Nghiên Cứu Xử Lý Màu Nhuộm Trong Nước Thải Bằng Vật Liệu Than Biến Tính Từ Vỏ Hạt Macca

Nghiên cứu xử lý màu nhuộm trong nước thải công nghiệp bằng vật liệu than biến tính từ vỏ trái macca, mang lại giải pháp hiệu quả và bền vững.

• Tác giả: Trương Minh Hùng
• Người hướng dẫn: TS. Đào Minh Trung
• Trường học: Trường Đại Học Thủ Dầu Một
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Màu Nhuộm Trong Nước Thải Bằng Than Biến Tính Từ Vỏ Hạt Macca
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Bình Dương

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu xử lý màu nhuộm trong nước thải

Nghiên cứu xử lý màu nhuộm trong nước thải đang trở thành một vấn đề cấp bách trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Các ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành dệt nhuộm, thải ra một lượng lớn nước thải chứa các chất nhuộm độc hại. Việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả và thân thiện với môi trường là rất cần thiết. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng than biến tính từ vỏ hạt Macca như một giải pháp tiềm năng.

1.1. Tình hình ô nhiễm nước thải và màu nhuộm

Ô nhiễm nước thải từ ngành dệt nhuộm gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Các chất nhuộm như Methylene Blue và Methylene Orange thường có độ độc cao, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và nguồn nước.

1.2. Các phương pháp xử lý nước thải hiện tại

Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải như hấp phụ, keo tụ, và oxy hóa. Tuy nhiên, nhiều phương pháp này vẫn gặp khó khăn trong việc xử lý hiệu quả các chất nhuộm độc hại.

II. Thách thức trong xử lý màu nhuộm trong nước thải

Xử lý màu nhuộm trong nước thải gặp nhiều thách thức, bao gồm tính hiệu quả của các phương pháp hiện tại và chi phí xử lý cao. Nhiều phương pháp truyền thống không đạt hiệu suất cao trong việc loại bỏ màu nhuộm, dẫn đến việc cần thiết phải tìm kiếm các giải pháp mới.

2.1. Khó khăn trong việc loại bỏ màu nhuộm

Nhiều loại màu nhuộm có cấu trúc phức tạp, khó phân hủy sinh học, và cần các phương pháp xử lý đặc biệt để đạt hiệu quả cao.

2.2. Chi phí xử lý cao và hiệu quả thấp

Các công nghệ xử lý hiện tại thường yêu cầu đầu tư lớn và chi phí vận hành cao, làm giảm tính khả thi trong việc áp dụng rộng rãi.

III. Phương pháp nghiên cứu xử lý màu nhuộm bằng than biến tính

Nghiên cứu này áp dụng phương pháp sử dụng than biến tính từ vỏ hạt Macca để xử lý màu nhuộm trong nước thải. Than biến tính được điều chế bằng cách sử dụng hóa chất H2O2, giúp tăng cường khả năng hấp phụ của vật liệu.

3.1. Quy trình điều chế than biến tính

Quy trình điều chế than biến tính từ vỏ hạt Macca bao gồm các bước như carbon hóa, hoạt hóa và biến tính bằng H2O2. Các yếu tố như nhiệt độ, thời gian và nồng độ hóa chất được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao nhất.

3.2. Khả năng hấp phụ của than biến tính

Than biến tính cho thấy khả năng hấp phụ màu Methylene Blue đạt 99% trong điều kiện tối ưu, cho thấy tiềm năng lớn trong việc xử lý nước thải màu.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy than biến tính từ vỏ hạt Macca có khả năng xử lý màu nhuộm hiệu quả. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng vật liệu này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường.

4.1. Hiệu suất xử lý màu Methylene Blue

Kết quả cho thấy than biến tính đạt hiệu suất xử lý màu Methylene Blue lên đến 99% tại pH 5 và thời gian xử lý 120 phút.

4.2. Ứng dụng trong xử lý nước thải thực tế

Than biến tính có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai

Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc xử lý nước thải màu bằng vật liệu thân thiện với môi trường. Việc sử dụng than biến tính từ vỏ hạt Macca không chỉ hiệu quả mà còn góp phần giảm thiểu chất thải nông nghiệp.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng xử lý màu nhuộm của than biến tính là rất khả quan, mở ra cơ hội cho các nghiên cứu tiếp theo.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng của than biến tính trong các lĩnh vực khác nhau của xử lý nước thải.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở nước ngoài và trong nước. Tình hình nghiên cứu nước ngoài. Ở các nước trên thế giới đã quan tâm nhiều xử lý môi trường ô nhiễm, nhất là xử lý nước thải có màu nhuộm công nghiệp từ lâu, bằng ứng dụng kết hợp nhiều phương pháp khoa học và biện pháp tiên tiến khác nhau để xử lý nước xả thải. Theo nghiên cứu của Jiangning Wu (1998) ứng dụng phương pháp phản ứng bậc cao Ozon kết hợp sinh học, và theo nghiên cứu của S.

Karcher et al. (2002) đã loại bỏ thuốc nhuộm hoạt tính từ nước thải dệt nhuộm được hấp thụ vào loại nhựa dễ tái sinh trong các bộ lọc cố định. Đã hoạt động tốt trong nước thải ban đầu. Al-Kdasi et al.

(2004) nghiên cứu xử lý màu thuốc nhuộm trong nước thải bằng quá trình oxy hóa nâng cao khác nhau như: ozon hóa, hydro peroxide, bức xạ UV hoặc sự kết hợp của chúng. Theo khảo sát của Nobuyuki (2008) đã sử dụng phương pháp Ôzôn hóa đều xử lý tốt màu thuốc nhuộm trong nước thải. Naimabadi et al. (2009) áp dụng xử lý sinh học cho thuốc nhuộm, từ hiếu khí đến yếm khí đạt khoáng hóa hoàn toàn thuốc nhuộm azo, có hiệu quả và thân thiện với môi trường.

Đã loại bỏ màu trung bình là 89,5%, loại bỏ nhu cầu oxy hóa học là 69% đạt cân bằng trong 7 giờ ở bể phản ứng bùn hoạt tính cố định hiếu khí. Với khảo sát của A. Verma et al. (2012) sử dụng chất đông tụ được thủy phân như Polyaluminium clorua (PACl), Polyaluminium ferric clorua (PAFCl), Polyferpy sulphate (PFS) và Polyferric clorua (PFCl) cho việc khử màu nước thải dệt may.

Theo nghiên cứu của Y Zheng et al. (2013) nghiên cứu dùng hệ thống màng lọc nano dưới nước cho thấy tỷ lệ loại bỏ màu là 99,3% và giảm COD là 91,5%. Hơn nữa, làm sạch nước cao hơn 93%. Với kết quả báo cáo của V.

Buscio et al. Bên cạnh đó, theo báo cáo của P. Ha (2014) sử dụng 4 phương pháp hệ thống điện hóa loại gần như hoàn toàn màu nhuộm với hiệu suất đạt trên 99 % tại pH=11, nồng độ màu 50 mg/L và nồng độ muối Na2SO4 1200 mg/L trong khoảng thời gian 5 phút. Và theo nghiên cứu của A.

Verma et al. (2012) khuyến cáo đã nhấn mạnh và khuyến khích nên sử dụng các chất keo tụ tự nhiên, là sự thay thế khả thi, để xử lý nước thải dệt may vì tính chất thân thiện với môi trường của chúng. Đối với hấp phụ thuốc nhuộm Methylene Blue (BM) có các chất hấp phụ chi phí thấp khác nhau chẳng hạn như rơm ngô (Ge et al., 2016), bã mía (Said et al. 2018), và dăm gỗ (Jano s et al., 2009) … đã được sử dụng.

Tuy nhiên, có những nghiên cứu về việc sử dụng chất thải từ dừa để hấp phụ Methylene Blue (MB) (Kavitha và Namasivayam, 2007; Hameed et al., 2008 và Tan et al. Các nghiên cứu này cho thấy vỏ dừa, một loại nông sản rẻ tiền và dễ kiếm có sẵn, và than hoạt tính của nó có thể được sử dụng để loại bỏ Methylene Blue (MB) khỏi dung dịch thuốc nhuộm rất tốt,. Theo nghiên cứu thực nghiệm của V. Kumar (2005) các thí nghiệm hàng loạt đã được thực hiện để hấp thụ màu Methylene Blue (MB) lên các hạt trấu.

Khả năng hấp phụ đơn lớp của vỏ trấu đối với sự hấp phụ nầy được tìm thấy là 40,5833 mg/g ở nhiệt độ phòng 32oC. Và theo báo cáo của D. Namasivayam (2007) đã nghiên cứu than sơ dừa hoạt tính với thay đổi các thông số, thấy khả năng hấp phụ Methylene Blue (MB) là 5,87 mg/g với kích thước hạt 250-500 microm. Còn ở pH=6,9 cho liều hấp phụ 100 mg/50 mL với thời gian cân bằng 30 phút và 60 phút ở nồng độ thuốc nhuộm tương ứng 10 mg/L và 20 mg/L loại bỏ tối đa 97%.

Và ở pH như trên cho liều hấp phụ 600 mg/50 mL ở thời gian cân bằng là 100 phút thì loại bỏ đến 100% nồng độ thuốc nhuộm 10 mg/L. Và theo báo cáo của B. Khả năng hấp phụ đơn lớp tối đa được tìm thấy lần lượt là 5 82,64, 123,45 và 142,86 mg/g với nồng độ ban đầu 25-200 mg/L, ở pH.4-12 và nhiệt độ 303, 313 và 323 K. Còn theo kết quả nghiên cứu của M.

Uddin et al. (2009) chất thải bả trà hấp phụ loại bỏ Methylene Blue (MB) khỏi dung dịch nước. Cân bằng hấp phụ đạt được 85,16 mg/g trong 5 giờ với nồng độ 20-50 mg/L, cao hơn nhiều lần so với khả năng hấp phụ của một số chất hấp phụ tiềm năng khác được nghiên cứu gần đây. Thêm nữa, theo báo cáo của M.

Baysal et al. Khả năng hấp phụ tối đa của N-SPAC được tính là 965 mg/g trong khi đó là 580 mg/g đối với K-SPAC. Và nghiên cứu P. Với gum được chiết xuất từ hạt của Cassia (CF).

Kết quả tối ưu cho thấy gum thô không đạt được mức độ khử màu cao khi so sánh với chất keo tụ Polyaluminium clorua (PACl) với cùng điều kiện. Nhưng chất keo tụ màu xanh lá cây Cassia (CF) như là một yếu tố góp phần loại bỏ màu trong nước thải dệt may mà thân thiện môi trường. Trong nước ta cũng có các công trình nghiên ứng dụng nguyên liệu thân thiện môi trường vào trong xử lý ô nhiễm, xử lý nước thải màu dệt nhuộm công nghiệp. Tình hình nghiên cứu trong nước.

Ở Việt Nam, để xử lý màu nhuộm trong nước xả thải đã có một số nghiên cứu ứng dụng như: Phương pháp truyền thống xử lý sinh học (Nguyễn Thị Hà, 2006 và Đồng Thị Mai Anh, 2011), áp dụng phương pháp oxy hóa hóa học (Nguyễn Thị Hường, 2009; Đào Sỹ Đức, 2012 và Ngô Hồng Ánh Thu, 2015), hay phương pháp lọc (Trịnh Văn Tuyên, 2012), cột trao đổi chất hấp phụ (Hoàng Trung Thành, 2003). Cũng như các phương pháp hiện đại như: phương pháp Fenton dị thể sử 6 dụng tro bay biến tính (Đào Sỹ Đức và cs., 2013), phản ứng quang hóa với chất xúc tác TiO2 (Nguyễn Thị Tuyết Nam, 2013), sử dụng phương pháp Keo tụ kết hợp oxy hóa (Trần Ngọc Phú, 2004 và Bùi Thị Vụ, 2010), hoặc xử lý bằng vật liệu nano pha tạp (Nguyễn Thị Thu Trang, 2016) và một số phương pháp khác. Tuy nhiên, các kỹ thuật trên phức tạp vận hành khó với chi phí xử lý khá lớn nên giá thành cao dù phương pháp trên đạt hiệu quả tốt. Cần có quy trình đơn giản dễ thực hiện và vận hành với kinh phí đầu tư ít tốn kém đạt hiệu suất xử lý cao.

Ngày nay, xu thế sử dụng nguyên vật liệu thân thiện môi trường từ phế phẩm sinh học nông nghiệp thải bỏ để xử lý màu trong nước thải dệt nhuộm được đặc biệt quan tâm. Đã đạt kết quả khả quan với độ hấp phụ lớn và hiệu suất hấp phụ cao với công nghệ đơn giản dễ thực hiện dễ vận hành hơn. Các nguyên liệu sinh khối nông nghiệp khác nhau được điều chế thành vật liệu hấp phụ chất thải có chi phí thấp chẳng hạn như: vỏ cây, bông và vỏ đậu phộng đã được nghiên cứu ứng dụng hấp phụ thuốc nhuộm Methylene Blue (MB) (Đinh và cs. Theo nghiên cứu của Ngô Thị Lan Anh (2011), trên vật liệu bả mía hấp thụ màu nhuộm Methylene Orange (MO) với thời gian đạt cân bằng 90 phút và dung lượng hấp phụ là 11,6 mgMO/g, và báo cáo của Nguyễn Văn Thanh (2012) nghiên cứu vật liệu xơ dừa biến tính hấp phụ Methylene Orange (MO) có thời gian đạt cân bằng là 120 phút, với dung lượng hấp phụ 14,71 mgMO/g, và với dung dịch Methylene Blue (MB) trong thời gian 180 phút đạt dung lượng hấp phụ cực đại 41,67 mg MB/g.

Với nghiên cứu của Dương Thị Bích Ngọc và cs. (2013) khi nghiên cứu khả năng hấp phụ thuốc nhuộm Methylene Blue (MB) của vật liệu chế tạo từ lõi ngô và vỏ ngô, ghi nhận sau 20 phút hiệu suất hấp phụ của lõi ngô ở pH.3-11 và vỏ ngô ở pH. Năm 2013, Đào Sỹ Đức cùng với cộng sự nghiên cứu biến tính tro bay làm 7 xúc tác cho quá trình Fenton dị thể, mục tiêu phân hủy phẩm màu RB. Với hàm lượng xúc tác 0,4 g/L và pH=3 cùng hàm lượng hydro peoxit 3,92 mM, thời gian xử lí 90 phút đạt kết quả hiệu suất phân hủy 92,21 % trong các nguồn thải dệt nhuộm.

Theo báo cáo của Phạm Thị Ngọc Huyền và cs. (2015) nghiên cứu gum muồng Hoàng Yến cũng có khả năng làm giảm màu nhuộm hoạt tính triazine, đạt hiệu suất khử màu là hơn 55%, khử COD là 39,9%, trong điều kiện pH của môi trường kiềm. Đây là một chất keo tụ xanh ứng dụng để xử lý nước thải của môi trường. Phan Phước Toàn và cs.

Theo Nguyễn Vân Hương (2017), nghiên cứu sử dụng than hoạt tính Trà Bắc hấp phụ một số phẩm màu trong nước thải dệt nhuộm đạt kết quả: với màu nhuộm Methylene Red (MR) đạt dung lượng hấp phụ cao nhất là 9,80 mg/g ở pH=4; với dung dịch thuốc màu Methylene Orange (MO) ghi nhận dung lượng hấp phụ đạt cao đến 9,34 mg/g ở pH=4; với dung dịch nhuộm Alizarin vàng G hấp phụ đạt cao 7,25 mg/g ở pH=7 với thời gian cân bằng đều là 60 phút. Báo cáo của Đào Minh Trung (2018; 2019a; 2019b; 6/2020). Kết quả nghiên cứu về khả năng hấp phụ màu Methylene Blue (MB ) bằng than hoạt tính được điều chế từ vỏ trái Macca với tác nhân hoạt hóa KOH, hoặc bằng hóa chất H2O2, hoặc hoạt tính với tác nhân H3PO4 và biến tính bằng H2O2 , hoặc hoạt tính bởi K2CO3 và biến tính bằng HNO3 cho thấy tương ứng với hiệu suất xử lý tốt nhất lần lượt đạt 83,41%, 93,26%, 99,07%, 79,36 %. Việt Nam đã nghiên cứu nguyên liệu phế phẩm sinh học nông nghiệp ứng dụng sản xuất than hoạt tính thành công dùng trong xử lý nước xả thải màu nhuộm, với kỹ thuật điều chế than đơn giản dễ thực hiện, giá đầu tư thấp từ nguồn nguyên liệu sẳn có rẻ tiền đạt xử lý tốt với độ hấp phụ lớn, hiệu suất hấp phụ cao như mong 8 đợi.

Tóm lại: Xử lý chất thải màu dệt nhuộm bằng các phương pháp vật lý, hóa lý, hóa học, sinh học hoặc kết hợp nhau đều có kỹ thuật cao, giá vốn đầu tư lớn cho xây dựng, máy móc, vật liệu, hóa chất… chi phí xử lý cao và thao tác vận hành với kỹ thuật phức tạp. Xử lý màu nhuộm bằng vật liệu thân thiện môi trường, là phế phẩm sinh học nông lâm nghiệp thải bỏ ra rất nhiều và đa dạng, là xu thế hiện nay. Vừa giải quyết được lượng lớn chất thải rắn và thu mua giá thấp.