Nước thải phòng thí nghiệm (PTN) là các loại nước thải phát sinh từ hoạt động thí nghiệm, thử nghiệm trong PTN ở các cơ quan, trường học, bệnh viện,… Loại nước thải này chứa một lượng lớn các chất hóa học, dung môi hữu cơ, vi khuẩn, vi rút, kim loại nặng và các chất ô nhiễm khác,… có khả năng gây ô nhiễm và ngộ độc đến hệ sinh thái trong nguồn tiếp nhận.
Đặt vấn đề
Riêng nước thải thí nghiệm từ PTN hóa học chứa các dung môi hữu cơ (ethanol, methanol, aceton, xylen, benzen…), các loại a-xít hoặc ba-zơ (HCl, HNO3, Formandehyt, n-Hecxan, hydroxil…), chất tẩy rửa (Cloramin B, cồn, Alcohol…), các loại phẩm màu, chất chuẩn, dung dịch chất chuẩn,… Do đó, nó có tính chất hóa học phức tạp và độc tính cao hơn so với các loại nước thải khác và không thể xử lý bằng công nghệ sinh học truyền thống. Một số biện pháp xử lý nước thải PTN hóa học đã được nghiên cứu bao gồm xử lý hóa lý (keo tụ tạo bông), hấp phụ và các quá trình oxy hóa nâng cao (quá trình fenton, ozone,…).
Công nghệ oxy hóa nâng cao (AOPs) được ứng dụng rộng rãi ở Mỹ và châu Âu vào thập niên ‘90, trong đó quá trình oxy hóa sử dụng tác nhân ozone được chú ý hơn cả do tính năng oxy hóa rất mạnh, nhất là khi kết hợp với nhóm hóa học khác. Do đó chúng được ứng dụng rộng rãi để xử lý các loại nước thải có tính chất độc hại, chứa nhiều kim loại nặng, các chất hữu cơ và vô cơ bền vững. Để đạt được hiệu quả cao hơn trong việc loại bỏ những thành phần chất ô nhiễm phức tạp, khó xử lý trong nước thải PTN hóa học, quá trình AOPs được kết hợp với quá trình keo tụ tạo bông. Ở nước ta, loại công nghệ kết hợp này đã được thử nghiệm xử lý một số loại nước thải công nghiệp cho thấy những tính năng xử lý chất thải độc hại vượt trội và tiết kiệm chi phí xử lý (Nguyễn Như Sang và ctv.., 2012; Nguyễn Văn Phước và ctv, 2010; Ngô Chính Quân, 2002). Nghiên cứu này nhằm khảo sát các thông số vận hành thích hợp của hệ oxy hóa nâng cao Peroxone (O3/H2O2) với xúc tác Fe2+ xử lý nước thải thí nghiệm từ các PTN liên quan đến hóa học.
Phương pháp nghiên cứu
Thu mẫu nước thải từ PTN Hóa Kỹ thuật Môi trường - Trường Đại học Cần Thơ để đánh giá nồng độ ô nhiễm qua các thông số: pH, độ màu, EC, COD.
Hình 1. Thông số thiết kế của mô hình thí nghiệm
.jpg)
.jpg)
Mô hình thí nghiệm: thiết kế, chế tạo mô hình ở quy mô phòng thí nghiệm phù hợp để xử lý nước thải theo quy trình kết hợp keo tụ - ozone.
Tiến hành thí nghiệm: bố trí 3 nghiệm thức (NT) thí nghiệm và 1 NT đối chứng. Các thí nghiệm đều lặp lại 03 lần để tăng độ tin cậy của kết quả nghiên cứu. Trình tự tiến hành các thí nghiệm như sau:
Xác định liều lượng hóa chất phù hợp xử lý nước thải của nhóm keo tụ gốc Fe2+
Xác định ngưỡng pH phù hợp xử lý nước thải của nhóm keo tụ gốc Fe2+
Xác định thời gian phản ứng thích hợp của O3 trong hệ keo tụ - ozone
Xác định tỉ lệ O3/H2O2 với liều lượng xúc tác Fe2+ cố định xử lý nước thải (sau giai đoạn tiền xử lý);
Xác định tỉ lệ O3/H2O2 với các liều lượng xúc tác Fe2+ khác nhau xử lý nước thải (sau giai đoạn tiền xử lý);
Tổng hợp, xử lý và đánh giá số liệu, đề xuất qui trình công nghệ xử lý sơ cấp cho nước thải thí nghiệm.
Kết quả - thảo luận
Mẫu nước thải từ PTN được thu thập và phân tích để đánh giá nồng độ ô nhiễm. Nguồn phát sinh nước thải chủ yếu từ hoạt động phân tích mẫu và nước vệ sinh dụng cụ, thiết bị thí nghiệm sau khi thực hiện các hoạt động phân tích mẫu.
Thí nghiệm 1: Xác định liều lượng phù hợp của nhóm chất keo tụ gốc Fe2+
Các thông số vận hành thí nghiệm 1 như sau:
Cố định pH = 7,5 (trị số pH tối ưu của quá trình Peroxone nằm trong khoảng 7 - 8)
Thời gian phản ứng t = 45 phút; tỉ lệ O3/H2O2 = 1/1
Hóa chất: FeSO4.7H2O (98%), H2O2 (30%)
Liều lượng hóa chất xúc tác Fe2+: 50 mg/L, 80 mg/L, 100 mg/L, 150 mg/L (tham khảo từ các nghiên cứu có liên quan)
Bảng 1. Nồng độ ô nhiễm trong nước thải đầu vào
.jpg)
Hình 2. Kết quả xác định liều lượng hóa chất phù hợp
.jpg)
Hình 3. Kết quả xác định thời gian phản ứng phù hợp
.jpg)
Hình 4. Kết quả xác định tỉ lệ O3/H2O2 phù hợp
.jpg)
Kết quả phân tích các mẫu nước của thí nghiệm này trình bày ở Hình 2. Khi gia tăng lượng hóa chất sử dụng, hiệu suất xử lý của mô hình gia tăng tuyến tính với hệ số R2 0,99. Chọn liều lượng hóa chất xúc tác Fe2+ là 150 mg/L để tiến hành thí nghiệm tiếp theo.
Thí nghiệm 2: xác định thời gian phản ứng phù hợp của O3 trong hệ keo tụ - ozone
Các thông số vận hành thí nghiệm 2 như sau:
Cố định pH = 7,5; tỉ lệ O3/H2O2 = 1/1
Liệu lượng Fe2+ chọn từ thí nghiệm 1 là 150 mg/L
Hóa chất: FeSO4.7H2O (98%); H2O2 (30%)
Thời gian phản ứng (sục ozone): Thực hiện với các ngưỡng 30, 45, 60, 75 phút
Kết quả vận hành các nghiệm thức trình bày ở Hình 3. Hiệu suất xử lý các thông số ô nhiễm gia tăng tuyến tính ở các nghiệm thức sục ozzone từ 30 phút lên đến 60 phút. Tuy nhiên nghiệm thức 75 phút chỉ tăng rất thấp hiệu suất xử lý độ đục và COD, riêng hiệu suất xử lý độ màu giảm so với nghiệm thức 60 phút. Do đó chọn ngưỡng thời gian phản ứng 60 phút để tiến hành thí nghiệm tiếp theo.
Thí nghiệm 3: Xác định tỉ lệ O3/H2O2 thích hợp trong hệ Peroxone
Các thông số vận hành thí nghiệm 3 như sau:
Cố định pH = 7,5
Lượng Fe2+ chọn từ thí nghiệm 1 là 150 mg/L; thời gian phản ứng chọn theo thí nghiệm 2 là 60 phút
Hóa chất: FeSO4.7H2O (98%); H2O2 (30%)
Tỉ lệ O3/H2O2: chọn thí nghiệm với các tỉ lệ 1/2, 1/3, 1/4, 1/5
Hình 4, trình bày kết quả thí nghiệm xác định tỉ lệ O3/H2O2 thích hợp trong hệ Peroxone. Khi giảm tỷ lệ O3/H2O2, hiệu suất xử lý độ đục tăng không đáng kể, nhưng hiệu suất xử lý độ màu và COD gia tăng tương ứng từ 76,8% đến 85,4% và từ 68,4% đến 75,6%. Kết quả này tương đương với hiệu suất xử lý COD nhưng thấp hơn hiệu suất xử lý độ màu của nước thải sản xuất cà phê được báo cáo bởi Nguyễn Như Sang và ctv. (2012). Nghiên cứu của Ngô Chinh Quân (2002) trên nước thải chứa benzen ghi nhận hiệu suất xử lý COD chỉ đạt 61 - 86% tương đương với kết quả của nghiên cứu này.
Có thể thấy, khi giảm lượng cung cấp H2O2 thì hiệu suất xử lý nước thải tăng lên; nói cách khác hiệu suất xử lý nước thải gia tăng với lượng gia tăng của thành phần O3 thêm vào. Do đó, chọn tỉ lệ O3/H2O2 ở mức 1/5 là giá trị phù hợp trong hệ Peroxone để xử lý nước thải PTN hóa học.
Kết luận - kiến nghị
Nước thải PTN hóa học với những thành phần chủ yếu là các chất khó phân hủy sinh học nên không thể xử lý bằng công nghệ sinh học truyền thống. Nghiên cứu này đã thử nghiệm mô hình xử lý nước thải PTN hóa học ở quy mô phòng thí nghiệm và xác định một số thông số vận hành tối ưu bao gồm: pH = 7,4, liều lượng hóa chất xúc tác Fe2+ là 150 mg/L, thời gian phản ứng của O3 là 60 phút, tỉ lệ O3/H2O2 là 1/5. Mô hình vận hành đạt kết quả xử lý rất cao với hiệu suất 97,5 ± 0,5% độ đục, 81,4 ± 4,1% độ màu, 71,7 ± 3,1% COD. Nước thải sau khi xử lý đã đạt cột B của QCVN 40:2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.
Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được thực hiện trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở Trường Đại học Cần Thơ (mã số T2023-39). Nhóm tác giả chân thành cảm ơn!
Tài liệu tham khảo
Nguyễn Như Sang, Huỳnh Ngọc Loan, Lê Dung (2012). So sánh hiệu quả xử lý độ màu và chất hữu cơ trong nước thải sản xuất cà phê bột hòa tan sử dụng quá trình O3, H2O2 và O3/H2O2. Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh 15(M1) 17-28;
Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thị Thanh Phượng (2010). Nghiên cứu xử lý nước thải cồn bằng hệ quang hóa - ozone (UV/O3). Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh 13(M2) 40-53;
Ngô Chỉnh Quân (2002). Nghiên cứu phương pháp oxy hóa dẫn xuất clo của hợp chất thơm bằng ozone. Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
HUỲNH LONG TOẢN*, PHAN THANH THUẬN, NGUYỄN TRƯỜNG THÀNHH
Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên - Trường Đại học Cần Thơ
Liên hệ: Huỳnh Long Toản hltoan@ctu.edu.vn
Nguồn: Tạp chí Tài nguyên và Môi trường số 22 (Kỳ 2 tháng 11) năm 2024
Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu giải pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) bền vững cho Việt Nam thông qua tích hợp công nghệ vi sinh (phân hủy sinh học) và nhiệt phân. Trước áp lực gia tăng rác đô thị và yêu cầu phát triển kinh tế tuần hoàn, phương pháp này được đề xuất nhằm tận dụng tài nguyên từ rác, giảm chôn lấp và phát thải.
Nếu ở Kỳ 1, độc giả đã thấy những định hướng chiến lược và công nghệ xanh mở ra lối đi mới cho nông nghiệp Việt, thì đến Kỳ 2, điểm nhấn lại nằm ở những giải pháp cụ thể. Từ phòng thí nghiệm, nhiều nghiên cứu khoa học đã bước ra thực tiễn, đồng hành cùng doanh nghiệp, tạo nên các mô hình thành công: từ công nghệ bảo quản mới, chế biến cà phê hiện đại, đến kinh tế tuần hoàn phụ phẩm tôm và nâng tầm sản phẩm truyền thống như nước mắm. Đây chính là những hạt nhân giúp nông sản Việt gia tăng giá trị và chinh phục thị trường quốc tế.
Cao chloroform của Bí kỳ nam (Hydnophytum formicarum Jack.) được sắc ký cột với các hệ dung môi có độ phân cực khác nhau và kết hợp với kỹ thuật sắc ký lớp mỏng để thực hiện quá trình phân lập và tinh sạch các hợp chất. Cấu trúc của các hợp chất được xác định bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân và kết hợp so sánh với tài liệu tham khảo. Ba hợp chất được tinh sạch và xác định cấu trúc bao gồm luteolin (1), quercetin (2) và quercitrin (3).
Hoạt tính xua đuổi hiệu quả của p-menthan-3,8-diol (PMD) đã được chứng minh là hiệu quả an toàn cho sức khỏe, tuy nhiên, hợp chất này vẫn chưa được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Đã có một số công trình nghiên cứu khảo sát tổng hợp PMD chủ yếu sử dụng xúc tác acid H2SO4 loãng với các điều kiện phản ứng khác nhau về thời gian và nhiệt độ.
Cháy nổ trong sinh hoạt dân dụng vẫn là một vấn đề nhức nhối tại Việt Nam, gây ra những thiệt hại nặng nề về người và tài sản do sự bất cẩn hoặc lỗi thiết bị điện. Các hệ thống cảnh báo cháy truyền thống thường có độ trễ cao, chỉ phản ứng khi cháy đã xảy ra rõ ràng, dễ gây báo động giả và thiếu khả năng cảnh báo từ xa.
Khu vực đảo Palawan (Philippine), Sempoma SABAH (Malaysia) nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với hai mùa mưa, mùa khô rõ rệt. Tại Palawan, trung bình năm nhiệt độ không khí 28,50C, độ ẩm trung bình 58,4%, tổng lượng mưa 2.920 mm, tổng số giờ nắng trong khoảng 2,180 - 2,307h, nhiệt độ nước biển 29,30C và độ muối nước biển 33,3‰.
