Dựa vào phổ EDS, phần trăm khối lượng các nguyên tố có trong mẫu than sinh học được tính tốn trong bảng 17.
Bảng 15: Thành phần các nguyên tố có than sinh học BTT chế tạo từ vỏ lạc trƣớc và sau hấp phụ Nguyên tố % Khối lƣợng % Nguyên tử Than sinh học BTT- sau hấp phụ Than sinh học BTT – trước hấp phụ Than sinh học BTT- sau hấp phụ Than sinh học BTT– trước hấp phụ C (CaCO3) 87,14 84,36 87,63 88,06 O (SiO2) 15,83 14,89 12,37 11,67 Cl (KCl) - 0,75 - 0,27 Tổng 100,0 100,0 100,0 100,0
Kết quả cho thấy % khối lượng của than sinh học BTT chế tạo từ vỏ lạc trước và sau hấp phụ có sự thay đổi về % khối lượng và % nguyên tử trong vật liệu. Với than sinh học trước hấp phụ có nguyên tố Cl chiếm 0,75% khối lượng, sau hấp phụ thì nguyên tố Cl đã bị loại bỏ hoàn toàn ra khỏi vật liệu và thế cho các nguyên tố C và O vào vật liệu. Sự thay thế nguyên tố Cl bằng nguyên tố C và O nhằm tăng hiệu quả hấp phụ của than sinh học đối với ion NO3- và PO43. Nguyên tố C trong than sinh học BTT sau hấp phụ tăng 2,78% khối lượng so với than sinh học BTT trước hấp phụ. Sự gia tăng hàm lượng C trong than sinh học nhằm tăng hiệu quả loại bỏ các ion NO3- và PO43- trong vật liệu.
3.3.4.5. Đánh giá khả năng thu hồi N, P
Để đánh giá khả năng thu hồi N và P của vật liệu đề tài tiến hành phân tích một số chỉ tiêu trong than sinh học chế tạo từ vỏ lạc trước, sau hấp phụ và kết quả cho ở bảng 18.
Bảng 16: Kết quả phân tích một số chỉ tiêu trong than sinh học BTT chế tạo từ vỏ lạc trƣớc và sau hấp phụ TT Chỉ tiêu Đơn vị Than sinh học BTT trƣớc hấp phụ Than sinh học BTT sau hấp phụ TT41:2014/TT- BNNPTNNT 1 As mg/kg 2,2 2 <10,0 2 Cd mg/kg 2 2,4 <5,0 3 Hg mg/kg - - <2,0 4 K mg/kg 106 1170 - 5 T-P mg/kg 57,9 584,6 - 6 T-N mg/kg 3150 9100 -
Qua bảng kết quả cho thấy khi đối chiếu với TT 41:2014/TT-BNNPTNT cho thấy hàm lượng chỉ tiêu As, Cd, Hg đều nằm trong giới hạn cho phép.
Về thành phần dinh dưỡng: Đối với chỉ tiêu K và P2O5 trong than sinh học BTT chế tạo từ vỏ lạc sau hấp phụ cao hơn rất nhiều so với than sinh học BTT chế tạo từ vỏ lạc trước hấp phụ. Cụ thể hàm lượng K cao gấp 11,04 lần tương ứng lượng hấp phụ là 1064 mg; hàm lượng P cao gấp 10,1 lần tương ứng lượng hấp phụ là 526,2 mg. Điều đó cho thấy than sinh học BTT chế tạo từ vỏ lạc sau hấp phụ có giá trị dinh dưỡng đối với cây trồng.
Qua bảng 14 về phân tích chất lượng nước đầu vào và đầu ra cho thấy hàm lượng các kim loại trong nước đầu vào rất nhỏ. Cụ thể chỉ tiêu As, Pb đều <0,001 mg/L. Kết quả phân tích hàm lượng các chỉ tiêu nguyên tố trong than sinh học chế tạo từ vỏ lạc trước và sau hấp phụ: hàm lượng As là 2 và 2,2 mg/kg tương ứng lượng hấp phụ là 0,0004 mg; Cd là 2 và 2,4 mg/kg tương ứng lượng hấp phụ là 0,0009 mg. Điều đó có thể giải thích trong q trình hấp phụ lượng kim loại nặng tập trung lên một lượng than có khối lượng nhỏ. Tuy nhiên, kim loại nặng trong nước thải chăn nuôi sau biogas rất nhỏ (<0,001 mg/L) do đó khơng gây ảnh hưởng đến sản phẩm than đầu ra làm phân bón.
Qua bảng 14 về phân tích chất lượng nước đầu vào và đầu ra cho thấy hàm lượng Tổng N trong than sinh học BTT chế tạo từ vỏ lạc bị loại bỏ là 178,5
mg/L tương ứng 35,70 mg/g và hàm lượng Tổng P bị loại bỏ là 68,38 mg/L tương ứng 13,67 mg/g.
Quả bảng 18 về phân tích một số chỉ tiêu trong than sinh học BTT chế tạo từ vỏ lạc cho thấy hàm lượng T-P có trong than sinh học BTT trước hấp phụ là 57,9 mg/kg và sau hấp phụ là 584,6 mg/kg tương ứng lượng hấp phụ vào than sinh học là 1,26 mg/g. Hàm lượng T-N có trong trong than sinh học trước hấp phụ là 3150 mg/kg và sau hấp phụ là 9100 mg/kg tương ứng lượng hấp phụ vào than sinh học là 14,28 mg/g.
Từ đó tính được hàm lượng T-P và T-N hấp phụ trên than đạt 9,2% và 40%. Điều đó có thể giải thích hàm lượng P, N trong nước thải ban đầu đã đi vào vật liệu và một phần đi vào nước thải sau xử lý do vật liệu không hấp phụ được hết, một phần lắng cặn. Do đó, lượng P, N bị loại bỏ khơng hấp phụ hoàn toàn trên than.
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận
Từ những kết quả thực hiện đề tài luận văn: “Nghiên cứu thu hồi N và P từ nước
thải chăn nuôi sau biogas bằng than sinh học chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp”
rút ra những kết luận như sau:
1. Quá trình điều tra khảo sát tại 53 hộ theo các tiêu chí về quy mơ chăn ni, quy trình xử lý, phương pháp chăn ni tại 05 xã, cho thấy trung bình mỗi đầu lợn phát sinh lượng nước thải 48,6 L/ngày. Các hộ gia đình chủ yếu xử lý nước thải bằng hầm biogas và nước thải đẩu ra có đặc trưng màu xám và mùi nhẹ. Các chỉ tiêu chất lượng nước thải chăn nuôi lợn biến động rất lớn. So với cột B của Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải chăn nuôi gia súc (QCVN 62:2016/BTNMT) nước thải chăn nuôi lợn khu vực nghiên cứu ô nhiễm rất cao. COD cao gấp 3,2-5,04 lần, BOD cao gấp 1,74-10,17 lần, T-N cao gấp 1,65-3,74 lần và TSS cao gấp 0,68-2,51 lần.
2. Việc chế tạo than sinh học BTT đạt hiệu suất 47,9% đối với vật liệu xơ dừa, thấp hơn 0,32% so với chế tạo than sinh học từ vỏ lạc. Than sinh học KBT có các nếp nhăn, than sinh học BTS các nếp nhăn này đã biến mất, thay vào đó bề mặt của vật liệu nhẵn mịn hơn, than sinh học BTT bề mặt hình thành các khoang xốp có kích thước rất nhỏ. Biến tính bằng CaCl2 làm tăng đáng kể điện tích bề mặt than sinh học BTT, BTS so với than sinh học khơng biến tính. Than sinh học BTT có sự gia tăng nhóm chức -OH và -CO của -COOH thể hiện ở các peak với số sóng 3447,78 và 1559,62 cm-1. Có thể tăng cường ái lực của vật liệu đối với các cation. Trong khi đó than sinh học BTS có sự tăng lên của nhóm –OH của alcol hoặc nước ở số sóng 3424,92 cm-1. Về thành phần nguyên tố % khối lượng C (CaCO3) trong than vỏ lạc KBT cao hơn than vỏ lạc BTS là 6,73%; % khối lượng O (SiO2) của than vỏ lạc BTT cao hơn so với than vỏ lạc KBT là 6,34%.
3. Khả năng hấp phụ của than sinh học thay đổi khi thay đổi các giá trị pH,
ion PO3- và NO3- tại 5h, với ion NH4+ là 7h tương ứng với hiệu quả xử lý tối đa đối vơi ion PO43-, NO3- đạt 90% và 52% khi sử dụng than vỏ lạc BTT. pH tối iwi cho việc hấp phụ ion PO43-, NO3-, NH4+ lần lượt tại 9, 4 và 7 tương ứng với hiệu quả loại bỏ các ion này là 90%, 81% và 10% khi sử dụng than vỏ lạc BTT. Khi pha lỗng nồng độ nước thải thì hiệu quả tăng dần đối với tất các các loại than sinh học
Ở tỉ lệ 0,6g than/L nước thải than sinh học chế tạo từ vỏ lạc đã loại bỏ lượng T-N và T-P lần lượt là 35,70 mg/g và 13,67 mg/g. Lượng T-P và T-N được thu hồi lần lượt là là 1,26 mg/g và 14,28 mg/g. Hiệu quả hấp phụ T-P và T-N trên than đạt 9,2% và 40%.
Khuyến nghị
Quá trình nghiên cứu của đề tài xin đưa ra các hướng nghiên cứu sau đây: 1. Cần tiếp tục nghiên cứu để nâng cao hiệu quả xử lý với các điều kiện tối ưu, có thể triển khai trên thực tế xử lý nước thải cơng nghiệp có hàm lượng N, P cao.
2. Nghiên cứu áp dụng quy mô thử nghiệm trên thực tế 3. Nghiên cứu ứng dụng vật liệu làm sản phẩm phân bón.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Nguyễn Bin (2004), Giáo trình các q trình, thiết bị trong cơng nghệ hóa chất và thực phẩm, tập 4 – NXB Khoa học và Kĩ thuật Hà Nội.
2. Báo cáo tình hình phế phẩm nơng nghiệp, Hà Nội Báo nông nghiệp và
PTNT (2007).
3. Bùi Hữu Đoàn (2011), Quản lý chất thải chăn nuôi, NXB Nông Nghiệp. 4. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và
nước thải, NXB thông kê, Hà Nội.
5. Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ và Phốtpho, NXB
Khoa học Tự nhiên và Công nghệ.
6. Chăn nuôi Việt Nam (http://channuoivietnam.com/bieu-phan-bo-trang-trai-
chan-nuoi-theo-dia-phuong-nam-2014).
7. Cao Thế Hà, Lê Văn Chiều, Nguyễn Việt Hà, Nguyễn Trường Quân, Vũ Ngọc Duy, Võ Thị Thanh Tâm, Nguyễn Triều Dương, Trần Mạnh Hải (2015), “Vai trị của cơng tác đánh giá chất lượng nước thải chăn nuôi lợn trong việc xác định công nghệ xử lý”, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam 1 (4), 50 – 54.
8. Nguyễn Thị Thanh Hải (2016), Nghiên cứ chế tạo vật liệu hấp phụ mới trên cơ sở biến tính than hoạt tính và ứng dụng xử lý thủy ngân trong mơi trường nước, khơng khí, Viện Khoa Học và Công Nghệ.
9. Nguyễn Tri Quang Hưng, Lê Kiến Thông, Nguyễn Minh Kỳ (2017), Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp và hiệu quả ứng dụng than sinh học (biochar) quy mơ hộ gia đình ở Gị Cơng Tây, tỉnh Tiền Giang.
10. Phan Đỗ Hùng (2014), Nghiên cứu ứng dụng thiết bị sinh học – màng (Membrane bioreactor) trong xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp giàu nitơ,
Báo cáo tổng kết đề tài Viện Công nghệ Mơi trường.
11. Đặng Đình Kim, Đặng Hồng Phước Hiền, Nguyễn Sỹ Nguyên, Đặng Thị Thơm, Dương Thị Thuỷ, Dương Đức Tiến (2005), Nghiên cứu tảo độc nước ngọt
ở Việt Nam, Báo cáo Hội nghị tồn quốc về ni trồng thuỷ sản, Hải Phòng,
tháng 1/2005.
12. Thanh Trà và Huy Vũ, 2016. Chăn nuôi Việt Nam chuyển mình để hội nhập và phát triển, Báo Nhân Dân thứ Hai 28/11/2016.
13. Mai Văn Trịnh, Trần Viết Cường, Vũ Dương Quỳnh, Nguyễn Thị Hoài Thu (2011), Nghiên cứu sản xuất than sinh học từ rơm rạ và trấu để phục vụ nâng cao độ phì đất, năng suất cây trồng và giảm phát thải khí nhà kính, Tạp chí
Khoa học và Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam, số 3(24).
14. Nguyễn Đình Triệu (2003), Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
15. Niên giám thống kế năm 2015 16. Niêm giám thống kê năm 2016 17. Niên giám thống kê năm 2017
18. Trần Văn Tựa (2015), Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiên tiến phù hợp với điều kiện VN để xử lý ô nhiễm môi trường kết hợp với tận dụng chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn, Báo cáo Đề tài KC 08.04/11-15 - Viện công
nghệ Môi trường.
19. Trịnh Văn Tuyên, Vũ Thị Phương Anh (2014), Giáo trình các quá trình thiết bị và thiết bị công nghệ môi trường”, Viện Công nghệ môi trường, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ.
20. Trần Thị Tú (2016), Đặc điểm hóa lý của than sinh học điều chế từ vỏ trấu, Tạp chí Khoa học – Đại học Huế, Tập 120, số 6, 2016, Tr 233-247.
21. Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2009), Khảo sát đánh giá các loại mơ hình khí sinh học quy mơ vừa, Báo
cáo tổng hợp kết quả triển khai, Hà Nội.
22. Vũ Thị Thu Trang (2015), Nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng MnO2 và TiO2 làm vật liệu xử lý asen, Luận văn thạc sĩ khoa học ĐHKHTN-
23. Hoàng Thanh Vân, 2015. 10 năm chăn nuôi Việt Nam phát triển và hội nhập.
Tiếng Anh
24. Ahmad M. (2014), "Biochar as a sorbent for contaminant managent in soil and water: A review". Chesmosphere 99: pp. 19-33.
25. Azhar Abdul Halim (2013), "Ammonia Removal from Aqueous Solution Using Organic Acid Modified Activated Carbon". World Applied Sciences
Journal, 24.
26. Amonette J. and S. Joseph (2009),Characteristics of biochar: Micro-
chemical properties, Biochar for environmental management: Science and
technology, pp. 33-52.
27. Bai, Wang, Gong, Yu, Liu, and Wang (2017), "Co-pelletizing characteristics of torrefied wheat straw with peanut shell". Bioresource
Technology, 233: pp. 373-381.
28. Chun Yang Yin (2006), "Review of modifications of activated carbon for enhancing contaminant uptakes from aqueous solutions". Separation purification
technology.
29. Cordell D., 2005. Phosphorus - the forgotten ingredient in Food Security. Prepared for the Masters of Water Resources & Livelihood Security, Department of Water & Environmental Studies, Linköping University.
30. Da Costa Lopes Anna Sylmara, de Carvalho Samira Maria Leão, do Socorro Barros Davi, de Alcântara Mendes Rosivaldo and Lima Marcelo Oliveira (2015), Surface Modification of Commercial Activated Carbon (CAG) for the Adsorption of Benzene and Toluene, Universidade Federal do Pará,
Belém, Brasil.
31. Darracq G. (2014), "Kinetic and isothrm studies on perchorate sorption by ion-exchange resins in drinking water treatment". Journal of Water Process
32. De Godos, I., Blanco, S., García-Encina, P.A., Becares, E., Moz, R., 2009. Long-term operation of high rate algal ponds for the bioremediation of piggery wastewaters at high loading rates. Bioresource Technology 100, 4332– 4339.
33. De Boice J. N and J. F. Thomas (1975), Chemical treatment for phosphate
control, Water Pollut Control Red 47, pp. 2246-55.
34. Demiral H (2010), "Removal of nitrate from aqueous solutions by activated carcon prepared from sugar beet bagasse". Bioresource Technology.
35. Dominic W., James E. Amonette, F. Alayne Street-Perrott, L. Johannes and S. Joseph (2010), “Sustainable biochar to mitigate global climate change”,
Nature Communications, 1(5), pp. 56.
36. Downie A., P. Munroe, A. Crosky (2009) , “Physiccal and structural”, Biochar for Environmental Management, Science and Technology, pp 13-29
37. Granatstein D., Kruger C. (2009), Use of Biochar from the Pyrolysis of Waste Organic Material as a Soil Amendment, Center for Sustaining Agriculture
and Nature Resources
38. Guang-Xi Y. and J. Hong (2013), “Amino modification of biochar for enhancedadsorption of copper ions from synthetic wastewater Department of Chemistry”, Water Res, 48, pp. 396-405.
39. Jason Dale Streubel (2011), Biochar: Its characterization and utility for recovering phosphorus from anaerobic digested dairy effluent, Washington State
University
40. Jon O. L., W. Eddie and M. T. Gladwin (2008), “The nitrate–nitrite– nitric oxide pathway in physiology and therapeutics”, Nature Reviews Drug Discovery, 7(8), pp. 710.
41. Kumar P., Sudha S., S. Chand and V. C. Srivastava (2010), Phosphate Removal from Aqueous Solution Using CoirPith Activated Carbon, Separation
42. Kyoung S. Ro (2015), "Removing Gaseous NH3 Using Biochar as an Adsorbent"
43. Largitte and Pasquier (2016), "A review of the kinetics adsorption models and their application to the adsorption of lead by an activated carbon". Chemical
Engineering Research and Design, 109: pp. 495-504.
44. Li Y., J. Shao, X. Wang, Y. Deng, H. Yang and H. Cheng (2014), “Characterization of Modified Biochars Derived from Bamboo Pyrolysis and Their Utilization for Target Component (Furfural)”, Adsorption, Energy & Fuels, 28 (8), pp. 5119–5127.
45. Mayer Z. A., Eltom Y., Stennett D., Schroder E., Apfelbacher A. and A. Hornung (2013), Characteriation of Engineered Biochar for Soil Management,
Environmental Progress & Sustainable Energy
46. Ma Y., W. J Liu., N. Zhang, Y. S. Li, H. Jiang and G. P. Sheng (2014),
Polyethylenimine modified biochar adsorbent for hexavalent chromium removal from the aqueous solution. Department of Chemistry, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China.
47. Mohan D., Sarswat A., Yong S. O., Pittman Jr. C. U.(2014), Organic and
inorganic contaminants removal from water with biochar, a renewable, low cost and suitainable adsorbent – A critical review, Bioresource Technology
48. Li, Yang, Wang, Zhang, Liu, Li, and Xiao (2017), "Adsorption of Cd(II) from aqueous solutions by rape straw biochar derived from different modification processes". Chemosphere, 175: pp. 332-340.