(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng amoni trong nước đến hiệu lực khử trùng nước của dung dịch oxy hóa

ÐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ÐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN THỊ NGUYỆT Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG AMONI TRONG NƯỚC ĐẾN HIỆU LỰC KHỬ TRÙNG NƯỚC CỦA DUNG DỊCH OXY HĨA” KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Liên thơng quy Chuyên ngành : Khoa học môi trường Khoa : Môi trường Lớp : K9 - KHMT Khóa học : 2013 - 2015 Giảng viên hướng dẫn: TS Hà Xuân Linh THÁI NGUYÊN - 2014 n LỜI CẢM ƠN Qua năm học tập rèn luyện trường ĐH Nông Lâm Thái Nguyên, thầy cô giáo dạy dỗ bảo tận tình, đặc biệt thầy khoa Mơi Trường giúp tơi tích lũy nhiều kiến thức nghề nghiệp đạo đức, tư cách cán kĩ thuật mơi trường Đến tơi dần hồn thành khóa luận tốt nghiệp kỳ học cuối, tơi muốn bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến thầy cô trường viện Công nghệ môi trường Tôi chân thành cảm ơn thầy cô khoa Môi trường – Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên, đặc biệt thầy giáo hướng dẫn TS Hà Xuân Linh thầy giáo chủ nhiệm Th.S Hà Đình Nghiêm tận tình dìu dắt tơi suốt năm học qua Chân thành cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn Hồi Châu – Viện trưởng Viện Cơng nghệ mơi trường – Viện Hàn Lâm Khoa học Công Nghệ Việt Nam tiếp nhận vào thực tập viện Cảm ơn Th.S Nguyễn Thị Thanh Hải – Phó trưởng phịng - phịng Cơng nghệ hóa lý mơi trường - Viện Cơng nghệ Mơi Trường tận tình hướng dẫn thời gian thực tập Tôi xin chân thành cảm ơn bác, cô anh chị phịng Cơng nghệ hóa lý mơi trường - Viện Công nghệ môi trường động viên giúp đỡ suốt thời gian qua Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè ln bên cạnh động viên, chia sẻ khó khăn học tập sống để tơi hồn thiện thân hồn thành tốt đợt thực tập Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 26 tháng năm 2014 Sinh viên Nguyễn Thị Nguyệt n DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các thông số để đánh giá chất lượng Anolit 12 Bảng 2.2: Một số phản ứng hóa học q trình hoạt hóa điện hóa 13 Bảng 3.1 Chế độ vận hành hệ điều chế Anolit 26 Bảng 4.1: Số lượng vi khuẩn sống trung bình (5 mẫu) mẫu nước có chứa NH4+ sau khử trùng dung dịch Anolit có nồng độ 0,5 ppm, phụ thuộc vào nồng độ thời gian tiếp xúc 29 Bảng 4.2: Số lượng vi khuẩn cịn sống trung bình (5 mẫu )trong mẫu nước có chứa NH4+ sau khử trùng dung dịch Javen có nồng độ 0,5 ppm, phụ thuộc vào nồng độ thời gian tiếp xúc 31 n DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ điều chế dung dịch điện hoạt hóa 11 Hình 2.2: Cấu tạo buồng phản ứng điện hoá 12 Hình 2.3 Thiết bị STEL-PRO điều chế 100g clo hoạt tính/h 18 Hình 2.4 Sơ đồ khối thiết bị điện hoạt hóa 19 Hình 2.5: Thiết bị điện hoạt hóa mang tên ECAWA lắp đặt trường 20 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thí nghiệm điều chế dung dịch siêu xy hóa dùng modul MB-11 25 Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc mật độ vi khuẩn cịn sống sót E.coli Coliform sau 10s khử trùng Anolit Javen vào hàm lượng Amoni 33 Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc mật độ vi khuẩn sống sót E.coli Coliform sau phút khử trùng Anolit Javen vào hàm lượng Amoni 34 Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc mật độ vi khuẩn cịn sống sót E.coli Coliform sau 30 phút khử trùng Anolit Javen vào hàm lượng Amoni 35 n DANH MỤC CÁC TỪ VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT ATCC Air Traffic Control Center DNA DeoxyriboNucleic Acid E.coli Escherichia coli ECAWA Electro Chemically Activated Water ELOU електрообессоливающая установка FEM flow-through electrolytic module HHĐH Hoạt hóa điện hóa KH-SX Khoa học sản xuất STEL Ghép từ sterility electrochemistry THM Trihalogenmetan WHO World Health Organization n MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Yêu cầu đề tài…………………………………………………… 1.5 Ý nghĩa đề tài 1.5.1 Ý nghĩa học tập nghiên cứu khoa học 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn PHẦN TỔNG QUAN 2.1 Các sở nghiên cứu đề tài 2.1.1 Cơ sở pháp lý 2.1.2 Cơ sở lí luận 2.2 Tình hình nghiên cứu nước ngồi nước 15 2.2.1 Tình hình ngiên cứu giới 15 2.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 18 PHẦN ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 3.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 22 3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 22 3.1.2 Phạm vi nghiên cứu: Trong phịng thí nghiệm 22 3.2 Địa điểm thời gian nghiên cứu 22 3.3 Nội dung nghiên cứu 22 3.4 Phương pháp nghiên cứu 23 3.4.1 Phương pháp phân tích, kỹ thuật sử dụng 23 3.4.2 Chuẩn bị thí nghiệm 24 3.4.3 Quy trình thí nghiệm 27 n PHẦN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29 4.1 Kết khử trùng nước dung dịch Anolit nồng độ 0,5ppm phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc hàm lượng NH4+ 29 4.2 Kết khử trùng nước Javen nồng độ 0,5ppm phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc hàm lượng NH4+ 31 4.4 So sánh mức độ khử trùng dd Anolit Javen E.coli Coliform mức thời gian tiếp xúc sau phút phụ thuộc vào hàm lượng amoni 34 4.5 So sánh mức độ khử trùng dd Anolit Javen E.coli Coliform mức thời gian tiếp xúc sau 30 phút phụ thuộc vào hàm lượng amoni 35 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 5.1 Kết luận 37 5.2 Kiến nghị 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 n PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Vi sinh vật ngồi nhóm tham gia vào chu trình chuyển hố vật chất có lợi cho mơi trường sinh thái cịn có nhóm gây bệnh cho người, động vật, thực vật Kết nghiên cứu TS R Tardiff nguy mắc bệnh nước bị nhiễm vi sinh vật lớn khoảng 100.000 lần so với nước bị nhiễm hợp chất hóa học có nguồn gốc khác Hiện nay, để xử lý khử trùng nguồn nước cấp có cơng suất lớn, nước tiên tiến người ta sử dụng phương pháp clo hóa yếu, phương pháp khác ozon hóa xạ tia cực tím khơng có tác dụng khử trùng kéo dài Tuy nhiên, phương pháp clo hóa khí clo hóa lỏng có nguy tạo sản phẩm halogenmetan độc hại Sản phẩm phụ trình ozon hóa nước uống cịn độc hại nhiều so với sản phẩm clo hóa Qua nghiên cứu phương pháp biết, công nghệ khử trùng nước dung dịch Anolit sản xuất thiết bị hoạt hóa điện hóa (HHĐH) có nhiều ưu điểm Trong thiết bị HHĐH lần tận dụng đồng thời tính ưu việt chất ôxy hóa clo, điôxit clo ozon loại trừ điểm yếu chất riêng biệt, cho phép hạn chế tối đa khả hình thành sản phẩm phụ độc hại trình clo hóa nước Từ năm 2002 đến Viện Cơng nghệ môi trường kết hợp với nhà khoa học Nga nghiên cứu chế tạo thiết bị sản xuất dung dịch hoạt hố điện hố (hay cịn gọi dung dịch Anolit) từ nước muối hàm lượng 5% quy trình ứng dụng Anolit để khử trùng y tế, sản xuất tôm giống, chế biến thuỷ sản, chăn nuôi giết mổ gia cầm n Trong xu hướng tới biện pháp xử lý an tồn, thân thiện với mơi trường nay, với ưu điểm phương pháp khử trùng dung dịch Anolit, việc nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ để ứng dụng rộng rãi vào thực tiễn, đặc biệt lĩnh vực khử trùng nước cấp có ý nghĩa Nguồn nước khai thác phục vụ cho nhu cầu cấp nước sinh hoạt nước ta phần lớn nước ngầm Một thành phần có nước ngầm gây khó khăn cho trình xử lý nói chung khử trùng nói riêng hàm lượng amoni cao Chính chúng tơi lựa chọn thực đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng amoni nước đến hiệu lực khử trùng nước dung dịch oxy hóa” góp phần hồn thiện thơng số kỹ thuật cơng nghệ phương pháp khử trùng nước cấp dung dịch điện hoạt hóa 1.2 Mục tiêu đề tài Đánh giá hiệu lực khử trùng nước dung dịch hoạt hóa điện hóa Đánh giá ảnh hưởng hàm lượng amoni nước đến hiệu lực khử trùng dung dịch hoạt hóa điện hóa 1.3 Mục đích nghiên cứu Nâng cao chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, góp phần bảo vệ sức khỏe người Giảm nguy mắc bệnh nước bị nhiễm vi sinh vật Đưa giải pháp, kiến nghị, xử lý thực tế có tính khả nghi có khả ứng dụng vào thực tế 1.4 Yêu cầu đề tài - Thông tin số liệu thu phải xác, trung thực, khách quan - Đưa ảnh hưởng amoni tới hiệu lực khử trùng dung dịch oxy hóa - Các kết cần tổng hợp phân tích n 1.5 Ý nghĩa đề tài 1.5.1 Ý nghĩa học tập nghiên cứu khoa học Giúp sinh viên vận dụng kiến thức học làm quen với thực tế Củng cố kiến thức sở kiến thức chuyên nghành Nâng cao kĩ năng, kiến thức tích lũy kinh nghiệm thực tế phục vụ cho cơng tác sau Khi hoàn thành đề tài rút số học, kinh nghiệm nghiên cứu khoa học lĩnh vực khử trùng nước 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn Đánh giá ảnh hưởng hàm lượng amoni nước đến hiệu lực khử trùng dung dịch hoạt hóa điện hóa vi khuẩn gây bệnh thường có nguồn nước tiền đề để đưa giải pháp khắc phục, xử lý, khử trùng nguồn nước đảm bảo cho nguồn nước cấp Đặc biệt góp phần bảo vệ sức khỏe người n 34 4.4 So sánh mức độ khử trùng dd Anolit Javen E.coli Coliform mức thời gian tiếp xúc sau phút phụ thuộc vào hàm lượng amoni Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc mật độ vi khuẩn cịn sống sót E.coli Coliform sau phút khử trùng Anolit Javen vào hàm lượng Amoni Ở thời gian tiếp xúc phút đường biểu diễn mật độ vi khuẩn sống sót sau khử trùng Anolit 0,5ppm có điểm khác biệt so với 10s, hàm lượng amoni 1ppm vi khuẩn bị diệt hoàn toàn Cho thấy thời gian khử trùng tăng hoạt lực khử trùng tăng hàm lượng amoni 3ppm Tuy nhiên với đường biểu diễn mật độ vi khuẩn cịn sống sau khử trùng Javen 0,5ppm tăng thời gian khử trùng lên phút không khác biệt nhiều so với 10s Chứng tỏ khả khử trùng Javen so với dung dịch Anolit nhiều n 35 4.5 So sánh mức độ khử trùng dd Anolit Javen E.coli Coliform mức thời gian tiếp xúc sau 30 phút phụ thuộc vào hàm lượng amoni Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc mật độ vi khuẩn sống sót E.coli Coliform sau 30 phút khử trùng Anolit Javen vào hàm lượng Amoni Thời gian khử trùng tăng lên 30 phút đường biểu diễn mật độ vi khuẩn sống sót sau khử trùng Anolit Javen không khác so với thời gian 10 phút Đường biểu diễn mật độ vi khuẩn sống sót sau khử trùng Anolit ln mức thấp so với đường biểu diễn mật độ vi khuẩn sống sót sau khử trùng Javen Và thấy ảnh hưởng NH4+ lên hiệu lực khử trùng Anolit rõ rệt nhiều so với Javen Cùng hàm lượng clo hoạt tính (0,5 ppm) Javen khử trùng yếu Anolit Trong theo lý thuyết dung dịch tồn hợp chất oxy hóa chứa clo (tác dụng khử trùng chính) với hàm lượng clo -> Chứng tỏ hợp chất oxy hóa chứa clo thơng thường Anolit cịn tồn hợp chất khác có tính khử trùng mạnh nhiều như: HO*, O3, HO2*, n 36 O2,… Các chất oxy hóa có tác dụng khử trùng mạnh an toàn so với hợp chất chứa clo Điều cho thấy với hoạt lực khử trùng khối lượng Anolit (tính theo clo hoạt tính) đưa vào nước nhiều so với Javen Đồng nghĩa với việc lượng clo đưa vào để khử trùng nước đi, phản ứng tạo sản phẩm phụ hạn chế tối đa Đây điểm bật Anolit tính an tồn than thiện với mơi trường n 37 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Từ kết thí nghiệm cho thấy, có mặt hàm lượng amoni dung dịch cần khử trùng làm giảm khả khử trùng dung dịch Anolit, kết hợp amoni với chất oxy hóa Anolit, đặc biệt HOCl, tạo chất khử trùng yếu monocloramin hay dicloramin chất khả khử trùng Với dung dich Anolit 0,5 ppm khử trùng hồn tồn nồng độ NH4+ < ppm Nhưng với nồng độ NH4+ > 10 ppm dung dịch Anolit 0,5 ppm gần khả khử trùng dù thời gian tiếp xúc nâng lên 30 phút Hiện tượng sảy với Javen tác động gây ảnh hưởng cao Điều giải thích hàm lượng ammoni lớn phản ứng với chất oxy hóa mạnh dung dịch Anolit (đặc biệt HOCl) tạo thành chất có khả diệt khuẩn yếu Như monocloramin có khả diệt khuẩn 1/2.000 – 1/10.000 so với HOCl Với dung dịch cần khử trùng có nồng độ NH4+ lớn 10 ppm nồng độ 0,5 ppm (tính theo clo hoạt tính) dung dịch Anolit không đủ Cần sử dụng dung dịch Anolit có nồng độ cao hơn, đồng thời xem xét tăng thời gian tiếp xúc Đối với nước Javel (NaOCl) nồng độ clo hoạt động (0,5 ppm) cho thấy có mặt NH4+ ảnh hưởng mạnh mẽ vào q trình khử trùng, chí mạnh Anolit Sự có mặt lượng nhỏ ion NH4+ (1ppm) có tác động đáng kể đến hoạt động khử trùng Javen, dung dịch Anolit nồng độ tác động khơng đáng kể Điều giải thích hợp chất oxy hóa có Javel n 38 phản ứng với amoni có nước tạo thành monicloramin có hoạt lực khử trùng Dung dịch Anolit chứa hợp chất oxy hóa khác có tính khử trùng cao như: H2O2, O, O3,O2, HO*, HO2* HO2 - Các hợp chất oxy hóa chất khử trùng mạnh mẽ Đây lý mà làm cho khác biệt Javen Anolit oxy hóa 5.2 Kiến nghị Đây thử nghiệm ban đầu để khảo sát ảnh hưởng nồng độ amoni tới hiệu lực khử trùng dung dịch Anolit Trong nguồn cấp có mặt nhiều hợp chất hữu khác Các hợp chất có khả ảnh hưởng khơng nhỏ lên hiệu lực khử trùng Anolit Tuy nhiên, phạm vi khóa luận khơng thể bao hàm hết nội dung Vì vậy, cần có nghiên cứu tiếp chun sâu để làm rõ ảnh hưởng chất hữu lên hiệu lực khử trùng Anolit tạo thành sản phẩm phụ sau khử trùng n 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Vệt Thí nghiệm vi sinh vật học - 2010 - Viện công nghệ Môi trường – Viện khoa học cơng nghệ Việt Nam Nguyễn Hồi Châu, V M Bakhir, Ngô Quốc Bưu, S A Panicheva Công nghệ hoạt hóa điện hóa – nguyên lý ứng dụng (2011) Công nghệ vi sinh Trần Thị Thanh - Nhà xuất giáo dục – 2003 Nguyễn Hoài Châu, NguyễnVăn Hà, Nguyễn Minh Tuân, Lê Anh Bằng Ứng dụng dung dịch hoạt hoá điện hoá để khử trùng, khử mùivà tăng hiệu kinh tế chăn nuôi lợn qui mơ trang trại Tạpchí Khoa học Cơng nghệ, 46(6a) (2008), 89-95 Nguyễn Hoài Châu, Lê Anh Bằng, Ngô Quốc Bưu, Nguyễn Văn Hà, Nguyễn Minh Tuân Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ hoạt hố điện hố để khử trùng nước sản xuất sản phẩm chế biến thay hố chất sát trùng xí nghiệp chế biến thuỷ sản Tạpchí Khoa học Cơng nghệ,46(6a) (2008), 89-95 Nguyễn Hoài Châu cộng Nghiên cứu sử dụng hồn thiện cơng nghệ điều chế dung dịch hoạt hoá điện hoá để thay chất khử trùng số công đoạn sản xuất sở chế biến thuỷ sản xuất Báo cáo tổng kết đề tài Bộ NN&PTNT (2008) Nguyễn Văn Hà, Nguyễn Hoài Châu, Nguyễn Minh Tuân Nghiên cứu ứng dụng dung dịch hoạt hoá điện hoá để khử trùng nước dụng cụ sản xuất tơm giống Tạpchí Khoa học Công nghệ, 46(6a) (2008), 227-233 Nguyễn Văn Hà, Nguyễn Hồi Châu Dung dịch hoạt hố điện hố ứng dụng y tế Tạp chí Hố học, 47(5A) (2009), 209-216 n 40 Nguyễn Văn Hà, Nguyễn Hoài Châu Nghiên cứu ứng dụng dung dịch hoạt hoá điện hoá để khử trùng thân thịt gà dây chuyền giết mổ cơng nghiệp.Tạpchí Khoa học Cơng nghệ, 48(1) (2010), 97-103 10.Ngơ Quốc Bưu, Nguyễn Hồi Châu, Nguyễn Văn Hà Nghiên cứu tổng hợp dung dịch sát trùng peroxocacbonat không bền triển vọng ứng dụng chế biến thủy sản Tạpchí Khoa học Cơng nghệ, 48(2) (2010), 47-56 II Tiếng nước ngồi 11 Шомовская Н.Ю Установки СТЭЛ нового поколения и получаемые на них ЭХА растворы Доклад на юбилейной международной конференции «Электрохимическая активация-2010».Москва- 10/2010 12 Baxир В.М., Задорожний Ю.Г., Леонов Б.И., Паничева С.А., Прилуцкий В.И Электрохимическая активация: очистка воды и получение полезных растворов - М.: ВНИИИМТ(2001) 13 В.М Бахир Новые теоретические аспекты электрохимической активации Доклад на юбилейной международнойконференции «Электрохимическая активация-2010» Москва-10/2010 III INTERNET 14.http://laocai.gov.vn/sites/sotnmt/thongtinchuyenganh/tainguyennuoc/ Trang/20120322102045.aspx 15 http://maylocnuocthailan.com/83/vai-tro-cua-nuoc-doi-voi-suc-khoe/ 16.http://gianguyen.vn/gng/thuviencongnghecao/nghiencuuungdung/188phuongphapkhutrungnuoc.html n PHỤ LỤC Phụ lục Hình ảnh kết thí nghiệm Nồng độ NH4+ = ppm Đối chứng Nồng độ NH4+ = ppm Nồng độ NH4+ = ppm Nồng độ NH4+ = 10 ppm Nồng độ NH4+ = 20 ppm Hình 1.1: Ảnh Coliform sau tiếp xúc với Anolit 10 (s) n Nồng độ NH4+ = ppm Đối chứng Nồng độ NH4+ = ppm Nồng độ NH4+ = ppm Nồng độ NH4+ = 10 ppm Nồng độ NH4+ = 20 ppm Hình 1.2: Ảnh E.coli sau tiếp xúc với Anolit 10 (s) n Nồng độ NH4+ = ppm Đối chứng Nồng độ NH4+ = ppm Nồng độ NH4+ = 10 ppm Nồng độ NH4+ = 20 ppm Nồng độ NH4+ = 30 ppm Hình 1.3: Ảnh Coliform sau tiếp xúc với Anolit (phút) n Nồng độ NH4+ = ppm Đối chứng Nồng độ NH4+ = ppm Nồng độ NH4+ = 10 ppm Nồng độ NH4+ = 20 ppm Nồng độ NH4+ = 30 ppm Hình 1.4: Ảnh E.coli sau tiếp xúc với Anolit (phút) n Nồng độ NH4+ = ppm Đối chứng Nồng độ NH4+ = 3ppm Nồng độ NH4+ = 10ppm Nồng độ NH4+ = 20 ppm Nồng độ NH4+ = 30 ppm Hình 1.5: Ảnh Coliform sau tiếp xúc Anolit 30 (phút) n Nồng độ NH4+ = ppm Đối chứng Nồng độ NH4+ = ppm Nồng độ NH4+ = 10ppm Nồng độ NH4+ = 20ppm Nồng độ NH4+ = 30ppm Hình 1.6: Ảnh E.coli sau tiếp xúc Anolit 30 (phút) n Phụ lục 2: Hình ảnh q trình làm thí nghiêm Hình 2.1: Hình ảnh đun mơi trường Hình 2.2: Hình ảnh thực thí tủ cấy vơ trùng n Hình 2.3: Hình ảnh đọc kết Hình 2.3: Hình ảnh phân tích hóa lý n ... Đánh giá hiệu lực khử trùng nước dung dịch hoạt hóa điện hóa Đánh giá ảnh hưởng hàm lượng amoni nước đến hiệu lực khử trùng dung dịch hoạt hóa điện hóa 1.3 Mục đích nghiên cứu Nâng cao chất lượng. .. cấp thiết Nội dung ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng amoni nước đến hiệu lực khử trùng dung dịch oxy hóa ” nội dung chương trình nghiên cứu Dung dịch oxy hóa Phịng Cơng nghệ hóa lý môi trường –... ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng amoni nước đến hiệu lực khử trùng nước dung dịch oxy hóa? ?? góp phần hồn thiện thơng số kỹ thuật công nghệ phương pháp khử trùng nước cấp dung dịch điện hoạt hóa 1.2