Nghiên cứu hiệu quả xử lý vi nhựa trong hệ thống cấp nước đô thị thành phố thủ dầu một phần 3 luận văn thạc sĩ

LVTS Ho Thien Phuoc file cuoi in nop ngay 25 11 2021 pdf 31 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3 1 Nhuộm các mẫu môi trường 3 1 1 Định lượng vi nhựa của mẫu nước tại nhà máy B Hệ thống xử lý nước cấp tại nhà máy B đã xử lý đáng kể lượng vi nhựa qua các bậc xử lý, hiệu quả xử lý đạt 85,1% với khoảng trung bình 1772 ± 189 hạtlít nước thô, qua bể trộn và phản ứng bằng vôi và PAC lượng vi nhựa còn lại trung bình khoảng 584 ± 48, tại bể lắng chủ yếu diễn ra quá trình sa lắng do tác động của tr.

CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nhuộm mẫu môi trường 3.1.1 Định lượng vi nhựa mẫu nước nhà máy B Hệ thống xử lý nước cấp nhà máy B xử lý đáng kể lượng vi nhựa qua bậc xử lý, hiệu xử lý đạt 85,1% với khoảng trung bình 1772 ± 189 hạt/lít nước thơ, qua bể trộn phản ứng vơi PAC lượng vi nhựa cịn lại trung bình khoảng 584 ± 48, bể lắng chủ yếu diễn trình sa lắng tác động trọng lực sau diễn trình keo tụ bể phản ứng số lượng vi nhựa lại 320 ± 52, cuối qua bể lọc số lượng hạt vi nhựa cịn lại 264 ± 33 hạt (Bảng 3.1) Đồng thời, M Pivokonsky cộng sự., 2018 thí nghiệm định lượng hạt vi nhựa hệ thống cấp nước, kết cho thấy mật độ hạt vi nhựa dao động từ 1473 ± 34 đến 3605 ± 497 hạt lít nước thơ từ 338 ± 76 đến 628 ± 28 hạt lít nước xử lý tùy thuộc vào công nghệ xử lý nước [13] Bảng 3.1 Số lượng hạt vi nhựa bậc xử lý nhà máy B Lần lấy mẫu Số lượng hạt vi nhựa Nước thô Sau trộn + phản ứng Sau lắng Sau lọc Lần 1772 ± 154 589 ± 36 410 ± 35 206 ± 35 Lần 1567 ± 137 616 ± 51 334 ± 35 311 ± 53 Lần 2055 ± 120 642 ± 85 307 ± 18 256 ± 35 Lần 1695 ± 103 488 ± 34 230 ± 27 281 ± 35 Trung bình 1772 ± 189 584 ± 48 320 ± 52 264 ± 33 Thời điểm với mẫu lấy nhà máy B từ 28/11 - 19/12/2021, thời gian có xuất thực vật phù du cản trở việc phân tích Tuy nhiên, kết cho thấy hiệu xử lý vi nhựa nhà máy B cao kết nghiên cứu M Pivokonsky cộng sự., 2018 Điều chứng minh phần đáng kể vi nhựa loại bỏ trình xử lý nước cấp 31 3.1.2 Định lượng vi nhựa mẫu nước nhà máy A Bảng 3.2 cho thấy hệ thống xử lý nước cấp nhà máy A xử lý đáng kể lượng vi nhựa qua bậc xử lý với khoảng trung bình 1941 ± 53 hạt/lít mẫu nước thơ sau xử lý qua bể trộn phản ứng, bể lắng, bể lọc số lượng hạt vi nhựa cịn lại 264 ± 19 hạt, hiệu xử lý đạt 86,4% Bảng 3.2 Số lượng hạt vi nhựa bậc xử lý nhà máy A Lần lấy mẫu Số lượng hạt vi nhựa Nước thô Sau trộn + phản ứng Sau lắng Sau lọc Lần1 1875 ± 103 616 ± 51 432 ± 31 260 ± 37 Lần 2035 ± 112 590 ± 86 283 ± 85 282 ± 67 Lần 1952 ± 137 642 ± 86 386 ± 52 282 ± 67 Lần 1900 ± 155 514 ± 68 231 ± 51 230 ± 51 Trung bình 1941 ± 53 590 ± 38 333 ± 76 264 ± 19 Cùng công nghệ xử lý nước, hiệu xử lý nhà máy khu vực bơm nước thô khác nhau, chủ yếu khu dân cư bao gồm hoạt động người hiệu xử lý vi nhựa nên khơng có khác biệt nhiều Đồng thời, thơng qua việc bổ sung vôi PAC bể trộn phản ứng để gia tăng khả tiếp xúc hạt polyme chất lơ lửng có nước thơ làm tăng khả kết dính chất lơ lửng có kích thước nhỏ thành bơng cặn có kích thước lớn Từ làm bơng cặn lắng nhanh kéo theo hạt vi nhựa Theo kết Bảng 3.1 Bảng 3.2 ta thấy hiệu xử lý vi nhựa bể lắng đạt hiệu cao nhất, cụ thể: Tại nhà máy A tỷ lệ vi nhựa có nước thơ/bể lắng 1941/333 đạt hiệu xử lý 82,8% Tại nhà máy B tỷ lệ vi nhựa có nước thơ/bể lắng 1772/320 đạt hiệu xử lý 81,9% Theo nghiên cứu Zhifeng Wang cộng sự., 2020 tỷ lệ hình dạng hạt vi 32 nhựa có nước sông sau: dạng sợi chiếm 53,9% - 73,9%, dạng cầu chiếm 8,6% - 20,6% dạng mảnh vỡ chiếm 17,6% - 25,5% Đồng thời, hiệu xử lý hạt vi nhựa trình keo tụ kết hợp lắng tương ứng: dạng sợi từ 82,9% 87,5%, dạng hình cầu từ 89,1% - 92,7% dạng mãnh vỡ từ 73,1% - 88,9% [12] Do đó, dự báo số lượng hạt vi nhựa hiệu xử lý hoại vi nhựa ứng với hình dạng sau: Bảng 3.3 Số lượng vi nhựa ứng với hình dạng Mẫu nước Dạng sợi Dạng cầu Dạng mãnh vỡ Thủ Dầu Một 1240 ± 194 283 ± 116 418 ± 77 Khu liên hợp 1132 ± 177 259 ± 106 381 ± 70 Bảng 3.4 Hiệu xử lý loại vi nhựa Mẫu nước Dạng sợi Dạng cầu Dạng mãnh vỡ Thủ Dầu Một 1056 ± 29 257 ± 339 ± 33 Khu liên hợp 964 ± 26 235 ± 309 ± 30 3.2 Định danh mẫu nhựa nhuộm huỳnh quang Nile Red Bảy loại nhựa nhuộm dung dịch nile red với nồng độ μg/ml soi kính hiển vi huỳnh quang với bước sóng kích thích phát xạ DAPI (430 - 470 nm) xanh lục, FITC (515 - 560 nm) xanh lá, SPO (650 - 670 nm) đỏ cam nhuộm xác định hiệu điều kiện nhuộm cho Thực tế, loại polyme ABS, HDPE, PC, PET, PP, PVC, PS bắt màu thuốc nhộm phát quang màu xanh bước sóng FITC (515 - 560 nm), nhiên hình ảnh hạt ABS có màu đen xuất dạng ánh sáng xanh mờ (Hình 3.1) Ở bước sóng DAPI (430 - 470 nm) nhựa PP PET phát quang màu xanh lục so với Ngồi nhựa PS cịn phát quang màu đỏ cam bước sóng SPO (650 - 670 nm) (Hình 3.5) 33 Hình 3.1 Kết nhuộm Nile Red nhựa ABS Hình 3.2 Kết nhuộm Nile Red nhựa HDPE Hình 3.3 Kết nhuộm Nile Red nhựa PC Hình 3.4 Kết nhuộm Nile Red nhựa PET Hình 3.5 Kết nhuộm Nile Red nhựa PS 34 Hình 3.6 Kết nhuộm Nile Red nhựa PVC Hình 3.7 Kết nhuộm Nile Red nhựa PP Won J Shim cộng sự., 2016 tiến hành nhuộm loại nhựa HDPE, PVC, PP, PC, PVC, PS, PET soi kính hiển vi quỳnh quang (Axio Scope, Zeiss, Jena, Đức) với bước sóng kích thích màu xanh lục (450 - 490 nm), xanh (515 - 565 nm) cam đỏ (534 - 558 nm) Kết cho thấy loại nhựa bắt màu phát quang xanh bước sóng (515 – 565 nm) Ngồi PS cịn phát quang ánh sáng màu đỏ cam bước sóng (534 – 558 nm) PET phát quang xanh lục bước sóng (450 – 490 nm) [1] Để định tính định danh loại nhựa có mẫu nước, thí nghiệm tiến hành cách nhuộm mẫu nhựa riêng lẻ dung dịch Nile red chụp hình [19] Thuốc nhuộm hấp phụ lên bề mặt nhựa khác làm cho chúng phát huỳnh quang chiếu ánh sáng xanh soi kính hiển vi quỳnh quang phát sáng với màu sắc khác Một hạn chế phương pháp nhuộm Nile Red mẫu thực địa đồng nhuộm chất có nguồn gốc hữu tự nhiên dẫn đến hiệu xác định khơng xác Điều cho thấy nhựng việc quan trọng phương pháp nhuộm Nile Red loại bỏ chất hữu lẫn mẫu thực địa [1] Do mẫu nước tiền xử lý dung dịch H2O2 30% để loại bỏ chất béo tự nhiên chất hữu cơ, hạn chế dương tính giả [23] chất cịn lại 35 hệ thống cấp nước thị làm tăng khả tiếp xúc phân tử Nile Red vào bề mặt vi nhựa dẫn đến tăng khả bắt màu vi nhựa Quá trình nhuộm vi nhựa với Nile Red thực giấy lọc giai đoạn quan sát cuối Vết bẩn giấy lọc làm tăng tần số tiếp xúc phân tự Nile Red bề mặt nhựa Kết nhuộm Nile Red (Hình 3.8 Hình 3.9) cho thấy mẫu nước nhà máy A nhà máy B với nồng độ μg/ml nhuộm thành công, hạt vi nhựa bắt màu phát quang màu xanh lục bước sóng DAPI (430 - 470 nm) màu xanh bước sóng FITC (515 - 560 nm), nhiên khơng phát sáng bước sóng SPO (650 - 670 nm) đỏ cam Hình 3.8 Kết nhuộm vi nhựa bậc xử lý nhà máy B a) nước thô, b) sau trộn + phản ứng, c) sau lắng, d) sau lọc 36 Hình 3.9 Kết nhuộm vi nhựa bậc xử lý nhà máy A a) nước thô, b) sau trộn + phản ứng, c) sau lắng, d) sau lọc Đối chiếu kết nhuộm Nile Red kết nghiên cứu Won J Shim, cho phép sơ định danh loại polyme có hệ thống cấp nước thị gồm ABS, HDPE, PC, PS, PET, PP, PVC sử dụng để thực bước phân tích định danh 3.3 Định danh vi nhựa dựa phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR Dựa phản xạ hình ảnh vi biến đổi Fourier (FT-IR) hiển thị thành cơng hình ảnh quang phổ loại vi nhựa ABS, HDPE, PC, PS, PET, PVC, PP Hình 3.10 - 3.16 cho thấy tất loại nhựa chụp ảnh kết hợp với phổ FT-IR đại diện thu thập từ mảnh vi nhựa riêng lẻ với vùng sóng sử dụng để nhận dạng từ 400 - 4000 cm-1 Đồng thời, Bảng 3.5 cho thấy dãy sóng đặc trưng loại liên kết loại polyme 37 Bảng 3.5 Bước sóng đặc trưng cho loại nhựa Tên nhựa Cơng thức hóa học Polyvinyl chloride (PVC) [24] Poly cacbonate (PC) [25] Các liên kết đặc trưng Bước sóng đặc trưng (cm-1) C-H 2958 - 2890 CH2 1339 C-Cl 844 C=O 1744 - 1734 C–O 1062 - 1028 1187 - 1177 C - CH3 2926 - 2923 2867 - 2863 Acrylonitrin butadien styren (ABS) [25] Vòng thơm 3032 - 3026 C-H 3032 - 3026 CH2 2926 - 2923 2867 - 2863 C–N 2248 - 2239 C=C 982 - 972 Vòng thơm 702 - 696 760 - 757 Highdensity poly ethylene (HDPE) C–H 3022 - 2980 CH2 1132 2591 - 2825 1511 - 1367 C–C [26] 1095 550 Polypropyle ne (PP) [27] 38 C-CH 1257 - 1158 C–C 973 - 808 C–H 1166 - 840 CH3 2950 - 2870 CH2 1456 - 1376 2920 Polyethylen terephthalate (PET) C=O 1730 C–O 1096 - 1050 Terephthalate 1240 - 1124 (OOCC6H4COO) [28] C–H 2969 - 2908 Vòng thơm 712 C=C 1493 1601 Polystyrene (PS) C–H [29] 2850 3032 Vịng thơm 758 - 750 Hình 3.10 Kết nhuộm Nile Red kết hợp phân tích FTIR nhựa ABS 39 Hình 3.11 Kết nhuộm Nile Red kết hợp phân tích FTIR nhựa PVC Hình 3.12 Kết nhuộm Nile Red kết hợp phân tích FTIR nhựa PC 40 Hình 3.23: Mẫu cốc xác định liều lượng phèn nhôm tối ưu sau lắng (với liều lượng từ 0,25 – g theo thứ tự từ phải sang trái) 80% Hiệu xử lý vi nhựa 61,6% 64,2% 60% 45,7% 40% 31,7% 20% 0% 0,25 0,5 0,75 Hàm lượng phèn (g) Hình 3.24: Biều đồ kết thí nghiệm Jatest xác định phèn tối ưu Theo Dorothy W Skaf [6] phèn nhôm hoạt động tốt khoảng pH dao động từ - Ở pH = với liều lượng phèn nhôm từ 270 - 405 mg/l hiệu loại bỏ vi nhựa (các hạt PE có kích thước < 0,5 mm) cao mẫu nước thải giả định đạt khoảng 40% Tuy nhiên theo kết thí nghiệm thực tế mẫu nước thô nhà máy A, hiệu xử lý vi nhựa đạt 64,2% với liều lượng 0,5 g (Bảng 3.7) 50 Bảng 3.7: Kết trước sau keo tụ tạo Mẫu Trước keo tụ Sau keo tụ Hiệu Nước thô nhà máy A 1941 ± 53 693 ± 34 64,2 % Trạng thái lơ lửng hạt keo bền hoá nhờ lực đẩy tĩnh điện Việc bổ sung phèn nhôm trung hịa điện tích tạo điều kiện cho các hạt nhỏ nước có khuynh hướng keo tụ với hạt keo khác tạo thành bơng cặn có kích thước lớn hơn, nặng lắng xuống lực hút Vander Waals hạt khoảng cách chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Việc tăng khả kết dính cặn lơ lửng kéo theo hạt vi nhựa có mơi trường Do đó, ngồi khả xử lý cặn lơ lửng thí nghiệm cho thấy hiệu xử lý vi nhựa trước sau bổ sung phèn nhơm (Hình 3.24 Hình 3.25) Sau keo tụ lượng cặn lơ lửng giảm đáng kể loại bỏ hạt vi nhựa có kích thước lớn Hình 3.25 Mẫu nước trước keo tụ Hình 3.26 Mẫu nước sau keo tụ Trong q trình keo tụ, thấy vi nhựa kích thước lớn có hiệu loại bỏ cao Vi nhựa có kích thước > 10 μm đặc biệt dạng sợi dễ gắn kết với cặn gần hoàn toàn bị loại bỏ, hiệu loại bỏ 44,9 - 75% hạt vi nhựa có kích thước từ - 10 μm [12] Do đó, việc loại bỏ hiệu vi 51 hạt