Nghiên cứu khả năng làm sạch nước thải bị nhiễm kim loại nặng của dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí bằng một số loại thực vật thủy sinh

bộ giáo dục đào tạo Nguyễn Cao Tuấn trường đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học Kỹ thuật môi trường ngành : kỹ thuật m«i tr­êng NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÀM SẠCH NƯỚC THẢI BỊ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG CỦA DÂY CHUYỀN XỬ LÝ BỀ MẶT VŨ KHÍ BẰNG MỘT SỐ LOẠI THỰC VẬT THỦY SINH Ngun Cao Tn 2007 - 2009 Hµ Néi 2009 Hµ Néi 2009 i Mơc lơc Mơc lơc Më ®Çu Ch­¬ng Tỉng quan 1.1 Đặc điểm công nghệ nguồn nước thải dây chun xư lý bỊ mỈt vị khÝ 1.1.1 Đặc điểm công nghệ xử lý bề mặt vũ khí 1.1.1.1 C«ng nghƯ nhm ®en vị khÝ 1.1.1.2 Công nghệ mạ Crôm 1.1.1.2 Công nghệ mạ Niken 1.1.1.4 C«ng nghƯ phèt ph¸t ho¸ 1.1.2 Đặc điểm ô nhiễm nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí 1.1.3 Nhận xét đặc điểm nguồn nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí 10 1.2 Tính chất, nguồn gốc độc tính Crôm niken thực vật 10 1.2.1 Tính chất Crôm Niken 10 1.2.2 Nguồn gốc phân bố Crôm Niken môi truờng 11 1.2.3 Mối quan hệ đất - trồng 15 1.2.4 Một số nghiên cứu ảnh hưởng độc tính Crôm Niken đến thực vật 17 1.2.4.1 ảnh hưởng độc tính Crôm thực vật 17 1.2.4.2 ảnh hưởng độc tính Niken thùc vËt 23 1.3 Tæng quan số phương pháp điển hình xử lý nước thải chứa kim loại Nặng 30 1.3.1 Phương pháp kết tủa hóa học 30 1.3.2 Ph­¬ng pháp trao đổi ion 33 1.3.3 Phương pháp điện hoá 34 1.3.4 Phương pháp sinh học 34 1.4 C«ng nghệ xử lý kim loại nặng đất, nước thùc vËt 35 1.4.1 Giíi thiƯu 35 1.4.2 Công nghệ xử lý kim loại nỈng b»ng thùc vËt 36 1.4.3 Các loài thực vật có khả hấp thơ kim lo¹i 38 1.4.4 Phytoremediation 39 ii Môc lôc CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 2.1 Đối tượng nghiên cứu 44 2.2 Thiết bị, hóa chất nguyên liệu nghiên cứu 44 2.2.1 Thiết bị 44 2.2.2 Hóa chất nguyên liệu 44 2.3 Phương pháp nghiên cứu 45 2.3.1 Phương pháp phân tích nồng độ kim loại nặng nước 45 2.3.2 Phương pháp phân tích hàm lượng kim loại nặng thực vật đất 47 2.3.3 Phương pháp chuẩn bị thực vật thủy sinh cho nghiên cứu 51 2.3.4 Phương pháp điều chế dung dịch thí nghiệm chứa khoảng 10mg/l Cr 10mg/l Ni 51 2.4 Thiết kế thí nghiệm 52 2.4.1 Khảo sát khả hấp thu Crôm Niken số thực vật thủy sinh 52 2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng sinh khối đến khả hấp thu Crôm, Niken rong chó, rong chồn thủy trúc 53 2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ kim loại đến khả hấp thu Crơm, Niken rong chó, rong chồn thủy trúc 53 2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu đến khả hấp thu Crơm, Niken rong chó, rong đuôi chồn 53 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 Khảo sát khả xử lý crôm niken rong chó rong chồn 55 3.2 Động học q trình hấp thu crơm niken rong chó 58 3.1.1 Xác định bậc phản ứng theo phương pháp đường cong 59 3.1.2 Xác định số tốc độ phản ứng (k) 61 3.3 Khả tích lũy kim loại nặng rong chó 62 3.4 Ảnh hưởng sinh khối đến khả xử lý crơm niken rong chó 64 3.5 Ảnh hưởng nồng độ kim loại ban đầu đến hiệu suất xử lý crôm niken rong chó 67 3.6 Ảnh hưởng pH ban đầu đến hiệu suất xử lý crôm niken rong chó 70 iii Môc lôc 3.7 Khả xử lý crôm niken thủy trúc 71 3.8 Động học trình xử lý crôm niken thủy trúc 74 3.8.1 Xác định bậc phản ứng theo phương pháp đường cong 74 3.8.2 Xác định số tốc độ phản ứng (k) 75 3.9 Khả hấp thu kim loại thủy trúc đất 76 3.10 Ảnh hưởng sinh khối đến khả xử lý kim loại thủy trúc 80 3.11 Ảnh hưởng nồng độ crôm niken ban đầu đến hiệu suất xử lý thủy trúc 82 3.12 Khả kết hợp thủy trúc rong chó việc làm nguồn nước bị nhiễm crôm niken 84 3.13 Đề xuất quy trình xử lý nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí thực vật thủy sinh 85 KẾT LUẬN 89 iv Danh môc hình bảng Danh mục hình Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ nhuộm đen vũ khí Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ mạ Crôm Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ m¹ Niken Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ phốt phát hãa Hình 1.2 Mô hình giả thuyết độc tính vận chuyển Crôm rễ 18 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước thải chứa kim loại theo phương pháp kết tủa 32 Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống thiết bị trao ®ỉi ion 34 Hình 1.5 Các chế phytoremediation 40 Hình 1.6 Cơ chÕ phytovolatilization 41 Hình 1.7 Cơ chế phytostabilization 42 H×nh 1.8 C¬ chÕ phytoextraction 43 H×nh 2.1 H×nh häc nguån - mẫu - detector minh hoạ cho phương pháp tính cường ®é tia X hnh quang ®Ỉc tr­ng 49 Hình 3.1 Khả xử lý kim loại nặng rong chó, chồn 54 Hình 3.2 Đường cong động học biểu diễn suy giảm nồng độ kim loại trình xử lý 59 Hình 3.3 Phổ phân tích hình quang tia X rong chó 63 Hình 3.4 Ảnh hưởng sinh khối đến khả xử lý kim loại nặng rong chó 65 Hình 3.5 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu đến khả xử lý kim loại 68 Hình 3.6 Hiệu suất xử lý nồng độ kim loại khác 68 Hình 3.7 Hiệu suất xử lý Crôm Niken rong chó sau ngày pH khác 70 Hình 3.8 Sự suy giảm nồng độ kim loại trình xử lý thủy trúc 72 Hình 3.9 Đường cong động học biểu diễn suy giảm nồng độ kim loại trình xử lý 74 Hình 3.10 Sự suy giảm nồng độ kim loại sinh khối khác 81 Hình 3.11 Khả xử lý kim loại thủy trúc nồng độ kim loại ban đầu khác 82 v Danh mục hình bảng Hỡnh 3.12 Kh kết hợp rong chó thủy trúc việc xử lý Crôm Niken 84 Hình 3.13 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí 86 Danh mục Bảng Bảng 1.1 Chất lượng nước thải số dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí Bảng 1.2 Nồng độ Crôm Niken ®Êt trång 12 Bảng 1.3 Ước tính toàn cầu việc thải Crôm Niken vào khí từ nguồn tự nhiên người vào năm 1983 14 Bảng 1.4: Nồng độ Crôm Niken bùn thải toàn cầu 15 Bảng 1.5 Mối quan hệ nồng độ Crom trình phát triển hấp thu thùc vËt 19 B¶ng 1.6 ¶nh h­ëng cđa Crôm đến trình sinh trưởng phát triển thực vật20 Bảng 1.7 Khả hấp thu Nikel mét sè thùc vËt 25 Bảng 1.8 Sự phân bố Niken c¬ quan cđa thùc vËt 26 Bảng 1.9 Thứ tự độc tính kim loại nặng ®èi víi mét sè loµi 28 Bảng 1.10 Phạm vi pH cho trình kết tủa số kim loại 30 Bảng 1.11 Một số loài thực vật có khả tích luỹ kim loại nặng cao 37 Bảng 1.12 Mét sè loµi thùc vËt cho sinh khèi nhanh sử dụng để xử lý kim loại nặng 38 Bảng 1.13: Phân loại chế, đối tượng thực loài thực vật tương øng 41 Bảng 3.1 Khả xử lý Crơm, Niken rong chó rong đuôi chồn 53 Bảng 3.2 Hiệu suất xử lý Crơm Niken rong chó, chồn 57 Bảng 3.3 Sự suy giảm nồng độ kim loại trình xử lý rong chó 59 Bảng 3.4 Giá trị số tốc độ phản ứng thời điểm khác 62 Bảng 3.5 Khả tích lũy Crơm Niken rong chó 62 Bảng 3.6 Ảnh hưởng khối lượng sinh khối đến hiệu suất xử lý kim loại rong chó 64 Bảng 3.7 Tốc độ xử lý Crơm Niken rong chó 66 Bảng 3.8 Ảnh hưởng nồng độ kim loại ban đầu đến hiệu suất xử lý rong chó 68 vi Danh mục hình bảng Bng 3.9 Kh nng x lý Crơm Niken rong chó điều kiện pH ban đầu khác 70 Bảng 3.10 Hiệu xuất xử lý Crôm Niken rong đuôi chó sau ngày điều kiện pH khác (%) 70 Bảng 3.11 Khả xử lý Crôm Niken thủy trúc 71 Bảng 3.12 So sánh tốc độ xử lý Cr Ni thủy trúc rong chó 73 Bảng 3.13 Sự suy giảm nồng độ kim loại trình xử lý thủy trúc 74 Bảng 3.14 Giá trị số tốc độ phản ứng thời điểm khác 76 Bảng 3.15 Khả hấp thu Crôm Niken gốc rễ thân thủy trúc 77 Bảng 3.16 Khối lượng Crôm mà thủy trúc hấp thu 78 Bảng 3.17 Khối lượng Niken mà thủy trúc hấp thu đuợc 78 Bảng 3.18 Khối lượng kim loại tích lũy đất trồng thủy trúc 79 Bảng 3.19 Mối tương quan khối lượng kim loại tích lũy đất trồng (MTLĐ), thủy trúc (MTLTT) thực tế khối lượng kim loại đưa vào (M) 77 Bảng 3.20 Khả xử lý kim loại thủy trúc khối lượng sinh khối khác 80 Bảng 3.21 Hiệu suất xử lý kim loại thủy trúc nồng độ ban đầu khác 83 Bảng 3.22 Hiệu suất xử lý kim loại nặng rong chó, thủy trúc thủy trúc kết hợp rong chó 84 MỞ ĐẦU Hiện nay, để xử lý nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng nước ta ứng dụng phổ biến phương pháp truyền thống phương pháp kết tủa, điện hóa, hấp phụ hay phương pháp trao đổi ion (chủ yếu dùng để thu hồi kim loại quý) Trong thời gian gần đây, phương pháp sử dụng tác nhân sinh học để loại bỏ kim loại nặng nước thải dần quan tâm nghiên cứu số ưu điểm thân thiện với môi trường, giá thành xử lý thấp thích hợp nguồn nước thải có lưu lượng nồng độ kim loại nặng nhỏ Ngoài ra, phương pháp sinh học cịn có ưu điểm bật so với phương pháp truyền thống khác việc hấp thu kim loại nặng nước thải, cịn có khả khắc phục tình trạng phú dưỡng mơi trường nước Mặc dầu vậy, nước ta việc nghiên cứu ứng dụng tác nhân sinh học mà đặc biệt thực vật thủy sinh để xử lý nước thải nhiễm kim loại nặng gặp số khó khăn u cầu phải có diện tích mặt thơng thống, đủ lớn giải vấn đề sinh khối thực vật phát sinh sau xử lý nhà máy, sở sản xuất nội vi thành phố, thị xã hay khu công nghiệp Tuy nhiên, nhà máy, sở sản xuất quốc phịng hầu hết nằm khu vực xa khu tập trung đơng dân cư, có diện tích mặt rộng nên việc triển khai phương pháp sinh học xử lý nước thải thuận lợi Ngoài ra, nhiều nhà máy, sở sản xuất quốc phòng đơn vị bao cấp, cịn thiếu điều kiện đầu tư kinh phí xây dựng hệ thống xử lý nước thải đại Do vậy, giải pháp xử lý nước thải thực vật lựa chọn hợp lý phương pháp có ưu điểm bật có kỹ thuật đơn giản, chi phí đầu tư vận hành thấp Đây sở thiết lập đề tài luận văn: “Nghiên cứu khả làm nước thải bị nhiễm kim loại nặng dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí số loại thực vật thủy sinh” Mục tiêu đề tài là: thử nghiệm khả sử dụng thực vật thủy sinh để làm nguồn nước thải bị ô nhiễm số kim loại nặng dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí, từ đề xuất quy trình xử lý loại nước thải Để đạt mục tiêu trên, luận văn cần giải số nội dung sau: Khảo sát, thu thập thông tin trạng ô nhiễm kim loại nặng nguồn nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí Thu thập tài liệu, xây dựng tổng quan trạng công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại nặng, có cơng nghệ xử lý kim loại nặng thực vật Nghiên cứu đặc điểm trình hấp thu kim loại nặng số loài thực vật thủy sinh phổ biến nước ta Xác định khả tích lũy kim loại lồi yếu tố ảnh hưởng nồng độ kim loại, pH, thời gian, sinh khối thực vật v.v tới hiệu suất xử lý Trên sở đó, lựa chọn lồi thực vật điều kiện thích hợp cho mục đích xử lý Nghiên cứu đề xuất phương án áp dụng thực vật thủy sinh việc làm nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí CHƯƠNG 1: Tổng quan 1.1 đặc điểm công nghệ nguồn nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí 1.1.1 Đặc điểm công nghệ xử lý bề mặt vũ khí [1] Hiện nay, có nhiều nhà máy, sở sửa chữa quốc phòng có dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí Nhà máy Z1, Z2 Xưởng X1, X2, (theo quy định bảo mật Bộ quốc phòng luận văn không nêu tên cụ thể mà lấy ký hiệu nhà máy Z, Xưởng X) Tùy thuộc vào chủng loại vũ khí yêu cầu xử lý mà dây chuyền sử dụng công nghệ khác nhau, nhiên đa số dây chuyền có sử dụng công nghệ xử lý bề mặt sau: 1.1.1.1 Công nghệ nhuộm đen vũ khí [1, 2, 4, 5]: Mục đích tạo lớp màng ôxyt sắt từ (Fe3O4) bề mặt chi tiết Đầu tiên chi tiết tiến hành tẩy dầu mỡ, rửa tẩy rỉ sau đưa vào bể ôxy hóa nhiệt độ 140 - 1450C Sơ đồ công nghệ nhuộm đen vũ khí nguồn thải trình bày Hình 1.1: Các chất ô nhiễm công đoạn là: axit (H2SO4), dầu mỡ, kiềm (NaOH), nước thải có chứa dầu mỡ, axit, kiềm, kim loại nặng, NO2-, NO3- chất thải rắn (dầu mỡ, bao bì đựng hóa chất thải bỏ) Các công đoạn chính: - Tẩy dầu mỡ: + Tẩy mỡ cũ: chi tiết cần phải tẩy dầu mỡ cũ ngâm dầu AU BO nhiệt độ 110 - 1150C, sau chi tiết lấy lau dầu + Tẩy mỡ phương pháp hoá học: ngâm chi tiết cần xử lý vào dung dÞch kiỊm gåm Na2CO3 (80-100 g/l), Na2SiO3 (10-15 g/l) nhiệt độ 1000C sau rửa nước lau kh« 78 Với thời gian tính (t: 048h), xác định số tốc độ trình xử lý Crơm Niken theo thời gian sau: Bảng 3.14 Giá trị số tốc độ phản ứng thời điểm khác Hằng số tốc độ kCr kNi 0,019 0,021 16 0,018 0,020 Thời gian xử lý 24 32 0,020 0,018 0,021 0,021 40 0,018 0,021 48 0,018 0,020 Trung bình 0,018 0,021 Số liệu Bảng 3.14 cho thấy số tốc độ phản ứng kCr kNi thời điểm khác đồng Hằng số trung bình Crôm 0,018, Niken 0,021 Như vậy, thấy kết tính tốn hoàn toàn phù hợp với kết luận trên: đường cong động học q trình xử lý Crơm Niken thủy trúc tuân theo phản ứng bậc Vậy phương trình hấp thu kim loại rong chó là: - Đối với Crôm: C = C0 e −0,018t (t: 048h) (3.18) - Đối với Niken: C = C0 e −0,021t (t: 048h) (3.19) 3.9 KHẢ NĂNG HẤP THU KIM LOẠI CỦA THỦY TRÚC VÀ ĐẤT Khác với rong chó lồi thực vật nổi, có rễ thối hóa hồn tồn thiếu, chất dinh dưỡng hấp thu chủ yếu qua thân rong Thủy trúc loài thực vật sống chủ yếu mơi trường đất ngập nước, có rễ phát triển Do vậy, vấn đề đặt khả hấp thu kim loại phần gốc rễ phần thân đóng vai trị đến khả hấp thu kim loại tổng thể thủy trúc? Kim loại chủ yếu tích lũy phận cây? Để làm rõ vấn đề này, tiến hành lấy mẫu thủy trúc, sau tách riêng sinh khối phần gốc rễ phân thân đeo phân tích hàm lượng kim loại máy huỳnh quang tia X Kết phân tích 79 so sánh với mẫu sinh khối đối chứng (thủy trúc ngồi tự nhiên) trình bày Bảng 3.15 đây: Bảng 3.15 Khả hấp thu Crôm Niken gốc rễ thân thủy trúc Kim loại Cr (mg/kgsk) Ni (mg/kgsk) Thủy trúc sau thí nghiệm Gốc rễ Thân 73.075 8.573 57.921 8.637 Thủy trúc đối chứng Gốc rễ Thân 2.556 2.209 1.927 1.561 Kết phân tích Bảng 3.15 cho thấy khả tích lũy kim loại gốc rễ thủy trúc lớn nhiều so với thân (lớn 8,52 lần Crôm 6,71 lần Niken) Khi so sánh với mẫu đối chứng ta thấy sau thời gian thí nghiệm hàm lượng Crơm gốc rễ tăng 70,519mg/kgsk, 55,99mg/kgsk Niken Trong đó, thân vào hàm lượng kim loại tăng 6,36mg/kgsk Cr 7,076mg/kgsk Ni Từ kết rút nhận xét kim loại chủ yếu tích lũy gốc rễ thủy trúc Khối lượng kim loại mà thủy trúc tích lũy tổng khối lượng kim loại tích lũy gốc rễ khối lượng kim loại tích lũy thân Từ kết đo đạc khối lượng sinh khối thủy trúc dùng thí nghiệm là: - Gốc rễ: 323g - Thân lá: 660g Ta tính tốn khối lượng kim loại tích lũy sinh khối thủy trúc qua công thức sau: M TLTT= (M TNGR M đcGR ) ì G GR + (M TNTL M đcTL ) ì G TL (mg) (3.20) Trong đó: - MTLTT: khối lượng kim loại hấp thu thủy trúc thí nghiệm, mg 80 - MTNGR: khối lượng kim loại hấp thu phần gốc rễ thủy trúc thí nghiệm, mg/kgsk - MđcGR: khối lượng kim loại hấp thu phần gốc rễ thủy trúc đối chứng, mg/kgsk - MTNTL: khối lượng kim loại hấp thu phần thân thủy trúc thí nghiệm, mg/kgsk - MđcTL: khối lượng kim loại hấp thu phần thân thủy trúc đối chứng, mg/kgsk - GGR, GTL: khối lượng sinh khối phần gốc rễ phần thân (kg) Kết tính tốn khối lượng kim loại hấp thu thủy trúc trình bày Bảng 3.16 3.17 đây: Bảng 3.16 Khối lượng Crôm mà thủy trúc hấp thu Bộ phận Gốc rễ Thân MTNGR (mg/kgsk) 73.075 8.573 MđcGR (mg/kgsk) 2.556 2.209 MTNGR - MđcGR (mg/kgsk) 70.52 6.36 G (kg) MTLTT (mg) 0.347 0.66 Tổng 24.47 4.2 28.67 Bảng 3.17 Khối lượng Niken mà thủy trúc hấp thu đuợc Bộ phận Gốc rễ Thân MTNGR (mg/kgsk) 57.921 8.637 MđcGR (mg/kgsk) 1.927 1.561 MTNGR - MđcGR (mg/kgsk) 55.994 7.076 G (kg) MTLTT (mg) 0.347 0.66 Tổng 19.43 4.67 24.1 Như vậy, tổng khối lượng Crơm Niken mà thủy trúc tích lũy là: - MTLTT(Cr) = 28,67(mg); - MTLTT(Ni) = 24,10(mg) Đế xác định mối tương quan khối lượng kim loại tích lũy thủy trúc, đất thực tế khối lượng kim loại đưa vào, tiến hành lấy mẫu, phân tích hàm lượng kim loại đất trồng thủy trúc đất phù sa ban đầu Kết phân tích so sánh hàm lượng kim loại đất trình bày Bảng 3.18 81 Bảng 3.18 Khối lượng kim loại tích lũy đất trồng thủy trúc Kim loại Crôm Niken MKL-Đ (mg/kg) 14,36 16,12 MKL-Đđc (mg/kg) 0,73 0,89 MKL-Đ-MKL-Đđc (mg/kg) 13,63 15,23 GĐ (kg) 4,0 4,0 MTLĐ (mg) 54,52 60,92 Trong đó: - MKL-Đ: Hàm lượng kim loại mẫu đất thí nghiệm với thủy trúc, mg/kg; - MKL-Đđc: Hàm lượng kim loại mẫu đất thí nghiệm đối chứng, mg/kg; - GĐ: Khối lượng đất dùng thí nghiệm, kg - MTLĐ: Khối lượng kim loại đất hấp thu thí nghiệm với thủy trúc MTLĐ = (MKL-Đ - MKL-Đđc) × GĐ, (mg) (3.21) Từ kết tính tốn Bảng 3.16; 3.17 3.18 xác định mối tương quan khối lượng kim loại tích lũy thủy trúc, đất khối lượng kim loại thực tế đưa vào bình thí nghiệm Kết tính tốn, so sánh trình bày Bảng 3.19 đây: Bảng 3.19 Mối tương quan khối lượng kim loại tích lũy đất trồng (MTLĐ), thủy trúc (MTLTT) thực tế khối lượng kim loại đưa vào (M) Crôm Niken Lượng kim loại tích lũy đất (MTLĐ), (mg) 54,52 60,92 Lượng kim loại tích lũy thủy trúc (MTLTT), (mg) 28,67 24,1 Tổng: MTLĐ + MTLTT, (mg) 83,19 85,02 Lượng kim loại thực tế đưa vào bể thí nghiệm (M) 106,8 106,2 Độ chênh lệch = [M - (MTLĐ + MTLTT)]×100/M (%) 22,11 19,94 Trong đó: - MTLĐ: Khối lượng kim loại tích lũy đất, mg - MTLTT: Khối lượng kim loại tích lũy thủy trúc, mg - M: Khối lượng kim loại thực tế đưa vào bể thí nghiệm, tính theo cơng thức M TN = C × V × n (mg) Trong đó: - C: nồng độ kim loại; - V: thể tích dung dịch lần đặt thí nghiệm, V=2lít; - n: Số lần đặt thí nghiệm bể thủy trúc, n=6 82 Về mặt lý thuyết tổng khối lượng kim loại tích lũy đất trồng khối lượng kim loại tích lũy thủy trúc phải khối lượng kim loại thực tế đưa vào bình Tuy nhiên, kết phân tích, tính tốn cho thấy tổng khối lượng kim loại tích lũy đất nhỏ khối lượng thực tế đưa vào thí nghiệm Sau lần đặt thí nghiệm, tổng khối lượng Crơm đưa vào bể 106,8mg song kết phân tích xác định tổng cộng 83,19mg (54,52 mg đất 28,67 thủy trúc), độ chênh lệch 22,11% Đối với Niken, độ chênh lệch 19,94% 3.10 ẢNH HƯỞNG SINH KHỐI ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ KIM LOẠI CỦA THỦY TRÚC Để xác định ảnh hưởng khối lượng sinh khối đến khả hấp thu kim loại thủy trúc tiến hành thực thí nghiệm song song bể thủy trúc: bể thứ có khối lượng sinh khối khoảng 983(g); bể thứ hai có khối lượng sinh khối khoảng 1845(g) Bảng 3.20 Khả xử lý kim loại thủy trúc khối lượng sinh khối khác Thời gian xử lý (ngày) 10 11 MSK=983g Crôm Niken (mg/l) (mg/l) 8.79 8.77 5.39 5.25 3.7 3.28 2.69 2.26 2.2 1.87 1.84 1.47 1.58 1.31 1.32 0.97 1.06 0.71 0.73 0.53 0.35 0.29 0 MSK=1845g Crôm Niken (mg/l) (mg/l) 8.75 8.78 4.37 3.62 2.22 1.72 1.34 0.86 0.65 0.54 0.41 0.34 0.23 0.1 0.05 0 Đối chứng Crôm Niken (mg/l) (mg/l) 8.79 8.88 7.8 7.53 7.53 7.18 7.18 6.81 6.62 6.61 6.22 6.32 5.97 6.09 5.88 5.95 5.69 5.53 5.84 5.24 5.6 5.18 83 10 Nồng độ kim loại (mg/l) Thủy trúc (SK=983g) Crôm Thủy trúc (SK=983g) Niken Thủy trúc (SK=1845g) Crôm Thủy trúc (SK=1845g) Niken Đối chứng Crôm Đối chứng Niken 0 Thời gian xử lý (ngày) 10 12 Hình 3.10 Sự suy giảm nồng độ kim loại sinh khối khác Kết phân tích cho thấy với khối lượng sinh khối lớn đem lại hiệu xử lý cao Sau ngày, toàn lượng Crơm Niken bể thủy trúc có sinh khối 1845(g) hấp thu hết, với lượng kim loại tương tự, bình thủy trúc có sinh khối 983(g) phải 11 ngày Từ kết phân tích Bảng 3.20 ta tính tốc độ xử lý trung bình bể thủy trúc qua cơng thức sau: v= Trong đó: [(C 0,TT − C t,TT ) − (C 0,® − C t,® )] × V t (mg/ngày) - C0,TT: Nồng độ kim loại ban đầu bể thủy trúc, mg/l; - Ct,TT: Nồng độ kim loại thời điểm t bể thủy trúc, mg/l; - C0,đ: Nồng độ kim loại ban đầu bể đối chứng, mg/l; - Ct,đ: Nồng độ kim loại thời điểm t bể đối chứng, mg/l; - V: thể tích dung dịch thí nghiệm Vậy, tốc độ xử lý trung bình bể thủy trúc có MSK=983(g) 11 ngày là: = v Cr [(8,79 − 0) − (8,79 − 5,6)] × = 1,02 (mg/ngày) 11 = v Ni [(8,77 − 0) − (8,88 − 5,18)] × = 0,92 (mg/ngày) 11 84 Tương tự, tốc độ xử lý trung bình bể thủy trúc có MSK=1845(g) ngày là: = v Cr [(8,75 − 0) − (8,79 − 5,95)] × = 1, 48 (mg/ngày) v Ni = [(8,78 − 0) − (8,88 − 5,69)] × = 1, 40 (mg/ngày) Từ kết tính tốn thấy khối lượng sinh khối tăng 1845/983≈1,88 lần, nhiên tốc độ xử lý trung bình thủy trúc tăng 1,48/1,02≈1,45 lần Crôm 1,40/0,92≈1,52 lần Niken Nguyên nhân dẫn đến điều kim loại chủ yếu hấp thu vào rễ thủy trúc, mà khóm thủy trúc có rễ phát triển khác nhau, độ ăn nông sâu khác nên tốc độ xử lý bể thí nghiệm khác 3.11 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CRÔM VÀ NIKEN BAN ĐẦU ĐẾN HIỆU SUẤT XỬ LÝ CỦA THỦY TRÚC Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ kim loại đến hiệu suất xử lý thủy trúc thực mức nồng độ khác Các kết phân tích tính tốn trình bày Hình 3.11 Bảng 3.21 đây: 20 Thí nghiệm Crơm (C0=4,39) Nồng độ kim loại (mg/l) 18 Thí nghiệm Niken (C0=4,27) 16 Thí nghiệm Crơm (C0=8,79) 14 Thí nghiệm Niken (C0=8,77) 12 Thí nghiệm Crơm (C0=17,55) 10 Thí nghiệm Niken (C0=17,47) 0 10 12 Thời gian xử lý (ngày) 14 16 18 Hình 3.11 Khả xử lý kim loại thủy trúc nồng độ kim loại ban đầu khác 85 Bảng 3.21 Hiệu suất xử lý kim loại thủy trúc nồng độ ban đầu khác Thời gian xử lý (ngày) 10 11 12 13 14 15 16 Thí nghiệm Crơm Niken (%) (%) 0.00 0.00 43.51 48.95 61.73 70.96 76.08 81.26 87.24 91.80 92.26 96.25 100.00 100.00 Thí nghiệm Crơm Niken (%) (%) 0.00 0.00 38.68 40.14 57.91 62.60 69.40 74.23 74.97 78.68 79.07 83.24 82.03 85.06 84.98 88.94 87.94 91.90 91.70 93.96 96.02 96.69 100.00 100.00 Thí nghiệm Crơm Niken (%) (%) 0.00 0.00 34.70 40.47 51.05 58.50 59.83 67.03 66.32 72.52 71.17 76.70 74.25 80.14 76.81 81.68 79.49 85.80 83.02 88.38 86.72 90.33 89.23 93.13 92.93 95.76 95.21 97.42 96.87 98.86 98.29 100.00 100.00 Ghi chú: - Thí nghiệm 1: pH=6,5; C0Cr=4,39mg/l; C0Ni=4,27mg/l, Vdd=2(lít) - Thí nghiệm 2: pH=6,5; C0Cr=8,79mg/l; C0Ni=8,77mg/l, Vdd=2(lít) - Thí nghiệm 3: pH=6,5; C0Cr=17,55mg/l; C0Ni=17,47mg/l, Vdd=2(lít) Khác với rong chó bị ngộ độc nồng độ kim loại ban đầu khoảng 17mg/l (Mục 3.5), thủy trúc thí nghiệm phát triển tốt, không nhận thấy dấu hiệu ngộ độc kim loại suốt thời gian thí nghiệm dài ngày sau (quan sát khoảng tháng) Điều cho thấy khả chống chịu với mơi trường có nồng độ cao kim loại nặng thủy trúc tốt so với rong chó Hình 3.11 Bảng 3.21 cho thấy thời gian xử lý tăng nồng độ kim loại ban đầu tăng Khi nồng độ Crôm Niken ban đầu 4,39 4,27 mg/l sau ngày xử lý hiệu suất xử lý đạt 100% Trong đó, bể thí 86 nghiệm thứ thứ 3, nồng độ kim loại tăng lần, thủy trúc phải tới 11 16 ngày xử lý 100% lượng kim loại 3.12 KHẢ NĂNG KẾT HỢP GIỮA THỦY TRÚC VÀ RONG ĐI CHĨ TRONG VIỆC LÀM SẠCH NGUỒN NƯỚC BỊ NHIỄM CRÔM VÀ NIKEN Kết khảo sát khả kết hợp thủy trúc rong chó trình bày Hình 3.12 Bảng 3.22 10 Rong chó, Msk=50g, Niken 10 Thủy trúc, Msk=1845g, Crôm Thủy trúc (1845g) + Rong (50g), Crôm Thủy trúc, Msk=1845g, Niken Nồng độ kim loại (mg/l) Rong chó, Msk=50g, Crơm Nồng độ kim loại (mg/l) Nồng độ kim loại (mg/l) 10 6 Thời gian xử lý (ngày) Rong chó (MSK=50g) 8 0 Thủy trúc (1845g) + Rong (50g), Niken Thời gian xử lý (ngày) Thủy trúc (MSK=1845g) Thời gian xử lý (ngày) Rong chó (MSK=50g) kết hợp thủy trúc (MSK=1845g) Hình 3.12 Khả kết hợp rong chó thủy trúc việc xử lý Crôm Niken Bảng 3.22 Hiệu suất xử lý kim loại nặng rong chó, thủy trúc thủy trúc kết hợp rong chó Thời gian xử lý (ngày) Rong chó, Msk=50g Crôm Niken (%) (%) 0.00 0.00 17.59 23.74 26.74 34.86 34.49 45.18 42.36 52.06 35.76 51.95 34.95 51.72 27.55 51.61 Thủy trúc, Msk=1845g Crôm Niken (%) (%) 0.00 0.00 50.06 58.77 74.63 80.41 84.69 88.61 90.17 92.60 93.83 95.33 96.11 97.38 98.86 99.43 100.00 100.00 Thủy trúc (1845g) + Rong chó (50g) Crơm Niken (%) (%) 0.00 0.00 67.27 70.50 86.14 87.02 95.00 96.47 100.00 100.00 87 Kết khảo sát khả xử lý Crôm Niken kết hợp loài thực vật với cho thấy hiệu suất xử lý tăng lên rõ rệt: Ở nồng độ ban đầu, thủy trúc với MSK=1845g phải ngày xử lý 100% lượng kim loại có dung dịch Rong chó với MSK=50g xuất hiện tượng ngộ độc (xem Mục 3.4), hiệu suất cao đạt 42,36% Crơm 52,06% Niken Trong đó, kết hợp rong chó thủy trúc, thời gian để loại bỏ hồn tồn Crơm Niken ngày, rong không bị ngộ độc, phát triển tốt 3.13 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI DÂY CHUYỀN XỬ LÝ BỀ MẶT VŨ KHÍ BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH Từ kết nghiên cứu cho thấy khả sử dụng thực vật thủy sinh việc làm nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí khả quan Sơ đồ cơng nghệ xử lý đề xuất Hình 3.13 (trang bên): • Thuyết minh sơ đồ: Nước thải từ phận kỹ thuật dây chuyền theo hệ thống cống rãnh chảy hệ thống xử lý Đầu tiên, nước thải dẫn qua song chắn rác nhằm loại bỏ rác vơ cơ, hữu có kích thước lớn chảy vào hệ thống tách dầu đơn giản gồm hố phân ly dầu cấp cấp Nước từ bể phân ly cấp đưa sang bể phân ly cấp phân tách hết lớp dầu lại Váng dầu thu hồi chứa vào bể chứa sau đưa xử lý với bùn dầu Sau tách dầu, nước thải dẫn sang bể điều hòa nhằm ổn định chất lượng, lưu lượng đồng thời sa lắng cặn, tạp chất thơ có nước thải Từ bể điều hòa, nước thải bơm sang thiết bị điều chỉnh pH, nước thải bổ sung hóa chất (NaOH, HCl) để điều chỉnh pH đạt 88 tới giá trị 5,5 – 6, trình diễn nhanh chóng nhờ hệ thống máy khuấy chuyên dụng Nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí Song chắn rác Bể phân ly tách dầu cấp Váng dầu Bể phân ly tách dầu cấp Bể điều hòa lắng sơ NaOH, HCl Thiết bị điều chỉnh pH (pH: 5,5 - 6) Hồ thả rong chó Bãi trồng thủy trúc Thải mơi trường Hình 3.13 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí Sau nước điều chỉnh pH, nước thải dẫn vào bãi trồng thủy trúc hồ thả rong chó để loại bỏ hồn tồn Crơm Niken có nước thải trước xả mơi trường Các hợp chất Nitơ Phốt có nước thải nguồn dinh dưỡng cần thiết cho thực vật, 89 lợi triển khai xử lý nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí theo cơng nghệ Nước thải sau xử lý đạt Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5949 – 2005) nguồn nước loại B • Tính tốn thơng số kỹ thuật hệ thống a) Yêu cầu chất lượng nước đầu vào - Lưu lượng nước thải đầu vào: Q ≤ 15 m3/ngày - Nồng độ Crôm Niken: C0 ≤ 10 mg/l b) Thông số kỹ thuật - Bể phân ly tách dầu: + Diện tích mặt thống: 0,36m2 (0,6m x 0,6m) + Chiều cao hiệu dụng bể: 1,2m + Chiều cao bảo vệ: 0,3m + Kết cấu: xây gạch, phủ tráng vật liệu chịu môi trường + Số lượng: 02 bể - Bể điều hòa lắng sơ + Thời gian lưu: tR = ngày + Thể tích bể: V = 15m3 + Kiểu loại: bể lắng ngang + Kết cấu: Xây gạch, phủ tráng vật liệu chịu môi trường - Hồ thả rong đuôi chó + Tính lượng sinh khối rong chó cần thiết: từ số liệu Bảng 3.12 cho phép tính tốn lượng sinh khối theo cơng thức sau: M sk = C0 × V t×v (kg) Trong đó: C0: Nồng độ kim loại nước thải (g/m3); 90 V: Lưu lượng nước thải (m3/ngày); ν: Tốc độ hấp thu kim loại rong chó ν = 0,044mg/gsk.ngày t: Thời gian xử lý, t =5 ngày ⇒ M sk = 10 ×15 = 487 (kg) × 0, 044 + Thể tích hồ: V = Q x t = 15 x = 105 (m3) Lấy dư: V = 120m3 + Kết cấu: hồ xây gạch, đáy đổ bê tơng cốt thép + Diện tích mặt thống: 65m2 (10 x 7m) + Chiều sâu hồ: 1,7 m - Bãi trồng thủy trúc + Tính lượng sinh khối thủy trúc cần thiết: ước tính nồng độ kim loại lớn sau qua hồ thả rong chó cịn ≤ 2mg/m3 Tương tự trên, tính khối lượng thủy trúc cần thiết là: M sk = ×15 = 1500 (kg) × 0, 004 Trong đó, thời gian xử lý chọn t = 5ngày, ν = 0,004mg/gsk.ngày + Kết cấu: Bãi trồng xây gạch, đáy đổ bê tơng cốt thép + Thể tích bãi trồng: V = Q x t = 15 x = 75 (m3) Lấy dư: V = 90m3 + Diện tích mặt thống: 150m2 (15 x 10m) + Chiều sâu bể: 0,6m 91 KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu luận văn rút kết luận sau: Đã xây dựng tài liệu tổng quan đặc điểm công nghệ nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí; phương pháp điển hình xử lý nước thải nhiễm kim loại nặng; nguồn phát sinh Crôm Niken môi trường độc tính số thực vật; công nghệ xử lý nước thải nhiễm kim loại nặng thực vật Đã nghiên cứu, khảo sát khả xử lý Crôm Niken mốt số thực vật thủy sinh rong chó, rong chồn thủy trúc Luận văn xác định lồi thực vật có khả xử lý tốt Crơm Niken nước thải rong chó thủy trúc Đã nghiên cứu xác định động học q trình hấp thu Crơm Niken rong chó thủy trúc Kết tính tốn cho thấy đường cong động học suy giảm nông độ kim loại q trình xử lý lồi thực vật tuân theo phương trình phản ứng bậc Đã nghiên cứu xác định tốc độ xử lý khả tích lũy kim loại nặng rong chó thủy trúc Riêng thủy trúc, xác định phận tích lũy kim loại chủ yếu gốc rễ Đã khảo sát, đánh giá ảnh hưởng yếu tố nồng độ kim loại, sinh khối, pH đến trình xử lý kim loại thực vật Kết cho thấy rong chó bị ngộ độc nồng độ kim loại ban đầu C0Cr=17,65mg/l; C0Ni=17,35mg/l khoảng pH thích hợp cho q trình từ 5,5 đến 6 Đã khảo sát khả kết hợp đồng thời rong chó thủy trúc việc làm nguồn nước bị ô nhiễm Crôm Niken 92 Từ kết thực nghiệm, luận văn đề xuất phương án tính tốn thơng số kỹ thuật hệ thống xử lý nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí có tính khả thi cao ... ? ?Nghiên cứu khả làm nước thải bị nhiễm kim loại nặng dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí số loại thực vật thủy sinh? ?? Mục tiêu đề tài là: thử nghiệm khả sử dụng thực vật thủy sinh để làm nguồn nước thải bị. .. nhiễm kim loại nặng nguồn nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí Thu thập tài liệu, xây dựng tổng quan trạng công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại nặng, có cơng nghệ xử lý kim loại nặng thực. .. suất xử lý Crơm Niken số lồi thực vật thủy sinh - Quy trình làm nước thải dây chuyền xử lý bề mặt vũ khí thực vật thủy sinh 2.2 THIẾT BỊ, HÓA CHẤT VÀ NGUYÊN LIỆU NGHIÊN CỨU 2.2.1 Thiết bị - Máy