Thân Văn Long Đánh giá chất lượng nước thải xi mạ đồng ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI XI MẠ ĐỒNG (Cu2+) CỦA CHẤT KEO TỤ SINH HỌC TRÍCH LY TỪ HẠT MUỒNG HỒNG YẾN Thân Văn Long(1), Nguyễn Thanh Quang(1), Nguyễn Xuân Thành Nam(2), Đào Minh Trung(1), (1) Trường Đại học Thủ Dầu Một; (2)Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Ngày nhận 29/12/2016; Chấp nhận đăng 29/01/2017; Email: trungdm@tdmu.edu.vn Tóm tắt Nghiên cứu đánh giá hiệu xử l nước thải xi mạ nhân tạo với thông số khảo sát ban đầu pH= 7, Cu2+= 25 (mg/l) Chất keo tu trích ly từ hạt Muồng Hoàng Yến (Biogum) sử dụng vật liệu keo tụ vật liệu keo tụ hóa học PAC Kết khảo sát đối tượng nước thải xi mạ Cu2+ cho thấy hiệu suất cải thiếc Biogum liều lượng tối ưu đạt 84,54% ± 3,36 PAC đạt 68,12% ± 0,99 Qua cho thấy vật liệu Biogum đề xuất nghiên cứu thay vật liệu hóa học PAC Từ khóa: nước thải, xi mạ đồng, keo tụ, muồng Hồng Yến, hóa học, sinh học Abstract EFFICIENCY IMPROVE COPPER PLATING WASTEWATER QUALITY OF THE BIOLOGICAL FLOCCULANTS This study evaluated the effect of artificial plating wastewater treatment with initial survey parameters pH = 7, Cu2 + = 25 (mg / l) (This is a flocculants extracted from theseeds of Cassia fistula) s used as coagulant material and PAC chemical conglomerate Survey results on Cu2 + plating water show that the optimum biogum conversion efficiency was 84,54% ± 3,36 while PAC reached 68,12% ± 0,99 This suggests that Biogum could propose a substitute for PAC Đặt vấn đề Nước thải ngành xi mạ chứa thành phần ô nhiễm kim loại nặng với nồng độ ô nhiễm cao Theo Đinh Thị Huyền Nhung (2012), đặc trưng nước thải ngành xi mạ chứa hàm lượng cao muối vô kim loại nặng Tùy theo kim loại lớp mạ mà nguồn nhiễm đồng, kẽm, crôm, niken, tùy vào loại muối kim loại sử dụng mà nước thải có chứa độc tố xianua, muối sunfat, crômat, amonium Theo Sở khoa học - Công nghệ Môi Trường TP.HCM (1998), nước thải xi mạ thường có thay đổi pH rộng từ axit thấp (pH = 2–3) đến kiềm cao (pH = 10–11) Nước thải sinh trình mạ kim loại chứa hàm lượng độc chất cao nên mức độ ảnh hưởng đến môi trường sức khỏe cộng đồng đáng kể Với kết phân tích chất lượng nước thải nhà máy, sở xi mạ TP.HCM, Bình Dương, Đồng Nai thấy hàm lượng kim loại nặng vượt tiêu chuẩn cho phép, COD dao động khoảng 320 – 885 128 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 mg/lít Ước tính, lượng chất thải loại phát sinh công nghiệp xi mạ năm tới lên đến hàng ngàn năm (Đặng Thị Thơm, 2008) thách thức lớn cho môi trường tiếp nhận thời gian tới Qua thấy cần có giải pháp quản lý công nghệ cải thiện chất lượng nước nguồn tiếp nhận Bảng Các số ô nhiễm kim loại nặng nước thải xi mạ Chỉ tiêu Đơn vị pH Niken (Ni) Crôm (Cr VI) Kẽm (Zn) Đồng (Cu) mg/l mg/l mg/l mg/l Nước thải chưa xử lý – 11 – 85 – 100 – 150 15 – 200 QCVN 40 – 2011/BTNMT A B 6–9 5,5 – 0,2 0,5 0,05 0,1 3 2 (Theo Bùi Vân Anh, Phạm Quang Khánh, Đỗ Thị Lương, 2006) Với nước thải xi mạ đồng, sau mạ có nhiều màu sắc khác Q trình mạ đồng thải nước có pH thấp đồng thời chứa nhiều muối vơ có nồng độ cao (muối sunfat đồng, muối amoni, soda, muối photpho), xianua, amoni, axit naptalendisunfonic, hồ tinh bột chất hoạt động bề mặt (Nguyễn Khương, 1997) Do đó, nước thải mạ đồng gây ô nhiễm hệ sinh thái nguồn tiếp nhận, cần phải cải thiện chất lượng nước đạt quy chuẩn cho phép xả thải trước xả nguồn tiếp nhận Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Nước thải xi mạ đồng nhân tạo pha chế phòng thí nghiệm có thành phần ô nhiễm: Cu2+ 25(mg/l), CuSO4.5H2O 0,0977mg Nước thải nhà máy dùng nghiên cứu mô tả bảng Vật liệu sinh học (Biogum) trích li từ hạt muồng Hồng Yến theo phương pháp hòa tan nước cất PAC sử dụng nghiên cứu có cơng thức chung (Aln(OH)mCln_m, Poli Alumino Clorua) Một số hóa chất dùng điều chỉnh pH: H2SO4 1N, NaOH 1N Máy AAS (atomic absorption spectrometer), máy đo pH Mettler Toledo; máy đo TDS; thiết bị Jartest Mơ hình Jasrtest 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp lấy mẫu phân tích: Lấy mẫu theo TCVN 5999:1995 Bảo quản mẫu theo TCVN 4556:1988 Phân tích pH theo TCVN 6492:1999 Phân tích kim loại nặng máy AAS (atomic absorption spectrometer) theo phương pháp phổ hấp thu nguyên tử Các thí nghiệm thực nhiệt độ môi trường (25 -32°C), áp suất 1atm chọn nồng độ cho ion kim loại nặng (Cu2+) 25 mg/L Thí nghiệm 1: Xác định loại PAC tối ưu Bảng Loại PAC sử dụng thí nghiệm MẪU pH PAC (mL) Loại PAC Nước thải Nồng độ đầu vào (mg/L) PVCu Ban đầu 10 PAC 01V Cu2+ 25 PDCu Ban đầu 10 PAC 02D Cu2+ 25 129 PYCu Ban đầu 10 PAC 02Y Cu2+ 25 Thân Văn Long Đánh giá chất lượng nước thải xi mạ đồng Chuẩn bị cốc thể tích lít Mỗi cốc cho 1l nước thải có thông số pH, nồng độ đầu vào (mg/l) mô tả bảng Sau thêm vào cốc hàm lượng chất keo tụ mô tả bảng 4, đưa cốc lên thiết bị Jartest tiến hành khuấy nhanh 100 vòng/phút vòng phút, khuấy chậm 50 vòng/phút phút Sau lắng cặn 30 phút, lấy dung dịch xác định nồng độ ion kim loại nặng (Cu2+) máy AAS 7000 Thí nghiệm 2: Xác định pH tối ưu PAC Biogum Bố trí thí nghiệm xác định pH tối ưu PAC Thí nghiệm tiến hành với giá trị pH biến thiên 2,3,5 với lượng chất keo tụ PAC (mL) bảng 3, tổng cộng có nghiệm thức Tiến hành khuấy trộn nhanh 100 vòng/phút phút, sau khuấy chậm 50 vòng/phút phút, sau lắng với thời gian lắng 30 phút Giá trị pH mong muốn điều chỉnh cách cho H2SO4 1N để hạ pH Sau thí nghiệm thu mẫu phân tích, lấy mẫu nước đo nồng độ ion kim loại nặng (Cu2+), so sánh hiệu xuất loại bỏ nồng độ ion kim loại nặng (Cu2+) cốc để xác định cốc có giá trị pH tốt → pH tối ưu Bảng Thí nghiệm xác định pH tối ưu cho vật liệu hóa học PAC Mẫu Cu2+ pH Liều lượng PAC (mL) Nồng độ đầu vào (mg/L) PCu H1 10 25 PCu H2 10 25 PCu H3 10 25 Bố trí thí nghiệm xác định pH tối ưu Biogum Thí nghiệm tiến hành với giá trị pH biến thiên 2,3,5 với lượng chất keo tụ Biogum (ml) bảng 4, tổng cộng có nghiệm thức Tiến hành khuấy trộn nhanh 100 vòng/phút phút, sau khuấy chậm 50 vòng/phút phút, sau lắng với thời gian lắng 30 phút Giá trị pH mong muốn điều chỉnh cách cho H2SO4 1N để hạ pH Sau thí nghiệm thu mẫu phân tích, lấy mẫu nước đo nồng độ ion kim loại nặng (Cu2+), so sánh hiệu suất loại bỏ nồng độ ion kim loại nặng (Cu2+) cốc để xác định cốc có giá trị pH tốt → pH tối ưu Bảng Thí nghiệm xác định pH tối ưu cho vật liệu sinh học Biogum Mẫu Cu2+ pH Biogum (mL) Nồng độ đầu vào (mg/L) Loại PAC GCuH1 7,5 25 PAC tối ưu GCuH2 7,5 25 PAC tối ưu GCuH3 7,5 25 PAC tối ưu Thí nghiệm 3: Xác định liều lượng tối ưu Biogum PAC nước thải giả định - PAC Bảng Thí nghiệm xác định liều lượng tối ưu cho vật liệu hóa học PAC nước thải giả định Mẫu Cu2+ pH PAC (mL) Nồng độ đầu vào (mg/L) PCu L1 Tối ưu V1 25 PCu L2 Tối ưu V2 25 130 PCu L3 Tối ưu V3 25 PCu L4 Tối ưu V4 25 PCu L5 Tối ưu V5 25 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 Các thí nghiệm nghiên cứu tiến hành điều kiện thí nghiệm trước, lượng keo tụ PAC (mL) thay đổi bảng 7, pH tối ưu chọn từ thí nghiệm điều chỉnh dung dịch H2S04 Để lắng cặn 30 phút, lấy dung dịch xác định nồng độ ion kim loại nặng (Cu2+) thiết bị đo kim loại nặng AAS 7000 - Biogum Bảng Thí nghiệm xác định liều lượng tối ưu cho vật liệu sinh học Biogum nước thải giả định Mẫu Cu2+ pH Nồng độ đầu vào (mg/L) Loại PAC PAC (mL) GCuL1 Tối ưu 25 tối ưu V1 GCuL Tối ưu 25 tối ưu V2 GCuL Tối ưu 25 tối ưu V3 GCuL Tối ưu 25 tối ưu V4 GCuL Tối ưu 25 tối ưu V5 Các thí nghiệm nghiên cứu tiến hành điều kiện thí nghiệm trước, lượng keo tụ Biogum (mL) thay đổi bảng 8, pH tối ưu chọn từ thí nghiệm điều chỉnh dung dịch H2S04 Để lắng cặn 30 phút, lấy dung dịch xác định nồng độ ion kim loại nặng (Cu2+) thiết bị đo kim loại nặng AAS 7000 Kết thảo luận 3.1 Xác định thông số vận hành tối ưu Xác định loại PAC phù hợp cho nước thải Bảng Kết phân tích ion kim loại Cu2+ pH Cu (mg/L) ST T Ký hiệu PAC (mL) Lần Lần Lần 3 PVCu PDCu PYCu Cu BĐ 10 10 10 3,96 4,64 5,14 4,48 4,01 4,68 5,02 4,30 4,03 4,50 5,00 4,45 Trung bình 4,00 4,61 5,05 4,41 Lần Lần Lần 26,15 23,85 15,13 25,00 25,90 23,60 16,40 25,00 25,40 24,00 15,00 25,00 Trung bình 25,82 23,82 15,51 25,00 Đồ thị Xác định loại PAC tối ưu dựa vào hiệu suất xử lý Kết phân tích cho thấy mẫu PAC 02Y cho kết tốt đạt hiệu xử lý 42,83% ± 0,77 qua cho thấy PAC 02Y phù hợp cho việc thực thí nghiệm Xác định pH tối ưu 131 Thân Văn Long Đánh giá chất lượng nước thải xi mạ đồng Bảng Kết phân t ch ion kim loại – Xác định pH phù hợp PAC ST T Ký hiệu PAC (mL) PCuH1 PCuH2 PCuH3 PCuH4 Cu BĐ 10 10 10 10 Lần 1,91 2,84 4,28 5,10 5,01 Lần 1,82 2,94 4,60 5,40 5,12 pH Lần 1,87 2,89 4,44 5,60 5,07 Cu (mg/L) Trung bình 1,87 2,89 4,44 5,37 5,07 Lần Lần Lần 24,10 22,76 15,40 19,50 25,00 24,80 22,89 16,50 19,60 25,00 24,00 23,40 17,01 18,70 25,00 Trung bình 24,30 23,02 16,30 19,27 25,00 Bảng 10 Kết phân t ch ion kim loại – Xác định pH phù hợp Biogum ST T Ký hiệu Biogum (mL) GCuH1 GCuH2 GCuH3 Cu BĐ 7,5 7,5 7,5 Lần 2,24 2,94 5,3 5,14 Lần 2,03 2,68 5,2 5,15 pH Lần 2,01 3,01 5,1 5,1 Cu (mg/L) Trung bình 2,09 2,88 5,20 5,13 Lần Lần Lần 22,22 21,36 15,75 25,00 22,31 21,04 15,47 25,00 21,98 21,12 14,99 25,00 Trung bình 22,17 21,17 15,40 25,00 Đồ thị Xác định pH tối ưu PAC Biogum dựa vào hiệu suất xử lý kim loại nặng (Cu2+) Kết phân tích pH = cho thấy hiệu xử lý ion kim loại nặng Cu2+ với Biogum PAC (42,52% ± 1,43; 40,28% ± 3,05) tốt so với pH = (21,00% ± 0,62; 4,7% ± 2,52) pH = (17,28% ± 0,64; 1,22% ± 0,55) Nhiều kim loại hấp phụ giá trị pH cao dung dịch (pH Cr (III) pH Cu (II) Zn (II))[8] 3.2 Xác định liều lượng tối ưu nước thải giả định Bảng 11 Kết xử lý ion kim loại – Xác định liều lượng tối ưu PAC STT Ký hiệu PAC (mL) PCuL1 PCuL2 PCuL3 PCuL4 PCuL5 Cu BĐ 20 30 40 50 60 Lần 5,40 5,56 5,60 5,49 5,17 5,03 Lần 5,13 5,51 5,61 5,40 5,10 5,13 pH Lần 5,27 5,54 5,61 5,45 5,14 5,08 132 Cu (mg/L) Trung bình 5,27 5,54 5,61 5,45 5,14 5,08 Lần Lần Lần 16,10 14,90 13,40 8,10 14,50 25,00 15,60 13,10 12,00 8,30 13,90 25,00 15,03 13,80 12,30 7,80 14,10 25,00 Trung bình 15,58 13,93 12,57 8,07 14,17 25,00 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 Bảng 12 Kết phân tích ion kim loại – Xác định liều lượng tối ưu Biogum pH Cu (mg/L) STT Ký hiệu Biogum (mL ) lần lần lần Trung bình lần lần lần Trung bình GCuL1 GCuL2 GCuL3 GCuL4 GCuL5 Cu BĐ 10 20 30 40 50 5,40 5,50 5,88 5,68 5,66 5,02 5,13 5,30 5,48 5,56 6,12 5,30 5,20 5,40 5,70 5,80 6,01 5,50 5,24 5,40 5,69 5,68 5,93 5,27 16,59 4,26 7,40 9,54 11,05 25,00 15,82 5,20 8,50 10,03 11,30 25,00 16,30 3,20 8,40 9,83 12,40 25,00 16,24 4,22 8,10 9,80 11,58 25,00 Đồ thị Xác định liều lượng tối ưu PAC Biogum dựa vào hiệu suất xử lý kim loại (Cu2+) Kết phân tích cho thấy với vật liệu Biogum liều lượng 20ml PAC liều lượng 50ml tốt với hiệu suất xử lý ion kim loại nặng (Cu2+) 84,54% ± 3,36 68,12% ±0,99 Ở nghiên cứu Phung Thi Kim Thanh (2011) với nồng độ ban đầu Cu2+ 99,07 liều lượng bã mía 0,5g đạt hiệu suất 79,43%[4] Kết luận Quá trình cải thiện chất lượng nước thải xi mạ đồng sử dụng vật liệu sinh học Biogum cho kết tốt so với vật liệu hóa học PAC điều kiện nghiên cứu Kết nghiên cứu cho thấy giá trị tối ưu pH liều lượng vật liệu vật liệu Biogum cho hiệu suất cải thiện ion kim loại (Cu2+) đạt 84,54% ±3,67 tốt vật liệu PAC, hiệu suất cải thiện đạt 68,12%±0,99 Kết cho thấy có khác biệt hiệu suất cải thiện chất lượng nước thải xi mạ đồng sử dụng vật liệu sinh học so với hóa học Mặt khác khía cạnh mơi trường Biogum chất thân thiên mơi trường, có khả phân hủy môi trường nước tự nhiên lựa chọn đề cải thiện chất lượng nước thải tương lai Kết nghiên cứu sở khoa học định hướng cho nghiên cứu cải thiện chất lượng nước xi mạ kẽm; Niken; Crôm thời gian tới Bên cạnh hướng tạo vật liệu sinh học thân thiện mơi trường thu hồi sử dụng hướng cải thiện chất lượng môi trường nước TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Hà, Trần Thị Hồng, Nguyễn Thị Thanh Nhàn, Đỗ Thị Cẩm Vân Lê Thị Thu Yến (2006), Nghiên cứu khả hấp thụ số kim loại nặng (Cu2+, Pb2+, Zn2+) nước nấm men Saccharomyces cerevisiae, Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa tự nhiên công nghệ, 23: 99-106 133 Thân Văn Long Đánh giá chất lượng nước thải xi mạ đồng [2] Nguyễn Thị Hạnh (2012), Tìm hiểu khả hấp phụ niken nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía cho biết khả hấp phụ từ vật liệu chế tạo từ bã mía, Khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật mơi trường, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng [3] Lê Thanh Hưng, Phạm Thành Quân, Lê Minh Tâm Nguyễn Xuân Thơm (2008), Nghiên cứu khả hấp phụ trao đổi ion sơ dừa vỏ trấu biến tính, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, 11(8): 5-12 [4] Phung Thi Kim Thanh (2011), Investigation of the adsorption capacity of Cr3+ , Ni2+, Cu2+, Zn2+ by modified sugarcane bagasse and treatment environment testing, Ha Noi University of Siences; VNU, Major: Environmental Chemistry; Code: 60 44 41 [5] Magdalena Balintova, Marian Holub, Eva Singovszka (2012), Study of Iron, Copper and Zinc Removal from Acidic Solutions by Sorption, Technical University of Kosice, Civil Engineering Faculty, Institute of Environmental Engineering Vysokoskolska 4, 042 00 Kosice, Slovakia, VOL 28 [6] Nguyễn Quốc Thông, Đặng Đình Kim, Lê Lan Anh Nguyễn Hiếu Mai (2004), Nghiên cứu khả hấp thụ kim loại nặng bèo sen (Eichhornia crassipes) góp phần xử lý nước thải cơng nghiệp biện pháp sinh học, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 42(5) [7] Lê Đức Trung, Nguyễn Ngọc Linh Lê Thị Thanh Thúy (2006), Sử dụng vật liệu tự nhiên để xử lý kim loại nặng bùn thải cơng nghiệp, Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ, 10(1): 63-70 [8] W.S Wan Ngah, M.A.K.M Hanafiah (2008), Removal of heavy metal ions from wastewater by chemically modified plant wastes as adsorbents, School of Chemical Sciences, Universiti Sains Malaysia, 11800 Penang, Malaysia, Bioresource Technology 99 (2008) 3935–3948 134 ... Long Đánh giá chất lượng nước thải xi mạ đồng Chuẩn bị cốc thể tích lít Mỗi cốc cho 1l nước thải có thông số pH, nồng độ đầu vào (mg/l) mô tả bảng Sau thêm vào cốc hàm lượng chất keo tụ mô... Với nước thải xi mạ đồng, sau mạ có nhiều màu sắc khác Q trình mạ đồng thải nước có pH thấp đồng thời chứa nhiều muối vơ có nồng độ cao (muối sunfat đồng, muối amoni, soda, muối photpho), xianua,... suất cải thiện chất lượng nước thải xi mạ đồng sử dụng vật liệu sinh học so với hóa học Mặt khác khía cạnh mơi trường Biogum chất thân thiên mơi trường, có khả phân hủy môi trường nước tự nhiên