Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU KEO TỤ SINH HỌC GEL TỪ HẠT CÂY BÒ CẠP VÀNG
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
T ỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM
Ô nhiễm nguồn nước do sự phát triển không ngừng của các hoạt động công nghiệp và gia tăng dân số hiện nay đã trở thành một vấn đề nan giải mang tính toàn cầu [5] Các nguồn nước tự nhiên đã và đang bị nhiễm bẩn bởi ion kim loại nặng, phẩm nhuộm, các anion độc hại hay các hợp chất hữu cơ bắt nguồn từ các quá trình tự nhiên và nhân tạo [6- 8] Trong đó, phẩm nhuộm được coi là một trong những chất thải điển hình [9] Đối với ngành công nghiệp dệt nhuộm, phẩm nhuộm đóng vai trò quan trọng trong tạo màu giấy, vải hoặc nhựa [10] Nhìn chung, nước thải dệt nhuộm được thải ra với độ màu khá cao [11, 12] và được phân thành ba loại chính: nước thải phẩm nhuộm hoạt tính, nước thải phẩm nhuộm sunfua và nước thải tẩy, với thành phần, tính chất đặc trưng và phương thức xử lý khác nhau Về phân loại, hóa chất sử dụng trong ngành công nghiệp dệt nhuộm có thể chia thành phẩm nhuộm (các chất hòa tan được) và bột màu (các chất không hòa tan) Theo các công nghệ ứng dụng, phẩm nhuộm có thể chia lại thành phẩm nhuộm hoạt tính, phẩm nhuộm phân tán, phẩm nhuộm hoàn nguyên, phẩm nhuộm cầm màu, phẩm nhuộm axit/bazơ, phẩm nhuộm trực tiếp, phẩm nhuộm phức hợp kim loại và các bột màu phẩm nhuộm cũng có thể phân loại theo thành phần hóa học của chúng như azo, anthraquinone, lưu huỳnh, triphenylmethane, indigoid, phthalocyanine,…Hầu hết các chất tạo màu được sử dụng trong công nghiệp dệt là những phẩm nhuộm hòa tan Đa số trong các chất này là phẩm nhuộm azo (70 - 80%), tiếp theo là các phthalocyanine
Gần như tất cả các loại phẩm nhuộm được mô tả hiện đang được sử dụng trong ngành công nghiệp dệt và không thể dễ dàng được thay thế, bởi vì mỗi loại phẩm nhuộm đều có những lợi ích cụ thể của nó khi so với những loại phẩm nhuộm khác [13] Đặc trưng quan trọng nhất của nguồn nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm là sự dao động rất lớn về cả số lượng và tải lượng ô nhiễm cũng như thay đổi theo mùa và mặt hàng sản xuất và theo chất lượng sản phẩm Hiệu quả hấp thụ phẩm nhuộm của vải chỉ đạt trong khoảng 60 - 70%, các phẩm nhuộm thừa còn lại sẽ trở thành nước thải ở dạng phẩm nhuộm nguyên thủy hoặc bị phân hủy một phần/toàn phần Nhìn chung nước thải
6 từ các cơ sở dệt nhuộm có độ kiềm cao, độ màu và hàm lượng chất hữu cơ cao Ngoài ra, một số chất điện ly, chất hoạt động bề mặt, chất tạo môi trường cũng tồn tại trong thành phần nước thải tạo ra độ màu cao của nước thải [13-15] Các thông số ô nhiễm và các chất gây ô nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm được trình bày ở Bảng 2.1 và Bảng 2.2
Bảng 2.1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm
CÁC THÔNG SỐ NỒNG ĐỘ pH 2-14
SO4 2- (mg/L) < 5 Độ màu (Pt-Co) 40-5000
(Nguồn: Viện Tài nguyên môi trường – Viện kĩ thuật nhiệt đới và BVMT)
Bảng 2.2 Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải ngành dệt nhuộm
Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặc tính của nước thải
Tinh bột, glucozo, carboxyl methyl xenlulozo, polyvinyl alcol, nhựa, chất béo và sáp
BOD cao (34-50% tổng sản lượng BOD)
Nấu, tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda, natri silicate và xo sợi vụn Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (30% tổng BOD)
Tẩy trắng Hypochlorite, hợp chất chứa clo,
NaOH, AOX, axit… Độ kiềm cao, chiếm 5% BOD
Làm bóng NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1% tổng
Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axit acetic và các muối kim loại Độ màu rất cao, BOD khá cao (6% tổng BOD), TS cao
In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối kim loại, axit, … Độ màu cao, BOD cao và dầu mỡ
Hoàn thiện Vệt tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp, lượng nhỏ
7 Sự xâm nhập của các chất ô nhiễm trong phẩm nhuộm độc hại vào hệ sinh thái nước đã dẫn đến những hệ lụy nghiêm trọng đối với sức khỏe con người [16-18] Lưu huỳnh, các kim loại nặng, muối nitrate và các hợp chất naphthol có thể gây kích ứng da, các tổn thương đến chức năng gan hoặc thận Ngoài ra, các phẩm nhuộm hóa học dựa trên các hợp chất amine thơm, formaldehyde, chlorine và hydrocarbon được chứng minh là những tác nhân gây ra bệnh ung thư ở người [19, 20] Bên cạnh đó, nhiều tính chất và thành phần khác của nước thải dệt nhuộm còn ảnh hưởng trực tiếp đến cảnh quan và hệ sinh thái dưới nước Cụ thể như sau:
- Độ màu cao gây ra bởi phẩm nhuộm khi được xả thải vào nguồn nước một mặt cản trở ánh sáng làm chậm quá trình quang hợp, ức chế sự hô hấp, gây hại cho sự phát triển, sinh sản của các sinh vật dưới nước [21]
- Độ kiềm cao khiến cho chỉ số pH của nước thay đổi Theo đó, khi giá trị pH > 9 sẽ gây độc hại đối với môi trường thủy sinh, cũng như gây ăn mòn và phá hủy các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải
- Lượng muối trung tính lớn trong thành phần của nước thải dệt nhuộm làm tăng đáng kể hàm lượng chất rắn trong nước Qua đó làm tăng áp suất thẩm thấu và ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình trao đổi tế bào của các loài sinh vật thủy sinh
- Hàm lượng hồ tinh bột và các chất ô nhiễm hữu cơ lớn khiến cho chỉ số BOD và COD trong nước tăng cao và làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước
Quá trình sử dụng các phẩm nhuộm đã hình thành một lượng lớn nước thải màu Tuy nhiên, hầu hết lượng nước thải độc hại này lại được xả thải trực tiếp vào nguồn nước tự nhiên mà không thông qua bất kì một giai đoạn xử lý nào khác hoặc qua các quá trình xử lý không triệt để [21] Từ những lý do đó, quá trình xử lý phẩm nhuộm từ những nguồn nước thải khác nhau là ngày càng cấp thiết
Các giá trị tối đa cho phép đối với các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm theo QCVN 13-MT:2015/BTNMT sửa đổi QCVN 13:2008/BTNMT được trình bày ở Bảng 2.3 Do tính chất phức tạp và khó xử lý của nước thải dệt nhuộm nên việc chọn phương pháp xử lý thích hợp cần phải dựa vào nhiều yếu tố như lưu lượng,
8 đặc tính nước thải, quy chuẩn thải, loại hình xử lý tập trung hay cục bộ, loại phẩm nhuộm, thành phần của nước thải, chi phí hóa chất, chi phí vận hành, bảo dưỡng và xử lý các chất thải thứ cấp phát sinh Hiện nay, đã có rất nhiều phương pháp cụ thể được ứng dụng, có thể kể đến như trao đổi ion, hấp phụ, màng lọc, xử lý sinh học, keo tụ tạo bông và các phương pháp xử lý dựa trên các quá trình oxy hóa và điện hóa [18, 19, 21-25]
Trong đó, xử lý nước thải dựa trên quá trình hấp phụ, trao đổi ion và keo tụ - tạo bông đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi Sự đơn giản, dễ tiếp cận trong phương thức vận hành, hiệu quả về mặt kinh tế và năng lượng, khả năng tái sử dụng, ít gây độc, cùng mức độ xử lý cao là những ưu điểm khiến cho ba phương pháp nêu trên nhận được nhiều sự quan tâm [2, 26-29]
Bảng 2.3 Giá trị C để làm cơ sở tính giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm
STT THÔNG SỐ ĐƠN VỊ GIÁ TRỊ C
Cơ sở mới Pt-Co 50 150
Cơ sở đang hoạt động Pt-Co 75 200
5 COD Cơ sở mới mg/L 75 150
Cơ sở đang hoạt động mg/L 100 200
6 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/L 50 100
10 Tổng các chất hoạt động bề mặt mg/L 5 10
* Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm khi xả ra nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt;
* Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm khi xả ra nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt
2.2 Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
2.2.1 Phương pháp trao đổi ion Ở phương pháp trao đổi ion, các ion trên bề mặt của chất trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi chúng tiếp xúc với nhau Các chất này không tan trong nước và được gọi là các chất trao đổi ion (ionit) Những chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là cationit và mang tính axit Ngược lại, các chất có khả năng hút các ion âm gọi là anionit và mang tính kiềm Các ionit được coi là lưỡng tính khi có khả năng trao đổi cả cation và anion [30, 31]
T ỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SINH HỌC TỪ CÂY B Ò C ẠP V ÀNG
Như đã trình bày ở trên, các chất keo tụ được sử dụng trong phương pháp keo tụ-tạo bông hiện nay chủ yếu là các hợp chất của nhôm và sắt Việc sử dụng các hóa chất tổng hợp độc hại này vô tình gây ra nhiều hạn chế, khi mà dư lượng của chúng này trong nước thải sau khi xử lý là rất đáng quan ngại [18, 25] Do đo, việc đề xuất, phát triển và áp dụng các chất keo tụ có nguồn gốc từ thiên nhiên là sự thay đổi cần thiết khi vừa đảm bảo hiệu quả kinh tế, chất lượng xử lý nhưng vẫn đảm bảo tính thân thiện môi trường [53-55]
18 Trong rất nhiều chất keo tụ tự nhiên đã được đề xuất, keo điều chế từ hạt cây Bò cạp vàng (Cassia fistula) được coi là một vật liệu keo tụ tiềm năng trong xử lý nước thải [55, 56] Bên cạnh đó, ứng dụng hạt Bò cạp vàng là mang lại nhiều lợi ích khi nguồn vật liệu dồi dào này lại được coi là một chất thải rắn phổ biến ở Việt Nam và nhiều quốc gia khác
2.3.1 Tổng quan về cây Bò cạp vàng
Tên khoa học: Cassia fistula Tên tiếng Anh: Golden shower, indian laburnum, pudding pipe tree, purging cassia, purging fistula (M Thirumal, 2012)
Tên tiếng Việt: Bò cạp vàng, Muồng Hoàng Yến, muồng hoàng hậu, hoa lồng đèn, bò cạp nước, osaka vàng…
Bò cạp vàng là cây bản địa của Ấn Độ, Amazon, Sri Lanka và được tìm thấy ở nhiều quốc gia như Nam Phi, Mexico, Trung Quốc, Tây Ấn Độ, Đông Phi và Brazil (M
Megersa, 2014) Ở Việt Nam, Bò cạp vàng mọc hoang dại phổ biến ở 3 tỉnh vùng Tây Nguyên là:
Kon Tum, Gia Lai và Đắk Lắk Cây đã được trồng ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh (trong Thảo cầm viên), Nghệ An, Bình Dương
Bò cạp vàng thuộc loại cây chịu bóng nhưng thiên về ưa sáng và chịu hạn Khi non hơi ưa bóng nên cần độ tán che thích hợp Cây có thể mọc trên nhiều loại đất khác nhau: từ đất giàu, thường xuyên ẩm cho đến đất khô định kỳ Nhưng cây chỉ gặp trên đất thoát nước và không chịu ngập úng Mùa ra hoa từ tháng 5 đến tháng 6
Cây gỗ trung bình, hay rụng lá, tán rộng, thưa, cao 10-15 m, đường kính 40-50 cm
Vỏ xám bạc, nhẵn Cây phân cành sớm, cành nhẵn, màu xám Lá kép lông chim chẵn, mọc cách, dài 15-25 cm; lá chét mọc đối, 3-8 đôi, hình bầu dục đến bầu dục thuôn, dài 7-12 cm, rộng 4-6 cm, đỉnh nhọn, ít khi tù; gốc hình nêm rộng, nhẵn ở các cây già; chất lá mềm, màu xanh mướt khi còn non; cuống lá dài 7-10 cm, cuống lá chét dài 5-10 mm Lá
Cụm hoa ở nách, hình chùm, rũ xuống, dài 20-40 cm Lá bắc dài 8-10 mm, sớm rụng Cuống hoa 15-25 mm, nhẵn; đài hình bầu dục, dài 5-10 mm, có lông ở ngoài; cánh hoa màu vàng Hoàng Yến, hình bầu dục rộng, dài 30-35 mm, rộng 10-15 mm, có cựa ngắn Nhị 10, bao phấn và chỉ nhị bằng nhau, bao phấn có lông Bầu và vòi có lông núm nhụy nhỏ Quả đậu, hình trụ, khi non màu xanh, khi già màu nâu đen nhạt và mở ra, dài 20-60 cm, rộng 1,5-2 cm, nhẵn, rủ xuống Hạt nhiều, dẹt, hình bầu dục, cứng, dài 8-9 mm, rộng 5 mm, màu nâu [57]
Hình 2.1 Các bộ phân cây Bò cạp vàng
Tất cả bộ phận của cây bò cạp vàng đã được nghiên cứu và công bố thành phần hóa học [58]
Lõi của vỏ: Chứa anthraquinone glycoside; sennoside A và B; 4,5-dihydroxy- 9,10- dioxoanthracene-2-carboxylic acid và glucoside của nó; (10S)-1,8-dihydroxy-3- (hydroxymethyl)-10-[3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]-10H-anthracen-9- one; formic acid; butyric acid và ethyl ester của nó; oxalic acid; pectin và tannin
Hạt: Galactomannan; đường tự do; amino acid tự do; flavone glycoside hoạt tính 5,3',4'-trihydroxy-6-methoxy-7-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-O-β-D- galactopyranoside; 1,8-dihydroxy-3-methylanthracene-9,10-dione
Hoa: Hexadecan-1-on; 3,5,7-trihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-4H-1-benzopyran-4- one; 4,5-dihydroxy-9,10-dioxoanthracene-2-carboxylic acid; bianthraquinone glycoside
Lá: 4,5-dihydroxy-9,10-dioxoanthracene-2-carboxylic acid; glycoside-sennoside A và B
Thịt quả: Đường; tannic; albumine…
Lá và hoa: Anthraquinone; tannin; oxyanthraquinone; 4,5-dihydroxy-9,10- dioxoanthracene-2-carboxylic acid; dầu dễ bay hơi
Rễ: 7-methylphyscion; (3β)-3-hydroxylup-20(29)-en-28-oic acid; β-sitosterol; rhamnetin-3-O-gentiobioside
2.3.2 Cơ sở keo tụ của gel hạt cây Bò cạp vàng
Hạt của các loài thuộc chi Cassia đều chứa lượng lớn galactomannan, một dạng polysaccharide trung hòa tan tốt trong nước, đây là tác nhân giúp gum hạt của các loài thuộc chi Cassia có khả năng loại bỏ hiệu quả các chất lơ lửng, chất màu ra khỏi nước bị ô nhiễm Cấu trúc của galactomannan đã được xác định là các phân tử đường β-D- mannose liên kết với nhau bằng liên kết (1→4) glycosid để hình thành khung sườn chính và mạch nhánh là các đường α-D-galactose liên kết với mạch chính bằng liên kết (1→6) glycosid Galactomannan có hàm lượng galactose trên 5%, tỷ lệ mannose/galactose tùy thuộc vào từng loài thực vật, gum hạt với đơn vị galactose cao sẽ càng dễ tan trong nước
Galactomannan với rất nhiều nhóm hydroxyl -OH rất phân cực, trong đó điện tích âm nằm trên nguyên tử oxygen và điện tích dương nằm trên nguyên tử hydrogen Do có chứa nhóm -OH dưới dạng lưỡng cực nên gum hạt thuộc chi Cassia có thể tương tác với hầu hết các chất ô nhiễm dạng anion (như chất mùn) bằng liên kết hydrogen dạng cation bằng cách tạo phức chelat hoặc hấp phụ, cũng như với các phân tử chất màu nhuộm (chủ yếu là các hợp chất chứa nhân thơm) [61]
2.3.3 Độ ổn định của gel hạt trong điều kiện axit
Nghiên cứu của Q Wang [64] về độ ổn định của galactomannan trong gum được điều chế từ hạt guar trong dung dịch nước dưới điều kiện axit Kết quả cho thấy ở pH 1,5 trọng lượng phân tử của galactomannan giảm nhanh chóng ở nhiệt độ 50 o C, trong khi
21 đó ở nhiệt độ 25 o C sự phân hủy hầu như không đáng kể
Q Wang thực hiện thí nghiệm ở các nhiệt độ 25 o C, 37 o C và 50 o C với giá trị pH thay đổi từ 1,0-6,5 Kết quả chỉ ra rằng độ nhớt của dung dịch gum từ hạt guar ở môi trường axit luôn luôn thấp hơn một chút so với môi trường trung tính mặc dù không xảy ra sự phân hủy Ở pH = 3,0, nhiệt độ 25 o C độ nhớt của dung dịch là 2,3% thấp hơn so với pH = 6,5 Sự khác biệt về độ nhớt là kết quả của sự phân cắt mạch galactomannan
Gel từ hạt guar được xem là không biến chất hay phân hủy khi độ nhớt không giảm hơn 2% Q Wang và cộng sự đưa ra bảng kết quả liệt kê giá trị pH thấp nhất tại đó gum điều chế từ hạt guar ổn định ở nhiệt độ 25 o C, 37 o C và 50 o C
Bảng 2.4 Độ ổn định của gel trong điều kiện axit và nhiệt độ
Nhiệt độ 25 o C 37 o C 50 o C pH Giảm độ nhớt (%)
1,0 Không xác định 23,8 Không xác định
Từ kết quả trên có thể khẳng định galactomannan trong gum guar nói riêng hay gum của các loài thực vật khác thuộc họ Đậu không bị phân hủy hay biến chất trong môi trường axit có giá trị pH từ 1,5-3,0 ở nhiệt độ thường (25-30 o C)
Như vậy ở nhiệt độ thường, dưới điều kiện axit mạnh (pH=1,5-3), chỉ xảy ra phản ứng phân cắt chuỗi polysaccharide của galactomanan thành những phân đoạn oligosaccharide, polysaccharide mạch ngắn hơn Do đó giảm khối lượng phân tử dẫn đến giảm độ nhớt của dung dịch và gia tăng khả năng hòa tan trong nước, làm tăng khả năng keo tụ của vật liệu
2.3.4 Ứng dụng của vật liệu gel từ hạt cây Bò cạp vàng xử lý nước thải
Nhóm nghiên cứu Lê Thị Mỹ Hằng [65] tiến hành khảo sát khả năng khử màu nhuộm của Gel ly trích từ hạt cây Bò cạp vàng cùng với chất keo tụ tổng hợp là PAC trên 3 loại màu nhuộm hoạt tính với các gốc mang màu azobenzene, anthraquinone
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
V ẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
- Nước thải giả định – Quy mô phòng thí nghiệm: Mẫu nước thải giả định nghiên cứu được pha chế từ phẩm nhuộm thương mại bao gồm RR-195 và RB-19 (Hình
3.1) ở các nồng độ khác nhau phù hợp với mục đích nghiên cứu Đây là hai loại phẩm nhuộm anionic phổ biến trong nước thải dệt nhuộm, đặc biệt trong đó là RR- 195, một phẩm nhuộm azo – Nhóm phẩm nhuộm tổng hợp lớn nhất trong công nghiệp, với độ bền cao, khó phân hủy, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các loài sinh vật và sức khỏe con người khi được xả thải trực tiếp vào môi trường [26]
Hình 3.1 Công thức của phẩm nhuộm RR-195 (a) và RB-19 (b)
- Nước thải dệt nhuộm thực tế – Quy mô pilot: Mẫu nước thải dệt nhuộm được thu thập tại khu công nghiệp Nam Tân Uyên, tỉnh Bình Dương, Việt Nam với các chỉ tiêu ban đầu bao gồm độ màu, giá trị pH, mức độ ô nhiễm được xác định lần lượt là 1384 Pt-Co, pH = 7,0, COD = 1020 mgO2/L
Hạt Bò cạp vàng thô C fistula thu hái tại thành phố Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương
3.1.3 Thiết bị và dụng cụ
Bảng 3.1 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
Thiết bị thí nghiệm Dụng cụ thí nghiệm
Máy đo cầm tay SevenGo (pH) (Mettler Toledo - Mỹ - Thụy Sỹ)
- Pipet thẳng (1 mL, 2 mL, 5 mL, 10 mL);
- Ống đong (100 mL, 250 mL, 500 mL, 1000 mL);
- Bình định mức (50 mL, 250 mL, 500 mL, 1000 mL);
- Buret 25 mL; Ống đun mẫu COD;
Cân phân tích PA214 (Ohaus - Mỹ) Tủ sấy Ecocell 111
Máy Jartest Thiết bị Pilot
Hình 3.2 Cấu tạo mô hình Jatest
Ghi chú: 1 Trục khuấy 2 Cánh khuấy 3 Màn hình tốc độ khuấy
4 Màn hình thời gian khuấy 5 Bảng điều khiển 6 Cụm nút điều khiển 7 Thân máy
Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật của mô hình Jartest
Chiều dài trục khuấy (cm) 38 Chiều dài cánh khuấy (cm) 6 Chiều rộng cánh khuấy (cm) 2,5
Hình 3.3 Sơ đồ mô phỏng mô hình pilot trong xử lý nước thải dệt nhuộm
3.1.4 Hóa chất n-Hexane, ethanol, H2SO4, NaOH và phẩm nhuộm RR-195 và RB-19 được sử dụng theo tiêu chuẩn hóa chất dùng cho phân tích.
N ỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Hạt Bọ cạp vàng thô C fistula sau khi phơi khô được nghiền thành bột Quá trình chiết được tiến hành trong hệ thống Soxhlet sử dụng dung môi n-hexane Vật liệu keo tụ
C fistula rắn dạng sợi, sinh ra từ quá trình kết tủa trong ethanol sau 48 h, được thu sau khi rửa sạch bằng nước cất và làm khô trong không khí ở 50 o C trong vòng 2 h
Hình thái bề mặt của vật liệu keo tụ điều chế từ hạt Bò cạp vàng được xác định bằng kĩ thuật SEM, áp dụng hệ thống Hitachi S4800 Dữ liệu phổ FT-IR được ghi lại bằng máy phổ FT-IR/NIR (Frontier/PerkinEI mer, USA) Ngoài ra, thế zeta của vật liệu trong dung dịch nước được xác định bằng thiết bị tán xạ ánh sáng Malvern Zetasizer Nano ZS
3.2.3 Quá trình keo tụ - tạo bông
Quá trình thử nghiệm khả năng xử lý mẫu phẩm nhuộm và nước thải dệt nhuộm của chất keo tụ sinh học được điều chế dựa trên quá trình keo tụ tạo bông được thực hiện ở nhiệt độ phòng, áp dụng hệ thống khuấy JarTest với 6 ống thủy tinh và mỗi ống chứa 1 L nước thải Giá trị pH của hỗn hợp được điểu chỉnh bằng dung dịch 1 M H2SO4 hoặc 1 M NaOH Sau khi chất keo tụ được thêm vào từng ống, quá trình tạo bông được tiến hành trong vòng 5 phút với tốc độ ban đầu là 200 vòng trên phút, trong 5 phút tiếp theo, quá trình tạo bông được tiến hành ở tốc độ quay 20 vòng trên phút Sau khoảng 30 phút, mảng tạo chất lắng lại và hình thành hai lớp dung dịch với lớp trên được thu lại để đánh giá độ giảm của màu phẩm nhuộm sau quá trình xử lý Hiệu quả xử lý màu được tính toán dựa trên công thức (2) [41]
C 0 × 100% (2) Trong đó, C0 và Clần lượt là nồng độ ban đầu và sau xử lý của phẩm nhuộm trong dung dịch nước thải Mỗi thí nghiệm được tiến hành lặp lại 3 lần và được thể hiện dưới dạng giá trị trung bình sai số (mean SD)
Nghiên cứu trên thiết bị pilot được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả ứng dụng thực tế của vật liệu trong xử lý nước thải Sơ đồ mô phỏng của quy trình thí điểm được mô tả trong Hình 3.3 30 L dung dịch nước thải được sử dụng trong mỗi lần xử lý Quá trình xử lý bao gồm 3 giai đoạn kế tiếp nhau: giai đoạn khuấy mạnh ở 200 vòng trên phút (trong 5 phút), giai đoạn khuấy chậm ở 20 vòng trên phút (trong 5 phút) và giai đoạn lắng, tách trong bể lắng (trong 30 phút) Sau đó, lớp dung dịch ở trên được thu và kiểm tra nhằm
28 đánh giá hiệu lực Hiệu quả xử lý màu trong trường hợp này cũng được tính toán dựa trên công thức (2)
Hình 3.4 Quy trình thực nghiệm khảo sát khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm
Hình 3.5 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ màu đến hiệu quả xử lý của chất keo tụ sinh học
Hình 3.6 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của giá trị pH đến hiệu quả xử lý của chất keo tụ sinh học
Hình 3.7 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của liều lượng chất keo tụ sinh học đến hiệu quả xử lý màu
3.2.4 Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa tài liệu
Kế thừa tài liệu đã có liên quan trực tiếp đến quá trình nghiên cứu được công bố ở các cấp, các ngành Tài liệu này chủ yếu bao gồm:
- Các công trình nghiên cứu, đề tài và tạp chí khoa học
- Sử dụng các nguồn số liệu, thông tin từ các website chuyên ngành trên internet và các sách, báo có liên quan đến vấn đề cần nghiên cứu nhằm rút ngắn thời gian và kế thừa kết quả trước đó
3.2.5 Phương pháp đo đạc và phân tích mẫu
- Xác định chỉ số hấp phụ Methylene Blue theo Tiêu chuẩn GB/T 12496.10-1999
Xác định diện tích bề mặt riêng BET bằng máy (Quantachrome Instrumets version 11.0); quan sát hình thái bề mặt SEM bằng máy (FEI - QUANTA 200) và xác định nhóm chức bề mặt FT-IR
32 - Bảo quản mẫu - theo TCVN 4556:1988
- Xác định màu – theo TCVN 6185:2015
- Đo nồng độ màu trong dung dịch trước và sau quá trình xử lý bằng máy đo quang phổ UV-VIS
3.2.6 Phương pháp xử lý số liệu
Ghi nhận số liệu làm thực nghiệm, sử dụng các phần mềm xử lí số liệu như Word,
Excel, Origin đưa ra bảng biểu, đồ thị, bảng vẽ, đưa ra kết quả tin cậy,…
Phương pháp thống kê: Chuyển đổi dữ liệu cho phù hợp sau đó đánh giá dữ liệu môi trường bằng cách so sánh với quy chuẩn và so sánh các mẫu với nhau Kiểm định thống kê: dữ liệu thu thập từ thí nghiệm hay đo đạc trên nhiều mẫu (mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần và thu thập riêng từng nghiệm thức xử lý trong cùng điều kiện) Các dữ liệu này phục vụ cho mục tiêu nghiên cứu so sánh
