TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009 XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN CHROME BẰNG VẬT LIỆU BIOMASS REMOVAL OF CHROMIUM FROM ELECTROPLATING WASTE WATER WITH BIOSORBENTS Nhan Hồng Quang Phân viện BHLĐ Bảo vệ Môi trường Miền Trung - Tây Nguyên TÓM TẮT Việc loại bỏ chromium nước thải ngành mạ điện, nhuộm, thuộc da, làm kim loại… vấn đề cần tâm tính độc hại loại ion người môi sinh Nghiên cứu thử nghiệm khả khử chromium nước thải vài loại vật liệu hấp phụ sinh học rẻ tiền bột xơ dừa, vỏ bạch đàn than hoạt tính từ gáo dừa tiến hành cho thấy hiệu suất hấp phụ bột xơ dừa cao Ảnh hưởng nồng độ chromium ban đầu, pH dung dịch, liều hấp phụ, thời gian hấp phụ… thực chế độ hấp phụ gián đoạn Số liệu thí nghiệm phù hợp với mơ hình Langmuir giai đoạn đầu Năng lực hấp phụ chromium tối đa bột xơ dừa tìm thấy 181.81 mg Cr(VI)/g chất hấp phụ cho thấy sử dụng tốt để xử lý nước thải chứa chromium ABSTRACT The water polluted by chromium is of considerable concern as this metal has been widely used in electroplating, leather tanning, metal finishing, textile industries…The hexavalent chromium is toxic to microorganism plants, animals and humans Several low- cost biomaterials such as coconut coir pith (CCP), coconut shell-based granular activated carbon (CSAC) and eucalyptus bark (EB) were tested for the removal of chromium All the experiments were carried out in a batch process with laboratory-prepared samples and the waste water obtained from the chromium electroplating section of a motobicycle ancillary unit Attempts were made to compare the absorption efficiency of these biomaterials with the absorption efficiency of hexavalent chromium The absorbent, which had the highest chromium(VI) removal level was CCP Influences in chromium concentration, pH level, and absorption time in the removal of chromium from the effluent were investigated The absorption data of CCP were relatively suited to Langmuir Isotherm The maximum absorption capacity of CCP was approximately 181.81 mg Cr(VI)/g, generating the prospect use of this absorbent Đặt vấn đề Nước thải phát sinh trình mạ điện kim loại chứa hàm lượng kim loại nặng cao, độc chất sinh vật, gây tác hại xấu đến sức khỏe người Nhiều cơng trình nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật bị chết thối hóa.Với nồng độ nhỏ, chúng gây ngộ độc mãn tính tích tụ sinh học, ảnh hưởng đến sống chúng lâu dài Do đó, nước thải từ q trình mạ điện kim loại khơng xử lý, qua thời gian tích tụ trực tiếp hay gián tiếp, tồn đọng thể người gây bệnh nghiêm trọng, viêm loét da, viêm đường hô LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009 hấp, eczima, ung thư [1], [2] Các phương pháp xử lý nước thải có chứa loại kim loại nặng nói chung (chromium, đồng chì thiếc, niken…) sử dụng ngày là: Phương pháp kết tủa hóa học Phương pháp màng Phương pháp điện hóa Phương pháp hấp phụ Phương pháp trao đổi ion Phương pháp sinh học Các phương pháp xử lý thông thường mắc phải số nhược điểm chung sinh số lượng bùn thải lớn sử dụng nhiều hóa chất để khử Cr(VI), trung hịa kết tủa; cơng nghệ phức tạp, phải kết hợp nhiều phương pháp (sử dụng nhựa cation anion loại bỏ anion Cr(VI) cation Cr(III); tính khơng ổn định hạt nhựa màng tính oxy hóa cao Cr(VI); giá đầu tư chi phí vận hành cao đòi hỏi tay nghề vận hành Do đó, việc ứng dụng với quy mơ cơng nghiệp phương pháp nhiều khác biệt nước Công nghệ xử lý phương pháp hấp phụ, với lớp lọc vật liệu có nguồn gốc sinh vật trình bày sau cho thấy phù hợp với thực tiễn sản xuất nước ta Kết nghiên cứu xử lý chromium vật liệu biomass Xử lý nước thải phương pháp hấp phụ với vật liệu có nguồn gốc sinh vật (biomass) nghiên cứu ứng dụng nhiều quốc gia giới [4], [5] Phương pháp thực chất kỹ thuật hấp phụ sử dụng vật liệu có nguồn gốc biomass làm lớp đệm Mặc dù nhiều ý kiến khác nhau, chế trình hấp phụ phân thành hai loại: hấp phụ tương tác tĩnh điện hấp phụ nội [3] Tương tác tĩnh điện quan sát từ trình hấp phụ cation kim loại anion bề mặt chất hấp phụ Đối với trường hợp xử lý nước thải mạ chrome chứa nhiều ion Cr(VI), độ pH thấp chúng thường tồn dung dịch dạng HCrO4- Khi đó, bề mặt chất hấp phụ tích điện dương chúng bị hấp dẫn tĩnh điện bị khử xuống Cr(III) theo phương trình: HCrO4- + 7H+ + 3e- = Cr+3 + 4H2O (1) Chế độ hấp phụ nội tại: Hấp phụ nội trình tương tác bề mặt Quá trình hấp phụ ion kim loại lên bề mặt chịu tác động tính chất bề mặt vật liệu hấp phụ bề mặt riêng, độ rỗng, phân bố lỗ xốp… phân cực Các chất hấp phụ có nguồn gốc biomass thường chứa xellulose tạo phần tử lặp β-D glucose thành phần thành tế bào Nhóm hydroxyl phân cực xellulose có khả liên kết với ion chromium dung dịch Ngoài ra, thành phần số thực vật cịn có chứa nhiều hợp chất hữu cơ, vô khác hemicellulose, pectins, lignin, chlorophenyl, carotene, anthocyanyn tanin có khả hấp thụ ion kim loại Để nghiên cứu khả hấp phụ biomass chromium nước thải, Các loại vật liệu hấp phụ sử dụng thí nghiệm bột xơ dừa (BXD), vỏ bạch đàn (VBD) than hoạt tính từ dừa (THT) 2.1 Phương pháp thiết bị thí nghiệm Q trình thí nghiệm tiến hành Phịng thí nghiệm Phân viện LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009 Bảo hộ lao động Bảo vệ Môi trường miền Trung-Tây Nguyên Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Nghiên cứu thí nghiệm tiến hành theo chế độ hấp phụ theo mẻ nhằm xác định thông số nhiệt động học tối ưu Một số thiết bị kỹ thuật áp dụng nghiên cứu thí nghiệm bao gồm: - Nghiên cứu diện tích bề mặt riêng vật liệu thực phương pháp BET sử dụng máy phân tích diện tích bề mặt (Quantachrom, Autosorb-1, USA) - Nồng độ Cr(VI) dung dịch nước thải phân tích máy trắc quang CECIL 210 bước sóng hấp thụ 540nm với phương pháp tạo màu 1,5 diphenyl carbazide môi trường acide 2.2 Vật liệu hấp phụ nước thải 2.2.1 Bột xơ dừa (BXD) BXD tận thu vùng sản xuất thảm dừa BXD thường chứa lượng lớn lignin (khoảng 36%) Lignin phân tử lượng lớn cần thiết cho trình hấp phụ chromium BXD loại bỏ sợi xơ dừa, xử lý sơ dung dịch kiềm loãng NaOH 0.1M Rửa nước tinh khiết pH Sấy khơ nhiệt độ 105oC vịng 2-3 nghiền mịn Sàng qua lưới đạt kích thước khoảng 0.5mm 2.2.2 Than hoạt tính từ gáo dừa ((THT) THT sản xuất từ gáo dừa có sản xuất từ tỉnh phía Nam Kích thước hạt trung bình 2-3mm THT sấy khô nhiệt độ 105oC vịng 2-3 nghiền mịn Sau sàng qua lưới kích thước lỗ 0.1mm 2.2.3 Vỏ bạch đàn (VBD) Vỏ bạch đàn tận thu từ vùng nguyên liệu Cửa Tùng, Vĩnh Linh, Quảng Trị Vỏ rửa sạch, tẩy màu hỗn hợp formaldehyde dung dịch acide sulfuric (H2SO4) 0.1M, sấy khô nghiện mịn kích thước 500m 2.2.4 Nước thải sản xuất Mẫu nước thải thu cống thải Công ty Cổ phần Nam Sơn Thành phần chủ yếu nước thải cho Bảng sau đây: Bảng Nồng độ số chất ô nhiễm nước thải mạ điện chrome Nồng độ (mg/L) Cr 3+ 5.8 6+ Fe 200 - Cr 2+ Fe 3+ - 2+ 2+ Zn Ni 4.5 0.10 Cl - 0.8 NO3 - - SO4 2- 1.05 PO4 pH Độ dẫn (S/cm) 4.45 41.5 - 0.55 2.3 Phương pháp tiến hành Vật liệu hấp phụ nghiền nhỏ, kích thước nhỏ 0,075 mm, định lượng sấy khô Máy khuấy sử dụng để tăng cường khả tiếp xúc vật liệu hấp phụ nước thải Tùy mục đích thí nghiệm mà sử dụng bước tiến hành phù hợp Các thí nghiệm tiến hành bình thủy tinh, dung tích: 500ml, 1000ml LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009 2000ml 2.4 Kết bàn luận Ảnh hưởng thơng số q trình đến hiệu suất hấp phụ vật liệu biomass trình bày sau 2.4.1 Cơ chế hấp phụ chromium biomass - Điểm pHzpc (pH of zero point of charge) bề mặt chất hấp phụ xác định phương pháp chuẩn độ pH khác [5] Điểm pHzpc chất hấp phụ BXD tìm pH 7.27 (Hình 1) Dưới giá trị pH bề mặt chất hấp phụ tích điện dương Tại pH nhỏ (ví dụ pH=2), chất Cr(VI) chủ yếu HCrO4-, lực tĩnh điện xảy chất hấp phụ tích điện dương ion HCrO4- tích điện âm Ngược lại, việc Hình Biến thiên tải lượng bề mặt Q theo giảm hiệu suất hấp phụ tăng pH pH nước thải tính cạnh tranh nhóm ion Cr(VI) ion OH- dung dịch Bề mặt chất hấp phụ pH>7.27 tích điện âm Do đó, lực đẩy tĩnh điện ion Cr(VI) tích điện âm hạt hấp phụ dấu với tăng lên Điều làm giảm hiệu suất hấp phụ Sự có mặt Cr(III), sản phẩm việc khử Cr(VI) bất lợi trình hấp phụ Cr(VI) BXD pH=2 Đó lực đẩy tĩnh điện Cr+3 lớp bề mặt tích điện dương vật liệu (khi pH