Nghiên cứu điều chế một số chất trợ keo có nguồn gốc thực vật và ứng dụng xử lý nước thải dệt nhuộm

Để nghiên cứu khả năng ứng dụng chất nhầy để thay thế một phần chất keo tụ tủa bông hóa học trong xử lý nước làm giảm tác động của chúng đến con người và môi trường sinh thái, đề tài “Ng

TỔNG QUAN

Tổng quan về keo tụ - tạo bông trong xử lý nước

Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt phân tán nhỏ thành các chất kết tụ lớn hơn, giúp tăng hiệu quả lắng trong xử lý nước Phương pháp này hiệu quả nhất với hạt keo (3-100 nm) Quá trình này có thể tự nhiên hoặc do tác động vật lý, hóa học, thường sử dụng chất keo tụ tạo bông hydroxit kim loại mang điện tích dương, hút và kết tụ các hạt keo mang điện tích âm, đẩy nhanh quá trình lắng.

Tạo bông là quá trình kết tụ các hạt lơ lửng trong nước nhờ bổ sung chất cao phân tử Khác với keo tụ, tạo bông cần tương tác giữa các hạt và sự hấp phụ của các phân tử lên chất keo tụ.

1.1.2 Phân loại chất keo tụ, tạo bông

Lựa chọn chất keo tụ phụ thuộc vào nguồn nước và chất lượng nước đầu ra Hai loại chất keo tụ chính là chất vô cơ và chất hữu cơ.

Các loại chất keo tụ vô cơ

Các chất keo tụ vô cơ thường dùng hiện nay là muối nhôm, muối sắt hoặc hỗn hợp của chúng [18, 34, 44, 65]

Phổ biến nhất được sử dụng trong keo tụ là phèn nhôm (Al 2 (SO 4 ).18H 2 O)

Phèn nhôm hòa tan tốt trong nước, hoạt động hiệu quả nhất ở pH 5-7,5, tạo kết tủa Al(OH)₃ hấp phụ chất hữu cơ, dựa trên cơ chế đông tụ và thủy phân.

Phèn nhôm xử lý nước hiệu quả, nhất là nước độ màu cao, với ưu điểm đơn giản, giá rẻ Tuy nhiên, cần điều chỉnh pH, sử dụng liều lượng lớn và sinh ra nhiều bùn thải.

Fe 2 (SO 4 ) 3 2H 2 O; Fe 2 (SO 4 ) 3 3H 2 O; FeSO 4 7H 2 O và FeCl 3 là các hợp chất muối sắt sử dụng trong quá trình keo tụ Muối sắt chưa phổ biến ở Việt Nam nhưng rất phổ biến ở các nước công nghiệp Hoá học của muối sắt tương tự như muối nhôm nghĩa là khi thuỷ phân sẽ tạo axit, vì vậy cần đủ độ kiềm để giữ pH không đổi

Muối sắt vượt trội hơn phèn nhôm nhờ vùng pH tối ưu rộng (5-9), bông cặn bền, lắng tốt và lượng sắt dư thấp.

- Các chất keo tụ hữu cơ:

Chất keo tụ hữu cơ được phân loại dựa trên điện tích ion hóa của nhóm chức, gồm ba nhóm chính: polymer cation (tích điện dương), polymer anion (tích điện âm) và polymer trung tính (không mang điện tích).

Cation polymer, gồm các loại tổng hợp như pDADMAC, ECH/DMA và CPAMs, cũng như tự nhiên như chitosan, là những chất làm keo tụ hiệu quả Hiệu quả keo tụ tăng lên nhờ mật độ điện tích cao và khả năng thủy phân tốt, giúp tăng cường quá trình làm mất ổn định hạt keo và tạo cầu nối giữa chúng.

Các anion polymer điển hình hiện nay gồm anion polyacrylamide (APAMs),

Năm loại polysaccharide sulfate (heparin, mannan sulfate, dextran sulfate và chondroitin sulfate), cùng tinh bột với các chất thay thế carboxylic, và alginate anion, một polymer tự nhiên mang điện tích âm từ rong biển nâu, được nghiên cứu.

Chất keo tụ không mang điện tích, bao gồm polyacrylamides (PAMs) và polymer tự nhiên như tinh bột, mannans galacto, dẫn xuất cellulose và gelatin, được ứng dụng rộng rãi trong tách rắn lỏng Polymer không ion đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

1.1.2.2 Các chất trợ keo tụ - tạo bông

Có bốn nhóm chất trợ keo tụ: các chất hiệu chỉnh pH, dung dịch axit silixic hoạt tính, bột đất sét và polime

- Các chất hiệu chỉnh pH

Quá trình keo tụ tiêu thụ độ kiềm, giảm pH nước nguồn Vôi được dùng để điều chỉnh pH, tăng hiệu quả keo tụ, xử lý axit humic và tăng độ cứng.

- Axit silixic hoạt tính (AS)

Axit silixic (AS) được điều chế bằng cách trung hòa thủy tinh lỏng Na2SiO3 với axit AS là polyme vô cơ mang điện tích âm, hút các hạt cặn mang điện dương trong kết tủa hydroxit nhôm hoặc sắt, tạo bông lớn.

Bột sét, mang điện tích âm, có tác dụng tương tự phèn nhôm sunfat (AS) nhờ khả năng hấp phụ chất hữu cơ gây màu và bông cặn Hiệu quả tăng lên khi kết hợp với phèn nhôm và muối sắt ở liều lượng thích hợp.

Chất tạo bông hữu cơ cao phân tử là nhóm hiệu quả nhất, cần tan tốt trong nước và đáp ứng các yêu cầu về xử lý nước.

6 nước; không độc; có khả năng tạo bông tốt nhờ ái lực cao đối với hạt keo và bông cặn nhỏ trong nước xử lí

Tùy vào bản chất nhóm chức mà người ta phân ra làm 3 loại:

+ Loại không phân ly (nhóm chức amid –CONH 2 )

+ Loại tạo anion (nhóm chức axit –COO - )

+ Loại tạo cation (nhóm chức amin bậc cao N+Cl-)

Chất nhầy tách chiết từ thực vật và ứng dụng làm chất trợ keo tụ

1.2.1 Định nghĩa về chất nhầy

Chất nhầy thực vật, là một loại sinh chất, gồm các polymer tự nhiên có trọng lượng phân tử cao Khi hòa tan trong nước, chúng tạo ra các monosaccharide liên kết bởi glucoside Thành phần hóa học đa dạng giúp chất nhầy thực hiện nhiều chức năng sinh lý, bao gồm trương nở và tạo độ nhớt.

Theo Farooq (2013), chất nhầy thực vật là polysaccharide phổ biến, xuất hiện trong nhiều bộ phận của thực vật bậc cao và có đa dạng chức năng sinh lý nhờ thành phần hóa học phong phú.

8 trong thực vật Nó được tìm thấy trong rễ, hạt, lá,… ở những bộ phận đó chúng có chức năng chính là dự trữ năng lượng [19, 26, 30, 31]

1.2.2 Đặc điểm chất nhầy Đặc điểm nổi bật nhất của chất nhầy là có màu trong suốt, vô định hình, được tiết ra để bảo vệ thực vật khi bị thương [23, 30, 31, 32] Polysaccharide gồm lipids, carbohydrate, alkaloids có mặt trong chất nhầy được chiết tách từ các loài thực vật, đây là các hợp chất chứa các nhóm bề mặt -COOH, gốc -OH tự do có khả năng keo tụ Một hỗn hợp các phân tử polysaccharide tách chiết từ một số loại thực vật có chứa galactomannans (nhóm không mang điện tích) và galactan, được tạo thành từ chuỗi gồm các D-mannopyranosyl có liên kết 1,4 gắn với các đơn vị D- galactopyranosyl ở vị trí 0-6 của một số monomer dư thừa Sự hiện diện của nhóm – OH dọc theo các chuỗi galactomanna và galactan được dự đoán là cung cấp các vị trí hấp phụ yếu nhưng với số lượng lớn nên dẫn đến sự kết nối các hạt keo [24, 36] Chính vì vậy, chất nhầy được chiết tách từ các loài thực vật được cho là có khả năng thay thế cho các chất keo tụ nhân tạo (polymer tổng hợp) và có thể được ứng dụng trong việc chất ô nhiễm của nước thải ngày càng phổ biến

Chất keo tụ tự nhiên an toàn cho sức khỏe người dùng, trái ngược với chất keo tụ hóa học tiềm ẩn nguy cơ kích thích thần kinh và bệnh lý Tuy nhiên, hiệu quả keo tụ của chất nhầy thực vật (chùm ngây, đậu bắp, mã tiền, ) phụ thuộc phương pháp chiết xuất, thành phần và loại nước thải, và đôi khi cần kết hợp với chất keo tụ hóa học để tối ưu hiệu suất xử lý độ đục.

1.2.3 Cơ chế keo tụ - tạo bông của chất nhầy

Nghiên cứu ứng dụng chất nhầy thực vật xử lý ô nhiễm nước rất phổ biến Chất keo tụ tự nhiên chủ yếu là polysaccharide hoặc protein.

9 bông keo khi sử dụng chất keo tụ xảy ra theo cơ chế như hình 1.1

Hình 1.1 Điện tích trên hạt lơ lửng khi giải thích bằng lý thuyết hai lớp

Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu

Các hạt rắn mang điện tích thu hút các ion trái dấu tạo thành lớp kép điện, gồm lớp ion bên trong liên kết chặt và lớp ion bên ngoài liên kết lỏng lẻo Sự chuyển động của hạt rắn làm giảm điện tích bề mặt, tạo ra thế Zeta (hay thế điện động) – hiệu điện thế giữa lớp kép điện chuyển động và lớp cố định Thế Zeta, khác với thế nhiệt động, ảnh hưởng trực tiếp đến lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt, ngăn cản sự kết dính.

Điện tích âm đẩy các hạt rắn, kết hợp với lực hút Van der Waals tạo nên hàng rào năng lượng ngăn cản liên kết Keo tụ giảm thế Zeta, tức giảm hàng rào năng lượng này bằng cách thêm ion điện tích dương, trung hòa điện tích âm và phá vỡ trạng thái ổn định của hạt keo Hiệu quả keo tụ phụ thuộc hóa trị của ion trong chất đông tụ.

10 mang điện tích trái dấu với điện tích của hạt Hóa trị của ion càng lớn thì hiệu quả của quá trình này càng cao [27, 40]

Chất keo tụ polymer không chỉ trung hòa điện tích hạt keo bằng cation mà còn tạo cầu nối giữa các hạt nhờ mạch polymer Hai cơ chế chính của keo tụ bằng hợp chất hữu cơ là cầu nối và liên kết tĩnh điện (Joseph, 2008).

Mô hình cầu nối sử dụng các chuỗi polymer dài tạo cầu nối giữa các hạt keo, hình thành các cụm bông Cấu trúc này dễ bị phá vỡ bởi nhiệt độ cao hoặc tốc độ khuấy mạnh.

Cơ chế cầu nối đúng khi cho các polymer không mang điện tích hoặc polymer mang điện tích âm vào dung dịch keo âm [44]

Chất trợ keo mang điện tích dương cao trong dung dịch keo âm gây cản trở tạo cầu nối giữa các hạt keo do tương tác tĩnh điện mạnh, làm thay đổi cấu trúc chất trợ keo.

Hình 1.3 Cơ chế keo tụ của polymer

Các polymer ở dạng mạch thẳng, đóng vai trò làm cầu nối để liên kết các bông cặn [34, 40, 44]

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng keo tụ - tạo bông của chất nhầy

Hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm của chất nhầy phụ thuộc vào pH, nồng độ chất nhầy và độ đục của nước, tương tự như các chất keo tụ hóa học.

Hiệu quả làm giảm độ đục của chất keo tụ thực vật phụ thuộc vào pH và nguồn gốc Chất keo tụ từ các nguồn khác nhau cho hiệu suất xử lý độ đục khác biệt.

Nghiên cứu cho thấy pH tối ưu để hạt cây đậu bắp và chùm ngây xử lý độ đục hiệu quả nhất là 6-10, chênh lệch do phương pháp chiết xuất, độ đục ban đầu và liều lượng Tuy nhiên, hạt cây mã tiền, chất nhầy đậu bắp và xương rồng cho hiệu quả tốt nhất ở pH 6,5-7,5, tương đồng với pH tối ưu khi dùng chất keo tụ hóa học.

1.2.4.2 Ảnh hưởng của nồng độ chất nhầy

Độ đục tối ưu đạt được khi sử dụng chất keo tụ hóa học ở nồng độ nhất định, sau đó giảm dần Nồng độ tối ưu của hạt cây mã tiền, chất nhầy cây đậu bắp, và chất nhầy cây xương rồng lần lượt là 2,0; 2,0; và 0,4 ppm Kết hợp với phèn nhôm sulfate, nồng độ tối ưu giảm xuống còn 1,55; 1,55; và 0,35 ppm Hạt chùm ngây và đậu bắp đạt hiệu quả tối ưu ở liều lượng 200 mg/L.

Nồng độ keo tụ tối ưu đạt 220 mg/L [32], giảm xuống còn 20 mg/L [37] khi kết hợp với chất nhầy mallow và đậu bắp cùng phèn nhôm Hiệu quả keo tụ thực vật phụ thuộc vào độ đục ban đầu của nước, ảnh hưởng khác nhau ở các mức độ thấp, trung bình và cao.

Hiệu suất làm giảm độ đục tăng lên khi độ đục trong nước tăng lên từ thấp

Các nghiên cứu ứng dụng chất nhầy trong xử lý nước thải

Chất nhầy được chiết tách từ các loại thực vật khác nhau được cho là có khả

20 chất thay thế tự nhiên cho chất keo tụ và trợ keo tụ tổng hợp đang được nghiên cứu ứng dụng xử lý nước thải Nghiên cứu tại Venezuela cho thấy chất nhầy từ xương rồng (Cactus latifaria) và Prosopis juliflora giảm độ đục nước từ 100-200 NTU và 30-40 NTU xuống gần 5 NTU (tiêu chuẩn WHO) Các nghiên cứu khác chứng minh hiệu quả loại bỏ độ đục của chất nhầy xương rồng đạt 98% trên nước rỉ rác (499 NTU) và 70% trên nước sông (547 NTU) Xương rồng là nguồn nguyên liệu tiềm năng thay thế chất đông tụ, keo tụ hóa học trong xử lý nước thải.

Nghiên cứu của Freitas (2018) cho thấy chất nhầy chiết xuất từ xương rồng có tiềm năng ứng dụng lớn trong xử lý nước thải, với hiệu quả được minh chứng trong các ứng dụng cụ thể (xem Bảng 1.2 [57]).

Bảng 1.2 Nghiên cứu sử dụng chất nhầy nguồn gốc thực vật xử lý nước thải [57]

Chất nhầy Loại nước thải Hiệu quả xử lý

Nước thải Độ đục: ~87% (60 mg/L)

COD: ~55% (50 mg/L) Nước sinh hoạt Độ đục: ~93% (49 mg/L) Nước thải nhuộm Độ đục: 98,2%

Xương rồng (Cereus peruvianus) Nước thải nhuộm Độ đục: ~85,4%

Nước thải nhuộm Độ đục: ~ 91,3 – 93,7%

Bảng 1.2 tổng hợp hiệu quả sử dụng chất keo tụ tự nhiên, đặc biệt là nhầy xương rồng Ưu điểm của chất này là khả năng thích nghi cao và phân bố rộng, phù hợp với nhiều điều kiện môi trường.

Cây xương rồng, với hiệu suất keo tụ lên đến 31%, là chất keo tụ tự nhiên hiệu quả trong xử lý nước, đạt độ đục tương đương phèn hoặc PFS mà không làm giảm pH, duy trì mức pH 6,5-8,5 theo khuyến cáo WHO Khác với phèn làm giảm pH xuống 5,6, cần thêm chi phí để trung hòa, chất keo tụ tự nhiên còn có khả năng kháng khuẩn, loại bỏ vi sinh vật gây bệnh và coliforms, mang lại giải pháp lọc nước bền vững và hiệu quả.

Escherichia coli trong cả nước hồ chứa và các con sông [57]

Chất nhầy chiết xuất từ okra hiệu quả như polyacrylamide trong xử lý nước thải dệt nhuộm và thuộc da, giảm 95% SS chỉ với 0,12 mg/L chất nhầy [22, 26].

Tổng quan về nước thải dệt nhuộm

1.4.1 Giới thiệu chung về ngành dệt nhuộm

1.4.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển ngành dệt nhuộm

Ngành dệt nhuộm Việt Nam có lịch sử lâu đời, bắt nguồn từ nhu cầu làm quần áo Trước thế kỷ 19, ngành công nghiệp này chủ yếu ở quy mô hộ gia đình và làng nghề, sử dụng kỹ thuật thủ công và nguyên liệu tự nhiên.

22 bắt đầu khi thành lập Nhà máy Dệt Nam Định năm 1987

Ngành dệt nhuộm, dù công nghệ hiện đại, vẫn thải ra lượng lớn khí, nước và chất thải rắn khó phân hủy, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Theo World Bank, 17-20% chất thải công nghiệp đến từ ngành này, chiếm 72% chất thải độc hại trong nước, 30% trong đó là chất thải vĩnh viễn Nước thải dệt nhuộm là vấn đề ô nhiễm môi trường cần được đặc biệt quan tâm.

Quy trình nhuộm và hoàn tất sản phẩm dệt phụ thuộc vào quy mô nhà máy, loại sợi nguyên liệu, sợi sản phẩm và công nghệ, dẫn đến sự khác biệt giữa các cơ sở Hình 1.8 và 1.9 [2, 7] tổng quan về quy trình này.

Hình 1.8 Quy trình chung về công nghệ nhuộm và hoàn tất [2]

Hình 1.9 Quy trình sản xuất và dòng thải phát sinh của ngành dệt nhuộm [7]

1.4.1.3 Sơ lược về thuốc nhuộm Để nhuộm vải được người ta sử dụng rất nhiều các loại thuốc nhuộm khác nhau, trong ngành dệt nhuộm chia làm hai loại chính dựa trên cấu tạp hóa học và tính chất hóa lý của chúng đó là: thuốc nhuộm hòa tan trong nước và thuốc nhuộm không hòa tan trong nước [6]

Thuốc nhuộm hòa tan trong nước:

Thuốc nhuộm trực tiếp hòa tan tốt trong nước (40g/L ở trên 25°C), cung cấp nhiều gam màu để nhuộm/in trên các vật liệu xenlulo (bông, lụa visco, đay, gai, tơ tằm) mà không cần xử lý trung gian Tuy nhiên, độ bền màu chỉ đạt khoảng 20-25.

Thuốc nhuộm acid, hòa tan trong nước, nhuộm len, tơ tằm, xơ, polyamit và một số chất liệu khác như da, lông thú Chúng bắt màu trong môi trường acid, đa số thuộc nhóm azo, được chia thành 3 nhóm chính: thông thường, cầm màu và chứa kim loại, đều là muối acid mạnh có màu sắc đa dạng Các ion mang màu tích điện âm (Ar-SO3-) hấp phụ vào điện tích dương của vật liệu, tạo liên kết ion giữ màu bền.

Thuốc nhuộm bazơ, khi hòa tan, tạo ra các ion mang điện tích dương, có khả năng tan tốt, màu sắc đậm và bền màu.

25 đủ các gam màu, nhược điểm của thuốc nhuộm bazo là độ bền màu kém khi giặt và phơi với ánh sáng trực tiếp [6]

Thuốc nhuộm hoạt tính, tồn tại ở dạng bột, lỏng hoặc nhão, hòa tan tốt trong nước, dùng nhuộm bông, rayon, lanh, các sợi cellulose, len, sợi acetate Khả năng phản ứng hóa học tạo liên kết cộng hóa trị bền vững với sợi (nhóm -OH của cellulose hay -NH2 của polyamide/len), cho độ bền màu cao và gam màu đa dạng.

Thuốc nhuộm không hòa tan trong nước:

Thuốc nhuộm hoàn nguyên là các hợp chất hữu cơ không tan trong nước, chứa nhóm xeton (R=C=O), khi khử chuyển thành dạng leuco axit tan trong kiềm Chúng có đủ gam màu, bền màu cao nhờ cấu tạo nhiều nhân thơm tạo liên kết mạnh và tồn tại ở dạng không tan trên xơ Thuốc nhuộm này chủ yếu dùng nhuộm vải sợi xenlulo và vải pha.

Thuốc nhuộm lưu huỳnh là hợp chất không tan trong nước và nhiều dung môi hữu cơ, chuyển thành dạng axit khi khử, tan trong môi trường kiềm tạo bazơ dễ phân hủy và oxi hóa Màu sắc kém tươi, độ bền thấp, dùng nhuộm vải, xơ, xenlulo, nhưng không dùng cho len và tơ tằm do yêu cầu môi trường kiềm.

Thuốc nhuộm phân tán: Thuốc nhuộm phân tán là các thuốc nhuộm hữu cơ

Thuốc nhuộm phân tán, không ion hóa và ít tan trong nước, lý tưởng cho nhuộm sợi kỵ nước như polyester, axetat, và một số loại nylon, acrylic, hay xơ ester cellulose nhân tạo Chúng tồn tại ở dạng lỏng hoặc bột mịn với chất trợ phân tán, hòa tan trong dung môi hữu cơ (benzen, toluen ) Đặc biệt, thuốc nhuộm phân tán nổi bật với độ bền ánh sáng cao.

Thuốc nhuộm pigment là chất màu không tan trong nước và dung môi hữu cơ, không có ái lực với sợi Việc in pigment lên vải cần chất tạo màng, thường là nhựa cao phân tử bán đa tụ dạng nhũ tương.

Ngành dệt nhuộm tiêu thụ lượng nước khổng lồ, thải ra 12-300 m³/tấn vải chứa chất hữu cơ, phẩm màu và chất độc hại, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Thành phần nước thải thay đổi tùy thuộc nguyên liệu, thuốc nhuộm, hóa chất và quy trình sản xuất.

[1, 5, 41] Các công đoạn khác nhau thì nước thải nhuộm có đặc tính khác nhau được thể hiện cụ thể trong bảng 1.3 [2]

Bảng 1.3 Đặc tính nước thải dệt nhuộm tại các công đoạn khác nhau [2]

Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặc tính

Tinh bột, glucozo, carboxy metyl xenlulozo, polyvinyl alcol, nhựa, chất béo và sáp

Nấu, tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda, silicat natri, sợi vụn Độ kiềm cao, màu tối BOD cao (30% tổng

Tẩy trắng Hipoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH,

AOX, axit,… Độ kiềm cao (chiếm 5% BOD)

Làm bông NaOH, tạp chất Độ kiềm cao

Nhuộm Các loại thuốc nhuộm axit axetic và các muối kim loại Độ màu rất cao (BOD, TS cao)

In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối kim loại, axit,… Độ màu cao (BOD cao và dầu mỡ)

Hoàn thiện Vệt tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ

Nước thải dệt nhuộm đặc trưng bởi pH, nhiệt độ, độ màu và COD/BOD cao, lượng nước tiêu thụ dao động lớn (16-900 m³/tấn sản phẩm), gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Nước thải ngành dệt may chứa nhiều thuốc nhuộm, hóa chất, phụ gia gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng sức khỏe con người do nhiệt độ cao, độ màu đậm và hàm lượng hợp chất hữu cơ lớn (xem bảng 1.4).

Bảng 1.4 Thành phần chính của nước thải dệt nhuộm [1]

Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ pH - 8,6 - 9,8

Nhiệt độ 0 C 36 - 52 Độ màu Pt-Co 350 - 3710

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tƣợng nghiên cứu

2.1.1 Mẫu nước đục nhân tạo

Mẫu nước đục nhân tạo được tạo ra bằng cách hòa tan 8g cao lanh trong 6 lít nước máy, để lắng 1 giờ rồi điều chỉnh độ đục về 200 NTU.

Lựa chọn mẫu nước đục nhân tạo từ cao lanh do đặc tính phổ biển, đại diện cho hệ keo khoáng xuất hiện trong mẫu nước

2.1.2 Mẫu nước thải dệt nhuộm

Bài nghiên cứu sử dụng mẫu nước thải thuốc nhuộm hỗn hợp và thuốc nhuộm phân tán (màu xanh rêu) lấy từ Công ty dệt nhuộm Huy Phát (Hà Đông, Hà Nội) ngày 10/11/2019.

- Thuốc nhuộm phân tán lấy ngay sau hệ nhuộm màu nhuộm phân tán, khi rửa máy Với công thức màu (Yellow RGSL 1,4%; Black 0,7%; Navy HGL 1,4%)

- Thuốc nhuộm hỗn hợp lấy ở hệ thống cống chung khi các loại nước thải trộn với nhau

Chất nhầy tách chiết từ rau đay quả tròn (Corchorus capsularis), mồng tơi trắng (Basella alba) và vỏ thanh long ruột trắng (Hylocerous undatus)

Rau đay, với quả tròn phổ biến khắp Việt Nam, là nguồn thực phẩm đa năng: làm rau ăn, trà, thực phẩm chức năng và thuốc chữa lành vết thương Chất nhầy từ lá rau đay còn được ứng dụng trong công thức paracetamol.

Mồng tơi là loại rau phổ biến ở Việt Nam, được trồng rộng rãi và dùng làm thực phẩm hàng ngày Ngoài ra, cây mồng tơi còn có giá trị làm thuốc chữa bệnh.

Chất nhầy tách chiết từ rau mồng tơi có chứa polysaccharide (D-galactose là hợp chất chính) [23, 39, 40] và còn chứa steroid và hợp chất phenonlic khi tách chiết bằng etanol [18, 25, 42]

Thanh long ruột trắng được trồng nhiều nhất ở Bình Thuận, Long An, Tiền Giang, tiếp theo là Tây Ninh, Đồng Nai và một số tỉnh khác Vỏ thanh long, giàu enzyme pectinase (0,3%), được ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm (salad, mứt, sinh tố) và chiết xuất chất màu betalain.

Vỏ thanh long chiếm tới 50% tổng trọng lượng quả và rất giàu pectin, một cấu trúc không đồng nhất polysaccharide chứa α-1,4 liên kết D-galacturonic dư lượng axit (D-GalA) [13, 39].

Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp tổng quan tài liệu

Bài viết hệ thống hóa dữ liệu từ nhiều nguồn như sách, báo, tạp chí, luận văn, khóa luận và các bài nghiên cứu khác nhau.

- Khả năng tách chiết chất nhầy từ thực vật

- Phương pháp tách chiết chất này từ thực vật

- Các tài liệu về hoạt động sản xuất, công đoạn sản xuất, nguyên liệu đầu vào, đầu ra của công ty dệt nhuộm Huy Phát

- Các nghiên cứu về hiệu quả xử lý độ đục của chất nhầy trên nước thải dệt nhuộm

2.2.2 Phương pháp tách chiết chất nhầy từ thực vật

Rau đay, rau mồng tơi và vỏ thanh long mua từ chợ Hà Nội được rửa sạch, cắt nhỏ 5mm rồi sấy khô ở 50 độ C đến khối lượng không đổi Tiếp theo, tiến hành tách chiết chất nhầy qua hai bước.

Hình 2.1 Rau mồng tơi cắt nhỏ khoảng 5 mm

Để tách chất nhầy, cân 30g nguyên liệu, cho vào cốc 1000ml, thêm nước cất, bọc kín và đun cách thủy 30 phút Để nguội đến nhiệt độ phòng giúp chất nhầy hòa tan tối đa.

Hình 2.2 Quá trình cân và trộn rau đay với nước cất trong cốc đong

Dịch chiết được lọc qua vải muslim gấp bốn lần Chất nhầy được kết tủa bằng axeton, li tâm ở 60 vòng/phút trong 10 phút để tách khỏi dung dịch, rồi sấy chân không ở 40°C đến khối lượng không đổi.

34 không đổi Chất nhầy thu được bảo quản trong bình hút ẩm để sử dụng trong đánh giá hiệu quả trợ keo

Hình 2.3 Dung dịch nhày sau khi tách bằng vải muslim và kết tủa dưới tác dụng của axeton

Hình 2.4 Dung dịch axeton và chất trợ keo bị phân tách sau sử dụng máy li tâm

Hình 2.5 Chất trợ keo sau khi sấy chân không

2.2.2.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chiết tách chất nhầy

Nghiên cứu này khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách rau mồng tơi, và áp dụng kết quả này để tối ưu hóa chiết tách chất nhầy từ rau đay và vỏ thanh long.

- Khảo sát tỷ lệ thể tích giữa axeton và dịch chiết để thu được lượng chất nhầy lớn nhất

- Khảo sát tỷ lệ thể tích nước cất và nguyên liệu khô ở các tỷ lệ lần lượt là 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ (50, 60, 70, 80, 90°C) đến hiệu suất chiết tách chất nhầy bằng cách thay đổi nhiệt độ nấu hỗn hợp, giữ nguyên các bước chiết tách khác.

2.2.3 Phương pháp phân tích đặc điểm chất nhầy

Lấy 20 mg/L chất nhầy từ mỗi loại rau đay, mồng tơi, vỏ thanh long đem đi đo độ pH của dung dịch bằng máy M200 của METTLER TOLEDO với điện cực pH 320i (Mô hình thí điểm cho quá trình keo tụ và tạo bông – Bộ môn Công nghệ Môi trường)

2.2.3.2 Thế zeta Đo thế zeta của chất nhầy bằng thiết bị PCD-05 Muetek, với các bước cụ thể như sau: Mẫu pha loãng với 20 mg mỗi chất nhầy với 100 mL nước cất Thêm 1 mL mỗi dung dịch chất nhầy với 9 mL dung dịch pH được tạo ra bằng cách trộn NaOH, NaCl và HCl 0,1 M với tỷ lệ thích hợp Đo thế zeta của chất nhầy tại các pH khác nhau, thay đổi từ 2 đến 12

2.2.3.3 Điện tích bề mặt Điện tích bề mặt: Quá trình đo điện tích bề mặt của chất nhầy sử dụng máy PCD-05 của Muetek như sau: Mẫu pha loãng với 20 mg mỗi chất nhầy vào 100 mL nước cất Sau đó, pha loãng 10 lần bằng nước cất đến nồng độ 20 mg/L Lấy 10 mL mỗi mẫu để đo điện tích bề mặt Sử dụng 2 dung dịch polyamit 5x10 -5 N và 10 -4 N để chuẩn độ trong quá trình đo Kết quả đo diện tích bề mặt được tính theo công

Trong đó: Q: Điện tích bề mặt

V (L): Thể tích chuẩn độ N: Nồng độ chất chuẩn độ: (+) là 5.10 -5 hoặc (-) là 10 -4 N m (g): Trọng lượng mẫu

Mẫu chất nhầy dạng bột được trộn với KBr khan (tỷ lệ 1%), ép thành màng mỏng (0,1 mm) và phân tích phổ bằng máy Nicolet Is50 Spectrometer.

2.2.3.5 Cấu trúc bề mặt Đưa chất nhầy dạng bột vào máy HITACHI TM4000Plus, quan sát trực tiếp với các độ phóng đại: 1000 V, 2000 V, 10000 V và ghi lại các thay đổi trong cấu trúc bề mặt của chất nhầy

2.2.4 Phương pháp khảo sát khả năng trợ keo tụ chất nhầy trên nước đục

2.2.4.1 Khảo sát điều kiện keo tụ tối ưu của PAC

Tiến hành khảo sát các điều kiện keo tụ tối ưu của PAC trên mẫu nước đục bằng việc thực hiện các thí nghiệm như bảng 2.1 sau:

Bảng 2.1 Phương pháp khảo sát điều kiện keo tụ tối ưu PAC trên mẫu nước đục

STT Khảo sát Các bước tiến hành

Thời gian lắng tối ưu

- Lấy chính xác 500 mL nước đục nhân tạo cho vào cốc đong 1

- pH không điều chỉnh Cho chất keo tụ PAC vào để đạt nồng độ PAC 30% là 30 mg/L

Sử dụng máy khuấy từ Hanna HI190M, khuấy nhanh hỗn hợp ở tốc độ 200 vòng/phút trong 1 phút, sau đó giảm tốc độ xuống 30-40 vòng/phút và khuấy tiếp trong 10 phút.

- Thay đổi thời gian lắng ở 15, 30, 45 phút

- Đo độ đục của lớp nước sâu 2 cm kể từ bề mặt bằng máy đo độ đục HACH 2100Q

- Để xác định pH tối ưu trong quá trình làm giảm độ đục, lặp lại các bước thí nghiệm như trên

Độ đục được đo lại sau khi điều chỉnh pH từ 4 đến 9 bằng NaOH và HCl, sử dụng thời gian lắng tối ưu đã xác định.

Nghiên cứu xác định nồng độ PAC tối ưu nhằm giảm độ đục nước đục nhân tạo được thực hiện bằng cách lặp lại quy trình thí nghiệm với giá trị pH tối ưu đã tìm được.

Thí nghiệm sử dụng các nồng độ PAC từ 10-150 mg/L, thời gian lắng tối ưu đã xác định trước, để đo độ đục nước sau khi cho keo tụ.

2.2.4.2 Khảo sát khả năng làm giảm độ đục của chất nhầy khi kết hợp với PAC

2.2.4.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ chất nhầy

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Hiệu suất tách chiết chất nhầy từ thực vật

3.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ axeton và dịch chiết

Lượng chất nhầy thu được thay đổi theo tỷ lệ thể tích axeton cho vào dịch chiết được thể hiện trong hình 3.1

Hình 3.1 Sự thay đổi hiệu suất tách chiết chất nhầy khi thay đổi tỷ lệ thể tích axeton/dịch chiết

Vỏ thanh long cho hiệu suất tách chiết chất nhầy cao nhất, tiếp đến là rau đay và cuối cùng là mồng tơi Hiệu suất chiết xuất từ ba loại thực vật này khác nhau rõ rệt.

Hiệu suất tách chiết chất nhầy mồng tơi tăng theo tỷ lệ axeton/dịch chiết, đạt tối đa 4,92% ở tỷ lệ 3,5:1 và thấp nhất 3,49% ở tỷ lệ 1:1 Tuy tỷ lệ 3,5:1 cho hiệu suất cao nhất, nhưng tỷ lệ 3:1 (4,87%) được chọn làm tỷ lệ tối ưu do chi phí và độc tính của axeton, phù hợp với nghiên cứu của Mulchand [28].

Hiệu suất tách chiết chất nhầy rau đay tăng theo tỷ lệ axeton/dịch chiết, đạt tối đa 10% ở tỷ lệ 3,5:1 và thấp nhất 8,45% ở tỷ lệ 1:1.

Thêm 42 thể tích axeton vào dịch chiết làm tăng lượng chất nhầy rau đay thu được từ 9,88% (tỷ lệ 3:1) lên 10% (tỷ lệ 3,5:1) Hiệu suất tách chiết tối đa đạt được ở tỷ lệ 3,5:1, nhưng không khác biệt đáng kể so với tỷ lệ 3:1 Tuy nhiên, do chi phí và độc tính của axeton, tỷ lệ tối ưu được chọn là 3:1, phù hợp với nghiên cứu của Mulchand [28].

Hiệu suất chiết tách chất nhầy từ vỏ thanh long tăng theo tỷ lệ axeton/dịch chiết, đạt tối đa 13,20% với tỷ lệ 2:1 và thấp nhất 9,54% ở tỷ lệ 1:1 Tỷ lệ axeton/dịch chiết tối ưu là 2:1, thuận lợi hơn cho quá trình kết tủa chất nhầy so với các tỷ lệ khác.

3.1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước cất và khối lượng nguyên liệu

Tỷ lệ nước cất/nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất chiết xuất chất nhầy Hình 3.2 minh họa rõ sự biến đổi khối lượng chất nhầy thu được tùy thuộc vào tỷ lệ này.

Hình 3.2 Sự thay đổi hiệu suất thu hồi chất nhầy khi thay đổi tỷ lệ thể tích nước cất và khối lượng nguyên liệu

Thí nghiệm cho thấy hiệu suất tách chiết chất nhầy cao nhất từ vỏ thanh long, tiếp đến là rau đay và cuối cùng là mồng tơi khi tối ưu tỷ lệ nước cất/nguyên liệu.

Hiệu suất chiết xuất chất nhầy từ mồng tơi đạt tối đa (10,06%) ở tỷ lệ nước cất/nguyên liệu 8:1, giảm xuống mức thấp nhất (2,97%) khi tỷ lệ này là 5:1 và có xu hướng giảm khi tỷ lệ vượt quá 8:1.

Hiệu suất chiết xuất chất nhầy rau đay đạt tối đa (10,83%) ở tỷ lệ nước cất/nguyên liệu 8:1, giảm xuống còn 4,43% khi tỷ lệ giảm xuống 5:1 và giảm khi tỷ lệ tăng lên 9:1.

Hiệu suất chiết xuất chất nhầy từ vỏ thanh long đạt tối đa (14,38%) ở tỷ lệ nước cất/nguyên liệu 8:1, giảm khi tăng tỷ lệ này lên 9:1 Tỷ lệ nước cất/nguyên liệu ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất chiết xuất.

Tỷ lệ chiết tách chất nhầy tối ưu là 8:1 đối với rau mồng tơi, rau đay và vỏ thanh long, cao hơn so với các loài dâm bụt và xương rồng (7:1) nhưng thấp hơn hạt Macca (30:1).

3.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ tách chiết Để thu hồi lượng chất nhầy lớn nhất cần tiến hành thí nghiệm tại các nhiệt độ khác nhau để tìm nhiệt độ tách chiết tối ưu Khi thay đổi nhiệt độ của quá trình tách chiết thì khối lượng chất nhầy thu được cũng thay đổi, cụ thể như hình 3.3

Hình 3.3 Khối lượng chất nhầy thu được khi thay đổi nhiệt độ chiết tách

Hiệu suất tách chiết chất nhầy đạt cao nhất ở 60°C, giảm khi nhiệt độ tăng lên 90°C Hiệu suất tách chiết chất nhầy từ vỏ thanh long cao hơn rau đay và mồng tơi.

Hiệu suất tách chiết chất nhầy từ mồng tơi đạt tối đa 10,97% ở 60°C, tăng từ 9,73% ở 50°C nhưng giảm xuống 2,27% khi nhiệt độ tăng lên 90°C.

10,97% và thấp nhất tại nhiệt độ 90 0 C là 2,27%

Hiệu suất tách chiết chất nhầy từ rau đay đạt tối đa 10,55% ở 60°C, giảm xuống 3,78% ở 90°C Hiệu suất tăng nhẹ từ 50°C (9,30%) lên 60°C trước khi giảm mạnh ở nhiệt độ cao hơn.

Hiệu suất tách chiết chất nhầy từ vỏ thanh long có xu hướng tăng từ nhiệt độ

50 0 C đến 60 0 C (tăng từ 10,96% lên 13,89%) và giảm từ nhiệt độ 70 – 90 0 C (giảm từ 10,32% xuống 4,25%) Hiệu suất tách chiết chất nhầy lớn nhất thu được tại nhiệt độ

60 0 C là 13,89% và thấp nhất tại nhiệt độ 90 0 C là 4,25%

Đặc điểm của chất nhầy chiết tách từ thực vật

Đặc điểm của chất nhầy được tổng hợp dựa trên pH, thế zeta, điện tích bề mặt, đặc điểm nhóm chức và cấu trúc bề mặt các chất nhầy

3.2.1 pH pH của các chất nhầy được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 3.2 pH của chất nhầy ở nồng độ 20 mg/L

Vỏ thanh long (Hylocereus undatus) 6,30 6,35 6,33

Rau mồng tơi (Basella alba) 6,32 6,31 6,32

Chất nhầy nghiên cứu có độ pH từ 6,26 đến 6,35, tương đương với chất nhầy đậu bắp (pH 6.3) [18] Thành phần carbohydrate gồm l-arabinose, d-galactose, l-rhamnose, d-xylose và axit galacturonic, trong đó axit galacturonic có thể gây ra độ axit nhẹ, không đáng kể.

Thế zeta của 3 loại chất nhầy được thể hiện cụ thể như bảng 3.3:

Bảng 3.3 Thế zeta của chất nhầy ở các pH khác nhau pH

Thế zeta đo lường độ ổn định của hạt keo, với giá trị trên 20 mV cho thấy sự ổn định pH ảnh hưởng đến thế zeta của chất nhầy, giảm khi pH tăng, thể hiện sự giảm ổn định Ở pH 2, thế zeta cao nhất và tăng dần theo thứ tự: rau mồng tơi, vỏ thanh long, rau đay, chỉ ra sự tăng dần độ ổn định Khoảng pH 5-10, thế zeta ổn định do trung hòa điện.

Quá trình keo tụ hiệu quả đòi hỏi giảm thế zeta xuống 0 mV; thế zeta tối ưu đo được ở nước kaolin là -451 mV Tuy nhiên, thế zeta âm cao của chất nhầy (đến -883 mV đối với chất nhầy vỏ thanh long) cho thấy khả năng keo tụ kém.

3.2.3 Điện tích bề mặt Điện tích bề mặt của chất nhầy được tổng hợp cụ thể bởi bảng sau:

Bảng 3.4 Điện tích bề mặt

Chất nhầy Điện tớch bề mặt (àeq/g)

Độ ổn định của hạt keo trong nước tự nhiên dựa trên lực hút Van der Waals và lực đẩy tĩnh điện, với hạt keo mang điện tích âm Chất nhầy vỏ thanh long có điện tích bề mặt thấp nhất, dễ keo tụ nhất, tiếp đến là rau đay và mồng tơi (theo bảng 3.4).

Nhóm chức bề mặt của 3 loại chất nhầy phân tích bằng thiết bị quang phổ hồng ngoại được thể hiện cụ thể ở hình 3.4

Hình 3.4 Quang phổ hồng ngoại của 3 loại chất nhầy

Phân tích quang phổ hồng ngoại cho thấy chất nhầy mồng tơi, rau đay và vỏ thanh long có phổ tương đồng với Opuntia cohenillifera, chứa nhóm chức đặc trưng của protein và polysacarit Các số sóng 3405-3419 cm⁻¹ và 1628-1646 cm⁻¹ chỉ ra sự hiện diện của nhóm -O-H, C-H và -COO-, đặc trưng cho carbohydrate và axit uronic.

Phân tích FTIR cho thấy sự hiện diện của liên kết N-H (3405-3419 cm⁻¹) đặc trưng cho cấu trúc protein, liên kết O-H (1317-1325 cm⁻¹) của carbohydrate, và liên kết C-H, C-O-C (1039-1073 cm⁻¹) của vòng pyranose, chỉ ra sự tồn tại của monosacarit như mannose và glucose.

Hình ảnh cấu trúc bề mặt của 3 loại chất nhầy được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 3.5 Cấu trúc bề mặt của chất nhầy ở các chế độ phóng đại khác nhau

Vỏ Thanh Long Mồng tơi Rau đay

Phân tích ảnh ở độ phóng đại 1000, 2000 và 10000V cho thấy chất nhầy từ vỏ thanh long, rau mồng tơi và rau đay đều chứa các hạt kích thước không đồng đều, bề mặt không có lỗ rỗng.

Đánh giá khả năng trợ keo tụ của chất nhầy trên mẫu nước đục

3.3.1 Điều kiện keo tụ tối ưu của PAC

3.3.1.1 Ảnh hưởng của thời gian lắng

Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lắng (20, 30, 40, 50, 60 phút) đến hiệu quả làm giảm độ đục của PAC trên mẫu nước đục nhân tạo Kết quả được trình bày trong Hình 3.5.

Hình 3.5 Khảo sát thời gian lắng của PAC trên mẫu nước đục nhân tạo

Với kết quả khảo sát như hình 3.5, ta nhận thấy với thời gian lắng tăng dần từ

Thời gian lắng 30-40 phút là thời gian tối ưu để PAC đạt hiệu quả keo tụ cao nhất, giảm độ đục từ 92,3% đến 97,8% Lắng 60 phút cho hiệu quả cao nhất (97,8%) nhưng chênh lệch không đáng kể so với thời gian lắng 30-40 phút (dưới 1%), cân bằng giữa hiệu quả và thời gian vận hành.

Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH và thời gian lắng (tối thiểu 30 phút) đến hiệu quả làm giảm độ đục của PAC trên mẫu nước đục nhân tạo, cho kết quả được trình bày ở Hình 3.6.

Hình 3.6 Khảo sát pH của PAC trên mẫu nước đục

Khảo sát cho thấy hiệu quả giảm độ đục đạt 97,76% - 98,43% ở pH 6,05 - 10,03, cao nhất ở pH 9 (98,43%) pH mẫu nước đục (7,5) nằm trong khoảng này, không cần điều chỉnh pH trước thí nghiệm keo tụ.

3.3.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ PAC

Các khảo sát cho thấy không cần điều chỉnh pH Thời gian lắng 30 phút được dùng trong thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ PAC (Hình 3.7).

Hình 3.7 Khảo sát nồng độ PAC trên mẫu nước đục

Tăng nồng độ PAC từ 10 lên 15 mg/L làm tăng hiệu quả giảm độ đục từ 83,33% lên 94,15% Tuy nhiên, tăng nồng độ PAC cao hơn chỉ cải thiện hiệu quả rất ít, đạt 99,03% ở 100 mg/L Nồng độ PAC quá cao gây giảm hiệu quả do lấp đầy không gian giữa các hạt keo, tạo sự ổn định không gian và tăng độ đục [17].

Nồng độ PAC tối ưu được xác định dựa trên hiệu quả giảm độ đục và chi phí Mặc dù 100 mg/L PAC cho hiệu quả cao nhất (99.03%), nhưng chỉ hơn 20 mg/L (97.22%) khoảng 1.81%, tương đương 4 NTU Việc lựa chọn nồng độ PAC cần cân nhắc cả hiệu quả và kinh tế.

Nghiên cứu này ứng dụng chất nhầy thực vật như chất trợ keo tụ, giúp tối ưu hiệu quả xử lý nước của PAC và giảm nồng độ PAC cần thiết.

Nghiên cứu tối ưu hoá hiệu quả làm giảm độ đục của PAC 30% (10-30 mg/L) trên mẫu nước đục nhân tạo, hướng đến hiệu suất xử lý tốt khi kết hợp với chất nhầy Mục tiêu là đạt độ giảm đục cao nhất.

3.3.2 Đánh giá khả năng làm giảm độ đục chất nhầy khi kết hợp với PAC

3.3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ chất nhầy

Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ PAC (10-30 mg/L) kết hợp chất nhầy (10-100 mg/L) đến mẫu nước đục nhân tạo, giữ nguyên pH, thời gian lắng 30 phút Kết quả minh họa ở Hình 3.8, 3.9 và 3.10 (tương ứng với nồng độ PAC 10, 20, 30 mg/L).

Hình 3.8 Hiệu quả làm giảm độ đục chất nhầy kết hợp với PAC (10 mg/L)

Hình 3.9 Hiệu quả làm giảm độ đục chất nhầy kết hợp với PAC (20 mg/L)

Hình 3.10 Hiệu quả làm giảm độ đục chất nhầy kết hợp với PAC (30 mg/L)

Tăng nồng độ chất nhầy từ 0-40 mg/L (cùng nồng độ PAC cố định) làm tăng hiệu quả giảm độ đục, tuy nhiên hiệu quả giảm khi nồng độ chất nhầy đạt 40 mg/L và PAC 20mg/L Nồng độ chất nhầy trên 40 mg/L lại làm giảm hiệu quả này do tăng độ đục dung dịch.

Kết quả khảo sát của 3 thí nghiệm, nhận thấy khi sử dụng PAC với nồng độ

Kết quả cho thấy nồng độ PAC 10 mg/L đạt hiệu quả làm giảm độ đục cao nhất (96,72%), vượt trội hơn so với nồng độ 20 mg/L (93,09%) và 30 mg/L (91,09%) Do đó, sử dụng PAC ở nồng độ 10 mg/L là tối ưu, đem lại hiệu quả xử lý nước tốt hơn.

Chất nhầy thực vật tăng hiệu quả làm giảm độ đục của nước khi kết hợp với PAC (9-10%), nhờ khả năng hấp phụ và tạo cầu nối giữa các hạt keo Thành phần chính tham gia keo tụ là polysaccharide trong chất nhầy, tuy khác nhau tùy loài thực vật.

Hình 3.11 minh họa hiệu suất xử lý độ đục tối ưu đạt được khi sử dụng nồng độ PAC 30 mg/L và thời gian lắng 60 phút, tại pH chất nhầy tối ưu.

Hình 3.11 Hiệu quả làm giảm độ đục chất nhầy kết hợp với PAC tối ưu (30 mg/L) ở các pH khác nhau trên mẫu nước đục

Hình 3.11 cho thấy pH (5-10) ảnh hưởng không đáng kể (1-3%) đến hiệu quả khử đục của PAC (30mg/L) kết hợp với chất nhầy thực vật Tuy nhiên, chất nhầy cải thiện đáng kể hiệu quả khử đục của PAC ở pH 5 (từ 40% lên >90%) Tính ổn định pH của chất trợ keo tụ tự nhiên giúp tiết kiệm chi phí xử lý keo tụ - tạo bông so với hoá chất tổng hợp.

Ứng dụng sử dụng chất nhầy làm chất trợ keo để xử lý nước thải từ công

ty dệt nhuộm Huy Phát

3.4.1 Đặc điểm nước thải thải từ công ty dệt nhuộm Huy Phát Đặc điểm nước thải Huy Phát đươc tiến hành phân tích, kết quả được thể hiện ở bảng 3.6

Bảng 3.6 Đặc tính nước thải dệt nhuộm của công ty Huy Phát

Chỉ tiêu Đơn vị Thuốc nhuộm hỗn hợp

TSS mg/L 964 479 100 Độ đục NTU 205 164 - Độ màu Pt-Co 6933 2758 200

Phân tích nước thải Công ty dệt nhuộm Huy Phát cho thấy chỉ tiêu pH đạt chuẩn (7,28 – 7,55).

Nước thải hỗn hợp từ hai loại thuốc nhuộm của hai công ty vượt quá QCVN 13:2015/BTNMT loại B về nhiều chỉ tiêu, đặc biệt là độ màu (cao gấp 13,79 – 34,67%), COD (cao gấp 6,80 – 10,80%) và TSS (cao gấp 4,79 – 9,64%) Đây là nước thải công nghiệp dệt nhuộm không đạt chuẩn xả thải ra nguồn nước không dùng cho sinh hoạt.

3.4.2 Điều kiện keo tụ tối ưu của PAC

3.4.2.1 Ảnh hưởng của thời gian lắng

Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lắng (20, 30, 40, 60 phút) đến hiệu quả làm giảm độ đục của PAC trên hai mẫu nước thải dệt nhuộm (thuốc nhuộm hỗn hợp và thuốc nhuộm phân tán), kết quả được trình bày ở Hình 3.12.

Hình 3.12 Khảo sát thời gian lắng của PAC trên mẫu nước thải dệt nhuộm

Kết quả khảo sát (Hình 3.12) cho thấy PAC hiệu quả hơn trong làm giảm độ đục nước thải thuốc nhuộm hỗn hợp so với thuốc nhuộm phân tán Hiệu quả tăng theo thời gian lắng (20-60 phút), đạt 96,02-96,90% và cao nhất (96,90%) ở 60 phút với nước thải thuốc nhuộm hỗn hợp.

Thời gian lắng tối ưu cho nước thải thuốc nhuộm là 60 phút, đạt hiệu quả làm giảm độ đục cao nhất (94,07%) với chất keo tụ PAC, hiệu quả này tăng dần từ 92,74% đến 94,07% khi thời gian lắng tăng từ 30 đến 60 phút.

Nghiên cứu ảnh hưởng của pH và thời gian lắng (tối đa 60 phút) đến hiệu quả khử đục của PAC trên hai mẫu nước thải dệt nhuộm, kết quả được trình bày ở Hình 3.13.

Hình 3.13 Khảo sát pH của PAC trên mẫu nước thải dệt nhuộm

Kết quả khảo sát cho thấy hiệu quả làm giảm độ đục của nước thải thuốc nhuộm phân tán thay đổi rõ rệt hơn so với thuốc nhuộm hỗn hợp khi điều chỉnh pH từ 4 đến 9 Cụ thể, hiệu quả giảm độ đục cao nhất đạt 97% ở pH 6 với thuốc nhuộm hỗn hợp và 98,8% ở pH 6 với thuốc nhuộm phân tán.

Nghiên cứu chỉ ra rằng pH 6 là điều kiện tối ưu để chất keo tụ PAC đạt hiệu suất cao nhất trong xử lý cả hai mẫu nước thải, mẫu nước thải màu trộn và màu phân tán (61 nhuộm phân tán).

3.4.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ chất nhầy

Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ PAC đến hai mẫu nước thải dệt nhuộm (thuốc nhuộm hỗn hợp và phân tán) được tiến hành với thời gian lắng 60 phút và pH 6 Kết quả được trình bày ở Hình 3.14.

Hình 3.14 Khảo sát nồng độ PAC trên mẫu nước thải dệt nhuộm

Kết quả khảo sát cho thấy hiệu quả giảm độ đục của nước thải thuốc nhuộm hỗn hợp và phân tán tương đương nhau ở nồng độ PAC 500-1000 mg/L Tuy nhiên, ở nồng độ 400 mg/L, thuốc nhuộm hỗn hợp cho hiệu quả cao hơn Nồng độ PAC tối thiểu hiệu quả cũng thấp hơn với thuốc nhuộm hỗn hợp (300 mg/L) so với thuốc nhuộm phân tán (400 mg/L), có thể do sự trộn lẫn nước thải tại công ty Huy Phát làm tăng kích thước và số lượng hạt lơ lửng, dễ loại bỏ hơn trong thuốc nhuộm hỗn hợp.

Thử nghiệm 62 tấn nước thải cho thấy hiệu quả loại bỏ độ đục của PAC tăng theo nồng độ, đạt 98,95% ở 800 mg/L (nước thải thuốc nhuộm hỗn hợp) và 99,38% ở 1000 mg/L (nước thải thuốc nhuộm phân tán) Tuy nhiên, để tối ưu hóa lượng PAC sử dụng, nồng độ 300 mg/L (hỗn hợp) và 400 mg/L (phân tán) được chọn để kết hợp với chất nhầy xử lý độ đục.

3.4.3 Hiệu quả làm giảm độ đục khi sử dụng chất nhầy kết hợp với PAC

Kết quả khảo sát cho thấy pH 6 và nồng độ PAC 400 mg/L, kết hợp với các nồng độ khác nhau chất nhầy thanh long, tối ưu cho xử lý hai mẫu nước thải nhuộm (hỗn hợp và phân tán), hiệu quả xử lý thể hiện trong Hình 3.15.

Nghiên cứu ứng dụng chất nhầy (vỏ thanh long) kết hợp PAC trong xử lý nước thải dệt nhuộm cho thấy hiệu quả giảm độ đục khác nhau giữa thuốc nhuộm hỗn hợp và phân tán Với thuốc nhuộm hỗn hợp, nồng độ PAC 30% (300mg/L) và chất nhầy 20mg/L đạt hiệu quả tối ưu (95,61%) Đối với thuốc nhuộm phân tán, hiệu quả giảm độ đục tăng khi tăng nồng độ chất nhầy từ 0-20mg/L, đạt cao nhất (98,60%) ở 20mg/L, sử dụng PAC 30% (400mg/L).

64 vậy, khi xử lý nước thải dệt nhuộm màu phân tán ưu tiên sử dụng PAC 30% (400 mg/L) kết hợp với 20 mg/L nồng độ chất nhầy (vỏ thanh long)

Chất nhầy tăng hiệu quả keo tụ của PAC lên 54%, giảm lượng PAC cần dùng từ 100-200 mg/L (20-40%) để đạt hiệu quả tương đương Điều này chứng minh chất nhầy hỗ trợ keo tụ, thay thế một phần PAC, giảm nguy cơ gây hại cho sức khỏe và môi trường.

3.4.4 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm khác

Bảng 3.7 trình bày kết quả phân tích các thông số lý hóa của nước thải Huy Phát sau xử lý bằng chất nhầy chiết tách từ vỏ thanh long kết hợp PAC, tập trung vào hiệu quả giảm độ đục.