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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGHIÊN CỨU XỬ LÝ HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT (GLYPHOSATE) TRONG NƯỚC BẰNG Q TRÌNH OXY HĨA ĐIỆN HĨA KẾT HỢP VỚI THIẾT BỊ PHẢN ỨNG SINH HỌC – MÀNG MBR LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGHIÊN CỨU XỬ LÝ HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT (GLYPHOSATE) TRONG NƯỚC BẰNG Q TRÌNH OXY HĨA ĐIỆN HĨA KẾT HỢP VỚI THIẾT BỊ PHẢN ỨNG SINH HỌC – MÀNG MBR Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã sỗ: 52 03 20 MINH CHỨNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hà Nội – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý hóa chất bảo vệ thực vật (glyphosate) nước trình oxy hóa điện hóa kết hợp với thiết bị phản ứng sinh học – màng MBR” thực với hướng dẫn PGS TS Luận án không trùng lặp chép với công trình khoa học khác Các kết nghiên cứu luận án trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày 22 tháng 06 năm 2022 NGHIÊN CỨU SINH LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với PGS TS Trung định hướng cho hướng nghiên cứu khoa học quan trọng trình thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể: Học viện Khoa học Công nghệ (GUST) – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam (VAST); Khoa Công nghệ môi trường – GUST; Viện Công nghệ môi trường (IET) – VAST hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn đến Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Công nghệ màng – Viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện để tơi tiến hành thí nghiệm nghiên cứu phân tích kết để tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn đến Trung tâm Nghiên cứu chuyển giao công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam tạo điều kiện để tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn đến phịng Cơng nghệ Hóa lý mơi trường, viện Cơng nghệ Mơi trường – Viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi để tiến hành thí nghiệm nghiên cứu hồn thành luận án Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 22 tháng 06 năm 2022 Nghiên cứu sinh MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1 Tổng quan hoá chất bảo vệ thực vật hóa chất diệt cỏ glyphosate 1 Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật 1 Tình hình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật 1 Phương pháp xử lý hóa chất BVTV 11 1 Hóa chất diệt cỏ glyphosate Tổng quan Fenton điện hóa 14 19 Phản ứng Fenton 19 2 Q trình Fenton điện hóa 21 Tổng quan trình sinh học – màng MBR 31 Định nghĩa đặc điểm màng MBR 31 Nguyên nhân chế ảnh hưởng gây bít tắc màng MBR 39 3 Nghiên cứu ứng dụng trình MBR xử lý nước 40 Quá trình sinh học – màng MBR kết hợp với công nghệ xử lý khác 43 Q trình Fenton điện hóa kết hợp q trình MBR để xử lý glyphosate hóa chất BVTV nước CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng phạm vi nghiên cứu 44 48 48 1 Đối tượng nghiên cứu 48 2 Phạm vi nghiên cứu 48 2 Phương pháp nghiên cứu 49 2 Phương pháp thực nghiệm 49 2 Phương pháp phân tích 68 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 70 Nghiên cứu xử lý glyphosate q trình Fenton điện hóa 70 1 Ảnh hưởng mật độ dòng điện thời gian điện phân đến khả phân hủy glyphosate 70 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến khả xử lý glyphosate 77 3 Ảnh hưởng pH ban đầu đến khả khoáng hóa glyphosate Ảnh hưởng nồng độ chất xúc tác đến khả xử lý glyphosate 79 83 Ảnh hưởng nồng độ chất điện li Na2SO4 đến khả xử lý glyphosate 85 Ảnh hưởng nồng độ glyphosate ban đầu đến khả xử lý trình Fenton điện hóa 87 Nghiên cứu động học sản phẩm phụ trình phân hủy glyphosate Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến MBR để xử lý thứ cấp glyphosate 89 104 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến khả phân hủy glyphosate chất hữu khác MBR 104 2 Đánh giá khả bít tắc màng MBR 132 3 Ứng dụng xử lý nước thải thực trình MBR kết hợp EF 133 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 139 KẾT LUẬN 139 KIẾN NGHỊ 139 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Lượng hóa chất BVTV sử dụng châu Phi Châu Âu năm 2010 2014 Bảng Tỷ lệ sử dụng hóa chất BVTV nơng nghiệp Bảng Kết phân tích nước thải chưa xử lý 10 Bảng Thơng số hóa lý nước thải ngành cơng nghiệp hóa chất BVTV Ethiopia India 11 Bả ng Các lo i v ậ t li ệ u Polyme s ả n xu ấ t màng 34 Bảng Giá trị pH trình EF nghiên cứu khác 53 Bảng 2 Thời gian điện phân cường độ dòng điện nghiên cứu 54 Bảng Nồng độ Fe2+ tối ưu trình EF nghiên cứu khác 57 Bảng Bảng pha chất ni bùn hoạt tính 61 Bảng Điều kiện chế độ S/D hệ MBR 63 Bảng Thông số đầu vào khảo sát ảnh hưởng SRT 64 Bảng Thông số đầu vào khảo sát ảnh hưởng HRT 65 Bảng Hiệu suất xử lý glyphosate lượng tiêu thụ trình EF 76 Bảng Kết phân tích glyphosate glycine mẫu trước sau xử lý EF 60 phút 95 Bảng 3 Hiệu xử lý nước thải công ty TNHH Việt Thắng sau trình EF 96 Bảng Thông số nước đầu vào bể phản ứng MBR 105 Bảng Kết đánh giá xử lý q trình MBR 131 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 Các phương pháp tạo gốc hydroxyl ·OH AOP 14 Hình Cấu trúc hóa chất BVTV glyphosate 14 Hình Quá trình tạo thành gốc ·OH 21 Hình Sơ đồ nguyên lý model phổ biến công nghệ MBR 32 Hình Màng MBR dạng phẳng sợi 35 Hình Hệ EF phịng thí nghiệm 49 Hình 2 Thống kê điện cực sử dụng làm cực dương 50 Hình Các loại điện cực dùng làm cực âm 51 Hình Hình ảnh điện cực vải Cacbon 51 Hình Hình ảnh điện cực Platin 51 Hình Đánh giá pH đến trình xử lý glyphosate trình EF 53 Hình Sơ đồ ảnh hưởng mật độ dòng điện thời gian điện phân đến khả xử lý glyphosat 55 Hình Sơ đồ ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến khả xử lý 56 Hình Thí nghiệm ảnh hưởng Fe2+ đến hiệu khả xử lý trình EF 57 Hình 10 Thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ glyphosate trình EF 58 Hình 11 Sơ đồ khối hệ thống MBR 60 Hình 12 Hình ảnh bể modun màng sợi rỗng sử dụng hệ MBR 60 Hình 13 Sơ đồ kết hợp trình EF trình MBR 67 Hình Ảnh hưởng mật độ dịng thời gian điện phân trình EF 71 Hình Ảnh hưởng mật độ dịng thời gian điện phân đến lượng H2O2 tạo thành 72 Hình 3 Điện cực bị hỏng 75 Hình Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến khả xử lý glyphosate trình EF 78 Hình Ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý glyphosate trình EF 79 Hình Ảnh hưởng pH ban đầu đến lượng H2O2 tạo thành trình EF 80 Hình Ảnh hưởng nồng độ chất xúc tác Fe2+ đến khả xử lý glyphosate trình EF 83 Hình Ảnh hưởng nồng độ chất điện li Na2SO4 đến khả xử lý glyphosate Hình Ảnh hưởng nồng độ glyphosate ban đầu đến trình EF 87 86 Hình 10 Hiệu suất xử lý TOC sau 20 phút xử lý glyphosate trình EF 88 Hình 11 Nồng độ glyphosate, sản phẩm trung gian TOC theo thời gian xử lý trình EF 90 Hình 12 Động học trình phân hủy dung dịch glyphosate 91 Hình 13 Con đường phân hủy glyphosate số trình AOP [129,154] 92 Hình 14 Sắc ký đồ xác định glyphosate LCMS/MS 93 Hình 15 Phổ chuẩn glyphosate thư viện phổ máy LCMS/MS 93 Hình 16 Kết sắc ký glycine xác định LCMS/MS 94 Hình 17 Phổ sắc ký LCMS/MS mẫu chuẩn glycine 94 Hình 18 Hiệu xử lý glyphosate trình EF thời gian khác 98 Hình 19 Hiệu xử lý COD, BOD5, NH4+, TN, TP nước thải cơng ty TNHH Việt Thắng sau q trình EF thời gian khác 103 Hình 20 Ảnh hưởng chế độ S/D lên khả xử lý COD 107 Hình 21 Ảnh hưởng chế độ S/D lên khả xử lý glyphosate 109 Hình 22 Ảnh hưởng chế độ S/D lên khả loại bỏ NH4+ 112 Hình 23 Ảnh hưởng chế độ S/D tới khả xử lý TN 114 Hình 24 Ảnh hưởng chế độ S/D tới khả xử lý TP 116 Hình 25 Ảnh hưởng SRT đến khả xử lý COD 118 Hình 26 Ảnh hưởng SRT đến khả xử lý glyphosate 120 Hình 27 Ảnh hưởng SRT đến khả xử lý NH4+ 121 Hình 28 Ảnh hưởng SRT đến khả xử lý TN 122 Hình 29 Ảnh hưởng SRT đến khả xử lý TP 123 Hình 30 Ảnh hưởng HRT đến khả xử lý COD trình MBR 126 Hình 31 Ảnh hưởng HRT lên khả xử lý glyphosate trình MBR Hình 32 Ảnh hưởng HRT đến khả xử lý NH4+ trình MBR 128 Hình 33 Ảnh hưởng HRT đến khả xử lý TN trình MBR 129 Hình 34 Ảnh hưởng HRT đến khả xử lý TP trình MBR 130 Hình 35 TMP theo thời gian trình sinh học màng MBR 132 Hình 36 Hàm lượng COD mẫu nước thải sau trình xử lý 133 Hình 37 Hiệu xử lý glyphosate trình MBR kết hợp EF 134 127 Hình 38 Hàm lượng BOD5 mẫu nước thải sau trình xử lý EF MBR 135 Hình 39 Hàm lượng amoni mẫu nước thải sau trình xử lý EF MBR 135 Hình 40 Hiệu xử lý TN nước thải Cơng ty TNHH Việt Thắng sau q trình xử lý EF MBR 136 Hình 41 Hiệu xử lý TP nước thải công ty TNHH Việt Thắng nước thải Công ty TNHH Việt Thắng trình MBR kết hợp EF 136 Hình 42 Hiệu xử lý tổng HCBVTV Phốt hữu nước thải Cơng ty TNHH Việt Thắng q trình EF MBR 137 Hình 43 Hiệu xử lý tổng Clo hữu nước thải Công ty TNHH Việt Thắng trình EF MBR 137 Thiết bị sắ c ký l ỏng ghép n ối kh ối ph ổ l ầ n Thiết bị sắc ký khí ghép khối phổ Giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh Công ty TNHH Việt Thắng Phụ lục Kết phân tích tiêu Kết phân tích mẫu nước thải chưa qua xử lý công ty trách nhiệm hữu hạn Việt Thắng lần Kết phân tích mẫu nước thải chưa qua xử lý công ty trách nhiệm hữu hạn Việt Thắng lần Kết phân tích mẫu nước thải công ty trách nhiệm hữu hạn Việt Thắng qua trình xử lý EF thời gian khác Kết phân tích xử lý mẫu nước giả lập phịng thí nghiệm q trình MBR Kết phân tích q trình xử lý nước thải cơng ty TNHH Việt Thắng trình kết hợp EF MBR ... ? ?Nghiên cứu xử lý hóa chất bảo vệ thực vật (glyphosate) nước q trình oxy hóa điện hóa kết hợp với thiết bị phản ứng sinh học - màng MBR? ?? thực Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá điều kiện ảnh hưởng đến trình. .. cam đoan đề tài luận án ? ?Nghiên cứu xử lý hóa chất bảo vệ thực vật (glyphosate) nước q trình oxy hóa điện hóa kết hợp với thiết bị phản ứng sinh học – màng MBR? ?? thực với hướng dẫn PGS TS Luận... HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGHIÊN CỨU XỬ LÝ HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT (GLYPHOSATE) TRONG NƯỚC BẰNG Q TRÌNH OXY HĨA ĐIỆN HÓA KẾT HỢP VỚI THIẾT BỊ PHẢN