CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.5. Kết quả thử nghiệm xử lý ion kim loại Cu2+ của EPS đối với mẫu nước
nước thải thực tế
* Mẫu môi trường:Nước thải được lấy tại nhà máy mạ đồng Phú Thái. Mẫu
* Tiến hành:
Cho 500 ml dung dịch mẫu ở trên có nồng độ ban đầu là (155 mg/l) tiến hành chạy Jar-test bằng EPS tách thu từ phương pháp NaOH kết hợp với HCHO. Điều kiện tối ưu thủ nghiệm tại pH = 4,5; thời gian 60 phút; nồng độ EPS dao động từ 20,25 mg EPS/L đến 135 mg EPS/L. Kết thúc tiến hành phân tích xác định lại nồng độ Cu2+ còn lại trong nước thải bằng phương pháp hấp phụ nguyên tử AAS. Từ đó tính toán và xác định được hiệu quả xử lý của vật liệu đối với mẫu nước thải thực tế.
* Kết quả: Căn cứ vào kết quả trong phần 3.2, ta tiến hành thử nghiệm khả năng xử lý
kim loại Cu2+ bằng EPS được tách bởi phương pháp NaOH trên mẫu nước thải nhà mày mạ đồng Phú Thái (nồng độ ban đầu Co = 155 mg/L, pH ban đầu = 1,97). Thông số pH được khống chế trong khoảng 4,5 để đảm bảo không xảy ra hiện tượng kết tủa kim loại.
Kết quả Hình 3.10 cho thấy, ở điều kiện pH 4.5, hiệu quả xử lý kim loại Cu2+ của EPS được tách bằng phương pháp NaOH kết hợp với HCHO tăng dần khi ta đồng thời tăng nồng độ EPS từ 0,02 g EPS lên 0,14 g EPS.
Nước thải nhà máy mạ đồng Phú Thái có nồng độ ban đầu C0 = 155 mg Cu/L, sau khi bổ sung 0,02 gam EPS thì hiệu suất xử lý kim loại Cu đạt 11,7% tức giảm được 20,32 mg Cu/g EPS.
Tiếp tục tăng lượng EPS được bổ sung vào nước thải, kết quả cho thấy hàm lượng ion kim loại Cu2+ bị loại bỏ tiếp tục tăng lên tới 118,2mg Cu/g EPS khi bổ sung 0,11g EPS.
Khi tăng lượng EPS cần bổ sung vào thí nghiệm lên 0,14g EPS, kết quả cho thấy thấy hàm lượng ion kim loại Cu2+ bị loại bỏ tăng nhẹ từ 118,2mg Cu/g EPS lên 125,6mg Cu/g EPS. Điều này cho thấy lượng EPS tối ưu nhất được tách bằng phương pháp NaOH kết hợp HCHO là 0,11gam với 100ml mẫu tương ứng đạt hiệu quả xử lý tốt nhất, giảm được 118,2mg Cu/g EPS.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
Bẩy phương pháp tách chiết khác nhau đã được nghiên cứu để tách EPS từ bùn thải sinh học được nuôi cấy trong phòng phòng thí nghiệm tại Viện Công nghệ Môi trường để lựa chọn ra được phương pháp phù hợp để tách EPS phục vụ mục đích xử lý kim loại Cu2+. Các kết quả chính đạt được của luận văn cụ thể như sau:
1. Hàm lượng EPS tách được dao động từ 0,045 mg/L đến 1,367 mg/L. Các phương pháp hóa học cho hiệu suất tách EPS cao hơn nhiều so với phương pháp vật lý. Trong đó, NaOH và HCHO kết hợp NaOH là hai phương pháp tốt nhất
2. Hàm lượng protein, polysaccharide và nuleic acid có trong EPS tách bằng phương pháp NaOH kết hợp HCHO là cao nhất, lần lượt là 69,5 mg protein/L, 28,6 mg polysaccharide/L và 8,19 µg nucleic acid/L (tương ứng với 20,14%, 8,29% và 3,9%)
3. Thử nghiệm khả năng xử lý Cu cho thấy NaOH kết hợp HCHO là phương pháp tách phù hợp nhất do cả EPS thô và tinh đều có khả năng xử lý kim loại Cu với hiệu suất cao.
4. Nghiên cứu chi tiết khả năng xử lý kim loại Cu2+ của EPS tách bằng HCHO-NaOH cho thấy:
- EPS thể hiện khả năng xử lý kim loại tốt ở khoảng pH axit (pH < 6). - Nồng độ EPS phù hợp để xử lý kim loại dao động từ 100-200 mg EPS/L. Ở điều kiện tối ưu, hiệu suất xử lý kim loại Cu2+ đạt được là loại bỏ 568,5 mg Cu/g EPS với 0,11 g EPS khi sử dụng EPS tách bằng phương pháp NaOH kết hợp HCHO.
2. Kiến nghị
Do giới hạn về thời gian nghiên cứu nên kết quả của luận văn mới chỉ dừng lại ở các kết luận như trên. Tuy nhiên, các kết quả đạt được đã cho thấy EPS tách từ bùn thải là một hướng nghiên cứu có nhiều tiềm năng và cần được tiếp tục nghiên cứu. Từ quá trình nghiên cứu tổng quan tài liệu và quá trình thực nghiệm, một số nội dung nghiên cứu tiếp theo của hướng nghiên cứu này được đề xuất, cụ thể như sau:
1. Nghiên cứu thử nghiệm trực tiếp khả năng áp dụng của EPS trên nước thải nhiễm kim loại Cu2+ từ các khu công nghiệp, nhà máy khác nhau.
2. Nghiên cứu đánh giá thêm khả năng hấp phụ các kim loại khác bằng EPS, đặc biệt là các kim loại khó kết tủa ở điều kiện pH trung tính.
3. Tối ưu hóa phương pháp tách trên nhiều yếu tố hơn để thu được EPS chất lượng tốt nhất, đem lại hiệu quả kinh tế cao như nồng độ của NaOH, nồng độ HCHO, nhiệt độ,...
4. Xây dựng các nghiên cứu sâu về thành phần quyết định tới khả năng hâp phụ kim loại của EPS để từ đó tối ưu được phương pháp tách và phương pháp thu hồi EPS nhằm đạt được dung lượng hấp phụ cao
5. Nghiên cứu khả năng tuần hoàn, tái sử dụng các hóa chất tách để nâng cao khả năng áp dụng của phương pháp.
6. Nghiên cứu khả năng thu hồi lượng kim loại đồng để không làm ảnh hưởng đến chất lượng môi trường sau khi đã loại bỏ từ nước thải ban đầu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Liu, Y. and H.H. Fang, Influences of extracellular polymeric substances (EPS) on flocculation, settling, and dewatering of activated sludge. 2003.
2. More, T., et al., Extracellular polymeric substances of bacteria and their potential environmental applications. Journal of environmental management, 2014. 144: p. 1-25.
3. Wingender, J., T.R. Neu, and H.-C. Flemming, What are bacterial extracellular polymeric substances?, in Microbial extracellular polymeric substances. 1999, Springer. p. 1-19.
4. Wingender, J., T.R. Neu, and H.-C. Flemming, Microbial extracellular polymeric substances: characterization, structure, and function. 1999: Springer Science & Business Media.
5. Brown, M.J. and J.N. Lester, Comparison of bacterial extracellular polymer extraction methods. Applied and Environmental Microbiology, 1980. 40(2): p. 179-185. 6. Flemming, H.-C., et al., Physico-chemical properties of biofilms. Biofilms: recent advances in their study and control. Amsterdam: Harwood Academic Publishers, 2000: p. 19-34.
7. Donlan, R.M., Biofilms: microbial life on surfaces. Emerg Infect Dis, 2002. 8(9). 8. Li, X. and S. Yang, Influence of loosely bound extracellular polymeric substances (EPS) on the flocculation, sedimentation and dewaterability of activated sludge. Water Research, 2007. 41(5): p. 1022-1030.
9. Sutherland, I.W., Structure-function relationships in microbial exopolysaccharides. Biotechnology advances, 1994. 12(2): p. 393-448.
10. Comte, S., G. Guibaud, and M. Baudu, Effect of extraction method on EPS from activated sludge: an HPSEC investigation. Journal of hazardous materials, 2007. 140(1): p. 129-137.
11. Cheremisinoff, N.P., Handbook of water and wastewater treatment technologies. 2001: Butterworth-Heinemann.
12. Flemming, H. and A. Leis, Sorption properties of biofilms. Encyclopedia of environmental microbiology. John Wiley & Sons, Inc., New York, NY. doi, 2003.
10: p. 0471263397.
13. Liu, H. and H.H. Fang, Extraction of extracellular polymeric substances (EPS) of sludges. Journal of Biotechnology, 2002. 95(3): p. 249-256.
14. Zhang, J., et al., Characterization of a bioflocculant produced by the marine myxobacterium Nannocystis sp. NU-2. Applied microbiology and biotechnology, 2006. 59(4-5): p. 517-522.
15. Moon, P., P. Carrott, and M.R. Carrott, Application of different equations to adsorption isotherms of phenolic compounds on activated carbons prepared from cork. Carbon, 2006. 44(12): p. 2422-2429.
16. Zhang, J., et al., Production of an exopolysaccharide bioflocculant by Sorangium cellulosum. Letters in applied microbiology, 2006. 34(3): p. 178-181. 17. Comte, S., G. Guibaud, and M. Baudu, Relations between extraction protocols for activated sludge extracellular polymeric substances (EPS) and EPS complexation properties: Part I. Comparison of the efficiency of eight EPS extraction methods. Enzyme and Microbial Technology, 2006. 38(1): p. 237-245. 18. Mayer, C., et al., The role of intermolecular interactions: studies on model systems for bacterial biofilms. International journal of biological macromolecules, 1999. 26(1): p. 3-16.
19. Frølund, B., et al., Extraction of extracellular polymers from activated sludge using a cation exchange resin. Water research, 1996. 30(8): p. 1749-1758.
20. Sheng, G.-P., H.-Q. Yu, and X.-Y. Li, Extracellular polymeric substances (EPS) of microbial aggregates in biological wastewater treatment systems: a review. Biotechnology Advances, 2010. 28(6): p. 882-894.
21. Bezawada, J., et al., Production of extracellular polymeric substances (EPS) by Serratia sp. 1 using wastewater sludge as raw material and flocculation activity of the EPS produced. Journal of environmental management, 2013. 128: p. 83-91. 22. Späth, R., H.-C. Flemming, and S. Wuertz, Sorption properties of biofilms. Water Science and Technology, 1998. 37(4): p. 207-210.
exopolymeric substances. Water Science and Technology, 1998. 37(4): p. 307-315. 24. Sani, R.K. and U.C. Banerjee, Decolorization of triphenylmethane dyes and textile and dye-stuff effluent by Kurthia sp. Enzyme and Microbial Technology, 1999. 24(7): p. 433-437.
25. Delee, W., et al., Anaerobic treatment of textile effluents: a review. Journal of chemical technology and biotechnology, 1998. 73(4): p. 323-335.
26. Lee, M., et al., Design of carbon beds to remove humic substances. Journal of Environmental Engineering, 1983. 109(3): p. 631-645.
27. Wu, J.-Y. and H.-F. Ye, Characterization and flocculating properties of an extracellular biopolymer produced from a Bacillus subtilis DYU1 isolate. Process Biochemistry, 2007. 42(7): p. 1114-1123.
28. Carrott, P., et al., Separating surface and solvent effects and the notion of critical adsorption energy in the adsorption of phenolic compounds by activated carbons. Langmuir, 2005. 21(25): p. 11863-11869.
29. Mishra, A. and M. Bajpai, The flocculation performance of Tamarindus mucilage in relation to removal of vat and direct dyes. Bioresource technology, 2006. 97(8): p. 1055-1059.
30. Zheng, Y., et al., Production and characteristics of a bioflocculant produced by Bacillus sp. F19. Bioresource Technology, 2008. 99(16): p. 7686-7691.
31. Feng, D.L. and S.H. Xu, Characterization of bioflocculant MBF3-3 produced by an isolated Bacillus sp. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2008. 24(9): p. 1627-1632.
32. Yang, Q., et al., A novel bioflocculant produced by Klebsiella sp. and its application to sludge dewatering. Water and Environment Journal, 2012. 26(4): p. 560-566.
33. Pan, X., et al., A comparison of five extraction methods for extracellular polymeric substances (EPS) from biofilm by using three-dimensional excitation- emission matrix (3DEEM) fluorescence spectroscopy. Water Sa, 2010. 36(1): p.
34. Carrott, P., et al., Influence of surface ionization on the adsorption of aqueous zinc species by activated carbons. Carbon, 1997. 35(3): p. 403-410.
111-116.
35. D’Abzac, P., et al., Extraction of extracellular polymeric substances (EPS) from anaerobic granular sludges: comparison of chemical and physical extraction protocols. Applied microbiology and biotechnology, 2010. 85(5): p. 1589-1599.