Ngày nay việc ứng dụng các vật liệu tự nhiên hoặc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp để xử lý kim loại nặng trong nước là một trong những xu hướng đang được quan tâm bởi sự hài hòa giữa tính kinh tế, tính thân thiện môi trường, cũng như hiệu quả kỹ thuật mà các vật liệu này mang lại. Các nghiên cứu trên thế giới cũng như tại Việt Nam về khả năng hấp phụ của một số vật liệu tự nhiên như chôm chôm, vỏ chuối, rong, than sinh học, vỏ lạc, cây thủy sinh, xơ dừa và vỏ trấu, ... trong việc xử lý kim loại nặng, bước đầu có những kết quả khả quan.

Mặc dù vậy, các nghiên cứu này thường dừng ở quy mô phòng thí nghiệm, chưa mang tính toàn diện và hệ thống để có đủ cơ sở khoa học cho việc triển khai áp dụng trên thực tiễn. Ngoài ra, hiệu quả xử lý của một số vật liệu kể trên chưa cao nên sẽ khó khả thi khi triển khai áp dụng rộng rãi trong thực tế. Hiểu được vấn đề đó, các nhà nghiên cứu tại Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc, hóa dầu (Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam) đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất chế phẩm từ phế phụ phẩm nông nghiệp để xử lý một số kim loại nặng trong nước sinh hoạt và nước thải công nghiệp”. Đây là đề tài cấp Bộ Công Thương do KS Nguyễn Thị Bảy làm chủ nhiệm.

 

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng và thử nghiệm thành công công nghệ sản xuất vật liệu có nguồn gốc từ phế phụ phẩm nông nghiệp để xử lý một số kim loại nặng trong nước sinh hoạt và nước thải công nghiệp đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia tương ứng. Công nghệ và vật liệu được phát triển bởi đề tài sẽ khắc phục được những vấn đề còn tồn tại mà các công nghệ khác chưa giải quyết được. 

Đối tượng nguyên liệu được hướng tới trong đề tài là nguồn nguyên liệu phế, phụ phẩm sẵn có của Việt Nam, thân thiện với môi trường và có chi phí thấp. Việc sử dụng nguồn nguyên liệu như vậy có đóng góp tích cực trong xử lý phế phụ phẩm cho ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, giảm ô nhiễm môi trường.

“Nhóm nghiên cứu kỳ vọng công nghệ sản xuất vật liệu có trình độ tiên tiến, không phát sinh phế thải thứ cấp, dễ triển khai áp dụng hiệu quả trên thực tiễn. Thiết bị sản xuất vật liệu và thiết bị ứng dụng vật liệu trong xử lý kim loại nặng có thể sản xuất trong nước với chi phí thấp. Vật liệu có hiệu quả xử lý kim loại nặng (Hg, Pb, Ni, Cd, As...) trong nước thải và nước sinh hoạt cao, có khả năng hoàn nguyên và tái sử dụng.” chủ nhiệm đề tài Nguyễn Thị Bảy cho biết.

Để thực hiện được mục tiêu trên, đề tài đã triển khai các nội dung chính bao gồm: Xây dựng phương pháp phân tích kim loại nặng trong nước thải và kiểm chứng độ tin cậy của phương pháp; Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm xử lý một số kim loại nặng (Hg, Pb, Ni, Cd) trong nước thải công nghiệp; Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm xử lý kim loại nặng (As) trong nước sinh hoạt; Chế tạo thử nghiệm chế phẩm xử lý một số kim loại nặng (Hg, Pb, Ni, Cd) trong nước thải công nghiệp và As trong nước sinh hoạt.

Đồng thời, nghiên cứu quy trình công nghệ ứng dụng chế phẩm xử lý một số kim loại nặng (Hg, Pb, Ni, Cd) trong nước thải công nghiệp và As trong nước sinh hoạt; Ứng dụng thử nghiệm hiệu quả xử lý một số kim loại nặng (Hg, Pb, Ni, Cd) trong nước thải công nghiệp và As trong nước sinh hoạt; Đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và môi trường của công nghệ.

Sau hơn 2 năm triển khai thực hiện, đề tài đã xây dựng và kiểm chứng độ tin cậy của phương pháp phân tích kim loại nặng trong nước bằng phương pháp ICP-OES. Kết quả cho thấy, phương pháp ICP-OES dùng để xác định hàm lượng kim loại Pb, Cd, Ni, Hg trong mẫu nước đạt giới hạn phát hiện thấp là 0,001 mg/L đối với Pb; 0,001 mg/L đối với Cd; 0,0008 mg/L đối với Ni và 0,0003 mg/L đối với Hg. Phương pháp xây dựng có độ lặp lại, độ đúng tốt với độ thu hồi nằm trong khoảng từ  96,2% – 99,1% đối với Pb; 98,3% – 99,0 % đối với Cd; 97,8 % - 99,3% đối với Ni; 97,3% - 99,8% đối với Hg. Chứng tỏ phương pháp phân tích đã xây dựng hoàn toàn phù hợp để xác định hàm lượng kim loại trong các mẫu nước.

Đồng thời, đề tài đã xây dựng được quy trình biến tính vỏ cam và ứng dụng xử lý một số kim loại nặng (Pb, Cd, Ni, Hg) trong nước thải công nghiệp. Sau khi sản xuất thử nghiệm và đánh giá khả năng hấp thụ kim loại nặng của 106kg vật liệu vỏ cam biến tính cho thấy, khả năng hấp thu các kim loại cao tương ứng Pb đạt 2,06 mmol/g sản phẩm ở nồng độ ban đầu 474,1 mg/L, khối lượng VCBT 1g/L; khả năng hấp thu Cd đạt 2,22 mmol/g sản phẩm ở nồng độ ban đầu 283,42 mg/L, khối lượng VCBT 1g/L; của Ni đạt 2,78 mmol/g sản phẩm ở nồng độ ban đầu 190,2 mg/L, khối lượng VCBT 1g/L; và của Hg đạt 2,83 mmol/g sản phẩm ở nồng độ ban đầu 627,74 mg/L, khối lượng VCBT 1g/L.

Trên cơ sở đó, các nhà nghiên cứu đã ứng dụng thử nghiệm khả năng xử lý kim loại nặng (Pb, Cd, Ni, Hg) trong mẫu nước thải công nghiệp bằng vật liệu vỏ cam biến tính, trên mô hình cột hấp phụ xây dựng tại phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy nước thải công nghiệp sau khi xử lý bằng vật liệu vỏ cam biến tính có các chỉ tiêu kim loại đạt theo quy chuẩn chất lượng nước thải QCVN 40:2011/BTNTM, cột B.

Ngoài ra, đề tài cũng đã xây dựng được quy trình biến tính vỏ bưởi và ứng dụng xử lý kim loại nặng (As) trong nước sinh hoạt. Đồng thời, sản xuất thử nghiệm được 24,43kg vật liệu vỏ bưởi biến tính ứng dụng xử lý kim loại nặng asen trong nước sinh hoạt. Đánh giá khả năng hấp thu kim loại (As) của vật liệu vỏ bưởi biến tính cho thấy, khả năng hấp thu (As) đạt 2,14 mmol/g sản phẩm ở nồng độ ban đầu 189,99 mg/L, khối lượng VBBT 1g/L. Đã ứng dụng thử nghiệm khả năng xử lý kim loại (As) trong mẫu nước sinh hoạt bằng vật liệu vỏ bưởi biến tính, trên mô hình cột hấp phụ xây dựng tại phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy nước sinh hoạt nhiễm asen sau khi xử lý bằng vật liệu vỏ bưởi biến tính, có chỉ tiêu kim loại asen đạt quy chuẩn nước sinh hoạt QCVN 02:2009/BYT, cột II.

“Chi phí sản xuất 1kg vật liệu vỏ cam biến tính ứng dụng xử lý kim loại nặng trong nước thải công nghiệp là khoảng 21.200 đồng. Thông thường, chi phí nguyên liệu này chiếm khoảng 50-60 % so với giá bán. Theo đó, giá bán 1kg vật liệu xử lý kim loại nặng trong nước thải công nghiệp chỉ khoảng 35.000 -42.000 VNĐ/1kg. Giá bán này rẻ hơn khoảng 3 lần so với vật liệu EDTA dùng xử lý kim loại trong nước bán trên thị trường có giá 123.000 đồng/1kg.

Chi phí sản xuất 1kg vật liệu vỏ bưởi biến tính ứng dụng xử lý asen trong nước sinh hoạt là khoảng 32.000 đồng, thông thường, chi phí nguyên liệu này chiếm khoảng 50-60 % so với giá bán. Theo đó giá bán 1kg vật liệu này khoảng 53.000 – 64.000 đồng/1kg. Giá bán này rẻ hơn khoảng 1,5 lần so với vật liệu xử lý nước đa năng Greensand Plus -USA có thể dùng xử lý nước nhiễm asen đang bán trên thị trường có giá 80.000 đồng/1kg.” KS Nguyễn Thị Bảy khẳng định.

Việc sản xuất và ứng dụng thử nghiệm thành công vật liệu vỏ cam và vỏ bưởi biến tính để xử lý kim loại nặng trong nước trên mô hình thử nghiệm mang lại nhiều ý nghĩa quan trọng. Kết quả không chỉ cho thấy năng lực làm chủ công nghệ của các nhà nghiên cứu trong nước, mà còn giúp xử lý nguồn phụ phẩm nông nghiệp dồi dào, tạo ra các sản phẩm xử lý kim loại trong nước thải thân thiện môi trường và hiệu quả cao.