Đang tải... (xem toàn văn)
Sự kết hợp của nhựa trao đổi anion (AERs) và cacbon hoạt tính (PAC) được nghiên cứu để loại bỏ vật chất hữu cơ tự nhiên (NOM) và thuốc trừ sâu. Việc thí nghiệm đươc tiến hành với những cacbon hữu cơ hòa tan mạnh trong nước mặt (DOC) (khoảng 6.0 mg DOCL) cùng với atrazine và isoproturon. AERs, cũng như MIEX® và IRA938, cho thấy 75% DOC được loại bỏ sau 30 phút tiếp xúc. Thêm PAC sau khi xử lý bằng AERs thì DOC còn dư chỉ giảm nhẹ từ 1.4 đến 1.2 mgL. Thí nghiệm tiến hành với nồng độ thuốc trừ sâu ban đầu cao (200 gL) và thấp (1 gL) cho thấy sự kết hợp đồng thời và liên tục của AER và PAC cải thiện đáng kể việc loai bỏ thuốc trừ sâu so với chỉ xử lý bằng PAC trong nước thô. Sự cải thiện hấp phụ động học ngắn hạn đã được giải thích bởi sự hấp thụ thuốc trừ sâu của AERs (khoảng 5%) và loại bỏ cấu trúc cao phân tử (MW) NOM bởi AERs điều đó làm giảm hiện tượng tắc nghẽn lỗ rỗng. Thời gian tiếp xúc 24h đối với PAC (hấp phụ đẳng nhiệt), lợi ích của xử lý AER thấp, điều đó chỉ ra rằng DOC được xử lý bằng AER vẫn còn cạnh tranh thông qua cơ chế cạnh tranh trực tiếp về vị trí hấp phụ. Nhựa MIEX® đã được dùng để xử lý riêng biệt bởi vì xử lý đồng thời với PAC cho thấy không có lợi về hấp phụ thuốc trừ sâu. Sự có mặt của lượng dư MIEX® cho thấy sự ngăn cản hấp phụ của PAC.
LOẠI BỎ VẬT CHẤT HỮU CƠ TỰ NHÊN ( NOM) VÀ THUỐC TRỪ SÂU BẰNG CÁCH SỬ DỤNG KẾT HỢP NHỰA TRAO ĐỔI ION VÀ CACBON HOẠT TÍNH (PAC) TÓM TẮT Sự kết hợp của nhựa trao đổi anion (AERs) và cacbon hoạt tính (PAC) được nghiên cứu để loại bỏ vật chất hữu cơ tự nhiên (NOM) và thuốc trừ sâu. Việc thí nghiệm đươc tiến hành với những cacbon hữu cơ hòa tan mạnh trong nước mặt (DOC) (khoảng 6.0 mg DOC/L) cùng với atrazine và isoproturon. AERs, cũng như MIEX® và IRA938, cho thấy 75% DOC được loại bỏ sau 30 phút tiếp xúc. Thêm PAC sau khi xử lý bằng AERs thì DOC còn dư chỉ giảm nhẹ từ 1.4 đến 1.2 mg/L. Thí nghiệm tiến hành với nồng độ thuốc trừ sâu ban đầu cao (200 µg/L) và thấp (1 µg/L) cho thấy sự kết hợp đồng thời và liên tục của AER và PAC cải thiện đáng kể việc loai bỏ thuốc trừ sâu so với chỉ xử lý bằng PAC trong nước thô. Sự cải thiện hấp phụ động học ngắn hạn đã được giải thích bởi sự hấp thụ thuốc trừ sâu của AERs (khoảng 5%) và loại bỏ cấu trúc cao phân tử (MW) NOM bởi AERs điều đó làm giảm hiện tượng tắc nghẽn lỗ rỗng. Thời gian tiếp xúc 24h đối với PAC (hấp phụ đẳng nhiệt), lợi ích của xử lý AER thấp, điều đó chỉ ra rằng DOC được xử lý bằng AER vẫn còn cạnh tranh thông qua cơ chế cạnh tranh trực tiếp về vị trí hấp phụ. Nhựa MIEX ® đã được dùng để xử lý riêng biệt bởi vì xử lý đồng thời với PAC cho thấy không có lợi về hấp phụ thuốc trừ sâu. Sự có mặt của lượng dư MIEX ® cho thấy sự ngăn cản hấp phụ của PAC. 1. GIỚI THIỆU Sản xuất nước uống từ nước mặt tự nhiên đòi hỏi việc sử dụng các công nghệ cung cấp khả năng loại bỏ cả vật chất hữu cơ tự nhiên với tỷ lệ cao (NOM) và theo dõi các chất ô nhiễm hữu cơ. Một số vấn đề chính trong xử lý nước uống có liên quan đến sự hiện diện của chất hữu cơ hòa tan (DOM) trong nước, điều đó có thể làm tăng lượng chất kết tủa, phát sinh nguy hại từ các sản phẩm khử trùng (DBP) và gây ra vấn đề tái phát triển của vi khuẩn trong mạng lưới phân phối. Ngoài ra, NOM có thể làm giảm đáng kể hiệu quả của cacbon hoạt tính do việc cạnh tranh với đối tượngt xử lý của PAC, do đó làm giảm cả hai khả năng hấp phụ và hấp phụ động học. Loại bỏ NOM kém có thể được quan sát thấy sau khi keo tụ / tạo bông đặc biệt là đối với các nguồn nước chứa một tỷ lệ lớn các NOM có kích thước phân tử nhỏ (Bolto et al 2002,;. Krasner và Amy, 1995; Lefebvre và Legube, 1993). Trong các phương án có thể lựa chọn keo tụ/ tạo bông để loại bỏ NOM, một số nghiên cứu nhấn mạnh tiềm năng lớn của nhựa trao đổi anion (AERs) vào cuối những năm 1970 (Snoeyink, 1979; Anderson và Maier, 1979; Kunin and Suffet, 1980) và cho thấy AERs vượt trội hơn cacbon hoạt tính (Boening et al., 1980;Weber và Van Vliet, 1981) và nhựa không chứa ion (Anderson and Maier, 1979). Gần đây AERs nhận được sự quan tâm đáng kể trong các ấn phẩm vì sự cải tiến mới của AER đó là nhựa MIEX (Nhựa trao đổi ion từ tính) (Singer và Bilyk, 2002; Fearing et al., 2004; Johnson và Singer, 2004; Allpike et al., 2005; Humbert et al., 2005). Quá trình MIEX là một quá trình xử lý nước tiên tiến dựa trên nền tảng vững chắc AER, được sử dụng trong một quá trình liên tục và kết hợp với quy trình tái sinh nhựa. Đặc tính hoạt động của AERs để loại bỏ NOM bị ảnh hưởng bởi các đặc điểm bên trong của các loại nhựa (dựa vào AER mạnh hay yếu), chất lượng nước (pH, mật độ ion, độ cứng, vv) và tính chất của các hợp chất hữu cơ (trọng lượng phân tử (MW), mật độ điện tích phân cực). Croue' et al. (1999) quan sát thấy rằng NOM có tính kỵ nước mạnh hơn, MW của nó cao hơn và hiệu quả của AER loại bỏ carbon hữu cơ hòa tan (DOC) là thấp hơn. Các kết luận tương tự được báo cáo trong một nghiên cứu gần đây (Bolto et al., 2002), AERs đã được khảo sát tác dụng ưu tiên loại bỏ hợp chất nhỏ, phân cực và tích điện cao. Cacbon hoạt tính (PAC) được sử dụng rộng rãi để giảm nồng độ các chất hữu cơ vi lượng trong nước uống như thuốc trừ sâu. Tuy nhiên, sự hiện diện của NOM có thể gây ảnh hưởng xấu đến khả năng hấp phụ và hấp phụ động học các chất vi ô nhiễm (micropollutants). Sự giảm hiệu suất một hoặc hai bậc của cường độ và giảm mạnh trong tỷ lệ hấp phụ là thường xuyên xảy ra (Pelekani và Snoeyink, 1999). Sự cạnh tranh hấp phụ giữa NOM và hợp chất vi hữu cơ (hợp chất hữu cơ dạng vết) chủ yếu phụ thuộc vào các đặc tính của NOM, sự phân bố kích thước lỗ của cacbon hoạt tính và các nồng độ tương đối của NOM và các hợp chất vi hữu cơ (Liet al., 2003). Tùy thuộc vào những yếu tố này, hai cơ chế xảy cạnh tranh lớn xảy ra: sự cạnh tranh trực tiếp đối với hấp phụ ở các vị trí hấp phụ và các lỗ rỗng bị tắc nghẽn (Pelekani và Snoeyink, 1999). Sự khác nhau về trọng lượng phân tử (MWs) của NOM cho thấy có sự khác nhau về hiệu ứng cạnh tranh trong hấp phụ chất vi ô nhiễm (chất ô nhiễm dạng vết). NOM có trọng lượng phân tử (MW) nhỏ thường được cho là có thể thực hiện sự cạnh tranh lớn nhất (Kilduff và Weber, 1994; Newcombe et al, 1997; Matsui et al, 1998). Do đó, ái lực của AERs đối với hợp chất hữu cơ có kích thước phân tử nhỏ có thể tạo ra một hứa hẹn xử lý thay thế làm giảm cạnh tranh hấp phụ NOM trên carbon hoạt tính. Mục đích đầu tiên của công việc này là kiểm tra hiệu quả xử lý của AERs trong việc loại bỏ NOM trong nước mặt có hàm lượng DOC cao. Do đó sáu loại AERs đã được nghiên cứu và so sánh với PAC. Hiệu quả của sự kết hợp AER / PAC sau đó đã được đánh giá trong việc loại bỏ NOM và thuốc trừ sâu. Trong giai đoạn đầu tiên của việc nghiên cứu này, nhựa MIEX ® (theo Orica) và nhựa DOWEX11 ® (theo Rohm và Haas) được kết hợp với PAC sử dụng cho nước thô có nồng độ cao 200 µg / L (nồng độ ban đầu của thuốc trừ sâu cao). Sự kết hợp được thực hiện hoặc là kết hợp lần lượt (nhựa trước PAC) hoặc kết hợp đồng thời. Ảnh hưởng/tác động của việc xử lý hấp phụ của nhựa đối với thuốc trừ sâu trên than hoạt tính được đánh giá dựa trên việc kiểm tra loại bỏ động học (thời gian tiếp xúc 30 phút đối với PAC) và kiểm tra hấp phụ đẳng nhiệt (thời gian tiếp xúc 24h đối với PAC). Trong giai đoạn thứ hai, nước thô đã có nồng độ là1 µg / L (nồng độ ban đầu của thuốc trừ sâu thấp). Các loại nhựa được chọn được ưu tiên kiểm tra và sử dụng trước khi sử dụng PAC. Tác động của việc xử lý PAC trước khi sử dụng nhựa đã được xác định dựa trên hàng loạt các thí nghiệm động học (thời gian tiếp xúc 30 phút đối với PAC). 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1. Vật liệu Nước thô được thu thập ở các giai đoạn khác nhau của năm 2003 và 2004 từ nước Nhà máy xử lý uống Villejean / Rennes (WTP) (Pháp). Nước của nhà máy WTP được cung cấp từ hỗn hợp hai nguồn (nước đập và nước sông) có tỷ lệ tương đối khác nhau trong năm. Chất lượng nước nước chảy đến được xem là tương đối ổn định trong suốt giai đoạn nghiên cứu. Các đặc tính trung bình được thể hiện trong Bảng 1. Sau khi được thu thập, tất cả các mẫu nước được bảo quản ở 4 0 C cho đến lúc sử dụng. Atrazine và isoproturon được lựa chọn làm đối tượng chất vi ô nhiễm (micropollutants) và đồng thời chúng được pha loãng trong nước thô để đạt được nồng độ ban đầu là 200 hoặc 1 µg / L trước khi lọc GF / C. Sau khi pha loãng, mẫu nước được lọc qua tất cả các bộ lọc GF / C (1,2 µm, Whatman) và nồng độ chính xác của cả hai thuốc trừ sâu đã được kiểm tra bằng phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). Mặc dù nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào nghiên cứu đặc tính hoạt động của MIEX ® , hiệu quả của các chất hấp phụ khác (AERs và PAC). Đặc điểm chính của chúng được trình bày trong bảng 2. Trước khi sử dụng chúng, các chất như IRA938 ® , IRA958 ® , DOWEX11 ® và DOWEX MSA được làm lạnh lạnh và tái tạo lại như mô tả ở các bài báo khác (Humbert et al., 2005). Nhựa MIEX ® và AMBERSORB ® không yêu cầu phải có các bước đặc biệt trước khi sử dụng chúng. PAC được sử dụng trong nghiên cứu này là PICAZINE HP ® (diện tích bề mặt BET: 1500m 2 / g, hấp thu atrazine lớn nhất đạt150 mg / g, đường kính trung bình: 15-35 µm) thường được sử dụng để loại bỏ thuốc trừ sâu đối với sản xuất nước uống. Đối với tất cả các chất hấp phụ, kiểm tra sơ bộ đã được tiến hành trong nước Milli-Q để xác nhận sự rò rỉ là không đáng kể của chất hấp thụ DOC ở UV 254 nm (UV 254 ) từ các thiết bị gây ra. UV 254 được đo bằng máy quang phổ UV-vis SAFAS DES (Hệ thống năng lượng kép) 190. DOC được phân tích bằng sử dụng máy phân tích Shimadzu TOC 5000A. Các phân tích phát hiện UV bằng phương pháp sắc ký loại trừ kích cỡ áp suất cao (HPSEC / UV) được thực hiện trên máy dò WATERS Protein-Pak diol (OH) cột 10 mm cùng với máy dò WATERS 996 để phát hiện UV 260 nm (tốc độ dòng chảy: 1ml / phút, dung dịch ngâm rửa: Na 2 HPO 4 0.02M, pH 6.8, ion mạnh: 0.1 M). Atrazine và isoproturon được phân tích trực tiếp đối với các thí nghiệm được tiến hành ở nồng độ cao (200 mg / L). Nồng độ thuốc trừ sâu đã được xác định bởi HPLC. Phân tích HPLC được thực hiện ở 233 nm bằng máy dò WATERS UV- 486 hoặc sử dụng máy phân giải WATERS hình cầu 5 µm cột C 18 (tốc độ dòng chảy: 0,7 ml / phút, dung dịch ngâm rửa: nước / methanol (50/50)) hoặc thiết bị Kromasil 100 cột C 18 5 µm (tốc độ dòng chảy: 1,3 ml / phút, dung dịch ngâm rửa: nước / methanol (40/60)). Giới hạn định lượng của các quy trình phân tích HPLC cho cả hai loại thuốc trừ sâu là 5 µg / L. Đối với thí nghiệm nồng độ thấp (1 mg / L), thuốc trừ sâu được phân tích sau tách chiết pha rắn (SPE). SPE được thực hiện trên thiết bị lọc OASIS ® HLB (3 cm 3 , 60 mg) như đã mô tả ở các bài báo khác (Humbert et al., 2005). 2.2. Kiểm tra động học hấp phụ Hàng loạt các thí nghiệm động học đã được thực hiện trên các mẫu nước thô được lọc trước (GF / C) tăng dần từ 500 ml đến 1 L cùng với thuốc trừ sâu dưới điều kiện khuấy từ liên tục (300 rpm). Từ 20- 40 mL dịch chất được lấy bằng ống bơm 50 ml tại các thời gian tiếp xúc khác nhau. Tất cả các mẫu được lọc (0,7 µm, bộ lọc GF, Minisart, Sartorius) và bảo quản ở 4 0 C trong chai 50 ml được đậy kính trước khi phân tích (HPLC, DOC, UV 254 , HPSEC / UV). Tiến hành thí nghiệm trên các mẫu nước thô tăng ở mức 200 µg / L đã được tiến hành với 6 ml / L đối với MIEX® và 10 mL / L đối với DOWEX11®. Các thí nghiệm liều lượng - đáp ứng sơ bộ cho thấy tác dụng bổ sung loại bỏ NOM không đáng kể khi thời gian tiếp xúc lâu hơn 20 phút và liều lượng nhựa tương ứng với MIEX® và DOWEX11® cao hơn 2 và 6 ml / L. Lượng PAC được nghiên cứu là 26 và 40 mg / L, tương ứng với định lượng PAC thường dùng trong nước uống WTPs. Nhựa và PAC được sử dụng riêng hoặc kết hợp cả hai cùng một lúc (PAC và AERs đưa vào trong nước thô cùng một lúc và trộn trong 30 phút) hoặc liên tục. Trong trường hợp sau, nhựa được bổ sung đầu tiên khi thời gian tiếp xúc khoảng 20 phút. Sau đó hạt nhựa được loại bỏ khỏi dung dịch bằng bộ lọc GF / C và PAC được thêm vào trong khoảng thời gian 30 phút. Các thí nghiệm được thực hiện trên các mẫu nước thô có nồng độ 1 µg / L được thực hiện với tất cả các loại nhựa được trình bày trong bảng 2 với vật liệu hấp phụ 8 ml / L. Lượng PAC được chọn là 6 và 20 mg / L. Nhựa được sử dụng trước PAC trên 1 L (1,2 µm, GF / C, Whatman) mẫu nước đã được lọc trước bằng cách sử dụng cùng một quy ước như đã mô tả ở trên với thời gian tiếp xúc 30 phút cho tất cả các loại nhựa và sau đó là 30 phút tiếp xúc với PAC. Thêm dung dịch (100 ml) đã được đề cập ở trên, sau 30 phút tiếp xúc với nhựa và 30 phút tiếp xúc với PAC đối với SPE. 2.3. Thí nghiệm hấp phụ đẳng nhiệt Hấp phụ đẳng nhiệt được xác định bằng phương pháp bottle-point, sử dụng chai thủy tinh 1 L chứa 500 ml dung dịch và được đặt trên trống quay (trống hồi chuyển). Với phương pháp này, mỗi điểm đẳng nhiệt thu được từ một loạt phản ứng pha trộn hoàn toàn riêng biệt (CMBR). Một lần nữa, các loại nhựa và PAC được sử dụng đồng thời hoặc liên tục. Lượng nhựa áp dụng tương ứng cho MIEX® và DOWEXs là 6 và 10 mL / L. Lượng PAC dao động từ 4 đến 40 mg / L. Trong phương pháp liên tục, thời gian tiếp xúc của nhựa là 20 phút tiếp theo là 24h tiếp xúc với PAC sau khi lọc GF / C. Trong phương pháp kết hợp đồng thời, thời gian tiếp xúc được cố định là 24 h. Tất cả các mẫu được lọc qua bộ lọc GF / C sau đó được giả định ở trạng thái cân bằng chậm và bảo quản trong chai thủy tinh ở 4 0 C trước khi phân tích (HPLC, DOC, UV 254 , HPSEC / UV). Phương trình Freundlich (Eq. (1)) đã được sử dụng để mô tả cân bằng hấp phụ: Trong đó q e và C e là nồng độ cân bằng của chất hấp phụ tương ứng trong pha rắn và lỏng, K F được xem như là một tham số hiệu năng (và đại diện cho sự hấp thu tương ứng với một giá trị của C e’ của từng đơn vị) và n là một tham số không thứ nguyên có liên quan đến vị trí phân bố năng lượng. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hiệu quả hấp thụ của AERs và PAC khi sử dụng riêng biệt 3.1.1. Loại bỏ NOM Kết quả cho thấy rằng hàm lượng DOC và UV 254 hấp thụ giảm dần theo thời gian và đạt giá trị nhỏ nhất sau khi tiếp xúc 30 phút với cả hai loại chất hấp phụ. Sự khác biệt lớn trong việc loại bỏ NOM được nhận thấy giữa AREs và PAC ở nồng độ được sử dụng. AERs được phát hiện có khả năng loại bỏ DOC và UV 254 cao hơn so với PAC. Sau thời gian tiếp xúc 30 phút, hàm lượng DOC đã giảm hơn 75% cho cả hai MIEX® và IRA938s, trong khi chỉ giảm 12% đối với PAC. Loại bỏ UV cao hơn 12% so với việc loại bỏ DOC của AREs, trong khi đó điều này tương tự với việc loại bỏ DOC đối với PAC. Hấp thụ UV 254 nm ( nghĩa là SUVA tương ứng với tỷ lệ DOC UV254 L/mgm) thường được sử dụng như là một tham số để thay thế cho hàm lượng chất thơm NOM. Hàm lượng cả hai chất AERs và SUVA giảm theo thời gian cho thấy sự loại bỏ ưu tiên của các kiểu phân tử chất thơm. Nó giảm từ 2,35 xuống 1,05 và tiếp tục giảm 0,75 L/mgm sau 30 phút tiếp xúc tương ứng với MIEX ® và IRA938 ® . Hàm lượng SUVA đã không giảm khi được quan sát trong suốt 30 phút đầu tiên tiếp xúc với PAC. Phân tích HPSEC/UV khẳng định rằng chỉ có một số lượng nhỏ phân tử UV hấp phụ lên PAC ( hình 2). PAC loại bỏ không đáng kể được quan sát trên tổng thời gian lưu (9.5 đến 12.5 phút) liên quan đến MW dao động từ 200 – 4.500 Da. Ngược lại, cả hai chất hữu cơ có MW cao và thấp có sự giảm nhẹ UV thu được sau khi hấp thụ bằng ARE. Chỉ có một phần nhỏ nhất MW UV NOM ( 200 – 400 Da) kháng lại việc xử lý bằng nhựa. Để nghiên cứu rõ hơn về hiệu quả trao đổi anion loại bỏ NOM từ nước thô Villejean, một số AERs khác nhau về kiểu cấu trúc hoặc kích thước được thử nghiệm bổ sung vào MIEX và IRA938. Hình 3 trình bày sự loại bỏ phần trăm DOC và SUVA tại 3, 30 và 120 phút tiếp xúc nước thô Villejean thu được ở các giai đoạn khác nhau và xử lý của tất cả các loại nhựa được trình bày trong Bảng 2. Tất cả các loại nhựa được sử dụng ở nồng độ 8ml/l. Hiệu quả PAC đạt được ở liều lượng thông thường được áp dụng cho việc loại bỏ chất ô nhiễm WTP trong đồ uống ( 26 và 40 mg/L) cũng được mô tả để so sánh. Những thảo luận ở các bài báo khác ( Humbert và cộng sự , 2005), hai nhóm AREs có thể được phân biệt : Nhóm đầu tiên, MIEX và IRA938, tạo thuận lợi về động học và nhóm thứ hai, DOWEX11, MSA và IRA958 có tác dụng loại bỏ vượt bậc hơn theo thời gian. Tuy nhiên, tất cả AREs cho thấy hiệu quả giảm tương đương 75% DOC sau thời điểm cân bằng ( 15 phút đến hơn 1 giờ tùy thuộc vào hàm lượng AREs). Trong khi đó, PAC cho thấy hiệu quả thấp hơn. Các thí nghiệm cho thấy rằng hiệu quả ít hơn 28% DOC thu được sau thời điểm cân bằng ( khoảng 2 giờ) cho các liều lượng khác nhau từ 20 đến 40 mg/L. Tất cả AERs được xác định để giảm thiểu nhanh chất SUVA ( lớn hơn 60%), trong khi chỉ giảm chậm và thấp khi sử dụng PAC Nhựa AMBERSORB chứa cacbon hình cầu được hình thành bởi sự nhiệt phân sulfonated styrene- divinylbenzene nhựa macroreticular. Hệ quả là loại nhựa này khác với nhựa AREs truyền thống và giống than hoạt tính hơn. Với điều kiện của chúng tôi, nhựa AMBERSORB cho thấy hiệu quả tương tự khi quan sát nhựa MSA hay IRA958 ( loại bỏ động học thấp hơn một chút). Tuy nhiên, ngạc nhiên khác khi SUVA chỉ giảm 20% sau 2h khi tiếp xúc với than hoạt tính, trong khi AER giảm hơn 60%. Một phần là AERs có tính đồng nhất hơn đối với DOC ( về mặt chất thơm) so với than hoạt tính. 3.1.2 Loại bỏ thuốc bảo vệ thực vật Nồng độ thuốc bảo vệ thực vật ban đầu cao : Hình 4, minh họa việc loại bỏ động học của chất atrazine ( hình 4a) và chất isoproturon ( hình 4b) cho nước thô Villejean tăng vọt tại 200mg/L khi xử lý bằng nhựa MIEX và DOWEX11 (8mg/L) và PICAZINE HP PAC ( 40mg/L) Đúng như dự tính, loại bỏ thuốc trừ sâu bằng PAC hiệu quả đáng kể so với khi sử dụng AER. Nồng độ của cả hai loại thuốc trừ sâu đã giảm hơn 65% sau 30 phút tiếp xúc với 40 mg/L PAC và nồng độ giảm từ 200mg/L ban đầu xuống 65 mg/L chất atrazine và 35 mg/L cho chất isoproturon. Chỉ có 5% và 10% được loại bỏ khi sử dụng MIEX và DOWEX11 trong cùng thời gian tiếp xúc. Sau 24h thời gian tiếp xúc ( cân bằng ) hiệu quả loại bỏ thuốc bảo vệ thực vật khi sử dụng PAC là 85% và 95% tương ứng cho chất atrazine và isoproturon. Cả hai loại thuốc bảo vệ thực vật tương tự được hấp thụ vào ARE là 12% và sau 24h là 25% khi cho tiếp xúc với MIEX và DOWEX11. Việc so sánh hiệu quả PAC trong nước thô MilliQ chỉ ra tác động của NOM về sự hấp thụ các hợp chất hữu cơ vi lượng bằng than hoạt tính. Sau một thời gian tiếp xúc 30 phút trong nước MilliQ, tỉ lệ hấp thụ chất atrazine và isoproturon là 82% và 90%, trong khi đó tỉ lệ đó là 68% và 83% trong nước thô. Nồng độ thấp ban đầu của thuốc bảo vệ thực vật: giai đoạn thứ hai nghiên cứu, Villejean đã tăng vọt trong nước thô với nồng ở các chất atrazine và isoproturon ở 1mg/L. Thí nghiệm hấp thụ động học được thực hiện khi sử dụng PAC trong AER khi xử lí nước bằng cách sử dụng sáu loại nhựa nêu trong Bảng 2. Phần trăm loại bỏ chất atrazine và isoproturon trong nước thô Villejean ( tháng 9, tháng 11 năm 2003 và tháng 11 năm 2004 tăng vọt nồng độ ở 1mg/L) được xử lý bằng MIEX, IRA938, IRA958, DOWER11, nhựa MSA và AMBERSORB (8mg/L) và PICAZINE HPs PAC (20mg/L) sau 30 phút tiếp xúc được trình bày trong hình 5. Như đã được trình bày ở trên, MIEX và DOWEX11 ở nồng độ cao hơn thuốc bảo vệ thực vật, AER hấp thụ với lượng nhỏ cả hai chất atrazine và isoproturon ở C0 = 1microgam/l. Do đó hiệu quả giảm thiểu thuốc bảo vệ thực vật thấp hơn 8% khi được quan sát với hai chất AER polyacrylic, MIXEXS và IRA958. Sự hấp thụ AER polystyrenic lên DOWEX11 và MSA cao hơn một chút so với acrylic. Chất Atrazine đã giảm 12% DOWEX và 10% MSA, và isoproturon đã giảm 13,5% và 11% tương ứng. Một kết quả nghiên cứu, các loại nhựa chứa thành phần chính là styrene được kỳ vọng biểu hiện ái lực mạnh mẽ hơn với các gốc thơm so với arylic ( Gustafson và Lirio, 1968). IRA938 đã được tìm thấy để phát huy hiệu quả hấp thụ cao hơn chất atrazine ( 35%) và isoproturon (37%). Styrenic AER được mô tả như một loại nhựa cao xốp ( hình 3) (Anderson và Maier, 1979 Kunin, 1979) mà hiệu quả loại bỏ thuốc bảo vệ thực vật và SUVA cao hơn ( hình 5) Nhựa AMBERSORB chứa cacbon rất hiệu quả thậm chí còn tốt hơn so với PAC đối với liệu lượng nghiên cứu. Atrazine và isoproturon đã giảm 84% và 88% tương ứng sau một thời gian tiếp xúc là 30 phút, trong khi đó 55% và 54% đã được loại bỏ khi sử dụng PAC. 3.2. Kết hợp AER và PAC trong xử lý 3.2.1 Loại bỏ NOM Sử dụng PAC trong 30 phút trên nước đã xử lý AER, thấy rằng PAC có thể loại bỏ một phần nhỏ NOM đó là các NOM không xử lí được bằng nhựa ( hình 1). Cả hai kĩ thuật bổ sung được đề cập trong tài liệu ( Koechling và cộng sự, 1997). Vì vậy, hàm lượng DOC dư trong nước được xử lí MIEX và IRA938 đã giảm từ 1,4-1,2 mg/L sau khi được xử lí thêm bằng PAC (hình 1) Kết quả nghiên cứu thí nghiệm sử dụng duy nhất PAC hay kết hợp với AER được, cho thấy NOM bị loại bỏ ít. Khi PAC được sử dụng trong nước thô trong 30 phút hoặc hơn, các thí nghiệm cho thấy rằng hàm hượng DOC ( 5,5 – 6,0 mg/L) giảm ít hơn 1,5mg/l ( nhỏ hơn 30%) cho các liều lượng dao động từ 20 đến 40 mg/l. Khi PAC được sử dụng cho nước đã qua xử lí AER trong cùng một liệu lượng, hàm lượng DOC còn dư thấp(1,8-1,2 mg/l phụ thuộc vào AER và giai đoạn chọn mẫu) đã giảm ít hơn 0,5 mg/l. 3.2.2 Loại bỏ thuốc BVTV Nồng độ ban đầu thuốc BVTV ( 200mg/l) : Hình 6 mô tả loại bỏ động học của chất atrazine trong nước thô Villejean ( tháng 4 năm 2003 ) được xử lý khi sử dụng chỉ PAC hoặc kết hợp với DOWEX11 (hình 6a) hoặc MIEX ( hình 6b). Hai liều lượng PAC đã được sử dụng ( 26 hoặc 40 mg/l) Hiệu quả loại bỏ được tính toán dựa trên nồng độ ban đâu thuốc BVTV trong nước thô trước khi xử lí. Vì vậy, hấp thụ xảy ra thấp khi xử lí AER ( Khoảng 5% đối với MIEX và 10% đối với DOWEX11) đã được đưa vào phép tính trên đồ thị tại t = 0 đối với phương pháp xử lí liên tục ( PAC sau AER). Kết qủa quan sát tương tự cho isoproturon. Hình 6 cho thấy rằng việc kết hợp AER và PAC có thể cải thiện đáng kể tốc độ hấp thụ thuốc BVTV sau 30 phút tiếp xúc. Một số khác biệt có thể được nhận thấy tùy vào loại nhựa. Kết hợp đồng thời và liên tiếp của PAC và DOWEX11® cải thiện đáng kể sự hấp thụ thuốc BVTV. Sau 30 phút tiếp xúc, hiệu quả loại bỏ chất atrazine cao hơn so với khi chỉ sử dụng PAC là 10%. Hiệu quả thậm chí còn tốt hơn khi PAC được sử dụng sau khi xử lý bằng nhựa; việc loại bỏ được tăng thêm 20%. Nồng độ thuốc BVTV còn lại là gần như tương tự với nồng độ thu được từ các thí nghiệm khi tiến hành với PAC trong nước MilliQ. Kết quả như vậy không chỉ cho thấy sự hấp thụ của thuốc BVTV vào nhựa (khoảng 10% trong 10 mL / L DOWEX11) mà còn làm giảm cạnh tranh giữa NOM và các hợp chất hữu cơ dạng vết nhờ vào xử lí bằng nhựa. Loại bỏ thuốc BVTV tăng xấp xỉ 20% khi xử lý bằng MIEX® trước khi xử lý bằng PAC (PAC đã được thêm vào sau khi lọc 1.2 µm). Ngược lại, sử dụng MIEX® kết hợp đồng thời với PAC, cho thấy hiệu quả thấp hơn so với chỉ sử dụng PAC trong nước thô. Có một sự cải thiện nhỏ , khoảng 5% lượng thuốc BVTV được tìm thấy trong chất hấp thụ MIEX s (6 mL / L) sau 30 phút tiếp xúc. Thêm một thí nghiệm (không trình bày) đã chứng minh rằng trong phương pháp liên tục, việc lọc 1.2 µm sau khi xử lý bằng AER là một bước cốt yếu.Trường hợp không thực hiện lọc 1.2 µm thì kết quả thu được từ phương pháp liên tục, giống như phương pháp đồng thời, sự giảm hấp thụ thuốc BVTV có thể so sánh với khi chỉ sử dụng PAC. Khám phá này được chứng thực trên nước thô và nước MilliQ. Giả thiết rằng các hạt vụng của MIEX® có thể được tạo ra bởi những hiện tượng hao mòn và do đó ảnh hưởng đến sự hấp thụ thuốc BVTV lên PAC. Hình 7 so sánh đường đẳng nhiệt trong 24h hấp thụ của chất atraczine khi sử dụng PAC hoặc kết hợp với DOWEX ( hình 7a) hoặc MIEX (hình 7b) trong nước thô Villejean ( tháng 4 năm 2003) . Kết quả quan sát tương tự cho isoproturon. Sự lệch khỏi mô hình Freundlich đáng lẻ ra phải được chú ý đầu tiên trong biểu đồ thu được từ lượng PAC thấp nhất đối với thí nghiệm kết hợp đồng thời . Như vậy mô hình này không thích hợp để mô tả kết quả hấp thụ từ 2 chất hấp phụ trong dung dịch nước. [...]... thích tính hiệu quả cao của sự kết hợp PAC / nhựa so với chỉ sử dụng PAC Đối với các loại nhựa AMBERSORB và AER IRA938, giảm từ 90% đến 100% của cả hai loại thuốc trừ sâu đã được thu được bằng sự kết hợp với PAC Đặc tính hoạt động như vậy được giải thích bởi sự hấp phụ đáng kể thuốc trừ sâu vào cả hai loại nhựa 4 Kết luận Tất cả các thí nghiệm AERs đã loại bỏ hơn 75% DOC với lượng nhựa là 8ml/l và sau... cân bằng giả sử (1 5 phút đến hơn 1h tùy thuộc vào loại nhựa) Việc loại bỏ DOC ít hơn 28% đối với lượng PAC (PICAZINE HP) dao động từ 20 đến 40 mg /L và đối với thời gian cân bằng giả sử khoảng 2h.Việc sử dụng PAC trên nước đã xử lý AER cho phép cải thiện một phần nhỏ việc loại bỏ DOC, DOC còn dư giảm từ 1,4 xuống 1,2 mg /L Lợi ích chính của sự kết hợp AER và PAC là mang lại kết quả hấp thu thuốc trừ sâu. .. thích bởi: Sự hấp phụ của thuốc trừ sâu (atrazine và isoproturon) trên AERs Đối với cùng một lượng nhựa là 8 ml/l, sự hấp phụ thuốc trừ sâu thay đổi từ 5% đối với polyacrylic AERs lên đến 35% đối với IRA938s nhựa styrenic và nhựa có độ xốp cao Việc giảm sự cạnh tranh sự hấp thụ giữa NOM và thuốc trừ sâu Khi PAC được sử dụng sau khi xử lý AER, sự hấp thu cả hai loại thuốc trừ sâu trong thời gian tiếp... tương tự Tương tự như vậy, Atrazine và isoproturon được loại bỏ tương ứng là 0,70 và 0,71 µg/L với sự kết hợp của PAC / IRA958 Hiệu suất loại bỏ thu được với cả hai sự kết hợp, PAC / MIEX hoặc PAC / IRA958 khoảng 20% cao hơn hiệu suất thu được đối với PAC Như thể hiện trong hình 8, ngoài sự hấp thụ thấp của thuốc trừ sâu vào nhựa, thuốc trừ sâu được hấp thu vào PAC cao hơn trong nước đã xử lí MIEX và. .. trong 30 phút với chỉ sử dụng PAC (2 0 µg / L) hoặc kết hợp với MIEX IRA958, IRA938hoặc AMBERSORB (8 mL / L) Một lần nữa, sử dụng AER trước PAC làm tăng đáng kể việc loại bỏ thuốc trừ sâu Atrazine và isoproturon đã giảm tương ứng ở mức 0,54 và 0,53 µg / L, sau 30 phút tiếp xúc với PAC, trong khi đó Atrazine và isoproturon được loại bỏ tương ứng là 0,70 và 0,67 µg / L với sự kết hợp của PAC / MIEX trong... thêm chất hấp thụ thuốc BVTV bằng AER thì hiệu quả vẫn thấp so với PAC, lượng PAC càng nhỏ thì càng có thể bỏ qua chất hấp thụ bằng nhựa Bảng 3 Cung cấp các thông số đường đẳng nhiệt Frenudlich của chất atrazine và isoproturon khi sử dụng PAC trong nước, MiliQ, nước thô… Nước được xử lý bằng MIEX và DOWEX11 Số mũ Freundlich, n, tương ứng với độ dốc đường đẳng nhiệt Như trình bày trong bảng 3 và Hình... bởi Li et al (2 003), nguồn gốc của NOM ảnh hưởng đến hấp phụ động học thông qua sự tắc nghẽn lỗ rỗng trong khi cấu trúc NOM nhỏ, có thể làm giảm khả ngăn hấp thụ hợp chất vi lượng bởi sự cạnh tranh trực tiếp tại các vị trí Ngoại trừ các lượng PAC thấp hơn, các đồ thị đẳng nhiệt giả sử của atrazine và isoproturon khi sử dụng PAC và DOWEX11 đồng thời cũng giống như những kết hợp liên tục (Hình 7) Mặc... động học tương tự cho cả hai điều kiện thí nghiệm Việc loại bỏ các cấu trúc cao phân tử NOM bởi AER làm giảm hiện tượng tắc nghẽn lỗ rỗng và do đó hấp phụ động học ngắn hạn cải thiện Nhưng, một phần NOM kháng lại sự hấp phụ của AER (thành phần nhỏ MW NOM) vẫn can trở thông qua các cơ chế cạnh tranh trực tiếp về vị trí Như một hệ quả, sự cải thiện khả năng hấp phụ bằng cách kết hợp AERs và PAC không cao... cũng có thể là do cấu trúc / bản chất của chất hấp thụ NOM thay đổi khi có sự hiện diện của dư lượng oxit sắt, ảnh hưởng đến phân bố của các vị trí có năng lượng cao đối với hấp phụ atrazine và isoproturon Nồng độ ban đầu của thuốc trừ sâu thấp (1 µg / L): Hình 8 cho thấy lượng atrazine và isoproturon được hấp phụ khác nhau trên các chất hấp thụ đối với nước thô Villejean (mẫu tháng 1 năm 2004 ở 1 µg /... đường đẳng nhiệt giả sử sử dụng kết hợp đồng thời PAC và MIEX thấp hơn so với tất cả các đường đẳng nhiệt khác Điều này phản ánh những thay đổi trong các vị trí không đồng nhất, điều này phù hợp với kết quả của hấp phụ động học Một lần nữa, một giải thích có thể là tốt khi lượng dư tạo ra bởi sự mài mòn làm giảm khả năng tiếp cận của atrazine và isoproturon đến các vị trí hấp phụ (lỗ rỗng lớn bị tắc . LOẠI BỎ VẬT CHẤT HỮU CƠ TỰ NHÊN ( NOM) VÀ THUỐC TRỪ SÂU BẰNG CÁCH SỬ DỤNG KẾT HỢP NHỰA TRAO ĐỔI ION VÀ CACBON HOẠT TÍNH (PAC) TÓM TẮT Sự kết hợp của nhựa trao đổi anion (AERs) và cacbon hoạt. cacbon hoạt tính (PAC) được nghiên cứu để loại bỏ vật chất hữu cơ tự nhiên (NOM) và thuốc trừ sâu. Việc thí nghiệm đươc tiến hành với những cacbon hữu cơ hòa tan mạnh trong nước mặt (DOC) (khoảng. NOM và hợp chất vi hữu cơ (hợp chất hữu cơ dạng vết) chủ yếu phụ thuộc vào các đặc tính của NOM, sự phân bố kích thước lỗ của cacbon hoạt tính và các nồng độ tương đối của NOM và các hợp chất