TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG  VÕ THỊ THANH TRANG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG NƯỚC THẢI BẰNG HỆ XÚC TÁC QUANG HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP An Giang, 05/2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG  VÕ THỊ THANH TRANG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG NƯỚC THẢI BẰNG HỆ XÚC TÁC QUANG HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Nguyễn Trung Thành An Giang, 04/2011 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN  Long Xuyên, 09/06/2011 Ký xác nhận giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Trung Thành Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  LỜI MỞ ĐẦU Nước thải vấn đề gây ô nhiễm môi trường nhiều Các hoạt động người gắn liền với nhu cầu sử dụng nước cho mục đích khác nhau: đời sống sinh hoạt ngày, cho nhu cầu sản xuất công nghiệp, cho nông nghiệp… thành phần nước thải ngày phức tạp Ngày trình oxi hóa nâng cao trở thành giải pháp thiếu bên cạnh biện pháp xử lý truyền thống để xử lý chất ô nhiễm độc hại, khó phân hủy sinh học Trong năm gần việc sử dụng chất xúc tác TiO2 trình quang hóa để xử lý môi trường đặc biệt xử lý chất ô nhiễm có bước phát triển đáng kể với việc sử dụng nguồn ánh sáng khác UV nhân tạo tự nhiên Do điều kiện khí hậu nước ta, nguồn ánh sáng dồi nên thuận lợi áp dụng phương pháp xúc tác quang nhằm hỗ trợ cho trình xử lý truyền thống Mặt khác chất hoạt động bề mặt không gây ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường việc thải chất hoạt động bề mặt môi trường, chất tạo lớp màng làm cho oxi không khí không khuếch tán vào nước gây khó khăn cho việc xử lý Trong đề tài tập trung nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt, chất sử dụng nhiều đời sống sinh hoạt ngày, hệ xúc tác quang học GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  i                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  LỜI CÁM ƠN Qua bốn năm học tập giảng đường đại học em tiếp thu nhiều kiến thức từ Thầy – Cô khoa Kỹ Thuật Công Nghệ Môi Trường, môn Môi Trường & Phát Triển Bền Vững Em xin gửi lời cám ơn đến quý Thầy Cô tận tình bảo, giúp đỡ cho chúng em kiến thức chuyên ngành đến kinh nghiệm sống xã hội Em xin gửi lời cám ơn đến thầy Trương Kiến Thọ cung cấp số tài liệu để em tham khảo trình làm khóa luận Em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến thầy Ths.Nguyễn Trung Thành người trực tiếp hướng dẫn truyền đạt nhiều kiến thức chuyên môn, tận tình hướng dẫn bảo cho em kinh nghiệm quý báu để em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Vì vốn kiến thức hạn chế, nên luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến quý Thầy Cô Một lần em xin chân thành cám ơn! Chúc thầy cô sức khỏe, hạnh phúc !!! Tháng 4/2011 SV Võ Thị Thanh Trang GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  ii                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH v DANH SÁCH BẢNG vi DANH SÁCH BIỂU ĐỒ vii CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) 2.2 Các phương pháp xử lý CHĐBM 2.2.1 Phương pháp keo tụ 2.2.2 Phương pháp oxi hóa hệ fenton 2.3 Phương pháp oxi hóa trình oxi hóa nâng cao 2.3.1 Tổng quan trình oxi hóa nâng cao nước thải 2.3.2 Những ưu việt trình phân hủy oxi hóa gốc tự Hyroxyl (*OH) 2.3.3 Các trình tạo gốc Hydroxyl (*OH) 11 2.3.4 Sơ lược TiO2 12 2.3.5 Các trình quang xúc tác bán dẫn 15 2.3.6 Thành tựu 21 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 3.1 Đối tượng nghiên cứu 22 3.2 Thời gian nghiên cứu 22 3.3 Mục tiêu nghiên cứu 22 3.4 Nội dung nghiên cứu 22 3.5 Phương tiện vật liệu nghiên cứu 23 3.6 Phương pháp nghiên cứu 23 GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  iii                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  3.6.1 Rửa chất mang 23 3.6.2 Tổng hợp chất xúc tác: 25 3.6.3 Khả xử lý COD chất xúc tác TiO2 26 3.6.4 Khả xử lý COD TiO2/ H2O2: 26 3.6.5 Phương pháp xác định COD: 27 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 28 4.1 Khả xử lý chất hoạt động bề mặt có nước tẩy rửa chất xúc tác TiO2 28 4.2 Khả xử lý chất hoạt động bề mặt có nước tẩy rửa chất xúc tác TiO2 + H2O2: 31 4.3 Khả triển khai ứng dụng kết nghiên cứu 34 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 35 5.1 Kết luận: 35 5.2 Kiến nghị: 36 PHỤ LỤC 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  iv                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  DANH SÁCH HÌNH - Hình 2.1: Cấu tao chất hoạt động bề mặt Hình 2.2: Hình dạng cầu hình phẳng cụm chất hoạt động bề mặt Hình 2.3: TiO2 dạng bột Hình 3.1: Quá trình rửa chất mang Hình 3.2: Quá trình tổng hợp chất xúc tác Hình 3.3: Thiết bị thực phản ứng GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  v                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  DANH SÁCH BẢNG - Bảng 2.1: Khả oxy hóa số tác nhân oxy hóa Bảng 2.2: Các hợp chất hữu bị oxy hóa gốc Hydroxyl (*OH) nghiên cứu Bảng 2.3: Hằng số tốc độ phản ứng (M-1S-1) gốc Hydroxyl (*OH) so ới Ozon Bảng 2.4: Các trình oxy hóa nâng cao dựa vào gốc Hydroxit(*OH) Bảng 2.5: Công thức hóa học khoáng vật quan trọng TiO2 Bảng 2.6: Công thức hóa học khoáng vật quan trọng TiO2 Bảng 2.7: Thời gian đặc trưng số phản ứng quang hoá Bảng 3.1: Thiết bị dụng cụ Bảng 4.1: Ký hiệu mẫu chất xúc tác Bảng 4.2: kết thí nghiệm xử lý COD (mg/l) Bảng 4.3: kết xử lý COD (mg/l) TiO2 + H2O2 GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  vi                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  DANH SÁCH BIỂU ĐỒ - Biểu đồ 4.1: Khả xử lý COD phụ thuộc vào nồng độ chất phụ gia Biểu đồ 4.2: Hiệu suất xử lý COD TiO2 chất phụ gia Biểu đồ 4.3: Khả xử lý COD TiO2 + H2O2 Biểu đồ 4.4: Hiệu suất xử lý hệ TiO2 + H2O2 GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  vii                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  Tương tự thí nghiệm trên, cân xác 5g chất xúc tác có Cu2+ cho vào erlen đổ vào 100ml dung dịch nước rửa chén pha loãng 0,0004% Sau cho thêm 0,5ml dung dịch H2O2 30% Đặt erlen thùng có dán giấy bạc mặt Đặt nắp thùng góc nghiêng 300C so với phương thẳng đứng để ánh sáng tập trung vào thùng Để cho ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào thùng (có thể dùng ánh sáng bóng đèn huỳnh quang) Đặt erlen vào vị trí có tập trung nhiều ánh sáng để phản ứng thực dễ dàng Tiến hành thu mẫu Đem mẫu phân tích COD Hình 3.3: Thiết bị thực phản ứng 3.6.5 Phương pháp xác định COD: - Sử dụng phương pháp K2Cr2O7 môi trường acid: - Cho vào ống nghiệm: + 5ml dung dịch mẫu pha loãng (dung dịch pha loãng theo tỉ lệ 100) + 3ml dung dịch K2Cr2O7 0,1N + 7ml H2SO4 reagent - Đậy nắp, lắc vòi nước, cho lên giá đỡ ống nghiệm, đặt vào tủ sấy nhiệt độ 1500C GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  27                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  - Sau thời gian phản ứng lấy ống nghiệm để nguội đến nhiệt độ phòng, chuyển toàn dung dịch qua erlen - Thêm – giọt thị ferroin, đến dung dịch có màu xanh - Tiến hành chuẩn độ dung dịch FAS 0,01N màu nâu đỏ dừng lại ghi kết thể tích dung dịch FAS dùng - Làm mẫu trắng với 5ml nước cất lần thay cho mẫu thực bước - Sau công thức tính nồng độ COD: X (mg/l) = [(V0 – V1) * N * 8000 * F]/V Trong đó: V0: Thể tích dung dịch FAS dùng chuẩn độ mẫu trắng (ml) V1: Thể tích dung dịch FAS dùng chuẩn độ mẫu (ml) N: Nồng độ FAS kiểm tra V: Thể tích mẫu sử dụng (ml) F: Hệ số pha loãng CHƯƠNG KẾT QUẢ THẢO LUẬN 4.1 Khả xử lý chất hoạt động bề mặt có nước tẩy rửa chất xúc tác TiO2 Điều kiện thí nghiệm Nước rửa chén Mỹ Hảo pha loãng 0,0004% ( gồm 400µl nước rửa chén + 1000ml nước cất) GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  28                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  Chất xúc tác chất xúc tác TiO2 + phụ gia Thiết bị sử dụng: erlen 250ml, pipet 5ml, bình định mức 100ml, ống COD, tủ sấy, cốc 100ml… Bảng 4.1: Ký hiệu mẫu chất xúc tác STT Mẫu chất xúc tác Ký hiệu mẫu Chất xúc tác có chứa Cu(NO3)2 3% Mẫu Chất xúc tác có chứa Cu(NO3)2 5% Mẫu Chất xúc tác có chứa Cu(NO3)2 10% Mẫu Chất xúc tác TiO2 Mẫu Mô tả thí nghiệm Nước rửa chén mỹ hảo pha loãng 0,0004% (gồm 400µl nước rửa chén + 1000ml nước cất) Đầu tiên cân xác khoảng 5g chất xúc tác chứa 3% Cu2+ (tương tự với chất xúc tác chứa 5% Cu2+, 10% Cu2+), với mẫu TiO2 không chứa Cu2+ Chuẩn bị erlen chứa 100ml nước tẩy rửa pha loãng Sau cho lượng chất xúc tác vào erlen Đặt vào thùng có dán giấy bạc chuẩn bị sẳn để ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp vào Bảng 4.2: Sự thay đổi giá trị COD theo thời gian ứng với loại xúc tác khác Thời gian (phút) TiO2+3% Cu2+ TiO2 +5%Cu2+ TiO2 +10%Cu2+ TiO2 (1) (2) (3) (4) 403,2 403,2 345,6 345,6 GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  29                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  20 300,8 288,0 134,4 147,2 40 256,0 217,6 128,0 115,2 60 243,2 192,0 102,4 64,0 80 224 172,8 51,2 115,2 100 211.2 147,2 44,8 102,4 350 300 250 200 150 100 50 0 20 40 60 80 THỜI GIAN (phút) 100 120 HIỆ U Q UẢ X Ử LÝ (% ) C O D (m g /l) 450 400 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 20 40 60 80 100 120 THỜI GIAN (phút) Biểu đồ 4.1 4.2: Khả xử lý COD phụ thuộc vào nồng độ chất phụ gia Nhận xét: Từ bảng 4.2 đồ thị 4.1 cho thấy vật liệu chọn thể hoạt tính xúc tác cao; điều thể thông qua giảm giá trị COD theo thời gian xử lý (hay chiếu sáng) Trong đó, tăng hàm lượng chất phụ gia từ 3% đến giá trị 10% hiệu xử lý tăng lên đáng kể từ khoảng 50 đến gần 90% tương ứng với giá trị COD 211,2 mgO2/l 44.8 mgO2/l Điều giải thích tăng hàm lượng chất phụ gia (Cu2+) kết làm tăng tâm hoạt động mở rộng “band gap” sang vùng ánh sáng nhìn thấy (xúc tác quang cho hoạt tính vùng nhìn thấy) kết phù hợp với kết trình nghiên cứu loại xúc tác quang ứng với trình oxi hóa glycerol ( Otto Horvath, 2003) Và từ kết nhận cho thấy hàm lượng 10% phụ gia hàm lượng tối ưu điểm xúc tác cho hoạt tính cao với ổn định hoạt tính (độ bền) tốt khoảng thời gian thực nghiên cứu Tuy nhiên, với vật liệu TiO2(không có phụ gia Cu2+) cho hoạt tính cao (vì vật liệu kích hoạt với bước mô tả phần tổng hợp xúc tác); mặt lý thuyết vật liệu có độ bền không cao thiếu dịch chuyển điện tử qua lại nguyên tử Ti Cu Như vậy; đề suất trật tự vật liệu GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  30                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  cho hoạt tính xúc tác giảm dần sau TiO2+10%Cu2+ > TiO2> TiO2+5% Cu2+> TiO2+3% Cu2+ Một trật tự hoàn toàn phù hợp với lý thuyết tâm hoạt tính xúc tác; tẩm Cu2+ lên bề mặt TiO2 làm số lượng tâm hoạt động (tâm hấp phụ) bề mặt TiO2 đồng loạt giảm điều dẫn đến hoạt tính xúc tác giảm theo; với hàm lượng 10% phụ gia lại cho hoạt tính cao điều hàm lượng hợp chất Cu2+ Ti4+ tạo thành spinel (một dạng phức chất rắn oxit) làm giải tăng cường mức độ ổn định trình truyền vận electron Như vậy, với hàm lượng tẩm 10% điểm tối ưu cho trình xử lý hiệu COD giảm từ 345,6mg/l đến 44,8mg/l) cho nguồn nước thải đầu loại A sau thời gian xử lý 100 phút Tuy nhiên, để bước đầu nghiên cứu triển khai điều kiện thực tế, tiến hành nghiên cứu hoạt tính xúc tác vật liệu ảnh hưởng H2O2 (hydrogen peroxide) hóa chất thông thường xử lý môi trường với mục đích rút ngắn thời gian xử lý thực tiết kiệm chi phí xây dựng - vận hành kết thể bảng 4.3 hình 4.2 4.2 Khả xử lý chất hoạt động bề mặt có nước tẩy rửa chất xúc tác TiO2 + H2O2: Điều kiện thí nghiệm Nước rửa chén Mỹ Hảo pha loãng 0,0004% ( gồm 400µl nước rửa chén + 1000ml nước cất) Chất xúc tác chất xúc tác TiO2 + phụ gia Thiết bị sử dụng: erlen 250ml, pipet 5ml, bình định mức 100ml, ống COD, tủ sấy, cốc 100ml… Mô tả thí nghiệm Dung dịch nước nước tẩy rửa có: nồng độ 4.10-4 % (400µl Nước tẩy rửa + 1000ml nước cất ) Đầu tiên cân xác khoảng 5g chất xúc tác chứa 3% Cu2+ ( tương tự với chất xúc tác chứa 5% Cu2+, 10% Cu2+) Ngoài thực tương tự với mẫu TiO2 không chứa Cu2+ Chuẩn bị erlen chứa 100ml nước tẩy rửa pha loãng Cho thêm 0,5ml H2O2 Sau cho lượng chất xúc tác vào erlen Đặt vào thùng có dán giấy bạc chuẩn bị sẵn để ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp vào Bảng 4.3: Sự thay đổi giá trị COD theo thời gian ứng với loại xúc tác khác GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  31                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  Thời gian Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu 345,6 345,6 345,6 345,6 20 185,6 192 19 8,4 153,6 40 172,8 166,8 172,8 192 60 166,4 128 166,4 126 80 96 115,2 153,6 115,2 100 83,2 76,8 121,6 102,4 HIỆU QUẢ XỬ LÝ (%) ( phút) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 20 40 60 80 100 120 THỜI GIAN (phút) GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  32                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  Biểu đồ 4.3 4.4: Khả xử lý COD hệ TiO2 + H2O2 Khi có mặt H2O2 hiệu xử lý ứng với vật liệu đạt 60% chuyển hóa so với lượng COD ban đầu Tuy nhiên trật tự hoạt tính vật liệu có thay đổi đáng kể riêng với TiO2 cho hoạt tính cao không thấy ảnh hưởng H2O2 đến hiệu xử lý; trật tự sau: TiO2> TiO2+3% Cu2+ > TiO2+5% Cu2+> TiO2+10%Cu2+ Điều đáng ý sau thời điểm 20 phút đầu trình xử lý hiệu suất đạt 40% với vật liệu có phụ gia có diễn biến phức tạp nghiên cứu hiệu suất suốt trình xử lý; cụ thể sau: Hiệu suất tăng nhanh giai đoạn 20 phút đầu Hầu như, không đổi khoảng 40 phút sau tăng nhẹ để đạt hiệu 60% móc thời gian 100 phút Hiện nay, theo tài liệu tham khảo chưa có giải thích cách đầy đủ rõ ràng tượng xảy hệ thống mà nghiên cứu Do đó; từ việc tổng hợp giải thích cho tượng xảy hệ thống sử dụng đèn UV kiến thức hệ xúc tác quang học có xử dụng H2O2 đề nghị giải thích sau Như biết; có mặt xúc tác (đồng thể dị thể) H2O2 phân hủy để tạo thành gốc tự HO* hay oxi nguyên tử O đồng thời tạo lượng lớn ion HO- (ion hydroxyl) ion đầu độc tâm hoạt động ion Cu2+ làm giảm khả trao đổi electron nguyên tử Ti Cu Do đó, nguyên tử Cu2+ bị đóng khối (blocked sites) tương tự GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  33                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  tượng cóc-hóa bề mặt xúc tác cracking hợp chất hydrocacbon bề mặt xúc tác zeolite (như ZSM-5…) minh họa mô hình block hóa sau: OH- OHOH- OH- OH - OHOH- Cu2 OH- OH- OH- OHOH- TiO2 substrate (nền TiO2) TiO2 substrate (nền TiO2) Trạng thái tự tâm Cu2+ ion hydroyl Cu2 OH- Trạng thái tâm Cu2+ bị đầu độc ion hydroyl Hình 4.1: Cơ chế đầu độc ion Cu2+ ion hydroxyl Từ lý thuyết vừa nêu, dễ dàng giải thích tượng diễn hệ thống ảnh hưởng H2O2 sau: Ở thời gian 20 phút đầu; H2O2 phân hủy nhanh chóng để tạo thành gốc tự HO* oxi nguyên tử hợp chất nhanh chóng oxi hóa (phân hủy) hợp chất hoạt động bề mặt nhờ giá trị COD giai đoạn giảm cách nhanh chóng hiệu xử lý tăng đến ~40% sau giai đoạn tạo lượng lớn ion hydroxyl (OH-) làm đống băng tâm hoạt động nguyên tử đồng sau móc thời gian hiệu xử lý không đổi (do phân hủy hoàn toàn lượngH2O2 có dung dịch); nhiên sau 40 phút sau hiệu suất xử lý bắt đầu tăng trở lại Việc tăng trở lại hiệu suất xử lý tâm hoạt động giải phóng khỏi đầu độc ion OH- tác dụng ánh sáng nhờ xúc tác vật liệu tác nhân quang học mà chất hoạt động bề mặt tiếp tục phân hủy (như đề cặp phần lược khảo tài liệu chế phân hủy hợp chất hữu trường hợp diện H2O2) Với nguyên nhân mà vật liệu TiO2 (không có thành phần phụ gia đồng) cho hoạt tính cao ổn định so với vật liệu có phụ gia 4.3 Khả triển khai ứng dụng kết nghiên cứu Từ kết đạt được, nhận thấy rằng: việc triển khai “Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học” mang tính khả thi cao triển khai sử dụng vật liệu việc sử lý nước thải từ khu dân cư ưu điểm vượt trội sau đây: GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  34                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  - Xúc tác có hoạt tính cao; sản xuất dễ dàng với giá thành rẻ; có khả tái sử dụng nhiều lần (đây ưu điểm bậc xúc tác rắn) - Điều kiện xử lý thân thiện với môi trường (pH trung tính, ánh sáng mặt trời…) - Sử dụng nguồn ánh sáng mặt trời (hoặc đèn huỳnh quang) đặc điểm bậc Việt Nam CHƯƠNG KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận: Qua đề tài nghiên cứu này, hoàn tất nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu tổng hợp vật liệu dùng làm xúc tác quang học cho hoạt tính cao cụ thể vật liệu TiO2 có 10% phụ gia (Cu2+) cho hiệu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải cao gần 90% - Đồng thời nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng H2O2 đề xuất chế (có thể) xảy ảnh hưởng ion OH- đến hoạt tính xúc tác vật liệu Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy khả áp dụng GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  35                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  tương lai vật liệu có hoạt tính quang học mà cụ thể với phụ gia Cu2+ TiO2 cho hoạt tính cao thay cho hệ xúc tác quang học cổ điển (TiO2+ H2O2) 5.2 Kiến nghị: Từ kết nghiên cứu, kiến nghị sau: - - Tiến hành xây dựng mô hình xử lý nước thải gia đình với lưu lượng nhỏ tương lai triển khai với mức độ lớn để nghiên cứu hoạt tính xúc tác thời gian dài Nghiên cứu khắc phục ảnh hưởng H2O2 đến hoạt tính xúc tác PHỤ LỤC QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT QUY ĐỊNH CHUNG 1.1 Phạm vi điều chỉnh Quy chuẩn qui định giá trị tối đa cho phép thông số ô nhiễm nước thải sinh hoạt thải môi trường Không áp dụng quy chuẩn nước thải sinh hoạt thải vào hệ thống xử lý nước thải tập trung GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  36                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  1.2 Đối tượng áp dụng Quy chuẩn áp dụng sở công cộng, doanh trại lực lượng vũ trang, sở dịch vụ, khu chung cư khu dân cư, doanh nghiệp thải nước thải sinh hoạt môi trường 1.3 Giải thích thuật ngữ Trong Quy chuẩn này, thuật ngữ hiểu sau: 1.3.1 Nước thải sinh hoạt nước thải từ hoạt động sinh hoạt người ăn uống, tắm giặt, vệ sinh cá nhân 1.3.2 Nguồn nước tiếp nhận nước thải nguồn nước mặt vùng nước biển ven bờ, có mục đích sử dụng xác định, nơi mà nước thải sinh hoạt thải vào QUY ĐỊNH KỸ THUẬT 2.1 Giá trị tối đa cho phép thông số ô nhiễm nước thải sinh hoạt Giá trị tối đa cho phép thông số ô nhiễm nước thải sinh hoạt thải nguồn nước tiếp nhận nước thải không vượt giá trị Cmax tính toán sau: Cmax = C * K Trong đó: Cmax nồng độ tối đa cho phép thông số ô nhiễm nước thải sinh hoạt thải nguồn nước tiếp nhận, tính miligam lít nước thải (mg/l); C giá trị nồng độ thông số ô nhiễm quy định Bảng mục 2.2 K hệ số tính tới quy mô, loại hình sở dịch vụ, sở công cộng chung cư quy định mục 2.3 Không áp dụng công thức tính nồng độ tối đa cho phép nước thải cho thông số pH tổng coliforms 2.2 Giá trị C thông số ô nhiễm làm sở tính toán giá trị tối đa cho phép nước thải sinh hoạt Giá trị C thông số ô nhiễm làm sở tính toán giá trị tối đa cho phép Cmax nước thải sinh hoạt thải nguồn nước tiếp nhận nước thải quy định Bảng GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  37                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  Bảng - Giá trị thông số ô nhiễm làm sở tính toán giá trị tối đa cho phép nước thải sinh hoạt TT Đơn vị Giá trị C Thông số A B − 5-9 5-9 pH BOD5 (20 0C) mg/l 30 50 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 100 Tổng chất rắn hòa tan mg/l 500 1000 Sunfua (tính theo H2S) mg/l 1.0 4.0 Amoni (tính theo N) mg/l 10 Nitrat (NO3-)(tính theo N) mg/l 30 50 Dầu mỡ động, thực vật mg/l 10 20 Tổng chất hoạt động bề mặt mg/l 10 10 Phosphat (PO43-) (tính theo P) 11 Tổng Coliforms mg/l MPN/ 100 ml 3.000 10 5.000 Trong đó: - Cột A quy định giá trị C thông số ô nhiễm làm sở tính toán giá trị tối đa cho phép nước thải sinh hoạt thải vào nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột A1 A2 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt) - Cột B quy định giá trị C thông số ô nhiễm làm sở tính toán giá trị tối đa cho phép nước thải sinh hoạt thải vào nguồn nước GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  38                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột B1 B2 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt vùng nước biển ven bờ) 2.3 Giá trị hệ số K Tuỳ theo loại hình, quy mô diện tích sử dụng sở dịch vụ, sở công cộng, khu chung cư khu dân cư, doanh nghiệp, giá trị hệ số K áp dụng theo Bảng Bảng 2: Giá trị hệ số K ứng với loại hình sở dịch vụ, sở công cộng chung cư Loại hình sở Khách sạn, nhà nghỉ Quy mô, diện tích sử dụng sở Từ 50 phòng khách sạn xếp hạng trở lên Dưới 50 phòng Trụ sở quan, văn phòng, Lớn 10.000m2 trường học, sở nghiên cứu Dưới 10.000m2 Cửa hàng bách hóa, siêu thị Chợ Giá trị hệ số K 1,2 1,0 1,2 Lớn 5.000m2 1,0 Dưới 5.000m2 1,2 Lớn 1.500m2 1,0 Dưới 1.500m2 1,2 Nhà hàng ăn uống, cửa hàng Lớn 500m2 thực phẩm Dưới 500m2 1,0 Cơ sở sản xuất, doanh trại Từ 500 người trở lên lực lượng vũ trang Dưới 500 người 1,0 1,2 Khu chung cư, khu dân cư 1,0 GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  39   Từ 50 hộ trở lên 1,2                                                                                             Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  Dưới 50 hộ 1,2 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Đức Hạ 2002 Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ vừa Hà Nội NXB Khoa học kỹ thuật Trịnh Xuân Lai 2000 Tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải Công ty tư vấn cấp thoát nước số Nhà xuất xây dựng Metcalf & Eddy 2004 Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse Fourth Edition GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  40                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học  Phạm Phát Tân, Nguyễn Thị Dung, Trần Mạnh Trí, 2007 Nghiên cứu điều chế đặc tính xúc tác TiO2 cấy thêm nguyên tố Nitơ nhằm nâng cao hoạt tính quang hóa vùng ánh sáng khả kiến Nhà in Khoa học & Công nghệ, Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam Lâm Minh Triết 2006 Xử lý nước thải đô thị công nghiệp - Tính toán thiết kế công trình TP Hồ Chí Minh NXB Đại học Quốc gia Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung 2006 Các trình oxi hóa nâng cao xử lý nước nước thải sở ứng dụng khoa học NXB Khoa học & Kỹ thuật GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  41                                                                                               [...]... PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu Xử lý chất hoạt động bề mặt trong nước với xúc tác quang trên cơ bản là vật liệu TiO2 3.2 Thời gian nghiên cứu Từ 1/1/2011 đến 1/5/2011 3.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu khả năng oxi hóa của chất xúc tác TiO2 3.4 Nội dung nghiên cứu Khả năng oxi hóa các chất hoạt động bề mặt thành các hợp chất vô cơ không gây ô nhiễm của chất xúc tác quang TiO2 Nghiên cứu ảnh...                                                                                             Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt trong nước thải bằng hệ xúc tác quang học CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) Theo Wikipedia; chất hoạt động bề mặt (surfactant hay surface active agent) là một chất làm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng xét về mặt cấu trúc thì chúng là những phân tử có cấu trúc phân cực; gồm một phần ưa nước và phần... và hiệu quả xử lý phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo của chúng Riêng với chất hoạt động có ion thì quá trình xử lý cũng đơn giản hơn so với chất hoạt động không ion Ở Việt Nam, thì việc sử dụng chất hoạt động bề mặt có ion là phổ biết nhất; trong các phẩm tẩy rửa gia đình, công nghiệp xi mạ, thực phẩm, … Do đó, việc Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt trong nước thải bằng hệ xúc tác quang học là rất...                                                                                             Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt trong nước thải bằng hệ xúc tác quang học 3.6.3 Khả năng xử lý COD của chất xúc tác TiO2 Điều kiện thí nghiệm - Nguyên liệu Nước rửa chén Mỹ Hảo pha loãng 0,0004% ( gồm 400µl nước rửa chén + 1000ml nước cất) Chất xúc tác chất xúc tác TiO2 + phụ gia Thiết bị sử dụng : erlen 250ml, pipet 5ml, bình... ăn mòn quang học ở catốt (photocathodic corrosison) trong quá trình phản ứng quang xúc tác Những chất bán dẫn sufua kim loại cũng không thích hợp làm chất xúc tác GVHD: Nguyễn Trung Thành SVTH: Võ Thị Thanh Trang  17                                                                                               Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt trong nước thải bằng hệ xúc tác quang học quang vì...                                                                                             Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt trong nước thải bằng hệ xúc tác quang học • Từ năm 1996, các Viện thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia đã nghiên cứu công nghệ chế tạo lớp phủ TiO2 có kích thước hạt nano lên một số loại vật liệu dùng để phân huỷ các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm như khói thải, các hoá chất độc hại trong nước thải như thuốc trừ sâu CHƯƠNG...                                                                                             Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt trong nước thải bằng hệ xúc tác quang học Trong phần nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng xúc tác quang học trên cơ bản là TiO2 cùng với phụ gia để mở rộng “band gap” sang vùng nhìn thấy (visible range) với mục đích tận dụng nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời dồi dào (đặc điểm nổi bậc của địa lý Việt nam) từ đó có thể nâng cao...                                                                                             Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt trong nước thải bằng hệ xúc tác quang học Cân chính xác khoảng 5 gam TiO2 rửa nhiều lần với nước cất (khoảng 200ml nước cất) và quá trình này được hỗ trợ bởi hệ thống lọc chân không Giai đoạn 2: rửa với acid khoảng 1 giờ mục đích loại bỏ những chất bẩn không hòa tan trong nước và làm tăng độ dính bám của chất phụ gia ở giai đoạn sau Sau đó rửa lại bằng nước. ..                                                                                             Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt trong nước thải bằng hệ xúc tác quang học dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl *OH được tao ra ngay trong quá trình xử lý Gốc hydroxyl là tác nhân oxi hóa mạnh nhất trong số các tác nhân oxi hóa được biết từ trước đến nay, có khả năng phân hủy oxi hóa mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại khó phân hủy nhất, chuyển hóa chúng thành các hợp chất vô cơ không...                                                                                             Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt trong nước thải bằng hệ xúc tác quang học khoáng hóa hòan tòan chất ô nhiễm hữu cơ như yêu cầu đã đặt ra (Trần Mạnh Trí,2006) d Ozon (O3) Ozon là chất oxi hóa mạnh nhất trong các chất oxi hóa thông dụng kể trên Nó được sử dụng làm chất khử trùng, phân hủy các chất hữu cơ hoặc để khử màu nước thải, khử mùi hôi, khử sắt hoặc mangan,….Ưu ...                                                                                             Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học DANH SÁCH HÌNH - Hình 2.1: Cấu tao chất hoạt động bề mặt Hình 2.2: Hình dạng cầu hình phẳng cụm chất hoạt động bề mặt. ..                                                                                             Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học CHƯƠNG LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) Theo Wikipedia; chất hoạt động bề mặt (surfactant...                                                                                             Nghiên cứu xử lý chất hoạt động bề mặt nước thải hệ xúc tác quang học 3.6.1 Rửa chất mang 23 3.6.2 Tổng hợp chất xúc tác: 25 3.6.3 Khả xử lý COD chất xúc tác TiO2