Luận Văn Sử dụng vật liệu hấp phụ tự nhiên để xử lý kim loại nặng trong bùn thải công nghiệp

TÓM TẮT : Bùn thải công nghiệp (BTCN) có chứa kim loại nặng (KLN) là một loại chất thải
nguy hại (CTNH) cần phải được xử lý triệt để và thải bỏ an toàn nhằm ngăn chặn nguy cơ lan
truyền, phát tán ô nhiễm trong môi trường tự nhiên. KLN thường tồn tại trong bùn ở hai dạng
chính: 1/ Linh động, không bền; 2/ Bền, trơ trong điều kiện tự nhiên. Nghiên cứu này tập trung
quan tâm xử lý KLN tồn tại ở dạng linh động trong bùn thải, bởi vì đây là thành phần thể hiện đặc
tính nguy hại gây ô nhiễm môi trường. Crom và Chì, là 2 trong số những KLN được tìm thấy ở
nồng độ cao vượt giới hạn cho phép trong BTCN trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh, cụ thể là từ
KCN Lê Minh Xuân và kênh Tân Hóa – Lò Gốm, được chọn là đối tượng để nghiên cứu xử lý.
Zeolite tự nhiên đã qua sơ chế dạng aluminosilicate ngậm nước, có cấu trúc xốp và vỏ tôm
cua (chitin thô) có trong bã thải của ngành công nghiệp thủy sản được sử dụng làm VLHP KLN
trong nghiên cứu này. Kết quả của nghiên cứu đã cho thấy rằng zeolite tự nhiên và chitin thô, loại
VLHP sẵn có rẻ tiền, có khả năng xử lý KLN chứa trong bùn thải với hiệu quả cao. Ảnh hưởng của
các yếu tố đến hiệu quả quá trình xử lý như thời gian, độ ẩm, và tỷ lệ trộn cũng được nghiên cứu
xác định. Kết quả thực nghiệm cho thấy với lượng sử dụng zeolite 10% (theo lượng khô), trong hỗn
hợp với bùn thải có độ ẩm 85%, thời gian xử lý 60 phút thì hiệu quả xử lý Crom ở dạng linh động
đạt được là 61.751%. Bước đầu nghiên cứu sơ bộ với lượng chitin thô 10% (theo lượng khô) trong
hỗn hợp với bùn thải có độ ẩm 81%, thời gian xử lý 180 phút thì hiệu quả xử lý Pb ở dạng tổng đạt
được là 84,72%.
Từ khóa: bùn thải công nghiệp, kim loại nặng, crom, chì, zeolite, vỏ cua.
1. MỞ ĐẦU
Khi thải bỏ tùy tiện BTCN vào môi trường, KLN sẽ dễ dàng phát tán sang môi trường đất, nước
mặt và nước ngầm. Đây là mối nguy hiểm tiềm tàng đối với sức khỏe của con người cũng như hệ
sinh thái tự nhiên [1, 3, 4]. KLN thường tồn tại trong bùn dưới 5 dạng: dạng ion; dạng liên kết
cacbonate; dạng liên kết trong hoặc lớp phủ bên ngoài khối (hạt) rắn với sắt oxyt và mangan oxyt;
dạng liên kết trong các phức chất hữu cơ; dạng trơ, bền, giữ trong cấu trúc các hạt khoáng, không bị
giải phóng trong điều kiện tự nhiên [5, 13].
Trong nhiều thập kỷ, các phương pháp công nghệ xử lý bùn thải thường được áp dụng bao gồm
thiêu đốt, ổn định và hóa rắn, chôn lấp hay phân hủy sinh học. Tuy nhiên những biện pháp này đều
có điểm hạn chế chung đó là khó khăn trong việc kiểm soát thành phần KLN trong sản phẩm sau xử
lý một cách an toàn nhất [5, 6, 7, 11]. Để giải quyết vấn đề bức xúc này, gần đây trên thế giới đã có
xu hướng xử lý KLN bằng những VLHP có nguồn gốc tự nhiên có giá thành thấp. KLN ở dạng linh
động có thể được hấp thu và cố định chặt trong cấu trúc của những VLHP [5, 6, 7, 9, 10, 11, 14,
15]. Trong nghiên cứu này, zeolite tự nhiên đã qua sơ chế dạng aluminosilicate ngậm nước và chitin
thô là vỏ tôm cua có trong bã thải thủy sản được sử dụng làm VLHP KLN.
Đến thời điểm hiện nay, việc xử lý KLN bằng các loại VLHP có nguồn gốc tự nhiên vẫn đang
được nghiên cứu phát triển tại nhiều trung tâm, phòng thí nghiệm trên thế giới. Khoa Hóa, Đại học
kỹ thuật Athen, Hy Lạp đã sử dụng zeolite tự nhiên để xử lý KLN có trong bùn sau xử lý nước thải
đạt hiệu quả cao đối với Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn. Viện Nghiên cứu Môi trường của Trường
North Highland College và Viện UHI Millenium đã nghiên cứu xử lý KLN bằng chitin thô để đánh
giá hiệu quả xử lý đối với các kim lọai kiềm thổ và KLN. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử
lý của chitin thô với KLN cao hơn với kim loại kiềm thổ [10, 16].
Zeolite tự nhiên là tinh thể aluminosilicate ngậm nước chứa các cation nhóm I hoặc II của bảng
hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, công thức tổng quát: (Mn/2).Al2O3.xSiO2. yH2O (M: kim
loại hóa trị I hoặc II; n: hóa trị của kim loại M; x: tỷ lệ SiO2/Al2O3). Vì có thành phần ion linh động
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 10, SỐ 01 - 2007
Trang 64
và cấu trúc tinh thể xốp tổ ong với lỗ rỗng chiếm tới 50% mà zeolite có khả năng hấp thu (bẫy) và
cố định KLN (trao đổi ion) có trong bùn thải [8].
Chitin thô là vỏ tôm cua có trong bã thải của ngành công nghiệp thủy sản có chứa khoảng
23,8% chitin tính theo trọng lượng khô. Không độc và không thể phân hủy sinh học, chitin là một
polysaccharide tìm thấy nhiều nhất trong tự nhiên gồm các phân tử [poly - β - (1,4) – N – acetyl –
D – glucosamin]. Phân tử chitin có nhiều nhóm chức –OH nên có độ thấm nước cao, cấu trúc cao
phân tử linh động và chứa những nhóm chitin hoạt tính cao có khả năng bắt giữ và liên kết hydro
với ion KLN. Chính vì vậy ngoài zeolite, để xử lý KLN trong bùn thải chitin thô cũng là một trong
những VLHP rất có tiềm năng về khía cạnh môi trường cũng như tính kinh tế do giá thành cạnh
tranh [10].
Đối với sự gia tăng khối lượng bùn thải có chứa KLN từ hoạt động sản xuất công nghiệp [1, 3]
và sự thải bỏ tùy tiện chúng vào các hệ thống kênh rạch trong thành phố, thì việc sử dụng thành
công những VLHP sẵn có và rẻ để xử lý sẽ mở ra nhiều triển vọng và đóng góp tích cực nhằm ngăn
ngừa và giảm thiểu ô nhiễm, bảo vệ môi trường. Để tạo cơ sở cho việc đề xuất quy trình công nghệ,
trước tiên phải chứng minh được mức độ, hiệu quả xử lý KLN thực tế của zeolite có nguồn gốc tự
nhiên tại Việt Nam đối với BTCN, sau đó cần phải xác định những yếu tố kỹ thuật quan trọng có
ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của quá trình xử lý, và đó cũng chính là mục tiêu của nghiên cứu
này. Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu sơ bộ đối với chitin thô cũng sẽ tạo tiền đề cho những nghiên
cứu tiếp theo để tìm ra những VLHP khác cũng có khả năng xử lý tương tự nhằm mang lại hiệu quả
kinh tế cao hơn trong thực tiễn và mang ý nghĩa to lớn về mặt môi trường.