Tài liệu Nghiên cứu quy trình phân tích cod liên tục và ứng dụng đánh giá ô nhiễm hữu cơ trong nước mặt

Nghiên cứu quy trình phân tích COD liên tục và ứng dụng đánh giá ô nhiễm hữu cơ trong nước mặt Lê Sỹ Chính Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa học môi trường và bảo vệ môi trường; Mã số: 60 44 03 01 Người hướng dẫn: TS. Đỗ Phúc Quân Năm bảo vệ: 2013 Abstract. Khảo sát khả năng hòa tan bão hòa và ổn định theo thời gian của ôzôn trong dung dịch điện ly là axit H2SO4; H3PO4 và NaOH có các giá trị pH khác nhau. Đánh giá khả năng ôxi hóa COD bởi nước bão hòa ôzôn trong bình phản ứng có thể tích không đổi và theo tỷ lệ trộn khác nhau. Khảo sát điều kiện xác định COD theo phương pháp pha loãng liên tục gồm thể tích bình phản ứng, thể tích mẫu và tốc độ bơm nước bão hòa zôn. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến phép phân tích COD và áp dụng qui trình phân tích để xác định COD trong mẫu nước sông và hồ ở Hà Nội. Keywords. Khoa học môi trường; Môi trường nước; Ô nhiễm hữu cơ; Tầng Ôzôn Content: MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................13 CHƢƠNG I .............................................................................................................15 TỔNG QUAN .........................................................................................................15 1.1. TỔNG QUAN VỀ COD TRONG NƢỚC MẶT .......................................15 1.1.1. Hiện trạng ô nhiễm chất hữu cơ ......................................................... 15 1.1.2. Tác động của ô nhiễm chất hữu cơ .................................................... 17 1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH COD .................................................19 1.2.1. Phương pháp tiêu chuẩn theo APHA và TCVN ................................ 20 1.2.2 Phương pháp phân tích nhanh ............................................................. 21 1.2.2.1. Phương pháp UV-COD................................................................ 21 1.2.2.2. Phương pháp điện hóa ................................................................. 22 1.2.2.3. Phương pháp quang điện hóa ....................................................... 24 1.3. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH COD – ÔZÔN ........................................24 1.3.1. Nguyên tắc của phương pháp............................................................. 24 1.3.2. Tính chất hóa lý của ôzôn ................................................................. 25 1.3.2.1. Tính chất vật lý của ôzôn ............................................................. 26 1.3.2.2. Tính chất hóa học của ôzôn ......................................................... 28 1.3.2.3. Sự phân hủy của ôzôn .................................................................. 30 1.3.4. Phương pháp tạo thành ôzôn .............................................................. 30 1.3.5. Yếu tố ảnh hưởng đến sự tồn tại ôzôn ............................................... 34 9 1.3.6. Xác định thế ôxi hóa khử ................................................................... 38 CHƢƠNG II ...........................................................................................................42 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................................42 2.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .........................................................................42 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .........................................................................42 2.3. THỰC NGHIỆM ............................................................................................42 2.3.1. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ ............................................................. 42 2.3.1.1. Hóa chất ....................................................................................... 42 2.3.1.2. Thiết bị ......................................................................................... 43 2.3.2. Khảo sát các điều kiện phân tích COD .............................................. 44 2.3.2. 1. Nghiên cứu khả năng hòa tan ôzôn trong dung dịch .................. 44 2.3.2.2. Khảo sát tỷ lệ trộn COD/nước bão hòa ôzôn ............................... 44 2.3.2.3. Nghiên cứu điều kiện xác định COD ........................................... 45 2.3.2.4. Nghiên cứu xác định COD trong mẫu nước sông, hồ ................. 45 CHƢƠNG III..........................................................................................................48 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..............................................................................48 3.1. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CÂN BẰNG CỦA ÔZÔN TRONG NƢỚC48 3.1.1. Độ hòa tan của ôzôn trong axit .......................................................... 48 3.1.2. Độ hòa tan của ôzôn natri hiđrôxit..................................................... 51 3.2. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ÔXI HÓA COD BẰNG ÔZÔN ...............52 3.2.1. Khảo sát tỷ lệ trộn 1/5 ........................................................................ 52 10 3.2.2. Khảo sát tỷ lệ trộn 1/10 ...................................................................... 53 3.2.3. Khảo sát tỷ lệ trộn 1/20 ...................................................................... 56 3.2.4. Khảo sát tỷ lệ trộn 1/30 ...................................................................... 56 3.3. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ÔXI HÓA COD THEO TỶ LỆ TRỘN ........58 3.4. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH COD LIÊN TỤC .........................................61 3.4.1. Khảo sát thể tích bình ........................................................................ 61 3.4.1.1. Thể tích bình 650ml ..................................................................... 61 3.4.1.2. Thể tích bình 1200ml ................................................................... 63 3.4.2. Khảo sát thể tích mẫu ......................................................................... 63 3.4.2.1. Thể tích mẫu 100ml ..................................................................... 64 3.4.2.2. Thể tích mẫu 200ml ..................................................................... 65 3.4.2.3. Thể tích mẫu 250ml ..................................................................... 66 3.4.2.4. Thể tích mẫu 300ml ..................................................................... 66 3.4.3. Khảo sát tốc độ bơm .......................................................................... 68 3.4.3.1. Tốc độ bơm 400 ml/phút ............................................................. 68 3.4.3.2. Tốc độ bơm 500 ml/phút ............................................................. 70 3.4.3.3. Tốc độ bơm 600 ml/phút ............................................................. 70 3.5. KHẢO SÁT TỐC ĐỘ PHA LOÃNG .........................................................72 3.5.1. Khảo sát bình phản ứng 300ml .......................................................... 72 3.5.2. Khảo sát bình phản ứng 570 ml ......................................................... 74 3.6. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHÂN TÍCH MẪU ........................................76 11 3.6.1. Yếu tố ảnh hưởng ............................................................................... 76 3.6.2. Biện pháp loại trừ ............................................................................... 79 3.7. XÁC ĐỊNH COD TRONG MẪU NƢỚC ..................................................80 3.7.1. Mẫu nước hồ ...................................................................................... 80 3.7.2. Mẫu nước sông ................................................................................... 80 KẾT LUẬN .............................................................................................................83 KIẾN NGHỊ ............................................................................................................84 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................85 PHỤ LỤC 12 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1) Lương Đức Phẩm (2007) Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, Nhà xuất bản Giáo dục. 2) TCVN 6491:1999 Tiếng Anh 3) Aiyong Zhang, Minghua Zhou, Qixing Zhou (2011), "A combined photocatalytic determination system for chemical oxygen demand with a highly oxydative reagent" Analytica Chimica Acta, 686, pp. 133-143. 4) Baisheng Chen, Huanan Wu, Sam Fong Yau Li (2014), "Development of variable pathlength UV–vis spectroscopy combined with partialleast-squares regression for wastewater chemical oxygen demand (COD) monitoring" , Talanta, 120, pp. 325-330. 5) Can WU, Kang-Bing WU (2013), “Preparation of Electrochemical Sensor Based on Morphology-Controlled Platinum Nanoparticles for Determination of Chemical Oxygen Demand", Chinese Journal of Analytical Chemistry, 41, pp. 704-708. 6) César A. Almeida, Marianela Savio, Patricia González, Luis D. Martinez, Raúl A. Gil (2013), "Determination of chemical oxygen demand employed manganese as an environmentally friendly oxydizing reagent by a flow injection method based on microwave digestion and speciation coupled to ICP-OES", Microchemical Journal, 106, pp. 351356. 7) Chao Wang, Jiancheng Wu, Peifang Wang, Yanhui Ao, Jun Hou, Jin Qian (2013), "Investigation on the application of titania nanorod arrays to the determination of chemical oxygen demand" Analytica Chimica Acta, 767, pp. 141-147. 85 8) Chao Wang, Jiancheng Wu, Peifang Wang, Yanhui Ao, Jun Hou, Jin Qian (2013), "Photoelectrocatalytic determination of chemical oxygen demand under visible light using Cu2O-loaded TiO2 nanotube arrays electrode" Sensors and Actuators B: Chemical, 181, pp. 1-8. 9) Chengfang Li, Gongwu Song (2009), "Photocatalytic degradation of organic pollutants and detection of chemical oxygen demand by fluorescence methods" Sensors and Actuators B: Chemical, 137, pp. 432-436. 10) Chun-Han Ko, Chihhao Fan (2010) "Enhanced chemical oxygen demand removal and flux reduction in pulp and paper wastewater treatment using laccase-polymerized membrane filtration" Journal of Hazardous Materials, 181, pp. 763-770. 11) Claudia E. Domini, Lorena Vidal, Antonio Canals (2009), "Trivalent manganese as an environmentally friendly oxydizing reagent for microwave- and ultrasound-assisted chemical oxygen demand determination" Ultrasonics Sonochemistry, 16, pp. 686-691. 12) Cristina I.C. Silvestre, Christian Frigerio, João L.M. Santos, José L.F.C. Lima (2011), "Quantum dots assisted photocatalysis for the chemiluminometric determination of chemical oxygen demand using a single interface flow system " Analytica Chimica Acta, 699, pp.193197. 13) EPA Guidance Manual, Alternative Disinfectants and Oxydants ( 1999) 14) F. Raposo, V. Fernández-Cegrí, M.A. De la Rubia, R. Borja, J. Beltrán, C. Cavinato, M. Clinckspoor, G. Demirer, E. Diamadopoulos, J.C. Frigon, J. Koubova, M. Launay, R. Méndez, G. Menin, J. Noguerol, H. Uellehdahl, S. West (2010), "Quality improvement in determination of chemical oxygen demand in samples considered difficult to analyze, 86 through participation in proficiency-testing schemes" TrAC Trends in Analytical Chemistry, 29, pp. 1082-1091. 15) Hong Yao, Bin Wu, Haibin Qu, Yiyu Cheng (2009), "A high throughput chemiluminescence method for determination of chemical oxygen demand in waters" Analytica Chimica Acta, 633, pp. 76-80. 16) Hongbin Yu, Hua Wang, Xie Quan, Shuo Chen, Yaobin Zhang (2007), "Amperometric determination of chemical oxygen demand using boron-doped diamond (BDD) sensor" Electrochemistry Communications, 9, pp. 2280-2285. 17) Hui Wang, Shuhua Zhong, Yu He, Gongwu Song (2011), "Molecular sieve 4A–TiO2–K2Cr2O7 coexisted system as sensor for chemical oxygen demand" Sensors and Actuators B: Chemical, 160, pp. 189195. 18) Jiaqing Li, Lei Zheng, Luoping Li, Guoyue Shi, Yuezhong Xian, Litong Jin (2007), "Photoelectro-synergistic catalysis combined with a FIA system application on determination of chemical oxygen demand" Talanta, 72, pp. 1752-1756. 19) Jiaqing Li, Luoping Li, Lei Zheng, Yuezhong Xian, Shiyun Ai, Litong Jin (2005), "Amperometric determination of chemical oxygen demand with flow injection analysis using F-PbO2 modified electrode" Analytica Chimica Acta, 548, pp. 199-204. 20) Jingtao Xu, Cong Li, Fang Yang, Zhong Dong, Jian Zhang, Yingcan Zhao, Pengyu Qi, Zhen Hu (2011), "Typha angustifolia stress tolerance to wastewater with different levels of chemical oxygen demand" Desalination, 280, pp. 58-62. 21) Jingtao Xu, Jian Zhang, Huijun Xie, Cong Li, Nan Bao, Chenglu Zhang, Qianqian Shi (2010), "Physiological responses of Phragmites 87 australis to wastewater with different chemical oxygen demands" Ecological Engineering, 36, pp. 1341-1347 22) Jinqi Wang, Can Wu, Kangbing Wu, Qin Cheng, Yikai Zhou (2012), "Electrochemical sensing chemical oxygen demand based on the catalytic activity of cobalt oxyde film" Analytica Chimica Acta, 736, pp. 55-61 23) Jinquan Yang, Jianwei Chen, Yikai Zhou, Kangbing Wu (2011), "A nano-copper electrochemical sensor for sensitive detection of chemical oxygen demand" Sensors and Actuators B: Chemical, 153, pp. 78-82. 24) Jun Wang, Kan Li, Chen Yang, Yaling Wang, Jinping Jia (2012), "Ultrasound electrochemical determination of chemical oxygen demand using boron-doped diamond electrode" Electrochemistry Communications, 18, pp. 51-54. 25) Junshui Chen, Jidong Zhang, Yuezhong Xian, Xiangyang Ying, Meichuan Liu, Litong Jin (2005), "Preparation and application of TiO2 photocatalytic sensor for chemical oxygen demand determination in water research" Water Research, 39, pp. 1340-1346. 26) Lihong Li, Shanqing Zhang, Guiying Li, Huijun Zhao (2012), "Determination of chemical oxygen demand of nitrogenous organic compounds in wastewater using synergetic photoelectrocatalytic oxydation effect at TiO2 nanostructured electrode" Analytica Chimica Acta, 754, pp. 47-53. 27) Lihua Zhu, Yu’e Chen, Yinghui Wu, Xiurong Li, Heqing Tang (2006), "A surface-fluorinated-TiO2–KMnO4 photocatalytic system for determination of chemical oxygen demand" Analytica Chimica Acta, 571, pp. 242-247. 88 28) Parmesh Kumar Chaudhari, Indra Mani Mishra, Shri Chand (2007), "Decolourization and removal of chemical oxygen demand (COD) with energy recovery: Treatment of biodigester effluent of a molasses-based alcohol distillery using inorganic coagulants" Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 296, pp. 238-247. 29) Qinghui Mu, Yaogang Li, Qinghong Zhang, Hongzhi Wang (2011), "TiO2 nanofibers fixed in a microfluidic device for rapid determination of chemical oxygen demand via photoelectrocatalysis " Sensors and Actuators B: Chemical, 155, pp. 804-809. 30) R. Bogdanowicz, J. Czupryniak, M. Gnyba, J. Ryl, T. Ossowski, M. Sobaszek, E.M. Siedlecka, K. Darowicki (2013), "Amperometric sensing of chemical oxygen demand at glassy carbon and silicon electrodes modified with boron-doped diamond" Sensors and Actuators B: Chemical, 189, pp. 30-36. 31) R. Bogdanowicz, J. Czupryniak, M. Gnyba, J. Ryl, T. Ossowski, M. Sobaszek, K. Darowicki (2012), "Determination of Chemical Oxygen Demand (COD) at Boron-doped Diamond (BDD) Sensor by Means of Amperometric Technique" Procedia Engineering, 47, pp. 1117-1120. 32) R.R. Bansode, J.N. Losso, W.E. Marshall, R.M. Rao, R.J. Portier (2004), "Pecan shell-based granular activated carbon for treatment of chemical oxygen demand (COD) in municipal wastewater" Bioresource Technology, 94, pp. 129-135 33) Shanqing Zhang, Huijun Zhao, Dianlu Jiang, Richard John (2004), "Photoelectrochemical determination of chemical oxygen demand based on an exhaustive degradation model in a thin-layer cell", Analytica Chimica Acta, 514, pp. 89-97. 89 34) Shanqing Zhang, Lihong Li, Huijun Zhao, Guiying Li (2009), "A portable miniature UV-LED-based photoelectrochemical system for determination of chemical oxygen demand in wastewater " Sensors and Actuators B: Chemical, 141, pp. 634-640. 35) Shiyun Ai, Jiaqing Li, Ya Yang, Mengnan Gao, Zhensheng Pan, Litong Jin (2004), "Study on photocatalytic oxydation for determination of chemical oxygen demand using a nano-TiO2–K2Cr2O7 system" Analytica Chimica Acta, 509, pp. 237-241. 36) Shunxing Li, Fengying Zheng, Shujie Cai, Wenjie Liang, Yancai Li (20130, "A visible light assisted photocatalytic system for determination of chemical oxygen demand using 5-sulfosalicylic acid in situ surface modified titanium dioxide" Sensors and Actuators B: Chemical, 188, pp. 280-285. 37) Sivakumar Manickam, Norhaida binti Zainal Abidin, Shridharan Parthasarathy, Ibrahim Alzorqi, Ern Huay Ng, Timm Joyce Tiong, Rachel L Gomes, Asgar Ali (2014) "Role of H2O2 in the Fluctuating Patterns of COD (Chemical Oxygen Demand) during the treatment of Palm Oil Mill Effluent (POME) Using Pilot Scale Triple Frequency Ultrasound Cavitation Reactor " Ultrasonics Sonochemistry, In Press, Accepted Manuscrip. 38) Sujun Yuan, Ruiyi Mao, Yaogang Li, Qinghong Zhang, Hongzhi Wang (2012), "Layer-by-layer assembling TiO2 film from anatase TiO2 sols as the photoelectrochemical sensor for the determination of chemical oxygen demand " Electrochimica Acta, 60, pp. 347-353. 39) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, American Public Health Association (APHA), (1992). 90 40) Ting Yang, Lixian Zhang, Aijie Wang, Huijun Gao (2013), "Fuzzy modeling approach to predictions of chemical oxygen demand in activated sludge processes" Information Sciences, 235, pp. 55-64. 41) Wei-Ting Chen, Chin-Chi Ma, Ming-Hsun Lee, Yung-Chuan Chu, Lung-Chang Tsai, Chi-Min Shu (2012), "Silver recovery and chemical oxygen demand (COD) removal from waste fixer solutions" Applied Energy, 100, pp. 187-192. 42) Xinyang Li, Chengwen Wang, Yi Qian, Yujue Wang, Liwei Zhang (2013), "Simultaneous removal of chemical oxygen demand, turbidity and hardness from biologically treated citric acid wastewater by electrochemical oxydation for reuse" Separation and Purification Technology, 107, pp. 281-288. 43) Yi-Ju Wu, Liang-Ming Whang, Ming-Yu Chang, Toshikazu Fukushima, Ya-Chin Lee, Sheng-Shung Cheng, Shu-Fu Hsu, ChengHuey Chang, Wason Shen, Charn-Yi Yang, Ryan Fu, Tsair-Yuan Tsai (2013), "Impact of food to microorganism (F/M) ratio and colloidal chemical oxygen demand on nitrification performance of a full-scale membrane bioreactor treating thin film transistor liquid crystal display wastewater" Bioresource Technology, 141, pp. 35-40. 44) Yingying Su, Xiaohong Li, He Chen, Yi Lv, Xiandeng Hou (2007), "Rapid, sensitive and on-line measurement of chemical oxygen demand by novel optical method based on UV photolysis and chemiluminescence" Microchemical Journal, 87, pp. 56-61. 45) Yonggang Hu, Zeyu Yang (2004), "A simple chemiluminescence method for determination of chemical oxygen demand values in water", Talanta, 63, pp. 521-526. 91 46) Yusun Zhou, Tao Jing, Qiaolin Hao, Yikai Zhou, Surong Mei (2012), "A sensitive and environmentally friendly method for determination of chemical oxygen demand using NiCu alloy electrode" Electrochimica Acta, 74, pp. 165-170. 92