Xây dựng quy trình xử lý nước thải mạ điện bằng đá vôi, mùn cưa và thực vật

Nước là nguồn tài nguyên quý giá của nhân loại. Tuy nhiên, hiện nay ở hầu hết các quốc gia mà đặc biệt là các nước nghèo hoặc đang phát triển nguồn tài nguyên này đang bị sử dụng quá mức và ô nhiễm nghiêm trọng. Nguyên nhân chủ yếu bắt nguồn từ sự phát triển của công nghiệp gắn liền với việc đô thị hoá làm nảy sinh những vấn đề về môi trường cần giải quyết. Ngành Công nghiệp mạ điện tuy có khối lượng nước thải phát sinh không nhiều nhưng lại chứa các hoá chất độc hại như axít, xút và các kim loại nặng (KLN) mà chủ yếm là Crôm và Niken. Những chất này nếu không được xử lý triệt để trước khi xả thải ra môi trường sẽ trở thành mối đe dọa lớn đối với sức khỏe con người và sự an toàn của hệ sinh thái. Tác động của kim loại nặng nói chung có thể theo các hướng như: độc hại với cá và các loài thuỷ sinh, tác động xấu đến chất lượng hệ thống cống rãnh, ảnh hưởng tới quá trình xử lý sinh học và làm ô nhiễm nước mặt và nước ngầm. Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy. Trong đa số trường hợp, các kim loại nặng khi đã thải vào môi trường sẽ tồn tại lâu dài. Chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn để gây độc cho con người. Vì vậy, việc loại bỏ các thành phần chứa kim loại nặng ra khỏi các nguồn nước, đặc biệt là nước thải công nghiệp là rất cần thiết và là mục tiêu rất quan trọng hiện nay. Ngày nay trên thế giới đã có nhiều phương pháp xử lý nước thải được đưa ra: Phương pháp hoá học, phương pháp trao đổi ion, phương pháp khử kết tủa, phương pháp sinh học... Tuy nhiên, khả năng áp dụng phương pháp này vào xử lý nước thải ở những nước đang phát triển như nước ta còn rất hạn chế vì chi phí xử lý khá cao, các cơ sở chưa có nhận thức đúng về vấn đề xử lý chất ô nhiễm, chưa đầu tư vốn để đổi mới công nghệ và thiết bị cho thích hợp nhằm giảm chất gây ô nhiễm môi trường. Hơn nữa dưới áp lực phát triển đẩy năng xuất sản phẩm mạ tăng làm cho các thiết bị và công nghệ xử lý trở nên cũ kỹ, lạc hậu và quá tải dẫn đến hiệu quả xử lý thấp các thành phần kim loại nặng gây độc hại (chủ yếu là Cr+6) trong nước thải đầu ra tăng lên nhiều lần cho phép.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHƯƠNG ĐÔNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC – MÔI TRƯỜNG

-o O

o -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI:

Xây dựng quy trình xử lý nước thải mạ điện bằng đá vôi,

mùn cưa và thực vật.

Giáo viên hướng dẫn: TS BÙI THỊ KIM ANH

Sinh viên thực hiện : TRẦN NGỌC LINH

MSSV : 511303022

Hà Nội – 2015

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan:

1 Những nội dung trong đồ án này là do em thực hiện dưới sự hướng dẫntrực tiếp của TS Bùi Thị Kim Anh – Viện Công Nghệ Môi Trường

2 Mọi tham khảo dùng trong đồ án này đều được trích dẫn rõ ràng tên tácgiả, tên công trình, địa điểm công bố

3 Nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặccông trình đã có từ trước Nếu vi phạm em xin chịu mọi hình thức kỷ luậtcủa Khoa

Sinh viên

Trần Ngọc Linh

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian ngắn nỗ lực cố gắng, em đã hoàn thành xong đồ án tốtnghiệp này Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến nhà trường, ban chủnhiệm khoa Công nghệ Sinh học và Môi trường, trường Đại học Phương Đôngcùng với các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quátrình học tập cũng như trong thời gian làm đồ án

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Bùi Thị Kim phòng Thủy sinh học Môi trường, Viện Công nghệ Môi trường cùng các anh chịtrong phòng đã tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi và đóng góp những nhậnxét bổ ích cho em trong quá trình học tập tại Viện

Anh-Trong quá trình thực thiện đồ án, mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thiện mộtcách tốt nhất nhưng do thời gian có hạn nên đồ án của em không thể tránh khỏinhững sai sót, vậy em rất mong thầy cô xem xét và thông cảm cho em

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 21 tháng 1 năm 2015

Trần Ngọc Linh

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT 6

DANH MỤC HÌNH 7

DANH MỤC BẢNG 8

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 11

1.Tổng quan về nước thải mạ điện 11

1.1Quy trình công nghệ và đặc trưng của nước thải mạ điện 11

1.2.Ảnh hưởng của nước thải mạ tới môi trường và sức khỏe con người 14

2 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 17

2.1 Tình hình ô nhiễm nước thải mạ điện trên thế giới 17

2.2 Sử dụng mùn cưa để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải 18

2.3 Sử dụng công nghệ đất ngập nước nhân tạo (Constructed wetland) để xử lý ô nhiễm KLN 19

3 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 21

3.1 Tình hình ô nhiễm nước thải mạ điện 21

3.2 Sử dụng mùn cưa để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải 22

4 Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải mạ điện 24

5 Khái quát về mùn cưa trong xử lý nước thải mạ điện chứa kim loại nặng 30

5.1 Quá trình thủy phân mùn cưa 30

5.2 Tình hình sử dụng các hợp chất hữu cơ khác nhau để làm nguồn Carbon và chất khử trong xử lý nước thải chứa KLN và giàu sunfat 31

5.3 Sử dụng mùn cưa như chất hấp phụ sinh học để xử lý ô nhiễm KLN trong nước ô nhiễm kim loại nặng và sunfat 32

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Vật liệu nghiên cứu 33

2.2 Địa điểm nghiên cứu 35

2.3 Phương pháp nghiên cứu 35

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

3.1 Hiện trạng ô nhiễm KLN trong nước thải mạ điện tại một số cơ sở sản xuất 41

3.2 Thử nghiệm khả năng xử lý ô nhiễm Cr, Ni trong nước thải của mùn cưa ở quy mô phòng thí

nghiệm 42

3.3 Thiết lập quy trình công nghệ xử lý nước thải chứa Cr, Ni bằng mùn cưa phối hợp với thực vật thủy sinh ở qui mô pilot 49

Nhu cầu oxi hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand) 52

Hiệu quả loại bỏ SO 42- 55

Hiệu quả loại bỏ Cr 6+ 57

Hiệu quả xử lý Cr 3+ 60

Hiệu quả loại bỏ của Ni 62

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

DANH MỤC HÌNH

nước thải chứa KLN

mùn cưa và công nghệ đất ngập nước

3.7 Hàm lượng Cr6+ biến động theo thời gian tại các

DANH MỤC BẢNG

nghiệm

44

MỞ ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên quý giá của nhân loại Tuy nhiên, hiện nay ởhầu hết các quốc gia mà đặc biệt là các nước nghèo hoặc đang phát triển nguồntài nguyên này đang bị sử dụng quá mức và ô nhiễm nghiêm trọng Nguyênnhân chủ yếu bắt nguồn từ sự phát triển của công nghiệp gắn liền với việc đô thịhoá làm nảy sinh những vấn đề về môi trường cần giải quyết

Ngành Công nghiệp mạ điện tuy có khối lượng nước thải phát sinh khôngnhiều nhưng lại chứa các hoá chất độc hại như axít, xút và các kim loại nặng(KLN) mà chủ yếm là Crôm và Niken Những chất này nếu không được xử lýtriệt để trước khi xả thải ra môi trường sẽ trở thành mối đe dọa lớn đối với sứckhỏe con người và sự an toàn của hệ sinh thái Tác động của kim loại nặng nóichung có thể theo các hướng như: độc hại với cá và các loài thuỷ sinh, tác độngxấu đến chất lượng hệ thống cống rãnh, ảnh hưởng tới quá trình xử lý sinh học

và làm ô nhiễm nước mặt và nước ngầm Khác với các chất thải hữu cơ có thể

tự phân hủy Trong đa số trường hợp, các kim loại nặng khi đã thải vào môitrường sẽ tồn tại lâu dài Chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn đểgây độc cho con người Vì vậy, việc loại bỏ các thành phần chứa kim loại nặng

ra khỏi các nguồn nước, đặc biệt là nước thải công nghiệp là rất cần thiết và làmục tiêu rất quan trọng hiện nay

Ngày nay trên thế giới đã có nhiều phương pháp xử lý nước thải đượcđưa ra: Phương pháp hoá học, phương pháp trao đổi ion, phương pháp khử kếttủa, phương pháp sinh học Tuy nhiên, khả năng áp dụng phương pháp nàyvào xử lý nước thải ở những nước đang phát triển như nước ta còn rất hạn chế

vì chi phí xử lý khá cao, các cơ sở chưa có nhận thức đúng về vấn đề xử lýchất ô nhiễm, chưa đầu tư vốn để đổi mới công nghệ và thiết bị cho thích hợpnhằm giảm chất gây ô nhiễm môi trường Hơn nữa dưới áp lực phát triển đẩynăng xuất sản phẩm mạ tăng làm cho các thiết bị và công nghệ xử lý trở nên cũ

kỹ, lạc hậu và quá tải dẫn đến hiệu quả xử lý thấp các thành phần kim loại

nặng gây độc hại (chủ yếu là Cr+6) trong nước thải đầu ra tăng lên nhiều lầncho phép

Chính vì em lựa chọn đề tài “Xây dựng quy trình xử lý nước thải mạ

điện bằng đá vôi, mùn cưa và thực vật” để nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp

của mình.Từ đó, là tiền đề cho việc đề xuất các giải pháp xử lý phù hợp với đặcđiểm kinh tế và trình độ của Việt Nam để giải quyết vấn đề ô nhiễm tại các cơ

Công nghệ xử lý bề mặt (xi mạ) thường bao gồm các công đoạn sau:

- Bề mặt của vật liệu cần mạ phải được làm sạch để lớp mạ có độ bám dínhcao và không có khuyết tật Để làm sạch bề mặt trước hết phải tẩy rửa lớp mỡbảo quản trên bề mặt bằng cách tẩy rửa với dung môi hữu cơ hoặc với dungdịch kiềm nóng Dung môi thường sử dụng là loại hydrocacbon đã được clo hoánhư tricloetylen, percloetylen Dung dịch kiềm thường là hỗn hợp của xút, soda,trinatri photphat, popyphotphat, natri silicat và chất hoạt động bề mặt (tạo nhũ)

- Hoạt hoá bề mặt của vật liệu mạ bằng cách nhúng chúng vào dung dịch

được nhúng vào dung dịch natri xianua

- Giai đoạn mạ được tiến hành sau đó, dung dịch mạ ngoài muối kim loạicòn chứa axit hoặc kiềm đối với trường hợp mạ có chứa xianua

Sau từng bước, vật liệu mạ đều được tráng rửa với nước Một số dung dịch

mạ có các thành phần chủ yếu sau:

- Dung dịch chì: axit + muối chì (II) dạng borflorua hoặc silicoflorua

- Dung dịch chì- thiếc: axit, muối chì, thiếc (II) dạng borflorua

- Dung dịch đồng hun: dung dịch xianua trong đó đồng nằm trong phứcxianua và thiếc trong phức hydroxo Ngoài ra dung dịch còn chứa xianua tự do(NaCN)

- Dung dịch cadmi: axit + cadmi dạng muối sunfat Thông dụng hơn là dungdịch cadmi dạng phức xianua và xianua tự do

- Dung dịch crôm: axit crômic và axit sunfuric

xianua tự do Có thể sử dụng phức vàng-sunfit

- Dung dịch đồng: axit + đồng sunfat hoặc đồng borflorua

- Dung dịch đồng xianua (phức) và xianua tự do, dung dịch đồng dạngpolyphotphat và muối amoni

- Dung dịch niken: muối niken sunfat, clorua và axit yếu (axit boric) hoặcdung dịch niken trên nền của axit amonisulfonic

- Dung dịch bạc: dung dịch bạc xianua hoặc dung dịch bạc thisunfat.

- Dung dịch kẽm: phức kẽm xianua và xianua tự do hoặc kẽm sunfat, cloruavới axit boric hoặc muối amoni làm chất đệm.[3, 8]

Hình 1.1 Dây chuyền công nghệ chung của công nghệ xi mạ

 Đặc trưng của nước thải mạ điện

Nước thải từ xưởng xi mạ có thành phần đa dạng về nồng độ và pH biếnđổi rộng từ rất axit 2-3, đến rất kiềm 10-11 Đặc trưng chung của nước thảingành mạ là chứa hàm lượng cao các muối vô cơ và kim loại nặng Tuỳ theokim loại của lớp mạ mà nguồn ô ề nhiễm có thể là Cu, Zn, Cr, Ni,… và cũng tuỳthuộc vào loại muối kim loại được sử dụng mà nước thải có chứa các độc tố nhưxianua, sunfat, amoni, crômat,… Các chất hữu cơ ít có trong nước thải xi mạ,phần chủ yếu là chất tạo bông, chất hoạt động bmặt … nên BOD, COD thường

thấp và không thuộc đối tượng xử lý Đối tượng xử lý chính là các ion vô cơ màđặc biệt là các muối kim loại nặng như Cr, Ni, Cu, Fe,…

Hình 1.2 Sơ đồ dòng vật chất của một cơ sở sản xuất điển hình công đoạn mạ

Nước thải nên tách riêng thành 3 dòng riêng biệt:

- Dung dịch thải đậm đặc từ các bể nhúng, bể ngâm

- Nước rửa thiết bị có hàm lượng chất bẩn trung bình (muối kim loại, dầu

mỡ và xà phòng,…

- Nước rửa loãng

Để an toàn và dễ dàng xử lý, dòng axit crômic và dòng cyanide nên táchriêng Chất gây ô nhiễm nước thải xi mạ có thể chia làm vài nhóm sau:

- Chất ô nhiễm độc như cyanide CN-, Cr (VI), F-,…

- Chất ô nhiễm làm thay đổi pH như dòng axit và kiềm

- Chất ô nhiễm hình thành cặn lơ lửng như hydroxit, cacbonat vàphotphat

- Chất ô nhiễm hữu cơ như dầu mỡ, EDTA [3, 4]

1.2.Ảnh hưởng của nước thải mạ tới môi trường và sức khỏe con người

Nước thải mạ điện có nồng độ các chất hại khá lớn gây ô nhiễm môitrường chủ yếu trên các mặt sau:

- Ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người Các ion kim loại nặng Pt,

Cu, Cr, Ni có thể gây bệnh viêm loét dạ dày, viêm đường hô hấp, bệnhezima, ung thư

- Ảnh hưởng đến hệ sinh thái: Các thành phần kim loại nặng ảnh hưởngrất lớn tới quá trình sinh trưởng phát triển của người, động vật và thực vật Vớinồng độ đủ lớn sinh vật có thể bị chết hoặc bị thoái hoá, với nồng độ nhỏ cóthể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học

- Ảnh hưởng trực tiếp đối với cá và thức ăn, đầu độc các sinh vật làmmất các nguồn phù du để nuôi cá, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính chấthoá lý của nước Khi phân tích thành phần cơ thể của sinh vật có tiếp xúc vớinước thải chứa kim loại năng Các nhà khoa học đã khẳng định mức nước tích

tụ đáng kể của các chất độc hại như vậy có thể nói nước thải mạ điện ảnhhưởng tới cả hệ sinh thái

- Ảnh hưởng tới hệ thống cống thoát nước, nước ngầm, nước mặt Nướcthải công nghiệp có tính axit ăn mòn các đường ống dẫn bằng kim loại, bêtông.Mặt khác do các quá trình xà phòng hoá tạo thành váng ngăn của quá trìnhthoát nước và thâm nhập của oxi không khí vào nước thải, cản trở quá trình tựlàm sạch Các ion kim loại nặng khi thâm nhập vào bùn trong các mương

thoát nước còn ức chế hoạt động của các vi sinh vật kị khí làm mất khả nănghoạt động hoá của bùn.

- Ô nhiễm nước ngầm và nước bề mặt co thể xảy ra do quá trình ngấm

và chảy tràn của nước thải mạ điện Ngoài ra con ảnh hưởng tới sản suất, chấtlượng như :

Làm giảm năng suất trồng và nuôi, làm hỏng đất, giảm chất lượng sảnphẩm, biến đổi đến hệ sinh vật, tăng mầm bệnh [4, 11]

Ảnh hưởng của Crôm

Crôm có số thứ tự 24, thuộc phân nhóm phụ nhóm V trong bảng hệthống tuần hoàn Mendeleev Crôm là kim loại nặng màu trắng bạc có ánh xanh,

độ cứng rất cao chịu mài mòn tốt Trọng lượng nguyên tử 52,01 Nhiệt độ nóng

một số loại đá xe cpentin (1800mg/kg) đá granit (5mg/l) Trong đất crôm cóhàm lượng thấp (2  6 mg/l)

hơn Nguồn gốc của chúng là từ chất thải công nghiệp như: công nghiệp mạ,sơn, đốt nhiên liệu hoá thạch, thuộc da Với nồng độ 0,1mg/l crôm đã có tácđộng xấu đến các vi sinh vật trong nước, trong khoảng nồng độ 0,03  0,32mg/lchúng kìm hãm sự phát triển của tảo

glucô và rối loạn một vài quá trình trao đổi chất khác Mức độ an toàn phảidùng tối thiểu là 0.05  0.2mg/l.ngày

năng hấp thụ Cr6+ của con người cũng tốt hơn Cr3+ Cr6+ gây độc cho gan, thận,tim, rối loạn hô hấp Nếu nhiễm độc mãn tính có thể gây viêm da, loét da

trong điều kiện phải tiếp xúc với các hợp chất crôm thì các hợp chất này thường

tụ đọng ở lớp da có thể gây ra bệnh viêm da, viêm chàm da dị ứng hoặc nếu lớp

da bị rách, xước sẽ gây ra sự thấm xung quanh các vết rách đó

Theo tổ chức Y tế thế giới (WHO), nồng độ Crôm tối đa cho phép trong

A theo QCVN 40:2011 là 0,01 – 0,02 mg/l , đối với loại B là 0,04 – 0,05mg/l

40:2011 là 0.05 – 0.1mg/l; loại B là 0,5 – 1mg/l [3, 4]

Ảnh hưởng của Niken (Ni)

Niken có số thứ tự 28 thuộc nhóm V trong bảng tuần hoàn và có khốilượng nguyên tử là 58,7 Niken là kim loại trắng, bạc, dẻo , dễ cán, dát, rèn vàđánh bóng Trọng lượng riêng ở 20 OC là 8,9g/cm3, nhiệt độ nóng chảy từ 1425

 1455OC Niken thường tồn tại ở hóa trị  Trên trái đất niken nằm dưới dạngđồng vị bền, tập chung chủ yếu ở trong quặng sunphua đồng niken Nước thải từcác khu công nghiệp, các nhà máy luyện kim, mạ điện và các khu khai thác mỏniken đẫ đưa vào nguồn nước một lượng niken đáng kể Trong nước sinh hoạt(nước máy) do qua trình hoà tan từ các thiết bị, hàm lượng Ni có thể đạt 1mg/l.Thức ăn hằng ngày cũng có Ni, lượng Ni xâm nhập vào cơ thể từ 0,1 0,3mg/ngày

Niken là kim loại có tính linh động cao trong môi trường nước, có khảnăng tạo phức chất khá bền với các hợp chất hữu cơ tự nhiên hoặc tổng hợp Nóđược tích tụ trong các chất sa lắng, trong cơ thể thực vật bậc cao và một số loạithủy sinh Niken có tính độc cao với cá, phụ thuộc vào chất lượng nước ở đó.Nồng độ Ni trên 30g/l gây tác hại cho các cơ thể sống bậc thấp trong nước

Đối với gia súc, thực vật, vi sinh vật, Ni được xem là thành phần vilượng, còn đối với cơ thể người điều đó chưa rõ ràng ảnh hưởng phổ biến nhất

do tiếp xúc với Ni là “chứng ngứa Ni” ở dạng viêm da chủ yếu xảy ra ở nhữngngười làm mạ Ni nhưng ở mức độ nhạy cảm khác nhau Chứng này xảy ra rấtnhiều trong điều kiện độ ẩm và nhiệt độ cao, do da bị ẩm, chủ yếu ở bàn tay và

cánh tay Ngộ độc Ni do hô hấp gây khó chịu, buồn nôn, đau đầu nến kéo dàiảnh hưởng đến phổi hệ thần kinh trung ương, gan và thận [4]

sinh với số lượng lớn trong qua trình tinh luyện Ni Cacbonyl Niken là chất lỏngnặng không màu, dễ thăng hoa ở nhiệt độ thường Nghiên cứu cho biết sự lắngđọng cacbonyl Niken trong điều kiện ẩm của dịch phổi đã gây kích ứng xunghuyết và phù nề ở phổi Giới hạn ngưỡng độc trong không khí của cacbonylNiken là 0,001ppm Đó là nồng độ bình quân tối đa mà người công nhân có thểtiếp xúc qua 8 giờ làm việc mà không tổn hại tới sức khỏe

Nồng độ Ni cho phép trong nước uống được WHO quy định là20g/l.Theo QCVN 40:2011 nồng độ Ni cho phép với nước thải công nghiệploại A và B là 0,1mg/l[2, 3]

2 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

2.1 Tình hình ô nhiễm nước thải mạ điện trên thế giới.

Hiện tượng suy giảm chất lượng nước mặt, nước ngầm ở nhiều nơi trênthế giới do ô nhiễm các kim loại nặng (KLN) có nguồn gốc công nghiệp nhưniken, crôm, chì, asen, đồng, selen, thuỷ ngân, cadimi, là thực tế và cần sớm

có giải pháp xử lí Viện nghiên cứu Blacksmith, New York đã bình chọn danhsách 10 thành phố ô nhiễm nhất trên thế giới thì có tới 8 thành phố liên quanđến ô nhiễm KLN đó là Lâm Phần, Thiên Anh (Trung Quốc); Sukindan, Vapi(Ấn Độ); La Oroya (Peru); Dzerzhinsk, Norilsk (Nga); Chernobyl (Ukraine); Sumgayit (Azerbaijan); Kabwe (Zambia) Điển hình như Lâm Phần, Tianying(Trung Quốc) là nơi bị ô nhiễm nặng KLN [26] Những kim loại độc đã ngấmvào máu nhiều thế hệ trẻ em ở Tianying và làm giảm chỉ số thông minh Theokết quả phân tích thủy sản ở 4 hồ nước ngọt và khu vực biển phía đông tỉnhGiang Tô, có rất nhiều kim loại khác nhau trong đó thủy ngân, cadimi, crôm,kẽm và chì tồn tại trong 41% thủy sản Abida Begum và cs khi phân tích nước,sinh vật phù du, cá và trầm tích cho thấy nước sông Cauvery, Ấn Độ bị ô nhiễmbởi một số KLN (Cr, Cu, Mn, Co, Ni, Pb, ) Trong nước, hàm lượng các kimloại nghiên cứu được xếp theo trình tự Cr>Cu-Mn > Co > Ni > Pb > Zn Hàmlượng Cr và Ni trong nước tương ứng là 18,24 và 28,2 ppm Hàm lượng đó caohơn rất nhiều tiêu chuẩn cho phép của Ấn Độ [27] Nghiên cứu của Sainz và

cộng sự (2004) cho biết, vùng cửa sông Huelva ở Tây Nam Bồ Đào Nha là mộttrong những cửa sông trên thế giới bị nhiễm bẩn KLN ở mức cao nhất trên thếgiới Trung bình tổng lượng kim loại được đổ vào cửa sông này là 895,1kg/h[23].

2.2 Sử dụng mùn cưa để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải

Một số công trình nghiên cứu của Mỹ và Nhật Bản đã công bố có thể sửdụng mùn cưa làm vật liệu để hấp phụ một số ion kim loại như Co, Pb, Cr,Ni, Tuy nhiên, để thực hiện quá trình hấp phụ trên các tác giả đã tiến hànhthực nghiệm trong điều kiện nhiệt độ rất cao và phải đầu tư thiết bị tốn kém.Nghiên cứu của Bulut và cs, 2007 đã khẳng định mùn cưa của cây óc chó cóthể được sử dụng để hấp phụ Cd, Pb và Ni trong nước thải Ở cùng một lượngmùn cưa như nhau thì hiệu quả hấp phụ Pb = Cd > Ni Evans T và cs., 2012 đãnghiên cứu về khả năng hấp phụ Cd của mùn cưa từ cây thông và thấy rằng hiệuquả xử lý Cd trong nước thải của mùn cưa phụ thuộc vào liều lượng hấp phụ,

pH và hàm lượng chất ô nhiễm ban đầu [15] Kishor Kumar Singh, 2011đãthành công khi sử dụng mùn cưa như là một chất hấp phụ sinh học để xử lý ônhiễm KLN trong nước mưa trên đường cao tốc Kết quả chỉ ra rằng, tuy tốc độhấp phụ các ion KLN tương đối cao, nó có thể loại bỏ được khoảng 90% ionkim loại sau 30 phút, nhưng dung lượng hấp phụ thấp chỉ đạt được cao nhất24,5 mg/g đối với Zn [17] Krowiak và cs., 2013 đã tiến hành nghiên cứu loại

bỏ Cu và Cr bằng mùn cưa của cây gỗ sồi bằng phương pháp hấp phụ, kết quảchỉ ra rằng hiệu quả loại bỏ ion Cu và Cr đạt cao nhất tại pH = 5 và dung lượng

mg/g đối với Cr3+ ion

Batzias và cs đã nghiên cứu sử dụng mùn cưa từ gỗ sồi đã qua xử lý bằngmuối để hấp phụ methylen xanh [13] Kết quả cho thấy hiệu suất hấp phụ củamùn cưa rất tốt và tuân theo phương trình Freundlich

Nhóm nghiên cứu của đại học Virginia, Mỹ đã dùng mùn cưa và đất sét

để lọc nước sạch Theo đó, đất sét lấy ở địa phương được trộn với mùn cưa vànước theo tỷ lệ thích hợp, ép vào khuôn rồi cho vào lò nung Mùn cưa bị cháytrong quá trình nung sẽ để lại những lỗ trống li ti trong cấu trúc bộ lọc gốm.Chúng đủ lớn cho phép nước được lọc qua với tốc độ 3 lít/giờ và đủ nhỏ để giữlại các tạp chất Bên cạnh đó, một phần mùn cưa khi cháy sẽ có tác dụng nhưthan hoạt tính nên khử mùi khá tốt

Việc sử dụng mùn cưa làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ ion KLN có một số

ưu điểm như tốc độ xử lý nhanh, tuy nhiên khi sử dụng phương pháp này, phảichú ý đến khả năng hấp phụ của loại mùn cưa Chúng phụ thuộc vào điều kiệnnhiệt độ Khi nhiệt độ thấp quá trình hấp phụ xảy ra mạnh nhưng nếu quá caothì có thể diễn ra quá trình giải hấp phụ [Meier, Babenzien et al 2004] Ngoài

ra nó còn có nhược điểm là chỉ sử dụng cho việc loại bỏ các ion KLN có hàmlượng thấp và trong quá trình xử lý, đến 1 lúc nào đó dung lượng hấp phụ đạttới bão hoà thi cần phải có một lượng hoá chất như HCl, HNO3 hay EDTA đểgiải hấp phụ Như vậy, cần phải có chi phí bổ sung cho quá trình xử lý và phảitiếp tục xử lý dịch hấp phụ nên các chi phí bổ sung tốn kém [18,20,22]

Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu sử dụngcác hợp chất hữu cơ khác nhau để làm nguồn carbon và chất khử trong quá trình

xử lý nước thải chứa KLN và giàu sulfat Trong phương pháp này, vi sinh vật sẽthúc đẩy quá trình khử sulfat thành sulfur, một mặt loại bỏ sulfat, mặt khácsulfur được tạo thành sẽ kết tủa với ion kim loại nặng thành sulfur kim loại nặnghoặc hydroxyt dưới dạng kết tủa, qua đó kim loại nặng được loại bỏ

Nguồn các hợp chất hữu cơ đã được các tác giả sử dụng làm nguồn chấtkhử để xử lý ô nhiễm KLN trong nước thành công là toluen, Ethanol, acidlactic, glicerol, đường saccaro, [16,19,21,22] Khi sử dụng các hợp chất trênlàm nguồn carbon và chất khử tạo thành sulfur thì các ion KLN được loại bỏtriệt để Tuy nhiên, các hợp chất hữu cơ này tương đối đắt tiền nên chi phí choviệc xử lý cũng tương đối cao Hơn nữa, nó tạo ra nguồn ô nhiễm thứ cấp từviệc sử dụng các hợp chất hữu cơ

2.3 Sử dụng công nghệ đất ngập nước nhân tạo (Constructed wetland) để

xử lý ô nhiễm KLN.

Các vùng đất ngập nước tự nhiên từ xa xưa đã được sử dụng để làm sạchnước thải nhưng chúng có một số hạn chế trong quá trình vận hành do khó kiểmsoát về chế độ thủy lực và có khả năng ảnh hưởng xấu vì thành phần nước thảiđến môi trường sống của động vật hoang dã và hệ sinh thái trong đó

Công nghệ đất ngập nước nhân tạo (bãi lọc trồng cây) là công nghệ xử lýsinh thái được xây dựng nhằm khắc phục những nhược điểm nhưng vẫn bảo tồnđược những ưu điểm của bãi đất ngập nước tự nhiên [1] Các nghiên cứu trênthế giới đã cho thấy, công nghệ trên rất thích hợp cho xử lý nước thải tại cáckhu vực dân sinh, khu công nghiệp và các làng nghề nơi có quỹ đất rộng Việc

phát triển công nghệ đất ngập nước nhân tạo có ý nghĩa giúp phục hồi các khuvực đất ngập nước bị mất đi do quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa.

Đối với công nghệ này thì việc khảo sát tìm kiếm được các loài thực vật

có khả năng siêu tích lũy các chất ô nhiễm, tạo môi trường và bề mặt cho các visinh vật phát triển là rất quan trọng Ngày nay, danh lục trên 450 loài thực vật

có khả năng hấp thụ cao KLN đã được công bố [9]

Phương pháp dùng lau, sậy xử lý nước thải do Giáo sư Kathe Seidelngười Đức đưa ra từ những năm 60 của thế kỷ 20 Các cánh đồng lau sậy có thể

xử lý được nhiều loại nước thải có chất độc hại khác nhau và nồng độ ô nhiễmlớn Hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp có chứa kim loại thì hiệu quả xử lý

2006, chỉ riêng ở Mỹ và Canada đã có hàng ngàn hệ thống xử lý nước thải(thành phố, công nghiệp, khai thác mỏ ) bằng công nghệ sử dụng TVTS đanghoạt động Hiện tại, đã có rất nhiều bằng phát minh sáng chế về công nghệ sửdụng thực vật để xử lý ô nhiễm KLN

ardea-Torresday và cs đã đăng kí Patent N 5927005 về xử lý đất chứa

chì, đồng, niken và cadimi bằng cây bụi Larrea tridentata Sinh khối tạo ra sẽ

được quản lý bằng cách đốt lấy tro rồi đem chôn hoặc để tuyển khoáng Salt và

cs thì có Patent N 5928406 xử lý đất ô nhiễm crôm bằng các loài cây họ Cải

Cơ chế của quá trình này là chuyển hoá Cr(VI) là loại Crôm độc thành Cr(III)không độc Các loài cây đã làm cho các dạng Cr linh động chuyển thành cácdạng Cr cố định vào trong đất nên sau khi xử lý chỉ việc cày lấp cây vào đất mà

không phải xử lý sinh khối [9] Một loại thực vật nổi trên mặt nước - cây Najas

graminea Del., đã được các nhà khoa học Đài Loan sử dụng hiệu quả để xử lí

Cu, Zn, Pb, Cd và Zn Đây là loại thực vật có khả năng hấp thụ KLN rất mạnh,đặc biệt là đối với chì, dễ nuôi trồng và dễ thu hoạch [20] Một loại thực vật

thuỷ sinh khác – Rau muống (Ipomoea aquatica Forsk) có khả năng tích luỹ

mạnh Cu, Ni, Cr và Zn

3 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

3.1 Tình hình ô nhiễm nước thải mạ điện

Nguồn nước thải của nhiều ngành công nghiệp mạ điện (CNMĐ), các khukhai thác mỏ và các làng nghề cơ kim khí có chứa hàm lượng KLN, sulfat,nitrate, amoni …rất cao Đặc biệt, các làng nghề cơ kim khí là một trong nhữngloại làng nghề phát triển rất mạnh trong những năm gần đây Nhiều hoạt động

Chất thải hữu cơ, hơi dung môi

Sấy khô, kiểm tra sản

Bụi kim loại

Nước thải chứa Ni

đã gây ra một loạt các tác động nghiêm trọng đến môi trường Cả nước cókhoảng 1450 làng nghề thì 100% các làng nghề được điều tra đều gây ô nhiễmmôi trường Các làng nghề sử dụng lượng lớn hoá chất và thải ra môi trườngkhối lượng nước thải không nhỏ có độ độc hại cao, chứa nhiều kim loại nặngnhư: Fe, Cr, Ni, Zn, CN Cụ thể, mỗi ngày làng nghề Phùng Xá, Thạch Thất, Hà

hàm lượng Cr, Ni, Pb, Cd, COD, sulfat, nitrate, amoni vượt tiêu chuẩn cho phép(TCCP) nhiều lần [5] Ngành CNMĐ tuy có khối lượng nước thải không nhiềunhưng lại chứa các hoá chất độc hại như axít, xút và các kim loại nặng như Cr,

Ni Tại Hà Nội, hiện có hàng chục công ty, nhà máy có cơ sở mạ điện với lượngnước thải từ vài chục đến vài trăm m3/ ngày Môi trường nước bị ô nhiễm do cáchoạt động khai khoáng và tuyển quặng đã được nhiều nhà khoa học trong nướcquan tâm nghiên cứu (Nguyễn Văn Bình và cs., Đặng Đình Kim và cs., ) Cáctác giả đã xác định hàm lượng của các kim loại nặng như As, Pb, Bi, Sn, Cu,

Cd, Fe, W trong khu vực mỏ thiếc đang khai thác tại Sơn Dương, Tuyên Quang

và nhiều mỏ thuộc tỉnh Thái Nguyên vượt TCCP Hiện nay, giải quyết vấn đề ônhiễm trên còn gặp rất nhiều khó khăn

22

Sấy khô, kiểm tra sản phẩm, đóng gói

Nước thải chứa axít

N íc th¶i chøa axit

Nước thải chứa Cr Nước thải chứa Zn

Làm sạch, tẩy gỉ bằng

Mạ Crôm

Hình 1.3 Sơ đồ một số công đoạn trong công nghệ mạ điện

3.2 Sử dụng mùn cưa để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải

Ở Việt Nam, việc sử dụng vật liệu từ các phụ phẩm nông nghiệp để hấp phụcác KLN ứng dụng trong xử lý môi trường còn rất ít được quan tâm nghiên cứu.PGS.TS Phan Thị Bình và cs đã tổng hợp và nghiên cứu vật liệu compositpolyanilin từ vỏ đỗ để ứng dụng hấp phụ ion Cu(II) trong nước, polyanilin từmùn cưa có kích thước nano để hấp phụ Cr6+[2,3]

PGS TS Nguyễn Văn Nội và cs đã nghiên cứu sử dụng mùn cưa biến tính

để xử lý nước bị ô nhiễm dầu [7] Trong hội thi sáng tạo KH&KT dành cho họcsinh phổ thông năm 2013, đề tài của học sinh Trường THPT Chu Văn An (HàNội) vừa xuất sắc giành giải nhất toàn cuộc hôm 31-3, là dự án nghiên cứu côngnghệ xử lí nước thải phòng thí nghiệm bằng đá vôi và mùn cưa [25] Tuy nhiên,những kết quả nghiên cứu về mùn cưa tại nước ta chỉ là những nghiên cứu banđầu mang tính chất thăm dò Do vậy, đây thực sự là một vấn đề mới, nhiều tiềmnăng để nghiên cứu và khám phá

Theo cách tiếp cận sử dụng vi khuẩn khử sunfat để xử lý, một số tác giảtrong nước đã có những thành công nhất định khi xử lý ô nhiễm KLN Lại ThúyHiền và cs (2003) đã ứng dụng thành công phương pháp dòng chảy ngược kịkhí (UASB) để xử lý hỗn hợp KLN (Cr, Ni, Fe, Zn, Cu, Mn) trong nước thảilàng nghề cơ khí Vân Chàng, Nam Định bằng vi khuẩn KSF nội tại Kết quảcho thấy, hiệu quả xử lý kim loại nặng lên tới 97 - 99 % sau 1 tháng thí nghiệm.Nước thải sau xử lý đạ ̣t tiêu chuẩn Việt Nam cho nước thải công nghiệp loại B

(TCVN 5945_1995) Phạm Hương Sơn và cs (2003) đó xử lý nước thải nhântạo có bổ sung 10 ppm Cu và 10 ppm As bằng công nghệ khử sulfate Sau 40ngày thí nghiệm 96-99% Cu và As đó được loại bỏ.

 Tình hình sử dụng công nghệ đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải mạ điện

Kết quả nghiên cứu trong nhiều năm cho thấy, ở Việt Nam một số loài thựcvật có thể đóng vai trò tích cực trong xử lý ô nhiễm KLN đã được biết đến Tuynhiên, phương pháp xử lý nước thải bằng các bãi lọc ngầm trồng cây còn khámới mẻ, bước đầu đang được một số trung tâm công nghệ môi trường và trườngđại học áp dụng thử nghiệm

Một số tác giả trong nước đã chứng minh được vai trò quan trọng của một sốthực vật thuỷ sinh trong việc tích luỹ vào cơ thể của chúng các kim loại nặngkhác nhau Chẳng hạn cây bèo Tây có khả năng hấp thụ Pb, Cr, Ni, Zn và Fe

trong nước thải công nghiệp [10], cây cải soong có thể xử lý được Cr và Ni từ

nước thải mạ điện Trong khi Rong đuôi chó và bèo Tấm lại có khả năng giảmthiểu được Fe, Cu, Pb và Zn có trong hồ Bẩy Mẫu, Hà Nội [4,8]

Các cán bộ nghiên cứu của Viện Công nghệ môi trường đã và đang có nhữngnghiên cứu hệ thống một số loài thực vật thuỷ sinh như bèo tây, bèo cái, raumuống, bèo tấm, ngổ, sậy, để đánh giá đặc điểm sinh học, tính chống chịu vàkhả năng loại bỏ N- NH4+, N-NO3-, Phốtpho, COD cũng như kim loại nặng (Cr,

Ni, Pb) từ nước thải công nghiệp mạ điện và nước thải chế biến thuỷ sản Kếtquả bước đầu cho thấy, các loài thực vật này có độ tăng trưởng cao, khả năngchống chịu tương đối tốt và tham gia tích cực vào việc giảm thiểu ô nhiễm môitrường [9,10] Một nhóm tác giả khác đã nghiên cứu thử nghiệm loại bỏ Cu, As,

Pb từ nước thải của khu vực mỏ tuyển thiếc tại Thái Nguyên bằng các loại câynhư bèo tây, bèo cái, sậy, ngổ, bèo hoa dâu, rau muống Kết quả bước đầu chothấy bèo tây có khả năng loại bỏ Cu, As, Pb hiệu quả nhất Lê Văn Cát và cs.,

2008 [4] nghiên cứu khả năng loại bỏ đồng thời amoni và asen từ nước ô nhiễm

bằng cây cỏ trồng thuỷ canh (Typha canna và cỏ Voi Elephant ) Tác giả cho

rằng có thể sử dụng kỹ thuật này ở quy mô gia đình để lọc nước ngầm nhiễmamoni và asen PGS.TS Nguyễn Việt Anh [1], chủ nhiệm đề tài hợp tác nghiêncứu giữa Trường Đại học Tổng hợp Lin Koeping (Thuỵ Điển) và Trung tâm Kỹthuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp về “Xử lý nước thải sinh hoạt bằng

bãi lọc trồng cây” cho biết nhóm nghiên cứu của ông đã tiến hành thử nghiệmthành công bãi lọc ngầm trồng cây có dòng chảy thẳng đứng sử dụng các vậtliệu sỏi, gạch để xử lý nước thải sau bể tự hoại với các loài cây như cỏ nến

(Typha angustifolia), sậy (Phragmites karka), thuỷ trúc (Cyperus alternifolius)

pH 7.5 và kẽm là 10.2 Ở ngoài giá trị đó, hàm lượng hoà tan tăng lên

Khi xử lý kim loại, cần thiết xử lý sơ bộ để khử đi các chất cản trở quátrình kết tủa Thí dụ như cyanide và ammonia hình thành các phức với nhiềukim loại làm giảm hiệu quả quá trình kết tủa Cyanide có thể xử lý bằngchlorine hoá-kiềm, ammonia có thể khử bằng phương pháp chlorine hoá điểmuốn (breakthrough point), tách khí (air stripping) hoặc các phương pháp kháctrước giai đoạn khử kim loại

Trong xử lý nước thải công nghiệp, kim loại nặng có thể loại bỏ bằng quátrình kết tủa hydroxit với chất kiềm hóa, hoặc dạng sulfide hay carbonat

Một số kim loại như arsenic hoặc cadmium ở nồng độ thấp có thể xử lýhiệu quả khi cùng kết tủa với phèn nhôm hoặc sắt Khi chất lượng đầu ra đòi hỏicao, có thể áp dụng quá trình lọc để loại bỏ các cặn lơ lửng khó lắng trong quátrình kết tủa

Đối với Crôm VI (Cr6+), cần thiết tiến hành khử Cr6+ thành Cr3+ và sau đó kết tủa với vôi hoặc xút Hoá chất khử thông thường cho xử lý nước thải chứa Crôm là ferrous sulphate (FeSO4), sodium-meta-bisulfit, hoặc sulfur dioxit Ferrous sulphate (FeSO4), sodium-meta-bisulfit có thể ở dạng rắn hoặc dung dịch SO2 ở dạng khí nén trong các bình chịu áp Quá trình khử hiệu quả trong

môi trường pH thấp Vì vậy các hoá chất khử sử dụng thường là các chất mang tính axit mạnh Trong quá trình khử, Fe2+ sẽ chuyển thành Fe3+ Nếu sử dụng meta-bisulfit hoặc sulfur dioxit, ion SO32- chuyển thành SO42-.

Phản ứng tổng quát như sau:

Cr6+ + Fe2+ + H+  Cr3+ + Fe3+

Cr6+ + Na2S2O3 (hoặc SO2) + H+  Cr3+ + SO4

2-Cr3+ + 3OH-  Cr(OH)3 Trong phản ứng oxy hoá khử, ion Fe2+ phản ứng với Cr6+, khử Cr6+ thành

Cr3+ và oxy hoá Fe2+ thành Fe3+ Phản ứng xảy ra nhanh hơn ở pH nhỏ hơn 3

cho chất kiềm hoá vào Để thu được phản ứng hoàn toàn, cần thiết phải thêmlượng FeSO4 dư, khoảng 2.5 lần so với hàm lượng tính toán trên lí thuyết

nước thải nguyên thuỷ, pH của phản ứng khử và loại hoá chất sử dụng

Xử lý từng mẻ (batch treatment) ứng dụng có hiệu quả kinh tế, khi nhà

mẻ cần dùng hai loại bể có dung tích tương đương lượng nước thải trong mộtngày Qngày Một bể dùng xử lý, một bể làm đầy

bể lớn Xử lý dòng chảy liên tục đòi hỏi bể axit và khử, sau đó qua bể trộn chấtkiềm hoá và bể lắng Thời gian lưu nước trong bể khử phụ thuộc vào pH,thường lấy tối thiểu 4 lần so với thời gian phản ứng lý thuyết Thời gian tạobông thường lấy khoảng 20 phút và tải trọng bể lắng không nên lấy ≥20m3/ngày

Trong trường hợp nước rửa có hàm lượng crôm thay đổi đáng kể, cầnthiết có bể điều hoà trước bể khử để giảm thiểu dao động cho hệ thống châmhoá chất [3, 8]

Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp này thường được ứng dụng cho xử lý nước thải xi mạ đểthu hồi Crôm Để thu hồi axit crômic trong các bể xi mạ, cho dung dịch thải axitcrômic qua cột trao đổi ion resin cation (RHmạnh) để khử các ion kim loại (Fe,

Cr3+

, Al,…) Dung dịch sau khi qua cột resin cation có thể quay trở lại bể xi mạ

m3), vì vậy để có thể trao đổi hiệu quả, nên pha loãng nước thải axit crômic vàsau đó bổ sung axit crômic cho dung dịch thu hồi

Đối với nước thải rửa, đầu tiên cho qua cột resin cation axit mạnh để khửcác kim loại Dòng ra tiếp tục qua cột resin anion kiềm mạnh để thu hồi crômat

và thu nước khử khoáng Cột trao đổi anion hoàn nguyên với NaOH Dung dịch

chảy qua cột trao đổi cation để thu hồi H2CrO4 về bể xi mạ Axit crômic thu hồi

từ dung dịch đã hoàn nguyên có hàm lượng trung bình từ 4-6% Lượng dungdịch thu được từ giai đoạn hoàn nguyên cột resin cation cần phải trung hoà bằngcác chất kiềm hoá, các kim loại trong dung dịch kết tủa và lắng lại ở bể lắngtrước khi xả ra cống [1, 3, 4]

 Phương pháp điện hóa

Dựa trên cơ sở của quá trình oxy hoá khử để tách kim loại trên các điệncực nhúng trong nước thải chứa kim loại nặng khi cho dòng điện một chiềuchạy qua Phương pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước màkhông cần cho thêm hoá chất, tuy nhiên thích hợp cho nước thải có nồng độ kimloại cao (> 1g/l) [1]

 Phương pháp sinh học

Xử lý nước thải chứa kim loại nặng bằng biện pháp sinh học dựa trênnguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng kim loại như làthành phần vi lượng trong quá trình phát triển sinh khối

Theo nghiên cứu, hiện nay người ta đã tìm được rất nhiều loài thực vật và

vi sinh vật có khả năng tích lũy kim loại nặng Đáng chú ý có một số vi sinh vật

có thể tích lũy kim loại nặng từ hàng chục đến hàng trăm lần so với hàm lượng

có trong môi trường Chẳng hạn nhưu Pseudomonas fluorosen sinh trưởng trong

lượng khô Vi khuẩn Bacillus có khả năng hấp thụ 178 mg Cr/g sinh khối khô

Bảng 1.1 Khử kim loại nặng trong bể với bùn hoạt tính.

Kĩ thuật hấp phụ sinh học cũng thường được sử dụng Các vật liệu sinhhọc có nguồn gốc từ sinh khối tảo, nấm, vi khuẩn được sử dụng để hấp phụthu hồi kim loại nặng Chẳng hạn như đối với tảo, người ta thấy rằng sự hấp thusinh học các ion kim loại nặng nhờ tảo tốt hơn so với sự kết tủa hoá học ở khảnăng thích nghi với sự thay đổi pH và nồng độ kim loại nặng; tốt hơn phươngpháp trao đổi ion và thẩm thấu ngược ở khả năng nhạy cảm với sự hiện diện củachất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ và sự hiện diện của các kim loại khác Tuynhiên, để thuận tiện cho quá trình xử lý và thu gom KLN, sinh khối tảo thườngđược cố định với chất mang(silicagel, polyacryamide, polyvinyl ) Đã cónhiều nghiên cứu thông báo về khả năng cố định tế bào vi tảo lên các chất mangkhác nhau Có nghiên cứu cho thấy khi cố định tế bào tảo Chlorella vulgaris lênchất mang alginate, phức hợp này có khả năng hấp thu Cu nhanh chóng(với hơn90% ion Cu trong dung dịch được hấp thụ trong vòng 3 giờ) Hay sử dụng chế

phẩm AlgaSORB(cũng là từ sinh khối tảo Chlorella vulgaris) có khả năng xử lýnước thải chứa KLN có nồng độ từ 1  100mg/l với năng suất xử lý tới 380 lít/phút [2]

Thực vật thuỷ sinh cũng có khả năng tích lũy kim loại nặng Chúng có thểhút, giữ, hấp thụ kim loại nặng qua từng phần hoặc toàn bộ cơ thể như thân, rễ,của chúng lá ưu điểm của thực vật thuỷ sinh là tốc độ tăng sinh khối nhanh, bộ

rễ phát triển mạnh và được coi như là bộ lọc các chất vô vơ và hữu cơ rất tốt

lượng ôxy hòa tan trong môi trường nước thải cần thiết cho qua trình nitrát hoá

thường được chuyển vào thực vật thuỷ sinh từ các lông rễ đến hệ thống mạch rễ

và từ đó tới các cơ quan của cây Quá trình trao đổi hấp thụ xảy ra với tốc độlớn trong giai đoạn rễ sinh trưởng và phát triển mạnh

Có rất nhiều loài thực vật thuỷ sinh có khả năng tích luỹ kim loại nặngnhư bèo tây, bèo cái, rong đuôi chó, lau sậy Với mỗi loại thực vật và kim loạikhác nhau thì khả năng tích lũy cũng khác nhau trong các bộ phận của cây Ví

dụ cà chua hấp thụ và tích lũy Pb, Cd, As, Zn chủ yếu ở trong rễ và một phầntrong quả Trong khi đó rễ cây cải củ tích lũy các kim loại này ít hơn trong lá

Bằng thực nghiệm, một số tác giả đã chứng minh vai trò quan trọng củathực vật thuỷ sinh trong việc tích lũy vào cơ thể của chúng các KLN khác nhau.Chẳng hạn cây Bèo lục bình có khả năng hấp thụ Pb, Cr, Ni, Fe, Zn trong môitrường nước thải mạ điên Trong khi cây Rong đuôi chó và Bèo tấm lại có khảnăng giảm thiểu được Fe, Cu, Pb và Zn trong nước hồ Bảy Mẫu Một loại thực

vật nổi trên mặt nước – cây Najas graminea Del., đã được các nhà khoa học Đài

Loan sử dụng để xử lý Cu, Zn, Pb, Cd Đây là loại thực vật có khả năng hấp thụKLN mạnh, đặc biệt là với Pb, dễ nuôi trồng và thu hoạch Một loài thủy sinh

vật khác là Rau Muống(Ipomea aquatica Firsk), có khả năng tích lũy Cu, Ni, Cr

và Zn Qua hệ thống rễ, rau muống có năng tích lũy 0,552mg Cu; 0,213 mg Ni;

0,090mg Cr và 0,009mg Zn trên 1 gam sinh khối khô trong vòng 48 giờ ở nồng

độ kim loại là 5mg/l [11]

Phương pháp sinh học được coi là phương pháp kinh tế, thân thiện vớimôi trường, thích hợp cho việc xử lý ở những nơi có hàm lượng kim loại nặngthấp và thường là công đoạn sau cùng của quá trình xử lý nước thải Đặc điểmcủa phương pháp này là nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn60mg/l và phải bổ xung đủ chất dinh dưỡng N, P, các nguyên tố vi lượng cầnthiết cho sự phát triển của các tác nhân sinh học Sử dụng phương pháp sinh họcđòi hỏi thời gian nhiều hơn các phương pháp khác vì cần thời gian lưu dài Sảnphẩm của quá trình xử lý là sản phẩm phân hủy của các tác nhân ô nhiễm, sinhkhối và nước sau khi xử lý

Một ưu điểm lớn của hấp phụ so với các phương pháp khác là có thể sử dụngcác vật liệu tự nhiên để xử lý môi trường như các khoáng, vật liệu trấu, mùn cưahoặc tận dụng chất thải của ngành khác như tro bay, xỉ than, bùn thải Hơn nữacác vật liệu hấp phụ có thể hoàn nguyên, tái sử dụng Hấp phụ kim loại nặngbằng các vật liệu tự nhiên được đánh giá là phương pháp có hiệu suất cao, giáthành rẻ [1]

5 Khái quát về mùn cưa trong xử lý nước thải mạ điện chứa kim loại nặng 5.1 Quá trình thủy phân mùn cưa

Mùn cưa là chất thải có thành phần chính là xenlulo, nó khó có thể sửdụng trực tiếp để khử sunfat thành sunfur hay nitrat thành nitơ Nhưng thôngqua quá trình thủy phân xenlulo bằng vi sinh vật thành glucozo, rồi tiếp tục

chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ có mạch cacbon ngắn như rượu etylic,methanol, axit axetic…Minh họa nhận định trên theo phương trình phản ứngsau [12,14]:

học Brazil minh chứng trong mô hình dòng chảy ngược kị khí (UASB) [21,24]

5.2 Tình hình sử dụng các hợp chất hữu cơ khác nhau để làm nguồn Carbon và chất khử trong xử lý nước thải chứa KLN và giàu sunfat.

Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu sử dụngcác hợp chất hữu cơ khác nhau để làm nguồn carbon và chất khử trong quá trình

xử lý nước thải chứa KLN và giàu sulfat Trong phương pháp này, vi sinh vật sẽthúc đẩy quá trình khử sulfat thành sulfur, một mặt loại bỏ sulfat, mặt khácsulfur được tạo thành sẽ kết tủa với ion kim loại nặng thành sulfur kim loại nặnghoặc hydroxyt dưới dạng kết tủa, qua đó kim loại nặng được loại bỏ

Nguồn các hợp chất hữu cơ đã được các tác giả sử dụng làm nguồn chấtkhử để xử lý ô nhiễm KLN trong nước thành công là toluen, Ethanol, acid

lactic, glicerol, đường saccaro, [16,19,21,22] Khi sử dụng các hợp chất trênlàm nguồn carbon và chất khử tạo thành sulfur thì các ion KLN được loại bỏtriệt để Tuy nhiên, các hợp chất hữu cơ này tương đối đắt tiền nên chi phí choviệc xử lý cũng tương đối cao Hơn nữa, nó tạo ra nguồn ô nhiễm thứ cấp từviệc sử dụng các hợp chất hữu cơ

5.3 Sử dụng mùn cưa như chất hấp phụ sinh học để xử lý ô nhiễm KLN trong nước ô nhiễm kim loại nặng và sunfat

Trong khuôn khổ của đề tài này, mùn cưa dùng trong hệ thống xử lý KLN

có một số vai trò :

chính là một nguồn cacbon hữu cơ để các vi sinh vật khử sunfat tiếp nhận dễdàng, thúc đẩy quá trình khử sunfat thành sunfua; khi ion sunfua được hìnhthành sẽ loại bỏ các ion KLN bằng cách kết tủa chúng Chúng ta có thể tạo rađược nguồn carbon mạch ngắn như glucozo, rượu etylic, acid acetic,… tại chỗ

từ nguồn vật liệu rẻ tiền (mùn cưa) thông qua quá trình thủy phân bằng vi sinhvật

chất kết tủa, KLN và các chất rắn lơ lửng để làm sạch nước

chất hữu cơ còn dư, VSV gây bệnh, sẽ được xử lý qua hệ thống đất ngập nướcnhân tạo Phương pháp này khắc phục được các vấn đề mà các công trìnhnghiên cứu trước đây không giải quyết được là xử lý được cả các anion cũngnhư các ion KLN Trong quá trình này, nguồn cacbon được cung cấp phong phú

và dồi dào nên hiệu quả xử lý KLN sẽ cao

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu nghiên cứu

2.1.1 Mùn cưa

Lựa chọn mùn cưa từ các xưởng sản xuất đồ gỗ, có hàm lượng lignin thấp vàkhông chứa các chất ức chế vi sinh vật Các loại mùn cưa được sử dụng trong thí nghiệm là gỗ sồi Nga và Mỹ

Thành phần hóa học của mùn cưa là lignin: 15 - 20%; Hemicellulose: 17 –

35 %; Cellulose: 40 - 50% Mùn cưa được nghiền nát, sàng qua lưới có kích cỡ

lỗ 1 mm

Hình 2.1 Mùn Cưa sau khi đã nghiền và sàng

2.1.2 Thực vật thủy sinh: Sậy, Cỏ Vetiver