Hiệu quả của chitosan, một polymer sinh học có nguồn gốc từ vỏ của các loài giáp xác, đã được đánh giá trong việc giảm độ đục của nước uống thông qua quá trình keo tụ. Trong nghiên cứu này, Chitosan với khối lượng phân tử trong khoảng 50 – 1000 kDa có khả năng xử lý độ đục hiệu quả (90-99%) đối với nước chứa đất sét bentonite và kaolinite. Kết quả tối ưu đạt được ở liều lượng thấp (1-3 mg/L), làm cho chitosan trở thành một lựa chọn tiềm năng thân thiện với môi trường thay thế cho các chất keo tụ truyền thống có gốc kim loại. Với tính hiệu quả về chi phí và giảm độc tính bùn thải, chitosan không chỉ cung cấp giải pháp xử lý nước hiệu quả mà còn mang lại lợi ích đáng kể về môi trường và kinh tế, thúc đẩy các phương pháp quản lý nước bền vững hơn.
Quản lý độ đục là yếu tố then chốt trong quá trình xử lý nước, đặc biệt là tại các nhà máy quy mô lớn và hệ thống cộng đồng. Việc kiểm soát độ đục hiệu quả không chỉ nâng cao hiệu suất xử lý mà còn bảo vệ sức khỏe cộng đồng bằng cách loại bỏ các chất ô nhiễm. Đây là bước quan trọng đầu tiên để đảm bảo sự thành công của các quy trình tiếp theo như lọc và khử trùng, từ đó cung cấp nước sạch, an toàn cho hàng triệu người.
Các chất keo tụ truyền thống vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước uống nhờ hiệu quả cao và khả năng xử lý khối lượng nước lớn. Tuy nhiên, việc sử dụng các chất này thường tạo ra bùn chứa kim loại nặng và các chất ô nhiễm khác, đòi hỏi quy trình xử lý phức tạp và tốn kém trước khi thải ra môi trường an toàn. Ngoài ra, các hóa chất này còn có thể để lại dư lượng kim loại trong nước uống đã qua xử lý, gây lo ngại về nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe con người khi sử dụng. Chính vì thế, chitosan – một loại polymer sinh học tự nhiên – đang được coi là giải pháp thay thế tiềm năng nhờ khả năng giảm độ đục hiệu quả ở liều lượng thấp. Chitosan có thể thay thế một phần hoặc hoàn toàn các chất keo tụ truyền thống dựa trên kim loại hoặc tổng hợp, mang lại giải pháp an toàn hơn, thân thiện với môi trường và không độc hại cho xử lý nước uống.
Việc sử dụng các vật liệu không độc hại như chitosan trong xử lý nước có thể giảm chi phí liên quan đến xử lý bùn thải nguy hại bằng cách làm cho bùn dễ quản lý và an toàn hơn so với việc sử dụng các hóa chất thông thường. Hơn nữa, bùn thu hồi từ các dòng có hàm lượng dinh dưỡng cao thậm chí có thể được tái sử dụng làm nguyên liệu thức ăn chăn nuôi hoặc phân bón hữu cơ. Dù vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết, phương pháp này mở ra triển vọng về một giải pháp xử lý nước sạch an toàn và bền vững hơn trong tương lai.
THÔNG TIN THỬ NGHIỆM:
-
Địa điểm: Đại học North Carolina, Mỹ.
-
Năm công bố: 2019
-
Loại sản phẩm: 11 loại Chitosan tan trong acid và 6 loại Chitosan tan trong nước với thông số khác nhau.
-
Thông tin về Chitosan:
+ Khối lượng phân tử (KLPT): 5 – 1,000 kDa
+ Độ deacetyl hóa (DD): 70 – 95%
+ Độ nhớt: 5 – 12,500 mPa·s
+ Dẫn xuất: Carboxymethyl (CMC), Lactate, Acetate, Hydrochloride (HCl)
+ Nguồn gốc: Sản phẩm chitosan thương mại được cung cấp bởi Heppe Medical Chitosan (Germany), Acros Organics (USA) và HaloSource (USA)
-
Đối tượng thí nghiệm: Nước mặt nhân tạo – Theo đề xuất của UEPA (1989) và NSF International (2008)
+ Phương pháp: Kaolinite và bentonite được sử dụng để tạo độ đục trong nước thử nghiệm.
+ Thông số đặc tính nước mặt nhân tạo:
THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM:
-
Chuẩn bị các dung dịch chitosan với KLPT và DD khác nhau, sau đó áp dụng vào nước mặt nhân tạo được kiểm soát độ đục bằng kaolinite và bentonite.
-
Thực hiện thử nghiệm keo tụ bằng phương pháp Jar Test, với các liều lượng chitosan khác nhau (1, 3, 10, 30 mg/L).
KẾT QUẢ
Hiệu quả xử lý của khối lượng phân tử khác nhau: Chitosan có trọng lượng phân tử cao hơn (50 kDa -1,000 kDa) cho kết quả giảm độ đục tốt nhất, đặc biệt với liều lượng 1 và 3 mg/L, đạt mức giảm độ đục lên đến 99% cho bentonite và 90% cho kaolinite. Trọng lượng phân tử thấp nhất (5 kDa) cho hiệu quả kém nhất, chỉ giảm được khoảng 46% độ đục.
Hiệu quả xử lý của độ deacetyl khác nhau: Các chitosan có độ deacetyl từ 70% đến 95% đều đạt hiệu quả giảm độ đục tốt ở liều lượng 3 mg/L, với mức giảm 99% cho bentonite và khoảng 90% cho kaolinite. Tuy nhiên, ở liều lượng cao hơn (10-30 mg/L), hiệu quả xử lý giảm đối với nước Kaolinite
Hiệu quả của các dẫn xuất Chitosan khác nhau: Các dẫn xuất Chitosan như HCl, Acetate, và Lactate cho hiệu quả giảm độ đục của nước bentonite tương đương với chitosan không biến đổi, giảm 98-99% độ đục. Đối với nước Kaolinite, dẫn xuất HCl và Lactate cho thấy 88-91% giảm độ đục kaolinite ở liều lượng 3 mg/L. Carboxymethyl Chitosan có hiệu quả kém nhất, chỉ giảm được khoảng 60% độ đục bentonite và không hiệu quả với kaolinite ở mọi liều lượng.
Nghiên cứu cho thấy chitosan là một chất keo tụ hiệu quả trong việc giảm độ đục trong xử lý nước uống, với hiệu quả tối ưu đạt được ở liều lượng 3 mg/L. Chitosan có KLPT cao (từ 50 kDa đến 1,000 kDa) cho thấy khả năng giảm độ đục vượt trội, đặc biệt là đối với bentonite. Điều này được giải thích bởi diện tích bề mặt lớn và khả năng trao đổi cation cao của bentonite, giúp nó phản ứng hiệu quả hơn với chitosan. Ngược lại, kaolinite, với cấu trúc và tính chất hóa học khác biệt, kém hiệu quả hơn trong quá trình xử lý với chitosan.
Bên cạnh đó, các dẫn xuất Chitosan như HCl, acetate, và lactate, đều cho thấy hiệu quả tương đương trong việc giảm độ đục nước bentonite, trong khi dẫn xuất carboxymethyl lại kém hiệu quả hơn. Khi Chitosan ở dạng dung dịch, nhóm chức carboxymethyl (COO–) làm suy yếu tương tác giữa nhóm amino (NH3+) và các hạt đất sét, dẫn đến hiệu quả keo tụ thấp hơn so với các dẫn xuất khác. Từ những phát hiện này, chitosan nổi lên như một sự thay thế tiềm năng cho các chất keo tụ truyền thống, không chỉ hiệu quả trong việc giảm độ đục mà còn an toàn hơn cho môi trường, đóng vai trò quan trọng trong các giải pháp xử lý nước bền vững và tiết kiệm hơn trong tương lai.
Công ty Cổ phần Việt Nam Food (VNF) có thể cung cấp một danh mục Chitosan đa dạng nhờ ứng dụng công nghệ sinh học tiên tiến, cho khả năng điều chỉnh các thông số về độ nhớt, độ deacetyl hóa, độ tan và các dẫn xuất chitosan khác (HCl, Lactate, Acetate), đáp ứng nhu cầu đa dạng trong xử lý nước. VNF đã tiến hành nhiều thử nghiệm thành công trong việc xử lý nước mặt và giảm độ đục, với các sản phẩm chitosan của công ty cho thấy hiệu quả vượt trội trong việc loại bỏ các chất hữu cơ lơ lửng, kim loại, cải thiện độ trong suốt của nước, và đảm bảo an toàn môi trường. Các thử nghiệm này chứng minh rằng chitosan của VNF phù hợp cho các ứng dụng quy mô lớn, mang lại giải pháp bền vững và kinh tế cho việc xử lý nước.
Nguồn: Ampai Soros (2019) Turbidity reduction in drinking water by coagulation-flocculation with chitosan polymers LINK