Luận án tiến sĩ kỹ thuật 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

GIỚ I THI Ệ U

Đặ t v ấn đề

Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đã tạo ra nhiều sản phẩm đa dạng và chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường Tuy nhiên, bên cạnh những thành tựu này, con người đang dần hủy hoại môi trường sống do chất thải phát sinh từ quá trình sản xuất không được xử lý hoặc xử lý không triệt để.

Việc sử dụng hóa chất có nguồn gốc hóa học trong các ngành công nghiệp như xử lý nước thải, xi mạ, dệt nhuộm và thủy sản rất phổ biến Tuy nhiên, quá trình xử lý này có thể dẫn đến ô nhiễm trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các chất ô nhiễm thứ cấp, gây hại cho môi trường (Vijayaraghavan, 2011) Ô nhiễm thứ cấp không chỉ làm suy giảm chất lượng nước mà còn thay đổi các đặc tính vật lý, hóa học và sinh học của hệ sinh thái, dẫn đến những tác động tiêu cực (Nguyễn Thị Phương Loan, 2011) Do đó, cần thiết phải tìm kiếm giải pháp thay đổi vật liệu trong quy trình vận hành nhằm cải thiện chất lượng môi trường tiếp nhận.

Nghiên cứu hiện nay cho thấy việc ứng dụng các chất tự nhiên, đặc biệt là gum sinh học, trong xử lý nước thải từ ngành dệt nhuộm và xi mạ mang lại hiệu quả cao trong việc loại bỏ màu và COD (Mangale Sapanda, 2012; Muhammad Asif Hanif, 2008) Các nghiên cứu của Đoàn Thị Thúy Ái (2013), Nguyễn Văn Cường và Huỳnh Thị Kim Ngọc (2014), cũng như Luciano Carlos et al (2013) đã chỉ ra rằng vật liệu nano có thể được áp dụng hiệu quả trong lĩnh vực này Mặc dù gum sinh học có khả năng keo tụ tốt nhờ vào các liên kết hóa học với chất ô nhiễm, nhưng quá trình thu hồi gum sinh học lại tốn kém và phức tạp Ngược lại, việc thu hồi hạt nano từ tính đơn giản hơn, vì chúng có thể được tách ra dễ dàng bằng nam châm Tuy nhiên, hiệu quả xử lý nước thải của hạt nano bị hạn chế do thiếu các nhóm chức hoạt động Do đó, việc gắn gum sinh học lên bề mặt hạt nano sẽ tạo ra vật liệu nano sinh học mới, vừa nâng cao khả năng xử lý chất ô nhiễm, vừa giữ được tính năng thu hồi và tái sử dụng của hạt nano từ tính.

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật

Nghiên cứu cho thấy vật liệu sinh học có khả năng thay thế vật liệu hóa học, đặc biệt là vật liệu nano sinh học, trong việc cải thiện chất lượng nước thải và môi trường Luận án "Nghiên cứu sử dụng vật liệu keo tự sinh học chế tạo từ hạt muồng hoàng yến (Cassia fistula L.)" tập trung vào nước thải từ ngành công nghiệp dệt nhuộm và xi mạ, nhằm nâng cao chất lượng môi trường nước, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

M ụ c tiêu nghiên c ứ u

Khảo sát khả năng ứng dụng vật liệu tự nhiên và nano sinh học trong việc cải thiện chất lượng nước thải từ một số ngành công nghiệp Đề xuất quy trình công nghệ nhằm xử lý ô nhiễm kim loại nặng và màu, tập trung vào việc thu hồi và tái sử dụng tài nguyên.

- Chếtạo vật liệu keo tụsinh học từcây Muồng Hoàng Yến (MHY).

- Phát triển vật liệu keo tụsinh học với nano từ tính.

- Tối ưu hóa quá trình loại bỏ màu (trong nước thải dệt nhuộm) và kim loại nặng(trong nước thải xi mạ) ra khỏi nước thải.

N ộ i dung nghiên c ứ u

- Chế tạo vật liệu keo tụ sinh học từ hạt MHY từ đó phát triển vật liệu keo tụsinh học kết hợp với nano từtính.

+ Trích ly vật liệu keo tụsinh học từ hạt MHY.

+ Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu.

+ Chếtạo vật liệu nano từ tính kết hợp với chất keo tụsinh học MHY. + Nghiên cứu cấu trúc vật liệu mới.

- Nghiên cứu loại bỏ màu trong nước thải dệt nhuộm.

+ Nghiên cứu tối ƣu hóa các điều kiện keo tụ (pH, lƣợng vật liệu sử dụng) trong quy mô phòng thí nghiệm.

Nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm hiệu quả loại bỏ màu trên mô hình pilot với công suất 30 lít, đồng thời đánh giá khả năng tái sử dụng vật liệu chết được tạo ra từ nano từ tính kết hợp với vật liệu sinh học MHY.

+ Đánh giá hiệu quảkinh tế và đềxuất quy trình cho áp dụng vào thực tiễn.

- Nghiên cứu loại bỏkim loại nặng (Ni 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ ) trong nước thải xi mạ.

+ Nghiên cứu tối ƣu hóa các điều kiện keo tụ (pH, lƣợng vật liệu sử dụng) trong quy mô phòng thí nghiệm.

+ Nghiên cứu hiệu quả loại bỏ kim loại nặng trên thiết bị pilot công suất 30 lít.

+ Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu chếtạo từ nano từ tính kết hợp với vật liệu sinh học MHY.

+ Đánh giá hiệu quả kinh tế và đề xuất quy trình cho áp dụng thực tiễn.

Đối tƣợ ng và ph ạ m vi nghiên c ứ u

- Vật liệu keo tụsinh học thân thiện môi trường.

- Vật liệu chếtạo từ hạt nano từ tính kết hợp với vật liệu sinh học MHY có khả năng thu hồi và tái sử dụng.

- Thành phần màu và kim loại nặng trong nước thải công nghiệp.

- Vật liệu sinh học: Biogum ly trích từ hạt MHY đƣợc lấy tại Bình Dương.

- Thí nghiệm đƣợc tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm và trên mô hình pilot công suất 30 lít.

Nước thải dệt nhuộm từ nhà máy tại Bình Dương chứa hai loại màu thương mại, trong đó có Reactive Red 3 BS (RR).

- Nước thải xi mạgiả định gồm Ni 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ Nước thải xi mạ thực tế được lấy từ nhà máy tại Bình Dương.

- Các nghiên cứu được thực hiện và phân tích tại Trường Đại học Thủ

Dầu Một, Đại học Công nghiệp Thành phốHồ Chí Minh và Đại học Khoa học

Tự nhiên Thành phốHồChí Minh.

Ý nghĩa khoa họ c và th ự c ti ễ n

- Kết quả nghiên cứu là nguồn số liệu khoa học trong nghiên cứu ứng dụng vật liệu mới trong xử lý nước và nước thải công nghiệp.

- Công trình nghiên cứu là các số liệu khoa học cơ bản sử dụng cho giảng dạy và nghiên cứu các đề tài tương tự.

- Kết quảcó thểdùng tham khảo cho các nhà máy có thành phần và tính chất ô nhiễm tương tự.

Luận án này cung cấp thông tin khoa học quan trọng nhằm cải thiện chất lượng nước thải từ các ngành công nghiệp ô nhiễm kim loại nặng và ô nhiễm màu Kết quả nghiên cứu khuyến khích việc sử dụng vật liệu sinh học để nâng cao chất lượng môi trường nước thải, vừa thân thiện với môi trường vừa có khả năng tái sử dụng, từ đó góp phần tạo ra một môi trường sinh thái bền vững.

TỔ NG QUAN TÀI LI Ệ U

T ổ ng quan v ề keo t ụ

2.1.1 Bản chất của các hạt keo trong nước

Hạt keo là những hạt có kích thước rất nhỏ, dao động từ 0,001 mm đến 10 mm, với tỷ lệ giữa khối lượng và diện tích bề mặt rất nhỏ, khiến diện tích bề mặt có ảnh hưởng lớn hơn trọng lực Do có diện tích bề mặt lớn và mang điện tích, hạt keo có xu hướng hấp thụ ion từ môi trường xung quanh Sự hiện diện của điện tích bề mặt là yếu tố quan trọng trong việc duy trì tính ổn định của hạt keo, và điện tích này có thể được hình thành theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào thành phần hóa học của nước thải và các hạt keo.

Nguyễn Thị Thu Thủy (2006) nhận định rằng các hạt cặn trong nước có thể mang điện tích âm hoặc dương tùy thuộc vào nguồn gốc xuất xứ Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ liên kết với nhau nhờ lực liên kết phân tử và lực điện từ, hình thành các tổ hợp nguyên tử, phân tử hoặc ion tự do, được gọi là hạt keo.

Theo Trịnh Xuân Lai và Nguyễn Trọng Dương (2005), các hạt keo tụ trong nước có thể được phân loại thành keo kỵ nước và keo háo nước Keo kỵ nước không hút nước và dễ mất tính ổn định khi tiếp xúc với các ion mang điện tích từ chất điện ly hòa tan, đóng vai trò quan trọng trong công nghệ xử lý nước và nước thải Ngược lại, keo háo nước luôn giữ nước, làm giảm hiệu quả của chất keo tụ và thường cần phương pháp xử lý đặc biệt để đạt hiệu quả mong muốn Keo kỵ nước hình thành từ quá trình thủy phân các chất xúc tác như phèn nhôm và phèn sắt, tạo ra các phân tử liên kết thành một khối đồng nhất.

Các khối này, nhờ vào điện tích bề mặt lớn, có khả năng hấp phụ chọn lọc các ion có tính chất và kích thước tương tự với các ion trong khối, tạo thành lớp vỏ bọc ion Bề mặt của nhân keo mang điện tích lớp ion gắn chặt, có khả năng hút các ion tự do mang điện tích trái dấu để bù đắp một phần điện tích, hình thành lớp điện tích kép của hạt keo.

Lớp ion ngoài cùng có lực liên kết yếu, dẫn đến việc không đủ điện tích để trung hòa với lớp điện tích bên trong Những ion này bị hút bám lỏng lẻo và dễ dàng trượt ra Để cân bằng điện tích trong môi trường, hạt keo thu hút xung quanh mình một số ion trái dấu.

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật khuếch tán nghiên cứu về chuyển động Brown, cho thấy lớp ion khuếch tán không di chuyển đồng thời với hạt keo do lực liên kết không bền vững Kết quả là, hạt keo trong nước luôn mang điện tích (Trịnh Xuân Lai, 2005).

2.1.2 Cơ chế của quá trình keo tụ

Nghiên cứu của Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga (2006) chỉ ra rằng trong quá trình keo tụ tạo bông, sự phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạt diễn ra nhờ quá trình trung hòa điện tích Hiệu quả keo tụ phụ thuộc vào hóa trị của ion và chất keo tụ, với điện tích trái dấu so với hạt Càng có hóa trị lớn, hiệu quả keo tụ càng cao.

Cơ chế làm mất ổn định và trung hòa điện tích bề mặt của các hạt keo chủ yếu do các hoạt chất trung gian sinh ra trong quá trình thủy phân của các chất keo tụ Theo nghiên cứu của Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014), trích dẫn từ tài liệu của Wang et al (2005), quá trình này có thể diễn ra theo bốn cơ chế chính.

Giảm độ dày của hai lớp điện tích trên hạt keo có thể đạt được bằng cách thêm chất điện phân với nồng độ cao vào nước thải Chất điện phân sẽ phân ly thành các ion, và các ion trái dấu sẽ xâm nhập vào khu vực ion phân tán, làm giảm hoặc thậm chí loại bỏ điện tích tại đây Kết quả là, các hạt keo mất lực đẩy và tiến gần nhau, kết tụ lại để hình thành các bông cặn.

Hấp phụ và trung hòa điện tích bề mặt của hạt keo xảy ra khi các ion dương trái dấu bị hấp phụ bởi các hạt keo mang điện tích âm Quá trình này dẫn đến việc trung hòa điện tích của hạt keo, làm giảm hoặc mất hoàn toàn lực đẩy tĩnh điện, từ đó phá vỡ trạng thái bền vững của chúng Tuy nhiên, nếu sử dụng vượt mức cần thiết, có thể xảy ra hiện tượng đảo ngược điện tích bề mặt, khiến các hạt keo trở về trạng thái ổn định.

Khi cho chất keo tụ vào nước thải, các hạt keo sẽ kết dính và tạo thành các chất có độ hòa tan kém, độ nhờn cao và tỉ trọng lớn hơn nước Những chất này sẽ lắng chậm xuống, trong quá trình lắng, chúng sẽ kết dính các hạt keo khác và giúp đưa các hạt keo này lắng xuống hiệu quả hơn.

Hấp phụ và tạo cầu nối giữa các hạt keo là một quá trình quan trọng trong hóa học, trong đó các chất cao phân tử (polymer) với cấu trúc mạch dài và các nhóm chức có khả năng giữ các hạt keo lại sẽ hình thành các cầu nối liên kết giữa chúng Quá trình này làm giảm tính ổn định của hạt keo Tuy nhiên, việc sử dụng polymer quá liều có thể dẫn đến tình trạng các hạt keo trở lại trạng thái ổn định ban đầu.

2.1.3 Các phương pháp keo tụ

Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Thu Thủy (2006), trong công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, thường áp dụng các phương pháp như keo tụ bằng các chất điện ly đơn giản.

Phương pháp này liên quan đến việc đưa các chất điện ly ở dạng ion đơn giản có dấu ngược vào nước Khi nồng độ các ion ngược dấu tăng, nhiều ion sẽ được chuyển từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép, dẫn đến giảm điện thế zeta và làm giảm lực đẩy tĩnh điện.

Nhờ vào chuyển động Brown, các hạt keo mang điện tích nhỏ dễ dàng kết dính với nhau thông qua lực hút phân tử Van der Waals, tạo thành các bông cặn lớn hơn Khi kích thước bông cặn đạt 1 mm, chuyển động Brown không còn tác dụng Để tăng kích thước bông cặn, cần phải khuấy trộn để các bông cặn xích lại gần nhau hơn Keo tụ có thể xảy ra bằng hệ keo ngược dấu.

V ậ t li ệ u PAC trong c ả i thi ệ n ch ất lượng nướ c th ả i công nghi ệ p

Trong cải thiện chất lượng nước thải, các chất keo tụ phổ biến như phèn nhôm, phèn sắt và các muối như Al2(SO4)3, FeSO4, Fe2(SO4)3, FeCl3, và Ca(OH)2 được sử dụng rộng rãi (Unlu, 2009) Bên cạnh đó, các muối cao phân tử của sắt và nhôm, đặc biệt là PAC, cùng với các chất hữu cơ cao phân tử cũng là lựa chọn hiệu quả cho quá trình keo tụ (Trịnh Lê Hùng, 2009) Các vật liệu keo tụ có thể được phân loại thành ba nhóm chính: PAC, phèn và Polymer, với nguồn gốc hóa học hoặc sinh học.

PAC, hay phèn nhôm, là hợp chất cao phân tử có công thức hóa học [Al2(OH)nCl6-n], tồn tại dưới dạng rắn hoặc lỏng Dạng rắn của PAC có màu trắng ngà hoặc vàng nghệ, tan hoàn toàn trong nước và thường được sử dụng để cải thiện chất lượng nước ở nồng độ 10% hoặc 20% Trong khi đó, PAC dạng lỏng có màu nâu vàng và thường được bảo quản trong chai hoặc can nhựa để sử dụng lâu dài.

2.2.2 Một số kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu của Đào Minh Trung và cộng sự (2015) cho thấy hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng chất trợ keo tụ hóa học và sinh học Sử dụng vật liệu keo tụ PAC-HA01T với liều lượng 200 mg/L và pH = 7, hiệu quả cải thiện màu đạt 85,3%, COD 57,8% và SS 91,4% Khi so sánh, quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu PAC kết hợp với chất trợ keo tụ sinh học cho kết quả thấp hơn so với chất trợ keo tụ hóa học, với hiệu suất cải thiện COD lần lượt là 59,7% và 60,3%, cải thiện độ màu 87,1% và 87,3%, cùng TSS 92,6% và 93,2%.

Nghiên cứu của Yuan Shing Perng et al (2014) cho thấy hiệu quả loại bỏ màu RB 19 của PAC ổn định ở nồng độ màu đầu vào (IDC) 100 mg/L với tỷ lệ 48,1%, nhưng giảm xuống còn 20,8% khi nồng độ vượt quá mức này Khi kết hợp chất keo tụ sinh học với PAC, việc thêm 40% chất keo tụ sinh học giúp cải thiện hiệu quả loại bỏ màu lên đến 92,6% cho RB 19 và 94,2% cho RB5 Tuy nhiên, khi tăng tỷ lệ chất keo tụ sinh học lên 40 - 100%, hiệu quả loại bỏ thuốc nhuộm giảm đáng kể, có thể do sự không tương thích giữa chất keo tụ sinh học và PAC, dẫn đến hiệu quả tương tác kém.

Nghiên cứu của Joo et al (2005) và Ngô Kim Định cùng cộng sự (2014) đã chỉ ra rằng việc xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phèn nhôm và phèn sắt, kết hợp với chất trợ lắng Polymer tổng hợp, mang lại hiệu quả cao Cụ thể, khi sử dụng phèn sắt với liều lượng lớn hơn 1 g/L, hiệu quả loại bỏ màu chỉ đạt dưới 20% Tuy nhiên, khi kết hợp phèn sắt với chất trợ lắng, màu sắc của nước thải được loại bỏ gần như hoàn toàn.

Nghiên cứu của Nguyễn Võ Châu Ngân và cộng sự (2015) tập trung vào việc cải thiện chất lượng nước thải dệt nhuộm thông qua việc sử dụng chất trợ keo tụ hóa học và sinh học trên thiết bị Jartest Mục tiêu của nghiên cứu là phát triển một loại phèn hỗn hợp từ phèn nhôm (Al2(SO4)3.12H2O) và phèn sắt (FeCl3) để nâng cao hiệu quả xử lý COD và độ màu của nước thải Kết quả cho thấy tỉ lệ FeCl3/Al2(SO4)3.12H2O là 3:1 mang lại hiệu suất loại bỏ màu và COD lần lượt đạt 87,3% và 90%.

Kết quả nghiên cứu của Mohamed et al (2014) cho thấy 6 g/L phèn nhôm loại bỏ90% màu nhuộm, khi tăng lƣợng chất keo tụPAC từ 0,8 g/L đến

Hiệu suất loại màu tăng từ 98% lên 100% khi sử dụng 2 g/L chất keo tụ Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc gia tăng lượng chất keo tụ sau mức tối ưu không làm tăng thêm hiệu suất loại màu.

T ổ ng quan v ề v ậ t li ệ u keo t ụ có ngu ồ n g ố c t ừ sinh h ọ c

Biogum là thuật ngữ chỉ gum chiết xuất từ thực vật, được định nghĩa là các polysaccharid có cấu trúc gồm nhiều đơn vị đường liên kết với nhau, tạo thành phân tử lớn không đồng nhất Khi bị thủy phân, gum tạo thành các đơn vị đường đơn giản như arabinose, galactose, glucose, manose, xylose và axit uronic Gum có mặt phổ biến trong tự nhiên, thường thấy ở các loài thực vật bậc cao, với ưu điểm dễ phân hủy sinh học, chi phí chế tạo thấp, sẵn có và an toàn cho sức khỏe.

Nghiên cứu của Gherca (2011) và Pui (2011) chỉ ra rằng có hai nhóm dao động mạnh tại khoảng 409 cm -1 và 594 cm -1, tương ứng với dao động bên trong của hợp chất có cấu trúc tứ diện kết hợp với bát diện trong cấu trúc spinel Sự khác biệt trong độ truyền qua giữa các đặc tính dao động có thể được giải thích bằng độ dài liên kết của oxy với các ion kim loại trong lỗ trống bát diện ngắn hơn so với độ dài liên kết của oxy với các ion kim loại trong lỗ trống tứ diện.

2.3.1 P hương pháp chế tạo vật liệu sinh học Biogum

Phương pháp chiết tách polysaccarit từ thực vật thường sử dụng kỹ thuật hòa tan trong nước cất hoặc dung dịch nước muối 1% (NaCl, KCl) và dung dịch axit axetic 1% (Montakhab, 2010; Pawar, 2011; Nguyễn Kim Phi Phụng, 2010) Sau khi hòa tan, Biogum được kết tủa bằng dung môi etanol hoặc axeton Nghiên cứu này áp dụng phương pháp hòa tan trong nước cất để chiết xuất Biogum, một chất thu được từ thực vật (Hanif, 2008).

Phương pháp ly trích bằng nước cất là kỹ thuật hiệu quả trong việc chế tạo vật liệu sinh học, nhằm cải thiện chất lượng nước thải Phương pháp này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất Biogum mà còn bảo vệ cấu trúc của Biogum khỏi sự phân hủy trong môi trường axit.

2.3.2 Phương pháp chế tạo vật liệu nguồn gốc sinh học (Biogum cải tiến)

Vật liệu có nguồn gốc sinh học được tổng hợp từ hạt nano oxit từ tính kết hợp với Biogum, mang lại đặc tính sinh học vượt trội Biogum cải tiến không chỉ có khả năng tự phân hủy tự nhiên mà còn thân thiện với môi trường, đồng thời cho phép thu hồi và tái sử dụng nhiều lần, góp phần vào sự phát triển bền vững.

Trong quá trình cải thiện chất lượng nước thải, các chất keo tụ truyền thống như PAC, phèn sắt và phèn nhôm thường được sử dụng Tuy nhiên, những vật liệu này không thân thiện với môi trường do lượng dư thừa có thể gây độc hại cho con người và động vật thủy sinh (Bodlund, 2014) Đặc biệt, chất keo tụ Biogum không có khả năng tái sử dụng, dẫn đến việc cần tìm kiếm giải pháp thay thế Do đó, vật liệu Biogum cải tiến được đề xuất như một lựa chọn thay thế cho các chất keo tụ truyền thống trong nghiên cứu cải thiện chất lượng nước thải từ ngành dệt nhuộm và xi mạ.

Có nhiều phương pháp hóa học được sử dụng để tổng hợp vật liệu nano từ tính, bao gồm đồng kết tủa, phân hủy nhiệt, phương pháp vi nhũ và phương pháp thủy nhiệt Những phương pháp này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển và cải thiện tính chất của vật liệu nano.

2.3.2.1 Phương pháp đồng kết tủa Đồng kết tủa là phương pháp chế tạo hạt nano từ tính đơn giản và hiệu

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật tập trung vào việc tối ưu hóa điều kiện thí nghiệm thông qua việc điều chỉnh tác chất và nhiệt độ phản ứng Phương pháp đồng kết tủa sử dụng các muối vô cơ như FeCl2, FeCl3, và FeSO4, được hòa tan trong nước, sau đó phản ứng với dung dịch bazơ như KOH, NaOH, NH4OH cùng với chất oxi hóa nhẹ.

Để tạo kết tủa, sản phẩm được lọc rửa bằng nước cất và làm khô ở nhiệt độ 40 - 60 °C trong môi trường chân không Các hạt tổng hợp có kích thước từ vài nanomet đến vài chục nanomet Kích thước hạt có thể được điều chỉnh từ 2–15 nm bằng cách thay đổi các yếu tố như tỉ lệ vật liệu ban đầu, trạng thái oxy hóa, pH dung dịch và lực ion (Laurent et al., 2008).

Phương pháp sol-gel là kỹ thuật tạo ra các hợp chất dạng khối, siêu mịn, màng mỏng và sợi thông qua hai phản ứng chính: thủy phân và polymer hóa ngưng tụ Trong quá trình này, hạt được hình thành tồn tại ở dạng gel Quá trình tạo sol bắt đầu bằng việc hòa tan các ion kim loại, oxit kim loại kiềm, hoặc muối kim loại hữu cơ trong dung môi rượu, hoặc các muối kim loại vô cơ trong dung môi nước (Hasany et al., 2012; Laurent et al., 2008).

Vi nhũ là một phương pháp chế tạo hạt nano phổ biến, trong đó nước được phân tán thành các giọt nano trong pha dầu, được ổn định bởi màng phân cách từ các chất hoạt động bề mặt Trong quá trình này, các hạt dung dịch nước được giữ lại bởi các phân tử hoạt động bề mặt trong pha dầu liên tục, tạo ra các hốc hoạt hóa bề mặt Điều này tạo ra giới hạn không gian, giúp hình thành và phát triển các hạt nano một cách đồng nhất (Hasany et al., 2012).

Phương pháp thủy nhiệt là kỹ thuật phổ biến để tạo ra các cấu trúc nano từ cả vật liệu hữu cơ và vô cơ Quá trình này diễn ra trong môi trường nước, sử dụng bình phản ứng hoặc nồi chưng áp với áp suất trên 2000 psi và nhiệt độ vượt quá 200 độ C Phương pháp bao gồm hai giai đoạn chính: thủy phân và oxi hóa hoặc trung hòa hỗn hợp hydroxit kim loại Các điều kiện phản ứng như dung môi, nhiệt độ và thời gian có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng sản phẩm (Laurent et al., 2008).

T ổ ng quan v ề nướ c th ả i d ệ t nhu ộm và các phương pháp xử lý

Đối với nước thải công nghiệp dệt nhuộm, kết quả nghiên cứu của Rachakornkij et al (2004) cho rằng thành phần tính chất nước thải quyết định

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật phương pháp để xử lý nước Hai công nghệ chính được sửdụng đểloại màu là oxy hóa và hấp phụ.

Ngành công nghiệp dệt may và nhuộm vải là hai nguồn ô nhiễm màu chính, với nước thải có độ màu cao và khó xử lý Thuốc nhuộm trong ngành này thường là các phân tử tổng hợp phức tạp, kháng lại sự phân hủy của vi khuẩn ưa khí và bền với ánh sáng cùng nhiệt độ Các hợp chất hữu cơ này được sử dụng để nhuộm vải, giấy, nhựa, sơn và chất màu tổng hợp, nhưng hầu hết không phân hủy sinh học và có độ độc cao Trong quá trình nhuộm, nồng độ thuốc nhuộm có thể dao động từ 10.

- 200 mg/L và có đến 10 - 15% màu nhuộm không bám hết vào vật liệu cần nhuộm và luôn hiện diện trongnước thải (Kumar, 2012; Bell et al., 2000).

Nghiên cứu của Demirer et al (2003) cho thấy nước thải dệt nhuộm là sự tổng hợp của nước thải phát sinh từ nhiều công đoạn như hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hoàn tất Thành phần nước thải này không ổn định và thay đổi theo từng nhà máy, loại vải, cũng như môi trường nhuộm (axit, kiềm hoặc trung tính) Theo nghiên cứu của Yuan Yu-Li et al (2006) và Thitame et al (2016), nước thải dệt nhuộm chủ yếu chứa các hợp chất như dẫn xuất phenol, dẫn xuất anilin, axit hữu cơ và dẫn xuất benzen, với nồng độ ô nhiễm phụ thuộc vào công nghệ nhuộm được sử dụng.

Trong quá trình sản xuất, nhiều hóa chất độc hại như phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, và chất oxy hóa được sử dụng (Kumar, 2017; Unlu et al., 2009; Ahmad et al., 2002) Hiệu quả hấp phụ thuốc nhuộm chỉ đạt 60 - 70%, dẫn đến việc tồn đọng các phẩm nhuộm thừa ở dạng nguyên thủy hoặc phân hủy, thường chứa ion kim loại nặng.

Nước thải chưa được xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn có thể gây hại cho hệ sinh vật có lợi trong nguồn tiếp nhận, dẫn đến cái chết của cá và động vật thủy sinh Các hóa chất độc hại trong nước thải không chỉ thấm vào đất mà còn ảnh hưởng lâu dài đến nguồn nước ngầm, từ đó tác động đến đời sống con người Đặc biệt, nước thải dệt nhuộm thường có độ màu cao và nhiệt độ lớn, do đó cần được xử lý triệt để trước khi xả ra môi trường.

Bảng 2.2: Một sốthành phần ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm

Thông s ố Đơn vị Giá tr ị tiêu bi ể u

Việc chọn phương pháp xử lý nước thải cần dựa vào nhiều yếu tố như lưu lượng, đặc tính và quy chuẩn xả thải Thông thường, công nghệ xử lý kết hợp nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm cơ học, sinh học, hóa lý và hóa học Nghiên cứu trước đây cho thấy keo tụ bằng phèn nhôm có khả năng khử màu hiệu quả từ 50-90%, đặc biệt hiệu quả với loại thuốc nhuộm sunfua (Trịnh Xuân Lai, 2011).

Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm chủ yếu do màu, COD và kim loại nặng, vì vậy các phương pháp phổ biến để xử lý ô nhiễm trong công nghệ cải thiện chất lượng nước bao gồm hóa lý, hóa học và sinh học.

2.4.2 Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

Nhiều kỹ thuật hóa lý, hóa học và sinh học được sử dụng để giảm độ màu trong nước thải, trong đó phương pháp vật lý và hóa học là hai phương pháp chủ yếu hiện nay để xử lý nước thải dệt nhuộm (Ahmad et al., 2002).

Các kỹthuật hóa lý và hóa học thường dùng bao gồm: màng lọc (Verma et al.,

2012), hấp phụ, trao đổi ion, oxy hóa nâng cao (Al-Kdasi et al., 2004;

Rachakornkij et al (2004) chỉ ra rằng các kỹ thuật sinh học, bao gồm việc sử dụng nấm và vi khuẩn, có thể được áp dụng để phân hủy chất thải trong điều kiện hiếu khí, yếm khí hoặc kết hợp cả hai quá trình Trịnh Lê Hùng (2009) cũng nhấn mạnh vai trò của phương pháp hóa lý trong xử lý chất thải.

Cải thiện chất lượng nước thải phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nước thải, do đó cần áp dụng các phương pháp khác nhau Phương pháp hóa lý được sử dụng phổ biến để xử lý ô nhiễm vô cơ và hữu cơ cao, trong đó lọc màng và hấp phụ là những kỹ thuật thường được áp dụng (Archna et al., 2012).

- Phương pháp lọc màng gồm các kỹ thuật thẩm thấu ngược, màng lọc nano, màng siêu lọc, màng vi lọc Lọc màng có thể tách hai hay nhiều thành

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật phần nghiên cứu về phân tử hữu cơ và ion vô cơ có hàm lượng cao dựa vào kích thước phân tử Nghiên cứu của Wu et al (1998) cho thấy việc kết hợp lọc màng với quá trình ozon hóa trong xử lý nước thải dệt nhuộm chứa màu nhuộm hoạt tính, muối NaCl và ion Cu 2+ đã đạt hiệu quả loại bỏ 99% màu và ion Cu 2+.

Giải pháp hấp phụ sử dụng tác nhân keo tụ để hình thành bông cặn với màu nhuộm nhờ vào lực hút Van der Waals, liên kết hydro, và tương tác lưỡng cực - lưỡng cực giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Hấp phụ là hiện tượng diễn ra trên bề mặt các chất mà không có phản ứng hóa học, do đó lực hấp phụ thường yếu và quá trình này có tính thuận nghịch (Grande et al., 2015).

Nghiên cứu của Jain et al (2010) cho thấy rằng khi tăng lượng chất hấp phụ carbon hoạt tính từ 0,1 - 0,5 g/L, hiệu quả loại màu tăng lên, nhưng sẽ giảm dần khi tăng từ 0,5 - 0,6 g/L Đồng thời, khi nồng độ màu đầu vào tăng, hiệu suất loại màu cũng tăng từ 82,60% đến 94,41%.

Phương pháp hóa học trong xử lý nước thải bao gồm keo tụ, tạo bông, tuyển nổi, lọc, kết tủa hóa học, tuyển nổi điện hóa và oxi hóa, trong đó ozon hóa được coi là kỹ thuật hiệu quả nhất trong việc loại bỏ màu nhuộm hoạt tính, đạt hiệu suất loại bỏ lên đến 98 - 99% (Archna et al., 2012).

Nghiên cứu của Mehmet Kobya et al (2014) chỉ ra rằng phương pháp điện phân với điện cực sắt mang lại hiệu quả cải thiện COD tốt hơn so với điện cực nhôm Agustina & Ang (2012) cũng cho thấy rằng phương pháp oxy hóa nâng cao Fenton có thể cải thiện chất lượng màu lên đến 99,8% ở pH = 3 trong vòng 60 phút Nhiều tác giả khác như Arizbeth Pérez et al (2013) và Hinda Lachheb et al (2002) đã nghiên cứu và sử dụng quang xúc tác TiO2/UV để xử lý màu nước thải từ nhà máy dệt nhuộm, đạt được hiệu quả cải thiện đáng kể.

Nghiên cứu của Bell et al (2000) về xử lý và loại bỏ màu trong nước thải dệt nhuộm bằng công nghệ phản ứng kỵ khí dạng vách ngăn cho thấy hiệu suất loại bỏ COD đạt 60% và hiệu suất loại màu đạt 95%.

T ổ ng quan v ề nướ c th ả i xi m ạ và các phương pháp xử lý

Hiện nay, môi trường nước đang phải đối mặt với ba loại ô nhiễm chính: ô nhiễm kim loại nặng, ô nhiễm màu và ô nhiễm hữu cơ Nước thải chưa qua xử lý từ các nhà máy chứa nhiều chất ô nhiễm độc hại, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn tiếp nhận như đất và nước Điều này không chỉ tác động đến chất lượng nước mà còn gián tiếp ảnh hưởng đến chất lượng không khí xung quanh, làm thay đổi các tính chất vật lý của môi trường.

Chất lượng môi trường nước và đất đang ngày càng xấu đi, đòi hỏi các nhà khoa học và quản lý phải tìm ra giải pháp hiệu quả để cải thiện tình trạng này trong thời gian tới (Patel et al.).

Có nhiều phương pháp hóa học, sinh học và hóa lý được áp dụng để cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp, bao gồm keo tụ, hấp phụ, lọc cát, kết tủa hóa học, ozon hóa, phân hủy bằng vi khuẩn kị khí và hiếu khí, tách màng, điện hóa, lọc, tuyển nổi và xúc tác peroxit Mỗi loại nước thải có thành phần và tính chất riêng, do đó cần lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp dựa trên đặc điểm cụ thể của từng loại nước thải.

Phương pháp xử lý nước thải hiệu quả phụ thuộc vào loại chất ô nhiễm có trong nước thải Nước thải xi mạ thường được xử lý bằng quy trình hóa học do các chất ô nhiễm có thể gây độc hại cho sinh vật và cản trở quy trình xử lý sinh học Một số phương pháp điển hình bao gồm trung hòa bằng axit hoặc bazơ, kết tủa hydroxit hoặc sunfit các ion kim loại nặng, trao đổi ion và bay hơi.

2.5.1 Thành phần ô nhiễm trong nước thải xi mạ

Theo nghiên cứu của Trần Văn Nhân (2002), nước thải xi mạ chứa nhiều muối vô cơ và hàm lượng kim loại nặng cao, với nguồn ô nhiễm phụ thuộc vào lớp mạ, có thể là đồng, kẽm hoặc các kim loại nặng khác Nghiên cứu của Srisuwan et al (2002) cũng chỉ ra rằng thành phần chính của kim loại nặng trong nước thải xi mạ bao gồm các kim loại độc hại.

Bảng 2.3: Các chỉ sốô nhiễm kim loại nặng của nước thải xi mạ

Ch ỉ tiêu Đơn vị Nướ c th ải chưa xử lý QCVN 40 -2011/BTNMT

K ẽ m (Zn) mg/L 8,7 3 3 Đồng (Cu) mg/L 1020 2 2

Nghiên cứu của Mukesh Parmar & Lokendra Singh Thakur (2013) chỉ ra rằng ngành công nghiệp mạ điện và gia công kim loại thải ra một lượng lớn kim loại nặng, bao gồm ion đồng (Cu²⁺), niken (Ni²⁺) và kẽm (Zn²⁺), gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái thủy sinh Kim loại đồng không thể phân hủy và có thể dẫn đến ung thư cũng như bệnh Wilson, trong khi niken gây dị ứng da và tổn thương hệ hô hấp, thần kinh Ngoài ra, kẽm có thể gây rối loạn tiêu hóa và tiêu chảy khi xâm nhập vào cơ thể qua đường ăn uống.

Để cải thiện chất lượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng từ nước thải xi mạ, có thể áp dụng một số phương pháp như hóa lý, hóa học, phương pháp màng, và sử dụng vật liệu tự nhiên (Mukesh Parmar & Lokendra Singh Thakur, 2013).

2.5.2 Các phương pháp xử lý nước thải xi mạ

Hiện nay, có nhiều kỹ thuật để loại bỏ kim loại nặng khỏi nước và nước thải, bao gồm trao đổi ion, hấp phụ, kết tủa hóa học, lọc màng, keo tụ kết bông, tuyển nổi và điện hóa Phương pháp điện hóa sử dụng dòng điện để loại bỏ kim loại, hiệu quả trong việc xử lý chất rắn lơ lửng, kim loại hòa tan, tannin và màu nhuộm Kết tủa với NaOH và keo tụ với phèn nhôm hoặc phèn sắt là các phương pháp chủ yếu để xử lý ion kim loại Mặc dù chúng hiệu quả, nhưng có thể gây ô nhiễm thứ cấp Ngược lại, keo tụ điện hóa không gây ô nhiễm thứ cấp và cho hiệu quả xử lý kim loại cao, nhưng chi phí điện cao dẫn đến chi phí vận hành lớn.

- d > 10 -4 mm: dùng phương pháp lắng lọc.

Đối với các hạt có kích thước nhỏ hơn 10 -4 mm, cần áp dụng kết hợp giữa phương pháp cơ học và hóa học Để tăng cường quá trình lắng của các chất lơ lửng trong dạng hòa tan hoặc phân tán, có thể sử dụng PAC hoặc phèn để kết dính chúng thành các bông cặn lớn hơn, từ đó loại bỏ khỏi bể lắng Phương pháp này được gọi là keo tụ Nếu muốn tăng tốc độ lắng, việc sử dụng Polymer sau khi thêm phèn hoặc PAC là cần thiết (Lee, 2012).

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật b) Phương pháp kết tủa hóa học

Kết tủa hóa học là phương pháp hiệu quả và phổ biến để loại bỏ ion kim loại nhờ quy trình đơn giản và chi phí thấp Trong quá trình này, các chất hóa học phản ứng với ion kim loại, tạo ra chất rắn không tan, sau đó được tách khỏi nước bằng lắng hoặc lọc Hai phương pháp kết tủa truyền thống thường được sử dụng là kết tủa hydroxit và kết tủa sunfit (Fu et al., 2011).

Kết tủa hydroxit là một kỹ thuật kết tủa hóa học phổ biến nhờ vào tính đơn giản, chi phí thấp và khả năng kiểm soát dễ dàng Ở pH > 7, các ion kẽm và niken tạo ra các bông cặn hydroxit không tan như Zn(OH)2, Ni(OH)2 và Cu(OH)2, cho phép dễ dàng tách chúng ra khỏi nước thải.

Phương pháp này dựa trên nguyên lý hình thành kết tủa hydroxit kim loại nặng khi cho các bazơ như Ca(OH)2 hoặc NaOH vào nước thải xi mạ Quá trình phản ứng này giúp loại bỏ các kim loại nặng có hại trong nước thải.

Sau khi quá trình lắng đọng kết tủa hoàn tất, tủa sẽ được tách ra, làm khô và có thể tái sử dụng hoặc loại bỏ Nước thải sau khi đã loại bỏ kim loại nặng vẫn còn chứa các muối vô cơ như Na2SO4 và NaCl, và chúng sẽ được xả ra ngoài.

Kết tủa sunfit là một phương pháp hiệu quả để loại bỏ ion kim loại nặng khỏi nước thải Phương pháp này có ưu điểm là độ tan của kết tủa sunfit thấp hơn nhiều so với kết tủa hydroxit, đồng thời kết tủa sunfit không phải là chất lưỡng tính, cho phép loại bỏ ion kim loại ở pH rộng hơn so với kết tủa hydroxit.

Sử dụng sắt sunfit đểloại bỏcác ion kim loại nặng, cơ chếxảy ra nhƣ sau:

FeS + 2H – H 2 S + Fe 2+ xảy ra ở pH thấp

M 2+ + H2S MS + 2H + xảy ra ở pH cao

Kết tủa hydroxit có nhược điểm không an toàn do ion kim loại thường tồn tại trong môi trường axit, và kết tủa sunfit trong môi trường này có thể giải phóng chất độc H2S Để nâng cao hiệu quả xử lý, kết tủa hóa học thường được kết hợp với các phương pháp khác Nghiên cứu của Ghosh et al (2011) cho thấy sự kết hợp giữa kết tủa hóa học và quá trình Fenton có thể đạt hiệu suất loại bỏ COD lên đến 88% và ion Zn 2+ đạt 99 - 99,3% Ngoài ra, nghiên cứu của Papadopoulos et al (2004) cũng chỉ ra rằng việc sử dụng phương pháp trao đổi ion có hiệu suất loại bỏ cao.

VẬ T LI ỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U

Đối tƣợ ng nghiên c ứ u và hóa ch ấ t keo t ụ

Nước thải giả định được nghiên cứu được tạo ra từ phẩm nhuộm Reactive red 3BS (RR), có công thức phân tử C22H16N2Na2O11S3 Mẫu nước thải này được pha chế với các nồng độ ô nhiễm khác nhau nhằm phục vụ cho mục đích nghiên cứu, chi tiết được trình bày trong phụ lục B.

Nước thải dệt nhuộm từ nhà máy tại Khu công nghiệp Việt Hương, Thị xã Thuận An, Tỉnh Bình Dương có độ màu ban đầu lên tới 1384 Pt-Co Nồng độ ô nhiễm của mẫu nước thải này được ghi nhận với pH = 7 và COD = 1020 mgO2/L, cho thấy mức độ ô nhiễm nghiêm trọng cần được xử lý.

Nước thải xi mạ giả định trong nghiên cứu bao gồm ba loại nước thải, trong đó có nước thải ô nhiễm ion kim loại.

Ion Cu 2+ có công thức phân tử là CuSO4.5H2O, trong khi nước thải ô nhiễm chứa ion Ni 2+ có công thức NiSO4.6H2O và nước thải ô nhiễm chứa ion Zn 2+ có công thức ZnSO4.7H2O Nồng độ ô nhiễm của các ion này được giả định pha chế theo phụ lục B.

Nước thải nhà máy xi mạ (NMXM) được thu thập từ công ty xi mạ tại khu công nghiệp Nam Tân Uyên, Tỉnh Bình Dương Mẫu nước thải này cho thấy nồng độ ô nhiễm với Cu 2+ là 51 mg/L, Ni 2+ là 3,61 mg/L và Zn 2+ Các giá trị ô nhiễm này được xác định tại thời điểm lấy mẫu và được sử dụng trong toàn bộ quá trình thí nghiệm.

Nước thải nhà máy được thu thập theo tiêu chuẩn TCVN 5999:1995, trong đó nước thải nhân tạo được chuẩn bị và thu thập một lần ở giai đoạn đầu của thí nghiệm để sử dụng xuyên suốt quá trình nghiên cứu Việc bảo quản nước thải tuân thủ theo TCVN 6663 - 1:2011 về hướng dẫn lập chương trình lấy mẫu và kỹ thuật lấy mẫu, cùng với TCVN 6663 - 3:2008 về hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu.

Vật liệu PAC (Poly Aluminium Chloride) có công thức phân tử [Al2(OH)nCl6-n]m, thường có màu vàng nghệ, được sử dụng rộng rãi trong việc cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp Sản phẩm này hiện đang được bán trên thị trường.

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật trường, được dùng để so sánh với vật liệu sinh học và có nguồn gốc sinh học trong quá trình thí nghiệm

3.1.2.2 Biogumtừ hạt Muồng Hoàng Yến

- Hạt MHY (Muồng Hoàng Yến) đƣợc thu thập vào tháng 6 trong năm

2014 tại Khu công nghiệp MỹPhước 1 (xã Thới Hòa, Mỹ Phước, huyện

Biogum được chiết xuất từ hạt MHY thông qua phương pháp hòa tan trong nước cất, sau đó tái tạo lại Biogum bằng axeton Thí nghiệm này được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Đại học Thủ Dầu Một.

Trần Văn Ơn, Phú Hòa, ThủDầu Một, Bình Dương).

Nhiều phương pháp đã được nghiên cứu để ly trích Biogum, một loại galalactomannan từ hạt các loài đậu khác nhau Trong số đó, quy trình nghiền khô và trích ướt được coi là những phương pháp khả thi về công nghệ và kinh tế (Mathur, 2016).

Không nên sử dụng axit hay nhiệt trong quá trình ly trích Biogum, vì chúng có thể gây thủy phân chuỗi Polymer (galactomannan polysaccharide) và làm giảm độ dài chuỗi Khi chuỗi Polymer ngắn lại, mật độ các phần mang điện tích giảm, dẫn đến khả năng hấp phụ của Polymer với chất keo (chất bẩn) cũng giảm, làm giảm khả năng keo tụ và kết bông.

Nghiên cứu này tiến hành ly trích Biogum bằng phương pháp nghiền thông thường và hòa tan trong nước cất ở nhiệt độ phòng nhằm bảo vệ cấu trúc Polymer và giảm chi phí sản xuất Sau đó, Biogum được tái tạo lại bằng dung môi hữu cơ axeton.

- Gum hạt MHY đã đƣợc tác giả Hanif (2008); Đào Minh Trung et al.

Biogum được chiết xuất vào năm 2017 bằng phương pháp sử dụng nước cất, chứa galactomannan - một loại polysaccharid có cấu trúc bao gồm các đường D-mannozơ và D-galactozơ Phân tử này có nhiều nhóm -OH, đóng vai trò quan trọng trong quá trình keo tụ.

- Thành phần hóa học của mẫu Biogum được xác định bằng phương pháp phân tích phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR, phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Các nghiên cứu trước đã chỉ ra rằng gum hạt thuộc chi Cassia chứa galactomannan, một polysaccharide trung tính có khả năng hòa tan tốt trong nước Galactomannan là một tác nhân hiệu quả trong việc loại bỏ các chất lơ lửng và chất màu từ nước ô nhiễm.

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật nghiên cứu về galactomannan, một polysaccharide có cấu trúc chính gồm các đơn vị β-D-mannose liên kết với nhau qua liên kết (1 4) glucosid, và các mạch nhánh là các đơn vị galactose liên kết với mạch chính qua liên kết (1 6) glycosid Galactomannan có hàm lượng galactose trên 5%, với tỷ lệ mannose/galactose (M/G) khác nhau tùy thuộc vào từng loài thực vật Cụ thể, gum hạt từ chi Cassia có tỷ lệ M/G từ 3:1 đến 5:1, với đặc điểm là gum hạt có hàm lượng galactose cao sẽ dễ tan trong nước hơn.

3.1.2.3 Vật liệu nano sinh học

- Hạt nano từ tính CoFe 2 O 4 tổng hợp bằng phương pháp vi nhũ kết hợp đồng kết tủa sửdụng sodium dodecyl sulfate (SDS) là chất hoạt động bềmặt.

Cấu trúc vật liệu được phân tích thông qua phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phân tích phổ hồng ngoại FT-IR Đặc tính từ của vật liệu được kiểm tra bằng thiết bị từ kế mẫu rung (VSM) (Li et al., 2016; Suleiman et al., 2015).

Thi ế t b ị nghiên c ứ u

Thiết bị Jartest sử dụng trong nghiên cứu này gồm 6 cốc chứa, mỗi cốc có thể tích 1000 mL.

Hình 3.1: Cấu tạo mô hình Jartest

3 Màn hình t ốc độ khu ấ y.

4 Màn hình th ờ i gian khu ấ y.

Bảng 3.1: Các thông sốkỹthuật của mô hình Jartest

Chi ề u dài tr ụ c khu ấ y (cm) 38

Chi ề u dài cánh khu ấ y (cm) 6

Chi ề u r ộ ng cánh khu ấ y (cm) 2,5

Hướng dẫn vận hành mô hình Jartest:

- Bước 1: Khởi động nút nguồn (Power On)

- Bước 2: Mở đèn (Lamp On)

- Bước 3: Bấm vào rồi nhập sốvòng quay (RPM)

- Bước 4: Bấm vào rồi nhập thời gian (MIN)

- Bước 5: Bấm Enter để bắt đầu khuấy

Sau thời gian mặc định, máy sẽtự động tắt.

Nếu muốn thay đổi số vòng quay hoặc thời gian thì bấm vào nút Cancel rồi quay lại bước 3

Nếu gặp sự cốvà muốn tắt khẩn cấp thì tắt nút nguồn (Power Off).

Mục đích: vận hành thiết bị Pilot để đánh giá khả năng vận hành thực tế của các vật liệu keo tụ/hấp phụ.

Hướng dẫn vận hành thiết bị Pilot:

- Cho vào bểkeo tụ 30 L lượng nước thải nghiên cứu

- Khuấy nhanh với tốc độ200 vòng/phút trong 5 phút

- Khuấy chậm với tốc độ20 vòng/phút trong 5 phút

- Đểlắng trong bểlắng trong 30 phút

- Lấy phần nước trongđo các thông số độmàu, COD, ion kim loại.

Hình 3.2: Thiết bị Pilot keo tụtạo bông

Phương pháp phân tích

Nước thải được phân tích trước và sau khi vận hành, với các thông số ô nhiễm vật lý và hóa học theo tiêu chuẩn TCVN hiện hành Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần để đảm bảo tính chính xác, và các thông số phân tích được trình bày chi tiết trong bảng 3.2.

Bảng 3.2: Phương pháp phân tích các thông sốô nhiễm nghiên cứu

T Thôn g số Đơn vị Phương pháp phân tích, số hiệu tiêu chuẩn

1 pH - TCVN 6492:2011 -Chất lƣợng nước -Xác định pH

2 Độ màu Pt-Co TCVN 6185: 2008, Chất lƣợng nước -Kiểm tra và xác định độ màu Hach DR 500

TCVN 6491:1999 -Chất lƣợng nước -Xác định nhu cầu oxy hóa học (COD)

Ni 2+ , Zn 2+ ) mg/l Đo kim loại nặng (Cu 2+, Ni 2+ , Zn 2+ ) theo TCVN 6185:2008

Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

N ội dung và phương pháp nghiên cứ u

Quá trình keo tụ được tiến hành thông qua phương pháp khuấy Jartest ở nhiệt độ phòng, sử dụng dung dịch axit HCl 1M và dung dịch bazơ NaOH 1M để điều chỉnh pH của mẫu nước thải.

- Bước 1: chuẩn bị 6 cốc 1000 mL và 1 cốc đối chứng Cho vào mỗi cốc

- Bước 3: thêm vật liệu keo tụvào từng cốc tùy thí nghiệm.

Để thực hiện quy trình, bước 4 yêu cầu khuấy nhanh dung dịch với tốc độ 200 vòng/phút trong 5 phút, sau đó chuyển sang khuấy chậm ở tốc độ 30 vòng/phút trong 5 phút Cuối cùng, để dung dịch lắng xuống, cần để yên trong 30 phút (Nacke et al., 2016).

- Bước 5: quan sát hiện tượng bùn lắng, lấy phần nước trong đi phân tích các thông số.

+ Nước thải dệt nhuộm phân tích các thông số: pH, độmàu, COD.

+ Nước thải xi mạphân tích các thông sốô nhiễm: kim loại nặng.

+ Các thông số ô nhiễm đƣợc phân tích theo TCVN hiện hành, thí nghiệm đƣợc lặp lại 3 lần.

3.4.2 Các thí nghiệm nghiên cứu

Thí nghiệm nhằm xác định điều kiện tối ưu cho quá trình keo tụ, bao gồm pH và lượng các chất tối ưu tham gia Các thí nghiệm được thực hiện trên thiết bị Jartest, sau đó áp dụng các thông số tối ưu để vận hành trên thiết bị Pilot.

Nghiên cứu này thực hiện thí nghiệm với các hóa chất keo tụ Biogum, Biogum cải tiến và so sánh với chất keo tụ hóa học PAC Các thí nghiệm được tiến hành trên hai loại nước thải dệt nhuộm (RR, NMDN) và nước thải xi mạ chứa Ni 2+, Cu 2+, Zn 2+.

3.4.2.1 Thí nghiệm xác định khả năng loại bỏ màu và COD của NMDN

Quy trình vận hành thí nghiệm xác định khả năng xử lý màu và COD của nước thải dệt nhuộm được thực hiện trên thiết bị Jartest và thiết bị Pilot, như thể hiện trong Hình 3.3 Đầu tiên, thí nghiệm xác định pH tối ưu sẽ được bố trí trên thiết bị Jartest.

Xác định pH tối ưu cho các chất keo tụ như Biogum, Biogum cải tiến và PAC là rất quan trọng trong quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm, đặc biệt là với loại nước thải có chứa reactive red 3 BS (RR) với nồng độ 100 mg/L Nghiên cứu này sẽ giúp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải từ các nhà máy dệt nhuộm (NMDN).

Nghiên cứu của Wang et al (2000) chỉ ra rằng cấu trúc galactomannan bị biến đổi hoặc phân hủy khi pH nhỏ hơn 1,5 Do đó, nghiên cứu này đã khảo sát các giá trị pH từ 2 đến 11 Để thực hiện, loại PAC được sử dụng cho tất cả các loại nước thải, với lượng chất keo tụ cố định và biến thiên ở các giá trị pH 2, 3, và 5.

7, 9 và 11 Cho lượng cố định chất keo tụ(theo Bảng 3.3) vào 6 cốc chứa nước thải có pH khác nhau đã chuẩn bịsẵn

Tăng dần lượng Biogum cho đến khi xuất hiện bông cặn để xác định giá trị a cho mẫu giả định và a’ cho mẫu nhà máy Tiếp theo, tăng dần lượng Biogum cải tiến từ b đến b1 cho mẫu giả định và b2 cho mẫu nhà máy Cuối cùng, tăng dần lượng PAC đến c cho mẫu giả định và c’ cho mẫu nhà máy.

Bảng 3.3: Lượng chất keo tụtrong thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH

Hình 3.3: Thí nghiệm với nước thải dệt nhuộm trên thiết bị Jartest và Pilot

Bảng 3.4: Bốtrí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của reactive red 3BS (RR) cho Biogum

M ẫ u RR GRRH1 GRRH2 GRRH3 GRRH4 GRRH5 GRRH6 pH 2 3 5 7 9 11

N ồng độ đầ u vào (mg/L) 100 100 100 100 100 100

Chú thích: GRRH1, GRRH2, GRRH3, GRRH4, GRRH5, GRRH6: s ử d ụ ng Biogum cho m ẫu nướ c reactive red 3BS tại pH bằng 2, 5, 7, 9, 11

- Đo pH; phân tích màu và COD

- Xác định pH, lƣợng ch ấ t keo t ụ t ối ƣu

Pilot Áp d ụ ng các thông s ố t ối ƣu

- Xác định pH, lƣợng t ối ƣu

Ch ƣa đạ t Áp d ụ ng th ự c t ế Đạt

Xác định l ạ i các thông s ố t ối ƣu ở bước khu ấ y Jartest

Hình 3.4: Sơ đồbốtrí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của Biogum, Biogum cải tiến và PAC a 2 Thí nghiệm xác định lƣợng tối ƣucủa chất keo tụ

Xác định lượng vận hành tối ưu của Biogum, Biogum cải tiến và PAC trên các loại nước thải nghiên cứu RR và NMDN Kết quả thu được sẽ là cơ sở cho các thí nghiệm nghiên cứu ứng dụng tiếp theo.

Cố định pH tối ưu của từng mẫu nước thải, biến thiên lượng chất keo tụ.

Tăng dần lượng chất keo tụ đến giá trị a đối với mẫu giả định và a’ đối với mẫu nhà máy, tại đây các giá trị a và a’ thể hiện lượng chất keo tụ mà hiện tượng tạo bông bắt đầu xảy ra Biến thiên lượng chất keo tụ ở các giá trị a1, a2, a3, a4, a5, trong đó a1 lớn hơn a và a1 nhỏ hơn a’.

Bảng 3.5: Thí nghiệm xác định lượng Biogum tối ưu trên mẫu nước thải RR

M ẫ u RR GRRL1 GRRL2 GRRL3 GRRL4 GRRL5 pH T ối ƣu T ối ƣu T ối ƣu T ối ƣu T ối ƣu

N ồng độ đầ u vào (mg/L) 100 100 100 100 100

Chú thích: GRRL1, GRRL2, GRRL3, GRRL4, GRRL5: S ử d ụ ng Biogum trên m ẫu nướ c reactive red 3BS ở lƣợng a1, a2, a3, a4, a5

L ấ y ph ần nước trong đi phân tích COD, màu

So sánh xác đị nh pH t ố i ƣu

Thay đổi lƣợ ng ch ấ t keo t ụ

L ấ y phần nước trong đi phân tích độ màu, COD

So sánh ch ọ n lƣợ ng t ối ƣu

Hình 3.5 trình bày bố trí thí nghiệm nhằm xác định lượng tối ưu của Biogum, Biogum cải tiến và PAC a 3 Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định mối tương quan giữa nồng độ nước thải đầu vào và lượng chất keo tụ cần thiết.

Xác định, đánh giá mối tương quan giữa nồng độ nước thải đầu vào với lượng chất keo tụvà hiệu quảxử lý nước thải.

Bài nghiên cứu thực hiện với ba loại chất keo tụ là Biogum, Biogum cải tiến và PAC trên mẫu nước thải giả định (RR) Chúng tôi đã chuẩn bị sáu mẫu dung dịch nước thải RR với các nồng độ đầu vào lần lượt là 100, 150 và 200 mg/L, đồng thời điều chỉnh pH về giá trị tối ưu để đạt hiệu quả xử lý tốt nhất.

Bảng 3.6: Lượng chất keo tụdùngcho nước thải RR theo các nồng độ đầu vào

N ồng độ đầ u vào (mg/L) 100 150 200

Chú thích: a: lƣợ ng Biogum t ối ƣu ; b: lƣợ ng Biogum c ả i ti ế n t ối ƣu; c: lƣợ ng PAC t ối ƣu

Thay đổi n ồng độ nướ c th ả i t ỷ l ệ v ớ i lƣợng ch ấ t keo t ụ

L ấ y phần nước trong đi phân tích độmàu, COD

So sánh hi ệ u qu ả lo ạ i màu, xác định mối tương quan

Hình 3.6: Sơ đồ thí nghiệm xác định mối tương quan giữa lượng chất keo tụ với nồng độ đầu vào

Bảng 3.7: Bảng giá trịD, xác định tương quan giữa nồng độ đầu vào và lượng Biogum cải thiện độmàu của nước thải RR

Biogum (mL) Biogum cải tiến (g) PAC (mL)

Bảng 3.8: Bốtrí thí nghiệm xác định mối tương quan giữa nồng độ đầu vào với lượng Biogum trên mẫu nước RR

M ẫ u RR GRR100 GRR150 GRR200 pH T ối ƣu T ối ƣu T ối ƣu

N ồng độ đầ u vào (mg/L) 100 150 200

Chú thích: GRR100, GRR150, GRR200: Dùng Biogum trên m ẫu nướ c RR ở n ồng độ 100, 150, 200 mg/L.

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật a4.Xác định hiệu quảxử lý của Biogum cải tiến thu hồi

Xác định số lần tái sử dụng của Biogum cải tiến thông qua hiệu quảcải thiện chất lượng ô nhiễm của đối tượng nước thải nghiên cứu (RR, NMDN)

Kết quả là cơ sở có thể khẳng định tính thu hồi và tái sử dụng của vật liệu nghiên cứu Biogum cải tiến.

Gộp các bông cặn từ tính sau khi lắng và hòa tan nhiều lần trong nước để tái tạo Biogum cải tiến Thí nghiệm được thực hiện với các thông số tối ưu từ mẫu nước thải nghiên cứu, như thể hiện trong Hình 3.6 Bố trí thí nghiệm được thực hiện trên thiết bị Pilot.

Xác định hiệu quả cải thiện chất lượng nước thông qua việc ứng dụng các thông số nghiên cứu vào vận hành thiết bị Pilot Dựa trên kết quả này, đề xuất công nghệ xử lý cơ bản với việc áp dụng vật liệu trong quá trình xử lý nước thải.

Vận hành thiết bị Pilot với các điều kiện tối ưu như pH, lượng chất keo tụ và nồng độ đầu vào đã được ghi nhận khi sử dụng thiết bị Jartest cho từng mẫu nước thải nghiên cứu Các loại chất keo tụ được áp dụng bao gồm Biogum, Biogum cải tiến và PAC Để đạt được kết quả tốt nhất, 30 L mẫu nước thải RR và NMDN đã được chuẩn bị với các thông số tối ưu.

3.4.2.2 Thí nghiệm xác định khả năng loại bỏ ion kim loại của nước thải xi mạ

Phương pháp x ử lý s ố li ệ u

Dữ liệu thu thập được đã được xử lý và phân tích bằng Microsoft Excel và SPSS version 16.0 Giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và phân tích ANOVA một nhân tố đã được tính toán để so sánh sự khác biệt giữa các trung bình và nghiệm thức thông qua phép thử Duncan Hình ảnh và biểu đồ được tạo ra bằng phần mềm Excel, từ đó xác định được các thông số vận hành tối ưu.

KẾ T QU Ả VÀ TH Ả O LU Ậ N

Xác đị nh hi ệ u su ấ t lo ạ i b ỏ màu c ủ a các v ậ t li ệu trên nướ c th ả i d ệ t

Nghiên cứu xác định các thông số pH và liều lượng tối ưu của các vật liệu PAC, Biogum và Biogum cải tiến nhằm cải thiện chất lượng màu của nước thải dệt nhuộm Kết quả này được áp dụng trong thực tế tại các nhà máy dệt nhuộm và vận hành trên thiết bị Pilot.

4.1.1 Xác định pH tối ưu của vật liệu

4.1.1.1 Kết quả xác định pH tối ƣu của PAC

Thí nghiệm được thực hiện trên nước thải giả định và nước thải NMDN, với pH được khảo sát trong khoảng từ 2 đến 11 Dựa vào hiệu suất cải thiện (H%), pH tối ưu được xác định, từ đó xác định liều lượng PAC tối ưu cho các thí nghiệm tiếp theo.

Nghiên cứu cho thấy hiệu quả loại bỏ màu và COD trong nước thải đạt cao nhất ở pH = 7 khi sử dụng PAC Cụ thể, PAC có khả năng loại bỏ đến 99,97% màu nhuộm trong các mẫu nước thải.

RR và loại bỏ được 85,73% màu nhuộm trên nước thải NMDN.

Hình 4.1: Xác định pH tối ưu của PAC trên nước thải RR

Hình 4.2: Xác định pH tối ưu của PAC trên nước thải NMDN

Kết quả tương đồng với nghiên cứu của Bogoeva-Gaceva et al (2008);

Nguyễn Võ Châu Ngân và ctv (2015) Giá trị pH của nước thải ảnh hưởng đến quá trình keo tụcủa PAC.

So sánh với kết quả nghiên cứu của Nguyễn Võ Châu Ngân và ctv.

Năm 2015, nghiên cứu cho thấy khi sử dụng 250 mg/L PAC và điều chỉnh pH từ 6 đến 9, hiệu quả xử lý nước thải đạt tối ưu ở pH = 7 Cụ thể, độ màu giảm xuống còn 119 Pt-Co với hiệu quả xử lý 84,1%, COD giảm còn 339,1 mgO2/L với hiệu quả xử lý 57,6%, và SS giảm còn 16 mg/L, đạt hiệu quả xử lý 90,1% Điều này chứng tỏ rằng quá trình keo tụ diễn ra hiệu quả hơn nhiều tại pH = 7 so với các pH khác.

Nghiên cứu của Bogoeva-Gaceva et al (2008) chỉ ra rằng PAC có khả năng loại bỏ hiệu quả các loại thuốc nhuộm hoạt tính và thuốc nhuộm trực tiếp Đặc biệt, hiệu suất loại màu đạt 100% khi sử dụng 15 mg/L chất keo tụ ở pH phù hợp.

Nghiên cứu của Klimiuk et al (1999) chỉ ra rằng pH và lượng chất keo tụ PAC có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả loại bỏ màu và COD trong nước thải dệt nhuộm Cụ thể, pH tác động đến khả năng loại bỏ màu của nước thải nhuộm Black DN và Red DB-8, trong khi màu Turquoise DG ít bị ảnh hưởng hơn Kết quả cho thấy hiệu quả cải thiện màu tốt nhất xảy ra trong khoảng pH từ 4,0 đến 5,5, và mỗi loại nước thải từ màu nhuộm khác nhau có giá trị pH tối ưu riêng.

4.1.1.2 Kết quả xác định pH tối ƣu của Biogum

Thí nghiệm được thực hiện trong môi trường axit với pH từ 2 đến 11 Khi pH thấp hơn 1,5, cấu trúc của Biogum bị phân hủy Ngoài ra, môi trường axit với pH từ 1,5 đến 1,9 cho kết quả xử lý kém hơn so với môi trường có pH = 2 (Wang et al., 2000) Các thông số độ màu và COD được sử dụng để đánh giá và so sánh hiệu quả xử lý.

Hình 4.3: Xác định pH tối ưu của Biogum trên nước thải RR

Hình 4.4: Xác định pH tối ưu của Biogum trên nước thải NMDN

Nghiên cứu cho thấy, trong môi trường axit mạnh với pH = 2, Biogum đạt hiệu quả loại bỏ màu tốt nhất, với khả năng loại bỏ 67,17% màu nhuộm từ nước thải RR và 72,60% từ nước thải NMDN Sự giảm độ màu cũng đồng nghĩa với việc COD giảm, chứng tỏ hiệu quả xử lý chất thải của Biogum trong điều kiện axit.

Kết quả nghiên cứu về pH tối ưu của Biogum chế tạo từ hạt MHY cho thấy sự khác biệt so với nghiên cứu của Yuan Shing Perng (2014), có thể do điều kiện môi trường chế tạo Biogum không giống nhau Trong khi Yuan Shing Perng thực hiện nghiên cứu trong môi trường axit axetic 1%, nghiên cứu này lại chế tạo Biogum trong nước cất, tạo ra môi trường trung tính theo phương pháp của Shak et al (2014).

Nghiên cứu của Yuan Shing Perng et al (2014) chỉ ra rằng tại pH tối ưu, hiệu suất loại bỏ màu đạt 62%, mang lại hiệu quả tốt nhất cho quá trình xử lý.

RB 19 và 55,7% đối với RB 5 Mặt khác kết quả nghiên cứu của Lê Thị Mỹ

Hằng và cộng sự (2013) đã chỉ ra rằng hiệu quả loại màu của Biogum không thay đổi đáng kể khi pH biến đổi Cụ thể, hiệu quả loại màu nhuộm RB 19 và RR 195 của Biogum tại các mức pH 3, 7, 10 lần lượt đạt 13,43%; 10,52%; 15,69% và 25,34%; 10,67%; 22,46%.

Khi ly trích Biogum trong môi trường axit, các liên kết glycozit bị thủy phân, làm cho mạch Polymer galactomannan bị cắt ngắn, dẫn đến giảm độ nhớt và tăng khả năng tan trong nước Điều này tạo điều kiện cho Biogum tương tác hóa học với các phân tử ô nhiễm Galactomannan được điều chế bằng phương pháp hòa tan trong axit sẽ tồn tại dưới dạng mạch Polymer ngắn hơn và ít bị ảnh hưởng bởi pH của môi trường Ngược lại, khi điều chế trong môi trường trung tính, chuỗi Polymer của galactomannan giữ nguyên độ dài, dẫn đến khối lượng phân tử lớn và khó tan hơn trong nước, phù hợp với nghiên cứu của Lê Thị Mỹ.

Thông số COD giảm rõ rệt trong môi trường axit mạnh do sự hấp phụ mạnh độ màu Nghiên cứu cho thấy Biogum có thể cải thiện hiệu quả COD đầu vào cao 1020 mgO2/L lên đến 74,27% (NMDN) Theo Shak et al (2014), chất keo tự sinh học từ thực vật có khả năng cải thiện chất lượng nước thải, và họ đã áp dụng Biogum trích ly từ hạt để xử lý COD trong nước thải của nhà máy dầu cọ.

Nghiên cứu của Thảo Quyết Minh cho thấy trong môi trường axit mạnh với pH từ 2 đến 3,5, hiệu suất loại bỏ COD đạt 61,80% Tuy nhiên, khi pH tăng lên từ 3,5 đến 4,7, hiệu suất cải thiện chỉ còn 40% Tương tự, nghiên cứu của Subramonian et al (2014) trên nước thải nhà máy bột giấy cho thấy ở pH = 3, với 1,5 g/L Biogum trích ly từ hạt Thảo Quyết Minh, có khả năng loại bỏ 33,9% COD, nhưng khi pH tăng lên 8, hiệu suất giảm xuống dưới 15% Điều này cho thấy rằng Biogum được điều chế bằng nước cất có khoảng pH tối ưu từ 2,0 đến 3,5.

Nghiên cứu cho thấy Biogum chỉ hoạt động hiệu quả trong môi trường axit, nơi galactomannan bị proton hóa và tồn tại dưới dạng cation Trong môi trường bazơ, galactomannan tồn tại dưới dạng anion Chất keo tụ cation dễ dàng hình thành tương tác ion-lưỡng cực với các nguyên tố âm điện, đặc biệt là với các hệ thống vòng electron π trong phân tử màu nhuộm, tạo ra các phân tử lớn không tan và tách ra khỏi dung dịch Trong môi trường axit, chuỗi polymer galactomannan lớn bị thủy phân thành các phân tử ngắn hơn, làm giảm độ nhớt và tăng độ tan trong nước, giúp Biogum tương tác hiệu quả với các phân tử màu trong nước thải dệt nhuộm.

Nghiên cứu của Wang et al (2000) về độ ổn định của galactomannan gum (ly trích từ thực vật họ Đậu) trong dung dịch nước dưới điều kiện axit

Xác đị nh hi ệ u qu ả x ử lý c ủ a các v ậ t li ệu trên nướ c th ả i xi m ạ

Nghiên cứu xác định các thông số pH và liều lượng tối ưu của vật liệu PAC, Biogum và Biogum cải tiến trong việc xử lý kim loại nặng từ nước thải xi mạ Kết quả cho phép xác định liều lượng sử dụng tương ứng với hiệu suất xử lý, từ đó xây dựng phương trình tương quan giữa lượng vật liệu và hiệu suất cải thiện Điều này sẽ hỗ trợ trong việc tính toán lượng vật liệu cần thiết cho hoạt động thực tế trên thiết bị Pilot.

4.2.1 Xác định pH tối ưu

Thí nghiệm được thực hiện với ba loại nước thải xi mạ chứa Ni 2+, Cu 2+ và Zn 2+ ở nồng độ 25 mg/L Sử dụng Biogum với liều lượng 0,3 g/L nước thải, Biogum cải tiến 0,125 g/L và PAC 0,3 g/L để xử lý nước thải.

4.2.1.1 Kết quả xác định pH tối ƣu của PAC

Nghiên cứu chỉ ra rằng khi sử dụng 0,3 g/L PAC cho nước thải và điều chỉnh pH trong khoảng 2 đến 5, hiệu suất loại bỏ kim loại đạt cao nhất tại pH ban đầu là 5.

Hình 4.28: Xác định pH tối ưu của PAC trên nước thải xi mạgiả định

Nghiên cứu cho thấy ở pH = 5, hiệu suất cải thiện ion kim loại cao nhất là Cu 2+ với 44%, tiếp theo là Ni 2+ đạt 39,84%, và Zn 2+ có hiệu suất thấp nhất là 32% Những kết quả này sẽ được sử dụng làm cơ sở để xác định lượng PAC tối ưu cho các nghiên cứu tiếp theo.

4.2.1.2 Kết quả xác định pH tối ƣu của Biogum

Thí nghiệm được thực hiện trong môi trường axit với pH từ 2 đến 5, vì ở pH dưới 1,5, cấu trúc của Biogum sẽ bị phân hủy, trong khi ở pH trên 5, các ion kim loại như Ni 2+, Cu 2+, Zn 2+ sẽ bị kết tủa Nồng độ ion kim loại được sử dụng để đánh giá hiệu quả xử lý.

Nghiên cứu cho thấy Biogum hiệu quả trong việc xử lý kim loại nặng ở pH 2, 3 và 5, với nồng độ nước thải đầu vào 25 mg/L và cố định 0,3 g/L Biogum Trong môi trường axit, các nhóm -OH bị proton hóa thành cation, dẫn đến việc chất keo tụ mang điện tích cùng dấu với các ion kim loại như Ni 2+, Cu 2+, và Zn 2+ Do đó, không xảy ra liên kết giữa ion kim loại và nhóm cis-OH trên phân tử galactomannan, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.

Hình 4.29: Xác định pH tối ưu của Biogum trên nước thải xi mạgiả định

Kết quả nghiên cứu cho thấy tại pH tối ưu ban đầu, hiệu suất cải thiện trong việc loại bỏ kim loại nặng đạt cao nhất với Zn 2+ là 54,44%, tiếp theo là Ni 2+ với 46,44%, và thấp nhất là Cu 2+ với 45,60% Những phát hiện này sẽ được áp dụng trong các nghiên cứu tiếp theo để xác định lượng Biogum tối ưu.

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 với 0,125 g/L Biogum cải tiến cho nước thải cho thấy Biogum cải tiến đạt hiệu quả loại bỏ ion kim loại tốt nhất ở pH = 5, tương ứng với giá trị pH ban đầu của mẫu nước thải.

Hình 4.30: Xác định pH tối ưu của Biogum cải tiến trên nước thải xi mạgiả định

Nghiên cứu cho thấy pH tối ưu ban đầu của nước thải giúp cải thiện hiệu suất loại bỏ kim loại nặng, với Zn 2+ đạt 49,54%, Cu 2+ đạt 48,94% và Ni 2+ đạt 43,44% Kết quả này sẽ được sử dụng làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về xác định lượng Biogum cải tiến tối ưu.

Nghiên cứu của Liu et al (2016) cho thấy vật liệu xanthat Fe3O4 - Chitosan gắn trên nền graphen oxit có khả năng hấp phụ ion Cu2+ tốt nhất ở pH = 5, phù hợp với pH ban đầu của nước thải chứa Cu2+.

Nghiên cứu của Motsa et al (2013) chỉ ra rằng pH của nước thải ảnh hưởng lớn đến hiệu quả loại bỏ ion kim loại, với pH tối ưu cho việc loại bỏ ion Pb 2+ nằm trong khoảng 6,5 - 7,5 Khi pH thấp hơn, ion H+ cạnh tranh với ion Pb 2+ trong quá trình trao đổi, dẫn đến hiệu quả loại bỏ giảm Ngược lại, ở pH cao hơn 8, sự xuất hiện của ion –OH tạo thành Pb(OH)2 không tan, làm giảm nồng độ ion Pb 2+ trong dung dịch.

Các nghiên cứu trước đây cho thấy kết quả tương tự với nghiên cứu này, cho thấy Biogum cải tiến là vật liệu loại bỏ ion kim loại hiệu quả nhất ở pH nước thải ban đầu Trong môi trường axit, ion H+ cạnh tranh với các ion kim loại, do kích thước nhỏ của chúng, dễ dàng di chuyển vào và chiếm giữ các chỗ trống trong phân tử nano CoFe2O4 của Biogum cải tiến Điều này khiến các vị trí trong phân tử bị lấp đầy, làm giảm khả năng bắt giữ ion kim loại và dẫn đến hiệu quả xử lý giảm Hơn nữa, sự proton hóa các nhóm -OH cũng góp phần làm giảm khả năng tạo phức và hiệu quả loại bỏ kim loại của Biogum cải tiến.

4.2.2 Kết quả xác định lượng PAC tối ưu

Thí nghiệm được tiến hành trên hai mẫu nước thải: nước thải xi mạ giả định và nước thải NMXM Nồng độ PAC trong nước thải xi mạ giả định dao động từ 0,6 g/L đến 1,8 g/L, trong khi đó nồng độ PAC trong nước thải NMXM biến thiên từ 1,2 g/L đến 3,6 g/L.

Hình 4.31: Xác định liều lượng PAC tối ưu trên nước thải xi mạgiả định

Hình 4.32: Xác định liều lượng tối ưu PAC trên nước thải NMXM

Kết quả nghiên cứu cho thấy liều lượng PAC tối ưu mang lại hiệu suất cải thiện cao nhất trên nước thải xi mạ giả định với ion Cu 2+ đạt 68,93%, ion Zn 2+ đạt 66,13% và ion Ni 2+ đạt 59,77% Tuy nhiên, khi khảo sát trên nước thải thực tế từ nhà máy, PAC cho hiệu suất cải thiện tốt nhất với ion Zn 2+ đạt 58,73%, tiếp theo là ion Ni 2+ đạt 52,35%, trong khi ion Cu 2+ chỉ đạt 39,74%.

Nghiên cứu của Bakar et al (2013) cho thấy hiệu quả của việc sử dụng PAC kết hợp với Polymer anion trong việc xử lý nước chứa Ni 2+ (6,7 mg/L) và Zn 2+ (5,8 mg/L) Thí nghiệm được thực hiện với tốc độ khuấy nhanh 200 vòng/phút trong 2 phút và tốc độ khuấy chậm 40 vòng/phút trong 10 phút, sử dụng 70 mg/L PAC và 2 mg/L Polymer anion Kết quả cho thấy hiệu suất cải thiện đáng kể trong việc loại bỏ các ion kim loại nặng.

K ế t qu ả nghiên c ứ u v ậ t li ệ u

Biogum từ hạt Muồng Hoàng Yến được tách chiết qua các bước loại bỏ màu và chất béo Quá trình tiếp theo là ly trích Biogum bằng phương pháp hòa tan trong nước cất, dựa trên khả năng hòa tan của nó Cuối cùng, Biogum được kết tủa lại trong axeton.

4.3.1 Thàn h phần cấu trúc vật liệu Biogum

Kết quả nghiên cứu cho thấy phổ hấp thu hồng ngoại có sự dao động mạnh tại tần số 3425,5 cm -1 và vùng 980 - 1200 cm -1, xác nhận sự hiện diện của các nhóm chức -OH và C-OH, C-O trong Biogum Các nhóm -OH này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành các liên kết hóa học với chất ô nhiễm, từ đó giúp Biogum có khả năng keo tụ và loại bỏ chất ô nhiễm hiệu quả.

Hình 4.52: Kết quảFT-IR của Biogum

Nghiên cứu của Kapoor (2000) về galactomannan chiết xuất từ hạt thực vật Cassia cho thấy galactomannan có cấu trúc chính gồm các phân tử β-D-mannozơ liên kết với nhau qua liên kết glycosid (1→4), trong khi mạch nhánh được hình thành từ các phân tử α-D-galactozơ liên kết với mạch chính qua liên kết glycosid (1→6) Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân đã xác nhận cấu trúc này.

Phân tích 13C-NMR của Biogum cho thấy các tín hiệu cacbon trong mẫu nghiên cứu tương đồng với các tín hiệu cacbon được báo cáo bởi tác giả Kapoor, xác định rằng thành phần hoạt tính chính trong Biogum là galactomannan.

Phân tích dữ liệu phổ hồng ngoại FT-IR và phổ 13C-NMR cho thấy sự hiện diện của nhóm chức -OH trong Biogum, xác nhận rằng Biogum trong hạt MHY là galactomannan.

Hình 4.53: Phổ 13 C-NMR của Biogum hạt Cassia nodosa (Kapoor, 2000)

Hình 4.54: Phổ 13 C-NMR của Biogum hạt Muồng Hoàng Yến

Theo nghiên cứu của Tegshi Muschin (2012); Verma et al (2012) cơ chế keo tụ của Biogum đƣợc giải thích là do sự hình thành liên kết giữa các nhóm

Phân tử galactomannan của Biogum có chứa nhóm -OH phân cực, cho phép chúng tương tác với các cặp electron trên nguyên tử Nitơ hoặc electron π của vòng benzen trong các chất ô nhiễm Quá trình này tạo ra các bông cặn lớn, có thể được loại bỏ nhờ trọng lực Nghiên cứu của Srivastava et al (2005) chỉ ra rằng khi Biogum được thêm vào nước thải chứa ion kim loại, các nhóm cis -OH sẽ kết hợp với các ion kim loại, hình thành hợp chất phức không tan, từ đó giúp loại bỏ các ion kim loại khỏi nước.

Hình 4.55: Ảnh SEM của Biogum ly trích từhạt Muồng Hoàng Yến

Kết quả chụp ảnh SEM cho thấy Biogum ly trích từ hạt MHY có dạng bột vô định hình với bề mặt gồ ghề Nghiên cứu về thành phần và cấu trúc cho thấy bề mặt gồ ghề, lồi lõm của Biogum có khả năng loại bỏ cation kim loại nặng, chất màu và các chất hữu cơ khác trong nước thải thông qua quá trình hấp phụ.

4.3.2 Đánh giá khả năng phân hủy của Biogum

Khả năng phân hủy sinh học của Biogum được đánh giá thông qua việc khảo sát độ giảm khối lượng Kết quả nghiên cứu cho thấy sau 15 ngày, Biogum có sự giảm khối lượng đáng kể, chủ yếu do vi sinh vật sử dụng Biogum làm nguồn dinh dưỡng trong quá trình phát triển, cùng với một phần do quá trình tự phân hủy theo nguyên tắc bán phân hủy theo thời gian.

Hình 4.56: Hiệu suất giảm khối lƣợng của Biogum theo thời gian

Nghiên cứu cho thấy Biogum có khả năng phân hủy hiệu quả trong môi trường nước, với mức giảm khối lượng lần lượt là 55,83% sau 15 ngày khi hòa tan trong nước cất, 35,98% trong nước thải dệt nhuộm và 30,55% trong nước thải xi mạ (Cu²⁺) Điều này chứng tỏ Biogum có tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải.

Biogum không chỉ có khả năng phân hủy sinh học trong môi trường nước mà còn hiệu quả trong việc cải thiện các chất ô nhiễm như kim loại nặng, màu và COD trong nước thải nhờ vào khả năng hấp phụ của nó.

4.3.3 Xác định dư lượng nhôm (Al 3+ ) còn lại trong nước thải dệt nhuộm và xi mạ khi sử dụng vật liệu keo tụ hóa học PAC

Kết quả nghiên cứu cho thấy, sau khi sử dụng PAC để cải thiện chất lượng nước thải dệt nhuộm và xi mạ, vẫn còn dư lượng PAC trong nước thải Cụ thể, lượng PAC dư trong nước thải dệt nhuộm là 3,01 mg/L, trong khi lượng nhôm tồn dư trong nước thải xi mạ là 7,08 mg/L.

Hình 4.57: Dư lượng Al 3+ còn lại trong nước thải dệt nhuộm và xi mạkhi sử dụng vật liệu keo tụhóa học PAC

Chú thích: A: Mẫu ban đầu ban đầu; B là mẫu nước thải sau khi keo tụ PAC

Khi sử dụng vật liệu hóa học PAC, cần chú ý đến lượng nhôm còn tồn dư sau quá trình cải thiện chất lượng nước Lượng nhôm dư này, khi xả thải ra nguồn nước tiếp nhận, được coi là độc hại nhất cho hệ sinh thái (Lê Huy Bá, 2002).

4.3.4 Thành phần cấu trúc vật liệu Biogum cải tiến

Bài viết này đánh giá cấu trúc và thành phần của Biogum cải tiến thông qua các phương pháp phân tích như phổ hồng ngoại (FT-IR), giảng đồ TGA, tử đường công từ trễ và ảnh chụp SEM Kết quả cho thấy, trong Biogum cải tiến có sự hiện diện của hạt nano CoFe2O4, cho phép thu hồi bằng từ trường nam châm sau khi sử dụng Về mặt cấu trúc, Biogum cải tiến vẫn giữ các nhóm chức tương tự như Biogum.

Hình 4.58: Giản đồphổFT-IR của (a) hạt nano; (b) Biogum sinh học trích ly từhạt MHY; (c) vật liệu Biogum cải tiến CoFe 2 O 4 - Biogum

Hạt CoFe2O4 có kích thước nano mét với diện tích bề mặt riêng lớn và khả năng phân tán tốt, mang lại tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải nhờ khả năng hấp phụ các ion kim loại, chất hữu cơ và chất màu Đặc biệt, các hạt này có tính từ tính, giúp vật liệu Biogum cải tiến và nano oxit sắt dễ dàng thu hồi bằng nam châm và tái sử dụng sau khi sử dụng Việc tách ra bằng từ trường không chỉ thuận lợi trong quá trình chế biến mà còn tiết kiệm thời gian và chi phí, đảm bảo tính kinh tế cho quá trình xử lý.

Biogum cải tiến là vật liệu dạng bột màu đen, có từ tính, được chế tạo thông qua phương pháp đồng kết tủa và sử dụng sodium dodecyl sulfat làm chất hoạt động bề mặt Phân tích phổ hồng ngoại cho thấy sự hiện diện của các pic đặc trưng của hạt nano từ tính, với các dao động tại tần số 586 cm-1 và 412 cm-1, phản ánh liên kết kim loại với oxy Ngoài ra, các pic tại tần số 1134 cm-1 và 983 cm-1 cũng được xác định, tương ứng với các liên kết C-O và C-O-H trong Biogum cải tiến.

Hình 4.59: Đường cong từ trễcủa hạt CoFe2O4và vật liệu Biogum cải tiến

Th ả o lu ậ n chung

Khi so sánh với nghiên cứu của Liu et al (2008); Chowdhury et al

Nghiên cứu của Nguyễn Văn Cường và Huỳnh Thị Kim Ngọc (2014) cho thấy vật liệu Biogum cải tiến có khả năng cải thiện gần 90% các ion kim loại trong nước thải xi mạ So với các kết quả nghiên cứu trước đó, Biogum cho thấy hiệu quả vượt trội trong việc nâng cao chất lượng nước thải Tuy nhiên, khi so sánh với nghiên cứu của Chowdhury et al., cần xem xét thêm các yếu tố khác để đánh giá toàn diện.

Nghiên cứu năm 2010 cho thấy vật liệu magnetite và maghemite có khả năng hấp phụ asen và crôm hiệu quả, đạt tỷ lệ cải thiện từ 96 đến 99% trong điều kiện tối ưu Đồng thời, nghiên cứu của Nguyễn Văn Cường và Huỳnh Thị Kim Ngọc (2014) cũng chỉ ra rằng vật liệu CoFe2O4/CS-ghép-PAA có khả năng loại bỏ ion kim loại nặng, đặc biệt là ion Niken, với hiệu suất đạt 95% ở pH và liều lượng tối ưu Những kết quả này chứng tỏ rằng vật liệu Biogum cải tiến có tiềm năng cao hơn trong việc loại bỏ các chất độc hại.

Kết quả nghiên cứu của Liu et al (2008) cho thấy khi dùng axit humic (HA) có tráng hạt nano Fe 3 O 4 (Fe 3 O 4 /HA) để loại bỏkim loại năng Hg 2+ , Pb 2+ ,

Cd 2+ , Cu 2+ có trong nước thải Kết quả nghiên cứu cho thấy khi sử dụng hạt

Fe 3 O 4 /HA để cải thiện chất lƣợng ion kim loại Hg 2+ và Pb 2+ đạt hiệu suất trên 99%, và ion Cu 2+ và Cd 2+ đạt 95% ở điều kiện pH tối ƣu 5,3 Kết quả nghiên cứu này cho hiệu quả cải thiện ion kim loại tốt hơn vật liệu nghiên cứu Biogum và Biogum cải tiến

Nghiên cứu của Nirgude et al (2013) và Hasan (2014) chỉ ra rằng khi độ màu giảm, các thành phần ô nhiễm hữu cơ, vô cơ, COD, BOD, và TDS trong nước thải cũng giảm theo Điều này cho thấy việc sử dụng vật liệu sinh học hoặc có nguồn gốc sinh học trong cải thiện chất lượng nước thải có thể giúp giảm độ màu và các thông số ô nhiễm khác Từ đó, có thể khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng vật liệu thân thiện với môi trường để thay thế cho vật liệu hóa học trong các công trình cải thiện chất lượng nước thải dệt nhuộm.

Vật liệu sinh học Biogum và Biogum cải tiến có khả năng keo tụ tốt nhờ vào sự hình thành liên kết giữa các nhóm -OH phân cực trên phân tử galactomman và các chất ô nhiễm.

Nghiên cứu của Blackburn (2004) cho thấy rằng việc sử dụng Biogum cải tiến, một vật liệu nano với diện tích tiếp xúc lớn, giúp giảm đáng kể độ màu và COD trong nước Biogum và Biogum cải tiến có khả năng cải thiện chất lượng nước thải hiệu quả hơn so với các vật liệu truyền thống như PAC Điều này cho thấy Biogum có thể được sử dụng như một chất keo tụ thay thế cho polymer hoặc PAC, nhằm giảm thiểu tác hại của các hóa chất keo tụ đối với môi trường.

Nghiên cứu cho thấy vật liệu Biogum cải tiến không chỉ nâng cao chất lượng nước thải mà còn thân thiện với môi trường nhờ khả năng thu hồi bằng nam châm Hiệu suất cải thiện chất lượng nước thải dệt nhuộm và xi mạ của Biogum cải tiến vượt trội hơn so với Biogum và PAC Đáng chú ý, hiệu quả xử lý của vật liệu sau khi thu hồi vẫn đạt trên 70% sau lần thu hồi thứ ba.

Phương pháp hóa lý keo tụ tạo bông sử dụng vật liệu sinh học làm chất keo tụ đã cho thấy khả năng cải thiện chất lượng nước thải từ ngành dệt nhuộm và xi mạ Mặc dù nghiên cứu được thực hiện trên mô hình Pilot với công suất 30 l/giờ, kết quả vẫn chưa đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy định của QCVN BTNMT Tuy nhiên, đây chỉ là một bước trong quy trình công nghệ hoàn chỉnh.

Nghiên cứu này chứng minh tính khả thi của vật liệu sinh học trong quy trình cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp Vật liệu không chỉ góp phần bảo vệ môi trường mà còn có khả năng phân hủy sinh học, đặc biệt là Biogum, đồng thời cho phép thu hồi và tái sử dụng hiệu quả.

Nghiên cứu cho thấy Biogum và Biogum cải tiến, được sản xuất từ hạt MHY, có khả năng nâng cao chất lượng nước thải công nghiệp và có thể thay thế các vật liệu hóa học hiện có Vì vậy, việc ứng dụng Biogum trong công nghệ xử lý nước thải công nghiệp là khả thi và nên được xem xét.

Đề xu ấ t quy trình c ả i thi ện độ màu c ủa nướ c th ả i d ệ t nhu ộ m và kim

4.5.1 Quy trình cải thiện độ màu của nước thải dệt nhuộm ứng dụng vật liệu Biogum cải tiến

Nghiên cứu cho thấy việc cải thiện chất lượng nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp hóa lý sử dụng vật liệu sinh học Biogum cải tiến đạt hiệu suất loại bỏ độ màu cao Vật liệu này không chỉ thân thiện với môi trường mà còn có khả năng thu hồi và tái sử dụng Đề xuất ứng dụng Biogum cải tiến trong quy trình xử lý hóa lý trước khi chuyển sang xử lý sinh học sẽ giúp nâng cao chất lượng nước sau xử lý, đồng thời giảm lượng hóa chất tồn dư từ các hóa chất hóa học Quy trình này hứa hẹn mang lại hiệu quả tích cực trong công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm.

Hình 4.64: Quy trình công nghệcải thiện độmàu của nước thải dệt nhuộm Thuyết minh quy trình loại bỏ độ màu của nước thải dệt nhuộm:

Nước thải dệt nhuộm từ các nhà máy chứa thành phần ô nhiễm cao, bao gồm độ màu, COD và BOD, do khoảng 30% màu nhuộm còn lại trong quá trình sản xuất Việc thải ra lượng nước này không chỉ gây mất cảnh quan mà còn dẫn đến ô nhiễm thứ cấp Nếu không được xử lý, nước thải sẽ tác động trực tiếp đến các chu trình sinh học trong hệ sinh thái.

: Nướ c th ả i : C ấ p hóa ch ấ t : Bùn

B ể Kh ử Trùng định lượng Bơm

Hóa chất đ/c pH định lượng Bơm

B ể Điề u Hòa định lượng Bơm

Để giảm thiểu tác động ô nhiễm, luận án tiến sĩ Kĩ thuật đề xuất áp dụng các phương pháp xử lý hợp lý nhằm loại bỏ triệt để các thành phần ô nhiễm trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

Phương pháp hóa lý kết hợp với phương pháp sinh học được đề xuất nhằm cải thiện các thành phần ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm Việc sử dụng vật liệu Biogum cải tiến không chỉ có khả năng phân hủy sinh học mà còn có thể thu hồi và tái sử dụng bằng nam châm, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý trong quy trình sinh học và giảm thiểu sự ức chế của hệ vi sinh vật trong bể sinh học.

Nước thải sau khi loại bỏ độ màu tại cụm bể hóa lý sẽ được kiểm tra tỷ lệ BOD5 : N : P và điều chỉnh để đạt tỷ lệ tối ưu cho sự phát triển của hệ vi sinh vật trong bể sinh học (100 : 5 : 1) Sau quá trình xử lý tại bể sinh học, nước thải sẽ được khử trùng và kiểm tra các thông số ô nhiễm theo quy định của QCVN trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

4.5.2 Quy trình cải thiện độ màu của nước thải xi mạ ứng dụng B iogum cải tiến

Nghiên cứu về cải thiện chất lượng nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa lý sử dụng vật liệu sinh học Biogum cải tiến cho thấy hiệu suất loại bỏ ion kim loại nặng rất cao Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng vật liệu hóa học PAC kết hợp với Biogum cải tiến mang lại hiệu quả loại bỏ ion kim loại đáng kể Với đặc tính thân thiện với môi trường và khả năng thu hồi, tái sử dụng bằng nam châm, Biogum cải tiến có tiềm năng thay thế cho các vật liệu keo tụ hóa học truyền thống hiện nay.

Hình 4.65: Quy trình công nghệloại bỏion kim loại nặng trong nước thải xi mạ

Thuyết minh quy trình xửlý kim loại trong nước thải xi mạ

Nước thải từ các nhà máy và cơ sở sản xuất sau quá trình xi mạ kim loại chứa các ion kim loại nặng và có pH thấp do quá trình làm sạch thiết bị Để cải thiện chất lượng nước thải sau xử lý, phương pháp hóa lý sử dụng vật liệu có nguồn gốc sinh học được đề xuất nhằm loại bỏ các thành phần ô nhiễm kim loại nặng.

: Nước th ả i : C ấ p hóa ch ấ t : Bùn

Vật liệu keo tụ Hóa chất đ/c pH

B ể Điề u Hòa Hóa chất đ/c pH định lượng Bơm

Nước thải từ bể gom được bơm lên bể điều hòa để điều chỉnh pH tối ưu cho quá trình keo tụ với vật liệu Biogum cải tiến Sau khi điều chỉnh pH, nước thải được bơm qua bể khuấy nhanh, nơi vật liệu Biogum được điều chỉnh tương ứng với lưu lượng nước thải Bông bùn hình thành lớn dần tại bể khuấy chậm và được loại bỏ tại bể lắng Nước thải sau bể lắng được kiểm tra các thông số ô nhiễm tại bể trung gian; nếu đạt tiêu chuẩn QCVN, nước thải sẽ được bơm trực tiếp qua bể khử trùng và xả ra nguồn tiếp nhận Nếu nước thải tại bể trung gian chưa đạt, sẽ được đưa qua cụm xử lý hóa lý bậc 2 và kiểm tra lại các thông số ô nhiễm trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

KẾ T LU ẬN VÀ ĐỀ XU Ấ T

K ế t lu ậ n

Luận án “Nghiên cứu sử dụng vật liệu keo tụ sinh học chế tạo từ hạt

Muồng Hoàng Yến (Cassia fistula L.) đã được nghiên cứu để cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp, đặc biệt trong ngành dệt nhuộm và xi măng Kết quả thí nghiệm cho thấy việc sử dụng vật liệu keo tụ sinh học Biogum và Biogum cải tiến mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc nâng cao chất lượng nước thải.

Nghiên cứu về cải thiện chất lượng nước thải dệt nhuộm, đặc biệt là nước thải từ RR (reactive red 3BS) và NMDN (nhà máy dệt nhuộm), cho thấy rằng các vật liệu như PAC, Biogum và Biogum cải tiến đều mang lại hiệu suất loại bỏ màu cao Cụ thể, hiệu suất loại bỏ màu của nước thải RR đạt 99,97% với PAC, 91,20% với Biogum và 99,97% với Biogum cải tiến Đối với nước thải NMDN, hiệu suất loại bỏ màu lần lượt là 94,10% với PAC, 82,30% với Biogum và 99,03% với Biogum cải tiến.

Khi áp dụng các thông số tối ưu pH và liều lượng từ thiết bị Jartest vào thiết bị Pilot, nghiên cứu cho thấy Biogum cải tiến có hiệu suất loại bỏ màu vượt trội hơn so với PAC và Biogum, đạt hiệu suất loại bỏ màu trên 94%.

Nghiên cứu cho thấy Biogum cải tiến có hiệu suất loại bỏ màu tốt nhất, vì vậy nên xem xét việc thay thế dần các vật liệu hóa học như PAC bằng Biogum cải tiến có nguồn gốc sinh học.

Nghiên cứu về cải thiện chất lượng nước thải xi mạ Ni 2+, Cu 2+ và Zn 2+ cho thấy Biogum cải tiến đạt hiệu suất loại bỏ ion kim loại cao nhất, với Ni 2+ đạt 92,93%, Cu 2+ 97,17% và Zn 2+ 94,97% Trong khi đó, PAC chỉ đạt hiệu suất cao nhất với Cu 2+ (68,93%) và thấp nhất với Ni 2+ (79,26%) Kết quả cho thấy Biogum và Biogum cải tiến mang lại hiệu quả xử lý tốt nhất cho nước thải xi mạ giả định.

Nghiên cứu về hiệu quả loại bỏ ion kim loại trong nước thải NMXM cho thấy vật liệu PAC đạt hiệu suất loại bỏ ion Zn 2+ là 58,73% Tuy nhiên, vật liệu Biogum vượt trội hơn với hiệu suất 78,06% đối với ion Zn 2+, và Biogum cải tiến đạt hiệu suất cao nhất với Ni 2+ là 89,10%, Cu 2+ là 94,51% và Zn 2+ là 94,92% Kết quả cho thấy Biogum và Biogum cải tiến cải thiện chất lượng nước thải xi mạ đồng, kẽm và niken vượt trội so với PAC Trong thử nghiệm với nước thải xi mạ giả định trên thiết bị Pilot, Biogum đạt hiệu suất loại bỏ Ni 2+ cao nhất là 98,88%, trong khi Biogum cải tiến đạt 99,15% Mặc dù hiệu suất với nước thải NMXM thấp hơn, Biogum vẫn đạt 63,87% đối với ion Cu 2+, trong khi Biogum cải tiến đạt 95,06% với ion Zn 2+ Nghiên cứu xác nhận rằng Biogum và Biogum cải tiến có tiềm năng cải thiện đáng kể chất lượng nước thải xi mạ đồng và kẽm.

Biogum cải tiến cho thấy tiềm năng thay thế các vật liệu hóa học như PAC trong công nghệ xử lý nước thải của ngành dệt nhuộm và xi mạ.

Kh ả năng thu hồ i và tái s ử d ụ ng v ậ t li ệ u Biogum c ả i ti ế n

Biogum cải tiến, kết hợp giữa oxit sắt từ và Biogum sinh học, là vật liệu hiệu quả trong việc cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp Vật liệu này không chỉ nâng cao chất lượng nước mà còn dễ dàng thu hồi bằng nam châm, giúp tái sử dụng Nghiên cứu cho thấy, sau ba lần thu hồi và tái sử dụng, hiệu suất loại bỏ màu đạt trên 92,50% Điều này khẳng định tiềm năng của Biogum cải tiến trong xử lý nước thải dệt nhuộm và ion kim loại trong nước thải xi mạ, góp phần bảo vệ môi trường bền vững.

Đề xu ấ t

Vật liệu Biogum cải tiến cần được ứng dụng trong công đoạn hóa lý trước khi chuyển sang công đoạn sinh học để nâng cao chất lượng nước thải dệt nhuộm Công nghệ xử lý nước thải xi măng yêu cầu thiết kế quy trình xử lý hóa lý ở bậc 2 hoặc bậc cao hơn.

3 tùy vào nồng độô nhiễm cao hay thấp Bên cạnh đó cần nghiên cứu mởrộng

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật nghiên cứu khả năng loại bỏ nồng độ ô nhiễm từ nước thải công nghiệp bằng vật liệu sinh học, góp phần nâng cao tính ứng dụng và ưu việt của vật liệu này Các loại nước thải được đề xuất nghiên cứu mở rộng bao gồm nước thải hữu cơ có hàm lượng lơ lửng cao khó lắng, như nước thải từ thủy sản, sản xuất bánh, và tinh bột mì Nghiên cứu cũng tập trung vào việc cải thiện chất lượng nước từ các loại nước thải ô nhiễm kim loại nặng như chì, thủy ngân, asen, và crôm.

Nghiên cứu đề xuất vật liệu Biogum và Biougum cải tiến từ các loại hạt và cây có tính chất tương tự như xương rồng, bột mì, vỏ cam và vỏ bưởi Những vật liệu này có khả năng cải thiện chất lượng nước và thân thiện với môi trường.

1 Bùi Mạnh Hà, Bùi Nguyễn Hoàng Trinh, Lê Ngọc Thạch (2009) Nghiên cứu phân hủy màu nhuộm dưới sự hỗ trợ của siêu âm Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 49(2): 81-91.

2 Bùi Thị ThuHương, Thân Văn Long, Đào Minh Trung, Nguyễn Võ Châu

Ngân (2017) đã tiến hành nghiên cứu chế tạo vật liệu keo tụ Biogum sinh học từ hạt Muồng Hoàng Yến, nhằm khảo sát khả năng cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp Nghiên cứu này được công bố trên Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số 4/2017.

3 Bùi Thị Tuyết Loan (2013) Nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải công nghiệp in Luận văn Tiến sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

4 Đào Minh Trung, Bùi Thị Thu Hương, Nguyễn Võ Châu Ngân (2016) Ứng dụng chất trợ keo tụsinh học trong cải thiện chất lượng nước thải thủy sản Tạp chí Khoa học Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh,

5 Đào Minh Trung, Nguyễn Võ Châu Ngân, Ngô Kim Định, Nguyễn Thị

Nghiên cứu của Thảo Trân và Bùi Thị Thu Hương (2015) đã chỉ ra hiệu quả của việc xử lý nước thải dệt nhuộm bằng các chất trợ keo tụ hóa học và sinh học Kết quả được công bố trong Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một, số 6/2015, cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp này có thể cải thiện đáng kể chất lượng nước thải, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả trong ngành dệt nhuộm.

6 Đào Minh Trung, Phan ThịTuyết San, Ngô Kim Định (2014) Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng hỗn hợp phèn nhôm và phèn sắt (III)

Tạp chí Xúc tác và Hấp phụ, T3 (N 0 1): 80-85.

7 Đoàn Thị Thúy Ái (2013) Khảo sát khả năng hấp phụ chất màu xanh metylen trong môi trường nước của vật liệu CoFe2O4/ Bentonit Tạp chí Khoa học và Phát triển, 11(2): 236-238.

8 Đỗ Thị Hoài Thanh, Hà Thị Thu (2011) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷlệ bột gỗ và nhựa PP (Polypropylen) đến tính chất Composite gỗ nhựa

Tạp chí Khoa học Lâm nghiệp, 1: 1752-1759.

9 Lê Huy Bá (2002) Độc Học Môi Trường Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc

10 Lê Hoàng Việt, Nguyễn Võ Châu Ngân, Tạ Hoàng Hộ và Nguyễn Văn

Phủ (2015) đã nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải từ chế biến thủy sản bằng bể lọc sinh học hiếu khí ngập nước Nghiên cứu này được trình bày trong số chuyên đề về Môi trường và Biến đổi khí hậu, trang 94-101 Kết quả cho thấy phương pháp này mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý nước thải, góp phần bảo vệ môi trường và ứng phó với biến đổi khí hậu.

11 Lê Hoàng Việt, Nguyễn Võ Châu Ngân, Tạ Hoàng Hộ, Nguyễn Văn Phủ

(2015) Hiệu quả xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng bể lọc sinh học hiếu khí ngập nước Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ,

Số chuyên đề: Môi trường và Biến đổi khí hậu: 94-101.

12 Lê Văn Cát (2007) Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và photpho NXB

Khoa học Tựnhiên và Công nghệHà Nội Hà Nội.

13 Lê ThịMỹHằng, Bùi Mạnh Hà, Hứa Mạnh Khan, Lê Ngọc Thạch (2013),

Khảo sát khả năng khử màu nhuộm của gum hạt muồng hoàng yến (Cassia fistula L.).Tạp chí Hóa học 51(4AB): 75-79.

14 N T P Loan (2011) Greening textile industry in Vietnam In: Environ

15 Nguyễn Kim Phi Phụng (2010) Hợp chất đại phân tử - Polysaccarid

Protein.NXB Đại học Quốc gia TP HồChí Minh, 243-278.

16 Nguyễn Thị Hà, Hồ Thị Hòa (2008) Nghiên cứu hấp phụmàu/xử lý COD trong nước thải nhuộm bằng cacbon hoạt hóa chếtạo từ bụi bông Tạp chí Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội, 24: 16-22.

17 Nguyễn Thị Hà, Trần Thị Hồng, Nguyễn Thanh Nhàn, Đỗ Thị Cẩm Vân,

Lê Thị Thu Yến (2007) đã thực hiện nghiên cứu về khả năng hấp thu các kim loại nặng như Cu 2+, Pb 2+ và Zn 2+ trong nước của nấm men Saccharomyces cerevisiae Nghiên cứu này được đăng tải trên Tạp chí Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, số 23, trang 99-106 Kết quả cho thấy nấm men Saccharomyces cerevisiae có tiềm năng trong việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước.

18 Trần Văn Nhân (2002) Giáo trình Công nghệ Xử lý Nước thải NXB

Khoa học và Kỹthuật Hà Nội 333 trang.

19 Trịnh Lê Hùng (2009) Kỹthuật xử lý nước thải NXB Giáo dục Hà Nội

20 Trịnh Xuân Lai (2009) Xửlý nước thải công nghiệp NXB Xây dựng 148 trang.

21 Trịnh Xuân Lai và Nguyễn Trọng Dương (2005) Xử lý nước thải công nghiệp NXB Xây dựng.

22 Trần Văn Nhân và Ngô ThịNga (2006) Giáo trình Công nghệxử lý nước thải NXB Khoa học và Kỹthuật.

23 Nguyễn Thị Thu Thủy (2006) Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp

NXB Khoa học và Kỹthuật.

1 Agustina T E., Ang H M (2012) Decolorization and mineralization of

C I reactive blue 4 and C I reactive red 2 by fenton oxidation process

International Journal of Chemical & Environmental Engineering 3(3): p141.

2 Ahmad A L., Harris W A., Syafiie, Seng O B (2002) Removal of dye from wastewater of textile industry using membrane technology Jurnal

3 Albuquerque P B S., Coelho L C B B., Teixeira J A., Carneiro-da-

Cunha M G (2016) Approaches in biotechnological applications of natural polymers Molecular Science, 3(3): 386-425.

4 Ali Eman N., Muyibi S A., Salleh H M., Alam M Z., Salleh M R M.

(2010) Production technique of natural coagulant from moringa oleifra seeds Fourteenth International Water Technology Conference, IWTC

5 Yuan Shing Perng, Bùi Mạnh Hà (2014) The feasibility of Cassia fistulagum with polyaluminum chloride for the decolorization of reactive dyeing wastewater Journal of the Serbian Chemical Society, Apr, Vol 80 Issue 1, p115-125 11p.

6 Al-Degs Y S., El-Barghouthi M I., El-Sheikh A H and Walker G M

(2008) Effect of Solution pH, Ionic Strength, and Temperature on Adsorption Behavior of Reactive Dyes on Activated Carbon Dyes and Pigments 77(1): 16-23.

7 Amaral F M., Kato M T., Florencio L., Gavazza S (2014) Color, organic matter and sulfate removal from textile effluents by anaerobic and aerobic processes, Bioresource Technology, 163: 364-369.

8 Annadurai G., Juang H S., Lee D J (2002) Adsorption of heavy metals from water using banana and orange peels Water Science and Technology.47(1): 185-190.

9 Arafat A., Sabrin A S., Dilruba H., Mohammad M., Shah M M (2015).

Textile dye removal from wastewater effluents using Chitosan-ZnO Nanocomposite Journal of Textile Science & Engineering, Doi:

10 Archna, Lokesh K N., Siva K R R (2012) Biological methods of dye removal from textile effluents - A review Journal of Biochemical Technology 3(5): 177-180.

11 Bakar A F A., Halim A A (2013) Treatment of automotive wastewater by coagulation flocculation using poly-aluminum chloride (PAC), ferric chloride (FeCl 3 ) and aluminum sulfate (alum) AIP Conference Proceedings, 571(1): 524-529.

12 Bazafkan M H., Takdastan A., Eslami A (2015) Survey of poly aluminum chloride with powdered activated carbon as coagulant aid in TOC removal from Karoon river in Iran International Conference on Chemical, Environmental and Biological Sciences (CEBS-2015) Dubai

13 Bell, B J., Plumb J J., Buckley C A and Stuckey D C (2000).

Treatment and Decolorization of Dyes in An Anaerobic Baffled Reactor Journal of Environmental Engineering 126(1):1026-1032.

14 Blackburn R S (2004) Natural polysaccarits and their interactions with dye molecules: Applications in effluent treatment Environmental Science & Technology, 38(18): 4905-4909.

15 Bodlund I (2013) Coagulant protein from plant materials: Potential water treatment agent Master thesis, Royal Institute of Technology

16 Bodlund I., Pavankumar A R., Chelliah R., Kasi S., Sankaran K., Rajarao

G K (2014) Coagulant proteins identified in mustard: A potential water treatment agent International Journal of Environmental Science and Technology, 11(4): 873-880.

17 Bogoeva-Gaceva G., Bužarovska A., Dimzoski B (2008) Discoloration of synthetic dyeing wastewater using polyaluminium chloride Journal of Science, 21(4): 123-128.

18 Bolto B., Gregory J (2007) Organic polyelectrolytes in water treatment

19 Bui X T., Nguyen T T., Nguyen P D (2013) Influence of recirculation rate on performance of membrance bioreactor coupling with ozonation treating dyeing and textile wastewater Journal of Water Sustainability, 3(2): 71-78.

20 Buscio V., Marín M J., Crespi M., Gutiérrez-Bouzán C (2015) Reuse of textile wastewater after homogenization decantation treatment coupled to PVDF ultrafiltration membranes Chemical Engineering Journal,

Applications of magnetite nanoparticles for heavy metal removal from wastewater Intech, 3: 64-75.

22 Cerqueira M A., Souza B W S., Simões J., Teixeira J A., Domingues M.

R M., Coimbra M A., Vicente A A (2011) Structural and thermal characterization of galactomannans from non-conventional sources

23 Chowdhury S R., Yanful E K (2010) Arsenic and chromium removal by mixed magnet‐ite-maghemite nanoparticles and the effect of phosphate on removal Journal of Environmental Management, 91(11): 2238-

24 CSU (1986) Operation of wastewater treatment plants, 1 st ed - Treatment of wastewater from electroplating, metal finishing and printed circuit board manufacturing CSU, Sacramento 126 pp.

25 Demirer G N., Sen S (2003) Anaerobic treatment of real textile wastewater with a fluidized bedreactor Water Research, 37: 1868-

26 El-Gohary F., Tawﬁk A (2009) Decolourisation and COD reduction of disperse and reactive dyes wastewater using chemical-coagulation followed by sequential batch reactor (SBR) process Desalination.249: 1159-1164.

Sierra M M D (2007) Removal of methylene blue from aqueous solution by peat Journal of Hazardous Materials 144(1-2): 412-419.

28 Fu F., Wang Q (2011) Removal of heavy metal ions from wastewaters: A review Journal of Environmental Management 92(3): 407-418.

29 Gherca D., Pui A., Carja G (2011) Characterzation and magnetic properties of capped CoFe 2 O 4 nanoparticles ferrite prepared in carboxymethylcelullose solution Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures.

30 Ghosh P., Samanta A N., Ray S (2011) Reduction of COD and removal of Zn 2+ from Rayon industry wastewater by combined electro-fenton treatment and chemical precipitation Desalination, 266(1-3): 213-217.

31 Goyal B R., Agrawal B B., Goyal R K., Mehta A A (2007) Phyto- pharmacology of Moringa oleiferalam - An overview Natural Product

32 Grande A G (2015) Treatment of wastewater from textile dyeing by ozonization PhD thesis.

33 Gupta G., Kumar A., Tyagi R., Kumar S (2016) Application and future of composite materials: A review International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 5(5): 6907-6910.

34 Hanif M A., Nadeem R., Zafar M N., Bhatti H N., Nawaz R (2008)

Physico-chemical treatment of textile wastewater using natural coagulant Cassia fistula (Golden Shower) pod biomass Journal of Chemical Society of Pakistan, 30(3): 385-393.

35 Harris I R., Williams A J (2009) Magnetic materials Materials Science

36 Harpreet K., Gitanjali S (2015) Removal of dyes from textile industry effluent: A review International Journal of Humanities and Social Science 59-63.

37 Hassan, H.M.M.; Afify, A.S.; Ghabbour, S.I.; Saleh, N.T.; Kashef, RKH

(2009), Biological activities of soybean galactomannan, Academic Journal of Cancer Research 2(2), 78-84.

38 Hasan T., Habib M B (2014) Establishing relationships between water quality parameters for the Buriganga river using BOD 5 and pH as a common parameter International Conference on Environmental Aspects of Bangladesh, 20-22.

39 Hasany S F., Ahmed I., Rajan J., Rehman A (2012) Systematic review of the preparation techniques of iron oxide magnetic nanoparticles

40 Hase H., Nishiuchi T., Sato T., Otake T., Yaita T., Kobayashi T., Yoneda

T (2017) A novel method for remediation of nickel containing wastewater at neutral conditions Journal of Hazardous Materials, 329: 49-56.

Characteristics and formation of [AlO4Al12(OH)24(H2O)12] 7+ in electrolysis process Science in China (Series B) 45(5): 515-520.

42 Hasxhim F H (2013) Chemical properties of treated textile dyeing wastewater Asian Journal of Chemistry, 25(16): 9393-9400.

43 Jaafarzadeh N., Mengelizadeh N., Takdastan A., Alavi N., Nejad M H.,

Moshayyedi M (2014) Efficiency evaluation of zinc and nickel removal through coagulation and flocculation process using chitosan Jentashapir Journal of Health Research, 5(1): 451-459.

44 Jain R., Gupta V K., Sikarwar S (2010) Adsorption and desorption studies on hazardous dye naphthol yellow S Journal of Hazardous Materials, 182(1-3): 749-756.

45 Joo D J., Shin W S., Choi J H., Choi S J., Kim M C., Han M H., Han

T W., Kim Y H (2005) Decolorization of reactive dyes using inorganic coagulants and synthetic polyme Dyes and Pigments, 73(3):

46 Joshi H., Kapoor V P (2003) Cassia grandis linn.f seed galactomannan:

Structural and crystallographical ctudies Carbohydrate Research, 338

47 Jothy S L., Latha L Y., Zakaria Z., Shin L N., Sasidharan S., Chen Y.,

Lau Y L (2011) Bioassay-directed isolation of active compounds with antiyeast activity from a Cassia fistula seed extract Molecules, 16:

48 Kaewsarn, P and Yu, Q (2001) Cadmium (II) Removal from Aqueous

Solutions by Pre-treated Biomass of Marine Alga Padina sp.Environmental Pollution 112: 209-213.

49 Kapoor V P (2000) Cassia nodosa(Pink Cassia) seed - A new source of commercial gum Journal of Scientific & Industrial Research, 59(1):

50 Kdasi A A., Idris A., Saed K., Guan C T (2004) Treatment of textile wastewater by advanced oxidation processes - A review Global Nest International Journal, 6(3): 22-230.

51 Klimiuk E., Filipkowska U., Korzeniowska A (1999) Effects of pH and coagulant dosage on effectivenessof coagulation of reactive dyes from model wastewater by polyaluminium chloride (PAC).Polish Journal of

52 Kobya M., Gengec E., Sensoy M T., Demirbas E (2014) Treatment of textile dyeing wastewater by electrocoagulation using Fe and Al electrodes: Optimisation of operating parameters using central composite design Society of Dyers and Colourists, Coloration Technology, 130: 226-235.

53 Kumar P., Agnihotri R., Wasewar K L., Uslu H., Yoo C (2012) Status of adsorptive removal of dye from textile industry effluent Desalination

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật and Water Treatment, 50(1-3): 226-244.

54 Kumar P S., Narayan A S., Dutta A (2017) Nanochemicals and effluent treatment in textile industries In: Muthu S S (Editor) Textiles and clothing sustainability Springer Singapore 57-96.

55 Lachheb H., Puzenat E., Houas A., Ksibi M., Elaloui E., Guillard C.,

Herrmann J M (2002) Photocatalytic degradation of various types of dyes (Alizarin S, Crocein Orange G, Methyl Red, Congo Red, Methylene Blue) in water by UV-irradiated titania Applied Catalysis B: Environmental, 39(1): 75-90

56 Laurent S., Forge D., Port M., Roch A., Robic C., Elst L V., Muller R N

(2008) Magnetic iron oxide nanoparticles: Synthesis, stabilization, vectorization, physicochemical characterizations, and biological applications Chemical Reviews, 108(6): 2064-2110.

57 Lea L (2014) Bioremediation of turbid surface water using seed extract from the Moringa oleifera Lam (Drumstick) tree Current Protocols in Microbiology, Supplement 33, 1G.2.1-1G.2.8.

58 Li X., Lu H., Zhang Y., He F., Jing L., He X (2016) Fabrication of magnetic alginate beads with uniformdispersion of CoFe2O4 by the polydopamine surfacefunctionalization for organic pollutants removal

59 Liu J., Liu W., Wang Y., Xu M., Wang B (2016) A novel reusable nanocomposite adsorbent, xanthated Fe 3 O 4 -chitosan grafted onto graphene oxide, for removing Cu(II) from aqueous solutions Applied Surface Science, 367: 327-334.

60 Liu J F., Zhao Z S., Jiang G B (2008) Coating Fe3O4 magnetic nanoparticles with humic acid for high efficient removal of heavy metals in water Environmental Science & Technology, 42: 6949-6954.

61 Malavika G (2010) A study on water treatment using Moringa Oleifera seeds Depart of Chemical Engineering, Zuari Nagar, Goa Campus.

62 Mangale S M., Chonde S G., Raut P D (2012) Use of Moringa Oleifera

(Drumstick) seed as natural absorbent and an antimicrobial agent for groundwater treatment Research Journal of Recent Sciences, 1(3): 31-

63 Mascolo M C., Peiand Y., Ring T A (2013) Room temperature co- precipitation synthesis of magnetite nanoparticles in a large pH window with different bases Materials, 6(12): 5549-5567.

64 Maruthi T A., Dadhich A S., Hossain K and Jyothsna A (2013) Nirmali

Seed as a Natural Biosorbent; Evaluation of its Potential for Iron (II) Removal from Steel Plant Effluents and Sewage Disinfecting Capacity

European Journal of Sustainable Development 2(3): 77-84.

Kassim A H M (2014) Colour removal of reactive dye from textile

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật industrial wastewater using different types of coagulants Asian Journal of Applied Sciences, 2(6): 650-657.

66 Montakhab A., Ghazali A H., Johari M., Noor M M, Mohamed T A.,

Yusuf B (2010) Effects of drying and salt extraction of Moringa Oleifera on its coagulation of high turbidity water.Journal of American Science, 6(10), 387-392.

Polypropylene-zeolite polymer composites for water purification: Synthesis, characterisation and application 53(10): 1-9.

68 Mousavi H Z., Hosseinifar A., Jahed V (2012) Studies of the adsorption thermodynamics and kinetics of Cr(III) and Ni(II) removal by polyacrylamide Journal of the Serbian Chemical Society, 77(3): 393-405.

69 Muschin T., Yoshida T (2012) Structural analysis of galactomannans by

70 Nacke H., Gonỗalves Jr A C., Campagnolo M A., Coelho G F.,

Schwantes D., Santos M G., Briesch Jr D L., Zimmermann J (2016) Adsorption of Cu (II) and Zn (II) from water by Jatropha curcas L as biosorbent Open Chem Journal, 14: 103-117.

71 Neergheen S V S., Bahorun T., Aruoma O I (2005) Phytochemical constituents of Cassia fistula African Journal of Biotechnology, 4(13):

72 Nguyen T P L (2011) Greening textile industry in Vietnam In: Environ

73 Nguyen V C., Huynh T K N (2014) Reusable nanocomposite of

CoFe2O4/chitosan-graft-poly (acrylic acid) for removal of Ni(II) from aqueous solution Vietnam Academy of Science and Technology, 5(2):

74 Nikalje A P (2015) Nanotechnology and its applications in medicine

75 Nirgude N T., Shukla S., Venkatachalam A (2013) Physico-chemical characteristics and quality assessment of some groundwater samples from Vapi Town, Gujarat, India.Jasayanj J Chem, 6(1): 47-51.

76 Omar, H.H (2008) Biosorption of Copper, Nickel and Manganese Using

Non-Living Biomass of Marine Alga, Ulva lactuca.Pakistan Journal of Biological Sciences.11(7): 964-973.

77 Pal A., Singh R B (2014) Nature of gum Polysaccarit extracted from

Moringa oleifera Lam (Sainjna) plant Advances in Applied Science Research, 5(6): 1-3.

78 Papadopoulos A., Fatta D., Parperis K., Mentzis A., Haralambous K J.,

Loizidou M (2004) Nickel uptake from a wastewater stream produced in a metal finishing industry by combination of ion-exchange and

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật precipitation methods Separation and Purification Technology 39(3):

79 Patel V P., Mehta P M J., Parekh D S (2015) Treatment of industrial wastewater by nonviable biomass - A review Journal of Engineering Research and Applications, 5(1): 18-22.

80 Pawar H A., D’Mello P M (2011) Spectrophotometric estimation of total polysaccharides in Cassia tora gum Journal of Applied Pharmaceutical Science,1(3): 93-95.

81 Perng Y S., Bui M H (2014) The feasibility of Cassia fistula gum with polyaluminum chloride for the decolorization of reactive dyeing wastewater Journal of the Serbian Chemical Society, 80(1): 115-125.

82 Pérez A., Tatyana P., Chairez I (2013) Effect of additives on ozone-based decomposition of Reactive Black 5 and Direct Red 28 Dyes Water Environment Research, 85(4): 291-300.

83 Pui A., Gherca D., Carja G (2011) Characterzation and magnetic properties of capped CoFe2O4 nanoparticles ferrite prepared in carboxymethylcelullose solution Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 6(4): 1783-1791.

84 Rachakornkij M., Teachakulwiroj S., Ruangchua S (2004) Removal of reactive dyes from aqueous solution using bagasse fly ash Journal of Science and Technology, 26(1): 13-24.

85 Rajput N (2015) Methods of preparation of nanoparticles - A review

International journal of Advances in Engineering &Technology, 7(4):

86 Rehman M S U., Ahmad N., Yasar A (2006) Application of H2O2, UV and UV/H 2 O 2 systems for the post treatment of biotreated industrial wastewater Electronic Journal of Environmental, Agricultural and Food Chemistry, 1575-1581.

87 Salehzadeh J (2013) Removal of heavy metals Pb 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Cd 2+ ,

Ni 2+ , Co 2+ and Fe 3+ from aqueous solutions by using Xanthium Pensylvanicum Leonardo Journal of Sciences 23: 97-104

88 Sanghi R., Bhattacharya B., Singh V (2006) Use of Cassia javahikai seed gum and gum-g-polyacrylamide as coagulant aid for the decolorization of textile dye solutions Bioresource Technology, 97: 1259-1264.

89 S Ghorai, A Sarkar, M Raoufi, A.B Panda, H Sch nherr, and S Pal

(2014) Enhanced removal of methylene blue and methyl violet dyes from aqueous solution using a nanocomposite of hydrolyzed polyacrylamide grafted xanthan gum and incorporated nanosilica ACS applied materials & interfaces, vol 6, pp 4766-4777.

90 Shak K P Y., Wu T Y (2014) Coagulation-flocculation treatment of high-strength agro-industrial wastewater using natural Cassia obtusifolia seed gum: Treatment efﬁciencies and flocs characterization

A glimpse of galactomannans Science Tech Entrepreneur, 3: 1-10.

92 Singh N B., Sarita R., Sonal A (2014) Polymer nanocomposites and

Cr(VI) removal from water Nanoscience & Technology, 1(1): 10.

93 Srivastava M., Kapoor V P (2005) Seed galactomannans: An overview

94 Srisuwan G and Thongchai P (2002) Removal of Heavy Metals from

Electroplating Wastewater by Membrane Songklanakarin Journal of Science and Technology 24(Suppl.): 965-976.

95 Subramonian W., Wu T Y., Chai S P (2014) A comprehensive study on coagulant performance and floc characterization of natural Cassia obtusifolia seed gum in treatment of raw pulp and paper mill efﬂuent

96 Suleiman M., Mousa M., Hussein A I A (2015) Wastewater disinfection by synthesized copper oxide nanoparticles stabilized with surfactant

Journal of Materials and Environmental Science, 6 (7): 1924-1937.

97 Suman Kardam A., Gera M., Jain V K (2015) A novel reusable nanocomposite for complete removal of dyes, heavy metals and microbial load from water based on nanocellulose and silver nano- embedded pebbles Environmental Technology, 36(5-8): 706-714.

98 Thakur L S., Parmar M (2013) Adsorption of heavy metal (Cu 2+ , Ni 2+ and Zn 2+ ) from synthetic waste water by tea waste adsorbent

International Journal of Chemical and Physical Sciences, 2(6): 6-19.

99 Thitame P V., Shukla S R (2016) Adsorptive removal of reactive dyes from aqueous solution using activated carbon synthesized from waste biomass materials International J Environmental Science Technology 13: 561-570.

100 Tong S., Shi R., Zhang H., Ma C (2010) Catalytic performance of

Fe3O4-CoO/Al2O3 catalyst in ozonation of 2-(2,4- dichlorophenoxy)propionic acid, nitrobenzene and oxalic acid in water

101 Tripathi A., Ranjan M R (2015) Heavy metal removal from wastewater using low cost adsorbents J of Bioremediation & Biodegradation 6:

102 Trond P F (2001) Aluminum as a risk factor in Alzheimer’s disease with emphasis on drinking water Brain Research Bulletin, 55: 187-196.

103 Unlu M., Yukseler H., Yetis U (2009) Indigo dyeing wastewater reclamation by membrane-based filtration and coagulation processes

104 Verma K., Dash R R., Bhunia P (2012) A review on chemical

Luận án tiến sĩ Kĩ thuật coagulation/flocculation technologies for removal of colour from textile wastewaters Journal of Environmental Management, 93(1): 154-168.

105 Vijayaraghavan G., Sivakumar T., Kumar A V (2011) Application of plant based coagulants for wastewater treatment International Journal of Advanced Engineering Research and Studies, 1(1): 88-92.

106 Wan N W., Sand Hanafiah M A (2007) Removal of heavy metal ions from wastewater by chemically modified plant wastes as adsorbents: A review Bioresource Technology, 99(10): 3935-3948.

107 Wang Q., Ellis P R., Ross-Murphy S B (2000) The stability of Guar gum in an aqueous system under acidic conditions Food Hydrocolloids 14: 129-134.

108 Wang R M., Zheng S R., Zheng Y G (2011) Polymer matrix composites and technology Elsevier Science & Technology, Cambridge, United Kingdom 568 pp.

109 Wang W D., Yang H W., Wang X C., Jiang J., Zhu W P (2010)

Effects of fulvic acid and humic acid on aluminum speciation in drinking water Journal of Environmental Sciences, 22: 211-217.

110 Wiwanitkit V (2005) Cassia siamea induced hepatitis, a case report of phytomedicine side effect Acta Horticulturae, 680: 191-194.

111 Wu J., Eiteman M A., Edward L (1998) Evaluation of membrane filtration and ozonation processes for treatment of reactive-dye wastewater Journal of Environmental Engineering 124(3): 272-277.

112 Yang Z L., Gao B Y., Yue Q Y., Wang Y (2010) Effect of pH on the coagulation performance of Al-based coagulants and residual aluminum speciation during the treatment of humic acid-kaolin synthetic water

113 Yu-Li, Q and Kaewsarn, P (2000) Adsorption of Ni 2+ from Aqueous

Solutions by Pretreated Biomass of Marine Macroalga Durvillaea potatorum.Separation Science And Technology, 35(5): 689-701.

PHỤ LỤC B QUY TRÌNH LY TRÍCH BIOGUM HẠT MUỒNG HOÀNG

PHỤLỤC C QUY TRÌNH CHẾTẠO BIOGUM CẢI TIẾN

PHỤLỤC D LIỀU LƢỢNG HÓA CHẤT VÀ VẬT LIỆU SỬDỤNG

PHỤLỤC F HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1 KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM NƯỚC THẢI

HIỆU QUẢ XỬ LÝ ION KIM LOẠI TRÊN NƯỚC THẢI XI MẠ BẰNG PAC Kết quả xử lý thống kê pH

ANOVA pH Sum of Squares df Mean Square F Sig.

Mean Difference (I-J) Std Error Sig.

* The mean difference is significant at the 0.05 level.

Means for groups in homogeneous subsets are displayed. a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000.

Kết luận:Có sựkhác biệt có ý nghĩa 5% giữa các nghiệm thức

Kết quả xử lý thống kê hiệu quả xử lý Ni

Ni Sum of Squares df Mean Square F Sig.

Kết luận: Có sự khác biệt có ý nghĩa 5% giữa các nghiệm thức Nghiệm thức 2 (60mL) là nghiệm thức tốt nhất.

Kết quả xử lý thống kê hiệu quả xử lý Cu

Cu Sum of Squares df Mean Square F Sig.

Kết luận:Có sựkhác biệt ý nghĩa 5% giữa các nghiệm thức Nghiệm thức 3 (80 mL) tốt nhất.

Kết quả xử lý thống kê hiệu quả xử lý Zn

Zn Sum of Squares df Mean Square F Sig.

Kết luận: Có sự khác biệt ý nghĩa 5% giữa các nghiệm thức Nghiệm thức 4 (100 mL) tốt nhất.

Kết quả xử lý thống kê hiệu suất xử lý TDS

TDS Sum of Squares df Mean Square F Sig.

Kết luận: Có sự khác biệt có ý nghĩa 5% giữa các nghiệm thức Nghiệm thức 2 (60mL) là nghiệm thức tốt nhất.

HIỆU QUẢ XỬ LÝ ION KIM LOẠI TRÊN NƯỚC THẢI XI MẠ BẰNG

Kết quả xử lý thống kê pH

Kết luận:Không có sựkhác biệt có ý nghĩa 5% giữa các nghiệm thức.

Kết luận:Có sựkhác biệt ý nghĩa 5% giữa các nghiệm thức Nghiệm thức 2 (60 mL) là tốt nhất.

Mean Difference (I- J) Std Error Sig.

Kết quả xử lý thống kê hiệu quả xử lý TDS

HIỆU QUẢ XỬ LÝ ION KIM LOẠI TRONG NƯỚC THẢI XI MẠ BẰNG BIOGUM CẢI TIẾN

Kết quả xử lý thống kê pH

Kết quảxửlý thống kê hiệu quảxửlý TDS

PHỤ LỤC B QUY TRÌNH LY TRÍCH BIOGUM HẠT MUỒNG

Ly trích Biogum hạt Muồng Hoàng Yến bằng phương pháp hòa tan trong nước cất và kết tủa trong dung môi hữu cơ axeton.

1.2 Thí nghiệm ly trích và nghiên cứu thành phần hóa học của Biogum

Muồng Hoàng Yến (MHY) là thực vật thuộc chi Cassia, họ Đậu Các nghiên cứu trước đã xác nhận thành phần chính trong Biogum hạt chi Cassia là galactomannan.

Biogum hạt MHY được ly trích từ bột hạt MHY bằng phương pháp hòa tan trong nước cất và tạo tủa trong dung môi hữu cơ axeton.

Xác nhận cấu trúc hóa học của chất keo tụ chính trong Biogum và đánh giá khả năng xử lý nước thải của Biogum.

Quá trình ly trích Biogum hạt Muồng Hoàng Yến được tiến hành qua các bước sau:

- Chuẩn bịnguyên liệu: QuảMuồng Hoàng Yến chín già.

- Xửlý nguyên liệu: Bóc tách hạt, xay, nghiền, rây bột qua lưới có kích thước lỗ0,18 mm.

- Loại màu và chất béo: Sử dụng phương pháp trích bằng hệ thống chiết Soxhlet với dung môi etanol.

Biogum được sản xuất từ bột màu và béo hòa tan trong nước cất, sau khi khuấy trong 1 giờ và lắng trong 30 phút, tiến hành ly tâm và lọc Dung dịch lọc sau đó được thêm axeton 90% theo tỷ lệ 1:1, tạo ra kết tủa Kết tủa này được thu hồi bằng cách ly tâm và đông khô Biogum sau khi nghiền nhỏ được bảo quản trong tủ lạnh và sử dụng như một chất keo tụ trong xử lý nước.

- Thành phần hóa học của mẫu Biogum được xác định bằng phương pháp phân tích phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR, phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR.

Hình B.1: Quy trình ly trích Biogum hạt Muồng Hoàng Yến

Hiệu quả loại màu và béo là 91%, hiệu quả ly trích Biogum (từ bột đã loại màu và béo) là 15%.

-Thêm 800 mL nước cất vào 20 g bột

B ộ t sau lo ạ i màu và béo

Tẩm trích loại màu và béo với etanol

- Ly tâm 5000 vòng/phút trong 15 phút

- Lọc lấy phần chất lỏng bằng áp suất kém

Bảng B.1: Kết quảly trích Biogum hạt

Khối lượng bột ban đầu

Bột sau loại màu và béo

Biogum thu được ởdạng tinh thể, có màu vàng nhạt.

Hình B.2: Biogum dạng ướt và dạng khô

Tiêu đề	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
Tác giả	Đào Minh Trung
Người hướng dẫn	PGs.Ts. Nguyễn Võ Châu Ngân, PGs.Ts. Ngô Kim Định
Trường học	Trường Đại Học Cần Thơ
Chuyên ngành	Môi Trường Đất Và Nước
Thể loại	luận án tiến sĩ
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Cần Thơ

Định dạng
Số trang	192
Dung lượng	10,62 MB