Đánh giá khả năng xử lý Cadmi trong nước thải của bê tông khí chưng áp (AAC)

Bài viết Đánh giá khả năng xử lý Cadmi trong nước thải của bê tông khí chưng áp (AAC) đánh giá khả năng hấp phụ và xử lý ion Cd(II) trong nước thải tổng hợp của các hạt bê tông thải AAC Việt Nam, thông qua các thí nghiệm hấp phụ tĩnh theo mẻ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá khả năng xử lý Cadmi trong nước thải của bê tông khí chưng áp (AAC) Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2023, 17 (1V): 1–10 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CADMI TRONG NƯỚC THẢI CỦA BÊ TÔNG KHÍ CHƯNG ÁP (AAC) Trần Hoài Sơna,∗, Trần Thị Việt Ngaa , Ken Kawamotob a Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Trường Đại học Saitama, Nhật Bản Nhận ngày 13/01/2023, Sửa xong 02/02/2022, Chấp nhận đăng 09/02/2023 Tóm tắt Bê tông khí chưng áp (AAC) là vật liệu rỗng xốp (độ rỗng tổng > 70%), thành phần hóa học giàu canxi và các kim loại khác (Fe, Al, K, Mg). AAC cho thấy tiềm năng là chất hấp phụ hiệu quả các kim loại nặng (KLN) đặc biệt là Cadmi trong nước thải. Quá trình công nghiệp hóa trong ngành xây dựng và xu hướng giảm, không sử dụng các vật liệu nung truyền thống đã làm gia tăng quy mô sản xuất và sử dụng vật liệu AAC từ đó làm phát sinh hàng trăm nghìn mét khối AAC phế thải. Việc tái sử dụng chất thải AAC cho mục đích xử lý nước thải có ý nghĩa thực tiễn lớn khi giải quyết được bài toán quản lý chất thải rắn và xử lý KLN kiểm soát ô nhiễm môi trường nước. Trong nghiên cứu này, AAC đã được thử nghiệm như chất hấp phụ để loại bỏ Cd(II) ra khỏi nước thải. Các thí nghiệm hấp phụ tĩnh đã được thực hiện bằng cách sử dụng bê tông thải AAC với 2 kích cỡ khác nhau 3–5 mm và 5–10 mm để xử lý nước thải tổng hợp có nồng độ Cd(II) từ 0–5000 mg/L, trong các thời gian phản ứng khác nhau để đánh giá thời gian hấp phụ cân bằng và dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu. Kết quả nghiên cứu đã xác định được các thông số động học hấp phụ theo mô hình Langmuir và dung lượng hấp phụ Cd(II) của AAC lên đến 9,26 mg/g, từ đó chứng minh AAC có thể được sử dụng làm vật liệu hấp phụ chi phí thấp, hiệu quả, thân thiện, bền vững trong việc loại bỏ Cd(II) trong nước thải. Từ khoá: bê tông khí chưng áp; AAC; chất hấp phụ; cadmi; xử lý kim loại nặng. EVALUATION OF THE ABILITY TO REMOVE CADMIUM IN WASTEWATER BY AUTOCLAVED AER- ATED CONCRETE AAC Abstract Autoclaved aerated concrete (AAC) is a porous hollow material (total porosity > 70%), with a chemical com- position rich in calcium and metals (Fe, Al, K, Mg). AAC material shows potential as an effective adsorbent for heavy metals, especially Cd in wastewater. The process of industrialization in the construction industry and the downward trend, of not using traditional calcined materials has increased the production scale and application of AAC materials, thereby generating hundreds of thousands of cubic meters of AAC waste. Therefore, the reuse of AAC waste for wastewater treatment purposes is of great practical significance when solving the problem of solid waste management and pollution control. This study tested AAC as an adsorbent to remove Cd(II) from wastewater. Static adsorption experiments were performed using AAC waste concrete with 2 different sizes (3–5 mm and 5–10 mm) to treat synthetic wastewater, in which Cd(II) concentration was varied from 0– 5000 mg/L, in different reaction times. The research results have determined the adsorption kinetic parameters according to the Langmuir model and the Cd(II) adsorption capacity of AAC up to 9,26 mg/g, thereby demonstrating that AAC can be used as a low-cost, effective, friendly, sustainable adsorbent material in removing Cd(II) in wastewater. Keywords: autoclaved aerated concrete; AAC; adsorbent; cadmium; heavy metal removal. https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2023-17(1V)-01 © 2023 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) ∗ Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: sonth@huce.edu.vn (Sơn, T. H.) 1 Sơn, T. H., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 1. Giới thiệu Bê tông khí chưng áp AAC được biết tới là vật liệu rỗng, không nung thay thế cho các vật liệu xây dựng truyền thống trong lĩnh vực xây dựng nhằm mục đích giảm phát thải và bảo vệ môi trường. Bê tông AAC được sản xuất từ xi măng, cát nghiền mịn kết hợp với vôi, thạch cao, oxit nhôm, nước và phụ gia, qua quá trình phản ứng hóa học khối gạch bê tông nhẹ được đưa vào lò chưng áp để làm giảm trọng lượng và tăng cường độ và độ bền. Các nghiên cứu trước đây [1–5] cho thấy AAC là vật liệu rỗng xốp với độ rỗng xốp 70–80%, diện tích tiếp xúc lớn với diện tích BET > 20 m2 /g và có thành phần hóa học giàu canxi (hàm lượng CaO từ 26–30%) và các kim loại khác như Fe, Al, Mg, với các đặc tính kỹ thuật như vậy, vật liệu AAC cho thấy tiềm năng là chất hấp phụ hiệu quả các kim loại nặng trong đó có Cd trong nước thải. Hiện nay, tổng công suất sản xuất AAC ước tính gần 2 triệu m3 /năm [6], trong quá trình sản xuất và sử dụng ước tính 2–5% sản phẩm lỗi, hỏng, làm phát sinh một lượng chất thải AAC tương đối lớn ra môi trường. Cadmi là một nguyên tố độc hại, được nhận diện là một nguy cơ lớn đối với sức khỏe con người. Theo Tổ chức y tế thế giới (WHO, 2011) Cadmi được liệt kê trong bảng mười nguyên tố hóa học hàng đầu được công chúng quan tâm [7]. Các nghiên cứu chỉ ra rằng Cadmi liên quan đến các tác động gây ung thư, điều này giải thích lý do Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ xếp chúng vào loại I và nhóm B1 tương ứng. Nồng độ tối đa của Cd trong nước uống và nguồn nước dùng để cấp nước lần lượt là 0,005 mg/L [8]. Theo quy định của Việt Nam nồng độ tối đa của Cadmi trong nước cấp là dưới 0,003 mg/L [9], còn trong nước thải là dưới 0,05 mg/L (đây là giá trị giới hạn khi nước thải công nghiệp xả vào thủy vực dùng để cấp nước) [10]. Trong những năm gần đây, đã có những nghiên cứu cho thấy bê tông AAC có tiềm năng trong việc hấp thụ, xử lý các kim loại nặng trong nư ...