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 ThS Chuyên ngành: Khoa học 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
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nghiên cứu phát triển các thiết bị quan trắc môi trường có
khả năng đo liên tục, tự động là một trong những xu hướng phát triển của khoa học phân tích
hiện đại do chúng có ưu điểm như tiết kiệm thời gian phân tích và giảm thiểu được sai số
phân tích ngay cả khi người sử dụng là kỹ thuật viên phân tích không có hiểu biết sâu sắc về
lĩnh vực hoá phân tích. Nhờ có thiết bị giám sát môi trường liên tục sẽ giảm thiểu được chi
phí phân tích và thu thập số liệu phong phú hơn để đánh giá chất lượng môi trường nước được
chính xác hơn và quan trọng hơn là có thể phát hiện kịp thời ô nhiễm môi trường.
Ở nước ta, công tác bảo vệ môi trường còn nhiều bất cập do thiếu kinh phí và trang
thiết bị kiểm soát theo phương thức đo liên tục nên vẫn thường xuyên xảy ra các sự cố ô
nhiễm nước, đặc biệt là ô nhiễm bởi chất hữu cơ và một số kim loại nặng độc hại đã gây tác
động tiêu cực đối với nguồn nước. Do hàm lượng chất thải hữu cơ rất cao thải vào nguồn
nước mặt đã làm suy giảm nghiêm trọng đến hàm lượng ôxi hoà tan của nước. Như vậy, chỉ
số nhu cầu ôxi hoá học (COD) là một chỉ tiêu quan trọng cần được đánh giá đối với chất
lượng nước. Phương thức đo COD truyền thống hiện nay được tiến hành lấy mẫu về phòng thí
nghiệm và xác định bằng phương pháp chuẩn độ hoặc đo trắc quang. Để nâng cao chất lượng
và hiệu quả trong quan trắc nguồn nước phục vụ công tác bảo vệ môi trường ở nước ta, việc
trang bị hệ thiết bị đo COD liên tục là rất cần thiết.
Thiết bị đo COD liên tục hiện nay có thể được thực hiện theo ba nguyên tắc khác nhau gồm:
phương pháp quang phổ, phương pháp quang điện hoá và phương pháp điện hoá. Đối với mỗi
phương pháp đều có những ưu, nhược điểm riêng nhưng đều có điểm chung là thời gian phân
tích ngắn (cỡ vài phút), có thể tự động hoá quá trình, kết quả phân tích có độ chính xác và tin
cậy cao. Tuy nhiên hiện nay giá thành của các thiết bị đo liên tục COD sản phẩm thương mại
khá cao và chi phí bảo hành khá tốn kém nên khó có thể trang bị rộng rãi.
Vì vậy, đề tài luận văn cao học về “Nghiên cứu quy trình phân tích COD liên tục và ứng
dụng đánh giá ô nhiễm hữu cơ trong nước mặt” là một trong số các xu hướng tiếp cận mới
về xây dựng qui trình phân tích COD một cách nhanh chóng và độ tin cậy cao. Để có thể thực
hiện thành công mục tiêu nói trên, các vấn đề khoa học cần quan tâm giải quyết như điều kiện
hòa tan bão hòa ôzôn vào trong dung dịch để sử dụng cho mục đích làm chất ôxi hóa mạnh
đối với COD. Tiếp theo đó là các điều kiện của phương pháp xác định COD cần được xác
định. Để khẳng định độ tin cậy và khả năng ứng dụng của phương pháp, việc tiến hành thử
nghiệm xác định COD trong mẫu thực tế cần được thực hiện và đối chứng với phương pháp
tiêu chuẩn.
Reference
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 partial-least-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. 351-356.
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.
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.193-197.
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, 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. 189-195.
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 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 surfacefluorinated-TiO2–KMnO4 photocatalytic system for determination of chemical
oxygen demand" Analytica Chimica Acta, 571, pp. 242-247.
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. 238247.
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 Borondoped 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 shellbased 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.
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).
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, Cheng-Huey 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.
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.