Luận án tiến sĩ: Ứng dụng hệ oxi hóa đa thành phần Fe0 và UV để xử lý kháng sinh trong môi trường nước

• Tác giả: Nguyễn Thanh Hòa
• Người hướng dẫn: GS. Đỗ Ngọc Khuê
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Các Hệ Oxi Hóa Đa Thành Phần Được Hoạt Hóa Bởi Fe(0) Và UV Để Xử Lý Một Số Kháng Sinh Trong Nước
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tổng quan về hệ oxy hóa nâng cao tăng cường
• 1.2. Quá trình oxy hóa nâng cao (AOP) dựa trên gốc tự do HO* và SO4*-
• 1.3. Một số phương pháp hoạt hóa H2O2 và persulfate (S2O82-) tạo ra HO* và SO4*-
• 1.4. Hiện trạng ô nhiễm kháng sinh (Ciprofloxacin và Amoxicillin) trong môi trường nước
• 1.5. Giới thiệu về kháng sinh Ciprofloxacin (CIP) và Amoxicillin (AMO). Ô nhiễm kháng sinh CIP và AMO và ảnh hưởng kháng sinh tới môi trường
• 1.6. Hiện trạng nghiên cứu áp dụng hệ AOP đa thành phần (H2O2 và S2O82-) vào xử lý kháng sinh trong nước
• 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Hóa chất và thiết bị
• 2.3. Phương pháp phân tích
• 2.3.1. Phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC
• 2.3.2. Phương pháp phân tích LC/MS/MS
• 2.3.3. Phương pháp phân tích đo chất lượng nước
• 2.3.4. Phương pháp xác định các thông số đặc trưng vật liệu
• 2.4. Phương pháp thực nghiệm
• 2.4.1. Nghiên cứu khả năng hoạt hóa persulfate bằng kim loại hóa trị 0 (ZVI, ZVA và ZVC) để xử lý Ciprofloxacin trong nước
• 2.4.2. Nghiên cứu khả năng xử lý ciprofloxacin hydrochloride (CIP), amoxicillin (AMO) bằng hệ H2O2/ZVI, S2O82-/ZVI, H2O2/S2O82-/ZVI, H2O2/ZVI/UV, S2O82-/ZVI/UV và H2O2/S2O82-/ZVI/UV
• 2.4.3. Nghiên cứu xử lý NTBV nhiễm CIP và AMO bằng hệ AOP H2O2/S2O82-/ZVI/UV
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu khả năng hoạt hóa hệ oxy hóa persulfate bằng kim loại hóa trị 0 (ZVI, ZVA và ZVC) để xử lý Ciprofloxacin (CIP) trong nước. Ảnh hưởng của pH ban đầu của dung dịch
• 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu ZVMs (ZVI, ZVA, ZVC)
• 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ persulfate (S2O82-)
• 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ CIP ban đầu
• 3.5. Xác định các gốc tự do trong hệ oxy hóa persulfate hoạt hóa bằng ZVM
• 3.6. Phân tích các ion kim loại bằng XRD và FTIR
• 3.7. Khả năng xử lý ciprofloxacin hydrochloride (CIP), amoxicillin (AMO) bằng hệ H2O2/ZVI, S2O82-/ZVI, H2O2/S2O82-/ZVI, H2O2/ZVI/UV, S2O82-/ZVI/UV và H2O2/S2O82-/ZVI/UV
• 3.8. Khảo sát hiệu quả xử lý CIP, AMO bằng hệ oxy hóa nâng cao CIP/H2O2/ZVI và AMO/H2O2/ZVI
• 3.9. Nghiên cứu xử lý CIP, AMO bằng hệ persulfate hoạt hoá bằng ZVI (CIP/S2O82-/ZVI, AMO/ S2O82-/ZVI)
• 3.10. Nghiên cứu xử lý CIP, AMO bằng hệ oxy hóa nâng cao tăng cường
• 3.11. Khảo sát hiệu quả xử lý CIP, AMO bằng hệ oxy hóa nâng cao CIP/H2O2/ZVI/UV và AMO/H2O2/ZVI/UV
• 3.12. Nghiên cứu khả năng xử lý CIP, AMO bằng hệ oxy hóa nâng cao CIP/S2O82- /ZVI/UV và AMO/ S2O82-/ZVI/UV
• 3.13. Nghiên cứu khả năng xử lý CIP và AMO bằng hệ oxy hóa tăng cường hoạt hóa bằng ZVI dưới tác động tia UV
• 3.14. Ảnh hưởng các anion đến khả năng phân hủy CIP và AMO bằng hệ oxy hóa tăng cường kết hợp tia UV (CIP/H2O2/S2O82-/ZVI/UV, AMO/H2O2/S2O82-/ZVI/UV)
• 3.15. Nghiên cứu xác định các sản phẩm phản ứng phân hủy CIP và AMO bằng các hệ oxy hóa tăng cường kết hợp tia UV (CIP/ H2O2/S2O82-/ZVI/UV, AMO/ H2O2/S2O82-/ZVI/UV)
• 3.16. Nghiên cứu thử nghiệm xử lý kháng sinh (CIP, AMO) trong mẫu nước thải bệnh viện (NTBV) bằng hệ oxy hóa tăng cường kết hợp tia UV
• 3.17. Ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý CIP và AMO trong NTBV bằng hệ AOP H2O2/S2O82-/ZVI/UV
• 3.18. Tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý CIP và AMO trong NTBV hệ AOP UV/H2O2/S2O82-/ZVI
• 3.19. Đánh giá khả năng khoáng hóa NTBV qua chỉ tiêu TOC bằng hệ H2O2/S2O82-/ZVI/UV
• 3.20. Khảo sát khả năng tái sử dụng ZVI
• 3.21. Đề xuất mô hình xử lý NTBV nhiễm các chất kháng sinh
• 3.22. Tính toán các hạng mục công trình chủ yếu xử lý NTBV nhiễm kháng sinh CIP và AMO
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về hệ oxy hóa nâng cao

Hệ oxy hóa nâng cao (AOP) là một phương pháp hiệu quả trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại, đặc biệt là kháng sinh trong nước. Các gốc tự do như HO* và SO4*- được tạo ra từ các phản ứng hóa học, có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm khó phân hủy. Nghiên cứu cho thấy rằng gốc HO* có thế oxi hóa cao, có khả năng khoáng hóa hầu hết các hợp chất hữu cơ. Trong khi đó, gốc SO4*- hoạt động hiệu quả trong dải pH rộng, từ 3 đến 10, cho thấy tính linh hoạt của phương pháp này. Việc sử dụng Fe0 (ZVI) làm xúc tác để tạo ra gốc SO4*- là một hướng nghiên cứu mới, giúp tăng cường khả năng xử lý kháng sinh trong nước. Theo nghiên cứu, Fe0 không chỉ giúp tạo ra gốc SO4*- mà còn có khả năng tái tạo Fe2+ từ Fe3+, giảm thiểu lượng kết tủa sắt hydroxit trong quá trình xử lý.

II. Hiện trạng ô nhiễm kháng sinh trong môi trường nước

Ô nhiễm kháng sinh trong môi trường nước đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Các kháng sinh như Ciprofloxacin (CIP) và Amoxicillin (AMO) tồn tại lâu trong nước và có thể gây ra sự đề kháng trong quần thể vi khuẩn. Nghiên cứu cho thấy rằng ngay cả với nồng độ thấp, các kháng sinh này vẫn có thể gây ra tác động tiêu cực đến sinh vật. Việc xâm nhập của các hợp chất này vào môi trường không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn làm giảm hiệu quả của các phương pháp điều trị bệnh. Do đó, việc phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả là rất cần thiết. Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào các phương pháp truyền thống, trong khi việc áp dụng các hệ AOP đa thành phần vẫn còn hạn chế.

III. Phương pháp nghiên cứu và kết quả

Nghiên cứu đã áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại như sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và phân tích LC/MS/MS để xác định nồng độ kháng sinh trong mẫu nước. Kết quả cho thấy khả năng xử lý CIP và AMO bằng các hệ oxy hóa nâng cao như H2O2/ZVI, S2O82-/ZVI, và H2O2/S2O82-/ZVI/UV là rất khả quan. Các yếu tố như pH, nồng độ chất oxy hóa và thời gian phản ứng đều có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý. Đặc biệt, việc kết hợp tia UV với các hệ oxy hóa đã cho thấy sự gia tăng đáng kể trong khả năng phân hủy kháng sinh. Nghiên cứu cũng đã xác định được các sản phẩm trung gian trong quá trình phân hủy, mở ra hướng đi mới cho việc tối ưu hóa quy trình xử lý.

IV. Đề xuất mô hình xử lý nước thải bệnh viện

Dựa trên kết quả nghiên cứu, một mô hình quy trình xử lý nước thải bệnh viện nhiễm kháng sinh đã được đề xuất. Mô hình này sử dụng hệ oxy hóa đa thành phần kết hợp giữa H2O2, S2O82- và Fe0, cùng với tác động của tia UV. Mô hình này không chỉ giúp xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm mà còn có thể áp dụng rộng rãi trong các cơ sở y tế. Việc tối ưu hóa các yếu tố như nồng độ chất oxy hóa, pH và thời gian phản ứng sẽ giúp nâng cao hiệu quả xử lý. Kết quả nghiên cứu có thể đóng góp vào việc phát triển các công nghệ xử lý nước thải hiện đại, đáp ứng nhu cầu bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.