Preview Nghiên cứu sử dụng lục bình xử lý ô nhiễm trong nước thải chỉ sợi cao su (2018)

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TPHCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƢỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN: QUẢN LÝ MÔI TRƢỜNG

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN SV: PHẠM TUẤN THANH ................................................................................

MSSV: 1413508 ...................... NGÀNH: QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƢỜNG 1. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LỤC BÌNH XỬ LÝ Ô NHIỄM TRONG NƢỚC THẢI SẢN XUẤT CHỈ SỢI CAO SU .....................................................................

2. Nhiệm vụ LVTN: -

Đánh giá khả năng sinh trƣởng của lục bình trong môi trƣờng nƣớc thải của nhà máy chế biến chỉ sợi cao su

-

Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình trồng lục bình thủy canh trong việc xử lý ô nhiễm NH4+ có trong nƣớc thải của nhà máy sản xuất chỉ sợi cao su

-

Đề xuất hệ thống xử lý NH4+ cho nhà máy sản xuất chỉ sợi cao su

3. Ngày giao đề tài: 03/2018 ....................................................................................................

4. Ngày hoàn thành đề tài: 05/2018 .......................................................................................

5. Họ tên ngƣời hƣớng dẫn: TS. LÂM VĂN GIANG ............................................................

Nội dung và yêu cầu LVTN đƣợc thông qua Bộ môn.

Ngày 12 tháng 06 năm 2018 TRƢỞNG BỘ MÔN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN CHÍNH

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Ngƣời duyệt:………………………………………………………………………………

Ngày bảo vệ:……………………………………………………………………………… Điểm tổng kết:……………………………………………………………………………..

Nơi lƣu trữ LVTN:…………………………………………………………………………

LỜI CẢM ƠN Trong suốt gần 2 tháng đƣợc làm việc và vận hành mô hình tại Công ty cổ phần Chỉ sợi cao su V.R.G SADO, em đã đƣợc làm việc chung với các anh, chị của công ty nói chung, Phòng điều hanh trạm xử lý nƣớc thải nói riêng, trong khoảng thời gian này em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ và chỉ dẫn tận tình của các anh chị đi trƣớc đang làm việc tại công ty. Sau quá trình làm việc và vận hành mô hình ở công ty em đã học đƣợc rất nhiều kinh nghiệm bổ ích mà khi còn ở ghế nhà trƣờng em chƣa đƣợc tiếp cận và hiểu rõ. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh, chị đang làm việc tại Công ty cổ phần Chỉ sợi cao su V.R.G SADO nói chung, Phòng điều hanh trạm xử lý nƣớc thải nói riêng về những giúp đỡ tận tình khi em còn làm việc tại. Đặc biệt em muốn dành những lời cảm ơn chân thành nhất đến Chú Hòa (Tổng Giám đốc công ty) đã cho em có cơ hội đƣợc tiếp cận với đề tài và giúp đỡ em có những điều kiện tốt nhất dể có thể hoàn thành đề tài, chị Hiển, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn trong suốt quá trình làm việc, anh Lân, ngƣời giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian vận hành mô hình tại công ty và thầy TS. Lâm Văn Giang ngƣời đã hƣớng dẫn tận tình để em hoàn thành đề tài.

Mặc dù đã cố gắng thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất nhƣng do kiến thức và kinh nghiệm của bản thân còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chƣa nhìn thấy. Em rất mong nhận đƣợc sự góp ý và chỉ dẫn tận tình của quý thầy cô để em có thể hoàn thiện tốt hơn bài báo cáo của mình.

Cuối cùng em xin chúc toàn thể anh chị ở Công ty cổ phần Chỉ sợi cao su V.R.G SADO và quý thầy cô trƣờng Đại học Bách Khoa Tp.HCM dồi dào sức khỏe và đạt nhiều thành công trong công việc.

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực hiện PHẠM TUẤN THANH

i

TÓM TẮT LUẬN VĂN Lục bình là một loài thực vật thủy sinh sống trôi nổi tại các khu vực sông nƣớc ở Việt Nam. Lục bình có tính thích nghi cao và sinh trƣởng mạnh ở nhiều điều kiện ô nhiễm khác nhau. Trong nghiên cứu này, đã sử dụng mô hình trồng lục bình thủy canh để đánh giá khả năng xử lý của lục bình đối với hàm lƣợng NH4+ và COD có trong nƣớc thải của Trạm xử lý nƣớc thải sản xuất chỉ sợi cao su. Nghiên cứu chia ra làm ba (03) nội dung chính là: Giai đoạn 1: Đánh giá thích nghi – sinh trƣởng của lục bình trong môi trƣờng nƣớc thải cao su; Giai đoạn 2: Đánh giá hiệu quả xử lý của lục bình đối với môi trƣờng nƣớc thải cao su; Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải cao su bằng lục bình. Kết quả thu đƣợc là sau Giai đoạn 1 số cây thích nghi đƣợc với môi trƣờng nƣớc thải cao su đạt 75%. Số cây này đƣợc chuyển sang Giai đoạn 2 để tiến hành đánh giá xử lý NH4+ và COD. Sau Giai đoạn 2 nồng độ NH4+ và COD giảm lần lƣợt là 33.3% và 34% sau tám (08) giờ xử lý; 56.8% và 57.7% sau 24 giờ xử lý. Hệ thống đƣợc đề xuất để xử lý nƣớc thải có nồng độ NH4+ = 40 mgNH4+/L, lƣu lƣợng ngày 350 m3 với thời gian lƣu nƣớc (HRT) = 8 giờ là bể sinh học lộ thiên có diện tích 2000 m2, chiều dài bể là 80 m, chiều rộng bể là 25m,chiều cao bể 0.8 m, chiều cao ngập nƣớc 0.5 m , số lƣợng lục bình cần cho hệ thống là 199431 cây lục bình để đạt đƣợc theo QCVN 40:2011/BTNMT cột B mức NH4+ = 10 mg/L.

ii

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................................... i TÓM TẮT LUẬN VĂN .................................................................................................................... ii MỤC LỤC ......................................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................................................................... vi DANH MỤC BẢNG BIỂU.............................................................................................................. vii DANH MỤC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH ............................................................................................ viii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................................................. 1 1.1

Đặt vấn đề........................................................................................................................... 1

1.2

Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................................... 1

1.3

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 1

1.4

Nội dung nghiên cứu .......................................................................................................... 2

1.5

Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................................... 3

1.5.1

Phƣơng pháp luận ....................................................................................................... 3

1.5.2

Phƣơng pháp khảo sát thực địa................................................................................... 3

1.5.3

Phƣơng pháp lập mô hình........................................................................................... 3

1.5.4

Phƣơng pháp phân tích chất lƣợng nƣớc .................................................................... 8

1.5.5

Xử lý số liệu ............................................................................................................. 13

1.5.6

Phƣơng pháp tổng hợp tài liệu ................................................................................. 14

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC .................................................................................................. 15 Cơ sở lý thuyết ................................................................................................................. 15

2.1 2.1.1

Sơ lƣợc về cây lục bình ............................................................................................ 15

2.1.2

Sơ lƣợc về mủ cao su (Webrsre and Baulkwill, 1989) ............................................. 16

2.1.3

Sơ lƣợc về Amoni và những ảnh hƣởng đến con ngƣời – môi trƣờng ..................... 17

2.1.4

Sơ lƣợc về quá trình hấp thụ Nitơ trong cây ............................................................ 20

2.2

Cơ sở thực tiễn ................................................................................................................. 21

iii

2.2.1 Nghiên cứu xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình (Phạm Khanh Huy, 2012)......................................................................................................... 21 Khả năng xử lý ô nhiễm đạm, lân hữu cơ hòa tan trong nƣớc thải ao nuôi cá tra của

2.2.2

lục bình (Eichhorina Crassipes) và cỏ vetiver (Vetiver Zizanioides) (Châu Minh Khôi, 2012) 22 2.2.3

Modeling phytoremediation of nitrogen-polluted water using water hyacinth

(Eichhornia Crassipes) (Aloyce W.Mayo & Emmanuel E.Hanai, 2017) ................................. 22 2.2.4

Removal of heavy metals from aqueous solution by water hyacinth (Eichhornia Crassipes)

(N. W. Ingole & A. G. Bhole, 2003) ........................................................................................ 23 Cơ sở pháp lý.................................................................................................................... 24

2.3

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................................... 25 Giai đoạn 1: Đánh giá thích nghi – sinh trƣởng của lục bình trong môi trƣờng nƣớc thải

3.1

cao su 25 3.1.1

Đánh giá khả năng thích nghi của lục bình .............................................................. 25

3.1.2

Đánh giá khả năng sinh trƣởng của lục bình ............................................................ 28 Giai đoạn 2: Đánh giá hiệu quả xử lý của lục bình đối với môi trƣờng nƣớc thải cao su 30

3.2 3.2.1

Kết quả xử lý NH4+ ................................................................................................... 30

3.2.2

Kết quả xử lý COD ................................................................................................... 32

3.2.3

Ảnh hƣởng của COD đến quá trình xử lý NH4+ ....................................................... 33

3.2.4

Khả năng sinh cây con của lục bình và những ảnh hƣởng đến hiệu xuất xử lý NH4+ .. .................................................................................................................................. 34 Sự phát triển của rễ lục bình trong Giai đoạn 2 ........................................................ 36

3.2.5

Tính toán thiết kế hệ thống xử lý NH4+ bằng mô hình trồng lục bình .............................. 37

3.3 3.3.1

Thiết kế với thời gian lƣu nƣớc HRT = 8 giờ (V = 350 m3/ngày.đêm) .................... 38

3.3.2

Thiết kế với thời gian lƣu nƣớc HRT = 24 giờ (V = 350 m3/ngày.đêm) .................. 39

3.3.3

Đề xuất giải pháp...................................................................................................... 40

CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................................................ 42 4.1

Kết luận ............................................................................................................................ 42

4.2

Khuyến nghị ..................................................................................................................... 42

4.2.1

Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo ..................................................................... 42 iv

4.2.2

Khuyến nghị áp dụng ............................................................................................... 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................ 44 PHỤ LỤC ......................................................................................................................................... 46

v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TCVN QCVN HRT COD FAS UV

Tiêu chuẩn Việt Nam Quy chuẩn Việt Nam Thời gian lƣu Chemical Oxygen Demand Ferrous Ammonium Sulfate Ultraviolet

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Vật liệu thiết kế mô hình ........................................................................... 4 Bảng 1.2: Thông số vận hành mô hình ...................................................................... 6 Bảng 1.3: Nồng độ nƣớc thải đầu vào Giai đoạn 1 .................................................. 8 Bảng 1.4: Thể tích và hóa chất chuẩn độ FAS hằng ngày ......................................... 12 Bảng 2.1: Thành phần hóa học của mủ cao su .......................................................... 17 Bảng 2.2: Thông số về COD và NH4+ theo QCVN 40:2011/BTNMT...................... 24 Bảng 3.1: Số cây sống và chết trong Giai đoạn 1 ...................................................... 27

vii

DANH MỤC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH Hình 1.1: Trạm xử lý nƣớc thải tại công ty SADO ............................................................ 2 Hình 1.2: Sơ đồ phƣơng pháp luận ................................................................................... 3 Hình 1.3: Mô hình sau khi hoàn thành .............................................................................. 5 Hình 1.4: Sơ đồ vận hành mô hình .................................................................................... 6 Hình 1.5: Sơ đồ quá trình nghiên cứu ................................................................................ 7 Hình 1.6: Đo chiều dài rễ, thân, lá cây lục bình................................................................. 7 Hình 1.7: Địa điểm lấy mẫu ............................................................................................... 9 Hình 2.1: Quá trình chuyển hóa Nito trong môi trƣờng .................................................... 18 Hình 2.2: Quá trình chuyển hóa N trong hệ thống xử lý tự nhiên ..................................... 20 Hình 2.3: Hiệu suất xử lý N của nghiên cứu 2.2.1 ............................................................. 21 Hình 3.1: Lục bình sau khi đƣợc để vào mô hình ngày đầu tiên ....................................... 25 Hình 3.2: Quá trình thích nghi của lục bình Giai đoạn 1 ................................................... 26 Hình 3.3: Lục bình ra rễ sinh trƣởng mới .......................................................................... 26 Hình 3.4: Biểu đồ sự tăng trƣởng của rễ lục bình sau Giai đoạn 1 .................................... 28 Hình 3.5: Biểu đồ sự tăng trƣởng của thân lục bình sau Giai đoạn 1 ................................ 29 Hình 3.6: Biểu đồ sự tăng trƣởng của lá lục bình sau Giai đoạn 1 .................................... 29 Hình 3.7: Kết quả xử lý NH4+ ........................................................................................... 30 Hình 3.8: Kết quả xử lý NH4+ theo thời gian..................................................................... 31 Hình 3.9: Kết quả xử lý COD ............................................................................................ 32 Hình 3.10: Tính tƣơng quan giữa nồng độ COD đầu vào và hiệu suất xử lý NH4+ ........ 33 Hình 3.11: Số lƣợng cây con qua Giai đoạn 1 và Giai đoạn 2 .......................................... 35 Hình 3.12: Rễ cây lục bình sau Giai đoạn 2 ..................................................................... 36 Hình 3.13: Sự sinh trƣởng của rễ lục bình trong Giai đoạn 2 ............................................ 37

viii

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Đặt vấn đề

1.1

Sản xuất và chế biến cao su hiện nay đang là một trong những ngành công nghiệp phát triển nhanh bậc nhất cả nƣớc. Năm 2017, ngành cao su ở Việt Nam đã đạt kim ngạch xuất khẩu 1.39 triệu tấn tƣơng đƣơng 2.26 tỷ USD, tăng 11% về lƣợng và 35.6% về giá trị so với năm 2016 (Nguyễn Huyền, 2017). Song song với quá trình phát triển nhanh chóng đó là sự gia tăng chất thải sinh ra trong quá trình sản xuất, mà chủ yếu là nƣớc thải.

Nƣớc thải của nhà máy chế biến mủ cao su là loại nƣớc thải có nồng độ ô nhiễm cao và khó xử lý do các loại hóa chất phụ gia đƣợc thêm và trong quá trình bảo quản và chế biến mủ. Chiếm tỷ lệ cao nhất trong trong các chất đƣợc thêm vào đó là NH3, đƣợc thêm vào nhƣ là chất làm chống đông mủ để có thể bảo quản lâu hơn phục vụ cho các nhà máy chế biến vào các thời điểm không thể khai thác mủ cao su tƣơi trong năm. Hiện tại, các công nghệ hiện đang đƣợc sử dụng tại các nhà máy chế biến mủ cao su vẫn chƣa thật sự đƣợc thân thiện với môi trƣờng do còn tập trung vào các quá trình hóa lý để xử lý ô nhiễm trong nƣớc thải chế biến cao su mà chủ yếu đó là NH4+ (dạng chuyển hóa của NH3 sau khi đƣợc bơm vào mủ cao su để chống đông).

Vấn đề đƣợc đặt ra đó là phải tìm ra một phƣơng pháp xử lý NH4+ vừa phải thân thiện với môi trƣờng nhƣng cũng phải đạt hiệu quả xử lý cao, nhằm giúp giảm thiểu những tác động nƣớc thải chế biến cao su và các phế phẩm do quá trình xử lý hiện tại sinh ra là một vấn đề rất cấp thiết hiện nay.

1.2

Mục tiêu nghiên cứu -

Tìm hiểu hiểu và đánh giá khả năng thích nghi và sinh trƣởng của lục bình trong môi trƣờng nƣớc thải sản xuất chỉ sợi cao.

-

Phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống mô hình lục bình xử lý NH4+ trong nƣớc thải.

-

Đề xuất mô hình xử lý nƣớc thải cho các nhà máy sản xuất và chế biến cao su. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

1.3 -

Đối tƣợng nghiên cứu: Nƣớc thải từ Trạm xử lý nƣớc thải của Công ty cổ phần chỉ sợi cao su V.R.G SADO, địa chỉ: Lô K5-K6-K7, đƣờng N9A, Khu công nghiệp Dầu Giây, xã Bàu Hàm 2, huyện Thống Nhất, tỉnh Đồng Nai.

1

Hình 1.1: Trạm xử lý nƣớc thải tại công ty SADO -

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu quá trình xử lý ô nhiễm NH4+ bằng mô hình trồng lục bình thủy canh.

1.4

Thời gian nghiên cứu: 03/2018 – 05/2018 Nội dung nghiên cứu

-

Tìm hiểu tầm quan trọng của việc xử lý ô nhiễm NH4+ trong quản lí môi trƣơng

-

Đánh giá khả năng sinh trƣởng của lục bình trong môi trƣờng nƣớc thải của nhà máy chế biến chỉ sợi cao su

-

Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình trồng lục bình thủy canh trong việc xử lý ô nhiễm NH4+ có trong nƣớc thải của nhà máy sản xuất chỉ sợi cao su

-

Tính toán tải lƣợng xử lý NH4+ của lục bình trên một đơn vị thời gian

-

Đề xuất hệ thống xử lý NH4+ cho nhà máy sản xuất chỉ sợi cao su

2

1.5

Phƣơng pháp nghiên cứu

1.5.1

Phƣơng pháp luận

Phƣơng pháp xử lý NH4+ bằng mô hình trồng lục bình thủy canh

Lập mô hình

Chất lƣợng nƣớc

Tính toán và thiết

Lấy mẫu nƣớc đầu

kế mô hình

vào và đầu ra

Tải lƣợng xử lý

Phân tích mẫu

Đề xuất mô hình xử lý cho nƣớc thải chế biến cao su

Hình 1.2: Sơ đồ phƣơng pháp luận 1.5.2 Phƣơng pháp khảo sát thực địa Mục tiêu tìm hiểu và phỏng vấn các công nhân vận hành và cán bộ phụ trách Trạm xử lý nƣớc thải của nhà máy là để đƣa ra đƣợc hiện trạng xử lý và vận hành của trạm xử lý để; xác định tầm quan trọng và tính cấp thiết của việc áp dụng mô hình công nghệ mới và xử lý để thỏa mãn nhu cầu về chất lƣợng nƣớc thải của nhà máy và khu công nghiệp.

1.5.3

Phƣơng pháp lập mô hình Mục tiêu của việc lập mô hình là nhằm tạo ra một bản sao thu nhỏ phản ánh chân

thật nhất về các điều kiện về lƣu lƣợng và tốc độ dòng chảy của hệ thống xử lý nƣớc thải chế biến cao su sau khi đƣợc hoàn thiện để có thể tính toán đƣợc tải lƣợng xử lý và thời gian lƣu nƣớc (HRT) của lục bình cần thiết cho việc xử lý.

3

Bảng 1.1: Vật liệu thiết kế mô hình STT

Tên hạng mục

Vật liệu

SL

Chiều dài

1

Thanh ngang dài

Sắt V 0.2mm

4

2.0 m

2

Thanh trụ

Sắt V 0.2mm

6

1.2 m

3

Thanh ngang

Sắt V 0.2mm

9

0.6 m

4

Thanh chóng nghiêng

Sắt V 0.2mm

2

0.5 m

5

Thanh xiêng trợ lực

Sắt V 0.2mm

4

0.4 m

5

Ống thủy canh

Nhựa Ø114

3

2.0 m

6

Bịt đầu ống thủy canh

Nhựa Ø114

6

-

Ghi chú

Đơn vị: Cái Được cắt

7

Ống dẫn nƣớc

Nhựa Ø21

1

2.0 m

thành nhiều đoạn nhỏ

8

Ống nối thẳng

Nhựa Ø21

5

-

9

Co 90o

Nhựa Ø21

5

-

10

Van 2 chiều

Nhựa Ø21

4

-

11

Ống máy bơm

Nhựa dẻo Ø21

1

3.0 m

12

Máy bơm

-

1

-

13

Keo dán ống

-

1

14

Keo non

-

5

-

15

Khác

-

-

-

Hiệu Chen Yuan Hộp 500g

4

 Quá trình lắp đặt mô hình -

Lên kế hoạch mua các vật liệu cần thiết phục vụ mô hình.

-

Mua vật liệu: Vật liệu đƣơc mua theo Bảng 1.1 tại các cửa hàng vật tƣ và đƣợc vận chuyển về PTN 709H2.

-

Quá trình chuẩn bị vật liệu: Vật liệu sau khi đƣợc mua về đƣợc tiến hành cắt, khoan,… theo dự tính ban đầu.

-

Lắp ráp khung sắt cho mô hình theo thông số: Dài*Cao*Rộng = 2m*1.2m*0.6m.

-

Lắp các thanh chống nghiêng và thanh trợ lực

-

Khoan các nắp bịt ống thủy canh để gắn đƣờng ống dẫn nƣớc cho mô hình

-

Lắp các ống dẫn vào nắp bịt đầu và lắp kín lại bằng ron Ø19, băng keo non và keo dán

-

Cắt các lỗ trên ống thủy canh để tạo khoảng trống trồng cây lục bình, với kích thƣớc là Dài*Rộng = 0.1m*0.1m, các lỗ kề sát nhau, tổng số lỗ là 16 lỗ/ống

-

Lắp đặt các ống thủy canh lên khung sắt và cố định bằng các vòng hãm.

-

Lắp hệ thống ống dẫn nƣớc và van hai chiều cho mô hình.

-

Lắp đặt các bể điều hòa nƣớc cho mô hình ở trên cao

-

Hoàn thành mô hình

Hình 1.3: Mô hình sau khi hoàn thành

5

 Thông số vận hành Bảng 1.2: Thông số vận hành mô hình STT

Thông số

Đơn vị

Giá trị

1

Thể tích nƣớc thải

Lít (L)

50

2

Số cây lục bình

Cây

48

3

Giá trị NH4+ đầu vào

Mg/L

35 – 50

4

Giá trị COD đầu vào

Mg/L

70 - 150

Các thông số vận hành đầu vào đƣợc lựa chọn dựa trên các thông số nƣớc thải hiện tại cần xử lý của nhà máy.  Bố trí thí nghiệm Vào Tầng 3

Tầng 2

Tầng 1 Ra

Hình 1.4: Sơ đồ vận hành mô hình Nƣớc thải đầu vào đƣợc bơm vào các bể điều hòa phía trên của mô hình sau đó thông qua hệ thống van một chiều và đƣờng ống dẫn nƣớc thải đến các ống thủy canh sau cùng sẽ đi về bể thu đƣợc đặt ở cuối đƣờng ống dẫn của mô hình, sau đó lại đƣợc bơm tuần hoàn lại bể điều hòa ở phía trên. Trong quá trình nƣớc thải di chuyển trong các ống thủy canh, lục bình sẽ lấy chất dinh dƣỡng trong nƣớc thải để phát triển, đó cũng là lúc quá trình xử lý diễn ra.

6

Giai đoạn 1: Đánh giá thích nghi và sinh trƣởng của lục bình Đánh giá thích nghi lục bình

Đánh giá sinh trƣởng lục bình

Giai đoạn 2: Đánh giá hiệu quả xử lý của lục bình Đánh giá hiệu quả xử lý Amoni

Đánh giá sinh trƣởng lục bình

Đề xuất mô hình xử lý nƣớc thải cao su bằng lục bình Tính toán thông số xử lý của lục bình

Đề xuất mô hình

Hình 1.5: Sơ đồ quá trình nghiên cứu Giai đoạn 1 đƣợc tiến hành trong vòng bảy (07) ngày kể từ ngày 30/04 – 06/05 nhằm đánh giá tính thích nghi của lục bình trong điều kiện mới cũng nhƣ giúp cho cây làm quen dần với môi trƣờng có nồng độ ô nhiễm nhƣ thực tế để bƣớc vào Giai đoạn 2.

Lục bình đƣợc chọn làm vật mẫu cho nghiên cứu đƣợc tuyển chọn từ các thủy vực ở làng đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh có kích thƣớc tƣơng đối đồng điều nhau, lá có màu xanh đậm, rễ dài và nhiều (sau đó sẽ đƣợc cắt gọn lại để dễ vận chuyển), thân cứng cáp không bị gãy hoặc dập. Tổng số cây lục bình đƣợc chọn để làm nghiên cứu Giai đoạn 1 là 48 cây. Những cây lục bình này có các thông số nhƣ sau:

Hình 1.6: Đo chiều dài rễ, thân, lá cây lục bình 7

Sau khi đƣợc chọn, những cây lục bình này sẽ cùng mô hình đƣợc vận chuyển bằng xe bán tải từ Phòng Thí nghiệm Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên – Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đến Trạm xử lý nƣớc thải của Công ty Cổ phần chỉ sợi cao su V.R.G SADO đặt tại Khu công nghiệp Dầu Giây.

Lục bình tiếp sau đó đƣợc cho vào các lỗ đƣợc làm sẵn trên các ống thủy canh cùng với một lƣợng nƣớc thải đầu mô hình là 50 lít có nồng độ nhƣ sau: Bảng 1.3: Nồng độ nƣớc thải đầu vào Giai đoạn 1 STT

Thông số

Giá trị

1

NH4+

38.62

2

COD

77

Ghi chú

Mô hình sẽ đƣợc để tĩnh (không thay nƣớc thải mới vào) trong vòng bảy (07) ngày kể từ 30/04 – 06/05 để đánh giá khả năng chịu tải và thích nghi của lục bình thông qua các thông số về số cây sống và sinh trƣởng thông qua sự phát triển của cây.

Giai đoạn 2 đƣợc tiến hành trong vòng hai (02) tuần (07/05 – 18/05), số cây lục bình thích nghi tốt với môi trƣờng nƣớc thải trong Giai đoạn 1 đƣợc tiếp tục chuyển sang Giai đoạn 2 để đánh giá hiệu quả xử lý của lục bình với môi trƣờng nƣớc thải cao su.

Trong Giai đoạn 2, mô hình sẽ đƣợc vận hành liên tục 24 giờ một ngày để lấy các thông số xử lý của mô hình sau 8 giờ và 24 giờ. Nƣớc thải sẽ đƣợc lấy mới vào 8 giờ sáng mỗi ngày trong suốt thời gian thực hiện Giai đoạn 2.

Kết thúc Giai đoạn 2, các số liệu thu thập đƣợc sẽ đƣợc xử lý, hiệu chỉnh sau đó dùng cho tính toán các thông số xử lý nhƣ tải lƣợng xử lý, thời gian lƣu,… Cuối cùng từ những thông số đƣợc tính toán, nghiên cứu sẽ đề xuất mô hình xử lý nƣớc thải cao su bằng phƣơng pháp trồng lục bình thủy canh.

1.5.4 Phƣơng pháp phân tích chất lƣợng nƣớc  Thu mẫu và chọn mẫu Tổng số mẫu: chín (09) mẫu đầu vào + chín (09) mẫu sau khi vận hành mô hình 8 giờ + chín (09) mẫu sau khi vận hành mô hình 24 giờ các ngày 07/05 – 11/05 và 15/05 – 18/05 + một (01) mẫu đầu vào ngày 22/05 + một (01) mẫu sau khi vận hành mô hình 24 giờ ngày 23/05 + một (01) mẫu sau khi vận hành mô hình 48h ngày 24/05 + một (01) mẫu sau khi vận hành mô hình 72 giờ ngày 25/05 = 31 mẫu.

8

Địa điểm lấy mẫu: Mẫu đƣợc lấy tại Mô hình vận hành trồng lục bình thủy canh xử lý ô nhiễm đƣợc đặt ở trạm xử lý nƣớc thải Công ty cổ phần chỉ sợi cao su V.R.G SADO, địa chỉ: Lô K5K6-K7, đƣờng N9A, Khu công nghiệp Dầu Giây, xã Bàu Hàm 2, huyện Thống Nhất, tỉnh Đồng Nai.

Hình 1.7: Địa điểm lấy mẫu  Quy trình lấy mẫu: -

Mẫu đầu vào đƣợc lấy trực tiếp trƣớc khi cho nƣớc thải vào trong mô hình để vận

hành -

Mẫu 8h đƣợc lấy sau khi vận hành mô hình đƣợc 8 giờ, mẫu 24h đƣợc lấy sau khi

mô hình vận hành đƣợc 24 giờ, tƣơng tự mẫu 48h và 72h đƣợc lấy sau khi mô hình đƣợc vận hành 48 giờ và 72 giờ.

-

Tráng bình đựng mẫu vài lần bằng nƣớc ở nơi lấy mẫu sau đó mới tiến hành lấy

mẫu trực tiếp vào chai chứa mẫu. Nạp mẫu vào đầy bình nhƣng không hoàn toàn đầy.

-

Vặn chặt nút chai, tránh rò rỉ và làm nhiễm bẩn mẫu.

-

Ghi nhãn thời gian và vị trí lấy mẫu.

Qui trình bảo quản và vận chuyển mẫu về phòng thí nghiệm:

-

Mẫu sau khi lấy đƣợc giữ lạnh trong thùng xốp sạch có đựng đá và vận chuyển về

phòng thí nghiệm trong thời gian tám (08) tiếng kể từ khi lấy mẫu. Trong quá trình vận chuyển mẫu về cần tránh gây xáo trộn mạnh mẫu gây ảnh hƣởng đến chỉ tiêu phân tích ammonia.

-

Mẫu về phòng thí nghiệm đƣợc cho thêm H2SO4 để giảm pH < 2 và tiếp tục lƣu

trữ trong nhiệt độ thấp tại kho chứa mẫu của phòng thí nghiệm khoa Môi trƣờng và Tài 9

nguyên – trƣờng Đại học Bách Khoa TP.HCM cơ sở II Dĩ An.

-

Các mẫu đƣợc phân tích trong vòng bảy (07) ngày kể từ ngày lấy mẫu và giữ

trong kho chứa mẫu.  Các chỉ tiêu phân tích: COD và NH4+  Phƣơng pháp phân tích:  NH4+ : Phƣơng pháp chƣng cất (TCVN 5988:1995 Chất lƣợng nƣớc - Xác định Amoni - Phƣơng pháp chƣng cất và chuẩn độ) 

Khoảng nồng độ Phƣơng pháp cho phép xác định Amoni tính theo nitơ tới hàm lƣợng 10 mg trong

mẫu thử. Ví dụ nếu thể tích mẫu thử là 10 ml thì hàm lƣợng này tƣơng đƣơng với nồng độ mẫu CN = 1000 mg/l. 

Giới hạn phát hiện: Giới hạn phát hiện thực nghiệm (bậc tự do 4), dùng 250ml mẫu thử là CN = 0,2 mg/l



Độ nhạy Độ nhạy khi dùng 100 ml mẫu thử, 1,0ml Axit H2SO4 0.02N tƣơng đƣơng với

CN = 2,8 mg/l. 

Các yếu tố cản trở Chất cản trở chính là ure vì nó cùng bị chƣng cất dƣới dạng Amoniac trong các

điều kiện tƣơng tự và làm cao kết quả. Các Amin dễ bay hơi cũng bị chƣng cất và phản ứng với Axit trong quá trình chuẩn độ, và nhƣ vậy làm cao kết quả. Các clorAmin có trong mẫu nƣớc đã đƣợc clo hoá bị xác định bằng phƣơng pháp tƣơng tự. 

Thuốc thử và hóa chất

-

Dung dịch Axit H2SO4 0.02N : Pha loãng từ dung dịch H2SO4 (d = 1.84 g/cm3) và

định chuẩn bằng bình định mức.

-

Đệm Borat: 19,108 g Na2B4O7.10H2O hòa tan và định mức đến 1000 ml.

-

Thuốc thử Metyl Red: Hoà tan 0,5 ± 0,1 g Metyl Red loại tan trong nƣớc vào

khoảng 800 ml nƣớc rồi pha loãng thành một lít -

Thuốc thử Metyl Blue: Hoà tan 1,5 ± 0,1 g Metyl Blue vào khoảng 800 ml nƣớc

rồi pha loãng thành một lít.

-

Axit Boric: Hoà tan 20 ± 0,1g Axit boric (H3BO3) vào nƣớc ấm. Để nguội đến

nhiệt độ phòng. Thêm 10 ± 0,5ml dung dịch Metyl Red và 2,0 ± 0,1 ml dung dịch Metyl Blue rồi pha loãng thành 1 lít.

10



Thiết bị và dụng cụ

- Pipet 25 ml - Buret 25ml - Ống đong 50 ml - Becher 500 ml - Bóp cao su - Erlen 50 ml - Máy chƣng cất Keldal. 

Tiến hành

-

Cho vào Becher (500 ml) 50 ml dung dịch hấp thụ Axit Boric (đã thêm chỉ thị)

sau cho ngập ống ra của máy chƣng cất.

-

Cho vào ống Keldal 50 ml dung dịch mẫu , thêm 25 ml dung dịch đệm Borat rồi

cho vào máy chƣng cất, điều chỉnh lƣợng lƣu lƣợng chƣng cất khoảng 10 ml/phút, dừng chƣng cất khi đã chƣng cất đƣợc khoảng 200 ml dung dịch.

-

Chuẩn độ dung dịch thu đƣợc bằng Axit H2SO4 0.02N.

-

Làm tƣơng tự với mẫu trắng nhƣng thay 50 ml dung dịch mẫu bằng 50 ml dung

dịch nƣớc cất 

Tính toán Nồng độ Amoni tính theo N, đơn vị mg/L, đƣợc tính theo công thức

Trong đó : V0: là thể tích mẫu cần đo V1: là thể tích Axit Boric chuẩn độ mẫu V2: là thể tích Axit Boric chuẩn độ mẫu trắng  COD : Phƣơng pháp đun (TCVN 6491:1999 Chất lƣợng nƣớc – Xác định cầu Oxy hóa học) 

Dụng cụ và thiết bị

-

Pipet 25 ml

-

Buret 25ml

-

Ống đong 100 ml

-

Ống nghiệm có nút vặn

-

Bình cầu cổ mài 11

-

Erlen 25 ml 50 ml

-

Lò nung 1500C

-

Tủ sấy



Hóa chất

-

Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0,0167M: hòa tan 4,9226 g K2Cr2O7 (sấy ở 1050C

trong 2 giờ) trong 500 ml nƣớc cất, thêm vào 167 ml H2SO4 đậm đặc và 33,3 g HgSO4 khuấy tan để nguội đến nhiệt độ phòng, định mức thành 1.000 ml.

-

Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0,00471M: hòa tan 1,3884 g K2Cr2O7 (sấy ở 1050C

trong 2 giờ) trong nƣớc cất và định mức thành 1.000 ml.

-

Acid Sulfuric (Sulfuric Acid đậm đặc): cân 5,5 g Ag2SO4 trong 1 kg H2SO4 đậm

đặc (1 lít = 1,84 kg), để 1-2 ngày cho hòa tan hoàn toàn Ag2SO4.

-

Chỉ thị màu Feroin: hòa tan hoàn toàn 1,485 g 1-10 Phenanthroline Monohydrate

và thêm 0,695 g FeSO4.7H2O trong nƣớc cất và định mức thành 100 ml (khi hai chất này trộn lẫn với nhau thì dung dịch chỉ thị sẽ tan hoàn toàn và có màu đỏ).

-

Dung dịch Ferrous Ammonium Sulfate (FAS) 0,10M: hòa tan 39,2 g

Fe(NH4)2(SO4)2 .6H2O trong một ít nƣớc cất, thêm vào 20 ml H2SO4 đậm đặc, làm lạnh và định mức thành 1 lít.

-

Dung dịch Ferrous Ammonium Sulfate (FAS) 0,025M: hòa tan 9,8 g

Fe(NH4)2(SO4)2 .6H2O trong một ít nƣớc cất, thêm vào 20 ml H2SO4 đậm đặc, làm lạnh và định mức thành 1 lít.

-

Dung dịch Potassium Hydrogen Phthalate chuẩn (KHP): hòa tan 425 mg

Potassium Hydrogen Phthalate (HOOCC6COOK) sấy khô ở nhiệt độ 1200C trong 2 giờ thêm nƣớc cất thành 1 lít. Dung dịch này (KHP) có COD = 1,176 mg O2/mg hay 500 mg O2/ml. Dung dịch này trữ lạnh và ổn định trong 3 tháng. Định phân FAS: chọn thể tích mẫu và hóa chất sử dụng theo bảng sau: Bảng 1.4: Thể tích và hóa chất chuẩn độ FAS hằng ngày Ống nghiệm (d*l)

Thể tích mẫu (ml)

Dung dịch K2Cr2O7 (ml)

H2SO4 đậm đặc (ml)

Tổng thể tích (ml)

16*100 mm

2.5

1.5

3.5

7.5

20*150 mm

5.0

3.0

7.0

15.0

25*150 mm

10.0

6.0

14.0

30.0

Ống chuẩn 10 ml

2.5

2.5

3.5

7.5

12

C là nồng độ FAS đã dùng để định phân 

Phương pháp đun kín (cho mẫu có COD > 50mg/L) Cho 2.5 ml mẫu vào ống nghiệm, thêm 2.5 ml dung dịch K2Cr2O7 0.0167M, sau

đó cẩn thận thêm 3.5 ml dung dịch H2SO4 đậm đặc vào trong ống nghiệm bằng cách cho Axit chảy dọc thành ống nghiệm. Đậy nút vặn ngay, lắc kỹ nhiều lần. Đặt ống nghiệm vào rổ inox rồi cho vào lò sấy 150oC trong hai (02) giờ. Làm mẫu trắng tƣơng tự với nƣớc cất ( Mẫu 0 và mẫu B). Sau khi đun xong, lấy ra để nguội ở nhiệt độ phòng. Cho vào Erlen sau đó cho hai (02) giọt chỉ thị Feroin rồi định phân bằng FAS 0.1M . Dừng khi mẫu chuyển từ màu xanh lục sang màu nâu đỏ lợt, đọc thể tích FAS đã sử dụng. 

Phương pháp đun (với mẫu có COD <50mg/L)

Lấy 50 hoặc 100 ml cho vào bình cầu nút mài thêm 1 g HgSO4 và vài viên bi thủy tinh, cẩn thận thêm 5,0 ml H2SO4 đậm đặc đậy kín và lắc đều cho HgSO4 tan ra (nên đặc trong môi trƣờng lạnh tránh để những chất hữu cơ có thể bay hơi). Thêm 25,0 ml K2Cr2O7 0,00417M vào lắc đều, sau đó nối với hệ thống đun hoàn lƣu, thêm 70 ml H2SO4 đậm đặc còn lại qua phễu của của hệ thống hoàn lƣu, lắc đều. Đun hoàn lƣu trong hai giờ, để nguội và rửa ống hoàn lƣu bằng nƣớc cất, để nguội ở nhiệt độ phòng. Sau đó định phân lƣợng K2Cr2O7 thừa bằng FAS 0,025M với 0,10 – 0,15 ml (2 –3 giọt) chỉ thị màu feroin, dứt điểm dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu nâu đỏ lợt. 

Tính toán: (

)

(

)

Trong đó: V0 : là thể tích FAS dùng định phân mẫu trắng B V1 : là thể tích FAS dùng định phân mẫu cần xác định M : là nguyên chuẩn độ của FAS 1.5.5 Xử lý số liệu Dữ liệu thông tin thu thập đƣợc qua phân tích chất lƣợng nƣớc ta tiến hành phân tích số liệu. Xử lý bằng phần mềm Excel và phân tích bằng cách tổng hợp tài liệu trên cơ sở thống kê, vẽ các đồ thị, biểu đồ và so sánh.

13

1.5.6 Phƣơng pháp tổng hợp tài liệu -

Số liệu hiện có về tình hình xử lý hiện tại của Trạm xử lý nƣớc thải

-

Số liệu phân tích chất lƣợng nƣớc trƣớc và sau khi vào mô hình

-

Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về các mô hình trồng lục bình xử lý ô nhiễm

14

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC Cơ sở lý thuyết

2.1

2.1.1 Sơ lƣợc về cây lục bình Cây lục bình (Eichhornia Crassipes) còn có một số tên gọi khác nhƣ cây lộc bình, cây phù bình, cây bèo tây hay cây bèo Nhật Bản. Đây là một loài thực vật thủy sinh thân thảo, thƣờng sống ở trên nƣớc nhƣng cũng có thể sống đƣợc trên cạn ở những nơi đất ẩm.

Cây lục bình mọc cao khoảng 30 cm nhƣng có thể phát triển tối đa khoảng 1 m khi đầy đủ chất dinh dƣỡng, lá lục bình màu xanh, hình tròn hơi cuống vào nhau nhƣ những cánh hoa, mặt lá nhẵn bóng. Cuống lá phình ra, trong cuống lá có xốp nở lên nhƣ bong bóng giúp cây lục bình nổi đƣợc trên mặt nƣớc. Rễ bèo dài trung bình từ 20 – 60 cm nhƣng có thể đạt và phát triển lên đến 1 – 3 m, rễ lục bình có màu đen, trông nhƣ lông vũ, buông rủ xuống nƣớc (Gopal, 1987).

Nhiệt độ cây có thể sinh sống dao động từ 10oC – 40oC, pH từ 4.5 – 10.

Sinh trƣởng: cây lục bình thƣờng nở hoa vào mùa hè. Hoa lục bình có màu tím nhạt, điểm chấm màu lam, cánh hoa trên có một đốt vàng, có sáu nhụy, bầu thƣợng có ba ô đựng nhiều noãn và quả nang.

Cây lục bình sinh sản rất nhanh, một cây mẹ có thể đẻ cây con, tăng số gấp đôi trong khoảng thời gian từ 06 - 15 ngày. Ngoài nhân đôi, lục bình con có thể tăng số lƣợng quần thể thông qua hạt, mỗi cây lục bình có thể cho 5000 hạt giống một năm, thời gian ra hoa lục bình từ tháng 5 – tháng 7 hàng năm. Năng suất cũng có thể đƣợc thể hiện ở mức 100 - 500 g trọng lƣợng tƣơi/m² mỗi ngày, 1000 - 5000 kg / ha mỗi ngày hoặc 400-1700 tấn/ha mỗi năm. Do trọng lƣợng khô thông thƣờng khoảng 5 - 7% trọng lƣợng tƣơi, trọng lƣợng này chiếm khoảng 2,5 kg trọng lƣợng khô/m² hoặc 25 tấn chất khô/ha (Gopal, 1987) 

Công dụng Trong y học nhân gian, lục bình thƣờng đƣợc gọi là Phù bình, lá và thân có vị ngọt

cay, tính mát không độc, có tác dụng tiêu viêm giải độc lành da. Dùng tƣơi lá bèo đem giã với muối rồi đem đắp lên ung nhọt, khô thì thay miếng khác, nhiều lần sẽ làm giảm sƣng.

Nếu vết tấy bắt đầu nung mủ thì sẽ chóng vỡ mủ giảm đau. Dùng khô thân và lá phơi khô sao thơm khử thổ phối hợp với các vị thuốc khác chữa hạch cổ tràng nhạc. Hoa hơi ngọt, tính mát, có tác dụng an thần, lợi tiểu, giải độc, trừ phong nhiệt. Khi ho hen ho đàm hoặc

15

ho gió, chƣng một nắm hoa với đƣờng phèn uống, kết hợp thêm hoa hoè, hoa khế càng tốt.

Ngƣời cao huyết áp mãn tính dùng hoa chế trà uống mỗi ngày cũng có tác dụng bình ổn.

Lục bình đƣợc xem là một loài rau mà những ngƣời dân vùng sông nƣớc thƣờng sử dụng cho các bữa cơm gia đình nhƣ ngó lục bình xào, đọt non và cuốn lá thì nấu canh, hoa luộc,…

Lục bình còn đƣợc sử dụng trong ngành thủ công mỹ nghệ, xơ lục bình đƣợc phơi khô rồi bệnh lại với nhau thành dây sau đó đƣợc dùng để đan chiếu, làm thảm,… Các sản phẩm thủ công mỹ nghệ từ lục bình đƣợc xuất đi nhiều nƣớc và đem về nguồn ngoại tệ lớn cho nƣớc ta hàng năm. Ở dạng tự nhiên, cây lục bình có khả năng hấp thụ những kim loại nặng nhƣ Pb2+, Hg+, Strontium và những chất hữu cơ chƣa đƣợc phân hủy, xử lý có trong môi trƣờng nƣớc. Tác dụng này của cây lục bình chính là ở rễ cây dài. Tốc độ xử lý và hút, lọc nƣớc thải của bộ rễ lục bình rất nhanh.

Các nhà khoa học đã thực hiện nghiên cứu và đƣa ra những con số ấn tƣợng về hiệu quả làm việc của lục bình trong việc xử lý nƣớc thải nhƣ sau: một hecta mặt nƣớc thả lục bình có thể làm sạch đƣợc ba (03) tấn nƣớc thải mỗi ngày. Cụ thể là 34 kg Na+, 22 kg Ca2+, 17 kg PO43-, 4 kg Mg, 2,1 kg Phenol, 89 g Hg2+, 104 g Al3+,…(Trịnh Nhật Quang, 2014) Thí nghiệm khác thả lục bình trong một chậu nƣớc bẩn chứa 10 mg Zn2+/L, trong 38 ngày lƣợng kẽm tích lũy trong lục bình cao hơn thực vật thông thƣờng 133%. Cây lục bình còn có tác dụng phân giải chất phenol và xyanua, đây là những chất độc hại rất nguy hiểm, một lƣợng nhỏ từ 0,15g đến 0,2g cũng có thể gây chết ngƣời (Trần Thị Thu Hằng, 2013).

Lục bình có thể đƣợc xem là một giải pháp cho lọc và xử lý chất thải hiệu quả, thân thiện và giá rẻ bậc nhất mà chúng ta có thể tận dụng.

2.1.2 Sơ lƣợc về mủ cao su (Webrsre and Baulkwill, 1989) Cây cao su đƣợc tìm thấy ở Mỹ, rừng mƣa Amazon bởi Columbus trong khoảng năm 1493 – 1496. Brazil là quốc gia xuất khẩu cao su đầu tiên vào thế kỷ thứ 19.

Mủ từ cây cao su là một huyền phù thể keo, chứa khoảng 35% cao su. Cao su này là một Hydrocacbon có cấu tạo hóa học là 1,4 – sis – Polyisopren, có mặt trong mủ cao su dƣới dạng các hạt nhỏ đƣợc bao phủ bởi một lớp các Phospholipid và Protein. Kích thƣớc các hạt nằm trong khoảng 0,02µm đến 0,2µm.Nƣớc chiếm khoảng 60% trong mủ cao su và 16

khoảng 5% còn lại là những thành phần khác của mủ, gồm có khoảng 0,7% là chất khoáng và khoảng 4,3% là chất thải hữu cơ.

Mủ cao su là hỗn hợp các cấu tử cao su nằm lơ lửng trong dung dịch gọi là nhũ thanh hoặc Serium. Hạt cao su hình cầu có đƣờng kính d < 0,5 µm chuyển động hỗn loạn (chuyển động Brown) trong dung dịch. Thông thƣờng 1 g mủ có khoảng 7,4.1012 hạt cao su, bao quanh các hạt này là các Protein giữ cho Latex ở trạng thái ổn định.

Thành phần hóa học của Latex: Phân tử cơ bản của cao su là isoprene polymer (cis-1,4-Polyisoprene[C5H8]n) có khối lƣợng phân tử 105 – 107. Nó đƣợc tổng hợp từ cây bằng một quá trình phức tạp của Carbonhydrate. Cấu trúc hóa học của cao su tự nhiên (cis-1,4-Polyisoprene): CH2C = CHCH2 – CH2C = CHCH2 = CH2C = CHCH2 CH3

CH3

CH3

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của mủ cao su Thành phần

Phần trăm (%)

Cao su

35 – 40%.

Protein

2%

Quebrachilol

1%.

Xà phòng, acid béo

1%

Chất vô cơ

0,5%.

Nƣớc

50 – 60%.

2.1.3 Sơ lƣợc về Amoni và những ảnh hƣởng đến con ngƣời – môi trƣờng Amoni có công thức hóa học NH3, là chất khí không màu và có mùi khai. Trong nƣớc, Amoni tồn tại dƣới 2 dạng là NH3 và NH4+. Tổng NH3 và NH4+ đƣợc gọi là tổng Amoni tự do. Đối với nƣớc uống, tổng Amoni sẽ bao gồm Amoni tự do, MonochlorAmine (NH2Cl), DichlorAmine (NHCl2) và TrichlorAmine (NCl3).

Amoni không tồn tại lâu trong nƣớc mà dễ dàng chuyển thành Nitrite. Nitrite trong nƣớc sẽ ức chế men Enzim trong thịt cản trở quá trình chuyển màu của thịt. Vì thế, thịt khi 17

nấu trong nƣớc có nhiễm Amoni chín nhừ vẫn giữ màu nhƣ thịt sống. Ngoài ra, với những mẫu nƣớc nhiễm Amoni từ 20 mg/l trở lên có thể ngửi thấy mùi khai.

Hình 2.1: Quá trình chuyển hóa Nito trong môi trƣờng (Europura, 2016) Việc chăn nuôi gia súc quy mô lớn và nƣớc thải từ quá trình sản xuất công nghiệp có thể làm gia tăng lƣợng Amoni trong nƣớc mặt. Sự nhiễm bẩn Amoni có thể tăng lên do các đoạn nối ống bằng vữa xi măng. Amoni trong nƣớc là một chất ô nhiễm do chất thải động vật, nƣớc cống và khả năng nhiễm khuẩn. Khi hàm lƣợng Amoni trong nƣớc ăn uống cao hơn tiêu chuẩn cho phép chứng tỏ nguồn nƣớc đã bị ô nhiễm bởi chất thải động vật, nƣớc cống và có khả năng xuất hiện các loại vi khuẩn, kể cả vi khuẩn gây bệnh.  Amoni trong nƣớc sinh hoạt và tác hại tới sức khỏe: Bản thân Amoni không quá độc với cơ thể, nhƣng nếu tồn tại trong nƣớc với hàm lƣợng vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép, nó có thể chuyển hóa thành các chất gây ung thƣ và các bệnh nguy hiểm khác. Các nghiên cứu cho thấy, 1g Amoni khi chuyển hóa hết sẽ tạo thành 2,7 g Nitrit và 3,65 g Nitrat. Trong khi hàm lƣợng cho phép của Nitrit là 0,1 mg/L và Nitrat là 10 - 50 mg/L (Europura, 2016).

Amoni là một trong những yếu tố gây cản trở trong công nghệ xử lý nƣớc cấp: làm giảm tác dụng của Clo, giảm hiệu quả khử trung nƣớc do phản ứng với Clo tạo thành Monocloamin là chất sát trùng thứ cấp hiệu quả kém clo hơn 100 lần. Amoni cùng với các chất vi lƣợng trong nƣớc (Hợp chất hữu cơ, Phốt pho, Sắt, Mangan…) là “thức ăn” để vi khuẩn phát triển, gây ảnh hƣởng tới chất lƣợng nƣớc sau xử lý. Nƣớc có thể bị đục, đóng cặn trong hệ thống dẫn, chứa nƣớc. Nƣớc bị xuống cấp, làm giảm các yếu tố cảm quan (

18

NH4+ là nguồn dinh dƣỡng để rêu tảo phát triển, vi sinh vật phát triển trong đƣờng ống gây ăn mòn, rò rỉ và mất mỹ quan).

Khi nồng độ Amoni trong nƣớc cao, rất dễ tạo thành các Nitrat (NO3- ), Nitrit (NO2) Trong cơ thể động vật, Nitrit và Nitrat có thể biến thành N – Nitroso – là chất tiền ung thƣ. Nƣớc nhiễm Amoni còn nghiêm trọng hơn nhiễm Asen rất nhiều vì Amoni dễ dàng chuyển hoá thành chất độc hại, lại khó xử lý.

Khi ăn uống nƣớc có chứa Nitrit, cơ thể sẽ hấp thu Nitrit vào máu và chất này sẽ tranh Oxy của hồng cầu làm Hêmoglobin mất khả năng lấy Oxy, dẫn đến tình trạng thiếu máu, xanh da. Vì vậy, Nitrit đặc biệt nguy hiểm cho trẻ mới sinh dƣới sáu tháng, nó có thể làm chậm sự phát triển, gây bệnh ở đƣờng hô hấp, trẻ bị xanh xao, ốm yếu, thiếu máu, khó thở do thiếu Oxy trong máu. Đối với ngƣời lớn, Nitrit kết hợp với các Axit Amin trong thực phẩm làm thành một họ chất Nitrosamin. Nitrosamin có thể gây tổn thƣơng di truyền tế bào – nguyên nhân gây bệnh ung thƣ. Những thí nghiệm cho Nitrit vào thức ăn, nƣớc uống của chuột, thỏ… với hàm lƣợng vƣợt ngƣỡng cho phép thì sau một thời gian thấy những khối u sinh ra trong gan, phổi, vòm họng của chúng.

Các hợp chất Nito trong nƣớc có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho ngƣời sử dụng nƣớc. Nitrat tạo ra chứng thiếu Vitamin và có thể kết hợp với các Amin để tạo nên những NitrosAmin là nguyên nhân gây ung thƣ ở ngƣời cao tuổi. Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với Nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nƣớc dùng để pha sữa. Sau khi lọt vào cơ thể, Nitrat đƣợc chuyển hoá nhanh thành Nitrit nhờ vi khuẩn đƣờng ruột. Iron Nitrit còn nguy hiểm hơn Nitrat đối với sức khoẻ con ngƣời. Khi tác dung với các Amin Hat Alkyl Cacbonat trong cơ thể ngƣời chúng có thể thạo thành các hợp chất chứa Nito gây ung thƣ.

Ngoài các tác động đối với sức khỏe con ngƣời, Amoni còn nguy hiểm với môi trƣờng đặc biệt là môi trƣờng nƣớc. Amoni trong nƣớc với hàm lƣợng cao làm giảm hàm lƣợng Oxy có trong nƣớc là chết các loại thủy sinh nhƣ cá, tôm, giáp xác,…Các loại tảo và vi tảo trong nƣớc sử dụng Amoni nhƣ một loại chất dinh dƣỡng để phát triển nên khi nồng độ Amoni trong nƣớc cao sẽ dẫn đến quá trình sinh sôi quá nhanh của các loài tảo trong nƣớc góp phần vào việc gây ra hiện tƣợng phú dƣỡng hóa ảnh hƣởng lớn đến môi trƣờng.

Amoni là một trong những chất có tính chất nguy hiểm cao cần đƣợc xử lý để không ảnh hƣởng đến môi trƣờng và sức khỏe của con ngƣời.

19

2.1.4

Sơ lƣợc về quá trình hấp thụ Nitơ trong cây Cây có khả năng hấp thụ đƣợc N ở hai dạng chính đó là NH4+ (dạng khử) và NO3-

(dạng Oxy hóa), nhƣng đầu tiên cây cần dạng NH4+ để hình thành nên các Axit Amin nên cây sẽ chuyển hóa NO3- thành NH4+ , quá trình này đƣợc gọi là quá trình khử Nitrat.

Hình 2.2: Quá trình chuyển hóa N trong hệ thống xử lý tự nhiên ( Nguồn: Phạm Khanh Huy, 2012)  Quá trình khử Nitrat: Là quá quá trình khử NO3- thành NH4+ diễn ra trong cây theo hai bƣớc sau: ( )

( )

 Quá trình đồng hóa nito trong cây: Quá trình hô hấp trong cây tạo ra các Axit (R-COOH) và nhờ vào các quá trình trao đổi nito, cây có thêm các gốc NH2+ để hình thành Axit Amin.

Có bốn (04) phản ứng khử để hình thành các Axit Amin, sau đó các phản ứng chuyển Amin hóa để hình thành 20 loại Axit Amin và từ các Axit Amin này thực vật có thể tạo ra các loại Protein và các hợp chất hữu cơ thứ cấp.  Phản ứng khử Amin hóa trực tiếp các Axit xeto Axit Xeto + NH4+  Axit Amin 20

Ví dụ: Axit Xetoglutaric + NH4+  Axit Glutamic  Phản ứng chuyển vị Amin Axit Amin + Axit Xeto  Axit Amin mới + Axit Xeto mới Ví dụ: Axit Glutamic + Axit Glutaric  Axit Alanin + Axit Aetoglutaric Trong trƣờng hợp cây dƣ thừa NH4+ thì NH4+ sẽ liên kết với Axit Amin DicacbOxylic vừa để giải độc NH4+ cho cây (NH4+ tích lũy gây độc cho tế bào) đồng thời dự trữ nguồn NH4+ để tổng hợp Axit Amin trong cơ thể thực vật khi cần thiết.

2.2

Cơ sở thực tiễn

2.2.1 Nghiên cứu xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình (Phạm Khanh Huy, 2012) Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp tự nhiên đƣợc biết đến là nhóm phƣơng pháp đơn giản, ít tốn năng lƣợng, hạn chế việc sử dụng hóa chất trong quá trình xử lý mà sử dụng các hợp phần có sẵn trong tự nhiên.

Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng Bèo lục bình để xử lý nƣớc thải sinh hoạt với hiệu quả xử lý nhƣ sau: chất rắn lơ lửng đạt 90

95%, COD, BOD5 đạt 70%, Phốt pho

tổng giảm tới 75%, Nitơ tổng giảm tới 88% và chất lƣợng nƣớc sau xử lý đạt mức A theo QCVN 14: 2008/BTNMT và QCVN 40: 2011/BTNMT. Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể sử dụng bèo lục bình cho xử lý nƣớc thải sinh hoạt, thích hợp cho qui mô vừa và nhỏ nhƣ các khu vực ven đô thị, nông thôn nơi có diện tích rộng hay trong các khu đô thị với mục đích vừa xử lý nƣớc thải sinh hoạt vừa tạo cảnh quan môi trƣờng.

Hình 2.3: Hiệu suất xử lý N của nghiên cứu 2.2.1

21

2.2.2 Khả năng xử lý ô nhiễm đạm, lân hữu cơ hòa tan trong nƣớc thải ao nuôi cá tra của lục bình (Eichhorina Crassipes) và cỏ vetiver (Vetiver Zizanioides) (Châu Minh Khôi, 2012) Nghiên cứu đƣợc thực hiện nhằm mục đích đánh giá khả năng giúp xử lý ô nhiễm đạm và lân (P) hữu cơ hòa tan trong nƣớc thải ao nuôi cá tra (Pangasianodon Hypophthalmus) thâm canh của lục bình (Eichhornia Crassipes) và cỏ Vetiver (Vetiver Zizanioides).

Lục bình và cỏ Vetiver đƣợc trồng trong môi trƣờng đƣợc cung cấp đầy đủ các thành phần dinh dƣỡng khoáng. Tuy nhiên, N khoáng hoặc P khoáng đƣợc thay thế bằng hợp chất hữu cơ N-Glycine hoặc P-Glucose 1-Phosphate. Khả năng giúp giảm thiểu N và P hữu cơ hòa tan của lục bình và cỏ Vetiver đƣợc đánh giá dựa vào tốc độ giảm N và P hữu cơ hòa tan theo thời gian. Kết quả xử lý ô nhiễm N và P hữu cơ của lục bình và cỏ cũng đƣợc kiểm chứng bằng cách trồng các thực vật này trong nƣớc thải đƣợc lấy trực tiếp từ ao nuôi cá tra.

Kết quả thí nghiệm cho thấy cả hai thực vật này đều phát triển tốt trong môi trƣờng dinh dƣỡng đƣợc thay thế N khoáng bằng Glycine hoặc P khoáng bằng Glucose 1Phosphate. Sau 1 tháng trồng, nghiệm thức trồng lục bình giảm 88 % N hữu cơ và 100 % P hữu cơ. Tƣơng tự, trồng cỏ vetiver giảm 85 % N hữu cơ và 99 % P hữu cơ. Khi trồng lục bình và cỏ vetiver trực tiếp trong nƣớc đƣợc lấy từ các ao nuôi cá tra cho thấy hàm lƣợng N và P hữu cơ gần nhƣ giảm 100% sau 1 tháng trồng.

2.2.3 Modeling phytoremediation of nitrogen-polluted water using water hyacinth (Eichhornia Crassipes) (Aloyce W.Mayo & Emmanuel E.Hanai, 2017) Lục bình (Eichhornia Crassipes) có tiềm năng lớn để lọc nƣớc thải thông qua cơ chế vật lý, hóa học và sinh học. Để cải thiện chất lƣợng nƣớc thải từ ao ổn định chất thải tại Đại học Dar es Salaam, một nhà máy thí điểm đƣợc xây dựng để thử nghiệm tính hiệu quả của loại cây này để chuyển đổi và loại bỏ nitơ. Các mẫu nƣớc thải đƣợc thu thập và kiểm tra các thông số chất lƣợng nƣớc, bao gồm pH, nhiệt độ, Oxyhòa tan và các dạng nitơ khác nhau, đƣợc sử dụng làm thông số đầu vào trong mô hình toán học động học. Một mô hình khái niệm sau đó đƣợc phát triển để mô hình hóa các quy trình khác nhau trong hệ thống bằng phần mềm STELLA 6.0.1.

Kết quả cho thấy tổng nitơ đã đƣợc loại bỏ 63,9%. Khử Nitơ đóng góp 73,8% lƣợng nitơ đã loại bỏ. Các cơ chế loại bỏ nitơ chiếm ƣu thế khác là lắng đọng và hấp thụ 22

ròng bởi lục bình, đóng góp 16,7% và 9,5% nitơ loại bỏ tƣơng ứng. Mô hình này chỉ ra rằng khi có mặt của màng sinh học lục bình khoảng 1,26 g Nm-2 ngày-1 của nitơ đã đƣợc loại bỏ. Tuy nhiên, trong trƣờng hợp không có màng sinh học lục bình trong ao, việc loại bỏ nitơ vĩnh viễn chỉ là 0,89 g Nm-2 ngày-1. Điều này cho thấy rằng nếu không có lục bình, hiệu quả của việc loại bỏ nitơ sẽ giảm 29,4%.

2.2.4 Removal of heavy metals from aqueous solution by water hyacinth (Eichhornia Crassipes) (N. W. Ingole & A. G. Bhole, 2003) Cây Lục bình có khả năng đồng hóa một lƣợng lớn nguyên tố vi lƣợng và kim loại nặng, một số trong đó là rất cần thiết cho sự phát triển của thực vật. Sự hấp thu của các nguyên tố này thƣờng tăng lên khi cây đƣợc nuôi trong nƣớc thải có hàm lƣợng dinh dƣỡng cao. Kim loại nặng và các chất gây ô nhiễm khác xâm nhập vào nƣớc mặt và nƣớc ngầm theo nhiều cách khác nhau và ảnh hƣởng xấu đến hệ động - thực vật. Do đó, việc loại bỏ các tạp chất này là rất cần thiết.

Các nghiên cứu đã đƣợc tiến hành và sự hấp thụ Asen, crom, thủy ngân, niken, chì và kẽm từ dung dịch nƣớc thải có sáu nồng độ khác nhau từ 5 mg/L đến 50 mg/L. Sự hấp thụ hàng ngày của kim loại nặng cho tất cả các nồng độ đƣợc ghi lại và phân tích. Hiệu quả loại bỏ đƣợc xác định cho mỗi kim loại riêng biệt. Các mẫu đƣợc phân tích bằng cách sử dụng máy quang phổ UV. Kết quả chỉ ra rằng ở nồng độ thấp, tức ở mức là 5 mg/L kim loại nặng, sự tăng trƣởng của cây là bình thƣờng và hiệu quả loại bỏ lớn hơn. Ở nồng độ cao hơn, ở mức từ 10 mg/L kim loại nặng trở lên, cây bắt đầu héo và hiệu quả loại bỏ giảm rõ rệt. Số liệu thu đƣợc cho thấy rằng khi trong dung dịch nƣớc chứa 5 mg/L Asen, Crom và Thủy ngân thì khả năng hấp thu tối đa của lục bình là 26 mg/kg, 108 mg/kg và 327 mg/kg trọng lƣợng khô của lục bình tƣơng ứng.

Cuối cùng, kết luận rằng bằng cách sử dụng lục bình, kim loại nặng có thể đƣợc loại bỏ hiệu quả khỏi nƣớc thải khi nồng độ của chúng nhỏ hơn 10 mg/L. Chì và Kẽm đã đƣợc loại bỏ hiệu quả hơn ở nồng độ cao hơn so với các kim loại khác, nhƣng thực vật bắt đầu đổi màu ở nồng độ cao của kim loại và sự hấp thu sang trọng này dẫn đến phá hủy thực vật trong hầu hết các trƣờng hợp thử nghiệm.

23

2.3

Cơ sở pháp lý Các thông số về COD và NH4+ đƣợc so sánh dựa theo QCVN 40:2011/BTNMT

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp.

Bảng 2.2: Thông số về COD và NH4+ theo QCVN 40:2011/BTNMT

STT

Thông số

Giá trị

Đơn vị A

B

1

COD

mg/L

75

150

2

NH4+ (N)

mg/L

5

10

24