2.4.3. Nghiên cứu xử lý NTBV nhiễm CIP và AMO bằng hệ AOP H2O2/S2O82- H2O2/S2O82-
/ZVI/UV
2.4.3.1. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu
Nước thải bệnh viện nhiễm chất kháng sinh CIP và AMO được lấy từ cống khu nội trú của Bệnh viện X tại Hà Nội. Các mẫu nước thải được bảo quản trong tủ lưu mẫu
ở nhiệt độ 4oC.
Thời gian lấy mẫu: 6h sáng ngày 05/11/2019
Bảng 2.4 Chất lượng nước ban đầu của NTBV
TT Chỉ tiêu 1 pH 2 TSS 3 BOD5 4 COD 5 NO3- 6 NH4+ 7 PO43- 8 SO42- 9 Tổng Fe 10 CIP 11 AMO 12 TOC 13 E.coli 14 Tổng coliform
40
2.4.3.2.Nghiên cứu pH ảnh hưởng đến khả năng xử lý CIP và AMO trong NTBV bằng hệ AOP tăng cường H2O2/S2O82-
/ZVI/UV
Môi trường pH đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa H2O2 và S2O82-
bằng ZVI và tia bức xạ UV. Hiệu suất xử lý CIP và AMO trong NTBV được nghiên cứu khi pH thay đổi 3,5,7,9 ; mZVI = 5 mg/L ; [H2O2] = 2 mM và [S2O82-
] = 5 mM ; công suất đèn UV = 11W.
2.4.3.3.Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng khả năng xử lý CIP và AMO trong NTBT bằng hệ H2O2/S2O82-/ZVI/UV theo phương pháp bề mặt – Box Behken
Thực nghiệm thụ động (phương pháp thực nghiệm cổ điển) với sự thay đổi lần lượt của từng yếu tố đòi hỏi nhiều thời gian, sức lực và vật chất. Ngược lại, thực nghiệm chủ động (phương pháp quy hoạch thực nghiệm) nhờ sự bố trí tối ưu của 52 điểm trong không gian yếu tố và phép biến đổi tuyến tính của tọa độ đã khắc phục được các nhược điểm của phương pháp thực nghiệm cổ điển. Quy hoạch thực nghiệm cho phép đồng thời thay đổi tất cả các yếu tố và nhận được những ước lượng của các hiệu ứng tuyến tính, tương tác, bình phương với sai số thấp. Cuối cùng thì bằng việc áp dụng quy hoạch thực nghiệm có thể tăng đáng kể hiệu quả của quá trình thực nghiệm.
Các phương pháp bề mặt đáp ứng (Response surface method) được dùng để khảo sát mối quan hệ giữa một hay nhiều biến đáp ứng và một tập hợp các biến thực nghiệm định lượng hay các yếu tố. Các phương pháp này thường được áp dụng sau khi đã xác định một số yếu tố quan trọng có thể kiểm soát được và muốn tìm các giá trị của các yếu tố để có đáp ứng tối ưu.
Các phương pháp bề mặt đáp ứng có thể được dùng để:
- Tìm các giá trị của yếu tố (các điều kiện tiến hành) cho đáp ứng tốt nhất.
- Tìm các giá trị của yếu tố thỏa mản các đặc điểm của quá trình:
- Xác định những điều kiện tiến hành mới giúp cải thiện chất lượng sản phẫm (đáp ứng) so với những điều kiện hiện tại.
Mẫu Box – Behnken (Box-Behnken designs) có ít điểm mẫu (design points) do đó thực hiện ít tốn kém hơn mẫu tổng hợp trung tâm với cùng số yếu tố. Có thể ước lượng các hệ số bậc một, bậc hai tuy nhiên, không thể kết hợp các runs từ thí nghiệm nhân tố. Có thể tạo mẫu box – Behnken có khối hay không khối. Hình dưới đây minh họa mẫu box – Behnken 3 yếu tố. Các điểm trên hình tượng trưng các runs thực nghiệm được thực hiện:
Hình 2.4 Biểu hiện mô hình thiết kế bề mặt Box-Behken 3 yếu tố
Mẫu Box – Behnken được dùng cho các thí nghiệm không liên tiếp, tức là được thực hiện một lần. Những mẫu này cho phép ước lượng các hệ số bậc một và bậc hai
Xác định điều kiện thích hợp của 5 yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý CIP và AMO trong NTBV: mZVI, [H2O2], [S2O82-
], thời gian, cường độ đèn UV bằng cách sử dụng phương pháp “Đáp ứng bề mặt” theo mô hình Box-Behnken, mỗi yếu tố tiến hành tại 3 mức (-1, 0, +1) như trong bảng 2.2 quy hoạch thực nghiệm bao gồm bảng ma trận thực nghiệm gồm 43 thí nghiệm (bảng 2.6), trong đó: 3 thí nghiệm lặp lại tại tâm với hàm mục tiêu là hiệu quả xử lý CIP (%CIP) và hiệu quả xử lý AMO (%AMO) (bảng 3.14). Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần rồi lấy giá trị trung bình.
Bảng 2.5 Bảng ma trận thực nghiệm
Nhân tố
ZVI mg/L [H2O2], mM
42 [S2O82- ], mM Cường độ đèn UV, W Thời gian, phút %CIP, % % AMO, % Các thí nghiệm cho nghiên cứu tối ưu được tiến hành với thể tích nước thải 1000
mL. Lần lượt cho ZVI, Na2S2O8, H2O2 30% với nồng độ xác định (đã được quy hoạch nhờ phần mềm Design of Expert ver 11.0 (DX11) (Stat-Ease, In, USA)) vào thiết bị phản ứng (hình 2.2). pH của nước thải được điều chỉnh bằng dung dịch H2SO4 0,1M, NaOH 0,1M xuống giá trị pH=5. Dung dịch được trộn đều bằng máy lắc IKA (USA) với tốc độ
100 vòng/phút. Chỉ số AMO và CIP trong nước thải được phân tích gồm: nồng độ đầu vào (CIP0, AMO0) và nồng độ sau phản ứng (CIP, AMO).
Xử lý số liệu: Xử lí số liệu thực nghiệm bằng phần mềm thống kê DX11 để phân tích các hệ số hồi qui, bề mặt đáp ứng và tối ưu hóa với thuật toán hàm theo ANOVA với dạng:
= + ∑
0 =0
Với: Y: hàm mục tiêu; b0: hệ số tự do, b1…b23: hệ số tuyến tính
Việc chọn các hệ số hồi quy có nghĩa là sự phù hợp của mô hình thực nghiệm thống kê được tiến hành như sau:
Các hệ số hồi quy có nghĩa (được giữa lại trong phương trình) là những hệ số có p-value < 0,05
Sự phù hợp của phương trình hồi quy với kết quả thực nghiệm được đánh giá qua hệ số xác định (coefficient of determination) R2 (R2 > 0,9 là có sự phù hợp tốt, nếu R2 càng gần 1 thì rất tốt).
Hệ số xác định hiệu chỉnh R2adj > 0,8
Tìm các giá trị thích hợp của các yếu tố (mZVI, [H2O2], [Na2S2O8], thời gian, cường độ đèn UV) để hiệu suất xử lý CIP và AMO trong NTBV là cao nhất dựa vào phần mềm DX11 và kiểm tra lại bằng thực nghiệm.
Bảng 2.6 Quy hoạch thực nghiệm 5 yếu tố khi xử lý CIP và AMO trong NTBV bằng AOP H2O2/S2O82- /ZVI/UV TT Yếu tố 1 A:ZVI mg/L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 2.4.3.4. Tái sử dụng ZVI
Nghiên cứu khả năng tái sử dụng ZVI trong hệ thống xử lý NTBV bằng hệ AOP H2O2/S2O82-
/ZVI/UV. Đầu tiên, NTBV được xử lý bằng hệ AOP theo điều kiện tối ưu đã được tìm trong phần trước sau: pH = 5, mZVI= 6,742 mg/L, [H2O2] = 1,127 mM, [S2O82-
] = 5 mM, cường độ UV = 17W. Sau xử lý, ZVI được thu bằng nam châm, sau đó được sửa sạch bằng H2SO4 0,1M để loại bỏ các lớp oxit sắt được hình thành, rồi rửa sạch bằng nước cất đến pH = 7. Tiếp tục sử dụng ZVI tiếp, điều chỉnh liều lượng chất oxy hóa H2O2 và Na2S2O8 theo đúng điều kiệu tối ưu tìm ra.
45
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN