Nghiên cứu xử lí nước thải bằng TiO2 – triển khai xử lí nước thải chợ, rỉ rác và chăn nuôi heo

Tài liệu Nghiên cứu xử lí nước thải bằng TiO2 – triển khai xử lí nước thải chợ, rỉ rác và chăn nuôi heo: TAÏP CHÍ ÑAÏI HOÏC SAØI GOØN Soá 10 - Thaùng 6/2012 NGHIÊN CỨU XỬ LÍ NƯỚC THẢI BẰNG TiO2 –TRIỂN KHAI XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỢ, RỈ RÁC VÀ CHĂN NUÔI HEO PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN (*) LÊ PHÚC NGUYÊN (**) TÓM TẮT Bài báo trình bày nội dung nghiên cứu khả năng xử lí các hợp chất hữu cơ khó hoặc không phân huỷ sinh học (POPs-Persistent Organic Pollutants) dựa vào chỉ tiêu nhu cầu oxy hoá học (COD-Chemical Oxygen Demand) có trong các nguồn nước thải bằng hệ quang xúc tác TiO2. Các nghiên cứu được thực hiện trên hai nguồn nước thải là nguồn tự tổng hợp và nguồn thải thật cùng năm loại TiO2 có cấu trúc anatase với nguồn gốc xuất xứ khác nhau trong ba điều kiện chiếu xạ là UV, Vis và tối (không có chiếu xạ). Năm loại nước thải tổng hợp được pha chế từ năm hợp chất hoá học tương ứng là kali hydrophtalat, phenol, anilin, etanol và acid acetic. Ba đối tượng nước thải thật được chọn nghiên cứu là nước thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức, nước rỉ rác bãi rác Phước Hiệp – Củ Chi và nước ...

pdf8 trang | Chia sẻ: quangot475 | Lượt xem: 221 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu xử lí nước thải bằng TiO2 – triển khai xử lí nước thải chợ, rỉ rác và chăn nuôi heo, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TAÏP CHÍ ÑAÏI HOÏC SAØI GOØN Soá 10 - Thaùng 6/2012 NGHIÊN CỨU XỬ LÍ NƯỚC THẢI BẰNG TiO2 –TRIỂN KHAI XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỢ, RỈ RÁC VÀ CHĂN NUÔI HEO PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN (*) LÊ PHÚC NGUYÊN (**) TÓM TẮT Bài báo trình bày nội dung nghiên cứu khả năng xử lí các hợp chất hữu cơ khó hoặc không phân huỷ sinh học (POPs-Persistent Organic Pollutants) dựa vào chỉ tiêu nhu cầu oxy hoá học (COD-Chemical Oxygen Demand) có trong các nguồn nước thải bằng hệ quang xúc tác TiO2. Các nghiên cứu được thực hiện trên hai nguồn nước thải là nguồn tự tổng hợp và nguồn thải thật cùng năm loại TiO2 có cấu trúc anatase với nguồn gốc xuất xứ khác nhau trong ba điều kiện chiếu xạ là UV, Vis và tối (không có chiếu xạ). Năm loại nước thải tổng hợp được pha chế từ năm hợp chất hoá học tương ứng là kali hydrophtalat, phenol, anilin, etanol và acid acetic. Ba đối tượng nước thải thật được chọn nghiên cứu là nước thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức, nước rỉ rác bãi rác Phước Hiệp – Củ Chi và nước thải chăn nuôi heo. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi nồng độ COD của các nguồn nước thải được giữ cố định ở 200 ppm (20010-4 %) thì thời gian tối ưu để phản ứng quang xúc tác xảy ra đến giai đoạn bão hoà là 3 giờ, hàm lượng xúc tác tối ưu là 2g TiO2/1lít dung dịch nghiên cứu, TiO2 của Merck cho hoạt tính tốt nhất và phản ứng quang hoá cho hiệu quả xử lí tốt nhất trong điều kiện có chiếu xạ UV. Hiệu quả xử lí trên nguồn nước thải thật cao hơn so với nguồn tổng hợp. Các hợp chất hữu cơ có vòng thơm được xử lí dễ dàng hơn so với các hợp chất không vòng. Các hợp chất acid hữu cơ được xử lí tốt hơn so với các hợp chất có tính bazơ. Từ khoá: Nước thải, hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy và hệ quang xúc tác TiO2. ABSTRACT The paper reports the research on using TiO2 photocatalytic system to treat persistent organic pollutants (POPs) based on chemical oxygen demand (COD) in waste water. The study was carried out on two kinds of wastewater sources, which were the synthetic organic compounds (potassium hydrogen phtalate, phenol, aniline, ethanol and acetic acid) and the actual wastewaters (market, rubbish and swine wastewaters) and five different types of TiO2 in three radioactive conditions (UV, Vis and dark). The results showed that TiO2 photocatalytic system was able to handle POPs in waste water (fixed COD concentration, 200 ppm). Among UV, Vis and dark systems, the activity of TiO2 catalyst in UV system was the best. The TiO2 catalyst concentration and reaction time met the optimum condition at 2 g/l and 3 hours, respectively. The TiO2 Merck catalyst had the highest activity among five different types of TiO2 catalyst. The aromatic organic compounds were treated more easily than the non ones. The organic acid compound treatment was better than the base substances. Keywords: Waste water, persistent organic pollutants (POPs) and TiO2 photocatalytic system. (*)TS, Trường Đại học Sài Gòn (**)TS, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển chế biến Dầu khí , Viện Dầu khí Việt Nam LÊ PHÚC NGUYÊN – PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN 1. MỞ ĐẦU Công nghiệp hoá, hiện đại hoá đã góp phần nâng cao cuộc sống vật chất và tinh thần của con người nhưng đồng thời cũng tác động đến toàn bộ môi trường tự nhiên của hành tinh chúng ta . Tài nguyên nước đang bị tác động nặng nề do sự phát triển kinh tế không bền vững. Chính vì thế, vấn đề được đặt ra là cần có những công nghệ hữu hiệu xử lí triệt để các chất ô nhiễm trong nước thải, đặc biệt là các chất ô nhiễm hữu cơ bền POPs để có thể thu hồi lại nước sạch từ các nguồn thải khác nhau nhằm đảm bảo đủ nguồn nước cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất. Các quá trình oxy hoá nâng cao (AOPs – Advanced Oxidation Processes) là các quá trình phát sinh các gốc tự do •OH kém bền và có thế oxy hoá rất cao (2,8V) để xử lí POPs trong nước ở nhiệt độ phòng. AOPs được xem là những công nghệ nổi bật trong xử lí các chất hữu cơ ô nhiễm trong nước thải nhờ không gây ô nhiễm thứ cấp như các phương pháp khác. Trong số các AOPs thì quá trình xúc tác quang đang được ứng dụng rộng rãi trong xử lí môi trư ờng. Đặc điểm nổi bật của quá trình xúc tác quang là các chất hữu cơ có thể đạt đến mức vô cơ hoá hoàn toàn, không phát sinh ra bùn bã thải, chí phí đầu tư và vận hành thấp, thực hiện trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường, có thể sử dụng nguồn UV nhân tạo hoặc thiên nhiên và không cần dùng thêm bất cứ loại hoá chất oxy hoá nào [1-4]. Đối với quá trình quang xúc tác trên nền TiO2 thì ngoài các ưu điểm giống như các AOPs khác, xúc tác TiO2 là một loại hoá chất phổ biến, không độc, bền hoá học với quá trình quang xúc tác, ít bị ảnh hưởng bởi pH và có thể tái sử dụng [1,5]. Quá trình quang xúc tác trên nền TiO2 đã được quan tâm và nghiên cứu rộng rãi trên thế giới ngày nay trong quá trình xử lí nước thải [1,5,6]. Trong giới hạn của bài báo này, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu khả năng của hệ xúc tác quang TiO2 trong quá trình xử lí POPs dựa vào chỉ tiêu nhu cầu oxy hoá học (COD) có trong ba loại nước thải chưa được nghiên cứu xử lí trước đây là nước thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức, nước rỉ rác tại bãi rác Phước Hiệp – Củ Chi và nước thải chăn nuôi heo. Nghiên cứu triển khai xử lí các nguồn nước thải tổng hợp tự pha chế từ một số hợp chất hữu cơ đại diện về cấu trúc hoá học như hợp chất có tính acid, bazơ, có và không có vòng thơm để so sánh với khả năng xử lí trên nguồn nước thải tự nhiên. Ngoài ra, nghiên cứu cũng khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng quang hoá như thời gian tối ưu, hàm lượng chất xúc tác, hoạt tính của chất xúc tác, bước sóng và cường độ bức xạ đồng thời cũng lưu ý đến các yếu tố nhiệt độ, pH và tính chất hoá học của các nguồn nước thải. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Nguồn nước thải Nghiên cứu sử dụng hệ quang hoá xúc tác TiO2 để xử lí POPs (dựa vào chỉ tiêu COD) có trong hai nguồn nước thải là nguồn tự tổng hợp và tự nhiên. Đối với nguồn thải tự tổng hợp, năm hợp chất là kali hydrophtalat (kí hiệu là KHP), phenol, anilin, etanol và acid acetic (kí hiệu là Aacetic) được chọn nghiên cứu. Đầu tiên tiến hành pha dung dịch, xác định COD ban đầu của các dung dịch này, sau đó tiến hành pha dung dịch thải có nồng độ COD là 200 ppm (200×10-4 %). Đối với nguồn thải tự nhiên, chúng tôi chọn nghiên cứu trên ba đối tượng là nước thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức (mẫu được lấy tại bể điều hoà của trạm xử lí nước thải LÊ PHÚC NGUYÊN – PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN của chợ, kí hiệu là NTC), nước rỉ rác tại bãi rác Phước Hiệp – Củ Chi (mẫu được lấy tại hồ chứa nước rỉ rác, kí hiệu là NRR) và nước thải chăn nuôi heo (mẫu được lấy sau hệ thống xử lí USBF, kí hiệu là NTH). Các mẫu nước thải được lọc để loại bỏ các chất rắn lơ lửng rồi phân tích chỉ tiêu COD ban đầu, sau đó tiến hành pha dung dịch thải có nồng độ COD là 200 ppm. 2.2. Hoá chất và dụng cụ Anatase là pha có hoạt tính quang hoá mạnh nhất trong ba dạng tồn tại của TiO2 nên được chọn làm xúc tác. Năm loại TiO2 với cấu trúc anatase có nguồn gốc khác nhau được chọn khảo sát là TiO2 Trung Quốc (Ti-T), TiO2 Merck (Ti-M), TiO2 Merck biến tính với KF (Ti-MKF), TiO2 Merck sốc nhiệt khoảng năm phút ở 500 và 9500C (Ti-M500 và Ti-M950). Phương pháp nung sốc nhiệt ở 500 và 9500C bằng máy carbolite. Các hoá chất và dụng cụ dùng cho phân tích COD. 2.3. Mô hình thí nghiệm Mô hình thí nghiệm được thực hiện trên ba hệ là hệ có chiếu UV, hệ có chiếu Vis và hệ tối. Đối với hệ UV và Vis, mỗi mô hình thí nghiệm gồm thùng xốp hình chữ nhật với kích thước 70x50cm và đèn UV (loại UV – A, bước sóng từ 320 - 380nm, công suất 15W) hoặc đèn Vis (bước sóng từ 400 - 700nm, công suất 15W). Ngoài ra, mỗi thùng được dán giấy bạc chắn sáng để loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng khác. Trên mỗi nắp thùng tiến hành khoét hai lỗ, trong đó một lỗ để cánh khuấy với tốc độ 500 vòng/phút và lỗ còn lại có nắp đậy để rút mẫu tiến hành xác định COD và quan sát xem cánh khuấy có hoạt động bình thường hay không để kịp thời điều chỉnh. Mỗi đèn được bố trí cố định ngay phía trên becher đựng dung dịch thải nhằm cung cấp photon cho quá trình quang xúc tác. Đối với hệ tối (không có chiếu xạ) thì mô hình thí nghiệm được bố trí tương tự như hai hệ trên nhưng khác là không có chiếu sáng. Mô hình thí nghiệm xử lí nước thải bằng hệ quang xúc tác TiO2 trong ba điều kiện chiếu UV, Vis và tối được trình bày trong hình 1. !!! Text Text Rút mẫu Hình 1. Mô hình thí nghiệm xử lí nước thải của ba hệ UV, Vis và tối 2.4. Phương pháp thực hiện Mỗi lần chạy mô hình được tiến hành cùng một lúc trên ba hệ UV, Vis và tối nhằm giảm bớt sai số từ mỗi lần pha dung NGHIÊN CỨU XỬ LÍ NƯỚC THẢI BẰNG TiO2 4 dịch. Dung dịch thải (250ml, nồng độ COD là 200 ppm) và TiO2 cần dùng được cho vào 3 becher, khuấy đều. Đặt 3 becher vào ba mô hình tương ứng cho ba hệ UV, Vis và tối. Trong quá trình chạy mô hình, định kỳ sau một giờ là lấy 10 ml mẫu đem phân tích thông số COD để tính toán hiệu suất phản ứng. Phương pháp lấy mẫu và phân tích chỉ tiêu COD dựa trên phương pháp chuẩn[7]. Các mẫu TiO2 được biến tính bằng phương pháp sốc nhiệt ở 2 nhiệt độ là 950 và 500°C. Nguyên tắc của phương pháp này rất đơn giản, mẫu được lưu trong thời gian rất ngắn (5 phút) ở nhiệt độ cao, sau đó mẫu được rút ra khỏi lò nung và sẽ hạ nhiệt độ rất nhanh khi tiếp xúc với nhiệt độ phòng để có thể tạo ra được sự tương tác nhanh với bề mặt và tạo ra các khuyết tật bề mặt. Với thời gian lưu mẫu rất ngắn, quá trình chuyển pha từ anatase sang rutile chỉ có thể xảy ra với một hàm lượng rất nhỏ trên bề mặt. Một số kết quả cho thấy việc hiện diện đồng thời cả hai pha anatase và rutile (hàm lượng thấp) có thể cho hoạt tính quang xúc tác cao hơn so với chỉ có một pha anatase, xúc tác thương mại cho hoạt tính quang xúc tác rất cao hiện nay là P25 cũng bao gồm hỗn hợp 2 pha anatase (70-80%) và rutile (20-30%). Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy điều kiện sốc nhiệt ở 950°C có thể đã tạo được các khuyết tật trên bề mặt hoặc tạo được hỗn hợp anatase/rutile trên bề mặt phù hợp cho quá trình xúc tác quang hơn việc sốc nhiệt ở 500°C [8]. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết quả nghiên cứu khả năng xử lí POPs-dựa vào chỉ tiêu COD-có trong hai nguồn nước thải là nguồn tự tổng hợp và nguồn nước thải thật bằng hệ quang xúc tác TiO2 cho thấy khi nồng độ COD của nước thải được giữ cố định ở 200 ppm thì thời gian tối ưu để phản ứng quang xúc tác xảy ra đến giai đoạn bão hoà là 3 giờ, hàm lượng xúc tác tối ưu là 2g TiO2/1lít dung dịch nghiên cứu, TiO2 của Merck cho hiệu quả xử lí tốt nhất và các nguồn nước thải được xử lí hiệu quả nhất trong điều kiện chiếu xạ UV. Thời gian tối ưu để phản ứng quang xúc tác xảy ra đến giai đoạn bão hoà được chọn lựa khảo sát vì khi xác định được khoảng thời gian nào để quá trình quang xúc tác xảy ra tối ưu thì sẽ giảm thời gian xử lí và điện năng, góp phần làm giảm chi phí xử lí nước nhiễm bẩn. Nhằm khảo sát thời gian tối ưu của phản ứng, chúng tôi tiến hành thực hiện phản ứng quang hoá trên nước thải tự tổng hợp KHP (COD là 200 ppm) với các hàm lượng xúc tác thay đổi từ 0,5-1,5 gam TiO2 Merck /250ml trong 4 giờ đồng thời trên ba hệ UV, Vis và tối. Kết quả cho thấy với hàm lượng xúc tác 0,5gam TiO2 Merck /250ml trong 3 giờ đầu thì chỉ tiêu COD giảm đáng kể và trong giờ thứ 4 thì hầu như không giảm nữa. Lập lại mô hình thí nghiệm với hàm lượng xúc tác tăng lên gấp đôi (1 gam TiO2 Merck /250ml) và gấp ba (1,5 gam TiO2 Merck /250ml) kết quả vẫn cho thấy điểm tối ưu tương ứng với 3 giờ. Như vậy, quá trình quang xúc tác xảy ra mạnh trong 3 giờ đầu và gần như đã đạt được hiệu suất oxy hoá các chất hữu cơ tối đa. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ COD theo thời gian phản ứng của mẫu KHP với 0,5 gam Ti-M được trình bày trong hình 2. Thời gian 3 giờ có thể xem là khoảng thời gian tối ưu cho quá trình quang xúc tác, do đó trong các phần nghiên cứu còn lại chúng tôi tiến hành chạy mô hình trong 3 giờ. LÊ PHÚC NGUYÊN – PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN ! 0! 50! 100! 150! 200! 250! 0! 30! 60! 90! 120! 150! 180! 210! 240! Thời gian (phút)! Nồ ng độ CO D( ppm )! (pp m)! Tối! Vis! UV! ! 0! 50! 100! 150! 200! 250!0! 3 0! 60! 90! 1 20! 150! 180! 2 10! 240! Thờigian(ph út)! Nồng độ COD (ppm)! (ppm)! Tố i! Vis! UV! 50 15 Te 20 Nồ ng độ CO D( ppm )! (pp m)! Hình 2: Khảo sát thời gian phản ứng tối ưu của mẫu KHP với 0,5g Ti -M Trong quá trình quang xúc tác dị thể, hàm lượng chất xúc tác là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy quang hoá. Để nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xúc tá c đối với quá trình quang phân hủy các hợp chất hữu cơ chúng tôi tiến hành thực hiện phản ứng quang hoá trên các loại nước thải với các hàm lượng xúc tác thay đổi 0,5g, 1g và 1,5g TiO2 Merck /250ml dung dịch trong 3 giờ đồng thời trên ba hệ UV, Vis và tối. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi tăng hàm lượng xúc tác thì hiệu suất quang phân hủy các hợp chất hữu cơ đều tăng nhưng chỉ đến một giới hạn nhất định. Điều này có thể giải thích dựa vào tâm hoạt động trên bề mặt TiO2 và khả năng truyền sáng vào dung dịch. Khi hàm lượng xúc tác tăng sẽ làm cho tâm hoạt động tham gia phản ứng tăng nhưng khi đã đủ tâm hoạt động thì hiệu suất phân huỷ không tăng lên nữa. Mặt khác, TiO2 rất dễ kết tụ lại sẽ làm cho một phần bề mặt TiO2 không thể hấp thụ ánh sáng cũng như hấp phụ các chất hữu cơ dẫn đến hiệu suất phản ứng cũng giảm đi. Sự chênh lệch hiệu suất phân hủy các hợp chất hữu cơ trong các nguồn nước thải với các hàm lượng xúc tác TiO2 giữa 0,5g, 1g và 1,5g TiO2/250ml dung dịch là không lớn (khoảng 5-7%), do đó trong các nghiên cứu chúng tôi thường chọn 2g TiO2/lít dung dịch. Bước sóng và cường độ bức xạ có ảnh hưởng rất lớn đến động học quá trình quang xúc tác trên TiO2. Hiệu suất phản ứng trong điều kiện chiếu xạ UV là cao nhất. Kết quả ở hình 3 cho thấy sự chênh lệch hiệu suất phản ứng quang hoá của hai hệ UV và Vis vào khoảng 15%. Điều này mở ra một triển vọng là sử dụng năng lượng mặt trời, nguồn năng lượng sạch và vô tận, cho quá trình xúc tác quang hoá để xử lí nước thải, đặc biệt là dùng để xử lí POPs. Ánh sáng mặt trời vừa có ánh sáng khả kiến và cả ánh sáng chứa tia cực tím nên nếu sử dụng nguồn năng lượng sạch này thì quá trình xử lí sẽ xảy ra đồng thời cả hai quá trình là quá trình quang xúc tác (UV/TiO2) và quá trình phân hủy cảm quang (Vis/TiO2). Do đó, hiệu suất phản ứng sẽ đáng kể khi sử dụng nguồn bức xạ từ ánh sáng mặt trời. LÊ PHÚC NGUYÊN – PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN 0% 20% 40% 60% 80% KHP Phenol Anilin Etanol Aacetic NRR NTC NTH H iệ u su ất ph ản ứn g UV Vis Tối Hình 3: So sánh hiệu suất phản ứng giữa các nguồn nước thải khác nhau Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy với cùng nồng độ COD ban đầu nhưng hiệu quả xử lí của các nguồn thải tự nhiên cao hơn nhiều so với nguồn tự tổng hợp, điều này mở ra triển vọng ứng dụng cao vào thực tế. Các hợp chất có vòng cho hiệu quả xử lí cao hơn so với các hợp chất không vòng. Các hợp chất có tính acid sẽ được xử lí hiệu quả hơn các hợp chất có tính bazơ. Như vậy, các nguồn thải khác nhau dù cùng nồng độ nhưng có ảnh hưởng khác nhau lên hiệu suất phản ứng, điều này cho thấy chính thành phần và tính chất hoá học khác nhau của các nguồn nước thải đã ảnh hưởng lên hiệu suất phản ứng. Mức độ ảnh hưởng của thành phần và tính chất hoá học của các nguồn nước thải lên hiệu suất phản ứng cũng được trình bày ở hình 3. Ảnh hưởng của hoạt tính của các loại TiO2 đến hiệu suất phản ứng quang hoá được thực hiện trên các loại nước thải (COD là 200 ppm) với các hàm lượng xúc tác là 2g TiO2/1lít dung dịch trong 3 giờ đồng thời trên ba hệ UV, Vis và tối. TiO2 được thay đổi lần lượt bằng 5 loại TiO2 có xuất xứ khác nhau. Tổng thể so sánh hiệu suất xử lí giữa các loại TiO2 đối với các loại nước thải thì Ti-M cho hiệu quả xử lí tốt nhất, tiếp theo đó là Ti-M950. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu cụ thể trên các loại nước thải khác nhau cho thấy thứ tự ảnh hưởng của hoạt tính TiO2 có khác nhau trên hai loại TiO2 là Ti-M500 và Ti-MKF. Đối với nước thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức thì hiệu suất giảm dần theo thứ tự là Ti-M; Ti-M950; Ti-M500; Ti-MKF, Ti-T trong khi đó đối với nước rỉ rác thì hiệu suất suất giảm dần theo thứ tự dùng TiO2 là Ti-M; Ti-M950; Ti-MKF; Ti- M500, Ti-T. Điều này chứng tỏ không phải loại TiO2 nào cũng cho hiệu suất xử lí cao giống nhau đối với các loại nước thải khác nhau. Do đó, khi áp dụng vào thực tế chúng ta cần phải tiến hành nghiên cứu để xem loại TiO2 nào mang lại hiệu quả xử lí phù hợp nhất. Quá trình quang xúc tác không đòi hỏi cung cấp nhiệt, nhiệt độ tối ưu trong khoảng 20 -800C[2,6]. Giá trị pH của dung dịch trong quá trình quang xúc tác TiO2 không đòi hỏi quá khắt khe như quá trình quang fenton (pH<4) mà là một dải pH rộng. Đây được xem là ưu điểm của hệ xúc tác quang TiO2 so với các AOPs khác vì không cần điều chỉnh pH, tránh được lượng hoá chất phải sử dụng để điều chỉnh pH sau đó lại thải vào môi trường. Nồng độ oxy trong nước cũng ảnh hưởng rất lớn đến tốc NGHIÊN CỨU XỬ LÍ NƯỚC THA ̉I BĂ ̀NG TiO2 độ và hiệu quả của quá trình quang xúc tác TiO2. Trong thực nghiệm, oxy nằm dưới dạng hoà tan trong nước và nồng độ oxy là tương đối đủ nên không cần phải cung cấp thêm oxy để góp phần ngăn chặn sự tái hợp giữa electron và lỗ trống tạo thành tác nhân oxy hoá là anion peroxyt. Chính vì thế, nồng độ oxy được xem như là không ảnh hưởng quá lớn đến hiệu quả quá trình quang xúc tác TiO2. Tái sử dụng lại xúc tác là một trong yếu tố nổi bật nhằm nâng cao tính khả thi của việc áp dụng quá trình quang xúc tác TiO2. Các nghiên cứu về khả năng tái sử dụng của TiO2 cho thấy không có sự suy giảm nào về hoạt tính xúc tác TiO2 P-25 sau 14 lần được sử dụng trong quá trình quang phân hủy acid 2,4,5- trichlorophenoxyacetic hay không suy giảm hoạt tính sau 10 chu trình liên tiếp được sử dụng trong phản ứng phân hủy 4-chlorophenol[9,10]. Đây cũng là một triển vọng vì có thể tái sử dụng lại chất xúc tác để giảm chi phí xử lí và thân thiện với môi trường. 4. KẾT LUẬN Các kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy hệ quang xúc tác TiO2 có khả năng xử lí các hợp chất hữu cơ khó hoặc không phân huỷ sinh học có trong nước thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức, nước rỉ rác bãi rác Phước Hiệp – Củ Chi và nước thải chăn nuôi heo. Kết quả cho thấy phản ứng quang hoá cho hiệu quả xử lí tốt nhất trong điều kiện có chiếu xạ UV và nguồn nước thải thật cho hiệu quả xử lí cao hơn so với nguồn tổng hợp. Các hợp chất hữu cơ có vòng thơm được xử lí dễ dàng hơn so với các hợp chất không vòng. Các hợp chất acid hữu cơ được xử lí tốt hơn so với các hợp chất có tính bazơ. Khi nồng độ các chất cố định COD 200 ppm, thời gian phản ứng quang xúc tác xảy ra đến giai đoạn bão hoà là 3 giờ, hàm lượng xúc tác tối ưu là 2g TiO2/1lít dung dịch nghiên cứu. Trong năm loại xúc tác TiO2 anatase sử dụng trong nghiên cứu là TiO2 Trung Quốc, Merck, Merck biến tính với KF, Merck nung sốc nhiệt ở 500 và 950 0C thì TiO2 của Merck cho hoạt tính tốt nhất. Hạn chế của nghiên cứu này là chỉ khảo sát khả năng của hệ quang xúc tác TiO2 xử lí các nguồn nước thải trong điều kiện cố định thông số COD ở 200 ppm nên cần phải có các khảo sát tiếp theo về ảnh hưởng của nồng độ các chất đối với hiệu suất phản ứng cũng như độ bền và khả năng tái sử dụng của xúc tác TiO2. Nghiên cứu tiếp theo cũng cần quan tâm đến việc sử dụng TiO2 có kích thước nano để xử lí nước thải. Hiệu quả xử lí nếu dùng đèn UV nhân tạo và ánh sáng mặt trời trên mỗi loại nước thải cụ thể cũng cần phải được khảo sát sâu hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Andreozzi R., Caprio V., Insola A., Marotta R. (1999), Advanced Oxidation Processes (AOPs) for water furication and recovery, Catalysis Today, 53, 51-59. 2. Rein M. (2001), Advanced Oxidation Processes – Current Status And Prospects, Proc. Estonian Acad. Sci. Chem., 50 (2), 59–80. 83. Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2005), Các quá trình oxi hoá nâng cao trong xử lí nước và nước thải , Nxb Khoa học và Kĩ thuật. 4. Nguyễn Văn Phước (2007), Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lí COD khó phân hủy sinh học trong nước rác bằng phản ứng Fenton, Tạp Chí phát triển Khoa học và Công nghệ, 10 (1), 23-26. 5. Daneshvar N., Rabbani M., Modirshahla N., Behnajady M.A. (2004), Kinetic modeling of photocatalytic degradation of Acid Red 27 in UV/TiO 2 process, J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 168, 39–45. 6. Zhang T., Oyama T., Aoshima A., Hidaka H., Zhao J., Serpone N. (2001), Photooxidative N-demethylation of methylene blue in aqueous TiO 2 dispersions under UV irradiation, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 140, 163-172. 7. Lenore S. Clescerl, Arnold E. Greenberg, Andrew D. Eaton (1999), Standard methods for the examination of water and wastewater, APHA. 8. Tien Khoa Le, Delphine Flahaut, Dominique Foix, Sylvie Blanc, Huu Khanh Hung Nguyen, Thi Kieu Xuan Huynh, Hervé Martinez (2012), Study of surface fluorination of photocatalytic TiO2 by thermal shock method, Journal of Solid State Chemistry, 187, 300-308. 9. Sakthivel S., Neppolian B., Shankar M.V., Arabindoo B., Palanichamy M., Murugesan V. (2003), Solar photocatalytic degradation of azo dye: comparison of photocatalytic efficiency of ZnO and TiO2, Solar Energy Materials & Solar Cells, 77, 65–82. 10. Soo-Keun Lee, Andrew Mills, (2004), Detoxification of water by semiconductor photocatalysis, J. Ind. Eng. Chem, 10 (2), 173-187. * Nhận bài ngày 10/4/2012. Sữa chữa xong 25/5/2012. Duyệt đăng 12/6/2012.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdf56_5652_2224136.pdf
Tài liệu liên quan