Khảo sát tăng thế oxi hóa khử của nước bằng kỹ thuật tích hợp vi bọt khí, siêu âm và H2O2

Trong nghiên cứu này, hệ thống oxi hóa nước dựa trên kỹ thuật MBs “kiểu mới” được bố trí tổ hợp giữa cách tạo MBs bằng bơm áp lực (1,5 kg/cm2 ) sử dụng đầu phun F-BT50 (Nhật Bản), kết hợp siêu âm công suất (100w) chọn lọc tần số (28 kHz) (JETEK_JUS01-26 ©Huetronics, Việt Nam) và có sự bổ sung H2O2.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khảo sát tăng thế oxi hóa khử của nước bằng kỹ thuật tích hợp vi bọt khí, siêu âm và H2O2TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 22, Số 2 (2023) KHẢO SÁT TĂNG THẾ OXI HÓA KHỬ CỦA NƯỚC BẰNG KỸ THUẬT TÍCH HỢP VI BỌT KHÍ, SIÊU ÂM VÀ H2O2 Lê Văn Tuấn1*, Đặng Thị Thanh Lộc1, Nguyễn Văn Hoàng1, Trương Quý Tùng1, Nguyễn Thị Ái Nhung2, Trương Minh Hoàng2, Lê Quang Tiến Dũng3, Nguyễn Thanh Sơn4 1 Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế 2Khoa Hóa Học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế 3Khoa Điện, Điện tử và Công nghệ vật liệu, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế 4Công ty cổ phần Huetronics, Việt Nam *Email: levantuan@hueuni.edu.vn Ngày nhận bài: 15/9/2022; ngày hoàn thành phản biện: 14/11/2022; ngày duyệt đăng: 4/4/2023 TÓM TẮT Nghiên cứu này trình bày kết quả khảo sát hiệu quả tăng thế oxi hóa khử của nước ở khoảng độ mặn (0 – 30‰) của hệ thống vi bọt khí (MBs) “kiểu mới”, được bố trí tổ hợp giữa cách tạo MBs bằng bơm áp lực (1,5 kg/cm2) sử dụng đầu phun F-BT50, kết hợp siêu âm công suất (100w) chọn lọc tần số (28 kHz) (JETEK_JUS01-26 ©Huetronics, Việt Nam) và có sự bổ sung H2O2 (0 – 10 mg/L). Thông qua sự đo đạc kỹ thế oxi hóa khử (ORP), hàm lượng oxi hòa tan (DO) và nhiệt độ (oC) của các mẫu nước theo thời gian, cho thấy rằng độ mặn tăng sẽ thúc đẩy nhanh hơn quá trình bão hòa DO và ORP trong nước, dưới sự oxi hóa của hệ MBs. Ngoài ra, siêu âm công suất và H2O2 bổ sung đã rút ngắn đáng kể thời gian oxi nước đạt trạng thái bão hòa DO và có giá trị ORP phù hợp cho sinh vật thủy sinh. Các kết quả nghiên cứu là có ý nghĩa trong lĩnh vực xử lý nước cấp, đặc biệt là cấp cho hoạt động nuôi trồng thủy sản. Từ khóa: DO, ORP, siêu âm công suất, vi bọt khí, xử lý nước.1. MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, nhiều nguồn nước cấp phục vụ hoạt động sản xuất, nuôi trồngthủy sản, đã và đang có dấu hiệu ô nhiễm vi sinh vật gây bệnh, các chất dinh dưỡng(N, P), kim loại độc và các chất hưu cơ khó phân hủy sinh học [1, 2]. Đơn cử, trong lĩnhvực nuôi trồng thủy sản trên bờ nhu cầu thay nhiều nước cho các ao nuôi thủy sảnkhiến việc xử lý nước thải và nước cấp thực hiện không đầy đủ [3], dẫn đến các mầmbệnh, chất hữu cơ, dinh dưỡng, chất kháng sinh, kim loại độc luôn hiện hữu trong cả 217Khảo sát tăng thế oxi hóa khử của nước bằng kỹ thuật tích hợp vi bọt khí, siêu âm và H2O2nguồn nước cấp và nước thải, gây áp lực lớn cho hoạt động sản xuất và bảo vệ môitrường [1-3]. Xử lý nhanh chóng, an toàn đối với các nguồn nước cấp và nước thải luôn nhậnđược sự quan tâm của cộng đồng và các nhà nghiên cứu công nghệ xử lý nước. Mỗi tácnhân gây ô nhiễm nước đều có các giải pháp xử lý phù hợp, có thể kết hợp hoặc táchbiệt nhau. Điểm đáng chú ý trong số các giải pháp luôn có mặt các quá trình oxi hóabậc cao (advanced oxidation processes), dựa trên sự hình thành tác nhân hydroxyl (·OH)có thể xử lý hiệu quả nhiều loại tác nhân gây ô nhiễm nước, trong đó có cả vi sinh vậtgây bệnh [4], amoni [5], chất hữu cơ bền vững và các chất kháng sinh [6]. Tuy nhiên,phần lớn các quá trình oxi hóa chất ô nhiễm trong môi trường nước phụ thuộc vào cácphản ứng oxi hóa bởi các hóa chất trong môi trường axit (ví dụ: Fenton, quang-Fenton,Fe/TiO2); hóa chất oxi hóa mạnh KMnO4, chlorin có nhược điểm tạo ra sản phẩm phụnguy hại; dựa trên nền oxi hóa của khí ozone được tạo ra bởi thiết bị đắt tiền và khóduy trì nồng độ cao trong thời gian dài. Một tác nhân oxi hóa thông dụng khác là H2O2(hydrogen peroxide), có tính oxi hóa khá mạnh (1,77 V), được ứng dụng nhiều trongxử lý nước và nước thải do tính thân thiện môi trường (không tạo sản phẩm ô nhiễmthứ cấp) [7]. Nhược điểm của H2O2 là kém bền vững trong nước, hạn chế phân tánnhanh trong nước ở qui mô lớn, dẫn đến khó xác định liều H2O2 cần thiết nên tốnnhiều lượng sử dụng. Do đó, việc phát triển kỹ thuật oxi hóa nước thân thiện môitrường, hiệu quả nhanh, kinh tế và dễ sử dụng là một nhu cầu rất thiết thực. Microbubbles (MBs) còn được gọi là các vi bọt khí với đường kính dưới vàitrăm micromet [8]. Có nhiều kỹ thuật tạo MBs [8, 9]; thông thường có thể tạo bằng cáchkhuấy trộn tốc độ cao; bằng bơm áp lực cao kết hợp với các dạng đầu phun được thiếtkế đặc biệt theo hiệu ứng venturi, bằng phương pháp điện hóa học, hoặc bằng kỹ thuậtphát sóng siêu âm chọn lọc tần số và công suất phát. Mỗi giải pháp kỹ thuật đều cóthách thức công nghệ riêng. Hiện nay, công nghệ MBs đã và đang được ứng dụngtrong nhiều lĩnh vực công nghệ môi trường nước [9] bởi các tính chất hóa-lý nổi bậtcủa MBs, ví dụ như sử dụng MBs trong phương pháp tuyển nổi nhằm loại bỏ một sốchất ô nhiễm trong nước [10]. Do có kích thước rất bé, vận tốc dâng của các MBs nhỏhơn nhiều so với các bọt khí thông thường, nhờ đó có khả năng tồn tại trong nước vớithời gian lâu hơn, hiệu quả làm sạch cao hơn [8-9]. MBs với đường kính khoảng 30 µmcó khả năng tồn tại trong nước trong một khoảng thời gian dài (trên 100 giờ), cấp vi bọtkhí nanomet có thể duy trì trong nước vài tháng [9]. Áp suất nội của MBs tỉ lệ nghịchvới kích thước của chúng, MBs có áp suất nội rất lớn và có khả năng tăng cường sựtrao đổi oxy trong nước [8]. MBs tích điện âm và có diện tích bề mặt tiếp xúc giữa chấtlỏng – chất khí lớn, tăng cường khả năng vận chuyển chất, hấp phụ vật lý cũng nhưthúc đẩy các phản ứng hóa học [9]. 218TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 22, Số 2 (2023) Tro ...