Nghiên cứu tận dụng bùn thải từ nhà máy nước cấp ứng dụng làm vật liệu hấp phụ H2S

Nghiên cứu này đánh giá khả năng hấp phụ H2S của các vật liệu từ bùn nước cấp nhằm tìm ra hướng giải quyết cho vấn đề chất thải rắn (bùn thải) đồng thời tìm được vật liệu hấp phụ rẻ tiền, có sẵn với số lượng lớn có thể xử lý khí thải (H2S).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tận dụng bùn thải từ nhà máy nước cấp ứng dụng làm vật liệu hấp phụ H2S Hóa học và Kỹ thuật môi trường NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG BÙN THẢI TỪ NHÀ MÁY NƯỚC CẤP ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ H2S Lâm Phạm Thanh Hiền1,2, Lê Thị Kiều Thi1,2, Đặng Văn Thành3, Nguyễn Nhật Huy1,2* Tóm tắt: Bùn thải từ nhà máy nước cấp với thành phần kim loại có nguồn gốc từ các chất keo tụ (Al, Fe) có tiềm năng ứng dụng chế tạo vật liệu nano trong xử lý môi trường. Nghiên cứu này đánh giá khả năng hấp phụ H2S của các vật liệu từ bùn nước cấp nhằm tìm ra hướng giải quyết cho vấn đề chất thải rắn (bùn thải) đồng thời tìm được vật liệu hấp phụ rẻ tiền, có sẵn với số lượng lớn có thể xử lý khí thải (H2S). Các đặc trưng về hình thái và thành phần khoáng chất có trong các mẫu bùn được xác định bằng phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử quét SEM và phổ EDS. Ảnh hưởng của nồng độ và lưu lượng H2S đầu vào đến hiệu quả xử lý cũng được đánh giá. Kết quả cho thấy, bùn biến tính nhiệt cho hiệu quả xử lý tốt hơn bùn thô, đạt tốt nhất ở 200 oC. Mô hình Langmuir cho thấy sự phù hợp để mô tả quá trình hấp phụ trong nghiên cứu này với hệ số R2 = 0,9166 và dung lượng hấp phụ cực đại theo tính toán là 50,251 mg/g. Vật liệu có dung lượng hấp phụ cao hơn khi vận hành mô hình ở lưu lượng thấp, đạt 44,79 mg/g ở. lưu lượng 1 L/phút.Từ khóa: Hấp phụ; Bùn nước cấp; Khí H2S; Xử lý khí thải. 1. MỞ ĐẦU H2S là một khí độc với mùi trứng thối khó chịu, có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc nhântạo. Sự có mặt của H2S làm giảm nhiệt trị của biogas, gây mùi hăng khó chịu. Phươngpháp hấp phụ đã và đang chứng minh được hiệu quả trong xử lý khí H2S đặc biệt chiếm ưuthế để loại bỏ khí H2S trong hỗn hợp khí biogas [1]. Trong những năm gần đây, bùn thảiphát sinh từ nhà máy nước cấp được xếp vào danh sách chất thải rắn nguy hại, cần xử lýnghiêm ngặt trước khi thải ra môi trường. Với thành phần đa dạng, chứa các nguyên tốkim loại như Fex, Mn, Zn, Pb, Ni, Cr, Cd, Al, và Cu [2], bùn nước cấp được kỳ vọng có thểđược tận dụng chế tạo những vật liệu có giá trị về kinh tế. Theo một số kết quả nghiên cứuđã công bố, bùn thải từ nhà máy nước cấp đã được tận dụng làm thành phần chế tạo gạchnung [2, 3], chậu gốm hay chén hứng mủ cao su [2], bổ sung nguyên liệu sản xuất xi măng[4], ứng dụng làm vật liệu hấp phụ phot-pho trong nước thải [5]. Nhìn chung việc ứngdụng bùn nước cấp chứa thành phần kim loại trong xử lý khí thải (như H2S) ở Việt Namvẫn còn nhiều hạn chế, cần được quan tâm nghiên cứu. Trước đây, một số loại vật liệukhác nhau như than hoạt tính biến tính (với NaOH và NaCO3), bentonite (bóc tách từkhoáng sét ở Bình Thuận), ZnO (bằng phương pháp siêu âm và/hoặc điện hóa) đã được sửdụng để hấp phụ H2S cho hiệu quả khá khả quan [6, 7]. Trong nghiên cứu này, bùn thải từnhà máy nước cấp được tận dụng làm vật liệu hấp phụ khí H2S. Ảnh hưởng của nồng độvà lưu lượng dòng khí đầu vào đến quá trình hấp phụ được khảo sát nhằm tìm ra điều kiệnvận hành tốt nhất. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Vật liệu nghiên cứu Bùn thải sử dụng trong nghiên cứu được lấy từ nhà máy nước cấp Thủ Đức, thành phốHồ Chí Minh. Sau khi sấy khô và nghiền nhỏ, bùn thô được nung ở các nhiệt độ khác nhautừ 200 đến 700 oC trong 4 giờ [8]. Trước khi bố trí vào mô hình, các hạt vật liệu bùn mịnPS-X (với X là nhiệt độ nung) được ép-đập-rây lấy kích thước khoảng 0,097-0,45 mm.Các đặc trưng về hình thái và thành phần khoáng chất có trong các mẫu bùn dùng làm vậtliệu hấp phụ được xác định bằng kỹ thuật SEM và EDS với máy JSM-IT200 (Trung tâm218 L. P. T. Hiền, …, N. N. Huy, “Nghiên cứu tận dụng bùn thải … vật liệu hấp phụ H2S.”Nghiên cứu khoa học công nghệthí nghiệm thực hành, Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp. HCM). Than hoạt tính sửdụng trong nghiên cứu là than hoạt tính thương mại có nguồn gốc từ Trung Quốc.2.2. Mô hình nghiên cứu Mô hình thí nghiệm hấp phụ H2S được bố trí như hình 1. Máy thổi khí (1) đẩy không khíqua bộ xử lý sơ bộ bằng than hoạt tính (2) nhằm khử các tạp chất và hơi nước trước khi đếnnơi pha trộn. Cùng lúc đó, bơm hút (3) sẽ hút khí H2S vừa tạo ra từ hệ thống tạo khí (4) từphản ứng giữa Na2S.9H2O (Xilong, Trung Quốc) và dung dịch H2SO4 3% (Xilong, TrungQuốc) đưa đến bình ổn định nồng độ (5). Lưu lượng các dòng khí được kiểm soát bằng lưulượng kế. Sau khi đạt được nồng độ đầu vào và lưu lượng mong muốn, dòng khí chứa H2Sđược đưa vào ống hấp phụ (6) chứa vật liệu hấp phụ với khối lượng xác định. Cụm kiểm tralưu lượng (8) được sử dụng để kiểm tra lại lưu lượng dòng khí trước khi đưa vào ống hấpphụ. Mẫu khí H2S được thu thập ở cụm lấy mẫu (7) và phân tích theo Tiêu chuẩn ngành10TCN 676-2006 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Hình 1. Mô hình hấp phụ H2S: (1, 3) Bơm ...