NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP THỤ TỪ XƠ DỪA ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC THẢI BÊNH VIỆN

Sau đó sử dụng vật liệu hấp phụ đã chế tạo để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện đã qua xử lý sinh học.. Tổng quan về nước thải bệnh viện và các phương pháp xử lý amoni trong nước thả

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

T N N

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ

TỪ XƠ DỪA ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG

NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN

LUẬN VĂN T ẠC SĨ K O ỌC

Hà Nội –2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

T N N

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ

TỪ XƠ DỪ ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG

NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60440301

LUẬN VĂN T ẠC SĨ K O ỌC

N : PGS.TS TR N VĂN TUYÊN

TS PHẠM TH THÚY

Hà Nội –2016

LỜ C M ĐO N

Tôi xin cam đoan luận văn này do tôi thực hiện trong chương trình đào tạo của trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn

Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2016

Người thực hiện luận văn

Bùi Thị Lan Anh

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến

PGS.TS Trịnh Văn Tuyên - Viện Công nghệ môi trường - Viện hàn lâm khoa học

và công nghệ Việt Nam; TS Phạm Thị Thúy – Khoa môi trường – Trường đại học

khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn em nghiên cứu và hoàn thành tốt luận văn này

Em xin cảm ơn các thầy cô Bộ môn Công nghệ - Khoa môi trường – Trường đại học Khoa học tự nhiên đã giúp đỡ, tạo điều kiện, tận tình dạy bảo và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em suốt quá trình học tập và giúp em hoàn thiện luận văn này

Em xin cảm ơn các anh chị trong Viện Công nghệ môi trường – Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam đã tận tình dạy bảo, trang bị kiến thức giúp em hoàn thành luận văn

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình bạn bè, người thân đã động viên tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt luận văn này

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2016

Người thực hiện luận văn

Bùi Thị Lan Anh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về tình hình ô nhiễm amoni trong nước thải bệnh viện 4

1.2 Giới thiệu về công nghệ xử lý nước thải bệnh viện E – Hà Nội 6

1.3 Một số phương pháp xử lý amoni trong nước thải 10

1.3.1 Phương pháp Clo hóa 10

1.3.2 Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng 11

1.3.3 Phương pháp Ozon hóa với xúc tác Brommua 12

1.3.4 Phương pháp trao đổi ion 12

1.3.5 Phương pháp sinh học 13

1.3.6 Phương pháp hấp phụ 14

1.4 Công trình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải ở thế giới và Việt Nam 17

1.4.1 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải trên thế giới 17

1.4.2 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải ở Việt Nam 18

1.5 Hiện trạng và một số biện pháp xử lý xơ dừa ở Việt Nam 19

1.5.1 Hiện trạng xơ dừa ở Việt Nam 19

1.5.2 Biện pháp xử lý xơ dừa ở Việt Nam 21

1.6 Tổng quan về tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế giới và Việt Nam 25

1.6.1 Tổng quan về phương pháp cacbon hóa 25

1.6.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế giới 27

1.6.3 Tình hình nghiên cứu cacbon hóa ở Việt Nam 32

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

2.1 Đối tượng nghiên cứu 36

2.2 Dụng cụ thí nghiệm 36

2.3 Phương pháp nghiên cứu 37

2.3.1 Phương pháp tài liệu 37

2.3.2.Phương pháp thực nghiệm 37

2.3.2.1 Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa xơ dừa 37

2.3.2.2 Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ than cacbon hóa xơ dừa dạng viên 43

2.3.2.3 Thực nghiệm hấp phụ dạng tĩnh 43

2.3.2.4 Thực nghiệm hấp phụ dạng cột 46

2.3.3 Phương pháp phân tích 47

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 50

3.1 Đánh giá quá trình thực nghiệm cacbon hóa 50

3.1.1 Khảo sát sự biến đổi nhiệt độ của buồng cacbon hóa 50

3.1.2 Khảo sát tỷ lệ hơi nước trong vật liệu thí nghiệm 51

3.1.3 Khảo sát tỷ trọng đổ đống của vật liệu xơ dừa 52

3.1.4 Khảo sát độ tro hóa của xơ dừa 52

3.1.5 Khảo sát hiệu suất thu hồi sản phẩm của vật liệu khi tiến hành cacbon hóa 53

3.2 Khảo sát lựa chọn loại than tối ưu cho quá trình hấp phụ amoni trong nước thải bệnh viện 55

3.3 Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ qua quá trình hấp phụ tĩnh 57

3.3.1 Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của than cacbon hóa qua sự thay đổi của các dải pH 57

3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của dung lượng hấp phụ đến quá trình xử lý amoni trong nước thải bệnh viện 59

3.3.3 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ 62

3.3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn: lỏng 63

3.3.5 So sánh hiệu suất hấp phụ của than hoạt tính gáo dừa ở thị trường với than cacbon hóa xơ dừa đã chế tạo 64

3.4 Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ chế tạo từ quá trình cacbon hóa theo cột 65

3.4.1 Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ là 100% than cacbon hóa từ xơ dừa 66

3.4.2 Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ dạng viên 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

PHỤ LỤC 74

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần và nguồn phát sinh nước thải bệnh viện 4

Bảng 1.2 Chất lượng nước thải một số bệnh viện khu vực phía Bắc 5

Bảng 1.3 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu ô nhiễm tại bệnh viện E 9

Bảng 1.4 Hiệu suất thu hồi sản phẩm cacbon từ chất thải rắn nông nghiệp …… 30

Bảng 1.5 TOC của than carbon hóa từ các vật liệu khác nhau 33

Bảng 1.6 Kích thước và diện tích bề mặt riêng của than cacbon hóa 35

trên các vật liệu khác nhau 35

Bảng 2.1 Danh mục các thiết bị cần thiết cho quá trình nghiên cứu 36

Bảng 2.2 Danh mục các hóa chất cần thiết cho nghiên cứu 36

Bảng 2.3 Hóa chất lập đường chuẩn xác định N-NH4+ theo phương pháp Nessler 49

Bảng 3.1 Tỉ trọng của xơ dừa 52

Bảng 3.2 Độ tro hóa của xơ dừa 52

Bảng 3.3 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa ở T=3000C, T= 400oC, T= 500oC 53 Bảng 3.4 Nồng độ NH4+ sau khi điều chỉnh pH 57

Bảng 3.5 Các thông số xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 60

Bảng 3.6 Các thông số xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 62

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nước thải bệnh viện E 7

Hình 1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 18

Hình 1.3 Lò nung cacbon hoá đặt tại Viện Công nghệ môi trường và mẫu tre khô trước cabon hoá và mẫu than 33

Hình 1.4 Ảnh SEM của than cacbon hoá các 34

thành phần chất thải: a) gỗ; b) tre; c) vải; d) giấy 34

Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm quá trình Cacbon hóa 39

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm 40

Hình 2.3 Lò nung 40

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm pilot 41

Hình 2.5 Mô hình và thiết bị Jartest của quá trình thí nghiệm hấp phụ 42

Hình 2.6 Sơ đồ hệ nghiên cứu thực nghiệm liên tục 47

Hình 2.7 Phương trình đồ thị đường chuẩn amoni 49

Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của lò cacbon hóa 50

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn tỉ lệ bay hơi nước của xơ dừa theo thời gian 51

Hình 3.3 Đồ thị biến đổi hiệu suất thu hồi sản phẩm theo thời gian 53

ở các mức nhiệt độ khác nhau 53

Hình 3.4 Xơ dừa sau khi nung ở nhiệt độ T = 3000C 54

Hình 3.5 Xơ dừa sau khi nung ở nhiệt độ T = 4000 C 54

Hình 3.6 Xơ dừa sau khi nung ở nhiệt độ T = 5000C 55

Hình 3.7 Đồ thị dung lượng hấp phụ amoni của các loại than cacbon hóa đã chế tạo ở các nhiệt độ và thời gian khác nhau 56

Hình 3.8 Kích thước mao quản của than cacbon hóa xơ dừa 57

ở T= 500o C, t= 30 phút 57

Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NH4+ 58

Hình 3.10 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ ban amoni đến hiệu suất xử lý 59

Hình 3.11Đường đẳng nhiệt Langmuir 61

Hình 3.12 Đường đẳng nhiệt Freundlich 62

Hình 3.13 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý amoni 63

Hình 3.14 Ảnh hưởng của khối lượng than đến hiệu suất xử lý NH4+ 64

Hình 3.15 So sánh khả năng hấp phụ của than hoạt tính thị trường 65

và than cacbon chế tạo 65

Hình 3.16 Khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ ở mô hình dạng cột 66

Hình 3.17 Khả năng hấp phụ của vật liệu dạng viên 67

MỞ ĐẦU

Nước thải bệnh viện là một trong những mối quan tâm, lo ngại sâu sắc của các nhà quản lý môi trường vì chúng có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng và nguy hiểm đến đời sống con người

Hiện nay, nước thải từ một số bệnh viện, phòng khám đa khoa có chứa nhiều thành phần ô nhiễm vượt tiêu chuẩn cho phép, gây ô nhiễm môi trường [4] Trong nước thải bệnh viện có một số thành phần giống như nước thải sinh hoạt, chứa

có nồng độ đặc thù từ 20-60 mg/l [16].Tuy nhiên ở một số bệnh viện hoặc phòng khám đa khoa, cơ sở y tế do quá tải trong việc sử dụng khu vệ sinh nên hàm lượng amoni trong nước sẽ rất cao vượt quá quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy chuẩn nước thải bệnh viện (QCVN 28: 2010/BTNMT) [4] Vì là yếu tố gây độc nên việc

xử lý amoni trong nước thải là đối tượng rất đáng quan tâm

Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã và đang áp dụng nhiều biện pháp xử lý amoni như: Clo hóa, màng lọc, làm thoáng, trao đổi ion, phương pháp sinh học Các phương pháp trên đều có ưu, nhược điểm và khả năng xử lý amoni khác nhau Một trong các phương pháp xử lý amoni là hấp phụ và thường được sử dụng ở giai đoạn cuối cùng nhằm xử lý triệt để và đảm bảo tiêu chuẩn môi trường Phương pháp này có nhược điểm là chi phí cao, vật liệu hấp phụ phải tái sử dụng để giảm chi phí.Vì vậy lựa chọn vật liệu hấp phụ có giá thành rẻ có sẵn trong tự nhiên là vô cùng cần thiết Trong đó có phương pháp cacbon hóa từ chất thải nông lâm nghiệp như tre, gỗ, lõi ngô, xơ dừa [23] để xử lý ô nhiễm nước thải nhuộm [24], ứng dụng trong mô hình bio-toilet [25] sẽ giảm chi phí đáng kể và không cần tiến hành giải hấp

Ở Việt Nam dừa được trồng khá phổ biến đi kèm theo đó là các phế phẩm từ dừa được thải bỏ ra môi trường và gây ô nhiễm môi trường trong đó có xơ dừa Hiện nay xơ dừa được sử dụng để làm đồ thủ công mỹ nghệ, tấm lót, phân bón trong nông nghiệp, các giá thể sinh học…Với đặc tính tối ưu của xơ dừa như vậy

khi sử dụng để chế tạo thành than cacbon hóa làm vật liệu hấp phụ amoni thì giá trị của nó còn tăng cao Chất thải cacbon hóa sau khi hấp phụ amoni có thể dùng làm phân bón cải tạo đất trồng

Xuất phát từ thực tiễn trên tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo

vật liệu hấp phụ từ xơ ừ để xử lý m tr c thải bệnh việ ”

Luận văn được thực hiện nhằm chế tạo ra vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng phương pháp cacbon hóa Sau đó sử dụng vật liệu hấp phụ đã chế tạo để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện đã qua xử lý sinh học

Luận văn bao gồm các nội dung nghiên cứu chính sau:

1 Tổng quan về nước thải bệnh viện và các phương pháp xử lý amoni trong nước thải, giới thiệu về phương pháp hấp phụ sử dụng than cacbon hóa

2 Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng phương pháp cacbon hóa

các khoảng thời gian khác nhau từ 10 phút đến 60 phút, xác định các tính chất của vật liệu, khảo sát dung lượng hấp phụ amoni, độ tro, chụp ảnh SEM, cấu trúc kích thước mao quản

3 Thực nghiệm hấp phụ để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện sau khi đã qua hệ thống xử lý sinh học bằng phương pháp hấp phụ và nghiên cứu ảnh hưởng của pH,

tỷ lệ Rắn: Lỏng, thời gian đến hiệu suất xử lý amoni trong nước thải và lựa chọn loại than cacbon hóa cho quá trình xử lý

- Tiến hành thực nghiệm trên quy mô dạng cột lọc liên tục với các dải lưu lượng khác nhau từ 0,5 l/h đến 1,5 l/h để khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước thải của vật liệu

 Ý ĩ và ý ĩ t ực tiễn

- Nghiên cứu chế tạo than cacbon hóa từ phế liệu nông nghiệp (xơ dừa) tuy là vật liệu không mới nhưng chưa được chú ý đến nhiều

- Sản phẩm than thành phẩm thu được có những đặc trưng như xốp, có cấu trúc mao quản và chất lượng phù hợp để xử lý nước thải bệnh viện sau xử lý sinh học hiếu khí

- Về mặt kinh tế thì đây là phế liệu nông nghiệp sẵn có và tiềm năng ở Việt Nam, là một dạng vật liệu hấp phụ đặc biệt và giá thành hợp lý, phù hợp với điều kiện kinh tế ở Việt Nam

Các thực nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm

C ơ 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về tình hình ô nhiễm m tr c thải bệnh viện

Nước thải bệnh viện là dung dịch thải từ các cơ sở khám, chữa bệnh Nguồn tiếp nhận nước thải là: nước mặt, vùng nước biển ven bờ, hệ thống thoát nước, nơi mà nước thải y tế thải vào Nước thải y tế chứa vô số loại vi trùng, virus và các mầm bệnh sinh học khác trong máu, mủ, dịch, đờm, phân của người bệnh, các loại hóa chất độc hại từ cơ thể, chế phẩm điều trị, chất phóng xạ [16] Ngoài ra còn có các chất bẩn khoáng, hữu cơ đặc thù như chế phẩm thuốc, chất khử trùng, các dung môi hóa học, dư lượng thuốc kháng sinh, các đồng vị phóng xạ được sử dụng trong quá trình chuẩn đoán và điều trị bệnh Thành phần và nguồn gốc phát sinh nước thải bệnh viện được thể hiện ở bảng 1.1:

Bảng 1.1 Thành phần và nguồn phát sinh nước thải bệnh viện

Nước thải sinh hoạt của bệnh nhân, người nhà bệnh nhân, khách vãng lai, cán bộ công nhân viên trong bệnh viện

- Các chất hóa học hỗn hợp

Sử dụng trong khoa giải phẫu bệnh, triệt khuẩn, ướp xác và dùng bảo quản mẫu xét nghiệm ở một số khoa

Có trong dung dịch dùng

cố định và tráng phim

Sử dụng trong quá trình điều trị và chuẩn đoán

gồm các dịch làm sạch và khử khuẩn

- Thuốc sử dụng cho bệnh nhân

Có trong máu, dịch đơm, phân của người mang bệnh

(Nguồn: Bộ y tế và DTM Dự án xây dựng 2007) [16]

Các hợp chất chứa nito có thể tồn tại dưới dạng hợp chất hữu cơ, nitrit, nitrat

và amoni Amoni thực ra không quá độc với cơ thể con người Nhưng khi ra môi trường nếu hàm lượng amoni vẫn còn cao thì các vi sinh vật trong nước nhờ oxi

mặt Các hợp chất chứa nito trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho

cơ thể người sử dụng nước.Hàm lượng một số chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải bệnh viện các tỉnh phía Bắc được đưa ra ở bảng dưới đây cho thấy mức độ nguy hại của nước thải bệnh viện:

Bảng 1.2 Chất lượng nước thải một số bệnh viện khu vực phía Bắc

(Nguồn: Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trường, Kết quả quan trắc

môi trường bệnh viện 2010-2013) [5]

Theo Đào Ngọc Phong và các cộng sự 1998 [18] nghiên cứu về ô nhiễm môi tường và khả năng lây truyền do nước thải bệnh viện gây ra ở Hà Nội cho thấy hiện tượng tăng vượt trội ở các khu dân dư tiếp xúc với nước thải bệnh viện nhất là bệnh đường tiêu hóa

Với các đặc tính nguy hại của nước thải bệnh viện cần có những hệ thống công nghệ xử lý để loại bỏ hết các thành phần chất ô nhiễm đạt tiêu chuẩn QCVN 28:2010/BTNMT [4]

1.2 Gi i thiệu về công nghệ xử lý c thải bệnh viện E – Hà Nội

Thiết bị xử lý nước thải CN-2000 được thiết kế chế tạo theo dạng tháp sinh

các nguồn nước thải có ô nhiễm hữu cơ và Nitơ Các thông số nước thải đầu vào: COD từ 250-300mg/l, BOD từ 100-250 mg/l, nồng độ các độc tố có hại cho các quá trình xử lý bằng vi sinh đạt mức cho phép [6]

Nguyên lý hoạt động:

Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nước thải bệnh viện E [6]

Theo sơ đồ hình vẽ nước thải được thu gom từ các khoa, buồng bệnh, các bể phốt trong bệnh viện đến bể hợp khối gồm các công đoạn ngăn thu nước thải có lắp đặt song chắn rác để loại bỏ các thành phần rác, ngăn điều hòa, ngăn làm lắng sơ

bộ, bể hiếu khí và ngăn thu bùn

Bể điều hòa làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng chất bẩn trong nước thải, đồng thời tại đây nước thải được trộn các chế phẩm vi sinh nhằm tăng nhanh quá trình phân hủy sơ bộ các chất hữu cơ, xử lý một phần COD, BOD Tại đây nước thải được khuấy trộn và làm thoáng sơ bộ nhờ hệ thống sục khí Phần nước thải sau khi đi qua hệ điều hòa được lắng sơ bộ và phần nước gạn trong bể nén bùn được chảy sang bể hiếu khí gồm 2 ngăn, tại đây hàm lượng bùn hoạt tính được duy trì lơ lửng để oxy hóa các chất bẩn, hợp chất hữu cơ thành những chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng Tại bể này thực hiện quá trình khử BOD, COD và Nito Môi trường hiếu khí trong bể đạt được do sử dụng hệ thống sục khí nhằm duy trì hỗn hợp lỏng trong thiết bị luôn ở chế độ khuấy trộn hoàn toàn [6]

Sau khi qua xử lý tại bể hiếu khí nước thải được bơm lên thiết bị hợp khối dạng thám thiết bị xử lý có đệm vi sinh được chế tạo từ vật liệu nhựa có thông số độ

- Trộn khí cưỡng bức có cường độ cao bằng việc dùng không khí thổi cưỡng bức để hút và đẩy nước thải

- Lọc vi sinh dòng xuôi có lớp đệm vi sinh ngập nước

Thời gian lưu của nước thải trong thiết bị hợp khối là 2-2,5 giờ Khi nước thải tưới qua lớp vật liệu lọc bằng các phần tử rắn xốp, các vi khuẩn sẽ được hấp phụ, sinh sống và phát triển trên bề mặt đó Vi khuẩn dính bám vào vật rắn nhờ chất galatin do chúng tiết ra và có thể di chuyển dễ dàng trong lớp chất nhày này Đầu tiên vi khuẩn phát triển tập trung ở một khu vực sau đó chúng phát triển lan dần và phủ kín bề mặt vật liệu lọc Các chất dinh dưỡng như muối khoáng, hợp chất hữu cơ

và oxy có trong nước thải khuếch tán qua màng sinh vật và có thể vào tận lớp Xenlulose đã tích lũy phía trong cùng Sau một thời gian, màng sinh vật được hình thành và chia thành 2 lớp: Lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí, được oxy hóa khuếch tán xâm nhập vào, lớp trong là lớp thiếu oxy Thành phần sinh vật chủ yếu của màng vi sinh vật là vi khuản, ngoài ra còn có các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn Sau một thời gian hoạt động màng sinh vạt dày lên, các chất khí tích tụ phía trong tăng lên và màng bị tách ra khỏi vật liệu lọc Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước tăng lên

Sự hình thành các lớp màng sinh vật mới lại tiếp diễn [6]

Sau đó nước thải cùng bùn hoạt hóa chuyển qua bể lắng đợt 2 (lắng lamen) để tách khỏi bùn hoạt hóa và cặn hữu cơ khác Tại bể lắng lamen có xếp đệm làm tăng

bề mặt tiếp xúc, tăng khả năng va chạm Bể này có đường cấp hóa chất keo tụ nhằm tạo bông keo tụ nâng cao hiệu suất lắng

Phần nước trong được qua bộ phận khử trùng bằng dung dịch NaOCl hoặc

nước thải được xả ra ngoài cống Phần bùn, cặn lắng ở ngăn lắng và từng ngăn xử lý sinh học được máy bơm hồi lưu một phần bùn hoạt hóa trở lại thiết bị sinh học để đảm bảo được nồng độ xử lý còn phần bùn dư được bơm về máy nén bùn [6]

Nguyên lý hợp khối cho phép thực hiện kết hợp nhiều quá trình cơ bản xử lý nước thải đã biết trong không gian thiết bị của mỗi mô-đun để tăng hiệu quả và giảm chi phí vận hành xử lý nước thải Thiết bị xử lý hợp khối cùng một lúc thực

hiện đồng thời quá trình xử lý bùn hoạt tính và bể lọc nhỏ giọt Việc kết hợp đa dạng này sẽ tạo mật độ màng vi sinh tối đa mà không gây tắc các lớp đệm, đồng thời thực hiện oxy hóa mạnh và triệt để các chất hữu cơ trong nước thải Thiết bị hợp khối còn áp dụng phương pháp lắng có lớp bản mỏng (lamen) cho phép tăng bề mặt lắng và rút ngắn thời gian lưu

Đi kèm với giải pháp công nghệ hợp khối này có các hóa chất phụ trợ gồm: chất keo tụ PACN-95 và chế phẩm vi sinh DW-97-H giúp nâng cao hiệu suất xử lý, tăng công suất thiết bị Chế phẩm DW-97-H là tổ hợp của các vi sinh vật hữu hiệu (nấm sợi, nấm men, xạ khuẩn và vi khuẩn), các enzym thủy phân ngoại bào (amilaz, cellulaz, proteaz) các thành phần dinh dưỡng và một số hoạt chất sinh học sẽ làm phân giải (thủy phân) các chất hữu cơ từ trong bể phốt của bệnh viện nhanh hơn (tốc độ phân hủy tăng 7 - 9 lần và thủy phân nhanh các cao phân tử khó tan, khó tiêu thành các phân tử dễ tan, dễ tiêu), giảm được sự quá tải của bể phốt, giảm kích thước thiết bị, tiết kiệm chi phí chế tạo và chi phí vận hành, cũng như diện tích mặt bằng cho hệ thống xử lý Chất keo tụ PACN-95 khi hòa tan vào trong nước sẽ tạo màng hạt keo, liên kết với cặn bẩn (bùn vô cơ hoặc bùn hoạt tính tại bể lắng) thành các bông cặn lớn và tự lắng với tốc độ lắng cặn nhanh; nhờ đó, giảm được kích thước thiết bị lắng (bể lắng) đáng kể mà vẫn đảm bảo tiêu chuẩn đầu ra của nước thải [6]

Dưới đây là bảng số liệu kết quả phân tích thực hàm lượng một số chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải bệnh viện E sau khi qua hệ thống xử lý sinh học:

Bảng 1.3 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu ô nhiễm tại bệnh viện E

STT Chỉ tiêu ô nhiễm Đơ vị tính Nồ độ QCVN 28:2010/BTNMT

Qua bảng số liệu phân tích hàm lượng các chất ô nhiễm sau khi nước thải

cao vượt quá tiêu chuẩn cho phép

1.3 Một số p ơ p áp xử lý m tr c thải

Trong nước thải Amoni là thành phần khá phổ biến Các dòng thải chứa Nito

có thể gây độc đối với môi trường nước, gây ra hiện tượng giảm nồng độ oxi trong nước, hiện tượng phú dưỡng, ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ Clo Vì vậy cần phải loại bỏ Nito trong nước thải là cần thiết Quá trình loại bỏ các hợp chất nito chủ yếu

là sinh học hay các quá trình kết hợp giữa hóa lý và vật lý [36]

Có rất nhiều phương pháp xử lý amoni trong nước cấp và nước thải đã được

môi trường pH cao (pH= 10-11); clo hóa với nồng độ cao hơn điểm đột biến trên

các vật liệu trao đổi cation/anion như Klynoptilolyle hay Sepiolite; Nitrat hóa bằng các phương pháp sinh học; nitrat hóa kết hợp khử nitrat; công nghệ anammox; phương pháp điện hóa, điện thẩm tách, điện thẩm tách đảo chiều [1]

1.3.1 Phương pháp Clo hóa

Clo là chất oxi hóa mạng có khả năng oxi hóa amoni/ammoniac ở nhiệt độ

dạng HClO hay ion ClO- do có phản ứng theo phương trình:

về thiết bị và rẻ về kinh tế và xây dựng nhưng lại khó áp dụng [1]

1.3.2 Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng

Amoni tồn tại trong nước dạng cân bằng:

Ở pH gần 7 chỉ có một lượng nhỏ khí NH3 so với ion amoni Nếu ta nâng pH

định luật Henry là chuyển cân bằng về phía phải [1]:

Nâng pH của nước thô: Năng lên bằng cách dùng vôi hoặc xút Sau bề lọc pha axit vào nước để đưa pH từ 10,5- 11,0 xuống còn 7,5

Phương pháp này áp dụng được cho nước thải, khó có thể đưa dược nồng độ

1.3.3 Phương pháp Ozon hóa với xúc tác Brommua

1.3.4 Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là một quá trình hóa lý thuận nghịch trong đó xảy ra phản ứng trao đổi giữa các ion trong dung dịch điện ly với các ion trên bờ mặt hoặc bên trong của pha răn tiếp xúc với nó Quá trình trao đổi ion tuân theo định luật bảo toàn điện tích, phương trình trao đổi ion được mô tả như sau [1]:

Trong đó AX là chất trao đổi anion, CY là chất trao đổi cation

Phản ứng trao đổi là phản ứng thuận nghịch, chiều thuận là chiều trao đổi, chiều nghịch được gọi là chiều phản ứng tái sinh Mức độ trao đổi ion phụ thuộc vào:

- Kích thước hóa trị của ion

- Nồng độ ion có trong dung dịch

- Bản chất của chất trao đổi ion

- Nhiệt độ

Nhựa trao đổi ion dạng rắn được dùng để thu những ion nhất định trong dung dịch và giải phóng vào dung dịch một lượng tương đương các ion khác có cùng dấu điện tích Nhựa trao đổi cation là những hợp chất cao phân tử hữu cơ có chứa các nhóm chức có khả năng trao đổi với công thức chung là RX Trong đó, R là gốc hữu

cơ phức tạp có thể là COOH-, Cl-… Phản ứng trao đổi cation giữa chất trao đổi và cation có trong dung dịch [1]

Phương pháp sinh học gồm hai quá trình nối tiếp là nitrat hóa và khử nitrat

a Quá trình nitrat hóa:

Quá trình chuyển hóa về mặt hóa học:

phương trình trên không tính đến quá trình sinh tổng hợp sinh khối (vi khuẩn) Ta có:

b Quá trình khử nitrat hóa:

Để loại bỏ nitrat trong nước, sau công đoạn nitrat hóa amoni là khâu khử nitrat sinh hóa nhờ các vi sinh vật dị dưỡng trong điều kiện thiếu khí anoxic Các vi khuẩn

ở đây là dị dưỡng nghĩa là nguồn cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới Nitrit và

Quá trình khử nitrat hóa là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp nhau:

Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất chúng có thể là chất hữu cơ phổ biến là

Vi khuẩn tham gia vào quá trình khử nitrat bao gồm: Bacilus, Pseudoomnas,

Methanomanas, Paracocas, Spiritum, Thiobacilus [35]

Đây là phương pháp xử lý amoni được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm và cũng có kết quả khả quan

1.3.6 Phương pháp hấp phụ

Hấp phụ là phương pháp tách các chất, trong đó các cấu tử hỗn hợp lỏng, hoặc khí hấp phụ trên bề mặt xốp, rắn Chất hấp phụ là những vật rắn có chứa các mao quản Chất bị hấp phụ là chất nằm trong pha lỏng hoặc pha khí Khi quá trình hấp phụ xảy ra tức là có dòng pha lỏng hoặc dòng pha khí chuyển động và tiếp xúc với chất hấp phụ Hấp phụ là quá trình chuyển động của các chất bị hấp phụ vào các ống mao quản và trên bề mặt của chất rắn xốp Quá trình ngược lại được gọi là quá trình nhả hấp [9]

Các nguyên tử bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân(nguyên tử, phân tử, các ion, …) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van der waals yếu Nói một cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học(không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng lực liên kết phân

tử yếu (lực Van der waals) và liên kết hydro Sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch Nhiệt hấp phụ không lớn [13]

Có những lực hóa trị mạnh(do các liên kết bền của liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí, ) liên kết những phân tử hấp phụ và những phân tử bị hấp

phụ tạo thành những hợp chất hóa học trên bề mặt phân chia pha Nói một cách khác, hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử hấp phụ tạo thành hợp chất hóa học với các phân tử bị hấp phụ và hình thành trên bề mặt phân chia pha(bề mặt hấp phụ) Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường(liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí, .) sự hấp phụ hóa học luôn luôn bất thuận nghịch Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol [13]

Mô hình Langmuir:

Khi thiết lập phương trình hấp phụ Langmuir người ta xuất phát từ giả thuyết sau:[7]

- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định

- Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân

- Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các trung tâm là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiều phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh

- Thuyết hấp phụ Langmuir được mô tả bởi phương trình:

b: hệ số của phương trình Langmuir (được xác định từ thực nghiệm)

Mô hình Freundlich:

đối với chất bị hấp phụ, n là đặc trưng đính tính cho bản chất tương tác của hệ hấp phụ Phương trình được chuyển về dạng đường thẳng

Người ta phân biệt hai kiểu hấp phụ: hấp phụ trong điều kiện tĩnh và hấp phụ trong điều kiện động [7]

tử chất lỏng (nước) so với phân tử chất hấp phụ mà chúng cùng chuyển động với nhau Biện pháp thực hiện là cho chất hấp phụ vào nước và khuấy trong một thời gian đủ để đạt được trạng thái cân bằng (nồng độ cân bằng) Tiếp theo cho lắng hoặc lọc để giữ chất hấp phụ lại và tách nước ra

chất lỏng (nước) so với phân tử chất hấp phụ Biện pháp thực hiện là cho nước lọc qua lớp lọc vật liệu hấp phụ

Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xỉ mạt sắt, Trong số này than hoạt tính được sử dụng phổ biến nhất Than hoạt tính có hai dạng: dạng bột và dạng hạt đều được dùng để hấp phụ Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có trong nước Phương pháp này có khả năng hấp phụ 58 95% các chất hữu cơ và màu Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ được tính đến là phenol, ankylbenzen, sulfonic axit, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm [26]

than hoạt tính và nước thải (thường là nước thải sau xử lý sinh học) cho vào một bể tiếp xúc, sau một thời gian nhất định bột than hoạt tính được cho lắng hoặc lọc Do than hoạt tính rất mịn nên phải sử dụng thêm các chất trợ lắng polyelectrolyte Bột than hoạt tính còn được cho vào bể aeroten để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải Than hoạt tính sau khi sử dụng có thể được tái sinh lại tuy nhiên chưa tìm được phương pháp hữu hiệu để tái sinh, đối với than hoạt tính dạng hạt người ta tái sinh trong lò đốt để oxy hóa các chất hữu cơ bám trên bề mặt của chúng, trong quá trình tái sinh 5- 10 % hạt than bị phá hủy và phải thay thế bằng hạt mới [26]

1.4 Công trình nghiên cứu xử lý amoni trong c thải ở thế gi i và Việt Nam

Hiện nay trên thế giới và Việt Nam cũng đã có rất nhiều công trình nghiên cứu loại bỏ amoni trong nước thải trong đó xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và Nitơ nói chung bằng các biện pháp sinh học là rất phổ biến trong các phương pháp bởi tính khả thi và tính kinh tế cao của phương pháp này mang lại Bên cạnh đó phương pháp hấp phụ cũng là một trong những phương pháp đáng được quan tâm:

1.4.1 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải trên thế giới

Từ những năm 1995, phản ứng chuyển hóa hợp chất nitơ mới về cả lý thuyết

và thực nghiệm đã được phát hiện trong nước thải Đó là phản ứng oxy hóa ammonium bởi nitrite trong điều kiện kị khí [37] để tạo thành Nito phân tử mà không cần cung cấp chất hữu cơ, chất dinh dưỡng Gần 20 năm sau, nhóm đại học

kỹ thuật Delf Hà Lan và sau đó là các nước Đức Nhật, Thụy Sỹ, Bỉ, Anh đã công bố lần lượt các kết quả nghiên cứu ban đầu về quá trình amammox, bản chất của quá trình là ammonium được oxy hóa trong điều kiện kị khí mà nitrite đóng vai trò là chất nhận điện tử tạo thành nito phân tử [33] Đây là quá trình oxy hóa amoni bơi

đương 1:1 [37], cơ chế sinh hóa dựa vào sự cân bằng sinh khối trong quá trình làm giàu anammox được thiết lập như sau:

Trong đó quá trình khử amoni trong điệu kiện kị khí xảy ra trong điều kiện tự

hóa chất dinh dưỡng Như vậy để loại bỏ amoni trong nước thải dựa vào sự phát

chất tuân theo cơ chế 50:50

1.4.2 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải ở Việt Nam

Trong những năm gần đây tại Việt Nam đã có một số các công trình nghiên cứu xử lý các hợp chất hữu cơ chứa Nito trong nước cấp cũng như nước thải như sau:

- Tháng 6 năm 2013 Công ty Suidokiko Kaisha, LTD, Tokyo, Nhật Bản đã hỗ trợ trung tâm Quốc gia nước sạch và Vệ sinh môi trường nông thôn xây dựng thí điểm một hệ thống xử lý nước có xử lý amoni trong nước ngầm bằng phương pháp sinh học [2], tháng 8 năm 2013 hoàn thành lắp đặt tại trung tâm Tư vấn và chuyển giao công nghệ cấp nước và vệ sinh môi trường, ngõ 3, Cầu Bươu, Thanh Trì, Hà Nội và

đã bắt đầu đi vào hoạt động theo sơ đồ hình [1.2]

Hình 1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

kết tủa, lắng sau đó xử lý hóa chất sau đó nước thải được chuyển qua hệ thống lọc nhanh Kết quả thu được nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 28:2010/BTNMT [4]

Đối với nước thải đã có công trình nghiên cứu trên cơ sở phản ứng anammox

để xử lý loại bỏ nito kết hợp nitrit hóa bán phần và oxi hóa kị khí amoni ( viết tắt là quá trình SNAP) Đây là công trình nghiên cứu mô phỏng nước rỉ rác chứa amoni

với hiệu suất chuyển hóa amoni 85-90% và hiệu suất nôt 75-80% Kết quả tương tự

đạt được trong một bể phản ứng khác với nồng độ amoni là 500 mg-N/l và tải trọng

pH 6-8 trong khoảng cho phép của TCVN 33-85 [11]

Than hoạt tính làm một dạng của carbon đã được xử lý để mang lại một cấu trúc rất xốp, với diện tích bề mặt lớn đặc trưng bằng cấu trúc nhiều đường mao dẫn phân tán tạo nên các lỗ với kích thước và hình dạng khác nhau Nghiên cứu cấu trúc và tính chất hấp phụ ammonium trong nước của than trà Bắc thực hiện tại trung tâm phân tích kiểm nghiệm TVU, Khoa hóa học ứng dụng, Trường Đại học Trà Vinh cho thấy tải trong hấp phụ của than hoạt tính biến tính là 10,2 mg/g có khả năng xử

lý amoni tốt [14]

1.5 Hiện trạng và một số biện pháp xử lý xơ ừa ở Việt Nam

1.5.1 Hiện trạng xơ dừa ở Việt Nam

Ngành sản xuất chỉ xơ dừa đã được hình hành rất lâu và bắt đầu phát triển từ năm 1996, cho đến những năm gần đây ngành sản xuất chỉ xơ dừa mới thật sự phát triển mạnh Theo tính toán của các nhà chuyên môn, để sản xuất một tấn chỉ xơ dừa thì có ít nhất 2,5 tấn mụn được thải ra Kết quả điều tra năm 2005 có khoảng 200 cơ

sở sản xuất chỉ sơ dừa trên toàn huyện Mỏ Cày, phát triển tập trung mạnh nhất ở các

xã Khánh Thạnh Tân, Đa Phước Hội, An Thạnh, Thành Thới B nằm dọc theo tuyến sông Thơm có khoảng 135 cơ sở Sản xuất chỉ xơ thải ra lượng mụn dừa giao động

từ 300-500 tấn/ngày, tập trung nhiều nhất vào khoảng tháng 4-9 hằng năm Phần lớn mụn dừa không có bãi chứa hoặc có bãi chứa khi quá tải thì chủ cơ sở thải đổ trực tiếp xuống sông Thơm gây ô nhiễm môi trường và lan rộng ra các nhánh của sông

Thơm, ảnh hưởng đến chất lượng nước sinh hoạt của người dân và huỷ diệt nguồn lợi thuỷ sinh vật [3]

Sông Thơm từ phía sông Hàm Luông, khi đến đoạn sông thuộc xã Đa Phước Hội giáp thị trấn Mỏ Cày đã thấy nước sông lấm tấm hạt mụn dừa

Mụn dừa gây ô nhiễm nước sông, không chỉ ảnh hưởng ăn uống, sinh hoạt của con người mà việc nuôi trồng thủy sản cũng bị thiệt hại, vì mụn dừa còn theo dòng nước chảy vào các con rạch, mương vườn, ao cá, nước chát của vụn rỉ gây ra ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến sự sống của các sinh vật.Thủy sản ngoài sông rạch cũng giảm nhiều Ở vùng này trước đây có miệng chài là có thể kiếm tôm cá nuôi sống gia đình được, nay phải bỏ nghề vì cá tôm còn rất ít

Hầu hết việc xử lý mụn xơ dừa chưa hiệu quả vì mặt bằng không đủ chứa, còn chuyển cơ sở sang nơi khác thì chi phí vận chuyển nguyên liệu và thành phẩm rất cao

Hoạt động của các cơ sở sản xuất xơ dừa cũng đóng góp rất lớn vào nguồn thu ngân sách nhà nước, góp phần tăng giá trị trái dừa cho nhà vườn, mang lại ngoại tệ

từ xuất khẩu chỉ xơ dừa không phải nhỏ

Tuy nhiên, sớm có qui hoạch một bãi đổ mụn dừa, cơ sở sản xuất phải đưa mụn đến bãi đổ để chấm dứt tình trạng ô nhiễm dòng sông Thơm

Tính chất của xơ dừa

Theo TAPPI (1988) xơ dừa là chất hữu cơ và có thể tái sử dụng Độ pH của xơ dừa là 5,5 [3]

Chất lượng của xơ dừa không bị ảnh hưởng nếu độ pH thấp hơn Xơ dừa có một số tính chất và thànhphần hóa học sau:

- Tanin: 8,0-8,5% (thuộc loại pyrocatechic-tanin không thủy phân)

Đất sạch được sản xuất từ mụn dừa qua quá trình xử lý, kết hợp vi sinh thành một loại đất trồng hữu cơ có các đặc tính ưu việt: Tơi xốp, thoáng khí, dễ thấm nước, giữ ẩm cao, không mang mầm bệnh, chứa nhiều vi sinh vật có lợi cho đất Sau 6 tháng sử dụng, đất sạch trở nên “mùn hoá” (tạo thành humus kết giữ được các khoáng vi và đa lượng trong đất để cung cấp cho cây trồng) có ích cho cây trồng Đất sạch được sản xuất dạng viên nén tròn, viên nén vuông, thành phần đất sạch, gồm: Nitơ, mùn hữu cơ, vi lượng đủ dùng, vi sinh vật hữu ích, vi sinh vật cố định đạm, vi sinh vật phân giải lân… [3]

Đất sạch được sản xuất theo công nghệ như sau: Đem xả chất chát và các tạp chất trong mụn dừa, dùng phương pháp hóa học để tách chất chát trong mụn dừa, đồng thời xử lý và cho ra một gốc hóa học khác ở dạng muối dễ tiêu Sau đó mụn dừa được diệt khuẩn có hại, đem xay nhuyễn, trộn ủ với các chất dinh dưỡng đa, vi lượng từ nguồn hữu cơ vi sinh, sấy khô và đóng gói xuất ra thị trường Đất sạch có đặc tính dễ thấm nước, giữ ẩm tốt, thoát nước nhanh, kháng sâu bệnh… thích hợp

để trồng hoa kiểng, rau sạch, rau mầm, ươm cây giống [3]

Đất sinh học được sản xuất từ mụn dừa bằng phương pháp vi sinh để loại bỏ chất chát thành dạng muối vi lượng, có tác dụng như một loại phân bón, khi trộn

vào đất, giúp đất trở nên tơi xốp hơn Ngoài ra, đất sinh học còn cải thiện được sự

Acid Humic, Ligninsulfonate, trung lượng, vi lượng, vi sinh vật kháng bệnh cho đất, vi sinh vật cố định đạm, vi sinh vật phân giải lân, vi nấm kháng bệnh Đất sinh học khi trộn vào đất sẽ có những tác dụng: giúp cho đất trồng có hệ dinh dưỡng đầy

đủ và cân đối; giúp điều tiết được dinh dưỡng cho cây trồng theo cơ chế vi sinh; Cải thiện trạng thái mao dẫn của đất làm cho đất dễ thấm nước Tăng khả năng trao đổi ion trong đất, giúp cho đất tơi xốp, thoáng khí tạo điều kiện cho rễ cây phát triển mạnh Đất sinh học giữ ẩm tốt trong điều kiện khí hậu thay đổi, thích hợp cho việc cải thiện đất pha cát, pha sét Trong đất sinh học có nhiều chủng loại vi sinh có lợi cho đất và cây trồng, tăng độ phì nhiêu giúp cải tạo đất tốt [3]

Mụn dừa là nguyên liệu để sản xuất phân hữu cơ vi sinh: sau khi mụn dừa được sấy khô loại bỏ tạp chất có hại, áp dụng tiếp kỹ thuật vi sinh sẽ cho ra sản phẩm phân hữu cơ vi sinh, giúp cải tạo đất bạc màu một cách hiệu quả

b) Mụn dừa là nguyên liệu sản xuất ván ép

Mụn dừa là nguyên liệu để sản xuất ván ép, do mụn dừa có chất chát nên có khả năng chống mối, mọt Sản phẩm ván ép từ mụn dừa có công dụng như tấm Okal, MDF Theo kết quả thử nghiệm của Chi cục đo lường TP HCM thì lực uốn

c) Mụn dừa làm giá thể để trồng nấm

Mụn dừa còn là nguyên liệu tốt để làm giá thể trồng nấm rơm và nấm bào ngư Hiện nay, Trung tâm Nghiên cứu và Ứng dụng tiến bộ khoa học-công nghệ Bến Tre đang đầu tư xây dựng vùng nguyên liệu trồng nấm và phối hợp với Công ty Chế biến sau thu hoạch Quang Minh Anh (TP HCM) để đưa dây chuyền công nghệ hiện đại vào sản xuất nấm rơm, nấm bào ngư từ mụn dừa, xuất khẩu sang Mỹ [3]

d) Các công dụng khác của mụn dừa

Bên cạnh làm đất sinh học, đất sạch, phân hữu cơ vi sinh, ván ép, vụn dừa là nguyên liệu sản xuất chậu trồng cây, bầu trồng cây, bao bì tự hủy Quy trình sản xuất như sau: Hỗn hợp nguyên liệu gồm bã mía, vụn dừa, phụ gia (thạch cao, nhựa thông…) được nghiền thành bột (độ mịn phụ thuộc vào từng loại sản phẩm), sau đó đưa vào khuôn ép định hình sản phẩm, phơi sấy rồi đưa vào sử dụng Việc cho phụ gia nhiều hay ít sẽ quyết định thời gian phân hủy của sản phẩm từ 1 tháng đến 1 năm Thực tế cho thấy, các sản phẩm chậu hoa, bầu trồng cây tự hủy giúp cây phát triển nhanh, sau 1 thời gian sử dụng chậu sẽ tự phân hủy thành đất mùn Thị trường Tây Âu và Bắc Mỹ rất ưa chuộng sản phẩm này [3]

Hiện nay, vụn dừa ở Bến Tre còn được sơ chế xuất khẩu sang các nước như Hàn Quốc, Hà Lan, Đài Loan, Thuỵ Điển, Nhật, Canada, Bỉ, Trung Quốc để trồng hoa, rau cải, cà chua … trong nhà kính mà không cần đất tự nhiên Do vụn dừa có nhiều công dụng nên hiện nay mụn dừa trở nên đắt hàng, từ đó các khu vực sản xuất chỉ xơ dừa ở Bến Tre không bị ô nhiễm như trước đây [3]

e) Xơ dừa làm nguyên liệu chế tạo phụ tùng xe

Chế tạo phụ tùng xe không nhất thiết cần nguyên liệu đắt tiền Ngay nguồn vật liệu phong phú rẻ tiền như trái dừa khô cũng có thể được sử dụng

Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Baylor (Texas) mới đây phát hiện nguyên liệu mới giúp tiết kiệm giá thành sản xuất phụ tùng xe - vỏ dừa đã qua

sử dụng hay xơ của trái dừa khô Để chứng minh nhận định này, họ đã thử nghiệm sản xuất ván sàn, đường nẹp thân xe, panen cửa nội thất từ xơ dừa bỏ đi Kết quả thật bất ngờ, nguồn nguyên liệu tưởng chừng phế thải đã phát huy tác dụng triệt để, thay thế phần nào sợi tổng hợp pôliexte hiện thời [3, 8]

Đó là nhờ tính hữu dụng đặc biệt của hợp chất xơ dừa pha trộn pôliprôpilen, cho hỗn hợp chịu nhiệt độ cao Từ đó nhà sản xuất dễ dàng tạo khuôn và làm bóng hình khối theo ý đồ mong muốn Thêm vào đó, phụ tùng xe chế tạo từ xơ dừa còn được người tiêu dùng ưa chuộng ở đặc tính nhẹ bền chắc chắn, bảo vệ xe khỏi nguy

cơ cháy nổ và khói độc [8]

Chính vì thế, sản phẩm phụ tùng xe độc đáo này đã trở thành người sản phẩm hữu ích của rất nhiều quốc gia vùng gần xích đạo - nơi thiên tai hiểm họa luôn rình rập đe dọa cuộc sống của người dân Đặc biệt, tại những xứ sở dừa chất thành đống như Inđônêxia, Gana hay n Độ - nơi người dân không ý thức xơ dừa tích tụ chính

là môi trường lý tưởng của loài muỗi anôphen - việc tận dụng vỏ dừa khô chế tạo phụ tùng xe được xem như một sản phẩm lý tưởng: vừa bảo vệ môi trường và phòng bệnh sốt rét, vừa nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh [8]

f) Dùng xơ dừa để xử lý nước thải

Các vật liệu dùng làm giá thể cho sinh vật bám trong quy trình xử lý nước thải sinh học thường có ít nhất một trong bốn điểm yếu sau: đắt tiền, trọng lượng lớn, chiếm chỗ và dễ gây tắc nghẽn dòng chảy Xơ dừa là một vật liệu có thể tránh được những bất lợi đó

Một trong những biện pháp nâng cao hiệu suất xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học là nâng cao mật độ vi sinh vật trong hệ thống Khi xử lý nước thải bằng quá trình sinh trưởng lơ lửng (không có giá thể cho sinh vật bám), thì nước thải qua

xử lý đi ra ngoài, đã mang theo một lượng đáng kể vi sinh vật

Phương pháp xử lý theo kiểu sinh trưởng kết bám (có giá thể) khắc phục được điều này Trước đây, những vật liệu được sử dụng làm giá thể thường là các vật liệu trơ như cát sỏi, gốm, xỉ quặng hoặc chất dẻo Tuy nhiên, các vật liệu trên thường là đắt tiền (với chất dẻo, đầu tư 75 - 200USD cho mỗi mét khối thể tích bể xử lý), trọng lượng lớn chiếm chỗ và dễ gây tắc nghẽn dòng chảy của nước thải qua bể xử

lý [8]

Nhằm tìm kiếm một loại vật liệu làm giá thể có thể khắc phục được các điểm yếu nêu trên, xơ dừa đã bắt đầu được nghiên cứu năm 1996 Các miếng đệm xơ dừa phủ cao su dưới dạng các khối hình chữ nhật kích thước nhỏ được lắp đặt đều bên trong một bể xử lý kỵ khí Với nước thải chế biến cao su, mô hình trên có hiệu suất

xử lý chất hữu cơ khoảng 90% [8]

Từ những ứng dụng ban đầu của công nghệ trên, người ta đã nghiên cứu thành công ứng dụng xơ dừa thô trong xử lý nước thải dưới dạng đơn giản hơn Các sợi

xơ dừa được kết thành chuỗi tiết diện tròn và không phủ cao su đường kính 20cm và dài 200cm Sau đó, các chuỗi này được buộc song song với nhau trên một khung hình chữ nhật

Nước thải từ một xưởng chế biến cao su được cho qua bể phân hủy kỵ khí có

xơ dừa thô làm giá thể, thời gian lưu nước là hai ngày Kết quả, 90% COD và BOD

bị loại ra khỏi nước thải Mô hình này đã được vận hành thử nghiệm thường xuyên

từ tháng 9/1999 đến năm 2001 Qua kiểm nghiệm chất lượng nước thải trên 22 mẫu nước thải, hiệu suất xử lý đối với chất ô nhiễm hữu cơ vẫn ổn định, đạt khoảng 90% đối với cả BOD và COD, hiện tượng cuốn trôi vi sinh vật ra khỏi bể xử lý không đáng kể, thuận lợi cho những quá trình xử lý kế tiếp Sau hơn một năm vận hành, bể

kỵ khí dùng xơ dừa không có hiện tượng tắc ngẽn dòng chảy nước thải.Vì thành phần chủ yếu của xơ dừa là cellulose ( khoảng 80%) và lignin (khoảng 18%), nên rất khó bị vi sinh vật phân hủy Theo ước tính của các nhà nghiên cứu, tuổi thọ của

xơ dừa trong bể kỵ khí là khoảng 5 năm [8]

Từ kết quả trên, đã chứng minh khả năng và hiệu quả sử dụng xơ dừa thô trong bể xử lý kỵ khí để xử lý nước thải nghành chế biến cao su Ngoài ra, có thể áp dụng công nghệ trên trong việc xử lý các lọai nước thải có chứa chất ô nhiễm hữu

cơ cao Xơ dừa là một loại vật liệu rẻ tiền và sẵn có ở nhiều vùng trong nước ta, nên đây có thể được coi như một hướng phát triển các công nghệ xử lý nước thải đơn giản và rẻ tiền

1.6 Tổng quan về tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế gi i và Việt Nam

1.6.1 Tổng quan về phương pháp cacbon hóa

Hiện nay phương pháp thiêu đốt được sử dụng phổ biến để xử lý chất thải rắn sinh hoạt và chất thải rắn y tế và ngăn ngừa các dịch bệnh Tuy nhiên phương pháp này còn hạn chế vì chi phí xử lý cao và có nguy cơ tạo thành dioxin và furan Một

công nghệ mới xử lý chất thải bằng phương pháp cacbon hóa, công nghệ này cho phép thu hồi năng lượng như nhiệt năng và điện năng hoặc nguyên nhiên liệu sạch (than sạch, than hoạt tính) [15] Phương pháp này góp phần xử lý ô nhiễm môi trường và lượng rác thải cho bãi chôn lấp, đây là một yếu tố quan trọng trong vấn đề quản lý chất thải

Cacbon hóa là quá trình loại bỏ các chất hữu cơ nhẹ có thể bay hơi có mặt trong nhiên liệu nhằm mục đích thu nhận cacbon Đây là quá trình cháy không hoàn toàn nguyên liệu Các hợp chất hữu cơ phân hủy dưới tác dụng của nhiệt và tạo thành cacbon Quá trình cacbon hóa có thể phân chia thành hai bước: sấy khô và đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu [15]

Có một số khác biệt giữa phương pháp thiêu đốt truyền thống và công nghệ mới Phương pháp truyền thống biến toàn bộ chất thải đầu vào thành khí thải và tro, sinh ra lượng khí thải độc hại Ngược lại phương pháp nhiệt phân biến chất thải thành các loại nhiên liệu giàu năng lượng bằng việc đốt chất thải ở trạng thái kiểm soát, quy trình xử lý nhiệt hạn chế sự biến đổi để quá trình đốt cháy không xảy ra trực tiếp, chất thải được thành những chất trung gian có thể xử lý thành các vật liệu tái chế hoặc thu hồi năng lượng Dưới tác dụng của nhiệt, các loại rác thải chuyển hóa kèm theo quá trình phân hủy tạo thành nước, khí và than tổng hợp Than tổng hợp được làm lạnh trong vòng 90 giây mà không cần một sản phẩm phụ gia nào trong khoang giảm nhiệt, đây là sản phẩm của chính quá trình xử lý nhiệt phân rác thải ở nhiệt độ thấp, loại than này có chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp khoảng 0,2% Điều đáng lưu ý là công nghệ nhiệt phân rác thải ở nhiệt độ thấp này sẽ giúp tránh được nguy cơ phản ứng sinh ra các chất độc hại, đặc biệt là dioxin [15]

Nhiệt phân là quá trình làm suy giảm nhiệt của các vật liệu cacbon ở nhiệt độ từ

hạn chế Quá trình này làm bay hơi và phân hủy các vật liệu rác hữu cơ bằng nhiệt, không bằng đốt lửa trực tiếp Khi chất thải bị nhiệt phân, khí và than ở dạng rắn được sinh ra Than dưới dạng rắn là hợp chất các nguyên liệu khó cháy với cacbon Khí tổng hợp được sinh ra là hỗn hợp các khí gồm cacbon monixit, hydro, metan và

một số loại hợp chất hữu cơ khác dễ bay hơi Khí tổng hợp có nhiệt trị là 10-20

Với những đặc tính tối ưu của phương pháp cacbon hóa, đã có rất nhiều ứng dụng để xử lý các chất dư thừa trong nông nghiệp và công nghiệp, xử lý các chất thải sinh hoạt và thương mại, thu hồi năng lượng từ những chất dư thừa trong quá trình tái chế liệu

Ưu điểm của phương pháp:

- Giảm khối lượng chất thải

- Làm cho chất thải an toàn và biến thành chất trơ

- Thu được giá trị của chất thải các loại năng lượng nhiên liệu (điện năng, than )

- Đi theo hướng phát triển bền vững tiến tới việc tái sử dụng và tái chế

- Là một biện pháp xử lý thích hợp đối với lượng chất thải đang gia tăng

- Chất thải biến thành năng lượng và sự bổ sung cho việc tái chế vật liệu

- Đẩy mạnh việc thay đổi thành phần chất thải rắn ở bãi chôn lấp

- Giải quyết tình trạng thiếu nơi chôn lấp chất thải

- Ứng phó với những công cụ kinh tế và tài chính

1.6.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế gi i

Phương pháp cacbon hóa đã được thế giới nghiên cứu và sử dụng từ rất lâu trên thế giới nhằm thu hồi được những sản phẩm nhiên liệu có giá trị cao hơn

a Công nghệ cacbon hóa ở nhiệt độ thấp

Ở Mỹ, từ những năm 1990 đã có rất nhiều nghiên cứu về công trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp Fank M Gentry có các công trình nghiên cứu về quá trình luyện than cốc và khí hóa than ở nhiệt độ thấp [21,31]

Nhiệt độ của quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp được tranh cãi giữa các nhà

C [21] Sự tranh cãi này xuất phát

từ một loại than đá mà các thí nghiệm tiến hành và các loại sản phẩm than cốc riêng của từng nhà nghiên cứu Par và các cộng sự sử dụng than Illinois để đảm bảo không có khói khí đốt Bone sử dụng than của Anh và Gludd sử dụng sản phẩm đầu tiên của nhựa đường với loại nhựa đường có tỷ lệ cacbon tự do thấp Do vậy khoảng nhiệt độ phụ thuộc vào chất lượng sản phẩm tạo ra của các nhà nghiên cứu và phương pháp thực hiện các quá trình

Lịch sử quá trình nghiên cứu cacbon hóa ở nhiệt độ thấp liên quan chặt chẽ tới khí than Một trong những người đầu tiên đề cập đến lượng dầu lớn nhất thu được là Perkins, người đạt bằng sáng chế năm 1953 về việc chiết xuất dầu khỏi đá phiến sét

và các vật liệu cacbon khác bằng cách chưng cất ở nhiệt độ thấp Sau năm đó, Sparr

đề nghị luyện than để lấy dầu nhờn hơn là lấy khí trong điều tự nhiên chân không cao Mười năm sau, Parker người phát minh quá trình cốc hóa giành được bằng sáng chế cho sản phẩm nhiên liệu không khói bằng cách chưng cất khí trơ ở nhiệt

nền tảng của quá trình cốc hóa [21]

Tại Mỹ những thí nghiệm được tiến hành từ rất sớm tại đại học Illinois từ

1902 Đã có một báo cáo kết quả vào năm 1908 và một báo cáo nghiên cứu sâu hơn vào năm 1912 của Parr và công sự Những nghiên cứu đầu tiên về lĩnh vực này được nghiên cứu tại Mỹ, nhưng sau đó nó tiếp tục được nghiên cứu chủ yếu ở những nước có nguồn dầu mỏ bị giới hạn và họ coi nguồn than dự trữ như nguồn nguyên liệu lỏng quan trọng cho quốc gia Chiến tranh thế giới đã tạo ra sự thúc đẩy lớn cho lĩnh vực nghiên cứu này, đặc việt là tại Anh và Đức Những nghiên cứu cơ bản về nhiên liệu của Anh xuất bản năm 1917 đẩy mạnh tiết kiệm nhiên liệu và tiếp tục phát triển những nghiên cứu về nhiên liệu Nó góp phần to lớn cho những nghiên cứu về cacbon hóa than [31]

Sau đây là một só nghiên cứu về quy trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp

Quy trình cacbon hóa của Mcintire

Quy trình cacbon này dựa theo quy trình của tác giả Smith và được sự ủng hộ của tổ chức The International Coal Products Company Năm 1918 chính phủ Mỹ đã cung cấp tài chính nhằm xây dựng một nhà máy với công suất 575 tấn than thô mỗi ngày tại Clinchfield, VA Tuy nhiên quy trình vận hành của nhà máy gặp nhiều khó khăn, thêm vào đó những trờ ngại về kinh tế đã khiến dự án Clinchfield tạm ngừng vào năm 1922 Sau này mô hình này được McIntire ứng dụng và phát triển Điểm nổi bật của hệ thống này là sự kết hợp giữa quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp và cao nhằm đạt dược một số quy mô sản xuất cao hơn [15, 15]

Quy trình Coalite

Quy trình dựa trên mô hình của Parker, một trong những người tiên phong của quá trình cacbon hóa ở nhiệt độ thấp Mô hình đưa ra từ những năm dầu 1890 nhưng đến tận năm 1906 thì Coaltile mới giới thiệu về nguyên lý của quá trình cacbon hóa [29] Trong mô hình này, các bình chứng cất ở trạng thái tĩnh, nhiệt được cung cấp từ bên trong và than được xếp từng lớp mỏng Sau đó The Eticoal Syndicate đã dựng lên một nhà máy gần Barnsley, nước Anh với công suất khoảng

50 tấn than Trong quá trình chưng chất hơi nóng dược duy trì từ trên xuống dưới

quá trình cacbon hóa được hoàn thành

Thiết kế gần đây nhất của Coaltile là một cải tiến trong mô hình của Davidson Quá

36 tấn mỗi ngày Đặc điểm của mô hình này là các thiết bị có bộ phận thoát khí trong quá trình cacbon hóa và thu hồi than Khoảng 25-35% chất dễ bay hơi chứa

Quy trình Fussion

Đây là phát minh của Hutchin và được tập đoàn Fusion quản lý, mô hình được thiết kế dạng đơn và kép Trong mô hình dạng đơn có lò quay bằng thép sắp xếp theo chiều ngang Nguyên liệu được nghiền cho vào các lò được đốt nóng Sản pahamr được hình thành ở buồng cố định ở trạng thái tĩnh và sau đó được lấy ra, khí thải ngưng lại và cho một khu vực riêng