1. Tính cấp thiết của đề tài
3.3.3. Nghiên cứu xử lý nước thải xi mạ
Sau quá trình nghiên cứu trên mẫu giả định đã xác định được các điều kiện tối ưu để xử lý Cr(VI) trong môi trường nước như sau: pH = 5, khối lượng vật liệu là 300mg, nồng độ Cr(VI) tối đa để xử lý đạt tiêu chuẩn đầu ra theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia là 5mg/l, thời gian xử lý là 180 phút cho hiệu quả xử lý tốt nhất. Từ những điều kiện tối ưu này, ứng dụng xử lý trên mẫu thực là nước thải xi mạ của Công ty TNHH MTV Cơ khí Thái Nguyên có các thông số ô nhiễm với hàm lượng tương ứng được thể hiện tại Bảng 3.9:
Bảng 3.9: Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của công ty
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả QCVN 40:2011/BTNMT
A B 1 pH - 4,30 6,0 - 9,0 5,5-9,0 2 BOD5 mg/l 20,0 30 50 3 COD mg/l 43,5 75 150 4 TSS mg/l 16 50 100 5 Cr(VI) mg/l 3,36 0,05 0,1 6 Cr tổng mg/l 3,38 - -
Từ kết quả từ Bảng 3.9 cho thấy hàm lượng Cr(VI) đã vượt quá QCVN 40:2011/BTNMT 3,3mg/l (loại A); 3,250mg/l (loại B).
Mẫu nước thải trên được tiến hành xử lý bằng vật liệu RHZ với điều kiện tối ưu được xác định từ quá trình nghiên cứu trên mẫu giả định tại: pH=5, thời gian phản ứng là 180 phút, khối lượng vật liệu là 300mg, nồng độ tối đa của Cr(VI) là 5mg/l. Hiệu quả xử lý thể hiện trong Bảng 3.11:
Bảng 3.10: Hiệu quả xử lý các thông số ô nhiễm trong nước thải xi mạ
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Dòng vào Dòng ra Hiệu suất(%) QCVN 40:2011/BTNMT A B 1 pH - 4,30 6,7 - 6,0 - 9,0 5,5-9,0 2 BOD5 mg/l 20,0 13,2 34,65 30 50 3 COD mg/l 43,5 31,5 27,92 75 150 4 TSS mg/l 16 6,0 61,29 50 100 5 Cr(VI) mg/l 3,36 0,041 98,78 0,05 0,1 6 Cr tổng mg/l 3,38 0,051 98,49 - -
Kết quả nghiên cứu với mẫu giả định Cr(VI) 5mg/l sau 180 phút, hiệu suất đạt 97,88%. Mẫu thật có nồng độ Cr(VI) = 3,360 mg/l, sau 180 phút xử lý hiệu suất đạt 98,78%. Kết quả cho thấy khả năng xử lý Cr(VI) trong mẫu thực của vật liệu RHZ là rất tốt, bởi vì trong thành phần của nước thải thực tế không phải chỉ có Cr(VI) mà còn chứa nhiều tạp chất khác.
Khi tiến hành quang xúc tác thu được nồng độ ion Cr(VI) trong nước thải đầu ra có giá trị 0,041mg/l. Theo QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp thì hàm lượng Cr(VI) cho phép trong nước thải đầu ra tại cột A là 0,05 (mg/l) và tại cột B là 0,1 (mg/l). Như vậy, sau quá trình quang xúc tác bằng vật liệu RHZ thì nồng độ Cr(VI) đầu ra đạt tiêu chuẩn cả cột A và B theo QCVN 40:2011/BTNMT. Mặt khác, kết quả phân tích các thông số khác cho thấy vật liệu còn có khả năng xử lý BOD5, COD và TSS.
Từ kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu RHZ có khả năng xử lý Cr(VI) trong nước thải xi mạ, hiệu suất đạt 98,78% trong 180 phút. Hiệu quả xử lý có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác trong nước thải như (COD, BOD, TSS, các kim loại nặng khác….). Kết quả này so với nghiên cứu ban đầu trong xử lý crom là khá cao và chênh lệch với kết quả mẫu giả định là không đáng kể.
KẾT LUẬN
Dựa vào kết quả thu được, nghiên cứu đã đạt được những kết quả như sau: 1. Đã tái sử dụng thành công trấu thành vật liệu than trấu thông qua kỹ thuật gia nhiệt nhanh kết hợp nghiền tiết kiệm thời gian, đơn giản về mặt chế tạo.
2. Từ các kết quả SEM, XRD, Raman, EXD cho thấy đã chế tạo thành công vật liệu tổ hợp ZnO/than trấu (RHZ) bằng kĩ thuật hoạt hóa có sự hỗ trợ của siêu âm.
3. Vật liệu RHZ có khả năng xử lý tốt Cr(VI) trong môi trường nước sử dụng kỹ thuật quang xúc tác, hiệu quả xử lý đạt 97,88% với các điều kiện tối ưu như sau: nồng độ đầu vào là 5 mg/l, , pH tối ưu bằng 5, khối lượng vật liệu là 300mg, thời gian xử lý tối ưu là 180 phút.
4. Nghiên cứu ứng dụng các điều kiện tối ưu trong môi trường giả định vào xử lý nước thải chứa Cr(VI) của công ty MTV Cơ khí Thái Nguyên thu được kết quả như sau: nồng độ Cr(VI) trước khi qua xử lý là 3,36mg/l, sau khi qua xử lý quang xúc tác hấp phụ sử dụng vật liệu lai cacbon nanosheet/ZnO giảm còn 0,041mg/l, hiệu suất là 98,78% sau 180 phút, đạt tiêu chẩn đầu ra theo quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, từ đó có thể đề xuất mô hình ứng dụng vào thực tế để xử lý nước thải xi mạ chứa Cr(VI). Bên cạnh đó, vật liệu RHZ còn có khả năng xử lý COD, BOD5, TSS trong nước thải.
B. Kiến nghị
Tiếp tục tiến hành nghiên cứu sâu hơn về khả năng quang xúc tác của vật liệu RHZ xử lý Cr(VI) với các đối tượng nước thải khác như: ngành công nghiệp thuộc da, công nghiệp dệt nhuộm, các kim loại nặng khác như asen, chì, mangan,…
Tiến hành nghiên cứu trên môi trường liên tục để đánh giá vật liệu một cách khách quan và hiệu quả hơn.
Ngoài ra, cần chú ý đến nguồn phát thải để phân loại nước thải từ nguồn. Cần tiến hành nghiên cứ thêm để có thể áp dụng xử lý tất cả các thành phần ô nhiễm có trong nước thải.
CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
HÀ XUÂN LINH, PHẠM HƯƠNG QUỲNH, DƯƠNG THỊ THU HÀ, NGUYỄN THỊ ÁNH TUYẾT, KEOMANY INTHAVONG, ĐỖ TRÀ
HƯƠNG. “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) trong nước sử dụng vật liệu
nano ZnO chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm” , Tạp chí Nông nghiệp và
Phát triển nông thôn (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn) trang 194-198, tháng 11 – 2019.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Đặng Đình Bạch (2000), Giáo trình hóa học môi trường, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
2. Đặng Kim Chi (2005), Hóa học môi trường, NXB Khoa học và Kỹ thuật- Hà Nội.
3.Nguyễn Duy Đạt, Nguyễn Thị Thanh Hằng & Phạm Thị Hoài (2008),
"Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) trên bùn hoạt tính biến tính",Đại Học
Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM.
4. Trần Văn Đức (2012), Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng Cu2 và Zn2 trong nước bằng vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu, Đại học Đà Nẵng.
5.Trần thị Đông (2018), “Chế tạo vật liệu nano ZnO bằng phương pháp hóa
siêu âm và định hướng ứng dụng”, Trường Đại Học Sư Phạm Thái Nguyên.
6. Lê Hà Giang và cs (2013), "Xử lý phế thải rơm rạ và trấu để tạo vật liệu
hấp phụ",Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
7. Phạm Hoàng Giang, Đỗ Quang Huy (2016), Nghiên cứu xử lý kim loại nặng
trong nước bằng phương pháp hấp phụ trên phụ phẩm nông nghiệp biến tính axit photphoric, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Tập 32, số 1S, trang 96-101.
8. Lưu Thị Việt Hà (2018), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp
Mn, Ce, C và đánh giá khả năng quang oxi hóa của chúng, Luận án Tiến sỹ,
Học Viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam
9. Trần Tứ Hiếu, Phạm Hùng Việt, Nguyễn Văn Nội (1999), Hóa học môi trường, Hà Nội.
10.Hoàng Thị Hương Huế, Bùi Thị Ánh Nguyệt, Hoạt tính quang xúc tác của ZnO và Mn-ZnO được tổng hợp bằng phương pháp đốt cháy(2015), Tạp chí
hóa học, T.53(3), tr. 301-305
11.Hoàng Thị Hương Huế, Phạm Anh Sơn (2015), Nghiên cứu ảnh hưởng của
điều kiện tổng hợp ZnO kích thước nano bằng phương pháp kết tủa cacbonat đến hoạt tính xúc tác quang hóa của nó, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học,
Tập 20, số 4, tr.83-89
12.Nguyễn Thị Thanh Huệ (2012), Nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải khu
công nghiệp Sông Công đến chất lượng nước suối Văn Dương, tỉnh Thái Nguyên, Luận văn thạc sĩ, Trường ĐHKHTN, Hà Nội.
13.Keomny Inthavong (2018), “Chế tạo vật liệu nano ZnO bằng phương pháp
hóa siêu âm, nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), hiệu ứng quang xúc tác xử lý metylenxanh trong môi trường nước của vật liệu chế tạo được”, Luận văn
thạc sĩ, Trường Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
14.Võ Triều Khải (2014), Tổng hợp nano kẽm oxít có kiểm soát hình thái và
một số ứng dụng, Đại học Khoa học Huế.
15.Mai Quang Khuê (2014), Nghiên cứu xử lý Cr(VI) từ bã chè biến tính, Đại học Sư phạm Thái Nguyên.
16.Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2006), Công nghệ xử lý nước thải, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
17.Từ Vọng Nghi, Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Ri và Nguyễn Xuân Trung (2007), Hóa học phân tích - phần 2: các phương pháp phân tích công cụ, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
18.Đặng Thị Hồng Phương, Nguyễn Thị Trang, Lê Phước Anh, Đặng Văn Thành, Nguyễn Nhật Huy, Trần Quốc Toàn, Phùng Thị Oanh(2018), Chế tạo
vật liệu nano sheets cacbon từ vỏ trấu ứng dụng hấp phụ xanh methylen trong nước, Tạp chí Hóa học , 56(6E2), tr. 124-127
19.Nguyễn Văn Phước, Lê Đức Trung (2014), Xử lý kim loại nặng trong nước
thải xi mạ bằng phương pháp hấp phụ sử dụng bùn giấy, Đại học Quốc gia TP.
Hồ Chí Minh.
20.Phạm Hương Quỳnh, Dương Thị Thu Hà, Nguyễn Thị Ánh Tuyết, Keomany Inthavong, Đỗ Trà Hương (2019), Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) trong nước sử dụng vật liệu nano ZnO chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm, Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn ISN 1859-4581, tr. 194- 199
21.18. Nhan Hồng Quang (2009), "Xử lý nước thải mạ điện chrome bằng vật
liệu biomass", Tạp chí khoa học và Công nghệ Lâm Nghiệp, số 3(32), tr 1-9.
22.Lê Hữu Thiềng (2012), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số kim loại nặng và chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước của các vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và khảo sát khả năng ứng dụng của chúng”, Báo cáo tổng kết
23.Phạm Ngọc Toán (2018), Nghiên cứu chế tạo vật liệu grapheme- ZnO hấp
phụ Crom(VI) trong nước, Đại học Khoa Học Thái Nguyên.
24.Cao Hữu Trượng (2002), Hóa học thuốc nhuộm, NXB Khoa học
22. Võ Ngọc Loan Trinh (2014), "Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng
Crom (VI) trên bã cà phê",Trường Đại học Cần Thơ.
25.TS. Nguyễn Thị Trự (2008), "Thu hồi và tái sử dụng dung dịch Cr(VI) bằng
phương pháp điện hóa từ dung dịch thụ động hóa",TP. Hồ Chí Minh.
26.Phùng Thị Thu (2014), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu quang xúc tác trên cơ
sở TiO2 và vật liệu khung cơ kim (MOF), Đại học Quốc gia Hà Nội- Đại học
Khoa học Tự nhiên.
27.Đông Thu Vân (2011), Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải công nghiệp
mạ điện tại cụm công nghiệp Phùng, Hà Nội. Luận văn thạc sĩ, Trường
ĐHKHTN, Hà Nội.
28. Vi Vân (2018), Khu công nghiệp Sông Công I: Giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường , http://www.baothainguyen.org.vn/tin-tuc/cong-nghiep/khu-cong- nghiep-song-cong-i-giam-thieu-tinh-trang-o-nhiem-moi-truong-251611-
46245.html, ngày 06/01/2019.
Tài liệu Tiếng Anh
29.Alshammari, A.S., et al., Visible-light photocatalysis on C-doped ZnO derived from polymer-assisted pyrolysis. RSC Advances, 2015. 5(35): p. 27690-27698
30.AMA Shehata (2013), "Removal of methylene blue dye from aqueous solutions by using treated animal bone as a cheap natural adsorbent", Int J Emerg Technol Adv Eng. 3(2), tr. 1-7.
31.B. Heibati M. H. Dehghani, A. Asadi, I. Tyagi, V. K. Gupta (2016), "Reduction of noxious Cr(VI) ion to Cr(III) ion in aqueous solutions using H2O2 and UV/H2O2 systems", Journal of Industrial and Engineering Chemistry, Volume 33, pp. 197-200.
32.Cheng. S. F., & Wu, S. C. (2000). The enhancement methods fỏ the degradation ò TCE by zero-valent metals. Chemosphere, 41, 1263-1270. http ://dx.doi.org/10.1016/S0045-6535(99)00530-5
33.G. Chen and I. M. Lo Hu J. (2003), "Removal and recovery of Cr (VI) from wastewater by magnetite nanoparticles", Water research, Vol. 39(18) pp. 4528- 4536.
34.Gouvea, C.A.K., et al.,Semiconductor-assisted photocatalytic degradation of reactive dyes in aqueous solutio, Chemosphere, 2000. 40(4): p. 433- 440 35.H. Fan, W. Shen (2015), Carbon nanosheets: synthesis and application,
ChemSusChem, 8(12), pp. 2004-2027.
36.Heibati.B, Dehghani.M.H (2016), "Reduction of noxious Cr(VI) ion to Cr(III) ion in aqueous solutions using H2O2 and UV/H2O2 systems", Journal
of Industrial and Engineering Chemistry, Volume 33, pp. 197-200.
37.Luu Thi Viet Ha, Luu Minh Đai, Dao Ngoc Nhiem, Nguyen Van Cuong (2016), Enhanced Visible-Light Photocatalytic Activity of C/Ce-Codoped ZnO Nanoellipsoids Synthesized by Hydrothermal Method, Journal of Electronic Materials, 45 (8), pp 4215 – 4220
38.J 2nd Clifton và Jerrold B Leikin (2003), "Methylene blue", American journal of therapeutics. 10(4), tr. 289-291.
39.Keomny Inthavong, Phung Thi Oanh, Nguyen Thanh Trung, Nguyen Thanh Hai, Đang Thi Hong Phuong, Đo Tra Huong, Tran Thi Dong, Nguyen Van Chien, Nguyen Đac Trung, Đang Van Thanh (2017), Facille one – step synthesis of zinc oxide nanoshessts by ultrasonic – assisted precipitation method. The 8 international on Nanotechonology and application. pp 411-413 40.Kansal, S.K., M. Singh, and D. Sud, Studies on photodegradation of two commercial dyes in aqueous phase using different photocatalysts. Journal of Hazardous Materials, 2007. 141(3): p. 581-590..
41. Likun Pan, Xinjuan Liu, Tian Lv, Ting Lu, Guang Zhu, Zhuo Sun and
composite for photocatalytic reduction of Cr(VI)", Catal. Sci. Technol, Volume
1, pp. 1189-1193.
42.M.H. Dehghani, B. Heibati, A. Asadi, I. Tyagi, S. Agarwal , V.K. Gupta (2016), Reduction of noxious Cr(VI) ion to Cr(III) ion in aqueous solutions using H2O2 and UV/H2O2 systems, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 33, pp. 197–200
43.M. A. Barakat (2011), "New trends in removing heavy metals from industrial wastewater", Arabian Journal of Chemistry. 4(4), tr. 361-377.
44.Nishio, J., et al., Photocatalytic decolorization of azo-dye with zinc oxide powder in an external UV light irradiation slurry photoreactor. Journal of Hazardous Materials, 2006. 138(1): p. 106-115.
45.Pedro Magalhães, Luisa Andrade, Olga C. Nunes and Adélio Mendes ( 2017), "Titanium dioxide photocatalysis: fundamentals and application on photoinactivation". 51(51), tr. 91-129.
46.Removal of Cr(vi) from aqueous solution using magnetic modified biochar derived from raw corncob, Le Phuong Hoang, Huu Tap Van, Lan Huong Nguyen, Duy-Hung Mac, Thuy Trang Vu, L. T. Ha ORCID logo and X. C. Nguyen, 2019.
47.Rashed M Nageeb, Mohamed ElMontaser Soltan, Mahasen Mohamed Ahmed, Ahmed Negem Eldean Abdou (2017), "Removal of Heavy Metals from Wastewater from Chemical Activation of Sewage Sludge",
Environmental Engineering and Management Journal. 16(7), tr. 1531-1542.
48.Shan Zheng, Wenjun Jiang , Mamun Rashid , Yong Cai, Dionysios D. Dionysiou and Kevin E. O’Shea (2015), Selective Reduction of Cr(VI) in Chromium, Copper and Arsenic (CCA) Mixed Waste Streams Using UV/TiO2 Photocatalysis, Molecules, 20, pp. 2622-2635;
49.Sharma, D.K., et al. (2016), Effect of Ce doping on the structural, optical and magnetic properties of ZnO nanoparticles. Journal of Materials Science:
50.Satoshi Fukuzaki (2006), "Mechanisms of Actions of Sodium Hypochlorite in Cleaning and Disinfection Processes", Biocontrol Science. 11(4), tr. 147-
157.
51.YC Wong, MSR Senan và NA Atiqah (2013), "Removal of Methylene Blue and Malachite Green Dye UsingDifferent Form of Coconut Fibre as Absorbent", Journal of Basic & Applied Sciences. 9.
52.Srinivasan Anandan, Ajayan Vinu, Toshiyuki Mori, Narasimhan Gokulakrishnan, Pavuluri Srinivasu, Velayutham Murugesan & Katsuhiko Ariga (2007), "Photocatalytic degradation of 2, 4, 6-trichlorophenol using lanthanum doped ZnO in aqueous suspension", Catalysis Communications, 8 (9), 1377-1382.
53.RaoAN, S.a.S., Kinetic studies on the photocatalytic degradation of Direct Yellow12 in the presence of ZnO Catalyst. JMolCatalA–Chem, 2009. 306: p. 77-81
54.Y. Ku, & Jung, I.-L. (2001), "Photocatalytic reduction of Cr(VI) in aqueous solutions by UV irradiation with the presence of titanium dioxide", pp.135– 142.
55.Yaqi Wang, Nan Lu, Min Luo Lingyun Fan & Kun Zhao (2017), "Enhancement mechanism of fiddlehead-shaped TiO2-BiVO4 type II heterojunction in SPEC towards RhB degradation and detoxification", Applied
Surface Science, Volume 463, pp. 234-243.
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1
Bảng 1: Trích bảng giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp tại QCVN 40:2011/BTNMT
STT Thông số Đơn vị Giá trị C A B 1 Nhiệt độ oC 40 40 2 Màu Pt/Co 50 150 3 pH - 6 đến 9 5,5 đến 9 4 BOD5 (20oC) mg/l 30 50 5 COD mg/l 75 150 6 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100 7 Asen mg/l 0,05 0,1