Sử dụng trong ngành xử lý nước thải

10%)

 PAC-HA02Y: Có màu vàng dùng trong xử lý nước thải [12] Bảng 1.9. Tiêu chuẩn kỹ thuật PAC02Y

Tiêu chuẩn chất lượng GB/T 22627 - 2008

Hàm lượng Al2O3 ≥ 29% Basicity 30,0% ~ 95,0% Cặn không tan ≤ 1,5% PH (1% water solution) 3,5 ~ 5,0 SO42-: 3,5% max. ≤ 3,5% Hàm lượng sắt (Fe) ≤ 5%

Hàm lượng Asen (As) ≤ 0,0015%

Hàm lượng chì (Pb) ≤ 0,06%

 Ứng dụng: là chất keo tụ để xử lý nước công nghiệp, xử lý nước thải, loại các chất rắn lơ lửng (SS), giảm COD, BOD và ion kim loại: Asen, chì, Hg,...

22

Hình 1.5 PAC – HA02(Y): Màu vàng, sử dụng trong ngành xử lý nước thải

 Chất trợ keo tụ là Polymer anion [12]

 Đặc tính:

 Polymer Anion ở dạng hạt màu trắng, không mùi, có tính hút ẩm mạnh.

 Có trọng lượng phân tử và độ tích điện khác nhau hoạt động có hiệu quả như các loại chất hỗ trợ đông tụ hoặc hỗ trợ lắng trong quá trình tách lỏng-rắn trong mọi ngành công nghiệp kỹ nghệ.

Hình 1.6 Hình ảnh Polymer Anion

 Ưu điểm:

 Tiết kiệm về mặt kinh tế do sử dụng liều lượng thấp.

 Hoạt động trong môi trường acid cũng như bazơ; không làm thay đổi giá trị pH.

23

 Hiệu quả trong việc loại bỏ chất rắn.

 Dễ hòa tan trong nước.

 Sản phẩm dạng bột, cần ít diện tích kho trữ.

 Nguyên tắc sử dụng: Polymer anion flocculant được sử dụng trong các quá trình tách lỏng-rắn sau:

 Phân giải cơ học - xử lý bùn vô cơ nhằm tăng hiệu suất, thu hồi chất rắn và tăng chất lượng.

 Khả năng lắng - cải thiện việc tạo bông làm cho tốc độ lắng nhanh hơn.

 Đông tụ - trợ lắng các phân tử vô cơ và đông tụ các phần tử hữu cơ.

 Lọc nước - cải thiện chất lượng nước bằng việc giảm các chất rắn lơ lửng trong nước.

 Hòa tan bọt khí - kết quả cho dòng chảy trong hơn và đem lại hiệu suất lớn.

 Lọc - cải thiện chất lượng nước lọc và công suất nhà máy.

 Loại bỏ phosphate trong nước thải.

 Trên đây là một số ứng dụng chính. Có thế thu được nhiều lợi ích khi áp dụng các sản phẩm này vào quá trình tách lỏng - rắn bất kỳ.

 Bảo quản:

 Tính chất ăn mòn, phá hủy của các sản phẩm này như tính chất ăn mòn, phá hủy của nước.

 Các loại vật liệu được dùng để cất trữ các sản phẩm này: thép không rỉ, sợi thủy tinh, nhựa, epoxy.

 Các loại vật liệu không được dùng để cất trữ các sản phẩm này: sắt, đồng và nhôm

 Thời hạn bảo quản 24 tháng khi chưa mở miệng bao và trong môi trường khô ráo, nhiệt độ dưới 40oC.

 Chú ý: Hạt polymer rất trơn, nên thu lượm và làm sạch bằng nước.

 Ứng dụng:

 Polymer anion được dùng trong công nghiệp xử lý nước thải, nước uống.

24

 Là chất phụ gia và chất bám dính trong thức ăn thủy sản.

1.4.2 Một số chất keo tụ và trợ keo tụ có nguồn gốc tự nhiên

Những chất keo tụ và trợ keo tụ hóa học thường dẫn đến nguy cơ ô nhiễm thứ cấp do dư lượng của chúng tồn tại trong nước thải sau xử lý. Do đó, việc nghiên cứu và sử dụng các chất keo tụ, trợ keo tụ có nguồn gốc tự nhiên là hết sức cần thiết. Một trong số những chất keo tụ tự nhiên được sử dụng đầu tiên là sữa vôi. Sữa vôi là dung dịch Ca(OH)2 được tạo ra khi hoà tan vôi sống vào H2O. Bản chất sữa vôi là một chất keo tụ, do đó có tác dụng xử lý nước thải tương tự như phèn Al, phèn Fe. Đồng thời sữa vôi có các hạt nhỏ, các hạt này có tác dụng tăng cường các trung tâm keo tụ. Hiệu suất quá trình keo tụ tăng lên do tác dụng cộng hưởng giữa sữa vôi và phèn Al. Sữa vôi còn có tác dụng ổn định pH của môi trường.

Ngoài ra, nhiều chất có nguồn gốc tự nhiên cũng được dùng trong xử lý nước thải có thể kể đến như: nhựa cây (nhựa chuối, mồng tơi, dong giềng), Chitosan, Strychnos, gel trích ly từ các loại hạt (hạt cây Chùm Ngây, hạt Muồng hoàng Yến),... Các chất này khi được sử dụng cùng với chất keo tụ hóa học đều giúp cải thiện hiệu quả keo tụ đáng kể.

- Chitosan

Chitosan có nguồn gốc từ vỏ tôm và động vật giáp xác biển khác, có thể được sử dụng để lọc nước. Chúng có khả năng làm các hạt keo kết bông và lắng xuống. Chúng cũng giúp loại bỏ phospho, kim loại nặng và các loại dầu trong nước. Chitosan là một chất trợ keo tụ quan trọng trong quá trình lọc. Chúng có khả năng loại bỏ độ đục 50%, hiệu quả cao nhất có thể lên tới 99%.

25

Hình 1.7 Chitosan từ vỏ tôm (Nguồn: Internet)

- Strychnos: Có thể được nghiền và sử dụng như một chất kết tủa để làm sạch nước.

Hình 1.8 Strychnos (Nguồn: Internet)

- Gel trích ly từ hạt cây Chùm Ngây

Chùm Ngây là một trong những chất trợ keo tụ tự nhiên được các nhà khoa học quan tâm. Theo Goyal và cộng sự (2007), cây chùm ngây là một loại thực phẩm quan trọng trong đó các lá, quả và hoa, vỏ quả non của cây này được sử dụng như một loại rau giàu dinh dưỡng, đặc biệt là ở Ấn Độ, Pakistan, Philippines, Hawaii và nhiều nơi ở châu Phi. Lá cây chùm ngây là một nguồn giàu β – carotene, protein, vitamin C, canxi và kali và hoạt động như một chất chống oxy hóa tự nhiên [13].

26

Hình 1.9 Cây Chùm Ngây (Nguồn: Internet)

Hầu như tất cả các bộ phận của loài cây Chùm Ngây như vỏ cây, lá, trái cây (vỏ), hoa, hạt và dầu hạt đã được sử dụng cho việc chữa các bệnh khác nhau trong y học dân gian của Nam Châu Á, bao gồm điều trị viêm và bệnh truyền nhiễm cùng với tim mạch, tiêu hóa, rối loạn huyết học, gan thận. Khả năng đặc biệt là các quả khô, hạt giống của cây chùm ngây được nghiền nát tạo thành Gel, trong đó có chứa polypeptide, được sử dụng như là chất keo tụ tự nhiên trong xử lý nước [14].

Những nghiên cứu về chất keo tụ có nguồn gốc tự nhiên đã và đang được tiến hành. Trong số đó, MHY là một nguồn chất keo tụ mới đang được quan tâm. Những nghiên cứu về gel trích ly từ hạt cây MHY như một chất keo tụ và trợ keo tụ mới chỉ dừng lại ở bước đầu. Vì vậy, cần nghiên cứu sâu hơn về loại gel giàu tiềm năng này để có thể ứng dụng vào xử lý nước thải trong thực tế.

1.4.3 Tổng quan về Muồng Hoàng Yến

MHY có tên khoa học là Cassia fistula Lim, tên phổ thông: Muồng Hoàng Yến, Bò Cạp Nước, Osaka… có nguồn gốc từ Ấn Độ và được phân phối rộng rãi tại khắp châu Á, Nam Phi, Mexico, Trung Quốc, phía tây Ấn Độ, Đông Phi và Brazil [7].

MHY là dạng cây thân gỗ trung bình, cao 10 – 20 m. Gỗ có giác lõi phân biệt, cứng, nặng có thể dùng trong xây dựng nhà cửa, đóng đồ gia dụng, nông cụ. Loại cây này có những đặc điểm như: Lõi chứa nhiều tannin; Cành nhánh dài, nhẵn; Lá kép lông chim, mọc cách, dài 15 – 60 cm với 3 – 8 cặp lá chét sớm rụng; Lá chét mọc đối,

27

hình bầu dục rộng đến bầu dục dài, dài 7 – 21 cm rộng 4 – 9 cm, đầu nhọn, gốc hình nêm, rộng, nhẵn;Chùm hoa lớn, buông xuống mọc từ nách lá, dài 30 – 50 cm mang nhiều hoa xếp thưa có cuống dài. Quả dạng quả đậu hình trụ, hơi có đốt, dài 20 – 60 cm, đường kính quả 15 – 25 mm, mang nhiều hạt hình trái xoan rộng, khi khô có vỏ cứng, có thể dùng làm thuốc xổ. Thịt quả có mùi hôi khó chịu. Mùa hoa Muồng Hoàng Yến nở là vào tháng 5 – 7 (Bắc bàn cầu) hay tháng 11 (Nam bán cầu).

Hình 1.10 Hoa và quả Muồng Hoàng yến

Trong lĩnh vực chất keo tụ tự nhiên, Gel hạt cây MHY là một loại gel polysacarit và được xem như một chất keo tụ mới. Trong nhân của chúng chứa một lượng Galactomannan polysaccharides bao gồm các nhóm cis – hydroxyl tác động qua lại với hạt keo. Những nghiên cứu trước cho thấy, galactomannan bao gồm khung chính là 25 đơn vị β-D-mannopyranosyl liên kết với nhau qua liên kết (1→4) glycoside và 8 đơn vị D-galactopyranosyl gắn vào mạch chính bởi liên kết (1→6). Gum polysaccharid thuộc nhóm trung tính là Galactomannan mà phân tử gồm các gốc D-mannose và D-galactose, còn glucomannan là các polysaccaric mà các phân tử gồm các gốc D-mannose và D-glucose. Galactomannan của mỗi loại cây thì khác nhau về tỉ lệ giữa các gốc galactose và mannose, khác nhau về cấu trúc và phân tử lượng.

Quy trình trích ly và tinh chế gum hạt đơn giản, không gây ô nhiễm, nó có khả năng khử màu nhuộm. Thành phần hoạt tính có khả năng keo tụ trong hạt cây MHY là galactomannan. Trong gum, trọng lượng phân tử trung bình của các galactomannan

28

là 470.000 Daltons (1Daltons = 1đvC = 1g/mol) và chỉ số polydispersity (D) là 2,483. Với giá trị D cao, nên gum MHY hòa tan trong nước rất nhanh.

1.5 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều kỹ thuật hóa lý, sinh học được áp dụng để loại trừ màu trong nước thải. Các kỹ thuật hóa lý bao gồm: Màng lọc, keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, oxid hóa nâng cao... Trong khi các kỹ thuật sinh học được dùng là: hấp thu sinh học dùng nấm, vi khuẩn, phân hủy trong điều kiện hiếu khí, yếm khí, thiếu khí hoặc kết hợp hai quá trình yếm khí và hiếu khí. Việc sử dụng công nghệ xử lý nào còn tùy thuộc vào các thông số như loại màu, thành phần và tính chất nước thải, chi phí hóa chất, chi phí vận hành, xử lý các chất thải thứ cấp phát sinh.

Các nghiên cứu trên thế giới cho thấy rằng màu và COD có thể được loại bỏ trong nước thải bằng phương pháp keo tụ và tạo bông. Quá trình này thường được thực hiện trước hoặc sau quá trình xử lý chính. Giai đoạn này thường bắt buộc phải thêm hóa chất keo tụ để tạo bông với các chất ô nhiễm và tách ra khỏi nước thải. Các chất keo tụ thương dùng là vôi, muối sắt và nhôm. Gần đây, các chất keo tụ bằng polymer hữu cơ thường được thêm vào để giảm thể tích bùn thải, nhưng hầu hết các polymer trong trường hợp này đều độc cho hệ thống thủy sinh dù với liều lượng rất thấp. Vì vậy, các kỹ thuật xử lý hiện nay chưa cho thấy hiệu quả an toàn trong quá trình xử lý màu của nước thải dệt nhuộm.

Thời gian gần đây, nhiều nghiên cứu đã khảo sát khả năng thay thế chất trợ keo tụ polymer tổng hợp bằng các polymer tự nhiên thân thiện với môi trường – một số loại gel trích ly từ hạt một số loại cây đã được chứng minh là những chất trợ keo tụ hiệu quả, có thể giảm 40 – 50% lượng nhôm trong phèn nhôm hay PAC cần dùng. Một số nghiên cứu có thể kể đến như:

Hanif và cộng sự (2008) đã nghiên cứu về việc sử dụng sinh khối từ vỏ Muồng Hoàng Yến làm chất keo tụ trong xử lý nước thải dệt nhuộm. Kết quả cho thấy chất keo tụ có nguồn gốc tự nhiên mang lại hiệu quả kinh tế cho quá trình xử lý nước thải và có khả năng ứng dụng ở các nước đang phát triển. Hiệu quả của việc xử lý

29

phụ thuộc vào liều lượng của chất keo tụ cũng như pH của nước thải. Liều lượng tối ưu cho quá trình là 1500 mg/l [15]. Nghiên cứu của Hanif là một nền tảng quan trọng đối với nghiên cứu được thực hiện trong đề tài này. Với những kết quả mà nghiên cứu của Hanif đã đưa ra, ta có thể khẳng định về tiềm năng ứng dụng Muồng Hoàng Yến trong xử lý nước thải dệt nhuộm. Bên cạnh đó, tính kinh tế của phương pháp này cũng được Hanif đề cập đến. Vì Muồng hoàng Yến là loại cây phổ biến trong đời sống hiện nay nên chất keo tụ từ hạt cây Muồng Hoàng Yến là chất dễ tìm, giá thành thấp hơn so với các chất keo tụ hóa học. Nên việc thay thế chất keo tụ bằng gel trích ly từ vỏ MHY có tính ứng dụng cao trong đời sống, nó sẽ giúp người xử lý nước thải tiết kiệm được chi phí mà vẫn đảm bảo yêu cầu về chất lượng nước thải ra môi trường. MHY còn là chất keo tụ thiên nhiên thân thiện với môi trường. Việc tồn dư một lượng MHY trong nước thải sau khi xử lý không phải là vấn đề đáng lo ngại như những chất keo tụ hóa học khác. Đây là những cơ sở quan trọng giúp chúng ta thực hiện đề tài này để ứng dụng MHY vào điều kiện thực tế ở Việt Nam. Hanif cũng đã khẳng định, hiệu quả xử lý của phương pháp này phụ thuộc vào tính chất của nước thải và liều lượng chất keo tụ. Vì tính chất nước thải khác nhau theo từng khu vực nên cần có nghiên cứu áp dụng riêng cho Việt Nam để đảm bảo quá trình xử lý nước được hiệu quả. Tương ứng với từng loại nước thải ta sẽ có các thông số vận hành riêng như liều lượng gel, pH của nước, các chất trợ keo tụ có thể được kết hợp trong quá trình xử lý. Tất cả các thông số này sẽ được khảo sát trong đề tài này với các điều kiện ở Việt Nam.

Nghiên cứu của Perng và cộng sự (2015) cho thấy tiềm năng của việc ứng dụng gel từ hạt MHY kết hợp với PAC trong quá trình xử lý hai loại màu nhuộm là blue 19 (RB19) và black 5 (RB5). Tỷ lệ kết hợp là 80 – 120 mg/L gel MHY và 132 mg/L PAC. Hiệu quả loại bỏ màu của quá trình đối với cả hai loại màu đạt trên 92%. Trong khi hiệu quả chỉ đạt 62% đối với màu RB19 và 55,7% đối với màu RB5 nếu chỉ sử dụng gel MHY như chất keo tụ. Hiệu quả loại bỏ màu của gel MHY phụ thuộc chủ yếu vào giá trị pH vì pH có khả năng ảnh hưởng đến cấu trúc của màu nhuộm, gel cũng như sự tương tác gữa chúng. Giá trị pH tối ưu nhất của quá trình là

30

10 [6]. Nghiên cứu của Perng đã cho ta thấy gel MHY có khả năng kết hợp với các chất keo tụ hóa học trong quá trình xử lý màu nhuộm. Khi sử dụng kết hợp gel MHY và PAC làm chất keo tụ sẽ làm tăng hiệu quả xử lý màu của MHY, đảm bảo chất lượng nước đầu ra. Đồng thời, việc bổ sung gel đồng nghĩa với việc giảm đi hàm lượng PAC cần sử dụng từ đó sẽ giảm khả năng gây ảnh hưởng xấu tới môi trường do lượng hóa chất tồn dư. Tuy nhiên, nếu chỉ sử dụng riêng gel MHY thì hiệu quả xử lý sẽ không được đảm bảo, các chất ô nhiễm còn lại trong nước cũng sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường tiếp nhận. Do đó, hướng nghiên cứu được Perng lựa chọn là một hướng đi mang tính khả thi cao. Đề tài này cũng sẽ kế thừa từ các kết quả nghiên cứu của Perng và mở rộng với màu nhuộm RB21 giả định và nước thải dệt nhuộm thực tế. Các điều kiện thí nghiệm sẽ được khảo sát để phù hợp với điều kiện tại Việt Nam.

Năm 2012, Verma và cộng sự đã thực hiện một nghiên cứu để đưa ra cái nhìn tổng quan về việc sử dụng các chất keo tụ hóa học trong xử lý nước thải dệt nhuộm. Theo đó, các chất keo tụ hóa học như PAC, PFC, PFS và PAFC là những chất keo tụ thường được dùng phổ biến do chúng có hiệu quả loại bỏ màu cao ở nồng độ thấp và hoạt động ở khoảng pH rộng. Tuy nhiên, định hướng nghiên cứu hiện nay mà con người đang hướng đến là các chất keo tụ tự nhiên, không độc hại, dễ phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường,... Do đó, chất keo tụ tự nhiên có tiềm năng ứng