Hệ Ef Trong Phòng Thí Nghiệm Theo Đó, Hệ Ef Bao Gồm:

Qu quá trình làm việc thì khả năng xử lý nước thải qua màng giảm đi, đến mức nhất định thì màng sẽ không đáp ứng tốt khả năng xử lý. Qua đó cần thay thế hoặc rửa sạch màng bằng sử dụng hóa chất, rửa ngược, …

Phương pháp sinh học là hướng nghiên cứu mới mang lại hiệu quả ít ảnh hưởng đến con người và môi trường. Tuy nhiên, cần tìm được loại VSV phù hợp để phân hủy trong quá trình sinh học, thời gian xử lý lâu dài là một nhược điểm của phương pháp này.

Phương pháp AOPs có thể áp dụng để xử lý hóa chất BVTV được biết đến với nhiều ưu điểm:

Trước hết, phản ứng của quá trình nhanh dẫn tới thời gian xử lý hóa chất BVTV nhanh. Quá trình có thể xử lý các chất hữu cơ thành các chất vô cơ ổn định như CO2, muối, nước điều này làm giảm nồng độ của các chất ô nhiễm trong nước. Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp này thì chi phí vận hành hệ thống cần được quan tâm. Ngoài ra, việc sử dụng H2O2 cần phải kiểm soát cẩn thận bởi hóa chất này có thể ảnh hưởng đến xử lý sau này và con người. Trong các quá trình xử lý AOPD thì quá trình EF với những ưu điểm đã phân tích ở trên cho thấy tính ứng dụng tốt, hiệu quả hiện nay.

Như vậy, để tăng hiệu quả xử lý nước ô nhiễm, nhiều báo cáo gần đây có xu hướng kết hợp 2 hay nhiều quá trình công nghệ hiệu quả xử lý tốt và ít ảnh hưởng đến môi trường. Trong các quá trình trên thì quá trình AOPs đặc biệt là EF phù hợp để kết hợp với quá trình sinh học có tính ứng dụng tốt cho xử lý các chất hữu cơ ô nhiễm trong nước.

Trong quá trình MBR đã gây được sự chú ý khi kết hợp được quá trình sinh học với các VSV hoạt động phân giải các chất hữu cơ và quá trình lọc màng, vì vậy nồng độ sinh khối và tuổi bùn trong bể MBR cao hơn các bể aerotank truyền thống, qua đó có thể phân hủy tốt các chất hữu cơ. Tuy nhiên, hóa chất BVTV đều là các hợp chất bền dẫn đến quá trình phân hủy sinh học khó nên không thể loại bỏ trong quá trình MBR, một số hóa chất BVTV có thể gây độc cho VSV của hệ MBR. Vì vậy, với những ưu điểm và nhược điểm của quá trình EF thì việc kết hợp giữa quá trình EF và quá trình MBR, trong đó EF đóng vai trò tiền xử lý (tại quá trình này hóa chất BVTV bị phân hủy thành các hợp chất hữu cơ đơn giản, ngắn mạch, dễ phân hủy sinh học).

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 229 trang tài liệu này.

Khi đó quá trình MBR sẽ tiếp tục phân hủy các hợp chất hữu cơ đơn giản, ngắn mạch thành CO2, H2O và sinh khối đã trở thành giải pháp tiềm năng. Đây là một hướng nghiên cứu khá mới mẻ trên thế giới và ở Việt Nam

Trên thế giới, đã có các công trình nghiên cứu quá trình EF và quá trình MBR xử lý các nguồn nước thải ô nhiễm. Tiêu biểu như các công trình sau:

Năm 2015, bằng cách ứng dụng quá trình kết hợp EF và MBR nhóm nghiên cứu của Wei đã xử lý nước thải từ nhà máy của Trung Quốc, hiệu suất loại bỏ COD đạt 82,5%, kết quả đạt theo tiêu chuẩn quốc gia của Trung Quốc (GB8978 – 1996) [116].

Trong nghiên của Feng về quá trình tích hợp fenton và MBR trong xử lý nước thải dệt nhuộm. Các điều kiện trong quá trình fenotn áp dụng pH = 5, [H2O2] = 17mM, [Fe2+] = 1,7 mM. Kết quả cho thấy sau 35 phút phản ứng tổng lượng cacbon hữu cơ bị loại bỏ là 39,3% và màu sắc là 69,5%. Từ kết quả cho thấy quá trình Fenton có hiệu quả đáng kể để tăng cường khả năng phân hủy sinh học của nước thải thử nghiệm. Khi kết hợp quá trình MBR chỉ số TOC được đánh giá ở HRT khác nhau: 10h, 18h, 25h. Hiệu quả xử lý tốt nhất với HRT: 18h. Khi kết hợp thì hiệu quả cho toàn quá trình là 88,2% TOC và 91,3% độ màu. Nước thải cuối cùng sau xử lý MBR có thể đáp ứng các tiêu chí tái sử dụng của nước tái chế đô thị [117].

Bên cạnh đó năm 2017, nhóm nghiên cứu của Zhang đã áp dụng quá trình MBR

- Fenton để loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải đã thu được kết quả khả quan. Trong điều kiện hoạt động của fenton cụ thể: nồng độ COD = 2.500 mg/L, nhiệt độ phản ứng 30ºC, pH = 3, [Fe 2+] = 20 mM, [H2O2] = 250 mM, thời gian xử lý là 3 giờ và hệ thống MBR: với HRT trong 8 giờ, DO 1 mg/L. Sau khi kết hợp hai quá trình đã xử lý COD đạt 97%, và COD đầu ra cuối cùng đã giảm xuống còn 100 mg/L [118].

Mới đây nhất là năm 2021, nhóm nghiên cứu của Minimol đã xử lý nước rỉ rác bằng quá trình EF kết hợp với quá trình sinh học màng MBR. Trong giai đoạn tiền xử lý bằng quá trình EF, các thông số về pH, mật độ dòng, nồng độ H2O2 tạo thành, thời gian phản ứng lên chỉ số phân hủy sinh học (BOD/COD) được kiểm soát phù hợp. Điều kiện áp dụng tối ưu tại pH = 2,85; mật độ dòng 129,5 A/m2, thời gian: 40 phút, khả năng phân hủy trong nước rỉ rác bãi chôn lấp tăng từ 0,21 ÷ 0,45. Sau khi tích hợp hai hệ thống EF – MBR đã loại bỏ 94,2% TSS, 90,62% BOD, 94,55% COD; 84,66% NH4-N; 100% PO43-; 83,19% SO42-, 83,37% Cl-, qua đó rất hiệu quả khi xử lý sinh học

và quá trình tích hợp EF và quá trình MBR đảm bảo theo tiêu chuẩn cho phép của môi trường [119].

Qua những nghiên cứu tích hợp quá trình EF và quá trình sinh học màng MBR hiện nay đang là một hướng nghiên cứu mới mẻ. Đã có những nghiên cứu độc lập của quá trình EF và MBR để xử lý hóa chất BVTV. Tuy nhiên hiện nay chưa có công bố nào tích hợp quá trình EF và quá trình sinh học màng MBR trên thế giới và Việt Nam để xử lý hóa chất.BVTV và glyphosate trong nước.

Với mong muốn góp phần cải thiện môi trường sống của con người và hệ sinh thái, luận án đã lựa chọn nghiên cứu kết hợp quá trình EF và MBR để xử lý hóa chất BVTV chứa glyphosate.

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu

- Hệ EF và các thông số đặc trưng: mật độ dòng, pH, khoảng cách điện cực, nồng độ chất xúc tác, nồng độ chất điện ly, nồng độ chất ô nhiễm ban đầu glyphosate.

- Hệ MBR và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình MBR: COD, NH4+, TN, TP, nồng độ glyphosate.

- Dung dịch tổng hợp glyphosate (hòa tan glyphosate trong nước deion).

- Dung dịch tổng hợp glycine (hòa tan glycine trong nước deion).

- Nước thải thực tế được lấy ở bể điều hòa trước khi đi vào hệ thống xử lý nước thải của công ty TNHH Việt Thắng (Bắc Giang) được sử dụng trong các nghiên cứu kết hợp EF và quá trình MBR. Đây là công ty chuyên sản xuất, sang chiết, đóng chai hóa chất BVTV có địa điểm tại Lô 14 – khu công nghiệp Song Khê Nội Hoàng, thuộc xã Nội Hoàng, huyện Yên Dũng, tỉnh Bắc Giang. Hóa chất BVTV của Công ty bao gồm các sản phẩm chính: nhóm hóa chất trừ sâu (diazinon, fernobucarb, dimethoat, fentrothion, izoprocarb), nhóm hóa chất vi sinh (delfil, dipel xantari, aziton), nhóm hóa chất trừ bệnh (benomyl, validacin, kasai, daconil), nhóm hóa chất trừ cỏ (butachlor,petilachlor), hóa chất kích thích sinh trường (atonik) và các phân bón lá (clo hữu cơ, cacbamat, pyrethroit, vi sinh).

Nguồn nước thải phát sinh ở công đoạn sản xuất, sang chiết, đóng chai, xử lý các thùng chứa đựng hóa chất hóa chất BVTV, dung môi, phụ gia. Tính chất của nước thải rất phức tạp vì vậy cần có phương pháp thích hợp để xử lý.

Một đặc tính khác của nước thải sản xuất là có hàm lượng phốt pho cao đặc biệt là khi sản xuất các loại thuốc trừ sâu thuộc họ lân hữu cơ. Hiện nay Công ty TNHH Việt Thắng đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải hóa chất BVTV đảm bảo chất lượng nước xả thải đạt theo QCVN 40:2011/BTNMT.

Do đó, nước thải tại Công ty TNHH Việt Thắng là thích hợp với mẫu nước thực tế nghiên cứu của luận án.

2.1.2. Phạm vi nghiên cứu

- Các thí nghiệm về quá trình EF và quá trình sinh học – màng MBR trên mẫu giả lập và mẫu nước thải thực được thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển

Công nghệ màng, phòng.Công.nghệ.Hóa.lý.môi trường, Viện.Công.nghệ.môi trường, Viện Hàn.lâm Khoa.học và.Công nghệ.Việt Nam.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp thực nghiệm

2.2.1.1. Hệ EF

Thí nghiệm thực hiện nhằm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như pH ban đầu, mật độ dòng, khoảng cách của điện cực, nồng độ chất điện ly, nồng độ Fe2+, nồng độ glyphosate trong dung dịch ban đầu nhằm đánh giá khả năng xử lý glyphosate.

a. Hệ EF

Các thí nghiệm trên được tiến hành trên hệ thiết bị EF có sơ đồ được thể hiện như trong Hình 2.1.

1. Bình phản ứng 250 mL

2. Điện cực âm

3. Điện cực dương

4. Con khuấy từ kích thước 1 cm

5. Nguồn điện một chiều

Hình 2.1. Hệ EF trong phòng thí nghiệm Theo đó, hệ EF bao gồm:

- Thiết bị phản ứng: Cốc thủy tinh 250 mL.

- Điện cực:

Cơ sở lựa chọn:

Lựa chọn loại điện cực là bước rất quan trọng, điều này liên quan đến hiệu quả xử lý của quá trình EF, khi sử dụng điện cực phù hợp sẽ làm tăng hiệu quả xử lý.

Pt là điện cực có độ dẫn điện tốt và ổn định trong điều kiện điện thế cao và môi trường có tính ăn mòn cao. Pt được sử dụng nhiều nhất làm cực dương trong quá trình EF như Hình 2.2.

Trên Hình 2.3 là những điện cực âm được sử dụng khi tiến hành thí nghiệm bao gồm: Nỉ than chì, vải cacbon, tấm BDD, PTFE (Cacbon polytetra fluoroethylen), graphite PTFE, than chì, than hoạt tính (ACF).

TrÝch dÉn

BDD

Than chì

Ti/RuO2

Nỉ Cacbon

Ti-IrO2-SnO2

Ti – IrO2-RuO2

Thép không gỉ

Hình 2.2. Thống kê điện cực sử dụng làm cực dương

Trên cơ sở những ưu điểm của các nghiên cứu khi sử dụng điện cực trong luận án này sử dụng cực âm (2) là tấm vải cacbon (Johnson Matthey Co, Germany), kích thước 60 cm2 như Hình 2.3.

Cực dương (3) là tấm Platin, có kích thước 45 cm2 (Hình 2.2).

TrÝch dÉn

ACF

T N C

PTFE

bon ac

BDD

Than

Than chì

Fe@Fe2O3/CNT

Ồng Cacbon Xốp Cacbon

RVC

Than chì-PTFE

Fe@Fe2O3/ACFW

Thép không gỉ

Vải Cacbon

- Con từ (4):‌

Hình 2.3. Các loại điện cực dùng làm cực âm

Hình 2.4. Hình ảnh điện cực vải Cacbon

Hình 2.5. Hình ảnh điện cực Platin

Con từ (4) được sử dụng trong thí nghiệm có kích thước 2 cm kết hợp với bộ khuấy từ bên dưới hệ phản ứng EF được cài đặt chạy với tốc độ 200 vòng/phút để dung dịch được khuấy trộn liên tục đảm bảo dung dịch đồng nhất.

- Nguồn một chiều (5):

Cung cấp dòng điện một chiều cho hệ thí nghiệm. Thiết bị sử dụng là D.C. Regulated Supply 30V/20A, QJE (30V/20A) có thể điều chỉnh mật độ dòng và điện áp thuận lợi, ổn định.

- Máy nén khí:

Để cung cấp khí cho quá trình tạo H2O2 khí được cấp sục liên tục vào dung dịch.

Lưu lượng sục khí 1 L/phút.

b. Tiến trình thí nghiệm:

Dung dịch tổng hợp glyphosate được chuẩn bị bằng cách hòa tan glyphosate 96% (Sigma Aldrich NY, USA) trong nước deoin (18,2 MΩ.cm) để được 0,2 L.

- Bổ sung thêm chất điện li là Na2SO4 để đạt được nồng độ 0,05M.

- Để điều chỉnh pH tiến hành bổ sung thêm axit H2SO4 0,1N (được pha loãng từ H2SO4 98%, Merck) và dung dịch NaOH 0,1N để điều chỉnh pH của đung dịch về giá trị mong muốn.

- Chất xúc tác được thêm vào dung dịch là muối FeSO4.7H2O (99,5%, Merck).

- Để đồng nhất dung dịch sử dụng máy khuấy từ và đồng thời khí liên tục đưa vào dung dịch trong 30 phút trước khi điện phân.

- Sau đó nối 2 điện cực với nguồn điện để tiến hành phản ứng. Trong quá trình điện phân diễn ra, vẫn duy trì sục khí nén liên tục. Các thí nghiệm được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ phòng.

Sau mỗi khoảng thời gian nhất định (0, 15 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút), rút 5 mL dung dịch ra để phân tích TOC để xác định khả năng khoáng hóa của quá trình EF.

Hiệu quả khoáng hóa glyphosate (H%) bằng EF được xác định bởi biểu thức sau:

H (%) = TOCban đầu−TOCcòn lại. 100%

TOCban đầu

Trong đó: TOCban đầu là nồng độ TOC (mg/L) của dung dịch ban đầu trước khi thực hiện quá trình EF.

TOCcòn lại là nồng độ TOC (mg/L) của dung dịch tại thời điểm t.

Trên cơ sở hiệu suất khoáng hóa, đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố trên và lựa chọn các điều kiện thích hợp.

c. Nội dung.nghiên cứu:

* Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý của quá trình EF