1.2. Tận dụng vật liệu thải trên Thế giíi vµ ViƯt Nam
1.2.2. TËn dơng vËt liƯu th¶i ë ViƯt Nam
Hiện nay, ph-ơng pháp hấp phụ là một trong những kÜ thuËt xö lý chÊt thải, làm sạch môi tr-ờng đ-ợc ứng dụng rộng rÃi nhất. Ph-ơng pháp này có -u điểm là khả năng làm sạch cao, chất hấp phụ sau khi sử dụng đều có khả năng tái sinh nên làm hạ giá thµnh xư lý. NhiỊu lÜnh vùc m«i tr-êng nh- xư lý khÝ th¶i, làm sạch n-ớc để uống, xư lý n-íc th¶i sinh hoạt, xử lý n-ớc thải c«ng nghiƯp cđa những cơng trình có độ nhiƠm bÈn thÊp... đà lựa chọn, áp dng ph-ơng pháp xử lý này. Các loại vật liệu hấp phụ đ-ợc sử dụng chủ yếu gồm có: than ho¹t tÝnh, silicagel, zeolit, sét, bentonit, diatomit, nhôm oxit, các chất hấp phơ polyme,... Tuy thc vµo bản chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ; tùy thuộc vào năng l-ợng t-ơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hÊp phơ mµ ta cã thể lựa chọn đ-ợc chất hấp phụ có dung l-ợng lớn, và khả năng hấp phụ chọn lọc đối với một chất bẩn nào đó.
cao. Tõ xa x-a nh©n d©n ta đà biết xây dựng bể lọc n-ớc ngầm từ cát, sái vµ than antraxit.
Mét sè cơng trình nghiên cứu xử lý kim loại nặng trong n-ớc ngầm bằng các vật liệu hấp phụ được công bố như “Xư lý ngn níc nhiƠm c¸c hãa chÊt diƯt cá gèc dinitrophenol bằng khống montmorillonits, Loại bỏ ion asen (V) trong n-íc ngÇm bằng các hợp chất của lantan, "Tách loại asen trong n-íc ngÇm b»ng hƯ thèng läc hÊp phơ sư dơng qng managan dioxit" [Nguyễn Thị Hà và nnk, 2006] v.v.
KÕt qu¶ của cơng trình nghiên cứu Điều chế than hoạt tính từ gáo dừa để hấp phụ các hợp chất phenol trong nước, và Điều chế than hoạt tính từ gáo dừa khảo sát khả năng hấp phụ xianua trong nước cho thÊy dung lỵng hÊp phơ cùc đại của loại than này đạt 1,82 mmol phenol/g than vµ 20,28 mmol CN-/g than.
Than hoạt tính và than oxi hãa lµ chÊt hÊp phơ đ-ợc sử dụng rất nhiều trong xư lý m«i tr-êng. ë ViÖt Nam việc điều chế, sản xuất vµ øng dơng than hoạt tính và than oxi hóa đ-ợc quan tâm và nghiên cứu từ những năm 60 của thế kû 20. §iỊu chÕ than hoạt tính và than oxi hóa từ những vật liệu thải có sẵn nh- bà mÝa, mïn c-a, g¸o dõa… Than hoạt tính và than oxi hóa có khả năng hấp phụ kim loại nặng. Than oxi hóa có thể trao đổi ion với kim loại kiềm thổ (Mg, Ca), c¸c ion chun tiÕp (Co, Ni, Fe), và các kim loại nặng khác (Cu, Pb, Zn…).
Vỏ tôm và cua đ-ợc sử dụng để xử lý kim loại nặng trong n-ớc do cã chøa chitin vµ chitosan. Các nghiên cứu cho thấy khả năng tái sử dụng nguồn rác thải sẵn có này vào xử lý n-ớc là rất hiệu quả. Q trình hấp thu hóa học xảy ra khá phức tạp khơng tn theo thuyết Langmuir hay Freundlich. Vỏ tôm sau khi đ-ợc khư kho¸ng b»ng axit clohidric lo·ng trong cét ®Ĩ thu đ-ợc chitin, 96% canxi
dơng lo¹i bá Cu, Cr(III), Ni trong n-íc thải với nồng độ 20- 100mg/l rÊt hiÖu quả. Các nghiên cứu cho thấy rõ rệt nhất là chitin trong vỏ tơm có khả năng loại bỏ đ-ợc hơn 93 -98% Cu vµ Cr (III), Ni lµ 44- 70%. Chitosan trong vá cua có khả năng loại bỏ đ-ợc 82- 98% Ni(II) trong n-ớc thải.
Trấu đốt và trấu biến tính đ-ợc sử dụng để hấp phụ chì. Các nghiên cøu cho thÊy khả năng sử dụng hiệu quả trấu đốt và trấu biÕn tÝnh ®Ĩ hÊp phơ kim loại nặng (Pb2+).
Zeolite tù nhiªn đà qua sơ chế dạng aluminosilicate ngËm n-íc, cã cÊu trúc xốp và vỏ tơm cua (chitin thơ) có trong bà thải của ngành cơng nghiệp thủy sản đ-ợc sử dụng làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng trong nghiên cứu này. Kết quả của nghiên cứu đà cho thấy rằng zeolite tự nhiên và chitin thô, loại vật liệu hấp phụ P sẵn có rẻ tiền, có khả năng xử lý kim loại nặng chứa trong bùn thải víi hiƯu qu¶ cao. ¶nh h-ëng cđa c¸c u tè đến hiệu quả quá trình xử lý nh- thêi gian, ®é ẩm, và tỷ lệ trộn cũng đ-ợc nghiên cứu xác định. Kết quả thực nghiệm cho thÊy víi l-ỵng sư dơng zeolite 10% (theo l-ỵng khô), trong hỗn hợp với bùn thải có độ ẩm 85%, thời gian xử lý 60 phút thì hiệu quả xử lý crom ở dạng linh động đạt đ-ợc là 61.751%. B-ớc đầu nghiên cứu sơ bộ với l-ợng chitin thô 10% (theo l-ợng khơ) trong hỗn hợp với bùn thải có độ ẩm 81%, thêi gian xư lý 180 phút thì hiệu quả xử lý Pb ở dạng tổng đạt đ-ợc là 84,72% [Vũ Thị Mai, 2005].
C«ng nghệ bê tơng hố từ viƯc sư dơng phÕ th¶i tro trÊu lµm phơ gia do trÊu lµ mét trong những thải phẩm có khối l-ợng lớn trong sản xt n«ng nghiƯp. Mét trong các ph-ơng pháp xử lý là đốt trấu để giảm khối l-ợng và thể tích của nó. Nhóm nghiên cứu Bùi Danh Đại và cộng sự thuộc tr-ờng Đại Học Xây Dựng ®· chØ ra r»ng sư dơng tro trấu kết hợp phụ gia siêu dẻo để chế tạo bê tông chất l-ợng cao là có cơ sở khoa học và ý nghĩa thc tin [V Thị Mai, 2005]..
Công ngh t¸i sư dơng phÕ thải trong quá trình sản xuất và khai thác đá xây dựng. Công nghiệp sản xuất đá đà thải ra môi tr-ờng một l-ợng mạt đá v«i rÊt lín gây ảnh h-ởng nghiêm trọng đến môi tr-ờng và sức kh con ng-êi do đặc tính riêng biệt của đá vơi. Mặc dù chất thải này ch-a đ-ợc quan tâm và xử lý nh-ng theo dù tÝnh kinh phí xử lý là rất lớn. Do đó nghiên cứu tìm ra -u điểm của loại phế thải này ứng dụng vào công nghệ chế tạo bê tông trong xây dựng là một viƯc rÊt cã ý nghÜa vỊ mặt kinh tế và hạn chế đ-ợc những tác động xÊu cđa lo¹i phÕ thải này tới sức khoẻ con ng-ời và mơi tr-ờng. Đó cũng chính là mục đích và ý nghÜa cđa c«ng trình nghiên cứu thử nghiệm phÕ thải trong sản xuất đá do nhãm t¸c giả Tiến sỹ Phạm Hữu Hanh và cộng sự tr-ờng Đại Học Xây Dựng- Hà Nội đà nghiên cứu và tiến hành thử nghiệm. Ưu ®iĨm cđa viƯc tËn dơng chÊt th¶i này là: -) tăng khả năng đặc chắc của bê tông (phụ gia gầy); -) l mt loi ph gia có hoạt tính (tuy không cao).
C«ng nghƯ đóng rắn chất thải cơng nghiệp (chủ yếu là xỉ than từ các lị đốt lín). HiƯn nay, ë ViƯt Nam công ty Cổ phần Kĩ thuật Mơi tr-ờng đà ®-a ra thị tr-ờng dây chuyền sản xuất gạch bê tông tự chèn không nung chất l-ợng cao từ chất thải công nghiệp. Qua máy ép thuỷ lực chất thải công nghiệp (chđ u lµ xØ) kÕt hợp với chất phụ gia và xi măng tạo thành sản phẩm có khối l-ợng nhẹ hơn 20-25% so với sản phẩm gạch bê tông th-ờng. Gạch sản xt theo kÝch th-íc yªu cầu có 3 màu cơ bản: xanh, đỏ, và ghi xám. Công suất dây chuyền đạt 3.000- 6.000 viên /ca [Vũ Thị Mai, 2005].
Trong nghiên cứu của Lê Đức Trung và nnk, bùn thải c«ng nghiƯp (BTCN) cã chứa kim loại nặng (KLN) là một loại chất thải nguy hại (CTNH) cần phải đ-ợc xử lý triệt để và thải bỏ an toàn nhằm ngăn chặn nguy cơ lan truyền, phát tán ô nhiễm trong môi tr-ờng tự nhiên. KLN th-ờng tồn tại trong bïn ë hai d¹ng
chÝnh: (1) Linh động, không bền; (2) Bền, trơ trong điều kiện tự nhiên. Nghiên cứu này tập trung quan tâm xử lý KLN tồn tại ở dạng linh động trong bùn thải, bởi vì đây là thành phần thể hiện đặc tính nguy hại gây ô nhiễm môi tr-ờng. Crom và Chì, là 2 trong số những KLN đ-ợc tìm thấy ở nồng độ cao v-ợt giíi h¹n cho phép trong BTCN trên địa bµn Thµnh phè Hå ChÝ Minh, cơ thĨ lµ tõ KCN Lª Minh Xuân và kênh Tân Hóa Lị Gốm, đ-ợc chọn là đối t-ợng để nghiên cứu xử lý [Vũ Thị Mai, 2005]..
1.2.3. Sư dơng vá ngao hấp phụ kim loại nặng trong n-ớc
Ngành công nghiệp đánh bắt cá thải ra một l-ợng lớn vỏ sò, ngao, và các loại động vật có vỏ khác, nh-ng loại rác thải này ch-a đ-ợc sự quan tâm thích đáng. Nó đà và đang đặt ra một vấn đề rác thải nghiêm trọng đối với các cảng và làng đánh bắt cá. Ngồi ra, các vùng ni trồng thủy sản ven biển cũng đang đối mặt với vấn đề về sunfua và sự thiếu oxy do sự tích tụ chất hữu cơ trong đáy biển làm suy giảm môi tr-ờng n-ớc, ảnh h-ởng lớn đến các sản phẩm cá. Ng-êi ta cã thĨ xư lý vỏ ngao sò, tái sử dụng làm các sản phÈm rÊt h÷u Ých.
Mét l-ỵng vá ngao sị khổng lồ đà bị loại thải ở những khu khai thác ngao sị dọc vùng biển phía Nam Hàn Quốc. Để tìm ra giải ph¸p t¸i sư dơng ngn r¸c thải này nh- một loại vËt liƯu x©y dùng, ng-êi ta đà tiến hành nghiên cứu đặc tính hãa häc cđa vá ngao sò đà đ-ợc nghiền. Vỏ ngao sò chủ yếu là Canxicacbonat, hầu nh- không lẫn tạp chất. Mẫu bê tơng thí nghiệm gồm hỗn hợp xi măng, n-ớc, cát và vỏ ngao sò với tỷ lệ khác nhau có độ bền nh- bê tơng thơng th-ng. bn ca bờ tụng khụng gim đáng k khi sư dơng 40% vá ngao sß thay thÕ cho cát. Các kết quả nghiên cøa ®· cho thÊy vá ngao sị có thể là nguồn vật liệu đá vôi tinh khiết và hiệu quả trong việc thay thế cát, và là vật liệu xây dùng tèt.
Vá ngao sau khi đ-ợc xử lý nhiệt vµ nghiỊn nhá cã thĨ sử dụng để cải thiƯn chÊt l-ỵng n-íc do vá ngao cã khả năng hấp phụ kim loại, phopho, amoni. Các nghiên cứu cho thÊy hiƯu qu¶ cđa viƯc tái sử dụng rác thải vỏ ngao để cải thiƯn sù phó d-ìng. Vỏ ngao đ-ợc nhiệt phân ë 750oC trong 1 giê trong m«i tr-êng Nitơ chuyển hóa thành chất có khả năng loại bỏ hiƯu qu¶ Photpho trong n-íc th¶i (hiƯu st 98%). Vá ngao nguyên chất hầu nh- không loại bỏ đ-ợc Phopho trong n-íc, cßn vỏ ngao đ-ợc xử lý nhiƯt ë 750oC trong m«i tr-ờng khơng khí thì chỉ loại bỏ đ-ợc khoảng 68% photpho trong n-ớc. Có thĨ sư dơng vá ngao hoạt hóa thay thế cho các cách xử lý n-ớc thải bằng hóa chất. Cơng nghệ này đà ứng dụng hiệu quả ở vùng phía Nam Hµn Qc.
Vỏ ngao đ-ợc sử dụng làm bê tông nền cho rong biển. Đây là dự án có tính hiệu quả cao, -u điểm lớn trong việc chế biến vỏ ngao bị loại thải ở các cảng cá. Có thể cải thiện đáy biển bằng cách bao phủ đáy biển bởi m¹ng l-íi tói plastic cã khả năng phân hủy sinh học chứa vỏ ngao đà qua xư lý nhiƯt.
Sư dơng vá ngao sò làm chất điều hòa đáy biển và xi măng điều hịa đáy biển để cải thiện mơi tr-ờng biển. Nghiên cứu này đà chỉ ra nhiệt độ thích hợp để xử lý vỏ ngao sò làm chất lắng điều hịa đáy biển là khoảng 500oC. Xư lý nhiƯt lo¹i bá các chất hữu cơ, làm phá vỡ hình dạng của vá ngao sß. Vá ngao sò đà đ-ợc xử lý ë nhit độ cao (800oC) làm cho pH n-ớc bin thay ®ỉi. Mơc ®Ých cđa cơng nghệ này là đ-a thêm những tính chất vật lý và hóa học cho vỏ ngao s đ sản xt chất điu ha ci thiện hiệu quả mơi tr-ờng n-ớc. Dự án này đà đ-ợc áp dụng tại, quận Ehime, thành phố Uwajima, Nhật Bản. Đây là vïng th¶i ra rÊt nhiều vỏ ngao sị và mơi tr-ờng nghề cá cũng bị suy giảm do ni trồng thủy s¶n. Vỏ ngao còn đ-ợc sử dụng làm vật liệu hấp phụ trong công nghệ lọc phản øng RBF (reactive bed filter). HÖ thèng RBF đà đ-ợc áp dụng cho 14% dân c-
sèng ë c¸c vïng qn hun cđa Hy Lạp. Hệ thống xử lý n-ớc thải tại chỗ này hoạt động rất hiệu quả trong việc loại bỏ các chất dinh dinh d-ỡng (photpho và amoni). Các vật liệu tự nhiên chứa nhiều CaO nh- vỏ ngao sị đà ®-ỵc sư dơng cïng với diatomite, đá bọt vµ zeolite lµm vËt liƯu hÊp phơ trong hƯ thèng läc. Kh«ng chØ cải thiện chất l-ợng n-ớc cơng nghệ này cịn tận dụng đ-ợc nguồn
nguyên liệu dồi dào có sẵn, đồng thời giải quyết đ-ợc vấn đề rác thải vá ngao sß.
Bét vá ngao sß chøa 96% Canxicacbonat vµ rÊt nhiỊu c¸c vi chÊt dinh d-ìng cã thĨ đảm bảo dinh d-ỡng lâu dài, điều chỉnh pH, cải thiÖn sù hÊp thu phân bón, tăng c-ờng độ xốp, và nâng cao khả năng canh tác của ®Êt. Bét vá ngao sị cũng tăng c-ờng mơi tr-ờng hiệu quả cho các vi sinh vật đất trong đống phân và giun đất.
1.2.4. Hấp phụ màu bằng than hoạt tính
Sau chiÕn tranh thÕ giíi lÇn thø nhÊt, than hoạt tính bắt đầu đ-ợc nghiên cu điu chế làm vật liƯu lọc độc cho mặt nạ. Từ đó, than hoạt tính đ-ợc sử dụng rộng rÃi trong hầu khắp mäi lÜnh vùc khoa häc, quân sự, sản xuất và đời sống. Than ho¹t tÝnh cã ý nghÜa đặc biệt trong công nghệ xử lý làm sạch môi tr-ờng nh-: làm sạch n-ớc để uống, xử lý n-ớc thải sinh hoạt hoặc xử lý n-ớc thải của các cơng trình có ®é nhiƠm bÈn thÊp, x lý n-ớc thải công nghiƯp, xư lý “cÊp ba - post treatment” n-íc thải công nghiệp và đô thị v.v.
Than ho¹t tÝnh là chất hấp phụ tốt đối với các chất không phân cực, th-ờng là chất hữu cơ, hấp phụ yếu các chất phân cực nh- n-ớc, amoniac. Đ-ợc dùng để chế tạo mặt nạ chống hơi độc, thu hồi hơi dung môi hữu cơ, làm sạch dung dịch
n-ớc (tẩy màu dung dịch đ-ờng, dầu, mỡ...). Trong y học, đ-ợc dùng để làm sạch máu và hút chất độc trong bộ máy tiêu hoá.
Than häat tÝnh có th tách chất theo 2 cơ chế:
- Lọc: giữ lại các hạt cặn bằng những lỗ nhỏ,
- HÊp phụ: các tạp chất hòa tan trong n-ớc bị hấp phơ bỊ mỈt hc trao ®ỉi ion.
Nhiều loại rác thải truyền thống (từ nông nghiệp và công nghiệp gỗ) và không truyền thống (từ các đơ thị và hoạt động cơng nghiệp) có thể sử dụng để chuẩn bị cacbon hoạt tính để sử dụng trong các quá trình xử lý n-ớc loại bỏ các chất ô nhiễm nh- thuốc nhuộm, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các kim loại nặng. Ngồi ra, có thể đạt đ-ợc diện tích bề mặt lớn bằng cách hoạt hoá bằng ph-ơng pháp vật lý hoặc hoá học. Tuy nhiên, các biện pháp kết hợp có thể tăng c-ờng các đặc tính bề mặt của chất hấp phụ, do đó tăng hiệu suất hấp phụ.
Than hoạt tính chỉ có khả năng hấp phụ một l-ợng chất nhất định. Sau một thời gian lọc than sẽ giảm khả năng khả năng hấp phụ. Các tạp chất mà than hoạt tÝnh cã thĨ hÊp phơ bao gåm: xăng, dầu mỏ, dầu diesel; bột giặt/ chất tẩy rửa; các loại nhũ t-ơng; muối hữu cơ; giấm ăn; các dung môi chứa sắt; cặn thô, phèn sắt kết tủa; phơ gia s¶n xt plastic; thc nhm; thc trõ sâu; phenol, cồn; chất
thải mạ kim loại, các loại mùi, vị lạ do các chất hữu cơ,...và nhiều hợp chÊt hãa häc kh¸c.
Ch-ơng 2
Đối t-ợng và ph-ơng pháp nghiên cứu
2.1. Đối t-ợng nghiên cứu
2.1.1. VËt liƯu th¶i tËn dơng
VËt liƯu th¶i tËn dơng để hoạt hóa làm chất hấp phụ xử lý kim loại nặng và màu trong n-ớc là: Vỏ ngao (thu gom từ khách sạn, nhà hàng) và bụi bông (thu