5. Cấu trúc luận văn
3.4.3. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu
Khả năng tái sử dụng là một trong những yếu tố rất quan trọng khi quyết định chọn lựa một loại vật liệu để phục vụ cho mục đích kinh tế và bảo vệ môi trường. Vật liệu BiOI/TiO2 sau phản ứng quang xúc tác, được rửa lại nhiều lần bằng nước cất, phơi ngoài trời trong 1 ngày, để các gốc tự do, chất hữu cơ còn bám trên bề mặt vật liệu bị phân hủy hoàn toàn. Kết quả tái sử dụng của vật
liệu 2TH-TiO2 thể hiện ở hình 3.19. Kết quả này cho thấy, sau mỗi lần tái sử dụng, hiệu quả xử lý giá trị COD, NH4+ có giảm nhẹ, tuy nhiên sau 4 lần tái sử dụng, hiệu quả phân hủy vẫn đạt trên 50%. Điều này chứng tỏ rằng, khả năng tái sử của vật liệu BiOI/TiO2 khá cao và ổn định. Đây là kết quả khả quan để có thể sử dụng vật liệu nano TiO2 pha tạp ứng dụng vào thực tế cho mục đích xử lý các chất ô nhiễm trong môi trường.
Hình 3. 19. Hiệu suất xử lý nồng độ COD, NH4+ của vật liệu BiOI/TiO2 sau 4 lần tái sử dụng
3.5. HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỒ NUÔI TÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP
Dựa trên những kết quả thực nghiệm đánh giá khối lượng xúc tác trên một đơn vị diện tích của vật liệu TiO2 biến tính phân tán trên pha nền, nguồn sáng và thời gian đã khảo sát ở trên. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu kết hợp vật liệu TiO2 biến tính phân tán trên pha nền và phương pháp vi sinh để xử lý nước thải hồ nuôi tôm, kết quả thu được trình bày ở bảng 3.2:
61,43 59,08 57,62 51,84 91,16 88,04 80,97 75,21 0 20 40 60 80 100 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 H iệu s uất x ử lý (% ) Số lần tái sử dụng (lần) COD NH4+
Bảng 3. 2. Hiệu quả xử lý nước thải hồ nuôi tôm trên cơ sở kết hợp phương pháp vi sinh với phương pháp oxy hóa nâng cao (3 h)
Chỉ tiêu Đầu vào Sau vi sinh Sau oxi hóa nâng cao Hiệu quả xử lý (%) pH 6,39 ± 0,01 6,94 ± 0,01 7,53 ± 0,01 COD (mg/L) 383,25 ± 2,24 342,75 ± 1,30 147,79 ± 2,21 61,43 ± 0,51 BOD5 (mg/L) 206,50 ± 0,96 151,00 ± 1,00 48,48 ± 0,56 76,52 ± 0,32 TSS (mg/L) 340,52 ± 1,11 125,47 ± 0,91 90,16 ± 1,15 73,52 ± 0,57 NH4+ (mg/L) 45,68 ± 0,43 23,51 ± 0,29 4,04 ± 0,37 91,16 ± 0,41 N-tổng (mg/L) 53,00 ± 1,03 31,00 ± 1,00 4,8 ± 0,82 90,94 ± 0,94 PO43- (mg/L) 5,00 ± 0,46 3,80 ± 0,38 0,40 ± 0,13 89,67 ± 0,67 Tetracyclin (µg/L) 538 ± 0,00 172,00 ± 0,00 10,00 ± 0,00 98,14 ± 0,00 Ciprofloxacin (µg/L) 0,50 ± 0,00 0,50 ± 0,00 0,50 ± 0,00 0 ± 0,00
Hình 3. 20. So sánh khả năng xử lý kháng sinh tetracyclin trong nước thải hồ nuôi tôm của 2 phương pháp vi sinh và oxy hóa nâng cao
68% 94% 0 20 40 60 80 100
Xử lý vi sinh (không sục khí, 120h)Xử lý với TiO2 (ASMT,3h)
H iệu s uất x ử lý (% )
Kết quả cho thấy việc kết hợp 2 phương pháp xử lý nước mang hiệu quả như mong đợi, tất cả các chỉ tiêu đều đạt chuẩn nước thải đầu ra, trong đó giá trị của các chỉ tiêu như COD, BOD5, NH4+, N-tổng, PO43- giảm sâu đạt giá trị ở cột A. Dựa trên kết quả thực nghiệm này, chúng tôi nhận thấy khả năng ứng dụng phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp kết hợp vào thực tế để xử lý nguồn nước thải hồ nuôi tôm trước khi thải vào môi trường là rất khả thi. Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý các chỉ tiêu trong nước thải hồ nuôi tôm cao hơn nhiều khi phối hợp cả hai phương pháp so với trường hợp chỉ áp dụng một phương pháp đơn thuần vi sinh hoặc xúc tác quang.
Dựa vào những kết quả nghiên cứu trong nhóm đã được nghiên cứu và công bố trước đây, chúng tôi đề xuất quá trình xử lý nước thải hồ nuôi tôm bằng chế phẩm vi sinh vật được tiến hành trước khi xử lý xúc tác quang. Điều này đã được chứng mình và có thể được giải thích liên quan đến khả năng diệt khuẩn của TiO2 [53, 55, 78], mặc khác một phần các gốc oxy hóa mạnh sinh ra trong phản ứng quang xúc tác cũng có khả năng tiêu diệt các vi sinh vật làm giảm đi hiệu quả hoạt động và chuyển hóa của các chủng vi sinh vật có trong chế phẩm. Cơ chế của quá trình diệt khuẩn trong phản ứng quang xúc tác được Y. Xiang trình bày như trong hình 3.21 [86].
Hình 3. 21. Cơ chế diệt khuẩn của phản ứng quang xúc tác dị thể trên cơ sở vật liệu Bi2WO6/BiOI
Đối với chỉ tiêu kháng sinh, hầu như chưa có tác giả nào chỉ ra rằng vi sinh vật có thể phân hủy được các kháng sinh. Tuy nhiên kết quả thực nghiệm lại cho thấy vi sinh vật phân hủy được gần 70% lượng kháng sinh tetracyclin. Điều này có thể là do các vi sinh vật đã sử dụng nguồn C, N trong kháng sinh làm chất dinh dưỡng nên đã giúp chuyển hóa kháng sinh thành nhiều hợp chất đơn giản khác. Sự có mặt của nhiều hợp chất đơn giản này đã làm giảm hiệu quả xử lý COD và tăng hiệu quả xử lý BOD5.
Đặc biệt, các chất kháng sinh vốn được đánh giá là một chất hữu cơ khó phân hủy và các phương pháp xử lý nước truyền thống hầu như không thể loại bỏ chúng ra khỏi nguồn nước [56, 85]. Trong đó, tetracyclin là một trong những kháng sinh được sử dụng nhiều nhất trong chăn nuôi thú ý và thủy sản [72, 87]. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, với khả năng xử lý kháng sinh vượt trội (phân hủy hơn 90% kháng sinh) cho thấy việc kết hợp 2 phương pháp xử lý này với nhau là thích hợp và hứa hẹn đầy tiềm năng để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm bởi các kháng sinh nói riêng và các chất hữu cơ khó phân hủy nói chung. Nghiên cứu [38] còn chỉ ra rằng trong các kháng sinh thì tetracyclin dễ bị phân
hóa nâng cao để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kháng sinh tetracyclin là phù hợp. Ngoài ra, lượng kháng sinh tetracyclin, ciprofloxacin và nhiều kháng sinh khác được hấp phụ đáng kể trong bùn [46, 62], do đó việc các chủng vi sinh vật sử dụng các chất dinh dưỡng trong nguồn nước để sinh trưởng và phát triển có thể sẽ giúp phân hủy một lượng đáng kể tetracyclin bị hấp phụ trong bùn, hạn chế được sự phân tán của kháng sinh trong tự nhiên.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi rút ra một số kết luận sau:
1. Đã khảo sát các điều kiện, thời gian, nồng độ vi sinh thích hợp để xử lý nước thải hồ nuôi tôm
Nồng độ vi sinh: 3 ppm. Điều kiện: không sục khí. Thời gian: sau 5 ngày.
2. Đã khảo sát các yếu tố thực nghiệm ảnh hưởng đến quá trình xúc tác quang xử lý nước thải hồ nuôi tôm của vật liệu composite BiOI/TiO2 như ảnh hưởng của khối lượng chất xúc tác, nguồn sáng khi sử dụng. Từ đó rút ra các điều kiện tối ưu như sau:
Khối lượng xúc tác thích hợp: 6 mg/L. Nguồn sáng thích hợp: ánh sáng mặt trời.
Sau 4 lần tái sử dụng, vật liệu vẫn thể hiện hoạt tính xúc tác trên 50%.
3. Đã tiến hành khảo sát khả năng xử lý nước thải hồ nuôi tôm trên cơ sở kết hợp phương pháp vi sinh với phương pháp oxy hóa nâng cao. Kết quả sau 120 giờ xử lý bằng chế phẩm vi sinh và 6 giờ xử lý xúc tác quang, tất cả các chỉ tiêu hóa sinh của mẫu nước thải đã đạt chuẩn đầu ra.
KIẾN NGHỊ
Qua thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn, nếu có thời gian và điều kiện, chúng tôi đề xuất sẽ thể tiếp tục nghiên cứu phát triển theo các hướng sau: 1. Nghiên cứu phân lập và tạo ra chế phẩm vi sinh có hiệu quả cao trong xử lý nước thải hồ nuôi tôm.
2. Nghiên cứu và so sánh hiệu quả xử lý nước thải hồ nuôi tôm đối với các pha nên khác nhau của vật liệu xúc tác quang.
3. Khảo sát các sản phẩm tạo ra sau quá trình xử lý nhằm đánh giá đúng cơ chế phản ứng cũng như sản phẩm trung gian tạo thành, hạn chế sự đưa thêm chất ô nhiễm vào môi trường.
4. Khảo sát và đánh giá hiệu quả khi ứng dụng những kết quả đạt được vào mô hình xử lý nước thải thực tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Phan Vũ An (2008), Nghiên cứu xử lý nước nhiễm phenol bằng màng mỏng
TiO2, Luận văn tốt nghiệp bộ môn kỹ thuật môi trường, Trường Đại học Bách khoa HCM.
[2] Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn và Tổng cục Thủy Sản (2017),
Đề án tổng thể phát triển ngành Công nghiệp Tôm Việt Nam đến năm 2030,Hà Nội.
[3] Nguyễn Văn Dũng (2006), Nghiên cứu xử lý thành phần thuốc nhuộm azo
trong môi trường nước bằng quá trình quang xúc tác trên TiO2 hoạt hóa,
Luận văn Tiến sĩ kỹ thuật, Viện Môi trường và Tài nguyên- Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.
[4] Hồ Thị Hiếu (2018), Nghiên cứu sử dụng chế phẩm sinh học xử lý nước thải
ao nuôi tôm tại xã Phước Thuận, Đồ án tốt nghiệp ngành Hóa học Môi
trường, Đại học Quy Nhơn.
[5] Bùi Thanh Hương (2006), Phân huỷ quang xúc tác phẩm nhuộm xanh hoạt
tính 2 và đỏ hoạt tính 120 bằng TiO2 degussa P25 và tia tử ngoại, Luận
án tiến sĩ hoá học, Viện Công nghệ hoá học.
[6] Hoàng Liên (2014), Tiềm năng và hướng khai thác, chế biến quặng titan
ở Việt Nam, Tạp chí công nghệ hóa chất.
[7] Phan Thị Hồng Ngân, Phạm Khắc Liệu (2012), "Đánh giá khả năng xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản nước lợ của bể lọc sinh học hiếu khí có lớp đệm ngập nước," Tạp chí khoa học-Đại học Huế, , Số 74b (5), tr.113-122. [8] Sáu Nghệ (2016), Các nhà máy chế biến chao đảo khi thương lái Trung
Quốc mua tôm tận ao, giá cao, Báo Nông nghiệp Việt Nam.
[9] Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải (2002), “Khử amoni trong nước và nước thải bằng phương pháp quang hóa với xúc tác TiO2”. Tạp chí khoa
học và công nghệ, số 40(3),tr.20-29.
[10] Nguyễn Thị Thảo Nguyên, Lê Minh Long, Hans Brix, Ngô Thụy Diễm Trang (2012), Khả năng xử lý nước nuôi thủy sản thâm canh bằng hệ thống đất ngập nước kiến tạo, Tạp chí Khoa học, Đại học Cần Thơ.
[11] Nguyễn Xuân Nguyên, Lê Thị Hoài Nam (2004), “Nghiên cứu xử lý nước rác Nam Sơn bằng màng xúc tác TiO2 và năng lượng mặt trời”, Tạp chí
hóa học và ứng dụng, số 8.
[12] Duy Nhân, Ngọc Ánh (2016), Ngành tôm điêu đứng, Người lao động. [13] Phòng Thủy Sản - Sở Nông nghiệp & PTNT Bình Định (2015), Báo cáo
Quy hoạch tổng thể phát triển thủy sản tỉnh Bình Định đến năm 2020 và tầm nhìn 2030.
[14] Lê Mạnh Tân (2006), "Đánh giá các tác động ảnh hưởng tới chất lượng nước vùng nuôi tôm Cần Giờ," Tạp chí phát triển KH&CN, Số 9, tr.77-
[15] Minh Tâm (2010), Nghiên cứu sản xuất các chế phẩm vi sinh vật và ứng
dụng chúng để xử lý ô nhiễm môi trường, Viện Công nghệ Môi trường,
Viện KH & CN Việt Nam.
[16] TS. Trần Tất Thắng, ThS. Trần Văn Thảo (2012), Tài nguyên quặng titan,
zircon, Tổng hội Địa chất Việt Nam.
[17] Dương Thị Khánh Toàn (2006), Khảo sát quá trình điều chế và ứng dụng
của TiO2 kích thước nanomet, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Khoa
học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội.
[18] Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Hùng (2006), "Các quá trình oxi hóa nâng cao trong xử lý nước và nước thải – Cơ sở khoa học và ứng dụng," Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật, Số III(4), tr.150-187.
[19] Huỳnh Thị Hải Yến, Lê Thị Sở Như (2015), " N-TiO2 điều chế bằng phương pháp đun hồi lưu với dung dịch H2O2-urea: điểm điện tích không, khả năng hấp phụ, và hoạt tính quang xúc tác dưới ánh sáng khả kiến "
Tạp chí Phát Triển KH& CN, Số 18(1), tr.81-91.
Tiếng Anh
[20] A. Rakshit, C. A. Suresh (2016), Photocatalysis: Principles and Applications, CRC Press.
[21] Ao C., Lee S. (2005), "Indoor air purification by photocatalyst TiO2 immobilized on an activated carbon filter installed in an air cleaner",
Chemical engineering science, 60, pp.103-109.
[22] Behnajady M., Modirshahla N., Hamzavi R. (2006), "Kinetic study on photocatalytic degradation of CI Acid Yellow 23 by ZnO photocatalyst",
Journal of hazardous materials, 133, pp.226-232.
[23] Canle López M., Fernández M. I., Rodríguez S., Santaballa J. A., Steenken S., Vulliet E. (2005), "Mechanisms of direct and TiO2‐photocatalysed UV degradation of phenylurea herbicides", ChemPhysChem, 6, pp.2064-2074. [24] Carey J. H., Lawrence J., Tosine H. M. (1976), "Photodechlorination of PCB's in the presence of titanium dioxide in aqueous suspensions",
Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 16, pp.697-
701.
[25] Chen X., Mao S. S. (2007), "Titanium dioxide nanomaterials: synthesis, properties, modifications, and applications", Chemical reviews, 107, pp.2891-2959.
[26] Corena J. R. A. (2015), Heterogeneous Photocatalysis for the Treatment
of Contaminants of Emerging Concern in Water, Degree of Doctor of
Philosophy in Civil Engineering, Worcester Polytechnic Institute.
[27] Dadjour M. F., Ogino C., Matsumura S., Shimizu N. (2005), "Kinetics of disinfection of Escherichia coli by catalytic ultrasonic irradiation with TiO2", Biochemical Engineering Journal, 25, pp.243-248.
[28] Doerffler W., Hauffe K. (1964), "Heterogeneous photocatalysis I. The influence of oxidizing and reducing gases on the electrical conductivity of dark and illuminated zinc oxide surfaces", Journal of Catalysis, 3, pp.156- 170.
[29] Dunnill C. W., Aiken Z. A., Pratten J., Wilson M., Morgan D. J., Parkin I. P. (2009), "Enhanced photocatalytic activity under visible light in N- doped TiO2 thin films produced by APCVD preparations using t- butylamine as a nitrogen source and their potential for antibacterial films",
Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 207, pp.244-
253.
[30] Friedmann D., Mendive C., Bahnemann D. (2010), "TiO2 for water treatment: parameters affecting the kinetics and mechanisms of photocatalysis", Applied Catalysis B: Environmental, 99, pp.398-406. [31] Fujishima A., Honda K. (1972), "Electrochemical photolysis of water at a
semiconductor electrode", nature, 238, pp.37-38.
[32] Fukahori S., Ichiura H., Kitaoka T., Tanaka H. (2003), "Capturing of bisphenol A photodecomposition intermediates by composite TiO2– zeolite sheets", Applied Catalysis B: Environmental, 46, pp.453-462. [33] Fu P.-F., Yong L., Dai X.-G. (2006), "Interposition fixing structure of TiO2
film deposited on activated carbon fibers", Transactions of nonferrous
metals society of china, 16, pp.965-969.
[34] H. H., J. X. W., J. Y., W. S. J., X. C. M., F. S. G. W. (2008), "High photocatalytic activity and stability for decomposition of gaseous acetaldehyde on TiO2/Al2O3 composite films coated on foam nickel substrates by sol-gel processes ", Journal of Sol-Gel Science and
Technology, 45(1), pp.1-8.
[35] Habibi M. H., Hassanzadeh A., Mahdavi S. (2005), "The effect of operational parameters on the photocatalytic degradation of three textile azo dyes in aqueous TiO2 suspensions", Journal of Photochemistry and
Photobiology A: Chemistry, 172, pp.89-96.
[36] Hashimoto K., Irie H., Fujishima A. (2005), "TiO2 photocatalysis: a historical overview and future prospects", Japanese journal of applied
physics, 44, pp.8269-8285.
[37] Hemaiswarya S., Raja R., Ravikumar R., Carvalho I. S. (2013), "Mechanism of action of probiotics", Brazilian archives of Biology and
technology, 56, pp.113-119.
[38] Hernández-Uresti D., Vázquez A., Sanchez-Martinez D., Obregón S. (2016), "Performance of the polymeric g-C3N4 photocatalyst through the degradation of pharmaceutical pollutants under UV–vis irradiation",
[39] Herrmann J.-M. (1999), "Heterogeneous photocatalysis: fundamentals and applications to the removal of various types of aqueous pollutants",
Catalysis today, 53, pp.115-129.
[40] Herrmann J.-M. (2005), "Heterogeneous photocatalysis: state of the art and present applications In honor of Pr. RL Burwell Jr.(1912–2003), Former Head of Ipatieff Laboratories, Northwestern University, Evanston (Ill)", Topics in catalysis, 34, pp.49-65.
[41] Ibáñez J. A., Litter M. I., Pizarro R. A. (2003), "Photocatalytic bactericidal effect of TiO2 on Enterobacter cloacae: Comparative study with other Gram (−) bacteria", Journal of Photochemistry and photobiology A:
Chemistry, 157, pp.81-85.
[42] Ibrahim I. A., Zikry A., Sharaf M. A. (2010), "Preparation of spherical silica nanoparticles: Stober silica", J. Am. Sci, 6, pp.985-989.
[43] Kapoor P. N., Uma S., Rodriguez S., Klabunde K. J. (2005), "Aerogel processing of MTi2O5 (M= Mg, Mn, Fe, Co, Zn, Sn) compositions using single source precursors: synthesis, characterization and photocatalytic behavior", Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 229, pp.145-150. [44] Khalil L., Mourad W., Rophael M. (1998), "Photocatalytic reduction of environmental pollutant Cr (VI) over some semiconductors under UV/visible light illumination", Applied Catalysis B: Environmental, 17, pp.267-273.
[45] Khalil L., Rophael M., Mourad W. (2002), "The removal of the toxic Hg (II) salts from water by photocatalysis", Applied Catalysis B:
Environmental, 36, pp.125-130.
[46] Kim S., Aga D. S. (2007), "Potential ecological and human health impacts of antibiotics and antibiotic-resistant bacteria from wastewater treatment plants", Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B, 10, pp.559-573.
[47] Kiran V., Sampath S. (2012), "Enhanced Raman spectroscopy of molecules adsorbed on carbon-doped TiO2 obtained from titanium carbide: a visible-light-assisted renewable substrate", ACS Applied
Materials & Interfaces, 4, pp.3818-3828.
[48] Kumar V., Roy S., Meena D. K., Sarkar U. K. (2016), "Application of probiotics in shrimp aquaculture: importance, mechanisms of action, and methods of administration", Reviews in Fisheries Science & Aquaculture, 24, pp.342-368.
[49] Kuo W., Ho P. (2006), "Solar photocatalytic decolorization of dyes in solution with TiO2 film", Dyes and Pigments, 71, pp.212-217.
[50] Li Y., Li X., Li J., Yin J. (2006), "Photocatalytic degradation of methyl orange by TiO2-coated activated carbon and kinetic study", Water
[51] Liao Y., Que W., Jia Q., He Y., Zhang J., Zhong P. (2012), "Controllable synthesis of brookitee/anatasese/rutile TiO2 nanocomposites and single- crystalline rutile nanorods array", Journal of Materials Chemistry, 22, pp.7937-7944.
[52] Linsebigler A. L., Lu G., Yates Jr J. T. (1995), "Photocatalysis on TiO2 surfaces: principles, mechanisms, and selected results", Chemical reviews, 95, pp.735-758.
[53] Liu R., Wu H., Yeh R., Lee C., Hung Y. (2012), "Synthesis and bactericidal ability of TiO2 and Ag-TiO2 prepared by coprecipitation method", International Journal of Photoenergy, 2012, pp.1-7.
[54] Marco A., Esplugas S., Saum G. (1997), "How and why combine chemical and biological processes for wastewater treatment", Water Science and
Technology, 35, pp.321.
[55] Miao L., Tanemura S., Kondo Y., Iwata M., Toh S., Kaneko K. (2004), "Microstructure and bactericidal ability of photocatalytic TiO2 thin films prepared by rf helicon magnetron sputtering", Applied Surface Science, 238, pp.125-131.
[56] Milić N., Milanović M., Letić N. G., Sekulić M. T., Radonić J., Mihajlović I., Miloradov M. V. (2013), "Occurrence of antibiotics as emerging contaminant substances in aquatic environment", International journal of
environmental health research, 23, pp.296-310.
[57] Muneer M., Qamar M., Saquib M., Bahnemann D. (2005), "Heterogeneous photocatalysed reaction of three selected pesticide derivatives, propham, propachlor and tebuthiuron in aqueous suspensions