Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát. Trấu có rất nhiều tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) và Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) là 2 vùng trồng lúa lớn nhất của Việt Nam. Chúng thường được đem đốt hoặc đổ xuống sông suối trôi đi khắp nơi, chìm xuống đáy sông, rạch, gây ô nhiễm nguồn nước.
Trang 1KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
được sử dụng để đốt, phần lớn hoặc đổ xuống sông gây ô nhiễm nguồn nước Nhiều nghiên cứu được thực hiện tận dụng nguồn trấu này nhằm sản xuất các vật liệu, phục vụ đời sống và góp phần xử lý môi trường [7]
Công trình này trình bày các kết quả nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ trấu làm vật liệu lọc trong quá trình xử lý nước đạt QCVN về chất lượng nước sinh hoạt, ứng dụng ở vùng ĐBSCL
2 Phương pháp nghiên cứu
2.1 Nguyên liệu, hóa chất
Trấu được nhà máy sấy lúa Lộc Trời, An Giang cung cấp Mẫu sau khi lấy về được phân tích để xác định thành phần vật chất, sau đó, được bảo quản để
sử dụng trong quá trình sản xuất than
Khí N2 và CO2 tinh khiết được sử dụng trong quá trình sản xuất và hoạt hóa than hoạt tính từ trấu Xanh methylene được sử dụng xác định độ hấp phụ của than sau khi sản xuất
Mẫu nước trong nghiên cứu này được lấy từ sông Hậu, đoạn chảy qua Cần Thơ, vào cuối tháng 9/2016,
1 Mở đầu
Việt Nam là một trong năm nước trên thế giới
chịu tác động nhiều nhất của biến đổi khí hậu
(BĐKH) Trong 50 năm qua, nhiệt độ trung bình
năm tăng khoảng 0,5oC trên phạm vi cả nước và
lượng mưa có xu hướng giảm ở miền Bắc và tăng
dần ở miền Nam [1] Liên tiếp trong những năm gần
đây do ảnh hưởng của BĐKH, hiện tượng lũ lớn, lũ
quét đã xảy ra với tần suất, quy mô và cường độ ngày
càng gia tăng gây ngập lụt trên diện rộng, cách ly các
vùng dân cư, khiến cho công tác cứu nạn cứu hộ gặp
nhiều khó khăn ĐBSCL gồm 13 tỉnh/thành phố với
tổng dân số vùng nông thôn 14 triệu dân Trong đó
số dân được sử dụng nước hợp vệ sinh chỉ đạt 75,82
%, số dân sử dụng nước đạt tiêu chuẩn QCVN
02:2009/BYT chiếm tỷ lệ 36,52, thấp nhất là tỉnh
Cà Mau với tỉ lệ 0% [2] Hiện nay, nhiều phương
pháp xử lý nước như vi lọc (MF), lọc nano (NF),
lọc thẩm thấu ngược (RO) được nghiên cứu nhằm
cung cấp nguồn nước sạch đạt tiêu chuẩn [3-6]
Trong khi đó, trấu là phụ phẩm của ngành sản
xuất lúa gạo, có rất nhiều tại ĐBSCL Một phần trấu
KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC CỦA
THAN HOẠT TÍNH SẢN XUẤT TỪ TRẤU
Trần Anh Khoa Nguyễn Phan Khánh Thịnh
Phan Đình Tuấn
(1)
TÓM TẮT
Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát Trấu có rất nhiều tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) và Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) là 2 vùng trồng lúa lớn nhất của Việt Nam Chúng thường được đem đốt hoặc đổ xuống sông suối trôi đi khắp nơi, chìm xuống đáy sông, rạch, gây ô nhiễm nguồn nước Do đó, đề tài này sản xuất than hoạt tính từ trấu với mục tiêu giảm lượng phát thải phế phẩm này và ứng dụng trong quá trình xử lý nước Quá trình than hóa được thực hiện ở điều kiện 450oC trong
90 phút và hoạt hóa bằng CO2 ở 800oC, thời gian 120 phút với lưu lượng dòng CO2 30l/h Than trấu hoạt tính được sử dụng xử lý nước nhằm cung cấp nước sạch phục vụ sinh hoạt của người dân Nước sau khi được lọc qua than trấu hoạt tính với chiều cao thích hợp có các chỉ tiêu đáp ứng QCVN về nước sinh hoạt như pH 6,9,
độ đục 1,6 NTU, TDS 170 mg/l và SS < 3 mg/l
Từ khóa: Trấu, than hoạt tính, xử lý nước.
Trang 2Trấu thu nhận từ Nhà máy sấy lúa Lộc Trời,
An Giang có thành phần chủ yếu C, N và O chiếm 68,28% khối lượng, được trình bày trên Bảng 1 Kết quả này tương tự thành phần các nguồn trấu khác
đã được nghiên cứu [8]
Kích thước hạt than là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình và hiệu quả lọc nước Nếu kích thước than quá nhỏ sẽ tạo nên trở lực lớn, nước khó chảy qua Do đó, một trong những yêu cầu quan trọng của công nghệ hoạt hóa là không làm
vỡ, dẫn đến mịn hóa than Trong nghiên cứu này, than sau khi hoạt hóa được kiểm tra phân bố hạt theo kích thước Biểu đồ phân bố hạt than theo kích thước được trình bày ở Hình 1
lúc ĐBSCL đã vào mùa nước nổi Mẫu nước được
bảo quản lạnh 50C trong suốt quá trình thí nghiệm
2.2 Sản xuất than hoạt tính từ trấu
Trấu được rửa sạch bằng nước, sấy khô ở 105oC
trong 10 giờ và được than hóa ở điều kiện nhiệt độ
450oC, lưu lượng khí trơ (N2) thổi qua 30 L/h trong
thời gian 90 phút Với mục đích xử lý nước vùng
lũ thành nước sinh hoạt và ăn uống nên than trấu
được hoạt hóa bằng khí CO2 với lưu lượng 30 L/h ở
nhiệt độ 800oC trong 120 phút Kết thúc quá trình
hoạt hóa, than trấu hoạt tính được làm nguội bằng
khí trơ (N2) đến nhiệt độ thường Sau đó, than được
rửa sạch bằng nước cất và sấy ở 105oC trong 4h Sản
phẩm cuối cùng được bảo quản trong bình hút ẩm
để sử dụng trong các thí nghiệm tiếp theo
2.3 Khảo sát tính chất than hoạt tính
Diện tích bề mặt riêng là một đặc tính quan trọng
của than hoạt tính được xác định bằng phương pháp
BET (phương pháp Brunauer-Emmett- Teller) Bên
cạnh đó, khả năng hấp phụ của than hoạt tính từ
trấu cũng được xác định bằng phương pháp hấp phụ
dung dịch xanh methylene với thiết bị quang phổ
hấp thụ UV-VIS
Than sau khi nghiền sử dụng trong quá trình
xử lý nước được xác định kích thước bằng phương
pháp phân tích DLS (Dimension Laser Scaner)
2.4 Khảo sát khả năng xử lý nước của than
trấu hoạt tính
Khả năng lọc nước của than hoạt tính được thực
hiện bằng cách cho nước đi qua cột lọc có lớp than
hoạt tính Cột lọc có đường kính 60 mm, được nhồi
theo thứ tự từ dưới lên: lớp than có chiều dày thay
đổi, từ 0 - 100 mm, lớp cát thạch anh (f0.8-1 mm)
dày 100 mm, lớp đá min (f1-2 mm) dày 100 mm
và trên cùng là lớp đá thô (f2-3 mm) dày 100 mm
Khối lượng than trong cột lọc được khảo sát trong
khoảng 5 – 30g, theo sự thay đổi chiều cao lớp than
Áp suất trên bề mặt lớp vật liệu lọc được duy trì ổn
định, khoảng 2mH2O Tốc độ lọc của nước qua lớp
vật liệu lọc đạt 1,2l/h Mẫu nước trước và sau khi lọc
được phân tích để xác định các chỉ tiêu pH, độ đục,
hàm lượng chất rắn không tan (TDS) và hàm lượng
chất tan trong nước (SS)
3 Kết quả và thảo luận
3.1 Khảo sát quá trình sản xuất và tính chất
than trấu hoạt tính
▲Hình 1 Đồ thị phân bố kích thước than sau khi hoạt hóa
▲Hình 2 Hình SEM bề mặt than trấu hoạt tính
Trang 3KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
22,5 đến 1,6 NTU; TDS giảm từ 860 mg/l đến 170 mg/l; SS giảm từ 22 mg/l đến < 3 mg/l) và giảm chậm khi tăng khối lượng than từ 20 g đến 30 g (ứng với chiều cao lớp than 100 mm) Bên cạnh
đó, các chỉ tiêu của nước sau khi được xử lý bằng than hoạt tính với khối lượng 20 g đáp ứng được QCVN về chất lượng nước ăn uống Do đó, nước sau khi được xử lý bằng than hoạt tính có thể được sử dụng trong sinh hoạt và ăn uống
4 Kết luận
Có thể sản xuất than trấu hoạt tính một cách hiệu quả bằng cách than hóa trấu ở 450oC trong
90 phút trong điều kiện không có oxy, sau đó hoạt hóa bằng CO2 ở 800oC trong 120 phút với lưu lượng CO2 là 30l/h Than trấu hoạt tính có kích thước trung bình 680μm, diện tích bề mặt riêng 810 m2/g và độ hấp phụ xanh methylene 141,2 mg/g Một số chỉ tiêu của nước sau khi lọc qua lớp than trấu hoạt tính như pH, độ đục, TDS
và SS đáp ứng QCVN về nước sinh hoạt Than trấu hoạt tính này thỏa mãn các điều kiện để có thể đưa vào sử dụng trong quá trình xử lý nước
Bảng 2 So sánh diện tích bề mặt riêng cúa than trấu hoạt tính với các tác nhân hoạt hóa khác nhau
Than sau khi hoạt hóa được xác định diện tích
bề mặt riêng bằng phương pháp phân tích BET
Diện tích bề mặt riêng của than trấu hoạt hóa bằng
các tác nhân khác nhau được thể hiện ở Bảng 2
Kết quả này cho thấy sự ưu việt của tác nhân
CO2 khi hoạt hóa than trấu Do đó, phương pháp
này được lựa chọn để hoạt hóa than, sử dụng cho
các nghiên cứu tiếp theo
3.2 Khảo sát khả năng xử lý nước của than
trấu hoạt tính
Mẫu nước trước và sau khi đi qua lớp than hoạt
tính được xác định các thông số độ đục, pH, TDS
và SS Kết quả thí nghiệm được trình bày ở Bảng 3
PH, độ đục, TDS và SS là một trong những
thông số quan trọng đánh giá tính chất của nước
sinh hoạt và ăn uống Kết quả Bảng 3 cho thấy, pH
của nước trước và sau xử lý bẳng than hoạt tính có
giá trị thay đổi không nhiều, trung bình khoảng
6,9 Bên cạnh đó, các thông số độ đục, TDS và SS
giảm dần khi tăng dần khối lượng than trong cột
lọc Trong đó, độ đục, TDS và SS giảm nhanh khi
lọc với lượng than 20g, tương đương chiều cao lớp
Bảng 3 Các thông số của nước trước và sau khi lọc qua lớp than trấu hoạt tính
Trước khi lọc 5 10 15 20 25 30
Bảng 1 Thành phần trấu sử dụng trong thí nghiệm
Nguồn trấu Cacbon Hydro Nitơ Thành phần (%)Lưu huỳnh Oxy Độ ẩm Tro
Trang 46 Foley, G., A review of factors affecting filter cake properties in dead-end microfiltration of microbial suspensions Journal of Membrane Science, 2006 274: p 38-46.
7 M F A Goosen, S.S.S., H Al-Hinai, S Al-Obeidani, R Al-Belushi and D Jackson, Fouling of Reverse Osmosis and Ultrafiltration Membranes: A Critical R e v i e w Separation Science and Technology, 2004 39: p 2261-2298.
8 N Hilala, H.A.-Z., N.A Darwish, A.W Mohammad,
M Abu Arabi, A comprehensive review of nanofiltration membranes: Treatment, pretreatment, modelling, and atomic force microscopy Desalination, 2004 170: p 281-308.
9 Lilian Malaeb, G.M.A., Reverse osmosis technology for water treatment: State of the art review Desalination,
2011 267: p 1-8
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Phan Văn Tân, N.Đ.T., Biến đổi khí hậu ở Việt Nam: Một
số kết quả nghiên cứu, thách thức và cơ hội trong hội nhập
Quốc tế Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Các khoa học Trái
đất và môi trường, 2013 Tập 29, Số 2: p 42 - 45.
2 Hà, Đ.T., Đánh giá hiện trạng cấp nước nông thôn vùng
ĐBSCL và đề xuất giải pháp phát triển Khoa học Kỹ thuật
Thủy lợi và Môi trường, 12/2013.
3 Khu Le Van, T.T.L.T., Activated carbon derived from
rice husk by NaOH activation and its application in
supercapacitor Progress in Natural Science: Materials
International, 2014 24: p 191-198.
4 Vũ Quốc Trung, L.T.N., Sổ tay bảo quản lương thực NXB
KH-KT, Hà Nội, 1999: p 310.
5 QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
chất lượng nước ăn uống.
STUDY ON SYNTHESIS OF ACTIVATED CARBON FROM RICE HUSK
IN WATER TREATMENT
Trần Anh Khoa, Nguyễn Phan Khánh Thịnh, Phan Đình Tuấn
HCMC University of Natural Resources and Environment
ABSTRACT
Rice husk is an outer shell of the grain that is separated during milling There is a large amount of rice husk
in the Mekong Delta and the Red River Delta, two largest rice-growing areas in Viet Nam The rice husk was usually burned or dumped into the river This pollutes the water sources Therefore, this research studies to produce activated carbon from rice husk with the aim to reduce waste volumes and to use the products for the water treatment process The carbonization process was carried out at 450oC for 90 minutes and activated by CO2 at 800oC during 120 minutes with the flow of CO2 at 30L/h The activated carbon husk is used for water treatment to supply clean water for domestic purposes The water treated with appropriate activated carbon 20g will meet the national standards (QCVN 02:2009/BYT) for drinking water such as pH 6.9; 1.6 NTU turbidity; TDS (Total Dissolved Solids) of 170 mg/L and SS (Suspended Solid) < 3 mg/L
Keywords: Rice husk, activated carbon, water treatment.