ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghiệp hóa, hiện đại hóa góp phần nâng cao cuộc sống vật chất tinh thần của con người, nhưng cũng tác động đến toàn bộ môi trường tự nhiên của hành tinh chúng ta. Việc phát triển quá nhanh sẽ dẫn đến hệ lụy làm cạn kiệt các nguồn tài nguyên, giảm sút chất lượng môi trường sống, ảnh hưởng đến cuộc sống, sức khỏe con người và cả hệ sinh thái. Môi trường chất lượng nước được xem là nguồn sống đang bị tác động mạnh mẽ do sự phát triển kinh tế không bền vững, đặc biệt do các chất độc hại của nền công nghiệp tạo ra. Trên thế giới hiện nay trung bình mỗi ngày có 400 trẻ em chết vì các bệnh liên quan đến nguồn nước [2].
Theo báo cáo của chương trình phát triển Liên Hợp Quốc, ở Việt Nam khoảng 80% bệnh tật ở nông thôn là do sử dụng các nguồn nước bị nhiễm bẩn. Theo báo cáo “Chiến lược Quốc gia cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn đến năm 2020” của Bộ xây dựng, hiện nay vẫn còn hơn 70% dân số nông thôn sử dụng nước không đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh. Ở nhiều vùng nông thôn, do điều kiện sống khó khăn nên người dân chưa được tiếp xúc với nước sạch, chủ yếu vẫn dùng nước từ các nguồn không an toàn như: Nước sông, hồ, suối,… mà không qua bất kỳ hình thức xử lý nào để ăn uống và sinh hoạt hằng ngày. Nguồn nước này chứa nhiều cặn, một số chất hữu cơ và các vi sinh vật gây bệnh cho người dân [12].
Theo xác nhận của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA), độ đục là một thước đo độ bẩn của nước, được sử dụng để đánh giá chất lượng nước và hiệu quả quá trình lọc. Độ đục cao là nguyên nhân làm gia tăng mật độ của vi sinh vật gây bệnh như virus, ký sinh trùng, một số loại vi khuẩn. Các chất keo tụ tự nhiên đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu nhằm thay thế cho các hóa chất thông thường, vì nguồn cung cấp đa dạng thân thiện với môi trường và có khả năng phân hủy sinh học [1, 2, 3, 6, 16]. Đây là lựa chọn thay thế hữu hiệu đối với các nước đang phát triển đặc biệt là Việt Nam.
Đậu bắp, tinh bột, chùm ngây và chitosan là các hợp chất tự nhiên đã được sử dụng rộng rãi trong việc độ đục của nước [14,43]. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hiện nay, ngành công nghiệp dệt may là một trong những ngành công nghiệp phát triển đem lại lợi nhuận lớn cho nền kinh tế nước ta. Công nghiệp dệt may phát triển thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của công nghiệp nhuộm. Bên cạnh doanh thu lớn mà ngành đem lại, công nghiệp dệt may nói chung và công nghiệp nhuộm nói riêng đang thải ra môi trường một lượng chất thải khổng lồ làm ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người.
Tính đến năm 2018, Việt Nam có hơn 1500 doanh nghiệp dệt nhuộm với các quy mô khác nhau. Mỗi năm ngành sử dụng hàng nghìn tấn thuốc nhuộm khác nhau. Với thị hiếu của khách hàng ngày càng cao, đòi hỏi các cơ sở nhuộm phải sử dụng thuốc nhuộm ngày càng đa dạng và có tính bền màu cao. Điều này đồng nghĩa với các thành phần hữu cơ trong thuốc nhuộm càng phức tạp và khó phân hủy.
Đặc biệt hiệu suất sử dụng của các loại thuốc nhuộm chỉ đạt khoảng 70÷80%, cao nhất cũng chỉ đạt 95% nên một lượng lớn các hóa chất, thuốc nhuộm sẽ bị thải ra môi trường. Mỗi năm ngành dệt nhuộm thải vào môi trường khoảng 30÷40 triệu m3 nước thải. Trong đó chỉ khoảng 10% lượng nước thải được xử lý trước khi thải ra môi trường. Ngoài ra tỷ lệ lớn các cơ sở xử lý nước thải nhưng hệ thống xử lý chưa hợp lý nên chất lượng nước đầu ra không thỏa mãn tiêu chuẩn về BOD5, COD, độ màu [5].
Để nghiên cứu khả năng ứng dụng chất nhầy để thay thế một phần chất keo tụ tủa bông hóa học trong xử lý nước làm giảm tác động của chúng đến con người và môi trường sinh thái, đề tài “Nghiên cứu một số chất trợ keo có nguồn gốc thực vật và ứng dụng xử lý nước thải dệt nhuộm” đã được thực hiện. Mục tiêu đề tài: Đánh giá khả năng sử dụng chất nhầy – được tách chiết từ thực vật để xử lý nước thải dệt nhuộm. Nội dung nghiên cứu bao gồm: - Chiết tách chất nhầy từ một số thực vật (mồng tơi, rau đay, vỏ thanh long) và xác định đặc tính của chúng. - Đánh giá khả năng trợ keo tụ của chất nhầy trên mẫu nước đục nhân tạo.
- Đánh giá khả năng trợ keo tụ của chất nhầy trên mẫu nước thải dệt nhuộm. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1. Tổng quan về keo tụ - tạo bông trong xử lý nƣớc 1. Định nghĩa Keo tụ là quá trình làm các hạt phân tán lớn lên nhờ sự tương tác và kết hợp chúng thành các chất kết tụ.
Người ta sử dụng keo tụ trong làm sạch nước để làm tăng quá trình lắng các tạp chất có độ phân tán nhỏ và các chất keo. Keo tụ có hiệu quả nhất đối với việc tách từ nước các hạt phân tán keo (có kích thước từ 3 đến 100 µm). Keo tụ có thể tự xảy ra hoặc xảy ra dưới tác động của các quá trình vật lý và hóa học. Trong quá trình làm sạch nước cấp và nước thải, keo tụ xảy ra dưới tác động của các chất đặc biệt được bổ sung vào chúng – các chất keo tụ.
Các chất keo tụ trong nước tạo thành các bông của các hydroxit của các kim loại nhanh chóng lắng dưới tác dụng của trọng lực. Các bông có khả năng gom (bẫy, kết hợp) các hạt keo và lơ lửng và kết tụ chúng. Vì các hạt keo có điện tích âm yếu còn các các hạt còn các bông của các chất đông tụ có điện tích dương yếu nên giữa chúng xuất hiện sự hút nhau [18,27]. Tạo bông là quá trình kết tụ các hạt lơ lửng khi bổ sung vào nước các hợp chất cao phân tử.
Khác với quá trình keo tụ, sự kết tụ xảy ra không chỉ khi tiếp xúc các hạt mà còn do tương tác của các phân tử được hút bám (hấp phụ) trên các chất keo tụ [18,27,44]. Phân loại chất keo tụ, tạo bông 1. Các chất keo tụ Việc lựa chọn các loại chất keo tụ phụ thuộc vào tính chất của từng loại nước và yêu cầu chất lượng đầu ra [18, 44, 65]. Hiện nay, các chất keo tụ được chia làm 2 loại chính là: chất đông tụ vô cơ và chất đông tụ hữu cơ.
Các loại chất keo tụ vô cơ Các chất keo tụ vô cơ thường dùng hiện nay là muối nhôm, muối sắt hoặc hỗn hợp của chúng [18, 34, 44, 65]. - Muối nhôm: Phổ biến nhất được sử dụng trong keo tụ là phèn nhôm (Al2(SO4). 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phèn nhôm tan tốt trong nước và hoạt động tối ưu ở pH = 5-7,5 [13,19,43]. Sự tạo thành Al(OH)3 hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan trong nước (Benschoten, 1990) theo cơ chế đông tụ và được kiểm soát bởi quá trình thủy phân (Dennett và cộng sự, 1996) [44, 64].
Ưu điểm khi sử dụng phèn nhôm là đơn giản, chi phí thấp, ứng dụng trong xử lý nước có độ màu cao. Tuy nhiên, nước sau xử lý cần điều chỉnh lại pH, liều lượng sử dụng cao và lượng bùn tạo thành sau xử lý lớn. - Muối sắt: Fe2(SO4)3.7H2O và FeCl3 là các hợp chất muối sắt sử dụng trong quá trình keo tụ. Muối sắt chưa phổ biến ở Việt Nam nhưng rất phổ biến ở các nước công nghiệp.
Hoá học của muối sắt tương tự như muối nhôm nghĩa là khi thuỷ phân sẽ tạo axit, vì vậy cần đủ độ kiềm để giữ pH không đổi. So với phèn nhôm muối sắt có ưu thế là vùng pH tối ưu rộng hơn, từ 5 đến 9, bông cặn bền hơn và nặng hơn nên lắng tốt hơn, lượng sắt dư thấp hơn. - Các chất keo tụ hữu cơ: Việc phân loại các chất keo tụ hữu cơ dựa trên điện tích mà chúng mang theo do ion hóa các nhóm chức. Nhìn chung, chất đông tụ hữu cơ được chia làm 3 nhóm chính: polymer tích điện dương hay cation polymer, polymer tích điện âm hay anion polymer và polymer không mang điện tích [39, 45, 67] + Cation polymer: Là các polymer tích điện dương, có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo.
Poly diallyldimethyl ammoniumchloride (pDADMAC), Epichlorohydrin/dimethylamine polymer (ECH/DMA) và cation polyacrylamides (CPAMs) là những cation polymer tổng hợp trong khi chitosan là một ví dụ điển hình của cation polymer tự nhiên. Các polymer có mật độ điện tích càng cao hoặc khả năng thủy phân trong nước càng tốt thì càng tăng cường quá trình làm mất ổn định các hạt keo, tăng hiệu quả tạo các cầu nối do đó nâng cao hiệu suất của quá trình keo tụ [39, 45, 67]. + Anion polymer: Các anion polymer điển hình hiện nay gồm anion polyacrylamide (APAMs), 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com polysaccharides sulfate (heparin, mannan sulfate, dextran sulfate và chondroitin sulfate), tinh bột với các chất thay thế carboxylic [34, 39]. Anionicalginate là một loại polymer tự nhiên, mang điện tích âm, được chiết tách từ rong biển nâu [45].
+ Non-ionic polymer: Các chất keo tụ không mang điện tích thường là polyacrylamides (PAMs), polymer tự nhiên như tinh bột, mannans galacto, dẫn xuất cellulose, gelatin. Non- ionic polymer được sử dụng để hỗ trợ tách rắn lỏng như chất keo tụ [39, 45, 67]. Các chất trợ keo tụ - tạo bông Có bốn nhóm chất trợ keo tụ: các chất hiệu chỉnh pH, dung dịch axit silixic hoạt tính, bột đất sét và polime. - Các chất hiệu chỉnh pH Như đã nêu quá trình keo tụ thường kèm theo sự tiêu thụ ĐK, nếu độ kiềm của nước nguồn thấp gây giảm pH.
Chất hiệu chỉnh pH thường là vôi. Sử dụng vôi ngoài khả năng ổn định pH tăng hiệu quả keo tụ bằng phèn còn tăng cường xử lí các axit humic, độ cứng. - Axit silixic hoạt tính (AS) AS thường được điều chế tại chỗ bằng cách trung hoà thuỷ tinh lỏng Na2SiO3 bằng axit ở những điều kiện cụ thể. Axit silixic tạo thành thực chất là polime vô cơ, mang điện tích âm.
Khi vào nước các phân tử AS âm điện nhanh chóng hút các hạt bông cặn nhỏ mang điện dương của kết tủa hyđroxit nhôm hoặc sắt tạo bông lớn. - Bột đất sét Bột sét tác dụng tương tự AS do chúng mang điện tích âm, hơn nữa chúng còn có khả năng, tuy yếu, hấp phụ một phần các chất hữu cơ gây màu, bông cặn tạo thành cũng nặng hơn.