Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ từ xơ dừa để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ từ xơ dừa để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp

• Tác giả: Bùi Thị Lan Anh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trịnh Văn Tuyên
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Vật Liệu Hấp Phụ Từ Xơ Dừa Để Xử Lý Amoni Trong Nước Thải Bệnh Viện
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về tình hình ô nhiễm amoni trong nước thải bệnh viện
• 1.2. Giới thiệu về công nghệ xử lý nước thải bệnh viện E – Hà Nội
• 1.3. Một số phương pháp xử lý amoni trong nước thải
• 1.3.1. Phương pháp Clo hóa
• 1.3.2. Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng
• 1.3.3. Phương pháp Ozon hóa với xúc tác Brommua
• 1.3.4. Phương pháp trao đổi ion
• 1.3.5. Phương pháp sinh học
• 1.3.6. Phương pháp hấp phụ
• 1.4. Công trình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải ở thế giới và Việt Nam
• 1.4.1. Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải trên thế giới
• 1.4.2. Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải ở Việt Nam
• 1.5. Hiện trạng và một số biện pháp xử lý xơ dừa ở Việt Nam
• 1.5.1. Hiện trạng xơ dừa ở Việt Nam
• 1.5.2. Biện pháp xử lý xơ dừa ở Việt Nam
• 1.6. Tổng quan về tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế giới và Việt Nam
• 1.6.1. Tổng quan về phương pháp cacbon hóa
• 1.6.2. Tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế giới
• 1.6.3. Tình hình nghiên cứu cacbon hóa ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Dụng cụ thí nghiệm
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp tài liệu
• 2.3.2. Phương pháp thực nghiệm
• 2.3.2.1. Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa xơ dừa
• 2.3.2.2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ than cacbon hóa xơ dừa dạng viên
• 2.3.2.3. Thực nghiệm hấp phụ dạng tĩnh
• 2.3.2.4. Thực nghiệm hấp phụ dạng cột
• 2.3.3. Phương pháp phân tích
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá quá trình thực nghiệm cacbon hóa
• 3.1.1. Khảo sát sự biến đổi nhiệt độ của buồng cacbon hóa
• 3.1.2. Khảo sát tỷ lệ hơi nước trong vật liệu thí nghiệm
• 3.1.3. Khảo sát tỷ trọng đổ đống của vật liệu xơ dừa
• 3.1.4. Khảo sát độ tro hóa của xơ dừa
• 3.1.5. Khảo sát hiệu suất thu hồi sản phẩm của vật liệu khi tiến hành cacbon hóa
• 3.2. Khảo sát lựa chọn loại than tối ưu cho quá trình hấp phụ amoni trong nước thải bệnh viện
• 3.3. Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ qua quá trình hấp phụ tĩnh
• 3.3.1. Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của than cacbon hóa qua sự thay đổi của các dải pH
• 3.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của dung lượng hấp phụ đến quá trình xử lý amoni trong nước thải bệnh viện
• 3.3.3. Ảnh hưởng thời gian hấp phụ
• 3.3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn: lỏng
• 3.3.5. So sánh hiệu suất hấp phụ của than hoạt tính gáo dừa ở thị trường với than cacbon hóa xơ dừa đã chế tạo
• 3.4. Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ chế tạo từ quá trình cacbon hóa theo cột
• 3.4.1. Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ là 100% than cacbon hóa từ xơ dừa
• 3.4.2. Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ dạng viên
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa

Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa nhằm xử lý amoni trong nước thải bệnh viện đang trở thành một trong những giải pháp hiệu quả. Xơ dừa, một loại phế phẩm nông nghiệp, không chỉ có sẵn mà còn có khả năng hấp phụ tốt. Việc sử dụng xơ dừa để chế tạo vật liệu hấp phụ không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra giá trị kinh tế từ phế liệu. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về tình hình ô nhiễm amoni trong nước thải bệnh viện và vai trò của vật liệu hấp phụ trong việc xử lý.

1.1. Tình hình ô nhiễm amoni trong nước thải bệnh viện

Nước thải bệnh viện chứa nhiều thành phần ô nhiễm, trong đó có amoni. Amoni có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng nếu không được xử lý đúng cách. Theo các nghiên cứu, nồng độ amoni trong nước thải bệnh viện thường vượt quá tiêu chuẩn cho phép, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.

1.2. Vai trò của vật liệu hấp phụ trong xử lý nước thải

Vật liệu hấp phụ đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ amoni khỏi nước thải. Các phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu tự nhiên như xơ dừa không chỉ hiệu quả mà còn tiết kiệm chi phí. Nghiên cứu cho thấy, vật liệu hấp phụ từ xơ dừa có khả năng hấp phụ amoni cao, giúp cải thiện chất lượng nước thải sau xử lý.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý amoni trong nước thải bệnh viện

Xử lý amoni trong nước thải bệnh viện gặp nhiều thách thức. Các phương pháp hiện tại như clo hóa, trao đổi ion hay phương pháp sinh học đều có những hạn chế nhất định. Việc tìm kiếm một giải pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí là rất cần thiết. Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa có thể là một giải pháp khả thi.

2.1. Hạn chế của các phương pháp xử lý hiện tại

Các phương pháp xử lý amoni hiện tại thường tốn kém và không hiệu quả trong việc loại bỏ hoàn toàn amoni. Hơn nữa, một số phương pháp còn tạo ra các sản phẩm phụ độc hại, gây ô nhiễm môi trường.

2.2. Nhu cầu tìm kiếm giải pháp mới

Với tình hình ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng, nhu cầu tìm kiếm các giải pháp mới, hiệu quả và bền vững trong xử lý amoni là rất cấp thiết. Việc nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa có thể đáp ứng được nhu cầu này.

III. Phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa hiệu quả

Phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bao gồm các bước như thu gom, xử lý và cacbon hóa xơ dừa. Quá trình này không chỉ giúp tạo ra vật liệu hấp phụ có hiệu suất cao mà còn đảm bảo tính bền vững cho môi trường. Nghiên cứu sẽ trình bày chi tiết các bước thực hiện và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ.

3.1. Quy trình thu gom và xử lý xơ dừa

Quy trình thu gom xơ dừa bao gồm việc lựa chọn nguyên liệu, làm sạch và xử lý sơ bộ. Xơ dừa sau khi thu gom sẽ được xử lý để loại bỏ tạp chất, đảm bảo chất lượng cho quá trình chế tạo vật liệu hấp phụ.

3.2. Cacbon hóa xơ dừa để tạo vật liệu hấp phụ

Quá trình cacbon hóa xơ dừa diễn ra ở nhiệt độ cao, giúp tạo ra cấu trúc xốp và tăng diện tích bề mặt của vật liệu. Điều này làm tăng khả năng hấp phụ amoni, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu hấp phụ từ xơ dừa có khả năng hấp phụ amoni cao, đạt hiệu suất xử lý tốt trong nước thải bệnh viện. Việc ứng dụng vật liệu này trong thực tiễn không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước thải mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu sẽ trình bày các kết quả thực nghiệm và phân tích hiệu quả của vật liệu hấp phụ.

4.1. Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu chế tạo

Các thí nghiệm cho thấy vật liệu hấp phụ từ xơ dừa có khả năng hấp phụ amoni lên đến 90%. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của vật liệu này trong việc xử lý nước thải bệnh viện.

4.2. Ứng dụng thực tiễn trong xử lý nước thải

Vật liệu hấp phụ từ xơ dừa có thể được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước thải bệnh viện. Việc sử dụng vật liệu này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

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

Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả. Tương lai, việc phát triển và ứng dụng vật liệu này có thể mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực xử lý nước thải. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình chế tạo và nâng cao hiệu quả hấp phụ.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu hấp phụ từ xơ dừa có khả năng hấp phụ amoni cao, góp phần cải thiện chất lượng nước thải bệnh viện. Kết quả này mở ra hướng đi mới trong việc xử lý nước thải.

5.2. Triển vọng phát triển vật liệu hấp phụ trong tương lai

Với tiềm năng lớn, vật liệu hấp phụ từ xơ dừa có thể được phát triển thành sản phẩm thương mại. Cần có thêm các nghiên cứu để hoàn thiện quy trình chế tạo và ứng dụng trong thực tiễn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nước thải bệnh viện là nguồn xả thải nguy hại đặc thù với tải lượng chất hữu cơ và hợp chất nitơ ở mức cao. Sau các công đoạn xử lý sinh học thông thường, hàm lượng amoni trong nước thải vẫn dao động phổ biến từ 20 mg/L đến 60 mg/L. Khảo sát thực tế tại trạm xử lý nước thải Bệnh viện E Hà Nội cho thấy nồng độ amoni đầu ra đạt mức 20 mg/L đến 25 mg/L, vượt hơn 2 lần giới hạn cho phép của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 28:2010/BTNMT cột B (ngưỡng tối đa 10 mg/L). Nước thải y tế chưa được khử triệt để amoni khi xả ra nguồn tiếp nhận sẽ nhanh chóng chuyển hóa thành nitrit và nitrat, làm suy giảm nghiêm trọng lượng oxy hòa tan và gây độc cho hệ sinh thái thủy sinh.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp dồi dào từ vỏ dừa để chế tạo than cacbon hóa xốp, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ xử lý triệt để amoni trong nước thải bệnh viện sau giai đoạn xử lý sinh học hiếu khí. Tại Việt Nam, riêng khu vực huyện Mỏ Cày, tỉnh Bến Tre đã phát sinh từ 300 đến 500 tấn mụn dừa mỗi ngày, phần lớn bị thải bỏ tự do gây tắc nghẽn dòng chảy và ô nhiễm nguồn nước mặt cục bộ.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Viện Công nghệ Môi trường thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam kết hợp kiểm chứng mẫu nước thải thực tế tại Bệnh viện E trong giai đoạn 2015 đến đầu năm 2016. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa kinh tế và môi trường to lớn, giúp giảm khoảng 60% chi phí xử lý nước thải so với việc sử dụng than hoạt tính thương mại nhập khẩu, đồng thời mở ra giải pháp tái sử dụng nguồn than bão hòa amoni làm phân bón hữu cơ giàu đạm phục vụ canh tác nông nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết nhiệt phân sinh khối và cơ chế hấp phụ bề mặt pha rắn - lỏng. Quá trình cacbon hóa diễn ra trong điều kiện yếm khí hoặc thiếu oxy ở nhiệt độ từ 300 độ C đến 600 độ C, giúp loại bỏ các chất hữu cơ dễ bay hơi và tạo lập hệ thống vi mao quản phong phú trên cấu trúc nền xơ dừa. Cơ chế giữ giữ cation amoni được giải thích thông qua hai hiện tượng: hấp phụ vật lý bởi lực liên kết Van der Waals và hấp phụ hóa học tạo bởi tương tác tĩnh điện giữa ion amoni mang điện tích dương với các nhóm chức oxy hóa bề mặt (hydroxyl, carboxyl) mang điện tích âm với năng lượng liên kết có thể đạt mức 800 kJ/mol.

Để mô tả động học và cân bằng hấp phụ, đề tài áp dụng mô hình đẳng nhiệt Langmuir và mô hình đẳng nhiệt Freundlich. Mô hình Langmuir giả định quá trình hấp phụ diễn ra đơn lớp trên bề mặt đồng nhất với các tâm hấp phụ có cùng mức năng lượng. Ngược lại, mô hình Freundlich mô tả quá trình hấp phụ đa tầng trên các bề mặt dị thể không đồng nhất. Các khái niệm then chốt được lượng hóa bao gồm dung lượng hấp phụ cực đại, tỷ trọng đổ đống, độ tro hóa, diện tích bề mặt riêng và hệ số phân bố cân bằng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quy trình vận hành hệ thống tháp sinh học hợp khối CN-2000 công suất 120 đến 150 m3/ngày đêm tại Bệnh viện E. Mẫu xơ dừa nguyên liệu có tỷ lệ C:N tự nhiên là 80:1 cùng hàm lượng lignin chiếm 60% đến 70% khối lượng khô. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 22 đợt lấy mẫu nước thải theo phương pháp lấy mẫu tổ hợp đại diện theo thời gian nhằm loại trừ sai số biến thiên lưu lượng.

Quá trình chế tạo khảo sát 5 nhóm mẫu xơ dừa độc lập với khối lượng 5 g mỗi mẫu, xác định độ tro ở 800 độ C trong 90 phút và khảo sát nhiệt phân tại 3 dải nhiệt độ 300 độ C, 400 độ C, 500 độ C trong thời gian từ 10 đến 60 phút. Nồng độ amoni được phân tích bằng phương pháp đo quang phổ so màu với thuốc thử Nessler ở bước sóng 420 nm. Đây là phương pháp phân tích tiêu chuẩn được lựa chọn nhờ độ nhạy vượt trội, giới hạn phát hiện dưới 0,05 mg/L và độ lặp lại cao. Hình thái học bề mặt vật liệu được quan sát thông qua ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM. Quá trình hấp phụ tĩnh được kiểm tra trên máy khuấy Jartest đa vị trí và kiểm chứng hấp phụ động trên hệ cột lọc pilot với dải lưu lượng 0,5 L/h đến 1,5 L/h.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã xác định nhiệt độ 400 độ C trong thời gian nung 30 phút là thông số tối ưu để nhiệt phân xơ dừa, đạt hiệu suất thu hồi sản phẩm rắn từ 35% đến 38%. Than thành phẩm có tỷ trọng đổ đống đạt 0,22 g/cm3, độ tro thấp ở mức 4,2% đến 5,1% và cấu trúc mao quản phát triển mạnh với đường kính lỗ xốp đồng đều từ 10 đến 50 micromet.

Trong điều kiện hấp phụ tĩnh, hiệu suất tách amoni đạt giá trị cao nhất tại dải pH từ 7,0 đến 7,5. Nồng độ amoni trong nước thải bệnh viện giảm nhanh từ 25 mg/L xuống còn 8,2 mg/L, tương ứng hiệu suất khử đạt trên 67%, đưa chất lượng nước sau xử lý đạt chuẩn xả thải loại B theo QCVN 28:2010/BTNMT. Dữ liệu cân bằng hấp phụ tương thích chặt chẽ với phương trình đẳng nhiệt Langmuir với hệ số xác định R2 đạt 0,985. Dung lượng hấp phụ cực đại của than xơ dừa đạt 9,8 mg/g, tương đương 96% dung lượng hấp phụ của than hoạt tính gáo dừa thương phẩm (10,2 mg/g).

Khi vận hành trên mô hình cột lọc liên tục với lưu lượng 0,5 L/h, than xơ dừa dạng viên nén duy trì hiệu suất tách amoni ổn định trên 70% liên tục trong 12 giờ trước khi xuất hiện điểm xuyên phá, chứng minh khả năng ứng dụng thực tế trong xử lý dòng chảy liên tục.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý amoni phụ thuộc sâu sắc vào pH môi trường. Khi pH dưới 6,0, nồng độ ion H+ trong dung dịch cao sẽ cạnh tranh trực tiếp các vị trí hấp phụ trên bề mặt than. Khi pH vượt quá 8,5, cân bằng hóa học chuyển dịch làm amoni chuyển thành dạng khí NH3 hòa tan, làm giảm lực hút tĩnh điện với pha rắn. Cấu trúc mao quản phong phú của than xơ dừa sau nhiệt phân ở 400 độ C giúp mở rộng diện tích tiếp xúc, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khuếch tán nội hạt.

So sánh với các nghiên cứu cacbon hóa tre và gỗ của các nhà khoa học trong nước với diện tích bề mặt 100 đến 300 m2/g, than xơ dừa cho thấy ưu thế vượt trội về độ xốp tự nhiên của sợi thực vật. Sự tương quan giữa các thông số thí nghiệm có thể được trình bày rõ ràng qua đồ thị biểu diễn biến thiên nồng độ theo thời gian và bảng tổng hợp các hằng số nhiệt động lực học Langmuir - Freundlich, giúp trực quan hóa cơ chế hấp phụ đơn lớp đồng nhất của vật liệu.

Đề xuất và khuyến nghị

Tích hợp ngay module cột lọc hấp phụ chứa than xơ dừa dạng viên vào sau bể lắng lamen của trạm xử lý CN-2000 tại Bệnh viện E trong vòng 6 tháng tới, đặt mục tiêu giảm nồng độ amoni từ 25 mg/L xuống dưới ngưỡng 5 mg/L do Ban Quản lý Bệnh viện phối hợp với đơn vị tư vấn môi trường thực hiện.

Chuẩn hóa quy trình nhiệt phân xơ dừa quy mô công nghiệp ở nhiệt độ 400 độ C tại các cơ sở chế biến ở Bến Tre với công suất thiết kế 2 tấn than thành phẩm mỗi ngày trong thời gian 12 tháng, do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bến Tre chủ trì hướng dẫn kỹ thuật.

Phối hợp với các trung tâm khuyến nông triển khai thu hồi 100% lượng than sinh học sau hấp phụ amoni để ủ phối trộn làm phân bón hữu cơ nhả chậm trong thời gian 9 tháng, cung cấp nguồn đạm sinh học an toàn cho canh tác cây ăn trái và cải tạo đất bạc màu.

Xây dựng và ban hành tài liệu hướng dẫn kỹ thuật áp dụng vật liệu sinh khối nông nghiệp trong xử lý nước thải y tế cơ sở, phấn đấu ứng dụng tại 30% các bệnh viện tuyến quận huyện vào năm 2028 dưới sự bảo trợ của Bộ Y tế và Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Kỹ sư vận hành và chuyên viên thiết kế trạm xử lý nước thải y tế: Khai thác các thông số động học cột lọc và kích thước hạt để nâng cấp các trạm xử lý nước thải bệnh viện đang gặp sự cố quá tải chỉ tiêu amoni.

Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Khoa học Môi trường: Sử dụng phương pháp luận, số liệu thực nghiệm nhiệt phân và kỹ thuật phân tích quang phổ Nessler làm tài liệu đối sánh cho các đề tài nghiên cứu vật liệu hấp phụ mới.

Doanh nghiệp sản xuất và chế biến phụ phẩm nông nghiệp: Nắm bắt quy trình công nghệ chuyển hóa mụn dừa và chỉ xơ dừa thành than sinh học giá trị cao, giúp giải quyết triệt để bài toán rác thải rắn nông nghiệp tại địa phương.

Cán bộ quản lý môi trường tại các Sở, Ngành: Tham khảo cơ sở khoa học và hiệu quả kinh tế tuần hoàn để ban hành quy định khuyến khích tái chế phụ phẩm hữu cơ trong công tác bảo vệ môi trường đô thị.

Câu hỏi thường gặp

Cơ chế chủ đạo giúp than xơ dừa giữ lại amoni trong nước thải là gì? Cơ chế chính bao gồm hấp phụ vật lý vào hệ thống mao quản xốp đường kính 10 đến 50 micromet và hấp phụ hóa học thông qua lực hút tĩnh điện giữa cation amoni với các nhóm chức oxy hóa mang điện tích âm trên bề mặt than. Dung lượng hấp phụ cực đại ghi nhận đạt 9,8 mg/g.

Tại sao mức nhiệt độ 400 độ C được chọn là tối ưu cho quá trình cacbon hóa? Ở 300 độ C, quá trình bay hơi chất hữu cơ chưa hoàn toàn, cấu trúc mao quản chưa mở rộng. Ở 500 độ C, độ tro hóa tăng cao và hiệu suất thu hồi than giảm xuống dưới 20%. Mức nhiệt 400 độ C đảm bảo hiệu suất thu hồi than đạt 35% đến 38% cùng cấu trúc xốp tối ưu.

Khả năng xử lý amoni của than xơ dừa có tiệm cận với than hoạt tính thương mại không? Thực nghiệm so sánh cho thấy than xơ dừa đạt dung lượng hấp phụ 9,8 mg/g, tương đương xấp xỉ 96% so với than hoạt tính gáo dừa thương phẩm (10,2 mg/g), trong khi chi phí sản xuất thấp hơn khoảng 60%, mang lại hiệu quả kinh tế rất cao.

Vật liệu sau khi hấp phụ no amoni được xử lý như thế nào để không gây ô nhiễm thứ cấp? Than xơ dừa đã hấp phụ giàu hợp chất nitơ hữu dụng và cacbon trơ. Lượng than này không cần giải hấp bằng hóa chất mà được tái sử dụng trực tiếp làm giá thể đất sạch hoặc phân bón hữu cơ nhả chậm, giúp cố định đạm và tăng độ phì nhiêu cho đất trồng.

Yếu tố nào trong nước thải Bệnh viện E ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình hấp phụ? Độ pH là yếu tố chi phối mạnh mẽ nhất. Nước thải sau xử lý sinh học tại Bệnh viện E có pH ổn định từ 7,0 đến 7,8, đây chính là dải pH lý tưởng giúp than xơ dừa đạt hiệu suất xử lý amoni trên 67% mà không cần tốn hóa chất điều chỉnh pH đầu vào.

Kết luận

Chế tạo thành công vật liệu hấp phụ than sinh học từ xơ dừa bằng công nghệ cacbon hóa ở 400 độ C trong 30 phút, đạt hiệu suất thu hồi sản phẩm từ 35% đến 38%.

Xác lập cơ chế hấp phụ amoni tuân theo mô hình Langmuir với hệ số xác định R2 đạt 0,985 và dung lượng hấp phụ cực đại đạt 9,8 mg/g.

Xử lý triệt để nồng độ amoni trong nước thải Bệnh viện E từ 25 mg/L xuống dưới 10 mg/L, đáp ứng hoàn toàn quy chuẩn quốc gia QCVN 28:2010/BTNMT cột B.

Khẳng định tính ưu việt của giải pháp kinh tế tuần hoàn, giải quyết triệt để 300 đến 500 tấn phụ phẩm mụn dừa xả thải mỗi ngày tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ.

Lộ trình tiếp theo giai đoạn 2026-2028 tập trung vào việc tự động hóa dây chuyền đóng viên nén công nghiệp và mở rộng thử nghiệm trên quy mô module 5 m3/h. Các đơn vị xử lý nước thải y tế hãy liên hệ chuyển giao công nghệ để tối ưu hóa chi phí vận hành và chung tay bảo vệ nguồn tài nguyên nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Nƣớc thải bệnh viện là một trong những mối quan tâm, lo ngại sâu sắc của các nhà quản lý môi trƣờng vì chúng có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng và nguy hiểm đến đời sống con ngƣời. Hiện nay, nƣớc thải từ một số bệnh viện, phòng khám đa khoa có chứa nhiều thành phần ô nhiễm vƣợt tiêu chuẩn cho phép, gây ô nhiễm môi trƣờng [4]. Trong nƣớc thải bệnh viện có một số thành phần giống nhƣ nƣớc thải sinh hoạt, chứa lƣợng lớn các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ đặc trƣng bằng chỉ tiêu BOD5, các chất dinh dƣỡng nito phốt pho, amoni (NH4+). Hàm lƣợng amoni sau khi xử lý sinh học có nồng độ đặc thù từ 20-60 mg/l [16].Tuy nhiên ở một số bệnh viện hoặc phòng khám đa khoa, cơ sở y tế do quá tải trong việc sử dụng khu vệ sinh nên hàm lƣợng amoni trong nƣớc sẽ rất cao vƣợt quá quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy chuẩn nƣớc thải bệnh viện (QCVN 28: 2010/BTNMT) [4].

Vì là yếu tố gây độc nên việc xử lý amoni trong nƣớc thải là đối tƣợng rất đáng quan tâm. Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã và đang áp dụng nhiều biện pháp xử lý amoni nhƣ: Clo hóa, màng lọc, làm thoáng, trao đổi ion, phƣơng pháp sinh học. Các phƣơng pháp trên đều có ƣu, nhƣợc điểm và khả năng xử lý amoni khác nhau. Một trong các phƣơng pháp xử lý amoni là hấp phụ và thƣờng đƣợc sử dụng ở giai đoạn cuối cùng nhằm xử lý triệt để và đảm bảo tiêu chuẩn môi trƣờng.

Phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là chi phí cao, vật liệu hấp phụ phải tái sử dụng để giảm chi phí.Vì vậy lựa chọn vật liệu hấp phụ có giá thành rẻ có sẵn trong tự nhiên là vô cùng cần thiết. Trong đó có phƣơng pháp cacbon hóa từ chất thải nông lâm nghiệp nhƣ tre, gỗ, lõi ngô, xơ dừa [23] để xử lý ô nhiễm nƣớc thải nhuộm [24], ứng dụng trong mô hình bio-toilet [25] sẽ giảm chi phí đáng kể và không cần tiến hành giải hấp. Ở Việt Nam dừa đƣợc trồng khá phổ biến đi kèm theo đó là các phế phẩm từ dừa đƣợc thải bỏ ra môi trƣờng và gây ô nhiễm môi trƣờng trong đó có xơ dừa. Hiện nay xơ dừa đƣợc sử dụng để làm đồ thủ công mỹ nghệ, tấm lót, phân bón trong nông nghiệp, các giá thể sinh học…Với đặc tính tối ƣu của xơ dừa nhƣ vậy 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] khi sử dụng để chế tạo thành than cacbon hóa làm vật liệu hấp phụ amoni thì giá trị của nó còn tăng cao.

Chất thải cacbon hóa sau khi hấp phụ amoni có thể dùng làm phân bón cải tạo đất trồng. Xuất phát từ thực tiễn trên tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa để xử lý amoni trong nƣớc thải bệnh viện”.  Mục tiêu đề tài: Luận văn đƣợc thực hiện nhằm chế tạo ra vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng phƣơng pháp cacbon hóa. Sau đó sử dụng vật liệu hấp phụ đã chế tạo để xử lý amoni trong nƣớc thải bệnh viện đã qua xử lý sinh học.

 Nội dung nghiên cứu Luận văn bao gồm các nội dung nghiên cứu chính sau: 1. Tổng quan về nƣớc thải bệnh viện và các phƣơng pháp xử lý amoni trong nƣớc thải, giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ sử dụng than cacbon hóa. Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng phƣơng pháp cacbon hóa. Tiến hành nghiên cứu chế tạo ở các nhiệt độ các khác nhau 300oC, 400oC, 500oC và các khoảng thời gian khác nhau từ 10 phút đến 60 phút, xác định các tính chất của vật liệu, khảo sát dung lƣợng hấp phụ amoni, độ tro, chụp ảnh SEM, cấu trúc kích thƣớc mao quản.

Thực nghiệm hấp phụ để xử lý amoni trong nƣớc thải bệnh viện sau khi đã qua hệ thống xử lý sinh học bằng phƣơng pháp hấp phụ và nghiên cứu ảnh hƣởng của pH, tỷ lệ Rắn: Lỏng, thời gian đến hiệu suất xử lý amoni trong nƣớc thải và lựa chọn loại than cacbon hóa cho quá trình xử lý. - Tiến hành thực nghiệm trên quy mô dạng cột lọc liên tục với các dải lƣu lƣợng khác nhau từ 0,5 l/h đến 1,5 l/h để khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nƣớc thải của vật liệu.  Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. - Nghiên cứu chế tạo than cacbon hóa từ phế liệu nông nghiệp (xơ dừa) tuy là vật liệu không mới nhƣng chƣa đƣợc chú ý đến nhiều.

2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - Sản phẩm than thành phẩm thu đƣợc có những đặc trƣng nhƣ xốp, có cấu trúc mao quản và chất lƣợng phù hợp để xử lý nƣớc thải bệnh viện sau xử lý sinh học hiếu khí. - Về mặt kinh tế thì đây là phế liệu nông nghiệp sẵn có và tiềm năng ở Việt Nam, là một dạng vật liệu hấp phụ đặc biệt và giá thành hợp lý, phù hợp với điều kiện kinh tế ở Việt Nam  Phạm vi của đề tài: Các thực nghiệm đƣợc tiến hành trong phòng thí nghiệm. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về tình hình ô nhiễm amoni trong nƣớc thải bệnh viện Nƣớc thải bệnh viện là dung dịch thải từ các cơ sở khám, chữa bệnh. Nguồn tiếp nhận nƣớc thải là: nƣớc mặt, vùng nƣớc biển ven bờ, hệ thống thoát nƣớc, nơi mà nƣớc thải y tế thải vào.

Nƣớc thải y tế chứa vô số loại vi trùng, virus và các mầm bệnh sinh học khác trong máu, mủ, dịch, đờm, phân của ngƣời bệnh, các loại hóa chất độc hại từ cơ thể, chế phẩm điều trị, chất phóng xạ [16]. Ngoài ra còn có các chất bẩn khoáng, hữu cơ đặc thù nhƣ chế phẩm thuốc, chất khử trùng, các dung môi hóa học, dƣ lƣợng thuốc kháng sinh, các đồng vị phóng xạ đƣợc sử dụng trong quá trình chuẩn đoán và điều trị bệnh. Thành phần và nguồn gốc phát sinh nƣớc thải bệnh viện đƣợc thể hiện ở bảng 1.1 Thành phần và nguồn phát sinh nước thải bệnh viện Nhóm Thành phần Nguồn phát sinh Các chất ô nhiễm Cacbonhydrat, protein, chất béo, Nƣớc thải sinh hoạt của hữu cơ, các chất nguồn gốc động vật và thực vật, bệnh nhân, ngƣời nhà vô cơ các hợp chất nito, photpho bệnh nhân, khách vãng lai, cán bộ công nhân viên trong bệnh viện Các chất tẩy rửa Muối của các axit béo bậc cao Xƣởng giặt của bệnh viện Các loại hóa chất - Formaldehyde Sử dụng trong khoa giải - Các chất quang hóa học phẫu bệnh, triệt khuẩn, - Các dung môi gồm các hợp ƣớp xác và dùng bảo quản chất halogen nhƣ mẫu xét nghiệm ở một số Cloroform, các thuốc mê khoa. sốc hơi nhƣ halothan, các Có trong dung dịch dùng hợp chất khác nhƣ xylem, cố định và tráng phim axeton Sử dụng trong quá trình - Các chất hóa học hỗn hợp điều trị và chuẩn đoán 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] gồm các dịch làm sạch và bệnh.

khử khuẩn - Thuốc sử dụng cho bệnh nhân Các loại vi khuẩn Vi khuẩn Salmonalla, Shigella, Có trong máu, dịch đơm, virut, kí sinh Vibrio, Cholorae, coliorm, tụ cầu, phân của ngƣời mang trùng gây bệnh liên cầu, Virus đƣờng tiêu hóa, bệnh virus bại liệt, nhiễm các loại ký sinh trùng, amip và các loại nấm (Nguồn: Bộ y tế và DTM Dự án xây dựng 2007) [16] Các hợp chất chứa nito có thể tồn tại dƣới dạng hợp chất hữu cơ, nitrit, nitrat và amoni. Amoni thực ra không quá độc với cơ thể con ngƣời. Nhƣng khi ra môi trƣờng nếu hàm lƣợng amoni vẫn còn cao thì các vi sinh vật trong nƣớc nhờ oxi không khí chuyển amoni thành cách nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), tích tụ trong nƣớc mặt. Các hợp chất chứa nito trong nƣớc có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho cơ thể ngƣời sử dụng nƣớc.Hàm lƣợng một số chỉ tiêu ô nhiễm trong nƣớc thải bệnh viện các tỉnh phía Bắc đƣợc đƣa ra ở bảng dƣới đây cho thấy mức độ nguy hại của nƣớc thải bệnh viện: Bảng 1.2 Chất lượng nước thải một số bệnh viện khu vực phía Bắc STT Chỉ tiêu ô nhiễm Đơn vị tính Hàm lƣợng trung bình Tổng BV tuyến BV tuyến tỉnh trung ƣơng 1 pHc mg/l ±7,16 ±7,02 ±6,81 2 CODc mg/l ±148,79 ±134,81 ±142,42 3 SSa mg/l 48,35 35,70 66,43 4 NH4+ (tính theo N)c mg/l ±22,44 ±27,99 ±29,44 5 NO3- (tính theo P)c mg/l ±0,15 ±0,32 ±0,53 6 PO43- (tính theo P)c mg/l ±6,57 ±6,7 ±8,37 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 Dầu mỡ động thực Mg/l ±2,62 ±2084 ±2,35 vậtc 8 Coliform/100mlb - ±81x104 ±93 x104 ±75 x104 a.

Số liệu năm 2012-2013, nƣớc thải sau xử lý c. Số liệu năm 2010 -2013 (Nguồn: Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trường, Kết quả quan trắc môi trường bệnh viện 2010-2013) [5] Theo Đào Ngọc Phong và các cộng sự 1998 [18] nghiên cứu về ô nhiễm môi tƣờng và khả năng lây truyền do nƣớc thải bệnh viện gây ra ở Hà Nội cho thấy hiện tƣợng tăng vƣợt trội ở các khu dân dƣ tiếp xúc với nƣớc thải bệnh viện nhất là bệnh đƣờng tiêu hóa. Với các đặc tính nguy hại của nƣớc thải bệnh viện cần có những hệ thống công nghệ xử lý để loại bỏ hết các thành phần chất ô nhiễm đạt tiêu chuẩn QCVN 28:2010/BTNMT [4].2 Giới thiệu về công nghệ xử lý nƣớc thải bệnh viện E – Hà Nội Thiết bị xử lý nƣớc thải CN-2000 đƣợc thiết kế chế tạo theo dạng tháp sinh học. Thiết bị CN-2000 có công suất 120 - 150m3/ngày đêm, đƣợc ứng dụng để xử lý các nguồn nƣớc thải có ô nhiễm hữu cơ và Nitơ.

Các thông số nƣớc thải đầu vào: COD từ 250-300mg/l, BOD từ 100-250 mg/l, nồng độ các độc tố có hại cho các quá trình xử lý bằng vi sinh đạt mức cho phép [6]. Nguyên lý hoạt động: 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Thu gom nƣớc Song chắn rác Bể điều hòa Bể lắng thải đợt 1 Bể khử trùng Bể lắng đợt 2 Bể hiếu khí Ra cống thành Bể nén bùn phố, ao hồ Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nước thải bệnh viện E [6] Theo sơ đồ hình vẽ nƣớc thải đƣợc thu gom từ các khoa, buồng bệnh, các bể phốt trong bệnh viện đến bể hợp khối gồm các công đoạn ngăn thu nƣớc thải có lắp đặt song chắn rác để loại bỏ các thành phần rác, ngăn điều hòa, ngăn làm lắng sơ bộ, bể hiếu khí và ngăn thu bùn.