Nghiên cứu quá trình xử lý kim loại nặng có trong nước thải thuộc da bằng chitosan

Trang 1

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HQC SU PHAM TP.HCM

ale

KHOA LUAN TOT NGHIEP CU NHAN HOA HOC

Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ DE TAI:

NGHIEN CUU QUA TRINH XU LY

KIM LOAI NANG CO TRONG NUOC THAI THUOC DA BANG CHITOSAN

Người Hướng Dẫn Khoa Học: Th.S Bùi Mạnh Hà Người Thực Hiện: Trần Minh Thạnh

Thành phố HỖ CHÍ MINH 2010

Trang 2

Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà

LỜI CẢM ƠN

Kính thưa thây cơ!

Hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Hóa, quý thầy cô trong tổ hữu cơ trường Đại Học Sư Pham Thanh Phố Hỏ Chí Minh đã hỗ trợ cho em vê hóa chất và thiết bị phục vụ cho khóa luận

Em cũng xin cam on tổ bộ môn Hóa môi trường, trường Đại Hoe Sai Gon

đã tạo điều kiện cho em thực hiện để tài Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thây Bùi Mạnh Ha đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em

Trong thời gian thực hiện khóa luận em cũng nhận được rất nhiều sự giúp đỡ về vật chất cũng như tỉnh thần từ các bạn trong lớp Hóa 4C niên khóa 2006- 2010, em xin gửi lời cảm ơn đến các bạn

Trong thời gian thực hiện Khóa luận, em đã tiếp thu thêm được nhiễu kiến

thức bê ích cho bản than mình Tuy nhiên, do khả năng còn hạn chế và là lần đầu tiên làm quen với công việc nghiên cứu khoa học nên em vẫn còn mắc nhiều thiếu sót và khuyết điểm Em kính mong nhận được sự góp ý của thầy cơ và các bạn để

hồn chỉnh khóa luận này hơn nữa Một lần nữa em xin chân thành cam on

Trang 3

Khóa Luận tốt nghiệp GVHD; Th.S Bai Manh Ha

TOM TAT KHOA LUAN

Đề tai

Nghiên cứu quá trình xử lý kim loại nặng có trong nước thải thuộc da sử dụng CHITOSAN

Khóa luận nghiên cứu ding chat hap phy sinh hoe CHITOSAN cé nguồn gốc từ chất thải thủy hải sản để xử lý Cr”” trong dung dich Crom ty pha va trong

nước thải thuộc đa Trong đó có sử dụng so sánh hiệu quả xử lý với phương pháp

keo tụ dùng phèn nhôm PAC,

Quá trình nghiên cứu đã tìm ra các thông số thích hợp cho xử lý Cr”` như

SAU:

- Hiệu suất đạt tối ưu ở pH = 6 vả nồng độ Chitosan đưa vào là S00mg/L

Hiệu quả xử lý với các thông số trên bước đầu được ghi nhận như sau;

- Đối với dung dịch Crom pha, ở pH=6 và nồng độ 500mg/L thì hiệu suất xử lý đạt 99,7% với nông độ CrẺ' còn lại trong dung địch là 0,12mg/L (gần đạt

chuân B)

- Đối với nước thải thuộc đa, hiệu suất xử lý đạt 99,4 % với nồng độ Cr”

còn lai 1a 0,1 lmg/L

- Dùng phèn PAC cho hiéu suat xir ly Cr” cao hon déi với cả mẫu dung dich pha và mẫu nước thải Hiệu suất đạt 99,7% với nồng độ Cr°” con lai trong mẫu nước thải là 0.05mg/L (đạt chuẩn A), thế nhưng hiệu suất phân hủy COD lại không băng sir dung Chitosan

Kết quả cho thấy rằng, việc sử dụng Chitosan như một chất hấp phụ mới là

rat có triển vọng, tuy hiệu suất xử lý chưa cao so với PAC nhưng lại thân thiện với môi trưởng hơn

Trang 4

Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà MỤC LỤC DI GAM Nà Gi0G39GG10021101G(0011012/00IAGG0/41401A8010/621410UGg0 I TOM TAT KHOA LUA Wists cectcitonceca nice 2 MỤC TH ác co tua it 0312640G208A060/06343116150466 4440004261060 3 DANH MŨC BAN daeciieetbiicGGG140)00404240122))01023444060 300486 7 DI TC IN Eenevnneeeecoeefevoso6444644600004061154G70001610162040800 § CHƯƠNG I - PHAN MỞ ĐẦU 20 2 11211501161121171121110217238231 7s cxe 9 PD BA VAM GE ooo ccccccccccsccsesnssussssssnssnsssnsonsnsevnnsensnnevnesnnsavarsensenstersnsersersetess 10

1.2 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu - - 5525 {<< II

12:1 Me du: nghiÊn GỬU2 2222600610260 aan II

1:2 Phương pháp ng CN: 20002162 cs»¿aouuooseo› i]

1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 2-2 2S 3 221111 1

T1 tu 2446640 c6cc2140615661c65466266csevvkc6ssÿcax42nssu 1]

1.3.2 Đối tượng - 2 s1 tt 0211215 118111121721112191113711724730152 0 II

1.4 Nội dung nghiên cứu "` ~ ca i

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn o -c.cc.e 12 05:5: NA NGÔ N62 000200211226 02022000 0620202 esas 12

15 DF wail inne CU 2e 2c e-Ddbioboioiod 12

CHƯỜNG TY TT ODAN c.e==————————-—-. “e 13

2:1 CERIN: ASOD MIDS GB osc csccesssncsicnaiecinnneeosesovesveosmrenadeonistsesstnesincetecondiainwinns 14

2.1.1 Giới thigu vé nganh thudc dae oo cccccsecccsvessversnseseresnevesneeevecers 14 2.1.2 Thành phần và tính chất nước thải .À 2-22 22 522 14

2.1.3 Tác hại của kim loai nang (Crom) -:ccccccscseeeeseseeeseceeeeneeeeee 17

2.2 Giới thiệu một số các phương pháp xử lý kim loại nặngÏÝ 18 35:1 PHƯƠNG PHÁPKẾT TỦA:.L 4 ¿2262222200002 026iA2co 20

132 PHƯƠNG PHÁP SINH HÙC ai ieeeeieiỷ-Ÿvacoee 22

2.2.2.1 Phuong phap hap thu sinh học . 52-5252 c5522<5e 22

Trang 5

Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bai Manh Ha

2.2.3 PHUONG PHAP HAP PHY :c:c-cececsscesesosseseescsecsscsecssscsenesensanste 25 2.2.4 PHUONG PHÁP ĐIỆN HÓA SA 27 2.3 Chat hap phy Chitosan .:.-:cccessese-sesseseesessssseseesesneseeneerenecneaceneananes 29 2.3.1 Khái niệm về Chitin - Chitosan - 2-5 S132 2x 2xx 29 2.3.2 Cầu trúc và đặc tính hắp phụ cu sSsrieserrrsree 30 2.3.2.1 Cầu trúc hóa học của chitin-chitosan c5 30

2.3.3 Tai sao chitosan lai được dùng trong xử lý nước thải? 31

2.3.4 Các công trình xử lý nước thải dùng chỉtosan trên thể giới và việt DI cát 0060240201240000340105932046165166603120)400)54640160300ố5668831/300340gg033 an) 32 2.4 Cơ sở lý thuyết của phương pháp s5 seeseeeeerx., 33 2.4.1 Phương pháp hắp phụ .-. - 2-2222 22 S522 22x xe, 33 2.4.1.1 Hiện tượng hấp phụ -s ác 21 01014140341.8x06 33 3/4:12 Nếu nha đồng HH N0 0602000226200222222202G G2 C000 Acntda 34 2.4.2 Cơ chế hấp phụ kim loại nặng của chitosan 2555 35

CHƯƠNGHI- THỰC NGUIÊMN O SG 22c iissee 39

3:1 Hảo đài là ĐÁ la ket ee»eciesdeeeeesGeobosee 40

lẤ(:: tadadiaddiiiii.4ỐỶŸỶÝẢÝỶÝ 40

3.1.2 Các thiết bị và dụng cụ thí nghiệm -. 55201322 40 3.1.2.1 Máy quang phổ so màu UV-Vis 5-5 5S 2222313 40 3122 đa NHI 02:21.2 20516222022 0622222222c0CGicaco° 40

Feed AG ROSIE 22)040220610220x26cccccxVcAvlittx40002240k20 k4 41

3.12.A4 Máy phần tích COD co nen G2222 n C22246 4I

3.2 Xác định nồng độ Cr(VI) trong dung dịch -5-5-5c<x<se2 42

122 2á ve ~————m=seseesessesesesesese 42

1.2.2 Xác định nông độ Cr(VI) trong dung dịch 5 s5 42 3.3 Xác định khả năng hấp phụ cúa Chitosan 02c c2 c2 43

3.4 Thí nghiệm Jar-test trên đối tượng dung dịch Cr{VI) 43

3.4.1 Xác định pH tối ưu khi sử dụng phẻn đit t x24 43

Trang 6

3.4.3 Xác định pH tôi ưu khi sử dụng Chitosan -2- 2-52 44 3.4.4 Xác định lượng Chitosan tối ưu 2 2-22 ©sz+s2SxzSzzZzz xe 44

oA PRICIER REY NT ae xaveedobeo02xeccessooookeoi 45

3.5.1 Xác định bước sóng hấp phụ của phức giữa Cr6+ với

diphenylcacbazit - - Q1 1121122 11121 1 111 0 11 n1 110 1 ng 45

3.5.2 Xác định pH, Độ dẫn và COD Án, 45

3.6 Phương pháp tỉnh toán và xử lý số liệu 2c sex cvec 4§ 3.6.1 Phương pháp hỏi quy tuyến tính . 5 c5 22c 221 2222 4S 3.6.2 Phương pháp thông kê toán học -.-22 2252252212222 2222202 46

CHUONG IV - KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN - G5 5522552 41

0/0009) c0 2 48 KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN 2-52 25232 S211 21 1513211 1231153 xxee 48 4.1 Xác định nỗng độ Cr(VI) trong dung dịch 5 Sscc22<x62 48 4.2 Kết quả khảo sát khả nãng hấp phụ của Chitosan 49 4.3 Kết quả khảo sát pH, lượng phèn tối ưu khi xử lý bằng phẻn $2 4.3.1 Kết quả khảo sát pH tối ưu khi sử dụng phèn PAC 52 4.3.2 Kết quả khảo sát lượng phèn tối ưu 2- ¿5222222222525 s2 4.4 Kết quả khảo sát pH, lượng chitosan khi xử ly bang chitosan 53 4.4.1 Kết quả khảo sát điểm pH tối ưu 2 2Ÿ 2s c 9EE5g552 5525 53 4.4.2 Kết quả khảo sát lượng Chitosan tối ưu -. -2 2-52 54

4.5 Khao sát khả năng xử lý của phèn va chitosan trén mau nước thải thuộc

X21 20 yGGx6t6uitx6ckcboNdbicocxaciyacasaa %6

4.5.I Mẫu nước thải thuộc da 22 4 SE cv z2 czcegezcgcgcz.ezeegzseevcee 56

4.5.2 Khảo sát khả năng xử lý đùng phèn 2-2252 2222 22255 56

4.5.3 Khao sat khả năng xử lý dùng Chitosan S- 57

4.6 So sánh phuong phap hap phu ding Chitosan va phương pháp keo tụ

GONE TRIO 2102210064040 d0 6es00042212266461611002061612122)/14016466441i<e2/46x 58

ATE sail olla aii sisi esa 60

Trang 7

Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bủi Mạnh Hà

KEHEN NGH Guxc2G20601(02300030862A0G2dxã,@ 62

PONS 2065005 ac ae te cea ect on cree 63

TẤT LIET? THANH F HÀ P ba eooeocaeieocceobascoicti2464¿eeosesi 69

Trang 8

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2,1 Giới bạn Cla pRÉD Xã KhÂI L2 00062 600 0002000200226 16

Bảng 4.1 Độ hấp thụ quang của các dung dịch chuẩn - 25s: 48 Bảng 4.2 Khả năng hấp phụ Cr”` của Chitosan - 2-22 222-22sccceceecvrree 50 Bảng 4.3 Số liệu theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich - 51 Bảng 44 Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý dùng phèn 52 Báng 4.5 Ảnh hướng hàm lượng phèn đến khả năng xử lý 55 - 52 Bảng 4.6 Kết quả khảo sát pH tối ưu sử dụng Chitosan 2-5-5552 53 Bảng 4.7 Bảng kết quả khảo sát lượng chitosan tối ưu - - 5: 555255 54 Bảng 4.8 Đặc trưng của mẫu nước thải - -5- 5 t2 2xtsrrrvrrsrrrves $6 Bảng 4.9 Kết quả khảo sát lượng phèn tối ưu khi xử lý mẫu $7 Bảng 4.0 Hiệu quả xử lý bằng phên 5- 22252222 2222Sccscrzeccrrrerrsrree 57 Bang 4,11 Két quả khảo sát lugng Chitosan .- - -2:.cccecssssessecseecueensesnseeeesees 57 Bang 4.12 Hiéu suat xir ly ding Chitosam -cccccessecnesesseseecnesesseeneenensecscens 58 Bảng 4.13 So sánh kết quả - 2-5 2 223 1 E223 53111217402321172172371012222) 58 P4.1 Két qua khao sat kha nang hap phy cia chitosan cccccccsesessseseeneeeeneeee 64 P4.2 Kết quả khảo sát pH tối ưu khi sử dụng phên - ©5255 5z S2 65 P4.3 Kết quả khảo sát lượng phèn tối ưu .- 2 2© 2 223 22 v21x + 66 P.5.4 Kết quả khảo sát pH tối ưu sử dụng Chitosan 2-5-5 cc⁄sxc 67 P4.6 Kết quả khảo sát lượng Chitosan tối ưu 2-52 6522213 322252 52 68

Trang 9

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.I Máy quang phổ UV-Vis c.c on sEekrrrrxreea 40

Hình 3.2 Hệ thông máy ]àr-4E§(: s Soi 0G 2Ÿ acdi 4l Hữnh4:Ä MÀ VỆ: G000002402LC2C0262212L050626140G10351020L454552 4666610830 4l

Hình 1-4 Mây phá mẫu CŨ c2 6022006 000220 0A0 001024006 2646ee 4I Hình 4.1 Đỏ thị biểu thị sự phụ thuộc độ hắp thụ quang vào hàm lượng Cr/100mL

D1 n1 1 0010111111 011001 1111111101111 1100101111 11111 151111 11 10111111011 1102111111172 21 1111 s0 49

Hình 4.2 Đô thị đường cong đăng nhiệt 2 222 2S E5 S525 2z zcxzevr ve 50

Hình 4.3 Đô thị đường đăng nhiệt Freundlich 2 2722232 z£cz S23 v22 51 Hình 4.4 Đô thị xác định điểm pH tối ưu khi sử dụng phèn 52 Hình 4.5 Đè thị xác định nồng độ phẻn tối ưu - 5-55 S3 22222221126 53

isi ia saat at caesar oa ce ce te oes 53

Hình 4.6 Đề thị khảo sát pH tối ưu khi sứ dụng Chitosan 5- 54 Hình 4.7 Đồ thị khảo sát lượng Chitosan t6i UU cceccessecserereeeeteersesseeneeereeees 55 Hình 4.8 So sánh hiệu suat xie by Cr occ sceccecsessesesssnsvrsesonsvsveernessecarsneneeenees 58

Hinh 4.9 So sanh hiéu sut phan hity COD 0 cccccccccscsessesessesecneeesenesvenenenen 59

Hinh 4.10 M6 himh xir by G@ xudt .0 cccccccccssecsessesessessessessceenesnssvcevssnceesseerenetereoss 60

Trang 10

CHƯƠNG I - PHAN MO BAU

1.1 Đặt vấn đề

1.2 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

1.4 Nội dung nghiên cứu

1.5 Y nghĩa khoa học và thực tiễn

Trang 11

CHUONG I PHAN MO BAU

1.1 Dat van dé

Thuộc da là ngành công nghiệp có từ lâu đời và có ở nhiều quốc gia trên thể giới Đây là quả trình chế biển da và lông băng hóa chất để nâng cao chất lượng của da sống và da lông Đề có những chiếc áo chiếc mũ, ví và những đôi giảy

bằng da phải trải qua rất nhiêu công đoạn Ngảy nay quá trình thuộc da tổn tại chủ

yếu ở các nước nghèo Ngành thuộc da cũng đã vào nước ta từ rất lâu Hiện nay

Việt Nam được xếp hạng là một trong 10 nước xuất khâu hàng đâu trên thị trường

quốc tế hiện nay về đa giày, riêng ở thị trường EU, Việt Nam xếp thứ hai sau Trung Quốc Kim ngạch xuất khẩu của ngành đa giày Việt Nam có mức tăng

trưởng trung bình hàng năm 16%, đạt mức 3,96 tỉ USD năm 2007, đứng thứ 3 sau

ngành dệt may và dâu khí Kim ngạch xuất khẩu giảy đép các loại trong tháng

4/2008 ước đạt 330 triệu USD, tang 5,4% so voi thang trước và tăng l7% so với

cùng kỳ năm 2007 Tổng kim ngạch xuất khẩu đa giày các loại trong 4 tháng năm 2008 ước đạt 1,356 tỉ USD, tăng 15,7% so với cùng ky năm 2007 Dự báo đến năm 2010, kim ngạch xuất khẩu các sản phẩm ngành da giày Việt Nam sẽ đạt 6,2

tỉ USD' *'

Tuy nhiên nhiên việc xử lý nước thải thuộc da hiện nay ở các cơ sở là chưa

triệt để Nước thải thuộc đa được đánh giá là rất phức tạp và có độ ơ nhiễm cao Ngồi ô nhiễm hữu cơ, cặn lơ lửng, hàm lượng muối cao; còn kim loại nặng đặc biệt là ion CrŸ” - một tác nhân gây độc rất nguy hiểm, gây ô nhiễm môi trường

nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống sinh vật và cả con người nếu xử lý không

triệt đề Việc xử lý kim loại nặng có trong nước thải thuộc da đã có nhiêu nghiên

cửu áp dụng phương pháp như xử lý sinh học, hóa lý (keo tụ tạo bông) việc sử

Trang 12

người ta đang hướng đến sử dụng các chất keo tụ hữu cơ thân thiện hơn với môi

trường hắp phụ tốt mà it độc, CHITOSAN là một trong những những chất đó Ở nước ta hiện nay, việc sử dụng polymer keo tụ hữu cơ trong xử lý nước thải còn khá hạn chê, chính vì lý do đó chứng tôi nghiên cứu để tài *Xử lý kim loại

nang trong nude thai thude da ding chat hap phy sinh hoc CHITOSAN” 1.2 Muc tiéu va phuwong phap nghién ciru

1.2.1 Muc tiéu nghiên cứu

- Khao sat diéu kién téi uu trong viéc hap phu Crom (VI) cé trong nude

thai

- So sánh với các phương pháp xử lý khác, để xuất được mô hình xử lý

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu hắp phụ kim loại nặng ding chitosan

- Thu thập thông tin, tài liệu có liên quan;

- Phương pháp xác suất thông kê xử lý số liệu;

- Phương pháp phân tích tính chất của nước;

~ Phương pháp so sánh

1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

1.3.1 Pham vi

Đẻ tài chi tập trung nghiên cứu sự hấp phụ kim loại nặng (Crom) trong mẫu

dung dịch Crom pha và trong nước thải thuộc da

1.3.2 Đi tượng

Trong khuôn khổ đẻ tải chỉ sử dụng thông số chủ yếu là độ hấp thu (UV-

Vis) để xác định nông độ Cr”ˆ có trong dung dịch Trong quá trình thí nghiệm có kiểm tra thêm thông số COD

1.4 Nội dung nghiên cứu

- Nước thải thuộc da, cơ chế hấp phụ kim loại nặng của chitosan

- Tối ưu hóa các yêu tô ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

Trang 13

- So sánh hiệu quả quá trình xử lý dùng chitosan với quá trình keo tụ phèn nhôm (thí nghiệm Jar-test)

- Từ kết quả đó đẻ xuất các biện pháp để áp dụng phương pháp siêu âm 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

I.§.1 Ý nghĩa khoa học

Là đê tài mới mẻ nghiên cứu xử lý nước thải thuộc da ở Việt Nam, hiện nay vẫn chưa được áp dụng

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả luận án là bước mở đầu cho các công trình nghiên cứu áp dụng Chitosan xử lý nước thải có quy mô nhỏ hẹp và phù hợp với điều kiện sản xuất

trong tương lai

Kết quả này có thể được áp dụng xử lý màu cho các ngảnh công nghiệp

khác như: dệt nhuộm, cao su

Trang 14

Khoa Luan tét nghiép GVHD: Th.S Bui Mạnh Hà

Trang 15

Khóa L.uận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà

CHUONG II

TONG QUAN

2.1 Công nghiệp thuộc da

2.1.1 Giới thiệu về ngành thuộc đa'"Ì

Ngành cơng nghiệp thuộc da là ngành sản xuất, chế biến da tươi ( hoặc da

mudi ) thanh các loại da thành phẩm có ích phục vụ cho nhu cầu đa dạng của

người tiêu dùng như giảy dép, y phục, túi xách, nệm ghế Đặc điểm công nghệ:

Nguyên liệu chính là da động vật và các hoá chất cần thiết cho các công đoạn sản xuất Sản phẩm của ngành công nghiệp này là da thuộc

Trong thuộc da, người ta dùng phương pháp hoá học để khử lớp ngoài và

lớp trong Lớp giữa Corium chỉnh là lớp da thật

Da sống động vật thường gôm 3 lớp:

Lớp ngoài: lớp biểu bì Epidermis ( có chứa lông )

Lớp giữa Corium ( Keration )- lớp mô mạch liên kết Lớp này có chứa

collagen, protein và Elastin

Lớp trong Cubcutis ( lớp dưới da ) là lớp thịt và lớp mỡ

2.1.2 Thành phân và tính chất nước thải

Do đặc thù của một ngành kỹ thuật, ngành công nghiệp thuộc da là nghẻ phải sử dụng nguồn nguyên liệu sống: da của các loài gia súc ( da trâu, da bò, đa lợn, da đê ) Ở nước ta, việc chăn nuôi trâu, bò, lợn còn mang tính chất gia đình nhỏ, lẻ, phân tán Nguồn da nguyên liệu phải thu gom từ nhiều nơi, tập quán giết

mồ tuỷ tiện, sự kiểm dịch lóng lẻo, đa tươi bảo quản sơ sài nên cảng tăng khả năng

gây dịch

Với khí hậu nóng ấm, nên công nghiệp thuộc da với trang thiết bị cũ lạc

hậu đội ngũ công nhân chưa có tác phong công nghiệp tiên tiền, hiệu suất sử dụng

nước hoá chất, nguyên vật liệu còn thấp nên mức độ ô nhiễm môi trường ngày càng tăng lên Bởi công nghệ sản xuất trải qua nhiêu công đoạn, sử dụng một

Trang 16

Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bui Manh Ha

lượng lớn với nhiều loại hóa chất, đặc biệt một lượng nước lớn gap hang tram lan

so với nguyên liệu, cho nên chính nganh nay hang năm thải ra môi trường sống

một lượng lớn nước thải, hàng ngàn tấn phế liệu và một lượng lớn các khi độc Ngoài ra, tại các xí nghiệp, nhà máy, cơ sở thuộc da, hệ thống thoát nước

lạc hậu, nước thải hầu hết không được xử lý hoặc chưa được xử lý đúng tiêu chuân được thải ra môi trường một cách tự nhiên Điêu này gây tác hại rất nghiêm trọng

đến môi trường sống của chúng ta

Đặc trưng của chất thải và tác động đến môi trường ' ”

ửa, ngâm

hồi tươi) COD, SS, CF ủy yếm khi sinh ra mùi, khí H;S, NH

| y độc hại đến thủy sinh

Ngâm vôi ước thải nhiễm Sulfide : Khi nồng độ lớn h

Tẩy lông, rửa “kiếm, BOD, Sulfide, SS600mg/L thì đây là chất tấy

- Độ kiểm trong nước cao sẽ gây lớ Ì

da

Rita voi - §S : Gây ra lăng cặn trong đường én

va bồi lắp nguồn tiếp nhận Nếu cặn

Rửa chất hưu cơ thì gây ra thiểu hụt oxy, đi

ién yếm khí xảy ra làm anh hưởng

sinh vật đáy, thủy sinh

Nước thải nhiễm axit- Gây õ nhiễm nguồn nước, khi tiếp xúc

Ds vơi con người và động vật thì gây bệnh

Trang 17

[—- Nước thải nhiễm axít- Axít Chromic gây lở loét da, viêm p

Chrome quản (hơi axit Chrome), viêm da, dị ửn Thuộc da, la tác nhân gây ra bệnh ung thư, quái

ai

Nước thải nhiễm dâu: can trở qủa trình

huếch tán oxy vào nước làm chết thủy

Rửa sinh

Nước thải nhiễm hrome, dầu, màu,

huộm an dau |BOD, COD, DS |

ước thải nhiễm màu Gây ra sự thiểu hụt oxy trong nước, phan

Ham varia [BOD k yếm khí sinh ra mùi, khí H3S, NH;

y độc hại đến thủy sinh

|

Giới hạn cho phép xả thải nước thải thuộc da `

Trang 18

Khoa Luan tot nghiép GVHD: Th.S Bui Manh Ha

2.1.3 Tác hại của kim loại nặng (Crom)'°'' `

Quả trinh thuộc Crom dựa vảo liên kết chéo của Crom ở dạng ion với các nhóm Cacboxyl tự do của Collagen có trong da Nhờ đỏ giúp tăng khả năng kháng

vi khuẩn và nhiệt độ cao *

Crom khi ở hàm lượng cao trong môi trường nước là một nhân tổ gây ô nhiễm nghiêm trọng gây những ảnh hưởng to lớn và lâu đài đối với cơ thẻ sống

Trong nước, Crom tôn tại hai dạng Cr([H) và Cr(VI) Crom kim loại và các hợp chất crom (III) thông thường không được coi là nguy hiểm cho sức khỏe, nhưng các hợp chất crom hóa trị sau (crom VI) lại là độc hại nếu nuốthít phải Sự hap thụ của Crom vảo cơ thể con người tuỳ thuộc vào trạng thái oxi hoá của nó Cr(VI)

hắp thụ qua đạ đày, ruột nhiều hơn Cr(III) (mức độ hấp thụ qua đường ruột tuỳ thuộc vào dạng hợp chất mà nó sẽ hắp thu) và còn có thể thấm qua màng tế bào Nếu Crom (IIE) chi hap thu 1% thì lượng hắp thu của Cr(VI) lên tới 50%

Tỷ lệ hắp thu qua phối không xác định được, mặc dù một lượng đáng kế

đọng lại trong phổi và phổi là một trong những bộ phận chứa nhiều Crom nhat

Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hồ hấp, tiêu hoá và khi tiếp xúc

trực tiếp với da.Con đường xâm nhập, đào thải Crom ở cơ thể người chủ yếu qua con đường thức ăn Dù xâm nhập vào co thé theo bat ky con đường nào Crom cũng được hoà tan vào trong máu ở nồng độ 0,001mg/L; sau đó chúng chuyển vào hơng câu vả hồ tan nhanh trong hồng cầu nhanh 10 + 20 lần, từ hồng cầu Crom chuyển vào các tổ chức phủ tạng , được giữ lại ở phối, xương, thận, gan, phần còn lại chuyến qua nước tiểu Từ các cơ quan phủ tạng Crom hoà tan dần vào máu, rồi đào thải qua nước tiểu tử vải tháng đến vài năm Các nghiên cửu cho thấy con người hấp thụ CrỶ` nhiều hơn Cr`` nhưng độc tính của Cr”” lại cao hơn Cr`” gấp

khoảng 100 lần

Nếu Crom có nông độ lớn hơn giá trị 0,Img/L gây rồi loạn sức khoẻ như

nôn mửa Khi thâm nhập vào cơ thế nó liên kết với các nhóm -SH trong enzim

va lam mat hoat tinh cua enzim gây ra rất nhiêu bệnh đối với con người:

Trang 19

- Crom va cac hgp chat cua crom chi yéu gay cae bénh ngoai da Bé mat da la b6 phan dé bi anh hudng Niém mac mii dé bj loét Phan sun của vách mũi dễ bị thủng Khi đa tiếp xúc trực tiếp vào dung dich Cr(VI), chỗ tiếp xúc để bị nỗi

phông và loét sâu, có thể bị loét đến xương Khi Cr(VI) xâm nhập vảo cơ thể qua da, nó kết hợp với prôtê¡n tạo thành phản ứng kháng nguyên Kháng thế gây hiện

tượng dị ứng, bệnh tái phát

- Khi Crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hấu, viêm phế quản viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hất

hơi, chảy nước mũi thắm nhiễm

- Nhiễm độc Crom có thể bị ung thư phổi, ung thư gan.loét da,viêm đa tiếp

xúc, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng vách ngăn giữa hai lá mía, ung thư phối,

viêm thận, đau răng, tiêu hoá kém, gây độc cho hệ thắn kinh vả tim Độ độc ` ` Với Người 0.5-Iø, liễu chết (K;CrO,) Chuột LD‹¿ I800 mg/kg (CrCÌ;) á nước ngọt LC‹¿ 250-400 mg/L (Cr””) ˆ Cá nước mặn Ca 170-400 mg/L (Cr ”) | 2.2 Giới thiệu một số các phương pháp xử lý kim loại nặng '' Nguyên tắc

+ Đơn giản, rẻ tiễn

+ Nguyễn vật liệu để kiếm

+ Có thời gian xử lý ngăn, hiệu quả xứ lý cao (với chất thải chứa kim loại

nang)

+ Chat thai (kim loại nặng) trong nước thải đâu ra phải nhỏ hơn so với tiêu chuẩn cho phép

+ Tuồi thọ của vật liệu xử lý cao

+ Phương pháp đỏi hỏi không gian xử lý nhỏ

Trang 20

+ Không gây ra chất ô nhiễm thứ cắp

+ Cỏ thể hoàn nguyên lại chất quý hiểm (kim loại quý)

Nói chung là khó có phương pháp nào đáp ứng đủ những yêu cầu

trên, thông thường mỗi phương pháp chí đáp ứng được một phần Tùy theo hoàn cảnh sử dụng mà ta có thể lựa chọn phương pháp thích hợp tối ưu nhất để sử

dụng

Các phương pháp để xử lý kim loại nặng

| Phuong phap sinh học:

+ Hp thu sinh hoc + Chuyên hóa sinh học 2 Phương pháp kết tủa:

+ Quá trình kết tủa hiđroxit

+ Quá trình kết tủa sunphit

3, Quá trình điện hóa:

4 Phương pháp hắp phụ

Ngoài ra còn có các phương pháp như trích ly, và phương pháp quang hóa

Trên đây là các phương pháp đã được sử dụng hoặc đã nghiên cứu nhưng

chưa đưa vào thực tế trong xử lý kim loại nặng trên thế giới Mỗi phương pháp có những ưu và nhược điểm riêng, tùy vào từng đặc tính của nước thải mà ta có thé

lựa chọn từng phương pháp hoặc kết hợp nhiều phương pháp với nhau để xử lý ở Việt Nam hiện nay, các nhà máy ít chú trọng tới việc xử lý chất thải nói chung vả nước thải nói riêng Các phương pháp sử dụng đề xử lý nước thải thì qua

thô sơ và thường xử lý tập trung lẫn các loại nước thải trong các khâu khác nhau Do vậy hiệu quả xử lý rất thập Hiện nay các nha máy ở Việt Nam thường sử dụng

phương pháp kết tủa hiđroxit để xử lý nước thải kim loại nặng Gần đây một số

nhà máy có sử dụng phương pháp trao đối ion để xử lý nước thái kim loại nặng tuy nhiên phương pháp nảy giá thành cao do vậy không được nhiêu các cơ sở áp dụng

Trang 21

3.2.1 PHUONG PHAP KET TUA

Phuong phap xir ly kim loai nang bang phuong pháp kết tủa là phương pháp phô biến và thông dụng nhất ở Việt Nam hiện nay Với ưu điểm là ré tién,

khả năng xử lý nhiều kim loại trong dòng thải củng một lúc và hiệu quả xử lý kim

loại nặng ở mức chắp nhận được thì phương pháp này đang là lựa chọn số một cho

các nhả máy công nghiệp ở Việt Nam Cơ sở của phương pháp MP' + AT = M„A„j(kết tủa) ( MỊP [A] > T.,MA Trong đó: M*'* : ion kim loại A'" : tác nhân gây kết tủa T, : tích số tan

Trong phương pháp này người ta có thể sử dụng nhiều các nhân để tạo kết

tủa với kim loại như: S”, SO,”, PO,*, CI, OH: nhưng trong đó S”,OH' được sử dụng nhiêu nhắt vì nó có thể tạo kết tủa đễ đàng với hầu hết các kim loại

Đối với mỗi kim loại khác nhau có pH thích hợp để kết tủa khác nhau tùy thuộc vào khả năng tạo kết tủa của M(OH), và tùy thuộc vào nông độ các kim loại có trong nước thải cần xử lý

Trong nước thải chứa kim loại thường tồn tại dưới dạng ion ở nhiều dạng khác nhau có những hợp chất hoặc chất đễ kết tủa nhưng có những chất khó kết

tủa hoặc cực độc hại như các hợp chất của CrŸ” ta phải tiến hành xử lý biến đổi các chất đó về dạng ít độc hơn và để kết tủa hơn

Qua trình kết tủa

Sau khi đã dùng phương pháp đề chuyên các kim loại về dạng dễ xử lý vả ít

độc hơn thi ta tiến hành phương pháp kết tủa

Kết tủa ding OH:

ở một vùng pH nhất định (pH >7) các kim loại kết hợp với OH' tạo thành

các hiđroxit kim loại kết tủa:

Trang 22

Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà Cu” + 20H’ = Cu(OH);‡ Cr” +30OH = Cr(OH),+ Fe’ + 30H = Fe (OH);3 Nguyên tặc để tạo kết tủa là [M°'].[OH']" > T, M(OH), Kết tủa Sunfit: Cd”` + S” =CdS Ý Zn’ + S* =ZnSJ Cu” +S> =CuSL Pb”' +S” =PbS 4

Tương tự như kết tủa dùng OH để tạo kết tủa thì [M°']ˆ.[S” |" > T, MSn/2

nếu n chia hết cho 2

Còn nếu n không chia hết cho 2 thì [M"”}.{S]n >T,M;S,

Uu nhược điểm của phương pháp

* Ưu điểm:

+ Đơn giản, để sử dụng

+ Rẻ tiên, nguyên vật liệu dễ kiếm + Xứ lý được cùng lúc nhiều kim loại

+ Xử lý được nước thải đối với các nhà máy có quy mô lớn

* Nhược điểm :

+ Với nồng độ kim loại cao thì phương pháp này xử lý không triệt để

+ Tạo ra bùn thải kim loại

+ Tồn kinh phí như vận chuyền, chôn lắp khi đưa bùn thải đi xử lý + Khi sử dụng tác nhân tạo kết tủa là OH- thì khó điều chỉnh pH đối

với nước thải có chứa kim loại nặng lưỡng tính Zn

Trang 23

2.2.2 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Như đã nói ở trên thì phương pháp sinh học là một trong những phương pháp có nhiêu hứa hẹn mang lại những hiệu quả tích cực cho việc xử lý kim loại

nặng Đặc biệt tại Việt Nam ngày càng có nhiễu hơn các công trình nghiên cứu về

ứng dụng của phương pháp sinh học trong xử lý nước thải có chứa kim loại nặng

Sở dĩ phương pháp sinh học đang ngày được quan tâm bởi vi nhưng ưu điểm nồi

trội của nó so với các phương pháp khác như: tính gắn gũi với tự nhiên, it tạo ra

các ô nhiễm thứ cắp, đặc biệt là rẻ tiễn vì có thể tận dụng các loài sinh vật trong tự nhiên Nhiêu các loài sinh vat trong tự nhiên đã được các nhà khoa học phát hiện

và ứng dụng trong xử lý nước thái kim loại

Hiện nay, trong phương pháp sinh học, xử lý nước thải có chứa kim loại nặng có 4 phương pháp xử lý chính như đã nêu ở trên:

+ Hắp thu sinh học

+ Chuyến hóa sinh học

+ Phương pháp sử dụng lau sậy 2.22 ] Phương pháp hắp thu sinh hoc

Phương pháp hấp thu sinh học là phương pháp sử dụng các loài sinh vật trong tự nhiên hoặc các loại vật chất có nguồn gốc sinh học có khả năng giữ lại

trên bể mặt hoặc thu nhận bên trong các tế bào của chúng các kim loại nặng khi

đưa chúng vào môi trường nước thải có chứa kim loại nặng

Hiện nay người ta đã tìm ra nhiều loại sinh vật có khả năng hắp thu

các kim loại nặng đặc biệt là các loại thực vật thủy sinh như bẻo lục bình, rong

đuôi chó, bèo tắm, bèo ong, rong xương cả và các loài tảo, vỉ tảo, nắm

Nhiễu công trình khoa học đã nghiên cứu và chứng minh được hiệu quả của

các loài thực vật trên trong xử lý nước thải Ví dụ như: cây Bẻo lục bình có khá năng hắp thụ Pb, Cr, Ni, Zn, Fe trong nước thải chứa kim loại mạ Trong khi đó thì

rong đuôi chó và hèo tắm lại có thê giảm thiêu được Fe, Cu, Pb, Zn có trong Hỗ Bay Mau

Trang 24

Nói chung, phương pháp xứ lý kim loại nặng bằng phương pháp hấp thu

sinh học là phương pháp còn khá mới mẻ và nhiêu tiềm năng

2 2 22 Phương pháp chuyên hóa sinh học

Cũng như các phương pháp sinh học khác, phương pháp xử lý kim loại

nặng băng chuyền hóa sinh học đang còn khá mới mẻ đặc biệt là ở Việt Nam Hiện

nay ở Việt Nam hau như chưa có công trình nghiên cửu nào nghiên cứu về khả năng xử lý kim loại nặng băng chuyến hỏa sinh học Trên thế giới phương pháp

nảy đã được quan tâm từ cách đây khá lâu và cũng đạt được một số kết quả nhất định Nhiều chủng vi sinh vật và các enzym đã được phát hiện là có khả nang chuyên hóa các kim loại nặng về đạng ít độc hại hơn Tuy nhiên phương pháp này có khó khăn lớn là hầu hết các chủng vỉ sinh vật và enzym được phát hiện là có

khả năng chuyến hóa kim loại nặng thì ít khi được công bế, do vậy việc áp dụng

của phương pháp này vào thực tế còn hạn chế

Xử lý kim loại nặng băng phương pháp chuyến hóa sinh học có thể theo 2

cách sau:

Phương pháp chuyển hóa kim loại nặng bằng phương pháp chuyển hóa trực tiến

Các kim loại nặng thường chuyển hóa các kim loại nặng bằng cách sử dụng các enzym có chức năng oxi hóa hoặc khử để chuyến hóa kim loại vẻ dạng ít độc hơn Ví dụ sử dụng vi khuẩn pseudomonas để khử ion Hg”” có độc tính về dạng Hgo không độc

Nhiéu kim loại nặng cũng được xử lý bảng cách này như Fe(III), Mn(IV),

Cr(VI), Se (VI), As(V)

Phương pháp chuyến hóa sinh học gián tiếp

Phương pháp chuyển hóa sinh học gián tiếp đề xử lý kim loại nặng là sứ

dụng các vi sinh vật (enzym) đề chuyên hóa các chất hóa học thành một đạng có

thé kết hợp được với các kim loại nặng đề tạo kết túa

Trang 25

Một trong các chất thường hay được sử dụng trong cách xử lý này là sunfat

(SO.” ) Bằng cách sử dụng vi khuẩn chuyển hóa SO,Ÿ để chuyển hóa về dạng S”

và từ đó các kim loại nặng sẽ kết hợp với S” tạo kết tủa

Tương tự như vậy, người ta sử dụng các vi khuẩn chuyên hóa photphat, chuyến hóa các hợp chất photpho hữu cơ vẻ dạng photphat (PO, ”) Ví dụ như vi khuân Citrobacter tông hợp Photphat từ glycerol 2- photphat

Ưu nhược điểm của phương pháp

* Lu điểm:

+ Vì vị khuẩn, enzym là rất đa đạng và phong phú đo vậy phương pháp

xử lý kim loại nặng bằng phương pháp chuyển hóa sinh học là rất hứa hẹn

+ Thân thiện với môi trường

+ Nếu đùng cách chuyển hóa gián tiếp có thể xử lý chat thải ô nhiễm sunfat + Xử lý tốt đối với một số kim loại

* Nhược điểm:

+ Vị các chủng vi khuẩn là những thực thể hữu cơ sống do vậy phải cung cap day đủ chất dinh đưỡng cho chúng

+ Dễ bị ảnh hưởng của môi trường, đo vậy dễ bị nhiễm độc đối với một số

chất có chứa trong nước thải do vậy phương pháp này cũng chí sử dụng được ở

giai đoạn 2 hoặc 3

+ Mỗi loại enzym hay vi khuẩn chỉ có thể xử lý đối với I hoặc I số kim loại

nhất định

+ Chỉ xứ lý được các kim loại khi chủng ở nông độ tương đôi nhỏ

Trang 26

2.2.3 PHUONG PHAP HAP PHU

Hắp phụ lả quá trình hút khí bay hơi hoặc chất hòa tan trong chất lòng lên

bẻ mặt chất rằn xốp gọi là quá trình hấp phụ

Phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp phô biến nhất trong

xu ly nước thải nói chung và nước thải chứa kim loại nặng nói riêng Phương pháp

hập phụ được sử dụng khi xử lý nước thải chứa các hàm lượng chất độc hại không

cao Quá trình hấp phụ kim loại nặng xảy ra giữa bẻ mặt lỏng của dung dịch chứa

kim loại nặng và bể mặt rắn

Hiện nay người ta đã tìm ra nhiêu loại vật liệu có khả năng hap phy kim loại nặng như: than hoạt tính, than bùn, các loại vật liệu vô cơ như oxit sắt, oxit

mangan, tro bay, xỉ than, băng các vật liệu polyme hóa học hay polyme sinh học

Cơ chế quá trình hắp phụ

Trong hấp phụ thường diễn ra 2 kiéu hap phy:

+ Hap phụ vật lý: được thực hiện bởi các tương tác yếu và thuận nghịch

giữa các phân tử và các tâm hấp phụ trên bể mặt than hoạt tính + Hap phụ hóa học: được thực hiện bởi các liên kết hóa học

Quá trình hấp phụ vật lý đối với chất hấp phụ và các ion kim loại nặng

trong nước thường xảy ra nhờ lực hút tĩnh điện giữa các ion kim loại này với các

tim hap phụ Mi liên kết này thường là yếu và không bên Tuy nhiên chính vì yếu do vậy quá trình giải hấp phụ để hoàn nguyên vật liệu hap phy va thu hỏi các kim

loại điển ra thuận lợi

Quả trình hấp phụ hóa học xảy ra nhờ các phản ứng tạo liên kết hóa học giữa ion kim loại nặng vả các nhóm chức của tâm hắp phụ thường là các ion kim loại nặng phản ứng tạo phức đối với các nhóm chức trong chất hấp phụ Mối liên kết này thường là rất bên và khó bị phá vỡ do vậy rất khó cho quá trình giải hấp

phụ

Sau khi thực hiện hấp phụ đê xử lý các chất độc trong nước nói chung và

kim loại nặng nói riêng thì người ta thường tiến hành nhả hắp phụ để hoản nguyên,

tải sinh (đối với các loại vật liệu hấp phụ cỏ giá trị, vả nhất thiết phải có kích

Trang 27

thước đủ lớn đề có thể hoản nguyên được) chất hắp phụ và trong nhiều trường hợp

có thế thu hồi những cấu tử quý

Tái sinh chất hắp phụ: Khi chất hap phụ đã bão hòa người ta tiễn hành nhả

hap thụ đề tái sinh vật liệu hắp phụ vả đôi khi có thể thu hồi các chất có giá trị Có thể tái sinh chất hắp phụ băng phương pháp vậy lý vả hóa học

Trang 28

Khoa Luan tot tnghiép GVHD: Th.S Boi Manh Ha

2.2.4 PHUONG PHAP DIEN HOA

Nguyên tắc chung của phương pháp điện hóa trong xử lý nước thải nói

chung vả nước thải chứa kim loại nặng nói riêng là sử dụng các quá trình oxi hóa ở anot và khử ở catot, đông tụ điện, kết tủa khi cho đòng điện một chiều đi qua 2 Cực anot và catot

Cơ chế chung của quá trình điện hóa:

Cơ chế chung của quá trình điện hỏa như ta đã biết là sử dụng dòng điện

một chiêu, quá trình oxi hóa và khử sẽ xảy ra ở catot vả anot

-Ở anot: Trên anot xảy ra quá trình oxi hóa anion hoặc OH' hoặc chất làm

anot

+Nếu thế phóng điện của anion và OH' (cặp OH/O;) lớn hơn thế cân bằng của kim loại làm anot thì anot sẽ tan ra (quá trình này sẽ được ứng dụng trong phương pháp đông tụ điện hóa)

M-ne =M”'

+Trong trường hợp ngược lại thì anot không tan và khi đó ở anot sẽ xảy ra quá trình oxi hóa của anion hoặc OH'

+ Thường thi thứ tự phóng điện của các anion như sau: đầu tiên là các anion không chứa oxi SỶ, F, Br, CT sau đó mới đến OH' và cuối cùng mới đến các

anion chứa oxi

+ Anot thường làm bằng các vật liệu không hòa tan, và có tính chất điện

phân như: graphit, macnetit, dioxyt chi, dioxyt mangan

- O catot:

+ Khi cho dòng điện đi qua dung dịch thì cation và H` sẽ tiến về bể mặt

catot Nêu thể phóng điện của cation lớn hơn của HỶ thì cation sé thu electron cua

Trang 29

Catot thường được làm bảng molipden, hợp kim của vonfram với sắt hay niken, từ than chỉ (graphit), thép không ri, và các kim loại khác được phủ lớp

molipden, vonftam hay hợp chất của chủng

Uu nhuge điểm của phương pháp * Uu diém + Don giản, để sử dụng + Dễ cơ giới và tự động hóa + Không sử dụng hóa chất * Nhược điểm

+ Chỉ xử lý nước thải có nông độ đưa vào cao

+ Mặc dù hiệu suất đạt được tới 90% hoặc lớn hơn nhưng nòng độ

kim loại vẫn còn cao

+ Tiêu hao năng lượng (điện năng) lớn

+ Chi phí cao

Ngoài các phương pháp được nêu trên còn có một số các phương pháp khác là phương pháp mảng, phương pháp trích ly, phương pháp quang hóa Tuy nhiên các phương pháp này thường không được ửng dụng nhiều trong xử lý nước

thải công nghiệp chứa kim loại nặng bởi hiệu quả xử lý không được cao và giá

thành lại đất

Trên đây là các phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng, các

phương pháp này đều có những ưu, nhược điểm riêng Do vậy, tùy từng điều kiện, từng hoàn cảnh mà ta có thế lựa chọn phương pháp nảo để xử lý hợp lý nhất hoặc có thể kết hợp hai thậm chí là ba phương pháp đề có thể xử lý triệt để và hiệu qua nhất Tuy nhiên các phương pháp trên đây luôn tôn tại những nhược điểm lớn như thường là sinh ra chất thải thứ cắp hoặc đắt tiền, hoặc đòi hỏi một không gian xử

lý khá lớn

Nhăm khắc phục tình trạng ô nhiễm này đòi hỏi cấp bách phải có những biện pháp xử lý nước thải kim loại nặng hiệu quả và phải phù hợp với điều kiện

hoàn cảnh cua các nhà máy ở Việt Nam như: điện tích xử lý nhỏ, hiệu qua xu ly

Trang 30

tốt, và đặc biệt là phải rẻ tiên Do đó để có thế thực hiện được những tiêu chí trên,

việc nghiên cứu, thăm dò khả năng xử lý nước thải chứa kim loại nặng bang vat

liệu có nguồn gốc từ phế thải của ngảnh chế biến thủy sản có tên gọi là

CHITOSAN được tiễn hành Trong phân tiếp theo của Khóa luận em xin giới thiệu vê nghiên cứu thăm đò khả năng xử lý kim loại nặng (Cr°”) bang CHITOSAN 2.3 Chất hấp phụ Chitosan

2.3.1 Khái niệm về Chitin — Chitosan ` `

Chiuin có gốc từ chữ "chiton", tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp Chitin là

thành phân cấu trúc chính trong vỏ (bộ xương ngoài) của các động vật không

xương sống trong đỏ có lồi giáp xác (tơm, cua) Chitin là một trong những chất

polyme sinh học phong phú nhất trong tự nhiên, chỉ đứng sau cenllulose

Tôm và cua là các loài chứa nhiều chitin nhất Điều này rất thuận cho những nước có ngành thủy sản phát triển như Việt Nam

Trong những năm gan đây thì ngành thủy sản Việt Nam có những bước

phát triển mạnh mẽ Ngành chế biến thủy sản đã tăng lên nhanh chóng từ 102 cơ sở năm 1990 đến 264 cơ sở năm 2002 và sản lượng hàng năm tăng lên nhanh

chóng, riêng ngành chế biến tôm đông lạnh đã tăng từ 75.000 tắn năm 1998 lên đến 110.000 tan năm 2002 Tuy nhiên cùng với sự phát triển của ngành này thì lượng chất thải rắn hàng năm cũng tăng lên một cách đáng kế, lượng chất thải rin từ nganh chế biến tôm đông lạnh (chủ yếu là vó tôm) tăng từ 56.250 tắn năm 1998 lên 82.500 tắn năm 2002 Do vậy việc sản xuất ra chitin ở Việt Nam là rat có triển vọng, vì nó vừa có thế làm giảm giá thành sản xuất lại vừa có thể giải quyết được một lượng chất thai ran của ngành thủy san

Chitosan là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình váy, có thể xay nhỏ theo các kích

cỡ khác nhau Có màu trằng hay vàng nhạt, không mùi vị, không tan trong nước

dung dịch kiêm và a -xít đậm đặc nhưng tan trong a-xít loãng (pHó) tạo dung dich

keo trong, có khả năng tạo màng tốt nhiệt độ nóng chảy 309-3 | IC

Trang 31

Khi nung Chitin trong dung dich sodium hydroxide (>40%) ở nhiệt độ 90-

120°C sé tạo thành Chitosan Quá trình này nhằm loại bỏ nhóm acetylic trong gốc

amine dé tao ra sản phẩm (chỉitosan) có khả năng hòa tan Ít nhất phải loại bỏ 65% nhóm acetylic trong mỗi liên kết monomer của Chitin thì mới có khả năng tạo thành dung dịch Quá trình khử acetylic rất khó vì phải phụ thuộc vào độ bên,

nhiệt độ và nông độ của dung dịch sodium hydroxide Hơn nữa, những đặc tính

hóa học của Chitosan ( khối lượng phân tử, độ phân tán của chuỗi poly, độ tỉnh khiếu còn phụ thuộc rất lớn vào phương pháp thiết bị chiết tách cũng như nguôn

vỏ sinh vật (shell)

2.3.2 Cấu trúc và đặc tính hấp phụ

2.32 1 Cầu trúc hóa học của chitin-chitosan' ˆ`'

Chitin là polisaccarit mach thăng, có thể xem như là dẫn xuất của

xenlulozơ, trong đó nhóm (-OH) ở nguyên tử C(2) được thay thế bảng nhỏm

axetyÌ amino (-NHCOCH3) (cau tric I) Như vay chitin la poli (N-axety-2-amino-

2-đeoxi-b-D-glucopyranozơ) liên kết với nhau bởi các liên kết b-(C-I-4) glicozit Trong đó các mắt xích của chitin cũng được đánh số như cúa glucozơ:

Câu trúc I

Cấu trúc hoá học của chitosan và một vải dẫn xuất

Chitosan lá dẫn xuắt để axetyl hoả của chitin, trong đỏ nhóm (-NH2) thay thể nhóm (-COCH3) ở vị trí C(2) Chitosan được cấu tạo tử các mắt xích D-

glucozamin liên kết với nhau bởi các liên kết b-(1-4)-glicozit, do vậy chitosan có

Trang 32

thể gọi la poly b-(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-glucozơ hoặc là poly b-(1-4)-D- glucozamin (cấu trúc IH) R,: - COCH, N,O- Cacbonxymetyichitin

2.3.3 Tại sao chỉtosan lại được dùng trong xử lý nước thái?' —

“Chitosan và các dẫn xuất với đặc điểm có cấu trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lưới phân tử có khá năng hắp phụ tạo phức với kim loại chuyển

tiếp như: Cu(I1), Ni(H), Co(Il) trong môi trường nước Vi vậy, việc nghiên cứu những đặc điềm vẻ tính chất hóa học, khả năng hắp phụ kim loại đang là vẫn dé

Trang 33

được các nhà khoa học quan tâm, và từng bước được áp dụng vảo giải quyết vấn

để ô nhiễm môi trường trên Trái Đắt

Trong phân tử chitin/chitosan và một số dẫn xuất của chitin có chứa các

nhóm chức mà trong đó các nguyên tử Oxi và Nitơ của nhóm chức còn cặp

electron chưa sử dụng do đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các kim loại chuyển tiếp như: Hg”ˆ Cd”', Zn”', Cu” Ni” Co”"

Tuỷ nhóm chức trên mạch polime mà thành phân và câu trúc của phức khác nhau Ví dụ: với phức Ni(II) với chitin có cầu trúc bát diện với số phối trí bằng 6 côn phức Ni(H) với chitosan cỏ cấu trúc tứ diện với số phối trí bằng 4

CH, —C—NH pH

ore ee

Nx(II)chưm Ni(IDchitosan

2.3.4 Các công trình xử lý nước thải dùng chitosan trên thế giới và việt nam?

- Năm 2003 Nguyễn Thị Như Mai, Lê Thị Hải, Hỗ Thị Bích Ngọc (Khoa Hóa học trường Đại Học Đà LạU; Võ Tắn Thiện, Nguyễn Văn Sức, Nguyễn

Mộng Sinh (Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam) trong bảo cáo khoa học - Khảo sát khả năng hấp thu Thuy ngắn, Cadimi, Đẳng và Kẽm trong nước bằng

Chitosan, dang trén Tap chi Héa hoc, T.42 năm 2004 Đã tiên hành khảo sát khả

năng hấp phụ Thùy Ngân, Cadimi, Déng va Kém bang Chitosan Két qua được

khảo sát tại pH từ 4-6, khuấy trong 90 phút thì thay mirc 46 hap phy cla Hg” cao nhất (90%), Ca” (419%), Cu” (38%), Zn”`(20%).!”'

Trang 34

Khỏa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Hà

- Mohd Ariffin (Department of Chemical, Faculty of Chemical and Natural Resources Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, 81310 UTM Skudai, Johor, Malaysia.) cùng các cộng sự đã tiến hành xử lý màu nước thải đệt nhuộm

bằng Chitosan Thí nghiệm tiến hành ở pH từ 4-6, lượng chitosan là 30mg/L, tốc độ quay 250 vòng/phút trong vòng 20 phút Kết quả cho thấy lượng COD giảm được 72.5%, độ màu giảm 94.994 !`'

2.4 Cơ sở lý thuyết của phương pháp 2.4.1 Phương pháp hấp phụ `

2 4.1.1 Hiện tượng hấp phụ

Hap phụ là quá trình hút các chất lên bẻ mặt các vật liệu nhờ các ái lực trên bẻ mặt Các vật liệu được gọi là chất hấp phụ (adsorbent) chất bị hút được gọi là chất bị hắp phụ (adsorbate) Trong môi trường nước hiện tượng hấp phụ được hiểu là hiện tượng tăng nỗng độ của một chất tan (chất bị hấp phụ) lên bể mặt một chất

ran

* Trong hắp phụ thường diễn ra 2 kiểu hắp phụ

+ Hấp phụ vật lý : được thực hiện bởi các tương tác yếu và thuận nghịch giữa các phân tử và các tâm hấp phụ trên bể mặt than hoạt tính

+ Hap phy hóa học: được thực hiện bởi các liên kết hóa học

Quá trình hấp phụ vật lý đối với chất hấp phụ và các ion kim loại nặng trong nước thường xảy ra nhờ lực hút tĩnh điện và lực liên kết vanderwaal giữa các

ion kim loại này với các tâm hắp phụ trên bề mặt Mối liên kết nảy thường là yếu

và không bẻn Tuy nhiên chính vì yếu do vậy quá trình giải hấp phụ để hoàn

nguyên vật liệu hap phụ vả thu hổi các kim loại điển ra thuận lợi

Quá trình hấp phụ hóa học xảy ra nhờ các phản ứng tạo liên kết hóa học

giữa ton kim loại nặng vả các nhóm chức của tâm hap phụ thưởng lả các ion kim

loại nặng phản ứng tạo phức đổi với các nhóm chức trong chất hắp phụ Mối liên kết nảy thường là rất bên vả khó bị phá vỡ, do vậy rất khó cho quá trình giải hấp

phụ

Trang 35

Khoa Luan tot nghiệp GVHD: Th.Š Bùi Mạnh Hà

Nói chung là trong thực tế thi quả trình hấp phụ không xảy ra thuần tuý theo một phương thức nảo mả nó có những đặc trưng của cả hai phương pháp hắp

phụ trên

Sau khi thực hiện hấp phụ để xử lý các chất độc trong nước nói chung vả

kim loại nặng nói riêng thì người ta thường tiến hành nhá hấp phụ để hoàn nguyên,

tái sinh (đổi với các loại vật liệu hấp phụ có giá trị, và nhất thiết phải có kích

thước đủ lớn để có thể hoàn nguyên được) chất hấp phụ và trong nhiêu trường hợp

có thê thu hôi những cấu tử quý

2.4.1.2 Hap phu đăng nhiệt

Đăng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc lượng chất da hap phy vao néng

độ dung dịch ở nhiệt độ không đổi, thường được dùng để mô tả cân băng hắp phụ

Các thông số hắp phụ chất hắp phụ đối với ion kim loại nặng thường có thê biểu diễn theo phương trình đăng nhiệt Langmuir, Freudlich

* Phương trình đăng nhiét Langmuir :

Là phương trình được thiết lập bảng phương pháp lý thuyết để mô tả cân bằng hấp phụ đối với cả hệ hắp phụ vật lý và hóa học Phương trình dựa trên cơ sở giả thiết rằng trên bé mat hap phy, các phân tử bị hắp phụ trên đó không tương tác với nhau, mà phân tử chất bị hấp phụ chỉ chiếm một phần bẻ mặt chất hắp phụ, sự hắp phụ chí trên một đơn lớp ở bề mặt hấp phụ, coi năng lượng bẻ mặt chất hắp phụ là đồng nhất, có mức năng lượng là như nhau Phần điện tích bể mặt bị các chất bị hấp phụ chiếm chỗ được gọi là độ che phủ bể mặt Quá trình hấp phụ chỉ diễn ra ở phần chưa bị chiếm nên tốc độ hấp phụ tỷ lệ với nó Khi quá trinh đạt

đến trạng thái cân băng thì tốc độ hắp phụ và nhả hắp phụ là bằng nhau

Phương trình đãng nhiệt Langmuir có dạng như sau :

a : Lugng chat 4a hap phụ ở nông độ C ( mg)

am : Lượng chất hấp phụ bão hòa đơn lớp (mg)

Trang 36

* Phương trình đăng nhiệt Freudlich :

Là phương trình rút ra từ thực nghiệm, đây là phương trình được img dung

rộng rãi nhất đề mô tả các đường đăng nhiệt hắp phụ

q= — =K.Ce'"

m

hay có thẻ viết :

lege = Ig K + I/n IgC

Trong đó qe : Lượng chất đã hắp phụ tại nông độ C (mg/g) x : Lượng chất tan bị hấp phụ (mg ) m : Lượng chất hấp phụ (mg) Ce : Nông độ chất bị hấp phụ có trong dung dịch ở trạng thái cfn bang (mg/L) K,n: Các hăng số Freudlich

Từ các giá trị thực nghiệm ta có thể xác định được các hăng số K,n

Phương trình Freudlich được áp dụng rất tốt cho nhiều quá trình hắp phụ các chất trong môi trường nước

2.4.2 Cơ chế hấp phụ kim loại nặng của chỉtosan `

Quá trình hấp phụ kim loại nặng bằng chitosan xảy ra theo các bước như

+ Di chuyến các ion kim loại nặng từ trong lòng dung địch tới lớp mảng Quá trình này được thực hiện nhờ khuyếch tán đối lưu

+ Di chuyển các ion kim loại nặng qua lớp màng (lớp màng lỏng bao

quanh các hạt chitosan) Quá trình nảy được thực hiện nhờ khuyếch tán phân tử + Sự khuyếch tán các ion kim loại nặng trong các mao quản bên trong hạt hắp phụ ở đây có hai quá trình diễn ra đó lả: quá trình khuyếch tán bẻ mặt, các ion kim loại nặng được khuyếch tán theo thứ tự từ tâm hấp phụ này đến tâm hắp

phụ khác và quá trình khuyếch tán mao quản các ion kim loại nặng được khuyếch

tán dọc theo các mao quản dén tam hap phy Tuy nhiên vì chitosan có độ xốp rất

Trang 37

Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.§ Bủi Mạnh Hà

nhỏ, số lượng mao quản là không nhiều do vậy quá trình khuyếch tán ở đây chủ

yếu là quá trình khuyếch tán bẻ mặt

+ Quá trình hắp phụ thuần túy: xảy ra quá trình hap phy vat lý giữa các tâm hắp phụ với ion kim loại nặng bằng các lực

liên kết tĩnh điện và liên kết vanderwaal Nhưng quá trình hắp phụ chính ở đây

là quá trình tạo phức giữa các ion kim loại nặng với các nhóm chức của

chitosan Như ta đã biết thì chitosan có rất nhiều các nhóm chức -OH và -NH;,

các nhóm này có khả năng trao đổi ion H” và hình thành phức với các ion kim loại nặng Mỏi liên kết này được tạo thành từ các liên kết cộng hóa trị giữa các

ion kim loại và các nguyên tử oxi hay nitơ có trong các nhóm chức của chitosan

tạo thành các liên kết phối trí

Ví dụ: phán ứng tạo phức của chitosan với các ion kim loại dưới dạng MỸ”

có thể được biêu diễn như sau : ` CH;OH N ’ Cy) ee NH» “n

Phan img gitta chitosan voi kim

loại dạng MỸ” xảy ra ở môi trưởng trung tỉnh, axit | yéu,boi 6 môi trường trung tính, axit yếu thi khả năng nhóm H” của nhóm OH của chitosan dễ dàng

được thay thể hơn là ở môi trường axit mạnh và khả năng tham gia của nhóm NH;

cũng cao hơn Nếu ở môi trường kiềm lúc này chỉ còn có nhóm OH là có thể tham gia trao đổi ion H” với kim loại nặng MỸ” còn ở môi trường kiểm thì NH; ở đạng

không mang điện tích, trung tính nên không có khả năng tham gia phản ứng

Với các ion ở dạng Cr;O;” : với dạng ion kim loại ở đạng oxyl kim loại

như thế nảy thì phản ứng có hơi khác hơn

Trang 36

Trang 38

Khoa Laan tot nghiệp GVHD: Th.S Bui Manh Ha C4,0H CH;OH CH,OH OH CH:OH + Cr,0," H;

Ở môi trường axit nhóm -NH; của chỉitosan kết hợp với HÀ và trở nên mang điện tích dương, do vậy có khá năng tham gia liên kết tạo phức với anion

CraOsˆ Dưới tác dụng của lực hút tĩnh điện thì anion tiến đến sát các cation -NH**

và tạo liên kết bằng cách đóng góp một điện tử, tạo thành phức không tan Quá trình tạo phức này xảy ra chủ yếu trên bể mặt của cdc hat chitosan tai céc tam hap

phụ (nơi có chứa các nhóm chức)

Nói tóm lại thì quá trình hập phụ của kim loại nặng trên chitosan xảy ra

theo 4 giai đoạn chính trên Trong quá trình hấp phụ thuần tuý thì quá trình tạo

phức giữa các nhỏm chức của chitosan với các kim loại nặng là chủ yêu, ngoải ra

Trang 39

Khóa Luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Bai Mạnh Hà

còn các liên kết vật ly giữa các kim loại nặng với tâm hắp phụ là các lực liên kết

tĩnh điện giữa các ion trái đầu vả lực liên kết lưỡng cực vanderwaal

Trang 40

Khóa L.uận tôt nghiệp GVHD: Th.S Bùi Mạnh Ha

CHUONG III - THUC NGHIEM

3.1 Hóa chất và thiết bị

3.2 Xác định nồng độ Cr(VI) trong dung dịch 3.3 Xác định khả năng hấp phụ của Chitosan

Định dạng
Số trang	71
Dung lượng	3,53 MB