TRANG THÔNG TIN VỀ LUẬN ÁN
Tên luận án: Nghiên cứu sử dụng vật liệu keo tụ sinh học chế tạo từ hạt muồng hoàng yến (Cassia Fistula L.) để cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp
Chuyên ngành: Môi trường đất và nước Mã số: 62 44 03 03
Họ và tên nghiên cứu sinh: Đào Minh Trung
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
Cơ sở đào tạo: Trường Đại Học Cần Thơ
1. Tóm tắt nội dung luận án
Đề tài: “Nghiên cứu sử dụng vật liệu keo tụ sinh học chế tạo từ hạt muồng hoàng yến (Cassia Fistula L.) để cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp” được thực hiện nhằm:
– Phát triển vật liệu keo tụ sinh học với nano từ tính – trên nền vật liệu keo tụ sinh học Biogum từ hạt cây muồng hoàng yến – tạo thành vật liệu Biogum cải tiến.
– Đánh giá hiệu quả quá trình loại bỏ màu trong nước thải dệt nhuộm (nước thải giả định – RR và nước thải nhà máy – NMDN) trên thiết bị Jartest ở quy mô phòng thí nghiệm và mô hình Pilot công suất 30L/giờ, quy mô ứng dụng thực tiễn của vật liệu Biogum và Biogum cải tiến.
– Đánh giá hiệu quả quá trình loại bỏ ion kim loại nặng Cu, Zn và Ni trong nước thải xi mạ (nước thải giả định và nhà máy xi mạ – NMXM) trên thiết bị Jartest ở quy mô phòng thí nghiệm và mô hình Pilot công suất 30L/giờ quy mô ứng dụng thực tiễn của vật liệu Biogum và Biogum cải tiến.
– Đánh giá khả năng thu hồi và tái sử dụng của vật liệu Biogum cải tiến sau khi sử dụng loại bỏ ion kim loại nặng có trong nước thải xi mạ.
Kết quả nghiên cứu đạt được:
Nghiên cứu cải thiện chất lượng nước thải dệt nhuộm và nước thải xi mạ dựa trên hai loại vật liệu keo tụ có nguồn gốc sinh học gồm Biogum (thành phần ly trích từ thực vật), và Biogum cải tiến (vật liệu kết hợp giữa nano từ tính với Biogum) có khả năng thu hồi và tái sử dụng. Các thí nghiệm được tiến hành trên thiết bị Jartest và thiết bị Pilot để khảo sát khả năng loại bỏ màu nước thải dệt nhuộm và loại bỏ ion kim loại nước thải xi mạ, trong đó bố trí nghiệm thức với vật liệu keo tụ hóa học PAC làm đối chứng. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất loại màu của vật liệu Biogum đạt được tương ứng là 91,20% và 72,66% (RR); 82,30% và 78,92% (NMDN) và hiệu suất loại bỏ ion kim loại Ni2+, Cu2+, Zn2+ của Biogum đạt được lần lượt là 79,26%; 83,11%; 82,96% (nước giả định) và 58,91%; 71,78%; 78,06% (NMXM). Mặc dù cho hiệu quả loại bỏ màu và kim loại nặng cao nhưng Biogum khó thu hồi do quá trình hòa tan và phân hủy, kết quả nghiên cứu cho thấy sau 15 ngày Biogum phân hủy khoảng 55,83% trong nước do đó nghiên cứu cải tiến Biogum rất quan trọng cho việc tái sử dụng nguồn vật liệu sinh học này.
Kết quả nghiên cứu cho thấy Biogum cải tiến cũng có khả năng cải thiện chất lượng môi trường nước thải công nghiệp dệt nhuộm và xi mạ, hiệu quả loại bỏ màu, COD, tương ứng lần lượt là 99,97% và 96% (RR); 99,03% và 95,13% (NMDN); trong khi hiệu quả cải thiện kim loại nặng Ni2+, Cu2+, Zn2+ tương ứng đạt được là 92,93%; 97,17%; 94,97% (nước giả định) và 89,10%; 94,51%; 94,92% (NMXM). Kết quả cho thấy tính khả thi khi tái sử dụng vật liệu Biogum cải tiến, kết quả nghiên cứu thu được như sau: sau lần thu hồi 2 và 3 hiệu suất loại màu đạt được là 96,60% và 93,27% (đối với mẫu nước thải RR có độ màu 1052 Pt/Co); 96,73% và 92,50% (đối với mẫu nước thải NMDN có độ màu 1378 Pt-Co). Với nước thải xi mạ hiệu quả cải thiện kim loại sau lần thu hồi 2 và 3 đạt được như sau: 82,49% và 76,37% (Ni2+); 81,72% và 76,73% (Cu2+); 83,79% và 76,69% (Zn2+).
Khi so sánh với chất keo tụ hóa học PAC, với nước thải dệt nhuộm giả định RR, vật liệu Biogum cải tiến cho hiệu suất loại màu tốt hơn PAC. Hiệu suất loại màu của Biogum cải tiến đạt hiệu suất cao hơn PAC và Biogum. Hiệu suất loại màu PAC, Biogum và Biogum cải tiến tương ứng là 99,97% (RR); 91,20% (RR); 99,97% (RR); và 94,10% (NMDN); 82,30% (NMDN); 99,03% (NMDN). Bên cạnh đó khi vận hành trên thiết bị Pilot, PAC, Biogum cải tiến cũng cho kết quả cao hơn Biogum, kết quả loại màu RR và NMDN tương ứng đạt được như sau: 94,64%; 94,04% (Biogum cải tiến); 92,77%; 93,83% (Biogum); 94,90%; 93,83% (PAC). Đối với nước thải xi mạ Ni2+, Cu2+, Zn2+, kết quả nghiên cứu cho thấy Biogum cải tiến cho hiệu quả cao nhất, Biogum và PAC cho hiệu quả cải thiện thấp hơn, tương ứng là, Biogum cải tiến (92,93% Ni2+; 97,17% Cu2+; 94,97% Zn2+); Biogum (79,26% Ni2+; 83,11% Cu2+; 82,96% Zn2+) và PAC (59,77% Ni2+; 68,93% Cu2+; 66,13% Zn2+). Khi khảo sát trên thiết bị Pilot cũng cho kết quả tương tự, Biogum cải tiến cho hiệu quả cải thiện tốt nhất, kết quả thu được tương ứng với 3 ion kim loại Ni2+, Cu2+ và Zn2+ trong mẫu nước thải giả định như sau: hiệu quả đạt được của Biogum cải tiến (99,15% Ni2+; 91,88% Cu2+; 86,97% Zn2+), Biogum (98,88% Ni2+; 89,45% Cu2+; 86,37% Zn2+).
Qua đó cho thấy vật liệu có sinh học Biogum và vật liệu có nguồn gốc sinh học Biogum cải tiến có đặc tính cải thiện chất lượng nước tương tự như vật liệu hóa học PAC. Bên cạnh đó Biogum có khả năng tự phân hủy sinh học không gây tồn dư hóa chất trong môi trường tự nhiên; trong khi Biogum cải tiến có thể sử dụng, thu hồi và tái sử dụng trong cải thiện chất lượng nước thải. Kết quả nghiên cứu có thể mở ra hướng tiếp cận mới khi sử dụng vật liệu có nguồn gốc sinh học để cải thiện chất lượng môi trường nước theo hướng thân thiện môi trường và phát triển biền vững trong tương lai.
2. Những kết quả mới của luận án
So với các công trình nghiên cứu gần đây, nghiên cứu tập trung vào một số điểm mới cơ bản như sau:
– Giới thiệu vật liệu Biogum cải tiến (điều chế từ Biogum sinh học kết hợp với nano từ tính) có khả năng thu hồi sau xử lý trong cải thiện chất lượng nước thải dệt nhuộm và xi mạ. Vật liệu Biogum cải tiến có thể thay thế vật liệu hóa học truyền thống ít thân thiện môi trường và có thể tái sử dụng nhiều lần trong quá trình xử lý.
– Đề xuất ứng dụng vật liệu keo tụ sinh học thân thiện môi trường Biogum cải tiến vào quy trình công nghệ nhằm loại bỏ màu và COD của nước thải dệt nhuộm.
– Đề xuất ứng dụng vật liệu keo tụ sinh học thân thiện môi trường Biogum cải tiến vào quy trình công nghệ nhằm loại bỏ ion kim loại của nước thải xi mạ.
3. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn
Luận án cung cấp những thông tin khoa học về việc ứng dụng vật liệu keo tụ sinh học thân thiện với môi trường trong cải thiện chất lượng nước thải một số ngành công nghiệp ô nhiễm màu và kim loại nặng từ đó hướng đến sử dụng vật liệu thân thiện và bền vững cho hệ sinh thái.
Kết quả nghiên cứu bước đầu có thể đề xuất thay thế dần vật liệu hóa học bằng vật liệu sinh học thân thiện môi trường trong các trạm vận hành HTXL nước và nước thải.
Kết quả nghiên cứu này làm cơ sở đề xuất quy trình cải thiện chất lượng nước thải cho các loại hình ô nhiễm có tính chất tương tự nước thải nghiên cứu.
