Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Vũ Lực,K17- KHMT 20
Than hoạt tính được dùng trong công nghiệp đường chủ yếu để khử màu cho đường có màu tốt hơn và cải tiến đáng kể những đặc tính của quá trình sản xuất. Xử lý bằng than hoạt tính giúp cho việc tách những tác nhân trên bề mặt và chất keo( chất đực trong phân tử lớn) làm tăng sức căng của bề mặt và giảm độ nhớt. Điều này làm tăng tỷ lệ kết tinh của đường và tăng sự phân tách si rô và chất kết tinh bằng phương pháp ly tâm
Đối với dầu và mỡ, than hoạt tính được dùng trong quá trình liên kết chất tẩy trắng để tách màu không mong muốn. Sự bổ sung của than hoạt tính cho thấy chất tẩy trắng làm giảm lượng hỗn hợp hấp phụ để thu được hiệu quả mong muốn.
Trồng trọt và chăn nuôi
Như đã biết, nhiều thập kỷ trở lại đây lĩnh vực trồng trọt và chăn nuôi đã và đang vấp phải nhiều trở ngại lớn là: diện tích bị thu hẹp, chất đất ngày một thoái hóa già cỗi, sức đề kháng của cây trồng và vật nuôi ngày một giảm sút và nhiều bệnh dịch phát sinh phát triển khó kiểm soát. Phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc tăng trọng, thuốc tiêm phòng dập dịch tràn lan ra đời. Nhưng dịch bệnh vẫn ẩn chứa nhiều nguy cơ xấu, đe doạ bùng phát bất cứ lúc nào - lặp đi lặp lại. Nguyên nhân chẳng phải ở đâu xa lạ, đó là do cách ứng xử phản khoa học của con người đối với giới tự nhiên . Sự can thiệp quá mức, vô tội vạ đã làm cho môi sinh – môi trường sinh thái mất cân bằng, thậm chí bị đảo lộn, bị ô nhiễm ngày một nghiêm trọng. Một trong những giải pháp có hiệu quả nhằm góp phần làm hạn chế những mặt tiêu cực này là sử dụng than hoạt tính.
Trồng trọt:
Than hoạt tính giúp điều chỉnh nhiệt độ đất, mùa hè mát, mùa đông ấm kể cả làm cho tuyết tan nhanh, nhiệt độ tăng cải tạo chất đất, làm cho đất tơi xốp, nhiệt độ tăng, oxy tăng. Đối với lúa bộ rễ lan rộng lúa không bị đổ, góp phần hạn chế vi khuẩn, sâu bệnh phát sinh, phát triển, sản lượng cao. Đối với đậu tương, lượng rễ tăng 4,6 lần, sản lượng tăng 7 lần (Nhật Bản). Đối với khoai (Yamato – Nhật), chất lượng cao hơn hẳn, hương vị thơm ngon. Đối với các cây khác như chè, cà chua, hành, dưa, dâu tây, wasabi – làm mù tạp...thậm chí cả cỏ nếu trộn vào đất sau khi
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Vũ Lực,K17- KHMT 21
cầy bừa một lượng than hoạt tính nhất định đều có tác dụng làm cho bộ rễ phát triển bám chắc vào đất, sản lượng tăng cao, chất lượng sản phẩm cải thiện rõ rệt, đến tuyệt hảo, mùi vị thơm ngon, khô hạn không bị héo, chống và hạn chế sâu bệnh trên lá như Nizyu, Boshitento...Hồi sinh và phát triển, đặc biệt đối với các cây ăn quả và hoa nếu chộn một lượng than hoạt tính dưới đất cạnh hoặc xung quanh bộ rễ thì cây xanh tốt quanh năm, nếu cây đã vàng úa, mầu xanh sẽ xanh trở lại, khỏe cứng cáp, chống sâu bệnh, cho quả trái thơm ngon và chất lượng (ví dụ đậu tây, lượng đường tăng cao – ngọt hơn)
Chăn nuôi:
Nếu đưa than hoạt tính vào khẩu phần thức ăn của vật nuôi với tỷ lệ thích hợp có hướng dẫn cụ thì than hoạt tính sẽ giúp phòng chống bệnh tật, ngăn ngừa bệnh viêm tuyến vú, sỏi thận vặn thắt dạ dầy ở bò, giảm tỷ lệ chết ở lợn, tăng sản lượng, tăng lượng sữa và giảm các tế bào sôma trong sữa của bò, chuyển hóa thức ăn tốt và ít thức ăn thừa do đó tăng thể trọng ở lợn, tăng mức đẻ trứng, trọng lượng trứng cao hơn ở gà, tất cả các vật nuôi đều cho thịt chất lượng thơm ngon hơn hẳn so với vật nuôi không trộn than hoạt tính vào khẩu phần thức ăn, tẩy mùi hôi chuồng trại, cho vật nuôi ăn và uống nước hàng ngày có than hoạt tính với một tỷ lệ nhất định chúng sẽ thải có mùi hôi giảm hẳn.
Thủy sản:
Như cá, tôm, cua…thì hiệu quả của than hoạt tính càng rõ rết. Làm sạch môi trường nước. Thời gian đảo nước kéo dài. Sinh vật khỏe chống được bệnh, năng suất tăng rõ rệt. Lĩnh vực này chưa được áp dụng ở Việt Nam.
1.4. Động học quá trình hấp phụ
1.4.1. Khái quát về hấp phụ
Hấp phụ là một hiện tượng (quá trình) gây ra sự tăng nồng độ của một chất hoặc của một hỗn hợp chất trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha (rắn – khí, rắn – lỏng, lỏng – khí). Chất giữ lại chất khác trên bề mặt của nó được gọi là chất hấp phụ, ngược lại chất bị giữ lại trên bề mặt nào đó được gọi là chất bị hấp phụ.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Vũ Lực,K17- KHMT 22
Có thể chia hấp phụ làm hai loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Hấp phụ vật lý: là loại hấp phụ gây ra do tương tác yếu giữa các phân tử. Lực tương tác là lực Van der Waals.
Hấp phụ hóa học: là loại hấp phụ gây ra do tương tác mạnh giữa các phân tử và tạo ra hợp chất bề mặt giữa bề mặt chất hấp phụ và các phần tử bị hấp phụ. Hấp phụ hóa học tạo ra do áp lực hóa học. Đó là các lực như lực ion, lực liên kết cộng hóa trị, phối trí…
Trong môi trường nước, quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt của chất hấp phụ, vì vậy quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai đoạn kế tiếp nhau:
- Các chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn khuếch tán trong dung dịch.
- Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản – Giai đoạn khuếch tán trong mao quản.
- Các phân tử bị chất hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ - Giai đoạn hấp phụ thực sự.
- Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định hay khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình hấp phụ.
1.4.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
Trong một hệ hấp phụ, quá trình hấp phụ xảy ra đến lúc nào đó nồng độ chất bị hấp phụ ở pha liên tục và trên bề mặt chất hấp phụ sẽ có một cân bằng động được xác lập. Đường biểu diễn sự phụ thuộc lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn vào nồng độ cân bằng của nó ở pha lỏng hoặc áp suất tương đối của nó ở pha hơi tại một nhiệt độ xác định được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ (adsorption isotherm). Mối quan hệ lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn (ký hiệu Q đơn vị là mg/g hoặc ml/g) và nồng độ cân bằng đối với chất lỏng (ký hiệu C, đơn vị là mg/L hoặc mmol/l) hoặc áp suất tương đối với chất khí (P/P0) được mô tả qua các
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Vũ Lực,K17- KHMT 23
phương trình đẳng nhiệt hấp phụ như: Henry, Langmuir, Freundlich, Brunauer – Emette – Teller (BET) …
a.Phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir:
Đường đẳng nhiệt Langmuir được xây dựng trên cơ sở những giả thiết: Các tiểu phân (phân tử các chất bị hấp phụ) bị hấp phụ tại những trung tâm xác định.
Quá trình hấp phụ đơn lớp (mỗi trung tâm hấp phụ chỉ hấp phụ một tiểu phân).
Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh.
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir như sau: q = Qo× b×C
1+b (1) trong đó:
q – dung lượng hấp phụ, mg/g.
Qo – dung lượng hấp phụ cực đại (là hằng số với từng hệ hấp phụ), mg/g. C – nồng độ chất bị hấp phụ còn lại trong dung dịch, mg/L.
b – hằng số Langmuir.
Để tìm các hằng số trong phương trình Langmuir người ta dùng phương pháp đồ thị. Xét tại thời điểm cân bằng:
𝐶𝑒 𝑞𝑒 =𝑄1
𝑜 × 𝐶𝑒 + 𝑏×𝑄1
𝑜 (2) trong đó:
Ce – nồng độ chất bị hấp phụ còn lại trong dung dịch tại thời điểm cân bằng, mg/L.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Vũ Lực,K17- KHMT 24
qe – dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng hấp phụ, mg/g.
Theo phương trình này Ce/qe phụ thuộc bậc nhất vào Ce. Ta dùng thực nghiệm tìm phương trình phụ thuộc bậc nhất Ce/qe vào Ce dưới dạng sau:
𝐶𝑒 𝑞𝑒 = 𝑎 × 𝐶𝑒 + 𝑡 (3) => 𝑄𝑜 = 1 𝑎 (4) b = 1 𝑄𝑜×𝑡 (5)
b.Phương trình đường đẳng nhiệt Freundlich
Phương trình đường đẳng nhiệt Freundlich được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm dùng trong trường hợp:
Các tiểu phân (phân tử các chất bị hấp phụ) bị hấp phụ tại những trung tâm xác định.
Quá trình hấp phụ đa lớp.
Bề mặt chất hấp phụ là không đồng nhất (năng lượng bề mặt không đồng nhất).
Phương trình Freundlich như sau:
𝑞 = 𝐾𝑓 × 𝐶1/𝑛 (6) trong đó:
q – dung lượng hấp phụ, mg/g Kf – hằng số Freundlich
1/n – đặc trưng cho tương tác hấp phụ của hệ
C – nồng độ chất bị hấp phụ còn lại trong dung dịch, mg/L.
Kf là đại lượng dùng để đặc trưng cho khả năng hấp phụ, Kf càng lớn đồng nghĩa với khả năng hấp phụ càng cao.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Vũ Lực,K17- KHMT 25
n là đại lượng đặc trưng cho bản chất của hệ, nếu n lớn hệ hấp phụ thiên về dạng hấp phụ hóa học, còn n nhỏ thì hấp phụ thiên về dạng vật lý.
Để tính các hằng số trong phương trình Freundlich, người ta cũng dùng phương pháp thực nghiệm. Xét tại thời điểm cân bằng:
lgqe = lgKf + 1
𝑛lgCe (7) Từ phương trình thực nghiệm dạng:
lgqe = c x lgCe + d (8). ta xác định được các hệ số n = 1/c; lgKf = d.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Vũ Lực,K17- KHMT 26
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu và địa điểm nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
- Bã thải từ quá trình sản xuất tinh bột s ắn, dong riềng được tâ ̣n du ̣ng để chế tạo than hoạt tính
Hình 4. Bã thải sắn khô tự nhiên Hình 5. Bã dong riềng để khô tự nhiên
- Mẫu nướ c chứa xanh metylen (mẫu tự pha từ dung dịch xanh metylen gốc) để có nồng đô ̣ xanh metylen trong khoảng 20-100mg/L.
Đi ̣a điểm nghiên cứu
Làng nghề xã Dương Liễu, huyện Hoài Đức, Thành Phố Hà Nội
Nghiên cứu thực nghiệm tại phòng thí nghiệm phân tích môi trường, Khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên.
Tại phòng thí nghiệm khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Vũ Lực,K17- KHMT 27
2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội, hiện trạng môi trƣờng khu vực nghiên cứu
2.2.1. Điều kiện kinh tế - xã hội [10]
Xã Dương Liễu nằm ở phía Tây Bắc huyện Hoài Đức, cách Thủ đô Hà Nội 20 km với dân số là 12.801 người và diện tích đất tự nhiên là 410,57 ha trong đó : - Đất nông nghiệp : 295,25 ha
+ Đất hai lúa : 133 ha chiếm 45,4 % + Màu bãi : 162 ha chiếm : 54,6 % - Đất phi nông nghiệp: 113,32 ha.
Năm 2001, xã được UBND tỉnh công nhận là Làng nghề chế biến nông sản. Tính đến thời điểm tháng 6/2011, toàn xã có 3.043 hộ thì có tới 2.600 hộ tham gia vào sản xuất CN - TTCN và kinh doanh tạo ra các sản phẩm mang giá trị thương phẩm cao trên thị trường. Các ngành trên chủ yếu tập trung vào lĩnh vực các sản phẩm nông sản truyền thống, ngoài ra mấy năm gần đây, xuất phát từ nhu cầu thị trường còn xuất hiện một số ngành, nghề mới như: Dệt, làm bánh kẹo, sản xuất giường ghế đan, màng mỏng, thêu.. Năm 2003 chợ Sấu đã được đầu tư cải tạo với tổng dự toán ~ 6 tỷ đồng tạo ra hiệu quả và bước chuyển biến tích cực trong ngành Thương mại dịch vụ, thu hút thêm loại hình mới đó là hoạt động của chợ Hoa Quả với sản lượng tiêu thụ khoảng 250 tấn/ ngày, chỉ tính riêng mặt hàng thịt lợn cung cấp cho nhu cầu của Thủ đô Hà Nội và nhân dân quanh vùng hằng ngày tiêu thụ từ 6 đến 8 tấn. Xã có 01 HTX nông nghiệp đã chuyển đổi theo luật HTX, hiện tại hoạt động kinh doanh dịch vụ ổn định và có hiệu quả, có 01 Quỹ tín dụng nhân dân mới được thành lập từ tháng 6/2002 hoạt động có hiệu quả với dư nợ cho đến 2/2011 ~ 60 tỷ đồng.
Tính đến hết tháng 6 năm 2011 toàn xã có 40 công ty TNHH, công ty cổ phần và HTX. Trong đó có 35 công ty tham gia vào quá trình sản xuất và chế biến nông sản, hơn 200 hộ gia đình sản xuất với quy mô vừa .
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Vũ Lực,K17- KHMT 28
Thuận lợi :
Với thế mạnh riêng có của địa phương là xã có truyền thống lâu đời trong sản xuất chế biến nông sản, lực lượng lao động dồi dào, thị trường tiêu thụ ổn định qua nhiều năm, vốn tích luỹ của nhân dân qua nhiều năm đầu tư cho sản xuất mang tính ổn định, có chiều sâu. Nghề CBNS nói riêng và CN – TTCN nói chung được sự quan tâm, chỉ đạo sát sao của Đảng uỷ, chính quyền địa phương khẳng định rõ việc phát triển nghề chế biến nông sản của Làng nghề là hướng đi đúng và phù hợp trong cơ chế mới. Địa phương hiện tại đã có quy hoạch các điểm CN – TTCN, quy hoạch mở rộng làng nghề từ 2001 đến 2020 tạo điều kiện về mặt bằng sản xuất cho các hộ gia đình và doanh nghiệp.
Khó khăn
a. Về cơ sở hạ tầng:
Đã nhiều năm Dương Liễu duy trì phát triển các ngành nghề, mật độ giao thông vào những tháng niên vụ sản xuất rất lớn có ngày lưu lượng xe ô tô vận tải vào và ra Làng nghề lên tới ~ 400 chiếc. Nhưng hệ thống giao thông đầu tư không được đồng bộ, đường vào ra khó khăn vì thế ảnh hưởng rất lớn đến việc phát triển và giao lưu hàng hoá. Hệ thống tiêu thoát nước và hệ thống giao thông nội bộ mặc dù địa phương đã cố gắng đầu tư, cải tạo, sửa chữa nhưng do tốc độ phát triển sản xuất nhanh đặc biệt trong những năm gần đây nên không đáp ứng được với yêu cầu sản xuất, hệ thống đường giao thông, rãnh tiêu thoát nước xuống cấp nhanh nguyên nhân chính là do đầu tư cải tạo thiếu đồng bộ, chấp vá, địa phương không đủ kinh phí đầu tư, cải tạo. Hệ thống điện được đầu tư cải tạo liên tục nhưng khi vào niên vụ sản xuất do các máy động cơ điện hoạt động hết công suất nên vào những tháng niên vụ sản xuất thường xảy ra tình trạng quá tải. ( Hiện tại toàn xã có 17 trạm biến áp với công suất 8.750 KVA với sản lượng điện tiêu thụ năm 2010 ~ 11 triệu KW )
Quy hoạch giao thông cho những năm tới cùng với chủ trương nhà nước và nhân dân cùng làm và đầu tư có trọng điểm các công trình giao thông, tiêu thoát nước là giải pháp chính trong tình hình hiện nay.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Vũ Lực,K17- KHMT 29
b. Về môi trường:
Do đặc thù của sản xuất và chế biến nông sản là lượng nước thải, bã thải từ sản xuất CN – TTCN thải ra quá nhiều vào những tháng niên vụ sản xuất hệ thống tiêu thoát không đáp ứng kịp gây tình trạng ứ đọng, mặt khác lượng rác thải trong