CÔNG NGHỆ NANO TRONG xử lý nước THẢI có CHỨA KLN

Theo Bộ Xây dựng, tính đến thời điểm tháng 22011, Việt Nam hiện có 256 khu công nghiệp và 20 khu kinh tế đã được thành lập. Bên cạnh việc phát triển kinh tế, con người đã quan tâm hơn tới vấn đề bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, hoạt động này chỉ dừng lại ở một mức độ nhất định, đặc biệt vấn đề xử lý chất thải ở các khu công nghiệp. Nguyên nhân chủ yếu là do lượng khu công nghiệp lớn và thường xuyên xả chất thải không qua xử lý hoặc xử lý chưa triệt để ra môi trường. Lượng chất thải này bao gồm nhiều thành phần như vô cơ, hữu cơ và đặc biệt là kim loại nặng. Một phần kim loại nặng này nằm trong nước thải, chúng xâm nhập và gây ô nhiễm môi trường nước. Phần còn lại tích lũy trong đất, đi vào chuỗi thức ăn và gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người và sinh vật sống.

CƠNG NGHỆ NANO TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CĨ CHỨA KLN I MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Theo Bộ Xây dựng, tính đến thời điểm tháng 2/2011, Việt Nam có 256 khu cơng nghiệp 20 khu kinh tế thành lập Bên cạnh việc phát triển kinh tế, người quan tâm tới vấn đề bảo vệ môi trường Tuy nhiên, hoạt động dừng lại mức độ định, đặc biệt vấn đề xử lý chất thải khu công nghiệp Nguyên nhân chủ yếu lượng khu công nghiệp lớn thường xuyên xả chất thải không qua xử lý xử lý chưa triệt để môi trường Lượng chất thải bao gồm nhiều thành phần vô cơ, hữu đặc biệt kim loại nặng Một phần kim loại nặng nằm nước thải, chúng xâm nhập gây nhiễm mơi trường nước Phần lại tích lũy đất, vào chuỗi thức ăn gây ảnh hưởng tới sức khỏe người sinh vật sống Việt Nam nước chịu ảnh hưởng nghiêm trọng biến đổi khí hậu nước biển dâng Theo tính tốn chun gia nghiên cứu biến đối khí hậu, đến năm 2100, nhiệt độ trung bình Việt Nam tăng lên 30ºC mực nước biển dâng cao 1m Theo đó, khoảng 40 nghìn km2 đồng ven biển Việt Nam bị ngập Nước biển dâng cao làm cho nhiều vùng đồng nước trở thành vùng nước lợ, hàng triệu người có nguy bị chỗ ở, từ làm gia tăng sức ép lên phát triển vùng lân cận, làm thay đổi chế độ thủy văn dòng chảy gây áp lực đến 90% diện tích ngập nước Vì vậy, tiết kiệm nguồn nước vấn đề cần thiết đặt vào thời điểm Được nghiên cứu lần giới vào năm 1959 nhà vật lý học người Mỹ Richard Feynman, song bắt đầu thu thành vòng thập kỷ trở lại đây, cơng nghệ nano tạo cách mạng khoa học nhân loại Với nhiều triển vọng ứng dụng, hạt phân tử nano với kích thước bé nhỏ 1nm=10-9m mở đường cho xu hướng phát triển tương lai Công nghệ nano hứa hẹn mang lại cho y học bước tiến vượt bậc Đó đời rơbốt siêu nhỏ sâu vào thể, đến tế bào để hàn gắn, chữa bệnh cho mơ xương bị gãy chí tiêu diệt virut gây bệnh thể Công nghệ nano ứng dụng điều trị ung thư xét nghiệm chuẩn đoán bệnh Các nhà khoa học Mỹ đưa ý tưởng việc ứng dụng công nghệ nano làm thay đổi vật liệu cách tác động vào nồng độ nguyên tử chúng Cách làm giúp nhà khoa học tạo pin mặt trời với hiệu khai thác lượng lớn gấp lần so với loại pin mặt trời truyền thống làm từ silicon Ngồi cơng nghệ nano ứng dụng làm môi trường Một ứng dụng cơng nghệ nano dùng để chế tạo thiết bị, chẳng hạn lưới lọc nước nano với cấu tạo đủ rộng phân tử nước qua, song đủ hẹp để ngăn chặn phân tử chất bẩn gây ô nhiễm Đặc biệt, cơng nghệ đánh giá (ít gây ô nhiễm) hiệu công nghệ Trên sở đó, nhóm chúng em tiến nghiên cứu đề tài “công nghệ nano xử lý nước thải có chứa kim loại nặng” Các khái niệm Công nghệ nano ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống việc điều khiển hình dáng, kích thước quy mô nanomet (1 nm = 10−9 m) Đối tượng Công nghệ Nano vật liệu nano Vật liệu nano vật liệu chiều có kích thước nanomet, chia thành trạng thái rắn, lỏng khí Kim loại nặng kim loại có khối lượng riêng lớn 5g/cm So với mơi trường đất khơng khí nước mơi trường có khả phát tán KLN xa rộng Nguồn nước có chứa KLN đưa tưới khiến trồng bị nhiễm KLN, đất trồng bị ô nhiễm KLN Do đó, KLN mơi trường nước vào thể người thong qua đường ăn uống II ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC THẢI CÓ CHỨA KLN & HIỆN TRẠNG HIỆN NAY Ảnh hưởng nước thải chứa kim loại nặng Kim loại nặng nước thường tham gia vào q trình sinh hóa mà thường tích lũy thể sinh vật Chúng nguyên tố vi lượng cần thiết vượt giới hạn cho phép nguyên tố độc hại động vật thủy sinh người - Gây cân sinh thái làm suy giảm nhiều quẩn thể sinh vật - Kim loại nặng tương tác làm biến đổi nội bào hình thành nên enzim phân hủy protein, tăng khả tổng hợp protein dị thường - Khả tích tụ kim loại nặng sinh vật sống nước cao, gây nguy cho sức khỏe người tiêu thụ chúng thơng qua chuỗi thức ăn Tình hình nhiễm kim loại nặng Việt Nam QCVN40:2011 BTNMT: quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp KLN Cột A(dành cho mục Cột B(không dùng đích sinh hoạt) cho mục đính mg/l sinh hoạt)mg/l Fe Mn Cu Hg Cd Zn Pb As 0.5 0.005 0.05 0.1 0.05 0.01 0.1 0.5 0.1 - Theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2011, có tới 90% số doanh nghiệp khơng đạt yêu cầu tiêu chuẩn chất lượng dòng xả nước thải xả môi trường 73% số doanh nghiệp xả nước thải khơng đạt tiêu chuẩn, khơng có cơng trình thiết bị xử lý nước thải Có 60% số cơng trình xử lý nước thải hoạt động vận hành không đạt yêu cầu Nước thải thời chưa phân loại - Tình trạng nhiễm nước rõ ràng Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Huế, Nam Định, Hải Dương thành phố, thị xã lớn Hà Nội, chất thải sinh hoạt công nghiệp không xử lý Trong số 82 khu công nghiệp mới, khoảng 20 khu công nghiệp có trạm xử lý nước thải tập trung Đó trạm xử lý nước thải Khu Công nghiệp Bắc Thăng Long, Khu Công nghiệp Nội Bài Hà Nội; Khu Cơng nghiệp Nomura HảiPhòng, Khu Cơng nghiệpViệt Nam Singapo Bình Dương, - Tại TP Đà Nẵng (theo đánh giá trạng môi trường năm 2005) khu vực cửa sông Cu Đê, cửa sông Phú Lộc hàm lượng Hg vượt tiêu chuẩn cho phép 0.08-0.56 lần III QUY TRÌNH XỬ LÍ NƯỚC THẢI BẰNG CƠNG NGHỆ NANO - Bước 1: Lọc thơ Nước thải trước xử lí lọc thơ loại bỏ rác thải Nước thải tách rác nhừ thiết bị lược rác thô đặt hệ thống dẫn nước - Bước 2: Bể điều hòa Nước sau lọc rác chuyển qua bể điều hòa Tại đây, nước thải hòa trộn với vật liệu tổ hợp nano kim loại hóa trị hệ thống bơm định lượng Bể điều hòa cung cấp khí oxy cho q trình phản ứng máy thổi khí chun dụng, tạo xáo trộn nước thải, tránh tượng lắng cặn bể, giảm phát sinh mùi hôi Tại đây, phân từ hữu cơ, vô độc hại phân hủy, điều chỉnh lại độ pH - Bước 3: Bể hòa trộn Giai đoạn xử lý tiếp theo, nước chuyển từ bể điều hòa sang bể hòa trộn Tại diễn giai đoạn: Keo tụ, lắng - Bước 4: Bể sục Tại nước hòa trộn với chlorine để tiêu diệt hồn tồn vi sinh vật gây bệnh sót lại nước - Bước 5: Bể lắng thứ cấp Nước sau qua bể sục đưa sang bể lắng giúp loại bỏ cặn bẩn sót lại Bùn đáy bể ép khô loại bỏ theo quy định Xử lý nước thải bẳng công nghệ Nano hình thức xử lý nước thải đại, hiệu  ví dụ cơng nghệ nano xử lý nước thải chứa KLN: Hệ thống xử lý nước Nhà máy xử lý nước thải khu công nghiệp Thạch Thất - Quốc Oai áp dụng công nghệ sử dụng vật liệu tổ hợp nano kim loại hóa trị vật liệu nano sắt (NZVI) Nước thải từ nhà máy khu công nghiệp tách riêng biệt với nước mưa theo hệ thống thoát nước khu công nghiệp, tập trung khu xử lý nước thải Trước vào bể thu gom, nước thải tách rác thô nhờ thiết bị lược rác thô đặt hệ thống dẫn nước Từ bể thu gom, nước thải bơm lên bể điều hòa, nước thải luân chuyển qua thiết bị lược rác tinh tự động nhằm loại bỏ tồn cặn rắn có kích thước >2.5mm, đồng thời nước thải hòa trộn với vật liệu NZVI hệ thống bơm định lượng Bể điều hòa cung cấp khí oxy cho q trình phản ứng máy thổi khí chun dụng, tạo xáo trộn nước thải tránh tượng lắng cặn bể giảm phát sinh mùi hôi Tại bể điều hòa, vật liệu NZVI phản ứng với phân tử hữu cơ, vô độc hại phân tử bị phân hủy Đồng thời bể điều hòa thực cơng đoạn điều chỉnh độ pH dựa thông số từ thiết bị đầu dò pH online lắp đặt trực tiếp bể Trường hợp độ pH nằm ngồi ngưỡng thơng số cho phép (pH = 7,0 - 7,5), trường hợp số pH lớn 7,5 hệ thống tự động bơm axit (H2SO4) số pH nhỏ 7,0 hệ thống tự động bơm xút (NaOH) vào để trung hòa Sau thời gian xử lý bể điều hòa, nước thải bơm sang bể hòa trộn Tại đây, hoá chất bơm trực định lượng vào bể để tạo phản ứng với 02 giai đoạn khác nhau:  Thực phản ứng keo tụ nhằm liên kết chất lơ lửng nước Để tách hạt rắn cách hiệu phương pháp lắng, cần tăng kích thước chúng nhờ tác động tương hỗ hạt phân tán liên kết thành tập hợp hạt, nhằm làm tăng vận tốc lắng Hóa chất sử dụng trình keo tụ PAC (Poly Aluminium Chloride), loại phèn nhôm hệ tồn dạng cao phân tử (polyme)  Cuối thực phản ứng với hoá chất trợ keo tụ, để tăng cường q trình tạo bơng keo to dễ lắng hơn, tăng tốc độ lắng Quá trình tiến hành cho thêm polyacrylamit (PAA) Sau giai đoạn phản ứng, nước tự chảy sang bể lắng sơ cấp, bể lắng sơ cấp, chất rắn lơ lửng nước loại bỏ phương pháp phối hợp công nghệ lắng đứng lắng ngang Mục đích trình lắng sơ cấp loại bỏ hợp chất lơ lửng, chất lắng nước sau q trình xử lý bể điều hòa Nhờ có hố chất trợ lắng cung cấp bể hòa trộn với lượng thích hợp thơng qua hệ thống bơm định lượng, trình lắng xảy nhanh nhiều so với q trình lắng khơng có hóa chất trợ lắng Phần nước mặt bể lắng sơ cấp thu gom thông qua hệ thống máng cưa sang bể sục hoàn thiện Bùn lắng đáy tự động bơm bể chứa bùn Bể sục hoàn thiện cung cấp oxy cho trình phản ứng máy thổi khí chuyên dụng, đồng thời tạo xáo trộn nước tránh tượng lắng cặn bể này, tạo điều kiện tiếp tục cho q trình oxy hóa xảy triệt để Tại nước hòa trộn với chlorine để tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật gây bệnh sót lại nước Nước từ bể lắng thứ cấp thu gom qua hệ thống máng cưa chảy tràn xuống bể quan trắc, sau nước xả mơi trường qua hệ thống thoát nước Bùn đáy bể lắng sơ cấp bể lắng thứ cấp dẫn sang bể chứa bùn qua hệ thống bơm chuyên dụng Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại A theo QCVN 40:2011/BTNMT Về công tác xử lý bùn cặn rác: Với thời gian lưu thích hợp, bùn đưa đến máy ép bùn băng tải để ép khô Bùn khô sau ép đem chôn lấp theo quy định Nước dư bể chứa bùn máy ép bùn dẫn quay bể gom để tiếp tục trình xử lý IV       LỢI ÍCH MƠI TRƯỜNG VÀ TIỀM NĂNG CỦA CÔNG NGHỆ NANO Vật liệu nano thể đặc tính vật lý hóa học đặc biệt khiến chúng trở nên thú vị với sản phẩm thân thiện với môi trường Các lớp phủ chống ăn mòn chống thấm nước dựa cơng nghệ nano; vật liệu cách nhiệt để nâng cao hiệu suất lượng tòa nhà; thêm hạt nano vào vật liệu để giảm trọng lượng tiết kiệm lượng trình vận chuyển Trong lĩnh vực cơng nghiệp hóa chất, vật liệu nano ứng dụng dựa đặc tính xúc tác đặc biệt chúng để tăng lượng hiệu nguồn tài nguyên, vật liệu nano thay hóa chất có hại cho mơi trường lĩnh vực ứng dụng định Các tiềm đặt sản phẩm tối ưu hóa cơng nghệ nano quy trình sản xuất lưu trữ lượng; giai đoạn phát triển dự kiến đóng góp đáng kể vào việc bảo vệ khí hậu giải vấn đề lượng tương lai Vật liệu nano để làm chất thải phóng xạ nước: Các nhà khoa học nghiên cứu giải pháp xử lý chất thải phóng xạ cho cơng nghệ nano, đặc biệt việc sử dụng sợi nano titanate làm chất hấp phụ để loại bỏ ion phóng xạ khỏi nước Các nhà nghiên cứu khẳng định đặc tính cấu trúc độc đáo ống nano cực tím sợi nano tạo thành nguyên liệu cao cấp để loại bỏ ion phóng xạ cisium iodine phóng xạ nước Ứng dụng xử lý nước: Các lĩnh vực tác động tiềm tàng công nghệ nano ứng dụng xử lý nước chia thành ba loại: xử lý khắc phục hậu quả, phát phát hiện, ngăn ngừa ô nhiễm cải tiến kỹ thuật khử muối lĩnh vực Các thiết bị lọc nước có cơng nghệ nano có khả biến đổi lĩnh vực khử muối, ví dụ cách sử dụng tượng phân cực nồng độ ion Thu giữ carbon dioxide: Trước CO2 lưu giữ, phải tách khỏi khí thải khác phát sinh từ q trình đốt q trình cơng nghiệp Hầu hết phương pháp sử dụng cho loại lọc  V  tốn đòi hỏi sử dụng hóa chất Các kỹ thuật nano để chế tạo màng mỏng cỡ nano dẫn đến cơng nghệ màng thay đổi điều Nghiên cứu quy mơ nano, nhà nghiên cứu màng tinh thể nano thu chất vô không tốn thân thiện với mơi trường kết hợp với phận điện phân giá rẻ có chứa nguyên tố dồi để tạo hệ thống sản xuất hydrogen quang điện quang rẻ tiền ổn định ƯU ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ NANO Hoạt động ổn định điều kiện lưu lượng chất lượng nước thải đầu vào không giống thiết kế có thay đổi đột ngột Có thể hoạt động với 100% công suất thiết kế bắt đầu sử dụng, chờ đợi công nghệ khác  Chi phí đầu tư hợp lý, chi phí xây dựng thấp, diện tích chiếm đất xây dựng nhỏ  Vận hành đơn giản, linh hoạt, dừng hẳn hệ thống khơng có nước, khơng cần xử lý chạy vào thấp điểm để giảm chi phí điện có nước thải Khơng đòi hỏi nhân viên có chun mơn cao cơng tác vận hành khai thác Bình thường cần nhân cơng vận hành/1 ca   Tích hợp thiết bị điều khiển tự động hóa vận hành Có thể theo dõi vận hành đâu  Công nghệ nghiên cứu ứng dụng chuyên gia khoa học nước, nguồn cung cấp nguyên vật liệu khơng phụ thuộc bên ngồi Nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn quốc gia nước thải cơng nghiệp QCVN40:2011/BTNMT cột A đảm bảo tính ổn định suốt trình xử lý Hạn chế tối đa mùi hôi bên vè xung quanh khu vực xử lí: Cơng nghệ sử dụng vật liệu NZVI có khả khử mùi cao Thời gian lưu động nước nhanh: Không thời gian nuôi cấy vi sinh vật Mà phản ứng trực tiếp với chất độc hại tạo thành chất không độc Dễ dàng nâng cấp, sửa chữa, bảo trì thiết bị hệ thống: Các thiết bị hoạt động (bơm, máy thổi khí…) thiết kế với thiết bị dự phòng, bảo đảm cho hệ thống hoạt động liên tục Ngoài ra, máy bơm nước thải loại bơm chìm, có gắn khớp nối nhanh trượt, xích neo nên dễ dàng tháo lắp đưa bơm khỏi bể, thuận tiện cho cơng tác bảo trì sửa chữa thiết bị     VI ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ NANO  Ứng dụng y tế: + Điều trị bệnh ung thư + Hạn chế khối u + Tiêu diệt khối u cấp độ tế bào + Trị nám da tận gốc công nghệ nano + Đưa thuốc điều trị qua phận thể cần thiết với dự án nanorobot  Ứng dụng đồ điện tử: + Bộ vi xử lý + Lớp nano kháng khuẩn + Tăng diện tích bề mặt cực pin,giảm kích thước pin  Ứng dụng may mặc: + Tăng khả diệt khuẩn cho nhiều loại vải + Diệt tế bào vi khuẩn  Thực phẩm từ cơng nghệ nano: + Các ăn thay đổi cách thức, tăng độ dinh dưỡng thức ăn + Tạo vật liệu đựng thức ăn có khả diệt khuẩn  Ứng dụng nơng nghiệp: + Với nano bạc có khả nắng diệt khuẩn vào việc phòng trị bệnh vi khuẩn,vi rút nấm gây trồng vật nuôi VII KẾT LUẬN Các nhà khoa học môi trường giới quan tâm đến tổ hợp nano kim loại hóa trị khơng (NZVI) loại bỏ chất gây nhiễm mơi trường áp dụng nhiều lĩnh vực Trong xử lý chất ô nhiễm môi trường, ứng dụng công nghệ nano xem công nghệ Trong năm vừa qua, việc ứng dụng công nghệ nano cho thấy tiềm lớn để cung cấp giải pháp hiệu khả hấp dẫn để giải số vấn đề mơi trường Những kết đạt được: - Xây dựng lý thuyết hồn chỉnh cơng nghệ nano - Các ứng dụng cụ thể công nghệ nano việc xử lý nước thải bị nhiễm KLN - Khả áp dụng rộng rãi công nghệ xử lý nước thải KLN nước ta Khuyến nghị: - Nhà nước ta cần đầu tư mạnh mẽ vào công nghệ sản xuất - Nhà nước ta cần trọng việc nâng cao trình độ cho tất người nói chung cán kỹ thuật nói riêng nhắm đáp ứng nhu cầu chuyển giao công nghệ để áp dụng vào sản xuất công nghiệp nước ta  ... nước thải đại, hiệu  ví dụ cơng nghệ nano xử lý nước thải chứa KLN: Hệ thống xử lý nước Nhà máy xử lý nước thải khu công nghiệp Thạch Thất - Quốc Oai áp dụng công nghệ sử dụng vật liệu tổ hợp nano. .. công nghệ nano việc xử lý nước thải bị nhiễm KLN - Khả áp dụng rộng rãi công nghệ xử lý nước thải KLN nước ta Khuyến nghị: - Nhà nước ta cần đầu tư mạnh mẽ vào công nghệ sản xuất - Nhà nước. .. nghệ đánh giá (ít gây ô nhiễm) hiệu công nghệ Trên sở đó, nhóm chúng em tiến nghiên cứu đề tài công nghệ nano xử lý nước thải có chứa kim loại nặng” Các khái niệm Công nghệ nano ngành công nghệ