Luận án Nghiên cứu xử lý hóa chất bảo vệ thực vật (glyphosate) trong nước bằng quá trình oxy hóa điện hóa kết hợp với thiết bị phản ứng sinh học – màng MBR

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ HÓA CHẤT BVTV (GLYPHOSATE) TRONG NƯỚC BẰNG QUÁ TRÌNH OXY HÓA ĐIỆN HÓA KẾT HỢP VỚI THIẾT BỊ PHẢN ỨNG SINH HỌC – MÀNG MBR

Ngành:

Kỹ thuật môi trường

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu xử lý hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV), đặc biệt là glyphosate, trong nước bằng cách kết hợp quá trình oxy hóa điện hóa Fenton (EF) và thiết bị phản ứng sinh học – màng (MBR). Vấn đề ô nhiễm môi trường do hóa chất BVTV tại Việt Nam, phát sinh từ hoạt động nông nghiệp quy mô lớn, là động lực chính cho nghiên cứu này.

Mục tiêu của luận án là đánh giá các điều kiện tối ưu cho quá trình EF để phân hủy glyphosate và các điều kiện phù hợp cho quá trình MBR để xử lý các sản phẩm phân hủy thứ cấp của glyphosate. Đồng thời, nghiên cứu hướng tới việc kết hợp hai công nghệ này để xử lý hiệu quả nước thải thực tế chứa hóa chất BVTV, đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột A.

Nội dung nghiên cứu chính bao gồm việc thiết lập các thí nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như mật độ dòng điện, thời gian điện phân, khoảng cách điện cực, pH ban đầu, nồng độ chất điện ly, nồng độ xúc tác Fe2+ và nồng độ glyphosate ban đầu đến hiệu quả phân hủy bằng EF. Luận án đã xác định được các điều kiện tối ưu cho quá trình EF, bao gồm pH 3, mật độ dòng điện 8,333 mA/cm², thời gian điện phân 60 phút, khoảng cách điện cực 1,0 cm, nồng độ Na2SO4 0,05M, nồng độ Fe2+ 0,1 mM, và nồng độ glyphosate ban đầu 0,1 mM, đạt hiệu suất xử lý glyphosate trên 80%. Động học phân hủy glyphosate được xác định là giả bậc nhất với hằng số tốc độ 0,063 phút⁻¹.

Đối với quá trình MBR, luận án đã nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu bùn (SRT), chế độ sục khí/ngừng sục khí (S/D) và thời gian lưu thủy lực (HRT) đến hiệu suất xử lý các sản phẩm trung gian (glycine) và các chất ô nhiễm khác như COD, NH4+, TN, TP. Các điều kiện tối ưu cho MBR được xác định là MLSS từ 7.500 ÷ 9.000 mg/L, SRT từ 15 – 28 ngày, chế độ S/D 60 phút/60 phút và HRT 9 giờ, giúp xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm, đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột B.

Khi ứng dụng hệ thống EF kết hợp MBR để xử lý nước thải thực tế từ Công ty TNHH Việt Thắng, kết quả cho thấy hiệu suất xử lý COD đạt 98,38% (từ 2956,5 mg/L xuống 47,8 mg/L), glyphosate đạt 98,54% (từ 20,5 mg/L xuống 0,3 mg/L), BOD5 đạt 98,37%, NH4+ đạt 96,39%, tổng P đạt 86,94%, tổng hóa chất BVTV phốt pho hữu cơ đạt 95,38% và tổng hóa chất BVTV clo hữu cơ đạt 94,17%. Tất cả các chỉ tiêu nước thải sau xử lý đều đáp ứng tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột A, chứng tỏ tính ứng dụng thực tiễn cao của công nghệ kết hợp này. Luận án đã đóng góp vào việc xác lập các điều kiện khoáng hóa glyphosate bằng EF và thành công trong việc kết hợp EF-MBR để xử lý đa dạng các chất ô nhiễm trong nước thải.

Mục lục chi tiết:

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

  • 1.1. Tổng quan về hoá chất BVTV và thuốc diệt cỏ glyphosate
    • 1.1.1. Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật
    • 1.1.2. Tình hình sử dụng hóa chất BVTV
    • 1.1.3. Thành phần, tính chất nước thải chứa hóa chất BVTV
      • Đối với nguồn nước mặt và nước ngầm
      • Đối với nguồn nước thải
    • 1.1.4. Các phương pháp xử lý hóa chất BVTV trong nước
      • 1.1.4.1. Phương pháp hấp phụ
      • 1.1.4.2. Phương pháp lọc màng
      • 1.1.4.3. Phương pháp sinh học
      • 1.1.4.4. Phương pháp oxi hóa tiên tiến
    • 1.1.5. Tổng quan thuốc diệt cỏ glyphosate
      • 1.1.5.1. Cấu tạo và đặc điểm
      • 1.1.5.2. Tình hình sản xuất và sử dụng thuốc diệt cỏ glyphosate
      • 1.1.5.3. Ảnh hưởng của thuốc diệt cỏ glyphosate đến môi trường và sức khỏe con người
      • 1.1.5.4. Tình hình nghiên cứu xử lý nước chứa glyphosate trong và ngoài nước
  • 1.2. Tổng quan về Fenton điện hóa
    • 1.2.1. Phản ứng Fenton
    • 1.2.2. Quá trình Fenton điện hóa
      • 1.2.2.1. Định nghĩa và đặc điểm của quá trình EF
      • 1.2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình EF
      • 1.2.2.3. Ưu nhược điểm của quá trình EF
      • 1.2.2.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng Fenton điện hóa trên thế giới
      • 1.2.2.5. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng fenton và fenton điện hóa tại Việt Nam
      • 1.2.2.6. Công trình nghiên cứu ứng dụng fenton và fenton điện hóa kết hợp với quá trình công nghệ khác
  • 1.3. Tổng quan về quá trình sinh học – màng MBR
    • 1.3.1. Định nghĩa và đặc điểm của màng MBR
    • 1.3.2. Nguyên nhân cơ chế ảnh hưởng gây bít tắc màng MBR
    • 1.3.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng quá trình sinh học – màng MBR trong xử lý nước
    • 1.3.4. Quá trình sinh học – màng MBR kết hợp với công nghệ xử lý khác
  • 1.4. Kết hợp quá trình Fenton điện hóa và thiết bị sinh học – màng MBR để xử lí glyphosate và hóa chất BVTV trong nước

• CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
    • 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
      • Hệ EF và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình EF.
      • Hệ MBR và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình xử lý sinh học – màng.
      • Dung dịch tổng hợp glyphosate
      • Dung dịch tổng hợp glycine
      • Nước thải của công ty TNHH Việt Thắng, Bắc Giang
    • 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
      • Các thí nghiệm về quá trình EF và quá trình sinh học – màng MBR trên mẫu giả lập và mẫu nước thải thực
  • 2.2. Phương pháp nghiên cứu
    • 2.2.1. Phương pháp thực nghiệm
      • 2.2.1.1. Hệ EF
      • 2.2.1.2. Hệ MBR
      • 2.2.1.3. Kết hợp quá trình EF và quá trình MBR
    • 2.2.2. Phương pháp phân tích

• CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

  • 3.1. Nghiên cứu xử lý glyphosate bằng quá trình Fenton điện hóa
    • 3.1.1. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện và thời gian điện phân đến khả năng phân hủy glyphosate
    • 3.1.2. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến khả năng xử lý glyphosate
    • 3.1.3. Ảnh hưởng của pH ban đầu đến khả năng khoáng hóa glyphosate
    • 3.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất xúc tác đến khả năng xử lý glyphosate
    • 3.1.5. Ảnh hưởng của nồng độ chất điện li Na2SO4 đến khả năng xử lý của quá trình Fenton điện hóa
    • 3.1.6. Ảnh hưởng của nồng độ glyphosate ban đầu đến khả năng xử lý của quá trình Fenton điện hóa
    • 3.1.7. Nghiên cứu động học và các sản phẩm phụ của quá trình phân hủy glyphosate
      • 3.1.7.1. Nghiên cứu động học của quá trình phân hủy glyphosate
      • 3.1.7.2. Sản phẩm của quá trình phân hủy glyphosate sau tiền xử lý bằng quá trình Fenton điện hóa
    • 3.1.8. Ứng dụng quá trình EF để tiền xử lý nước thải thực chứa glyphosate
  • 3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến MBR để xử lý thứ cấp glyphosate
    • 3.2.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân hủy glyphosate và các chất hữu cơ khác bằng quá trình MBR
      • 3.2.1.1. Ảnh hưởng các chế độ sục khí khác nhau lên khả năng xử lý COD, NH4+; tổng N; tổng P của quá trình MBR
      • 3.2.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu bùn (SRT)
      • 3.2.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu thủy lực lên khả năng xử lý của quá trình MBR
    • 3.2.2. Đánh giá khả năng bít tắc màng MBR
    • 3.2.3. Ứng dụng xử lý nước thải thực bằng quá trình MBR kết hợp EF

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ