Nghiên cứu biến tính vỏ chuối để xử lý nước thải làng nghề đúc đồng đại bái, tỉnh bắc ninh

LỜI CAM ĐOAN Tên : Phạm Thị Thanh Nhàn Mã số học viên :1581520320006 Lớp : 23KTMT11 Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi trường Mã số : 60520320 Khóa học : K23 Tơi xin cam đoan luận văn tơi thực hướng dẫn TS Đỗ Thuận An với đề tài nghiên cứu luận văn “bgbggggNghiên cứu biến tính vỏ chuối để xử lý nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái, tỉnh Bắc Ninh” Đây đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với đề tài luận văn trước đây, khơng có chép luận văn Nội dung luận văn thể theo quy định, nguồn tài liệu, tư liệu nghiên cứu sử dụng luận văn trích dẫn nguồn Nếu xảy vấn đề với nội dung luận văn này, tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm theo quy định NGƯỜI VIẾT CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN Trước tiên xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo trường Đại học Thủy Lợi nói chung thầy cô giáo môn Kỹ thuật mơi trường nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Đỗ Thuận An tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi suốt trình làm luận văn thạc sĩ Trong thời gian làm việc với Thầy không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà cịn học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu Đây điều cần thiết cho tơi q trình học tập công tác sau Qua xin cảm ơn hộ sản xuất làng nghề đúc đồng Đại Bái tạo điều kiện cho tơi tìm hiểu quy trình sản xuất làng nghề, nguồn nước thải phát sinh để góp phần hồn thành luận văn Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, người thân, người sát cánh tôi, chia sẻ động viên không ngừng nỗ lực vươn lên học tập sống Hà Nội, ngày 26 tháng 11 năm 2016 TÁC GIẢ ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC BIỂU ĐỒ viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu làng nghề Đại Bái 1.1.1 Điều kiện tự nhiên – Kinh tế xã hội làng nghề Đại Bái 1.1.1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 1.1.2 Công nghệ quy trình sản xuất làng nghề đúc đồng Đại Bái 1.1.2.1 Công nghệ 1.1.2.2 Quy trình sản xuất 1.1.3 Các nguồn gây ô nhiễm làng nghề 13 1.1.3.1 Môi trường nước 13 1.1.3.2 Mơi trường khơng khí 14 1.1.3.3 Chất thải rắn 15 1.1.4 Ảnh hưởng tới sức khỏe người dân 16 1.2 Giới thiệu chuối 17 1.2.1 Nguồn gốc cấu tạo 17 1.2.1.1 Nguồn gốc loài thực vật 17 1.2.1.2 Đặc điểm hình thái chuối 17 1.2.1.3 Giá trị dinh dưỡng 19 1.2.2 Tình hình sản xuất chuối giới Việt Nam 20 1.2.2.1 Tình hình sản xuất chuối giới 20 1.2.2.2 Tình hình sản xuất chuối Việt Nam 22 1.2.3 Thành phần cấu tạo vỏ chuối 23 1.2.4 Ứng dụng vỏ chuối 24 1.2.4.1 Dùng làm bánh than tổ ong 24 1.2.4.2 Xử lý nước thải 26 iii 1.2.5 Cơ sở lý thuyết xử lý nước thải vỏ chuối 28 1.2.5.1 Cơ sở lý thuyết biến tính Cellulose axit citric 28 1.2.5.2 Phản ứng este hóa cellulose axit citric 29 1.2.5.3 Hấp phụ 30 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Đối tượng nghiên cứu .32 2.1.1.Vỏ chuối 32 2.1.2 Nước thải 32 2.2 Phương pháp nghiên cứu 33 2.2.1 Lấy mẫu bảo quản nước thải 33 2.2.1.1 Lấy mẫu 33 2.2.1.2 Vận chuyển bảo quản mẫu 34 2.2.2 Dụng cụ, hóa chất 34 2.2.3 Xác định độ ẩm vỏ chuối sau phơi khô 35 2.2.4 Q trình biến tính vật liệu 36 2.2.4.1 Sơ chế vỏ chuối 36 2.2.4.2 Biến tính vỏ chuối 37 2.2.5 Khảo sát ảnh hưởng vật liệu biến tính khơng biến tính đến khả xử lý nước thải 37 2.2.6 Khảo sát đặc điểm bề mặt vật liệu hấp phụ 38 2.2.6.1 Đặc trưng SEM 38 2.2.6.2 Đặc trưng BET 38 2.2.7 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố tới q trình biến tính 38 2.2.7.1 Ảnh hưởng nồng độ axit tới q trình biến tính 38 2.2.7.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nung tới trình xử lý nước thải 39 2.2.7.3 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn:lỏng đến trình biến tính vỏ chuối 39 2.2.7.4 Ảnh hưởng thời gian đến q trình biến tính 40 2.2.8 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ vật liệu 40 2.2.8.1 Ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ 40 2.2.8.2 Ảnh hưởng tỉ lệ vỏ chuối biến tính đến khả hấp phụ 41 2.2.9 Vận hành mơ hình thực nghiệm 41 2.2.9.1 Vận hành cột lọc với vật liệu vỏ chuối biến tính 41 2.2.9.2 Vận hành cột lọc kết hợp với vật liệu khác 41 iv CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Chất lượng nước thải đầu vào 43 3.2 Khảo sát ảnh hưởng vật liệu biến tính khơng biến tính đến khả xử lý nước thải 44 3.3 Khảo sát đặc điểm bề mặt vật liệu hấp phụ 45 3.3.1 Đặc trưng SEM 45 3.3.2 Đặc trưng BET 46 3.4 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố tới trình biến tính 48 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ axit tới q trình biến tính 48 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nung tới trình xử lý nước thải 51 3.4.3 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn:lỏng đến q trình biến tính vỏ chuối 53 3.4.4 Ảnh hưởng thời gian đến q trình biến tính 56 3.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ vật liệu 58 3.5.1 Ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ 58 3.5.2 Ảnh hưởng tỉ lệ vỏ chuối biến tính đến khả hấp phụ 61 3.6 Vận hành mơ hình thực nghiệm 64 3.6.1 Vận hành cột lọc với vật liệu vỏ chuối biến tính 64 3.6.2 Vận hành cột lọc kết hợp với vật liệu khác 67 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 71 KẾT LUẬN 71 KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC 76 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bản đồ xã Đại Bái, huyện Gia Bình Hình 1.2 Cấu tạo chuối 17 Hình 1.3 Hoa chuối 18 Hình 1.4 Trái chuối 18 Hình 1.5 Sơ chế vật liệu 24 Hình 1.6 Nguyên liệu trộn với nước 25 Hình 1.7 Ép viên thành khối 25 Hình 1.8 Đục lỗ than 26 Hình 1.9 Phơi viên bánh 26 Hình 1.10 Cấu trúc phân tử axit citric 28 Hình 1.11 Cấu trúc phân tử cellulose 29 Hình 1.12 Phản ứng este hóa axit citric cellulose 30 Hình 2.1 Thu gom đồng 32 Hình 2.2 Can đựng hóa chất tẩy rửa dung dịch H SO 32 Hình 2.3 Bản đồ lấy mẫu nước thải 33 Hình 2.4 Một số thiết bị phịng thí nghiệm 34 Hình 2.5 Vỏ chuối nguyên liệu 37 Hình 2.6 Nước thu sau q trình lọc vật liệu khơng biến tính biến tính 38 Hình 2.7 Máy khuấy từ 39 Hình 2.8 Dung dịch sau lọc 39 Hình 2.9 Mẫu nung nhiệt độ khác 39 Hình 2.10 Kết thu tỷ lệ rắn:lỏng khác 40 Hình 2.11 Cột lọc với vật liệu vỏ chuối biến tính 41 Hình 2.12 Mơ hình cột lọc vỏ chuối biến tính kết hợp vật liệu cát, sỏi 42 Hình 3.1 Ảnh SEM vật liệu vỏ chuối biến tính 46 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Hàm lượng số tiêu nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái 13 Bảng 1.2 Hàm lượng kim loại nặng nước thải sản xuất làng nghề Đại Bái 14 Bảng 1.3 Tình hình sức khỏe người dân làng nghề Đại Bái năm 2006 .16 Bảng 1.4 Đặc điểm số loại chuối 19 Bảng 1.5 Thành phần dinh dưỡng loại chuối 100 g chuối .19 Bảng 1.6 Hàm lượng chất khoáng 100 g chuối ăn 20 Bảng 1.7 Sản lượng chuối giới năm 2011 21 Bảng 1.8 Diện tích sản lượng loại năm 2011 .22 Bảng 1.9 Thành phần hóa học vỏ chuối 23 Bảng 2.1 Tên số thiết bị cần sử dụng 34 Bảng 2.2 Hóa chất cần dùng 35 Bảng 3.1 Kết phân tích thơng số đầu vào nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái 43 Bảng 3.2 Khả xử lý nước thải vật liệu biến tính khơng biến tính 44 Bảng 3.3 Kết đo nồng độ 2M, 3M, 4M, 5M 48 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến trình xử lý nước thải vỏ chuối 51 Bảng 3.5 Giá trị thông số đo theo tỷ lệ rắn:lỏng 53 Bảng 3.6 Ảnh hưởng thời gian biến tính đến hiệu xử lý nước thải .56 Bảng 3.7 Các thông số đo giá trị pH khác .58 Bảng 4.8 Ảnh hưởng tỉ lệ vỏ chuối biến tính đến khả xử lý nước thải 61 Bảng 3.9 Tổng hợp điều kiện tối ưu trình xử lý nước thải làng nghề đúc đồng .64 Bảng 3.10 Kết thông số nước thải sau chạy mơ hình 67 Bảng 3.11 Tổng hợp hiệu vận hành mơ hình sau khoảng thời gian 70 vii DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1.1 Tình hình sử dụng đất đai xã Biểu đồ 1.2 Phân bố dân cư làng Đại Bái Sơ đồ 1.1 Sơ đồ cơng nghệ xử lý kim loại màu kèm dịng thải Sơ đồ 1.2 Quy trình sản xuất nồi đồng, nhơm Đại Bái 10 Sơ đồ 1.3 Quy trình tạo tranh đồng kèm theo dịng thải 12 Biểu đồ 1.3 Rác thải phát sinh từ hoạt động sản xuất sinh hoạt làng Đại Bái 15 Biểu đồ1.4 Tình hình sản xuất chuối giai đoạn 2001 – 2011 22 Biểu đồ 1.5 Tình hình sản xuất chuối vùng trồng năm 2011 23 Sơ đồ 3.1 Quá trình tạo vật liệu hấp phụ 36 Biểu đồ 3.1 Giá trị pH đo hộ lấy mẫu 43 Biểu đồ 3.2 Kết phân tích thơng số đầu vào nước thải làng nghề Đại Bái 44 Biểu đồ 3.3 Hiệu xử lý nước thải vật liệu khơng biến tính biến tính 45 Biểu đồ 3.4 Đồ thị đường đẳng nhiệt tuyến tính 46 Biểu đồ 3.5 Đồ thị diện tích bề mặt BET 47 Biểu đồ 3.6 Đồ thị diện tích bề mặt Langmuir 47 Biểu đồ 3.7 Kết đo thông số điểm nồng độ axit citric khác 48 Biểu đồ 3.8 Ảnh hưởng nồng độ axit citric tới xử lý độ màu 49 Biểu đồ 3.9 Ảnh hưởng nồng độ axit citric tới xử lý COD 49 Biểu đồ 3.10 Hiệu hấp phụ Cu2+ theo thay đổi nồng độ axit 50 Biểu đồ 3.11 Hiệu hấp phụ Fe3+ theo thay đổi nồng độ axit 50 Biểu đồ 3.12 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến hiệu suất hấp phụ màu 51 Biểu đồ 3.13 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến hấp phụ COD 52 Biểu đồ 3.14 Ảnh hưởng nhiệt độ nung tới hiệu suất hấp phụ Cu2+ 52 Biểu đồ 3.15 Ảnh hưởng nhiệt độ nung tới hiệu suất hấp phụ Fe3+ 53 Biểu đồ 3.16 Ảnh hưởng tỷ lệ rắn:lỏng tới hiệu suất xử lý độ màu 54 Biểu đồ 3.17 Ảnh hưởng tỷ lệ rắn: lỏng tới hiệu suất xử lý COD 54 Biểu đồ 3.18 Ảnh hưởng tỷ lệ rắn:lỏng tới khả hấp phụ Cu2+ 55 Biểu đồ 3.19 Ảnh hưởng tỷ lệ rắn:lỏng tới hiệu hấp phụ Fe3+ 55 viii Biểu đồ 3.20 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc tới hiệu suất xử lý độ màu 56 Biểu đồ 3.21 Hiệu suất xử lý COD khoảng thời gian biến tính khác .57 Biểu đồ 3.22 Hiệu suất xử lý Cu2+ khoảng thời gian khác 57 Biểu đồ 3.23 Hiệu suất xử lý Fe3+ khoảng thời gian khác 58 Biểu đồ 3.24 Ảnh hưởng giá trị pH tới hiệu suất xử lý độ màu 59 Biểu đồ 3.25 Ảnh hưởng giá trị pH tới hiệu suất hấp phụ COD 59 Biểu đồ 3.26 Ảnh hưởng giá trị pH tới hiệu suất hấp phụ Cu2+ 60 Biểu đồ 3.27 Ảnh hưởng giá trị pH tới hiệu suất hấp phụ Fe3+ .61 Biểu đồ 3.28 Ảnh hưởng tỷ lệ vỏ chuối biến tính đến hiệu suất xử lý độ màu .62 Biểu đồ 3.29 Ảnh hưởng tỷ lệ vỏ chuối biến tính đến hiệu suất xử lý COD 62 Biểu đồ 3.30 Ảnh hưởng tỷ lệ vỏ chuối biến tính đến hiệu suất xử lý Cu2+ 63 Biểu đồ 3.31 Ảnh hưởng tỷ lệ vỏ chuối biến tính đến hiệu suất xử lý Fe3+ 64 Biểu đồ 3.32 Biểu thị hiệu suất xử lý độ màu vỏ chuối sau chạy mơ hình 65 Biểu đồ 3.33 Biểu thị hiệu suất xử lý COD vỏ chuối sau chạy mơ hình .65 Biểu đồ 3.34 Biểu thị hiệu suất xử lý Cu2+ vỏ chuối sau chạy mô hình 66 Biểu đồ 3.35 Biểu thị hiệu suất xử lý Fe3+ vỏ chuối sau chạy mơ hình 66 Biểu đồ 3.36 Biểu thị hiệu suất xử lý độ màu vỏ chuối sau chạy mô hình 68 Biểu đồ 3.37 Biểu thị hiệu suất xử lý COD vỏ chuối sau chạy mơ hình .68 Biểu đồ 3.38 Biểu thị hiệu suất xử lý Cu2+ vỏ chuối sau vận hành mơ hình.69 Biểu đồ 3.39 Biểu thị hiệu suất xử lý Fe3+ vỏ chuối sau chạy mơ hình 69 ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT - COD: Nhu cầu oxi hóa học - FAO: Tổ chức Nơng lương giới - QCVN: Quy chuẩn Việt Nam - TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam - TNHH: Trách nhiệm hữu hạn - TTCN: Tiểu thủ công nghiệp - UBND: Ủy ban nhân dân x Cu2+ sau xử lý 80 70 50 60 40 50 40 30 30 20 20 10 Hiệu suất xử lý (%) Hàm lượng Cu2+ (mg/l) 60 10 Hàm lượng Cu2+ (mg/l) Hiệu suất xử lý (%) 0 10 20 30 40 50 60 Thời gian (phút) Biểu đồ 3.38 Biểu thị hiệu suất xử lý Cu2+ vỏ chuối sau vận hành mơ hình Trong khoảng thời gian khảo sát từ 10 – 40 phút, hiệu suất hấp phụ tăng theo thời gian Tại thời điểm 50 phút hiệu suất có giảm so với thời điểm 40 phút 0,35% Sang thời điểm 60 phút hiệu suất có tăng lên nhiên lượng tăng lên không nhiều so với thời điểm 50 phút (tăng 1,13%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 60 Hàm lượng Fe3+ 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 Thời gian (phút) Hiệu suất xử lý (%) Fe3+ sau xử lý Hàm lượng Fe3+ (mg/l) Hiệu suất xử lý (%) 60 Biểu đồ 3.39 Biểu thị hiệu suất xử lý Fe3+ vỏ chuối sau chạy mơ hình Kết nghiên cứu cho thấy thời gian vận hành cột lâu, hàm lượng Fe3+ nước sau xử lý giảm hiệu suất xử lý tăng Hàm lượng Fe3+ nước thải ban đầu 78 mg/l sau khoảng thời gian vận hành cột hàm lượng Fe3+ giảm Cụ thể sau 10 phút, hàm lượng Fe3+ giảm xuống 50mg/l (đạt hiệu suất 35,89%); sau 20 phút, hàm lượng Fe3+ giảm xuống 38,10 mg/l (hiệu suất đạt 51,15%); sau 30 phút, hàm lượng Fe3+ giảm xuống 25,13 mg/l (hiệu suất đạt 67,78%); sau 40 69 phút, hàm lượng Fe3+ giảm xuống 20,33 mg/l (hiệu suất đạt 73,93%); sau 50 phút, hàm lượng Fe3+ giảm xuống 15,23 mg/l (hiệu suất đạt 80,47%); sau 60 phút, hàm lượng Fe3+ giảm xuống 15,43 mg/l (hiệu suất đạt 80,21%) Hiệu suất khử sắt dao động lớn từ 35,89 – 80,47 % Nhận xét chung : Ứng dụng chạy mơ hình thực nghiệm dạng cột lọc với vật liệu vỏ chuối kết hợp với vật liệu sỏi, cát cho thấy vỏ chuối có khả xử lý độ màu, COD, Cu2+, Fe3+ nước thải làng nghề đúc đồng Khả hấp phụ Cu2+ Fe3+ tốt với hiệu suất đạt khoảng 80% Khả xử lý độ màu COD thấp hiệu suất xử lý đạt 40% Ngun nhân q trình biến tính vật liệu axit citric chuyển thành dạng anhydric, phản ứng este hóa xảy anhydric axit nhóm hidroxyl xenlulozo Tại vị trí phản ứng xuất hai nhóm chức axit (từ axit citric) có khả trao đổi ion Trong thời gian phản ứng q trình este hóa tiếp tục xảy nhóm axit cịn lại axit citric làm giảm khả trao đổi ion Bên cạnh đó, vật liệu cát có tác dụng xử lý phần độ màu sắt nâng hiệu xử lý Tuy nhiên, nhược điểm phương pháp hấp phụ chuyển chất xử lý từ pha sang pha khác tạo lượng thải sau hấp phụ, độ màu COD khơng xử lý triệt để Bảng 3.11 Tổng hợp hiệu vận hành mơ hình sau khoảng thời gian Thời gian vận hành cột (phút) 10 20 30 40 50 60 Chỉ vỏ chuối biến tính Kết hợp thêm vật liệu khác Độ màu (%) COD (%) Cu2+ (%) Fe3+ (%) Độ màu (%) COD (%) Cu2+ (%) Fe3+ (%) 6,73 10,34 14,56 23,69 30,42 32,43 6,38 12,60 22,47 24,21 28,94 31,01 10,76 24,46 38,46 45,59 53,59 53,38 14,43 20,92 27,32 40,66 47,24 48,03 10,52 24,90 38,54 44,79 50,10 51,46 9,55 20,66 28,72 34,73 42,80 42,22 20,58 29,22 58,63 70,10 69,75 70,88 35,89 51,15 67,78 73,93 80,47 80,21 70 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái, tỉnh Bắc Ninh qua phân tích thành phần: độ màu, COD, hàm lượng Cu2+, hàm lượng Fe3+ so với QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) vượt tiêu chuẩn cho phép Chính vậy, cần phải có biện pháp xử lý nước thải phù hợp trước xả vào nguồn tiếp nhận Qua trình làm thực nghiệm tơi đưa số kết luận sau: - Điều kiện tối ưu cho trình biến tính vỏ chuối axit citric:nồng độ axit citric 4M; nhiệt độ nung 4500C; tỷ lệ rắn:lỏng 1g vỏ chuối:80ml dung dịch axit citric thời gian biến tính - Cấu trúc vỏ chuối biến tính hình thành lỗ xốp làm tăng diện tích bề mặt - Diện tích bề mặt điểm áp suất tương đối p/p0=0,2094 7,4836 m2/g; diện tích bề mặt theo BET vỏ chuối biến tính 7,7251 m2/g; kết đo diện tích bề mặt theo Langmuir vỏ chuối biến tính 10,6618 m2/g - Chứng minh khả hấp phụ vỏ chuối biến tính tìm điều kiện tối ưu cho q trình, kết thu được: + pH tối ưu cho trình hấp phụ pH = +Tỷ lệ vỏ chuối biến tính với lượng nước thải cần xử lý 1,5g:100ml nước thải - Kết vận hành mơ hình cột lọc cho thấy: hiệu suất xử lý cột lọc có thành phần vỏ chuối biến tính thấp so với việc kết hợp với vật liệu sỏi, cát: + Cột lọc với vỏ chuối biến tính: Hiệu suất xử lý độ màu, COD khoảng 30%; hiệu suất khử Cu2+, Fe3+ khoảng 50% + Cột lọc kết hợp thêm vật liệu sỏi cát: Khả hấp phụ độ màu xử lý COD không cao, hiệu suất xử lý khoảng 40% Khả hấp phụ kim loại Cu2+ Fe3+ tốt (hiệu suất đạt khoảng 80%) 71 KIẾN NGHỊ Do thời gian thực đề tài luận văn khơng nhiều, cịn hạn chế mặt máy móc, thiết bị dụng cụ nên trình thực nghiệm khảo sát khả hấp phụ vật liệu với độ màu, COD, Cu2+và Fe3+ Vì vậy, tơi có nêu số kiến nghị sau: - Mở rộng thêm đề tài nghiên cứu tìm khả hấp phụ vỏ chuối biến tính ion kim loại khác để từ đánh giá khả hấp phụ cách hồn thiện tối ưu - Nghiên cứu khả giải hấp vật liệu hấp phụ khả tái sử dụng vật liệu hấp phụ sau xử lý nước thải - Kết hợp thêm phương pháp xử lý sinh học để xử lý hiệu độ màu COD 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sở công thương Bắc Ninh, 2008, [2] "Thực trạng số giải pháp nhằm nâng cao hiệu kinh doanh làng nghề Đại Bái - huyện Gia Bình - tỉnh Bắc Ninh," 2009 [3] "Báo cáo kết thực nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội – an ninh quốc phòng điều hành UBND xã nhiệm kỳ 2004 – 2011," [4] Bùi Thị Minh Nguyệt, "Hiện trạng Cu, Pb, Zn đất nông nghiệp nước mặt làng nghề đúc đồng xã Đại Bái, huyện Gia Bình – tỉnh Bắc Ninh," trường Đại học Nơng Nghiệp , Hà Nội, 2009 [5] PGS.TS Đặng Kim Chi, "Hướng dẫn áp dụng giải pháp cải thiện môi trường cho làng nghề tái chế kim loại, Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn cho việc xây dựng sách biện pháp giải vấn đề môi trường làng nghề môi trường Việt Nam.," [6] http://dodongphongthuy.net/gioi-thieu-quy-trinh-duc-dong-cua-lang-nghenghe-dai-bai.html [7] "Kết quan trắc môi nước thải xã Đại Bái – huyện Gia Bình," Sở tài nguyên Môi trường, Bắc Ninh, 2010 [8] "Nghiên cứu sở khoa học quy hoạch tổ chức không gian loại cụm công nghiệp vừa nhỏ nơng thơn theo hướng cơng nghiệp hóa – đại hóa ," Viện quy hoạch Đơ thị - Nơng thơn, Bộ xây dựng, KC.07.23, 2003 [9] "Báo cáo môi trường Quốc gia ," 2011 [10] "Chi cục Bảo vệ môi trường tỉnh Bắc Ninh," 2011 [11] Đỗ Thị Lan Đỗ Anh Tài, "Phát triển kinh tế làng nghề gắn với bảo vệ mơi trường trường hợp huyện Gia Bình (Bắc Ninh) ," Bắc Ninh, Quản lý kinh tế 21, 2008 [12] "Trung tâm Y tế dự phịng huyện Gia Bình UBND xã Đại Bái," [13] "Kỹ thuật thâm canh chuối lùn, trường trung học Nông nghiệp Phát triển nông thôn Quảng Trị," Tài liệu đào tạo nghề 2013 73 [14] Huỳnh Nguyễn Thái Duy, "Đề tài nghiên cứu nectar chuối, Đại học sư phạm thành phố Hồ Chí Minh.," Đại học sư phạm thành phố Hồ Chí Minh, [15] http://bachmai.gov.vn/index.php?option=com_content&task=view&id=2340 [16] "FAOSTAT," 2013 [17] "Số liệu thống kê Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn," 2013 [18] V.N.Roa and M.A.G Maghoup Agustin B.Molina, "Advancing banana and plantain R & D in Asia and the Pacific – Vol.10," Bangkok, Thailand, 2000 [19] "Quyết định phê duyệt quy hoạch phát triển rau hoa cảnh đến năm 2010, tầm nhìn 2020," Bộ nơng nghiệp Phát triển nơng thơn, Hà Nội, 2007 [20] Hồng Bằng An cs, "Kết bước đầu đánh giá trạng đề xuất số giải pháp kinh tế thị trường phát triển sản xuất chuối tieu xuất nhập Việt Nam," Hà Nội, Tạp chí Nơng nghiệp phát triển nông thôn ISSN 0866 7020, tr 205 - 210, 2010 [21] Phạm Nữ Sơn Giang, "Khảo sát tiền xử lí vỏ chuối dung mơi hữu ứng dụng lên men bioetanol," Trường Đại học Tôn Đức Thắng, Khóa luận tốt nghiệp 2014 [22] Hồng Thị Mĩ Hạnh, "Khảo sát khả hấp phụ ion Cu2+ vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ chuối," Trường Đại học Cần Thơ, 2015 [23] http://edu.hochiminhcity.gov.vn/thong-bao/ket-qua-cuoc-thi-van-dung-kienthuc-lien-mon-de-giai-quyet-tinh-huong-thuc-tien-c41000-54238.aspx [24] Buddhi Charana Walpola, Min- Ho Yoon Arunakumara, "Banana peel: A green solution for metal removal from contaminated waters," Korean J Environ Agric Vol 32, No 2, pp 108 - 116, [25] M.Alikarami, E.R.Nezhad, F.Moradi, V.Moradi Z.Abbasi, "Adsorptive removal of Co2+ and Ni2+ by peels of banana from aqueous solution," Universal Journal of chemistry 1, pp 90 - 95, 2013 [26] H.Hao.Ngo, W.S.Guo, T.V.Nguyen M.A.Hossain, "Removal of Copper from water by absorption onto banana peels as bioadsorbent," Int.J.of Geomate, Vol 2, pp 227 - 234, 2012 74 [27] M.S.Mahmoud, "Banana peels as an Eco-sorbent for Manganese ions," International Journal of Biomolecular, Agricultural, Food and Biotechnological Vol 8, No 11, 2014 [28] S.M.Shartooth, S.A.K.Al-Hiyaly M.N.A.Al-Azzawi, "The removal of Zinc, Nickel from Industerial Waste- Water using banana peels," Iraqi Journal of science Vol 54, No.1, pp 72 - 81, 2013 [29] Renata S.D.Castro, "Banana Peel Applied to the Solid Phase Extraction of Copper and Lead from River Water," Preconcentration of Metal Ions with a Fruit Waste, I & EC pp 3446 - 3451, 2011 [30] Balpreet Kaur Sunil Rajoriya, "Adsorptive removal of Zinc from waste water by natural biosorbents," International Journal of Engineering science invention Vol 3, pp 60 - 80, [31] Đặng Văn Phi, "Nghiên cứu sử dụng vỏ chuối để hấp phụ số ion kim loại nặng nước," Trường Đại học Đà Nẵng, Luận văn thạc sĩ 2012 [32] http://www.hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-va-doi-song/hoa-thuc-pham/241tim-hieu-ve-axit-citric.html [33] Roger M Rowell, Soo-Hong Min James D Mc Sweeny, "Effect of Citric Acid Modification of Aspen Wood on Sorption of Copper Ion," Journal of Natural Fibers Vol 3, 2006 [34] http://vi.wikipedia.org/wiki/Cellulose [35] Trần Thị Ngọc Ngà, "Nghiên cứu khả hấp phụ ion Pb2+, Cu2+ vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã đậu nành," Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, 2013 [36] Lê Văn Cát, Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải Hà Nội, 2002 75 PHỤ LỤC Phương pháp xác định độ màu Phép đo tiến hành tiêu số 125 với bước sóng riêng biệt 465 nm Quy trình sử dụng thuốc thử NCASI cần điều chỉnh pH mẫu tới giá trị 7,6 dung dịch HCl 1N NaOH 1N Khi điều chỉnh pH, tổng thể tích mẫu vượt 1%, cần sử dụng acid bazơ đậm đặc Đặt chương trình đo số 125 tiến hành đo theo quy trình sau, sử dụng cuvet 25ml B : Chọn tiêu phân tích số: 125 color, bước sóng ʎ = 465nm B : Lấy 200ml nước mẫu vào cốc thủy tinh dung tích 400ml Điều chỉnh pH tới giá trị 7,6 B : Chuẩn bị mẫu trắng: Đong 25ml nước không khử ion vào cuvet thứ B : Chuẩn bị mẫu: Đong 25 ml nước mẫu vào cuvet thứ hai B : Đặt cuvet chứa mẫu trắng vào máy để hiệu chỉnh B : Chỉnh máy giá trị Trên hình hiển thị giá trị đơn vị Pt-Co B : Chuyển cuvet chứa mẫu vào máy để đo B : Đọc kết hiển thị máy theo hàm lượng mg/l Pt-Co Phương pháp xác định COD (TCVN 6491-1999) Nhu cầu oxy hóa học (COD) lượng oxy cần thiết để oxy hóa hồn tồn hợp chất hữu có nước chất oxy hóa mạnh COD xác định phương pháp hồi lưu đóng Mẫu đun hồi lưu với lượng dư kali dicromat K Cr O H SO đặc Q trình oxy hóa hầu hết chất hữu mẫu Bạc sunfat cho vào mẫu để làm chất xúc tác cho q trình oxy hóa Sau phá mẫu, kali dicromat lại chuẩn độ dung dịch sắt (II) amonisunfat (NH )Fe(SO ) 6H O (FAS) 0,025N: Cr O 2- + 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+ +6Fe3+ + 7H O Lượng dicromat tiêu tốn tính tốn chất hữu bị oxy hóa báo cáo dạng oxy tương đương COD tính tốn sau: COD = (V1 − V2 ) × N × × 1000 ×K Vm 76 Trong đó: V - Thể tích dung dịch FAS tiêu tốn chuẩn độ mẫu trắng, ml V - Thể tích dung dịch FAS tiêu tốn chuẩn độ mẫu thử, ml N - Nồng độ FAS dùng để chuẩn độ - Đương lượng phân tử gam oxy V m - Thể tích mẫu đem phân tích, ml K - Hệ số pha loãng Khoảng xác định phương pháp: COD từ 30 – 700 mg/L Cách tiến hành: Phá mẫu + Hút 2ml mẫu môi trường cho vào ống nghiệm, thêm 1ml K Cr O / HgSO Đậy chặt nắp ống nghiệm, lắc dung dịch, tiến hành phá mẫu lò khoảng 2h nhiệt độ 1500C + Tiến hành làm tương tự với mẫu trắng Thay 2ml mẫu mơi trường nước cất Hình Lị phá mẫu COD Chuẩn độ + Mẫu sau phá để nguội chuyển vào bình tam giác 100 ml Tráng ống nghiệm thêm nước cất đến khoảng 30 ml + Thêm giọt thị feroin, lắc đều,dung dịch có màu xanh lục + Tiến hành chuẩn độ dung dịch muối Morh đến dung dịch chuyển sang màu nâu đỏ dừng chuẩn độ Ghi V ml muối Morh tiêu tốn + Với mẫu trắng tiến hành làm tương tự Ghi V ml muối Morh tiêu tốn 77 Phương pháp xác định Fe3+ a Các bước tiến hành pha Fe3+ vào nước Pha dung dịch có hàm lượng 100mgFe3+/l từ FeCl 6H O Bước 1: Cân xác 0,4830g FeCl 6H O vào cốc nhỏ Bước 2: Đổ vào bình định mức lít Sau cho thêm nước cất vào tới vạch định mức Thu dung dịch có hàm lượng Fe3+ 100mg/l b Cơ sở lý thuyết Trong nước thiên nhiên, sắt tồn dạng khác Đa số sắt tồn dạng sắt (II) bicacbonat dễ bị thủy phân: Fe( HCO3 )2 ↔ CO2 + FeCO3 + H 2O FeCO3 + H 2O ↔ Fe(OH )2 + CO2 Fe(OH) tiếp xúc với khơng khí lại bị oxy hóa Fe(OH ) + O2 + H 2O ↔ Fe(OH )3 Độ hòa tan Fe(OH) nhỏ độ hòa tan Fe(OH) nên nước thiên nhiên có nhiều Fe(OH) , có Fe2+ Khi phân tích phải hịa tan kết tủa Fe(OH) dung dịch HCl Fe(OH )3 + 3HCl → FeCl3 + H 2O c Cách tiến hành Trong nước thiên nhiên chứa Fe2+ Fe3+ nên: - Dùng (NH )S O để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ - Dùng dung dịch NH CNS tạo với Fe3+ thành dung dịch Fe(CNS) màu đỏ máu Fe3+ + 3CNS → Fe(CNS )3 Hình NH CNS tạo với Fe3+ thành dung dịch Fe(CNS) màu đỏ 78 Dùng phương pháp đo màu để xác định hàm lượng sắt tổng - Xây dựng đường chuẩn Dùng pipet hút xác 50ml dung dịch tiêu chuẩn có hàm lượng Fe3+ 0,5mg/l; 1mg/l; 2mg/l; 2,5mg/l; 5mg/l; 10mg/l; 25mg/l cho vào cốc nhỏ Cho thêm vào 3ml dung dịch (NH ) S O bão hòa 3ml dung dịch NH CNS 50%, khấy chuyển vào cuvet Chuẩn bị mẫu trắng: Hút 50 ml nước cất vào cốc nhỏ Cho thêm vào 3ml dung dịch (NH ) S O bão hòa 3ml dung dịch NH CNS 50%, khấy chuyển vào cuvet Tiến hành đo quang bước sóng 474nm Thu kết quả: Bảng 1: Kết thí nghiệm xác định đường chuẩn Hàm lượng sắt tổng dung dịch chuẩn Độ hấp (mg/l) phụ (Abs) 0,5 2,5 10 25 0,033 0,072 0,146 0,191 0,512 1,111 2,905 3,5 y = 0,1187x - 0,0698 R² = 0,9993 Độ hấp phụ (Abs) 2,5 Độ hấp phụ 1,5 Linear (Độ hấp phụ) 0,5 -0,5 10 15 20 25 30 Hàm lượng sắt (mg/l) Biểu đồ Đường chuẩn xác định hàm lượng sắt tổng Vậy phương trình đường chuẩn để xác định hàm lượng Fe3+ sau trình hấp phụ y = 0,1187x – 0,0698 Hệ số tương quan R2 = 0,9993 - Xác định hàm lượng Fe3+ Hút 100ml nước mẫu cho vào cốc nhỏ Cho thêm vào 5ml dung dịch HCl 1:1 3ml dung dịch (NH )CNS 50% bão hòa, khuấy Hút 50ml nước 79 oxy hóa vào cốc nhỏ, cho thêm 3ml nước cất 3ml dung dịch (NH )CNS 50% khuấy chuyển vào cuvet tiến hành đo D máy đo màu Sau so với đường chuẩn xác định hàm lượng sắt có nước - Hóa chất dụng cụ cần thiết Dung dịch (NH )CNS 50% (NH ) S O bão hòa: 100ml Dung dịch HCl 1:1: 50 ml dung dịch HCl đặc (36%) pha loãng 50ml nước cất Dung dịch FeCl tiêu chuẩn: Cân xác 0, 2415 gam FeCl 6H O sấy khô 1050C cho vào bình đựng mức 500ml Cho nước cất vào tới vạch mức Dung dịch có hàm lượng 0,005 gam Fe3+ lít dung dịch Phương pháp xác định Cu2+ Nguyên tắc: Cu2+ phản ứng với I- giải phóng I cách định lượng, chuẩn độ lượng I giải phóng dung dịch chuẩn Na S O với chất thị hồ tinh bột 2Cu2+ + 4I- → 2CuI + I I + Na S O → Na S O + NaI CuI hấp phụ I nên người ta thường thêm CNS- vào để tạo thành CuCNS ngăn chặn tượng hấp phụ này, đồng thời làm tăng oxy hóa khử cặp Cu2+/Cu+ CuCNS có tích số tan nhỏ CuI + CNS- → CuCNS + ITiến hành: Dùng pipet lấy xác Vml (10ml) dung dịch Cu2+ cần xác định vào bình nón cỡ 250ml Thêm 5ml H SO 3M 10 ml hỗn hợp KI + KCNS (đều 5%), lắc nhẹ đậy miệng bình lại nắp kính đồng hồ để yên bóng tối 10 phút Sau chuẩn độ I dung dịch Na S O biết nồng độ dung dịch có màu vàng rơm thêm ml hồ tinh bột 1% (dung dịch chuyển sang màu xanh tím) Chuẩn độ tiếp dung dịch màu xanh dừng lại Ghi số ml Na S O chuẩn độ V ml Làm lần ghi kết trung bình Nồng độ mol Cu tính sau: CCu = CNa2 S2 O3 V0 V - Hóa chất cần dùng cách pha hóa chất + Cân pha dung dịch K Cr O 0,002M 80 Cân xác khoảng 0,2942g K Cr O loại tinh khiết hóa phân tích, pha bình định mức 500ml, ta có dung dịch 0,002M + Cách pha dung dịch Na S O Dung dịch chuẩn bị cách hòa tan lượng muối Na S O 5H O nước cất cho có nồng độ 0,01M Để yên bảo quản lọ nâu, cách li với mơi trường khơng khí vài ngày, lọc dung dịch, chuẩn độ lại theo chất chuẩn bền vững trước đem sử dụng Dung dịch natrithiosunfat khơng bền, sau pha xong, dung dịch có nồng độ cao chúng giảm ngun nhân oxy hóa oxy khơng khí vi khuẩn Để bảo quản dung dịch tốt, người ta cho thêm vào khoảng 0,1g/lit Na CO khoảng 10mg HgI /l để loại trừ vi khuẩn + Xác định nồng độ xác Na S O theo K Cr O Nguyên tắc: Dùng lượng xác định K Cr O để oxi hóa lượng dư KI thành I chuẩn độ I sinh dung dịch Na S O với chất thị hồ tinh bột Từ nồng độ thể tích K Cr O xác định nồng độ dung dịch thiosunfat: Cr O 2- + 6I- + 14H+ → 2Cr3+ + 3I + 7H O I + 2S O 2- → 2I- + S O 2- Tiến hành: dùng pipet lấy xác Vml (10ml) dung dịch K Cr O có nồng độ biết vào bình nón cỡ 250ml Thêm 5ml H SO 3M, 10ml dung dịch KI 5%, lắc nhẹ cho đều, đậy miệng bình kính đồng hồ để yên bóng tối 10 phút Sau chuẩn độ lượng I giải phóng dung dịch Na S O dung dịch có màu vàng rơm, thêm 1ml hồ tinh bột 1% lắc chuẩn độ tiếp màu xanh dừng lại Ghi số ml dung dịch Na S O chuẩn độ - V ml Làm lần lấy kết trung bình Nồng độ mol/l Na S O tính sau: CNa2 S2O3 = 6.CK2Cr2O7 V V0 Phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử quét SEM Kính hiển vi điện tử quét (SEM): loại kính hiển vi điện tử tạo ảnh có độ phân giải cao bề mặt mẫu Nguyên lý hoạt động: 81 Một chùm tia qua thấu kính điện tử để hội tụ thành điểm nhỏ chiếu lên bề mặt mẫu nghiên cứu Nhiều hiệu ứng xảy hạt điện tử chùm tia va chạm với bề mặt vật rắn Từ điểm chùm tia va chạm với bề mặt mẫu có nhiều loại hạt, nhiều loại tia phát tín hiệu Mỗi loại tín hiệu phản ánh đặc điểm mẫu điểm điện tử chiếu vào Ví dụ: - Số điện tử thứ cấp (điện tử Auger) phát phụ thuộc độ lồi lõm bề mặt mẫu - Số điện tử tán xạ ngược phát phụ thuộc điện tích hạt nhân Z - Bước sóng tia X phát phụ thuộc vào nguyên tử mẫu nguyên tố (phụ thuộc Z) Cho chùm điện tử quét mẫu, đồng thời quét tia điện tử hình đèn hình cách đồng bộ, thu khuếch đại tín hiệu mẫu phát để làm thay đổi cường độ sáng tia điện tử quét hình ta thu hình ảnh Cho tia điện tử quét ảnh với biên độ d nhỏ (cỡ mm hay µ m ) cịn tia điện tử quét hình với biên độ D lớn (bằng kích thước hình) ảnh có độ phóng đại D/d Ứng dụng: Loại hiển vi có nhiều chức nhờ khả phóng đại tạo ảnh rõ nét, chi tiết Hiển vi điện tử quét SEM sử dụng nghiên cứu bề mặt vật liệu cho phép xác định kích thước hình dạng vật liệu Phương pháp phân tích BET Nguyên tắc: Hấp phụ khí thường sử dụng để đặc trưng cho số tính chất vật liệu mao quản như: Diện tích bề mặt riêng, thể tích mao quản, phân bố kích thước mao quản tính chất bề mặt Có nhiều phương pháp hấp phụ để đặc trưng cho vật liệu mao quản, phổ biến dùng đẳng nhiệt hấp phụ - khử nitơ 77K Số phân tử khí hấp phụ biểu diễn thơng qua lượng khí hấp phụ V phụ thuộc vào áp suất cân P nhiệt độ T, chất chất khí chất vật liệu hấp phụ V hàm đồng biến với áp suất cân Khi áp suất tăng đến áp suất bão hòa Po đo giá trị thể tích khí bị hấp phụ áp 82 suất tương đối (P/Po) thu đường đẳng nhiệt hấp phụ, đo với P/Po giảm dần thu đường đẳng nhiệt khử hấp phụ Trong thực tế vật liệu có hệ thống mao quản với kích thước trung bình đường đẳng nhiệt hấp phụ khử hấp phụ không trùng nhau, mà thường lấy vòng khuyết (hiện tượng trễ) đặc trưng cho tượng ngưng tụ mao quản vật liệu mao quản trung bình Hình dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ khử hấp phụ thể đặc điểm chất hình dạng mao quản 83 ... tiêu: Nghiên cứu biến tính vỏ chuối tìm điều kiện tối ưu xử lý nước thải làng nghề đúc đồng Đánh giá thông qua khả xử lý COD, độ màu, Fe3+ Cu2+ nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái vật liệu biến tính. .. tượng nghiên cứu: Vỏ chuối, nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái Phạm vi nghiên cứu: Khu vực làng nghề đúc đồng Đại Bái, huyện Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Cách... ô nhiễm, chọn đề tài ? ?Nghiên cứu biến tính vỏ chuối để xử lý nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái, tỉnh Bắc Ninh? ?? nhằm xử lý độ màu, COD, Cu2+ Fe3+ nâng cao hiệu suất xử lý với chi phí thấp, giảm