So sánh về hiệu quả xử lý cũng như khả năng kháng khuẩn và giá trị pH của mẫu nước lũ khi xử dụng vật liệu tự nhiên vật liệu hạt chùm ngây và vật liệu nhân tạo phèn nhôm...36 KẾT LUẬN.
Trang 1Lĩnh vực: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Bình Định,
Trang 2MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
I TÓM TẮT 1
1 Mục đích: 1
3 Dữ liệu và kết luận: 1
II GIỚI THIỆU 2
1 Lý do chọn đề tài 2
2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2
3 Giả thuyết khoa học 2
4 Đối tượng nghiên cứu 3
5 Thời gian nghiên cứu 3
6 Những điểm mới của đề tài 3
Chương 1: TỔNG QUAN 5
1.1.Tổng quan về cây chùm ngây 5
1.1.1.Nguồn gốc 5
1.1.2.Tên gọi 5
1.2.Tổng quan về quả chùm ngây 7
1.2.1 Đặc điểm 7
1.2.1.1.Đặc điểm hình thái 7
1.2.1.2.Thành phần hóa học 7
1.2.2.Công dụng của hạt chùm ngây 9
1.2.2.1.Ép dầu 9
1.2.2.2.Chất lọc nước 9
1.2.3.Ứng dụng của hạt chùm ngây trong xử lí môi trường 9
1.3.Tổng quan một số quy trình xử lí nước 10
1.3.1.Các phương pháp xử lí nước 10
1.3.2 Quá trình keo tụ 11
Chương 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 12
2.1.1 Nhóm phương pháp lý luận 12
2.2 Thiết bị nghiên cứu và hóa chất: 12
2.3 Quy trình chế tạo vật liệu xử lý từ hạt chùm ngây và hệ thiết bị xử lý 13
2.3.1.Quy trình chế tạo vật liệu tự nhiên từ hạt chùm ngây 13
Trang 32.3.2.Quy trình xử lý mẫu nước lũ 14
2.3.3 Thiết kế hệ thống thiết bị xử lý nước lũ 14
2.4.Phương pháp phân tích 16
2.4.1.Phương pháp keo tụ: Xác định các điều kiện tối ưu đối với các mẫu nước lũ khác nhau 16
2.4.2.Phương pháp complexon: Xác định hàm lượng Ca2+, Mg2+ của các mẫu nước lũ trước và sau khi xử lí bằng hạt chùm ngây (chỉ xác định với thời gian tối ưu) 17
Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU V À THẢO LUẬN 20
3.1.Xác định độ đục của các mẫu nước lũ 20
3.2 Xác định nồng độ hạt chùm ngây tối ưu đối với các mẫu nước lũ khác nhau20 3.2.1.Mẫu nước lũ có độ đục 150 NTU (kí hiêu mẫu: NL1 – 150 NTU) 21
3.2.2.Mẫu nước lũ có độ đục 225 NTU (kí hiêu mẫu: NL2 – 225 NTU) 22
3.2.3.Mẫu nước lũ có độ đục 300 NTU (kí hiêu mẫu: NL3 – 300 NTU) 24
3.3.Nghiên cứu điều kiện tối ưu về thời gian lắng và tạo bông trong quá trình xử lý nước lũ 29
3.4.Nghiên cứu về giá trị pH trước và sau khi xử lý mẫu nước lũ 29
3.5.Nghiên cứu về khả năng ức chế và kháng vi khuẩn Ecoli và Colifom trước và sau khi xử lý mẫu nước lũ 30
3.6.Nghiên cứu về mùi của mẫu nước lũ trước và sau khi xử lý 31
3.7 Xác định hàm lượng tổng chất lơ lững 31
3.8 Xác định hàm lượng sắt, mangan và oxi hòa tan 32
3.9 Xác định hàm lượng Ca2+, Mg2+ của các mẫu nước lũ trước và sau khi xử lí bằng hạt chùm ngây (chỉ xác định với thời gian tối ưu là 4 giờ) 33
3.10 So sánh về hiệu quả xử lý cũng như khả năng kháng khuẩn và giá trị pH của mẫu nước lũ khi xử dụng vật liệu tự nhiên ( vật liệu hạt chùm ngây) và vật liệu nhân tạo ( phèn nhôm) 36
KẾT LUẬN 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 1
PHỤ LỤC 2
Trang 41 DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Cây chùm ngây 5
Hình 1.2 Các bộ phận cây chùm ngây 6
Hình 1.3 Quả cây chùm ngây đã tách vỏ 7
Hình 2.1 Nhân và bột hạt chùm ngây 13
Hình 2.2 Sơ đồ mặt cắt của mô hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt 15
Hình 2.3 Mô hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt 16
Hình 3.1 Mẫu nước lũ NL-1: 150NTU trước và sau xử lý 21
Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn kết quả xử lý keo tụ nước lũ 150 NTU bằng hạt cây chùm ngây ở các thời gian lắng khác nhau 22
Hình 3.3 Mẫu nước lũ NL-2: 225NTU trước và sau xử lý 23
Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn kết quả xử lý keo tụ nước lũ 225 NTU 24
Hình 3.5 Mẫu nước lũ NL-3: 300NTU trước và sau xử lý 25
Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn kết quả xử lý keo tụ nước lũ 300 NTU 26
bằng hạt cây chùm ngây ở các thời gian lắng khác nhau 26
Hình 3.7 Quá trình keo tụ/tạo bông với chiết xuất protein từ MO 28
Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn kết quả xử lí Ca2+, Mg2+ bằng hạt chùm ngây đối với mẫu nước lũ 150 NTU 33
Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn kết quả xử lí Ca2+, Mg2+ bằng hạt chùm ngây đối với mẫu nước lũ 225 NTU 34
Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn kết quả xử lí Ca2+, Mg2+ bằng hạt chùm ngây đối với mẫu nước lũ 300 NTU 35
Trang 52 DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Kết quả đo độ đục của các mẫu ở các sông khác nhau 20
Bảng 3.2 Kết quả xử lý keo tụ nước lũ có độ đục 150 NTU bằng hạt cây chùm ngây ở các nồng độ khác nhau 21
Bảng 3.3 Kết quả xử lý keo tụ nước lũ có độ đục 225 NTU bằng hạt cây chùm ngây ở các nồng độ khác nhau 23
Bảng 3.4 Kết quả xử lý keo tụ nước lũ có độ đục 300 NTU bằng hạt cây chùm ngây ở các nồng độ khác nhau 25
Bảng 3.5 Thời gian lắng và tạo bông tối ưu 29
Bảng 3.7 Kết quả xác định vi khuẩn Ecoli và Colifom ở mẫu NL1 31
Bảng 3.8 Kết quả xác định vi khuẩn Ecoli và Colifom ở mẫu NL2 31
Bảng 3.9 Kết quả phân tích hàm lượng chất lơ lững ở các thời gian lắng 32
Bảng 3.10 kết quả phân tích hàm lượng sắt, mangan và oxi hòa tan 32
Bảng 3.11 Kết quả xử lí Ca2+, Mg2+ của nước lũ 150 NTU trước và sau khi keo tụ bằng hạt chùm ngây 33
Bảng 3.12 Kết quả xử lí Ca2+, Mg2+ của nước lũ 225 NTU trước và sau khi keo tụ bằng hạt chùm ngây 34
Trang 6LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu nhà trường THPH Chuyên Lê Quý Đôn- Bình Định, đã tạo điều kiện về thời gian
và kinh phí để chúng em thực hiện và hoàn thành đề tài.
Chúng em xin gửi lời tri ân đến Thầy giáo hướng dẫn Hà Huy Giáp luôn theo sát và chỉ dẫn chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn đến quí Thầy, Cô Khoa Hóa học, trường Đại học Quy Nhơn luôn tạo điều kiện về nơi làm thí nghiệm, trang thiết bị thí nghiệm và giúp đỡ chúng em trong quá trình thí nghiệm thực hiện
đề tài.
Chúng em cũng xin gửi lời biết ơn đến Quí Cô, Chú ở phòng thí nghiệm Khoa sinh học phân tử Viện Sốt rét- Ký sinh trùng- Côn trùng Quy Nhơn và Trung tâm phân tích và kiểm nghiệm thuộc sở Khoa học và Công nghệ Bình Định đã phân tích và kiểm tra kết quả thí nghiệm mà chúng em thực hiện.
Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban tổ chức cuộc thi Khoa học
Kỹ thuật dành cho học sinh trung học phổ thông đã tạo ra sân chơi về tri thức
và sáng tạo đầy ý nghĩa này.
Cuối cùng chúng em xin gửi lời biết ơn đến Bố Mẹ và Bạn bè trong lớp 12H vì sự tận tình hỗ trợ và giúp đỡ trong công tác lấy mẫu và thiết kế mô hình thí nghiệm thực hiện đề tài.
Tập thể học sinh nghiên cứu khoa học
Cao Tiến Trung
Võ Thị Trúc Ly
Trang 7- Nghiên cứu khả năng xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt của vật liệu
và tính khả thi của vật liệu khi áp dụng trên quy mô hộ gia đình ở một sốvùng nông thôn Bình Định
2 Trình tự thực hiện:
Sau khi được các thầy cô tập huấn và hướng dẫn cách nghiên cứu khoahọc Chúng em đã tiến hành nghiên cứu một số nội dung của chương trìnhhóa học và sinh học ở các lớp 10,11,12 chuyên:
+ Tìm hiểu về thành phần nước lũ
+ Tìm hiểu những đặt tính lý hóa của nước lũ như mùi, độ đục, pH + Tìm hiểu về thành phần các hợp chất có trong hạt chùm ngây
+ Tìm hiểu về khả năng keo tụ của hạt chùm ngây
Tìm hiểu nhu cầu thực tiễn về nguồn nước sinh hoạt phục vụ cho nhucầu cuộc sống, tham khảo một số mô hình xử lý nước lũ đã có Được sự tàitrợ về kinh phí của nhà trường và gia đình chúng em đã bắt đầu tiến hànhnghiên cứu quy trình xử lý nước lũ từ vật liệu là hạt chùm ngây có trong tựnhiên và thiết kế chế tạo ra thiết bị xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt
3 Dữ liệu và kết luận:
Hệ thiết bị và vật liệu xử lý của chúng em có nhiều ưu điểm so với các
hệ thiết bị và vật liệu khác như: vật liệu xử lý có sẵn trong tự nhiên, các thaotác tiến hành đơn giản dễ dàng phổ biến cho người dân, rẽ tiền nhưng hiệuquả xử lý triệt để Vật liệu xử lý từ hạt chùm ngây không chỉ xử lý triệt đểthành phần chất bẩn độc hại mà còn có khả năng kháng khuẩn và không để lạitác hại phụ cho người sử dụng
Vật liệu xử lý nước lũ chế tạo từ hạt chùm ngây có thể góp phần bảo vệmôi trường và sức khỏe cho cộng đồng, ngăn ngừa các đại dịch có thể xảy ratrong mùa mưa lũ ở các vùng nông thôn không có nguồn nước sạch để sinhhoạt
Trang 8II GIỚI THIỆU
Xuất phát từ thực tiễn và những lý do trên đã thôi thúc em nghĩ ra ý tưởng chếtạo hệ thiết bị và vật liệu tự nhiên là hạt chùm ngây dùng để xử lý nước lũ thànhnước sinh hoạt nhằm phục vụ cho người nông dân trong trời gian mưa lũ ở vùngnông thôn
2 Mục đích nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu đánh giá khả năng keo tụ của vật liệu tự nhiên làm từ hạtchùm ngây
- Nghiên cứu khả năng ức chế vi khuẩn Ecoli và Coliform của vật liệu hạtchùm ngây
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt của vật liệu vàtính khả thi của vật liệu khi áp dụng trên quy mô hộ gia đình ở một số vùng nôngthôn Bình Định
3 Giả thuyết khoa học
- Sự thành công của đề tài sẽ có một ý nghĩa to lớn trong việc cải tạonguồn nước sinh hoạt ở nông thôn trong mùa mưa lũ Mang lại nguồn nước antoàn, đảm bảo sức khỏe cho người dân ở nông thôn trong mùa mưa lũ
- Vật liệu chế tạo từ hạt chùm ngây sẵn có ở nhiều địa phương nên giá
Trang 9thành thấp, do đó người dân có thể tiếp cận dễ dàng và khả năng phổ biến rộngrải ra cộng đồng các khu dân cư ở nhiều địa phương khác.
- phương pháp xử lý đơn giản dễ áp dụng do đó tính khả thi cao đối với cácvùng nông thôn không có điều kiện tiếp cận với nguồn nước sạch
- Nếu được đầu tư nghiên cứu để hoàn thiện đề tài, chúng em nghĩ rằngmình đã đóng góp một phần nhỏ đối với sự phát triển kinh tế ở địa phương, bảo vệđược sức khỏe cho người dân và có thể phòng và ngừa được các bệnh dịch tảtrong mùa mưa lũ
4 Đối tượng nghiên cứu
- Thành phần nước lũ ở các vùng nông thôn trong tỉnh Bình Định
- Thành phần vật liệu tự nhiên được tạo ra từ hạt chùm ngây
5 Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 9/2014 đến 12/2014
6 Những điểm mới của đề tài
So với các nghiên cứu trước đây, đề tài có những điểm mới sau đây:
1- Lần đầu tiên sử dụng vật liệu tự nhiên chế tạo từ hạt chùm ngây để xử lýnước lũ thành nước sinh hoạt
2- Lần đầu tiên đề xuất và thiết kế mô hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạttại Bình Định hoàn toàn không dùng hóa chất nhân tạo độc hại
3- Lần đầu tiên, đề tài nghiên cứu một cách hệ thống từ phân tích thành phầnnước lũ trước và sau xử lý như độ đục, mùi, pH, hàm lượng COD, hàm lượngsắt, cho đến việc thực hiện phép phân tích so sánh với vật liệu xử lý truyềnthống bằng hóa học như phèn nhôm cho thấy vật liệu chùm ngây có khả năng xử
lý vượt trội hơn so với vật liệu truyền thống bằng hóa học ở những điểm sau:+ Nếu sử dụng các chất hóa học để xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt trongmột thời gian dài có nguy cơ gây ra các tác hại cho sức khỏe con người như thầnkinh rối loạn hệ thống tự trị, ức chế sự khoáng hóa xương hay bệnh Alzheimer.Trong khi đó sử dụng vật liệu tự nhiên làm từ hạt chùm ngây không gây tác dụngphụ đối với con người
+ Để khử trùng nước sau khi xử lý phương pháp truyền thống thường sử dụngcác hóa chất như clo (Cl2), ozon(O3), cloramin và clodioxit(ClO2) những chất nàyđều có khả năng tạo ra sản phẩm phụ như DBPs Chính sản phẩm phụ này có khảnăng gia tăng nguy cơ gây ung thư và các vấn đề sức khỏe liên quan Còn khi sử
Trang 10dụng vật liệu tự nhiên thì tự trong vật liệu chứa hoạt chất có khả năng khử trùng
mà không gây hại đến sức khỏe
4- Giải pháp mới mà chúng em đưa ra là tận dụng được nguồn nguyên liệusẵn có trong tự nhiên, nên giúp tiết kiệm chi phí đáng kể cho người dân
5- Giải pháp mà chúng em thực hiện luôn luôn thân thiện với môi trường vàđảm bảo được sự an toàn về sức khỏe cho người sử dụng, nhằm phát triển bềnvững về nguồn nước sạch cho sinh hoạt Đặc biệt ở vùng nông thôn
Trang 11Chương 1: TỔNG QUAN
1.1.Tổng quan về cây chùm ngây
Hình 1.1 Cây chùm ngây 1.1.1.Nguồn gốc
Cây chùm ngây hay ba đậu dại ( Moringa oleifera) [1] là loài thựcvật thân gỗ phổ biến nhất trong chi chùm ngây (Moringa) thuộc họ chùmngây (Moringaceae)
Cây chùm ngây (MO) là cây vạn năng cho vùng sinh thái khắc nghiệt,
có nguồn gốc ở bang Utar Pradesh, phía tây bắc Ấn Độ Cây này được trồngnhiều nhất ở các nước châu Á, châu Phi và châu Mỹ la tinh
1.1.2.Tên gọi
Cây chùm ngây (MO) được gọi với nhiều tên khác nhau như:
(international) , Drumstick tree (US), Horseradish tree, Behen, DrumstickTree, Indian Horseradish, Noixde Bahen
Moringaceae
Trang 12 Đặc điểm hình thái
Hình 1.2 Các bộ phận cây chùm ngây
Cây chùm ngây là cây thân mộc cao cỡ trung bình, ở độ tuổi trưởngthành cây có thể mọc cao hàng chục mét 1 tuổi nếu không cắt ngọn cây cóthể cao tới 5-6m và có đường kính 10 cm 3-4 năm tuổi là cây ở độ tuổitrưởng thành Thân cây óng chuốt, không có gai Lá kép dài 30–60 cm, hìnhlông chim, màu xanh mốc; lá chét dài 12–20 mm hình trứng, mọc đối có 6-9đôi Cây trổ hoa vào các tháng 1–2 Hoa trắng kem, có cuống, hình dạnggiống hoa đậu, mọc thành thùy ở nách lá, có lông tơ, nhiều mật Quả dạngnang treo, dài 25–40 cm, ngang 2 cm, có 3 cạnh, chỗ có hạt hơi gồ lên, dọctheo quả có khía rãnh Hạt màu đen, to cỡ hạt đậu Hà Lan, hình tròn 3 cạnh và
3 cánh màu trắng dạng màng [2]
Trang 13
1.2.Tổng quan về quả chùm ngây
Hình 1.3 Quả cây chùm ngây đã tách vỏ
1.2.1 Đặc điểm
1.2.1.1.Đặc điểm hình thái
Quả cây chùm ngây là quả dạng nang treo, dài 25–40 cm, ngang 2 cm, có
3 cạnh, chỗ có hạt hơi gồ lên, dọc theo quả có khía rãnh Hạt màu đen, tròn,lớn cỡ hạt đậu Hà Lan, có 3 cạnh và 3 cánh trắng dạng màng [4]
1.2.1.2.Thành phần hóa học
Hạt cây chùm ngây chứa nhiều thành phần hóa học như: Glucosinolates
(1%) và có thể lên đến 9% sau khi hạt đã được khử chất béo Các acid loại phenolcarboxylic như 1-beta-D-glucosyl-2,6-dimethyl benzoate.Dầu béo (20-50%): phầnchính gồm các acid béo như oleic acid (60-70%), palmitic acid (3-12%), stearicacid (3-12%) và các acid béo khác như behenic acid, eicosanoic và lignoceric
4-(-L-rhamnopyranosy)benzyl isothiocynate (chất 2), niazimicin (chất 3),pterygospermin (chất 4), benzyl isothiocyanate (chất 5), 4-(a-L-rhamnopyranosyloxy)benzyl glucosinolate (chất 6)
Trang 14Thành phần đáng quan tâm nhất trong hạt chùm ngây chính là protein, nóđóng vai trò là chất keo tụ trong quá trình xử lí nước, do chùm ngây chứathành phần đáng kể các dimer cationic với khối lượng phân tử khoảng 13 kDa[3] và điểm đẳng điện pI là trên 10 Amino axit phân tích và trình tự cho thấytổng cộng 60 dư lượng và peptide này đã được báo cáo cơ sở dữ liệu protein
và được đặt tên là chất keo tụ protein MO [2,7] Một cấu trúc 3D của protein
đã được đề xuất bởi Okoli Peptit có 8 axit amin mang điện tích dương (7arginines và 1 histidine ) và 15 gốc glutamic.Trên cơ sở đó đã chỉ ra đượcvùng glutamic - giàu protein gây ra sự keo tụ này [6]
Có sự tương đồng đáng kể giữa chất keo tụ protein từ MO và protein dựtrữ phổ biến như 2S albumin và một phần của chuỗi lớn của cả hai napins vàmabinlins Napins ban đầu được tổng hợp như một tiền chất protein, đượcproteolytically cắt để tạo ra một chuỗi A nhỏ hơn 4.000 Da và một chuỗi Blớn hơn 9.000 Da liên kết với nhau [6], [7] Tương đồng như vậy có thể rấthữu ích cho việc giải thích các hoạt động keo tụ của hạt giống khác đã được
Trang 15sử dụng trong việc xử lí nước.
1.2.2.Công dụng của hạt chùm ngây
nước hoặc ép lấy dầu
1.2.2.1.Ép dầu
Hạt của chùm ngây chứa rất nhiều dầu, lượng dầu chiếm đến 30-40%trọng lượng của hạt, có nơi trồng chùm ngây để ép dầu, năng suất đạt 10tấn/ha Dầu chùm ngây ăn được, và có thể dùng để bôi trơn máy móc, đồng
hồ, dùng cho công nghệ mỹ phẩm, xà phòng, dùng để chải tóc Dầu chùmngây được bán trên thị trường dưới tên gọi tiếng Anh là ben-oil Chính vì thếcây chùm ngây có tên là “Ben-oil tree” Chất dầu trong hạt có phẩm chất tốt,màu vàng tươi sáng với một hương vị dễ chịu được so sánh chất lượng vớidầu oliver, để rất lâu không hỏng
1.2.2.2.Chất lọc nước
Nước tự nhiên thường bị vẩn đục do những hạt keo lơ lửng trong nước,các hạt keo này có thể là sét, mùn, vi sinh vật, các hidroxit ở dạng keo vô địnhhình (Fe(OH)3, Al(OH)3, ) Nước đục là nước bị ô nhiễm, nó làm giảm sựchiếu sáng của ánh sáng mặt trời vào nước Tại các vùng ô nhiễm nơi nôngthôn nghèo châu Á, châu Phi thì nước sạch trở nên khan hiếm không đủ chotất cả mọi người sử dụng, chính vì vậy mà người ta đã ứng dụng hạt chùmngây để xử lí nước Hạt chùm ngây thường được nghiền nát hòa vào nước đểlắng, các chất cặn bẩn sẽ bị loại bỏ hoàn toàn Nước sạch này còn được sátkhuẩn do tác dụng của chất dầu cay trong hạt, nên có thể dùng ngay làm nướcuống
1.2.3.Ứng dụng của hạt chùm ngây trong xử lí môi trường
Ở Việt Nam phần lớn cây chùm ngây (MO) được trồng nọc trần tại NinhThuận, là nguồn thực phẩm chính cho đồng bào dân tộc Chăm và Raglay, và
Trang 16là dược liệu nhiều công dụng Chùm ngây còn mọc hoang và được trồng ở cácđịa phương như Bình Định, Đà Nẵng, Khánh Hòa, Bình Thuận , Kiên Giang
và gần đây nhất được trồng thành trại ở Đồng Nai, Bà Rịa, Vũng Tàu,… Tuythông tin về khả năng xử lý nước của hạt cây chùm ngây đã xuất hiện trênmột số phương tiện thông tin đại chúng ở Việt Nam, nhưng nó vẫn chưa đượcứng dụng để xử lý nước lũ ở các vùng nông thôn
1.3.Tổng quan một số quy trình xử lí nước
1.3.1.Các phương pháp xử lí nước
Trong kỹ thuật xử lý nước người ta thường hay dùng các phương pháp sau:
Phương pháp cơ học: ứng dụng các công trình và thiết bị thích hợp để loại
bỏ các tạp chất thô trong nước bằng trọng lực : lắng, lọc, sử dụng quá trình làmthoáng tự nhiên hoặc cưỡng bức để khử sắt trong nước ngầm
Phương pháp hoá học và hoá lý : sử dụng phèn để làm trong và khử
màu (quá trình keo tụ) các nguồn nước có độ đục và độ màu cao; sử dụng cáctác nhân oxy hoá hoá học để khử sắt, mangan trong nước ngầm, sử dụng clo
và các hợp chất của clo để khử trùng nước Một phương pháp hoá lý kháchiện nay đang trở nên phổ biến là sử dụng các loại nhựa trao đổi ion đểlàm mềm nước và khử các chất khoáng trong nước
Phương pháp vật lý: điện phân NaCl để khử muối, dùng các tia tử ngoại
để khử trùng, sử dụng các màng lọc chuyên dụng để loại bỏ các ion trongnước
Đối với nước mặt mục đích xử lý chủ yếu là giảm độ đục, độ màu và loại
bỏ các vi sinh vật gây bệnh trong nước, do đó công nghệ xử lý nước mặtthường ứng dụng quá trình keo tụ – tạo bông với việc sử dụng phèn nhôm hayphèn sắt để kết tụ các hạt cặn lơ lửng trong nước tạo nên các bông có kíchthước lớn hơn, sau đó lắng lọc và khử trùng trước khi phân phối vào mạngcấp nước (sử dụng)
Đối với nước ngầm mục đích xử lý chủ yếu là khử sắt và mangan công
Trang 17nghệ xử lý thường là làm thoáng tự nhiên (dàn mưa) hoặc nhân tạo (quạt gió)
để oxy hoá các nguyên tố Fe2+, Mn3+ ở dạng hoà tan trong nước thành Fe3+,
Mn4+ ở dạng kết tủa sau đó tách ra bằng quá trình lắng lọc và khử trùng
1.3.2 Quá trình keo tụ
Trong nước sông suối, hồ ao, thường chứa các hạt cặn có nguồn gốcthành phần và kích thước rất khác nhau Đối với các loại cặn này dùng cácbiện pháp xử lý cơ học trong công nghệ xử lý nước như lắng lọc có thể loại
bỏ được cặn có kích thước lớn hơn 10-4 mm Còn các hạt có kích thước nhỏhơn 10-4 mm không thể tự lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng.Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng phải dùng biện pháp lí cơ học kết hợp vớibiện pháp hoá học, tức là cho vào nước cần xử lí các chất phản ứng để tạo racác hạt keo có khả năng kết lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng cótrong nước, taọ thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể
Để thực hiện quá trình keo tụ người ta cho vào nước các chất phản ứngthích hợp như : phèn nhôm Al2(SO4)3; phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3 Các loạiphèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hoà tan
Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hoà ion
H+ thì cần phải kiềm hoá nước Chất dùng để kiềm hoá thông dụng nhất là vôiCaO Một số trường hợp khác có thể dùng là Na2CO3 hoặc xút NaOH Thôngthường phèn nhôm đạt được hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước có pH = 5,5-7,5.Một số nhân tố cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ như: các thành phầnion có trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấytrộn, môi trường phản ứng, nhiệt độ…Xử lý nước là quá trình làm thay đổithành phần, tính chất nước tự nhiên theo yêu cầu của các đối tượng sử dụngphụ thuộc vào thành phần, tính chất của nước nguồn và yêu cầu chất lượngcủa nước, của đối tượng sử dụng
Trang 18Chương 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
2.1 Phương pháp nghiên cứu
Được sự hướng dẫn của các giáo viên hướng dẫn chúng em đã tiếnhành nghiên cứu từ lí thuyết đến thực tiễn như sau:
2.1.1 Nhóm phương pháp lý luận.
- Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về khả năng keo tụ của vật liệu chế tạo
từ hạt chùm ngây
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về thành phần của vật liệu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về một số quy trình xử lý nước
Như:
+ Phương pháp cơ học+ phương pháp hóa học và hóa lý
2.1.2 Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn.
- Nghiên cứu các hệ thiết bị và vật liệu xử lý nước có bán trên thị trường
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của hệ thiết bị đã có trên mạng Internet
- Nghiên cứu thành phần chính của nước lũ
- Tiến hành chế tạo hệ thiết bị sau nhiều lần thử nghiệm và chỉnh sữa+ Thiết kế dung tích và tính toán các kích thước để xác định lượngnước đưa vào trước và ra sau xử lý
+ Chế tạo vật liệu: từ nguồn nguyên liệu đầu là hạt chùm ngây để tạothành vật liệu xử lý là bột chùm ngây
+ Thử nghiệm và chỉnh sửa nhiều lần để hoàn chỉnh hệ thiết bị và vật liệu
2.2 Thiết bị nghiên cứu và hóa chất:
- Trong quá trình phân tích hàm lượng các chất có sử dụng các thiết bịnhư AAS, tủ sấy, cân phân tích, máy khuấy từ gia nhiệt ở Khoa Hóa học vàKhoa Sinh trường ĐH Quy Nhơn
- Máy xác định độ đục và máy xác định COD
Trang 192.3 Quy trình chế tạo vật liệu xử lý từ hạt chùm ngây và hệ thiết bị xử lý
2.3.1.Quy trình chế tạo vật liệu tự nhiên từ hạt chùm ngây
Các hạt chùm ngây có chất lượng tốt (thu hái tại Bình Định) được chọn
ra, bóc bỏ hạt khỏi nhân Thu lấy nhân bên trong hạt, sấy nhẹ ở 400C -700Ctrong 24h rồi đem nghiền nhỏ trên máy xay gia dụng Nhân hạt chùm ngâysau khi được xay nhỏ thành bột mịn để làm chất keo tụ trong nghiên cứu
Trang 20thước lỗ khoảng 80-120µm Dịch lọc thu được là dung dịch gốc của chất keo
tụ sử dụng vào các thử nghiệm keo tụ trong nghiên cứu Các dung dịch vớinồng độ chất keo tụ khác nhau đều được lấy từ dịch gốc này Đây cũng làphương pháp chiết lấy dịch chất keo tụ thường được sử dụng trong các nghiêncứu trước đây [6], nhằm đảm bảo nguyên vẹn khả năng keo tụ của các proteintrong hạt chùm ngây khi chúng chưa kịp phân hủy
2.3.2.Quy trình xử lý mẫu nước lũ
Dịch chiết từ hạt chùm ngây được đưa vào mẫu nước lũ cần xử lý, sau đókhuấy nhanh trong vòng 1-2 phút và tiếp tục khuấy chậm lại trong vòng 5-10phút Giai đoạn này nhằm mục đích tạo sự đồng nhất giữa chất keo tụ vàthành phần chất bẩn có trong mẫu nước lũ, đồng thời gia tăng sự keo tụ đểchất bẩn nhanh chóng sa lắng và tạo bông
Hãy để nước in lặng trong vòng 2-4giờ Khi các hạt và chất bẩn đã lắngxuống phía dưới, nước sạch được dẫn qua hệ thống thanh lọc để làm cho nướcnày hoàn toàn sạch để sử dụng cho sinh hoạt nấu thức ăn hoặc uống
2.3.3 Thiết kế hệ thống thiết bị xử lý nước lũ
Trang 21Hình 2.2 Sơ đồ mặt cắt của mô hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt
Chú thích:
1.VLKT: Vật liệu keo tụ làm từ dịch chiết hạt chùm ngây
2 VL thô: Vật liệu thô sử dụng trong hệ xử lý là cát thạch anh
3 VLHP 1: Vật liệu hấp phụ 1 là than hoạt tính
Trang 22Hình 2.3 Mô hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt
Trang 23tụ theo phương pháp đo độ đục trên máy đo độ đục (Nephelometer) và đo độđục trên máy đo quang ở bước sóng 450 nm.
2.4.2.Phương pháp complexon: Xác định hàm lượng Ca 2+ , Mg 2+ của các mẫu nước lũ trước và sau khi xử lí bằng hạt chùm ngây (chỉ xác định với thời gian tối ưu).
Việc xác định hàm lượng của Ca2+, Mg2+ trong các mẫu nước lũ (NL1 –NL3) trước và sau khi xử lí được tiến hành bằng cách chuẩn độ nước bằngEDTA với chỉ thị eriocromđenT hay crom xanh đen Khi cần xác định riêng
Ca2+ và Mg2+ đầu tiên xác định lượng tổng của chúng với chỉ thịeriocromđenT Sau đó chuẩn độ với murexit tính được lượng Ca2+ và từ haikết quả đó suy ra lượng Mg2+ Ngoài ra có thể dùng (NH4)2C2O4 kết tủa Ca2+
rồi chuẩn độ Mg2+ bằng EDTA với chỉ thị eriocromđenT
a Xác định tổng lượng canxi và magie trong nước: