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
- Xem thêm -