Nghiên cứu hoạt hóa bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt ứng dụng làm vật liệu hấp phụ Ion kim loại nặng Cr6+ , ZN2+ , CU2+ nước thải dệt nhuộm

Đề tài nghiên cứu hoạt hóa bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng trong nước thải dệt nhuộm, được xây dựng trên nhu cầu tìm kiếm vật liệu hấp phụ từ chất thải có bản chất thân thiện với môi trường và có khả năng thay thế các chất hấp phụ khác đang được sử dụng hiện nay, nhằm tái sử dụng chất thải và bảo vệ môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo!

NGHIÊN CỨU HOẠT HÓA BÙN THẢI TỪ NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG CR6+, ZN2+, CU2+ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM Lê Thiên Trang, Phạm Anh Khoa Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn TĨM TẮT Đề tài nghiên cứu hoạt hóa bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng nước thải dệt nhuộm, xây dựng nhu cầu tìm kiếm vật liệu hấp phụ từ chất thải có chất thân thiện với mơi trường có khả thay chất hấp phụ khác sử dụng nay, nhằm tái sử dụng chất thải bảo vệ môi trường Thông qua việc nghiên cứu hoạt hóa xác định khả hấp phụ kim loại nặng bùn thải sau hoạt hóa cao Tuy nhiên sau hoạt hóa khơng khả xử lý chất hữu (COD BOD), hiệu suất xử lý thấp Nghiên cứu cho thấy tải trọng thời gian hấp phụ bùn thải kim loại nặng khác Thời gian hấp phụ Zn2+ bùn thải lớn (120 phút) so với Cu2+ Cr6+ (90 phút) Zn2+ lại có tải lượng thu nhỏ (0.059 mg/g), Cu2+ Cr6+ có tải lượng 0.064 mg/g 0.069 mg/g Từ khóa: Bùn thải, hoạt hóa, kim loại nặng, nước thải dệt nhuộm, vật liệu hấp phụ ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện có nhiều cơng trình để xử lý nước thải sinh hoạt SBR công trình sử dụng phổ biến Sau kết thúc trình xử lý, chất hữu nước thải vi sinh vật phân hủy chuyển hóa thành ùn thải [4] Như hàng ngày lượng bùn thải thải từ nhà máy lớn Theo số liệu nhà máy xử lý nước thải Thủ Dầu Một thống kê lượng bùn thải thải ngày dao động từ đến Với lượng bùn thải lớn biện pháp xử lý hiệu gây tình trạng nhiễm mơi trường thứ cấp Và với phát triển công nghiệp, đặc biệt nghành công nghiệp dệt may kéo theo vấn đề ô nhiễm nguồn nước từ việc xả ỏ nước thải nhà máy dệt nhuộm Nước thải dệt nhuộm loại nước thải ô nhiễm nặng, q trình sản xuất có nhiều hóa chất độc hại sử dụng để sản xuất tạo màu [6] Các chất thường có chứa ion kim loại hịa tan, hay kim loại nặng khó phân hủy, gây nhiễm mơi trường thời gian dài [3] [5] Nếu chưa xử lý xử lý chưa đạt QCVN làm ảnh hưởng tới môi trường người Nếu tận dụng nguồn bùn thải, vốn chất thải công nghiệp, gây hại cho môi trường trở thành vật liệu hấp phụ kim loại nặng nước thải nhà máy dệt nhuộm tạo 267 nhiều lợi ích sau Vì lý nghiên cứu hoạt hóa bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng Cr6+, Zn2+, Cu2+ nước thải dệt nhuộm cần thiết PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp luận Trong nước thải dệt nhuộm có chứa ion kim loại nặng khó xử lý Nếu thải mơi trường mà khơng qua q trình xử lý thời gian dài gây ô nhiễm môi trường nặng Bên cạnh lượng bùn thải thải bỏ trình xử lý nước lớn Do việc tái sử dụng bùn thải làm vật liệu hấp phụ phương án tối ưu giúp giải toán kinh tế bảo vệ môi trường 2.2 Phương pháp cụ thể Phương pháp kế thừa: Biên hội, tổng hợp, phân tích tài liệu, sách báo ngồi nước có liên quan đến vấn đề nước thải dệt nhuộm, liên quan đến bùn thải từ nhà máy xử lý, chế hấp phụ kim loại nặng,… làm sở luận cho nghiên cứu Phương pháp thực nghiệm: Xác định điều kiện tối ưu nhằm hoạt hóa bùn thải thành vật liệu hấp phụ xác định thông số tối ưu ảnh hưởng đến trình hấp phụ kim loại nặng vật liệu tạo từ bùn thải Toàn q trình nghiên cứu thực Phịng Thí nghiệm Trường Đại học Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh Trong đó: – Xác định khả hấp phụ: Dùng ảnh chụp SEM để phân tích bề mặt vật liệu hấp phụ – Phân tích hàm lượng Zn2+: Dùng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS – Phân tích Cr6+ Cu2+: Dùng máy đo quang Hach DR/2010 – Phương pháp tính tốn, thống kê, xử lý số liệu: Các số liệu phân tích, kết tổng hợp xử lý phần mềm thống kê để nhận định đánh giá kết nghiên cứu 2.3 Nguyên vật liệu 2.3.1 Nguyên liệu Bùn thải lấy bể SBR nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt Bình Dương có độ ẩm dao động từ 80%, hàm lượng hữu 4000 mg/l hàm lượng vơ 2000 mg/l Hình 1: Bùn thải lấy bể SBR 268 2.3.2 Vật liệu Cột bùn hoạt tính: Phía có khóa đóng mở Dùng kẹp lắp lên giá cho cột thẳng đứng, khóa phía đóng lại Hình 2: Mơ hình cột bùn hấp phụ 2.4 Quy trình nghiên cứu Bùn thải sau lấy khỏi bể loại nước đem sấy khơ nhiệt độ 105 oC vịng hai tiếng đồng hồ Sau đem rây qua rây 0.5 mm để loại bùn thải có kích thước lớn Sau rây mẫu bùn khô, ta tiến hành nghiên cứu theo sơ đồ sau: Hình 3: Quy trình thực nghiên cứu 269 KẾT QUẢ 3.1 Thí nghiệm xác định u kiện tối ưu hoạt hóa bùn thải hoạt tính axit Hình 4: Đồ thị thể hiệu suất nồng độ HCl (a), tải trọng nồng độ HCl (b) Nhận xét: Sau tiến hành thí nghiệm kiểm tra 1, cho thấy kết hiệu suất hấp phụ ion kim loại nặng mẫu bùn thải hoạt hoá với nồng độ axít khác Hiệu suất hấp phụ ion Cr6+ , Zn2+ , Cu2+ cao mẫu bùn hoạt hoá 4.0 M 70%, 65%, 69% Tải trọng lớn Cr6+ , Zn2+ , Cu2+ là 0.104 mg/g, 0.096 mg/g 0.103 mg/g Hiệu suất hấp phụ ion kim loại nặng cao mẫu bùn thải hoạt hoá axit HCl nồng độ 4.0 M không thay đổi nồng độ 5.0 M Vậy chọn axit HCl có nồng độ 4.0 M để hoạt hố cho bùn thải Hình 5: Đồ thị thể hiệu suất thời gian (a), tải trọng thời gian (b) Nhận xét: Sau tiến hành hoạt hố bùn thải với axit HCl có nồng độ 4.0 M với mốc thời gian hoạt hoá khác Tiến hành thí nghiệm kiểm tra 2, ta có hiệu suất hấp phụ ion Cr6+ , Zn2+ , Cu2+ cao mẫu bùn hoạt hoá 70%, 65% 69% Tải trọng lớn Cr6+ , Zn2+ , Cu2+ là 0.104 mg/g, 0.096 mg/g 0.103 mg/g Hiệu suất hấp phụ cao nằm mẫu bùn thải hoạt hố khơng thay đổi mốc thời gian Vậy chọn thời gian hoạt hoá làm thời gian hoạt hoá tối ưu 270 Qua kết ảnh chụp SEM mẫu bùn thải trước sau hoạt hóa: Hình 6: Mẫu bùn thải trước hoạt hóa (a) mẫu bùn thải sau hoạt hóa (b) Ta thấy, bùn thải trước hoạt hố có cấu trúc lồi lỏm, có nếp gấp khoảng trống, đặc trưng cho vật liệu có cấu trúc không đồng Bùn thải sau hoạt hoá axit HCl nồng độ 4.0 M thời gian biến đổi so với mẫu bùn thải trước hoạt hoá, từ kết ảnh SEM cho ta thấy bùn thải sau hoạt hóa liệu tơi xốp, bề mặt có nếp gấp xoắn định, thích hợp vật liệu hấp phụ 3.2 Thí nghiệm xác định u kiện tối ưu trình hấp phụ kim loại nặng nước thải 3.2.1 Thí nghiệm xác định u kiện tối ưu trình hấp phụ kim loại nặng bùn trước hoạt hóa Hình 7: Đồ thị thể hiệu suất thời gian hấp phụ (a), tải trọng thời gian hấp phụ (b) Nhận xét: Sau đo nồng độ kim loại cịn lại dung dịch, tính hiệu suất hấp phụ mốc thời gian khác Hiệu suất hấp phụ Cr6+, Zn2+, Cu2+ cao mốc thời gian 90 phút, 120 phút, 90 phút Tải trọng lớn Cr6+, Zn2+, Cu2+ 0.069 mg/g, 0.059 mg/g 0.064 mg/g Vậy thời gian hấp phụ tối ưu Ion Cr6+ 90 phút, Ion Zn2+ 120 phút, Ion Cu2+: 90 phút 271 3.2.2 Thí nghiệm xác định u kiện tối ưu trình hấp phụ kim loại nặng bùn sau hoạt hóa (a) (b) (c) Hình 8: Nồng độ kim loại nặng hiệu suất hấp phụ kim loại( a,b,c) Nhận xét: Sau tiến hành thí nghiệm, kết sau: Hiệu suất hấp phụ ion Cr6+, Zn2+, Cu2+ cao nồng độ ion kim loại 150 mg/l Vậy tăng nồng độ Ion kim loại hiệu suất hấp phụ giảm Do bùn thải hấp phụ nồng độ ion kim loại thích hợp, tăng nồng độ ion kim loại lên cần tăng lượng bùn thải 3.2.3 So sánh hiệu hấp phụ kim loại nặng bùn thải trước sau hoạt hóa Hình 9: Hiệu suất hấp phụ kim loại nặng trước sau hoạt hóa bùn thải Nhận xét: Trước hoạt hóa hiệu suất hấp phụ bùn thải thấp thời gian hấp phụ tối ưu kim loại khác Tuy nhiên, sau hoạt hóa axit HCl hiệu suất hấp phụ tăng cao có thời gian hấp phụ tối ưu Vì lựa chọn bùn thải sau hoạt hóa làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng 272 3.3 Thí nghiệm khả hấp phụ kim loại nặng bùn thải mẫu thật Bảng 1: Kết xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế Mẫu ban đầu Sau qua cột bùn hấp phụ PH Độ màu (Pt  Co) COD (mg/l/) BOD (mg/l/) SS (mg/l/) Cr6+ (mg/l/) Zn2+ (mg/l/) Cu2+ (mg/l/) 1200 270 600 90 0.5 0.2 - 7.5 500 253 500 10 - - - 58.3% 6.3% 16.6% 88.9% 100% 100% - Hiệu suất xử lý Nhận xét: Sau q trình sấy khơ hoạt hố axit HCl bùn thải khơng cịn khả xử lý chất hữu (COD BOD với hiệu suất xử lý thấp Sau hấp phụ kim loại nặng nước thải dệt nhuộm thực tế, hàm lượng ion Cr6+ bùn thải nằm ngưỡng nguy hại theo QCVN 50:2013/BTNMT KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Hiệu suất hấp phụ ion Cr6+ , Zn2+ , Cu2+ cao mẫu bùn hoạt hoá 4.0 M 70%, 65%, 69% Hiệu suất hấp phụ ion kim loại nặng cao mẫu bùn thải hoạt hoá axit HCl nồng độ 4.0 M không thay đổi nồng độ 5.0M Chọn nồng độ hoạt hóa 4.0 M Hiệu suất hấp phụ ion Cr6+ , Zn2+ , Cu2+ cao mẫu bùn hoạt hoá 70%, 65% 69% Hiệu suất hấp phụ cao nằm mẫu bùn thải hoạt hố khơng thay đổi mốc thời gian Chọn thời gian hoạt hóa Hiệu suất hấp phụ Cr6+, Zn2+, Cu2+ cao mốc thời gian 90 phút, 120 phút, 90 phút Vậy thời gian hấp phụ tối ưu Ion Cr6+ 90 phút, Ion Zn2+ 120 phút, Ion Cu2+: 90 phút Hiệu suất hấp phụ ion Cr6+ Zn2+, Cu2+ cao nồng độ ion kim loại 150 mg/l Vậy tăng nồng độ Ion kim loại hiệu suất hấp phụ giảm 4.2 Kiến nghị Nghiên cứu hoạt hóa bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng Cr6+, Zn 2+,Cu2+ nước thải dệt nhuộm ước đầu cho thấy bùn thải có khả hấp phụ ion kim loại nặng nước thải Tuy nhiên cịn nhiều yếu tố ảnh hưởng đến q trình hấp phụ nên cần có nhữngnghiên cứu ảnh hưởng khác pH, tốc độ dòng chảy, nhiệt độ… để đề tài hồn thiện Cần có biện pháp xử lý tận dụng bùn thải cách hiệu hơn, để vừa có lợi kinh tế vừa bảo vệ môi trường 273 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia nước thải công nghiệp [2] QCVN 50:2013/BTNMT: Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia ngưỡng nguy hại bùn thải từ trình xử lý [3] Vũ Hải Yến (2016) Độc chất môi trường, Nhà xuất Đại học Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh [4] http://www.biwase.com.vn/TinTuc/TinTucChiTiet?matin=344 [5] http://123doc.org/document/1396719-nguon-goc-va-anh-huong-cua-doc-chat-kim-loainang-as-cd-cu-hg-doi-voi-con-nguoi-dong-vat-va-thuc-vat.htm [6] 274 http://khoahocmoi.vn/he-thong-xu-ly-nuoc-thai/xu-ly-nuoc-thai-nganh-det-nhuom-214.html ... sau Vì lý nghiên cứu hoạt hóa bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng Cr6 +, Zn2 +, Cu2+ nước thải dệt nhuộm cần thiết PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU... máy xử lý nước thải sinh hoạt ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng Cr6 +, Zn 2+ ,Cu2+ nước thải dệt nhuộm ước đầu cho thấy bùn thải có khả hấp phụ ion kim loại nặng nước thải Tuy nhiên... hiệu hấp phụ kim loại nặng bùn thải trước sau hoạt hóa Hình 9: Hiệu suất hấp phụ kim loại nặng trước sau hoạt hóa bùn thải Nhận xét: Trước hoạt hóa hiệu suất hấp phụ bùn thải thấp thời gian hấp phụ