Đánh giá hiệu quả xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm bằng Chlorella vulgaris | Xử lý nước thải đô thị | Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh
Xác định ảnh hưởng của pH, thể tích tảo ban đầu, độ màu trong loại bỏ màu nhóm Azo bằng vi tảo Chlorella Vulgaris với phương pháp luân phiên từng biến (OFAT) Tối ưu điều kiện pH, thể tích tảo ban đầu, nồng độ độ màu trong loại bỏ màu nhóm Azo bằng vi tảo Chlorella Vulgaris với phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM). Tài liệu được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Xử lý nước thải đô thị (XLNTDT) 10 tài liệu
Trường: Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh 185 tài liệu
Tác giả:
Preview text:
6.
Mục tiêu của đề tài. Mục tiêu chung:
Xác định khả năng xử lý độ màu trong nước thải dệt nhuộm của tảo Chlorella Vulgaris Mục tiêu cụ thể:
Xác định ảnh hưởng của pH, thể tích tảo ban đầu, độ màu trong loại bỏ màu nhóm Azo
bằng vi tảo Chlorella Vulgaris với phương pháp luân phiên từng biến (OFAT)
Tối ưu điều kiện pH, thể tích tảo ban đầu, nồng độ độ màu trong loại bỏ màu nhóm Azo
bằng vi tảo Chlorella Vulgaris với phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM)
Đánh giá hiệu quả xử lý của tảo Chlorella Vulgaris đối với nước thải dệt nhuộm thực tế.
7. Tình trạng đề tài . 8.
Tổng quan tình hình nghiên cứu, luận giải mục tiêu và nội dung nghiên cứu 8.1.
Tình hình nghiên cứu trên thế giới.
Bảng 1. Tổng hợp tài liệu về nghiên cứu ứng dụng tảo để xử lý độ màu trong nước thải. Năm Vi tảo Độ màu Hiệu
Hiệu suất loại bỏ ô nhiễm (%) (Ref) (Pt-Co) quả xử lý độ COD Nitrogen NH + 4 TP màu (%) (%) (%) (%) (%) 2008 Chlorella 500 44 - - - - vulgaris 2010 Chlorella 700- 41.8 -50 38.3– - 44.4– 33.1– vulgaris 1500 62.3 45.1 33.3 2014 Chlorella - 75 73 81 - 62 pyrenoidosa 2015 Chlorella - 58 - 83 - - - - vulgaris 2017 Chlorella 620 49.03 - - - - vulgaris 2020 Chlorella 450 93.7 - - 98.7 62.5 vulgaris 1 2023 Chlorella - 93.7% - - - - vulgaris
Vi Tảo có khả năng loại bỏ màu thông qua quá trình hấp phụ sinh học, phân hủy
sinh học và biến đổi sinh học. Tảo nhỏ phân hủy màu để sử dụng như nguồn nitơ, bằng
cách loại bỏ nitơ, phosphorus và carbon từ nước, giúp giảm trophication trong môi
trường thủy sinh và đặc biệt trong việc hấp thụ CO2, một trong những nguyên nhân
chính gây hiệu ứng nhà kính. Hơn nữa, tảo nhỏ có thể phát triển nhanh chóng trong điều
kiện khắc nghiệt và sử dụng nước không thích hợp cho việc tiêu thụ của con người.
Nghiên cứu được thiết kế để xác định các dòng tảo nhỏ có mặt trong nước thải. Ngoài
ra, khả năng của dòng tảo ưu tú, Chlorella vulgaris, được đánh giá như một
phytoremediator hiệu quả để giảm màu, detoxify và phân hủy nước thải này. Công việc
này tập trung vào sự thích ứng của tảo nhỏ C. vulgaris trong nước thải từ ngành công
nghiệp dệt và nghiên cứu sự pha loãng nước thải lý tưởng cũng như nồng độ natri
bicarbonate để giảm màu và COD tối đa.
Tảo đã được chứng minh có khả năng loại bỏ màu sắc từ nhiều loại thuốc nhuộm
khác nhau thông qua các cơ chế như hấp thụ sinh học, biến đổi sinh học và tạo hóa sinh.
Ví dụ, Daneshwar và đồng nghiệp (2007) đã chỉ ra rằng Cosmarium có hiệu quả trong
việc loại bỏ màu sắc từ thuốc nhuộm triphenylmethane Malachite Green thông qua quá
trình sinh học phân hủy. Biomass khô của Spirogyra có thể loại bỏ đến 85% thuốc
nhuộm dệt Synazol thông qua quá trình hấp thụ sinh học. So sánh với đó, Chlorella
vulgaris có thể loại bỏ 63-69% màu sắc từ thuốc nhuộm mono-azo tectilon yellow 2G
bằng cách chuyển đổi nó thành aniline .Các nghiên cứu trước đó chỉ ra rằng C. vulgaris
được nuôi trong hồ tảo với tốc độ cao là một hệ thống hiệu quả để xử lý và loại bỏ màu
sắc từ nước thải dệt .Tảo cố định mang lại nhiều lợi ích trong xử lý nước thải, đặc biệt
là trong việc loại bỏ nitơ, phosphorus và kim loại nặng. Các hệ thống như vậy hấp dẫn
hơn so với việc nuôi tảo trong dung dịch treo vì giải quyết vấn đề thu hoạch tảo. Ngoài
ra, tảo cố định có độ ổn định cao hơn so với tảo tự do vì chúng được bảo vệ khỏi tiếp
xúc trực tiếp với các chất độc hại có mặt trong môi trường. Hiệu suất loại bỏ chất dinh
dưỡng cao hơn đã được ghi nhận cho tảo cố định so với các tảo treo tương đồng .C.
vulgaris và Scenedesmus rubescens cố định trên hệ thống màng đôi đã được chứng 2
minh là hiệu quả trong việc loại bỏ nitrat từ nước thải cộng đồng. Gần đây, Zhang và
đồng nghiệp đã chỉ ra rằng việc cố định Scenedesmus trong calcium alginate dưới dạng
tấm tảo là hiệu quả trong việc loại bỏ nitơ ammonia và orthophosphate từ nước thải
cộng đồng. Tảo cố định cũng được sử dụng trong quá trình tái tạo môi trường của kim
loại nặng và các hợp chất xenobiotic khác. Ví dụ, Spirogyra condensata và
Rhizoclonium hieroglyphicum cố định trên Amberlite XAD-8 đã cho thấy hiệu suất cao
hơn trong việc loại bỏ chromium từ nước thải xưởng da so với tảo treo. C. vulgaris cố
định trong hạt alginate đã được chứng minh là hữu ích trong việc loại bỏ tributyltin
thông qua hấp thụ sinh học và sinh học phân hủy .Tuy nhiên, đã có rất ít nghiên cứu về
việc sử dụng tảo cố định để loại bỏ màu sắc từ thuốc nhuộm. Một nghiên cứu báo cáo
rằng C. pyrenoidosa cố định trong calcium alginate làm tốt hơn so với các tảo treo trong
quá trình phân hủy một thuốc nhuộm màu nâu. 8.2.
Tình hình nghiên cứu phân giải màu tại Việt Nam
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng vi tảo để xử lý màu trong nước thải
đang được quan tâm như một phương pháp tiềm năng. Vi tảo có khả năng tận dụng ánh
sáng mặt trời để quang hợp, hấp thụ CO2 và loại bỏ các chất dinh dưỡng như nitơ và
photpho từ nước thải. Nghiên cứu cho thấy việc lựa chọn chủng vi tảo phù hợp là rất
quan trọng, bởi chúng phải có khả năng sinh trưởng cao, chịu được điều kiện môi
trường đặc thù và hiệu quả trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm. Hơn nữa, việc sử dụng
chủng vi tảo bản địa có thể giảm thiểu rủi ro về sự xâm lấn của loài và các mầm bệnh vi
sinh vật.Theo nghiên cứu của Nguyễn Huy Thuần và cộng sự vào năm 2020 cho thấy
Nước thải dệt nhuộm không qua xử lý, xả trực tiếp vào nguồn nước sẽ gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng. Nhiều phương pháp vật lý, hoá học như lọc, kết tủa, keo tụ đã
được tiến hành, tuy nhiên giá thành cao, tiêu thụ nhiều năng lượng, tạo ra chất thải khó
xử lý, ảnh hưởng tới hệ sinh thái. Sử dụng vi sinh vật để xử lý nước thải dệt nhuộm
được xem là phương pháp thay thế vì giá thành không cao, thân thiện với môi trường.
Nhiều chủng vi sinh vật thuộc các chi vi khuẩn, vi nấm, xạ khuẩn và tảo có khả năng
phân huỷ thuốc nhuộm. Từ đó thực hiện các nghiên cứu để khảo sát vấn đề xử lý màu trong nước thải.
Trong năm 2020, Nguyễn Thanh Tuyền đã có một nghiên cứu cho rằng “ vi tảo –
một giải pháp tiềm năng cho các vấn đề môi trường”. Theo nghiên cứu này, việc sử 3
dụng vi tảo để xử lý nước thải có thể thanh thế các phương pháp xử lý truyền thống như
dùng hóa chất, lắng, lọc… phương pháp xử l nước thải bằng vi tảo cũng đã được áp
dụng rộng rãi và đã được nghiên cứu trong nhiều năm qua. Công nghệ xử l nước thải
bằng vi tảo cũng không sử dụng hóa chất và toàn bộ quy trình xử l khá đơn giản, chỉ tạo
ra lượng bùn ở mức tối thiểu và giải phóng carbonic nhưng nhỏ hơn nhiều so với lượng
carbonic mà vi tảo tiêu thụ, nhờ đó toàn bộ quy trình xử lý bằng vi tảo không phát sinh
mà còn tiêu thụ carbonic Đồng thời tạo ra nguồn sinh khối có giá trị có thể sử dụng làm
thức ăn chăn nuôi phân bón nguồn nguyên liệu cho quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học.
8.3. Luận giải về việc đặt ra mục tiêu và những nội dung, phạm vi/đối tượng cần
nghiên cứu của đề tài
Trong lĩnh vực công nghiệp dệt nhuộm, đóng vai trò quan trọng đối với kinh tế toàn
cầu, thách thức môi trường hiện nay chủ yếu nằm ở việc quản lý và giải quyết nước
thải. Nước thải này, phát sinh từ quá trình sản xuất, chứa đựng hóa chất và chất nhuộm
gây ô nhiễm nguồn nước và tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái .
Đặc biệt, chất nhuộm tổng hợp phổ biến trong ngành này khó phân hủy sinh học và có
độ ổn định hóa học cao, khiến việc xử lý trở nên phức tạp. Phương pháp xử lý thông
thường như lắng, lọc, hoặc xử lý hóa học thường không mang lại hiệu quả mong muốn
hoặc đòi hỏi chi phí đầu tư lớn.
Trong bối cảnh ngành dệt nhuộm đang mở rộng, vấn đề xử lý nước thải chứa chất
nhuộm tổng hợp, đồng thời bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng, trở thành mối
quan tâm đáng giá. Nghiên cứu hiện tại nhằm vào việc khảo sát hiệu quả của tảo
Chlorella vulgaris trong việc giảm độ màu của nước thải dệt nhuộm. Điểm nổi bật của
Chlorella vulgaris là khả năng tái tạo mạnh mẽ và thân thiện với môi trường, một lợi thế
đáng giá trong bối cảnh giới hạn của phương pháp xử lý hiện hành. Đề tài nghiên cứu
không chỉ tập trung vào khả năng loại bỏ màu của chất nhuộm bằng tảo Chlorella
vulgaris mà còn khám phá cơ chế hoạt động của nó, cung cấp một cơ sở so sánh với các
phương pháp xử lý khác nhằm hướng tới phát triển giải pháp xử lý nước thải hiệu quả,
bền vững và thân thiện với môi trường.
Với nhu cầu cấp bách về giải pháp xử lý nước thải dệt nhuộm, Chlorella vulgaris,
một sinh vật có khả năng quang hợp hiệu quả, xuất hiện như một hướng tiếp cận tiềm 4
năng. Đặc tính của tảo này bao gồm khả năng hấp thụ và phân hủy các chất ô nhiễm, kể
cả chất nhuộm, mang lại hy vọng mới cho ngành công nghiệp dệt nhuộm trong việc giải
quyết vấn đề ô nhiễm nước.
Như vậy, để đánh giá độ xử lý nước thải đệt nhuộm và đặt biệt là chú trọng vào độ
màu. Từ đó “đánh giá hiệu quả xử lý độ màu của tảo chlorela Chlorella vugaris trong xử
lý nước thải dệt nhuộm”. Bằng cách tập trung vào việc sử dụng Chlorella vulgaris, một
loại tảo có khả năng tái tạo cao và thân thiện với môi trường, nghiên cứu này hướng đến
việc tìm kiếm một giải pháp bền vững và kinh tế trong xử lý nước thải ngành dệt nhuộm
9. Tài liệu tham khảo [1]
W.-L. Chu, Y.-C. See, and S.-M. J. J. o. A. P. Phang, "Use of immobilised
Chlorella vulgaris for the removal of colour from textile dyes," vol. 21, pp. 641- 648, 2009. [2]
S.-L. Lim, W.-L. Chu, and S.-M. J. B. t. Phang, "Use of Chlorella vulgaris for
bioremediation of textile wastewater," vol. 101, no. 19, pp. 7314-7322, 2010. [3]
V. Pathak, D. Singh, R. Kothari, A. J. C. Chopra, and M. Biology,
"Phycoremediation of textile wastewater by unicellular microalga Chlorella
pyrenoidosa," vol. 60, no. 5, pp. 35-40, 2014. [4]
M. Hernández-Zamora et al., "Bioremoval of the azo dye Congo Red by the
microalga Chlorella vulgaris," vol. 22, pp. 10811-10823, 2015. [5]
S. Revathi, S. M. Kumar, P. Santhanam, S. D. Kumar, N. Son, and M.-K. Kim,
"Bioremoval of the indigo blue dye by immobilized microalga Chlorella vulgaris (PSBDU06)," 2017. [6]
G. Kwon, J.-H. Nam, D.-M. Kim, C. Song, and D. J. E. E. R. Jahng, "Growth
and nutrient removal of Chlorella vulgaris in ammonia-reduced raw and
anaerobically-digested piggery wastewaters," vol. 25, no. 2, pp. 135-146, 2020. [7]
J. X. Yap, C. Leo, D. J. C. Chan, N. H. M. Yasin, M. S. J. S. Sajab, and P.
Technology, "Chlorella vulgaris nanocellulose in hydrogel beads for dye
removal," vol. 324, p. 124613, 2023. [8]
M. J. Griffiths, R. G. Dicks, C. Richardson, S. T. J. B.-f. Harrison, and p.
technologies, "Advantages and challenges of microalgae as a source of oil for biodiesel," pp. 177-200, 2011. [9]
N. T. T. Thuy, T. N. J. H. U. J. o. S. A. Ngoc, and R. Development, "ẢNH
HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG DINH DƯỠNG VÀ ĐỘ MẶN ĐẾN SINH
TRƯỞNG CỦA VI TẢO Nannochloropsis oculata," vol. 130, no. 3A, pp. 13– 23-13–23, 2021.
[10] D. A. Abramowicz, "Aerobic and anaerobic biodegradation of PCBs: a review,"
Critical Reviews in Biotechnology, vol. 10, no. 3, pp. 241-251, 1990.
[11] N. H. Thuần and N. V. J. B. B. c. T. c. K. h. v. C. n. V. N. Giang, "Phân lập và 5
tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả năng khử màu nước thải dệt nhuộm," vol. 62, no. 6, 2020.
[12] N. T. Tuyền, "VI TẢO–MỘT GIẢI PHÁP TIỀM NĂNG CHO CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG." 10.
Nội dung nghiên cứu khoa học, triển khai thực nghiệm và phương án thực hiện
Các nội dung nghiên cứu chính
Nội dung 1. Tổng quan tài liệu về phân giải màu bằng quá trình sinh học và vi tảo
Công việc 1.1. Tổng quan tài liệu về phân giải màu bằng các quá trình sinh học.
Công việc 1.2. Tổng quan tài liệu về phân giải màu bằng vi tảo và xác định cơ chế loại bỏ màu.
Nội dung 2. Xác định ảnh hưởng của pH, thể tích tảo ban đầu, độ màu trong
loại bỏ màu nhóm Azo bằng vi tảo Chlorella Vulgaris với phương pháp luân
phiên từng biến (OFAT)
Công việc 2.1. Xác định ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý của vi tảo
Chlorella Vulgaris đối với nước thải dệt nhuộm.
Công việc 2.2. Xác định ảnh hưởng của thể tích tảo ban đầu ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.
Công việc 2.3. Xác định ảnh hưởng của độ màu của nước thải đến hiệu quả xử lý.
Nội dung 3. Tối ưu điều kiện pH, thể tích tảo ban đầu, nồng độ độ màu trong loại
bỏ màu nhóm Azo bằng vi tảo Chlorella Vulgaris với phương pháp đáp ứng bề 6 mặt (RSM)
Công việc 3.1. Xác định đồng thời ảnh hưởng của pH, thể tích tảo ban đầu, nồng
độ độ màu đến hiệu quả xử lý của vi tảo Chlorella Vulgaris đối với nhóm màu Azo.
Công việc 3.2. Kiểm định hiệu quả xử lý của vi tảo Chlorella Vulgaris đối với
nhóm màu Azo trên điều kiện thực tế so sánh với kết quả dự báo từ mô hình đáp ứng bề mặt (RSM). 7
11. Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng
11.1. Cách tiếp cận
Hình 1. Sơ đồ tiến trình nghiên cứu.
11.2. Thiết lập thí nghiệm với các yếu tố cần khảo sát bằng phương pháp luận
luân phiên từng biến ( OFAT)
Đánh giá ảnh hưởng phân giải màu bới các yếu tối môi trường thiết lập các thông số theo bảng sau:
Bảng 1. Các thông sô khảo sát trong phương pháp luân phiên từng biến ( OFAT) Các biến Tên yếu tố 1 2 3 4 5 6 8 pH 5 6 7 8 9 Độ màu (Pt – Co) 300 400 500 600 700 800
Thể tích tảo sử dụng ban đầu 1 2 3 4 5
Các thí nghiệm được thực hiện tương tự như mô tả phần ỏ bảng 1. Tuy nhiên
nồng độ tảo ban đầu và độ mặn của môi trường được thay đổi khác nhau. Các nghiệm
thức thí nghiệm được mô tả như trong bảng sau
Nghiệm thức 1: Cố đinh độ màu của dung dịch thêm bào ở 400 Pt - Co và thể
tích tảo ban đầu là 3L. Thay đổi các ảnh hưởng của pH lần lượt là 5 – 6 – 7 – 8 – 9.
Đánh giá ảnh hưởng và lựa chọn mức pH thích hợp đến hiệu quả phân giải độ màu của vi tảo
Nghiệm thức 2: Cố định lượng tảo ban đầu là 3L và pH tại NT-1. Thay đổi độ
màu lần lượt là 300 – 400 – 500 – 600 – 700 – 800 (Pt – Co). Đo độ màu của dung dịch
tảo trước và sau khi thêm dung dịch màu vào. Đánh giá hiệu quả xử lý độ màu và chọn
ra độ màu mà vi tảo phân giải hiệu quả nhất.
Nghiệm thức 3: Sau khi lựa chọn được pH ở nghiệm thức 1 và độ màu ở nghiệm
thức 2. Cố định 2 thống số ảnh hưởng và thay đổi lượng tảo ban đầu khi thêm vào.
Lượng tảo được thay đổi lần lược là 1 – 2 – 3 – 4 – 5. Từ đó đánh giá hiệu quả của
lượng tảo sử dụng đến tốc độ xử lý độ màu.
11.3. Bố trí thí nghiệm với các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải.
Việc thiết kế thí nghiệm bằng phương pháp RSM – CCD nhằm xác định được ba
yếu tố và mức độ ảnh hưởng của pH, độ màu và lượng tảo sử dụng ban đầu. Thí nghiệm
được thiết kế với bốn yếu tố áp dụng phương pháp RSM - CCD. Bốn yếu tố có ảnh
hưởng đến kết quả khảo sát được tiến hành tối ưu hóa theo phương pháp cấu trúc có
tâm (CCD) để xác định giá trị tối ưu và được nghiên cứu ở ba mức trong CCD mức thấp
(−1) và cao (+1) của hai yếu tố được liệt kê. Dựa vào kết quả thực nghiệm thu được từ
thí nghiệm theo RSM - CCD, phần mềm Design - Expert đã phân tích và đề xuất các
giải pháp để đạt hiệu suất cao nhất dựa trên các yếu tố. Phương pháp CCD giúp xác
định điểm hoạt động tối ưu cho mỗi yếu tố, nhờ đó có thể tối ưu hóa quá trình keo tụ
điện hóa để đạt hiệu suất xử lí tốt nhất, cho phép xác định và loại bỏ các yếu tố không
ảnh hưởng đến kết quả, giúp nâng cao độ tin cậy và chính xác của mô hình thực
nghiệm. Ngoài ra, để đánh giá độ tương thích của mô hình, phân tích hồi quy ANOVA
được sử dụng và dựa trên các hệ số R2 và P để đưa ra mức ý nghĩa về mặt thống kê của
mô hình đạt được. Thay vì thực hiện một số lượng lớn thí nghiệm, CCD cho phép giảm
thiểu số lượng thí nghiệm cần thực hiện mà vẫn giữ được sự độc lập và khả năng đánh
giá ảnh hưởng của các yếu tố
Bảng 2. Các thông sô khảo sát trong phương pháp RSM – CCD Bề mặt Chỉ tiêu Tên yếu tố Phám vi nghiên Mức đáp cứu -1 0 1 9 ứng pH 5 – 9 5 7 9 R1 Độ màu Độ màu (Pt – Co) 300 – 800 300 550 800 Thể tích tảo sử dụng 1 – 5 1 3 5 ban đầu pH 5 – 9 5 7 9 R2 COD Độ màu (Pt – Co) 300 – 800 300 550 800 Thể tích tảo sử dụng 1 – 5 1 3 5 ban đầu pH 5 – 9 5 7 9 R3 Nitơ Độ màu (Pt – Co) 300 – 800 300 550 800 Thể tích tảo sử dụng 1 – 5 1 3 5 ban đầu pH 5 – 9 5 7 9 R4 Phospho Độ màu (Pt – Co) 300 – 800 300 550 800 Thể tích tảo sử dụng 1 – 5 1 3 5 ban đầu Mô tả thí nghiệm
Các thí nghiệm được thực hiện theo các yếu tố thay đổi theo bảng 2. Tiến hành thay đổi
các yếu tố ảnh hưởng được thiết kế theo phương pháp đáp ứng bề mặt RSM. Từ đó với
mỗi nghiệm thức thực hiện tiến hành đo độ màu và các chỉ tiêu ban đầu của môi trường,
sau đó thêm vào dung dịch có độ màu cao theo thiết kế. từ đó đánh giá hiệu quả xử lý
màu theo từng ngày của các nghiệm thức khác nhau. Phương pháp phân tích
Bảng 3. Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu thông số thử nghiệm STT Thông số Phương pháp phân tích 1 pH Hi 9811-5 2 DO Hi 9143 3 COD SMEWW 5220 C:2012 4 TN SMEWW 4500 – N B&C 10 5 N-NH + 4 SMEWW 4500 NH3 B&C 6 N-NO -3 SMEWW 4500-NO3 E:2012 7 N-NO -2 SMEWW 4500-NO2 B:2012 8 P-PO 3- 4 SMEWW 4500-P B&E:2012 11