Hiện nay, bùn thải từ quá trình xử lý nước cấp (DWTS) thường được xả bỏ ra môi trường, chôn lấp hoặc san lấp. Loại chất thải này không chứa các tạp chất độc hại cho sức khỏe như lại ảnh hưởng đến mỹ quan (gây đục nguồn nước, bụi không khí) và gây một số bệnh về da và đường hô hấp. DWTS chứa nhiều oxit của sắt, nhôm, Silic, Calci, đây là các thành phần có khả năng hấp phụ rất mạnh. Nghiên cứu này bước đầu khảo sát đặc tính DWTS, chế tạo vật liệu hấp phụ bằng phương pháp biến tính nhiệt ở 4000C, 5000C, 6000C, 700 0C, và đánh giá khả năng hấp phụ kẽm trong nước thải xi mạ. 2 loại bùn từ nhà máy xử lý nước mặt (SWTS) và nhà máy xử lý nước ngầm (GWTS) cũng được khảo sát đồng thời. Kết quả cho thấy SWTS nung ở nhiệt độ 5000C có khả năng hấp phụ hoàn toàn ion Zn2+ và quá trình hấp phụ tuân theo mô hình hấp phụ Freundlich.
GIỚI THIỆU
Tại thành phố hồ chí minh, lượng nước sử dụng khoảng 1.850.000 m3/ngày (lượng nước mặt khai thác là 1.200.000 m3/ngày, nước ngầm khai thác khoảng 650.000 m3/ngày) [1]. Lượng bùn thải từ các nhà máy xử lý nước cấp chiếm trung bình từ 3 – 6 % công suất hằng ngày của nhà máy nước [2]. Dịch bùn thải này thường được xả về các hồ lắng, nước sau lắng xả ra môi trường, bùn còn lại được chôn lấp, san lấp mặt bằng. Mặc dù loại bùn này không chứa các tạp chất độc ảnh hưởng đến môi trường nhưng lại rất dễ bị cuốn theo dòng chảy tạo cặn lơ lửng ảnh hưởng đến mỹ quan và các loại sinh vật thủy sinh. Mặt khác, trong mùa khô, bùn sử dụng cho việc san lấp rất dễ phát sinh bụi gây ô nhiễm môi trường không khí. L.M. Triết và cộng sự (2013) đã tận dụng thành công DWTS làm vật liệu xây dựng đơn giản: Gạch xây dựng, chậu gốm, chén hứng mũ cao su [2]. Thực tế cho thấy, hiện tại một lượng lớn bùn vẫn phải chôn lấp hoặc xả trực tiếp ra môi trường tạo ra nhiều ảnh hưởng đến đời sống con người và môi trường xung quanh. Do đó việc nghiên cứu các giải pháp khác để nâng cao khả năng tận dụng DWTS là rất cần thiết. DWTS chứa nhiều oxit của sắt, nhôm, silic, calci, các thành phần này đã được một số nghiên cứu công bố là có khả năng hấp phụ tốt [3, 4, 5]. Dựa theo luận điểm trên, nghiên cứu này bước đầu chế tạo vật liệu hấp phụ từ DWTS và thử nghiệm hấp phụ kẽm trong nước thải xi mạ.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
SWTS được thu gom từ nhà máy xử lý nước mặt tại huyện Hóc Môn, thành phố Hồ Chí Minh. Bùn được phơi khô, giã nhuyễn trong 15 phút bằng chày và cối sứ. GWTS được thu gom từ nhà máy xử lý nước ngầm tại huyện Tân Phú, TP. Hồ Chí Minh, quy trình sơ chế tương tự.
Nước thải dệt nhuộm được lấy từ bể mạ kẽm kiềm tại nhà máy xi mạ ở Tân Uyên, Bình Dương. Nồng độ kẽm đầu vào là 76.2 ± 14.8 mg/l, pH 10.0 – 12.0.
Thành phần kim loại trong bùn được xác định bằng phương pháp XRF (S2 PUMA – Bruker – Đức), pH được xác định trực tiếp bằng máy đo pH cầm tay Milwaukee MW 101 Meter, Zn2+ được phân tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (SensAA Dual – GBC Scientific – Úc). Hình chụp SEM và TEM được thực hiện bằng thiết bị JSM-IT200, JEOL, Japan và JEM 1400 Plus – Jeol – Japan. Diện tích bề mặt tiếp xúc được xác định bằng phân tích BET (Autosorb-iQ - Quantachrome Instrument, Mỹ)
Chế tạo vật liệu SWTSA và GWTSA
2 nhóm vật liệu hấp phụ SWTSA và GWTSA tương ứng được chế tạo từ SWTS và GWTS bằng phương pháp biến tính nhiệt, nghiền mịn và rây qua bộ rây 0.1 – 0,045 mm. Nhiệt độ biến tính thay đổi ở các mức 4000C, 5000C, 6000C, 7000C. Trong điều kiện nhiệt độ cao, các tạp chất hữu cơ trong bùn sẽ hóa hơi tạo thành dạng vật liệu có diện tích bề mặt tiếp xúc cao và nhiều gốc liên kết.
THỬ NGHIỆM VẬT LIỆU HẤP PHỤ
Thử nghiệm hấp phụ được thực hiện bằng cách châm 200 mL nước thải vào bình tam giác, chỉnh pH = 10.0, lượng chất hấp phụ SWTSA và GWTSA là 0.1 g, khuấy đều với tốc độ 100 vòng/ phút. Dung dịch sau xử lý lắng 15 phút, rút phần nước trong đo hàm lượng Zn2+.
Hình 1. Thử nghiệm hấp phụ kẽm theo nhiệt độ nung vật liệu hấp phụ
.jpg)
Bảng 1. Phân tích XRF
.jpg)
Hình 1 cho thấy khả năng hấp phụ Zn2+ đạt 100 % với SWTSA ở nhiệt độ từ 5000C trở lên và 90 % với GWTSA ở 7000C. Trong SWTSA, hàm lượng Al2O3 cao, độ phân tán cao, cấu trúc khuyết, có thể tích mao quản và diện tích bề mặt lớn thích hợp làm vật liệu hấp phụ hơn GWTSA [3]. Ở nhiệt độ thấp hơn 5000C hiệu quả hấp phụ kém rõ ràng do ở nhiệt độ này chất hữu cơ chưa bị phân hủy triệt để nên diện tích bề mặt tiếp xúc thấp. Từ thử nghiệm này, SWTSA ở nhiệt độ nung 5000C được đánh giá là phù hợp làm vật liệu hấp phụ.
Phân tích XRF cho thấy thành phần SWTSA và GWTSA đều chứa hàm lượng CaO, SiO2 và Fe2O3. Hàm lượng SiO2, Al2O3 trong SWTSA cao cho thấy tiềm năng hấp phụ tốt [6]. Kết quả chụp SEM (hình 2) và TEM (hình 3) của SWTSA cho thấy, bề mặt vật liệu có độ xốp cao và đồng đều. Diện tích bề mặt tiếp xúc từ kết quả phân tích BET với SWTSA là 68.45 m2/g, khá thấp so với than hoạt tính thông thường.
Hình 2. Hình SEM của vật liệu SWTSA
.jpg)
Hình 3. Hình TEM của vật liệu SWTSA
.jpg)
PHƯƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ
Mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich là hai mô hình phổ biến được sử dụng để mô tả quá trình hấp phụ. Vì vậy, nghiên cứu cũng thử nghiệm sự phù hợp của vật liệu SWTSA 2 mô hình này. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (1) và Freundlich (2) được tuyến tính có dạng như sau:
.jpg)
Trong đó: q là dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng của chất bị hấp phụ (mg/g); n, Kf, Kads là các hằng số; qmax là dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g); C là nồng độ kẽm ở thời điểm cần bằng (mg/L).
Kết quả thử nghiệm được thể hiện qua hình 4 và hình 5. Bằng phương pháp bình phương cực tiểu, phương trình hồi quy của phương trình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich được xác định là:
.jpg)
Hình 4. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
.jpg)
Hình 5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
.jpg)
Từ phương trình hồi quy (3) và (4), các thông số của phương trình hấp phụ được tính toán như sau: qmax = 588 mg/g; Kads = 0.46 l/mg; n = 0.5481; kf = 168.933. Hệ số xác định của phương trình (3) là 0.7455 và phương trình (4) là 0.9297. Điều này cho thấy quá trình hấp phụ của vật liệu SWTSA phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Freunlich. Ngoài ra, quá trình đánh giá quá trình hấp phụ phù hợp với mô hình đẳng nhiệt còn có thể được xác định qua thông số RL (phương trình 5) [7]. Kết quả tính toán giá trị RL của phương trình (4) là 7.77 × 10-5 nhỏ hơn 1.00 nên có thể xác định quá trình hấp phụ Zn2+ bằng vật liệu SWTSA phù hợp với mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich.
KẾT LUẬN
Vật liệu hấp phụ chế tạo bằng phương pháp biến tính nhiệt từ bùn thải từ nhà máy xử lý nước mặt ở 5000C có khả năng hấp phụ hoàn toàn kẽm trong nước. Bùn thải từ nhà máy xử lý nước mặt cho hiệu quả hấp phụ tốt hơn bùn thải từ nhà máy xử lý nước ngầm. Mô hình đẳng nhiệt Freundlich phù hợp với quá trình hấp phụ Zn2+ bằng vật liệu SWDSA. Giải pháp này tận dụng lại một phần bùn thải từ nhà máy xử lý nước cấp, giảm thiểu lượng hóa chất xử lý và bùn thải nước thải xi mạ giúp tiết kiệm được chi phí xử lý chất thải.
LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu náy được tài trợ bởi Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP. Hồ Chí Minh trong khuôn khổ Đề tài mã số 85/HĐ-DCT.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Triết, L.M. & Thiệp, N.N. (2013), Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý, tận dụng bùn thải và tách nước từ các nhà máy cấp nước của TP.HCM, Tạp chí môi trường 57, 57-61.
Méndez, A., Barriga, S., Fidalgo, J. M., & Gascó, G. (2009), Adsorbent materials from paper industry waste materials and their use in Cu (II) removal from water, Journal of hazardous materials, 165(1-3), 736-743.
Mousavi, H. Z., & Seyedi, S. R. (2011), Nettle ash as a low cost adsorbent for the removal of nickel and cadmium from wastewater, International Journal of Environmental Science & Technology, 8(1), 195-202.
El Haouti, R., Anfar, Z., Chennah, A., Amaterz, E., Zbair, M., El Alem, N. & Ezahri, M. (2019), Synthesis of sustainable mesoporous treated fish waste as adsorbent for copper removal, Groundwater for Sustainable Development, 8, 1-9.
Đức, T.V. (2012), Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+ và Zn2+ trong nước bằng vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Đà Nẵng, Bộ giáo dục và đào tạo.
Pandey, P.K, Sharma, SK, Sambi & SS. (2010), Kinetics and equilibrium study of chromium adsorption on zeoliteNaX, International Journal of Environmental Science & Technology, 7, 395-404.
NGUYỄN ĐỨC ĐẠT ĐỨC, NGUYỄN LÊ THANH XUÂN
NGUYỄN MAI PHƯƠNG, ĐẶNG THỊ PHƯƠNG YẾN, NGUYỄN VĂN PHÚC
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP. Hồ Chí Minh
ĐÀO MINH TRUNG
Trường Đại học Thủ Dầu Một
Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu giải pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) bền vững cho Việt Nam thông qua tích hợp công nghệ vi sinh (phân hủy sinh học) và nhiệt phân. Trước áp lực gia tăng rác đô thị và yêu cầu phát triển kinh tế tuần hoàn, phương pháp này được đề xuất nhằm tận dụng tài nguyên từ rác, giảm chôn lấp và phát thải.
Nếu ở Kỳ 1, độc giả đã thấy những định hướng chiến lược và công nghệ xanh mở ra lối đi mới cho nông nghiệp Việt, thì đến Kỳ 2, điểm nhấn lại nằm ở những giải pháp cụ thể. Từ phòng thí nghiệm, nhiều nghiên cứu khoa học đã bước ra thực tiễn, đồng hành cùng doanh nghiệp, tạo nên các mô hình thành công: từ công nghệ bảo quản mới, chế biến cà phê hiện đại, đến kinh tế tuần hoàn phụ phẩm tôm và nâng tầm sản phẩm truyền thống như nước mắm. Đây chính là những hạt nhân giúp nông sản Việt gia tăng giá trị và chinh phục thị trường quốc tế.
Cao chloroform của Bí kỳ nam (Hydnophytum formicarum Jack.) được sắc ký cột với các hệ dung môi có độ phân cực khác nhau và kết hợp với kỹ thuật sắc ký lớp mỏng để thực hiện quá trình phân lập và tinh sạch các hợp chất. Cấu trúc của các hợp chất được xác định bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân và kết hợp so sánh với tài liệu tham khảo. Ba hợp chất được tinh sạch và xác định cấu trúc bao gồm luteolin (1), quercetin (2) và quercitrin (3).
Hoạt tính xua đuổi hiệu quả của p-menthan-3,8-diol (PMD) đã được chứng minh là hiệu quả an toàn cho sức khỏe, tuy nhiên, hợp chất này vẫn chưa được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Đã có một số công trình nghiên cứu khảo sát tổng hợp PMD chủ yếu sử dụng xúc tác acid H2SO4 loãng với các điều kiện phản ứng khác nhau về thời gian và nhiệt độ.
Cháy nổ trong sinh hoạt dân dụng vẫn là một vấn đề nhức nhối tại Việt Nam, gây ra những thiệt hại nặng nề về người và tài sản do sự bất cẩn hoặc lỗi thiết bị điện. Các hệ thống cảnh báo cháy truyền thống thường có độ trễ cao, chỉ phản ứng khi cháy đã xảy ra rõ ràng, dễ gây báo động giả và thiếu khả năng cảnh báo từ xa.
Khu vực đảo Palawan (Philippine), Sempoma SABAH (Malaysia) nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với hai mùa mưa, mùa khô rõ rệt. Tại Palawan, trung bình năm nhiệt độ không khí 28,50C, độ ẩm trung bình 58,4%, tổng lượng mưa 2.920 mm, tổng số giờ nắng trong khoảng 2,180 - 2,307h, nhiệt độ nước biển 29,30C và độ muối nước biển 33,3‰.
