BÁO cáo NGHIÊN cứu KHOA học kĩ THUẬT đề tài NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG hạt CHÙM NGÂY (MORINGA OLEIFERA) để xử lý nước lũ THÀNH nước SINH HOẠT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ QUÝ ĐÔN
--------

Cuộc thi khoa học kỹ thuật quốc gia
dành cho học sinh trung học năm học 2014-2015

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HẠT CHÙM NGÂY
(MORINGA OLEIFERA) ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC LŨ
THÀNH NƯỚC SINH HOẠT TẠI BÌNH ĐỊNH

Lĩnh vực: KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG

Bình Định,


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
I. TĨM TẮT......................................................................................................1
1. Mục đích:.......................................................................................................1
3. Dữ liệu và kết luận:.......................................................................................1
II. GIỚI THIỆU..................................................................................................2
1. Lý do chọn đề tài.............................................................................................2
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài.......................................................................2
3. Giả thuyết khoa học........................................................................................2
4. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................3
5. Thời gian nghiên cứu.......................................................................................3

6. Những điểm mới của đề tài...........................................................................3
Chương 1: TỔNG QUAN.................................................................................5
1.1.Tổng quan về cây chùm ngây......................................................................5
1.1.1.Nguồn gốc................................................................................................5
1.1.2.Tên gọi......................................................................................................5
1.2.Tổng quan về quả chùm ngây......................................................................7
1.2.1. Đặc điểm.................................................................................................7
1.2.1.1.Đặc điểm hình thái................................................................................7
1.2.1.2.Thành phần hóa học..............................................................................7
1.2.2.Cơng dụng của hạt chùm ngây.................................................................9
1.2.2.1.Ép dầu....................................................................................................9
1.2.2.2.Chất lọc nước........................................................................................9
1.2.3.Ứng dụng của hạt chùm ngây trong xử lí mơi trường..............................9
1.3.Tổng quan một số quy trình xử lí nước.....................................................10
1.3.1.Các phương pháp xử lí nước..................................................................10
1.3.2. Q trình keo tụ.....................................................................................11
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU.........................12
2.1.1. Nhóm phương pháp lý luận...................................................................12
2.2. Thiết bị nghiên cứu và hóa chất:..............................................................12
2.3. Quy trình chế tạo vật liệu xử lý từ hạt chùm ngây và hệ thiết bị xử lý...13
2.3.1.Quy trình chế tạo vật liệu tự nhiên từ hạt chùm ngây............................13


2.3.2.Quy trình xử lý mẫu nước lũ..................................................................14
2.3.3. Thiết kế hệ thống thiết bị xử lý nước lũ................................................14
2.4.Phương pháp phân tích..............................................................................16
2.4.1.Phương pháp keo tụ: Xác định các điều kiện tối ưu đối với các mẫu
nước lũ khác nhau...........................................................................................16
2.4.2.Phương pháp complexon: Xác định hàm lượng Ca2+, Mg2+ của các mẫu
nước lũ trước và sau khi xử lí bằng hạt chùm ngây (chỉ xác định với thời gian

tối ưu)..............................................................................................................17
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU V À THẢO LUẬN............................20
3.1.Xác định độ đục của các mẫu nước lũ.......................................................20
3.2. Xác định nồng độ hạt chùm ngây tối ưu đối với các mẫu nước lũ khác nhau20
3.2.1.Mẫu nước lũ có độ đục 150 NTU (kí hiêu mẫu: NL1 – 150 NTU).......21
3.2.2.Mẫu nước lũ có độ đục 225 NTU (kí hiêu mẫu: NL2 – 225 NTU).......22
3.2.3.Mẫu nước lũ có độ đục 300 NTU (kí hiêu mẫu: NL3 – 300 NTU).......24
3.3.Nghiên cứu điều kiện tối ưu về thời gian lắng và tạo bơng trong q trình
xử lý nước lũ...................................................................................................29
3.4.Nghiên cứu về giá trị pH trước và sau khi xử lý mẫu nước lũ..................29
3.5.Nghiên cứu về khả năng ức chế và kháng vi khuẩn Ecoli và Colifom trước
và sau khi xử lý mẫu nước lũ..........................................................................30
3.6.Nghiên cứu về mùi của mẫu nước lũ trước và sau khi xử lý.....................31
3.7. Xác định hàm lượng tổng chất lơ lững.....................................................31
3.8. Xác định hàm lượng sắt, mangan và oxi hòa tan....................................32
3.9. Xác định hàm lượng Ca2+, Mg2+ của các mẫu nước lũ trước và sau khi xử
lí bằng hạt chùm ngây (chỉ xác định với thời gian tối ưu là 4 giờ).................33
3.10. So sánh về hiệu quả xử lý cũng như khả năng kháng khuẩn và giá trị pH
của mẫu nước lũ khi xử dụng vật liệu tự nhiên ( vật liệu hạt chùm ngây) và
vật liệu nhân tạo ( phèn nhôm)........................................................................36
KẾT LUẬN.....................................................................................................37
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................39
PHỤ LỤC 1
PHỤ LỤC 2


1. DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cây chùm ngây..............................................................................5
Hình 1.2. Các bộ phận cây chùm ngây..........................................................6
Hình 1.3. Quả cây chùm ngây đã tách vỏ......................................................7

Hình 2.1. Nhân và bột hạt chùm ngây.........................................................13
Hình 2.2. Sơ đồ mặt cắt của mơ hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt..15
Hình 2.3. Mơ hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt...............................16
Hình 3.1. Mẫu nước lũ NL-1: 150NTU trước và sau xử lý.........................21
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn kết quả xử lý keo tụ nước lũ 150 NTU bằng hạt
cây chùm ngây ở các thời gian lắng khác nhau...........................................22
Hình 3.3. Mẫu nước lũ NL-2: 225NTU trước và sau xử lý.........................23
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn kết quả xử lý keo tụ nước lũ 225 NTU.............24
Hình 3.5. Mẫu nước lũ NL-3: 300NTU trước và sau xử lý.........................25
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn kết quả xử lý keo tụ nước lũ 300 NTU.............26
bằng hạt cây chùm ngây ở các thời gian lắng khác nhau.............................26
Hình 3.7. Quá trình keo tụ/tạo bơng với chiết xuất protein từ MO.............28
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn kết quả xử lí Ca 2+, Mg2+ bằng hạt chùm ngây đối
với mẫu nước lũ 150 NTU...........................................................................33
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn kết quả xử lí Ca 2+, Mg2+ bằng hạt chùm ngây đối
với mẫu nước lũ 225 NTU...........................................................................34
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn kết quả xử lí Ca 2+, Mg2+ bằng hạt chùm ngây
đối với mẫu nước lũ 300 NTU.....................................................................35


2. DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1. Kết quả đo độ đục của các mẫu ở các sông khác nhau................20
Bảng 3.2. Kết quả xử lý keo tụ nước lũ có độ đục 150 NTU bằng hạt cây
chùm ngây ở các nồng độ khác nhau...........................................................21
Bảng 3.3. Kết quả xử lý keo tụ nước lũ có độ đục 225 NTU bằng hạt cây
chùm ngây ở các nồng độ khác nhau...........................................................23
Bảng 3.4. Kết quả xử lý keo tụ nước lũ có độ đục 300 NTU bằng hạt cây
chùm ngây ở các nồng độ khác nhau...........................................................25
Bảng 3.5. Thời gian lắng và tạo bông tối ưu................................................29

Bảng 3.7. Kết quả xác định vi khuẩn Ecoli và Colifom ở mẫu NL1...........31
Bảng 3.8. Kết quả xác định vi khuẩn Ecoli và Colifom ở mẫu NL2...........31
Bảng 3.9. Kết quả phân tích hàm lượng chất lơ lững ở các thời gian lắng..32
Bảng 3.10. kết quả phân tích hàm lượng sắt, mangan và oxi hịa tan..........32
Bảng 3.11. Kết quả xử lí Ca2+, Mg2+ của nước lũ 150 NTU trước và sau khi
keo tụ bằng hạt chùm ngây..........................................................................33
Bảng 3.12. Kết quả xử lí Ca 2+, Mg2+ của nước lũ 225 NTU trước và sau khi
keo tụ bằng hạt chùm ngây..........................................................................34


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu nhà
trường THPH Chuyên Lê Q Đơn- Bình Định, đã tạo điều kiện về thời gian
và kinh phí để chúng em thực hiện và hồn thành đề tài.
Chúng em xin gửi lời tri ân đến Thầy giáo hướng dẫn Hà Huy Giáp
luôn theo sát và chỉ dẫn chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn đến quí Thầy, Cơ Khoa Hóa học,
trường Đại học Quy Nhơn ln tạo điều kiện về nơi làm thí nghiệm, trang
thiết bị thí nghiệm và giúp đỡ chúng em trong q trình thí nghiệm thực hiện
đề tài.
Chúng em cũng xin gửi lời biết ơn đến Q Cơ, Chú ở phịng thí
nghiệm Khoa sinh học phân tử Viện Sốt rét- Ký sinh trùng- Cơn trùng Quy
Nhơn và Trung tâm phân tích và kiểm nghiệm thuộc sở Khoa học và Cơng
nghệ Bình Định đã phân tích và kiểm tra kết quả thí nghiệm mà chúng em
thực hiện.
Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban tổ chức cuộc thi Khoa học
Kỹ thuật dành cho học sinh trung học phổ thông đã tạo ra sân chơi về tri thức
và sáng tạo đầy ý nghĩa này.
Cuối cùng chúng em xin gửi lời biết ơn đến Bố Mẹ và Bạn bè trong lớp
12H vì sự tận tình hỗ trợ và giúp đỡ trong cơng tác lấy mẫu và thiết kế mơ

hình thí nghiệm thực hiện đề tài.
Tập thể học sinh nghiên cứu khoa học

Cao Tiến Trung
Võ Thị Trúc Ly


I. TĨM TẮT
1. Mục đích:
- Nghiên cứu đánh giá khả năng keo tụ của vật liệu tự nhiên làm từ hạt
chùm ngây
- Nghiên cứu khả năng ức chế vi khuẩn Ecoli và Coliform của vật liệu
hạt chùm ngây
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt của vật liệu
và tính khả thi của vật liệu khi áp dụng trên quy mơ hộ gia đình ở một số vùng
nơng thơn Bình Định.
2. Trình tự thực hiện:
Sau khi được các thầy cô tập huấn và hướng dẫn cách nghiên cứu khoa
học. Chúng em đã tiến hành nghiên cứu một số nội dung của chương trình
hóa học và sinh học ở các lớp 10,11,12 chuyên:
+ Tìm hiểu về thành phần nước lũ
+ Tìm hiểu những đặt tính lý hóa của nước lũ như mùi, độ đục, pH...
+ Tìm hiểu về thành phần các hợp chất có trong hạt chùm ngây
+ Tìm hiểu về khả năng keo tụ của hạt chùm ngây
Tìm hiểu nhu cầu thực tiễn về nguồn nước sinh hoạt phục vụ cho nhu
cầu cuộc sống, tham khảo một số mơ hình xử lý nước lũ đã có. Được sự tài
trợ về kinh phí của nhà trường và gia đình chúng em đã bắt đầu tiến hành
nghiên cứu quy trình xử lý nước lũ từ vật liệu là hạt chùm ngây có trong tự
nhiên và thiết kế chế tạo ra thiết bị xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt.
3. Dữ liệu và kết luận:

Hệ thiết bị và vật liệu xử lý của chúng em có nhiều ưu điểm so với các
hệ thiết bị và vật liệu khác như: vật liệu xử lý có sẵn trong tự nhiên, các thao
tác tiến hành đơn giản dễ dàng phổ biến cho người dân, rẽ tiền nhưng hiệu
quả xử lý triệt để. Vật liệu xử lý từ hạt chùm ngây không chỉ xử lý triệt để
thành phần chất bẩn độc hại mà cịn có khả năng kháng khuẩn và khơng để lại
tác hại phụ cho người sử dụng.
Vật liệu xử lý nước lũ chế tạo từ hạt chùm ngây có thể góp phần bảo vệ
mơi trường và sức khỏe cho cộng đồng, ngăn ngừa các đại dịch có thể xảy ra
trong mùa mưa lũ ở các vùng nơng thơn khơng có nguồn nước sạch để sinh
hoạt.

-1-


II. GIỚI THIỆU
1. Lý do chọn đề tài.
Quê Nội em nằm ở giữa hai con sông Lại Giang và sông Kim Sơn. Mỗi mùa
mưa đến thì cả xã lại chìm trong biển nước lũ. Người dân nơi đây khơng có nước
để sinh hoạt, họ phải sử dụng nước lũ làm nước sinh hoạt. Tuy nhiên trong thành
phần của nước lũ có nhiều hợp chất độc hại và các loại vi khuẩn gây bệnh. Do đó
khi sử dụng nguồn nước lũ này dễ dẫn đến các bệnh về đường ruột như bệnh tiêu
chảy, giun sán…Hằng năm có nhiều trẻ em và người già hay mắc các loại bệnh
trên do sử dụng nguồn nước lũ này. Từ thực tế trên đã thôi thúc em nghĩ ra ý
tưởng tìm kiếm những vật liệu có sẵn trong tự nhiên có khả năng xử lý nguồn
nước lũ thành nước sinh hoạt, nhằm mục đích phục vụ cho những vùng nông thôn
nghèo như ở quê nội em. Với những kiến thức học được từ các môn hóa học và
sinh học về các nội dung như: thành phần protein, kim loại, pH, các phương pháp
chuẩn độ, tế bào, các loại vi khuẩn... Chúng em rất mong muốn được vận dụng
vào thực tiễn cuộc sống.
Xuất phát từ thực tiễn và những lý do trên đã thôi thúc em nghĩ ra ý tưởng chế

tạo hệ thiết bị và vật liệu tự nhiên là hạt chùm ngây dùng để xử lý nước lũ thành
nước sinh hoạt nhằm phục vụ cho người nông dân trong trời gian mưa lũ ở vùng
nông thơn
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu đánh giá khả năng keo tụ của vật liệu tự nhiên làm từ hạt
chùm ngây
- Nghiên cứu khả năng ức chế vi khuẩn Ecoli và Coliform của vật liệu hạt
chùm ngây
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt của vật liệu và
tính khả thi của vật liệu khi áp dụng trên quy mô hộ gia đình ở một số vùng nơng
thơn Bình Định.
3. Giả thuyết khoa học
- Sự thành cơng của đề tài sẽ có một ý nghĩa to lớn trong việc cải tạo
nguồn nước sinh hoạt ở nông thôn trong mùa mưa lũ. Mang lại nguồn nước an
toàn, đảm bảo sức khỏe cho người dân ở nông thôn trong mùa mưa lũ.
- Vật liệu chế tạo từ hạt chùm ngây sẵn có ở nhiều địa phương nên giá

-2-


thành thấp, do đó người dân có thể tiếp cận dễ dàng và khả năng phổ biến rộng rải
ra cộng đồng các khu dân cư ở nhiều địa phương khác.
- phương pháp xử lý đơn giản dễ áp dụng do đó tính khả thi cao đối với các
vùng nơng thơn khơng có điều kiện tiếp cận với nguồn nước sạch
- Nếu được đầu tư nghiên cứu để hoàn thiện đề tài, chúng em nghĩ rằng
mình đã đóng góp một phần nhỏ đối với sự phát triển kinh tế ở địa phương, bảo vệ
được sức khỏe cho người dân và có thể phòng và ngừa được các bệnh dịch tả
trong mùa mưa lũ.
4. Đối tượng nghiên cứu
- Thành phần nước lũ ở các vùng nơng thơn trong tỉnh Bình Định.

- Thành phần vật liệu tự nhiên được tạo ra từ hạt chùm ngây.
5. Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 9/2014 đến 12/2014
6. Những điểm mới của đề tài
So với các nghiên cứu trước đây, đề tài có những điểm mới sau đây:
1- Lần đầu tiên sử dụng vật liệu tự nhiên chế tạo từ hạt chùm ngây để xử lý
nước lũ thành nước sinh hoạt
2- Lần đầu tiên đề xuất và thiết kế mơ hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt
tại Bình Định hồn tồn khơng dùng hóa chất nhân tạo độc hại.
3- Lần đầu tiên, đề tài nghiên cứu một cách hệ thống từ phân tích thành phần
nước lũ trước và sau xử lý như độ đục, mùi, pH, hàm lượng COD, hàm lượng
sắt,... cho đến việc thực hiện phép phân tích so sánh với vật liệu xử lý truyền
thống bằng hóa học như phèn nhơm cho thấy vật liệu chùm ngây có khả năng xử
lý vượt trội hơn so với vật liệu truyền thống bằng hóa học ở những điểm sau:
+ Nếu sử dụng các chất hóa học để xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt trong
một thời gian dài có nguy cơ gây ra các tác hại cho sức khỏe con người như thần
kinh rối loạn hệ thống tự trị, ức chế sự khống hóa xương hay bệnh Alzheimer.
Trong khi đó sử dụng vật liệu tự nhiên làm từ hạt chùm ngây không gây tác dụng
phụ đối với con người.
+ Để khử trùng nước sau khi xử lý phương pháp truyền thống thường sử dụng
các hóa chất như clo (Cl2), ozon(O3), cloramin và clodioxit(ClO2) những chất này
đều có khả năng tạo ra sản phẩm phụ như DBPs. Chính sản phẩm phụ này có khả
năng gia tăng nguy cơ gây ung thư và các vấn đề sức khỏe liên quan. Còn khi sử

-3-


dụng vật liệu tự nhiên thì tự trong vật liệu chứa hoạt chất có khả năng khử trùng
mà khơng gây hại đến sức khỏe.
4- Giải pháp mới mà chúng em đưa ra là tận dụng được nguồn nguyên liệu
sẵn có trong tự nhiên, nên giúp tiết kiệm chi phí đáng kể cho người dân.

5- Giải pháp mà chúng em thực hiện luôn luôn thân thiện với môi trường và
đảm bảo được sự an toàn về sức khỏe cho người sử dụng, nhằm phát triển bền
vững về nguồn nước sạch cho sinh hoạt. Đặc biệt ở vùng nông thôn

-4-


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1.Tổng quan về cây chùm ngây

Hình 1.1. Cây chùm ngây
1.1.1.Nguồn gốc
Cây chùm ngây hay ba đậu dại ( Moringa oleifera) [1] là loài thực
vật thân gỗ phổ biến nhất trong chi chùm ngây (Moringa) thuộc họ chùm
ngây (Moringaceae).
Cây chùm ngây (MO) là cây vạn năng cho vùng sinh thái khắc nghiệt,
có nguồn gốc ở bang Utar Pradesh, phía tây bắc Ấn Độ. Cây này được trồng
nhiều nhất ở các nước châu Á, châu Phi và châu Mỹ la tinh.
1.1.2.Tên gọi
Cây chùm ngây (MO) được gọi với nhiều tên khác nhau như:


Tên thông dụng: Chùm ngây (Việt Nam), Moringa (international)

, Drumstick tree (US), Horseradish tree, Behen, Drumstick Tree, Indian
Horseradish, Noixde Bahen.

Tên Khoa học: Moringa oleifera hay M. Pterygosperma thuộc họ
Moringaceae
 Đặc điểm hình thái

-5-


Hình 1.2. Các bộ phận cây chùm ngây
Cây chùm ngây là cây thân mộc cao cỡ trung bình, ở độ tuổi trưởng
thành cây có thể mọc cao hàng chục mét. 1 tuổi nếu khơng cắt ngọn cây có
thể cao tới 5-6m và có đường kính 10 cm. 3-4 năm tuổi là cây ở độ tuổi
trưởng thành. Thân cây óng chuốt, khơng có gai. Lá kép dài 30–60 cm, hình
lơng chim, màu xanh mốc; lá chét dài 12–20 mm hình trứng, mọc đối có 6-9
đơi. Cây trổ hoa vào các tháng 1–2. Hoa trắng kem, có cuống, hình dạng
giống hoa đậu, mọc thành thùy ở nách lá, có lơng tơ, nhiều mật. Quả dạng
nang treo, dài 25–40 cm, ngang 2 cm, có 3 cạnh, chỗ có hạt hơi gồ lên, dọc
theo quả có khía rãnh. Hạt màu đen, to cỡ hạt đậu Hà Lan, hình trịn 3 cạnh và
3 cánh màu trắng dạng màng [2].

1.2.Tổng quan về quả chùm ngây

-6-


Hình 1.3. Quả cây chùm ngây đã tách vỏ
1.2.1. Đặc điểm
1.2.1.1.Đặc điểm hình thái
Quả cây chùm ngây là quả dạng nang treo, dài 25–40 cm, ngang 2 cm, có
3 cạnh, chỗ có hạt hơi gồ lên, dọc theo quả có khía rãnh. Hạt màu đen, trịn,
lớn cỡ hạt đậu Hà Lan, có 3 cạnh và 3 cánh trắng dạng màng [4].
1.2.1.2.Thành phần hóa học
Hạt cây chùm ngây chứa nhiều thành phần hóa học như: Glucosinolates
(1%) và có thể lên đến 9% sau khi hạt đã được khử chất béo. Các acid loại phenol

carboxylic như 1-beta-D-glucosyl-2,6-dimethyl benzoate.Dầu béo (20-50%): phần
chính gồm các acid béo như oleic acid (60-70%), palmitic acid (3-12%), stearic
acid (3-12%) và các acid béo khác như behenic acid, eicosanoic và lignoceric
acid…trong

đó

có

6

rhamnopyranosyloxy)benzyl

chất

tiêu

biểu:4-(4’-O-

isothiocynate

(chất

rhamnopyranosy)benzyl

isothiocynate

(chất

pterygospermin

4),

isothiocyanate

(chất

benzyl

rhamnopyranosyloxy)benzyl glucosinolate (chất 6)

-7-

2 ),

acetyl-a-L1),

niazimicin
(chất

4-(-L(chất

5),

3 ),

4-(a-L-


Thành phần đáng quan tâm nhất trong hạt chùm ngây chính là protein, nó

đóng vai trị là chất keo tụ trong q trình xử lí nước, do chùm ngây chứa
thành phần đáng kể các dimer cationic với khối lượng phân tử khoảng 13 kDa
[3] và điểm đẳng điện pI là trên 10. Amino axit phân tích và trình tự cho thấy
tổng cộng 60 dư lượng và peptide này đã được báo cáo cơ sở dữ liệu protein
và được đặt tên là chất keo tụ protein MO [2,7]. Một cấu trúc 3D của protein
đã được đề xuất bởi Okoli. Peptit có 8 axit amin mang điện tích dương (7
arginines và 1 histidine ) và 15 gốc glutamic.Trên cơ sở đó đã chỉ ra được
vùng glutamic - giàu protein gây ra sự keo tụ này [6].
Có sự tương đồng đáng kể giữa chất keo tụ protein từ MO và protein dự
trữ phổ biến như 2S albumin và một phần của chuỗi lớn của cả hai napins và
mabinlins. Napins ban đầu được tổng hợp như một tiền chất protein, được
proteolytically cắt để tạo ra một chuỗi A nhỏ hơn 4.000 Da và một chuỗi B
lớn hơn 9.000 Da liên kết với nhau [6], [7]. Tương đồng như vậy có thể rất
hữu ích cho việc giải thích các hoạt động keo tụ của hạt giống khác đã được

-8-


sử dụng trong việc xử lí nước.
1.2.2.Cơng dụng của hạt chùm ngây
Hạt khơ của cây chùm ngây có thể được ứng dụng để làm hoạt chất lọc
nước hoặc ép lấy dầu.
1.2.2.1.Ép dầu
Hạt của chùm ngây chứa rất nhiều dầu, lượng dầu chiếm đến 30-40%
trọng lượng của hạt, có nơi trồng chùm ngây để ép dầu, năng suất đạt 10
tấn/ha. Dầu chùm ngây ăn được, và có thể dùng để bơi trơn máy móc, đồng
hồ, dùng cho cơng nghệ mỹ phẩm, xà phịng, dùng để chải tóc. Dầu chùm
ngây được bán trên thị trường dưới tên gọi tiếng Anh là ben-oil. Chính vì thế
cây chùm ngây có tên là “Ben-oil tree”. Chất dầu trong hạt có phẩm chất tốt,
màu vàng tươi sáng với một hương vị dễ chịu được so sánh chất lượng với

dầu oliver, để rất lâu không hỏng.
1.2.2.2.Chất lọc nước
Nước tự nhiên thường bị vẩn đục do những hạt keo lơ lửng trong nước,
các hạt keo này có thể là sét, mùn, vi sinh vật, các hidroxit ở dạng keo vơ định
hình (Fe(OH)3, Al(OH)3,...). Nước đục là nước bị ô nhiễm, nó làm giảm sự
chiếu sáng của ánh sáng mặt trời vào nước. Tại các vùng ô nhiễm nơi nơng
thơn nghèo châu Á, châu Phi thì nước sạch trở nên khan hiếm không đủ cho
tất cả mọi người sử dụng, chính vì vậy mà người ta đã ứng dụng hạt chùm
ngây để xử lí nước. Hạt chùm ngây thường được nghiền nát hòa vào nước để
lắng, các chất cặn bẩn sẽ bị loại bỏ hoàn toàn. Nước sạch này còn được sát
khuẩn do tác dụng của chất dầu cay trong hạt, nên có thể dùng ngay làm nước
uống.
1.2.3.Ứng dụng của hạt chùm ngây trong xử lí mơi trường
Ở Việt Nam phần lớn cây chùm ngây (MO) được trồng nọc trần tại Ninh
Thuận, là nguồn thực phẩm chính cho đồng bào dân tộc Chăm và Raglay, và

-9-


là dược liệu nhiều cơng dụng. Chùm ngây cịn mọc hoang và được trồng ở các
địa phương như Bình Định, Đà Nẵng, Khánh Hịa, Bình Thuận , Kiên Giang
và gần đây nhất được trồng thành trại ở Đồng Nai, Bà Rịa, Vũng Tàu,… Tuy
thông tin về khả năng xử lý nước của hạt cây chùm ngây đã xuất hiện trên
một số phương tiện thông tin đại chúng ở Việt Nam, nhưng nó vẫn chưa được
ứng dụng để xử lý nước lũ ở các vùng nông thôn.
1.3.Tổng quan một số quy trình xử lí nước
1.3.1.Các phương pháp xử lí nước
Trong kỹ thuật xử lý nước người ta thường hay dùng các phương pháp sau:
 Phương pháp cơ học: ứng dụng các cơng trình và thiết bị thích hợp để loại
bỏ các tạp chất thô trong nước bằng trọng lực : lắng, lọc,..sử dụng q trình làm

thống tự nhiên hoặc cưỡng bức để khử sắt trong nước ngầm.
 Phương pháp hoá học và hoá lý : sử dụng phèn để làm trong và khử
màu (q trình keo tụ) các nguồn nước có độ đục và độ màu cao; sử dụng các
tác nhân oxy hoá hoá học để khử sắt, mangan trong nước ngầm, sử dụng clo
và các hợp chất của clo để khử trùng nước. Một phương pháp hoá lý khác
hiện nay đang trở nên phổ biến là sử dụng các loại nhựa trao đổi ion để
làm mềm nước và khử các chất khoáng trong nước.
 Phương pháp vật lý: điện phân NaCl để khử muối, dùng các tia tử ngoại
để khử trùng, sử dụng các màng lọc chuyên dụng để loại bỏ các ion trong
nước.
Đối với nước mặt mục đích xử lý chủ yếu là giảm độ đục, độ màu và loại
bỏ các vi sinh vật gây bệnh trong nước, do đó cơng nghệ xử lý nước mặt
thường ứng dụng q trình keo tụ – tạo bơng với việc sử dụng phèn nhôm hay
phèn sắt để kết tụ các hạt cặn lơ lửng trong nước tạo nên các bơng có kích
thước lớn hơn, sau đó lắng lọc và khử trùng trước khi phân phối vào mạng
cấp nước (sử dụng).
Đối với nước ngầm mục đích xử lý chủ yếu là khử sắt và mangan công

- 10 -


nghệ xử lý thường là làm thoáng tự nhiên (dàn mưa) hoặc nhân tạo (quạt gió)
để oxy hố các ngun tố Fe2+, Mn3+ ở dạng hoà tan trong nước thành Fe 3+,
Mn4+ ở dạng kết tủa sau đó tách ra bằng quá trình lắng lọc và khử trùng.
1.3.2. Quá trình keo tụ
Trong nước sông suối, hồ ao,.. thường chứa các hạt cặn có nguồn gốc
thành phần và kích thước rất khác nhau. Đối với các loại cặn này dùng các
biện pháp xử lý cơ học trong công nghệ xử lý nước như lắng lọc có thể loại
bỏ được cặn có kích thước lớn hơn 10 -4 mm. Cịn các hạt có kích thước nhỏ
hơn 10-4 mm khơng thể tự lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng.

Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng phải dùng biện pháp lí cơ học kết hợp với
biện pháp hố học, tức là cho vào nước cần xử lí các chất phản ứng để tạo ra
các hạt keo có khả năng kết lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng có
trong nước, taọ thành các bơng cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể.
Để thực hiện q trình keo tụ người ta cho vào nước các chất phản ứng
thích hợp như : phèn nhơm Al2(SO4)3; phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3. Các loại
phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hoà tan.
Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, khơng đủ để trung hồ ion
H+ thì cần phải kiềm hoá nước. Chất dùng để kiềm hoá thông dụng nhất là vôi
CaO. Một số trường hợp khác có thể dùng là Na2CO3 hoặc xút NaOH. Thơng
thường phèn nhôm đạt được hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước có pH = 5,5-7,5.
Một số nhân tố cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ như: các thành phần
ion có trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy
trộn, môi trường phản ứng, nhiệt độ…Xử lý nước là q trình làm thay đổi
thành phần, tính chất nước tự nhiên theo yêu cầu của các đối tượng sử dụng
phụ thuộc vào thành phần, tính chất của nước nguồn và yêu cầu chất lượng
của nước, của đối tượng sử dụng.

- 11 -


Chương 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
2.1. Phương pháp nghiên cứu.
Được sự hướng dẫn của các giáo viên hướng dẫn chúng em đã tiến
hành nghiên cứu từ lí thuyết đến thực tiễn như sau:
2.1.1. Nhóm phương pháp lý luận.
- Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về khả năng keo tụ của vật liệu chế tạo
từ hạt chùm ngây.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về thành phần của vật liệu.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về một số quy trình xử lý nước

Như:
+ Phương pháp cơ học
+ phương pháp hóa học và hóa lý
2.1.2. Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn.
- Nghiên cứu các hệ thiết bị và vật liệu xử lý nước có bán trên thị trường
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của hệ thiết bị đã có trên mạng Internet.
- Nghiên cứu thành phần chính của nước lũ
- Tiến hành chế tạo hệ thiết bị sau nhiều lần thử nghiệm và chỉnh sữa
+ Thiết kế dung tích và tính tốn các kích thước để xác định lượng
nước đưa vào trước và ra sau xử lý.
+ Chế tạo vật liệu: từ nguồn nguyên liệu đầu là hạt chùm ngây để tạo
thành vật liệu xử lý là bột chùm ngây.
+ Thử nghiệm và chỉnh sửa nhiều lần để hoàn chỉnh hệ thiết bị và vật liệu.
2.2. Thiết bị nghiên cứu và hóa chất:
- Trong quá trình phân tích hàm lượng các chất có sử dụng các thiết bị
như AAS, tủ sấy, cân phân tích, máy khuấy từ gia nhiệt... ở Khoa Hóa học và
Khoa Sinh trường ĐH Quy Nhơn.
- Máy xác định độ đục và máy xác định COD
Hạt chùm ngây

- 12 -


 Mẫu nước lũ
Dung dịch EDTA 0,1N
Dung dịch NaOH 1N
Dung dịch đệm amoni
Nước cất
Cốc thủy tinh 1000ml
Bình nón 100ml

Buret 25ml
Pipet 10ml
Máy khuấy từ
2.3. Quy trình chế tạo vật liệu xử lý từ hạt chùm ngây và hệ thiết bị xử lý
2.3.1.Quy trình chế tạo vật liệu tự nhiên từ hạt chùm ngây
Các hạt chùm ngây có chất lượng tốt (thu hái tại Bình Định) được chọn
ra, bóc bỏ hạt khỏi nhân. Thu lấy nhân bên trong hạt, sấy nhẹ ở 40 0C -700C
trong 24h rồi đem nghiền nhỏ trên máy xay gia dụng. Nhân hạt chùm ngây
sau khi được xay nhỏ thành bột mịn để làm chất keo tụ trong nghiên cứu.

Hình 2.1. Nhân và bột hạt chùm ngây
Ngay trước mỗi mẻ thử nghiệm, lấy 5g nhân hạt chùm ngây đã nghiền
nhỏ ở trên hòa trộn với 200 mL nước máy sau đó khuấy đều hỗn hợp với tốc
độ vừa phải trên máy khuấy từ khoảng 30 phút. Tiếp theo, tiến hành lọc
huyền phù sau khuấy trộn qua một miếng vải muslin thơng thường có kích
thước lỗ khoảng 80-120µm. Dịch lọc thu được là dung dịch gốc của chất keo
tụ sử dụng vào các thử nghiệm keo tụ trong nghiên cứu. Các dung dịch với

- 13 -


nồng độ chất keo tụ khác nhau đều được lấy từ dịch gốc này. Đây cũng là
phương pháp chiết lấy dịch chất keo tụ thường được sử dụng trong các nghiên
cứu trước đây [6], nhằm đảm bảo nguyên vẹn khả năng keo tụ của các protein
trong hạt chùm ngây khi chúng chưa kịp phân hủy.
2.3.2.Quy trình xử lý mẫu nước lũ
Dịch chiết từ hạt chùm ngây được đưa vào mẫu nước lũ cần xử lý, sau đó
khuấy nhanh trong vịng 1-2 phút và tiếp tục khuấy chậm lại trong vòng 5-10
phút. Giai đoạn này nhằm mục đích tạo sự đồng nhất giữa chất keo tụ và
thành phần chất bẩn có trong mẫu nước lũ, đồng thời gia tăng sự keo tụ để

chất bẩn nhanh chóng sa lắng và tạo bơng.
Hãy để nước in lặng trong vòng 2-4giờ. Khi các hạt và chất bẩn đã lắng
xuống phía dưới, nước sạch được dẫn qua hệ thống thanh lọc để làm cho nước
này hoàn toàn sạch để sử dụng cho sinh hoạt nấu thức ăn hoặc uống.
2.3.3. Thiết kế hệ thống thiết bị xử lý nước lũ
Dịch chiết chùm ngây

Mẫu nước lũ

Keo tụ/tạo bông

Lắng nước

Cặn bã, bùn non

Lọc nước

Mẫu nước ra

- 14 -


Hình 2.2. Sơ đồ mặt cắt của mơ hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt
Chú thích:
1.VLKT: Vật liệu keo tụ làm từ dịch chiết hạt chùm ngây
2. VL thô: Vật liệu thô sử dụng trong hệ xử lý là cát thạch anh
3. VLHP 1: Vật liệu hấp phụ 1 là than hoạt tính

- 15 -

Hình 2.3. Mơ hình xử lý nước lũ thành nước sinh hoạt
2.4.Phương pháp phân tích
2.4.1.Phương pháp keo tụ: Xác định các điều kiện tối ưu đối với các mẫu
nước lũ khác nhau
- Nghiên cứu các thời gian keo tụ, tạo bơng khác nhau đối với các mẫu
nước lũ có độ đục từ 150 NTU-300 NTU.
- Nghiên cứu các khoảng nồng độ khác nhau của hạt chùm ngây đối với
mẫu nước đục từ 150 NTU-300 NTU.
- Nghiên cứu thời gian khuấy trộn hạt chùm ngây vào các mẫu nước đục.
Khảo sát các mẫu nước đục khác nhau từ 150 NTU – 300 NTU với các nồng
độ hạt chùm ngây biến thiên từ 50mg/l – 500mg/l. Với mỗi mẫu nước đục khác
nhau, xác định nồng độ tối ưu của hạt chùm ngây trong q trình xử lí keo tụ.
Các mẫu nước lũ sau khi xử lý keo tụ và để lắng được đánh giá chất
lượng thông qua các thông số độ đục.
Tiến hành đo độ đục của các mẫu nước lũ trước và sau khi xử lí bằng keo

- 16 -


tụ theo phương pháp đo độ đục trên máy đo độ đục (Nephelometer) và đo độ
đục trên máy đo quang ở bước sóng 450 nm.
2.4.2.Phương pháp complexon: Xác định hàm lượng Ca2+, Mg2+ của các mẫu
nước lũ trước và sau khi xử lí bằng hạt chùm ngây (chỉ xác định với thời
gian tối ưu).
Việc xác định hàm lượng của Ca2+, Mg2+ trong các mẫu nước lũ (NL1 –
NL3) trước và sau khi xử lí được tiến hành bằng cách chuẩn độ nước bằng
EDTA với chỉ thị eriocromđenT hay crom xanh đen. Khi cần xác định riêng
Ca2+ và Mg2+ đầu tiên xác định lượng tổng của chúng với chỉ thị
eriocromđenT. Sau đó chuẩn độ với murexit tính được lượng Ca 2+ và từ hai

kết quả đó suy ra lượng Mg2+. Ngồi ra có thể dùng (NH4)2C2O4 kết tủa Ca2+
rồi chuẩn độ Mg2+ bằng EDTA với chỉ thị eriocromđenT.
a. Xác định tổng lượng canxi và magie trong nước:
a.1. Nguyên tắc:
Dựa trên các phản ứng xảy ra giữa Ca2+, Mg2+ với murexit và EDTA.

Ca 2  HInd 2 � CaInd   H 
Xanh tím

đỏ

Mg 2  HInd 2 � MgInd   H 
Xanh tím

Ca

2

 H 2Y

đỏ
2

 CaY 2   2 H 2

Mg 2  H 2Y 2  MgY 2  2 H 
CaInd   H 2Y 2 � CaY 2  HInd 2  H 
Đỏ

xanh

MgInd   H 2Y 2 � MgY 2  HInd 2  H 
Đỏ

xanh

Phép chuẩn độ được thực hiện trong môi trường hỗn hợp đệm amoni.
a.2. Cách tiến hành:
Dùng pipet hút lấy một thể tích xác định chính xác. Mẫu nước phân tích

- 17 -


lấy từ 2ml - 50ml tùy độ cứng của nước lớn hay nhỏ. Thêm 5 - 10ml hỗn hợp
đệm amoni, một ít chỉ thị eriocromđenT 0,1% /NaCl TK đỏ tươi. Chuẩn độ
bằng EDTA hay trilon B đến khi dung dịch chuyển từ màu đỏ sang xanh. Lặp
lại 3 - 4 lần, ghi V 1EDTA .
a.3. Cách tính độ cứng:

n Ca2  Mg 2 





V

1
EDTA

.N EDTA

VH 2Opt

.1000

b. Xác định riêng lượng Ca2+, Mg2+ trong nước:
b.1. Nguyên tắc:
Dựa trên phản ứng giữa Ca2+ với murexit và với EDTA.

Ca 2  H 2 Ind 3  CaInd 3  2 H 
Xanh tím
2

Ca  H 2Y

2

đỏ

 CaY 2  2 H 

CaInd 3  H 2Y 2  CaY 2  H 2 Ind 3
Đỏ

tím xanh

Mg2+ khơng tạo phức bền và có màu với murexit, MgY 2- kém bền hơn
CaY2- nên khi chuẩn độ bằng EDTA phức CaY 2- tạo thành trước và kết thúc
chuẩn độ khi CaInd3- chuyển thành CaY2-, lúc đó phức MgY2- chưa tạo thành.

b.2. Cách tiến hành:
Dùng pipet đong từ 2 - 50ml nước phân tích, thêm 2 - 10ml NaOH 1N,
1 - 2 giọt chỉ thị murexit. Chuẩn độ bằng EDTA đến khi dung dịch chuyển từ
đổ sang tím xanh, lặp lại 3 - 4 lần, ghi V 2EDTA .
b.3. Cách tính:

nCa 2 

V

2
EDTA

.N EDTA

VH 2Opt

.1000

nMg 2  n(Ca2  Mg 2 )  nCa2

- 18 -


mCa 2  nCa2 .20(mg )

mMg 2  nMg 2 .12(mg )

- 19 -