Nghiên cứu quy trình phân tích COD liên tục và ứng dụng đánh giá ô nhiễm hữu cơ trong nước mặt : Luận văn ThS. Khoa học môi trường và bảo vệ môi trường: 60 44 03 01

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ SỸ CHÍNH NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH PHÂN TÍCH COD LIÊN TỤC VÀ ỨNG DỤNG ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM HỮU CƠ TRONG NƢỚC MẶT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI, NĂM 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ SỸ CHÍNH NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH PHÂN TÍCH COD LIÊN TỤC VÀ ỨNG DỤNG ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM HỮU CƠ TRONG NƢỚC MẶT Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐỖ PHÚC QUÂN HÀ NỘI, NĂM 2013 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT COD: Nhu cầu oxy hóa học PCP: Polycloruaphenol PCBs: Polyclorobiphenyl TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam UV: Quang phân tử ORP: Điện oxy hóa khử AOP: Q trình oxi hóa nâng cao KCNC: Khu công nghiệp cao KCN: Khu công nghiệp CCN: Cụm công nghiệp BTNMT: Bộ tài nguyên & môi trường DO: Lượng oxi hòa tan nước TSS: Tổng số chất rắn lơ lửng BOD: Nhu cầu oxi sinh hóa BQL: Ban quản lý KHP: Kali hydrophotalat DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Phổ hấp thụ UV COD với độ dài đường truyền sáng thay đổi Hình 1.2 Đường chuẩn xác định COD phương pháp điện hóa điện cực oxit coban Hình 1.3 Đường chuẩn xác định COD phương pháp điện hóa điện cực hợp kim NiCu Hình 1.4 Cấu trúc cộng hưởng ơzơn (Langlais cộng sự,1991) Hình 1.5 Các nhóm hữu dễ bị cơng ozon Hình 1.6 Sơ đồ q trình oxi hóa hợp chất thơm ozon Hình 1.7 Cơ chế trình phân hủy ozon Hình 1.8 Ảnh hưởng pH đến phân hủy ozon (T = 150C) Hình 1.9 Sự phân hủy ozon loại nước 20oC, – nước cất lần, – nước cất, – nước máy, – nước ngầm có độ cứng thấp, 5- nước qua lọc từ hồ Zurich (Thụy Sĩ), nước qua lọc từ Bondensee (Thụy Sĩ) Hình 1.10 Trạng thái cân cacbonat, bicacbonat cacbon dioxit Hình 2.1 Một số thiết bị sử dụng nghiên cứu Hình 2.2 Sơ đồ mơ tả quy trình thí nghiệm Hình 2.3 Đường chuẩn COD605 Hình 3.1 Đồ thị khảo sát ozon bão hòa nước giá trị pH khác nhau, pH điều chỉnh axit sunfuric Hình 3.2 Đồ thị khảo sát ozon bão hòa nước giá trị pH khác nhau, pH điều chỉnh axit phốtphoric Hình 3.3 Đồ thị khảo sát ozon bão hòa nước giá trị pH khác nhau, pH điều chỉnh NaOH Hình 3.4 Sơ đồ diễn biến theo tỷ lệ trộn 1-5 Hình 3.5 Đường chuẩn COD-Ozon tỉ lệ trộn 1/5 Hình 3.6 Sơ đồ diễn biến theo tỷ lệ trộn 1:10 Hình 3.7 Đường chuẩn COD-Ozon tỉ lệ trộn 1-10 Hình 3.8 Đường chuẩn COD-Ozon tỉ lệ trộn 1-20 Hình 3.9 Đường chuẩn COD-Ozon tỉ lệ trộn 1-30 Hình 3.10 Đường chuẩn COD-Ozon tỉ lệ trộn 1-5, 1-10; 1-20, 1-30 Hình 3.11 Sơ đồ diễn biến theo tỷ lệ trộn khác Hình 3.12 Đường chuẩn tỷ lệ trộn với nồng độ COD Hình 3.13 Sơ đồ diễn biến trình ozon hóa bình phản ứng 650 ml Hình 3.14 Đường chuẩn thể mối quan hệ nồng độ COD với thể tích nước bão hịa ozon bình phản ứng 650ml Hình 3.15 Đường chuẩn thể mối quan hệ nồng độ COD với thể tích nước bão hịa ozon bình phản ứng 1200ml Hình 3.16 Sơ đồ diễn biến q trình ozon hóa với thể tích mẫu 100ml Hình 3.17 Quan hệ COD với thể tích ozon sử dụng thể tích mẫu 100ml Hình 3.18 Quan hệ thể tích dung dịch ozon nồng độ COD Hình 3.19 Đường chuẩn thể tích dung dịch ozon nồng độ COD thể tích mẫu 300ml thể tích bình phản ứng 1200ml Hình 3.20 Sơ đồ diễn biến q trình thí nghiệm ozon hóa tốc độ bơm 400 ml/phút nước bão hòa ozon Hình 3.21 Đường chuẩn tỷ lệ thể tích dung dịch ozon nồng độ COD tốc độ bơm 400 ml/phút Hình 3.22 Đường chuẩn tỷ lệ thể tích dung dịch ozon nồng độ COD tốc độ bơm 500 ml/phút Hình 3.23 Đường chuẩn tỷ lệ thể tích dung dịch ozon nồng độ COD tốc độ bơm 600 ml/phút Hình 3.24 Sơ đồ diễn biến q trình thí nghiệm ozon hóa với bình phản ứng 300 ml Hình 3.25 Đường chuẩn COD với bình phản ứng 300 ml Hình 3.26 Sơ đồ diễn biến q trình thí nghiệm ozon hóa oxi hóa bình phản ứng 570 ml Hình 3.27 Đường chuẩn oxi hóa COD bình phản ứng 570 ml Hình 3.28 Mức độ ảnh hưởng ion NO2-, CO32-, NH4+ đến q trình ozon hóa Hình 3.29 Khả loại trừ yếu tố ảnh hưởng Hình 3.30 Đồ thị tương quan hai phương pháp phân tích COD liên tục với phân tích COD theo TCVN 6491:1999 DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1.1 Độ tan ôzôn nước (Ullmann’s,1991) Bảng 1.2 Tính chất vật lí ozon Bảng 1.3 So sánh oxy hóa (Ullmann’s,1991) Bảng 1.4 Nửa chu kì phân hủy ozon khí nước nhiệt độ khác Bảng 2.1 Kết nồng độ hấp thụ quang theo nồng độ chuẩn Bảng 3.1 Sụt giảm điện ozon môi trường pH khác điều chỉnh axit H2SO4 Bảng 3.2 Sụt giảm điện ozon môi trường pH khác điều chỉnh axit H3PO4 Bảng 3.3 Sụt giảm điện ozon môi trường pH khác điều chỉnh NaOH Bảng 3.4 Điện nồng độ COD khác tỷ lệ 1:5 Bảng 3.5 Điện nồng độ COD khác tỷ lệ 1:10 Bảng 3.6 Tỷ lệ trộn với nồng độ COD Bảng 3.7 Điện với nồng độ COD khác Bảng 3.8 Kết thí nghiệm q trình ozon hóa bình phản ứng 650 ml Bảng 3.9 Thể tích nước ozon tiêu tốn cho xử lí 100ml mẫu thiết bị phản ứng 1200ml Bảng 3.10 Kết thí nghiệm q trình ozon hóa tốc độ bơm 400 ml/phút Bảng 3.11 Kết q trình ozon hóa oxi hóa bình phản ứng 300 ml Bảng 3.12 Kết q trình ozon hóa oxi hóa bình phản ứng 570 ml Bảng 3.13 Kết khảo sát ảnh hưởng ion NO2- Bảng 3.14 Kết khảo sát ảnh hưởng ion CO32- Bảng 3.15 Kết khảo sát ảnh hưởng ion NH4+ Bảng 3.16 Kết khảo sát xác định COD chất chuẩn khơng có yếu tố ảnh hưởng Bảng 3.17 Kết thí nghiệm loại trừ yếu tố ảnh hưởng Bảng 3.18 Kết thí nghiệm xác định COD nước sông - hồ MỤC LỤC MỞ ĐẦU 13 CHƢƠNG I .15 TỔNG QUAN 15 1.1 TỔNG QUAN VỀ COD TRONG NƢỚC MẶT .15 1.1.1 Hiện trạng ô nhiễm chất hữu 15 1.1.2 Tác động ô nhiễm chất hữu 17 1.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH COD 19 1.2.1 Phương pháp tiêu chuẩn theo APHA TCVN 20 1.2.2 Phương pháp phân tích nhanh 21 1.2.2.1 Phương pháp UV-COD 21 1.2.2.2 Phương pháp điện hóa 22 1.2.2.3 Phương pháp quang điện hóa 24 1.3 PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH COD – ƠZƠN 24 1.3.1 Nguyên tắc phương pháp 24 1.3.2 Tính chất hóa lý ơzơn 25 1.3.2.1 Tính chất vật lý ôzôn 26 1.3.2.2 Tính chất hóa học ơzơn 28 1.3.2.3 Sự phân hủy ôzôn 30 1.3.4 Phương pháp tạo thành ôzôn 30 1.3.5 Yếu tố ảnh hưởng đến tồn ôzôn 34 1.3.6 Xác định ơxi hóa khử 38 CHƢƠNG II 42 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42 2.1 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 42 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 42 2.3 THỰC NGHIỆM 42 2.3.1 Hóa chất, thiết bị dụng cụ 42 2.3.1.1 Hóa chất 42 2.3.1.2 Thiết bị 43 2.3.2 Khảo sát điều kiện phân tích COD 44 2.3.2 Nghiên cứu khả hịa tan ơzơn dung dịch 44 2.3.2.2 Khảo sát tỷ lệ trộn COD/nước bão hịa ơzơn 44 2.3.2.3 Nghiên cứu điều kiện xác định COD 45 2.3.2.4 Nghiên cứu xác định COD mẫu nước sông, hồ 45 CHƢƠNG III 48 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 KHẢO SÁT Q TRÌNH CÂN BẰNG CỦA ƠZƠN TRONG NƢỚC48 3.1.1 Độ hịa tan ơzơn axit 48 3.1.2 Độ hòa tan ôzôn natri hiđrôxit 51 3.2 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ƠXI HĨA COD BẰNG ÔZÔN .52 3.2.1 Khảo sát tỷ lệ trộn 1/5 52 10 Bảng 2: Điện nồng độ COD khác tỷ lệ 1:30 t1 (s) pH = 3,2 907 COD 30mg/L 905 COD 90mg/L 895 COD 885 150mg/L t t = t2 – Et1 (mV) t1 (s) (s) 200 198 188 178 Et2 (mV) E = Et1- Et2 - EpH 293 1144 1144 293 1109 1076 33 293 1136 919 217 293 1140 794 346 Bảng 3: Kết thí nghiệm với thể tích bình 1200ml Thể tích bình phản ứng (ml) Thời gian t1 (giây) Thời gian t2 (giây) 10 1170 222 312 505.5 20 1170 209 383 997.3 40 1170 223 576 1982.7 60 1170 215 624 2297.2 90 1170 208 702 2774.6 120 1170 204 750 3066.7 160 1170 205 804 3364.4 200 1170 215 872 3690.2 Nồng độ COD (mg/l) 94 Thể tích dung dịch ozon (ml) Bảng 4: Kết thí nghiệm với thể tích mẫu 200ml Nồng độ COD (mg/l) Thể tích bình phản ứng (ml) Thể tích mẫu thí nghiệm (ml) Thể tích dung dịch ozon (ml) 20 200 1170 763,87 40 200 1170 1336,77 60 200 1170 1864,73 90 200 1170 2269,13 120 200 1170 2471,33 160 200 1170 2847,65 200 200 1170 3325,07 Bảng 5: Kết thí nghiệm với thể tích mẫu 300ml Nồng độ COD (mg/l) Thể tích bình phản ứng (ml) Thể tích mẫu thí nghiệm (ml) Thể tích dung dịch ozon (ml) 10 300 1170 713,32 20 300 1170 1123,3 40 300 1170 2145,57 60 300 1170 2578,05 90 300 1170 2993,68 160 300 1170 3487,95 200 300 1170 3072,32 95 Bảng Kết thí nghiệm q trình ozon hóa tốc độ bơm 500 ml/phút Nồ ng độ COD (mg/l) Tốc độ bơm nước ozone bão hòa (ml/phút) Thời gian t1 (giây) Thời gian t2 (giây) Thể tích dung dịch ozon (ml) 20 500 236 353 975 40 500 219 427 1733,33 60 500 197 443 2050 90 500 239 537 2483,33 120 500 215 551 2800 160 500 218 592 3116,67 200 500 208 630 3516,67 Bảng Kết thí nghiệm q trình ozon hóa tốc độ bơm 600 ml/phút Nồ ng độ COD (mg/l) Tốc độ bơm nước ozone bão hòa (ml/phút) Thời gian t1 (giây) Thời gian t2 (giây) Thể tích dung dịch ozon (ml) 20 600 227 391 1623,6 40 600 205 443 2356,2 60 600 222 499 2742,3 90 600 209 549 3366 120 600 220 598 3742,2 160 600 210 608 3950,1 200 600 214 629 4108,5 96 PHỤ LỤC 1000 800 600 400 pH 3,2 COD 10mg/L COD 20mg/L COD 30mg/L COD 50mg/L COD 60mg/L COD 100mg/L 200 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Time (s) Hình 1: Diễn biến q trình ozon hóa tỉ lệ trộn 1:20 ORP (mV) ORP (mV) 1200 1200 1000 800 600 400 pH 3,2 COD 30mg/L COD 90mg/L COD 150mg/L 200 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 time (s) 97 ORP Hình 2: Diễn biến trình ozon hóa tỉ lệ trộn 1:30 1200 1100 1000 900 800 COD 10 COD 20 COD 40 COD 60 COD 90 COD 120 COD 160 COD 200 700 600 500 400 300 200 100 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 time / s Hình 3: Diễn biến q trình ozon hóa diễn bình phản ứng 1200ml 98 ORP 1200 1100 1000 900 800 700 COD 20 COD 40 COD 60 COD 90 COD 120 COD 160 COD 200 600 500 400 300 200 100 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 time / s Hình 4: Sơ đồ diễn biến q trình thí nghiệm ozon hóa thể tích mẫu ORP 200 ml thể tích bình phản ứng 1200 ml 1200 1100 1000 900 800 700 COD 10 COD 20 COD 40 COD 60 COD 90 COD 160 COD 200 600 500 400 300 200 100 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 time / s 99 Hình 5: Sơ đồ diễn biến q trình thí nghiệm ozon hóa thể tích mẫu 300 ml thể tích bình phản ứng 1200 ml Hình 6: Sơ đồ diễn biến q trình thí nghiệm ozon hóa tốc độ bơm 500 ml/phút nước ozone bão hịa 100 Hình Sơ đồ diễn biến q trình thí nghiệm ozon hóa tốc độ bơm 600 ml/phút nước ozone bão hòa 101 Hình Vị trí lấy mẫu Sơng Nhuệ Hình Vị trí lấy mẫu Sơng Kim Ngưu 102 Hình 10 Vị trí lấy mẫu Sơng Tơ Lịch – Hồng Quốc Việt Hình 11 Vị trí lấy mẫu Sơng Tơ Lịch – Cầu Dịch Vọng, Cầu Giấy 103 Hình 12 Vị trí lấy mẫu Sơng Tơ Lịch – Cầu Trung Hịa, Cầu Mọc Hình 13 Vị trí lấy mẫu Sơng Tơ Lịch – Cầu Dậu 104 Hình 14 Ví trí lấy mẫu Sông Sét – Cầu Đông Tác – Trung Tự Hình 15 Ví trí lấy mẫu Sơng Sét 105 Hình 16 Vị trí lấy mẫu Sơng Lừ Hình 17 Vị trí lấy mẫu Hồ Ba mẫu, Bảy Mẫu, Phương Liệt, Xã Đàn 106 Hình 18 Vị trí lấy mẫu Hồ n Sở Hình 19 Vị trí lấy mẫu Hồ Thiền Quang 107 108