CHƯƠNG III. ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Đánh giá khả năng xử l nước thải chứa Glyphosate bằng quá tr nh fenton iện hóa kết hợp quá tr nh sinh học- màng MBR
Đ đ nh gi hiệu quả x lý Glyphosate bằng quá trình fenton điện hóa kết hợp quá trình sinh học- màng MBR đề tài l a chọn mẫu nước thải th c l nước thải c a Công ty TNHH Việt Th ng (Thái Nguyên) chuyên sản xuất hóa chất BVTV. Điều kiện tiến hành thí nghiệm là nh ng điều kiện t i ƣu đ l a chọn ở trên, cụ th là nước thải được axit hóa bằng dung dịch H2SO4 3M đến pH = 3; bổ sung Na2SO4 đến n ng độ 0,05M và Fe2+ đến n ng độ 0,1mM. Tiến h nh điện phân ở cường độ ng điện 0,5A trong vòng 40 phút. Dung dịch sau qu tr nh fenton điện h a đƣợc đƣa v o MBR, bổ sung inh ƣ ng và bùn hoạt tính có MLSS = 7.900 – 8.900 mg/L; Chế độ sục /ngƣng sục: 60/60 phút. N ng độ một s chất ô nhiễm sau từng c ng đoạn x l đƣợc th hiện trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Nồng ộ một số chất ô nhiễm trước và sau từng công oạn xử lý nước thải của Công ty TNHH Việt Thắng chứa Glyphosate.
Thông số
NT0- Nước thải
ầu vào (mg/L)
Qua hệ e-Fenton Qua hệ MBR Hiệu suất tổng H
(%)
QCVN 40:2011/BTNMT Nồng ộ
ra NT1 (mg/L)
Hiệu suất H1
(%)
Nồng ộ ra NT2
(mg/L)
Hiệu suất H2
(%) Cột A Cột B
COD 1430 205,2 85,65 32,6 84,11 97,72 75 150
BOD5 317,6 54,6 82,81 10,8 80,22 96,60 30 50
Glyxin 18,8 3,82 79,68 0,91 76,18 95,16 - -
Glyphosate 29,5 2,5 91,53 0,3 88,00 98,98 0,3 1
Tổng N 18,5 2,38 87,14 0,81 65,97 95,62 20 40
Tổng P 0,65 0,12 81,54 0,06 50,00 90,77 4 6
NH4+
16,3 2,53 84,48 0,76 69,96 95,34 5 10
Kết quả trên bảng 3.7 cho thấy hiệu quả loại b Glyphosate trong nước thải sau giai đoạn tiền x lý bằng fenton điện h a đạt 91,53%. Kết quả n y tương t như kết quả thu đƣợc khi tiến h nh fenton điện hóa x lý dung dịch Glyphosate t pha (mục 3.1). Tỷ lệ loại b COD sau c ng đoạn fenton điện h a c ng đạt 85,65%, t c hiệu quả khoáng hóa c a qu tr nh fenton điện h a đạt 85 65% hơi cao hơn kết quả th nghiệm trên mẫu giả (mục 3.1) một chút (81,6%), nguyên nhân có th do trong mẫu nước thải th c, ngoài Glyphosate còn có một s hợp chất h u cơ ễ bị phân
h y khác nên tỷ lệ kho ng h a cao hơn khi ch x lý một mình Glyphosate (trong mẫu giả). Với c c đ i tương nhiễm khác hiệu quả x lý bởi fenton điện h a c ng tương đ i cao, trên 80%.
C ng trên ảng 3.7, kết quả cho thấy sau c ng đoạn x lý th cấp bằng hệ MBR, n ng độ c c đ i tƣợng ô nhiễm đều giảm mạnh vè ƣới m c quy định c a QCVN 40:2011/BTNMT quy định h m lượng t i đa c a nước thải công nghiệp cả cột A và cột B, cụ th : hiệu suất x lý COD c a c ng đoạn MBR là 84,11%, hiệu suất x lý chung c a cả hệ th ng x lý là 97,72%; BOD5 bị x lý 80,22% bởi hệ MBR và hiệu xuất x lý chung c a cả hệ th ng đạt 96,6%; NH4+
bị loại b 69,96%
bợi hệ MBR và hiệu xuất x lý chung c a cả hệ th ng đạt 95,34%. Với Glyphosate, hệ th ng MBR c ng giúp loại b tiếp 88% (có th bị hệ VSV hiếu khí x lý 1 phần và 1 phần bị gi lại trong bùn hoạt tính bởi quá trình lọc màng) và hiệu suất x lý Glyphosate c a cả hệ th ng đạt 98,98%.
Nhƣ vậy có th kết luận là việc kết hợp fenton điện hóa và hệ MBR giúp x lý thành công và hiệu quả Glyphosate o đ ho n to n c th áp dụng kết quả này trong th c tế.
ẾT LUẬN
Các nghiên c u trong luận văn đ thu đƣợc một s kết quả nhƣ sau:
1. Ở điều kiện t i ưu : pH = 3, n ng độ xúc tác Fe2+ = 0 1 mM cường độ dòng điện 0 5 sau 40 ph t điện phân hiệu quả loại b Glyphosate c a quá trình fenton điện h a đạt 91,8% trong khi hiệu quả khoáng hóa th c s c a qu tr nh fenton điện hóa ch đạt 81 6% nghĩa l trong qu tr nh fenton điện hóa, Glyphosate không bị phân h y hoàn toàn mà một phần bị các g c oxi hóa c t mạch, tạo thành sản phẩm phụ là nh ng hợp chất h u cơ mạch C ng n hơn nhƣ Glycine.
2. Hiệu quả x lý Glycine và các chất inh ƣ ng c a hệ MBR phụ thuộc vào chế độ sục kh đ cung cấp Oxy cho hệ VSV hiếu khí) và tải trọng h u cơ. Điều kiện t i ƣu cho qu tr nh n y l chế độ sục khí/ ngƣng sục khí là 60/60 phút, tải trọng h u cơ lần lƣợt là 0,70-0,83 kg COD /m3/ ngày và 0,50-0,59 kg NH4+/m3/ ngày khi đ hiệu suất x l COD đạt khoảng 80-90% amoni đạt khoảng 90%. Việc s dụng liện tục hệ MBR có th dẫn tới bít t c m ng trong trường hợp x lý Glyphosate, thời gian cần sục r a màng là sau 46 ngày làm việc.
3. Việc kết hợp qu tr nh fenton điện hóa và hệ MBR với c c điều kiện thí nghiệm t i ưu t m được ở trên có th x lý hiệu quả nước thải c a công ty TNHH Việt Th ng (Thái Nguyên) có ch a Glyphosate và Glycine, đạt tiêu chuẩn xả thải cột A theo QCVN 40:2011/BTNMT quy định h m lượng t i đa c a nước thải công nghiệp o đ c tiềm năng đưa v o ng dụng trong th c tế đ x l nước cấp hoặc nước thải có ch a các hóa chất BVTV.
IẾN NGHỊ
Do hạn chế về thời gian tiến hành thí nghiệm nên nghiên c u này mới ch dừng lại ở việc nghiên c u đ nh giả khả năng kết hợp fenton điện h a v MBR đ x lý thu c diệt c Glyphosate trong nước. Một s nội dung nghiên c u đề xuất th c hiện trong thời gian tới nhƣ :
- Ph n t ch đ nh gi h m lƣợng Glyphosate còn lại trong bùn hoạt tính c a hệ MBR
- Phương n x lý bùn thải c a hệ MBR nếu Glyphosate còn t n tại trong bùn thải với h m lƣợng vƣợt Quy chuẩn cho phép.
TÀI LIỆU THAM HẢO
[1] I.Oller, S.Malato, J.A.Sánchez-Pérez (2011) ―Combination of Advanced Oxidation Processes and biological treatments for wastewater decontamination- review‖ Sci. Total. Environ. 409 4141-4166.
[2] M. G. Healy, M. Rodgers, and J. Mulqueen (2007) "Treatment of dairy wastewater using constructed wetlands and intermittent sand filters", Bioresource Technology. 98, 2268-2281.
[3] Nguyễn Trần Oánh, Nguyễn Văn Viên B i Trọng Thuỷ, "Giáo trình s dụng thu c bảo vệ th c vật" Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội (2007).
[4] 10. Lê Huy Bá, Lâm Minh Triết. Sinh thái môi trường ng dụng. NXB Khoa học k thuật (2000).
[5 Z. Pacanoski 2007 ―Her ici es use BENEFITS FOR SOCIETY S WHOLE- Review‖; Pak J. Weed Sci. Res 13:135-147.
[6] Tổng cục Môi trường 2015 ―B o c o kết quả điều tra, khảo sát 100-150 đi m ô nhiễm môi trường do hóa chất BVTV POP t n lưu tại Việt Nam‖ Ban Quản lý d án POP Pesticides.
[7] Tổng cục m i trường 2015 ―Hiện trạng ô nhiễm môi trường do hóa chất bảo vệ th c vật t n lưu thuộc nhóm chất h u cơ kh ph n h y tại Việt Nam.
[8 Lê Văn C t 2002 Hấp phụ v trao đổi ion trong k thuật x lý nước và nước thải. Nhà Xuất Bản th ng kê Hà Nội
[9] R.Rojas, J.Morillo, J.Usero, E.Vanderlinden, and H.El Bakouri (2015)
"Adsorption study of low-cost and locally available organic substances and a soil to remove pesticides from aqueous solutions", Journal of Hydrology 520:
461-472.
[10] N.Areerachakul, S.Vigneswaran, H. H.Ngo, and J.Kandasamy (2007)
"Granular activated carbon (GAC) adsorption-photocatalysis hybrid system in the removal of herbicide from water", Separation and Purification Technology 55: 206-211
[11] G.Moussavi, H.Hosseini, and A.Alahabadi (2013) "The investigation of diazinon pesticide removal from contaminated water by adsorption onto NH4Cl-induced activated carbon", Chemical Engineering Journal 214: 172-179.
[12] K. V. Plakas, and A. J. Karabelas (2012) "Removal of pesticides from water by NF and RO membranes — A review", Desalination 287: 255-265.
[13] R. Mehta, H. Brahmbhatt, N. K. Saha, and A. Bhattacharya (2015) "Removal of substituted phenyl ure pesticides by reverseosmosis membranes: Laboratory scale study for field water application", Desalination 358: 69-75.
[14] K. Kosutic, L. Furač L. Sipos an B.Kunst 2005 "Removal of arsenic an pesticides from drinking water by nanofiltration membranes", Separation and Purification Technology 42: 137-144
[15] A.T. Shawaqfeh (2010) "Removal of Pesticides from Water Using AnaerobicAerobic Biological Treatment", Chinese Journal of Chemical Engineering 18: 672-680.
[16] J. Hoigne 1997 ―Inter-calibration of OH radical sources and water quality parameters‖ Water Sci. an Technol. 35 4 : 1-8.
[17] G. V. Buxton;, C. L. Greenstock;, and W. P. H. a. A. B. Ross (1988) "Critical Review of rate constants for reactions of hydrated electronsChemical Kinetic Data Base for Combustion Chemistry. Part 3: Propane". The Journal of Physical Chemistry 17: 513-886.
[18] W. Gebhardt, and H. F. Schrửder (2007) "Liquid chromatography–(tandem) mass spectrometry for the follow-up of the elimination of persistent pharmaceuticals during wastewater treatment applying biological wastewater treatment and advanced oxidation", Journal of Chromatography A 1160, 34-43.
[19] A. Zhihui, Y. Peng, and L. Xiaohua (2005) "Degradation of 4-Chlorophenol by microwave irradiation enhanced advanced oxidation processes", Chemosphere 60, 824-827
[20] S. Maddila, P. Lavanya, and S. B. Jonnalagadda (2015) "Degradation, mineralization of bromoxynil pesticide by heterogeneous photocatalytic ozonation", Journal of Industrial and Engineering Chemistry 24, 333-341
[21] M. . Oturan 2000 ― n ecologically effective water treatment technique using electrochemically generated hydroxyl radicals for in situ destruction of organic pollutants: Application to herbicide 2,4-D‖ J. ppl. Electrochem. 30:
475-482.
[22] Nguyễn Trần Oánh, Nguyễn Văn Viên B i Trọng Thuỷ (2007), "Giáo trình s dụng thu c bảo vệ th c vật" Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội.
[23] Chen Shifu Liu Yunzhang 2007 ―Stu y on the photocatalytic egra ation of glyphosate by TiO2 photocatalys‖ Chemosphere 67(5):1010-7.
[24] B.Balci, M.A.Oturan, N. Oturan, and I.Sires (2009) "Decontamination of aqueous glyphosate, (aminomethyl)phosphonic acid, and glufosinate solutions by electro-fenton-like process with Mn2+ as the catalyst", Journal of agricultural and food chemistry 57: 4888-4894 .
[25] M. Rongwu et al. 2012 ―Environmental Science Research & Design Institute of Zhejiang Province‖ Hangzhou 310007 China.
[26] S. Aquino Neto, and A. R. de Andrade (2009) "Electrooxidation of glyphosate herbicide at different DS compositions: pH, concentration and supporting electrolyte effect", Electrochimica Acta 54: 2039-2045.
[27] M. Skoumal, C. Arias, P. L. Cabot, F. Centellas, J. A. Garrido, R. M.
Rodríguez, and E. Brillas (2008) "Mineralization of the biocide chloroxylenol by electrochemical advanced oxidation processes", Chemosphere 71: 1718- 1729.
[28] S. Liu, X.-r. Zhao, H.-y. Sun, R.-p. Li, Y.-f. Fang, and Y.-p. Huang (2013)
"The degradation of tetracycline in a photo-electro-Fenton system", Chemical Engineering Journal 231: 441-448.
[29] L. Zhou, M. Zhou, C. Zhang, Y. Jiang, Z. Bi, J. Yang 2013 ―Electro-Fenton degradation of p-nitrophenol using the ano ize graphite felts‖ Chemical Engineering Journal, 233: 185-192.
[30] 1. Nguyễn Thị Lê Hiền, Phạm Thị Minh 2009 "Kho ng h a metyl đ bằng phương ph p Fenton điện hóa", TC Hoá học, T.47(2), 207 – 212.
[31] Nguyễn Thị Lê Hiền Đinh Thị Mai Thanh (2005), "Phản ng ôxi hóa phenol trên điện c c cacbon pha tạp N", TC Khoa học & Công nghệ Việt Nam, T.43(2), 19-23.
[32] Nguyễn H ng Thái, Nguyễn Thị Lê Hiền (2009), "PPY (ôxit ph c hợp spinel) tổng hợp điện hóa trên graphit ng dụng l m điện c c catot trong x lí môi trường nhờ hiệu ng Fenton điện hóa", TC Hóa học, T.47(1), 61 – 66.
[33] Đinh Thị Mai Thanh, Nguyễn Thị Lê Hiền (2009), "Phản ng oxi hoá phenol trên điện c c SnO2-Sb2O5/Ti", TC Hóa học, T.47(6), 668 – 673.
[34] Đo n Tuấn Linh, Luận văn Th.S ― Nghiên c u x lý Glyphosate trong nước bằng phương ph p Fenton điện h a ― Trường Đại học Qu c Gia Hà Nội, Hà Nội, 2015.
[35] S. Judd (2006) ―The MBR Book: Principles and applications of membrane bioreactors in water and wastewater treatment‖. Elsevier e . Elsevier Lt 10- 25.
[36] J. Radjenovic, M. Petrovic, D.Barceló (2006) ― nalysis of pharmaceuticals in wastewater and removal using a membrane bioreactor‖ nal Bioanal Chem 387: 1365–1377.
[37] S. Gonzalez, J. Müller, M. Petrovic, D. Barceló, TP.Knepper (2006)
―Bio egra ation stu ies of selecte priority aci ic pestici es an iclofenac in ifferent ioreactors‖ Environmental Pollution 144 3 : 926–932.
[38] K. Kimura, H. Hara, Y. Watana e 2005 ―Removal of pharmaceutical compounds y su merge mem rane ioreactors MBR ‖ Desalination 178 (1): 135- 140.
[39] Y. Xu, Y. Zhou, D. Wang, S. Chen, J. Liu, Z. Wang (2008) ―Occurrence an removal of organic micropollutants in the treatment of landfill leachate by combined anaerobic-membrane ioreactor technology‖ Journal of Environmental Sciences, 20(11): 1281–1287.
[40] S. Xia, H. Li Z. Zhang, Y. Zhang, X. Yang, R. Jia, K. Xie, X. Xu (2011)
―Biore uction of para-chloronitrobenzene in drinking water using a continuous stirred hydrogen-based hollow fi er mem rane iofilm reactor‖ Journal of Hazardous Materials, 192(2): 593–598.
[41] Ngô Thị Bích Lập, Luận văn Th.S ―Nghiên c u khả năng ng dụng công nghệ sinh học MBR đ x lý nước thải sinh hoạt tại Hà nội‖ Trường Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên 2014.
[42] H. Lan, Z. Jiao, X. Zhao, W. He, A. Wang, H. Liu, R. Liu, J. Qu (2013)
―Removal of glyphosate from water y electrochemically assiste MnO2 oxi ation process‖ Sep. Purif. Technol. 117: 30 -34.
[43] A. Manassero, C. Passalia, A.C. Negro, A.E. Cassano, C.S. Zalazae (2010)
―Glyphosate egra ation in water employing the H2O2/UVC process‖ Water Research, 44: 3875 – 3882.
[44] APHA (2012). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 22nd ed., American Water Works Association, Water Pollution and Control Federation, Washington, USA.
[45] F. Meng, S.R. Chae, A. Drews, M. Kraume, H.S. Shin, F. Yang 2009 ―Recent advances in membrane bioreactors (MBRs): Membrane fouling and membrane material‖ Water research 43:1489–1512.
PHỤ LỤC
Các bước xây dựng ường chuẩn trong phòng thí nghiệm:
1. Đường chuẩn Glyphosate
Phương ph p s ụng: S ụng m y quang phổ khả kiến Genesys 10S VIS đo tại ƣớc s ng 570 nm.
C c ƣớc tiến h nh:
- D ng đường chuẩn n ng độ Glyphosate
- Ch s hấp thụ quang: Chuẩn ị ung ịch mẫu c n ng độ 100 mg/ml. Lấy lần lƣợt mẫu v o c c ng đ c sẵn 1 ml Ninhy rin 1% m/v v 1 ml Na2MoO4 5%
m/v sao cho n ng độ c a Glyphosate trong c c ng lần lƣợt l : 1 5 10 15 25 35 mg l 1 ng mẫu tr ng . Hỗn hợp ung ịch đƣợc đun tại 100oC trong vòng 5 phút sau đ đ nguội. Định m c ung ịch lên 10 ml sau đ đem đo quang ở ƣớc s ng 570 nm. Từ c c gi trị đo quang v n ng độ sẽ ng được đường chuẩn.
- Đo mẫu: H t 1 mL ung ịch ninhy rin 1% + 1mL ung ịch Na2MoO4 5%
cho v o ng th nghiệm 10 mL ung ịch c m u v ng nhạt. H t 1 mL mẫu v o ng. Đun hỗn hợp ở 95 – 100 ºC trong 10 ph t ung ịch chuy n sang m u t m nhạt. Định m c ung ịch lên 10 mL.Mẫu đƣợc đem đi đo quang tại ƣớc s ng 570 nm. Từ gi trị nhận đƣợc sẽ t nh to n đƣợc n ng độ c n lại c a Glyphosate trong ung ịch.
Bảng (a). Kết quả đo mật độ quang các dung chuẩn Glyphosate Nồng ộ Glyphosate
(mg/l)
Giá trị mật ộ quang (Abs)
0 0,007
0,57 0,035
1,13 0,070
2,21 0,134
Từ kết quả trên đường chuẩn được xây d ng như hình (a), với hệ s tương quan R2 = 0,9985.
Do đ c th s dụng phương ph p đo quang đ phân tích Glyphosate trong mấu khi nằm trong dải n ng độ 0 – 2,5 mg/L.
Hình (a). Đường chuẩn xác định Glyphosate 2. Đường chuẩn Amoni
Phương ph p s ụng: S ụng m y quang phổ khả kiến Genesys 10S VIS đo tại ƣớc s ng 672 nm.
C c ƣớc tiến h nh:
- D ng đường chuẩn n ng độ moni trong nước
- Ch s hấp thụ quang: Chuẩn ị ung ịch mẫu c n ng độ 100 mg/ml. Lấy lần lƣợt mẫu v o c c ng đ c sẵn 1 ml Ninhy rin 1% m/v và 1 ml Na2MoO4 5%
m/v sao cho n ng độ c a Glyphosate trong c c ng lần lƣợt l : 1 5 10 15 25 35 mg l 1 ng mẫu tr ng . Hỗn hợp ung ịch đƣợc đun tại 100oC trong vòng 5 phút sau đ đ nguội. Định m c ung ịch lên 10 ml sau đ đem đo quang ở ƣớc sóng 570 nm. Từ c c gi trị đo quang v n ng độ sẽ ng được đường chuẩn.
- Đo mẫu: H t 1 mL ung ịch ninhy rin 1% + 1mL ung ịch Na2MoO4 5%
cho v o ng th nghiệm 10 mL ung ịch c m u v ng nhạt. H t 1 mL mẫu v o
ng. Đun hỗn hợp ở 95 – 100 ºC trong 10 ph t ung ịch chuy n sang m u t m nhạt. Định m c ung ịch lên 10 mL. Mẫu đƣợc đem đi đo quang tại ƣớc s ng 570 nm. Từ gi trị nhận đƣợc sẽ t nh to n đƣợc n ng độ c n lại c a Glyphosate trong ung ịch.
Bảng (b). Kết quả đo mật độ quang các dung chuẩn Amoni Nồng ộ Amoni
(mg/l)
Giá trị mật ộ quang (Abs)
0 0
0,1 0,079
0,2 0,15
0,4 0,309
0,8 0,626
1 0,767
Từ kết quả trên đường chuẩn được xây d ng như bảng (b), với hệ s tương quan R2 = 0,9998.
Do đ c th s dụng phương ph p đo quang đ phân tích Amoni trong mẫu khi nằm trong dải n ng độ 0 – 1 mg/L.