SỬ DỤNG PHẢN ỨNG OXY HÓA QUANG HÓA LOẠI BỎ ASEN (As) TRONG NƯỚC NGẦM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SỬ DỤNG PHẢN ỨNG OXY HÓA QUANG HÓA LOẠI BỎ ASEN (As) TRONG NƯỚC NGẦM Ngành học : CÔNG NGHỆ SINH HỌC Sinh viên thực : TRẦM THỊ CẨM NHUNG Niên khóa : 2009 – 2013 Tháng 6/2013     BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP SỬ DỤNG PHẢN ỨNG OXY HÓA QUANG HÓA LOẠI BỎ ASEN(As) TRONG NƯỚC NGẦM Hướng dẫn khoa học Sinh viên thực ThS HUỲNH VĨNH KHANG TRẦM THỊ CẨM NHUNG Tháng 6/2013     LỜI CẢM ƠN Tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, tất Qúy Thầy Cô truyền đạt kiến thức cho suốt thời gian học tập Trường Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Huỳnh Vĩnh Khang hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ tơi thời gian thực tập tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn đến cha mẹ kính u tơi ni dạy đến ngày hôm tất anh chị em tạo động lực giúp đỡ suốt thời gian qua Sau cùng, xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp DH09SH động viên cỗ vũ suốt thời gian thực đề tài Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 06 năm 2013 Trầm Thị Cẩm Nhung i    TÓM TẮT Đề tài “Sử dụng phản ứng oxy hóa quang hóa loại bỏ As nước ngầm” thực nhằm khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ As phương pháp tỉ lệ mol As/Fe, tác dụng thời gian chiếu sáng ánh sáng mặt trời, nồng độ ion HCO3-, nồng độ acid citric Thí nghiệm thực phòng thí nghiệm Hóa Lý thuộc Viện Nghiên cứu Cơng nghệ Sinh học Môi trường, trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh Đề tài gồm thí nghiệm Thí nghiệm 1ảnh hưởng điều kiện phản ứng đến hiệu loại bỏ As Thí nghiệm ảnh hưởng thời gian chiếu sáng đến hiệu loại bỏ As Thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ ion HCO3- đến hiệu loại bỏ As Thí nghiệm khảo sát mức độ loại bỏ As mẫu nước có tỉ lệ As/Fe nồng độ acid citric khác Kết thí nghiệm cho thấy thời gian chiếu sáng ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất loại bỏ As nước ngầm phương pháp SORAS Thời gian tối ưu cho phản ứng khoảng Trong điều kiện thí nghiệm, lượng nước cốt chanh thêm vào dung dịch gây ức chế trình phản ứng, làm giảm hiệu suất loại bỏ As Ngồi ion HCO3-cũng cho thấy vai trò quan trọng phản ứng SORAS Sự diện ion HCO3- dung dịch có tác dụng tích cực làm tăng hiệu loại bỏ As Nghiên cứu cho thấy tỉ lệ mol As/Fe tối ưu phản ứng SORAS 0,046 ii    SUMMARY The thesis entitled " Removal of arsenic from synthetic groundwater by Solar Photocatalyic Oxidation” aims to investigate factors affecting As removal efficiency by SORAS such As/Fe molar ratios-, reaction duration, HCO3- concentration and natural acid citric added under form of lemon juice This study was conducted at the Chemical Testing laboratory the research institute Biotechnology and Environment, Nong Lam University, Ho Chi Minh City The thesi entitledconsists4 experiment Experiment the effect ofreaction conditionstoeliminateperformance As Experiment 2the irradiation duration had a effect on As removal efficiency Experiment the ion HCO3- concentration had a effect on Asen removal efficiency Experiment 4The study on removal of As water samples have As / Fe molar ratio and different concentrations of natural citric acid Our results revealed that the irradiation duration had a significant effect on As removal efficiency insynthetic groundwater by SORAS, the optimum reaction time was approximately hours Besides, the addition of lemon juice was found to considerably inhibit reaction efficiency, resulting in higher As concentration in experimental solutions than that of control treatments In addition, the presence of HCO3- ions in the synthetic groundwater exhibited a positive role in enhancing oxidation rate, and consequently increasing As removal capacity Also, the study showed that the optimum As/Fe molar ratio for SORAS was 0.046 Keywords: Arsenic, groundwater, natural citric acid, SORAS, HCO3- iii    MỤC LỤC Lời cảm ơn i Tóm tắt ii Summary iii Danh sách chữ viết tắt vi Danh sách bảng vii Danh sách hình viii Chương MỞ ĐẦU 1.1Đặt vấn đề 1.2 Yêu cầu đề tài 1.3 Nội dung thực Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Các khái niệm 2.1.1 Tổng quan kim loại nặng 2.1.2 Tính chất kim loại nặng 2.2 Tổng quan Asen (As) 2.2.1 Khái niệm As 2.2.2 Nguồn gốc phát sinh: 2.2.3 As môi trường nước 2.2.4 Tác hại As sức khỏe người 2.2.5 Quy chuẩn kỷ thuật quốc gia chất lượng nước ngầm 2.2.6 Một số phương pháp loại bỏ As 2.3 Phản ứng quang hóa khí 11 2.3.1 Khái niệm acid citric: 13 2.3.2 Ứng dụng 13 2.4 Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử 14 2.4.1 Nguyên tắc trang bị phép đo AAS 14 2.4.2 Hệ thống máy đo hấp thụ nguyên tử lửa 15 iv    Chương VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 3.1 Địa điểm thời gian thực 16 3.Vật liệu: 16 3.3 Phương pháp: 16 3.3.1 Chuẩn bị dung dịch nước ngầm tổng hợp nhân tạo phòng thí nghiệm 16 3.3.2 Thí nghiệm Khảo sát sơ điều kiện phản ứng ánh sáng acid citric 17 3.3.3 Thí nghệm Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng đến hiệu loại bỏ As 18 3.3.4 Thí nghiệm Ảnh hưởng nồng độ ion HCO3- đến hiệu loại bỏ As 19 3.3.5 Thí nghiệm Khảo sát mức độ loại bỏ As mẫu nước có tỉ lệ As/Fe nồng độ acid citric khác 19 Chương KẾT QUẢ THẢO LUẬN 21 4.1 Ảnh hưởng điều kiện phản ứng đến khả loại bỏ As 21 4.2 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng đến mức độ loại bỏ As 23 4.3Ảnh hưởng nồng độ HCO3- đến mức độ loại bỏ As 25 4.4 Khảo sát mức độ loại bỏ As mẫu nước ngầm nhân tạo có tỉ lệ As/Fe khác 26 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 28 5.1 Kết luận 28 5.2 Đề nghị 28 Tài liệu tham khảo 29 Phụ lục v    DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS: Atomic Absorption Spectrophotometric ASMT: Ánh Sáng Mặt Trời BTNMT: Bộ Tài Nguyên Môi Trường IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry PET: Polyethylene – Terpthate QCVN : Quy Chuẩn Việt Nam SORAS: Solar Oxidation and Removal of Arsenic UNICEF: The United Nations Children’s Fund WHO: World Health Organization As: Asen Fe: Sắt vi    DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Giá trị giới hạn nồng độ số kim loại nặng nước ngầm theo QCVN 09: 2008/BTNMT 10 Bảng 3.1 Nồng độ ion mẫu nước tổng hợp nhân tạo 17 Bảng 3.2 Bố trí thí nghiệm 18 Bảng 3.3 Bố trí thí nghiệm 19 Bảng 3.4 Bố trí thí nghiệm 20 Bảng 3.5 Bố trí thí nghiệm 21 Bảng 4.1 Ảnh hưởng điều kiện phản ứng đến khả loại bỏ As 22 Bảng 4.2 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng đến mức độ loại bỏ As 24 Bảng 4.3Ảnh hưởng nồng độ HCO3- đến mức độ loại bỏ As 26 Bảng 4.4 Mức độ loại bỏ As mẫu nước ngầm nhân tạo có tỉ lệ As/Fe nồng độ acid citric khác 28 vii    DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1 Ơ nhiễm kim loại nặng tác động người đất nước (Sigh Steinnes, 1994) Hình 2.2 Hình dạng tồn As tự nhiên Hình 2.3 Cơng thức cấu tạo acid citric 14 Hình2.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy quang phổ hấp thu nguyên tử lửa 16 Hình 4.1 Mẫu sau phơi ánh nắng mặt trời 24 Hình 4.2 Mẫu sau phơi lọc qua giấy lọc 28 Hình 4.1 Mẫu nước ngầm tổng hợp nhân tạo (Fe2+: mg/l, nước cốt chanh 0,5 ml/l sau khiđược phơi nắng 31 viii    4.2 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng đến mức độ loại bỏ As Bảng 4.2 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng đến mức độ loại bỏ As Nghiệm thức Thời gian Nồng độ As chiếu sáng trước xử lý (phút) (ppb) G1 30 Nồng độ As sau xử lý (ppb) 6,9a ± 0,70 250 b Hiệu suất xử lý (%) 97,2 ± 0,6 G2 60 250 5,5 ± 0,23 97,8 ± 2,4 G3 90 250 4,6c ± 0,42 98,2 ± 0,9 G4 120 250 4,4c ± 0,40 98,2 ± 0,9 G5 180 250 4,1c ± 0,38 98,3 ± 0,3 G6 240 250 2,5d ± 0,48 99,0 ± 5,8 G7 360 250 2,4d ± 0,44 99,0 ± 0,2 H1 30 250 24,1a± 1,67 90,3± 1,3 b H2 60 250 9,9 ± 1,99 96,0± 0,8 H3 90 250 5,8c ± 1,39 97,7± 0.4 H4 120 250 2,2d ± 1,33 99,1± 0,3 H5 180 250 0,5e ± 0,58 99,8± 0,01 H6 240 250 0,3e ± 0,24 99,9± 0,05 H7 360 250 0,2e ± 0,22 99,9± 0,03 Trong cột, giá trị trung bình theo sau chữ khác biểu thị khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê p < 0,05 Các nghiệm thức G: có thêm nước cốt chanh; nghiệm thức H: không thêm nước cốt chanh Kết cho thấy thời gian chiếu sáng có ảnh hưởng đến mức độ loại bỏ As khỏi dung dịch (p < 0,001) Kết bảng 4.2 cho thấy mẫu thí nghiệm phơi ánh sáng mặt trời 360 phút cho hiệu loại bỏ As tốt ( nghiệm thức H7 có hiệu suất 99,7 %) Nồng độ As lại dung dịch sau xử lý 0,2 ppb Hiệu suất loại bỏ As thấp mẫu thí nghiệm phơi ánh sáng mặt trời 30 phút (nghiệm thức H1 có hiệu suất 90,3 %) Nồng độ As lại dung dịch sau xử 23    lý là24,1 ppb Nghiệm thức H1 H7 có khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê (p < 0,001) Điều tương tự cho nghiệm thức G1 G7 có khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê (p < 0,001) Khi xét mẫu phơi ánh sáng mặt trời khoảng thời gian 180 phút, 240 phút, 360 phút (nghiệm thức H5, H6 H7 có hiệu suất 99,8 %, 99,9 % 99,9 %), nghiệm thức khơng có khác biệt mặt thống kê Các nghiệm thức G6 G7 có hiệu suất loại bỏ 99,0 % Hai nghiệm thức khơng có khác biệt mặt thống kê Trong điều kiện phản ứng, kết thí nghiệm cho thấy thời gian tối ưu cho phản ứng SORAS khoảng 240 phút Bên cạnh nghiên cứu cho thấy, lượng nước cốt chanh đưa vào làm giảm hiệu suất phản ứng Nồng độ As lại dung dịch chứa 93 µM acid citric (nghiệm thức G7) sau xử lý 2,4 ppb Trong mẫu không chứa acid citric (nghiệm thức H7) 0,2 ppb Hình 4.2 Mẫu sau phơi lọc qua giấy lọc 24    4.3 Ảnh hưởng nồng độ HCO3- đến mức độ loại bỏ As Bảng 4.3 Hiệu loại bỏ As nồng độ HCO3- khác Nghiệm thức Nồng độ Nồng độ As ion HCO3- trước xử lý (mg/l) (ppb) Nồng độ As sau Hiệu suất xử lý xử lý (ppb) (%) 250 116,3a ± 1,91 53,5± 0,2 20 250 46,5b ± 1,12 81,4± 0,3 c 40 250 13,6 ± 1,27 94,6± 0,05 80 250 13,0c ±1,15 94,8± 0,3 Trong cột, giá trị trung bình theo sau chữ khác biểu thị khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê p < 0,05 Kết thí nghiệm cho thấy nồng độ ion HCO3-có ảnh hưởng đáng kể mức độ loại bỏ As khỏi dung dịch (p