chế tạo vật liệu hấp phụ từ phế phụ phẩm nông nghiệp để xử lý chất hữu cơ trong nước thải làng nghề chế biến nông sản xã dương liễu – huyện hoài đức – thành phố hà nội

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ LIÊN CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP ĐỂ XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN NÔNG SẢN XÃ DƯƠNG LIỄU – HUYỆN HOÀI ĐỨC – THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Mã số: Người hướng dẫn khoa học: Khoa học môi trường 60 44 03 01 TS Nguyễn Thị Hồng Hạnh NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực, khách quan chưa dùng để bảo vệ lấy học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cám ơn, thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Liên i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn, tơi nhận hướng dẫn, bảo tận tình thầy cô giáo, giúp đỡ, động viên bạn bè, đồng nghiệp gia đình Nhân dịp hồn thành luận văn, cho phép tơi bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc TS.Nguyễn Thị Hồng Hạnh tận tình hướng dẫn, dành nhiều cơng sức, thời gian tạo điều kiện cho suốt q trình học tập thực đề tài Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ mơn Hóa, Khoa Môi trường- Học viện Nông nghiệp Việt Nam tận tình giúp đỡ tơi q trình học tập, thực đề tài hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán viên chức Bộ mơn Hóa xã Dương Liễu giúp đỡ tạo điều kiện cho suốt trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi mặt, động viên khuyến khích tơi hồn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Liên ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình ix Trích yếu luận văn x Trích yếu luận văn x Thesis abstract xi Phần Mở đầu 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tıêu nghıên cứu 1.2 1.4 1.5 Gıả thuyết khoa học Phạm vı nghıên cứu Những đóng góp mớı, ý nghĩa khoa học thực tıễn Phần Tổng quan tài liệu 2.1 Tổng quan phế phụ phẩm nông nghiệp 2.1.1 Định nghĩa phế phẩm nông nghiệp trồng trọt 2.1.2 Phân loại phế phẩm nông nghiệp 2.1.3 Tình hình phát sinh phế phụ phẩm nông nghiệp Việt Nam 2.1.4 Thành phần tính chất phế phụ phẩm nông nghiệp 2.2 Tổng quan vỏ trấu 2.2.1 Lượng vỏ trấu phát sinh 2.2.2 Thành phần chủ yếu vỏ trấu 2.2.3 Một số ứng dụng vỏ trấu 10 2.3 Tổng quan bã mía 13 2.3.1 Nguồn gốc 13 2.3.2 Tình hình trữ lượng 13 2.3.3 Thành phần bã mía 14 iii 2.3.4 Một số ứng dụng bã mía 15 2.4 Hiện trạng môi trường nước làng nghề chế biến nông sản 18 2.6 Xử lý nước thải phương pháp hấp phụ 21 2.5 Các công nghệ xử lý nước thải chế biến nông sản 19 2.6.1 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 21 2.6.2 Cơ chế tượng hấp phụ 23 2.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình hấp phụ 24 Phần Vật liệu phương pháp nghiên cứu 26 3.1 Địa điểm nghiên cứu 26 3.3 Đốı tượng/vật lıệu nghıên cứu 26 3.2 3.4 3.5 Thờı gıan nghıên cứu 26 Nộı dung nghıên cứu 26 Phương pháp nghiên cứu 26 3.5.1 Phương pháp thu thập tài liệu 26 3.5.2 Phương pháp thực nghiệm 27 3.5.3 Một số phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc vật liệu 31 3.5.4 Phương pháp lấy mẫu phân tích mẫu 33 3.5.5 Phương pháp tính tốn kết xử lý số liệu 33 Phần Kết thảo luận 35 4.1 Kết chế tạo vật lıệu hấp phụ 35 4.1.1 Khối lượng VL tạo thành 35 4.1.2 Kết phân tích thành phần nguyên tố sản phẩm 37 4.1.3 Kết ảnh chụp SEM vật liệu 41 4.1.4 Giản đồ nhiễu xạ XRD vật liệu 43 4.2 Kết khảo sát khả hấp phụ vật lıệu vớı mẫu nước chứa chất hữu phịng thí nghıệm 45 4.2.1 Kết khảo sát khả hấp phụ vật liệu dung dịch CH3COOH 45 4.2.2 Kết khảo sát khả hấp phụ vật liệu dung dịch xanh methylen 53 4.2.3 Đánh giá khả hấp phụ vật liệu với mẫu nước chứa chất hữu phịng thí nghiệm 61 iv 4.3 Thử nghıệm xử lý nước thảı làng nghề cbns xã dương lıễu vật lıệu chế tạo 62 4.3.1 Tìm hiểu trạng sản xuất chế biến nông sản xã Dương Liễu 62 4.3.2 Hiện trạng môi trường nước làng nghề Dương Liễu 63 Phần Kết luận kıến nghị 69 5.1 5.2 Kết luận 69 Kıến nghị 69 Danh mục cơng trình công bố 71 Tàı lıệu tham khảo 72 Phụ lục 75 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt BTNMT Bộ tài nguyên môi trường BC Báo cáo CBNS Chế biến nông sản COD Nhu cầu oxy hóa học CN FAO KSON NNPTNT PPPNN PTCN Cơng nghiệp Tổ chức lương thực giới Kiểm sốt nhiễm Nông nghiệp phát triển nông thôn Phế phụ phẩm nông nghiệp Phát triển công nghiệp q Dung lượng hấp phụ UBND Ủy ban nhân dân Qmax VL VLHP Dung lượng hấp phụ cực đại Vật liệu Vật liệu hấp phụ vi DANH MỤC BẢNG 2.1 Thành phần hoá học số phế phụ phẩm nông nghiệp 2.3 Thành phần hóa học tro đốt từ trấu 2.2 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 Đặc trưng thành phần hoá học nguyên liệu trấu Kết xác định thành phần nguyên tố vỏ trấu Tình hình sản xuất mía đường trữ lượng mía đường giới từ 2007 – 2012 14 Thành phần hoá học bã mía 14 Đặc trưng nước thải số làng nghề chế biến nông sản 19 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ 21 Số liệu xây dựng đường chuẩn dung dịch xanh methylen 30 Vị trí lẫy mẫu nước thải làng nghề xã Dương Liễu 33 Các tiêu phương pháp phân tích nước thải 33 Khối lượng VL chế tạo từ vỏ trấu 35 Khối lượng VL chế tạo từ bã mía 36 Kết phân tích thành phần nguyên tố VL từ vỏ trấu bã mía 39 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ VL dung dịch CH3COOH 45 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu hấp phụ đến khả hấp phụ axit axetic loại vật liệu 48 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch axit axetic đến khả hấp phụ loại VL 50 Giá trị dung lượng hấp phụ cực đại axit axetic loại vật liệu 52 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ dung dịch xanh methylen 54 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu hấp phụ đến khả hấp phụ xanh methylen VL 56 Ảnh hưởng nồng độ xanh methylen ban đầu đến khả hấp phụ VL 1A, 1B, 2A, 3A, 3B, 58 vii 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 Dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu hấp phụ dung dịch Xanh methylen 61 Thống kê sản phẩm chủ yếu năm 2015 63 Lượng nước thải làng nghề Dương Liễu năm 2015 64 Đặc trưng nước thải làng nghề xã Dương Liễu 65 Kết thử nghiệm khả hấp phụ vật liệu biến tính với nước thải làng nghề xã Dương Liễu 66 Dung lượng hấp phụ vật liệu khoảng thời gian từ 30 đến 150 phút 67 viii DANH MỤC HÌNH 2.1 Một số loại bã thải nông nghiệp 2.3 Quy trình xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột xã Tân Hòa, huyện 2.2 2.4 2.5 2.6 3.1 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 Biểu đồ thể sản lượng số loại trồng qua năm Quốc Oai – Thành phố Hà Nội 20 Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ nhà máy Phước Long 20 Đường hấp phụ đẳng nhiệt langmuir 23 Sự phụ thuộc Ccb/q Ccb 23 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ dung dịch xanh methylen 31 Giản đồ phân tích nhiệt DSC mẫu vỏ trấu 35 Giản đồ phân tích EDX 38 Hình ảnh loại vật liệu 42 Giản đồ nhiễu xạ XRD vật liệu 43 Cấu trúc chuỗi xenlulozo 44 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ axit axetic 46 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ axit axetic loại vật liệu hấp phụ 47 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến hiệu suất hấp phụ vật liệu 49 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến dung lượng hấp phụ vật liệu 49 4.10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dung dịch CH3COOH 51 4.11 Sự phụ thuộc Ccb/q Ccb với dụng dịch CH3COOH 51 4.12 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ xanh methylen VL 1A, 1B, 2A, 3A, 3B 55 4.13 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ xanh methylen VL 1A, 1B, 2A, 3A, 3B 55 4.14 Mối quan hệ khối lượng vật liệu hiệu suất hấp phụ VL 1A, VL 1B, VL 2A, VL 3A, VL 3B 57 4.15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dung dịch xanh methylen VL 1A, 1B, 2A, 3A, 3B, 60 4.16 Sự phụ thuộc Ccb/q Ccb với dụng dịch xanh methylen VL 1A, 1B, 2A, 3A, 3B, 60 ix xóm vùng bãi nước thải đổ vào kênh T5 Tuy nhiên, công ty Mặt trời xanh, hệ thống xử lý nước thải xử lý sơ bộ, thường xuyên không hoạt động, không đáp ứng so với lượng nước thải toàn xã Với nhu cầu nước lượng nước thải lớn Dương Liễu, thêm vào đặc trưng làng nghề nay: sản xuất chủ yếu mang tính tự phát, nhỏ lẻ, vốn ít… nên việc đầu tư cơng nghệ cho mơi trường cịn gặp nhiều khó khăn Mặt khác, xã chưa có hệ thống nước thải sinh hoạt sản xuất riêng biệt nên gây khó khăn cho q trình xử lý 4.3.2.4 Tính chất nước thải Đặc trưng nước thải loại hình sản xuất, chế biến nơng sản chủ yếu chất hữu tinh bột, xenlulozo, đất cát … Các chất hữu tồn thời gian nước bị thủy phân phần để tạo thành chất hữu có mạch ngắn đơn giản đường, axit hữu cơ,… Tuy nhiên, đặc trưng làng nghề Dương Liễu chưa có hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt sản xuất riêng biệt, nên hợp chất kể trên, nước thải chứa chất hoạt động bề mặt, phân, nước tiểu gia súc, vi khuẩn gây bệnh… Bảng số liệu 4.14 thể thông số đánh giá hàm lượng chất hữu nước thải số khu vực công đoạn sản xuất chế biến tinh bột làng nghề xã Dương Liễu Bảng 4.14 Đặc trưng nước thải làng nghề xã Dương Liễu Chỉ tiêu M1 M2 M3 M4 M5 M6 pH COD (mg/l) BOD5 (mg/l) 6,46 6000 4020 6,2 8267 5539 4,8 17280 11578 6,3 4800 3216 6,8 4400 2948 5,5 10460 6973 Chú thích: QCVN 40:2011/BTNMT 5,5 – 100 50 Nguồn: Kết phân tích (2016) - M1: Nước thải từ công đoạn rửa - M2: Nước thải từ công đoạn ngâm - M3: Nước thải tách bột đen - M4: Nước thải từ cống thoát gần cầu mương thơn 10 - M5: Nước thải từ cống nước chung thôn 7A 7B - M6: Mẫu hỗn hợp M1, M2, M3 Kết phân tích cho thấy, nước thải có tính axit yếu, pH