Đơn vị tính:% Ngày TT-TNP1 TT-TNP2 TT-TNR1 TT-TNR2 0 0,00 0,00 0,00 0,00 1 25,31 12,87 16,92 10,08 2 39,42 27,96 26,44 20,64 3 50,67 42,43 38,67 27,97 4 60,28 53,76 48,43 37,44 5 68,90 62,61 57,51 45,59 6 76,37 68,37 64,87 53,54 7 82,05 76,22 70,91 59,30 8 87,82 81,49 77,08 67,15 9 94,03 87,64 82,93 73,16 10 98,02 92,22 87,59 79,42 11 100 96,68 93,13 84,00 12 100 95,96 88,47 13 98,93 92,02 14 100 96,12 15 100
Sự biến đổi hàm lượng TNP và TNR trong hỗn hợp
0 10 20 30 40 50 60 70 0 2 4 6 8 10 12 14 16
Thời gian xử lý (ngày)
N ồn g độ ( m g/ l) TT-TNP1 TT-TNP2 TT-TNR1 TT-TNR2
Kết quả thể hiện trên Bảng 3.47. cho thấy:
- Trong 10 ngày đầu thí nghiệm, hiệu suất xử lý TNP trong bể thí nghiệm với thủy trúc sinh khối 550g đã đạt mức rất cao (98,02%) và cao hơn so với hiệu suất xử lý TNP trong bể thí nghiệm với thủy trúc sinh khối 300g và hiệu suất xử lý TNR trong cùng bể thí nghiệm và TNR trong bể thí nghiệm với thủy trúc sinh khối 300g. – Sau 11 ngày xử lý thì lƣợng TNP trong bể thí nghiệm với thủy trúc co sinh khối 550g đã bị xử lý hồn tồn 100%, cịn lƣợng TNP trong bể thí nghiệm với thủy trúc 300g bị xử lý với hiệu suất 96,68%, lƣợng TNR trong bể thí nghiệm với thủy trúc 550g bị xử lý với hiệu suất 93,13%, lƣợng TNR trong bể thí nghiệm với thủy trúc 300g bị xử lý 84%.
- Sau 12 ngày toàn bộ lƣợng TNP trong các bể với thủy trúc 550g đã bị xử lý hoàn toàn 100%. Sau 14 ngày bộ lƣợng TNR trong các bể với thủy trúc 550g mới bị xử lý hoàn toàn 100%. Sau 15 ngày lƣợng TNR trong các bể với thủy trúc 300g mới bị xử lý hoàn toàn 100%.
- Kết quả trong cả 2 bể thí nghiệm, xét trong 15 ngày, tốc độ xử lý của thủy trúc với 2 chất trong các hỗn hợp đều cho thấy TNP > TNR.
- So sánh với khi xử lý riêng từng chất, kết quả khi xử lý hệ hỗn hợp vẫn
tƣơng tự nhƣ khi xử lý riêng từng chất, tốc độ xử lý của thủy trúc đối với TNP > TNR.
- Khi có mặt cả 2 chất trong cùng một bể, thủy trúc vẫn xử lý đƣợc toàn bộ các chất kể cả bể thủy trúc có sinh khối lớn và bể thủy trúc có sinh khối bé, tuy nhiên tốc độ xử lý chậm hơn khi xử lý riêng rẽ từng chất một, nguyên nhân là do khi kết hợp cả 2 chất độc tính sẽ cao hơn khi để riêng rẽ từng chất một, điều này sẽ ảnh hƣởng đến khả năng hấp thu của thủy trúc.
Qua kết quả nghiên cứu trên chúng tơi có nhận xét sau:
- Thủy trúc là lồi thực vật thủy sinh có khả năng hấp thu và chuyển hố tốt TNP và TNR. Có thể sử dụng loại cây này trong các cơng trình xử lý nƣớc thải chứa TNP và TNR.
3.5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KẾT HỢP PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG CÁC TÁC NHÂN HÓA HỌC, XÚC TÁC VÀ THỰC VẬT THỦY SINH (THỦY TRÚC) TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHIỄM CÁC HỢP CHẤT NITROPHENOL
Các kết quả thực nghiệm ở trên đã cho thấy bằng tác nhân Fenton, điện phân và sử dụng cây thuỷ trúc có thể xử lý đƣợc nguồn nƣớc bị ô nhiễm các hợp chất nitrophenol (NPs). Ngay cả khi hàm lƣợng các hợp chất nitrophenol ban đầu nhiễm trong nƣớc tƣơng đối lớn thì hiệu suất xử lý chúng bằng tác nhân Fenton hoặc điện hóa cũng đã mang lại hiệu suất xử lý cao.
Phƣơng pháp điện hóa có ƣu thế hơn so với phƣơng pháp Fenton là có thể xử lý đƣợc các mẫu nƣớc, nƣớc thải công nghiệp bị nhiễm các hợp chất nitrophenol độc hại ngay ở điều kiện môi trƣờng thực tế mà khơng cần phải có sự điều chỉnh bắt buộc để pH nằm trong giới hạn pH 3-5 nhƣ trong trƣờng hợp sử dụng tác nhân Fenton. Tuy nhiên khi xét về tốc độ và hiệu suất phân hủy các hợp chất NPs nhiễm trong nƣớc thì phƣơng pháp sử dụng tác nhân Fenton có tính hiệu quả cao hơn. Mặt khác, q trình điện phân cịn phát sinh lƣợng khí thải chứa clo tƣơng đối lớn có thể gây tác động xấu đến sức khỏe ngƣời lao động. Vì vậy, phƣơng pháp sử dụng tác nhân Fenton hoặc phƣơng pháp sử dụng tác nhân Fenton kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh là những phƣơng pháp thích hợp cho mục tiêu khử độc cho môi trƣờng nƣớc bị nhiễm thuốc nổ nhóm nitrophenol.
Hàm lƣợng các chất ô nhiễm MNP, DNP,TNP và TNR trong nƣớc thải ở các nhà máy sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ thƣờng ở mức từ 60 - 120mg/l. Với hàm lƣợng các chất ô nhiễm nhƣ trên, nếu chỉ sử dụng tác nhân Fenton độc lập để xử lý các hợp chất nitrophenol mặc dù đạt hiệu suất phân hủy lớn và thời gian xử lý ngắn song hàm lƣợng H2O2, Fe(II), kiềm, axit,… sẽ bị tiêu hao tƣơng đối lớn do đó chi phí xử lý cao. Nếu chỉ sử dụng bằng cây thủy trúc thì mặc dù chi phí xử lý thấp song có những hạn chế là cần phải có thời gian dài cho cây thủy trúc xử lý hay là cần phải diện tích mặt bằng lớn, hàm lƣợng các chất ô nhiễm ban đầu khơng q
cao và phải có kỹ thuật tạo sinh khối (kỹ thuật ni trồng, chăm sóc và nhân giống cây).
Chính vì vậy, để khắc phục những hạn chế nêu trên có thể kết hợp cả hai biện pháp: sử dụng tác nhân Fenton và thực vật thủy sinh để xử lý nƣớc thải bị ô nhiễm các hợp chất nitrophenol.
Mơ hình sử dụng kết hợp các biện pháp trên đƣợc thể hiện trên Hình 3.13.
dƣới đây.
Nguyên lý công nghệ xử lý nước thải nhiễm các hợp chất nitrophenol (TNP, TNR) như sau: Nƣớc thải từ các phân xƣởng sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ
có chứa các thành phần ơ nhiễm nitrophenol (TNP, TNR) đƣợc qua hệ thống lọc cơ học (nhằm tách các loại rác và các cặn vô cơ, hữu cơ), sau đó tập trung tại bể thu gom – điều hòa. Tại đây, nƣớc thải đƣợc điều chỉnh lƣu lƣợng và thành phần, hàm lƣợng các chất trong nƣớc. Nƣớc thải tiếp tục đi vào bể phản ứng Hệ Fenton. Tại đây các hóa chất (kiềm, axit,…) đƣợc cấp vào để điều chỉnh pH ở môi trƣờng axit (đƣa pH = 3-4). Sau khi điều chỉnh đƣợc pH môi trƣờng dung dịch, tiếp tục cho muối Fe(II) và H2O2 vào dung dịch với hàm lƣợng thích hợp để các phản ứng Fenton xảy ra tốt nhất. Sau khi qua bể phản ứng Fenton, nƣớc thải đi vào bể lắng – lọc, tại đây hóa chất (kiềm, axit) đƣợc cấp vào để trung hịa nƣớc thải, pH mơi trƣờng (6 – 7), để đƣa Fe(II) về dạng Fe(III) hidroxit, kết tủa, sau đó loại bỏ chúng ra khỏi nƣớc thải. Nếu nhƣ nồng độ các chất NPs trong nƣớc thải sau khi qua bể lắng – lọc thấp thì sẽ đƣợc thải ra mơi trƣờng, cịn nếu nhƣ nồng độ các chất NPs trong nƣớc thải sau khi qua bể lắng – lọc cao thì nƣớc thải tiếp tục đƣợc xử lý bằng hệ thống bể trồng thủy trúc, sau cùng là đƣợc thải ra môi trƣờng.
Sau đây là mơ hình thể hiện quy trình cơng nghệ kết hợp hai biện pháp xử lý đã nêu ở trên.
- T¸ch r¸c - Loại cặn bẩn Hệ thèng xư lý c¬ häc BĨ thu gom - điều hịa B phản ứng h Fenton B lắng - lọc N-íc th¶i chøa TNP, TNR Fe2+ H2O2 Thải ra mơi tr-ờng Dung dÞch kiỊm, axit,
®iỊu chØnh pH = 3 - 4
Hình 3.13. Sơ đồ quy trình xử lý nƣớc thải ơ nhiễm TNP, TNR bằng tác nhân Fenton kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh
HÖ thèng bĨ trång thđy tróc
- Điều chỉnh pH (pH = 6-7) bằng dung dịch kiềm, axit - Lọc bỏ kết tủa Thải ra môi tr-ờng Khi hàm l-ợng NPs thÊp
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Qua các kết quả thí nghiệm về khả năng phân hủy các hợp chất nitrophenol (MNP, DNP, TNP và TNR) bằng tác nhân Fenton và phƣơng pháp điện phân cũng nhƣ thử nghiệm khả năng xử lý hai hợp chất độc hại TNP và TNR bằng thủy trúc, tôi xin đƣa ra một số kết luận sau:
1. Sử dụng tác nhân Fenton có khả năng phân hủy rất nhanh các hợp chất nitrophenol cũng nhƣ hỗn hợp các hợp chất này trong môi trƣờng nƣớc. Khả năng phân hủy của tác nhân Fenton đối với các hợp chất nitrophenol theo thứ tự giảm dần nhƣ sau MNP > TNR > TNP > DNP.
2. Đã khảo sát ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ nồng độ H2O2, Fe(II) ban đầu, nhiệt độ, pH, thời gian và nồng độ các chất NPs ban đầu đến khả năng phân hủy các chất NPs bằng tác nhân Fenton và cho thấy môi trƣờng pH tối ƣu của dung dịch là pH = 3-5, nồng độ H2O2 lớn hơn khoảng 10 lần so với nồng độ Fe(II), thí dụ dung dịch 3,5.10-4
M Fe(II) + 3,5.10-3M H2O2, khoảng nhiệt độ dung dịch nƣớc xử lý là 200C - 500C.
3. Khả năng phân hủy các NPs bằng phƣơng pháp điện phân theo thứ tự tăng dần nhƣ sau: MNP < TNP < DNP < TNR.
4. Phân hủy các NPs bằng phƣơng pháp điện phân khơng có màng ngăn cũng đƣợc khảo sát với cách thức giống nhƣ sử dụng bằng tác nhân Fenton và cho kết quả tƣơng tự. Kết quả nghiên cứu cho thấy, mặc dù ở pH =3 tốc độ phân hủy các NPs bằng điện phân thấp hơn Fenton, nhƣng ở pH = 6 thì tốc độ phân hủy các NPs lại lớn hơn Fenton nhiều lần và đều đạt hiệu suất rất cao, H > 90%.
5. Khảo sát khả năng xử lý TNP và TNR bằng thủy trúc đƣợc thực hiện trong PTN có mẫu đối chứng, cho thấy thủy trúc có khả năng xử lý tốt nƣớc bị nhiễm TNP, TNR. Tốc độ xử lý TNP, TNR của thuỷ trúc: TNP > TNR. Tốc độ hấp thu các chất TNP và TNR của gốc và rễ lớn hơn so với thân và lá. Nhƣ vậy, gốc và rễ là bộ phận hấp thu chủ yếu các chất nghiên cứu.
6. Đã đề xuất quy trình xử lý nƣớc thải ơ nhiễm TNP và TNR bằng sự kết hợp giữa phƣơng pháp sử dụng tác nhân Fenton và sử dụng cây thủy trúc.
2. KIẾN NGHỊ
Luận văn cần nghiên cứu khả năng phân hủy hỗn hợp các chất NPs trong nƣớc thải bằng phƣơng pháp điện phân. Bên cạnh đó cần nghiên cứu đƣợc cơ chế hấp thu cũng nhƣ chuyển hoá TNP và TNR trong cơ thể các loài thực vật đã sử dụng để tìm ra đƣợc bản chất của quá trình chuyển hố. Ngồi ra, luận văn cần nghiên cứu đƣợc sinh khối thực vật thu hoạch đƣợc có chứa những hợp chất độc hại đối với con ngƣời và môi trƣờng hay không? Vì điều kiện thời gian có hạn nên trong phạm vi luận văn khơng có điều kiện nghiên cứu đƣợc tất cả các vấn đề và sẽ có sai xót, vì vậy cần có những ý kiến đóng góp để luận văn hồn chỉnh hơn nữa.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và nước
thải, NXB Thống kê, Hà Nội.
2. Lê Văn Cát (2000), Cơ sở hoá học và kỹ thuật xử lý nước, Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia.
3. Nguyễn Văn Chất (2004), Nghiên cứu khả năng phân huỷ TNT bằng bức xạ tia
UV, Luận văn thạc sĩ, Học viện KTQS.
4. Nguyễn Đình Hƣng (2008), Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa octogen
và hecxogen bằng phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật bậc cao, Luận văn Thạc sĩ Môi trƣờng, Trƣờng Đại học
KHTN-ĐHQGHN.
5. Đỗ Ngọc Khuê (2005), Ứng dụng các giải pháp công nghệ sinh học (sử dụng thực vật bậc cao và các chế phẩm vi sinh) để cải tạo và phục hồi các vùng đất bị nhiễm thuốc nổ, thuốc phóng, Báo cáo kết quả nhiệm vụ cấp Bộ Quốc
phịng, Trung tâm khoa học kỹ thuật và cơng nghệ quân sự.
6. Đỗ Ngọc Khuê, Nguyễn Văn Đạt (2002), Các phương pháp phân tích hố lý,
NXB Quân đội nhân dân.
7. Đỗ Ngọc Khuê và cộng sự (2005), Nghiên cứu CNSH xử lý các chất thải quốc
phịng đặc chủng và sự ơ nhiễm vi sinh vật độc hại, Báo cáo tổng kết đề tài
cấp Nhà nƣớc, mã số KC.04.10, Bộ KH-CN.
8. Đỗ Ngọc Khuê (2007), Ứng dụng công nghệ phytoremediation đồng bộ để khử
độc và phục hồi sinh học cho vùng đất bị nhiễm hoá chất độc hại, Báo cáo
tổng kết đề tài cấp Bộ Quốc phòng.
9. Đỗ Ngọc Khuê và cộng sự (2007), “Nghiên cứu khả năng khử độc cho nƣớc thải bị nhiễm thuốc nổ TNT bằng cây thuỷ trúc (Cyperus alternifolius linn)”, Tạp
10. Đỗ Ngọc Khuê, Tô Văn Thiệp, Nguyễn Văn Hồng, Đỗ Bình Minh, “Nghiên cứu đặc điểm đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Nitroglyxerin từ pha lỏng bằng một số loại than hoạt tính”, Tạp chí Hóa học, Tập 45 (5/2007), tr 619-623.
11. Đỗ Ngọc Khuê (Chủ biên), Phạm Sơn Dƣơng, Cấn Anh Tuấn, Tơ Văn Thiệp, Đỗ Bình Minh. Công nghệ xử lý các chất thải nguy hại phát sinh từ hoạt động quân sự. NXB QĐND, Hà Nội 1-2010.
12. Đỗ Ngọc Khuê, Nguyễn Văn Đạt, Đỗ Bình Minh, Nguyễn Quang Toại (2004). Nghiên cứu cơ sở khoa học của việc ứng dụng phƣơng pháp điện phân để xử lý nƣớc thải cơng nghiệp thuốc phóng thuốc nổ. Tuyển tập báo cáo Hội nghị KH về Môi trƣờng lần I, Trung tâm KHKT-CNQS, Hà Nội, 2004, tr. 177-182.
13. Đỗ Ngọc Khuê, Nguyễn Văn Đạt, Đỗ Bình Minh, Nguyễn Quang Toại (2004). Nghiên cứu ảnh hƣởng của bản chất điện cực tới quá trình phân hủy điện hóa một số hợp chất nitro thơm và ứng dụng trong xử lý nƣớc thải cơng nghiệp quốc phịng. Tuyển tập báo cáo Hội nghị KH về Môi trƣờng lần I, Trung tâm KHKT-CNQS, Hà Nội, 2004, tr. 203-206.
14. Đỗ Ngọc Khuê, Thế Gia Trang, Tơ Văn Thiệp, Đỗ Bình Minh, Nguyễn Văn Hoàng, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Ngọc Phong: Ứng dụng các phương pháp
trắc quang và sắc ký lỏng hiệu năng cao để nghiên cứu q trình phân huỷ điện hố một số hợp chất có tính nổ. Tạp chí Phân tích hố, lý và sinh học
T.14 tr.3-7, Hà Nội (2-2009).
15. Vũ Thị Hoàng Mai (2009), Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh, Luận văn Thạc sĩ Mơi trƣờng, Trƣờng Đại
học KHTN-ĐHQGHN.
16. Đỗ Bình Minh (2008), Nghiên cứu giải pháp công nghệ tổng hợp xử lý nguồn nước bị nhiễm một số hợp chất phenol, Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Học viện
17. Đỗ Bình Minh, Đỗ Ngọc Khuê, Phạm Thanh Dũng (2012). Nghiên cứu khả năng phân hủy các hợp chất nitrophenol độc hại nhiễm trong nƣớc bằng các quá trình Fenton và điện hóa. Tuyển tập báo cáo Hội nghị KH lần thứ VII của ĐHKHTN, ĐHQGHN, 10/2012
18. Đỗ Bình Minh, Vũ Quang Bách, Đỗ Ngọc Khuê, Trần Văn Chung, Tô Văn Thiệp, Nguyễn Văn Hoàng (2010), “Nghiên cứu khả năng sử dụng một số loại thực vật thủy sinh để xử lý nƣớc thải nhiễm thuốc nổ Trinitrophenol (Axit Picric)”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN Quân sự, số đặc biệt – HNKHCNMT,
09, tr 7-13.
19. Đỗ Bình Minh, Vũ Quang Bách, Đỗ Ngọc Khuê, Trần Văn Chung (2010), “Nghiên cứu đặc điểm quá trình phân hủy điện hóa Trinitrophenol trong hệ điện phân sử dụng điện cực trơ trên nền hỗn hợp các oxit kim loại”. Tạp chí Phân tích Hố, lý và sinh học, T.15, 4/2010, tr.198-204 (2010).
20. Trần Văn Nhân và Ngơ Thị Nga (2002), Giáo trình Cơng nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học và kỹ thuật.
21. Lƣơng Đức Phẩm (2003), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội.
22. Nguyễn Hùng Phong và cộng sự (2004), “Thiết kế, chế tạo và đƣa vào sử dụng thực tế hệ thống thiết bị tái sinh than hoạt tính dùng xử lý nƣớc thải chứa TNT tại một số cơ sở sản xuất quốc phịng”, Hội nghị khoa học về mơi trường lần
thứ nhất, tuyển tập các báo cáo khoa học, Trung tâm khoa học kỹ thuật và công