Tài liệu Nghiên cứu điều chế vật liệu composite có nguồn gốc sinh học ứng dụng xử lý màu nước thải dệt nhuộm và kim loại nặng nước thải xi mạ đồng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU COMPOSITE CÓ NGUỒN GỐC SINH HỌC ỨNG DỤNG XỬ LÝ MÀU NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ KIM LOẠI NẶNG NƯỚC THẢI XI MẠ ĐỒNG Mã số: Chủ nhiệm đề tài: ThS. ĐÀO MINH TRUNG Bình Dương, Tháng Năm TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU COMPOSITE CÓ NGUỒN GỐC SINH HỌC ỨNG DỤNG XỬ LÝ MÀU NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ KIM LOẠI NẶNG NƯỚC THẢI XI MẠ ĐỒNG Mã số: Xác nhận của đơn vị chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài PGS.TS Nguyễn Thanh Bình Th.S Đào Minh Trung Bình Dương, Tháng Năm MỤC LỤC DANH MỤC B ẢNG............................................................................................................. iii DANH MỤC HÌNH...............................................................................................................iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................................vi CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU ............................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................. 2 1.2.1. Mục tiêu tổng quát.............................................................................................. 2 1.2.2. Mục tiêu cụ thể ................................................................................................... 2 1.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................. 3 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: ......................................................................... 3 1.4.1. Đối tƣợng nghiên cứu: ....................................................................................... 3 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu:........................................................................................... 3 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn................................................................................. 3 1.5.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................ 3 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................ 4 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 5 2.1. Tổng quan về nƣớc thải dệt nhuộm và các phƣơng pháp xử lý ...................... 5 2.1.1. Thành phần ô nhiễm ........................................................................................... 5 2.1.2. Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm ........................................... 6 2.1.3. Một số nghiên cứu xử lý nƣớc thải dệt nhuộm ............................................... 9 2.2. Tổng quan về nƣớc thải xi mạ và các phƣơng pháp xử lý ..............................10 2.2.1. Thành phần ô nhiễm trong nƣớc thải xi mạ ..................................................11 2.2.2. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải xi mạ........................................................11 2.2.3. Một số nghiên cứu xử lý nƣớc thải xi mạ......................................................14 2.3. Tổng quan về vật liệu keo tụ..................................................................................15 2.3.1. Bản chất của các hạt keo trong nƣớc..............................................................15 2.3.2. Cơ chế của quá trình keo tụ.............................................................................16 2.3.3. Các phƣơng pháp keo tụ ..................................................................................17 2.3.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình keo tụ và tạo bông cặn ......................18 2.4. Phƣơng pháp chế tạo vật liệu sinh học Biogum ................................................20 2.4.1. Phƣơng pháp chế tạo vật liệu nguồn gốc sinh học (Composite) ................22 2.4.2. Phƣơng pháp đồng kết tủa ...............................................................................23 2.4.3. Phƣơng pháp sol - gel ......................................................................................23 2.4.4. Phƣơng pháp vi nhũ .........................................................................................23 2.4.5. Phƣơng pháp thủy nhiệt ...................................................................................23 i 2.5. Quy trình tổng hợp hạt nano từ tính ...................................................................24 2.5.1. Làm giàu -OH trên hạt nano từ tính ...............................................................25 2.5.2. Tổng hợp vật liệu Composite ..........................................................................25 CHƢƠNG 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................27 3.1. Đối tƣợng và vật liệu nghiên cứu..........................................................................27 3.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ......................................................................................27 3.1.2. Vật liệu nghiên cứu ..........................................................................................27 3.1.3. Thiết bị nghiên cứu...........................................................................................29 3.2. Phƣơng pháp phân tích và thi ết bị phân tích ....................................................31 3.3. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................33 3.3.1. Phƣơng pháp chung ..........................................................................................33 3.3.2. Các thí nghiệm nghiên cứu..............................................................................33 3.3.3. Phƣơng pháp xử lý số liệu ...............................................................................44 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................45 4.1. Kết quả nghiên cứu vật liệu ...................................................................................45 4.1.1. Thành phần cấu trúc vật liệu Biogum ............................................................45 4.1.2. Đánh giá khả năng phân hủy của Biogum.....................................................47 4.1.3. Xác định dƣ lƣợng nhôm (Al3+) còn lại trong nƣớc thải dệt nhuộm và xi mạ khi sử dụng vật liệu keo tụ hóa học PAC...........................................................48 4.1.4. Thành phần cấu trúc vật liệu Composite .......................................................48 4.2. Xác định hiệu suất loại bỏ màu của các vật liệu trong nƣớc thải dệt nhuộm52 4.2.1. Xác định pH tối ƣu của vật liệu ......................................................................52 4.2.2. Kết quả xác định lƣợng tối ƣu của PAC ........................................................57 4.2.3. Kết quả xác định lƣợng tối ƣu của Biogum ..................................................59 4.2.4. Kết quả xác định lƣợng Composite tối ƣu.....................................................60 4.2.5. Xác định hiệu quả xử lý của Composite ở các lần thu hồi ..........................64 4.3. Kết quả đánh giá hiệu suất xử lý kim loại nặng Cu2+ của nƣớc thải xi mạ 65 4.3.1. Xác định pH tối ƣu ...........................................................................................65 4.3.2. Kết quả xác định lƣợng Composite tối ƣu.....................................................66 4.3.3. Xác định hiệu quả xử lý của Composite thu hồi...........................................68 CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................71 5.1. Kết luận ......................................................................................................................71 5.2. Kiến nghị ....................................................................................................................72 Tài liệu tham khảo ...............................................................................................................73 Mục lục ...................................................................................................................................73 ii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Một số thành phần ô nhiễm trong nƣớc thải dệt nhuộm....................................6 Bảng 2.2: Các chỉ số ô nhiễm kim loại nặng của nƣớc thải xi mạ .................................. 11 Bảng 2.3: pH thích hợp cho hoạt động của các chất keo tụ ............................................. 20 Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật của mô hình Jartest ....................................................... 30 Bảng 3.2: Phƣơng pháp phân tích các thông số ô nhiễm nghiên cứu ............................. 32 Bảng 3.3: Thiết bị phân tích dùng trong nghiên c ứu ........................................................ 32 Bảng 3.4: Lƣợng chất keo tụ trong thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của pH ................. 34 Bảng 3.5: Bố trí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của reactive red 3BS (RR) cho Biogum ................................................................................................................................................. 35 Bảng 3.6: Thí nghiệm xác định lƣợng Biogum tối ƣu trên mẫu nƣớc thải RR ............. 36 Bảng 3.7: Lƣợng chất keo tụ dùng cho nƣớc thải RR theo các nồng độ đầu vào ......... 37 Bảng 3.8: Bảng giá trị , xác định tƣơng quan giữa nồng độ đầu vào và lƣợng Biogum cải thiện độ màu của nƣớc thải RR ..................................................................................... 38 Bảng 3.9: Bố trí thí nghiệm xác định mối tƣơng quan giữa nồng độ đầu vào với lƣợng Biogum trên mẫu nƣớc RR .................................................................................................. 38 Bảng 3.10: Lƣợng các chất keo tụ sử dụng trong thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của pH ............................................................................................................................................ 41 Bảng 3.11: Bố trí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của Ni2+ cho Biogum ........................ 41 Bảng 3.12: Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng Biogum trên mẫu nƣớc thải Ni2+ .................................................................................................................................. 42 Bảng 3.13: Lƣợng của các chất keo tụ theo từng loại nƣớc thải xi mạ .......................... 44 Bảng 4.1: Kết quả phân tích nƣớc thải nghiên cứu ........................................................... 65 Bảng 4.2: Hiệu quả xử lý ion kim loại trên nƣớc thải chứa Cu2+ .................................... 65 Bảng 4.3: Hiệu quả xử lý ion kim loại trên nƣớc thải chứa Cu2 + .................................... 66 Bảng 4.4: Hiệu quả xử lý ion kim loại trên nƣớc thải XMNM ....................................... 67 Bảng 4.5: Hiệu quả xử lý ion kim loại (Cu2+) sau các lần thu hồi và tái sử dụng......... 68 iii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Hệ thống xử lý nƣớc thải dệt nhuộm sử dụng hiện nay .....................................9 Hình 2.2: Hệ thống xử lý nƣớc thải xi mạ hiện nay.......................................................... 14 Hình 2.3: Quy trình ly trích Biogum hạt Muồng Hoàng Yến.......................................... 22 Hình 2.4: Quy trình tổng hợp hạt nano từ tính .................................................................. 24 Hình 2.5: Quy trình làm giàu -OH trên hạt nano từ tính .................................................. 25 Hình 2.6: Quy trình tổng hợp Composite ........................................................................... 26 Hình 3.1: Hình ảnh ví dụ về cây Muồng Hoàng Yến ....................................................... 28 Hình 3.2: Mốt số hình ảnh hạt Muồng Hoàng Yến........................................................... 28 Hình 3.3: Cấu tạo mô hình Jartest ....................................................................................... 30 Hình 3.4: Thiết bị Pilot keo tụ tạo bông ............................................................................. 31 Hình 3.5: Thí nghiệm với nƣớc thải dệt nhuộm trên thiết bị Jartest và Pilot ................ 35 Hình 3.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của Biogum, Composite và PAC ................................................................................................................................................. 36 Hình 3.7: Bố trí thí nghiệm xác định lƣợng tối ƣu của Biogum, Composite và PAC .. 37 Hình 3.8: Sơ đồ thí nghiệm xác định mối tƣơng quan giữa lƣợng chất keo tụ với nồng độ đầu vào .............................................................................................................................. 38 Hình 3.9: Bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả thu hồi của Composite .......................... 40 Hình 3.10: Thí nghiệm vận hành nƣớc thải xi mạ trên thiết bị Jartest và Pilot ............. 40 Hình 3.11: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của Biogum, Composite và PAC ................................................................................................................................................. 41 Hình 3.12: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định lƣợng tối ƣu của Biogum, Composite và PAC ......................................................................................................................................... 42 Hình 3.13: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định mối tƣơng quan giữa lƣợng chất keo tụ với nồng độ đầu vào..................................................................................................................... 43 Hình 4.1: Kết quả FT-IR của Biogum ................................................................................ 45 Hình 4.2: Phổ 13 C-NMR của Biogum hạt Cassia nodosa (Kapoor, 2000) ..................... 46 Hình 4.3: Phổ 13 C-NMR của Biogum hạt Muồng Hoàng Yến ........................................ 46 Hình 4.4: Ảnh SEM của Biogum ly trích từ hạt Muồng Hoàng Yến ............................. 47 Hình 4.5: Hiệu suất giảm khối lƣợng của Biogum theo thời gian .................................. 47 Hình 4.6: Dƣ lƣợng Al3+ còn lại trong nƣớc thải dệt nhuộm và xi mạ khi sử dụng vật liệu keo tụ hóa học PAC ....................................................................................................... 48 Hình 4.7: Giản đồ phổ FT-IR của (a) hạt nano; (b) Biogum sinh học trích ly từ hạt MHY; (c) vật liệu Composite CoFe 2O4 - Biogum ............................................................ 49 iv Hình 4.8: Đƣờng cong từ trễ của hạt CoFe 2 O4 và vật liệu Composite (BiogumCoFe 2O4 )................................................................................................................................. 50 Hình 4.9: Giản đồ phân tích nhiệt của vật liệu Composite .............................................. 51 Hình 4.10: Kết quả chụp ảnh SEM của Composite .......................................................... 51 Hình 4.11: Hình Composite bị hút bởi từ tính nam châm ................................................ 52 Hình 4.12. Hình (a) PAC và (b) Biogum không bị hút bởi từ nam châm ...................... 52 Hình 4.13: Xác định pH tối ƣu của PAC trên nƣớc thải RR............................................ 53 Hình 4.14: Xác định pH tối ƣu của PAC trên nƣớc thải NMDN .................................... 53 Hình 4.15: Xác định pH tối ƣu của Biogum trên nƣớc thải RR ...................................... 54 Hình 4.16: Xác định pH tối ƣu của Biogum trên nƣớc thải NMDN............................... 54 Hình 4.17: Xác định pH tối ƣu của Composite trên nƣớc thải RR ................................. 57 Hình 4.18: Xác định pH tối ƣu của Composite trên nƣớc thải NMDN .......................... 57 Hình 4.19: Xác định liều lƣợng tối ƣu của PAC trên nƣớc thải RR ............................... 58 Hình 4.20: Xác định liều lƣợng tối ƣu của PAC trên nƣớc thải NMDN........................ 58 Hình 4.21: Xác định liều lƣợng tối ƣu của Biogum trên nƣớc thải RR.......................... 59 Hình 4.22: Xác định liều lƣợng tối ƣu của Biogum trên nƣớc thải NMDN .................. 60 Hình 4.23: Khảo sát sơ bộ của Composite với nƣớc thải RR .......................................... 61 Hình 4.24: Khảo sát sơ bộ của Composite với nƣớc thải NMDN................................... 61 Hình 4.25: Xác định liều lƣợng tối ƣu của Composite trên nƣớc thải RR ..................... 62 Hình 4.26: Xác định liều lƣợng tối ƣu của Composite trên NMDN............................... 62 Hình 4.27: Nghiên cứu hiệu quả xử lý màu giữa các vật liệu trên nƣớc thải RR ......... 63 Hình 4.28: Nghiên cứu hiệu quả xử lý COD giữa các vật liệu trên nƣớc thải NMDN 63 Hình 4.29: Hiệu suất loại màu của Composite sau các lần thu hồi trên nƣớc thải RR. 64 Hình 4.30: Hiệu suất loại màu và COD của Composite sau các lần thu hồi trên nƣớc thải NMDN............................................................................................................................. 64 Hình 4.31: Đồ thị so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT của Đồng ............................... 70 v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Biogum Tên tiếng Anh Biogum cải tiến BTNMT COD Emu FT-IR MF MHY NMDN Oe PAC QCVN RB RR SDS SEM TGA UV VSM XRD Chemical Oxygen Demand Electromagnetic unit Fourier Transform Infrared Micro Filtration Oersted Poly Aluminium chloride Reactive Blue Reactive Red Sodium Dodecyl Sulfate Scanning Electron microscope Thermogravimetry Analysis Ultraviolet Vibrating Sample Magnetometer X-ray Diffraction vi Tên tiếng Việt Gum sinh học Muồng Hoàng Yến ly trích từ hạt MHY Vật liệu kết hợp giữa Gum sinh học ly trích từ hạt MHY và nano oxit sắt từ Bộ Tài nguyên Môi trƣờng Nhu cầu oxy hóa học Đơn vị điện từ Quang phổ chuyển đổi hồng ngoại Vi lọc Muồng Hoàng Yến Nƣớc thải nhà máy dệt nhuộm Đơn vị cƣờng độ từ trƣờng Phèn nhôm Quy chuẩn Việt Nam Kính hiển vi quét điện tử Phân tích nhiệt trọng lƣợng Tia cực tím Từ kế mẫu rung Nhiễu xạ tia X TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT Đơn vị: Khoa Khoa Học Tự Nhiên THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu điều chế vật liệu Composite có nguồn gốc sinh học ứng dụng xử lý màu nƣớc thải dệt nhuộm và kim loại nặng nƣớc thải xi mạ đồng. - Mã số: - Chủ nhiệm: Th.S Đào Minh Trung - Đơn vị chủ trì: Khoa Khoa Học Tự Nhiên - Thời gian thực hiện: Tháng 12/2017 đến tháng 12/2018 2. Mục tiêu: Khảo sát khả năng ứng dụng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên, thân thiện với môi trƣờng và vật liệu nano sinh học có khả năng thu hồi và tái sử dụng trong cải thiện chất lƣợng nƣớc thải một số ngành công nghiệp và đề xuất một quy trình công nghệ cải thiện chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp, tập trung vào hai dạng ô nhiễm kim loại nặng và màu. 3. Tính mới và sáng tạo: Thay thế các chất hóa học khác bằng sử dụng vật liệu Composite có nguồn gốc sinh học, thân thiện môi trƣờng. 4. Kết quả nghiên cứu: nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học của sinh viên và giáo viên. 5. Sản phẩm: Báo cáo tổng hợp 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Báo cáo, tài liệu. Ngày tháng năm Đơn vị chủ trì Chủ nhiệm đề tài PGS.TS NGUYỄN THANH BÌNH Th.S ĐÀO MINH TRUNG XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Trong những năm gần đây với sự phát triển của thế giới về mọi mặt, trong đó các ngành công nghiệp đã có những bƣớc phát triển mạnh mẽ, tạo ra nhiều sản phẩm đa dạng có chất lƣợng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trƣờng và con ngƣời. Bên cạnh những thành tựu to lớn đó, con ngƣời đang dần hủy hoại môi trƣờng sống của mình do nguồn chất thải phát sinh từ các công đoạn sản xuất không đƣợc xử lý hoặc xử lý không triệt để. Sử dụng hóa chất có nguồn gốc hóa học trong quá trình vận hành để cải thiện chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp, xi mạ, dệt nhuộm, thủy sản… đƣợc ứng dụng khá rộng rãi. Tuy nhiên trong quá trình xử lý dƣ lƣợng của chúng gây ô nhiễm trực tiếp hoặc gián tiếp qua chất ô nhiễm thứ cấp đến môi trƣờng tiếp nhận (Vijayaraghavan, 2011). Ngoài ra ô nhiễm thứ cấp còn làm thay đổi tính chất vật lý, hóa học, sinh học của hệ sinh thái của nƣớc theo chiều hƣớng xấu đi và đây là thực trạng cấp thiết cần có giải pháp thay đổi vật liệu trong quá trình vận hành để cải thiện chất lƣợng môi trƣờng tiếp nhận (Nguyễn Thị Phƣơng Loan, 2011). Hiện nay, đã có một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về việc ứng dụng các loại chất có nguồn gốc tự nhiên trong đó có các gum sinh học trong xử lý nƣớc thải để loại bỏ màu và cải thiện chỉ số COD trong nƣớc thải một số ngành công nghiệp dệt nhuộm, xi mạ (Sapanda M., 2012; Hanif, 2008). Theo Đoàn Thị Thúy Ái (2013), Nguyễn Văn Cƣờng và Huỳnh Thị Kim Ngọc (2014); Carlos L. et al. (2013) có thể ứng dụng vật liệu nano trong xử lý nƣớc thải ngành công nghiệp dệt nhuộm và xi mạ. Kết quả nghiên cứu cho thấy gum sinh học và hạt nano từ tính có tiềm năng ứng dụng trong xử lý nƣớc. Mặt khác, bản chất keo tụ của các gum sinh học là hình thành các liên kết và tƣơng tác hóa học với các chất ô nhiễm, do đó quá trình thu hồi gum sinh học khá tốn kém, cần sử dụng tác nhân để cắt đứt các liên kết hóa học và tái tạo lại gum dƣới dạng tủa. Vì vậy việc thu hồi gum sinh học không khả thi và tốn kém. Qua đó việc thu hồi các hạt nano từ tính rất đơn giản, dƣới tác dụng của lực các chất ô nhiễm trong lỗ trống của hạt nano sẽ bị đẩy ra ngoài và hạt nano đƣợc thu lại bằng nam châm một cách dễ dàng. Tuy nhiên hiệu quả xử lý nƣớc thải của các hạt nano bị hạn chế do thiếu các nhóm chức hoạt động trên bề mặt hạt nano, do đó việc gắn gum sinh học lên bề mặt hạt nano nhằm tạo ra vật liệu nano sinh học mới vừa tăng khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong nƣớc vừa giữ đƣợc đặc tính thu hồi và tái sử dụng của hạt nano từ tính. Cây Muồng Hoàng Yến đƣợc trồng làm cây đô thị, trái và hạt thƣờng thải bỏ, do đó việc tận dụng hạt để làm vật liệu xử lý nƣớc rất thuận lợi, vừa có chi phí thấp, đồng thời góp phần giải quyết vấn đề xử lý chất thải rắn đô thị. PAC là hóa chất sử dụng 1 thông dụng nhất trong các hệ thống xử lý nƣớc thải công nghệp, do tính chất ít làm thay đổi pH, khả năng keo tụ với nhiều đối tƣợng ô nhiễm, đặt biệt là tính phổ biến vì dễ tìm, dễ mua và có giá thành thấp. Các nghiên cứu trƣớc đây đã xác định thành phần có hoạt tính keo tụ trong gum hạt thuộc chi Cassia là các galactomannan, một loại polysaccharide trung tính tan tốt trong nƣớc và là tác nhân hiệu quả trong việc loại bỏ các chất lơ lửng, chất màu ra khỏi nƣớc bị ô nhiễm. Theo kết quả nghiên cứu của Trần Văn Nhân (2002) cho thấy nƣớc thải xi mạ chứa các muối vô cơ và hàm lƣợng kim loại nặng cao, tùy theo lớp mạ mà nguồn gây ô nhiễm có thể là đồng, kẽm hay các kim loại nặng khác. Theo nghiên cứu của Mukesh Parmar & Lokendra Singh Thakur (2013), công nghiệp mạ điện và gia công kim loại thải ra lƣợng lớn kim loại nặng, trong đó có ion kim loại đồng (Cu2+) và là vấn nạn lớn ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời và đời sống thủy sinh. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng kim loại đồng không thể phân hủy và có thể gây ung thƣ cũng nhƣ bệnh Wilson. Bên cạnh tác hại của đồng, niken gây dị ứng da, dễ gây tổn thƣơng cho hệ hô hấp, hệ thần kinh cũng nhƣ màng nhầy tế bào. Kẽm gây rối loại tiêu hóa và dẫn đến tiêu chảy khi vào cơ thể qua đƣờng thức ăn. Những nghiên cứu trên cho thấy vật liệu sinh học có tiềm năng thay thế vật liệu có nguồn gốc hóa học là một bƣớc tiến và cần nghiên cứu ứng dụng, đặc biệt cần nghiên cứu vật liệu nano sinh học có thể thu hồi trong cải thiện chất lƣợng nƣớc thải cũng nhƣ môi trƣờng tiếp nhận. Trên cơ sở và ý tƣởng đó luận án “Nghiên cứu điều chế vật liệu composite có nguồn gốc sinh học ứng dụng xử lý màu nƣớc thải dệt nhuộm và kim loại nặng nƣớc thải xi mạ đồng” đƣợc thực hiện trên nƣớc thải ngành công nghiệp dệt nhuộm và xi mạ góp phần cải thiện chất lƣợng môi trƣờng nƣớc, bảo vệ môi trƣờng và phát triển bền vững. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1. Mục tiêu tổng quát Xác định khả năng ứng dụng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên, thân thiện với môi trƣờng (vật liệu nano sinh học đƣợc chế tạo từ gum trích ly từ hạt Muồng Hoàng Yến và Nano từ tính) và có khả năng thu hồi, tái sử dụng trong quá trình cải thiện chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm và xi mạ. 1.2.2. Mục tiêu cụ thể - Cải tiến vật liệu từ nền vật liệu sinh học Biogum (đƣợc điều chế từ hạt cây MHY) và hạt Nano từ tính để đƣợc vật liệu Composite. - Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Composite trong việc cải thiện độ màu của nƣớc thải dệt nhuộm. - Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Composite trong việc cải thiện thành phần ô 2 nhiễm kim loại nặng của nƣớc thải xi mạ. 1.3. Nội dung nghiên cứu - Nội dung 1: Nghiên cứu cải tiến Biogum phục vụ cho mục tiêu nâng cao hiệu quả khử màu trong nƣớc thải dệt nhuộm và kim loại nặng trong nƣớc thải xi mạ; + Trích ly vật liệu keo tụ sinh học từ hạt MHY. + Chế tạo vật liệu nano từ tính kết hợp với chất keo tụ sinh học MHY. - Nội dung 2: Nghiên cứu ứng dụng Composite nâng cao hiệu quả khử màu trong nƣớc thải dệt nhuộm; + Nghiên cứu tối ƣu hóa các điều kiện keo tụ (pH, lƣợng vật liệu sử dụng) trong quy mô phòng thí nghiệm. + Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu chế tạo từ nano từ tính kết hợp với vật liệu sinh học MHY. - Nội dung 3: Nghiên cứu ứng dụng Composite nâng cao hiệu quả khử kim loại nặng trong nƣớc thải xi mạ đồng; + Nghiên cứu tối ƣu hóa các điều kiện keo tụ (pH, lƣợng vật liệu sử dụng) trong quy mô phòng thí nghiệm. + Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu chế tạo từ nano từ tính kết hợp với vật liệu sinh học MHY. 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả khử màu trong nƣớc thải dệt nhuộm và khử kim loại nặng Cu2+ trong nƣớc thải xi mạ; Phạm vi nghiên cứu: 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu: - Tập trung cho quá trình xử lý hóa lý trên quy mô Phòng thí nghiệm và Pilot trên đối tƣợng nƣớc thải dệt nhuộm và xi mạ: + Thí nghiệm đƣợc tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm. + Nƣớc thải dệt nhuộm giả định gồm hai loại màu có tên thƣơng mại Reactive red 3 BS (RR). + Nƣớc thải xi mạ giả định Cu2+. Nƣớc thải xi mạ thực tế đƣợc lấy từ nhà máy trong Khu công nghiệp Nam Tân Uyên tại Bình Dƣơng. - Các nghiên cứu đƣợc thực hiện và phân tích tại Trƣờng Đại học Thủ Dầu Một. 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.5.1. Ý nghĩa khoa học 3 - Kết quả nghiên cứu là nguồn số liệu khoa học trong nghiên cứu ứng dụng vật liệu mới trong xử lý nƣớc và nƣớc thải công nghiệp. - Công trình nghiên cứu là các số liệu khoa học cơ bản sử dụng cho giảng dạy và nghiên cứu các đề tài tƣơng tự. - Kết quả có thể dùng tham khảo cho các nhà máy có thành phần và tính chất ô nhiễm tƣơng tự. 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu cung cấp những thông tin khoa học hiệu quả cải thiện chất lƣợng nƣớc thải của một số ngành công nghiệp ô nhiễm kim loại nặng và ô nhiễm màu. Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khuyến khích sử dụng vật liệu sinh học trong cải thiện chất lƣợng môi trƣờng nƣớc thải vừa thân thiện môi trƣờng vừa có khả năng tái sử dụng từ đó tạo ra một môi trƣờng sinh thái bền vững. 4 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tổng quan về nƣớc thải dệt nhuộm và các phƣơng pháp xử lý Đối với nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm, kết quả nghiên cứu của Rachakornkij et al. (2004) cho rằng thành phần tính chất nƣớc thải quyết định phƣơng pháp để xử lý nƣớc. Hai công nghệ chính đƣợc sử dụng để loại màu là oxy hóa và hấp phụ. 2.1.1. Thành phần ô nhiễm Hai nguồn ô nhiễm màu chính là công nghiệp dệt may và công nghiệp nhuộm vải. Nƣớc thải của các ngành công nghiệp này có độ màu cao và rất khó xử lý do thuốc nhuộm đƣợc sử dụng là các phân tử tổng hợp phức tạp chống lại sự phân hủy của vi khuẩn ƣa khí và bền với ánh sáng cũng nhƣ nhiệt độ. Màu nhuộm là những hợp chất hữu cơ đƣợc sử dụng để nhuộm vải, giấy, nhựa, sơn và chất màu tổng hợp, hầu hết màu nhuộm không phân hủy sinh học và gây độc cao. Trong quá trình nhuộm, nồng độ thuốc nhuộm dao động từ 10 - 200 mg/L và có đến 10 - 15% màu nhuộm không bám hết vào vật liệu cần nhuộm và luôn hiện diện trong nƣớc thải (Kumar, 2012; Bell et al., 2000). Kết quả nghiên cứu của Demirer et al. (2003) nƣớc thải dệt nhuộm là tổng hợp nƣớc thải phát sinh từ tất cả các công đoạn hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hoàn tất. Thành phần nƣớc thải dệt nhuộm không ổn định, thay đổi theo từng nhà máy khi nhuộm và các loại vải khác nhau, môi trƣờng nhuộm là axit hay kiềm hoặc trung tính. Kết quả nghiên cứu của Yuan Yu-Li et al. (2006), Thitame et al. (2016) cho rằng đặc tính của nƣớc thải dệt nhuộm hầu hết là các hợp chất từ dẫn xuất phenol, dẫn xuất anilin, axit hữu cơ và các dẫn xuất benzen, với nồng độ ô nhiễm tùy thuộc vào công nghệ nhuộm. Mặt khác trong quá trình sản xuất có rất nhiều hóa chất độc hại đƣợc sử dụng để sản xuất tạo màu, nhƣ phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngậm, chất tạo môi trƣờng, tinh bột, men, chất oxy hóa… (Kumar, 2017; Unlu et al., 2009; Ahmad et al., 2002). Bên cạnh đó, trong quá trình sản xuất, hiệu quả hấp phụ thuốc nhuộm chỉ đạt từ 60 - 70%, các phẩm nhuộm thừa còn lại ở dạng nguyên thủy hay ở dạng phân hủy và các chất này thƣờng có chứa các ion kim loại nặng. Nếu nƣớc thải chƣa đƣợc xử lý hoặc xử lý chƣa đạt tiêu chuẩn xả thải ra nguồn tiếp nhận, hóa chất có trong nƣớc thải sẽ gây chết hệ vi sinh vật có lợi trong nguồn tiếp nhận, làm chết cá và các loại động vật sống dƣới nƣớc, các chất độc này còn có thể thấm vào đất, tồn tại lâu dài và ảnh hƣởng tới nguồn nƣớc ngầm, ảnh hƣởng đến đời sống của con ngƣời. Nƣớc thải dệt nhuộm thƣờng có độ màu rất lớn, thay đổi thƣờng xuyên tùy loại thuốc nhuộm và có nhiệt độ cao nên cần phải đƣợc xử lý triệt để trƣớc khi thải ra nguồn tiếp nhận (Hussein, 2013). 5 Bảng 2.1: Một số thành phần ô nhiễm trong nƣớc thải dệt nhuộm Thông số Đơn vị Nhiệt độ o pH - COD mg/L 1500 - 5000 Màu mg/L 4000 - 5000 TSS mg/L 1300 - 1400 SO4 2- mg/L 500 - 1000 Giá trị tiêu biểu C 60 - 80 4 - 13 Với tính chất phức tạp nên việc chọn phƣơng pháp xử lý cần phải dựa vào nhiều yếu tố nhƣ lƣu lƣợng nƣớc thải, đặc tính nƣớc thải, quy chuẩn xả thải... Thông thƣờng công nghệ xử lý luôn kết hợp nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣ cơ học, sinh học, hóa lý hay hóa học. Nhiều công trình nghiên cứu trƣớc đây cho thấy keo tụ bằng phèn nhôm có thể khử màu hiệu quả 50 - 90%, đặc biệt hiệu quả cao với loại thuốc nhuộm sunfua (Trịnh Xuân Lai, 2011). Với đặc trƣng ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm thông thƣờng chủ yếu ô nhiễm màu, COD và một số kim loại nặng do đó phƣơng pháp phổ biến sử dụng để loại bỏ ô nhiễm thƣờng dùng trong công nghệ cải thiện chất lƣợng nƣớc là hóa lý, hóa học và sinh học. 2.1.2. Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm Có nhiều kỹ thuật hóa lý, hóa học và sinh học đƣợc áp dụng để giảm độ màu trong nƣớc thải, hiện nay phƣơng pháp chủ yếu để xử lý nƣớc thải dệt nhuộm là phƣơng pháp vật lý và phƣơng pháp hóa học (Ahmad et al., 2002). Các kỹ thuật hóa lý và hóa học thƣờng dùng bao gồm: màng lọc (Verma et al., 2012), hấp phụ, trao đổi ion, oxy hóa nâng cao (Al-Kdasi et al., 2004; Rachakornkij et al., 2004). Trong khi các kỹ thuật sinh học đƣợc sử dụng nhƣ dùng nấm, vi khuẩn để phân hủy trong điều kiện hiếu khí, yếm khí hoặc kết hợp hai quá trình xử lý yếm khí và hiếu khí (Trịnh Lê Hùng, 2009). a) Phương pháp hóa lý Trong cải thiện chất lƣợng nƣớc thải tùy vào thành phần tính chất nƣớc thải mà có phƣơng pháp cải thiện khác nhau, phƣơng pháp hóa lý thƣờng đƣợc dùng phổ biến để xử lý một số loại ô nhiễm vô cơ và hữu cơ cao, thƣờng dùng là phƣơng pháp lọc màng và hấp phụ (Archna et al., 2012). - Phƣơng pháp lọc màng gồm các kỹ thuật thẩm thấu ngƣợc, màng lọc nano, màng siêu lọc, màng vi lọc. Lọc màng có thể tách hai hay nhiều thành phần (phân tử hữu cơ, ion vô cơ có hàm lƣợng cao) dựa vào kích thƣớc phân tử. Theo kết quả nghiên 6 cứu của Wu et al. (1998) khí kết hợp lọc màng với quá trình ozon hóa trong xử lý nƣớc thải dệt nhuộm chứa màu nhuộm hoạt tính, muối NaCl và kim loại Cu2+, kết quả cho thấy loại bỏ đƣợc 99% màu và ion Cu2+. - Về giải pháp hấp phụ, tác nhân keo tụ sẽ hình thành bông cặn với màu nhuộm nhờ lực hút Van der Waals, liên kết hydro, tƣơng tác lƣỡng cực - lƣỡng cực hoặc sự phân cực giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Hấp phụ là hiện tƣợng chỉ xảy ra trên bề mặt của các chất mà không có bất kỳ phản ứng hóa học nào nên lực hấp phụ yếu và xảy ra thuận nghịch (Grande et al., 2015). Theo kết quả nghiên cứu của Jain et al., (2010) cho thấy khi tăng lƣợng chất hấp phụ cacbon hoạt tính từ 0,1 - 0,5 g/L hiệu quả loại màu tăng và giảm dần khi tăng từ 0,5 - 0,6 g/L. Kết quả cũng cho thấy khi tăng nồng độ màu đầu vào thì hiệu suất loại màu tăng từ 82,60 - 94,41%. b) Phương pháp hóa học Phƣơng pháp hóa học bao gồm keo tụ hoặc tạo bông kết hợp với tuyển nổi và lọc, kết tủa hóa học, tuyển nổi điện hóa, oxi hóa (oxi hóa fenton, ozon hóa nâng cao, quang hóa học…). Trong đó ozon hóa là kỹ thuật cho hiệu quả loại bỏ màu nhuộm hoạt tính tốt nhất. Với hiệu suất loại màu từ 98 - 99% (Archna et al., 2012). Kết quả nghiên cứu của Mehmet Kobya et al. (2014) cho thấy phƣơng pháp điện phân dung dịch với điện cực bằng sắt cho cải thiện COD tốt hơn điện cực bằng nhôm. Kết quả nghiên cứu của Agustina & Ang (2012) cho thấy khi sử dụng phƣơng pháp oxy hóa nâng cao fenton hiệu quả cải thiện chất lƣợng màu đạt 99,8% ở pH = 3 trong thời gian phản ứng 60 phút. Ngoài ra còn nhiều tác giả nghiên cứu cải thiện độ màu bằng phƣơng pháp oxy hóa nhƣ Arizbeth Pérez et al. (2013); Hinda Lachheb et al. (2002) sử dụng quang xúc tác TiO2/UV để xử lý màu nƣớc thải nhà máy dệt nhuộm cho hiệu quả cải thiện tốt. Theo kết quả nghiên cứu của Bell et al. (2000) xử lý và loại màu nƣớc thải dệt nhuộm sử dụng công nghệ phản ứng kỵ khí dạng vách ngăn, kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ COD đạt 60% và hiệu suất loại màu đạt 95%. Trong kỹ thuật keo tụ - tạo bông, các chất keo tụ thƣờng đƣợc sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, PAC và anion (Polymer anion) để tạo bông với các chất ô nhiễm và tách ra khỏi nƣớc thải. Phèn và PAC đều loại màu tốt, tuy nhiên chất keo tụ này sản sinh ra một khối lƣợng lớn bùn thải, rất khó xử lý (bùn thải nguy hại) và làm tăng chi phí xử lý chung cho nhà máy. Việc thêm hóa chất hóa học vào nƣớc để keo tụ dễ gây độc cho động vật thủy sinh nguồn tiếp nhận và gây ung thƣ cho con ngƣời về lâu dài sử dụng nguồn thủy sinh này (Perng et al., 2015; Vijayaraghavan et al., 2011). Kết quả nghiên cứu của Yuan Yu-li et al. (2006) cho thấy vật liệu kết hợp PSAFC (clorua polysilicat nhôm sắt) và PFC kết hợp (clorua polyferric) cho hiệu quả cải thiện COD 7 của nƣớc thải dệt nhuộm. Kết quả nghiên cứu của Gordana Bogoeva-Gaceva et al. (2008) cho thấy hiệu quả của PAC cải thiện chất lƣợng nƣớc thải dệt nhuộm tốt hơn phèn nhôm tƣơng ứng là 100% cho PAC và 80% cho phèn nhôm. Ngoài ra kết quả nghiên cứu của Gohary và Tawfik (2009) cho thấy hiệu quả cải thiện độ màu đạt 100% khi sử dụng chất keo tụ phèn nhôm Al2(SO4)3 kết hợp với vôi (CaO) cũng nhƣ MgCl 2 kết hợp với vôi khi tiến hành thí nghiệm keo tụ nhiều bậc (SBR), nhƣng hiệu suất cải thiện COD chỉ đạt tƣơng ứng 50% và 40%. c) Phương pháp sinh học Phƣơng pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc sử dụng phƣơng pháp hóa lý hay hóa học một mặt cho hiệu quả cải thiện chất lƣợng môi trƣờng mặt khác dƣ lƣợng của chúng khó kiểm soát khi vào nguồn tiếp nhận. Những vật liệu có tính sinh học dùng để cải thiện chất lƣợng nƣớc đã đƣợc một số tác giả nghiên cứu nhƣ kết quả nghiên cứu của Perng et al. (2014); Hanif (2008) sử dụng vật liệu ly trích từ hạt từ một số cây thực vật làm chất keo tụ nƣớc. Một số nghiên cứu đã chứng minh phƣơng pháp sinh học thân thiện với môi trƣờng vì phƣơng pháp này tạo ra lƣợng bùn ít hơn so với phƣơng pháp vật lý và hóa học, đồng thời có hiệu quả kinh tế vì chi phí vận hành thấp (Grande et al., 2015). Trong phƣơng pháp sinh học, kỹ thuật thƣờng đƣợc sử dụng để loại màu gồm hấp phụ sinh học, phân hủy bằng enzym hoặc kết hợp hấp phụ và phân hủy màu bằng enzym, phân hủy các thành phần trong nƣớc thải bằng vi khuẩn (vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kị khí) thành CO2 và nƣớc. Hấp phụ sinh học là công nghệ đƣợc sử dụng để loại màu nhuộm ra khỏi nƣớc thải nhờ sinh khối từ thực vật, kỹ thuật này thƣờng chọn lọc hơn so với nhựa trao đổi ion và cacbon hoạt tính. Các sinh khối nhƣ tảo, nấm men, nấm sợi và vi khuẩn thƣờng đƣợc sử dụng để loại bỏ màu. Sinh khối có thể hấp thụ màu nhờ cấu trúc trên thành tế bào: các nhóm chức nhƣ amino, carboxyl, phosphat và các nhóm tích điện khác) tạo ra lực hút với các nhóm chức trong thuốc nhuộm nhƣ (–N=N–) và (–SO3). Sinh khối vi sinh sống đƣợc sử dụng để loại bỏ thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính và thuốc nhuộm trực tiếp. Hơn nữa, chúng có khả năng loại bỏ các ion kim loại nhƣ Cu2+ và Cr2+ có mặt trong thuốc nhuộm). Sinh khối chết cũng đƣợc sử dụng nhƣ chất hấp thụ sinh học: chúng không cần chất dinh dƣỡng, có thể lƣu giữ và sử dụng trong thời gian dài và có thể đƣợc tái tạo bằng dung môi hữu cơ (Grande et al., 2015). Theo kết quả nghiên cứu của Fernandes et al. (2007) cho thấy hiệu suất loại màu methyl blue của than bùn đạt cao nhất ở 99,6% và hiệu suất giảm từ khoảng 99% đến 40% khi tăng dần nồng độ màu đầu vào từ 200 mg/L đến 1500 mg/L. 8 2.1.3. Một số nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm Song Chắn Rác Bể Điều Hòa Bể Keo Tụ - Tạo Bông Bể Nén Bùn Sục Khí Bể Lắng Bể Sinh Học : Nƣớc : Khí : Bùn : Hóa Chất Bể Khử Trùng Hóa Chất Nguồn Tiếp Nhận Hình 2.1: Hệ thống xử lý nƣớc thải dệt nhuộm sử dụng hiện nay Hiện nay có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã tiến hành ly trích vật liệu keo tụ có nguồn gốc sinh học từ hạt cây Chùm ngây, Ô môi, Thảo quyết minh (TNkurunziz et al., 2009; Pal et al., 2014; Lea et al., 2014; Malavika, 2010; Eman et al., 2010; Shak et al., 2014; Subramonian et al., 2014…). Phƣơng pháp ly trích đƣợc sử dụng chủ yếu là ly trích hạt bằng phƣơng pháp hòa tan và kết tủa trong dung môi hữu cơ. Quy trình ly trích gum MHY đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp hòa tan trong nƣớc cất và kết tủa lại gum trong axeton, sản phẩm sau ly trích đƣợc ứng dụng trong xử lý nƣớc. Yuan Shing Perng et al. (2014) đã nghiên cứu khả năng khử màu của Biogum đối với nƣớc thải dệt nhuộm áp dụng cho hai phẩm nhuộm hoạt tính RB5 và RB19. Kết quả chỉ ra rằng điều kiện pH và lƣợng chất keo tụ có vai trò quan trọng trong quá trình lắng và việc sử dụng Biogum kết hợp với PAC có thể là một phƣơng pháp hiệu quả trong việc xử lý nƣớc thải màu nhuộm. 9 Hanif et al. (2008) cũng đã nghiên cứu chi tiết về khả năng của Biogum trong xử lý nƣớc thải ngành công nghiệp dệt sợi. Kết quả chỉ ra rằng hiệu quả xử lý nƣớc thải bằng Biogum MHY phụ thuộc vào lƣợng chất keo tụ cũng nhƣ pH của nƣớc thải. Lƣợng tối ƣu để xử lý nƣớc tốt nhất là 1500 mg/L. Kết quả nghiên cứu Rachakornkij et al. (2004) cho thấy chất keo tụ từ tro của bã mía có khả năng loại bỏ đƣợc 5 - 98% màu nhuộm hoạt tính, kết quả đạt đƣợc cao nhất khi tiến hành với nồng độ đầu vào của nƣớc thải là 50 mg/L và ở pH ban đầu của mẫu nƣớc thải. Trong khi đó kết quả nghiên cứu của Maruthi et al. (2013) cho thấy sự hấp thụ sinh học ion kim loại Fe 2+ bằng bột hạt Nirmali cho hiệu quả loại bỏ đƣợc 30% ion Fe2+. Theo kết quả nghiên cứu của Harpreet et al. (2015) các chất thải nông nghiệp gồm rơm, mùn cƣa, lõi bắp đƣợc sử dụng nhƣ chất hấp phụ màu nhuộm, hiệu suất loại bỏ màu nhuộm đạt đƣợc từ 70 - 75%. Khả năng khử màu từ nƣớc dệt nhuộm nhân tạo của Biogum đã đƣợc nghiên cứu bởi nhiều nhà khoa học trong và ngoài nƣớc. Kết quả đã chỉ ra hƣớng ứng dụng chất keo tụ và trợ keo tụ có nguồn gốc sinh học thân thiện môi trƣờng trong cải thiện chất lƣợng môi trƣờng nƣớc và nƣớc thải. 2.2. Tổng quan về nƣớc thải xi mạ và các phƣơng pháp xử lý Hiện nay, môi trƣờng nƣớc có ba loại ô nhiễm chủ yếu là ô nhiễm kim loại nặng, ô nhiễm màu và ô nhiễm hữu cơ (Amaral et al., 2014; Tran N. H. et al., 2015). Nƣớc thải chƣa xử lý thải ra từ những nhà máy này chứa các chất ô nhiễm độc hại sẽ gây ô nhiễm đến nguồn tiếp nhận nhƣ đất, nƣớc và gián tiếp ảnh hƣởng đến chất lƣợng không khí xung quanh, làm thay đổi tính chất vật lý - hóa học - sinh học của môi trƣờng nƣớc cũng nhƣ đất theo chiều hƣớng ngày càng xấu. Yêu cầu đặt ra cho các nhà khoa học và quản lý là tìm giải pháp để cải thiện chất lƣợng môi trƣờng tiếp nhận trong thời gian tới (Patel et al., 2015). Có nhiều phƣơng pháp hóa học, sinh học, hóa lý đƣợc sử dụng để cải thiện chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp bao gồm keo tụ, hấp phụ, lọc cát, kết tủa hóa học, ozon hóa, phân hủy bằng vi khuẩn kị khí, hiếu khí, tách màng, điện hóa, lọc, tuyển nổi, xúc tác peroxit (Unlu et al., 2009; Buscio et al., 2015; Rachakornkij et al., 2004). Do mỗi loại nƣớc thải có thành phần và tính chất khác nhau, tùy vào từng đặt tính nƣớc thải mà có giải pháp xử lý phù hợp. Tùy loại chất ô nhiễm có trong nƣớc thải mà có phƣơng pháp xử lý hiệu quả. Thông thƣờng, nƣớc thải xi mạ đƣợc xử lý bằng quy trình hóa học bởi vì các chất ô nhiễm không chỉ chống lại quy trình xử lý sinh học mà còn gây độc tính đến sinh vật. Một số phƣơng pháp đặc trƣng xử lý nƣớc thải bao gồm trung hòa bằng axit hoặc 10 bazơ, kết tủa hydroxit hoặc sunfit các ion kim loại nặng, trao đổi ion, bay hơi… (CSU, 1986). 2.2.1. Thành phần ô nhiễm trong nước thải xi mạ Theo kết quả nghiên cứu của Trần Văn Nhân (2002) cho thấy nƣớc thải xi mạ chứa các muối vô cơ và hàm lƣợng kim loại nặng cao, tùy theo lớp mạ mà nguồn gây ô nhiễm có thể là đồng, kẽm hay các kim loại nặng khác. Theo kết quả nghiên cứu của Srisuwan et al. (2002) cho thấy thành phần chủ yếu kim loại nặng trong nƣớc thải xi mạ nhƣ sau: Bảng 2.2: Các chỉ số ô nhiễm kim loại nặng của nƣớc thải xi mạ Chỉ tiêu Đơn vị Nƣớc thải chƣa xử lý QCVN 40 -2011/BTNMT A B pH - 1-8 6-9 5,5 - 9,0 Niken (Ni) mg/L 96,1 0,2 0,5 Kẽm (Zn) mg/L 8,7 3 3 Đồng (Cu) mg/L 1020 2 2 (Srisuwan et al., 2002) Theo nghiên cứu của Mukesh Parmar & Lokendra Singh Thakur (2013), công nghiệp mạ điện và gia công kim loại thải ra lƣợng lớn kim loại nặng, trong đó có ion kim loại đồng (Cu2+), niken (Ni2+) và kẽm (Zn2+) và là vấn nạn lớn ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời và đời sống thủy sinh. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng kim loại đồng không thể phân hủy và có thể gây ung thƣ cũng nhƣ bệnh Wilson. Bên cạnh tác hại của đồng, niken gây dị ứng da, dễ gây tổn thƣơng cho hệ hô hấp, hệ thần kinh cũng nhƣ màng nhầy tế bào. Kẽm gây rối loại tiêu hóa và dẫn đến tiêu chảy khi vào cơ thể qua đƣờng thức ăn. Với thành phần ô nhiễm kim loại nặng trong nƣớc thải xi mạ, một số phƣơng pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc đƣợc đề xuất, phƣơng pháp hóa lý, hóa học, phƣơng pháp màng hay vật liệu tự nhiên (Mukesh Parmar & Lokendra Singh Thakur, 2013). 2.2.2. Các phương pháp xử lý nước thải xi mạ Hiện nay có nhiều kỹ thuật khác nhau đƣợc sử dụng để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nƣớc và nƣớc thải bao gồm: trao đổi ion, hấp phụ, kết tủa hóa học, lọc màng, keo tụ kết bông, tuyển nổi và điện hóa. Điện hóa là phƣơng pháp điện hóa học trong đó sử dụng dòng điện để loại bỏ kim loại ra khỏi dung dịch, keo tụ điện hóa có hiệu quả trong loại bỏ chất rắn lơ lửng, kim loại hòa tan, tannin và màu nhuộm. Phƣơng pháp chủ yếu đƣợc sử dụng để xử lý ion kim loại là kết tủa với NaOH và keo tụ với phèn 11