So Sánh Giữa Vật Liệu Ebb Cải Tiến Và Ebb Nhập Khẩu

Hình 1. 8. Ứng dụng EBB trong nước thải CN [64]

Hình 1. 9. Đặt EBB ở mương thoát nước [64]

Vật liệu EBB được kết lại và treo lên các bè nổi và được thả tự do trên sông. Tại Nhật Bản, một số mương thoát nước được thiết kế, lắp đặt các khối vật liệu EBB nằm dưới lòng mương nhằm cải thiện chất lượng nguồn nước.

Cũng tại Mỹ, một thí nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả của vật liệu EBB bằng cách ngăn đôi dòng mương, một bên không đặt EBB và một bên đặt EBB nhằm so sánh, đánh giá chất lượng nước trước và sau khi nước thải đi qua hai bên. EBB không chỉ xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp như nước sông, hồ hay mương mà ở tại NewYork tại một nhà máy chế biến cà chua, EBB được áp dụng xử lý nước thải công nghiệp từ hoạt động chế biến tại hồ điều hòa của nhà máy .

Tại văn phòng thủ tướng Trung Quốc đặt tại Nanjing, EBB được thả vào ao trong khuôn viên thủ phủ. Sau 16 ngày, nồng độ đầu vào COD, BOD và ammonia tương ứng 51,7 mg/L; 16,9 mg/L và 2,84 mg/L hiệu xuất xử lý là hơn 40% với mức tương ứnglà 30,2 mg/L; 9,5 mg/L và 1,22 mg/L. Bên cạnh việc xử lý nước thải sinh hoạt, EBB còn được biết đến xử lý nước để trồng hoa, thả cá thương mại. Tại ao cá chép cảnh tại công viên Fukuoka Rakusui Nhật Bản, sau 20 ngày xử lý nước với vật

liệu EBB hỗ trợ, nước trong ao từ nồng độ COD là 9 mg/L và Amoni 0,8 mg/L xuống còn 3 mg/L và 0,3 mg/L tương ứng.

Hình 1. 10. Thương mại hóa EBB [64]

Một nghiên cứu của Matsunaga (2006) EBB chứa nhóm VSV Bacillus Subtilis Natto có khả năng lọc nước hiệu quả. EBB có khả năng phân hủy các chất hữu cơ và nitrat hóa Amoni, điều này đã được so sánh giữa vật liệu EBB và các vật liệu xốp thông thường khác. Quá trình phân hủy chất hữu cơ giảm khi nhiệt độ nước hạ và tạo ra được NH4+- N ở mức thấp, do đó quá trình nitrat hóa của EBB cũng bị phân hủy theo. Khi nhiệt độ ở mức cao, tốc độ hình thành nitơ vô cơ hòa tan (DIN) của vật liệu EBB tăng vọt, tốc độ nitrat hóa đạt giá trị tối đa khi nhiệt độ nước là 15oC.

1.4.2. Lựa chọn vật liệu chế tạo EBB cải tiến

- Sỏi nhẹ keramzit: Đất nung hay viên sỏi nhẹ là vật liệu xây dựng nhân tạo được sản xuất từ các loại khoáng sét dễ chảy bằng phương pháp nung phồng trong khoảng thời gian ngắn. Chúng có cấu trúc tổ ong với các lỗ rỗng nhỏ và kín. Xương và vỏ của no rất vững chắc. Sỏi nhẹ keramzit sản xuất theo qui trình công nghệ và thiết bị hiện đại có chất lượng cao đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật cho một số hạng mục xây dựng trong những công trình nhà cao tầng, hoặc nhà trên nền đất yếu. Nhờ cấu trúc nhiều lỗ xốp và tròn cạnh có tác dụng giữ nước, chất dinh dưỡng và thuận lợi cho VSV có lợi bám dính.

- Zeolit: Là vật liệu có khả năng trao đổi ion cao, tính axit mạnh, độ chọn lọc hình dạng cấu trúc ổn định và hoạt tính xúc tác tốt đối với rất nhiều phản ứng hóa học, do đó nó được ứng dụng rộng dãi để làm chất hấp phụ, làm giảm sự ô nhiễm môi

trường, tăng độ phì nhiêu, giữ độ ẩm cho đất và điều hòa độ pH cho nước. Trong lĩnh vực chăn nuôi, zeolit được là chất phụ gia thức ăn cho lợn và gà, nó sẽ hấp phụ các chất độc trong cơ thể vật nuôi, tăng khả năng kháng bệnh, kích thích tiêu hóa và tăng trưởng. Ngoài ra, nó không độc đối với người cũng như vật nuôi.

- Than cacbon hóa: Than cacbon hóa là chất hấp phụ, được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích như loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn và các tạp chất hữu cơ, vô cơ trong nước thải công nghiệp và sinh hoạt, thu hồi dung môi, làm sạch không khí, trong kiểm soát ô nhiễm không khí từ khí thải công nghiệp và khí thải động cơ, trong làm sạch nhiều hóa chất, dược phẩm, sản phẩm thực phẩm và nhiều ứng dụng trong pha khí. Diện tích bề mặt cacbon hóa chủ yếu là do lỗ nhỏ có bán kính nhỏ hơn 2 nm. Than cacbon hóa chủ yếu được điều chế bằng cách nhiệt phân nguyên liệu thô chứa cacbon ở nhiệt độ nhỏ hơn 1000oC. Quá trình điều chế gồm 2 bước: Than hóa ở nhiệt độ dưới 800oC trong môi trường trơ và sự hoạt hóa sản phẩm của quá trình than hóa ở nhiệt độ khoảng 950÷1000oC. Quá trình than hóa là dùng nhiệt để phân hủy nguyên liệu, đưa nó về dạng cacbon, đồng thời làm bay hơi một số chất hữu cơ nhẹ tạo lỗ xốp ban đầu cho than, chính lỗ xốp này là đối tượng cho quá trình hoạt hóa than. Chính vì vậy, than cacbon hóa còn là nguồn cơ chất để VSV có thể bám dính và sinh trưởng mạnh trên nền vật liệu này.

- Cát vàng: Là loại cát thường được đổ bê tông, cát vàng có thể làm cho vật liệu trở nên đông cứng nhanh hơn. Bên cạnh đó, khi phối hợp với các vật liệu khác sẽ tạo ra được sản phẩm xốp hơn, hình thành những khe nhỏ cho nước có thể lọc, thẩm thấu một cách từ từ và đều đặn.

- Chế phẩm sinh học Sagibio 2: Công dụng:

+ Dùng cho các công trình xử lý nước thải giàu hữu cơ hiếu khí, thiếu khí và ao hồ bị ô nhiễm hữu cơ

+ Thúc đẩy nhanh quá trình phân huỷ chất thải hữu cơ làm sạch môi trường nước.

+ Cạnh tranh dinh dưỡng và ức chế các VSV gây hại trong môi trường nước giảm phát sinh mùi hôi thối.

Thành phần chính:

Các chủng VSV hữu ích thuộc nhóm VSV ưa ấm (nhiệt độ sinh trưởng tối ưu

15 - 37ºC) sinh tổng hợp mạnh các enzym ngoại bào (xenlulaza, amylaza và proteinaza), cạnh tranh dinh dưỡng với các VSV gây hại trong môi trường nước giảm phát sinh mùi hôi thối.

Mật độ vi sinh hữu ích đạt: ≥ 108 CFU/gam, ml chế phẩm trong đó:

+ Vi khuẩn Latobacillus ≥ 108 CFU/ ml.

+ Bacillus subtilis ≥ 108 CFU/ ml

+ Nấm men Saccharomyces cerevisiae ≥ 108 CFU/ ml

Chế phẩm không có các VSV độc hại như E.coli, Fecal coliform

Salmonella…)

Chế phẩm đã được Tổng Cục Môi trường, Bộ Tài nguyên và môi trường cấp Giấy phép lưu hành chế phẩm sinh học trong xử lý ô nhiễm môi trường lần đầu Số 30/LH-CPSH ngày 08/8/2013.

Kết luận chương 1

Qua phân tích tổng quan các tài liệu cũng như quá trình phân tích, đánh giá và chọn lọc các thông tin - số liệu, Luận án này đã rút ra những kết luận sau:

Ô nhiễm môi trường nước là hiện tượng các vùng nước như sông, hồ, biển, nước ngầm… bị các hoạt động của môi trường tự nhiên và con người làm nhiễm các chất độc hại như: nước thải, rác thải sinh hoạt chưa được xử lý, các loại phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật, các loại chất chất thải, nước thải trong công nghiệp,…

Ở Việt Nam đã và đang sử dụng nhiều loại hình công nghệ khác nhau để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm, trong đó chủ yếu vẫn là các công nghệ như lý-hóa-sinh. Tuy nhiên, hiện nay tốc độ gia tăng dân số ở Việt Nam theo tổng cục Thống kê cho biết, năm 2020, dân số Việt Nam trung bình ước tính là 97,58 triệu người, tăng 1,098 triệu người, tương đương tăng 1,14% so với năm 2019. Chính vì vậy, môi trường sống của con người và động thực vật

đang chịu áp lực lớn về các nguồn nước ô nhiễm. Việc tìm kiếm công nghệ mới để xử lý nước thải đang là một thách thức đối với các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước.

Vật liệu EBB nhập khẩu và EBB cải tiến có một số các điểm chính trong Bảng 1.7.

Bảng 1. 7. So sánh giữa vật liệu EBB cải tiến và EBB nhập khẩu

Hạng mục

Vật liệu chế tạo

VSV áp dụng

Hình dáng

Ứng dụng

Hiệu quả kinh tế

EBB nhập khẩu

Zeolit, xi măng

Nato Baccilus

Tấm, tròn, khối vuông ovan, trụ

tròn

Xử lý nước thải

Cao

EBB cải tiến

Kezamzit, zeolite, xi măng, cát, than cacbon

hóa

Chế phẩm Sagibio- 2

Trụ lục giác

Xử lý nước thải

Thấp

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 143 trang tài liệu này.

EBB là vật liệu thân thiện môi trường, có khả năng xử lý nhanh các chất hữu cơ, amoni và đã được ứng dụng rộng rãi để xử lý nước ở các nước Châu Á cũng như ở Châu Âu. Mặc dù EBB có nhiều ưu điểm để nâng cao chất lượng của nguồn nước nhưng khi áp dụng công nghệ này vào Việt Nam thì chi phí đầu từ khá cao, không phù hợp với điều kiện kinh tế của nhà đầu tư, điều này được xác định là chưa có cơ sở xử lý nước thải nào ở Việt Nam áp dụng công nghệ EBB.

Với lợi thế sẵn có tại Việt Nam như cát, than, kezamzit, zeolit, các vật liệu này tự nhiên, thân thiện và được nhiều công trình khoa học đánh giá cao trong lĩnh vực xử lý môi trường. EBB cải tiến hoàn toàn có thể được nghiên cứu và chế tạo từ các vật liệu kể trên với công dụng tương đương với EBB nhập khẩu.

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Hóa chất và thiết bị

Bảng 2. 1. Thống kê hóa chất và thiết bị phục vụ nghiên cứu.

Hóa chất

Thiết bị
	Hãng MERCK	Cốc thủy tinh 2 lít xuất xứ Đài Loan Giấy lọc định lượng 5B, 110 mm, Nhật Bản Máy khuấy từ C-Mag HS 10, Đức Máy trộn BT JZC200 (200L), Trung Quốc Cân điện tử SP000528, Nhật Bản Máy quét sinh học phân tử: Sasasa2restm, Nhật Bản Máy chụp SEM, BET Pipet: Đài Loan UV – 2450 (Shimazu, Nhật Bản) Thermoreactor TR320, Merck- Đức
Dung dịch NH4Cl
Dung dịch HCl 0,1 M
Dung dịch NaOH 0,1 M
H2SO4
Phenol
Chloroform
Isoamyl alcohol

Ammonium acetate
Phenol 11,1%
Natrinitroproside
Dung dịch oxi hóa
K2Cr2O7
Ag2SO4

2.2. Sơ đồ nghiên cứu tổng thể của Luận án

Luận án đề xuất nghiên cứu theo các bước như Hình 2.1.

Chế tạo vật liệu

Đặc trưng vật liệu

Khả năng xử lý vật liệu

Hình 2. 1. Sơ đồ nghiên cứu tổng thể của Luận án

+ Bước 1: Chế tạo vật liệu, nghiên cứu này sẽ tìm ra hàm lượng phối trộn các vật liệu tối ưu nhất để hình thành sản phẩm. Đánh giá sản phẩm EBB cải tiến qua các thông số đo diện tích bề mặt, độ xốp, kích thước lỗ.

+ Bước 2: Xác định đặc trưng của vật liệu EBB cải tiến, đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt qua các thông số COD và Amoni. Luận án thông qua các phương pháp xác định giá trị hấp phụ và sự hình thành phát triển VSV trên bề mặt vật liệu EBB cải tiến.

+ Bước 3: Ứng dụng vật liệu, vận dụng các kết quả nghiên cứu của vật liệu EBB cải tiến để ứng dụng xử lý nước hồ, nước rỉ rác và nước thải bệnh viện.

2.3. Vật liệu

Eco-Bio-Block (EBB) là vật liệu có xuất xứ từ Nhật Bản, được chế tạo từ các hạt đá xốp zeolit có trong nham thạch của núi lửa, chứa nhiều khoáng chất, và được gắn kết bằng xi măng để tạo thành các khối chất rắn phù hợp với địa hình lắp đặt.

EBB cải tiến khác so với phiên bản gốc, Luận án tập trung nghiên cứu và chế tạo các khối EBB cải tiến bằng các vật liệu chính như cát, keramzit, zeolit, xi măng, than cacbon và chế phẩm vi sinh Sagi – Bio 2 với các tỷ lệ phối trộn khác nhau. Mặt khác, EBB cải tiến còn nhấn mạnh vào hai chức năng xử lý chính đó là quá trình hấp phụ và VSV.

2.3.1. Cát

Cát là vật liệu dạng hạt nguồn gốc tự nhiên bao gồm các hạt đá và khoáng vật nhỏ và mịn. Kích thước cát hạt cát theo đường kính trung bình nằm trong khoảng từ 0,0625 mm tới 2 mm (thang Wentworth sử dụng tại Hoa Kỳ) hay từ 0,05 mm tới 1 mm (thang Kachinskii sử dụng tại Nga và Việt Nam hiện nay). Đặc trưng lựa chọn cát vàng như sau:

Hàm lượng muối gốc sunphát nhỏ hơn hoặc bằng 1% khối lượng của cát

Hàm lượng mica có trong cát <= 1% theo khối lượng của cát

Màu vàng, sắc cạnh & sạch, không lẫn tạp chất, có khối lượng thể tích khoảng 1400 kg/m3

2.3.2. Sỏi nhẹ Keramzit

Sỏi nhẹ keramzit là vật liệu xây dựng nhân tạo được sản xuất từ các loại khoáng sét dễ chảy bằng phương pháp nung phồng nhanh. Chúng có cấu trúc tổ ong với các lỗ rỗng nhỏ và kín. Xương và vỏ của sỏi keramzit rất vững chắc, sạch đối với môi trường sinh thái nên phù hợp cho VSV hữu ích sinh trưởng, phát triển và bám dính trên giá thể này [65,66]. Kích thước hạt kezamzit được chọn từ 0,2÷0,5 mm. Sỏi nhẹ được Công ty TNHH Môi trường Đức An – Hà nội cung cấp.

2.3.3. Xi măng

Xi măng là chất kết dính thủy lực được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia. Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi là hồ xi măng. Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa cứng để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định. Trong nghiên cứu này chọn xi măng Hoàng Thạch với PCB 40 để chế tạo EBB cải tiến.

2.3.4. Than cacbon hóa

Than cacbon hóa từ tre có hàng loạt tính chất phù hợp cho mô hình xử lý ô nhiễm như diện tích bề mặt lớn, kích thước mao quản phù hợp, ngoài ra còn là nguồn cacbon hữu cơ cho VSV phát triển. Cấu trúc, mật độ lỗ trên than được phân tích trên thiết bị Scanning Electron Microscopy (SEM) cho thấy, đại đa số lỗ trên than có kích thước ở cỡ macro D> 50nm [67], thích hợp cho làm giá thể dính bám của VSV

Than cacbon hóa sản xuất trong thiết bị VIR Series do Venture Visors Pro Co., Ltd, Nhật Bản chế tạo, đặt tại phân xưởng của hướng xử lý ô nhiễm, Viện Công nghệ Môi trường.

2.3.5. Zeolit

Sản phẩm được cơ quan quản lý cấp bằng sáng chế và thương hiệu của Cộng hòa Liên bang Nga cấp bằng sáng chế số 2141375, ngày 15/12/1998. Zeolit có thể thay thế đồng thời cả cát thạch anh, hạt xúc tác và than hoạt tính trong quy trình công nghệ xử lý nước và nước thải. Sản phẩm được chứng nhận an toàn cho sử dụng cấp nước sinh hoạt và ăn uống. Theo đường kính mao quản, zeolite mao quản trung bình (4.5÷6A) được lựa chọn cho nghiên cứu chế tạo EBB cải tiến.

2.3.6. Chế phẩm Sagi – Bio 2

Chế phẩm Sagi – Bio2 do phòng VSV môi trường, Viện Công nghệ môi trường sản xuất và đã được ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý ô nhiễm môi trường cho nhiều đối tượng khác nhau. Chế phẩm Sagi bio2 có tác dụng phân huỷ các thải hữu cơ, khử