Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu biến tính vỏ chuối để xử lý nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái, tỉnh Bắc Ninh

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:93

Thêm vào BST

Báo xấu

47
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của vỏ chuối không biến tính và biến tính đối với các thông số: độ màu, COD, Cu2+, Fe3+ + Chụp ảnh SEM vật liệu và diện tích bề mặt riêng BET. Lựa chọn được các điều kiện tối ưu trong quá trình biến tính: nồng độ axit citric, nhiệt độ nung, tỷ lệ rắn: lỏng (khối lượng vỏ chuối: lượng axit cần dùng), thời gian biến tính. Bên cạnh đó tìm điều kiện tối ưu của pH, tỷ lệ khối lượng vỏ chuối: lượng nước mẫu xử lý.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu biến tính vỏ chuối để xử lý nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái, tỉnh Bắc Ninh

LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là : Phạm Thị Thanh Nhàn Mã số học viên :1581520320006 Lớp : 23KTMT11 Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi trường Mã số : 60520320 Khóa học : K23 Tôi xin cam đoan quyển luận văn được chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Đỗ Thuận An với đề tài nghiên cứu trong luận văn “bgbggggNghiên cứu biến tính vỏ chuối để xử lý nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái, tỉnh Bắc Ninh”. Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với các đề tài luận văn nào trước đây, do đó không có sự sao chép của bất kì luận văn nào. Nội dung của luận văn được thể hiện theo đúng quy định, các nguồn tài liệu, tư liệu nghiên cứu và sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn nguồn. Nếu xảy ra vấn đề gì với nội dung luận văn này, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm theo quy định. NGƯỜI VIẾT CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Thủy Lợi nói chung và các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật môi trường nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Đỗ Thuận An đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo hướng dẫn tôi và tạo những điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình làm luận văn thạc sĩ. Trong thời gian làm việc với Thầy tôi không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả. Đây là những điều rất cần thiết cho tôi trong quá trình học tập và công tác sau này. Qua đây tôi xin cảm ơn các hộ sản xuất tại làng nghề đúc đồng Đại Bái đã tạo điều kiện cho tôi tìm hiểu quy trình sản xuất làng nghề, nguồn nước thải phát sinh để góp phần hoàn thành luận văn. Và cuối cùng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, người thân, những người đã luôn sát cánh cùng tôi, chia sẻ và động viên tôi không ngừng nỗ lực vươn lên trong học tập cũng như trong cuộc sống. Hà Nội, ngày 26 tháng 11 năm 2016 TÁC GIẢ ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................ii MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................. vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ...........................................................................................vii DANH MỤC BIỂU ĐỒ .............................................................................................. viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. x MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ........................................ 4 1.1. Giới thiệu về làng nghề Đại Bái ..................................................................................... 4 1.1.1. Điều kiện tự nhiên – Kinh tế xã hội làng nghề Đại Bái ........................................ 4 1.1.1.1. Điều kiện tự nhiên .............................................................................................. 4 1.1.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ................................................................................... 5 1.1.2. Công nghệ và quy trình sản xuất của làng nghề đúc đồng Đại Bái....................... 8 1.1.2.1. Công nghệ ........................................................................................................... 8 1.1.2.2. Quy trình sản xuất .............................................................................................. 9 1.1.3. Các nguồn gây ô nhiễm của làng nghề ................................................................ 13 1.1.3.1. Môi trường nước ............................................................................................... 13 1.1.3.2. Môi trường không khí....................................................................................... 14 1.1.3.3. Chất thải rắn ..................................................................................................... 15 1.1.4. Ảnh hưởng tới sức khỏe của người dân............................................................... 16 1.2. Giới thiệu về cây chuối .................................................................................................. 17 1.2.1. Nguồn gốc và cấu tạo .......................................................................................... 17 1.2.1.1. Nguồn gốc loài thực vật ................................................................................... 17 1.2.1.2. Đặc điểm hình thái cây chuối ........................................................................... 17 1.2.1.3. Giá trị dinh dưỡng ............................................................................................ 19 1.2.2. Tình hình sản xuất chuối của thế giới và Việt Nam ............................................ 20 1.2.2.1. Tình hình sản xuất chuối trên thế giới .............................................................. 20 1.2.2.2. Tình hình sản xuất chuối ở Việt Nam .............................................................. 22 1.2.3. Thành phần cấu tạo của vỏ chuối ........................................................................ 23 1.2.4. Ứng dụng của vỏ chuối........................................................................................ 24 1.2.4.1. Dùng làm bánh than tổ ong .............................................................................. 24 1.2.4.2. Xử lý nước thải ................................................................................................. 26 iii
1.2.5. Cơ sở lý thuyết xử lý nước thải bằng vỏ chuối ................................................... 28 1.2.5.1. Cơ sở lý thuyết biến tính Cellulose bằng axit citric ........................................ 28 1.2.5.2. Phản ứng este hóa giữa cellulose và axit citric ................................................ 29 1.2.5.3. Hấp phụ ............................................................................................................ 30 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 32 2.1. Đối tượng nghiên cứu .....................................................................................................32 2.1.1.Vỏ chuối ............................................................................................................... 32 2.1.2. Nước thải ............................................................................................................. 32 2.2. Phương pháp nghiên cứu................................................................................................33 2.2.1. Lấy mẫu và bảo quản nước thải .......................................................................... 33 2.2.1.1. Lấy mẫu ............................................................................................................ 33 2.2.1.2. Vận chuyển và bảo quản mẫu .......................................................................... 34 2.2.2. Dụng cụ, hóa chất ................................................................................................ 34 2.2.3. Xác định độ ẩm của vỏ chuối sau khi phơi khô .................................................. 35 2.2.4. Quá trình biến tính vật liệu .................................................................................. 36 2.2.4.1. Sơ chế vỏ chuối ................................................................................................ 36 2.2.4.2. Biến tính vỏ chuối ............................................................................................ 37 2.2.5. Khảo sát sự ảnh hưởng của vật liệu biến tính và không biến tính đến khả năng xử lý nước thải ............................................................................................................... 37 2.2.6. Khảo sát đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ .................................................. 38 2.2.6.1. Đặc trưng SEM ................................................................................................. 38 2.2.6.2. Đặc trưng BET ................................................................................................. 38 2.2.7. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố tới quá trình biến tính ................................. 38 2.2.7.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit tới quá trình biến tính ........................................ 38 2.2.7.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới quá trình xử lý nước thải ............................ 39 2.2.7.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn:lỏng đến quá trình biến tính vỏ chuối ....................... 39 2.2.7.4. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình biến tính............................................. 40 2.2.8. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của vật liệu .................... 40 2.2.8.1. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ ....................................................... 40 2.2.8.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ vỏ chuối biến tính đến khả năng hấp phụ ........................ 41 2.2.9. Vận hành mô hình thực nghiệm .......................................................................... 41 2.2.9.1. Vận hành cột lọc với vật liệu vỏ chuối biến tính ............................................. 41 2.2.9.2. Vận hành cột lọc kết hợp với các vật liệu khác................................................ 41 iv
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 43 3.1. Chất lượng nước thải đầu vào ....................................................................................... 43 3.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của vật liệu biến tính và không biến tính đến khả năng xử lý nước thải ............................................................................................................................. 44 3.3. Khảo sát đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ .......................................................... 45 3.3.1. Đặc trưng SEM .................................................................................................... 45 3.3.2. Đặc trưng BET..................................................................................................... 46 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố tới quá trình biến tính ....................................... 48 3.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit tới quá trình biến tính ........................................... 48 3. 4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới quá trình xử lý nước thải .............................. 51 3.4.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn:lỏng đến quá trình biến tính vỏ chuối ........................... 53 3.4.4. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình biến tính ................................................ 56 3.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của vật liệu ......................... 58 3.5.1. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ........................................................... 58 3.5.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ vỏ chuối biến tính đến khả năng hấp phụ ........................... 61 3.6. Vận hành mô hình thực nghiệm.................................................................................... 64 3.6.1. Vận hành cột lọc với vật liệu vỏ chuối biến tính ................................................. 64 3.6.2. Vận hành cột lọc kết hợp với các vật liệu khác ................................................... 67 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 71 KẾT LUẬN............................................................................................................................. 71 KIẾN NGHỊ ............................................................................................................................ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 73 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 76 v
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Bản đồ xã Đại Bái, huyện Gia Bình ................................................................ 4 Hình 1.2. Cấu tạo cây chuối ......................................................................................... 17 Hình 1.3. Hoa chuối ...................................................................................................... 18 Hình 1.4. Trái chuối ...................................................................................................... 18 Hình 1.5. Sơ chế vật liệu ............................................................................................... 24 Hình 1.6. Nguyên liệu trộn đều với nước ...................................................................... 25 Hình 1.7. Ép viên thành khối......................................................................................... 25 Hình 1.8. Đục lỗ than .................................................................................................... 26 Hình 1.9. Phơi các viên bánh ........................................................................................ 26 Hình 1.10. Cấu trúc phân tử của axit citric ................................................................... 28 Hình 1.11. Cấu trúc phân tử của cellulose .................................................................... 29 Hình 1.12. Phản ứng este hóa giữa axit citric và cellulose ........................................... 30 Hình 2.1. Thu gom đồng ............................................................................................... 32 Hình 2.2. Can đựng hóa chất tẩy rửa bằng dung dịch H 2 SO 4 ....................................... 32 Hình 2.3. Bản đồ lấy mẫu nước thải.............................................................................. 33 Hình 2.4. Một số thiết bị trong phòng thí nghiệm ......................................................... 34 Hình 2.5. Vỏ chuối nguyên liệu .................................................................................... 37 Hình 2.6. Nước thu được sau quá trình lọc ở vật liệu không biến tính và biến tính ..... 38 Hình 2.7. Máy khuấy từ................................................................................................. 39 Hình 2.8. Dung dịch sau khi lọc .................................................................................... 39 Hình 2.9. Mẫu được nung ở nhiệt độ khác nhau ........................................................... 39 Hình 2.10. Kết quả thu được ở tỷ lệ rắn:lỏng khác nhau .............................................. 40 Hình 2.11. Cột lọc với vật liệu vỏ chuối biến tính ........................................................ 41 Hình 2.12. Mô hình cột lọc vỏ chuối biến tính kết hợp vật liệu cát, sỏi ....................... 42 Hình 3.1. Ảnh SEM của vật liệu vỏ chuối biến tính .................................................... 46 vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Hàm lượng một số chỉ tiêu trong nước thải của làng nghề đúc đồng Đại Bái .. .......................................................................................................................................13 Bảng 1.2. Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải sản xuất của làng nghề Đại Bái .14 Bảng 1.3. Tình hình sức khỏe của người dân trong làng nghề Đại Bái năm 2006 .......16 Bảng 1.4. Đặc điểm của một số loại chuối ....................................................................19 Bảng 1.5. Thành phần dinh dưỡng của các loại chuối trong 100 g chuối .....................19 Bảng 1.6. Hàm lượng các chất khoáng trong 100 g chuối ăn được ..............................20 Bảng 1.7. Sản lượng chuối thế giới năm 2011 ..............................................................21 Bảng 1.8. Diện tích và sản lượng các loại quả năm 2011 .............................................22 Bảng 1.9. Thành phần hóa học của vỏ chuối .................................................................23 Bảng 2.1. Tên một số thiết bị cần sử dụng ....................................................................34 Bảng 2.2. Hóa chất cần dùng .........................................................................................35 Bảng 3.1. Kết quả phân tích thông số đầu vào nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái 43 Bảng 3.2. Khả năng xử lý nước thải của vật liệu biến tính và không biến tính ............44 Bảng 3.3. Kết quả đo được tại nồng độ 2M, 3M, 4M, 5M ............................................48 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình xử lý nước thải của vỏ chuối ..51 Bảng 3.5. Giá trị các thông số đo được theo tỷ lệ rắn:lỏng ...........................................53 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian biến tính đến hiệu quả xử lý nước thải.................56 Bảng 3.7. Các thông số đo được tại các giá trị pH khác nhau .......................................58 Bảng 4.8. Ảnh hưởng của tỉ lệ vỏ chuối biến tính đến khả năng xử lý nước thải .........61 Bảng 3.9. Tổng hợp điều kiện tối ưu trong quá trình xử lý nước thải làng nghề đúc ....... đồng ...............................................................................................................................64 Bảng 3.10. Kết quả các thông số của nước thải sau khi chạy mô hình .........................67 Bảng 3.11. Tổng hợp hiệu quả vận hành mô hình sau các khoảng thời gian ................70 vii
DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1.1. Tình hình sử dụng đất đai trong xã ............................................................. 5 Biểu đồ 1.2. Phân bố dân cư trong làng Đại Bái ............................................................. 6 Sơ đồ 1.1. Sơ đồ công nghệ xử lý kim loại màu kèm dòng thải ..................................... 8 Sơ đồ 1.2. Quy trình sản xuất nồi đồng, nhôm tại Đại Bái ........................................... 10 Sơ đồ 1.3. Quy trình tạo tranh đồng kèm theo dòng thải .............................................. 12 Biểu đồ 1.3. Rác thải phát sinh từ hoạt động sản xuất và sinh hoạt tại làng Đại Bái ... 15 Biểu đồ1.4. Tình hình sản xuất chuối giai đoạn 2001 – 2011 ....................................... 22 Biểu đồ 1.5. Tình hình sản xuất chuối ở các vùng trồng năm 2011.............................. 23 Sơ đồ 3.1. Quá trình tạo vật liệu hấp phụ ...................................................................... 36 Biểu đồ 3.1. Giá trị pH đo được tại các hộ lấy mẫu ...................................................... 43 Biểu đồ 3.2. Kết quả phân tích thông số đầu vào nước thải làng nghề Đại Bái ........... 44 Biểu đồ 3.3. Hiệu quả xử lý nước thải của vật liệu không biến tính và biến tính ......... 45 Biểu đồ 3.4. Đồ thị đường đẳng nhiệt tuyến tính .......................................................... 46 Biểu đồ 3.5. Đồ thị diện tích bề mặt BET ..................................................................... 47 Biểu đồ 3.6. Đồ thị diện tích bề mặt Langmuir ............................................................. 47 Biểu đồ 3.7. Kết quả đo được các thông số tại các điểm nồng độ axit citric khác nhau... ....................................................................................................................................... 48 Biểu đồ 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ axit citric tới xử lý độ màu ................................ 49 Biểu đồ 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ axit citric tới xử lý COD ................................... 49 Biểu đồ 3.10. Hiệu quả hấp phụ Cu2+ theo sự thay đổi của nồng độ axit...................... 50 Biểu đồ 3.11. Hiệu quả hấp phụ Fe3+ theo sự thay đổi của nồng độ axit ...................... 50 Biểu đồ 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất hấp phụ màu ..................... 51 Biểu đồ 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hấp phụ COD .................................. 52 Biểu đồ 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới hiệu suất hấp phụ Cu2+...................... 52 Biểu đồ 3.15. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới hiệu suất hấp phụ Fe3+ ...................... 53 Biểu đồ 3.16. Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn:lỏng tới hiệu suất xử lý độ màu ...................... 54 Biểu đồ 3.17. Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn: lỏng tới hiệu suất xử lý COD ......................... 54 Biểu đồ 3.18. Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn:lỏng tới khả năng hấp phụ Cu2+ ...................... 55 Biểu đồ 3.19. Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn:lỏng tới hiệu quả hấp phụ Fe3+........................ 55 viii
Biểu đồ 3.20. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tới hiệu suất xử lý độ màu ................56 Biểu đồ 3.21. Hiệu suất xử lý COD tại các khoảng thời gian biến tính khác nhau .......57 Biểu đồ 3.22. Hiệu suất xử lý Cu2+ trong các khoảng thời gian khác nhau ..................57 Biểu đồ 3.23. Hiệu suất xử lý Fe3+ trong các khoảng thời gian khác nhau ...................58 Biểu đồ 3.24. Ảnh hưởng của giá trị pH tới hiệu suất xử lý độ màu ............................59 Biểu đồ 3.25. Ảnh hưởng của giá trị pH tới hiệu suất hấp phụ COD ...........................59 Biểu đồ 3.26. Ảnh hưởng của giá trị pH tới hiệu suất hấp phụ Cu2+ ............................60 Biểu đồ 3.27. Ảnh hưởng của giá trị pH tới hiệu suất hấp phụ Fe3+ .............................61 Biểu đồ 3.28. Ảnh hưởng của tỷ lệ vỏ chuối biến tính đến hiệu suất xử lý độ màu .....62 Biểu đồ 3.29. Ảnh hưởng của tỷ lệ vỏ chuối biến tính đến hiệu suất xử lý COD .........62 Biểu đồ 3.30. Ảnh hưởng của tỷ lệ vỏ chuối biến tính đến hiệu suất xử lý Cu2+ ..........63 Biểu đồ 3.31. Ảnh hưởng của tỷ lệ vỏ chuối biến tính đến hiệu suất xử lý Fe3+ ..........64 Biểu đồ 3.32. Biểu thị hiệu suất xử lý độ màu bằng vỏ chuối sau khi chạy mô hình ...65 Biểu đồ 3.33. Biểu thị hiệu suất xử lý COD bằng vỏ chuối sau khi chạy mô hình.......65 Biểu đồ 3.34. Biểu thị hiệu suất xử lý Cu2+ bằng vỏ chuối sau khi chạy mô hình........66 Biểu đồ 3.35. Biểu thị hiệu suất xử lý Fe3+ bằng vỏ chuối sau khi chạy mô hình ........66 Biểu đồ 3.36. Biểu thị hiệu suất xử lý độ màu bằng vỏ chuối sau khi chạy mô hình ...68 Biểu đồ 3.37. Biểu thị hiệu suất xử lý COD bằng vỏ chuối sau khi chạy mô hình.......68 Biểu đồ 3.38. Biểu thị hiệu suất xử lý Cu2+ bằng vỏ chuối sau khi vận hành mô hình.69 Biểu đồ 3.39. Biểu thị hiệu suất xử lý Fe3+ bằng vỏ chuối sau khi chạy mô hình ........69 ix
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT - COD: Nhu cầu oxi hóa học - FAO: Tổ chức Nông lương thế giới - QCVN: Quy chuẩn Việt Nam - TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam - TNHH: Trách nhiệm hữu hạn - TTCN: Tiểu thủ công nghiệp - UBND: Ủy ban nhân dân x
MỞ ĐẦU Các làng nghề truyền thống Việt Nam đã và đang có nhiều đóng góp với tốc độ tăng trưởng GDP đạt 8%, làng nghề có tác động mạnh mẽ tới đời sống và bộ mặt nhiều vùng nông thôn, mang lại nhiều lợi nhuận kinh tế. Bắc Ninh là một trong những tỉnh có nhiều làng nghề nhất nước ta. Hiện nay, toàn tỉnh có 62 làng nghề, trong đó có 30 làng nghề truyền thống và 32 làng nghề mới [1]. Sự phát triển làng nghề là một trong những nguyên nhân làm ô nhiễm môi trường nước. Kết quả điều tra khảo sát chất lượng môi trường tại một số làng nghề trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh trong những năm gần đây cho thấy các mẫu nước mặt, nước ngầm đều có dấu hiệu ô nhiễm với mức độ khác nhau, chất lượng nguồn nước bị suy giảm. Nguyên nhân là do nước thải không được xử lý trước khi thải vào môi trường. Đại Bái là một làng nghề truyền thống với nghề đúc đồng nổi tiếng nằm ven sông Đuống. Với các nghề chính: đúc đồng, đúc nhôm, gò nhôm nhưng gò đúc đồng là chủ yếu. Nước thải chủ yếu phát sinh trong các công đoạn: nước làm mát, vệ sinh nhà xưởng, thiết bị; nước phát sinh trong quá trình tẩy rửa và mạ kim loại chứa hóa chất (axit, xút,..); nước dùng trong công việc dập, rửa, đánh bóng kim loại. Nước thải từ các cơ sở sản xuất không được thu gom xử lý xả ra nguồn tiếp nhận là lòng sông, ao, hồ, mương máng làm suy giảm chất lượng nguồn nước. Các nghiên cứu trước về khả năng hấp phụ kim loại nặng của vỏ chuối trong nước thải cho thấy vỏ chuối có khả năng loại bỏ các kim loại nặng trong nước thải với hiệu quả trên 50%. Trước tình hình môi trường làng nghề đang bị ô nhiễm, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu biến tính vỏ chuối để xử lý nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái, tỉnh Bắc Ninh” nhằm xử lý độ màu, COD, Cu2+ và Fe3+ nâng cao hiệu suất xử lý với chi phí thấp, giảm thiểu những tác động xấu tới môi trường xung quanh và nâng cao chất lượng cuộc sống người dân. Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả xử lý độ màu, COD, Cu2+ và Fe3+ trong nước thải làng nghề đúc đồng bằng vỏ chuối. - Mục tiêu cụ thể: 1
+ Đánh giá chất lượng nước thải làng nghề Đại Bái + Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của vỏ chuối không biến tính và biến tính đối với các thông số: độ màu, COD, Cu2+, Fe3+ + Chụp ảnh SEM vật liệu và diện tích bề mặt riêng BET. + Lựa chọn được các điều kiện tối ưu trong quá trình biến tính: nồng độ axit citric, nhiệt độ nung, tỷ lệ rắn:lỏng (khối lượng vỏ chuối:lượng axit cần dùng), thời gian biến tính. Bên cạnh đó tìm điều kiện tối ưu của pH, tỷ lệ khối lượng vỏ chuối: lượng nước mẫu xử lý. + Vận hành mô hình thực nghiệm Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Vỏ chuối, nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái Phạm vi nghiên cứu: Khu vực làng nghề đúc đồng Đại Bái, huyện Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận: Các kế hoạch cho từng mục tiêu cụ thể: + Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào: 4 mẫu nước được lấy tại 4 cơ sở sản xuất trước khi thải vào cống thải chung. Sau đó được tổ hợp lại và đem phân tích. Quy trình lấy mẫu nước thải tuân theo hướng dẫn tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 5999:1995.  Lấy mẫu nước thải làng nghề đúc đồng Đại Bái và phân tích các thông số độ màu, COD, Cu2+, Fe3+ trong phòng thí nghiệm + Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của vỏ chuối không biến tính và biến tính đối với các thông số: độ màu, COD, Cu2+, Fe3+  Thu gom và xử lý mẫu vỏ chuối (cắt thành miếng nhỏ, sấy khô, nghiền)  Biến tính mẫu vỏ chuối bằng axit citric  Đánh giá hiệu quả xử lý của mẫu vỏ chuối biến tính và không biến tính + Chụp ảnh SEM và diện tích bề mặt riêng BET của vỏ chuối biến tính + Tiến hành thí nghiệm lựa chọn điều kiện tối ưu cho quá trình biến tính  Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit citric  Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung 2
 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ rắn:lỏng  Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian biến tính + Tiến hành thí nghiệm lựa chọn điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý  Nghiên cứu ảnh hưởng của giá trị pH  Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng vỏ chuối + Vận hành mô hình thực nghiệm - Phương pháp nghiên cứu + Phương pháp thu thập, kế thừa và tổng hợp số liệu • Tài liệu về điều kiện tự nhiên – thủy văn và điều kiện kinh tế - xã hội tại khu vực nghiên cứu. • Tài liệu về hiện trạng môi trường làng nghề đúc đồng Đại Bái • Thu thập thông tin liên quan đến đề tài qua thực địa, qua sách báo, internet + Phân tích, tổng hợp số liệu: Thu thập số liệu, nguồn tài liệu liên quan đến xử lý nước thải bằng vỏ chuối, tổng quan về vỏ chuối và nguồn nước bị ô nhiễm. Xử lý và đánh giá kết quả phân tích trong quá trình thực nghiệm. + Khảo sát điều tra thực địa: Khảo sát hiện trạng làng nghề đúc đồng Đại Bái, xã Đại Bái, huyện Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh. Khảo sát lấy mẫu nước thải tại làng nghề đúc đồng Đại Bái. + Phân tích tại phòng thí nghiệm Kỹ thuật Môi trường, trường Đại học Thủy Lợi: • Tiến hành lấy mẫu tại khu vực nghiên cứu và phân tích trong phòng thí nghiệm để đánh giá mức độ ô nhiễm. • Tìm điều kiện tối ưu nhằm nâng cao hiệu suất trong quá trình xử lý nước thải làng nghề đúc đồng bằng vỏ chuối. 3
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.1. Giới thiệu về làng nghề Đại Bái 1.1.1. Điều kiện tự nhiên – Kinh tế xã hội làng nghề Đại Bái 1.1.1.1. Điều kiện tự nhiên - Vị trí địa lý Xã Đại Bái có diện tích tự nhiên 385,2 ha, bao gồm 3 thôn: Ngọc Xuyên, Đoan Bái, Đại Bái. Xã nằm về phía Tây Bắc, cách trung tâm huyện Gia Bình 1km. Với vị trí địa lý như sau: [2] + Phía Đông giáp thị trấn Gia Bình và xã Quỳnh Phú + Phía Tây giáp huyện Thuận Thành + Phía Nam giáp huyện Lương Tài + Phía Bắc giáp xã Đông Cứu, xã Lãng Ngâm. Hình 1.1. Bản đồ xã Đại Bái, huyện Gia Bình (Nguồn: Google map) 4
- Khí hậu Đại Bái mang đầy đủ các đặc trưng của khí hậu đồng bằng Bắc Bộ, khí hậu nhiệt đới gió mùa. Nhiệt độ trung bình năm là 23,30C, nhiệt độ trung bình tháng cao nhất là 28,90C (tháng 7), nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất là 15,80C (tháng 1). - Địa hình, địa chính Địa hình của tỉnh tương đối bằng phẳng, có hướng dốc chủ yếu từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông, được thể hiện qua các dòng chảy mặt đổ về sông Đuống và sông Thái Bình. 1.1.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội - Tình hình sử dụng đất đai [2] Diện tích đất tự nhiên của xã là 385,2 ha trong đó đất nông nghiệp là 242,7 ha (chiếm 63%), đất chuyên dùng là 113,2 ha (chiếm 29,5%), đất dân cư là 29,3 ha (chiếm 7,5%). 8% Đất nông nghiệp 29% Đất chuyên dùng 63% Đất dân cư Biểu đồ 1.1. Tình hình sử dụng đất đai trong xã (Nguồn [2]) - Tình hình phát triển của các ngành kinh tế + Nông nghiệp: Đại Bái là một xã nông nghiệp. Công tác chăm bón lúa và bảo vệ thực vật tốt, qua thống kê năng suất trung bình là 63,5 tạ/ha/năm, tăng so với năm 2010 là 5,5 tạ/ha/năm. Về chăn nuôi: ước tính đàn gia cầm có khoảng 25000 con. Đàn lợn có 4000 con, đàn trâu bò có 115 con. + Tiểu thủ công nghiệp (TTCN): 5
UBND đã khuyến khích, động viên các hộ sản xuất TTCN đầu tư vốn tự có và kết hợp vay vốn ngân hàng mua sắm thêm thiết bị máy móc để mở rộng quy mô sản xuất, nên doanh thu năm 2011 đạt khoảng 100 tỷ (đạt 100%) tăng so với năm 2010 là 20 tỷ (20%). - Cơ sở hạ tầng + Cụm công nghiệp: Năm 2003 được sự quan tâm của tỉnh, huyện, Đảng bộ chính quyền và nhân dân thôn Đại Bái đã thực hiện xây dựng cụm công nghiệp làng nghề trên diện tích 6,5 ha với tổng kinh phí xây dựng gần 10 tỷ đồng. + Giao thông: Xã có tuyến đường tỉnh lộ 280 và 282 chạy qua nên khá thuận lợi cho việc giao lưu, buôn bán, dịch vụ. + Thủy lợi: Công tác xây dựng và quản lý hệ thống thủy lợi được các cấp lãnh đạo xã hết sức quan tâm. Các kênh mương được xây mới và tu bổ. - Dân số và lao động Theo số liệu thống kê năm 2011 toàn xã có 8924 nhân khẩu, 2146 hộ. Trong đó làng Đại Bái có 1475 hộ và 6033 khẩu: 3026 nam, 3007 nữ. Trong khu dân cư, nhà ở phân bố sát nhau, xen lẫn các lò đúc đồng, nhôm và đất ruộng trồng cây. 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Sôn Tây Giữa Ngoài Trại Mới Số hộ 328 353 417 245 132 Số khẩu 1422 1498 1587 1083 443 Biểu đồ 1.2. Phân bố dân cư trong làng Đại Bái (Nguồn: [3]) Trong các năm trở lại đây, cơ cấu ngành nghề nông thôn ở Đại Bái có sự chuyển dịch rõ rệt. Số hộ thuần nông có xu hướng giảm dần, nhưng số hộ chuyên 6
ngành nghề TTCN cũng tăng lên, chứng tỏ rằng xu hướng của Đại Bái là phát triển TTCN. - Y tế và giáo dục + Công tác y tế: Trạm y tế tiếp tục giữ vững danh hiệu trạm chuẩn quốc gia, duy trì trực trạm 24/24. Chủ động phòng chống dịch bệnh, tích cực xây dựng cơ sở vật chất, mua sắm trang thiết bị nhằm nâng cao chất lượng khám, chữa bệnh cho người dân. Xã đã được trung tâm y tế huyện xếp loại xã có phong trào y tế mạnh. + Công tác giáo dục, khuyến học: Đảng, chính quyền, nhân dân luôn chăm lo xây dựng cơ sở vật chất, tạo các điều kiện nâng cao chất lượng dạy và học. Vài nét về làng nghề đúc đồng Đại Bái [4] Đại Bái là một trong những làng nghề tái chế kim loại phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây. Đại Bái cổ xưa có tên là làng Văn Lãng, nằm trên một dải đất cao bên bờ sông Bái Giang (một nhánh của sông Thiên Đức cũ), cách đường 282 khoảng 1 km. Làng nghề truyền thống Đại Bái có lịch sử hình thành và phát triển từ lâu đời, trải qua gần 1000 năm tồn tại và phát triển làng Đại Bái vẫn giữ được nét truyền thống với lối sản xuất manh mún nhỏ lẻ quy mô hộ gia đình, các sản phẩm sản xuất rất đa dạng và phong phú. Với các nghề chính như: đúc đồng, đúc nhôm, dát mỏng kim loại, gia công cơ khí, kim khí hoàn chỉnh các chi tiết, chạm khắc kim loại, ghép tam khí. Xã hiện có 50 lò đúc đồng, nhôm nhưng hàng tháng chỉ có 15 – 20 lò hoạt động trong đó có 5 lò lớn của một công ty và hai hợp tác xã. Mỗi tháng cung cấp khoảng 432 tấn đồng thành phẩm cho thị trường. Theo điều tra thì quy trình đúc đồng ở đây vẫn mang tính truyền thống và thủ công. Nguyên liệu sử dụng chủ yếu là các loại phế liệu kim loại màu (nhôm, đồng, chì) như: dây điện, phôi đồng của các nhà máy điện, vỏ máy các loại...được phân loại đưa vào giã trong cối công nghiệp (tự chế), xử lý tạp chất thông qua bể đãi, đồng đã qua xử lý được đưa vào lò nung, đến nhiệt độ thích hợp bổ sung thêm một lượng kẽm, chì nhất định để tạo độ dẻo sau đó đổ ra thành thỏi. 7
1.1.2. Công nghệ và quy trình sản xuất của làng nghề đúc đồng Đại Bái 1.1.2.1. Công nghệ Công nghệ sản xuất tại các làng nghề tái chế kim loại có thể phân chia hoạt động sản xuất của chúng thành các nhóm công nghệ sau: - Nhóm công nghệ tái chế các kim loại màu - Nhóm công nghệ tái chế và gia công các mặt hàng thép. Sơ đồ dây chuyền công nghệ được mô tả tóm tắt như sau: Vỏ lon bia, nước giải khát, đồng, chì,... Phân loại Tiếng ồn, Bụi Than Khí thải Nấu chảy Xỉ than Xỉ kim loại Phôi đúc Nước làm mát Đúc sản phẩm Khí thải Kim loại vụn Cắt bavia Tiếng ồn Bụi Sản phẩm (xoong nồi, mâm,..) Sơ đồ 1.1. Sơ đồ công nghệ xử lý kim loại màu kèm dòng thải [5] 8
Đối với làng nghề Đại Bái theo cha ông truyền lại Đại Bái có 2 loại lò: lò nổi và lò chìm, 2 loại lò này có hình dáng giống nhau. Ngoài thân lò, lò còn có một nắp đậy gọi là lốc và một vòng sắt hình khuyên gọi là quây. Khoảng không gian giữa mép ngoài của lốc và quây dùng để sưởi nhiên liệu trước khi cho vào lò và cũng để giữ nhiệt cho lò. Chất tạo lò là bùn ao và trấu. Hiện nay, người dân Đại Bái thường mua lò phấn chì có nguồn gốc từ Trung Quốc với giá khoảng 1,5 – 2 triệu đồng Việt Nam để nấu đồng và nồi gang để nấu nhôm [2]. 1.1.2.2. Quy trình sản xuất Các bước tạo nên một vật phẩm đồ đồng phải qua các bước: Bước 1: Tạo mẫu trước khi đúc đồng - Dùng đất sét đắp theo quy định của mẫu, chỉnh sửa đường nét. - Làm khuôn thạch cao - Chỉnh sửa đường nét như phát thảo đã được duyệt Bước 2: Tạo khuôn cho mẫu vật phẩm đồ đồng - Dùng đất, trấu, giấy dó để làm khuôn âm bản - Sau đó dùng đất bùn củ, trấu, bột chịu nhiệt làm cốt bên trong (gọi là thao) - Nung chín khuôn ở nhiệt độ 7000C, sau đó để nguội căn chỉnh độ dày mỏng của phần đồng, đạt theo yêu cầu kỹ thuật. - Chỉnh sửa khuôn, lau nhãn, quét sơn chịu nhiệt nung lại 1 lượt nữa ở nhiệt độ 5000C, ghép khuôn thành một khối. Bước 3: Nấu chảy đồng nguyên liệu Nấu đồng ở nhiệt độ 12000C, khi đồng chảy hết pha tỉ lệ thiếc + chì + kẽm theo yêu cầu, chỉnh nhiệt độ là 12500C, nước đồng lỏng đạt theo yêu cầu lúc đó đưa vào và rót vào khuôn. Bước 4: Rót đồng vào khuôn Bước 5: Hoàn thiện sản phẩm và kiểm tra vật phẩm trước khi đưa ra thị trường Sau khi khuôn nguội, dỡ khuôn lấy sản phẩm ra mài, giũa, đục, tách [6]  Quy trình gò đồng, nhôm Nguyên liệu 9
Nguyên liệu chính để gò đồng là đồng đỏ, đồng thau, kẽm, thiếc, nhôm phế liệu. Các nguyên liệu phế phẩm dùng để gò đồng, nhôm và ghép tam khí có nguồn gốc khác nhau: - Các loại dây điện cũ - Xoong nồi cũ - Các loại máy móc cũ hỏng - Các loại bơ bia hỏng Nguyên liệu CO 2 , NO 2 , SO 2 , hơi Than Lò nấu đồng, nhụm đồng, bụi, nhiệt Xỉ than, xỉ kim loại Nước thải, khí thải, Đồ dát đồng, phôi nhôm Chất thải rắn Tiếng ồn, chất thải rắn Cán đồng, nhôm Cu, tiếng ồn, than, khí Gò, vã sản phẩm thải, xỉ kim loại Sản phẩm Sơ đồ 1.2. Quy trình sản xuất nồi đồng, nhôm tại Đại Bái [6]  Luyện đồng Nguyên liệu chính của hợp kim đồng, nhôm đúc là đồng, nhôm, thiếc và kẽm. Để tạo ra hợp kim đồng dẻo, thợ đúc đồng đã phải kết hợp các nguyên liệu đồng và kẽm cùng một tỷ lệ không đáng kể lượng chì cho những vật phẩm có tính chua. Cụ thể tỷ lệ trộn lẫn được thể hiện tại các sản phẩm làm ra: - Nồi: đồng đỏ nguyên chất - Mâm, sành, chậu: hợp kim của đồng với kẽm (từ 28 – 45%) và chì (1 – 2%) - Siêu, chiêng, cồng: hợp kim của đồng với kẽm (từ 28 – 45%) 10