và cả hai có bộ phận nghiền nguyên liệu chỉ diễn ra một lần, do vậy tránh được việc thoát khí trong vận hành. Thứ hai, than được đốt nóng trước khi tiến hành quá trình cacbon hóa [17]. Quy trình Cacbon hóa chất thải nông nghiệp Các thành phần chất hữu cơ trong chất thải đô thị có tốc độ phân hủy chậm trong bãi chôn lấp như xương động vật, hải sản, gỗ, cao su có thành phần cacbon tương đối cao [32]. Ngoài ra đối tượng áp dụng khác có thể là các chất thải nông nghiệp. Đã có rất nhiều nghiên cứu thu hồi cacbon từ sinh khối chất thải nông nghiệp bằng phương pháp cacbon hóa của trường Đại học năng lượng thiên nhiên Hawaii (2002) cho thấy sản phẩm thu được có giá trị nhiệt cao, thu hồi được các sản phẩm cacbon có nhiệt trị cao như bảng sau: Bảng 1.4 Hiệu suất thu hồi sản phẩm cacbon từ chất thải rắn nông nghiệp [34] Chất thải Tỷ lệ thành phần % Hiệu suất thu hồi sản phẩm Hiệu suất thu hồi cacbon Nhiệt trị của sản phẩm Hiệu suất chuyển đổi năng lượng Hơi nước cacbon tro Gỗ thông tươi 24,7 72,5 2,8 40,0 29,7 29,9 66,1 Gỗ thông khô 15,8 80,6 3,6 36,8 30,4 31,2 63,6 Gỗ sồi 20,2 79,5 0,5 35,1 28,0 31,6 62,5 Lõi ngô 13,6 83,7 2,7 33,1 28,0 32 60,7 Vỏ trâu 23,8 43,2 33,0 46,1 24 19,4 57,7 Ngày nay, công nghệ cacbon hóa ở nhiệt độ thấp được nghiên cứu ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhua. Các vật liệu có tỷ lệ thành phần cacbon cao có thể được cacbon hóa thành những vật liệu có ích trong các hoạt động xử lý chất thải rắn bảo vệ môi trường. Rác thải hữu cơ chát được trong rác thải đô thị hay các chất thải 31 PVC có thành phần cacbon cao được cacbon hóa ở nhiệt độ thấp tạo ra các hợp chất có độ xốp lớn, ứng dụng trong ngành công nghiệp và công nghệ xử lý nước thải. b. Công nghệ cacbon hóa bằng phương pháp áp suất cao. Hiện nay, ngoài phương pháp cacbon hóa ở nhiệt độ thấp thì phương pháp cacbon hóa áp suất cao cũng đạt được những thành tích đáng kể và một công nghệ cacbon hóa nhanh và hiệu quả, biến sinh khối của cacbon sinh học với lượng có thể cân bằng giới hạn sau vài chục phút phản ứng. Công nghệ này cần lưu ý sự chát và kiểm soát tia lửa trong khoang chứa sinh khối. Trong các thí nghiệm tiêu biểu, hệ thống nén ở 1 MPa bằng không khí và điện được phát cho bộ phận làm nóng ở đáy lò phản ứng. Sự cháy diễn ra sau vài phút dưới áp suất cao và các tia lửa sẽ bắt đầu làm cho sinh khối chuyển thành cacbon sinh học. Nếu sinh khối sử dụng là lõi ngô,sản lượng cacbon được giữ nguyên tuân theo lý thuyết và phản ứng hoàn thành sau 20 phút [21]. Cacbon sinh học (than củi) được chế tạo ra sau hơn 38.000 năm và hiện giờ vẫn là nguồn nhiên liên có thể tái tạo quan trọng nhất được sử dụng. Tuy nhiên những công nghệ cacbon hóa có tính thương mại thì chậm và kết quả không rõ rệt. Sản lượng đặc trưng của sản xuất than củi từ gỗ cứng của lò Missouri có chu trình 7-12 ngày khoảng 25% trọng lượng [21]. Những công nghệ cacbon hóa kém hiệu quả hơn được sử dụng rộng rãi ở các nước và nó cũng là nguyên nhân hàng đầu cho nạn phá rừng ở nhiều quốc gia nhiệt đới. Ngoài ra chu trình sản xuất nhiên liệu than củi phát thải khí nhà kính nhiều nhất. Theo báo cáo Viện năng lượng tự nhiên Hawai, Đại học Hawai của nhóm tác giả Kazuhiro Mochizuki, LloydS. Paredes và Michael J. Antal, Jr năm 2002 [34], sinh khối được đựng trong hộp hình trụ nhỏ và đưa vào khoang cacbon hóa có áp suất không khí cao lên tới 1,1 MPa. Hệ thống lò có 2 bộ phận làm nóng ở đáy của khoang cacbon hóa. Sự cháy bắt đầu sau vài phút và bộ phận làm nóng được tắt đi. Sau đó, không khí đi vào nồi hơi và các tia lửa bắn ra và chuyển sinh khối thành cacbon. Khi không khí đã cung cấp đủ cho quá trình cacbon hóa thì sẽ tạm ngừng dòng khí, khoang cacbon hóa sẽ giảm áp suất và để nguội. 32 Lõi ngô là nhiên liệu tốt cho quá trình cacbon hóa, tại áp suất 1,2 MPa sự cháy xảy ra sau 2 phút làm nóng và dòng khí thổi dừng lại sau 18 phút. Với công nghệ này sản lượng cacbon cố định đạt 100% sản lượng tại giới hạn cân bằng nhiệt hóa học. Kết quả đạt được sự cải tiến to lớn so với công nghệ cũ. Giống như lõi ngô, vỏ trấu cháy dễ dàng trong không khí ở áp suất cao nhưng sự lưu thông nhiệt và khí thì bị hạn chế. Với đặc tính đó, sản lượng cacbon hóa cố định (24%) chỉ đạt được 82% giá trị tại giới hạn thành phần cacbon hóa cố định của than thì ít thay đổi [21]. 1.6.3 Tình hình nghiên cứucacbon hóa ở Việt Nam. Rác thải đang ngày càng trở thành vấn đề bức xúc của xã hội. Với sự phát triển nhanh chóng của các đô thị lớn như TP Hồ Chí Minh, Hà Nội và Hải phòng thì vấn đề xử lý rác thải đô thị lại càng trở nên bức thiết. Ở nước ta, phần lớn rác thải được xử lý thô sơ bằng cách vùi lấp tại các bãi rác với nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cao, gây ra nhiều hậu quả xấu ảnh hưởng tới sức khoẻ con người. Có nhiều phương pháp xử lý rác thải đô thị đã được nghiên cứu và áp dụng, trong đó có phương pháp thiêu đốt. Phương pháp này xử lý được nhiều loại chất thải (đặc biệt là các chất thải rắn khó phân huỷ như plastic, da, cao su), tiết kiệm được diện tích cho các bãi chôn lấp. Tuy nhiên, nó lại gây tác động xấu đến môi trường không khí, ngoài ra chi phí cho việc xử lý khí thải của quá trình thiêu đốt rất tốn kém [15, 17, 22]. Trên cơ sở thực tế đó, một phương pháp xử lý mới áp dụng đối với chất thải rắn giàu cacbon bằng nhiệt phân đã bắt đầu được các nhà khoa học không chỉ ở Việt Nam mà cả trên thế giới nghiên cứu. Phương pháp cacbon hoá này vừa có thể xử lý được ô nhiễm của chất thải với chi phí xử lý thấp hơn, vừa tạo ra được loại sản phẩm tái chế phục vụ kinh tế xã hội như than sạch làm nhiên liệu hoặc vật liệu hấp phụ dùng trong công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường. Bản chất của phương pháp là đốt các chất thải rắn cháy được trong điều kiện thiếu ôxy hoặckhông có oxy hoàn toàn. Với những ưu điểm vượt trội mà phương pháp cacbon hoá bằng nhiệt phân có được, trong thời gian qua, các nhà khoa học Viện Công nghệ Môi trường đã tiến 33 hành nghiên cứu công nghệ cacbon hoá để xử lý chất thải rắn đô thị Hà Nội và đã có một số kết quả khả quan cho việc áp dụng vào thực tế [31,24]. Hình 1.3 Lò nung cacbon hoá đặt tại Viện Công nghệ môi trường và mẫu tre khô trước cabon hoá và mẫu than. Cụ thể, hiệu suất thu hồi đối với giấy từ 22-30% và tương đối ổn định; với nhựa là 25-39%; vải tương đối cao từ 60-75% ở nhiệt độ 300, 400 độ C, nhưng giảm hẳn xuống còn 14-59% ở nhiệt độ 500 độ C; gỗ đạt từ 15,5 – 25,5%; cao su là 20 – 35% [27]. Vì sản phẩm than thu hồi được định hướng như là nhiên liệu đốt cho công nghiệp và vật liệu làm giá thể sinh học trong xử lý ô nhiễm môi trường. Trong đó, để làm nhiên liệu đốt thì vật liệu khi đốt phải sinh ra nhiệt lượng cao và được đặc trưng bởi thành phần TOC (tổng cacbon hữu cơ) có trong sản phẩm. Do đó, các nhà khoa học đã tiến hành phân tích các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm theo tiêu chí nhiệt năng thông qua chỉ tiêu TOC và nhiệt trị. Bảng dưới đây trình bày kết quả đạt được như sau: Bảng 1.5 TOC của than carbon hóa từ các vật liệu khác nhau [23] TT Vật liệu TOC, % 1 Tre 86,77 2 Gỗ 88,82 3 Giấy 52,81 4 Da 57,58 34 5 Lõi ngô 79,35 6 Trấu 68,15 Kết quả cho thấy TOC của các sản phẩm tương đối cao từ 80-90% như của tre, gỗ và lõi ngô. Điều này chứng minh cho triển vọng ứng dụng công nghệ cacbon hoá chất thải thành sản phẩm than dùng như nhiên liệu siêu sạch. Bên cạnh đó, chỉ tiêu về vật liệu làm giá thể sinh học để xử lý ô nhiễm môi trường cũng được các nhà khoa học nghiên cứu, đánh giá thông qua chỉ tiêu kích thước mao quản và diện tích bề mặt riêng. Các hình ảnh SEM dưới đây cho thấy các sản phẩm than từ nguyên liệu gỗ, tre rất phù hợp để làm vật liệu xử lý ô nhiễm môi trường vì kích thước mao quản và diện tích bề mặt rất phù hợp (10-150 micromet) [38]. Hình 1.4 ảnh SEM của than cacbon hoá các thành phần chất thải: a) gỗ; b) tre; c) vải; d) giấy [23] Dưới đây là bảng tổng hợp kích thước bề mặt và diện tích của các vật liệu đã cacbon hóa 35 Bảng 1.6 Kích thước và diện tích bề mặt riêng của than cacbon hóa trên các vật liệu khác nhau [23] Vật liệu cacbon hóa Kích thước mao quản Diện tích bề mặt(m2/g) Vải Kích thước rất nhỏ, phần lớn nằm trong khoảng 1-2nm 60 – 70 Giấy Kích thước nhỏ, 1-2nm 50 – 70 Tre Kích thước nhỏ 10- 20 300 – 400 Gỗ 50 - 150 100 – 300 Theo kết quả đề tài nghiên cứu công nghệ cacbon hóa chất thải đô thị ở Việt Nam [4] khi sử dụng công nghệ cacbon hoá để xử lý chất thải ô nhiễm có nhiều ưu điểm vượt trội như chi phí xử lý thấp, lượng khí thải ít, tạo ra được sản phẩm than sạch có nhiệt trị cao làm nhiên liệu trong công nghiệp hoặc vật liệu hấp phụ dùng xử lý ô nhiễm môi trường (ví dụ: làm giá thể sinh học để xử lý nước thải dệt nhuộm tại một số nhà máy dệt trong nước). Phương pháp cacbon hoá cũng có thể dùng để xử lý rác thải nông nghiệp (rơm, rạ, chấu), sản phẩm là tro thu được dùng làm phân bón cho cây là rất tốt [20, 23]. Các kết quả nghiên cứu trên chứng tỏ phương pháp cacbon hoá để xử lý chất thải rất có triển vọng trong tương lai. Phương pháp này được coi là một xu thế phát triển mới cho việc xử lý chất thải không chỉ ở Việt Nam mà còn cả trên thế giới. 36 C ơ 2: ĐỐ TƯỢNG VÀ P ƯƠNG P ÁP NG ÊN CỨU 2.1Đố t ợng nghiên cứu - Xơ dừa (bao gồm chỉ xơ dừa và mụn xơ dừa), thực nghiệm áp dụng công nghệ cacbon hóa theo mô hình thiết kế của Viện Công nghệ môi trường thuộc Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam. - Phân tích xử lý Amoni trong nước thải bệnh viện E – Hà Nội sau khi qua hệ thống xử lý sinh học hiếu khí. 2.2Dụng cụ thí nghiệm. Bảng 2.1 Danh mục các thiết bị cần thiết cho quá trình nghiên cứu. STT Tên dụng cụ thiết bị Mục đích 1 Tủ sấy Sấy vật liệu 2 Thiết bị khuấy Jartest Khuấy khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu bằng phương pháp hấp phụ tĩnh 3 Máy đo quang Xác định nồng độ NH4 + 4 Lò nung cacbon hóa Nung vật liệu cacbon hóa 5 Máy đo pH Đo và điều chỉnh pH 6 Cân Cân vật liệu 7 Dụng cụ thủy tinh phổ biến trong phòng thí nghiệm Tiến hành các thí nghiệm phụ trợ Bảng 2.2 Danh mục các hóa chất cần thiết cho nghiên cứu. STT Tên hóa chất Mục đích 1 H2SO4 Điều chỉnh pH trong nước thải 2 NaOH Điều chỉnh pH trong nước thải, giải hấp vật liệu hấp phụ 3 KOH Xác định nồng độ amoni trong dung dịch 37 4 KI Xác định nồng độ amoni trong dung dịch 5 HgI2 Xác định nồng độ amoni trong dung dịch 6 NH4Cl Pha dung dịch amoni và điều chỉnh nồng độ amoni trong nước thải 2.3 P ơ p áp ê ứu 2.3.1 Phương pháp tài liệu Thu thập, xử lý và tổng hợp các tài liệu cần thiết liên quan đến đề tài như sau: - Lượng phát thải xơ dừa tại Việt Nam - Thành phần có trong xơ dừa - Công nghệ cacbon hóa với các vấn đề liên quan như khả năng ứng dụng của công nghệ trong thực tế, ưu nhược điểm của hệ thống. - Tình hình nghiên cứu cacbon hóa trên thế giới và Việt Nam - Hệ thống xử lý nước thải tại bệnh viện E, thành phần nước thải bệnh viện. - Các phương pháp xử lý amoni trong nước thải. - Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong và ngoài nước. 2.3.2 Phương pháp thực nghiệm. 2.3.2.1 Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa xơ dừa. Đây là phương pháp tiến hành thí nghiệm thực tế quá trình cacbon hóa phụ phẩm nông nghiệp (xơ dừa). Qua đó tìm ra các thông số, các số liệu thực nghiệm như: thời gian, nhiệt độ, hiệu suất thu hồi sản phẩm, tối ưu nhất cho than cacbon hóa có khả năng hấp phụ amoni và độ oxi hóa lớn nhất. a. Xác định độ ẩm của xơ dừa. Xơ dừa được xé nhỏ, cân xác định khối lượng rồi đánh số M1: mẫu số 1; M2: mẫu số 2; M3: mẫu số 3. Sau đó cho vào lò sấy ở nhiệt độ 100 o C và giữ ổn định nhiệt độ này ở trong các khoảng thời gian khác nhau thay đổi từ 10 đến 55 phút. Mỗi khoảng thời gian tiến hành thí nghiệm với 3 mẫu để xác định tỷ lệ bay hơi nước trung bình. Mẫu sau khi sấy được cho vào bình hút ẩm trong khoảng 30 phút sau đó đem cân để %100. 0 0 m mm