Đồ án Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc ampicillin bằng phương pháp fenton
Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Qua thực tế trong những năm gần đây cho thấy Việt Nam là nước có tốc độ phát triển kinh tế cao trong khu vực. Bên cạnh sự phát triển về kinh tế đem lại sự thay đổi cuộc sống và bộ mặt của đất nước, Việt Nam còn phải đối đầu với vấn nạn ô nhiễm môi trường do quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá gây ra. Sự phát triển của các ngành công nghiệp đã mang lại những nguồn lợi lớn đồng thời thải ra một lượng chất thải độc hại gây ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như sức khoẻ của con người. Để có được giải pháp cũng như những hướng đi cụ thể nhằm phát triển nền kinh tế song song với việc bảo vệ môi trường, Việt Nam đã có những kế hoạch thiết thực và hành động cụ thể để giải quyết những vấn đề môi trường. Cùng với sự tăng nhanh về nhu cầu xã hội và sự phát triển các ngành công nghiệp khác như dầu khí, điện, dệt may, ngành dược phẩm nước ta cũng có những bước phát triển vượt bậc làm đa dạng và phong phú hơn các dược phẩm sản xuất trong nước. Theo định hướng của Nghị quyết Hội nghị lần thứ 2 của Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng Sản Việt Nam khoá VIII là “đến năm 2020 đạt trình độ công nghệ tiên tiến trong khu vực ASEAN ở các ngành kinh tế trong điểm”, ngày 09/09/1996 Bộ trưởng Bộ Y tế đã ký quyết định sô1516/BYT-QĐ chính thức áp dụng tại Việt Nam tiêu chuẩn THỰC HÀNH TỐT SẢN XUẤT THUỐC (GMP) của Hiệp hội các nước Đông Nam Á (ASEAN), đồng thời yêu cầu các cơ sở sản xuất thuốc có kế hoạch triển khai thực hiện. Đây là vấn đề sống còn của các doanh nghiệp sản xuất dược phẩm. Từ sau quyết định đó đến nay đã có khoảng trên 20 xí nghiệp Dược đạt GMP đối với các công ty xí nghiệp trong nước và có vốn đầu tư nước ngoài. Việc triển khai áp dụng GMP vào trong sản xuất ngoài những vấn đề cơ bản như: mô hình tổ chức một nhà máy GMP, tiêu chuẩn kỹ thuật cụ thể nhà xưởng, cách tổ chức hệ thống đảm bảo chất lượng, thì vấn đề môi trường được yêu cầu phải giải quyết triệt để. Vì vậy việc xử lý ô nhiễm sinh ra trong quá trình sản xuất là một trong những yếu tố cần thiết để các cơ sở dược phẩm đạt GMP. Trong quá trình sản xuất bào chế dược phẩm, lượng chất thải thải ra cũng có những tích chất và thành phần đặc trưng gây nhiều tác hại xấu đến môi trường. Việc bào chế các loại kháng sinh cũng thải ra một lượng nước thải có chứa dư lượng thuốc kháng sinh. Sự hiện diện của thành phần kháng sinh trong môi trường cũng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ cộng đồng. Mỗi loại kháng sinh nào đó đi vào môi trường nước, mặc dù ở lượng rất nhỏ, nó có thể giết chết các vi khuẩn nhạy cảm đồng thời tạo điều kiện cho những vi khuẩn mang những gen kháng thuốc phát triển và các vi khuẩn mang gen này sẽ lây lan sang các vi khuẩn khác, trong đó có các chủng vi khuẩn gây bệnh cho con người và vật nuôi. Khi những vi khuẩn có hại này xâm nhập và gây bệnh cho con người thì sẽ rất khó khăn trong việc điều trị và có thể dẫn đến tử vong. Do những tác động trên nên việc tiến hành các biện pháp giảm thiểu và loại trừ sự xâm nhập của kháng sinh vào môi trường là điều cần thiết. Việc tìm kiếm một phương pháp xử lý thuốc kháng sinh hiệu quả, hợp lý trong điều kiện Việt Nam là nhiệm vụ quan trọng cho khoa học công nghệ của Việt Nam. Do đó, việc thực hiện đề tài nghiên cứu :”Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton” nhằm tìm ra những giải pháp kỹ thuật hợp lý để loại bỏ dư lượng thuốc kháng sinh khỏi nước thải trước khi thải ra môi trường. 1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Tìm được phương pháp hiệu quả để xử lý thuốc kháng sinh, loại bỏ thuốc kháng sinh ra khỏi môi trường. 1.2.2 Nội dung của đề tài Thu thập các tài liệu liên quan về sản xuất dược ở Việt Nam Tìm hiểu công nghệ bào chế dược phẩm tại Việt Nam Tìm hiểu môt số tính chất hoá lý, cấu trúc của các nhóm kháng sinh cơ bản Tìm hiểu các ảnh hưởng của kháng sinh đến môi trường Tìm hiểu các phương pháp xử lý nước thải Đánh giá hiệu quả của các công nghệ xử lý Lựa chọn phương pháp xử lý: phương pháp oxi hoá với tác nhân Fenton Khảo sát thành phần nước thải thuốc Ampicillin Khảo sát đánh giá khả năng phân huỷ kháng sinh cùng các yếu tố ảnh hưởng trong phương pháp xử lý oxi hoá Fenton Thử nghiệm phương pháp trên mô hình, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ, thu thập các thông số tối ưu nhằm phục vụ cho việc thiết kế về sau. Đánh giá hiệu quả của phương pháp xử lý. 1.3 Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu tài liệu sách báo trong và ngoài nước về ngành dược phẩm cũng như ảnh hưởng của khàng sinh đến môi trường Tìm hiểu các công nghệ xử lý nước thải trong và ngoài nước Nghiên cứu thực nghiệm: dựa trên những kỹ thuật tiên tiến trong xử lý nước thải áp dụng với điều kiện Việt Nam Đánh giá phương pháp xứ lý thông qua những chỉ tiêu bằng những phương pháp phân tích hiện đại.
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc ampicillin bằng phương pháp fenton, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
trình oxi hoaù naâng cao döïa vaøo goác *OH
TT
Taùc nhaân phaûn öùng
Phaûn öùng ñaëc tröng
Teân quaù trình
1
H2O2 vaø Fe2+
H2O2 + Fe2+ à Fe3+ + OH- + *OH
Fenton
2
H2O2/Fe3+ (ion) vaø naêng löông photon UV
Fe3+ (ion) + H2O hv *OH + Fe2+ + H+
(l > 300 nm)
H2O2 + Fe2+ à Fe3+ + OH- + *OH
Quang Fenton
3
H2O2/Fe3+ (phöùc) vaø naêng löông photon UV
Fe3+ (phöùc) hv Fe2+ + goác (phöùc)
H2O2 + Fe2+ hv Fe3+(phöùc) + OH- + *OH
(l = 300 – 500 nm)
Quang Fenton bieán theå
4
H2O vôùi anot Fe vaø naêng löôïng ñieän hoaù
½ O2 + H2O naêng löôïng ñieän hoaù 2*OH
Fenton ñieän hoaù
5
H2O2 vaø O3
H2O2 + 2O3 à 2*OH + 3O2
Peroxon
6
O3 vaø chaát xuùc taùc
3O3 + H2O chaát xuùc taùc 2*OH + 4O2 (chaát xuùc taùc ñoàng theå vaø dò theå)
Catazon
7
H2O vaø naêng löôïng ñieän hoaù
H2O naêng löôïng ñieän hoaù *OH + *H
Oxi hoaù ñieän hoaù
8
H2O vaø naêng löôïng sieâu aâm
H2O naêng löôïng sieâu aâm *OH + *H
(20 – 40 kHz)
Quaù trình sieâu aâm
9
H2O vaø naêng löôïng cao (tia g, tia X , chuøm electron)
H2O naêng löôïng cao *OH + *H
(1 – 10 MeV)
Quùa trình böùc xaï naêng löôïng cao (tia g, tia X , chuøm electron)
10
H2O2 vaø naêng löôïng photpn UV
H2O2 hv 2*OH
(l = 220 nm)
UV/oxi hoaù
11
O3 vaø naêng löôïng photon UV
O3 + H2O hv 2*OH + O2
(l = 253,7 nm)
UV/oxi hoaù
12
H2O2 / O3 vaø naêng löôïng photon UV
H2O2 + O3 + H2O hv 4*OH + O2
(l = 253,7 nm)
UV/oxi hoaù
13
H2O vaø naêng löôïng photon UV chaân khoâng (VUV)
H2O naêng löôïng VUV *OH + *H
(l < 190 nm)
VUV/oxi hoaù
14
TiO2 vaø naêng löôïng photon UV
TiO2 hv e- + h+ (l > 387,5 nm)
h+ + H2O à *OH + H+
h+ + OH- à *OH + H+
Quang xuùc taùc baùn daãn
3.2.4 Phaân loaïi caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao
Theo Cô quan baûo veä moâi tröôøng Myõ (US Environmental Protet Agency – USEPA), döïa theo ñaëc tính cuûa quaù trình coù hay khoâng coù söû duïng nguoàn naêng löôïng böùc xaï töû ngoaïi UV coù theå phaân loaïi caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao thaønh hai nhoùm nhö sau (baûøng 13):
-Nhoùm caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao khoâng nhôø taùc nhaân aùnh saùng (Advances Non – Photochemical Oxidation Process – ANPO)
-Nhoùm caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao nhôø taùc nhaân aùnh saùng (Advances Photochemical Oxidation Process – APO)
Baûng 13: Phaân loaïi caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao
Nhoùm quaù trình
Teân quaù trình
Caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao khoâng nhôø taùc nhaân aùnh saùng (Advances Non – Photochemical Oxidation Process – ANPO)
Quaù trình Fenton
Quaù trình Peroxon
Quaù trình Catazon
Quaù trình oxi hoaù ñieän hoaù
Quaù trình Fenton ñieän hoaù
Quaù trình sieâu aâm
Quaù trình böùc xaï naêng löôïng cao
Caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao nhôø taùc nhaân aùnh saùng (Advances Photochemical Oxidation Process – APO)
Quaù trình UV/H2O2
Quaù trình UV/O3
Quaù trình UV/H2O2 + O3
Quaù trình VUV/H2O
Quaù trình quang Fenton
Quaù trình quang Fenton bieán theå
Quaù trình quang xuùc taùc baùn daãn UV/TiO2
3.2.5 Tình hình nghieân cöùu vaø aùp duïng caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao hieän nay
Nhôø nhöõng öu theá noåi baät trong vieäc loaïi boû chaát oâ nhieãm höõu cô, ñaëc bieät nhöõng vi chaát oâ nhieãm höõu cô khoù phaân huyû (POP), trong vieäc khöû truøng an toaøn vaø trieät ñeå, coâng ngheä cao döïa treân caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao döïa treân goác töï do *OH ñöôïc xem nhö chìa khoaù vaøng ñeå giaûi baøi toaùn ñaày thaùch thöùc cuûa theá kyû cho ngaønh xöû lyù nöôùc vaø nöôùc thaûi hieän nay. Ñoù laø lyù do taïi sao caùc quaù trình AOP coøn ñöôïc goïi laø caùc quaù trình xöû lyù nöôùc cuûa theá kyû 21.
Ngaøy nay, phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán ñöôïc öùng duïng roäng raõi taïi caùc nöôùc phaùt trieån. Trong caùc nhaø maùy saûn xuaát nöôùc sinh hoaït töø nöôùc maët hoaëc nöôùc ngaàm, phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán ñöôïc duøng ñeå phaân huyû caùc hôïp chaát höõ u cô vi oâ nhieãm nhö PAH, caùc hôïp chaát cuûa phenol, PCB’s, thuoác tröø saâu,…ñeå ñaït ñeán giôùi haïn cho pheùp. Trong caùc ngaønh coâng nghieäp deät nhuoäm, thöïc phaåm, hoaù chaát, … Caùc phöông phaùp naøy ñöôïc duøng ñeå xöû lyù chaát thaûi ñoäc haïi, khoù phaân huyû. Keát quaû ñaït ñöôïc töø nhöõng öùng duïng naøy coù theå noùi laø nhöõng thaønh töïu ñaùng ngaïc nhieân cuûa ngaønh khoa hoïc moâi tröôøng. Döôùi ñaây laø moät vaøi ví duï daãn chöùng:
Taïi caùc quoác gia Chaâu Aâu, caùc coâng ngheä xöû lyù nöôùc nhieãm ñoäc chaát, thuoác tröø saâu,…theo phöông phaùp O3/H2O2 ñöôïc ñöa vaøo söû duïng trong hôn 90 nhaø maùy.
ÔÛ Taây Ban Nha, hai heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi chöùa caùc hoaù chaát ñoäc haïi nhö phenol, polyclorophenol, thuoác dieät coû 2,4 – D, dicloroaxetic axit, benzofuran,…ñaõ ñöôïc laép ñaët, Hai heä thoáng naøy hoaït ñoäng theo phöông phaùp xuùc taùc quang hoaù, söû duïng TiO2 vaø naêng löôïng maët trôøi. Moãi heä thoáng goàm nhieàu modul laép noái thaønh serie coù gaén caùc collector hình parabol, moãi modul coù dieän tích 32 m2, coâng suaát xöû lyù ñaït 0.5 – 3 m3/h.
Nhaø maùy xöû lyù nöôùc theo phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán coù quy moâ lôùn nhaát hieän nay (30 MGD) ñaõ ñöôïc xaây döïng ôû Phaùp ñeå loaïi caùc hïp chaát baûo veä thöïc vaät khoûi nöôùc soâng Seine nhaèm ñaït muïc tieâu chuaån nöôùc uoáng.
Theo thoáng keâ, ñeán naêm1994, taïi Myõ ñaõ coù hôn 200 nhaø maùy laép ñaït coâng ngheä xöû lyù nöôùc theo phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán. Chaúng haïn, quy trình Peroxoe vôùi quy moâ 3 MGD duøng ñeå loaïi tröø tricloroetylen (TCE) vaø tetracloroetylen (PCE) ñaõ ñöôïc laép ñaët taïi thaønh phoá Los Angeles. Hoaëc quy trình O3/UV ñaõ ñöôïc trieån khai ôû thaønh phoá South Gate, bang California.
Nhieàu coâng ngheä xöû lyù nöôùc theo phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán cuõng ñöôïc laép ñaët ôû Ñaøi Loan, Nhaät Baûn.
Tuy nhieân, cuõng nhö nhieàu phöông phapù khaùc, phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán chöa phaûi laø hoaøn haûo. Nhöôïc ñieåm lôùn nhaát cuûa chuùng laø ñaét tieàn vaø ñoøi hoûi kyõ thuaät cao. Ngoaøi ra, phaûn öùng giöõa goác HO* vaø caùc chaát höõu cô khoâng coù tính choïn loïc neân saûn phaåm phuï ñöôïc sinh ra trong quaù trình xöû lyù khoù kieåm soaùt. Do ñoù, caàn phaûi coù söï nghieân cöùu cuï theå treân töøng ñoái töôïng tröôùc khi ñöa vaøo öùng duïng thöïc teá.
Baûng 14: Moät soá chaát oâ nhieãm trong nöôùc vaø nöôùc thaûi coù theå xöû lyù baèng caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao
Teân chaát oâ nhieãm
Teân chaát oâ nhieãm
Caùc amino axit
Caùc thuoác khaùng sinh
Asen
Crom
Coliform
Caùc saûn phaåm phuï khi khöû truøng baèng clo
Nöôùc thaûi chöng caát coàn, röôïu
Nöôùc thaûi saûn xuaát sôïi thuyû tinh
Nöôùc thaûi beänh vieän
Hoaù chaát baûo veä thöïc vaät
Nöôùc thaûi saûn xuaát giaáy Craft
Caùc chaát höõu cô thieân nhieân
Nöôùc thaûi khai thaùc daàu thoâ
Nöôùc thaûi saûn xuaát daàu oliu
Nöôùc thaûi chöùa phenol
Nöôùc thaûi ngaønh in
Trinitrotoluen (TNT)
MTBE
Nöôùc thaûi thuoäc da
Buøn coáng raõnh ñoâ thò
Nöôùc thaûi saûn xuaát thuoác baûo veä thöïc vaät
Caùc chaát höõu cô bay hôi (VOC)
Nöôùc thaûi saûn xuaát boät giaáy
Cryptosporidium
Caùc coù maøu vaøng vaøa muøi vò khoù chòu
Nöôùc thaûi cheá bieán cao su
Nöôùc thaûi saûn xuaát hoaù chaát ñaëc bieät
Caùc chaát muøn vaø humic
Nöôùc thaûi maï niken
Xyanua
Escherichia coli
Nhöïa phenolic
Nöôùc thaûi ngaønh nhuoäm
Caùc chaát höõu cô beàn vöõng (POP)
3.3 Quaù trình Fenton
3.3.1 Giôùi thieäu chung veà quaù trình Fenton
Naêm 1984 trong taïp chí Hoäi hoaù hoïc Myõ ñaõ coâng boá coâng trình nghieân cöùu cuûa taùc giaû J. H. Fenton, trong ñoù oâng quan saùt thaáy phaûn öùng oxi hoaù axit malic baèng hydrogen peroxit ñaõ ñöôïc gia taêng maïnh khi coù maët caùc ion saét. Sau ñoù, toå hôïp H2O2 vaø muoái Fe2+ ñöôïc söû duïng lam taùc nhaân oxi hoaù raát hieäu quaû cho nhieàu ñoái töôïng roäng raõi caùc chaát höõu cô vaø ñöôïc mang teân laø “taùc nhaân Fenton” (Fenton Reagent). Khoaûng boán möôi naêm sau, Haber vaø Weiss cho raèng goác hydroxyl chính laø chaát oxi hoaù trong nhöõng heä nhö vaäy. Vaøo nhöõng naêm 1940, Merz vaø Waters coâng boá haøng loaït coâng trình trong ñoù ñaõ söû duïng sô ñoà phaûn öùng cuûa Haber-Weiss cho thaáy caùc quan heä tyû thöùc coù theå söû duïng ñeå xaùc ñònh khaû naêng chaáp nhaän töông ñoái cuûa caùc hôïp chaát khaùc nhau vôùi goác hydroxyl vaø söï bieán ñoåi cuûa caùc goác trung gian taïo ra sau ñoù. Nhöõng naêm veà sau, heä xuùc taùc Fenton ñöôïc nghieân cöùu raát maïnh vaø ñöôïc phaùt trieån roäng hôn baèng nhöõng coâng trình cuûa Walling, C. (1975), Barb, W.G.et al. (1951.b) vaø De Laat, J. et al (1999) khoâng nhöõng ôû daïng taùc nhaân Fenton coå ñieån (H2O2/Fe2+) maø coøn söû duïng nhöõng kim loaïi chuyeån tieáp vaø phöùc chaát cuûa chuùng nhö Fe(II), Fe(III), Cu(I), Cu(II) vaø Ti(III) taùc duïng vôùi H2O2 ñeå taïo ra goác *OH, ñöôïc goïi chung laø caùc taùc nhaân kieåu nhö Fenton (Fenton-like Reagent)
Maëc duø taùc nhaân Fenton ñaõñöôïc bieát haøng theá kyû nay vaø thöïc teá ñaõ chöùng minh laø moät taùc nhaân oxi hoaù raát maïnh do söï hình thaønh goác hydroxyl *OH trong quaù trình phaûn öùng, nhöõng cô cheá cuûa phaûn öùng Fenton cho ñeán nay vaãn coøn ñang tranh caõi, thaäm chí coù yù kieán traùi ngöôïc phaûn baùc. Chaúng haïn, trong khi tuyeä ñaïi ña soá nhaø nghieân cöùu thöøa nhaän söï hình thaønh goác hydroxyl *OH laø nguyeân nhaân cuûa khaû naêng oxi hoaù cao cuûa taùc nhaân Fenton, nhöng vaãn coù yù kieán nghi ngôø veà söï hình thaønh goác hydroxyl ñoù [Bossmann, S.H. et al, 1998; Kremer, M.L. 1999]
Quaù trình Fenton daïng coå ñieån noùi chung coù hieäu quaû cao trong khoaûng pH 2 – 4, cao nhaát ôû pH khoaûng 2,8. Do ñoù, trong ñieàu kieän xöû lyù nöôùc thöôøng gaëp (pH 5 – 9), quaù trình xaûy ra khoâng coù hieäu quaû. Nguyeân nhaân vì baáy giôø ion Fe2+ coù xu höôùng taïo thaønh keát tuûa feric oxyhydroxit hoaït tính raát thaáp. Tuy nhieân, neáu theâm vaøo heä moät soá phoái töû (ligand) höõu cô naøo ñoù coù theå taïo thaønh phöùc chaát Fe(III) höõu cô thì quaù trình coù theå xaûy ra ôû pH cao hôn. Lyù do vì phöùc Fe(III) vôùi caùc phoái töû höõu cô coù theå tao ñöôïc trong nöôùc neân haïn cheá söï maát maùt ion Fe bò keát tuûa döôùi daïng oxyhydroxit. Hôn nöõa, phöùc Fe(III) höõu cô raát hoaït ñoäng khi coù aùnh saùng vaø raát deã taïo thaønh Fe(II) neân giuùp cho quaù trình Fenton ñaït hieäu quaû cao. Ñoù chính laø baûn chaát cuûa quaù trình photo Fenton. Ñieàu naøy coù yù nghóa quan troïng khi aùp duïng quaù trình Fenton vaøo thöïc teá do traùnh ñöôïc moâi tröôøng pH thaáp. Tuy nhieân vaãn khoâng traùnh khoõi vaán ñeà phaûi taùch caùc ion saét ra sau khi xöû lyù. Nhöõng nghieân cöùu veá quaù trình Fenton dò theå xaûy ra treân caùc chaát xuùc taùc saét raén nhö Goethite (a-FeOOH) ñaõ giaûi quyeát vaán ñeà naøy, ñoàng thôøi coù theå tieán haønh quaù trình Fenton ngay ôû pH trung tính.
Quaù trình Fenton coù öu vieät ôû choã caùc taùc nhaân H2O2 vaø muoái saét töông ñoái reû vaø coù saün, ñoàng thôøi khoâng ñoäc haïi, deã vaän chuyeån, deã söû duïng trong khi ñoù hieäu quaû oxi hoaù ñöôïc naâng cao hôn raát nhieàu so vôùi H2O2 söû duïng moät mình. Aùp duïng quaù trình Fenton ñeå xöû lyù nöôùc vaø nöôùc thaûi coù theå daãn ñeán khoaùng hoaù hoaøn toaøn caùc chaát höõu cô thaønh CO2, H2O vaø caùc ion voâ cô. Tuy nhieân, trong ñieàu kieän ñoù phaûi söû duïng raát nhieàu hoaù chaát laøm cho chi phí xöû lyù cao. Do vaäy, trong nhieàu tröôøng hôïp chæ neân aùp duïng quaù trình Fenton ñeå phaân huyû töøng phaàn, chuyeån caùc chaát höõu cô khoâng theå hoaëc khoù phaân huyû sinh hoïc thaønh caùc chaát môùi coù khaû naêng phaân huyû sinh hoïc nhaèm coù theå aùp duïng thuaän lôïi quaù trình xöû lyù sinh hoïc tieáp sau.
3.3.2 Cô cheá taïo thaønh goác hydroxyl *OH vaø ñoäng hoïc caùc phaûn öùng Fenton.
Phaûn öùng giöõa H 2O2 vaø chaát xuùc taùc ion Fe2+
Heä taùc nhaân Fenton coå ñieån laø moät hoãn hôïp goàm caùc ion saét hoaù trò 2 (thoâng thöôøng duøng muoái FeSO4) vaø hydrogen peroxit H2O2, chuùng taùc duïng vôùi nhau sinh ra caùc goác töï do hydroxyl *OH, coøn ion Fe2+ bò oxi hoaù thaønh ion Fe3+
Fe2+ + H2O2 à Fe3+ + *OH + OH- (1)
Phaûn öùng naøy ñöôïc goïi laø phaûn öùng Fenton vì Fenton laø ngöôøi ñaàu tieân ñaõ moâ taû quaù trình naøy naêm 1984. Ngaøy nay phaûn öùng Haber-Weiss ñöôïc bieát ñeán chính laø moät thí duï ñaëc bieät cuûa phaûn öùng Fenton
Nhöõng phaûn öùng coù theå xaûy ra trong quaù trình Fenton vaø haèng soá toác ñoä caùc phaûn öùng ñaõ ñöôïc nhieàu taùc giaû xaùc ñònh nhö sau (baûng 15):
Baûng 15: Caùc phaûn öùng chuû yeáu trong quaù trình Fenton
Phaûn öùng
Phöông trình phaûn öùng
Haèng soá toác ñoä phaûn öùng, k l.mol-1.s-1
Theo taùc giaû
1
Fe2+ + H2O2 à Fe3++ *OH + OH-
63
Gallard, 1998
2
Fe3+ + H2O2 à Fe2+ + H+ + *HO2
£ 3x10-3
Pignatello, 1992
3
*HO + Fe2+ à OH- + Fe3+
3x108
Dorfman, 1973
4
*HO + H2O2 à H2O + *HO2
1,2x107
Butxon, 1988
5
Fe2+ + *HO2 à Fe3+ + HO2-
1,2x106
Rush, 1985
6
Fe3+ + *HO2- à Fe2+ + O2 + H+
2,0x103
Rush, 1985
Nhöõng phaûn öùng treân chöùng toû taùc duïng cuûa saét ñoùng vai troø laø chaát xuùc taùc. Quaù trình khöû Fe3+ thaønh Fe2+ nhö moâ taû trong phaûn öùng (2) xaûy ra raát chaäm, haèng soá toác ñoä k raát nhoû so vôùi phaûn öùng (1), vì vaäy saét toàn taïi sau phaûn öùng chæ ôû daïng Fe3+
Theo Walling, C. (1975) goác töï do hydroxyl *OH sinh ra coù khaû naêng phaûn öùng vôùi Fe2+ vaø H2O2, nhöng quan troïng nhaát laø coù khaû naêng phaûn öùng vôùi nhieàu chaát höõu cô (RH) taïo thaønh caùc goác höõu cô coù khaû naêng phaûn öùng cao, töø ñoù seõ phaùt trieån tieáp tuïc kieåu daây chuoãi:
*HO + Fe2+ à OH- + Fe3+ (3)
*HO + H2O2 à H2O + *HO2 (4)
*HO + RH à *R + H2O (7)
Caùc goác *R coù theå oxi hoaù Fe2+ theo phöông trình (8), khöû Fe3+ theo phöông trình (9) hoaëc dimer hoaù theo phöông trình (10)
*R + Fe2+ à Fe3+ + RH (8)
*R + Fe3+ à Fe2+ + “saûn phaåm” (9)
*R + *R à “saûn phaåm” (dimer) (10)
Goác *HO2 coù theå taùc duïng trôû laïi vôùi Fe2+ vaø Fe3+ theo kieåu nhö sau
*HO2 + Fe2+ à HO2- + Fe3+ (5)
*HO2 + Fe3+ à H+ + O2 + Fe2+ (6)
Tuy nhieân, nhö ñaõ noùi ôû treân, cô cheá caùc phaûn öùng Fenton, ñaëc bieät söï taïo thaønh caùc saûn phaåm trung gian cuõng nhö söï hình thaønh goác hydroxyl *OH vaãn coøn nhieàu tranh caõi. Theo Bossman et al. (1998), kremer (1999), caùc saûn phaåm trung gian coù theå laø phöùc chaát Fe(II). H2O2 hydrat hoaù vaø ion feryl Fe(IV)O2+ vì thuaän lôïi hôn veà maët nhieät ñoäng. Theo Kremer (1999), cô cheá phaûn öùng Fenton ñöôïc ñeà nghò nhö sau:
Fe2+ + O2 + H2O
+ H2O2
Fe2+ + H2O2 [Fe2+ - H2O2] FeO2+
+Fe2+
- Fe3+ + Fe3+
2Fe3+ + 2OH-
{FeOFe]5+ Fe2++ Fe3+ + O2 + H2O2
+ H2O2
Hình 3: Cô cheá phaûn öùng theo ñeà nghò cuûa Kremer (1999)
Theo Kremer (1999), ion FeO2+ ñoùng vai troø nhö taùc nhaân oxi hoaù (chöù khoâng phaûi goác hydroxyl) vaø coù theå phaûn öùng (theo cô cheá khoâng do goác töï do) vôùi caùc taùc nhaân khöû loaïi HA hoaëc H2A theo caùch sau:
FeO2+ + HA à A + Fe3+ + OH- (11)
FeO2+ + H2A à A + Fe2+ + H2O (12)
Kremer (1999) cuõng cho raèng chaát trung gian [FeII.H2O2] coù theå tham gia tröïc tieáp vaøo quaù trình oxi hoaù.
YÙ kieán treân ñaây cho thaáy cô cheá chính xaùc cuûa quaù trình Fenton vaãn ñang hoà nghi, chöa ñöôïc thuyeát phuïc ñoái vôùi moät soá nhaø khoa hoïc. Tuy vaäy, tuyeät ñaïi ña soá ñeàu nhaát trí cao vôùi cô cheá phaûn öùng Fenton xaûy ra theo caùc phöong trình neâu ra trong baûng 15 vaø thöøa nhaän vai troø cuûa goác hygroxyl taïo ra trong phaûn öùng Fenton.
Phaûn öùng giöõa H2O2 vaø chaát xuùc taùc ion Fe3+
Phaûn öùng (2) xaûy ra xem nhö phaûn öùng phaân huyû H2O2 baèng chaát xuùc taùc Fe3+ vaø taïo ra Fe2+ ñeå sau ñoù tieáp tuïc xaûy ra theo phaûn öùng (1) hình thaønh goác töï do hydroxyl *OH theo phaûn öùng Fenton. Tuy nhieân, toác ñoä ban ñaàu cuûa phaûn öùng oxi hoaù baèng taùc nhaân H2O2/Fe3+ chaäm hôn raát nhieàu so vôùi taùc nhaân Fenton H 2O2/Fe2+. Nguyeân nhaân vì trong tröôøng hôïp naøy Fe3+ phaûi ñöôïc khöû thaønh Fe2+ tröôùc khi goác hydroxyl hình thaønh.
Phaûn öùng Fenton vôùi chaát xuùc taùc Fe3+ coøn coù theå xaûy ra theo kieåu nhö sau:
Fe3+ + H2O2 - H+ Fe-O2H2+ ßà Fe2+ + *HO2 (13)
Fe3+ + *HO2 à Fe2+ + H+ + O2 (6)
Vôùi nguoàn Fe2+ sinh ra naøy, quaù trình seõ xaûy ra tieáp tuïc vôùi H2O2 theo phaûn öùng Fenton (1) vaø taïo ra goác hydroxyl *OH.
Khi nghieân cöùu cô cheá phaûn öùng cuûa heä H2O2/Fe3+ trong moâi tröôøng pH axit, Gallard, H et al. (1998) vaø De Laat J.et al (1999) cho raèng caùc saûn phaåm trung gian uûa heä naøy laø hai phöùc chaát Fe(III) hydroperoxit coù daïng (i) FeIII(HO2)2+ vaø daïng (ii) FeIII(OH)(HO 2)2+, coù theå xaûy ra theo sô ñoà phaûn öùng sau:
Fe3+ + H2O2 à FeIII(HO2)2+ + H+ (k = 3,1x10-3) (13)
FeOH2+ + H2O2 à FeIII(OH)(HO2)2+ + H+ (k = 2x10-4) (14)
Söï taïo thaønh caùc phöùc chaát Fe(III) hydroperoxit xaûy ra raát nhanh vaø caân baèng ñaït ñöôïc chæ sau vaøi giaây sau khi troän Fe(III) vaø dung dòch H2O2. Moät khi caùc phöùc chaát treân hình thaønh seõ xaûy ra quaù trình phaân huyû ñeå taïo ra Fe2+ vaø HO2- :
FeIII(HO2)2+ à Fe2+ + HO2- (15)
FeIII(OH)(HO2)2+ à Fe2+ + HO2- + OH- (16)
Treân cô sôû Fe2+ vöøa sinh ra, phaûn öùng ñöôïc tieáp tuïc xaûy ra vôùi H2O2 theo cô cheá Fenton coå ñieån noùi treân.
Do ñoù veà toång theå, quaù trình Fenton ñöôïc xem nhö khoâng phuï thuoäc gì vaøo traïng thaùi hoaù trò hai hay ba cuûa ion saét
3.3.3 Nhöõng nhaân toá aûnh höôûng
Aûnh höôûng ñoä pH
Trong phaûn öùng Fenton, ñoä pH aûnh höôûng raát lôùn ñeán ñoä phaân huyû vaø noàng ñoä Fe2+, töø ñoù aûnh höôûng raát lôùn ñeán toác ñoä phaûn öùng vaø hieäu quaû phaân huyû caùc chaát höõu cô. Khi caùc ion Fe(II) vaø Fe(III) ôû traïng thaùi hoaø tan nhöng khoâng taïo phöùc vôùi caùc phoái töû höõu cô, chuùng coù theå toàn taïi döôùi daïng caùc phaàn töû bò thuyû phaân hoaëc taïo phöùc vôùi caùc phoái töû voâ cô khaùc tuyø theo ñoä pH cuûa dung dòch., noàng ñoä caùc ion saét vaø caùc phoái töû voâ cô. Ñoái vôùi dung dòch coù pH töø 2 –7 vaø trong dung dòch khoâng coù caùc phoái töû voâ cô maïnh, caùc phaàn töû Fe(II) seõ laø Fe2+(aq) . ÔÛ pH thaáp hôn 3, ñoái vôùi tröôøng hôïp ion Fe(III), chuùng seõ naèm döôùi daïng Fe3+(aq) , khi pH ñeán saùt 3, seõ naèm döôùi daïng Fe(OH)2+(aq) vaø khi naèm giöõa 3 vaø 7, chuùng seõ naèm döôùi daïng Fe(OH)+2(aq) . Vì vaäy, trong moâi tröôøng axit seõ raát thuaän lôïi cho quaù trình taïo goác hydroxyl töï do *OH theo phaûn öùng (1), trong khi moâi tröôøng ôû pH cao, quaù trình keát tuûa Fe3+ seõ xaûy ra nhanh hôn quaù trình khöû cuûa phaûn öùng (2), laøm giaûm nguoàn taïo ra Fe2+, trôû thaønh yeáu toá haïn cheá toác ñoä phaûn öùng. Noùi chung, phaûn öùng Fenton xaûy ra thuaän lôïi khi pH töø 3 – 5, ñaït ñöôïc toác ñoä cao nhaát khi pH naèm trong khoaûng heïp treân döôùi 3.
Aûnh höôûng cuûa tyû leä Fe2+ : H2O2 vaø loaïi ion Fe (Fe2+ hay Fe3+)
Toác ñoä phaûn öùng taêng khi taêng noàng ñoä H2O2, ñoàng thôøi noàng ñoä H2O2 laïi phuï thuoäc vaøo noàng ñoä chaát oâ nhieãm caàn xöû lyù, ñaëc tröng baèng taûi löôïng COD. Theo kinh nghieäm, tyû leä mol/mol H2O2 : COD thöôøng 0,5-1 : 1
Maët khaùc, thep phöông trình (1) cho thaáy tyû thöùc phaân töû cuûa ion Fe2+ vaø H2O2 baèng 1, töùc tyû leä mol/mol cuûa Fe2+ : H2O2 laø 1:1. Tuy vaäy, trong thöïc teá khoâng theo ñuùng tyû thöùc treân. Ion Fe2+ vaø H2O2 khoâng chæ taùc duïng ñeå taïo ra goác hydroxyl theo phaûn öùng (1) maø coøn xaûy ra caùc phaûn öùng (3) vaø (4), keát quaû laøm tieâu hao goác hydroxyl vöøa taïo ra. Do vaäy, noàng ñoä H2O2 vaø tyû leä Fe2+ : H2O2 coù aûnh höôûng ñeán söï taïo thaønh vaø söï maát maùt goác hydroxyl theo caùc phöông trình noùi treân, vì theá coù toàn taïi moät tyû leä Fe2+ : H2O2 toái öu khi söû duïng. Tyû leä toái öu naøy naèm trong khoaûng roäng 0,3-1 : 10 mol/mol tuyø theo ñoái töôïng chaát caàn xöû lyù vaø do ñoù caàn phaûi xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm khi aùp duïng vaøo töøng ñoái töôïng cuï theå.
Nhö ñaõ phaân tích ôû treân, vieäc söû duïng ion Fe2+ hay Fe3+ khoâng aûnh höôûng gì ñeán taùc duïng xuùc taùc cho phaûn öùng Fenton. Tuy nhieân, khi söû duïng H2O2 vôùi lieàu löôïng thaáp (< 10-15 mg/l H2O2), neân söû duïng Fe2+ seõ toát hôn.
Aûnh höôûng caùc anion voâ cô
Moät soá anion voâ cô thöôøng coù trong nöôùc ngaàm vaø nöôùc thaûi cuõng coù theå laøm giaûm hieäu quaû cuûa quaù trình Fenton, ñaëc bieät trong nöôùi thaûi deät nhuoäm vì trong quaù trình nhuoäm söû duïng raát nhieàu hoaù chaát trôï (auxiliary chemicals) coù nguoàn goác voâ cô. Nhöõng anion voâ cô thöôøng gaëp nhaát laø nhöõng ion cacbonat (CO32- ), bicacbonat (HCO3-), ion clo (Cl -), nhöõng ion on naøy seõ toùm baét caùc goác hydroxyl *OH laøm hao toàn soá löôïng goác hydroxyl, giaûm maát khaû naêng tieán haønh phaûn öùng oxi hoaù hoaëc cuõng coù theå taïo thaønh nhöõng phöùc chaát khoâng hoaït ñoäng vôùi Fe(III) nhö caùc goác sunfat (SO42-), nitrat (NO3-), photphat (H2PO4-) cuõng laøm cho hieäu quaû cuûa quaù trình Fenton giaûm ñi.
Nhöõng chaát toùm baét caùc goác hydroxyl *OH ñöôïc goïi chung laø nhöõng chaát tìm dieät goác hydroxyl (hydroxyl scavengers). Nhöõng phaûn öùng saên luøng goác hydroxyl cuûa moät soá anion ñaëc tröng nhö sau:
*OH + CO32- à *CO3 + HO- (k = 4,2x108 M-1s-1) (17)
*OH + HCO3- à *HCO3 + HO- (k = 1,5x107 M-1s-1) (18)
*OH + Cl- à *ClOH- (k = 4,3x109 M-1s-1) (19)
Qua soá lieäu treân cho thaáy, haèng soá toác ñoä phaûn öùng giöõa *OH vaø ion cacbonat lôùn hôn nhieàu so vôùi ion bicacbonat, vì vaäy khi taêng pH, caân baèng cuûa bicacbonat-cacbonat seõ chuyeån dòch theo höôùng taïo thaønh cacbonat seõ gaây baát lôïi cho phaûn öùng oxi hoaù naâng cao. Trong khi ñoù, cacbonic axit laïi khoâng coù taùc duïng toùm baét caùc goác hydroxyl, vì vaäy trong tröôøng hôïp neáu ñoä kieàm cao, baèng caùch chænh pH sang moâi tröôøng axit ñeå chuyeån caân baèng cacbonat-bicacbonat töø cacbonat (chaát tìm dieät goác hydroxyl) dang cacbonic axit (khoâng phaûi chaát tìm dieät goác hydroxyl), seõ coù theå loaïi boû taùc duïng kìm haõm toác ñoä phaûn öùng cuûa caùc ion cacbonat vaø bicacbonat.
Noùi chung, caùc ion clorua, cacnonat vaø bicacbonat thöôøng coù aûnh höôûng kìm haõm toác ñoä phaûn öùng nhieàu nhaát, trong khi ñoù caùc ion sulfat, phosphat hay nitrat coù aûnh höôûng ôû möùc ñoä thaáp hôn.
3.4 Löïa choïn phöông phaùp xöû lyù
Khaùng sinh laø loaïi hoaù chaát coù hoaït tính ñaëc bieät goàm coù nhöõng tính chaát chung nhö sau:
Aûnh höôûng choáng vi khuaån
Taêng khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån
Khoù phaân huyû
Nhö vaäy coù theå keát luaän laø khaùng sinh khoù coù theå ñöôïc xöû lyù baèng caùc phöông phaùp thoâng duïng nhö phöông phaùp oxi hoaù sinh hoïc, hoaù lyù…
Nhö ñaõ trình baøy ôû treân, chuùng ta thaáy raèng phöông phaùp oxi hoaù Fenton laø moät trong nhöõng phöông phaùp ñang ñöôïc öùng duïng roäng raõi vaøo lónh vöïc xöû lyù moâi tröôøng. Phöông phaùp naøy coù nhöõng öu ñieåm sau:
Coù theå khoaùng hoaù phaàn lôùn caùc hôïp chaát höõu cô khoù hay khoâng theå xöû lyù baèng sinh hoïc cuõng nhö caùc phöông phaùp oxi hoaù coå ñieån
Veà phaàn thieát bò coù caáu truùc khaù ñôn giaûn, deã daøng trong vaän haønh, chi phí ñaàu tö bn ñaàu thaáp
Hoaù chaát söû duïng laø nhöõng hoaù chaát phoå bieán treân thò tröôøng, khoâng gaây nhöõng taùc haïi ñoái vôùi moâi tröôøng
Vì vaäy, tieán haønh nghieân cöùu öùng duïng khaû naêng oxi hoaù cuûa Fenton trong xöû lyù nöôùc thaûi thuoác khaùng sinh vôùi muïc ñích phaù vôõ, laøm maát hoaït tính cuûa khaùng sinh, cuõng nhö loaïi boû chuùng hoaøn toaøn.
Chöông 4: MOÂ HÌNH, KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU
4.1 Moâ hình vaø phöông phaùp nghieân cöùu
4.1.1 Moâ hình
Treân cô sôû lyù thuyeát ñaõ trình baøy ôû treân, böôùc ñaàu tieán haønh xaây döïng moâ hình thí nghieäm vôùi taùc nhaân Fenton coù caùc thaønh phaàn tham gia nhö sau:
a. Duïng cuï thí nghieäm
6 coác nhöïa
- 6 caùnh khuaáy
Maùy ño pH
4 pipet 1 ml
1 boùp cao su
b. Hoaù chaát söû duïng
Dd H2SO4 25%
Dd NaOH 2%
Dd FeSO4 10%
Dd H2O2 15%
Ñeå coù ñöôïc hoãn hôïp dung dòch phaûn öùng ñoàng nhaát, dung dòch seõ ñöôïc khuaáy troän baèng caùnh khuaáy vôùi toác ñoä khuaáy khoaûng 60 – 80 voøng/phuùt.
Quy trình thí nghieäm goàm caùc böôùc thöïc hieän ñöôïc moâ taû nhö sau:
Böôùc 1: dung dòch ban ñaàu coù theå tích töø 100 – 150 ml ñöôïc ñieàu chænh pH trong khoaûng 2,5 – 3,5 baèng dung dòch H2SO4 25% hay dung dòch NaOH 2% taïo moâi tröôøng thuaän lôïi cho phaûn öùng xaûy ra.
Böôùc 2: Löôïng xuùc taùc FeSO4 seõ ñöôïc hoaø tan trong dung dòch
Böôùc 3: sau khi saét ñaõ tan heát. Tieáp tuïc cho töø töø moät theå tích V (ml) dung dòch H2SO4 15% vaøo hoãn hôïp treân. Luùc naøy phaûn öùng baét ñaàu xaûy ra
Nöôùc thaûi thuoác khaùng sinh
Nöôùc thaûi coù pH thích hôïp
Dung dòch sau phaûn öùng
Duøng NaOH hay H2SO4 ñieàu chænh pH
Löôïng muoái saét (II)
Löôïng H2O2 caàn thieát cho vaøo töø töø
Duøng NaOH ñieàu chænh pH > 7
Phaân tích
Sau thôøi gian phaûn
öùng caàn thieát
Phaân tích
Hình 4: Sô ñoà quy trình tieán haønh thí nghieäm
Böôùc 4: Sau khi tieán haønh phaûn öùng trong moät thôøi gian caàn thieát, baét ñaàu naâng pH cuûa hoãn hôïp sau phaûn öùng baèng dd NaOH 2% ñeán khoaûng pH ³ 7 nhaèm muïc ñích loaïi boû saét döôùi daïng keát tuûa Fe(OH)3 vaø ñoàng thôøi laøm cho löôïng H2 O2 coøn laïi phaân huyû theo phöông trình phaûn öùng:
2H2O2 = 2H2O + O2
Böôùc 5: sau khi thöïc hieän caùc böôùc treân, dung dòch cuoái cuøng seõ ñöôïc ñöa ñi phaân tích ñaùnh giaù.
4.1.2 Phöông phaùp vaø ñoái töôïng nghieân cöùu
4.1.2.1 Phöông phaùp nghieân cöùu
Phöông phaùp nghieân cöùu laø phöông phaùp thöïc nghieäm döïa treân cô sôû khaûo saùt caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán khaû naêng phaân huyû cuûa khaùng sinh trong phaûn öùng oxi hoaù vôùi taùc nhaân Fenton. Nhö ñaõ trình baøy ôû chöông 3, caùc yeáu toá tham gia vaøo phaûn öùng nhö pH, H2O2, xaùc taùc Fe2+, noàng ñoä taùc chaát, thôøi gian, nhieät ñoä ñeàu aûnh höôûng ñeán khaû naêng, hieäu quaû phaân huyû. Ñoái vôùi caùc yeáu toá thôøi gian, nhieät ñoä, pH thì theo lyù thuyeát ñaõ ñöa ra nhöõng thoâng soá cuï theå laø pH = 2,5 – 3.5, nhieät ñoä phaûn öùng töø 20 – 350C, thôøi gian phaûn öùng töø 30 phuùt ñeán vaøi giôø. Ba yeáu toá coøn laïi laø H2O2, Fe2+, vaø noàng ñoä taùc chaát thì phuï thuoäc vaøo ñoái töôïng cuï theå neân caàn phaûi khaûo saùt thöïc nghieäm ñeå tìm ra moái lieân heä giöõa chuùng.
4.1.2.2 Ñoái töôïng nghieân cöùu
Ñoái töôïng nghieân cöùu ñöôïc choïn laø thuoác khaùng sinh Ampicillin thuoäc nhoùm khaùng sinh Penicillin. Ñaây laø loaïi khaùng sinh ñaïi dieän cho hoï khaùng sinh b - lactam ñöôïc saûn xuaát raát nhieàu taïi caùc xí nghieäp döôïc phaåm trong nöôùc.
Maët khaùc, nhö ñaõ trình baøy ôû chöông 3, loaïi khaùng sinh naøy khi xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng seõ khoù bò phaân huyû sinh hoïc hoaøn toaøn vaø löôïng toàn dö cuûa noù seõ laøm taêng theâm khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa caùc vi khuaån, ñaëc bieät vaø nguy hieåm hôn laø nhöõng vi khuaån gaây beänh cho con ngöôøi vaø gia suùc. Ñieàu naøy seõ gaây aûnh höôõng nghieâm troïng tôùi moâi tröôøng vaø söùc khoeû coäng ñoàng.
4.1.3 Noäi dung nghieân cöùu
Nghieân cöùu khaû naêng phaân huyû khaùng sinh vôùi taùc nhaân Fenton
Khaûo saùt tính chaát maãu nöôùc thaûi thuoác ampicillin
Thí nghieäm khaû naêng phaân huyû treân maãu nöôùc thaûi thuoác ampicillin vôùi taùc nhaân Fenton ôû caùc pH vaø thôøi gian khaùc nhau.
Ñaùnh giaù hieäu quaû phaûn öùng oxi hoaù tieân tieán.
Thí nghieäm 1: Xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7. Caùc thoâng soá tham gia vaøo thí nghieäm naøy bao goàm:
Theå tích cuûa nöôùc thaûi: söû duïng 6 coác ñeå chöùa nöôùc thaûi thuoác ampicillin vaø ñaùnh soá thöù töï töø 1 ñeán 6. Trong ñoù, töø coác 1 ñeán coác 3 seõ chöùa theå tích nöôùc thaûi laø 150 ml, caùc coác coøn laïi töø coác 4 ñeán coác 5, löôïng nöôùc thaûi laø 100 ml.
Nöôùc thaûi ban ñaàu coù pH = 6,14. Duøng dd H2SO4 25% ñeå giaûm pH cuûa nöôùc thaûi xuoáng 3,5. Löôïng dd H2SO4 25% cho vaøo nöôùc thaûi nhö trong baûng 16.
COD cuûa nöôùc thaûi tröôùc khi xöû lyù laø 187,2 mg/l
Löôïng dd FeSO4 10% cho trong baûng 16
Löôïng dd H2O2 15% cho trong baûng 16
Duøng caùnh khuaáy khuaáy ñeàu vôùi vaän toác 60 – 80 voøng/phuùt, sau thôøi gian phaûn öùng, duøng dd NaOH 2% taêng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7. Löôïng dd NaOH 2% cho vaøo 6 coác theo baûng 16.
Thôøi gian phaûn öùng ñöôïc choïn laø t = 1h; t =1,5h; t =2h.
Baûng 16: Caùc thoâng soá vaø thaønh phaàn hoaù chaát tham gia vaøo thí nghieäm 1
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
3,5
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
7
COD ñaàu vaøo (mg/l)
187,2
Dd H2SO4 25% (ml)
0,015
0,01
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
0,65
1,15
1,27
0,62
0,87
1
(Thôøi gian phaûn öùng: t = 1h)
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
3,5
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
7
COD ñaàu vaøo (mg/l)
187,2
Dd H2SO4 25% (ml)
0,015
0,01
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
0,72
1,15
1,25
0,7
0,87
1
(Thôøi gian phaûn öùng: t = 1,5h)
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
3,5
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
7
COD ñaàu vaøo (mg/l)
187,2
Dd H2SO4 25% (ml)
0,015
0,01
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
0,7
1,1
1,21
0,68
0,87
1
(Thôøi gian phaûn öùng: t = 2h)
Thí nghieäm 2: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 8. Caùc thoâng soá tham gia vaøo thí nghieäm naøy bao goàm(baûng 17)
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
3,5
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
8
COD ñaàu vaøo (mg/l)
189,72
Dd H2SO4 25% (ml)
0,015
0,01
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
0,85
1,37
1,46
0,77
0,98
1,01
Baûng 17: Caùc thoâng soá vaø thaønh phaàn hoaù chaát tham gia vaøo thí nghieäm 2
(Thôøi gian phaûn öùng: t =1h)
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
3,5
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
8
COD ñaàu vaøo (mg/l)
189,72
Dd H2SO4 25% (ml)
0,015
0,01
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
0,85
1,37
1,42
0,77
0,98
1,01
(Thôøi gian phaûn öùng: t = 1,5h)
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
3,5
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
8
COD ñaàu vaøo (mg/l)
189,72
Dd H2SO4 25% (ml)
0,015
0,01
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
0,7
1,1
1,21
0,77
0,87
1,01
(Thôøi gian phaûn öùng: t = 2h)
Thí nghieäm 3: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7. Caùc thoâng soá tham gia vaøo thí nghieäm naøy bao goàm(baûng 18):
Baûng 18: Caùc thoâng soá vaø thaønh phaàn hoaù chaát tham gia vaøo thí nghieäm 3
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
3
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
7
COD ñaàu vaøo (mg/l)
190,68
Dd H2SO4 25% (ml)
0,036
0,024
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
1,08
1,33
1,52
0,87
1,09
1,15
(Thôøi gian phaûn öùng: t =1h)
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
3
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
7
COD ñaàu vaøo (mg/l)
190,68
Dd H2SO4 25% (ml)
0,036
0,024
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
1,05
1,42
1,6
0,87
1,13
1,15
(Thôøi gian phaûn öùng: t = 1,5h)
(Thôøi gian phaûn öùng: t = 2h)
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
3
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
7
COD ñaàu vaøo (mg/l)
190,68
Dd H2SO4 25% (ml)
0,036
0,024
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
1,1
1,45
1,58
0,87
1,07
1,15
Thí nghieäm 4: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 8. Caùc thoâng soá tham gia vaøo thí nghieäm naøy bao goàm (baûng 19):
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
3
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
8
COD ñaàu vaøo (mg/l)
190,68
Dd H2SO4 25% (ml)
0,036
0,024
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
1,15
1,5
1,63
0,86
1,12
1,17
Baûng 19: Caùc thoâng soá vaø thaønh phaàn hoaù chaát tham gia vaøo thí nghieäm 4
(Thôøi gian phaûn öùng: t = 1h)
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
3
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
8
COD ñaàu vaøo (mg/l)
190,68
Dd H2SO4 25% (ml)
0,036
0,024
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
1,13
1,53
1,6
0,83
0,13
1,17
(Thôøi gian phaûn öùng: t =1,5h)
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
3
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
8
COD ñaàu vaøo (mg/l)
190,68
Dd H2SO4 25% (ml)
0,036
0,024
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
1,12
1,35
1,58
0,86
1,13
1,17
(Thôøi gian phaûn öùng: t =2h)
Thí nghieäm 5: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 2,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7. Caùc thoâng soá tham gia vaøo thí nghieäm naøy bao goàm (baûng 20):
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
2,5
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
7
COD ñaàu vaøo (mg/l)
208,84
Dd H2SO4 25% (ml)
0,06
0,04
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
2,3
2,8
3,1
2,28
2,15
2,2
Baûng 20: Caùc thoâng soá vaø thaønh phaàn hoaù chaát tham gia vaøo thí nghieäm 5
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
2,5
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
7
COD ñaàu vaøo (mg/l)
208,84
Dd H2SO4 25% (ml)
0,06
0,04
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
2,3
2,8
3,1
2,28
2,15
2,2
(Thôøi gian phaûn öùng: t =1h)
(Thôøi gian phaûn öùng: t =1,5h)
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
2,5
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
7
COD ñaàu vaøo (mg/l)
208,84
Dd H2SO4 25% (ml)
0,06
0,04
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
2,3
2,8
3,1
2,28
2,15
2,2
(Thôøi gian phaûn öùng: t = 2h)
Thí nghieäm 6: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 2,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 8. Caùc thoâng soá tham gia vaøo thí nghieäm naøy bao goàm(baûng 21):
Baûng 21: Caùc thoâng soá vaø thaønh phaàn hoaù chaát tham gia vaøo thí nghieäm 6
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
2,5
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
8
COD ñaàu vaøo (mg/l)
208,84
Dd H2SO4 25% (ml)
0,06
0,04
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
2,3
2,8
3,1
2,28
2,15
2,25
(Thôøi gian phaûn öùng: t =1h
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
2,5
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
8
COD ñaàu vaøo (mg/l)
208,84
Dd H2SO4 25% (ml)
0,06
0,04
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
2,3
2,8
3,1
2,28
2,15
2,25
(Thôøi gian phaûn öùng: t =1,5h)
TT coác
1
2
3
4
5
6
V maãu (ml)
150
100
pH cuûa nöôùc thaûi
6,14
pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng
2,5
pH ñieàu chænh sau phaûn öùng
8
COD ñaàu vaøo (mg/l)
208,84
Dd H2SO4 25% (ml)
0,06
0,04
Dd FeSO4 10% (ml)
0,1
Dd H2O2 15% (ml)
0,1
0,2
0,3
0,1
0,2
0,3
Dd NaOH 2% (ml)
2,3
2,8
3,1
2,28
2,15
2,25
(Thôøi gian phaûn öùng: t =2h)
Keát quaû nghieân cöùu
Keát quaû thí nghieäm 1: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7
Keát quaû cuûa thí nghieäm 1 ñöôïc trình baøy trong baûng 22
Baûng 22: keát quaû thí nghieäm 1
TT coác
COD tröôùc xöû lyù (mg/l)
COD coøn laïi (mg/l)
Hieäu suaát (%)
1h
1,5h
2h
1h
1,5h
2h
1
187,2
143,52
137,28
131,04
23,33
26,67
30,00
2
118,56
112,32
74,88
36,67
40,00
60,00
3
93,60
62,40
31,20
50,00
66,67
83,33
4
87,36
81,12
74,88
53,33
56,67
60,00
5
81,12
74,88
24,96
56,67
60,00
86,67
6
62,40
56,16
12,48
66,67
70,00
93,33
Hình 5: Söï bieán thieân COD ôû ñieàu kieän pH=3.5, sau thôøi gian phaûn öùng taêng pH = 7
(a):1h (b): 1,5h (c): 2h
Nhaän xeùt: Keát quaû thu ñöôïc cho thaáy raèng hieäu suaát cao nhaát ôû coác thöù 6. Sau 1 giôø, phaûn öùng vaãn coøn tieáp tuïc xaûy ra, luùc naøy khaùng sinh chöa bò phaân huyû hoaøn toaøn do ñoù hieäu suaát thu ñöôïc chæ coù 66,67%. Sau 1,5giôø hieäu suaát cuõng chöa thöïc söï cao, chæ ñaït 70%. Sau 2 giôø, hieäu suaát xöû lyù ñaït 93,33% chöùng toû sau 2 giôø laø khoaûng thôøi gian caàn thieát ñeå khaùng sinh gaàn nhö bò phaân huyû hoaøn toaøn. Coù theå noùi quaù trình phaûn öùng ñöôïc chia laøm 2 giai ñoaïn. Giai ñoaïn 1 laø khoaûng thôøi gian töø 1 giôø ñeán 1,5 giôø, laø giai ñoaïn maø caùc moái lieân keát khoâng beàn trong caáu truùc cuûa khaùng sinh bò taán coâng caét ñöùt maïch. Giai ñoaïn 2 (töø 2 giôø trôû ñi) laø giai ñoaïn oxi hoaù caét ñöùt caùc lieân keát khaùc beàn hôn neân caàn thôøi gian vaø naêng löôïng lôùn hôn.
Tính toaùn giaù thaønh: vieäc tính toaùn giaù thaønh ñöôïc aùp duïng cho hieäu suaát cao nhaát cuûa moãi ñieàu kieän pH. Töø ñoù coù theå löïa choïn ñöôïc ñieàu kieän phaûn öùng toái öu ñeå ñaït hieäu quaû xöû lyù cao nhaát ñoàng thôøi giaûm bôùt chi phí söû duïng hoaù chaát cuõng nhö chi phí xaây döïng, laép ñaët thieát bò veà sau. ÔÛ ñieàu kieän pH tröôùc xöû lyù laø 3,5. Sau thôøi gian phaûn öùng taêng leân pH = 7 thì sau 2 giôøù thu ñöôïc hieäu suaát laø 93,33%. Chi phí cho vieäc söû duïng hoaù chaát nhö sau (baûng 23)
Dd H2SO4 25%: ñöôïc pha töø dd H2SO4 ññ (98,08%)
Ñeå ñöôïc 1 lit dd H2SO4 25% thì caàn 1 löôïng theå tích dd H2SO4 ññ nhö sau:
C1V1 = C2V2
à V1 = C2*V2/C1 = 25%*1/98,08% = 0,25 lit
Vôùi C1,V1: noàng ñoä vaø theå tích cuûa dd H2SO4 ññ
C2,V2: noàng ñoä vaø theå tích cuûa dd H2SO4 25%
500 ml dd H2SO4 ññ coù giaù tieàn laø 18.000 ñ
250 ml dd H2SO4 ññ coù giaù laø 18.000*250/500 = 9.000 ñ
Vaäy 1 lít dd H2SO4 25% coù giaù laø 9.000 ñ
Dd FeSO4 10%
Ñeå pha 1 lit dd FeSO4 10% thì löôïng FeSO4 caàn duøng laø
kg FeSO4 coù giaù tieàn laø 7.000 ñ
0,1 kg FeSO4 coù giaù tieàn laø 7.000*0,1/1 = 700 ñ
Vaäy 1 lít dd FeSO4 10% coù giaù laø 700 ñ
Dd H2O2 15%: ñöôïc pha töø dd H2O2 50%
Ñeå ñöôïc 1 lit dd H2O2 15% thì caàn 1 löôïng theå tích dd H2O2 50% nhö sau:
C1V1 = C2V2
à V1 = C2*V2/C1 = 15%*1/50% = 0,3 lit
Vôùi C1,V1: noàng ñoä vaø theå tích cuûa dd H2O2 50%
C2,V2: noàng ñoä vaø theå tích cuûa dd H2O2 15%
1 lit dd H2O2 50% coù giaù tieàn laø 5.000 ñ
0,3 lit dd H2O2 50% coù giaù laø 5.000*0.3/1 = 1.500 ñ
Vaäy 1 lít dd H2SO4 15% coù giaù laø 1.500 ñ
Dd NaOH 2%:
Ñeå pha 1 lit dd FeSO4 10% thì löôïng FeSO4 caàn duøng laø
1 kg NaOH coù giaù tieàn laø 8.000 ñ
0,02 kg NaOH coù giaù tieàn laø 8.000*0,02/1 = 160 ñ
Vaäy 1 lit dd NaOH 2% coù giaù tieàn laø 160 ñ
Baûng 23: Chi phí söû duïng hoaù chaát cho hieäu suaát 93,33% ôû ñieàu kieän pH=3,5 sau 2h taêng pH=7
Teân hoaù chaát
Löôïng söû duïng (ml)/100 ml NT
Löôïng söû duïng (lit)/ m3 NT
Ñôn giaù (ñ/l)
Thaønh tieàn (ñ/m3)
TC (ñ/m3)
dd H2SO4 25%
0,01
0,1
9.000
900
7.700
dd FeSO4 10%
0,1
1
700
700
dd H2O2 15%
0,3
3
1.500
4.500
dd NaOH 2%
1
10
160
1.600
Keát quaû thí nghieäm 2: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 8
Keát quaû cuûa thí nghieäm 2 ñöôïc trình baøy trong baûng 24
Baûng 24: keát quaû thí nghieäm 2
TT coác
COD tröôùc xöû lyù (mg/l)
COD coøn laïi (mg/l)
Hieäu suaát (%)
1h
1,5h
2h
1h
1,5h
2h
1
189,72
106,08
99,84
99,84
44,09
47,38
47,38
2
81,12
56,16
43,68
57,24
70,40
76,98
3
56,16
43,68
31,12
70,40
76,98
83,60
4
93,60
62,40
56,16
50,66
67,11
70,40
5
56,16
49,92
18,72
70,40
73,69
90,13
6
37,44
31,20
6,24
80,27
83,55
96,71
Hình 6: Söï bieán thieân COD ôû ñieàu kieän pH = 3,5 sau thôøi gian phaûn öùng taêng pH=8
(a):1h (b): 1,5h (c): 2h
Nhaän xeùt: Hieäu suaát cao nhaát ñöôïc ghi nhaän ôû coác soá 6. Sau thôøi gian phaûn öùng 1 giôø thì hieäu suaát thu ñöôïc khaù cao 80,27% vaø ñaït cao nhaát laø sau thôøi gian 2 giôø vôùi hieäu suaát laø 96,71%. Sôû dó coù ñöôïc keát quaû nhö vaäy laø do khi taêng pH leân 8 thì löôïng ion OH- ñöôïc gia taêng nhieàu hôn ñoàng nghóa vôùi vieäc caùc ion saét Fe3+ cuõng nhö caùc thaønh phaàn coøn laïi cuûa khaùng sinh ñöôïc laéng xuoáng nhieàu hôn. Do ñoù COD coøn laïi ít vaø ñaït ñöôïc hieäu suaát cao hôn so vôùi vieäc taêng pH leân 7
Tính toaùn giaù thaønh: ÔÛ ñieàu kieän pH tröôùc xöû lyù laø 3,5. Sau thôøi gian phaûn öùng taêng leân pH = 8 thì sau 2 giôøù thu ñöôïc hieäu suaát laø 96,71%. Chi phí cho vieäc söû duïng hoaù chaát nhö sau (baûng 25):
Baûng 25: Chi phí söû duïng hoaù chaát cho hieäu suaát 96,71% ôû ñieàu kieän pH=3,5 sau 2h taêng pH=8
Teân hoaù chaát
Löôïng söû duïng (ml)/100 ml NT
Löôïng söû duïng (lit)/ m3 NT
Ñôn giaù (ñ/l)
Thaønh tieàn (ñ/m3)
TC (ñ/m3)
dd H2SO4 25%
0,01
0,1
9.000
900
7.716
dd FeSO4 10%
0,1
1
700
700
dd H2O2 15%
0,3
3
1.500
4.500
dd NaOH 2%
1,01
10,1
160
1.616
Keát quaû thí nghieäm 3: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7
Keát quaû cuûa thí nghieäm 3 ñöôïc trình baøy trong baûng 26
Baûng 26: keát quaû thí nghieäm 3
TT coác
COD tröôùc xöû lyù (mg/l)
COD coøn laïi (mg/l)
Hieäu suaát (%)
1h
1,5h
2h
1h
1,5h
2h
1
190,68
145,28
145,28
145,28
23,81
23,81
23,81
2
90,80
81,72
81,72
52,38
57,14
57,14
3
63,56
36,32
36,32
66,67
80,95
80,95
4
81,72
72,64
62,88
57,14
61,90
67,02
5
45,40
36,32
18,16
76,19
80,91
90,48
6
27,24
27,24
9,08
85,71
85,71
95,24
Hình 7: Söï bieán thieân COD ôû ñieàu kieän pH = 3, sau thôøi gian phaûn öùng taêng pH = 7
(a):1h (b): 1,5h (c): 2h
Nhaän xeùt: ÔÛ ñieàu kieän moâi tröôøng pH = 3 thì thuaän lôïi cho phaûn öùng oxi hoaù xaûy ra hôn laø ôû ñieàu kieän pH = 3,5. Theo lyù thuyeát cuûa GS - TSKH Traàn Maïnh Trí thì phanû öùng Fenton ñaït ñöôïc hieäu quaû cao ôû vaøo khoaûng pH treân döôùi 3. Do ñoù keát quaû thu ñöôïc cho thaáy raèng sau 1 giôø hieäu suaát ñaït 85,71%, lôùn hôn 66,67% ôû thí nghieäm 1. Tuy nhieân vieäc söû duïng hoaù chaát ôû thí nghieäm naøy toán keùm hôn ôû thí nghieäm 1.
Tính toaùn giaù thaønh: ÔÛ ñieàu kieän pH tröôùc xöû lyù laø 3. Sau thôøi gian phaûn öùng taêng leân pH = 7 thì sau 2 giôøù thu ñöôïc hieäu suaát laø 95,24%. Chi phí cho vieäc söû duïng hoaù chaát nhö sau (baûng 27):
Baûng 27: Chi phí söû duïng hoaù chaát cho hieäu suaát 95,64% ôû ñieàu kieän pH=3 sau 2h taêng pH=7
Teân hoaù chaát
Löôïng söû duïng (ml)/100 ml NT
Löôïng söû duïng (lit)/ m3 NT
Ñôn giaù (ñ/l)
Thaønh tieàn (ñ/m3)
TC (ñ/m3)
dd H2SO4 25%
0,024
0,24
9.000
2.160
9.776
dd FeSO4 10%
0,1
1
700
700
dd H2O2 15%
0,3
3
1.500
4.500
dd NaOH 2%
1,15
15,1
160
2.416
Keát quaû thí nghieäm 4: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 8
Keát quaû cuûa thí nghieäm 4 ñöôïc trình baøy trong baûng 28
Baûng 28: keát quaû thí nghieäm 4
TT coác
COD tröôùc xöû lyù (mg/l)
COD coøn laïi (mg/l)
Hieäu suaát (%)
1h
1,5h
2h
1h
1,5h
2h
1
190,68
145,28
136,20
118,04
23,81
28,57
38,10
2
99,88
81,72
45,40
47,62
57,14
76,19
3
81,72
72,64
27,24
57,14
61,90
85,71
4
99,88
82,35
81,72
47,62
56,81
57,14
5
36,32
33,32
27,24
80,95
82,53
85,71
6
18,16
18,16
18,16
90,48
90,48
90,48
Hình 8: Söï bieán thieân COD ôû ñieàu kieän pH = 3, sau thôøi gian phaûn öùng taêng pH = 8
(a):1h (b): 1,5h (c): 2h
Nhaän xeùt: Keát quaû ôûÛ thí nghieäm naøy cho thaáy haàu nhö hieäu suaát khoâng taêng leân sau thôøi gian 1 giôø phaûn öùng. Vieäc taêng pH leân 8 cuõng taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho söï keát tuûa. Do ño hieäu suaát thu ñöôïc cao hôn nhieàu so vôùi caùc thí nghieäm tröôùc ngay sau 1 giôø phaûn öùng. Hieäu suaát xöû lyù cao nhaát (90,08%) ôû thôøi gian phaûn öùng thaáp nhaát (1 giôø) taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho vieäc xaây döïng, laép ñaët caùc beå phaûn öùng. Tuy nhieân, trong thí nghieäm naøy, chi phí söû duïng hoaù chaát cao hôn caùc thí nghieäm treân
Tính toaùn giaù thaønh: ÔÛ ñieàu kieän pH tröôùc xöû lyù laø 3. Sau thôøi gian phaûn öùng taêng leân pH = 8 thì sau 1 giôøù thu ñöôïc hieäu suaát laø 90,48%. Chi phí cho vieäc söû duïng hoaù chaát nhö sau (baûng 29)
Baûng 29: Chi phí söû duïng hoaù chaát cho hieäu suaát 90,48% ôû ñieàu kieän pH=3 sau 1h taêng pH=8
Teân hoaù chaát
Löôïng söû duïng (ml)/100 ml NT
Löôïng söû duïng (lit)/ m3 NT
Ñôn giaù (ñ/l)
Thaønh tieàn (ñ/m3)
TC (ñ/m3)
dd H2SO4 25%
0,024
0,24
9.000
2.160
10.096
dd FeSO4 10%
0,1
1
700
700
dd H2O2 15%
0,3
3
1.500
4.500
dd NaOH 2%
1,17
17,1
160
2.736
Keát quaû thí nghieäm 5: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 2,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7
Keát quaû cuûa thí nghieäm 5 ñöôïc trình baøy trong baûng 30
Baûng 30: keát quaû thí nghieäm 5
TT coác
COD tröôùc xöû lyù (mg/l)
COD coøn laïi (mg/l)
Hieäu suaát (%)
1h
1,5h
2h
1h
1,5h
2h
1
208,84
136,2
154,36
163,44
34,78
26,09
21,74
2
154,36
163,44
172,52
26,09
21,74
17,39
3
190,68
199,76
190,68
8,70
4,35
8,70
4
118,04
145,28
154,36
43,48
30,43
26,09
5
154,36
163,44
163,44
26,09
21,74
21,74
6
181,6
199,76
199,76
13,04
4,35
4,35
Hình 9: Söï bieán thieân COD ôû ñieàu kieän pH=2,5 sau thôøi gian phaûn öùng taêng pH = 7
(a):1h (b): 1,5h (c): 2h
Nhaän xeùt: ÔÛ ñieàu kieän pH = 2,5 thì khoâng thuaän lôïi cho phaûn öùng oxi hoaù, hieäu suaát xöû lyù raát thaáp cho caû 1h, 1,5h vaø 2h. Neáu nhö ôû moâi tröôøng pH quaù cao thì Fe2+ seõ deã daøng bò oxi hoaù thaønh Fe3+ ôû daïng keo, khi ñoù Fe3+ seõ tham gia phaûn öùng phaân huyû H2O2 thaønh O2 vaø H2O maø khoâng coù söï taïo ra goác *OH, khi ñoù hieäu suaát phaûn öùng raát thaáp. Trong thí nghieäm naøy, ñieàu kieän moâi tröôøng quaù axit (pH = 2,5) cuõng khoâng thuaän lôïi cho quaù trình phaân huyû taùc chaát. Ñoù laø do söï tieâu hao goác *OH theo phaûn öùng sau:
*OH + H+ + e- à H2O k= 7.109M-1s-1
Ngoaøi ra, löôïng hoaù chaát duøng ñeå ñieàu chænh pH trong thí nghieäm naøy raát lôùn. Do ñoù, ôû ñieàu kieän naøy vieäc xöû lyù khoâng ñaït hieäu quaû.
Tính toaùn giaù thaønh: Do hieäu suaát xöû lyù raát thaáp ñoàng thôøi khoâng hieäu quaû veà maët kinh teá neân ôû phaàn keát quaû naøy khoâng tính toaùn giaù thaønh.
4.2.6 Keát quaû thí nghieäm 6: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 2,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 8.
Nhaän xeùt: phaàn thí nghieäm naøy keát quaû cuõng töông töï nhö thí nghieäm 5, moâi tröôøng quaù axit seõ khoâng thuaän lôïi cho vieäc phaân huyû khaùng sinh.
Chöông 5: KEÁT LUAÄN – KIEÁN NGHÒ
Öu ñieåm cuûa quaù trình oxi hoaù tieân tieán baèng phöông phaùp Fenton laø coù theå khoaùng hoaù hoaøn toaøn nhöõng hôïp chaát höõu cô khoù hoaëc khoâng theå phaân huyû sinh hoïc. Tuy nhieân, ñeå coù theå ñaït ñöôïc nhö vaäy thì phaûi söû duïng moät löôïng hoaù chaát lôùn, ñoàng thôøi cuõng taïo ra moät löôïng buøn lôùn gaây toán keùm cho coâng vieäc thu gom vaø xöû lyù.
Muïc ñích cuûa ñeà taøi naøy laø söû duïng moät löôïng hoaù chaát thaáp nhaát ñeå phaân huyû moät phaàn khaùng sinh sao cho ñaït ñöôïc hieäu suaát coù theå chaáp nhaän ñöôïc laø töø 70 – 80%. Sau giai ñoaïn xöû lyù hoaù hoïc naøy, nöôùc thaûi seõ ñöôïc xöû lyù tieáp baèng moät phöông phaùp sinh hoïc naøo ñoù. Ñieàu naøy caàn phaûi coù moät thôøi gian nöõa ñeå nghieân cöùu baèng thöïc nghieäm.
Sau khi ñaõ trình baøy nhöõng keát quaû treân, coù theå keát luaän raèng thí nghieäm 2 laø coù hieäu quaû veà maët kinh teá. Vôùi pH tröôùc khi xöû lyù laø 3,5 thì vieäc duøng dd H2SO4 ñeå ñieàu chænh ít toán keùm hôn so vôùi pH = 3 maø hieäu suaát cuõng töông ñoái cao 80,27% sau 1 giôø phaûn öùng. Ñieàu naøy seõ giaûm chi phí ñeå xaây döïng caùc beå phaûn öùng. Vôùi hieäu suaát 93,33% ôû thí nghieäm 1 thì hieäu suaát naøy tuy cao nhöng phaûi maát moät thôøi gian phaûn öùng laø 2 giôø môùi ñaït ñöôïc hieäu suaát treân. Nhö vaäy phaûi toán moät khoaûn chi phí lôùn ñeå xaây döïng caùc beå löu nöôùc cho 2 giôø. ÔÛ caùc thí nghieäm coøn laïi, tuy hieäu suaát raát cao nhöng chi phí söû duïng hoaù chaát toán keùm neân khoâng hieäu quaû veà maët kinh teá.
Toùm laïi, trong thôøi ñaïi ngaøy nay ngaøy caøng xuaát hieän nhieàu loaïi beänh nguy hieåm. Vaø khaùng sinh hieän vaãn laø moät trong nhöõng loaïi thuoác ñöôïc söû duïng phoå bieán trong coâng taùc ñieàu trò beänh. Hieän töôïng khaùng khaùng sinh ñaõ trôû thaønh moät nguy cô lôùn ñoái vôùi söùc khoeû cuûa con ngöôøi. Vì vaäy, nghieân cöùu vaø öùng duïng coâng ngheä xöû lyù thuoác khaùng sinh, loaïi noù ra khoûi moâi tröôøng laø ñieàu voâ cuøng caáp baùch.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
ly thuyet.doc- bia.doc
- loi cam on.doc
- muc luc.doc
- nhan xet cua GVHD.doc
- tai lieu tham khao.doc
- to giao nhiem vu do an.doc
