Tích hợp phản ứng quang xúc tác và quá trình màng vi lọc áp dụng để xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Tích hợp phản ứng quang xúc tác trình màng vi lọc áp dụng để xử lý hợp chất hữu độc hại nước thải PHẠM ĐỨC CHINH Phamchinhbkhn1993@gmail.com Ngành Kỹ thuật hóa học Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Minh Tân Viện: Kỹ thuật hóa học HÀ NỘI, 11/2020 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới giảng viên hướng dẫn tôi, PGS TS Nguyễn Minh Tân, hỗ trợ nhiệt tình kiên nhẫn suốt trình thực đề tài Tôi đặc biệt cảm ơn chân thành đến Quỹ học bổng Đào tạo Thạc sĩ/ Tiến sĩ nước, Tập đồn Vingroup, hỗ trợ tài năm qua Tôi gửi lời cảm ơn đến thầy Bộ mơn Q trình- Thiết bị CNHH, Viện Nghiên cứu ứng dụng hợp chất thiên nhiên tạo điều kiện giúp đỡ tơi học tập hồn thành luận văn Xin cảm ơn, TS Nguyễn Thị Thu Trang Dự án hợp tác NĐT Việt Nam – CHLB Đức (Degrey) hỗ trợ hóa chất thiết bị cho q trình nghiên cứu Lời cảm ơn khơng hồn chỉnh thiếu đồng nghiệp nhóm sinh viên yêu quý cộng tác – ThS Vũ Ngọc Hà, ThS Lê Thị Minh Trang, ThS Phạm Thị Thu Trang, KS Phạm Mạnh Cường, KS Nguyễn Thị Thu Thủy, KS Phan Thị Hương Quỳnh…, cảm ơn chị em đồng hành suốt thời gian qua, thật tuyệt vời hạnh phúc làm việc nhận hỗ trợ nhiệt tình chị em Tôi đánh giá cao, chia sẻ đồng hành bạn tơi, KS Hồ Anh Tài, KS Đồn Thanh Loan, họ ủng hộ sẵn sàng giúp đỡ kể việc đơn giản nhất; nhờ vào thấu hiểu KS Nguyễn Thị Thanh, KS Nguyễn Thị Hồng Lê, KS Phạm Hồ Anh Tú… mà lại có thêm khoảng thời gian đầy thú vị Đại học Bách Khoa Hà Nội Cuối cùng, gửi tất câu chữ lòng biết ơn đến bố mẹ, tình yêu thương, kiên nhẫn, bao dung nhiều ngày, nhiều tháng nhiều năm qua Tơi chưa nghĩ rằng, tồn có chút thành cơng nhỏ bé thiếu gia đình đầy áp tình cảm Hà Nội, ngày 30 tháng năm 2020 Học viên Phạm Đức Chinh TÓM TẮT LUẬN VĂN Những năm gần đây, hợp chất hữu bền (PPCPs) phát nước thải, nước mặt nước ngầm Sự tích tụ PPCPs gây cân sinh thái, tăng nguy kháng thuốc loại virus gây bệnh hiểm nghèo Trong bối cảnh này, công nghệ AOPs sử dụng tác nhân UV/TiO UV/H O giải pháp có tiềm loại bỏ triệt để dư lượng hợp chất hữu độc hại Tuy nhiên, nhược điểm liên quan đến cấu hình thiết bị, tiêu thụ lượng , khiến trình chưa ứng dụng rộng rãi thực tế Hướng tới việc nghiên cứu – triển khai áp dụng công nghệ AOPs sử dụng UV/TiO /H O để xử lý nước thải quy mô công nghiệp; luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng thông số kỹ thuật (liều lượng xúc tác, chế độ thủy động, mật độ chiếu) đến động học phản ứng lượng tiêu thụ cho trình phân hủy ba hợp chất hữu cơ: xanh metylen (MB), axit oxalic (AO) norfloxacin (NFX) Kết cho thấy, trình AOPs sử dụng UV/TiO /H O có khả loại bỏ tới 90% MB, AO NFX với số tốc độ phản ứng biểu kiến 0.0444 0.0502 phút-1 Hiệu kết hợp UV/TiO2/H O tương đương trình AOPs sử dụng UV/H O cao AOPs sử dụng UV/TiO đơn lẻ, lượng hóa chất TiO H O sử dụng khoảng 30-50% Bên cạnh đó, yếu tố ảnh hưởng đến trình phân tách TiO màng vi lọc điều tra Nồng độ TiO cao (trên 0.5 g/l) môi trường kiềm (pH > 8) gây suy thối dịng lọc mức nghiêm trọng Bên cạnh đó, suy thối dịng lọc kiểm sốt nhờ điều khiển áp suất tốc độ dòng nhập liệu Trên sở việc nghiên cứu công nghệ AOPs sử dụng tác nhân UV/TiO /H O màng vi lọc riêng biệt; hệ thống màng vi lọc- quang xúc tác (PMR) thiết lập Các kết điều tra sơ cho thấy; hệ thống PMR có khả xử lý AO NFX với số tốc độ phản ứng đạt khoảng 0.0411 0.05 (1/phút) Các kết thu sở cho việc mơ hình hóa tối ưu hóa hệ thống PMR Từ khóa: quang xúc tác, UV/TiO /H O ; chế độ thủy động, mật độ chiếu, lượng tiêu thụ, màng vi lọc, tắc nghẽn màng lọc, màng-quang xúc tác DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Phân loại q trình oxi hóa tiên tiến [5] 15 Hình 1.2 Các bước phản ứng xúc tác dị thể rắn-lỏng [33] 20 Hình 1.3 Cơ chế phản ứng phân hủy quang xúc tác UV/TiO 21 Hình 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng quang xúc tác 22 Hình 1.5 Một số dạng thiết bị phản ứng quang xúc tác 22 Hình 1.6 Cơ chế q trình oxy hóa tiên tiến UV/H O /TiO [19] 26 Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý trình phân tách màng 29 Hình 1.8 Phân loại trình màng 31 Hình 1.9 Các chế độ hoạt động (a-lọc tĩnh; b- lọc chéo dòng) 33 Hình 1.10 Các dạng modul màng 34 Hình 1.11 Phân loại thiết bị màng quang xúc tác 37 Hình 1.12 Chiếu xạ bề mặt màng 38 Hình 1.13 Chiếu xạ thùng chứa nguyên liệu 38 Hình 1.14 Thiết bị màng quang xúc tác chiếu xạ thùng chứa trung gian 39 Hình 1.15 Quy trình xử lý nước thải trình màng kết hợp quang xúc tác 40 Hình 1.16 Tình hình nghiên cứu PMRs 41 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm xử lý hợp chất hữu UV/TiO /H O 48 Hình 2.2 Hệ thống thí nghiệm quang xúc tác 49 Hình 2.3 Đường chuẩn xác định nồng độ axit oxalic 51 Hình 2.4 Đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen 52 Hình 2.5 Đường chuẩn xác định nồng độ Norfloxacin 52 Hình 2.6 Kết kiểm tra động học phản ứng phân hủy hợp chất hữu độc hại 56 Hình 2.7 Ảnh hưởng nồng độ TiO đến phản ứng phân hủy hợp chất hữu trình UV/TiO đơn lẻ 58 Hình 2.8 Giá trị độ truyền quang T số dung dịch huyền phù TiO2 – hợp chất hữu bước sóng 365 nm (cuvet 10mm) 59 Hình 2.9 Phân bố ánh sáng thiết bị phản ứng chứa dung dịch xanh metylen 20 mg/l titandioxit nồng độ khác 60 Hình 2.10 Ảnh hưởng mật độ chiếu đến phản ứng xử lý hợp chất hữu độc hại 62 Hình 2.11 Ảnh hưởng chế độ thủy động đến phản ứng phân hủy hợp chất hữu độc hại trình UV/TiO 65 Hình 2.12 Ảnh hưởng I đến số tốc độ phản ứng phân hủy hợp chất hữu trình UV/H O 68 Hình 2.13 Ảnh hưởng chuẩn số Re đến số tốc độ phản ứng phân hủy hợp chất hữu trình UV/H O 69 Hình 2.14 So sánh q trình oxi hóa tiên tiến dựa UV/TiO /H O để xử lý xanh metylen 71 Hình 2.15 So sánh q trình oxi hóa tiên tiến dựa UV/TiO /H O để xử lý dung dịch axit oxalic 72 Hình 2.16 So sánh q trình oxi hóa tiên tiến dựa UV/TiO /H O để xử lý dung dịch axit oxalic 73 Hình 3.1 Sơ đồ thí nghiệm trình vi lọc hệ huyền phù TiO 76 Hình 3.2 Hình ảnh màng gốm lt Nanovation 77 Hình 3.3 Hệ thống thí nghiệm màng vi lọc 77 Hình 3.4 Đường chuẩn xác định nồng độ TiO hỗn hợp huyền 79 Hình 3.5 Mô tả tượng tắc nghẽn màng lọc bịt kín lỗ mao quản 80 Hình 3.6 Mô tả tắc nghẽn màng lọc chế độ trung gian tắc nghẽn hoàn toàn tạo thành bánh 80 Hình 3.7 Sự tạo lớp cặn (bánh) bề mặt màng 80 Hình 3.8 Ảnh hưởng nồng độ TiO đến thơng lượng dịng lọc 81 Hình 3.9 Hành vi dịng lọc lớp cặn trình lọc 84 Hình 3.10 Ảnh hưởng áp suất chế độ thủy động đến trình màng vi lọc (Nồng độ TiO = 0.5 g/l, pH=5.8, t = 30 phút) 85 Hình 3.11 Phân bố lực tác dụng lên hạt đơn lẻ lơ lửng chất lỏng 87 Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm xử lý hợp chất hữu PMR 92 Hình 4.2 Hệ thống thực tế thí nghiệm PMRs 93 Hình 4.3 Động học phản ứng phân hủy AO hệ thống phản ứng đơn lẻ hệ thống PMR 95 Hình 4.4 Động học phản ứng phân hủy NFX hệ thống phản ứng đơn lẻ hệ thống PMR 96 Hình 4.5 Thơng lượng dịng lọc hệ huyền phù TiO khác (t=60 phút) 96 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thế oxi hóa số gốc tự [8] 14 Bảng 1.2 Năng lượng vùng cấm số loại quang xúc tác khác [19] 20 Bảng 1.3 Các nghiên cứu điển hình sử dụng quang xúc tác TiO 27 Bảng 1.4 Tóm tắt nghiên cứu liên quan đến UV/TiO /H O 28 Bảng 1.5 Một vài ứng dụng tiêu biểu trình màng 30 Bảng 1.6 Đặc tính q trình màng sử dụng động lực áp suất 31 Bảng 2.1 Giá trị mật độ chiếu I mức đèn UV khác 50 Bảng 2.2 Các thí nghiệm kiểm tra động học phản ứng phân hủy MB, AO NFX 55 Bảng 2.3 Kết tính tốn hệ số chuyển khối ngồi k m phản ứng phân hủy xanh metylen 63 Bảng 2.4 Ảnh hưởng nồng độ H O đến trình phân hủy hợp chất hữu độc hại công nghệ UV/H O 66 Bảng 2.5 Quá trình kết hợp UV/TiO /H O để xử lý dung dịch xanh metylen 70 Bảng 2.6 Quá trình kết hợp UV/TiO /H O để xử lý dung dịch axit oxalic 71 Bảng 3.1 Kết tính tốn trở lực trình lọc dung dịch huyền phù TiO2 có nồng độ khác 82 Bảng 3.2 Ảnh hưởng pH đến trình vi lọc 83 Bảng 3.3 Phương trình mơ tả mối quan hệ J ∆P 85 Bảng 3.4 Kết tính tốn thơng số mơ hình Field 88 Bảng 4.1 Các điều kiện thí nghiệm xử lý AO NFX PMRs 94 DANH MỤC VIẾT TẮT Từ Tiếng anh Tiếng Việt AOPs Advanced oxidation processes Các trình oxi hóa tiên tiến UV Ultralviolet Tia cực tím PMR Photocatalytic membrane reactor Thiết bị màng quang xúc tác DCMD Direct connect membrane distillation Chưng cất màng trực tiếp PV Pervaporation Thấm bốc BDD Boron-doped diamond Kim cương pha tạp bo MF Microfiltration Vi lọc UF Ultrafiltration Siêu lọc NF Nanofiltration Lọc nano RO Reverse osimos Thẩm thấu ngược MB Metylene blue Xanh metylen AO Oxalic acid Axit oxalic NFX Norfloxacin EE/O Energy per oder MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC VIẾT TẮT MỞ ĐẦU 12 CHƯƠNG TỔNG QUAN 14 1.1 Q trình oxi hóa tiên tiến (AOPs) 14 1.1.1 Giới thiệu q trình oxi hóa tiên tiến 14 1.1.2 Phân loại trình oxi hóa tiên tiến 15 1.2 Qúa trình quang xúc tác 19 1.2.1 Quang xúc tác dị thể: Một q trình oxi hóa tiên tiến hứa hẹn 19 1.2.2 Q trình oxi hóa tiên tiến quang xúc tác đồng thể (UV/H O ) 25 1.2.4 Hiện thách thức 27 1.3 Các trình màng 29 1.3.1 Giới thiệu 29 1.3.2 Phân loại trình màng 31 1.3.3 Chế độ hoạt động 32 1.3.4 Vật liệu loại modul màng 33 1.3.5 Hiện tương lai 34 1.4 Hệ thống thiết bị phản ứng quang xúc tác dạng màng (PMRs) 35 1.4.1 Giới thiệu PMRs 35 1.4.2 Cấu hình thiết bị màng quang xúc tác 36 1.4.3 Tình hình nghiên cứu xu tương lai 41 1.4.4 Tiểu kết chương 42 CHƯƠNG Q TRÌNH OXI HĨA TIÊN TIẾN UV/TiO /H O XỬ LÝ DƯ LƯỢNG CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI 45 2.1 Tổng quan đối tượng cần xử lý 45 2.1.1 Axit oxalic 45 2.1.2 Xanh metylen 46 2.1.3 Norfloxacin 46 2.2 Các vấn đề mà đề tài lựa chọn để nghiên cứu 47 2.2 Vật liệu phương pháp thực nghiệm 48 2.2.1 Hóa chất 48 2.2.2 Hệ thống chuẩn bị thí nghiệm 48 2.2.3 Phương pháp phân tích 51 2.2.4 Các cơng thức tính tốn 52 2.3 Kết thảo luận 55 2.3.1 Kiểm tra động học phản ứng phân hủy MB, AO, NFX trình oxi hóa tiên tiến sử dụng UV/TiO /H O 55 2.3.2 Ảnh hưởng nồng độ xúc tác TiO đến trình phân hủy hợp chất hữu độc hại 57 2.3.3 Ảnh hưởng mật độ chiếu đến trình phân hủy hợp chất hữu độc hại trình UV/TiO 60 2.3.4 Ảnh hưởng chế độ thủy động đến trình phân hủy hợp chất hữu độc hại trình UV/TiO 63 2.3.5 Ảnh hưởng nồng độ H O đến trình phân hủy hợp chất hữu độc hại công nghệ UV/H O 66 2.3.6 Ảnh hưởng mật độ chiếu chế độ thủy động đến trình UV/H O 68 2.3.7 Sự kết hợp UV/TiO /H O để xử lý dư lượng hợp chất hữu độc hại 69 2.4 Tiểu kết 73 CHƯƠNG QUÁ TRÌNH MÀNG VI LỌC PHÂN TÁCH HỆ HUYỀN PHÙ TIO 75 3.1 Các vấn đề mà đề tài chọn để xử lý 75 3.2 Vật liệu phương pháp 76 3.2.1 Hóa chất 76 3.2.2 Hệ thống thí nghiệm chuẩn bị thí nghiệm 76 3.2.3 Phương pháp phân tích 78 3.2.4 Xác định chế tắc nghẽn màng lọc 79 3.3 Kết thảo luận 81 3.3.1 Ảnh hưởng nồng độ TiO đến thơng lượng dịng lọc 81 3.3.2 Ảnh hưởng pH đến trình màng vi lọc 82 3.3.3 Ảnh hưởng chế độ thủy động chênh lệch áp suất 83 3.3.4 Thảo luận chế tắc nghẽn màng lọc 88 10 y = 0,0444x R² = 0,9966 2,5 -ln(C/C0) y = 0,0411x R² = 0,9969 1,5 0,5 0 10 20 30 40 50 60 70 Thời gian, phút UV/TiO2/H2O2 UV/TiO2/H2O2 (hệ PMR) Hình 4.3 Động học phản ứng phân hủy AO hệ thống phản ứng đơn lẻ hệ thống PMR Sự tương hỗ ưu điểm (tăng hiệu truyền tia UV) nhược điểm (giảm diện tích tiếp xúc pha xúc tác hợp chất hữu cơ) làm cho số tốc độ phản ứng biểu kiến qúa trình xử lý AO NFX suy giảm khơng đáng kể so với trình AOPs sử dụng UV/TiO /H O đơn lẻ (không kết hợp với q trình màng) Từ kết luận rằng, việc tích hợp q trình quang xúc tác màng vi lọc tác động không đáng kể đến tốc độ phản ứng hợp chất hữu hệ thống thiết bị phản ứng Kết tương tự mơ tả nghiên cứu tích hợp quang xúc tác huyền phù màng vi lọc nhúng chìm Trịnh Thị Huyền Trang (2016) [67] Tuy nhiên, thông lượng dịng lọc q trình xử lý NFX có giá trị thấp khoảng 11% so với phân tách hệ huyền phù TiO - nước (trong điều kiện nồng độ xúc tác, chế độ vận hành) Nguyên nhân trình xử lý dư lượng hợp chất hữu độc hại; phần nhỏ hợp chất hữu bị hấp phụ vào bề mặt cấu trúc màng, làm tăng trở lực q trình lọc Tuy nhiên mức dịng lọc trình xử lý dung dịch axit oxalic lại có giá trị cao chút (1%) so với phân tách hệ huyền phù TiO - nước, điều giải thích pH thí nghiệm xử lý AO hệ thống PMR thấp (pH0=2,3) so với phân tách TiO -nước (pH=6.5), môi trường axit hạt huyền phù TiO2 có xu hướng kết tụ lại thành hạt lớn, lúc lớp cặn tạo có độ xốp cao Điều mơ tả Chương 95 2,5 y = 0,052x R² = 0,993 -ln(C/C0) y = 0,0498x R² = 0,9943 1,5 0,5 0 10 20 30 40 50 Thời gian, phút UV/TiO2/H2O2 UV/TiO2/H2O2 (hệ PMR) Hình 4.4 Động học phản ứng phân hủy NFX hệ thống phản ứng đơn lẻ hệ thống PMR 680 660 640 J, l/m2.h) 620 600 580 560 540 520 TiO2-nước (0.2 g/l) TiO2- nước (0.3 g/l) TiO2-oxalic (0.3 g/l) TiO2-NFX (0.2 g/l) Hình 4.5 Thơng lượng dịng lọc hệ huyền phù TiO khác (t=60 phút) Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến thơng lượng dịng lọc hệ thống PMR thấp so với trình oxi hóa tiên tiến sử dụng UV/TiO2/H O đơn lẻ; việc tích hợp q trình AOPs sử dụng UV/TiO /H O trình màng mang lại hiệu khía cạnh kỹ thuật Trước tiên số tốc độ phản ứng cải thiện so với trình AOPs sử dụng UV/TiO tương đương với trình AOPs sử dụng UV/H O , mức xúc tác TiO H O sử dụng thấp 96 Việc kết hợp UV/TiO /H O giúp cải thiện hiệu sử dụng ánh sáng (ở hai khía cạnh phản ứng tạo gốc OH* truyền ánh sáng thiết bị phản ứng); đồng thời góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho trình màng vi lọc Quá trình màng cho phép giữ lại TiO tái sử dụng, khí với đặc tính bền ổn định kết hợp với việc vận hành bảo dưỡng hợp lý TiO màng vi lọc sử dụng lâu dài; chi phí hóa chất TiO màng vi lọc tính cho đơn vị sản phẩm (1m3 nước thải) giảm thiểu đáng kể Trong đề cập, q trình AOPs sử dụng UV/H O ; tiêu thụ lượng thấp chi phí H O lớn, đồng thời hóa chất tiêu hao q trình xử lý, chi phí tăng tỷ lệ thuận với lượng nước thải cần xử lý Do đó, kết hợp UV/TiO /H O trình trình màng trình bày nghiên cứu giải pháp tốt cho việc xử lý nước thải chứa hợp chất hữu độc hại Nếu tối ưu chiến lược vận hành cho phép thiết lập hệ thống xử lý nước thải quy mơ lớn, có chi phí đầu tư vận hành hợp lý 4.4 Tiểu kết Do số điều kiện khách quan, chương trình bày kết hợp trình màng trình quang xúc tác để xử lý dư lượng hợp chất hữu độc hại - - Một số kết ban đầu điều tra khả xử lý axit oxalic, norfloxacin hệ thống màng quang xúc tác báo cáo Kết cho thấy, hệ thống thiết lập có khả loại bỏ tới 90% lượng axit axit oxalic norfloxacin Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến (k app ) phản ứng phân hủy AO NFX hệ thống màng quang xúc tác 0.0411 0.0498 (1/phút), tương ứng với mức lượng 107.89 73.49 kWh/m3.order Sự tích hợp q trình quang xúc tác màng vi lọc chéo dòng để xử lý dư lượng hợp chất hữu độc hại gây suy giảm thơng dịng lọc khoảng từ 5-10% so với việc phân tách hệ huyền phù TiO - nước; nguyên nhân phần tử hữu hấp phụ vào cấu trúc màng lọc, làm tăng trở lực q trình Theo đó, việc tích hợp q trình màng q trình quang xúc tác để xử lý dư lượng hợp chất hữu độc hại nhiều vấn đề chưa giải - Đề xuất chiến lược vận hành, sục rửa bảo dưỡng màng lọc Điều tra tuổi thọ màng hoạt tính xúc tác quang TiO 97 - Xây dựng mơ hình tốn học mô tả ảnh hưởng yếu tố vận hành đến số tốc độ phản ứng biểu kiến; k hàm biến nồng độ xúc tác, chế độ thủy động, mật độ chiếu, chênh lệch áp suất; k = f (I , Re, ∆P; C TiO2 , C H2O2 ) - Thiết lập điều tra hệ thống màng quang xúc tác hoạt động liên tục/bán liên tục quy mơ phịng thí nghiệm; hệ thống gồm nhiều modun thiết bị phản ứng màng ghép nối lại với Dòng lọc khỏi modun màng coi dòng nước thải sau xử lý Lúc này, chế độ thủy động- áp suất (liên quan đến chuẩn số Re, chênh lệch áp suất-trở lực hệ thống) thời gian lưu- độ chuyển hóa yếu tố cần quan tâm - Như đề cập, việc nghiên cứu khả xử lý hợp chất hữu đơn lẻ (axit oxalic, xanh metylen, norfloxacin) chưa đủ sở để triển khai hệ thống PMR quy mô cơng nghiệp; cần có thử nghiệm xử lý nước thải thực tế (khách sạn, bệnh viện, nhà máy dệt nhuộm…) - Mặc dù, nghiên cứu cho thấy tiềm việc tích hợp q trình AOPs sử dụng UV/TiO /H O màng vi lọc để xử lý hợp chất hữu độc hại; nhiên để hướng tới ứng dụng hệ thống quy mơ cơng nghiệp khía cạnh kinh tế cần phải đề cập Do vậy, cần phải đánh giá tính khả thi kinh tế - kỹ thuật (liên quan đến hiệu xử lý, số tốc độ phản ứng, chi phí đầu tư, chi phí vận hành…) trình 98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A- KẾT LUẬN Q trình oxi hóa tiên tiến sử dụng UV/TiO /H O mang lại số ưu điểm so với trình AOPs sử dụng UV/TiO UV/H O đơn lẻ Khía cạnh quan trọng kết hợp nâng cao hiệu việc xử lý hợp chất hữu độc hại đồng thời giảm thiểu tối đa lượng TiO H O so với trình đơn lẻ Điều giúp tiết kiệm chi phí hóa chất giảm thiểu tác động tiêu cực đến trình màng vi lọc phân tách TiO khỏi hỗn hợp nước thải xử lý Theo luận văn này, kết hợp UV/TiO /H O điều kiện Re =7800 mật độ chiếu Io = 225 W/m2 cho số tốc độ phản ứng biểu phản ứng phân hủy hợp chất hữu độc hại cao trình AOPs sử dụng UV/TiO tương đương với trình AOPs sử dụng UV/H O , lượng TiO H O cần sử dụng tiết kiệm khoảng từ 30 đến 50% so với trình đơn lẻ Tiếp theo, ảnh hưởng thông số kỹ thuật (nồng độ xúc tác, chênh lệch áp suất, chế độ thủy động) đến trình phân tách TiO hệ thống màng vi lọc khảo sát Sự suy thối dịng lọc q trình vi lọc chéo dịng khơng thể tránh khỏi; nghiên cứu thông lượng dịng lọc bị giảm từ 1030% so với ban đầu, chí lên tới 50% tùy theo điều kiện vận hành Sự lắng đọng hạt huyền phù bề mặt màng kiểm sốt nhờ việc lựa chọn áp suất vận hành chế độ thủy động hợp lý Nồng độ TiO cao (trên 0.5 g/l) làm giảm suất trình lọc mức nghiêm trọng; việc giảm nồng độ hạt huyền phù mịn điều cần thiết để nâng cao hiệu trình màng Hơn nữa, thơng qua việc áp dụng mơ hình Field cộng (1995); luận văn xác định hình thành lớp cặn xốp bề mặt màng nguyên nhân gây tượng tắc nghẽn Hoạt động màng phục hồi nhờ trình rửa ngược (back fushing) Cuối cùng, hệ thống tích hợp trình quang xúc tác màng vi lọc thiết lập để xử lý dung dịch axit oxalic nofrloxacin Kết cho thấy, hệ thống có khả loại bỏ 90% chất hữu độc hại giữ lại hầu hết hạt xúc tác TiO Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến trình xử lý axit oxalic nofrloxacin 0.0411 0.0498 (1/phút) B- KIẾN NGHỊ Để hướng tới áp dụng hệ thống màng quang xúc tác để xử lý nước thải quy mô công nghiệp, công việc sau cần thực 99 Tiếp tục điều tra khả xử lý dư lượng hợp chất hưu độc hại (dược phẩm, kháng sinh) hướng tới thử nghiệm với đối tượng nước thải thực tế (bệnh viện, khách sạn, nhà máy dệt nhuộm ) Xây dựng mơ hình tốn học mô tả ảnh hưởng yếu tố vận hành đến số tốc độ phản ứng biểu kiến; k hàm biến nồng độ xúc tác, chế độ thủy động, mật độ chiếu, chênh lệch áp suất; k = f (I , Re, ∆P; C TiO2 , C H2O2 ) Trên sở mơ hình, kết hợp với đặc tính đối tượng cụ thể, hệ thống màng quang xúc tác tối ưu hóa, tính tốn chuyển quy mơ Đánh giá tính khả thi kinh tế - kỹ thuật hệ thống màng quang xúc tác để xử lý dư lượng hợp chất hữu độc hại 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Yunlong Luo, Wenshan Guo, Huu Hao Ngo, Long Duc Nghiem, Faisal Ibney Hai, Jian Zhang, Shuang Liang, , Xiaochang C Wang, "A review on the occurrence of micropollutants in the aquatic environment and their fate and removal during wastewater treatment," Science of the Total Environment, Vols 473-474, pp 619-641, 2014 [2] Ignasi Sirés, Enric Brillas, "Remediation of water pollution caused by pharmaceutical residues based on electrochemical separation and degradation technologies: A review," Environment International, vol 40, pp 212-229, 2012 [3] Meritxell Gros, Mira Petrović, Antoni Ginebreda, Damià Barceló, "Removal of pharmaceuticals during wastewater treatment and environmental risk assessment using hazard indexes," Environment International, vol 36, pp 1526, 2010 [4] Yongjun Zhang , Sven-Uwe Geißen, Carmen Gal, "Carbamazepine and diclofenac: Removal in wastewater treatment plants and occurrence in water bodies," Chemosphere, vol 73, pp 1151-1161, 2008 [5] David B Miklos, Christian Remy, Martin Jekel, Karl G Linden, Jorg E Drewes, Uwe Hübner, "Evaluation of advanced oxidation processes for water and wastewater treatment e A critical review," Water Research, vol 139, pp 118-131, 2018 [6] James R Bolton, Keith G Bircher, "Figures-of-Merit for the Technical Development and Application of Advanced Oxidation Processes," J Adv.Oxid Technol., vol 1, pp 13-17, 1996 [7] James R Bolton, Keith G Bircher, William Tumas, And Chadwick A Tolman, "Figures-of-merit for the technical development and application of advanced oxidation technologies for both electric- and solar-driven systems," Pure Appl Chem, vol 73, no 4, pp 627-637, 2001 [8] Blanke, Daniel M., "Bibliography of Work on the Heterogeneous Photocatalytic Removal of Hazardous Compounds from Water and Air Update Number to October 2001," Colorado, 2001 101 [9] Merenyi, G., Lind, J., Naumov, S., von Sonntag, C, " Reaction of ozone with the hydrogen peroxide (peroxone process): a revision of current mechanistic concepts based on thermokinetic and quantum-chemical considerations," Environ Sci Technol, vol 44, pp 3505-3507, 2010 [10] Gabor Merenyi Johan Lind,Sergej Naumov, Clemens von Sonntag, "The Reaction of Ozone with the Hydroxide Ion: Mechanistic Considerations Based on Thermokinetic and Quantum Chemical Calculations and the Role of HO4- in Superoxide Dismutation," Chemistry, vol 16 (4), pp 1372-1377, 2010 [11] Brian P Chaplin, "Critical review of electrochemical advanced oxidation processes for water treatment applications," Environmental Science: Processes and Impacts, vol 16 (6), pp 1182-1203, 2014 [12] I Tröster, L Schäfer, M Fryda, T Matthée, "Electrochemical advanced oxidation process using DiaChem electrodes," Water Science Technology, vol 49 (4), pp 207-212, 2004 [13] Kapałka, A., Foti, G., Comninellis, C, "The importance of electrode material in environmental electrochemistry: Formation and reactivity of free hydroxyl radicals on boron-doped diamond electrodes," Electrochimica Acta, vol 54 (7), pp 2018-2023, 2009 [14] Mohamad Rajab, Carolin Heim, Giorgia Greco, Brigitte Helmreich, Thomas Letzel, "Removal of Sulfamethoxazole from Wastewater Treatment Plant Effluents by a Boron-doped Diamond Electrode," Int J Environ Pollut, vol (3), pp 88-97, 2013 [15] Mohamad Rajab, Carolin Heim, Thomas Letzel, Jörg E Drewes, Brigitte Helmreich , "Electrochemical disinfection using boron-doped diamond electrode - The synergetic effects of in situ ozone and free chlorine generation," Chemosphere, vol 121, pp 47-53, 2015 [16] Jian Chen, Stephanie Loeb, Jae-Hong Kim, "LED revolution: fundamentals and prospects for UV disinfection applications," Environmental Science Water Research & Technology, vol (2), pp 188-202, 2017 [17] Wen-Long Wang, Qian-Yuan W, Zhi-Ming Li, Yun Lu, Ye Du ,Ting Wang, Nan Huang, Hong-Ying Hu, "Light-emitting diodes as an emerging UV source for UV/chlorine oxidation: Carbamazepine degradation and toxicity changes," Chemical Engineering Journal, vol 310, pp 148-156, 2017 102 [18] W.H Glaze, J.W Kang, D.H Chapin, , "The chemistry of water treatment processes involving ozone, hydrogen peroxide and ultraviolet radiation," Ozone Sci Eng, vol 9, pp 335-342, 1987 [19] Legrini, E Oliveros, and A M Braun, "Photochemical Processes for Water Treatment," Chem Rev, vol 93, pp 671-698, 1993 [20] A Mokrini, D Oussi, S Esplugas, "Oxidation of aromatic compounds with UV radiation/ozone/hydrogen peroxide," Water Sci Technol, vol 35 (4), pp 95102, 1997 [21] Locke, B.R., Sato, M., Sunka, P., Hoffmann, M.R., Chang, J.-S, "Electrohydraulic discharge and nonthermal plasma for water treatment," Ind Eng Chem Res., vol 45 (3), pp 882-905, 2006 [22] Hijosa-Valsero, M., Molina, R., Bayona, J.M, "Assessment of a dielectric barrier discharge plasma reactor at atmospheric pressure for the removal of bisphenol A and tributyltin," Environ Technol., vol 35, pp 1418-1426, 2014 [23] Jiang, B., Zheng, J., Qiu, S., Wu, M., Zhang, Q., Yan, Z., Xue, Q, "Review on electrical discharge plasma technology for wastewater remediation," Chem Eng J, vol 236, pp 348-368, 2014 [24] O A Larpparisudthi, T J Mason and L Paniwnyk, "Ultrasound wave-based AOPs, In: Advanced Oxidation Processes for Water Treatment:," IWA Publishing, London, pp 461-485, 2017 [25] Naresh N Mahamuni, Yusuf G Adewuyi, "Advanced oxidation processes (AOPs) involving ultrasound for waste water treatment: A review with emphasis on cost estimation," Ultrasonics Sonochemistry, vol 17, p 990–1003, 2010 [26] Bo, L., Quan, X., Chen, S., Zhao, H., Zhao, Y, "Degradation of p-nitrophenol in aqueous solution by microwave assisted oxidation process through a granular activated carbon fixed bed," Water Res , vol 40 (16), pp 3061-3068, 2006 [27] Christopher J Miller, Susan Wadley, and T David Waite, "Fenton, photoFenton and Fenton-like processes, In Advanced Oxidation Processes for Water Treatment," London, IWA Publishing, 2017, pp 297-323 [28] José Antonio Sánchez Pérez, Isabel María Román Sánchez, Irene Carra, 103 Alejandro Cabrera Reina, José Luis Casas López, Sixto Malato, "Economic evaluation of a combined photo-Fenton/MBR process using pesticides as model pollutant Factors affecting costs," Journal of Hazardous Materials, p 195– 203, 2013 [29] Fujishima, A., Honda, K., "Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode," Nature, vol 238, pp 37-38, 1972 [30] Carp, O., Huisman, C.L., Reller, A., "Photoinduced reactivity of titanium dioxide," Prog Solid State Chem., vol 32, pp 133-177, 2004 [31] Herrmann, J.-M., Mozzanega, M.-N., Pichat, P., "Oxidation of oxalic acid in aqueous suspensions of semiconductors illuminated with UV or visible light.," J Photochem, vol 22, p 333–343, 1983 [32] Hoffmann, M.R., Martin, S.T., Choi, W.Y., Bahnemann, D.W., "Enviromental Applications of Semiconductor Photocatalysis.," Chem Rev., vol 95, p 69–96, 1995 [33] Herrmann, J., "Heterogeneous photocatalysis : state of the art and present applications," Top Catal., vol 34, pp 49-65, 2005 [34] Mozia S., "Photocatalytic membrane reactors (PMRs) in water and wastewater treatment A review.," Sep Purif Technol., vol 73, pp 71-91, 2010 [35] Sylwia Mozia, Maria Tomaszewska, Antoni W Morawski, "Photodegradation of azo dye Acid Red 18 in a quartz labyrinth flow reactor with immobilized TiO2 bed," Dyes and Pigments, vol 75, pp 60-66, 2007 [36] Shama Rehman, Ruh Ullah, A.M Butt, N.D Gohar, "Strategies of making TiO2 and ZnO visible light active," Journal of Hazardous Materials, vol 170, p 560–56, 2009 [37] Trang Thi Thu Nguyen, Nhiem Thi Nguyen, Tran Quang Vinh, Khanh Hong Nguyen, Le Thi Hoai Nam, Tan Minh Nguyen, "Synthesis, Characterization and Effect of pH on Degradation of Dyes of Copper Doped TiO2," ournal of Experimental Nanoscience, vol 11 (3), pp 226-238, 2016 [38] Ioannis K Konstantinou, Triantafyllos A Albani, "TiO2-assisted photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous solution: kinetic and mechanistic investigations A review," Applied Catalysis B: Environmental 49 (2004) 1–14, 104 vol 49, p 1–14, 2004 [39] Jean-Marie Herrmann, "Heterogeneous photocatalysis: fundamentals and applications to the removal of various types of aqueous pollutants," Catalysis Today, vol 53, pp 115-129, 1999 [40] W.H Chu N Y Gao, Y Deng, "erformance of a Combination Process of UV/H2O2/Micro-Aeration for Oxidation of Dichloroacetic Acid in Drinking Water.," Clean soil ari water, vol 37, no 3, pp 233-238, 2009 [41] Deniz Nasuhoglu, Angela Rodayan, Dimitrios Berk, Viviane Yargeau, "Removal of the antibiotic levofloxacin (LEVO) in water by ozonation and TiO2 photocatalysis," Chemical Engineering Journal, vol 189–190, p 41–48, 2012 [42] Roya Alimoradzadeh, Ali Assadi, Simin Nasseri, Mohammad Reza Mehrasbi, "Photocatalytic degradation of 4-chlorophenol by UV/H2O2/NiO process in aqueous solution," Iranian Journal of Environmental Health Sciences & Engineering, vol 9, no 12, pp 1-8, 2012 [43] Qian Zhang, Chao lin, Ting Li, "Rapid photocatalytic decolorization of methylene blue using high photon flux UV/TiO2/H2O2 process," Chemical Engineering Journal, vol 217, pp 407-413, 2013 [44] M Saquib,, M Abu Tariq, M.M Haque, M Muneer, "Photocatalytic degradation of disperse blue using UV/TiO2/H2O2 process," Journal of Environmental Management, vol 88, pp 300-306, 2008 [45] Gulyas, H., "Solar Heterogeneous Photocatalytic Oxidation for Water and Wastewater Treatment : Problems and Challenges," Treatment : Problems and Challenges, vol 4, 2014 [46] Guotong Qin, Xueqian Lü, Wei Wei, Jiajia Li, Ruyue Cui, Shixuan Hu, "Microfiltration of kiwifruit juice and fouling mechanism using fly-ash-based ceramic membranes," Food and Bioproducts Processing, vol 96, p 278–284, 2015 [47] P H DobrowskyM Lombard W J Cloete M Saayman T E Cloete M Carstens S Khan W Khan, "Efficiency of Microfiltration Systems for the Removal of Bacterial and Viral Contaminants from Surface and Rainwater," Water, Air, & Soil Pollution, 2015 105 [48] Trinh Thi Huyen Trang, Tran Thi Hien, Nguyen Minh Tan, "Rejection of nanofiltration membranes for electrolyte solutions," Vietnam Journal of Chemistry, Vols 49-2(ABC), pp 734-748, 2011 [49] Minh Tan Nguyen, Wolfgang M Samhaber, Cung Thi To Quynh, "Fruit juice concentration with membrane processes," Vietnam Journal of Science and Technology, Vols 52-5(C), pp 379-386, 2011 [50] Nguyen Minh Tan, Wolfgang Samhaber, "Applicability and costs of nanofiltration in combination with photocatalysis for the treatment of dye house effluents," Beilstein Journal of Nanotechnology , vol 5(1), pp 476-84, 2014 [51] Dang Thi Tuyet Ngan, Nguyen Minh Tan, "Pervaporation as a Potential Method for Fuel Ethanol Production in Vietnam," in SEATUC 2009, Hanoi, Vietnam, 2009 [52] Van Duy Nguyen, Xuan Truong Duong, Minh Tan Nguyen, "Membrane distillation for water separation from high concentrated salt solutions," Vietnam Journal of Catalysis and Adsorption, vol 8, no 1, pp 9-13, 2019 [53] Inmaculada Ortiz Uribe, Anuska Mosquera‐Corral, Juan Lema Rodicio, Santiago Esplugas, "Advanced technologies for water treatment and reuse," Aiche Jounal, vol 61, pp 3146-3153, 2015 [54] Ganiyu, S.O., Van Hullebusch, E.D., Cretin, M., Esposito, G., Oturan, M.A., "Couping of membrane filtration and advanced oxidation processes for removal of pharmaceutical residues: A critical review," Sep Purif Technol., vol 156, p 891–914, 2015 [55] Raffaele Molinari, Cristina Lavorato, Pietro Argurio, "Recent progress of photocatalytic membrane reactors in water treatment and in synthesis of organic compounds A review," Catalysis Today, vol 281, p 144–164, 2017 [56] Phan Duy Dung, Frank Babick, Nguyen Minh Tan, Benno Wessely, Michael Stintz, "Modelling the influence of mass transfer on fixed-bed photocatalytic membrane reactor," Chemical Engineering Science, vol 173, pp 242-252, 2016 [57] Tusnelda E Doll, Fritz H Frimmel, "Cross-flow microfiltration with periodical back-washing for photocatalytic degradation of pharmaceutical and diagnostic residues–evaluation of the long-term stability of the photocatalytic activity of 106 TiO2," Water Research, vol 39, p 847–854, 2005 [58] Jianfeng Fu, Min Ji, Yaqian Zhao, Lizhang Wang, "Kinetics of aqueous photocatalytic oxidation of fulvic acids in a photocatalysis–ultrafiltration reactor (PUR)," Separation and Purification Technology , vol 50, p 107–113, 2006 [59] J Ryu, W Choi,K.-H Choo, "A pilot-scale photocatalyst-membrane hybrid reactor: performance and characterization," Water Sci Technol., vol 51, p 491–497, 2005 [60] X.Z Li, Y.G Zhao, "Advanced treatment of dyeing wastewater for reuse," Water Sci Technol , vol 39, p 249–255, 1999 [61] R Molinari, M Mungari, E Drioli, A Di Paola, V Loddo, L Palmisano, M Schiavello, "Study on a photocatalytic membrane reactor for water purification," Catal Today, vol 55, p 71–78, 2000 [62] Xia Huang, Yaobin Meng, Peng Liang, Yi Qian, "Operational conditions of a membrane filtration reactor coupled with photocatalytic oxidation," Sep Purif Technol , vol 55, p 165–172, 2007 [63] Mark J Benotti, Benjamin D Stanford, Eric C Wert, Shane A Snyder, "Evaluation of a photocatalytic reactor membrane pilot system for the removal of pharmaceuticals and endocrine disrupting compounds from water," Water Res., vol 43, p 1513–1522, 2009 [64] R Molinari, L Palmisano, in: J Lehr, J Keeley, J Lehr (Eds.), Water Encyclopedia, Vol Domestic, Municipal and Industrial Water Supply and Waste Disposal, John Wiley & Sons, 2005 [65] S Mozia, A.W Morawski, M Toyoda, M Inagaki, "Effectiveness of photodecomposition of an azo dye on a novel anatase-phase TiO2 and two commercial photocatalysts in a photocatalytic membrane reactor (PMR)," Sep Purif Technol., vol 63, p 386–391, 2008 [66] G Camera-Roda, F Santarelli, "Intensification of Water Detoxification by Integrating Photocatalysis and Pervaporation," J Sol Energy Eng, vol 29, p 68–73, 2007 [67] Trinh Thi Huyen Trang, W Samhaber, "The Coupling of Catalysis with Submerged Ceramic MF Membrane for Hybrid Water Treatment Process," 107 Chemical Engineering Transactions, vol 47, pp 247-252, 2016 [68] J.M Herrmann, M.N Mozzanega, P Pichat, "Oxidation of oxalic acid in aqueous suspensions of semiconductors illuminated with UV or visible light," J Photochem., vol 22, pp 333-343, 1983 [69] M.I Franch, J.A Ayllón, J Peral, X Domènech, " Photocatalytic degradation of shortchain organic diacids," Catal Today , vol 76, p 221–233, 2002 [70] G Shankaraiah, Saritha Poodari, D Bhagawan, Vurimindi Himabindu & S Vidyavathi, "Degradation of antibiotic norfloxacin in aqueous solution using advanced oxidation processes (AOPs)—A comparative study," Desalination and Water Treatment, pp 1-12, 2016 [71] Milozˇicˇ, N., Lubej, M., Novak, U., Plazl, I., "Evaluation of diffusion coefficient determination using a microfluidic device," Chem Biochem Eng Q., vol 28, p 215–223., 2014 [72] A.A Mobarak H.A Farag HA, G.H Sedahmed , "Mass transfer in smooth and rough annular ducts under developing flow conditions," J Appl Electrochem, vol 27, p 201–207, 1997 [73] Cintia Casado, Javier Marugán, Ruud Timmers, Marcos Muñoz, Rafael van Grieken, "omprehensive multiphysics modeling of photocatalytic processes by computational fluid dynamics based on intrinsic kinetic parameters determined in a differential photoreactor," Chemical Engineering Journal, vol 310, p 368– 380, 2017 [74] J -M Herrmann, "Heterogeneous photocatalysis: state of the art and present applications In honor of Pr R.L Burwell Jr (1912–2003), Former Head of Ipatieff Laboratories, Northwestern University, Evanston (Ill)," Topics in Catalysis, vol 34, pp 49-65, 2005 [75] Nguyen Thi Thu Trang, Tran Quang Vinh, Ha Van Giang, Nguyen Sao Mai, Nguyen Thanh Dong, Pham Tuan Linh, Nguyen Viet Hoang, Nguyen Minh Tan, "REMOVAL OF NORFLOXACIN BY TIO2-SBA-15 PHOTOCATALYST," Vietnam Journal of Science and Technology, vol 58, no (3A), pp 13-19, 2020 [76] Serge Corbel, Nidhal Becheikh, Thibault Roques-Carmes, Orfan Zahraa, "Mass transfer measurements and modeling in a microchannel photocatalytic reactor," 108 Chemical Engineering Research and Design, vol 92, p 657–662., 2014 [77] Jatinder Kumar, Ajay Bansal , "CFD modeling of hydrodynamics and mass transfer of Rhodamine B in annular reactor," Heat Mass Transfer, vol 48, p 2069–2077, 2012 [78] J Atlmann, S Ripperger, "Particle deposition and layer formation at the crossflow microfiltration," Mem Sci , vol 124, p 119–128, 1997 [79] M Enis Leblebici, Georgios D Stefanidis, Tom Van Gerven, "Comparison of photocatalytic space-time yields of 12 reactor designs for wastewater treatment," Chemical Engineering and Processing, vol 97, p 106–111, 2015 109 ... nước thải Theo tác giả, q trình kết hợp màng – AOP nói chung trình kết hợp màng với phản ứng quang xúc tác sử dụng TiO cho ưu điểm vượt trội vi? ??c xử lý nước thải so với trình màng quang xúc tác. .. PMRs để xử lý hợp chất hữu độc hại, trình bày phần 1.4.2 nghiên cứu tập trung vi? ??c điều tra hiệu thiết bị màng quang xúc tác (chủ yếu kết hợp trình siêu lọc/ vi lọc với quang xúc tác sử dụng. .. trung nghiên cứu tích hợp q trình màng vi lọc chéo dịng q trình quang xúc tác sử dụng đồng thời TiO H O để phân hủy hợp chất hữu độc hại Các kết thu tảng để nghiên cứu xử lý nước thải thật tính