CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài − Năm 2008, Sung Ho Yeon và các cộng sự đã sử dụng vỏ sò để làm chất hấp phụ loại bỏ phosphate và đã chứng minh được rằng vỏ sò sau khi hoạt hóa bằng HCl, NaOH, NH4HCO3 có khả năng hấp phụ cao.[9] − Năm 2009, Yang Liu và các cộng sự sử dụng các vỏ của loài hai mảnh vỏ được hoạt hóa bằng axit để hấp phụ kim loại Cu, Fe, Zn, Cd. Khi chưa được hoạt hóa thì khả năng hấp phụ kim loại đồng của nó chỉ đạt 38.93mg/g, sau khi hoạt hóa tăng lên 138.95mg/g, hiệu suất đạt được 95.51%, đối với sắt (99,98%), kẽm (99. Ngoài ra, khi chưa hoạt hóa thì tại pH = 5 thì khả năng hấp phụ cao, sau khi hoạt hóa pH có thể không ảnh hưởng đáng kể có thể tiến hành thí nghiệm từ pH = 1 – 5.
Theo tác giả, cơ chế hấp phụ theo phương pháp trao đổi ion với Ca2+, đặc biệt sau khi đo phổ hồng ngoại thấy xuất hiện các nhóm (OH, NH, C=O và S=O) tích điện âm, cũng như làm cho cấu trúc của vỏ xốp nên có khả năng hấp phụ kim loại tốt hơn. [19] − Năm 2007, Kedar Nath Ghimire và các cộng sự dùng vỏ sò để hấp phụ kim loại nặng.[10] − Theo tạp chí SJWP của Mỹ, cho rằng vỏ nghêu có khả năng hấp phụ được 70% Arsen.[18] − Ngoài ra, nhiều báo cáo cho thấy các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa là tác nhân hoạt hóa nhưng chưa có nhiều khảo sát về những điều kiện ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa. ͳͶ Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sò làm chất hấp phụ ion kim loại nặng − Đối với quá trình hấp phụ thì các yếu tố cần khảo sát là pH (1-5), nồng độ ion kim loại (100mg/l đến 1400mg/l), thời gian (15phút đến 90 phút), tỉ lệ giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ (0.1g/100ml đến 1g/100ml). Tuy nhiên, cũng có báo cáo xét đến việc ảnh hưởng qua lại của các kim loại trong dung dịch khi cho hấp phụ cùng lúc.2 Tình hình nghiên cứu trong nước − Trong nước, năm 2007 nhóm các nhà khoa học : Lê Thanh Hưng; Phạm Thành Quân; Lê Minh Tâm; Nguyễn Xuân Thơm của Trường Đại học bách khoa – ĐHQG Tp.HCM và Viện công nghệ hóa học Tp.HCM đã tiến hành công trình “Nghiên cứu khả năng xử lý Ni2+ và Cd2+ bằng phương pháp hấp phụ và trao đổi ion của xơ dừa và vỏ trấu” trên cơ sở áp dụng phương pháp ester hóa cellulose bằng acid citric.
Kết quả khảo sát cho thấy hai loại phụ phẩm nông nghiệp là xơ dừa và trấu có khả năng hấp phụ và trao đổi ion Ni2+ và Cd2+ với hiệu suất khá cao (50-60% đối với sơ dừa và 40-45% đối với trấu). Việc hoạt hóa xơ dừa và trấu bằng acid citric có tác dụng nâng cao rõ rệt hiệu suất xử lý ion Ni2+ và Cd2+ (80-90% đối với sơ dừa biến tính và 70-75% đối với trấu biến tính). Hiệu suất này không thay đổi nhiều khi thay đổi nồng độ ion kim loại trong dung dịch. [21] − Năm 2009 nhóm của thầy Phạm Thành Quân đã biến tính mùn cưa cây tràm bông vàng bằng acid citric để xử lý nước thải ngành xi mạ.
Kết quả cho thấy khả năng xử lý của vật liệu (không được hoạt hóa) với các ion Ni2+, Cr3+ và Cu2+ cho hiệu suất vào khoảng 9-24%. Tuy nhiên sau khi được hoạt hóa, hiệu suất này được cải thiện đáng kể vào khoảng 39,0-49,2%.[22] − Năm 2006, nhóm nghiên cứu của Lê Đức, Nguyễn Ngọc Linh, Nguyễn Thị Thanh Thúy, dùng zeolite và vỏ cua, tôm để xử lý kim loại nặng.[20] ͳͷ Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sò làm chất hấp phụ ion kim loại nặng − Huỳnh Kỳ Phương Hạ và nhóm cộng sự Khoa Hóa, ĐH Bách Khoa TP. HCM đang tiến hành xử lý hoạt hóa bùn đỏ từ quy trình Bayer của quặng bauxite và mỏ bentonite Bình Thuận và Lâm Đồng để hấp phụ Arsen. − Hệ thống tách kim loại nặng ra khỏi nước bằng đá ong của tác giả Đặng Đức Truyền, ĐH Quốc gia Hà Nội, vừa được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng sáng chế.
− Bùi Quang Cư và cộng sự tại Viện Công nghệ Hóa học, Viện Khoa học tự nhiên và Công nghệ Việt Nam, đã hoàn thành bước đầu trong nghiên cứu ứng dụng quặng pyrolusite để loại bỏ arsen trong nước. − Nguyễn Trung Minh và cộng sự đã sử dụng thành phần có ích của bùn đỏ để tạo ra một loại vật liệu mới có khả năng xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải, thân thiện với môi trường. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỦY HẢI SẢN & SƠ LUỢC VỀ VỎ SÒ 1. Tình hình phát triển thủy hải sản Tổ chức Lương thực thế giới (FAO) dự báo tiêu thụ thuỷ sản tính theo đầu người trên toàn cầu sẽ tăng bình quân 0,8% trong giai đoạn từ nay đến năm 2015.
Năm 2010, trung bình mỗi người sẽ tiêu thụ 18,4 kg thủy sản mỗi năm và 19,1 kg vào năm 2015, so với 16,1 kg năm 1999/2000. Vì vậy, dự báo của FAO, tổng sản lượng thuỷ sản của thế giới trong năm 2010 là 159 triệu tấn và 172 triệu tấn vào năm 2015 với tốc độ tăng trưởng bình quân 1,6%/năm giai đoạn 2010 - 2015, chủ yếu nhờ tăng sản lượng thuỷ sản nuôi. Trong 43 triệu tấn sản lượng dự kiến sẽ tăng từ năm 1999/2000 đến 2015, ước tính 73% sản lượng gia tăng sẽ là thuỷ sản nuôi. Thực trạng ngành thủy sản Việt Nam khởi đầu từ một nền sản xuất phụ thuộc nông nghiệp, chủ yếu là tự cung tự cấp phục vụ nhu cầu trong nước, mãi cho đến những năm 1990 thị trường xuất khẩu thủy sản Việt nam vẫn chỉ quanh quẩn trong khu vực Đông Âu.
Nhưng giờ đây, ngành thủy sản vươn mình đứng dậy và trở thành một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước, tốc độ tăng trưởng ͳ Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sò làm chất hấp phụ ion kim loại nặng cao với tổng sản phẩm hiện chiếm 21% trong nông lâm – ngư nghiệp. Có tỷ trọng trong GDP ngày càng lớn và chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân với hơn 4% GDP. Hàng thủy sản Việt Nam ngày càng chiếm vị trí cao trên thị trường quốc tế và được coi là một trong những nước có tốc độ tăng trưởng thủy sản nhanh nhất. Hiện cả nước có trên 700 nhà máy chế biến thủy sản quy mô công nghiệp.
Mặt hàng thủy sản của Việt Nam cũng đã và đang có mặt ở nhiều quốc gia và nhiều vùng lãnh thổ trên thế giới, với tốc độ tăng trưởng trung bình trong giai đoạn1998-2008 đạt 18%/năm. Trong năm 2010, theo ước tính của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, kim ngạch xuất khẩu thủy sản của Việt Nam sẽ tăng khoảng 7,1% so với năm 2009 và đạt khoảng 4,5 tỷ USD. Tuy nhiên cùng với việc phát triển các sản phẩm cung cấp cho thị trường thì quá trình sản xuất và chế biến cũng làm ảnh hưởng đến môi trường. Ngành chế biến thủy hải sản luôn sản xuất ra một lượng chất thải rắn rất lớn từ vỏ tôm, cua, sò và các phần thải của vi, mang cá…Các chất thải rắn trong quá trình sản xuất tồn tại dưới dạng các vụn thừa, đuôi, xương, vảy, đầu, vi và mang cá, vỏ cua tôm, ghẹ … được tận dụng để chế biến các loại thức ăn gia súc.
Nhưng thực tế vẫn còn sót lại và trôi theo dòng thải, đặc biệt là vỏ nghêu, sò thải ra một lượng rất lớn mà chưa có kế hoạch hay cách xử lý lượng chất thải rắn này hiệu quả và hợp lý. Nếu tận dụng được nguồn nguyên liệu này làm chất hấp phụ thì ngoài việc giải quyết về vấn đề môi trường nó còn là nguồn nguyên liệu ổn định, rẻ tiền và thân thiện với môi trường. Sơ lược về vỏ sò 1.1 Nguồn gốc Vỏ sò được lấy từ các phế phẩm dư thừa trong quá trình chế biến thủy hải sản, ngoài ra chúng còn được tìm thấy ở các bờ biển, hay trong lòng đại dương, các loài thủy sinh trong cả môi trường nước ngọt hoặc nước mặn. Vì vậy, vỏ sò nếu không tái sử dụng thì là nguồn thải rắn rất lớn có thể gây ô nhiễm đến môi trường.
ͳ Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sò làm chất hấp phụ ion kim loại nặng 1.2 Thành phần Nhiều nghiên cứu cho rằng: − Ở trạng thái tự nhiên vỏ sò chứa nhiều vật liệu hữu cơ tương tự xương và răng của động vật như protein, glycoprotein, polysaccharides, lipids…với hàm lượng vi lượng hợp thành bề mặt của vỏ sò. Những thành phần này có tính hòa tan tốt và chiếm 50% thành phần hữu cơ được cấu thành. − Vật liệu hữu cơ hòa tan và can xi đóng vai trò quan trọng trong việc tạo thành lớp bề mặt. Canxi cacbonat là thành phần cơ bản của vỏ sò, được thể hiện ở dạng khóang chất canxi và aragonite.1: Vỏ các loài “hai mảnh vỏ” [10] Bảng 1.1: Thành phần thuộc tính và tỉ lệ % CaCO3 các loại sò [10] Diện tích Tỷ trọng Diện tích bề mặt Độ xốp CaCO3 Vật liệu bề mặt rắn riêng phần % % (m2/g) (g/cm3) (m2/cm3) ͳͺ Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sò làm chất hấp phụ ion kim loại nặng Sò 2.153 ~0 NA Aragonite Canxi 0.
HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI & TÁC HẠI 1. Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải các KCN, KCX Trong năm 2007, Chi cục Bảo vệ Môi trường đã đánh giá mức độ ô nhiễm của 32 cống xả trước khi thải vào nguồn nước và khu vực xung quanh các KCN. Chi cục đã thực hiện lấy mẫu với tần xuất hai tháng một lần từ tháng 01/2007 đến tháng 11/2007, lấy trực tiếp tại các ống xả và tại các kênh rạch là nơi tiếp nhận nước thải từ các KCN và KCX. Năm 2008, các số liệu được tổng hợp từ các báo cáo giám sát chất lượng môi trường của các KCN, KCX trong năm 2008.
Kết quả ͳͻ Nghiên cứu hoạt hóa vỏ sò làm chất hấp phụ ion kim loại nặng phân tích chất lượng nước thải của 13 KCN, KCX tại Tp. HCM trong năm 2007 và 2008 được thể hiện trong bảng 1.3 như sau: Bảng 1.2: Đặc tính nước thải của KCN ở Tp.