- SỬ DỤNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ PHỐI TRỘN TỪ ĐẤT ĐỎ BAZAN VÀ ĐẤT PHÈN ĐỂ XỬ LÝ LÂN TRONG NƯỚC THẢI. - Xử lý lân, hấp phụ, đất đỏ bazan, đất phèn. - Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá hiệu quả của vật liệu hấp phụ lân tạo ra từ đất đỏ bazan và đất phèn để xử lý lân trong nước thải. - Đất đỏ bazan sử dụng trong nghiên cứu này được thu ở tỉnh Lâm Đồng và đất phèn được thu ở xã Hòa An tỉnh Hậu Giang. - Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của 2 loại vật liệu cho thấy đất đỏ bazan thể hiện đặc tính hấp phụ lân rất cao, 1 g mẫu đất đỏ nguyên chất có khả năng hấp phụ 10,8 mg PO4-P trong khi đó 1 g đất phèn có khả năng hấp phụ khoảng 2,5 mg PO4-P. - Kết quả thí nghiệm xử lý nước thải bằng cột lọc với vật liệu sử dụng được tạo ra từ 80% đất đỏ và 20% đất phèn cho thấy lưu tốc thích hợp trong hệ thống lọc chứa vật liệu đất đỏ bazan để xử lý lân trong nước thải pha là 360 mL/giờ. - Khả năng xử lý lân trong nước thải nhà máy chế biến thủy sản bởi vật liệu này rất hiệu quả, đạt khoảng 83% và hàm lượng PO4-P còn lại trong nước đầu ra chỉ khoảng 0,50 mg/L, đạt tiêu chuẩn chất lượng nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT, loại B2).. - Nước thải từ các khu công nghiệp, nhà máy và nước thải sinh hoạt nếu không được xử lý triệt để. - Nguồn nước mặt của nước ta ở các kênh rạch và ao hồ đang bị phú dưỡng hóa ngày càng nghiêm trọng làm mất cân bằng sinh thái và suy giảm chất lượng nước do tiếp nhận các nguồn nước thải chưa được xử lý triệt để (ADP, 2012. - Hiện nay, một số biện pháp xử lý dinh dưỡng trong các nhà máy xử lý nước thải có khả năng loại bỏ phần lớn hàm lượng đạm nhưng hàm lượng lân thì chưa được làm giảm đáng kể (Zhu et al., 2008;. - Do đó, vấn đề đặt ra hiện nay là cần tìm ra một phương pháp hiệu quả để xử lý lân trong nước thải trước khi thải ra môi trường bên ngoài, nhất là trong xu thế các hoạt động sản xuất và sinh hoạt sản sinh ngày càng nhiều nước thải.. - Có nhiều biện pháp xử lý lân trong nước thải đã được nghiên cứu và ứng dụng bao gồm phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp trao đổi ion, phương pháp hấp phụ, xử lý bằng thủy sinh thực vật, phương pháp xử lý bằng bùn hoạt tính thông qua các mô hình: Bardenpho, phoredox, AO, UTC. - Tuy nhiên, phần lớn các biện pháp này đều có những hạn chế nhất định như giá thành cao, tốn nhiều năng lượng và diện tích cho xử lý, vận hành phức tạp hoặc hiệu suất xử lý chưa cao. - Trong khi đó, kỹ thuật xử lý lân bằng phương pháp hấp phụ nhờ các vật liệu hấp phụ tỏ ra có nhiều ưu thế hơn so với các phương pháp khác do có ưu điểm thân thiện với môi trường, dễ áp dụng, giá thành thấp, và hiệu suất xử lý cao. - (1999), một số vật liệu như bô xít, đá phiến sét, đất sét, khoáng, và than là những vật liệu có khả năng hấp phụ lân hiệu quả.. - Nhiều công trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp ở Châu Âu đã sử dụng các vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên sẵn có tại địa phương để xử lý lân: đá trầm tích opka, đá dolomit, đá vôi, đá wollastonite, đá núi lửa, đá trầm tích Maerl, đất macnơ, hoặc các vật liệu hoặc phụ phẩm có nguồn. - dùng để xử lý lân trong các hệ thống xử lý nước thải hoặc hạn chế phú dưỡng hóa ở các ao hồ (Zhu và ctv, 2008, Brogowski và Renman, 2004. - Tuy nhiên trong điều kiện ở nước ta, việc tìm ra các vật liệu địa phương dễ tiếp cận, rẻ tiền, với nguồn cung cấp phong phú có tiềm năng sử dụng để xử lý lân trong nước thải hầu như chưa được nghiên cứu và áp dụng.. - Mặt khác, ở nước ta đất đỏ bazan và đất phèn chiếm diện tích khá rộng lớn (khoảng hơn 3 triệu hecta đất đỏ bazan và 2 triệu hecta đất phèn), các loại đất này có đặc điểm chứa hàm lượng sắt và nhôm lớn, có thể có tiềm năng hấp phụ lân rất cao. - Từ những thực tế trên, nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ tạo ra từ đất đỏ bazan và đất phèn để xử lý đạm và lân trong nước thải được thực hiện nhằm góp phần tìm ra các vật liệu hấp phụ lân mới để ứng dụng vào quy trình xử lý lân trong nước thải.. - 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu và phương tiện thí nghiệm Vật liệu đất phèn dùng trong nghiên cứu này được thu tại xã Hòa An huyện Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang. - Mẫu đất đỏ bazan được thu ở TP Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng. - Các mẫu đất đỏ sau khi xác định sơ bộ khả năng hấp phụ lân ngoài hiện trường, mẫu đất có khả năng hấp phụ lân cao nhất sẽ được thu thập để phục vụ cho các thí nghiệm tiếp theo.. - Theo đó, chúng tôi tiến hành khảo sát và thu thập các mẫu đất đỏ bazan ở tỉnh Lâm Đồng, nơi có sự phân bố trên diện tích lớn đất nâu đỏ và nâu vàng trên đá mác ma bazơ và trung tính để tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ lân trong nước thải của loại đất này.. - Các mẫu đất đỏ và đất phèn dùng làm vật liệu trong các thí nghiệm xác định khả năng hấp phụ lân đều được nung ở 550 o C trong 2 h nhằm loại bỏ hàm lượng hữu cơ có trong đất cũng như làm tăng điện tích bề mặt cho vật liệu.. - Nước thải dùng trong thí nghiệm được thu từ nhà máy chế biến thủy sản Quang Minh, Lô 2.20 A – Khu công nghiệp Trà Nóc 2, Thành phố Cần Thơ. - Thí nghiệm 1: Xác định khả năng làm giảm hàm lượng lân trong nước tốt nhất của đất đỏ bazan và đất phèn.. - Sử dụng phương pháp mẻ xử lý để xác định khả năng làm giảm hàm lượng phosphate tối đa của hai loại mẫu đất. - Giả định trong 4h, mẫu đất phát huy hoàn toàn khả năng hấp phụ PO 4 3- có trong dung dịch. - Thí nghiệm 2: Xử lý lân trong nước thải bằng cột lọc có chứa vật liệu làm từ đất đỏ bazan và đất phèn.. - Vật liệu với thành phần tối ưu làm từ đất đỏ bazan hoặc/và đất phèn với tỉ lệ phối trộn phù hợp thỏa mãn điều kiện có hiệu quả xử lý lân cao, có tính ứng dụng cao sẽ được dùng để bố trí thử nghiệm. - Nguồn nước thải dùng trong thí nghiệm này được pha từ hóa chất để đảm bảo tính ổn định và đồng nhất nguồn nước thải đầu vào cung cấp cho các nghiệm thức. - Mục tiêu của thí nghiệm là xác định lưu tốc phù hợp để hỗ trợ cho việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản ở thí nghiệm tiếp theo.. - Mục đích của việc tạo hình vật liệu là để giúp nén chặt đất và dễ đưa vào hệ thống xử lý nước thải. - Vật liệu sau khi tạo hình có kích thước khoảng 2-3 cm, đường kính 2 mm, được đem nung với nhiệt độ 550 o C trong 1 giờ.. - Nước thải pha dùng trong thí nghiệm có nồng độ 30 mg PO 4 -P/L được pha từ dung dịch chuẩn KH 2 PO 4 . - Nước thải sẽ được dẫn qua hệ thống các cột lọc riêng biệt có lưu tốc khác nhau. - Cột lọc được làm bằng nhựa với đường kính 40 mm, chiều dài 600 mm và chứa 270 g vật liệu. - Hình 1: Sơ đồ cột lọc dùng trong thí nghiệm Nước thải pha được cung cấp vào cột lọc ngược từ dưới lên bằng ống dẫn từ bể cấp. - Tiến hành thu mẫu xác định hàm lượng lân đầu ra ở các nghiệm thức để lựa chọn lưu tốc phù hợp để thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản.. - Thí nghiệm 3: Xử lý lân trong nước thải chế biến thủy sản bằng cột lọc có chứa vật liệu làm từ đất đỏ bazan và đất phèn.. - Với khối lượng vật liệu dùng để thiết kế cột lọc là 270 gam và lưu tốc 360 mL/giờ, thời gian lưu khoảng 25 phút.. - Sau khi xác định loại mẫu vật liệu với công thức phối trộn phù hợp để tạo ra vật liệu với khả năng xử lý lân hiệu quả ở thí nghiệm 1 và xác định thông số lưu tốc thích hợp ở thí nghiệm 2, tiến hành thiết kế hệ thống xử lý lân trong nước thải biến thủy sản trong thí nghiệm này.. - Do đặc tính nước thải chế biến thủy sản sau khi thu từ nhà máy chứa hàm lượng lân hữu cơ cao, chưa phù hợp để xử lý bằng phương pháp hấp phụ, do đó chúng tôi tiến hành tiền xử lý nước thải thông qua một số bước, bao gồm amôn hóa và nitrate hóa trước khi dùng làm nước thải đầu vào cho hệ thống xử lý lân trong thí nghiệm này theo phương pháp được mô tả bởi Lê Anh Kha và ctv (2013).. - Mô hình cột lọc xử lý lân dùng trong thí nghiệm này có thành phần giống như ở thí nghiệm 2. - Tiến hành thu mẫu xác định hàm lượng lân vào và đầu ra ở các nghiệm thức để xác định hàm lượng lân mà hệ thống có thể xử lý được trong nước thải của nhà máy chế biến thủy sản.. - Các chỉ tiêu phân tích khác được xác định theo phương pháp chuẩn phân tích chất lượng nước và nước thải (APHA, 2000).. - 2.4 Phương pháp xử lý số liệu. - Sử dụng phần mềm Microsof Excel 2007 để xử lý số liệu và vẽ biểu đồ.. - Sử dụng phần mềm SPSS 13.0 để xử lý số liệu so sánh sự khác biệt giữa khả năng xử lý lân của các nghiệm thức.. - 3.1 Khả năng xử lý lân tối đa của vật liệu đất đỏ bazan và đất phèn. - Thí nghiệm được tiến hành trên 1 gam mẫu đất đỏ bazan và đất phèn được dùng để xử lý 50 mL dung dịch có nồng độ PO 4 3- -P là 100 mgP/L trong. - Theo đó, ta có thấy đất đỏ bazan và đất phèn đều có khả năng làm giảm hàm lượng lân đáng kể, trong đó mẫu đất bazan thể hiện khả năng hấp phụ lân cao hơn so với mẫu đất phèn (Hình 2). - Như vậy, khả năng hấp phụ lân tối đa trung bình trong thời gian 4 giờ thí nghiệm của hai loại đất như sau:. - Đất đỏ phèn hấp phụ 2,5 mgPO 4 3- -P/g-đất. - Đất đỏ bazan hấp phụ 10,8 mgPO 4 3- -P/g-đất Kết quả Bảng 1 cho thấy vật liệu đất đỏ thu thập tại tỉnh Lâm Đồng và đất phèn thu thập tại xã Hòa An tỉnh Hậu Giang đều có khả năng hấp phụ lân cao hơn nhiều so với các vật liệu khác đã được nghiên cứu trong và ngoài nước. - Đất đỏ thu thập tại tỉnh Lâm Đồng có khả năng hấp phụ lân rất cao, ở mức 10,8 mg/L, tương đương với khả năng hấp phụ của đá dolomite trong nghiên cứu của Roques et al. - Mẫu đất phèn thu thập tại xã Hòa An tỉnh Hậu Giang có khả năng hấp phụ lân ở mức 2,5 mgPO 4 - P/L, thấp hơn so với đất đỏ bazan nhưng vẫn ở mức cao hơn đáng kể so với các mẫu đất phèn và vật liệu khác đã được nghiên cứu ở nước ta như:. - Căn cứ vào kết quả khảo sát hàm lượng lân được hấp phụ bởi 2 vật liệu đất đỏ bazan và đất phèn chúng tôi tiến hành phối trộn 2 loại đất sử dụng 80% đất đỏ và 20% đất phèn để tạo ra vật liệu. - hấp phụ lân không cao so với đất đỏ, mẫu đất phèn được bổ sung có vai trò làm tăng tính kết dính của vật liệu, việc tạo hình là nhằm giúp tăng cường sự lưu thông nước thải qua cột lọc.. - Bảng 1: So sánh hiệu quả hấp phụ lân của vật liệu so với các vật liệu khác Tài liệu tham khảo Tên vật liệu Khả năng xử lý. - (mgP/g-đất) Phương pháp xử lý Nguyễn T.N. - Hạt vật liệu (0,2-2,0 mm) được sấy ở 60 o C trước khi dùng xử lý theo dạng mẻ. - Đất phèn Hòa An. - Nung ở 550 o C trước khi dùng làm vật liệu hấp phụ bằng phương pháp mẻ xử lý. - Đất đỏ Bình Dương 1,51 Nung ở 500 o C trước khi dùng làm vật liệu hấp phụ bằng phương pháp mẻ xử lý. - Xử lý theo dạng mẻ trong môi trường điều chỉnh pH. - (1991) Đá dolomite 10 Phương pháp mẻ xử lý Mann và Bavor. - Làm vật liệu nền trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo. - Làm vật liệu nền trong hệ thống đất ngập nước. - 3.2 Xác định lưu tốc phù hợp cho cột lọc chứa vật liệu hấp phụ lân. - Tiến hành tạo vật liệu để sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo bằng cách phối trộn 80% đất đỏ và 20% đất phèn. - Theo kết quả từ thí nghiệm trên đất đỏ có khả năng xử lý lân tốt hơn là đất đỏ, do đó đất đỏ được lựa chọn làm vật liệu chính cho các thí nghiệm tiếp theo. - Do đất bazan có đặc tính khá tơi xốp nên để tạo hình cho vật liệu, giúp chúng tôi kết hợp cả đất đỏ bazan (80% trọng lượng sau khi sấy khô) và đất phèn (20% trọng lượng sau khi sấy khô) để cải thiện độ kết dính của vật liệu giúp cho việc tạo hình được dễ dàng và vật liệu sau khi tạo hình có thể giúp tăng cường sự lưu thông nước thải qua cột lọc.. - Tuy nhiên, để tiết kiệm thời gian xử lý, lưu tốc 360 mL/giờ được lựa chọn để thiết kế cho hệ thống cột lọc xử lý nước thải chế biến thủy sản trong thí nghiệm tiếp theo.. - 3.3 Xử lý lân trong nước thải chế biến thủy sản bằng cột lọc chứa vật liệu phối trộn từ đất đỏ bazan và đất phèn. - Kết quả khảo sát các chỉ tiêu lý hóa học (EC, BOD, và COD) trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng hệ thống chứa vật liệu đất đỏ bazan được trình bày trong Bảng 2.. - Bảng 2: Giá trị các chỉ tiêu lý hóa học ở đầu vào và đầu ra của hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng vật liệu đất đỏ bazan. - Trong khi giá trị BOD và COD đầu vào lần lượt là 6,3 mg/L và 28,5 mg/L, tại đầu ra các giá trị này chỉ còn lại thấp hơn đáng kể so với đầu vào, tuy nhiên giá trị này chỉ phản ánh tương đối khả năng xử lý của cột lọc đối với hàm lượng chất hữu cơ đầu vào với hàm lượng thấp, hiệu suất xử lý BOD và COD trong thí nghiệm này ở mức khoảng 50%.. - Hình 4: Hàm lượng PO 4 3- -P, TDP và TP trước và sau hệ thống xử lý lân bằng vật liệu tạo ra từ đất đỏ và đất phèn. - Kết quả xử lý lân trong nước thải của vật liệu được trình bày trong Hình 4. - Với tính chất hàm lượng lân trong nước thải chế biến thủy sản đầu vào dùng trong thí nghiệm chủ yếu ở dạng hòa tan (nồng độ PO 4 -P và TDP gần bằng TP và ở mức khoảng 2,5 mgP/L),. - Với khối lượng vật liệu dùng để thiết kế cột lọc là 270 gam và lưu tốc 360 mL/giờ, hiệu suất xử lý phosphate của 2 hệ thống lọc ở mức cao, bình quân ở mức 83%, nước đầu ra sau hệ thống lọc có hàm lượng phosphate rất thấp, đạt tiêu chuẩn chất lượng nước mặt (giới hạn hàm lượng PO 4 -P trong QCVN 08:2008/BTNMT loại B2, nước mặt là 0,5 mgP/L).. - Có thể khẳng định rằng hệ thống cột lọc chứa vật liệu đất đỏ bazan rất có hiệu quả trong việc xử lý các dạng lân có trong nước thải nhà máy chế biến thủy sản. - Khả năng xử lý của các lần lặp lại khá giống nhau cho thấy hiệu quả xử lý của vật liệu rất ổn định. - Giá trị nồng độ các dạng lân đầu ra sau hệ thống xử lý đều nằm trong giới hạn cho phép trong quy chuẩn chất lượng nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT).. - Khả năng hấp phụ lân tối đa trung bình của đất phèn thu thập tại xã Hòa An là 2,5 mgPO 4 -P /g- đất, và của đất đỏ bazan TP Đà Lạt tỉnh Lâm Đồng là 10,8 mgPO 4 -P /g-đất. - So với nhiều vật liệu hấp phụ lân đã được nghiên cứu trong và ngoài nước, vật liệu hấp phụ đất đỏ bazan thể hiện khả năng xử lý lân rất cao.. - Khả năng xử lý lân trong nước thải chế biến thủy sản bởi vật liệu phối trộn với thành phần chính là đất đỏ bazan (đất đỏ 80% và đất phèn 20%. - trọng lượng vật liệu) là rất hiệu quả và nồng độ PO 4 -P còn lại trong nước đầu ra chỉ khoảng 0,5 mg/L, đạt tiêu chuẩn chất lượng nước mặt (QCVN 08:2008). - Hiệu suất xử lý PO 4 -P của cột lọc lân dùng trong nghiên cứu này ở mức cao, bình quân đạt 83%.. - Nghiên cứu sâu hơn về thuộc tính đất đỏ bazan và đất phèn để tìm ra phương pháp tăng cường hiệu quả hấp phụ lân của 2 loại vật liệu này.. - Nghiên cứu xử lý lân trong nước thải chế biến thủy sản bằng vật liệu đất đỏ bazan trong phòng thí nghiệm. - Nghiên cứu xử lý lân trong nước thải chế biến thủy sản bằng vật liệu đất đỏ bazan. - đạm trong nước thải. - Nghiên cứu vật liệu hấp phụ lân. - Sử dụng vật liệu địa phương để loại đạm và lân trong nước thải chế biến thủy sản. - Ảnh hưởng của loại vật liệu và kích cỡ vật liệu lên khả năng hấp phụ và giải hấp phụ của một số vật liệu tái chế. - Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ và vừa. - Đánh giá khả năng hấp phụ lân trong nước thải của một số loại đất phèn nung