Nghiên cứu xử lý nước thải nhiễm kim loại nặng bằng vật liệu từ tính phủ γ poly glutamic axit (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THỊ SAO MAI NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM KIM LOẠI NẶNG BẰNG VẬT LIỆU TỪ TÍNH PHỦ γ-POLY GLUTAMIC AXIT Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 60.52.03.20 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2015 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Thị Xuân Thùy Phản biện 1: TS Đỗ Văn Mạnh Phản biện 2: TS Nguyễn Đình Huấn Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng 12 năm 2015 Có thể tìm hiểu luận văn tại: − Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cùng với trình tăng trƣởng kinh tế phát triển xã hội, khu công nghiệp không ngừng đƣợc xây mở rộng, chất thải công nghiệp ngày gia tăng khối lƣợng, đa dạng chủng loại Trong đó, nƣớc thải chiếm lƣợng lớn đƣợc sử dụng giai đoạn trình sản xuất khác nhƣ làm nguội, làm dung mơi, làm ngun liệu đầu vào, vệ sinh máy móc [5] Hầu hết nƣớc thải công nghiệp chứa hàm lƣợng cao chất tan, không tan, vô cơ, hữu cơ, mang tính axit kiềm[5], độc hại cho mơi trƣờng loài sinh vật Trong số ngành sản xuất cơng nghiệp đặc thù nhƣ khai khống, tinh chế quặng, sản xuất kim loại hay ngành công nghiệp khác nhƣ xi mạ, dệt nhuộm, luyện kim thành phần nƣớc thải có chứa kim loại nặng nhƣ niken (Ni), kẽm (Zn), crom (Cr), chì (Pb), cadimi (Cd), đồng (Cu) với nồng độ cao Các ion kim loại nặng có khả tích tụ xâm nhập vào thể sống thông qua mạng lƣới thức ăn, tàn phá hệ sinh thái, ảnh hƣởng đến sinh trƣởng phát triển ngƣời Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc thải công nghiệp chứa kim loại nặng trở thành vấn đề đáng quan tâm[17] cần có giải pháp đầu tƣ xử lý hợp lý Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp hóa lý đƣợc sử dụng để xử lý nƣớc thải nhiễm kim loại nặng nhƣ keo tụ, hấp phụ, điện hóa, trao đổi ion [5] Với tiến khoa học công nghệ, phƣơng pháp hấp phụ đƣợc nghiên cứu sâu rộng với vật liệu hấp phụ mẻ, hiệu cao thân thiện với mơi trƣờng Một vật liệu vật liệu hấp phụ mang từ tính -PGM (-poly glutamic axit coated magnetic nanoparticles) Vật liệu đƣợc cấu tạo hai thành phần hạt từ tính Fe3O4 -poly glutamic axit (PGA) Là polymer sinh học có khả phân hủy, khơng độc hại, khơng có khả miễn dịch nên -PGA đƣợc nghiên cứu sử dụng nhiều lĩnh vực nhƣ công nghiệp thực phẩm, y học xử lý nƣớc[9] Đặc biệt, phủ -PGA lên hạt từ tính Fe3O4, ngồi mục đích làm tăng khả vận chuyển hấp phụ mạng lƣới polymer[7], tăng hiệu xử lý nƣớc thải[9], đƣợc thu hồi tái sử dụng nhiều lần, giúp tiết kiệm đƣợc vật liệu chi phí vận hành Bên cạnh đó, phƣơng pháp tách từ tính mới, việc ứng dụng đánh giá hiệu xử lý vật liệu -PGM nhƣ phƣơng pháp tách từ tính chƣa đƣợc nghiên cứu rộng rãi Việt Nam Chính tác giả đề xuất lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý nƣớc thải nhiễm kim loại nặng vật liệu từ tính phủ -poly glutamic axit” làm luận văn tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá hiệu xử lý kim loại nặng có nƣớc thải vật liệu từ tính phủ -poly glutamic axit (-PGM), từ đề xuất khả ứng dụng vật liệu từ tính cơng nghệ xử lý nƣớc thải Khảo sát khả xử lý kim loại nặng Ni, Cu, Zn Cr nƣớc thải vật liệu -PGM Khảo sát khả giải hấp tái sử dụng vật liệu -PGM Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Ion kim loại nặng Ni, Cu, Zn Cr - Vật liệu hấp phụ γ-PGM 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Nƣớc thải sản xuất Nhà máy sen vòi thiết bị phòng tắm Chi nhánh Cơng ty TNHH Lixil Việt Nam Quảng Nam - Thực nghiệm phòng thí nghiệm Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp phân tích hóa học 4.2 Phương pháp tính tốn 4.3 Phương pháp lấy mẫu trường 4.4 Phương pháp thực nghiệm 4.5 Phương pháp thống kê 4.6 Phương pháp kế thừa 4.7 Phương pháp phân tích tổng hợp Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học đề tài Kết nghiên cứu đạt đƣợc đóng góp phần vào ngân hàng luận văn chuyên lĩnh vực xử lý nƣớc thải phƣơng pháp hóa lý 5.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Kết nghiên cứu sở khoa học việc tìm phƣơng pháp tách từ tính để xử lý nƣớc thải nhiễm kim loại nặng nhanh chóng, đạt hiệu thân thiện với môi trƣờng Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo phụ lục luận văn gồm có chƣơng nhƣ sau: CHƢƠNG TỔNG QUAN CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC 1.1.1 Sơ lƣợc kim loại nặng 1.1.2 Đặc điểm số kim loại nặng đƣợc nghiên cứu đề tài 1.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC 1.2.1 Phƣơng pháp kết tủa 1.2.2 Phƣơng pháp đông tụ - keo tụ 1.2.3 Phƣơng pháp trao đổi ion 1.2.4 Phƣơng pháp tuyển 1.2.5 Quá trình tách màng 1.2.6 Phƣơng pháp điện hóa 1.2.7 Phƣơng pháp hấp phụ 1.2.8 Phƣơng pháp tách từ tính Hiện thị trƣờng có nhiều vật liệu hấp phụ từ tính khác Trong đề tài này, tác giả tập trung nghiên cứu phƣơng pháp tách từ tính cách sử dụng vật liệu hấp phụ γ-PGM 1.3 VẬT LIỆU HẤP PHỤ γ-PGM 1.3.1 Gamma poly glutamic axit (γ-PGA) 1.3.2 Hạt từ tính 1.3.3 Vật liệu từ tính phủ gamma poly glutamic axit (γ-PGM) Ƣu điểm hạt sắt từ khả khuếch tán mạnh, tách nhanh hiệu thời gian ngắn cách sử dụng nam châm, nhƣng hạt sắt từ có xu hƣớng tập hợp lại với dung dịch tính lƣỡng cực, kị nƣớc lực Van der Waals, làm hạn chế ứng dụng chúng lĩnh vực khác Khơng thế, hạt từ tính Fe3O4 dễ bị ăn mòn hòa tan mơi trƣờng có pH thấp nhƣ nƣớc thải chứa kim loại nặng Để khắc phục vấn đề này, hạt oxit sắt thƣờng đƣợc phủ loạt nhóm chức vật liệu nhƣ chất hoạt động bề mặt hay polymer[22] Do đó, vật liệu γ-PGM đƣợc đƣợc nhà khoa học nghiên cứu, tổng hợp ứng dụng lĩnh vực nghiên cứu khả loại bỏ kim loại nặng nƣớc thải Việc phủ lớp γ-PGA lên hạt từ tính khơng khắc phục đƣợc nhƣợc điểm hạt sắt từ, phát huy khả hấp phụ kim loại nặng γ-PGA mà đạt đƣợc hiệu suất xử lý cao, nhanh chóng có khả tái sử dụng vật liệu hấp phụ đƣợc nhiều lần Những đặc điểm vật liệu γ-PGM đƣợc tác giả chứng minh kết nghiên cứu CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU - Ion kim loại nặng Ni, Cu, Zn Cr nƣớc thải sản xuất Nhà máy sen vòi thiết bị phòng tắm - Chi nhánh Cơng ty TNHH Lixil Việt Nam Quảng Nam - Vật liệu hấp phụ γ-poly glutamic acid coated magnetic nanoparticles (γ-PGM) Công ty TNHH Nippon Poly-Glu - Nhật Bản sản xuất 2.2 HĨA CHẤT VÀ DỤNG CỤ NGHIÊN CỨU 2.2.1 Hóa chất 2.2.2 Dụng cụ - thiết bị 2.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1 Phƣơng pháp phân tích hóa học a Phương pháp định lượng b Đo pH c Xác định nồng độ kim loại máy quang phổ hấp phụ nguyên tử lửa (AAS) d Xác định tổng chất rắn lơ lửng (TSS) 2.3.2 Phƣơng pháp tính tốn a Hiệu suất trình hấp phụ C  Ct E 100 C0 b Xác định lượng ion kim loại nặng hấp phụ vật liệu γPGM Qe  C0  Ct v m 2.3.3 Phƣơng pháp kế thừa 2.3.4 Phƣơng pháp sử dụng tài liệu tham khảo 2.3.5 Phƣơng pháp lấy mẫu trƣờng 2.3.6 Phƣơng pháp thực nghiệm 2.3.7 Mơ hình tách từ tính a Dụng cụ - thiết bị b Cơ sở lý thuyết Mơ hình tách từ tính đƣợc thực dựa hai trình q trình hấp phụ, dính bám trình tách Các trình cụ thể nhƣ sau: - Q trình hấp phụ, dính bám: + Dựa sở lý thuyết trình hấp phụ nhƣ đặc điểm, tính chất, cấu trúc hạt γ-PGM, ion kim loại nặng Ni, Cu, Zn Cr nƣớc thải di chuyển đến tiếp xúc với γPGM nhờ khuếch tán đối lƣu Các nhóm chức -COOH hạt γPGM có khả trao đổi ion H+ với ion kim loại nƣớc thải hình thành phức chất + Bên cạnh đó, q trình dính bám hạt keo hydroxide nhƣ ion kim loại lên mạng lƣới ba chiều γ-PGM đồng thời diễn - Quá trình tách hạt γ-PGM khỏi nƣớc thải: Với cấu tạo lõi hạt Fe3O4 có độ từ tính cao, hạt γ-PGM đƣợc tách khỏi nƣớc thải cách nhanh chóng dễ dàng nam châm điện hay nam châm vĩnh cửu Sau tách γ-PGM khỏi nƣớc thải, tiến hành giải hấp - tái hấp phụ thu hồi cô đặc kim loại c Nguyên lý hoạt động Nƣớc thải sau điều chỉnh pH đƣợc cho vào bình phản ứng với lƣợng γ-PGM cần thiết cho trình hấp phụ Cánh khuấy quay để tăng khả tiếp xúc γ-PGM với nƣớc thải, đồng thời ngăn không cho hạt γ-PGM lắng đọng Sau thời gian khuấy trộn định, nƣớc thải với hạt γ-PGM đƣợc bơm dẫn qua máng có nam châm đặt bên dƣới Các hạt γ-PGM đƣợc nam châm hút giữ lại lòng máng, nƣớc thải sau xử lý chảy vào thùng chứa Nƣớc thải từ thùng chứa đƣợc bơm tuần hồn, chảy qua máng có nam châm lần để thu hồi triệt để hạt γ-PGM cần thiết Hệ thống xử lý dừng lại nồng độ kim loại nặng thùng chứa đạt mức cho phép theo yêu cầu QCVN 40:2011/BTNMT - cột B d Vận hành mơ hình Mơ hình đƣợc vận hành theo mẻ, nƣớc thải biết trƣớc nồng độ đƣợc đƣa vào mơ hình, sau thời gian hấp phụ, lấy mẫu phân tích để xác định hiệu suất xử lý 2.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu khả xử lý kim loại nặng Ni, Cu, Zn Cr vật liệu γ-PGM thông qua việc khảo sát thông số ảnh hƣởng đến khả hấp phụ nhƣ lƣợng γ-PGM, thời gian khuấy, pH, tốc độ khuấy, thể tích nƣớc thải - Nghiên cứu khả giải hấp tái sử dụng vật liệu γPGM - Vận hành ứng dụng mô hình tách từ tính để xử lý nƣớc thải Nhà máy sản xuất sen vòi thiết bị phòng tắm 10 Bảng 3.1 Kết nồng độ kim loại nặng nước thải sản xuất nhà máy Đơn vị tính Đợt Đợt Đợt QCVN 40:2011/ BTNMT (cột B) 1,5 5,5 - 215,77 143,73 60,25 0,5 mg/L 64,75 17,76 13,49 Zn mg/L 21,22 10,80 11,16 Cr mg/L 38,43 18,11 - - Pb mg/L 0,95 - - 0,5 Cd mg/L 0,04 - - 0,1 STT Thông số pH Ni mg/L Cu * Ghi chú: Đợt 1: Nƣớc thải lấy vào ngày 16 - - 2015 Đợt 2: Nƣớc thải lấy vào ngày 03 - - 2015 Đợt 3: Nƣớc thải lấy vào ngày 05 - 10 - 2015 3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU γ-PGM 3.2.1 Ảnh hƣởng lƣợng γ-PGM đến khả hấp phụ kim loại nặng Để khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng hạt γ-PGM đến khả hấp phụ bốn loại kim loại nặng chọn, với thông số nhƣ sau: - pH: - Thể tích mẫu: 50 mL - Thời gian hấp phụ: 60 phút - Lƣợng γ-PGM thay đổi lần lƣợt qua mẫu: 0,05 g; 0,1 g; 0,5 g; g; 1,5 g; g; 2,5 g; g 11 * Nhận xét: Từ bảng kết hình trên, thấy sau 60 phút hấp phụ, với lƣợng γ-PGM sử dụng nhiều hiệu suất xử lý có xu hƣớng tăng lên Cụ thể nhƣ sau: Đối với Ni, với lƣợng γ-PGM 0,05 g nồng độ Ni ban đầu giảm xuống lần, hiệu suất đạt 69,05% Tuy nhiên, tăng dần lƣợng γ-PGM từ 0,1 g đến g nồng độ hiệu suất xử lý tăng không đáng kể cao đạt 74,67% tƣơng ứng với nồng độ Ni thấp 36,41 mg/L Đối với Cu, cho γ-PGM 0,5 g, hiệu suất xử lý đạt đến 98,02%, tƣơng ứng nồng độ sau hấp phụ 0,35 mg/L Càng tăng lƣợng γ-PGM hàm lƣợng Cu đƣợc hấp phụ cao, nhƣng không đáng kể gần nhƣ đạt trạng thái cân Đối với Zn, nồng độ bắt đầu giảm mạnh 2,14 mg/L với 0,5 g PGM tăng lên g γ-PGM nồng độ 0,31 mg/L Hiệu suất xử lý Zn tăng cao lƣợng γ-PGM lớn nhƣng chênh lệch không đáng kể so với lƣợng γ-PGM g gần nhƣ đạt trạng thái cân Ngƣợc lại, hiệu suất xử lý Cr thấp không ổn định, cao đạt 26,62% với g γ-PGM dùng để hấp phụ Biểu đồ hiệu suất thể rõ lên xuống thất thƣờng thay đổi lƣợng γ-PGM từ 0,5 g đến g để xử lý Cr Nhìn chung, lƣợng γ-PGM trung bình cần dùng đủ để hấp phụ bốn kim loại nặng Ni, Cu, Zn Cr 50 mL nƣớc thải sản xuất Nhà máy sen vòi thiết bị phòng tắm 0,5 g 12 Ni Cu Zn Cr HIỆU SUẤT XỬ LÝ (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.5 1.5 LƢỢNG γ-PGM (g) 2.5 Hình 3.4 Ảnh hưởng lượng γ-PGM đến hiệu suất xử lý Ni, Cu, Zn Cr 3.2.2 Ảnh hƣởng thời gian đến khả hấp phụ kim loại nặng Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến khả hấp phụ kim loại nặng đƣợc tiến hành nhƣ sau: - pH: 5, Thể tích mẫu: 50 mL, Lƣợng γ-PGM: 0,5 g - Thời gian hấp phụ thay đổi lần lƣợt qua mẫu: 10 phút, 20 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 150 phút HIỆU SUẤT XỬ LÝ (%) Ni Cu Zn Cr 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 THỜI GIAN HẤP PHỤ (phút) Hình 3.5 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến hiệu suất xử lý kim loại nặng 13 * Nhận xét: Nồng độ Ni nƣớc thải giảm mạnh 20 phút đầu tiên, hiệu suất đạt 69,54 % Khi tăng thời gian tiếp xúc từ 20 đến 150 phút hàm lƣợng Ni đƣợc hấp phụ tăng khơng đáng kể, hiệu suất dao động từ 70,43 % đến 72,14 % Hiệu suất xử lý Cu đạt đến 97,95 % sau 10 phút thực trình hấp phụ, nồng độ giảm 48,76 lần so với ban đầu Càng tăng thời gian hấp phụ, nồng độ Cu giảm đạt dƣới giá trị cho phép cột B - QCVN 40:2011/BTNMT Nồng độ Zn giảm mạnh sau 60 phút thực q trình hấp phụ, 0,39 mg/L, hiệu suất 99,37% Khi tăng thời gian tiếp xúc từ 60 đến 150 phút nồng độ Zn giảm không đáng kể xem nhƣ đạt trạng thái cân từ phút thứ 60 Riêng với Cr, hiệu suất xử lý dao động từ 34,12 % đến 38,54 %, nồng độ không thay đổi nhiều khoảng thời gian hấp phụ Nhƣ vậy, thời gian cần thiết đủ để hấp phụ đƣợc bốn kim loại nặng Ni, Cu, Zn Cr mẫu nƣớc thải sản xuất nhà máy 30 phút 3.2.3 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ kim loại nặng Sự ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ đƣợc tiến hành thí nghiệm nhƣ sau: - Thể tích mẫu: 50 mL - Lƣợng γ-PGM: 0,5 g - Thời gian hấp phụ: 30 phút - Giá trị pH thay đổi lần lƣợt qua mẫu: 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10 14 HIỆU SUẤT XỬ LÝ (%) Ni Cu Zn Cr 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 pH Hình 3.6 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý kim loại nặng * Nhận xét: Đối với trình hấp phụ Ni, nồng độ ban đầu giảm dần giá trị pH từ đến 7, dẫn đến hiệu suất tăng từ 69,35 % đến 74,13 % Khi pH mẫu nƣớc thải tăng từ đến 10, nồng độ Ni giảm xuống rõ rệt, 6,04 mg/L, hiệu suất đạt đến 95,8 % Điều chứng tỏ Ni đƣợc hấp phụ tốt khoảng pH từ - 10 Kết tài liệu số [15] số [20] có xu hƣớng với kết nghiên cứu đề tài Kết giải thích đƣợc nguyên nhân hiệu suất xử lý Ni khơng cao thí nghiệm khảo sát lƣợng γ-PGM thời gian hấp phụ mục 3.2.1 a) b), thí nghiệm đƣợc thực giá trị pH ban đầu nƣớc thải, tức pH Vì nồng độ Ni sau hấp phụ cao, hiệu suất cao môi trƣờng pH 74,67% Khi giá trị pH nồng độ Cu nƣớc thải giảm mạnh, giảm xuống 494 lần so với nồng độ ban đầu, hiệu suất đạt đến 99,8 % Khi tăng dần pH mẫu nƣớc thải hiệu suất xử lý khơng thay đổi đáng kể Xu hƣớng xác nhận lại thông qua tài liệu số [15] 15 Tƣơng tự, hàm lƣợng Zn đƣợc hấp phụ tăng mạnh pH với hiệu suất đến 99,68 % chênh lệch không nhiều tăng dần giá trị pH đến 10 Ngƣợc lại, hiệu suất hấp phụ Cr lại giảm tăng dần giá trị pH Hiệu suất đạt cao giá trị pH với 48,98% thấp pH 10, hiệu suất xử lý đạt 22,03 % Điều chứng tỏ Cr không đƣợc hấp phụ tốt môi trƣờng kiềm mà hiệu lại cao môi trƣờng axit Môi trƣờng pH thích hợp để xử lý Cr đƣợc xác định khoảng từ - 3[14, 15] Một cách tổng quan, kim loại Ni có khả đƣợc hấp phụ tốt môi trƣờng kiềm pH từ trở lên Cu có khả đƣợc hấp phụ tốt mơi trƣờng có pH từ trở lên Zn có khả đƣợc hấp phụ tốt mơi trƣờng có pH từ trở lên Còn Cr đƣợc xử lý môi trƣờng axit pH từ - Vì vậy, thí nghiệm đề cập đến khả xử lý kim loại Ni, Cu Zn mơi trƣờng có pH 10 3.2.4 Ảnh hƣởng tốc độ khuấy trộn đến q trình hấp phụ kim loại nặng Thí nghiệm đƣợc thực với thông số nhƣ sau: - pH: 10 - Thể tích mẫu nƣớc thải: 50 mL - Lƣợng γ-PGM: 0,5 g - Thời gian hấp phụ: 30 phút - Tốc độ khuấy trộn thay đổi lần lƣợt qua mẫu: 400 vòng/phút, 600 vòng/phút, 800 vòng/phút 16 HIỆU SUẤT XỬ LÝ (%) Ni Cu Zn 100 99 98 97 200 400 600 800 TỐC ĐỘ KHUẤY (vòng/ phút) Hình 3.7 Ảnh hưởng tốc độ khuấy trộn đến hiệu suất xử lý * Nhận xét: Đối với Ni, thay đổi tốc độ khuấy trộn nồng độ sau hấp phụ có chênh lệch lớn Với tốc độ khuấy 600 vòng/phút, nồng độ Ni lại thấp so với tốc độ khuấy 400 vòng/phút 800 vòng/phút, hiệu suất xử lý đạt cao 99,34% Đối với Cu Zn, hiệu suất xử lý hầu nhƣ không thay đổi tốc độ khuấy tăng dần từ 400 đến 800 vòng/phút Nồng độ Cu Zn sau trình hấp phụ đạt dƣới mức cho phép QCVN 40:2011 cột B 3.2.5 Khảo sát mối quan hệ thể tích nƣớc thải lƣợng γ-PGM Thí nghiệm đƣợc tiến hành với thông số nhƣ sau: - pH: - Lƣợng γ-PGM: 0,5 g - Thời gian hấp phụ: 30 phút - Thể tích nƣớc thải thay đổi lần lƣợt qua mẫu: 50 mL, 70 mL, 100 mL, 150 mL, 500 mL 17 HIỆU SUẤT XỬ LÝ (%) Ni Cu Zn 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 THỂ TÍCH NƢỚC THẢI (mL) Hình 3.8 Ảnh hưởng thể tích nước thải đến hiệu suất xử lý * Nhận xét: Khi tăng dần thể tích nƣớc thải, với lƣợng vật liệu hấp phụ γPGM khơng đổi, hiệu suất xử lý Ni khơng có biến đổi, hiệu suất dao động khoảng 69,03% đến 69,53% với nồng độ lại sau hấp phụ dao động từ 44,51 mg/L đến 43,79 mg/L Trong đó, hiệu suất hấp phụ Cu giảm dần thể tích nƣớc thải tăng dần từ 70 mL lên 150 mL giảm mạnh với trƣờng hợp 500 mL, nồng độ Cu lúc giảm xuống 1,38 lần so với nồng độ ban đầu, hiệu suất thấp với 27,70 % Hiệu xuất xử lý Zn giảm mạnh ba kim loại tăng thể tích nƣớc thải từ 70 mL đến 500 mL Với lƣợng γ-PGM 0,5 g hấp phụ 500 mL nƣớc thải, nồng độ Zn sau xử lý 10,53 mg/L, xấp xỉ với nồng độ Zn ban đầu mẫu nƣớc thải 10,73 mg/L Từ kết cho thấy, ba kim loại Ni, Cu Zn dễ dàng đƣợc hấp phụ 0,5 g γ-PGM 50 mL nƣớc thải Càng tăng thể tích nƣớc thải, lƣợng γ-PGM không đủ để hấp phụ hết kim loại Cu Zn có nƣớc, dẫn đến hiệu suất xử lý chúng thấp Vì cần phải điều chỉnh lƣợng γ-PGM phù hợp với thể tích nƣớc thải mơ hình lớn việc làm cần thiết Điều sở để tính 18 tốn khối lƣợng γ-PGM sử dụng mơ hình tách từ tính luận văn 3.3 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG VẬT LIỆU γPGM 3.3.1 Khảo sát khả giải hấp vật liệu γ-PGM Thí nghiệm giải hấp hạt γ-PGM đƣợc thực sau lần tiến hành hấp phụ kim loại nặng Các hạt γ-PGM sau rửa nƣớc cất đƣợc ngâm 20 mL dung dịch axit HCl 0,1 M Để làm tăng hiệu suất giải hấp, hạt γ-PGM đƣợc lắc với tốc độ 60 - 70 vòng/ phút Q trình giải hấp đƣợc thí nghiệm ba mốc thời gian 1h, 6h 24h để tìm đƣợc thời gian giải hấp thích hợp 3.3.2 Khảo sát khả tái hấp phụ vật liệu γ-PGM Sau giải hấp phụ, hạt γ-PGM đƣợc rửa nƣớc cất, tiếp tục cho vào mẫu nƣớc thải để thực thí nghiệm tái hấp phụ - Thể tích mẫu nƣớc thải: 50 mL - pH: 10 - Thời gian hấp phụ: 30 phút Ni Cu Zn HIỆU SUẤT XỬ LÝ (%) 100 99 98 SỐ LẦN TÁI HẤP PHỤ (lần) Hình 3.10 Hiệu suất xử lý kim loại nặng sau 10 lần tái hấp phụ thời gian giải hấp 1h 10 19 HIỆU SUẤT XỬ LÝ (%) Ni Cu Zn 100 99 98 SỐ LẦN TÁI HẤP PHỤ (lần) Hình 3.12 Hiệu suất xử lý kim loại nặng sau lần tái hấp phụ - thời gian giải hấp 6h Ni Cu Zn HIỆU SUẤT XỬ LÝ (%) 100 99 98 SỐ LẦN TÁI HẤP PHỤ (lần) Hình 3.13 Hiệu suất xử lý kim loại nặng sau lần tái hấp phụ - thời gian giải hấp 24h * Nhận xét: So sánh kết sau tái hấp phụ vật liệu γ-PGM , thấy chênh lệch hiệu suất xử lý trình tái hấp phụ sau giải hấp 1h, 6h 24h không đáng kể Hiệu suất xử lý Ni, Cu, Zn đạt đến 99% Nhƣ vậy, cần giải hấp tiếng đồng hồ, hạt γ-PGM giữ đƣợc khả hấp phụ kim loại 20 nặng với hiệu suất cao Kết bảng 3.8 đƣợc sử dụng cho nhận xét dƣới Đối với Ni, hiệu suất sau hấp phụ lần đạt 99,08% nhƣng nồng độ vƣợt QCVN 40:2011 - cột B 2,63 lần Sau thời gian giải hấp tiến hành thí nghiệm tái hấp phụ lần thứ nhất, nồng độ Ni giảm xuống dƣới mức giá trị cho phép, hiệu suất đạt đến 99,85% Tiếp tục giải hấp tái hấp phụ thêm lần, hiệu suất tách Ni khỏi nƣớc thải hạt γ-PGM khơng có chênh lệch nhiều với Đối với Cu, từ lần hấp phụ 10 lần giải hấp - tái hấp phụ tiếp theo, nồng độ Cu thấp, hiệu suất cao đạt đến 99,99%, đảm bảo yêu cầu xử lý theo QCVN 40:2011 - cột B Tƣơng tự với Zn, hiệu suất tách Zn đạt 99,84% sau lần hấp phụ hiệu suất khơng có thay đổi lớn sau 10 lần tiến hành giải hấp tái hấp phụ Có thể thấy rằng, khả hấp phụ Cu Zn hạt γ-PGM lần cao Do nồng độ Ni nƣớc thải lớn, nên khó đạt đƣợc yêu cầu sau lần hấp phụ Vì vậy, để đảm bảo chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý đạt mức cho phép quy chuẩn, trình hấp phụ kim loại nặng cần đƣợc thực hai bậc 3.4 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TÁCH TỪ TÍNH ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHIỄM KIM LOẠI NẶNG 3.4.1 Vận hành mơ hình tách từ tính Bảng 3.11 Thơng số vận hành mơ hình lọc từ tính Thơng số Thể tích nƣớc thải (mL) pH Lƣợng γ-PGM (g) Thời gian hấp phụ (phút) Giá trị thực 3000 10 30 30 21 * Thuyết minh công nghệ: Cho L nƣớc thải vào bình phản ứng, dùng Na2CO3 để làm tăng pH mẫu nƣớc thải pH đạt 10 Cân 30 g hạt γ-PGM cho vào bình chứa nƣớc thải Sử dụng điều khiển để điều chỉnh tốc độ cánh khuấy với mục đích hòa trộn nƣớc thải với hạt γ-PGM, đảm bảo trình hấp phụ đƣợc diễn hồn tồn hạt γ-PGM khơng bị lắng đọng dƣới đáy bình Sau 30 phút khuấy trộn, hỗn hợp nƣớc thải hạt γ-PGM đƣợc bơm dẫn vào máng có gắn nam châm bên dƣới Hạt γ-PGM đƣợc nam châm hút giữ lại lòng máng Nƣớc thải sau xử lý chảy vào thùng nhựa Do nồng độ Ni chƣa đạt đƣợc mức cho phép QCVN 40:2011 - cột B, nƣớc thải tiếp tục đƣợc bơm tuần hoàn vào thùng phản ứng để xử lý lần hai Sau hấp phụ, tiến hành lấy mẫu phân tích nồng độ ion kim loại nặng lại dung dịch để xác định hiệu suất xử lý mơ hình 3.4.2 Kết vận hành mơ hình tách từ tính HIỆU SUẤT XỬ LÝ (%) Ni Cu Zn 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 BAN ĐẦU BẬC BẬC Hình 3.15 Hiệu suất xử lý nước thải chứa kim loại nặng mơ hình tách từ tính 22 * Nhận xét: Ở bậc 1, kết xử lý cho thấy hiệu suất hấp phụ Ni đạt 92,68% nhƣng nồng độ cao so với mức cho phép QCVN 40:2011/BTNMT - cột B gấp lần Tuy nhiên, sau tiến hành trình giải hấp tái hấp phụ lại lƣợng nƣớc thải (xử lý bậc 2), nồng độ Ni giảm xuống 0,09 mg/L, thấp nhiều so với mức cho phép quy chuẩn Đối với Cu Zn, nồng độ sau xử lý bậc thấp giới hạn cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT - cột B Kết tƣơng đƣơng với kết thí nghiệm khảo sát thực đề tài Điều chứng tỏ hiệu suất xử lý kim loại nặng hạt γ-PGM mơ hình tách từ tính đảm bảo 3.5 ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG MƠ HÌNH TÁCH TỪ TÍNH VÀO NHÀ MÁY SẢN XUẤT SEN VỊI VÀ THIẾT BỊ PHỊNG TẮM - CHI NHÁNH CƠNG TY TNHH LIXIL VIỆT NAM TẠI QUẢNG NAM Hình 3.17 Sơ đồ DCCN ứng dụng phương pháp tách từ tính * Thuyết minh DCCN: Nƣớc thải từ phân xƣởng xi mạ đƣợc thu gom bể chứa Sau đó, nƣớc thải tự chảy qua bể điều hòa Tại đây, nƣớc thải đƣợc điều hòa, ổn định lƣu lƣợng nồng độ, sau đƣợc bơm vào bể phản ứng Ở bể này, trƣớc hết châm Na2CO3 để nâng pH nƣớc 23 thải 10 (đây pH tối ƣu để xảy trình hấp phụ kim loại nặng) khuấy thời gian phút Tiếp tục cho vật liệu hấp phụ γ-PGM vào bể phản ứng, khuấy trộn để đảm bảo trình hấp phụ đƣợc diễn hồn tồn hạt γ-PGM khơng bị lắng đọng dƣới đáy bể Sau 30 phút khuấy trộn, hỗn hợp nƣớc thải hạt γ-PGM đƣợc bơm dẫn vào máng Để hút vật liệu từ tính γ-PGM, phía dƣới máng cắt hàn thêm hình hộp chữ nhật làm inox để đặt nam châm phía dƣới phía đặt thêm máng làm nhựa dày 1mm Do đó, vật liệu hấp phụ đƣợc giữ lại máng nhựa, nƣớc thải chảy tràn qua máng dẫn đến bể chứa Tại đây, nồng độ Ni chƣa đạt đƣợc mức cho phép QCVN 40:2011 - cột B, nƣớc thải tiếp tục đƣợc bơm tuần hoàn bể phản ứng lần hai Sau trình hấp phụ diễn ra, hỗn hợp nƣớc thải vật liệu hấp phụ chảy qua máng γ-PGM đƣợc giữ lại tiếp tục đem giải hấp để tái sử dụng Nƣớc thải sau trình xử lý đạt quy chuẩn đƣa bể chứa chảy đến nguồn tiếp nhận 24 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ Kết luận Qua trình nghiên cứu, tiến hành thực nghiệm vận hành mơ hình tách từ tính, tác giả rút đƣợc số kết luận nhƣ sau: - Khảo sát đƣợc yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ Ni, Cu, Zn Cr cụ thể lƣợng γ-PGM, thời gian hấp phụ, pH, tốc độ khuấy thể tích nƣớc thải - Khảo sát đƣợc số lần tái sử dụng hạt γ-PGM để tiết kiệm vật liệu chi phí xử lý - Vận hành thành cơng mơ hình tách từ tính sử dụng hạt γ-PGM làm vật liệu hấp phụ để tách kim loại nặng nƣớc thải Nhà máy sản xuất sen vòi thiết bị phòng tắm - Chi nhánh Công ty TNHH Lixil Việt Nam Quảng Nam đạt đƣợc hiệu suất cao với kết nhƣ sau: hiệu suất xử lý Ni đạt 99,85%, hiệu suất xử lý Cu đạt 99,71%, hiệu suất xử lý Zn đạt 99,78% Kiến nghị Để đề tài đến kết tốt triển khai rộng rãi, tác giả có kiến nghị sau: - Nghiên cứu trình thu hồi kim loại nặng từ vật liệu sau trình hấp phụ - Sử dụng nam châm có cƣờng độ lớn để tăng hiệu suất tách hạt γ-PGM khỏi nƣớc - Khảo sát thêm số lần tái sử dụng tối đa mà vật liệu γ-PGM đạt đƣợc ... tiêu nghiên cứu Đánh giá hiệu xử lý kim loại nặng có nƣớc thải vật liệu từ tính phủ  -poly glutamic axit (-PGM), từ đề xuất khả ứng dụng vật liệu từ tính công nghệ xử lý nƣớc thải Khảo sát khả xử. .. pháp tách từ tính chƣa đƣợc nghiên cứu rộng rãi Việt Nam Chính tác giả đề xuất lựa chọn đề tài Nghiên cứu xử lý nƣớc thải nhiễm kim loại nặng vật liệu từ tính phủ  -poly glutamic axit làm luận... Một vật liệu vật liệu hấp phụ mang từ tính -PGM ( -poly glutamic axit coated magnetic nanoparticles) Vật liệu đƣợc cấu tạo hai thành phần hạt từ tính Fe3O4  -poly glutamic axit (PGA) Là polymer