Luận văn thạc sĩ investigation of the wastewater treatment capacity after the mineral exploitation by using africutural wastes sugar cane bagasse peanut shells and coconut fibers

Khám phá khả năng xử lý nước thải sau khai thác khoáng sản bằng phụ phẩm nông nghiệp như bã mía, vỏ lạc và xơ dừa trong luận văn thạc sĩ.

• Tác giả: Tran Thi Nhu
• Người hướng dẫn: Assoc. Dam Xuan Van, Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry
• Trường học: Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry
• Chuyên ngành: Environmental Science and Management
• Đề tài: Investigation of the wastewater treatment capacity after the mineral exploitation by using agricultural wastes (sugar-cane bagasse, peanut shells and coconut fibers)
• Loại tài liệu: Bachelor thesis
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thai Nguyen

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENT
• ABSTRACT
• DOCUMENTATION PAGE WITH ABSTRACT
• TABLE OF CONTENTS
• PART I. PART I: Research rationale
• 1.1. Research’s objectives
• 1.2. Research question and hypotheses
• 1.3. Limitations
• 1.4. Overview of heavy metals
• 1.4.1. Definition and sources of heavy metals
• 1.4.2. Characteristics of heavy metals
• 1.5. Overview of Agricultural wastes
• 1.5.1. Sugar-cane bagasse
• 1.5.2. Peanut peels
• 1.5.3. Coconut fibers

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau khai thác khoáng sản bằng phế phẩm nông nghiệp như bã mía, vỏ lạc và xơ dừa đã chỉ ra rằng việc sử dụng các vật liệu này có thể mang lại hiệu quả cao trong việc loại bỏ các kim loại nặng. Nước thải từ khai thác khoáng sản thường chứa nhiều kim loại nặng như Pb và Cu, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Việc tìm kiếm các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp hiệu quả và tiết kiệm chi phí là rất cần thiết. Nghiên cứu này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn tạo ra giá trị từ các phế phẩm nông nghiệp, góp phần vào việc tái sử dụng phế phẩm và bảo vệ môi trường.

II. Tính chất của phế phẩm nông nghiệp

Các loại phế phẩm nông nghiệp như bã mía, vỏ lạc và xơ dừa đều có những đặc tính riêng biệt giúp chúng trở thành các chất hấp phụ hiệu quả cho kim loại nặng. Bã mía chứa nhiều cellulose và hemicellulose, giúp tăng khả năng hấp phụ. Nghiên cứu cho thấy, khi sử dụng 900g bã mía, khả năng hấp phụ Pb đạt tới 71.452%. Tương tự, vỏ lạc và xơ dừa cũng cho thấy khả năng hấp phụ tốt, với hiệu suất hấp phụ từ 30% đến 80% so với nồng độ ban đầu. Việc sử dụng các phế phẩm này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện thông qua việc thu thập mẫu nước thải từ khu vực khai thác khoáng sản và tiến hành các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Các mẫu nước thải được phân tích để xác định nồng độ kim loại nặng trước và sau khi xử lý bằng bã mía, vỏ lạc và xơ dừa. Phương pháp phân tích bao gồm sử dụng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) để xác định nồng độ kim loại nặng. Kết quả cho thấy, việc tăng lượng vật liệu hấp phụ sẽ làm tăng khả năng hấp phụ kim loại nặng, từ đó khẳng định hiệu quả của các phế phẩm nông nghiệp trong việc xử lý nước thải.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy, bã mía có khả năng hấp phụ kim loại nặng tốt nhất, tiếp theo là xơ dừa và vỏ lạc. Việc sử dụng các phế phẩm này không chỉ giúp loại bỏ kim loại nặng mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc áp dụng các phương pháp xử lý nước thải bằng phế phẩm nông nghiệp có thể là một giải pháp bền vững cho vấn đề ô nhiễm nước hiện nay. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc tái sử dụng phế phẩm và giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong ngành khai thác khoáng sản.

V. Kết luận

Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sử dụng phế phẩm nông nghiệp như bã mía, vỏ lạc và xơ dừa là một phương pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí trong việc xử lý nước thải sau khai thác khoáng sản. Các phế phẩm này không chỉ giúp loại bỏ kim loại nặng mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Kết quả nghiên cứu mở ra cơ hội cho việc áp dụng rộng rãi các phương pháp này trong thực tiễn, đồng thời khuyến khích việc tái sử dụng phế phẩm trong các lĩnh vực khác.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ô nhiễm nguồn nước do ion kim loại nặng từ các hoạt động khai thác khoáng sản và sản xuất công nghiệp đang là một vấn đề môi trường nghiêm trọng tại Việt Nam cũng như trên toàn cầu. Các dòng thải sau chế biến khoáng sản (chẳng hạn như khai thác quặng chì, kẽm, than, vàng) thường chứa hàm lượng lớn ion kim loại độc hại như $Pb^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Zn^{2+}$, $Cd^{2+}$. Do kim loại nặng không có khả năng tự phân hủy sinh học, chúng tồn lưu lâu dài trong môi trường nước, xâm nhập vào chuỗi thức ăn và tích tụ sinh học trong cơ thể sinh vật, gây ra các tổn thương nghiêm trọng đối với gan, thận, hệ thần kinh và làm tăng nguy cơ ung thư.

Các phương pháp xử lý truyền thống hiện nay (kết tủa hóa học, trao đổi ion, lọc màng, điện hóa) dù mang lại hiệu quả nhất định nhưng tồn tại nhược điểm lớn là chi phí vận hành cao, quy trình phức tạp và phát sinh lượng bùn thải thứ cấp chứa hóa chất độc hại. Để giải quyết thách thức này, hướng nghiên cứu sử dụng các phế phẩm nông nghiệp dồi dào, giá thành thấp làm vật liệu hấp phụ sinh học (biosorption) đã được đề xuất nhằm xử lý nước thải chứa kim loại nặng một cách thân thiện với môi trường.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Thị Nhu (ngành Khoa học và Quản lý Môi trường, Trung tâm Đào tạo và Phát triển Quốc tế - Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên, thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. Đàm Xuân Văn) tập trung vào đề tài: "Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau khai thác khoáng sản bằng phế phẩm nông nghiệp (bã mía, vỏ đậu phộng và xơ dừa)".

Mục tiêu nghiên cứu

1. Tìm kiếm phương pháp an toàn và vật liệu hấp phụ chi phí thấp từ phế phẩm nông nghiệp (bã mía, vỏ đậu phộng, xơ dừa) để loại bỏ kim loại nặng trong nước thải.
2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ kim loại nặng trong môi trường nước của các phế phẩm nông nghiệp, bao gồm thời gian tiếp xúc, nồng độ kim loại ban đầu và khối lượng chất hấp phụ.
3. Đề xuất định hướng ứng dụng thực tế các vật liệu này trong việc xử lý nước thải sau khai thác khoáng sản.

Câu hỏi nghiên cứu

• Loại phế phẩm nông nghiệp nào (trong số bã mía, vỏ đậu phộng và xơ dừa) có khả năng hấp phụ kim loại nặng trong nước thải tốt nhất?
• Phương pháp khảo sát và đánh giá dung lượng hấp phụ kim loại nặng của các phế phẩm nông nghiệp được tiến hành như thế nào?
• Những loại ion kim loại nặng nào có thể được xử lý hiệu quả bởi các phế phẩm nông nghiệp này?

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Ba loại phụ phẩm nông nghiệp gồm bã mía (sugar-cane bagasse), vỏ đậu phộng (peanut shells) và xơ dừa (coconut fibers); hai ion kim loại nặng đại diện là Đồng ($Cu^{2+}$) và Chì ($Pb^{2+}$).
• Phạm vi không gian: Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm Khoa Môi trường - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đối với mẫu nước pha nhân tạo ($500\text{ mg/l}$ và $1000\text{ mg/l}$) và mẫu nước thải thực tế thu thập tại khu vực khai thác quặng chì - kẽm thuộc Làng Hích, xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên.
• Phạm vi thời gian: Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trong thời gian 4 tháng, từ tháng 3/2016 đến tháng 6/2016.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và cơ chế hấp phụ

Các phế phẩm nông nghiệp như bã mía, vỏ đậu phộng và xơ dừa có thành phần cấu tạo chủ yếu là sợi thực vật bao gồm cellulose, hemicellulose, lignin, pectin và protein:

• Bã mía: Chứa khoảng 50% nước, 48–49% chất xơ (cellulose và hemicellulose), 1–2% đường. Cấu trúc polymer tự nhiên này tạo nên các tâm hấp phụ tiềm năng cho các cation kim loại hóa trị 2.
• Vỏ đậu phộng: Chứa 60–67% chất xơ gồm cellulose và lignin, có độ xốp cao và độ hòa tan thấp. Các nhóm chức phân cực (chẳng hạn như nhóm hydroxyl/alcohol) có khả năng trao đổi ion khi chuyển hóa thành nhóm carboxylate: $$2\text{RCOONa} + \text{Cu}^{2+} \rightarrow (\text{RCOO})_2\text{Cu} + 2\text{Na}^+$$
• Xơ dừa: Chứa hàm lượng lignin cao (36–43%), cellulose, tannin và pectin mang các nhóm carboxyl, hydroxyl và polyphenolic. Cấu trúc xốp bền vững giúp giữ nước tốt và tạo bề mặt trao đổi ion hiệu quả.

Thiết bị và hóa chất nghiên cứu

• Hóa chất: $Pb(NO_3)_2$ và muối đồng ngậm nước tinh khiết dùng để pha các dung dịch chuẩn $Cu^{2+}$ và $Pb^{2+}$ ở hai mức nồng độ $500\text{ mg/l}$ và $1000\text{ mg/l}$ bằng nước cất.
• Thiết bị đo lường:
  • Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (Atomic Absorption Spectrophotometer model AAS M6 – Thermo) để định lượng nồng độ kim loại nặng trước và sau hấp phụ.
  • Cân phân tích điện tử 4 số lẻ Precisa XT 120A (Thụy Sĩ).
  • Dụng cụ thủy tinh chuẩn phòng thí nghiệm: bình định mức, pipet, cốc đong.
• Chuẩn bị vật liệu sinh khối: Bã mía, vỏ đậu phộng và xơ dừa thu mua từ thị trường địa phương, được ngâm nước cất trong 3–4 giờ, rửa sạch tạp chất và sấy khô trong 24 giờ trước khi bố trí vào các thùng thực nghiệm.

Thiết kế bố trí thí nghiệm

Nghiên cứu sử dụng các thùng xốp dung tích 10 lít làm bể phản ứng tĩnh. Tổng cộng có 15 cụm thí nghiệm, mỗi thí nghiệm bố trí theo 3 công thức khối lượng vật liệu và lặp lại 3 lần (tổng số $15 \times 3 \times 3 = 135$ đơn vị thực nghiệm):

• Công thức 1 (F1): 300 g vật liệu hấp phụ / 10 lít nước.
• Công thức 2 (F2): 600 g vật liệu hấp phụ / 10 lít nước.
• Công thức 3 (F3): 900 g vật liệu hấp phụ / 10 lít nước.

Các cụm thí nghiệm được phân bổ như sau:

1. Thí nghiệm 1 đến 6 (Nồng độ pha $500\text{ mg/l}$): TN1 ($Pb^{2+}$ + bã mía), TN2 ($Cu^{2+}$ + bã mía), TN3 ($Pb^{2+}$ + vỏ lạc), TN4 ($Cu^{2+}$ + vỏ lạc), TN5 ($Pb^{2+}$ + xơ dừa), TN6 ($Cu^{2+}$ + xơ dừa).
2. Thí nghiệm 7 đến 12 (Nồng độ pha $1000\text{ mg/l}$): TN7 ($Pb^{2+}$ + bã mía), TN8 ($Cu^{2+}$ + bã mía), TN9 ($Pb^{2+}$ + vỏ lạc), TN10 ($Cu^{2+}$ + vỏ lạc), TN11 ($Pb^{2+}$ + xơ dừa), TN12 ($Cu^{2+}$ + xơ dừa).
3. Thí nghiệm 13 đến 15 (Nước thải mỏ chì Làng Hích): TN13 (Bã mía), TN14 (Vỏ lạc), TN15 (Xơ dừa).

Mẫu nước được lấy để phân tích nồng độ ion tồn dư tại hai thời điểm: Đợt 1 (sau 7 ngày tiếp xúc) và Đợt 2 (sau 14 ngày tiếp xúc).

Phương pháp xử lý dữ liệu

Hiệu suất hấp phụ ($AP - \text{Adsorption Productivity}$) được tính toán theo công thức: $$AP (%) = \frac{C_0 - C_t}{C_0} \times 100%$$ (Trong đó $C_0$ là nồng độ kim loại ban đầu và $C_t$ là nồng độ kim loại còn lại trong nước sau thời gian tiếp xúc $t$). Số liệu được tổng hợp, xử lý thống kê bằng phần mềm Microsoft Excel.

---

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Mở đầu và tính cấp thiết của đề tài (Part I. Research rationale)

Chương này phân tích thực trạng ô nhiễm nguồn nước do công nghiệp hóa và hoạt động khai khoáng tại Việt Nam. Tác giả chỉ ra các hạn chế về chi phí và ô nhiễm thứ cấp của các phương pháp xử lý hóa lý truyền thống, từ đó đặt ra cơ sở khoa học cho việc khai thác nguồn sinh khối phế phẩm nông nghiệp dồi dào trong nước (bã mía, vỏ đậu phộng, xơ dừa) nhằm loại bỏ ion chì và đồng.

Phần II: Tổng quan tài liệu (Part II. Overview of heavy metal & Agricultural wastes)

• Tổng quan về kim loại nặng: Trình bày định nghĩa, phân loại và nguồn phát thải kim loại nặng. Phân tích chi tiết độc tính sinh học của Chì ($Pb$) và Đồng ($Cu$) đối với sức khỏe con người (gây độc thần kinh, ức chế tổng hợp hemoglobin, suy gan, suy thận, bệnh Wilson) và hệ sinh thái thủy sinh.
• Tổng quan về phế phẩm nông nghiệp: Trình bày cấu trúc hóa học giàu cellulose, hemicellulose, lignin và các nhóm hoạt tính bề mặt của bã mía, vỏ đậu phộng, xơ dừa; khả năng biến tính hóa học và cơ chế trao đổi cation.
• Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế: Điểm lại các nghiên cứu ứng dụng thực vật (cỏ Vetiver, cây dương xỉ) và phụ phẩm tự nhiên (chitosan, mùn cưa, bã chè, vỏ trấu, than hoạt tính) trong xử lý kim loại nặng.

Phần III: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu (Part III. Materials and methods)

Mô tả chi tiết địa điểm nghiên cứu (phòng thí nghiệm Khoa Môi trường - ĐH Nông Lâm Thái Nguyên), đối tượng vật liệu, quy trình lấy mẫu nước thải mỏ kẽm - chì Làng Hích, quy trình chuẩn bị hóa chất, thiết kế chi tiết 15 chuỗi thí nghiệm tĩnh (135 thùng xốp 10L), các mốc thời gian lấy mẫu (7 ngày và 14 ngày), nguyên lý máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS M6 – Thermo và phương pháp phân tích thống kê số liệu.

Phần IV: Kết quả nghiên cứu và thảo luận (Part IV. Results)

Trình bày các dữ liệu thực nghiệm về dung lượng và hiệu suất hấp phụ $Pb^{2+}$ và $Cu^{2+}$ của 3 loại vật liệu ở các dải nồng độ $500\text{ mg/l}$, $1000\text{ mg/l}$ và trên mẫu nước thải mỏ Làng Hích theo hai mốc thời gian 7 ngày và 14 ngày:

• Khảo sát biến thiên hiệu suất theo khối lượng vật liệu (300 g, 600 g, 900 g).
• Đánh giá hiện trạng ô nhiễm Chì tại mỏ chì - kẽm Làng Hích ($Pb = 55,654\text{ mg/l}$).
• So sánh hiệu suất xử lý $Pb$ thực tế giữa ba nguồn sinh khối.

Phần V: Thảo luận và kết luận (Part V. Discussion and conclusion)

Tổng hợp và biện luận mối tương quan giữa đặc tính cấu trúc vật liệu (độ xốp, hàm lượng lignin/cellulose) với khả năng hấp phụ ion kim loại. Đánh giá mức độ đáp ứng quy chuẩn xả thải môi trường và đưa ra các kiến nghị nghiên cứu phát triển tiếp theo.

---

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả thực nghiệm trên dung dịch pha phòng thí nghiệm

Hiệu suất hấp phụ kim loại nặng ($AP$) của cả ba loại phế phẩm sinh khối dao động trong khoảng từ 30% đến trên 84%, chịu ảnh hưởng bởi khối lượng vật liệu, thời gian lưu và nồng độ ban đầu:

• Tác động của liều lượng vật liệu: Khi khối lượng vật liệu tăng từ 300 g (F1) lên 900 g (F3), hiệu suất hấp phụ tăng rõ rệt. Với bã mía ở nồng độ $Pb^{2+} = 500\text{ mg/l}$, hiệu suất ở công thức F3 đạt 71,452%, cao gấp 1,66 lần so với F1 (43,160%).
• Tác động của thời gian: Sau 14 ngày (Test 2), hiệu suất hấp phụ có tăng so với sau 7 ngày (Test 1), tuy nhiên mức tăng thêm là không lớn do bề mặt vật liệu dần tiến tới trạng thái bão hòa hấp phụ (ví dụ ở F3 $Cu^{2+}$ của bã mía, hiệu suất tăng từ 68,042% ở Test 1 lên 70,316% ở Test 2, tức chỉ tăng 2,274%).
• Tác động của nồng độ ion ban đầu: Khi tăng nồng độ từ $500\text{ mg/l}$ lên $1000\text{ mg/l}$, hiệu suất phần trăm hấp phụ giảm nhẹ do giới hạn dung lượng trao đổi của khối lượng vật liệu cố định.

Loại vật liệu	Nồng độ ban đầu (mg/l)	Công thức (Khối lượng)	AP Test 1 - 7 ngày (%)	AP Test 2 - 14 ngày (%)
Bã mía (Sugar-cane bagasse)	Pb (500 mg/l)	F1 (300g)	43,160%	46,120%
	Pb (500 mg/l)	F3 (900g)	71,452%	73,120%
	Cu (500 mg/l)	F3 (900g)	68,042%	70,316%
Vỏ đậu phộng (Peanut shells)	Pb (500 mg/l)	F1 (300g)	38,108%	40,230%
	Cu (500 mg/l)	F3 (900g)	61,124%	62,248%
Xơ dừa (Coconut fibers)	Pb / Cu (500 - 1000 mg/l)	F3 (900g)	Đạt tới 84,2%	Đạt tới >84,5%

2. Kết quả xử lý nước thải mỏ chì - kẽm Làng Hích

• Hiện trạng ô nhiễm ban đầu: Nồng độ $Pb^{2+}$ trong nước thải sau khai thác mỏ tại Làng Hích (xã Tân Long, Đồng Hỷ, Thái Nguyên) được xác định bằng máy AAS là 55,654 mg/l, vượt rất nhiều lần giới hạn cho phép theo quy chuẩn môi trường (tiêu chuẩn quy định $Pb \le 0,5\text{ mg/l}$).
• Hiệu quả xử lý nước thải thực tế: Cả 3 loại phế phẩm đều làm giảm đáng kể hàm lượng chì trong nước thải mỏ. Trong cùng điều kiện khối lượng vật liệu 300 g (F1) ở Test 2:
  • Xơ dừa đạt hiệu suất loại bỏ $Pb$ cao nhất: 66,741% (nồng độ Pb còn lại $18,509\text{ mg/l}$).
  • Bã mía đạt hiệu suất: 60,340% (nồng độ Pb còn lại $22,072\text{ mg/l}$).
  • Vỏ đậu phộng đạt hiệu suất: 48,780% (nồng độ Pb còn lại $28,506\text{ mg/l}$).

Hiệu suất xử lý của xơ dừa cao gấp 1,368 lần so với vỏ đậu phộng và cao gấp 1,106 lần so với bã mía.

So sánh hiệu suất hấp phụ tổng thể giữa các vật liệu:
Xơ dừa (Coconut fibers) > Bã mía (Sugar-cane bagasse) > Vỏ đậu phộng (Peanut shells)

3. Đóng góp khoa học và thực tiễn của đề tài

• Chứng minh tính khả thi của việc tận dụng trực tiếp các phụ phẩm nông nghiệp phổ biến tại Việt Nam làm vật liệu xử lý ion kim loại nặng $Pb^{2+}$ và $Cu^{2+}$ mà không cần trải qua các bước biến tính hóa học phức tạp, giúp tiết kiệm chi phí xử lý.
• Cung cấp dữ liệu thực nghiệm định lượng về nồng độ ô nhiễm ion chì tại vùng mỏ Làng Hích và năng lực hấp phụ tương đối giữa ba loại sinh khối bã mía, vỏ lạc và xơ dừa.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Do thời gian thực hiện khóa luận ngắn (4 tháng), nghiên cứu chưa đánh giá sâu ảnh hưởng của các thông số hóa lý quan trọng khác như độ pH môi trường, nhiệt độ, tốc độ khuấy trộn và kích thước hạt vật liệu đến động học hấp phụ. Nồng độ ion chì sau một chu kỳ xử lý đơn lẻ dù giảm mạnh nhưng vẫn còn cao hơn ngưỡng quy chuẩn cho phép (ISO 40:2011/MONRE với $Pb \le 0,5\text{ mg/l}$, $Cu \le 2\text{ mg/l}$).
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Thực hiện các chu kỳ hấp phụ lặp lại nhiều lần (multi-stage batch adsorption) hoặc thiết kế cột lọc liên tục để đưa nồng độ kim loại nặng về dưới ngưỡng cho phép theo quy chuẩn quốc gia.
  • Khảo sát mở rộng khả năng hấp phụ trên các ion kim loại khác thường xuất hiện trong nước thải mỏ như Kẽm ($Zn^{2+}$), Cadimi ($Cd^{2+}$), Niken ($Ni^{2+}$).
  • Nghiên cứu cơ chế giải hấp và khả năng tái sinh, tái sử dụng vật liệu hấp phụ sau quá trình xử lý.

---

Giá trị tham khảo

• Đối tượng tham khảo: Sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên và Môi trường, Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Sinh học Môi trường.
• Nội dung có giá trị tham khảo cao:
  • Quy trình xử lý sơ bộ các phế phẩm nông nghiệp thô (bã mía, xơ dừa, vỏ đậu phộng) phục vụ nghiên cứu hấp phụ.
  • Mô hình bố trí thí nghiệm tĩnh dạng mẻ (batch system) với số lượng mẫu lớn (135 đơn vị thực nghiệm) để so sánh song song nhiều công thức khối lượng và nồng độ.
  • Phương pháp chuẩn bị dung dịch mẫu kim loại chuẩn và quy trình phân tích trắc quang hấp thụ nguyên tử AAS.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Trong ba loại phế phẩm nông nghiệp được nghiên cứu, loại nào cho hiệu quả hấp phụ kim loại nặng cao nhất và vì sao?

Xơ dừa (coconut fibers) cho hiệu suất hấp phụ cao nhất (đạt trên 84% ở mẫu pha phòng thí nghiệm và 66,741% ở mẫu nước thải mỏ thực tế), tiếp theo là bã mía và thấp nhất là vỏ đậu phộng. Nguyên nhân là do xơ dừa có cấu trúc xốp cao, chứa hàm lượng lignin lớn (36–43%) cùng nhiều nhóm chức polyphenolic, carboxyl và hydroxyl giúp tăng cường khả năng giữ ion và trao đổi cation bề mặt.

2. Nồng độ chì ban đầu trong nước thải mỏ chì - kẽm Làng Hích là bao nhiêu và vượt quy chuẩn như thế nào?

Nồng độ $Pb^{2+}$ ban đầu đo được tại vùng khai thác Làng Hích (xã Tân Long, Đồng Hỷ, Thái Nguyên) là 55,654 mg/l. Nồng độ này vượt ngưỡng cho phép theo quy chuẩn môi trường rất nhiều lần (quy chuẩn giới hạn nồng độ chì trong nước thải xả thải là $0,5\text{ mg/l}$).

3. Tăng thời gian tiếp xúc từ 7 ngày lên 14 ngày có làm tăng mạnh hiệu suất hấp phụ không?

Hiệu suất hấp phụ sau 14 ngày (Test 2) có tăng so với sau 7 ngày (Test 1), tuy nhiên mức tăng không đáng kể (ví dụ ở công thức F3 Cu của bã mía chỉ tăng thêm 2,274%). Điều này được tác giả giải thích là do các tâm hoạt tính trên bề mặt vật liệu hấp phụ đã dần tiến tới trạng thái bão hòa sau giai đoạn tiếp xúc ban đầu.

4. Công thức khối lượng vật liệu nào cho kết quả xử lý tốt nhất trong các thí nghiệm?

Công thức F3 với khối lượng vật liệu lớn nhất là 900 g / 10 lít nước cho hiệu suất hấp phụ cao nhất ở tất cả các thử nghiệm (đối với bã mía, F3 Pb 500 mg/l đạt 71,452%, tăng gấp 1,66 lần so với công thức F1 dùng 300 g).

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Thị Nhu đã chứng minh khả năng ứng dụng thực tiễn của ba loại phế phẩm nông nghiệp (xơ dừa, bã mía và vỏ đậu phộng) trong việc hấp phụ loại bỏ ion kim loại nặng $Pb^{2+}$ và $Cu^{2+}$ từ dung dịch nước và nước thải mỏ chì - kẽm Làng Hích (Thái Nguyên). Kết quả thực nghiệm khẳng định xơ dừa có dung lượng hấp phụ vượt trội nhất, theo sau là bã mía và vỏ đậu phộng, với hiệu suất xử lý đạt từ 30% đến hơn 80% tùy thuộc vào liều lượng sinh khối. Nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho các giải pháp xử lý nước thải mỏ chi phí thấp, thân thiện với môi trường và định hướng cho các nghiên cứu tối ưu hóa quy trình lọc sinh học nhiều cấp trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

THAI NGUYEN UNIVERSITY UNIVERSITY OF AGRCULTURE AND FORESTRY TRAN THI NHU INVESTIGATION OF THE WASTEWATER TREATMENT CAPACITY AFTER THE MINERAL EXPLOITATION BY USING AGRICULTURAL WASTES (SUGAR-CANE BAGASSE, PEANUT SHELLS AND COCONUT FIBERS) BACHELOR THESIS Study Mode: Full-time Major: Environmental Science and Management Faculty: International Training and Development Center Batch: 2012-2016 Thai Nguyen, 15/09/2016 i n DOCUMENTATION PAGE WITH ABSTRACT Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry Degree Program Bachelor of Environment Science and Management Student name Tran Thi Nhu Student ID DTN1253080006 Thesis Title Investigation of the wastewater treatment capacity after the mineral exploitation by using agricultural wastes (sugar- cane bagasse, peanut shells and coconut fibers) Supervisor (s) Assoc. Dam Xuan Van, Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry ABSTRACT This research used agricultural wastes (sugar-cane bagasse, peanut shells and coconut fibers) as a low cost materials in order to remove the heavy metal in the wastewater after the mineral exploitation and in laboratory water which was mixed with a fix concentration of heavy metals (500 mg/l and 1000 mg/l). The results showed that sugar-cane bagasse, peanut shells and coconut fibers have a very well heavy metals adsorption capacity. When the amount of adsorption materials increases, the adsorption capacity of Cu, Pb also increases immediatetly.

For example, with sugar- cane bagasse, the ability to absorb heavy metals is highest when sugar-cane bagasse entered is 900g, sugar-cane bagasse can absorb about 71.452% (Treatment 3 Pb F3Pb with the amount of sugar-cane bagasse is 900g), it increases about 1.66 times compared with the amount of Pb that it absorbed in treatment 1 Pb ( F1Pb with the amount of sugar-cane bagasse is 300g). Similarly, the highest amount of peanut sheels ii n and coconut fibers to absorb the heavy metals is 900g and declining due to reducing the amount of peanut shells and coconut fibers. The heavy metals adsorption productivity achieved 30%-80% by comparing with the initial concentration. It is concluded that agricutural wastes can remove heavy metals (Pb, Cu)in the wastewater, coconut fibers showed the best heavy metals absorption capacity followed by sugar-cane bagasse and peanut shells.

Sugar-cane bagasse 2. Heavy metals Numbers of Pages 44 Date of Submission September , 2016 Supervisor’s signature iii n ACKNOWLEDGEMENT From bottom of my heart, I would like to express my deepest appreciation to all those who provided me the opportunity to complete this research. First and foremost, I would like to express my deepest gratitude and special thanks to School Leadership and teachers at International Training and Development Center - Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry those imparted for me the knowledge as well as facilitating learning and help me during the learning process in schools. In particularly, Iwould like to express my sincere gratitude and deep regards tomy supervisorAssoc.Dam Xuan Vanin Faculty of Management Resources - who took time out to hear, guide, support and encourage me on the correct path and allowing me to carry out my study to have successful results.

Especially, hispriceless advices are not a small contributein orienting my careers and future. Besides my supervisors, I would like to thank Dr. Tran Thi Pha in Faculty of Environment, who gave the permission to use all required equipment and the necessary materials to conduct my reseach in Laboratory of Environment Resources. Especially, I would like to thanks for her advice, encouragement and guidance during my thesis.

Moreover, Ialso want toexpress my thanks to the Faculty of Environmentfor helping and providing me a good laboratory with modern equipment and good infrastructure that plays an important part in the success of my thesis. I would also like to thanks to Do Minh Hong, Do Manh Dung, Nguyen Thi Van, Nguyen Vu Tuan Anh – my classmates, who provided their ongoing support, questions and suggestions. iv n Last but not least, I would like to express my love and gratitude to my beloved parents for their support and endles love. I would like to sincerely thank! Thai Nguyen, September , 2016 Sincerely, Tran Thi Nhu v n TABLE OF CONTENTS List of figures.

viii List of tables .ix List of appreviations .Research question and hypotheses. Overview of heavy metal. Definition and sources of heavy metals. Characteristics of heavy metals.

Overview of Agricultural wastes. Sugar-cane bagasse. The characteristics of heavy metal that related to the study. Characteristics of Copper (Cu).

Characteristics of Lead (Pb). Researches on heavy metals adsorption capacity. Research situation in Vietnam. Research situation in the world .14 vi n PART III.

MATERIALS AND METHODS. Research location and study period. Collecting secondary data. Collecting water samples, agricultural wastes samples.

Analytical method in laboratory .Assessing the heavy metal adsorption capacity of agricultural wastes in water which is mixed with a certain concentration of heavy metals (500 mg/l and 1000 mg/l). Assessing the ability to absorb heavy metals (HM) in the wastewater of sugar- cane bagasse. Assessing the ability to absorb heavy metals (HM) in the wastewater of peanut shells………………………………………………………………………………. Assessing the ability to absorb heavy metals (HM) in the wastewater of coconut fibers 31 4.Assessing the Heavy metal adsorption capacity in wastewater by using agricultural waste in the mining area of Lead, Zinc in Hich Village, Tan Long commune, Thai Nguyen province.Assessing the heavymetal concentration contained in wastewater in the mining area of Lead and Zinc in Hich Village in Tan Long commune, Dong Hy district, Thai Nguyen Province .Assessing the ability to absorb heavy metals (HM) in the wastewater of agricultural wastes.

DISCUSSION AND CONCLUSION .40 viii n LIST OF FIGURES Figure 3. Sugar-cane bagasse. Atomic Adsorption Spectroscopy machine. Electronic weight scale 4 number Presica XT 120A.

The ability to absorb Heavy Metal of sugar-cane bagasse with the concentration of Saline solution entered in water is 500 mg/l. The ability to absorb Heavy Metal ofsugar-cane bagasse with the concentration of Saline solution entered in water is 1000 mg/l. The ability to absorb Heavy Metal of peanut peels with the concentration of Saline solution entered in water is 500 mg/l. The ability to absorb Heavy Metal of peanut peels with the concentration of Saline solution entered in water is 1000 mg/l.

The ability to absorb Heavy Metal of coconut fibers with the concentration of Saline solution entered in water is 500 mg/l. The ability to absorb Heavy Metal of coconut fibers with the concentration of Saline solution entered in water is 1000 mg/l. The ability to absorb HM of sugar-cane bagasse with different contents. The ability to absorb HM of peanut shells with different contents.

The ability to absorb HM of coconut fibers with different contents .36 ix n LIST OF TABLES Table 3.1: The time for taking the water samples .1: The ability for adsorbing the HM of sugar-cane bagasse .2: The ability for adsorbing the HM of peanut shells .3: The ability for adsorbing the HM of Coconut fibers. The concentration (mg/l) of heavy metal in wastewater after the mineral exploitation in the mining area of Lead, Zinc in Hich Village. The ability to absorb HM Pb in wastewater after the mineral exploitation of sugar-cane bagasse, peanut shells and coconut fibers.34 x n LIST OF ABBREVIATIONS ABBREVIATIONS MEANING AAS Atomic adsorption spectroscopy AP Adsorption Productivity HM Heavy metal MONRE Ministry of Natural Resources and Environment ISO International Organization for Standard WHO World Health Organization xi n PART I. Research rationale Nowadays, Environmental pollution is one of the biggest problems that the world arefacing.

It has brought an enormous affect to human’s life and other organisms. Within the general context of world pollution, water environment in Vietnam is also severely degraded; especially water environment is becoming increasingly serious. Most of the earth’s surface is covered by water; most of human’sbody arecomposed of water. These are two facts illustrating the critical linkages between water, health and ecosystems.

It can be seen that, water is the most essential compound on the earth for human activities. Providing clean water is the prime requirement of the human being for their better health. Since the fast growing sector of industries, expansion of population, and urbanization have a large contributed to the severe contamination of water. Chemicals and fertilizers use in domestic and agricultural activities leads to the lifetime threatening diseases.

Intense use of heavy metals in industries for dyeing, paint, etc is becoming one of the most serious environmental problems globally. Its presence in low concentration of heavy metals in various water resources could be harmful to human health and all the organisms in the aquatic environment. The treatment of heavy metals is very important due to their persistence in the environment. Therefore, the study and finding the methods to treat the heavy metal in water environment and contributing to environmental improvement is urgently needed.

Besides the raising awareness of human, tightening environmental management, finding methods to remove heavy metal ions, organic compounds toxic 1 n in the aquatic environment have a significant enormous. On the world, there were many methods that are used to separate type of heavy metal ions out of the environment such as chemical and physical methods (absorbance method, ion exchange method, etc), biological methods, chemical methods etc, however, the treatment efficiency is not high and the cost is very expensive. Therefore, the issues raised arefinding out the methods which can adsorb the heavy metal in water that is effective, and easy to implement, low cost and friendly with environment. The effective removal of heavy metals from aqueous wastes is among the most important issues for many industrialized countries.

Rapid industrialization and poor effluent treatment processes in many industries have led to a substantial lowering of water quality that is fed to water bodies. Presence of heavy metals is one of the many factors that lower water quality. These heavy metals cause harmful effects on health, increase environmental toxicity and affect to the aesthetic quality of water. The levels of heavy metals in water system have substantially increased over time with rapid development of industrial activities (J.

Nouri et al. In recent years the adsorption process has been recognized as an effective and economic method for the removal of heavy metals from wastewaters as it offers flexibility in design and operation so as to produce high quality treated effluents of desired standards for disposal. The application of agricultural products and by-products has been widely investigated as an alternative for costly methods of removing heavy metals from water and wastewater. This paper reviews the current methods to explore low cost adsorbents and their utilization techniques for various agro and horticultural waste by- products like sugar-cane bagasse, peanut shells and coconut fibers.

The advantage of 2 n this method is going from inexpensive raw materials, availability, simple process, the cost of handling is low, simultaneous separation many type of metal in the solution, and recovery of metals and no added the toxic agents to environment. Specifically, sugar-cane bagasse, coconut fibers, peanut shells are popular materials in Vietnam with annual output of very large. Stemming from the above reality and expectations of myself, under the advisor of Assoc.Dam Xuan Van, I conducted my thesis: “Investigation of the wastewater treatment capacity after the mineral exploitation by using the agricultural wastes (sugar-cane bagasse, peanut shells and coconut fibers)”. Research’s objectives The primary objective of this study is removing the heavy metal in wastewater by using the agricultural by-products.

In order to meet the main objective of the study, the following specific objectives are adopted: (a) Finding a safe method and low cost adsorbents for various agro and horticultural waste by-products which could adsorb heavy metal in wastewater. (b) Investigation of the factor affecting to the absorption of heavy metal in water of agricultural products and by-products such as: time, metal concentration. (c) Giving the application for the use of wastewater after conducting experiments.