Đánh Giá Khả Năng Xử Lý Màu Xanh Methylene Của Than Sinh Học Từ Rơm Rạ

Khóa luận đánh giá khả năng xử lý màu xanh methylene của than sinh học từ rơm rạ, góp phần vào công nghệ sinh học và bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Bùi Thị Thùy Vân
• Người hướng dẫn: Th.S. Nguyễn Công Mạnh
• Trường học: Trường Đại Học Nông Lâm
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Đánh Giá Khả Năng Xử Lý Màu Xanh Methylene Của Than Sinh Học Từ Phụ Phẩm Nông Nghiệp (Rơm Rạ)
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2019 - 2023
• Địa điểm: Thủ Đức

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• XÁC NHẬN VÀ CAM ĐOAN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Thực trạng nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp tại Việt Nam
• 1.2. Giới thiệu chung về thuốc nhuộm xanh Methylene (MB)
• 1.3. Hiện trạng ô nhiễm do nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam
• 1.4. Than sinh học
• 1.5. Đặc tính của than sinh học
• 1.6. Ứng dụng than sinh học trong môi trường
• 1.7. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
• 1.8. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Xác định đặc điểm thành phần, cấu trúc của than sinh học tạo thành từ rơm rạ
• 2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ MB của vật liệu hấp phụ khi thay đổi các yếu tố
• 2.2.1. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ đến khả năng hấp phụ MB
• 2.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch ban đầu đến khả năng hấp phụ MB
• 2.2.3. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ MB
• 2.2.4. Nghiên cứu dạng nhiệt hấp phụ
• 2.3. Đánh giá hiệu quả xử lý màu nước thải dệt nhuộm thực tế
• 3. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC HÌNH

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Khả Năng Xử Lý Màu Xanh Methylene Của Than Sinh Học

Khả năng xử lý màu xanh methylene của than sinh học từ rơm rạ đang trở thành một chủ đề nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực môi trường. Than sinh học, được sản xuất từ các phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ, không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn mang lại giá trị kinh tế. Nghiên cứu này sẽ đánh giá hiệu quả của than sinh học trong việc xử lý màu xanh methylene, một loại thuốc nhuộm phổ biến trong ngành dệt nhuộm.

1.1. Đặc Điểm Cấu Trúc Của Than Sinh Học Từ Rơm Rạ

Than sinh học từ rơm rạ có cấu trúc rỗng và xốp, giúp tăng cường khả năng hấp phụ. Các nghiên cứu cho thấy, cấu trúc này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp phụ màu xanh methylene trong môi trường nước.

1.2. Tính Chất Hấp Phụ Của Than Sinh Học

Tính chất hấp phụ của than sinh học từ rơm rạ được xác định thông qua các thí nghiệm với nhiều yếu tố khác nhau như khối lượng vật liệu, nồng độ dung dịch và thời gian tiếp xúc. Kết quả cho thấy than sinh học có khả năng hấp phụ cao, đạt hiệu suất lên đến 98,6%.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Nguồn Nước Tại Việt Nam Và Giải Pháp

Ô nhiễm nguồn nước là một trong những thách thức lớn tại Việt Nam, đặc biệt là do nước thải từ ngành dệt nhuộm. Nước thải này chứa nhiều chất độc hại, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để xử lý nước thải là rất cần thiết.

2.1. Tác Động Của Nước Thải Dệt Nhuộm Đến Môi Trường

Nước thải dệt nhuộm thường chứa các hóa chất độc hại, gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nước. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn làm suy giảm đa dạng sinh học trong các hệ sinh thái nước.

2.2. Các Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Hiện Nay

Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải như hấp phụ, keo tụ và trao đổi ion. Trong đó, phương pháp hấp phụ được đánh giá cao nhờ tính hiệu quả và chi phí thấp, đặc biệt khi sử dụng than sinh học từ rơm rạ.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Khả Năng Xử Lý Màu Xanh Methylene

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp nhiệt phân để sản xuất than sinh học từ rơm rạ, sau đó tiến hành các thí nghiệm để đánh giá khả năng xử lý màu xanh methylene. Các yếu tố như khối lượng vật liệu hấp phụ, nồng độ dung dịch và thời gian tiếp xúc sẽ được khảo sát.

3.1. Quy Trình Sản Xuất Than Sinh Học

Than sinh học được sản xuất bằng cách nung rơm rạ ở nhiệt độ 300 °C trong 2 giờ. Quy trình này giúp tạo ra sản phẩm có cấu trúc phù hợp cho việc hấp phụ các chất ô nhiễm trong nước.

3.2. Thí Nghiệm Đánh Giá Khả Năng Hấp Phụ

Các thí nghiệm sẽ được thực hiện để xác định hiệu suất hấp phụ của than sinh học đối với màu xanh methylene. Kết quả sẽ được phân tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử UV-Vis.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Về Khả Năng Xử Lý Màu Xanh Methylene

Kết quả nghiên cứu cho thấy than sinh học từ rơm rạ có khả năng hấp phụ màu xanh methylene với hiệu suất cao. Các thí nghiệm cho thấy hiệu suất hấp phụ đạt 98,6% trong điều kiện tối ưu, cho thấy tiềm năng ứng dụng của than sinh học trong xử lý nước thải.

4.1. Hiệu Suất Hấp Phụ Trong Môi Trường Giả Lập

Trong môi trường giả lập, than sinh học đã cho thấy hiệu suất hấp phụ cao, đạt 98,6% với nồng độ dung dịch 30 mg/L trong 60 phút. Điều này chứng tỏ khả năng xử lý hiệu quả của vật liệu này.

4.2. Ứng Dụng Thực Tế Trong Xử Lý Nước Thải

Khi áp dụng vào thực tế, than sinh học từ rơm rạ đạt hiệu suất hấp phụ 86,7%. Kết quả này cho thấy khả năng ứng dụng của than sinh học trong xử lý nước thải thực tế, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng than sinh học từ rơm rạ có khả năng xử lý màu xanh methylene hiệu quả. Việc ứng dụng than sinh học không chỉ giúp xử lý ô nhiễm mà còn tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp, góp phần bảo vệ môi trường.

5.1. Tầm Quan Trọng Của Than Sinh Học Trong Bảo Vệ Môi Trường

Than sinh học từ rơm rạ không chỉ giúp xử lý ô nhiễm mà còn cải thiện chất lượng đất và bảo vệ môi trường. Việc sử dụng than sinh học là một giải pháp bền vững cho vấn đề ô nhiễm nước.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sản xuất và ứng dụng than sinh học trong xử lý các loại ô nhiễm khác. Việc phát triển các công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả xử lý và giảm thiểu tác động đến môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ô nhiễm nguồn nước ở Việt Nam là một trong những vấn đề quan trọng cần giải quyết trong tình hình hiện nay. Trước áp lực của sự phát triển kinh tế - xã hội, nguồn nước đang bị ô nhiễm và có dấu hiệu suy giảm (Nguyễn Minh Kỳ và ctv, 2020), đặc biệt là tình trạng ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do hệ thống xử lí nước thải chỉ được xây dựng ở các nhà máy lớn, còn lại hầu như vẫn chưa có hệ thống xử lí và vẫn còn tình trạng thải trực tiếp ra môi trường bên ngoài. Loại nước thải dệt nhuộm có độ kiềm hoặc độ axit cao, màu đậm, có nhiều chất hữu cơ và vô cơ sẽ gây ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng và quan thể thậm chí là quan xã sinh vật. Trên thực tế đã có rất nhiều công trình nghiên cứu các phương pháp đề xử lí thuốc nhuộm trong nước thải, chẳng hạn: phương pháp hấp phụ, phương pháp keo tụ, phương pháp trao đổi ion.

Trong những phương pháp ké trên, phương pháp hap phụ được xem là có nhiều ưu điểm hơn bởi dé thực hiện, thao tác đơn giản, vật liệu hấp phụ đa dạng, mang lại hiệu quả cao và ít tốn kém về mặt kinh tế so với những phương pháp khác. Trong bối cảnh của Việt Nam, với đặc thù là một nước nông nghiệp, hàng chục triệu tan lúa nước được sản xuất hằng năm nhằm mục đích tiêu dùng và xuất khẩu, kéo theo đó là lượng phụ phẩm nông nghiệp không lồ. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, tính đến tháng 12/2021 tổng sản lượng lúa của Việt Nam dat 43,88 triệu tan với lượng rơm rạ phát sinh hơn 40 triệu tấn. Do đó việc thu gom, tận dụng, chế biến phụ phẩm nông nghiệp nhằm giảm thiểu tác động ô nhiễm môi trường còn nhiều thách thức, khó khăn.

Trước những mối đe dọa này, cần phải tập trung nghiên cứu và đưa ra các giải pháp phù hợp đề hạn chế những tác động tiêu cực của việc đốt và tiêu hủy không kiểm soát các phụ phẩm rơm rạ này. Các nghiên cứu trước đây ban đầu sử dụng rơm rạ dé làm thanh năng lượng (Hung và ctv, 2018) và sau đó chuyên hóa thành than sinh học. Các sản phẩm than sinh học có nguồn gốc từ sinh khối hoặc phụ phẩm nông nghiệp có chức năng hấp phụ và là chất mang sinh học có khả năng loại bỏ các chất hữu cơ, chất hoạt động bề mặt và các tạp chất, ô nhiễm dinh dưỡng (N, P) từ các loại nước thải. Việc sử dụng than sinh học có nguồn gốc từ các sản phẩm sinh khối nông nghiệp đề hấp thụ các kim loại độc hại đã được triển khai (Zhao và ctv, 2019).

Ngoài ra, than sinh học còn có khả năng xử lý nguồn kháng sinh trong nước ô nhiễm nên tránh được các nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe (Chen và ctv, 2019). Tuy nhiên, hoạt động thu gom ứng dụng làm than sinh học từ rơm rạ cho các mục đích xử lý ô nhiễm môi trường vẫn còn ít được quan tâm. Xuất phát từ những vấn đề trên, nghiên cứu “Ứng dụng xử lý màu xanh Methylene (MB) trong nước thải bằng than sinh học chế biến từ phụ phẩm nông nghiệp (rom ra )” đã được thực hiện. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ rơm rạ để xử lý màu trong môi trường nước.

Nội dung thực hiện Nghiên cứu thành phần, đặc điểm, cấu trúc của than sinh học từ rơm rạ. Khảo sát ảnh hưởng khả năng xử lý màu xanh Methylene (MB) trong nước khi thay đổi các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Khảo sát hiệu quả xử lý chất màu hữu cơ xanh methylene trong nước thải. TONG QUAN TÀI LIEU 2.

Thực trạng nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp tại Việt Nam Việt Nam có truyền thống nông nghiệp lâu đời, với hai vùng đồng bằng phì nhiêu là đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long, khí hậu nhiệt đới gió mùa phù hợp cho cây nông nghiệp phát triển quanh năm đa dạng loại giống cây trồng, cùng với lực lượng lao động đồi dào nhiều kinh nghiệm đã đưa Việt Nam trở thành một nước lợi thé với nền nông nghiệp phát triển, là chỗ dựa vững chắc cho nền kinh tế cũng như dam bảo an ninh lương thực quốc gia. Sản lượng nông sản Việt Nam đều đạt tương đối tốt qua các năm thê hiện qua biểu đồ sản lượng của ba loại cây trồng: lúa, ngô, rau màu trong giai đoạn từ năm 2019-2021 (Hình 2. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn sản lượng nông sản năm 2021 của cả nước đạt 43,88 triệu tấn lúa, sản lượng ngô đạt 4,43 triệu tan, lạc đạt 426,9 nghìn tan, rau, đậu các loại dat 18. 50000 45000 43450 42690 43880 ~— 40000 n «@ 35000 _ ( WwW =fo}fo}Oo Slưảợng 25000 20000 17950 18330 18400 15000 10000 4780 4590 4430 5000 2019 2020 2021 mLúa mNgô mRau Hình 2.

1 Sản lượng một số loại cây trồng qua_các năm 2019-2021 Nguôn: Tông cục thông kê (2021). Trong quá trình sản xuất nông nghiệp hay chế biến nông sản, bên cạnh những sản pham chính sẽ phát sinh những phế phụ phẩm khác khiến cho nền nông nghiệp đã và đang phải đối mặt với việc xử lý phế thải trồng trọt. Đặc biệt khi mùa thu hoạch đến các phế thải nông nghiệp phát sinh từ hoạt động trồng trot rất đa dạng như: rom, ra, vỏ trấu, vỏ cà phê, bã mía, lõi ngô, xơ dừa, dây khoai, thân cây dau. 2 Phế pham nông nghiệp.

Việt Nam có một nền nông nghiệp phát triển với sản lượng nông sản đạt hàng chục triệu tan mỗi năm kéo theo đó là một lượng phế phẩm nông nghiệp không lồ, tuy nhiên các giải pháp đã và đang được áp dụng trong tận thu phế phụ phẩm nông nghiệp chưa tương xứng với lượng phát sinh hiện nay. Trước đây, khi chưa cơ giới hóa trong nông nghiệp, các phế phẩm nông nghiệp như rom, ra, lõi ngô đã được tái sử dụng. Lõi ngô được sử dụng làm chất đốt trong gia đình. Rơm và rạ vừa được sử dụng làm chất đót, vừa được dùng làm thức ăn trong chăn nuôi đồng thời cũng được dùng làm nguyên liệu ủ phân hữu cơ.

Người nông dân có thé tận dụng nguồn phế pham nông nghiệp vào nhiều mục đích khác nhau. Ngày nay, đời sống được nâng cao, nhu cầu ngày một tăng, áp lực dân số gây nên áp lực an ninh lương thực trên toàn cầu, các sản phẩm cung cấp cho nông nghiệp ngày càng nhiều, nông nghiệp được cơ giới hóa được chú trọng nhưng nó để lại không ít hệ quả ảnh hưởng tới môi trường đời sống con người. Con người không còn chú trọng đến việc tái sử dụng những phế phẩm nông nghiệp, vì thế những phế phẩm nông nghiệp này thường bị bỏ lại ngay tại đồng ruộng sau khi thu hoạch, thậm chí bị đốt ngay tại ruộng gây hậu quả nghiêm trọng tới môi trường đất, môi trường khí và ảnh hưởng các vấn đề nhân sinh xã hội khác. Vấn đề đặt ra hiện nay làm thế nào giải quyết triệt dé việc tái sử dụng phế phẩm nông nghiệp cụ thé là rơm ra dé tạo sinh kế cho người nông dân đồng thời hạn chế mức độ anh hưởng tới môi trường.

1 Thành phan hóa học của rom ra Thành ; Cac hop Độ ¬ : ` Cellulose Hemicellulos. : Lignn Tro Tông phan chat trichly âm Ty lệ ' 7,08 42,41 12,65 18,62 6,48 12,76 100 0 Nguôn: Đặng Tuyết Phương và ctv, 2010. 2 Thành phần tro của rơm rạ Thành phan SiO2 K Na Cácchấtkhác Tổng Tỷ lệ % 72,593 2/636 0,369 24,402 100 Nguôn: Đặng Tuyết Phương va ctv, 2010. Theo số liệu thống kê trong báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn năm 2021, sản lượng lúa của Việt Nam là 43,88 triệu tấn với 42,8 triệu tấn rom ra.

Nhưng khoảng 50 % được tái sử dung dé trồng nam, lót chuồng trại còn lại là đỗ bỏ bừa bãi ngoài đồng gây 6 nhiễm môi trường. Biện pháp xử lý rom ra phổ biến nhất hiện nay là đót, cụ thé rơm ra còn lại sau khi thu hoạch lúa được dé lại trên đồng ruộng cho khô, sau đó người dân thu thành đồng và đốt. Day là cách xử lý nhanh nhất, đơn giản, giảm giá thành, không tốn nhiều công sức, đồng thời tiêu hủy mầm bệnh, không phải tuân theo quy định nghiêm ngặt trong hoạt động vận hành. Nhung nó cũng có nhược điểm làm mat chat dinh dưỡng cho đất, gây ô nhiễm môi trường không khí nghiêm trọng, gây hiệu ứng nhà kính, gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, ảnh hưởng đến giao thông.

Vùi trực tiếp rơm rạ vào đất trên đồng ruộng cũng là giải pháp truyền thống được người nông dân áp dụng. Sau khi thu hoạch lúa, rơm rạ bị bỏ lại ngay trên đồng ruộng. Khi người dân cày xới đất sẽ úp phế phụ phẩm xuống dưới. Nhờ các hoạt động của vi sinh vật, phế phụ pham sẽ được phân hủy để thành các chất hữu co dé sử dụng cho cây trồng trong vụ trồng kế tiếp.

Ưu điểm của hình thức này là giúp tuần hoàn vòng vật chất, cải thiện các đặc tính hóa, sinh học cho đất, nâng cao độ phì của đất và duy trì khả năng sản xuất của đất đồng thời diệt trừ một số mầm sâu bênh hại. Tuy nhiên, việc vùi phế phụ phẩm vào đất ướt sẽ gây ra tình trạng có định đạm tạm thời và làm tăng lượng khí metan phóng thích trong đất, gây ra tình trạng tích lũy các khí nhà kính, tốn công lao động và cần máy móc thích hợp cho làm dat và nó có thé gây ra một số mầm bệnh cho cây trồng. Sử dụng rơm rạ làm thức ăn cho gia súc, đun nấu cũng đem lại hiệu quả kinh tế, tiết kiệm được tiền cho việc mua thức ăn cho gia súc, thu mua những nhiên liệu khác dé dun nấu và hạn chế ô nhiễm môi trường do phế phụ phẩm không đề ngoài đồng. Một số phương pháp khác, rơm rạ được thu gom và làm chín nhằm phân hủy một số độc tô trong rơm rạ do phân bón trong canh tác.

Sau đó ép lại thành bánh rồi nuôi nam trên những bánh rơm đó. Giải pháp này giúp nâng cao hiệu quả kinh tế cho người dân, cải thiện môi trường nông thôn. Tuy nhiên cách này lay mat hàm lượng chất dinh dưỡng của dat, phá vỡ vòng tuần hoàn vật chất trong đất, để áp dụng được cách này người dân cần đầu tư kinh phí dé mua thiết bị, tạo cơ sở nuôi trồng nắm. Ngoài làm giá thể trồng nam, rơm ra còn được sử dụng làm phân hữu cơ.