Nghiên cứu hiệu quả xử lý vi nhựa trong hệ thống cấp nước đô thị thành phố thủ dầu một phần 1 luận văn thạc sĩ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HỒ THIỆN PHƯỚC NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ VI NHỰA TRONG HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ THỦ DẦU MỘT Chuyên ngành KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Mã chuyên ngành 60 52 03 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 Công trình được thực hiện và hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học Hướng dẫn 1 PGS TS Lê Hùng Anh Hướng dẫn 2 TS Nguyễn Thị Thanh Trúc Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hôị.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HỒ THIỆN PHƯỚC NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ VI NHỰA TRONG HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ THỦ DẦU MỘT Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Mã chuyên ngành: 60.52.03.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 Cơng trình thực hồn thành Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: Hướng dẫn 1: PGS.TS Lê Hùng Anh Hướng dẫn 2: TS Nguyễn Thị Thanh Trúc Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hô ̣i đồ ng chấ m bảo vê ̣ Luâ ̣n văn tha ̣c si ̃ Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 23 tháng 10 năm 2021 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Lương Văn Việt - Chủ tịch Hội đồng TS Đinh Thanh Sang - Phản biện TS Nguyễn Thị Lan Bình - Phản biện TS Nguyễn Thanh Phong - Ủy viên TS Lê Hồng Thía - Thư ký CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG VIỆN TRƯỞNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Hồ Thiện Phước MSHV: 17112071 Ngày, tháng, năm sinh: 13/04/1993 Nơi sinh: Bình Dương Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã chuyên ngành: 60.52.03.20 I TÊN ĐỀ TÀI Nghiên cứu hiệu xử lý vi nhựa hệ thống cấp nước đô thị thành phố Thủ Dầu Một NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Xác định, đánh giá hiệu xử lý vi nhựa qua bậc xử lý hệ thống xử lý nước cấp thành phố Thủ Dầu Một Đề xuất biện pháp nâng cao hiệu xử lý vi nhựa nước cấp phương pháp keo tụ tạo với chất keo tụ Al2(SO4)3 Xác định hàm lượng chất keo tụ tối ưu để xử lý vi nhựa nước cấp + Ảnh hưởng pH đến trình keo tụ + Ảnh hưởng chất keo tụ đến trình keo tụ + Ảnh hưởng chất trợ lắng PAM (Polyacrylamide) đến trình keo tụ II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Thực định số 842/QĐ-ĐHCN ngày 10/07/2020 Trường Đại học Công Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh việc giao đề tài cử người hướng dẫn luận văn Thạc sĩ III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: / /2021 IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn 1: PGS.TS Lê Hùng Anh Hướng dẫn 2: TS Nguyễn Thị Thanh Trúc Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021 NGƯỜI HƯỚNG DẪN NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS.TS Lê Hùng Anh TS Nguyễn Thị Thanh Trúc CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO VIỆN TRƯỞNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn thầy cô Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy cô Viện Khoa học Công nghệ Quản lý Môi trường tận tâm bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian em học tập nghiên cứu trường Em xin gửi lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến giảng viên Viện, đặc biệt PGS.TS Lê Hùng Anh TS Nguyễn Thị Thanh Trúc trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ em suốt q trình triển khai, nghiên cứu hồn thành đề tài Em xin cảm ơn gia đình tạo điều kiện tốt ủng hộ tinh thần giúp em hoàn thành đề tài Cuối cùng, em xin gửi lời chúc đến tồn thể thầy Viện bạn lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, thành công sống công việc Trân trọng cảm ơn! i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hiện nguồn nước bị ô nhiễm vi nhựa, đặc biệt vi nhựa khó có khả phân hủy thể ảnh hưởng đến sức khỏe người không xử lý tốt nhà máy cấp nước đô thị Bằng cách sử dụng phương pháp nhuộm Nile Red với nồng độ µg/ml nhuộm thành cơng hạt vi nhựa có hệ thống cấp nước Thủ Dầu Một kết hợp phương pháp phân tích phổ hồng ngoại biến đổi FTIR cho hiệu xác định vi nhựa cao Tại thời điểm lấy mẫu, cho thấy polypropylene (PP) polyethylen terephthalate (PET) có hệ thống cấp nước thị Thủ Dầu Một Thí nghiệm xác định điều kiện pH với liều lượng phèn nhôm 0,5 g hiệu xử lý vi nhựa đạt hiệu tối ưu 64,2% từ số lượng vi nhựa ban đầu 1941 ± 53 hạt, sau xử lý 693 ± 34 hạt Việc bổ sung chất trợ keo tụ có nguồn gốc polyme poly acrylamide với liều lượng 0,04 g cho thấy hiệu xử lý vi nhựa hệ thống nước cấp tăng 20% (từ 64,2% khơng có PAM lên 84,2% lúc bổ sung PAM) tương ứng với số lượng vi nhựa sau xử lý lại 305 ± 103 hạt, hiệu cao phương pháp xử lý keo tụ PAC hệ thống cấp nước thành phố Thủ Dầu Một góp phần cải thiện chất lượng nước cấp khía cạnh vi nhựa Để áp dụng cần có nghiên cứu mở rộng mẫu nước thời điểm khác ii ABSTRACT Currently, water sources are contaminated with microplastics, especially microplastics that are difficult to decompose, which can affect human health if not treated well at urban water supply plants By using the Nile Red staining method with a concentration of µg/ml, it has successfully stained the microplastics present in the Thu Dau Mot water supply system and combined with the FTIR modified infrared spectroscopy method to effectively high identify the microplastics At the time of sampling, it was found that polypropylene (PP) and polyethylene terephthalate (PET) were present in the Thu Dau Mot urban water supply system The experiment also determined that at pH with a dose of 0,5 g aluminum alum, the microplastic treatment efficiency was optimal 64,2% from the initial number of microplastics 1941 ± 53 particles, after treatment to 693 ± 34 particles However, the addition of a polymer-based flocculation aid, poly acrylamide with a dosage of 0,04 g, showed that the micro plastic treatment efficiency in the feed system increased by 20% (from 64,2% without PAM and to 84,2% with addition PAM), higher efficiency than PAC flocculation treatment in Thu Dau Mot water supply system, contributing to improving water quality in terms of microplastics For application, extensive studies are required for water samples at different time iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tơi Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Học viên Hồ Thiện Phước iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ .ii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH viii DANH MỤC BẢNG x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 2.2 Mục tiêu cụ thể Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Nhựa ô nhiễm nhựa 1.2 Vi nhựa tác động vi nhựa 1.2.1 Khái niệm vi nhựa 1.2.2 Tác động vi nhựa 1.3 Các phương pháp xác định vi nhựa 10 1.3.1 Phương pháp kính hiển vi 10 v 1.3.2 Phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 10 1.3.3 Phương pháp quang phổ Raman 11 1.3.4 Phương pháp nhiệt 11 1.3.5 Phương pháp nhuộm Nile red 13 1.4 Các phương pháp loại bỏ vi nhựa nước 14 1.4.1 Loại bỏ vi nhựa vi sinh vật 14 1.4.2 Loại bỏ vi nhựa cách chiết xuất từ tính 14 1.4.3 Loại bỏ vi nhựa cách lọc sinh học 15 1.4.4 Loại bỏ vi nhựa hấp phụ 15 1.4.5 Loại bỏ vi nhựa màng lọc 15 1.4.6 Cố định vi nhựa Organosilanes 16 1.4.7 Loại bỏ vi nhựa chất keo tụ 16 1.4.8 Các chất keo tụ tạo 19 1.5 Tổng quan khu xử lý nước Bình Dương 20 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Vật liệu nghiên cứu 25 2.1.1 Mẫu nước vị trí lấy mẫu 25 2.1.2 Các vật liệu, hóa chất thiết bị 25 2.2 Phương pháp nghiên cứu 26 2.2.1 Phương pháp nhộm Nile Red để xác định vi nhựa 26 2.2.2 Phương pháp nhuộm Nile Red mẫu nhựa chuẩn để so sánh đối chiếu 28 2.2.3 Định danh vi nhựa phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 28 2.2.4 Loại bỏ vi nhựa nước sử dụng Al2(SO4)3 làm chất keo tụ 28 vi chuyển vị từ tế bào bạch cầu vào gan lách, dẫn đến viêm ảnh hưởng chế miễn dịch thể [7] Hình 1.5 Vi nhựa tác động đến sức khỏe người thông qua chuỗi thức ăn (Mandy Sartain, 2018 [5]) 1.3 Các phương pháp xác định vi nhựa Rất khó để xác định vi nhựa qua kích thước khác nhau, hình dạng đáng tin cậy từ mơi trường sử dụng phương pháp phân tích Do đó, kết hợp nhiều hai kỹ thuật phân tích sử dụng rộng rãi Nói chung, phân tích vi nhựa bao gồm hai bước: vật lý mơ tả đặc tính hạt nhựa (ví dụ kính hiển vi thơng qua phương pháp nhuộm huỳnh quang), mơ tả đặc tính hóa học (thơng qua quang phổ) [16] 1.3.1 Phương pháp kính hiển vi Kính hiển vi phương tiện sử dụng rộng rãi để xác định cho vi nhựa có kích thước rơi vào phạm vi hàng trăm micrơmet Hình ảnh phóng đại kính hiển vi cung cấp bề mặt chi tiết kết cấu thông tin cấu trúc hạt Tuy nhiên hạt có kích thước micrơmet (