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: Khoa học môi trường Mã số: 60 44 03 01 Người hướng dẫn khoa học: 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 tnh 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 1.2 Gıả thuyết khoa học 1.3 Mục tıêu nghıên cứu 1.4 Phạm vı nghıên cứu 1.5 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 13 Nguồn gốc 2.3.2 13 Tình hình trữ lượng 2.3.3 14 Thành phần bã mía 2.3.4 Một số ứng dụng bã mía 15 2.4 Hiện trạng môi trường nước làng nghề chế biến nông sản 18 2.5 Các công nghệ xử lý nước thải chế biến nông sản 19 2.6 Xử lý nước thải phương pháp hấp phụ 21 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 3.2 Thờı gıan nghıên cứu 26 3.3 Đốı tượng/vật lıệu nghıên cứu 26 3.4 Nộı dung nghıên cứu 26 3.5 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 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 nơng 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 Kết luận 69 5.2 Kıến nghị 69 Danh mục cơng trình cơng bố 71 Tàı lıệu tham khảo 72 Phụ lục 75 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt BC Báo cáo BTNMT Bộ tài nguyên môi trường CBNS Chế biến nông sản CN Cơng nghiệp COD Nhu cầu oxy hóa học FAO Tổ chức lương thực giới KSON Kiểm soát ô nhiễm NNPTNT Nông nghiệp phát triển nông thôn PPPNN Phế phụ phẩm nông nghiệp PTCN Phát triển công nghiệp q Dung lượng hấp phụ Qmax Dung lượng hấp phụ cực đại UBND Ủy ban nhân dân VL Vật liệu VLHP Vật liệu hấp phụ DANH MỤC BẢNG 2.1 Thành phần hoá học số phế phụ phẩm nông nghiệp 2.2 Đặc trưng thành phần hoá học nguyên liệu trấu 2.3 Thành phần hóa học tro đốt từ trấu 2.4 Kết xác định thành phần nguyên tố vỏ trấu 2.5 Tình hình sản xuất mía đường trữ lượng mía đường giới từ 2007 – 2012 14 2.6 Thành phần hoá học bã mía 14 2.7 19 Đặc trưng nước thải số làng nghề chế biến nông sản 2.8 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ 21 3.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn dung dịch xanh methylen 30 3.2 Vị trí lẫy mẫu nước thải làng nghề xã Dương Liễu 33 3.3 Các tiêu phương pháp phân tích nước thải 33 4.1 Khối lượng VL chế tạo từ vỏ trấu 35 4.2 Khối lượng VL chế tạo từ bã mía 36 4.3 39 Kết phân tích thành phần nguyên tố VL từ vỏ trấu bã mía 4.4 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ VL dung dịch CH3COOH 45 4.5 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu hấp phụ đến khả hấp phụ axit axetic loại vật liệu 48 4.6 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch axit axetic đến khả hấp phụ loại VL 50 4.7 Giá trị dung lượng hấp phụ cực đại axit axetic loại vật liệu 52 4.8 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ dung dịch xanh methylen 54 vii PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Đã chế tạo VLHP từ vỏ trấu bã mía phương pháp biến tính nhiệt biến tính axit Trong đó, vỏ trấu tỏ rõ ưu điểm hai phương pháp tạo VL có khả hấp phụ tốt chất hữu Riêng bã mía nên sử dụng phương pháp biến tính axit, phương pháp biến tính nhiệt cho hiệu suất chế tạo thấp sử dụng dễ gây ô nhiễm thứ cấp nguồn nước Đã phân tích đặc trưng cấu trúc vật liệu phương pháp nhiễu xạ Xray, chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM phân tích thành phần nguyên tố EDX cho thấy phương pháp làm thay đổi cấu trúc ban đầu nguyên liệu, giảm kết cấu tinh thể bị cắt mạch tạo thành hợp phần xenlulozo ngắn mạch, tăng diện tích bề mặt riêng Khảo sát khả hấp phụ vật liệu với dung dịch axit axetic xanh methylen cho thấy, vật liệu có khả hấp phụ tốt Trong VL 2A có khả hấp phụ tốt nhất, dung lượng hấp phụ cực đại axit axetic đạt 53,191 mg/g VL, dung lượng hấp phụ cực đại xanh methylen đạt 62,5 mg/g VL Khảo sát khả hấp phụ chất hữu VL COD từ 540 đến 4.980 mg/l cho thấy: Tại mẫu nước COD 4.980 mg/l có dung lượng hấp phụ VL cao (117,97 mg/g VL) giảm dần nồng độ thấp Mẫu nước thải có COD 540 mg/l sau hấp phụ 30 phút hàm lượng COD ngưỡng cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT Sau khảo sát, VL có tiềm hấp phụ tốt chất hữu nước thải làng nghề xã Dương Liễu Đây tiền đề cho nghiên cứu việc thử nghiệm ứng dụng vật liệu vào thiết kế quy trình xử lý nước thải cụ thể khu vực nghiên cứu nói riêng nước thải có tính chất tương tự nói chung 5.2 KIẾN NGHỊ Có thể chế tạo vật liệu hấp phụ theo cách biến tính nhiệt biến tính axit từ vỏ trấu Nhưng không nên chế tạo vật liệu theo phương pháp nhiệt bã mía Có thể nghiên cứu sâu khả xử lý tiêu khác nước thải CNBS xã Dương Liễu N tổng, P tổng, E.coli Vật liệu sau hấp phụ có hàm lượng hữu cao, tiến hành nghiên cứu sâu việc sử dụng làm phân hữu phục vụ sản xuất nơng nghiệp Có thể mở rộng nghiên cứu VL đối tượng nước thải chứa chất hữu có đặc trưng khác Tiếp tục khảo sát, xây dựng kết hợp công nghệ xử lý nước thải để đưa quy trình cụ thể, xử lý triệt để chất hữu nước thải làng nghề CBNS xã Dương Liễu 70 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ Nguyễn Thị Hồng Hạnh, Nguyễn Thị Liên, Nguyễn Thị Thanh Mai (2015) Khảo sát khả hấp phụ axit axetic vật liệu hấp phụ chế tạo từ trấu Tạp chí Khoa học Cơng nghệ (31) tr 80-83 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Báo cáo môi trường quốc gia (2008) Môi trường làng nghề Báo cáo tnh hình sản xuất, kinh doanh môi trường xã Dương Liễu (2015) Đặng Thị Thanh Bình Nguyễn Thị Bích Ngọc (2007) Khảo sát điều chế than hoạt tính từ trấu, Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Hóa học hữu tồn quốc lần thứ IV, Trường ĐH Bách Khoa, ĐH Quốc gia Tp.Hồ Chí Minh tr 797 – 801 Đặng Trần Phịng Trần Hiếu Nhuệ (2005) Xử lí nước cấp nước thải dệt nhuộm, Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Đặng Văn Phi (2012) Nghiên cứu sử dụng vỏ chuối để hấp phụ số ion kim loại nặng nước, Luận văn thạc sĩ Khoa học, Đà Nẵng Đặng Xuân Việt (2007) Nghiên cứu phương pháp thích hợp để khử màu thuốc nhuộm hoạt tính nước thải dệt nhuộm, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Nxb Hà Nội, Hà Nội Đỗ Thị Lợi (2009) Aerogel từ vỏ trấu- sản phẩm công nghệ cao, http://www2.hcmuaf.edu.vn/contents.php?ids=3357&ur=dothiloi, Ngày 25-6- 2009 Đỗ Văn Sáng (2008) Giáo trình quản lý xử lý chất thải rắn, Nhà xuất ĐH Thành Đô, Hà Nội Dương Văn Dũng (2011) Tiểu luận tổng hợp axit axetic, http://tailieu.vn/doc/baitieu-luan-tong-hop-axit-axetic-544923.html, Tháng 4, năm 2011 10 Hoàng Ngọc Hiền Lê Hữu Thiềng (2008) Nghiên cứu khả hấp phụ Ion 2+ Ni môi trường nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía ứng dụng vào xử lý mơi trường, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ, T46, S2 11 Huỳnh Trường Giang (2013) Xanh methylen – thông tin cho người nuôi trồng thủy sản, http://aquanetviet.org/post/244816/xanh-methylen-th-ng-tin-cho-ng-inu- i-tr-ng-th-y-s-n, Jun 20, 2013 12 Lê Hà Giang, Hà Quang Ánh, Nguyễn Trung Kiên, Đào Đức Cảnh, Hoàng Thị Thu Thủy, Trần Thị Kim Hoa, Đặng Tuyết Phương Vũ Anh Tuấn (2013) Nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ phế thải nơng nghiệp (rơm-rạ, trấu) Tạp chí hóa học, T.51, S.1 72 13 Lê Hữu Thiềng, Ngô Thị Lan Anh Đào Hồng Hạnh (2010) Nghiên cứu khả hấp phụ methylen xanh dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ 78 (02) tr 45 - 50 73 14 Lê Thị Hoài Nam, Nguyễn Văn Tuyến, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam- Viện Hóa học (2010) Sử dụng nguồn phế thải nông nghiệp để tổng hợp vật liệu nano silic nano cacbon làm xúc tác cho trình chuyển cặn dầu thực vật thành nhiên liệu sinh học làm chất hấp phụ để sản xuất etanol tuyệt đối, Đề tài Khoa học Công nghệ cấp nhà nước (thuộc nghị định thư với Vương Quốc Bỉ) 15 Lê Thị Thủy, Lê Thị Thu, nhóm 6-DH08DL (2009).Ơ nhiễm nước hậu nó, Đại học Nơng lâm Tp Hồ Chí Minh 16 Nguyễn Bá Tuấn (2012) Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích quang học để đánh giá khả hấp phụ Cr(VI) Cr(III) vỏ trấu biến tính, Luận văn ThS chun ngành: Hóa phân tích; Mã số: 60.44.29, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 17 Nguyễn Ngọc Tuấn (2008) Phép đo ASS, Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt 18 Nguyễn Thị Hồng Hạnh Trần Thị Như Mai (2010) Ứng dụng zeolit NaX để 2+ tách loại ion Pb nguồn nước bị ô nhiễm, Tạp chí Khoa học phát triển (6) tr 989-993 19 Nguyễn Thị Hồng Hạnh, Nguyễn Thị Liên Nguyễn Thị Thanh Mai (2015) Khảo sát khả hấp phụ axit axetic vật liệu hấp phụ chế tạo từ trấu Tạp chí Khoa học Công nghệ (31) tr 80-83 20 Nguyễn Thị Thanh Tú (2010) Nghiên cứu khả hấp phụ metyl đỏ dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thử nghiệm xử lý mơi trường, Luận văn thạc sĩ hóa học, Đại học Sư Phạm Thái Nguyên 21 Nguyễn Thị Xuân Duyên (2009) Khảo sát tiềm sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguồn nhiên liệu sản xuất điện tỉnh Đồng Tháp 22 Nguyễn Văn Bỉnh (2011) Nghiên cứu tách silic dioxit từ vỏ trấu ứng dụng làm chất hấp phụ số hợp chất hữu cơ, Luận văn thạc sỹ Khoa học, Đà Nẵng 23 Nguyễn Vĩnh Khanh Hoàng Minh Nam (2008) Nghiên cứu công nghệ sản xuất nhiên liệu rắn từ chất thải plastic vỏ trấu, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM 24 Phan Xuân Vận Nguyễn Tiến Q (2006) Giáo trình hóa keo, Nxb Nông Nghiệp, Hà Nội 25 Tạ Ngọc Đôn (2009) Giáo trình Rây phân tử vật liệu hấp phụ, NXB Đại học Bách Khoa, Hà Nội 73 26 Trần Minh Hà (2013) http://haanh19.blogspot.com/2013/05/nhung-yeu-to-anhhuong-toi-hap-phu.html, Ngày 8-5-2013 74 27 2+ 2+ Trần Thị Ngọc Ngà (2013) Nghiên cứu khả hấp phụ ion Pb Cu vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã đậu nành, Luận văn thạc sĩ, ĐH Đà Nẵng 28 Trần Thị Như Mai Nguyễn Thị Hồng Hạnh (2010) Nghiên cứu chế tạo phụ gia phân bón sở zeolit NaX sử dụng nguồn silic từ vỏ trấu - ứng dụng để điều tiết vi lượng cho ngơ, Tạp chí Hóa học, T.48(4A) tr 130-134 29 Trần Tứ Hiếu (2003) Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-Vis, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 30 Trần Tứ Hiếu (2004) Hóa học phân tích, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 31 Trần Văn Nhân Hồ Thị Nga (2005) Giáo trình cơng nghệ xử lí nước thải, Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội 32 Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc sửu Nguyễn Văn Tuế (1998) Hóa lí tập II, Nxb Giáo dục, Hà Nội 33 Trịnh Văn Dũng (2006) Cơng nghệ sản xuất than hoạt tính từ trấu, Hội nghị Khoa học lần thứ 20 – ĐHBK Hà Nội tr 361-364 34 Vũ Thị Bách (2010) Nghiên cứu tận dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu xây dựng, http://www.zbook.vn/ebook/nghien-cuu-tan-dung-phe-pham-nong- nghiep- lam-vat-lieu-xay-dung-39066/, Ngày 15-11-2013 35 Vũ Xuân Thạnh (2008) sản xuất sản phẩm mỹ nghệ nội thất từ trấu, http://www.baomoi.com/San-xuat-san-pham-my-nghe-noi-that-tu votrau/150/3752034.epi, Ngày 16-1-2010 Tiếng Anh 36 Ezzat Rafiee 1*, Shabnam Shahebrahimi 1, Mostafa Feyzi 1and Mahdi Shaterzadeh (2012) Optimization of synthesis and characterization of nanosilica produced from rice husk (a common aste material) 37 Mamdouh S Masoud,Wagdi M El-Saraf, Ahmed M Abdel –Halim, Alaa E Ali, Essam A Mohamed, Hamad M.I Hasan (2012) Rice husk and activated carbon for waste water treatment of El-Mex Bay, AlexandriaCoast, Egypt 38 Shao, Z.X.Xu, W.Jin, H.L.Yin (2009) Rice hush as carbon source and bioflilm carrier for water denitrification, Plolish J of Environ Stud Vol 18, No (2009) pp 693-699 75 PHỤ LỤC Phụ luc 1: Hình ảnh loại VL VL 1A VL 1B VL 2A VL 2B VL 3A VL 3B 76 Phụ lục 2: Quy trình sản xuất chế biến tinh bột sắn xã Dương Liễu Sắn củ Rửa, bóc vỏ Vỏ, tạp chất Nước sạch, điện Nước thải Điện Nước sạch, điện Xay, nghiền Lọc, tách bã Lắng, tách bột Bã sắn Bột đen, Nước thải Nước sạch, điện Xỉ khô Rửa bột Làm khô Bột thành phẩm 77 Nước thải Xỉ ướt ... trên, tiến hành thực đề tài ? ?Chế tạo vật liệu hấp phụ từ phế phụ phẩm nông nghiệp để xử lý chất hữu nước thải làng nghề chế biến nông sản xã Dương Liễu – huyện Hoài Đức – thành phố Hà Nội? ?? 1.2... hấp phụ tốt Trên sở này, vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu bã mía ứng dụng để hồn thiện quy trình cơng nghệ có khả xử lý triệt để chất hữu nước thải làng nghề xã Dương Liễu làng nghề khác có tính chất. .. Lượng nước thải làng nghề Dương Liễu năm 2015 64 4.14 Đặc trưng nước thải làng nghề xã Dương Liễu 65 4.15 Kết thử nghiệm khả hấp phụ vật liệu biến tính với nước thải làng nghề xã Dương