ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẶNG MAI NGUYÊN VY NGHIÊN CỨU XỬ LÝ HỢP CHẤT GÂY RỐI LOẠN NỘI TIẾT NONYLPHENOL ETHOXYLATES BẰNG THAN HOẠT TÍNH DẠNG BỘT KẾT HỢP MÀNG TẤM MF Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2015 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. Nguyễn Phước Dân Cán bộ chấm nhận xét 1: TS.
Trần Thị Mỹ Diệu Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Lê Thị Kim Phụng Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM ngày 07 tháng 08 năm 2015 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm 1. Chủ tịch hội đồng: .TS Nguyễn Tấn Phong 2. Trần Tiến Khôi 3. Trần Thị Mỹ Diệu 4.TS Lê Thị Kim Phụng 5.
Lâm Văn Giang Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trường khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đặng Mai Nguyên Vy MSHV: 13250599 Ngày, tháng, năm sinh: 13 – 10 – 1990 Nơi sinh: Đà Lạt Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 60520320 I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu xử lý hợp chất gây rối loạn nội tiết Nonylphenol ethoxylates bằng than hoạt tính dạng bột kết hợp màng tấm MF NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát các thông số thiết kế vận hành và các yếu tố ảnh hưởng đến mô hình PAC-MF để xử lý NPEs phục vụ cấp nước an toàn. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/06/2015 IV.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. Nguyễn Phước Dân TP. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 08 năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (họ tên và chữ ký) (họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA (họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này là cả một chặng đường dài và vất vả. Kết quả cuối cùng đạt được có sự hỗ trợ rất lớn từ thầy cô và gia đình.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Phước Dân, là giáo viên hướng dẫn em thực hiện luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn NCS. Lê Thị Minh Tâm và các bạn sinh viên, là những người làm chung nhóm, cùng nhau hỗ trợ hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn Phòng Thí nghiệm khoa Môi Trường – Trường Đại học Bách Khoa, là nơi đã hỗ trợ em trong quá trình triển khai thực hiện đề tài.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, là nguồn động viên tinh thần lớn lao, giúp em có động lực vượt qua nhưng khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài. Những ý kiến đóng góp nhiệt tình từ Quý Thầy Cô sẽ là nội dung quý báu để luận văn này hoàn thiện hơn. Kính chúc Quý Thầy Cô dồi dào sức khỏe, có nhiều thành tựu trong hoạt động nghiên cứu khoa học và giảng dạy. Học viên thực hiện Đặng Mai Nguyên Vy i TÓM TẮT EDCs - các hóa chất gây rối loạn nội tiết tố là những chất có khả năng gây ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp, trao đổi chất của các thủy sinh vật, tích lũy trong môi trường và cơ thể sinh vật, trực tiếp hay gián tiếp gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.
Nonylphenol Polyethoxylate (NPEs) là một EDCs tiêu biểu, có khả năng hiện diện trong môi trường nước mặt cao do được ứng dụng rộng rãi làm chất tẩy rửa trong công nghiệp và gia dụng. Một trong những công nghệ mới được áp dụng để xử lý NPEs là quy trình hấp phụ vật lý bằng than hoạt tính bột PAC kết hợp phân tách bằng màng MF. Ưu điểm của công nghệ này là nhỏ gọn, có khả xử lý NPEs mà không gây phân hủy cách mạch, hạn chế sinh ra các NPEs mạch ngắn và NP có độc tính cao. Tuy nhiên, khi áp dụng công nghệ PAC-MF vẫn có hạn chế, đó là hiện tượng PAC bám dính lên trên bề mặt màng.
Để giảm thiểu hiện tượng này và nâng cao hiệu suất xử lý NPEs, luận văn đã cải tiến quy trình PAC-MF bằng cách lắp đặt hệ thống sục khí phía đáy màng và các tấm hướng dòng sát hai bên bề mặt màng MF. Các thí nghiệm về thời gian hấp phụ, hàm lượng PAC, hệ số đẳng nhiệt, thông lượng nước qua màng, vận hành mô hình PAC-MF được tiến hành nhằm khảo sát các điều kiện thích hợp, hiệu quả xử lý và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý. Kết quả thu được cho thấy: thời gian tiếp xúc thích hợp của PAC trong điều kiện tĩnh là 30 phút; hàm lượng PAC thích hợp (dùng để xử lý dung dịch chứa NPEs hàm lượng 4mg/l) là 50 mg/l; thông lượng thích hợp (khi vận hành với nồng độ PAC 50 mg/l) là 20 l/m2h; hiệu suất loại bỏ DOC trong dung dich NPEs 4mg/l đạt 60 – 70% trong 10h đầu. Sau 294 giờ thí nghiệm, một số kết luận được đưa ra: phương pháp khuấy trộn, hàm lượng PAC và thông lượng nước ảnh hưởng lớn đến quá trình lắng đọng PAC trên màng; lắp đặt hệ thống sục khí kết hợp tấm hướng dòng giảm thiểu đáng kể hiện tượng lắng đọng PAC lên màng; các hợp chất hữu cơ tự nhiên (NOM) trong nước máy cạnh tranh hấp phụ với NPEs; áp dụng tính toán cân bằng khối lượng cho thấy hiệu quả loại bỏ NPEs của dạng PAC lơ lửng trong bể tiếp xúc tốt hơn dạng PAC bám dính trên màng.
ii ABSTRACT EDCs - Endocrine disrupting chemicals are substances which can affect to synthetic and mass exchange process of aquatic animals, accumulate in environment and animal’s body, directly and indirectly affect to human health. Nonylphenol Polyethoxylate (NPEs) is a typical EDCs, can highly present in surface water because of widely application as detergent in industrial and household. One of new NPEs treatment technologies is the process of physical adsorption by powder activated carbon (PAC) combine with separation of microfiltration membrane (MF). The advantages of this technology are compact, can treat NPEs and does not cause chain decomposing, reduce to arise short chain NPEs and NP which are highly poisonous.
However, PAC-MF technology still has limit such as deposition of PAC onto membrane surface. To reduce this phenomenon and increase the NPEs treatment efficiency, the thesis improve PAC-MF process by installing aeration system under membrane and flow direction sheet close in both sides of membrane. Experiments about absorption time, PAC concentration, isothermal coefficient, flux, operating PAC-MF model are conducted to determine appropriate conditions, treatment efficiency and factors affecting to the treatment. The result show that: the suitable contact time of PAC in static condition is 30 minutes, the suitable concentration of PAC using to treat NPEs solution (concentration of 4 mg/l) is 50 mg/l; the suitable flux (when operating at PAC concentration of 50 mg/l) is 20 l/m2h; efficiency of DOC reducing in the 4mg/l NPEs solution reach 60 – 70% in the first 10 hours.
After 294 operating hours, the conclusion are: mixing method, PAC concentration and flux highly affect to deposition of PAC onto membrane surface; installing aeration system and flow direction sheet can reduce the deposition of PAC onto membrane surface; natural organic matters (NOM) in tap water compete adsorption with NPEs, applying the mass balance calculation show that: NPEs reducing efficiency of bulk phase PAC in contact tank is better than PAC depositing onto membrane surface. iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là do chính tôi thực hiện, các số liệu thu thập và kết quả phân tích trong đề tài là trung thực, luận văn không trùng với bất kỳ đề tài nghiên cứu khoa học nào. Những thông tin tham khảo trong luận văn đều được trích dẫn cụ thể nguồn sử dụng. Ngày 12 tháng 07 năm 2015 Sinh viên thực hiện ( Ký và ghi rõ họ tên) Đặng Mai Nguyên Vy iv MỤC LỤC Lời cảm ơn.
iii Lời cam đoan. iv Mục lục .v Danh mục bảng. viii Danh mục hình. ix Danh mục các từ viết tắt.
Mục tiêu nghiên cứu. Tính cấp thiết, tính mới của đề tài và ý nghĩa khoa học thực tiễn. Tính cấp thiết. Tính mới của đề tài.
Ý nghĩa khoa học thực tiễn. Tổng quan về EDCs. Định nghĩa EDCs. Nguồn phát sinh EDCs.
Một số hình thức nhiễm EDCs. Phương thức tác động của EDCs. Các ảnh hưởng của hợp chất EDCs đến sức khỏe con người và môi trường. Tổng quan về NPEs.
Quy trình sản xuất NPEs. Nguồn phát sinh và vòng đời của NPEs. Ảnh hưởng của NPEs đến môi trường và sinh vật. Khảo sát NPEs trong nước mặt sông Sài Gòn và sông Đồng Nai.
Tổng quan về công nghệ xử lý EDCs nói chung và NPEs nói riêng. Phương pháp vật lý. Phương pháp sinh học. Phương pháp oxy hóa bậc cao.
Một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ PAC-MF trong xử lý nước. Công nghệ xử lý bằng màng MF kết hợp than hoạt tính dạng bột. Lọc màng MF. Hấp phụ than hoạt tính.
Công nghệ PAC-MF. Cơ sở lý luận và Phƣơng pháp nghiên cứu. Cơ sở lựa chọn đối tượng nghiên cứu. Cơ sở lựa chọn phương pháp xử lý.
Cơ sở lựa chọn nồng độ NPEs trong dung dịch nước đầu vào. Cơ sở xây dựng quy trình vận hành, thí nghiệm. Nội dung nghiên cứu. Mô hình PAC – MF.
Nguyên vật liệu. Điều kiện thí nghiệm vận hành. TN1 –Than hoạt tính bột - PAC. TN2: Thí nghiệm về mô hình PAC-MF.
Phương pháp phân tích. Phương pháp xác định hiệu suất xử lý NPEs. Phương pháp phân tích NPEs. Kết quả và thảo luận.
TN1 – Thí nghiệm về than hoạt tính dạng bột - PAC. TN1a - Xác định thời gian tiếp xúc thích hợp của PAC. TN1b - Xác định hàm lượng PAC thích hợp. TN1c – Đánh giá ảnh hưởng của các chất hữu cơ tự nhiên (NOM) đến quá trình hấp phụ.
TN2: Thí nghiệm về mô hình PAC-MF. TN2a: Xác định thông lượng thích hợp cho màng MF. TN2b: Hiệu quả xử lý của hệ PAC-MF. Ảnh hưởng của quá trình lắng đọng PAC trên màng đến hiệu quả xử lý của mô hình PAC - MF.
Quá trình hấp phụ trong mô hình PAC-MF. Lượng PAC lắng đọng trên bề mặt màng. Khối lượng NPEs hấp phụ lên PAC bám dính trên màng theo lý thuyết65 4. Sử dụng định luật bảo toàn khối lượng để xác định khối lượng DOC trong mô hình PAC-MF.
Dung lượng hấp phụ. Kết luận và kiến nghị .72 Tài liệu tham khảo .75 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.