Luận án Nghiên cứu khả năng 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 môi trường nước

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG 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 MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Ngành:

Kỹ thuật môi trường (Mã số: 9 52 03 20)

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG 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 MÔI TRƯỜNG NƯỚC" tập trung giải quyết vấn đề ô nhiễm kháng sinh trong môi trường nước. Kháng sinh, dù ở nồng độ thấp, vẫn tiềm ẩn nguy cơ gây ra vi khuẩn kháng kháng sinh (ARB) và gen kháng kháng sinh (ARG). Nghiên cứu chỉ ra rằng các hệ oxy hóa tăng cường đa thành phần được hoạt hóa bởi kim loại hóa trị 0 (ví dụ Fe⁰) kết hợp với gốc hydroxyl, sulfate và tia UV còn hạn chế, đặt nền tảng cho đề tài luận án.

Mục tiêu chính của luận án là xác định khả năng hoạt hóa persulfate bằng các tác nhân hóa học như sắt hóa trị 0 (ZVI), nhôm hóa trị 0 (ZVA), đồng hóa trị 0 (ZVC) nhằm tạo ra các hệ oxy hóa tăng cường có hoạt tính và hiệu quả cao. Đồng thời, nghiên cứu xác lập qui luật động học và xác định các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy Ciprofloxacin (CIP) và Amoxicillin (AMO) bằng hệ oxy hóa tăng cường (gồm HO* và SO4*−, có hoặc không có bức xạ UV). Luận án cũng hướng tới việc nghiên cứu khả năng ứng dụng hệ oxy hóa tăng cường hoạt hóa bằng ZVI kết hợp với UV để xử lý nước thải bệnh viện nhiễm thuốc kháng sinh và đề xuất mô hình quy trình xử lý.

Các kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng hoạt hóa S2O8²⁻ của các kim loại hóa trị 0 (ZVI, ZVA, ZVC) để tạo gốc oxy hóa HO* và SO4*−, giúp xử lý CIP ô nhiễm trong nước. Quá trình xử lý CIP/ZVI/S2O8²⁻ diễn ra nhanh nhất và cho hiệu suất cao nhất so với các hệ khác. Hiệu quả phân hủy CIP và AMO bằng các hệ oxy hóa nâng cao 3 và 4 thành phần (H2O2 và S2O8²⁻ hoạt hóa bằng ZVI, có hoặc không có UV) đều tuân theo phương trình động học biểu kiến bậc 1. Đặc biệt, hệ AOP 4 thành phần (H2O2 và S2O8²⁻ được hoạt hóa bằng ZVI và tia UV) không chỉ xử lý chất ô nhiễm kháng sinh nhanh, hiệu quả mà còn hạn chế sự hình thành vi khuẩn và gen kháng kháng sinh. Luận án đã thành công trong việc xử lý nước thải bệnh viện (NTBV) nhiễm kháng sinh bằng hệ oxy hóa nâng cao đa thành phần, tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng và khảo sát khả năng tái sử dụng ZVI. Một dây chuyền xử lý NTBV nhiễm kháng sinh với công nghệ đông keo tụ, lắng, oxy hóa nâng cao tăng cường kết hợp UV và lọc nhanh đã được đề xuất.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của luận án
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
  • 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án:

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

  • 1.1. Tổng quan về hệ oxy hóa nâng cao tăng cường
  • 1.1.1.Khái niệm về quá trình oxy hóa nâng cao (AOP) dựa trên gốc tự do HO* và SO4*-
  • 1.1.2.Một số phương pháp hoạt hóa H2O2 và persulfate (S2O8²) tạo ra HO* và SO4*-
  • 1.2. Ô nhiễm kháng sinh CIP và AMO và ảnh hưởng kháng sinh tới môi trường
  • 1.2.1.Giới thiệu về kháng sinh Ciprofloxacin (CIP) và Amoxicillin (AMO)
  • 1.2.2.Hiện trạng ô nhiễm CIP, AMO trong môi trường nước
  • 1.2.3. Hiện trạng nghiên cứu áp dụng hệ AOP đa thành phần (H2O2 và S2O8²) vào xử lý kháng sinh trong nước.

• CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.1. Đối tượng và phạm vị nghiên cứu
  • 2.2. Hóa chất và thiết bị
  • 2.2.1. Hóa chất
  • 2.2.2. 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
  • 2.3.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X XRD
  • 2.3.4.2. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
  • 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
  • 2.4.1.1. Xác định các gốc tự do trong hệ oxy hóa persulfate xúc tác bằng ZVI, ZVA, ZVC
  • 2.4.2. Nghiên cứu khả năng xử lý CIP, AMO bằng hệ H2O2/ZVI, S2O8-/ZVI, H2O2/S2O82/ZVI, H2O2/ZVI/UV, S2O82- /ZVI/UV và H2O2/S2O82-/ZVI/UV
  • 2.4.2.1. Nghiên cứu khả năng xử lý CIP, AMO bằng các hệ oxy hóa H2O2/ZVI, S2O8²-/ZVI, H2O2/S2O82-/ZVI, H2O2/ZVI/UV, S2O82/ZVI/UV và H2O2/S2O82-/ZVI/UV
  • 2.4.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng anion vô cơ đến khả năng xử lý kháng sinh CIP, AMO bằng hệ oxy hóa tăng cường H2O2/S2O82/ZVI/UV
  • 2.4.2.3. Các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy CIP và AMO bằng hệ oxy hóa tăng cường H2O2/S2O82-/ZVI/UV
  • 2.4.3.Nghiên cứu xử lý NTBV nhiễm CIP và AMO bằng hệ AOP H2O2/S2O82-/ZVI/UV
  • 2.4.3.2 Nghiên cứu pH ảnh hưởng đến khả năng xử lý CIP và AMO trong NTBV bằng hệ AOP tăng cường H2O2/S2O82- /ZVI/UV
  • 2.4.3.3 Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng khả năng xử lý CIP và AMO trong NTBT bằng hệ H2O2/S2O8²-/ZVI/UV theo phương pháp bề mặt – Box Behken
  • 2.4.3.4 Tái sử dụng ZVI

• CHƯƠNG 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 Ciproloxacin (CIP) trong nước.
  • 3.1.1.Ảnh hưởng của pH ban đầu của dung dịch
  • 3.1.2.Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu ZVMs (ZVI, ZVA, ZVC)
  • 3.1.3.Ảnh hưởng của nồng độ persulfate (S2O82)
  • 3.1.4.Ảnh hưởng của nồng độ CIP ban đầu
  • 3.1.5. Xác định các gốc tự do trong hệ oxy hóa persulfate xúc tác bằng ZVM
  • 3.2. 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
  • 3.2.7 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)
  • 3.2.8 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)
  • 3.3. 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
  • 3.3.2. Tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý CIP và AMO trong NTBV hệ AOP UV/H2O2/S2O82-/ZVI
  • 3.3.3 Đánh giá khả năng khoáng hóa NTBV qua chỉ tiêu TOC bằng hệ H2O2/S2O8²-/ZVI/UV
  • 3.3.4 Khảo sát khả năng tái sử dụng ZVI
  • 3.3.5 Đề xuất mô hình xử lý NTBV nhiễm các chất kháng sinh

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN:

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ