Luận văn nghiên cứu sử dụng vật liệu nano sio2 để xử lý nước thải ở làng nghề tái chế chì thôn đông mai xã chỉ đạo huyện văn lâm tỉnh hưng yên

LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: VŨ THỊ KIM OANH Mã số học viên: 1482440301005 Tôi xin cam đoan quyển luận văn được chính tôi thực hiện, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê và PGS.TS

Tính c ấ p thi ế t c ủa đề tài

Sự phát triển mạnh mẽ của nhiều ngành công nghiệp như dệt nhuộm, hóa chất, nhựa, công nghiệp giấy, thuốc da, luyện kim, mạ điện và chế phẩm màu đang gây ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam Ngoài các nhà máy lớn, các làng nghề cũng đang phát triển mạnh mẽ, với phần lớn cơ sở sản xuất quy mô nhỏ nằm trong hộ gia đình và khu dân cư đông đúc Hệ thống hạ tầng tại các làng nghề thường ở mức thấp, thiếu các hệ thống thu gom và xử lý chất thải hiệu quả, dẫn đến việc ô nhiễm ngày càng gia tăng.

Làng nghề tái chế chì tại thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên, đã trở thành một điểm “đen” về ô nhiễm môi trường trong suốt hơn 30 năm qua Nghề tái chế chì bắt đầu từ một số hộ thu mua ắc-quy hỏng và phát triển nhanh chóng, đạt tới gần 200 hộ làm nghề Trước năm 2016, việc phá dỡ ắc-quy diễn ra chủ yếu tại nhà, dẫn đến ô nhiễm nghiêm trọng từ hóa chất, chì và axit Các chất thải này đã ảnh hưởng nặng nề đến môi trường, sức khỏe và đời sống người dân Kể từ năm 2016, khi làng nghề được quy hoạch sản xuất tại khu tái chế tập trung, môi trường đã được cải thiện, đặc biệt là không khí, với việc thu gom và xử lý chất thải trước khi thải ra môi trường Tuy nhiên, nồng độ một số kim loại nặng trong nước vẫn cao hơn quy chuẩn cho phép nhiều lần.

Việc xử lý các thành phần ô nhiễm trong nguồn nước thải đang trở thành vấn đề cấp bách được các cấp quản lý và người dân đặc biệt quan tâm Sự phát triển của ngành nghề và nhu cầu thị trường đã dẫn đến sự gia tăng các hình thức sản xuất, điều này làm cho việc kiểm soát nguồn ô nhiễm môi trường trở nên khó khăn hơn.

Hiện nay, công nghệ xử lý nước đang phát triển mạnh mẽ với nhiều phương pháp lý học, hóa học và sinh học được áp dụng rộng rãi Các phương pháp này có thể kết hợp trong nhiều công đoạn để xử lý hiệu quả các đối tượng và thành phần ô nhiễm khác nhau.

Nano SiO2 là vật liệu vô cơ quan trọng với kích thước hạt nhỏ, diện tích bề mặt lớn và độ tinh khiết cao Nhờ vào tính chất phân tán tốt, Nano SiO2 được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề, bao gồm cao su, nhựa, gốm sứ, y sinh học và quang học Vật liệu này mang lại nhiều tính năng độc đáo, góp phần nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm trong các lĩnh vực khác nhau.

SiO2 dạng siêu mịn là một vật liệu đặc biệt đang được nghiên cứu nhiều nhờ vào các ứng dụng tiềm năng của nó Chất này có khả năng hấp phụ khí, hấp phụ ion kim loại nặng và hấp phụ các chất hữu cơ, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các lĩnh vực như xử lý nước và không khí.

Học viên đã chọn đề tài nghiên cứu cho luận văn là "Nghiên cứu sử dụng vật liệu nano SiO2 để xử lý nước thải tại làng nghề tái chế chì ở thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên".

M ụ c tiêu nghiên c ứ u

Đánh giá mức độ ô nhiễm nước thải và chất lượng nước mặt tại Cụm làng nghề thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện là rất quan trọng để xác định tác động của hoạt động tái chế chì đối với môi trường Việc này giúp nâng cao nhận thức cộng đồng về ô nhiễm và thúc đẩy các biện pháp bảo vệ nguồn nước.

Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên

- Nghiên c ứ u s ử d ụ ng v ậ t li ệ u nano SiO 2 để x ử lý nướ c th ả i c ủ a C ụ m làng ngh ề thôn Đông Mai trong phòng thí nghiệ m

- Đề xu ấ t mô hình x ử lý nướ c th ả i c ủ a C ụ m làng ngh ề thôn Đông Mai, sử d ụ ng v ậ t li ệ u nano SiO 2

Đối tượ ng và ph ạ m vi nghiên c ứ u

- Đối tượ ng nghiên c ứ u: V ậ t li ệ u nano SiO 2 ; nướ c th ả i c ủ a C ụ m làng ngh ề thôn Đông Mai.

Phạm vi nghiên cứu của Đại học Thủy lợi bao gồm các lĩnh vực liên quan đến quản lý tài nguyên nước, công trình thủy lợi, và phát triển bền vững Nhà trường tập trung vào việc nâng cao chất lượng giáo dục và nghiên cứu, đồng thời hợp tác với các tổ chức trong và ngoài nước để giải quyết các vấn đề cấp bách về môi trường và tài nguyên nước Các chương trình đào tạo tại Đại học Thủy lợi được thiết kế để đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động, khuyến khích sinh viên phát triển kỹ năng thực tiễn và tư duy sáng tạo.

Bài viết phân tích và đánh giá thành phần nước thải từ cụm làng nghề thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên Cụm làng nghề này bao gồm 26 cơ sở tái chế chì, tập trung vào hoạt động tái chế và xử lý chất thải, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

+ Phân tích và đánh giá chất lượng nướ c m ặ t khu v ự c C ụ m làng ngh ề thôn Đông Mai.

+ S ử d ụ ng v ậ t li ệ u nano SiO 2 để x ử lý nướ c th ả i ở C ụ m làng ngh ề thôn Đông Mai, trong phòng thí nghi ệ m

+ Đề xu ấ t mô hình x ử lý nướ c th ả i ở C ụ m làng ngh ề thôn Đông Mai, sử d ụ ng v ậ t li ệ u nano SiO 2

Phương pháp nghiên cứ u

Để đạt được các mục tiêu và nội dung nghiên cứu trong quá trình thực hiện đề tài luận văn, học viên áp dụng những phương pháp nghiên cứu phù hợp.

Phương pháp tổ hợp và thống kê tài liệu bao gồm việc thu thập, tổng hợp và phân tích các tài liệu liên quan để định hướng quy trình thực nghiệm của đề tài.

Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa được áp dụng để nghiên cứu hoạt động sản xuất tái chế chì tại cụm làng nghề thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên Nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng và quy trình sản xuất của làng nghề tái chế chì, từ đó đưa ra những giải pháp cải thiện hiệu quả hoạt động và bảo vệ môi trường.

- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kết quả, số liệu liên quan (chất lượng nước mặ t, nước thải, ) của các cơ quan quả n lý, các nhà nghiên c ứ u

- Phương pháp thí nghiệ m, phân tích, x ử lý s ố li ệ u:

+ Phương pháp thự c nghi ệ m phân tích m ộ t s ố thành ph ần trong nướ c th ả i, x ử lý s ố li ệ u để đưa ra các nhận định và đánh giá

+ Phương pháp thự c nghi ệ m dùng v ậ t li ệ u nano SiO 2 để x ử lý nướ c th ả i

Phương pháp so sánh được sử dụng để đánh giá chất lượng môi trường nước thải sau khi xử lý bằng vật liệu nano SiO2 Kết quả sẽ được đối chiếu với các tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành về môi trường Việc này không chỉ giúp xác định hiệu quả của vật liệu nano SiO2 trong xử lý nước thải mà còn đảm bảo rằng chất lượng nước sau xử lý đạt yêu cầu về an toàn môi trường.

TỔ NG QUAN

Gi ớ i thi ệ u v ề v ậ t li ệ u nano SiO 2

1.1.1 Cấu trúc vật liệu nano SiO 2

Silic đioxit - SiO 2 (Silica) là m ộ t khoáng s ả n, chi ế m 60% tr ọng lượ ng c ủa trái đấ t

Silica tồn tại trong tự nhiên dưới dạng đơn chất hoặc kết hợp với các oxit khác thành muối silicat Hai dạng phổ biến của silica là cát và thạch anh, với hai cấu trúc chính là tinh thể và vô định hình.

Silica cấu trúc tinh thể:

Cấu trúc tinh thể là dạng tồn tại chủ yếu của Silica trong tự nhiên, với SiO2 chủ yếu ở dạng tinh thể hoặc vi tinh thể như thạch anh, tridimit và cristobalit dưới áp suất thường Một số silica có cấu trúc tinh thể như coesit và stidhovit được hình thành ở nhiệt độ và áp suất cao Mỗi loại silica có hình thái bền ở những khoảng nhiệt độ khác nhau, với α-quartz ổn định trong khoảng 573-867 °C, tridymit ở 147 °C và cristobalit ở 1713 °C.

Silic đioxit có ba dạng tinh thể, được hình thành từ các tứ diện SiO4 liên kết với nhau qua các nguyên tử oxy chung Trong mỗi tứ diện, nguyên tử silic nằm ở trung tâm và liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử oxy ở các đỉnh Mỗi dạng tinh thể có cách sắp xếp khác nhau của các tứ diện SiO4, tạo nên cấu trúc độc đáo cho từng loại.

SiO 2 và các kiến trúc tinh thể của một số dạng đa hình của silic đioxit được trình bày ở hình 1.2 và hình 1.3 dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai

Hình 1.2 Mô hình cấu trúc tứ diện của SiO 2 a) Thạch anh b) Triđ imit c) Cristobalit

Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể của silica

Silica cấu trúc vô định hình:

SiO 2 d ạng vô đị nh hình có c ấ u trúc tinh th ể không xác đị nh Trong t ự nhiên chúng có m ặt trong đất đá, trầ m tích (d ạng đá opan) và các s ả n ph ẩ m c ủ a các quá trình t ổ ng h ợ p ph ụ c v ụ cho công nghi ệ p SiO 2 vô đị nh hình t ổ ng h ợ p có hai lo ạ i d ựa trên phương pháp t ổ ng h ợ p là siliac quá trình ướ t và silica c ủ a quá trình s ố c nhi ệ t, g ồ m các s ả n ph ẩm như silica sol, silica gel, silica bộ t, silica k ế t t ủ a, th ủ y tinh khan:

Silica sol là dạng huyền phù của các hạt silica vô định hình, có cấu trúc bao gồm các chuỗi liên kết ngang và chứa nhiều lỗ khí.

SiO2 dạng keo có những lỗ xốp rất nhỏ, trung bình từ 10nm đến 100nm, tùy thuộc vào độ tinh khiết và phương pháp chế tạo Với độ xốp cao, SiO2 dạng keo được xem là vật liệu nhẹ nhất hiện nay, có khối lượng riêng khoảng 3 kg/m3 Độ bền của silica sol chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, pH, nồng độ muối và sự hiện diện của chất hoạt động bề mặt.

Silica gel có cấu trúc mạng lưới 3 chiều chắc chắn với các hạt hình cầu, bao gồm liên kết Si-O-Si và Si-O-H Các lỗ rỗng trong cấu trúc này được lấp đầy bởi phân tử nước từ quá trình thủy phân và ngưng tụ.

Silica dạng hydrogel là gel chứa đầy nước trong mao quản, trong khi silica dạng xerogel là gel đã loại bỏ các phần tử nước, dẫn đến gãy cấu trúc và giảm độ xốp Nếu quá trình loại bỏ nước diễn ra mà không làm co ngót hoặc vỡ cấu trúc gel, sẽ tạo ra silica dạng aerogel.

Silica kết tủa là sản phẩm được hình thành từ sự kết tụ của các hạt silica có kích thước keo, không tạo thành liên kết hóa học trong mạng lưới gel lớn trong suốt quá trình kết tủa.

Silica có thể được hình thành từ pha hơi, tạo ra dạng "silica pyrogenic," hoặc từ quá trình kết tủa trong dung dịch Silica kết tủa sở hữu cấu trúc mở hơn và có thể tích lỗ mao quản lớn hơn Tính chất vật lý và hóa học của silica kết tủa có thể thay đổi tùy thuộc vào quy trình sản xuất.

SiO2 dạng khối là sản phẩm tổng hợp từ silic dioxide được phân tán cao, có thể được phân loại theo các quá trình chế tạo như sản phẩm tự nhiên, bán tổng hợp và sản phẩm tổng hợp Các sản phẩm này có sự khác biệt rõ rệt về tính chất của silica Sản phẩm tự nhiên bao gồm bộ t quartz và thạch anh, trong khi bán tổng hợp gồm fused silica, silica fume, và tro từ thực vật Các sản phẩm dạng tinh thể có kích thước micro hoặc lớn hơn, với diện tích bề mặt từ 1 m²/g đến 10 m²/g.

Silica ở d ạ ng kh ố i k ết đám vớ i nhau thành nh ữ ng c ấ u trúc h ạ t phân nhánh và kéo dài v ới kích thướ c trung bình kho ả ng 100 nm-200 nm

SiO2 nhân tạo xuất hiện dưới nhiều hình thức khác nhau như silica gel, silica khói, aerogel, xerogel và silica keo Cấu trúc và tính chất của từng dạng phụ thuộc vào điều kiện tổng hợp.

1.1.2 Tính chất và ứng dụng của vật liệu nano SiO 2

Tính chất hóa học của silic dioxit (SiO2) rất đa dạng và quan trọng trong nhiều lĩnh vực Silic dioxit có tính ổn định cao, không dễ bị phân hủy và có khả năng chống lại nhiều loại axit Nó thường được sử dụng trong ngành xây dựng, sản xuất thủy tinh và vật liệu chịu nhiệt Silic dioxit cũng có vai trò quan trọng trong công nghệ điện tử, nơi nó được dùng làm vật liệu cách điện Các tính chất này khiến silic dioxit trở thành một nguyên liệu thiết yếu trong nhiều ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu khoa học.

G ồ m hai thành ph ầ n là Si (46,83%), O (53,33%) Các thông s ố hóa h ọ c c ủ a SiO 2 đượ c trình bày t ạ i b ả ng 1.1

Bảng 1 1 Thông số hóa học của SiO 2 [21]

TT Thông s ố hóa h ọ c D ự li ệ u hóa h ọ c

Tính ch ất vật lý hạt nano SiO 2 :

Trong th ự c t ế , v ậ t li ệ u nano SiO 2 thườ ng xu ấ t hi ện dướ i d ạ ng b ộ t màu tr ắ ng M ộ t s ố tính ch ấ t v ậ t lý c ủ a h ạ t v ậ t li ệ u nano SiO 2 đượ c th ể hi ệ n t ạ i b ả ng 1.2:

Bảng 1 2 Thông số vật lý của hạt nano SiO 2 [21]

Kh ối lượ ng phân t ử 59,96 g/mol Độ nóng ch ả y 1600°C

Vật liệu nano SiO2 được ứng dụng rộng rãi dựa trên tính chất và các dạng tồn tại của nó Trên thế giới, SiO2 được biết đến với nhiều ứng dụng đa dạng như làm vật liệu xúc tác, vật liệu điện môi, chất hấp phụ khí và ion kim loại nặng, chất mang vô cơ, cũng như trong lĩnh vực xây dựng như sản xuất gạch bê tông, bê tông hiện đại, phụ gia sản xuất xi măng, và lọc nước cho cây trồng.

Gi ớ i thi ệ u chung v ề ắ c quy

1.2.1 Định nghĩa và công dụng a Định nghĩa Ắ c quy chì là m ộ t thi ế t b ị điện hóa, dùng để bi ến đổi năng lượng dướ i d ạ ng điện năng thành hóa năng (khi nạp) và ngượ c l ạ i bi ến hóa năng thành điện năng (khi phóng) Ắ c quy axit chì đượ c phân lo ại như sau: dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai

Ắc quy chì là một bộ phận quan trọng cung cấp điện năng cho các động cơ như motor và ôtô Nó được sử dụng để cung cấp năng lượng điện cho các phụ tải khi động cơ không hoạt động.

Sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ và nhu cầu sử dụng máy móc, động cơ, phương tiện giao thông ngày càng gia tăng tại Việt Nam đã thúc đẩy tỷ lệ tăng trưởng sản xuất axit quy chì hàng năm không ngừng tăng lên Theo quy hoạch phát triển ngành Hóa chất Việt Nam giai đoạn đến năm 2010 và dự báo đến 2020, dự kiến sẽ có sự gia tăng đáng kể trong sản xuất axit quy chì để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong các lĩnh vực chiếu sáng và lưu kho tại các vùng cao.

Bảng 1.3 Dự báo số lượng ắc quy sản xuất đến năm 2020

H ở khí mi ễ n b ảo dưỡ ng

Bảo dưỡng châm hút khô là một quy trình quan trọng trong ngành thủy lợi, giúp duy trì hiệu suất hoạt động của các hệ thống Việc bảo trì định kỳ không chỉ đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả mà còn kéo dài tuổi thọ của nó Các chuyên gia khuyên nên thực hiện bảo dưỡng thường xuyên để phát hiện sớm các vấn đề và giảm thiểu chi phí sửa chữa Hệ thống thủy lợi cần được chăm sóc đúng cách để phục vụ tốt cho các hoạt động nông nghiệp và quản lý nước.

Như vậ y có th ể th ấ y, ắc quy đượ c ứ ng d ụ ng khá r ộ ng rãi và ph ổ bi ế n trong cu ộ c s ố ng cũng như các ngành công nghiệ p

1.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ắc quy chì a C ấu tạo

Bình ắc quy thường được cấu tạo từ 6 ngăn, mỗi ngăn cung cấp điện áp 2V Khi kết nối 6 ngăn lại với nhau, tổng điện áp của bộ ắc quy sẽ đạt 12V.

Vỏ bình ắc quy được chế tạo từ vật liệu chịu axit và nhiệt, như nhựa cứng hoặc ebonite Bên trong vỏ có các vách ngăn để tạo thành các ngăn đơn, giúp phân chia không gian Dưới đáy bình có hai yếm đỡ bản cực, nhằm hỗ trợ các bản cực và tránh hiện tượng ngắn mạch do cặn bẩn lắng đọng tại đáy bình.

Bảng cực được chế tạo từ hợp kim chì và antimony, với các xương dọc và xương ngang nhằm tăng độ cứng và tạo ra các ô cho chất hoạt tính bám trên bề mặt Chất hoạt tính phủ trên khung ô bảng cực dương là PbO2, trong khi bảng cực âm sử dụng Pb xốp Ở giữa các bảng cực, dung dịch axit H2SO4 loãng được pha chế theo tỷ lệ nhất định với nước cất.

Khi ắc quy hoạt động, việc tăng cường sự tham gia của các phản ứng hóa học là rất quan trọng Để nâng cao bề mặt tiếp xúc của các chất hoạt tính với dung dịch điện phân, người ta chế tạo các chất hoạt tính có độ xốp Đồng thời, các tấm cực cùng tên được ghép song song để tạo thành một chùm cực trong mỗi ngăn ắc quy đơn.

Chùm bản cực dương và âm được lồng xen kẽ nhau, với một tấm lá cách điện được chế tạo từ chất cách điện như nhựa xốp, thủy tinh hoặc gỗ đặt giữa hai bản cực khác tên.

Nắp của ắc quy có chức năng bảo vệ các bộ phận bên trong, ngăn bụi và vật lạ từ bên ngoài xâm nhập, đồng thời giữ cho dung dịch điện phân không bị tràn ra ngoài Trên nắp bình có các lỗ để đổ và kiểm tra dung dịch điện phân, được bịt kín bằng các nút có lỗ thông hơi nhỏ Để đảm bảo độ kín của bình, mép nắp ắc quy và các lỗ cực đầu ra thường được chát nhựa chuyên dụng.

Hình 1.5 Cấu tạo ắc quy chì – axit [10] b Nguyên lý ho ạt động

Nguyên lý n ạp và phóng điệ n M ỗ i ắ c quy n ạp và phóng năng lượng điệ n qua ph ả n ứ ng hóa h ọ c v ớ i dung d ịch điệ n phân

Quá trình phóng điệ n di ễ n ra n ếu như giữ a hai c ự c ắ c quy có m ộ t thi ế t b ị tiêu th ụ điệ n, khi đó xả y ra ph ả n ứ ng hóa h ọ c sau:

T ạ i c ực dương: 2PbO 2 + 2H 2 SO 4 → 2PbSO 4 + 2H 2 O + O 2

Ph ả n ứ ng chung g ộ p l ạ i trong toàn bình là:

Quá trình phóng điệ n k ế t thúc khi mà PbO 2 ở c ực dương và Pb ở c ự c âm hoàn toàn chuy ể n thành PbSO 4

Quá trình n ạp điệ n cho ắ c quy, do tác d ụ ng c ủa dòng điệ n n ạ p mà bên trong ắ c quy s ẽ có ph ả n ứng ngượ c l ạ i so v ớ i chi ề u ph ả n ứ ng trên:

Kết thúc quá trình nạp, ắc quy trở lại trạng thái ban đầu với cực dương là PbO2 và cực âm là Pb.

1.2.3 Thực trạng tái chế ắc quy thải ở Việt Nam

Trong cu ộ c s ống cũng như các ngành công nghi ệ p, ắc quy đượ c s ử d ụ ng khá ph ổ bi ế n

Mặc dù tuổi thọ của ắc quy chì thấp, với thời gian sử dụng cao nhất chỉ 5 năm, nhưng hàng năm vẫn có một lượng lớn ắc quy bị thải bỏ Theo báo cáo từ Tổng cục Môi trường, vào năm 2010, khoảng 40.000 tấn ắc quy chì đã được thải ra môi trường, và con số này đã tăng lên gần 70.000 tấn vào năm 2015, dự báo sẽ tiếp tục gia tăng trong những năm tới.

Mặt khác, chì trong một bình ắc quy chì chiếm khoảng 70% trọng lượng của bình Lượng chì thải bỏ này có khả năng tái chế và tái sử dụng cho ngành công nghiệp hóa chất.

Vỏ bình chiếm khoảng 5-7% trọng lượng của ắc quy, được làm từ các vật liệu như polyetylen, polypropylen hoặc ebonite Lá cách được làm từ vật liệu PVC và sợi thủy tinh, chiếm khoảng 18% trọng lượng của ắc quy.

Công tác thu gom và tái chế ắc quy thải ngày càng được doanh nghiệp và nhà nước chú trọng Tuy nhiên, vấn đề này vẫn đang gặp khó khăn trong việc kiểm soát từ các cơ quan có trách nhiệm.

Các bi ệ n pháp x ử lý kim lo ạ i n ặng trong môi trường nướ c

Trên toàn cầu và tại Việt Nam, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về các biện pháp loại bỏ kim loại nặng, đặc biệt là chì, trong nước thải Các phương pháp chủ yếu được áp dụng bao gồm hóa - lý (kết tủa hóa học, oxy hóa-khử, trao đổi ion, xử lý điện hóa) và sinh học (hấp phụ và hấp thụ bằng vật liệu sinh học, chuyển hóa sinh học bằng sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật).

Tùy thu ộ c vào m ức độ ô nhi ễ m kim lo ạ i n ặng trong nước, để l ự a ch ọn phương pháp xử lý phù h ợ p

Phương pháp này tập trung vào việc đưa các chất phản ứng vào nước thải nhằm tạo ra tác động với các tập chất bẩn và chất biến đổi hóa học Qua đó, nó giúp tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hòa tan mà không gây độc hại hay ô nhiễm môi trường.

Các phương pháp hóa lý được áp dụng phổ biến trong việc xử lý kim loại nặng trong môi trường nước bao gồm: phương pháp bay hơi, kết tủa hóa học, trao đổi ion, hấp phụ, kỹ thuật màng và điện hóa.

M ỗ i m ột phương pháp đề u có nh ững ưu nhược điểm và điề u ki ệ n ứ ng d ụ ng khác nhau

Dựa trên điều kiện địa phương và yêu cầu vệ sinh, phương pháp hóa lý được xem là giải pháp cuối cùng hoặc là phương pháp xử lý sơ bộ trong hệ thống xử lý nước thải.

Với các nguồn nước thải có nồng độ kim loại cao và pH cực đoan, việc áp dụng phương pháp hóa lý có thể mang lại hiệu quả xử lý cao Tuy nhiên, trong một số điều kiện nhất định, phương pháp này không đạt hiệu quả tối ưu và chi phí cho các phương pháp đắt đỏ, đặc biệt khi nồng độ kim loại nặng trong nước từ 10-100 mg/l.

Phương pháp tách kim loại nặng từ nước thải dựa trên phản ứng hóa học giữa chất cần tách và các yếu tố môi trường như pH và dung môi Sản phẩm của phản ứng này là các chất kết tủa, được tách khỏi nước bằng các phương pháp như lắng, lọc hoặc sử dụng các chất hòa tan không độc hại Một số phương pháp hóa học phổ biến trong việc loại bỏ kim loại nặng bao gồm oxy hóa – khử và kết tủa hóa học.

Phương pháp oxy hóa – kh ử :

Nguyên lý c ủa phương pháp là sử d ụ ng ch ấ t có kh ả năng oxy hóa (hoặ c kh ử) để chuy ể n kim lo ạ i n ặ ng hòa tan sang d ạng không độc trong nướ c

Khử và oxy hóa là quá trình quan trọng trong hóa học, thể hiện qua phản ứng điện hóa Tại Đại học Thủy Lợi, nghiên cứu về các phản ứng này được nhấn mạnh, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về ứng dụng thực tiễn trong ngành thủy lợi và môi trường Việc nắm vững kiến thức về khử và oxy hóa không chỉ là nền tảng cho các nghiên cứu khoa học mà còn hỗ trợ trong việc giải quyết các vấn đề môi trường hiện nay.

Phương pháp này hoạt động dựa trên phản ứng hóa học giữa chất được đưa vào và các kim loại cần tách Trong điều kiện phản ứng thích hợp, quá trình này sẽ tạo ra hợp chất kết tủa, từ đó được tách ra khỏi nước bằng phương pháp lắng.

Phương pháp phổ biến hiện nay để tạo kết tủa kim loại nặng là sử dụng hydroxit thông qua quá trình trung hòa các chất thải axit Điều kiện pH cần thiết để tạo kết tủa phụ thuộc vào từng loại kim loại khác nhau Dưới đây là phương trình tạo kết tủa.

M ộ t s ố ưu điể m c ủa phương pháp đượ c th ể hi ệ n t ạ i b ả ng 1.4:

Bảng 1.4 Ưu nhược điểm của phương pháp kết tủa hóa học Ưu điể m Nhược điể m

+ X ử lý đượ c cùng lúc nhi ề u kim lo ạ i, hi ệ u qu ả x ử lý cao;

+ X ử lý được nướ c th ải đố i v ớ i các nhà máy có quy mô l ớ n;

+ T ạ o ra bùn th ả i kim lo ạ i;

+ T ốn kinh phí như vậ n chuy ể n, chôn l ấ p khi đưa bùn thải đi xử lý;

Sử dụng tác nhân tạo kết tủa OH- gặp khó khăn trong việc điều chỉnh pH đối với nước thải chứa kim loại lưỡng tính như Zn Phương pháp trao đổi ion là một giải pháp quan trọng để thu hồi các kim loại nặng trong nước, với cơ chế hoạt động hiệu quả giúp loại bỏ các tạp chất độc hại.

Phương pháp dựa trên nguyên tắc trao đổi ion sử dụng ionit là nhựa hữu cơ tổng hợp, bao gồm các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm trao đổi ion Quá trình trao đổi ion được thực hiện trong hai cột Cationit và Anionit.

Cơ chế của phản ứng là một yếu tố quan trọng trong lĩnh vực thủy lợi, giúp xác định cách thức hoạt động của các hệ thống nước Việc hiểu rõ cơ chế này không chỉ hỗ trợ trong việc thiết kế và quản lý các công trình thủy lợi hiệu quả mà còn đảm bảo sự bền vững cho môi trường Các nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực này cần được phát triển để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên nước, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến hệ sinh thái.

Hiện nay, phương pháp này được áp dụng rộng rãi để thu hồi kim loại trong nước, nhờ vào việc đảm bảo các yêu cầu khi sử dụng công nghệ xử lý.

Phương pháp đơn giản và dễ áp dụng giúp xử lý kim loại hiệu quả, đặc biệt trong không gian nhỏ Nó có khả năng thu hồi kim loại có giá trị mà không tạo ra chất thải thứ cấp Tuy nhiên, chi phí xử lý của phương pháp này khá cao, do đó không phù hợp với các hệ thống xử lý quy mô lớn.

Phương pháp sử dụng vật liệu hấp phụ có diện tích bề mặt lớn cho phép tạo ra các trung tâm hoạt động hiệu quả, giúp lưu giữ ion kim loại nặng trên bề mặt vật liệu.

Gi ớ i thi ệ u v ề làng ngh ề tái ch ế chì thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạ o, huy ện Văn Lâm,

1.4.1 Điều kiện tự nhiên và đặc điểm kinh tế - xã hội

1.4.1.1 Điều kiện tự nhiên a V ị trí địa lý

Làng nghề tái chế thôn Đông Mai, thuộc xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên, có diện tích tự nhiên 85,3 ha, chiếm 14,3% diện tích toàn xã.

Xã Ch ỉ Đạ o có v ị trí ti ếp giáp như sau:

- Phía Nam giáp xã Minh H ả i, huy ện Văn Lâm

- Phía Đông giáp xã Đại Đồ ng, huy ện Văn Lâm

- Phía Tây giáp xã L ạ c H ồ ng, huy ện Văn Lâm

V ị trí c ủa thôn Đông Mai trong xã như sau:

- Phía Đông Bắc giáp xã Đại Đồ ng

- Phía Tây giáp thôn Tr ị nh Xá

- Phía Nam giáp thôn Ngĩa Lộ

- Phía B ắc giáp thôn Văn Ố (Cát Lư)

Bản đồ xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên được thể hiện trong hình 1.8 Bản đồ này cung cấp cái nhìn tổng quát về địa lý và các đặc điểm nổi bật của khu vực, giúp người đọc hiểu rõ hơn về vị trí và các yếu tố liên quan đến xã Chỉ Đạo.

Hình 1.8 Bản đồ xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên [3] b Đặc điểm tự nhiên

Làng nghề tái chế thôn Đông Mai nằm ở khu vực có địa hình cao hơn so với các địa phương khác trong tỉnh, với bề mặt tương đối bằng phẳng và có xu hướng nghiêng dần về hướng Đông.

Thôn Đông Mai, thuộc xã Chỉ Đạo, nằm trong khu vực đồng bằng Bắc Bộ, chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, với đặc điểm nóng ẩm Nơi đây có bốn mùa rõ rệt: xuân, hạ, thu, đông, với nhiệt độ trung bình hàng năm dao động từ 20°C đến 25°C Mùa đông kéo dài từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, có khí hậu khô và lạnh, trong khi mùa hè lại nóng ẩm.

Mùa mưa có lượng mưa trung bình đạt 1650 mm, trong khi mùa khô chỉ khoảng 450 mm Thời gian mưa nhiều nhất là từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm 70% tổng lượng mưa hàng năm, với một số trận mưa có thể lên tới 200-300 mm Từ giữa tháng 4 đến tháng 6, lượng mưa thường dao động từ 60-100 mm/tháng, với độ ẩm không khí trung bình hàng năm khá cao.

79%- 92% Hai hướ ng gió ch ủ đạ o t ại xã là Đông – Nam và Đông – B ắc Gió Đông –

Từ tháng 5 đến tháng 10, gió biển mang theo độ ẩm cao và gây mưa Trong khi đó, từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau, gió chủ yếu từ hướng Đông – Bắc, có tính chất lạnh và khô Từ tháng 2 đến tháng 4, gió Đông lại mang đến mưa phùn cho khu vực.

Mùa bão c ủ a khu v ự c là t ừ tháng 5 đến tháng 10, hàng năm có từ 1- 3 cơn bão ả nh hưở ng tr ự c ti ếp đế n khí h ậ u, th ủy văn khu vự c nghiên c ứ u

Thông thường lượ ng b ốc hơi có liên quan đế n nhi ệt độ , n ắng, mưa, độ ẩ m và gió

Lượ ng b ố c hơi trung bình nhiều năm là 752 mm/năm.

Hệ thống sông ngòi của tỉnh Hưng Yên rất phong phú, bao gồm hai hệ thống sông lớn là sông Hồng và sông Luộc, cùng với hơn 20 con sông nhỏ khác.

Hệ thống sông lớn này cung cấp nguồn nước mặt dồi dào và giàu phù sa, với lưu lượng nước chảy qua đạt khoảng 80-90 tỷ m³/năm và 11-12 tỷ m³/năm Đặc biệt, xã Chỉ Đạo nằm trong khu vực này.

H ồ ng ch ả y qua nên thu ậ n l ợ i cho phát tri ể n nông nghi ệ p

Thổ nhưỡng của khu vực nghiên cứu thuộc nhóm đất phù sa, được bồi đắp hàng năm bởi hệ thống sông Hồng Loại đất này có đặc điểm là pH trung tính nhờ vào tính chất phù sa hóa và quá trình thâm canh lúa nước Ngoài ra, đất còn có hàm lượng mùn cao và thành phần cơ giới chủ yếu là thịt nặng, giàu sét.

1.4.1 2 Đặc điểm kinh tế - xã hội

Làng ngh ề tái ch ế thôn Đông Mai hiệ n có 3000 nhân kh ẩ u v ớ i 667 h ộ , s ố ng t ậ p trung t ạ i 4 xóm: xóm Đông, xóm Nam, xóm Bắ c và xóm Chùa

Cơ cấu kinh tế của thôn Đông Mai chủ yếu dựa vào sản xuất nông nghiệp và tái chế chì Tuy nhiên, trong những năm gần đây, ô nhiễm môi trường đất và nước đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành nông nghiệp, khiến nó không còn là nguồn thu nhập chính Do đó, người dân trong thôn chủ yếu tham gia vào các hoạt động tái chế chì hoặc làm việc tại các địa phương khác để kiếm sống.

- Ti ể u th ủ công nghi ệ p chi ế m 62,5%

Dịch vụ thương mại chiếm 17% tổng sản phẩm của Đại học Thủy lợi, thể hiện sự phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực này Trường không chỉ tập trung vào giảng dạy mà còn chú trọng đến việc cung cấp các dịch vụ thương mại, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và đáp ứng nhu cầu của xã hội Đại học Thủy lợi đang nỗ lực không ngừng để mở rộng và cải thiện các dịch vụ, nhằm tạo ra giá trị gia tăng cho sinh viên và cộng đồng.

Kết hợp với trồng trọt, nhiều hộ gia đình trong thôn đã gia tăng chăn nuôi, áp dụng các kỹ thuật thực tế Họ chủ động định kỳ tiêm các loại vaccine phòng chống dịch bệnh cho vật nuôi Bên cạnh đó, việc mở các lớp tập huấn về chăn nuôi và phòng trừ dịch bệnh cũng được hỗ trợ bởi cơ quan chính quyền tại xã cùng các ban ngành như Hội Nông dân.

Phụ nữ trong hợp tác xã dịch vụ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế địa phương Theo thống kê đến ngày 30/12/2015, trên địa bàn thôn, số lượng vật nuôi được ghi nhận gồm 534 con lợn, 5000 con gia súc, gia cầm và 32 con trâu bò Việc xây dựng và bảo vệ môi trường cũng là một phần quan trọng trong hoạt động của hợp tác xã.

Cơ sở hạ tầng xã Chỉ Đạo, đặc biệt là thôn Đông Mai, đã được nâng cấp đáng kể với đường làng và ngõ xóm được bê tông hóa và lát gạch 100% Hệ thống trường học và cơ sở y tế cũng được trang bị đầy đủ Năm 2015, xã đã tiến hành tu sửa và cải tạo 08 phòng học cùng nhà hiệu bộ của Trường trung học cơ sở Chỉ Đạo với tổng kinh phí trên 2,1 tỷ đồng.

Xã thường xuyên tuyên truyền và vận động nhân dân cùng các công ty hoạt động trên địa bàn thực hiện tốt công tác vệ sinh môi trường, đảm bảo vệ sinh trong khu dân cư và các trục đường giao thông Mỗi thôn đều có tổ thu gom rác thải hoạt động thường xuyên, góp phần bảo vệ môi trường Nhìn chung, công tác vệ sinh môi trường tại xã hiện nay đã được cải thiện đáng kể so với những năm trước.

NGHIÊN CỨ U TH Ự C NGHI Ệ M

KẾ T QU Ả VÀ TH Ả O LU Ậ N