.10 Hiệu quả xử lý ion kim loại (Zn2+) sau các lần thu hồi và tái sử dụng

Mẫu Nano-gum (mL) pH Zn2+ (mg/L) THZnL1 40 5,58±0,15 1,26±0,25 THZnL2 40 5,66±0,07 4,05±0,14 THZnL3 40 6,00±0,08 5,86±0,78 THZnL4 40 5,87±0,15 9,04±0,81 THZnL5 40 5,81±0,26 14,33±1,03 ZnBĐ 0 5,61±0,18 25,00±0,00

Hình 3.4 Hiệu suất loại bỏ kim loại của Nano-gum ở các lần thu hồi

So sánh với kết quả nghiên cứu của Liu et al [37] cho thấy khả năng hấp phụ của vật liệu nanocomposit xanthat Fe3O4-Chitosan trên nền graphen oxit cho hiệu quả thu hồi và tái sử dụng sau 5 lần. Tuy nhiên khi so sánh với nghiên cứu của Suman et al [39] cho thấy hiệu suất loại bỏ ion kim loại Pb2+ và Cr3+ của nanocomposite (nanocenlulozơ - nano bạc) giảm không đáng kể sau 5 lần thu hồi và tái sử dụng. Khả

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 Hiệ u suấ t l oạ i bỏ i on kim loại ( % ) Niken Đồng Kẽm Mẫu

50

năng hấp phụ Pb2+ giảm từ 99,48% xuống 98% và khả năng hấp phụ Cr3+ giảm từ 98,30% xuống 97,80%. Qua đó cho thấy Nano-gum cho hiệu quả thấp hơn nghiên cứu của Liu et al. Vậy để tăng hiệu quả cải thiện của vật liệu thu hồi cần nghiên cứu các điều kiện tối ưu khi sử dụng lại vật liệu.

Nghiên cứu của Đào Minh Trung và cợng sự [40] đã đánh giá hiệu quả xử lí nước thải xi mạ nhân tạo với các thông số khảo sát ban đầu: pH = 5; Cu2+= 25 (mg/1L), sử dụng vật liệu keo tụ sinh học Biogum và vật liệu keo tụ hóa học PAC. Kết quả khảo sát trên đối tượng nước thải xi mạ Cu2+ cho thấy hiệu suất cải thiện của Biogum ở liều lượng tối ưu đạt 83,11% trong khi PAC đạt chỉ 68,93%. Qua đó cho thấy vật liệu Biogum có thể đề xuất nghiên cứu thay thế vật liệu hóa học PAC. Nghiên cứu của Bùi Thị Thu Hương và cộng sự [23] đã đánh giá sự keo tụ của vật liệu sinh học Biogum chiết xuất từ hạt Muồng Hoàng Yến (Cassia fistula) để xử lý nước thải chứa kim loại nặng. Kết quả cho thấy Biogum sau khi điều chế có khả năng phân hủy sinh học. Biogum phân hủy trong nước cất có khối lượng giảm xuống 55,83% sau 15 ngày. Khi nghiên cứu khả năng xử lý ion kim loại niken trong nước thải của Biogum cho thấy hiệu suất xử lý ion kim loại nặng niken bằng vật liệu Biogum đạt 58,91% trong khi kết quả của PAC đạt 52,35%. Do đó phải tiến hành nghiên cứu để xác định các thông số vận hành tối ưu như Biogum, độ pH tối ưu, liều lượng tối ưu được sử dụng trước khi áp dụng trong thực tế.

Trong nghiên cứu của Đào Minh Trung và cộng sự [41] cũng đã chỉ ra rằng phương pháp hóa lý được ứng dụng xử lý nước thải ơ nhiễm hữu cơ và vơ cơ trong đó sử dụng chất keo tụ phèn PAC (Poly Alumino Clorua) kết hợp với chất trợ keo tụ Polymer đã được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam và trên thế giới. Báo cáo này đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm với một số thông số ô nhiễm ban đầu như: pH= 9; COD= 800(mgO2/l); độ màu = 750 Pt-Co. Nghiên cứu được thực hiện với chất keo tụ là PAC, chất trợ keo hóa học Polymer anion và chất trợ keo sinh học là gum Muồng Hoàng Yến. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý hóa lý của chất trợ keo tụ hóa học và sinh học là tương đương nhau. Đối với chất trợ keo tụ hóa học Polymer anion cho kết quả xử lý COD đạt 60,3%, độ màu đạt 87,3% và SS đạt 93,2%. Với

51

chất trợ keo tụ sinh học cho hiệu quả xử lý COD 59,7%, độ màu 87,1% và SS đạt 92,8%.

Từ các nghiên cứu cho thấy kết quả có sự khác biệt về hiệu suất cải thiện chất lượng nước thải xi mạ, nước thải dệt nhuộm khi sử dụng vật liệu sinh học Biogum so với vật liệu hóa học PAC. Mặt khác về khía cạnh mơi trường Biogum chất thân thiên mơi trường, có khả năng phân hủy trong mơi trường nước tự nhiên. Qua đó có thể lựa chọn Biogum là vật liệu keo tụ sinh học thay thế cho vật liệu hóa học PAC trong thời gian tới.

3.4 Thảo luận chung

- So sánh với QCVN 40:2011/BTNMT

Hình 3.5 Đồ thị so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT của Niken

Từ Hình 3.5 cho thấy khi sử dụng Nano-gum ở liều lượng 60 mL đã loại bỏ được 89,19 % (Ni2+) là tốt nhất và đưa về cột B QCVN 40:2011/BTNMT.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 50 60 70 Nồng đợ Ni 2+ (mg /L ) mL Cợt A Cợt B

52

Hình 3.6 Đồ thị so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT của Đồng

Từ Hình 3.6 cho thấy khi sử dụng Nano-gum ở liều lượng 80 mL đã loại bỏ được 94,51% (Cu2+) là tốt nhất, giảm ion Cu2+ từ 51 mg/L xuống còn 2,80 mg/L nhưng chưa đưa về cợt A & cợt B QCVN 40:2011/BTNMT.

Hình 3.7 Đồ thị so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT của Kẽm

Từ Hình 3.7 cho thấy khi sử dụng Nano-gum ở liều lượng 80 mL đã loại bỏ được 94,92% (Zn2+) là tốt nhất, giảm ion Zn2+ từ 103 mg/L xuống còn 5,23 mg/L nhưng chưa đưa về cột A & cột B QCVN 40:2011/BTNMT.

0 2 4 6 8 10 12 70 80 90 Nồn g độ C u 2+ (mg /L ) mL Cột A & B 0 2 4 6 8 10 12 14 70 80 90 Nồng độ Z n 2+ (mg /L ) mL Cột A & B

53

- Cải thiện độ màu của nước thải xi mạ ứng dụng Nano-gum:

Kết quả nghiên cứu cải thiện chất lượng nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa lý sử dụng Nano-gum cho thấy hiệu suất loại ion kim loại nặng đạt rất cao. Kết quả nghiên cứu cải thiện chất lượng nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa lý sử dụng với vật liệu hóa học PAC và Nano-gum. Với tính chất thân thiện với mơi trường và có khả năng thu hồi và tái sử dụng vật liệu Nano-gum sau khi sử dụng, qua đó có thể đề xuất thay thế vật liệu keo tụ hóa học truyền thống đang được sử dụng bằng loại vật liệu này.

- Quy trình xử lý kim loại trong nước thải xi mạ

Nước thải được thải ra từ các nhà máy, cơ sở sản xuất sau quá trình xi mạ kim loại, nước thải kéo theo các ion kim loại nặng cịn lại sau q trình mạ và nước thải có mơi trường pH thấp do q trình làm sạch bề mặt thiết bị trước khi mạ. Phương pháp hóa lý đề xuất sử dụng vật liệu có nguồn gốc sinh học để loại bỏ thành phần ô nhiễm kim loại nặng có trong nước thải, từ đó cải thiện nước thải sau xử lý.

Nước thải từ bể gom được bơm lên bể điều hòa, tại đây được điều chỉnh pH tối ưu cho quá trình keo tụ khi sử dụng vật liệu Nano-gum. Nước thải sau khi điều chỉnh pH được bơm qua bể khuấy nhanh, tại đây vật liệu Nano-gum được điều chỉnh tối ưu tương ứng với lưu lượng nước thải. Bông bùn sau khi tạo thành lớn dần tại bể khuấy chậm và được loại bỏ tại bể lắng, nước thải sau khi qua bể lắng được kiểm tra các thông số ô nhiễm tại bể trung gian, nếu đạt QCVN sẽ được bơm trực tiếp qua bể khử trùng, nước thải sau khử trùng được xả ra nguồn tiếp nhận. Nước thải tại bể trung gian nếu chưa đạt sẽ được đưa qua cụm xử lý hóa lý bậc 2. Kiểm tra các thơng số ô nhiễm tại bể trung gian trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

54

Hình 3.8 Quy trình xử lý chất thải cơng nghiệp xi mạ bằng Nano-gum

Ghi Chú:

: Nước thải : Cấp hóa chất : Bùn

: Nam châm Bể Khuấy Nhanh

Bể Gom

Bơm định lượng

Vật liệu keo tụ Hóa chất đ/c pH

Bơm định lượng Bùn Bể Khuấy Chậm Bể Lắng Bể Trung Gian Bể Khuấy Nhanh Bể Khuấy Chậm Bể Lắng Bể Khử Trùng Xả Thải Đạt Bể Điều Hịa Hóa chất đ/c pH Bơm định lượng H/C khử trùng Không Đạt

55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Kết quả nghiên cứu từ đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Nano Gum được điều chế từ Nano Oxit sắt từ có gắn gum hạt muồng hồng yến để xử lý nước thải xi mạ” cho thấy vật liệu hấp phụ có nguồn gốc sinh học Nano-gum cho hiệu quả cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp xi mạ cụ thể như sau:

Khi nghiên cứu trên các đối tượng nước thải xi mạ giả định, ô nhiễm ion kim loại Ni2+; Cu2+; Zn2+ và nước thải NMXM thực tế với thành phần ô nhiễm khảo sát với ba loại ion kim loại (Ni2+, Cu2+, Zn2+), kết quả nghiên cứu cho thấy Nano-gum có khả năng loại bỏ ion kim loại trong nước thải giả định và nước thải nhà máy cao và đạt QCVN. Nano-gum đạt hiệu suất loại bỏ Ni2+ đạt 92,93% ; Cu2+ đạt 97,17%; Zn2+ đạt 94,97%.

Đánh giá về khả năng thu hồi và tái sử dụng vật liệu Nano-gum:

Kết quả nghiên cứu cho thấy khi sử dụng vật liệu Nano-gum, với sự kết hợp của các hạt oxit từ tính và Biogum cho thấy khả năng xử lý ion kim loại trên nước thải xi mạ, kết quả nghiên cứu cho thấy trên đối tượng nước thải giả định, đạt hiệu suất loại bỏ Zn2+ 83,79% sau lần thu hồi lần 2 và 76,69% đối với lần thu hồi 3. Với nước thải giả định Cu2+ hiệu suất xử lý ion kim loại sau lần thu hồi 2 và 3 đạt 81,72% và 76,73%. Với nước thải giả định Ni2+ hiệu suất xử lý ion kim loại sau lần thu hồi 2 và 3 đạt 82,49% và 76,37%.Tuy nhiên khi xử lý trên nước thải xi mạ nhà máy chỉ đạt được cột B QCVN 40:2011/BTNMT đối với nước thải chứa Ni2+, do đó cần nghiên cứu thêm hoặc tăng thêm 1 bậc xử lý để đưa về cột A QCVN 40:2011/BTNMT đối với nước thải chứa kim loại (Ni2+, Cu2+, Zn2+).

Kết quả nghiên cứu cho thấy Nano-gum cho hiệu quả xử lý ion kim loại của nước thải xi mạ sau thu hồi lần 3. Qua đó cho thấy tiềm năng của vật liệu sinh học và có nguồn gốc sinh học trong việc ứng dụng cải thiện chất lượng nước thải, từ đó mở ra việc gắn kết phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường.

56

2. Kiến nghị

Cần nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng keo tụ của vật liệu, nhiệt độ, tốc độ khuấy và thời gian lắng trước khi đưa vào áp dụng thực tiễn.

Nghiên cứu ứng dụng cải thiện chất lượng nước thải có tính chất tương tự như xử lý nước thải ô nhiễm nồng độ kim loại nặng như, chì, thủy ngân, asen, crơm,…

Nghiên cứu mở rợng khả năng cải thiện chất lượng nước thải có thành phần ơ nhiễm màu và hàm lượng lơ lửng cao, nước thải thủy sản; nước thải sản xuất bánh, nước thải tinh bợt mì.

Nhìn chung, với kết quả nghiên cứu của vật liệu Nano-gum (kết hợp từ Biogum sinh học và từ tính của oxít sắt từ), có khả năng cải thiện chất lượng nước thải xi mạ và có từ tính nam châm, do đó có khả năng tái sử dụng vật liệu sau khi xử lý nước thải. Đây có thể được xem là tính mới của vật liệu keo tụ trong xử lý nước thải. Để áp dụng cần có những nghiên cứu mở rợng cho các đối tượng nước thải khác nhau như nước thải dệt nḥm, rỉ rác. Bên cạnh đó để xác định hiệu xuất xử lý đạt cao nhất cần xác định các thông số vận hành pH và liều lượng sử dụng vật liệu tối ưu cho một đơn vị nước thải xử lý.

57

DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA HỌC VIÊN

1. Đào Minh Trung, Ngơ Hồng Phong, Lê Hùng Anh. “Khảo sát khả năng xử lý kim loại đồng bằng vật liệu Nano-gum được điều chế từ Nano Oxit sắt từ có gắn gum hạt muồng hồng yến,” Báo Tài ngun và Mơi trường. Số 16, tập

342, trang 51, kỳ 2, tháng 8/2020.

2. Ngơ Hồng Phong, Lê Hùng Anh, Đào Minh Trung, Nguyễn Xuân Dũ. “Đánh giá khả năng xử lý kim loại kẽm bằng vật liệu Nano gum được điều chế từ Nano Oxit sắt từ có gắn gum hạt muồng hồng yến,” Báo Tài nguyên và Môi

58

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Huy Bá. Độc học Môi trường. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2002.

[2] Trịnh Thị Thanh. Độc học Môi trường và Sức khỏe con người. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, 2000.

[3] Phùng Thị Kim Thanh. “Investigation of the adsorption capacity of Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ by modified sugarcane bagasse and treatment environment testing.” Internet: https://123doc.net/document/1030580-nghien-cuu-kha-nang-hap-phu-mot- so-ion-kim-loai-nang-cr3-ni2-cu2-zn2-bang-ba-mia-sau-khi-da-bien-tinh-va-thu- nghiem-xu-ly-moi-truong.htm, 2011.

[4] Nguyễn Văn Phước. Giáo trình xử lý chất thải công nghiệp. Nhà xuất bản Xây dựng, 2011.

[5] M. Suleiman et al. “Wastewater disinfection by synthesized copper oxide

Nanoparticles stabilized with surfactant,” Journal of Materials and Environmental Science. Vol. 6, no. 7, pp. 1924-1937, 2015.

[6] Srisuwan, G. and Thongchai, P. “Removal of heavy metals from electroplating wastewater by membrane Songklanakarin J,” Sci. Technol. Vol. 24, pp. 965-976,

2002.

[7] Mukesh Parmar and Lokendra Singh Thakur. “Heavy metal Cu, Ni and Zn: Toxicity, health hazards and their removal techniques by low cost adsorbents: a short overview,” International juornal of plan, animal and enviromental science. Vol. 3, 2013.

[8] Lâm Minh Triết. Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2008.

59

[9] Lee M. R. et al. “Coagulation-flocculation in leachate treatment using

combination of PAC with cationic and anionic polymers,” International Jour. of Engineering Research & Applications. Vol. 2, no. 4, pp. 1935-1940, 2012.

[10] Lee R. M. et al. “Coagulation-flocculation in leachate treatment by using ferric chloride and alum as coagulant,” International Journal of Engineering Research and

Applications. Vol. 2, no. 4, pp. 1929-1934, 2012.

[11] Fu F. and Wang Q. “Removal of heavy metal ions from wastewaters: A review,”

Journal of Environmental Management. Vol. 92, no. 3, pp. 407-418, 2011.

[12] Trần Văn Nhân. Giáo trình Cơng nghệ Xử lý Nước thải. Nhà xuất bản Khoa

học và Kỹ thuật Hà Nội, 2002.

[13] Hase H. et al. “A novel method for remediation of nickel containing wastewater at neutral conditions,” Journal of Hazardous Materials. Vol. 329, pp. 49-56, 2017. [14] Ghosh P. et al. “Reduction of COD and removal of Zn2+ from Rayon industry wastewater by combined electro-fenton treatment and chemical precipitation,”

Desalination. Vol. 266, no. 1-3, pp. 213-217, 2011.

[15] Papadopoulos A. et al. “Nickel uptake from a wastewater stream produced in a metal finishing industry by combination of ion-exchange and precipitation methods,”

Separation and Purification Technology. Vol. 39, no. 3, pp. 181-188, 2004.

[16] Ashutosh Tripathi & Manju Rawat Ranjan. “Heavy Metal Removal from Wastewater Using Low Cost Adsorbents,” Amity Institute of Environmental Sciences. Vol. 125, 2015.

[17] Wan Ngah and Hanafiah. “Removal of heavy metal ions from wastewater by chemically modified plant wastes as adsorbents: A review,” Bioresource Technology. Vol. 99, 2008.

60

[18] Kaewsarn, P. and Yu, Q. “Cadmium (II) Removal from Aqueous Solutions by Pre-treated Biomass of Marine Alga Padina sp,” Environmental Pollution. Vol. 112, pp. 209-213, 2001.

[19] Yu, Q. and Kaewsarn, P. “Adsorption of Ni2+ from Aqueous Solutions by Pretreated Biomass of Marine Macroalga Durvillaea potatorum,” Separation Science

And Technology. Vol. 35, no. 5, pp. 689-701, 2000.

[20] Omar H.H. “Biosorption of Copper, Nickel and Manganese Using Non-Living Biomass of Marine Alga,” Ulva lactuca. Pakistan Journal of Biological

Sciences. Vol. 11, no. 7, pp. 964-973, 2008.

[21] M. Megersa et al. “The use of indigenous plant species for drinking water treatment in developing countries: A Review,” Journal of Biodiversity and Environmental Sciences. Vol. 5, no. 3, pp. 269-281, 2014.

[22] M. Danish et al. “(Amulthus)-An important medicinal plant: A review of its

traditional uses, phytochemistry and pharmacological properties,” Journal of Natural

Product and Plant Resources. Vol. 1, no. 1, pp. 101-118, 2011.

[23] N.A. Oladoja. “Advances in the quest for substitute for synthetic organic Polyelectrolytes as coagulant aid in water and wastewater treatment operations,”

Sustainable Chemistry and Pharmacy. Vol. 3, pp. 47-58, 2016.

[24] J.D.P. Theodoro. “G.F. Lenz, R.F. Zara, R. Bergamasco, Coagulants and Natural Polymers: Perspectives for the Treatment of Water,” Plastic and Polymer Technology. Vol. 2, no. 3, pp. 55-60, 2013.