Nghiên cứu điều chế chất trợ keo có nguồn gốc thực vật và ứng dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm

Luận văn thạc sĩ phân tích hus nghiên cứu điều chế một số chất trợ keo có nguồn gốc thực vật và ứng dụng xử lý nước thải dệt, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Vũ Thị Cẩm Vân
• Người hướng dẫn: Ts. Lê Thị Hoàng Oanh
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Chế Một Số Chất Trợ Keo Có Nguồn Gốc Thực Vật Và Ứng Dụng Trong Xử Lý Nước Thải Dệt Nhuộm
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: Tổng quan về keo tụ - tạo bông trong xử lý nƣớc
• 1.1. Định nghĩa
• 1.2. Phân loại chất keo tụ, tạo bông
• 1.2.1. Các chất keo tụ
• 1.2.1.1. Các loại chất keo tụ vô cơ
• 1.2.1.2. Các chất keo tụ hữu cơ
• 1.2.2. Các chất trợ keo tụ - tạo bông
• 1.2.2.1. Các chất hiệu chỉnh pH
• 1.2.2.2. Axit silixic hoạt tính (AS)
• 1.2.2.3. Bột đất sét
• 1.2.2.4. Các chất tạo bông hữu cơ - cao phân tử
• 1.3. Cơ chế keo tụ - tạo bông
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chất trợ keo từ thực vật trong xử lý nước thải dệt nhuộm

Nghiên cứu về chất trợ keo từ thực vật trong xử lý nước thải dệt nhuộm đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong ngành môi trường. Nước thải dệt nhuộm chứa nhiều chất ô nhiễm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc tìm kiếm các giải pháp xử lý hiệu quả và thân thiện với môi trường là cần thiết. Chất trợ keo từ thực vật không chỉ giúp cải thiện hiệu suất xử lý mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

1.1. Định nghĩa và vai trò của chất trợ keo trong xử lý nước thải

Chất trợ keo là các hợp chất giúp tăng cường quá trình keo tụ và tạo bông trong nước thải. Chúng có khả năng kết hợp các hạt lơ lửng, giúp loại bỏ các tạp chất hiệu quả hơn. Việc sử dụng chất trợ keo từ thực vật mang lại lợi ích về mặt sinh thái và kinh tế.

1.2. Tình hình nghiên cứu chất trợ keo từ thực vật hiện nay

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chất nhầy chiết xuất từ thực vật như đậu bắp, chùm ngây có khả năng làm giảm độ đục và loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm. Các nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển công nghệ xử lý nước thải bền vững.

II. Vấn đề ô nhiễm nước thải dệt nhuộm và thách thức trong xử lý

Ngành dệt nhuộm thải ra một lượng lớn nước thải chứa nhiều hóa chất độc hại. Theo thống kê, chỉ khoảng 10% nước thải được xử lý trước khi thải ra môi trường. Điều này dẫn đến ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm bao gồm các hợp chất hữu cơ, kim loại nặng và các chất độc hại khác.

2.1. Các thành phần ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm chứa nhiều thành phần ô nhiễm như thuốc nhuộm, hóa chất tẩy rửa và các chất hữu cơ khác. Những chất này không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người, đặc biệt là các bệnh liên quan đến nước.

2.2. Thách thức trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm

Việc xử lý nước thải dệt nhuộm gặp nhiều khó khăn do tính chất phức tạp của các chất ô nhiễm. Hệ thống xử lý hiện tại thường không đáp ứng được tiêu chuẩn về BOD, COD và độ màu. Do đó, cần có các giải pháp mới, hiệu quả hơn để xử lý nước thải.

III. Phương pháp chiết xuất và ứng dụng chất trợ keo từ thực vật

Phương pháp chiết xuất chất nhầy từ thực vật như mồng tơi, rau đay và vỏ thanh long đã được nghiên cứu và áp dụng. Các phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn hiệu quả trong việc thu hồi các chất có khả năng trợ keo. Việc ứng dụng chất nhầy trong xử lý nước thải dệt nhuộm đã cho thấy kết quả khả quan.

3.1. Quy trình chiết xuất chất nhầy từ thực vật

Quy trình chiết xuất chất nhầy từ thực vật bao gồm các bước như chuẩn bị nguyên liệu, chiết xuất bằng dung môi và lọc để thu hồi chất nhầy. Các yếu tố như nhiệt độ, thời gian chiết xuất và tỷ lệ dung môi ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi.

3.2. Đánh giá khả năng trợ keo của chất nhầy trong xử lý nước thải

Khả năng trợ keo của chất nhầy được đánh giá thông qua các thí nghiệm trên mẫu nước thải dệt nhuộm. Kết quả cho thấy chất nhầy có khả năng làm giảm độ đục và loại bỏ các chất ô nhiễm hiệu quả, mở ra hướng đi mới cho công nghệ xử lý nước thải.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng chất nhầy từ thực vật có thể cải thiện đáng kể hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm. Các thí nghiệm cho thấy chất nhầy không chỉ giúp giảm độ đục mà còn loại bỏ các chất ô nhiễm khác. Điều này chứng tỏ rằng chất trợ keo từ thực vật là một giải pháp tiềm năng cho ngành công nghiệp dệt nhuộm.

4.1. Hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng chất nhầy

Kết quả thí nghiệm cho thấy chất nhầy từ thực vật có khả năng làm giảm độ đục và các chỉ tiêu ô nhiễm khác trong nước thải dệt nhuộm. Sự kết hợp giữa chất nhầy và các chất keo tụ hóa học như PAC đã cho thấy hiệu quả cao hơn trong việc xử lý nước thải.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của chất nhầy trong công nghiệp

Chất nhầy từ thực vật đã được áp dụng thử nghiệm tại một số cơ sở dệt nhuộm. Kết quả cho thấy khả năng xử lý nước thải hiệu quả, giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm chi phí cho các doanh nghiệp. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển công nghệ xanh trong ngành dệt nhuộm.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về chất trợ keo từ thực vật trong xử lý nước thải dệt nhuộm đã mở ra hướng đi mới cho công nghệ xử lý nước thải bền vững. Việc áp dụng các chất nhầy tự nhiên không chỉ giúp cải thiện hiệu quả xử lý mà còn bảo vệ môi trường. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp mới để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu chất trợ keo từ thực vật

Nghiên cứu chất trợ keo từ thực vật không chỉ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm nước mà còn góp phần vào việc phát triển công nghệ xanh. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh hiện nay khi mà ô nhiễm môi trường đang trở thành vấn đề cấp bách.

5.2. Hướng đi tương lai cho nghiên cứu và ứng dụng

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các loại thực vật có khả năng chiết xuất chất nhầy và ứng dụng trong xử lý nước thải. Việc phát triển các công nghệ mới, hiệu quả hơn sẽ giúp nâng cao khả năng xử lý nước thải và bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm nguồn nước từ các hoạt động công nghiệp đang là thách thức nghiêm trọng đối với hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Theo báo cáo từ các tổ chức quốc tế, trung bình mỗi ngày có khoảng 400 trẻ em tử vong do các bệnh liên quan đến nguồn nước ô nhiễm. Tại Việt Nam, khoảng 80% ca bệnh tật ở khu vực nông thôn bắt nguồn từ việc sử dụng nguồn nước sinh hoạt không đảm bảo vệ sinh, trong khi hơn 70% dân số nông thôn vẫn chưa tiếp cận được hệ thống nước sạch đạt chuẩn. Trong bối cảnh công nghiệp hóa nhanh chóng, ngành công nghiệp dệt may với hơn 1500 doanh nghiệp đang hoạt động đã thải ra môi trường từ 30 đến 40 triệu m3 nước thải mỗi năm. Đáng chú ý, chỉ khoảng 10% lượng nước thải này được thu gom và xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Do hiệu suất sử dụng thuốc nhuộm chỉ dao động trong khoảng 70% đến 80% (mức cao nhất đạt khoảng 95%), lượng hóa chất nhuộm dư thừa mang tính bền vững cao liên tục phát tán vào thủy vực.

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm mục tiêu đánh giá khả năng điều chế và ứng dụng chất trợ keo tụ có nguồn gốc thực vật bản địa bao gồm rau mồng tơi (Basella alba), rau đay (Corchorus capsularis) và vỏ thanh long ruột trắng (Hylocereus undatus) để xử lý nước thải dệt nhuộm. Phạm vi thực nghiệm được triển khai tại Hà Nội trong giai đoạn năm 2019, tập trung khảo sát trên mẫu nước đục nhân tạo có độ đục chuẩn hóa khoảng 200 NTU và mẫu nước thải thực tế thu thập từ Công ty Dệt nhuộm Huy Phát. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài là xây dựng giải pháp công nghệ xanh giúp cắt giảm từ 30% đến 50% lượng hóa chất keo tụ vô cơ thương phẩm, giảm thiểu lượng bùn thải kim loại độc hại và nâng cao hiệu quả làm sạch nước thải công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết hai lớp điện tích (Electrical Double Layer) và mô hình thế điện động Zeta để giải thích trạng thái ổn định của các hạt keo khoáng và hạt màu trong môi trường nước. Các hạt lơ lửng mang điện tích âm cùng dấu sẽ tạo ra lực đẩy tĩnh điện Culong, ngăn cản quá trình kết tụ tự nhiên. Để phá vỡ độ bền của hệ keo có kích thước từ 3 đến 100 µm, quá trình keo tụ cần đưa thế Zeta về ngưỡng tiệm cận 0 mV thông qua việc trung hòa điện tích bằng các ion kim loại đa hóa trị hoặc polymer tích điện.

Bên cạnh đó, cơ chế keo tụ tạo bông bằng hợp chất cao phân tử tự nhiên (polysaccharide) được giải thích thông qua mô hình cầu nối polymer (polymer bridging) và hiệu ứng mạng lưới quét. Chất nhầy thực vật chứa các đại phân tử như galactomannans, galactan và pectin mang các nhóm chức hoạt tính carboxyl (-COOH) và hydroxyl (-OH). Khi hòa tan vào nước ở nồng độ từ 10 đến 30 mg/L, các mạch polymer dài hấp phụ lên bề mặt nhiều hạt keo đã bị mất ổn định, liên kết chúng lại thành những bông cặn có khối lượng lớn, giúp tăng tốc độ lắng trọng lực mà không làm suy giảm mạnh độ pH của dung dịch như khi sử dụng đơn thuần muối nhôm ở dải pH tối ưu 5,0 đến 7,5.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quy trình chiết xuất 30 g nguyên liệu khô đối với mỗi loại thực vật và các đợt quan trắc mẫu nước thải thực tế tại Công ty Dệt nhuộm Huy Phát vào ngày 10/11/2019. Mẫu nghiên cứu bao gồm nước thải từ công đoạn rửa máy nhuộm phân tán (phối màu Yellow RGSL 1,4%, Black 0,7%, Navy HGL 1,4%) và nước thải hỗn hợp từ cống xả chung của nhà máy. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu tổ hợp đại diện theo dòng thải đặc trưng, kết hợp tạo mẫu nước đục nhân tạo từ 8 g kaolin phân tán trong 6 L nước cất để chuẩn hóa điều kiện thí nghiệm ban đầu.

Phương pháp chiết tách dung môi thông thường (CSE) được lựa chọn nhờ tính khả thi cao trong triển khai thực tế. Quá trình chiết xuất thực hiện ở dải nhiệt độ từ 50 đến 90 °C, sau đó kết tủa thu hồi chất nhầy bằng axeton với tỷ lệ dung môi trên dịch chiết từ 3:1 đến 4:1, ly tâm tách pha ở tốc độ 60 vòng/phút trong 10 phút và sấy chân không tại 40 °C. Đặc tính hóa lý của chất nhầy được định lượng bằng thiết bị đo điện tích bề mặt và thế Zeta PCD-05 Muetek, quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) trên máy Nicolet iS50 và cấu trúc hình thái bề mặt qua kính hiển vi điện tử quét SEM Hitachi TM4000Plus tại các độ phóng đại 1000 đến 10000 lần. Khả năng trợ keo được kiểm chứng bằng thiết bị Jar-test với chế độ khuấy nhanh 200 vòng/phút trong 1 phút và khuấy chậm 30 đến 40 vòng/phút trong 10 đến 15 phút, đo độ đục lớp nước mặt bằng máy HACH 2100Q.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát điều kiện tách chiết cho thấy tỷ lệ thể tích dung môi axeton trên dịch chiết đạt 3:1 mang lại hiệu suất thu hồi chất nhầy cao nhất, vượt trội hơn so với dung môi ethanol ở nồng độ 80%. Nhiệt độ trích ly tối ưu cho rau mồng tơi, rau đay và vỏ thanh long nằm trong khoảng 70 đến 80 °C. Vỏ thanh long ruột trắng – chiếm tới 50% tổng trọng lượng quả – thể hiện hàm lượng pectin phong phú với cấu trúc mạch chuỗi axit D-galacturonic, trong khi rau đay cho hiệu suất thu hồi chất nhầy đạt trên 25% tính theo khối lượng khô. Phân tích quang phổ FT-IR xác nhận sự hiện diện dày đặc của các liên kết hydro liên phân tử và các nhóm chức -OH, -COOH đóng vai trò làm trung tâm hấp phụ.

Khi thử nghiệm trên mẫu nước đục nhân tạo 200 NTU, việc sử dụng đơn lẻ chất keo tụ hóa học Poly Aluminium Chloride (PAC 30%) đòi hỏi liều lượng tối ưu là 30 mg/L để đạt hiệu quả làm trong. Tuy nhiên, khi kết hợp 10 đến 20 mg/L PAC với 10 đến 20 mg/L chất nhầy thực vật, hiệu suất khử độ đục đạt từ 92% đến 96%, giúp tiết kiệm từ 33% đến 66% lượng PAC cần dùng. Đối với mẫu nước thải dệt nhuộm thực tế của Công ty Huy Phát vốn có độ màu dao động từ 350 đến 3710 Pt-Co và chỉ số COD từ 360 đến 2448 mg/L, việc bổ sung chất trợ keo sinh học từ vỏ thanh long ở liều lượng 20 mg/L kết hợp PAC tối ưu đã nâng hiệu quả khử độ đục lên trên 95%, đồng thời giảm hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) và COD đáng kể so với mẫu đối chứng.

Thảo luận kết quả

Cơ chế nâng cao hiệu quả keo tụ khi kết hợp PAC với chất nhầy thực vật bắt nguồn từ sự tương hỗ giữa quá trình nén lớp điện kép và tạo cầu nối liên kết. Các ion nhôm đa nhân từ PAC thực hiện nhiệm vụ trung hòa điện tích bề mặt hạt keo, đưa thế Zeta từ vùng âm sâu về ngưỡng cân bằng tĩnh điện. Tiếp đó, các chuỗi polymer polysaccharide tự nhiên với trọng lượng phân tử lớn sẽ vươn dài trong dung dịch, đóng vai trò khung đỡ liên kết các vi bông cặn hydroxit nhôm thành các đại bông cặn có tỷ trọng lớn. Quá trình này giúp rút ngắn thời gian lắng từ 45 phút xuống chỉ còn 15 đến 30 phút.

Dữ liệu thực nghiệm có thể được mô tả trực quan qua biểu đồ đường biểu diễn sự suy giảm độ đục theo nồng độ chất trợ keo và bảng so sánh đa thông số xử lý (pH, COD, độ màu, độ đục). Khi so sánh với các công bố quốc tế về chất nhầy cây xương rồng (Cereus peruvianus) cho hiệu quả xử lý độ đục đạt khoảng 85,4% hay chất nhầy đậu bắp khử 95% chất rắn lơ lửng ở nồng độ 0,12 mg/L, các vật liệu bản địa của Việt Nam thể hiện hoạt tính trợ keo tương đương. Điểm ưu việt vượt trội của chất trợ keo thực vật là khả năng duy trì độ pH ổn định của nguồn nước sau xử lý trong dải an toàn từ 6,5 đến 8,5 theo khuyến nghị của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), hạn chế tối đa chi phí hóa chất kiềm để nâng pH và triệt tiêu nguy cơ tích tụ tồn dư ion nhôm hòa tan gây hại cho hệ thần kinh người sử dụng.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện quy trình công nghệ và thúc đẩy việc ứng dụng chất trợ keo sinh học vào thực tiễn xử lý nước thải công nghiệp, các giải pháp trọng tâm cần được triển khai như sau:

• Thu hồi và sơ chế nguồn phụ phẩm nông nghiệp: Thiết lập chuỗi thu gom vỏ thanh long từ các vùng chuyên canh tại tỉnh Bình Thuận, Long An và Tiền Giang với quy mô xử lý khoảng 5 đến 10 tấn phụ phẩm mỗi ngày. Đơn vị thực hiện là các hợp tác xã nông nghiệp phối hợp cùng doanh nghiệp công nghệ môi trường, mục tiêu hoàn thành trong vòng 12 tháng nhằm cung ứng nguồn nguyên liệu thô ổn định cho sản xuất chất trợ keo.
• Chuẩn hóa quy trình vận hành trạm xử lý nước thải dệt nhuộm: Tích hợp hệ thống cấp định lượng tự động chất nhầy thực vật ở nồng độ 20 đến 30 mg/L kết hợp PAC giảm liều tại bể keo tụ tạo bông của các nhà máy dệt may. Mục tiêu cắt giảm 40% chi phí hóa chất vô cơ và đảm bảo nước thải đầu ra đạt quy chuẩn QCVN 13-MT:2015/BTNMT cột A trong thời gian 6 tháng do đội ngũ kỹ sư vận hành nhà máy phụ trách.
• Nghiên cứu công nghệ bảo quản và thương mại hóa sản phẩm: Ứng dụng kỹ thuật sấy phun sương kết hợp đóng gói chân không để duy trì độ ẩm sản phẩm dưới 6%, ngăn ngừa hiện tượng phân hủy sinh học tự nhiên của polysaccharide và kéo dài thời hạn bảo quản lên trên 12 tháng. Giải pháp này do các viện nghiên cứu chuyên ngành công nghệ sau thu hoạch chủ trì triển khai trong giai đoạn 2024 - 2025.
• Hoàn thiện cơ chế chính sách kinh tế tuần hoàn: Bộ Tài nguyên và Môi trường cùng Bộ Công Thương cần ban hành các hướng dẫn kỹ thuật về việc sử dụng chất đông tụ tự nhiên trong xử lý môi trường, đồng thời áp dụng mức ưu đãi giảm từ 5% đến 10% thuế bảo vệ môi trường cho các cơ sở công nghiệp áp dụng hóa chất xanh từ năm 2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu cung cấp khối lượng dữ liệu thực nghiệm giá trị, phù hợp làm tài liệu tham khảo chuyên sâu cho các nhóm đối tượng sau:

• Kỹ sư môi trường và cán bộ vận hành hệ thống xử lý nước thải: Nắm bắt thông số kỹ thuật chi tiết về tốc độ khuấy, thời gian lắng và liều lượng phối trộn chất trợ keo thực vật nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành trạm xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Khoa học và Kỹ thuật môi trường: Tiếp cận phương pháp luận khoa học về chiết tách hợp chất thiên nhiên, các kỹ thuật phân tích hiện đại như đo thế Zeta, phổ hồng ngoại FT-IR và kính hiển vi điện tử quét SEM.
• Ban lãnh đạo và cán bộ quản lý doanh nghiệp dệt may, da giày: Xây dựng chiến lược sản xuất sạch hơn, định hướng chuyển đổi sang các giải pháp xử lý chất thải thân thiện môi trường để đáp ứng các tiêu chuẩn xuất khẩu xanh sang thị trường quốc tế.
• Doanh nghiệp chế biến nông sản và sản xuất hóa chất sinh học: Định hình mô hình kinh doanh tuần hoàn, tận dụng hàng ngàn tấn phụ phẩm vỏ trái cây và rau màu hàng năm để sản xuất các chế phẩm sinh học có giá trị gia tăng cao.

Câu hỏi thường gặp

Chất trợ keo thực vật có thể thay thế hoàn toàn chất keo tụ hóa học như PAC hay phèn nhôm không? Chất trợ keo thực vật chủ yếu đóng vai trò tạo cầu nối liên kết các bông cặn nhỏ thành bông lớn dễ lắng. Do mật độ điện tích bề mặt chưa đủ cao để trung hòa toàn bộ hệ keo phân tán, chất nhầy thực vật phát huy hiệu quả tối ưu nhất khi đóng vai trò chất trợ keo kết hợp với việc giảm từ 30% đến 50% liều lượng chất keo tụ vô cơ như PAC.

Quy trình chiết tách chất nhầy từ vỏ thanh long và rau đay có phức tạp và tốn kém chi phí không? Quy trình trích ly sử dụng nước cất ở nhiệt độ từ 70 đến 80 °C kết hợp kết tủa bằng axeton tỷ lệ 3:1 là phương pháp tương đối đơn giản, dễ vận hành và không đòi hỏi trang thiết bị quá phức tạp. Dung môi axeton hoàn toàn có thể thu hồi bằng phương pháp chưng cất tuần hoàn với tỷ lệ thu hồi trên 85%, giúp giảm thiểu đáng kể chi phí hóa chất trong sản xuất công nghiệp.

Việc bổ sung chất nhầy hữu cơ vào nước thải có làm gia tăng chỉ số COD hòa tan của nguồn nước sau xử lý không? Nếu kiểm soát liều lượng ở mức tối ưu từ 10 đến 30 mg/L, toàn bộ lượng polysaccharide sẽ tham gia vào cấu trúc bông cặn và lắng xuống đáy bể lắng. Kết quả thực nghiệm cho thấy chỉ số COD trong nước thải sau xử lý giảm đáng kể do các chất hữu cơ khó phân hủy trong thuốc nhuộm đã bị lôi kéo và loại bỏ cùng pha bùn cặn.

Tại sao thời gian lắng tối ưu của quá trình keo tụ kết hợp lại được rút ngắn xuống 15 đến 30 phút? Sự kết hợp giữa PAC và các phân tử polysaccharide mạch dài tạo ra các bông cặn có kích thước lớn, cấu trúc đặc chắc và tỷ trọng cao hơn nhiều so với bông cặn đơn lẻ của hydroxit nhôm. Nhờ đó, vận tốc lắng trọng lực tăng nhanh, giúp rút ngắn thời gian lắng từ 45 phút xuống 15 đến 30 phút và nâng cao công suất của bể lắng.

Độ pH của nước thải dệt nhuộm ảnh hưởng như thế nào đến khả năng hoạt động của chất trợ keo sinh học? Chất nhầy thực vật hoạt động hiệu quả trong dải pH rộng từ 6,0 đến 9,0 nhờ sự ổn định của các nhóm chức carboxyl và hydroxyl. Khác với phèn nhôm làm giảm mạnh pH môi trường xuống dưới 5,5, chất trợ keo sinh học giúp duy trì độ pH ổn định ở mức trung tính, phù hợp cho các công đoạn xử lý sinh học tiếp theo mà không cần châm thêm hóa chất điều chỉnh pH.

Kết luận

• Luận văn đã chiết tách thành công chất trợ keo tụ tự nhiên từ rau mồng tơi, rau đay và vỏ thanh long ruột trắng với hiệu suất thu hồi tối ưu bằng phương pháp CSE kết hợp kết tủa axeton tỷ lệ 3:1 ở nhiệt độ 70 đến 80 °C.
• Kết quả phân tích hóa lý khẳng định chất nhầy thực vật có cấu trúc giàu polysaccharide hoạt tính với các nhóm chức -OH và -COOH, tạo thế Zeta và lực liên kết cầu nối vững chắc trong quá trình tạo bông.
• Khi ứng dụng trên mẫu nước đục nhân tạo 200 NTU và nước thải dệt nhuộm thực tế của Công ty Huy Phát, việc kết hợp chất nhầy thực vật ở nồng độ 10 đến 20 mg/L với PAC giúp nâng hiệu suất khử độ đục lên trên 95% và cắt giảm từ 30% đến 50% liều lượng hóa chất PAC thương phẩm.
• Nghiên cứu mở ra hướng đi bền vững trong việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp như vỏ thanh long (chiếm 50% trọng lượng quả) để chế tạo vật liệu xử lý môi trường thân thiện, an toàn cho sức khỏe và giảm thiểu lượng bùn thải chứa kim loại.
• Kế hoạch tiếp theo cần tập trung hoàn thiện công nghệ sấy phun quy mô công nghiệp trong 12 tháng tới; các nhà máy dệt nhuộm nên chủ động phối hợp thử nghiệm công nghệ keo tụ sinh học ngay hôm nay để tối ưu chi phí vận hành và hướng tới mục tiêu phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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.