Nghiên Cứu Xử Lý Chất Bảo Vệ Thực Vật Gốc Lân – Hữu Cơ Bằng Công Nghệ Peroxone

• Tác giả: Vũ Tiến Đức
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Thị Thơm
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Chất Bảo Vệ Thực Vật Gốc Lân – Hữu Cơ Bằng Công Nghệ Peroxone
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM DOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM NƯỚC THẢI NÔNG NGHIỆP TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
• 2.1.1. Hiện trạng ô nhiễm nước thải nông nghiệp trên Thế giới
• 2.1.2. Hiện trạng ô nhiễm nước thải nông nghiệp tại Việt Nam
• 2.2. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM DO HOÁ CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT KHÓ PHÂN HUỶ SINH HỌC
• 2.2.1. Giới thiệu về chất hữu cơ khó phân huỷ
• 2.2.2. Tính chất độc hại của hợp chất hữu cơ khó phân huỷ
• 2.2.3. Nguyên nhân ô nhiễm môi trường từ hóa chất BVTV
• 2.3. CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NÔNG NGHIỆP
• 2.3.1. Các công nghệ truyền thống trong xử lý nước thải nông nghiệp
• 2.3.2. Công nghệ oxy hoá nâng cao trong xử lý nước thải
• 2.3.3. Công nghệ Peroxone trong xử lý chất ô nhiễm
• 3. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ
• 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.1.2. Hoá chất và thiết bị phân tích
• 3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.2.1. Phương pháp thực nghiệm
• 3.2.2. Phương pháp phân tích mẫu
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XỬ LÝ HỢP CHẤT CHUẨN GLUFOSINATE-AMMONIUM BẰNG QUÁ TRÌNH PEROXONE
• 4.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XỬ LÝ HỢP CHẤT THƯƠNG MẠI FASFIX 150SL BẰNG QUÁ TRÌNH PEROXONE
• 4.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD, TOC và Nitrat sinh ra
• 4.4. Ảnh hưởng của chất xúc tác H2O2 đến hiệu quả xử lý Ga
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Công Nghệ Peroxone Xử Lý Chất BVTV Gốc Lân

Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam. Tuy nhiên, việc sử dụng không đúng cách chất bảo vệ thực vật (BVTV) gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các chất bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ đặc biệt nguy hiểm do tính bền và độc hại cao. Công nghệ Peroxone, một quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs), nổi lên như một giải pháp tiềm năng. Công nghệ này kết hợp ozone (O3) và hydrogen peroxide (H2O2) để tạo ra các gốc tự do hydroxyl (OH•) có khả năng oxy hóa mạnh mẽ, phân hủy các chất ô nhiễm khó phân hủy. Nghiên cứu này tập trung đánh giá hiệu quả của công nghệ Peroxone trong việc xử lý chất bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ, cụ thể là Glufosinate ammonium, một loại thuốc diệt cỏ phổ biến ở Việt Nam.

1.1. Giới Thiệu Về Công Nghệ Peroxone Trong Xử Lý Nước

Công nghệ Peroxone là một quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) sử dụng kết hợp ozone và hydrogen peroxide (H2O2). Sự kết hợp này tạo ra các gốc tự do hydroxyl (OH•), có khả năng oxy hóa mạnh hơn nhiều so với ozone hoặc hydrogen peroxide riêng lẻ. Gốc OH• có thể phân hủy nhiều loại chất ô nhiễm hữu cơ, bao gồm cả những chất khó phân hủy bằng các phương pháp truyền thống. Công nghệ Peroxone được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải, đặc biệt là nước thải chứa các chất ô nhiễm khó phân hủy sinh học.

1.2. Ưu Điểm Của Công Nghệ Peroxone So Với Các Phương Pháp Khác

Công nghệ Peroxone có nhiều ưu điểm so với các phương pháp xử lý nước thải truyền thống. Thứ nhất, nó có thể phân hủy nhiều loại chất ô nhiễm, kể cả những chất khó phân hủy sinh học. Thứ hai, nó không tạo ra các sản phẩm phụ độc hại. Thứ ba, nó có thể hoạt động ở nhiệt độ và áp suất thường. Thứ tư, nó có thể được tích hợp vào các hệ thống xử lý nước thải hiện có. Tuy nhiên, công nghệ Peroxone cũng có một số nhược điểm, bao gồm chi phí đầu tư và vận hành cao hơn so với các phương pháp truyền thống.

II. Ô Nhiễm Chất BVTV Gốc Lân Thách Thức Giải Pháp

Việc sử dụng chất bảo vệ thực vật (BVTV) trong nông nghiệp giúp tăng năng suất cây trồng, nhưng đồng thời gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Chất bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ là một trong những loại chất ô nhiễm nguy hiểm nhất do tính độc cao và khả năng tồn tại lâu dài trong môi trường. Ô nhiễm chất bảo vệ thực vật ảnh hưởng đến sức khỏe con người, gây hại cho hệ sinh thái và làm suy thoái chất lượng nguồn nước. Cần có các giải pháp hiệu quả để xử lý chất bảo vệ thực vật trong nước thải nông nghiệp và bảo vệ môi trường.

2.1. Tác Hại Của Chất BVTV Gốc Lân Đến Môi Trường Và Sức Khỏe

Chất bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Chúng có thể gây ô nhiễm nguồn nước, đất và không khí. Khi xâm nhập vào cơ thể, chúng có thể gây ra các vấn đề về thần kinh, hô hấp, tiêu hóa và thậm chí là ung thư. Độc tính của chất bảo vệ thực vật đặc biệt nguy hiểm đối với trẻ em và phụ nữ mang thai. Việc sử dụng chất bảo vệ thực vật cần được kiểm soát chặt chẽ để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe cộng đồng.

2.2. Các Phương Pháp Xử Lý Chất BVTV Truyền Thống Hạn Chế

Các phương pháp xử lý chất bảo vệ thực vật truyền thống, như lọc, hấp phụ và phân hủy sinh học, có nhiều hạn chế. Chúng thường không hiệu quả đối với các chất bảo vệ thực vật khó phân hủy sinh học. Ngoài ra, một số phương pháp có thể tạo ra các sản phẩm phụ độc hại hơn. Do đó, cần có các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến hơn để giải quyết vấn đề ô nhiễm chất bảo vệ thực vật. Công nghệ Peroxone là một trong những lựa chọn đầy hứa hẹn.

2.3. Tổng Quan Về Tình Hình Sử Dụng Chất BVTV Tại Việt Nam

Theo Cục Bảo vệ môi trường (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn) thống kê hiện hay tại Việt Nam có khoảng 1700 hoạt chất thuốc BVTV với trên 4000 sản phẩm thương mại. Trong vài năm gần đây, chính phủ đang hạn chế lưu hành và cấm sử dụng một số loại hóa chất BVTV có tính độc cao như Paraquat và 2,4D. Tuy nhiên, để đạt sự tăng trưởng nhanh chóng như vậy trong sản xuất nông nghiệp thì không ít những bộ phận người nông dân đã sử dụng các hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) không đúng quy định về kỹ thuật, đây vừa là vấn đề gây nhức nhối trong quản lý nông nghiệp vừa ảnh hưởng đến môi trường, sức khỏe người lao động và chất lượng sản phẩm nông nghiệp.

III. Nghiên Cứu Cơ Chế Phản Ứng Peroxone Xử Lý Chất BVTV

Hiểu rõ cơ chế phản ứng Peroxone là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả xử lý chất bảo vệ thực vật. Quá trình Peroxone tạo ra các gốc tự do hydroxyl (OH•) thông qua phản ứng giữa ozone và hydrogen peroxide. Các gốc OH• này tấn công và phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, bao gồm cả chất bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ, thành các sản phẩm vô hại như CO2 và H2O. Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của công nghệ Peroxone.

3.1. Phân Tích Chi Tiết Cơ Chế Phản Ứng Oxy Hóa Của Peroxone

Cơ chế phản ứng Peroxone bao gồm nhiều giai đoạn phức tạp. Đầu tiên, ozone và hydrogen peroxide phản ứng với nhau để tạo ra các gốc tự do hydroxyl (OH•). Sau đó, các gốc OH• này tấn công các chất ô nhiễm hữu cơ thông qua các phản ứng oxy hóa. Các phản ứng này phá vỡ cấu trúc phân tử của chất ô nhiễm, biến chúng thành các sản phẩm đơn giản hơn. Cuối cùng, các sản phẩm này có thể được phân hủy hoàn toàn thành CO2 và H2O.

3.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Xử Lý Của Peroxone

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của công nghệ Peroxone, bao gồm pH, nhiệt độ, nồng độ ozone và hydrogen peroxide, và sự hiện diện của các chất cản trở. pH tối ưu cho quá trình Peroxone thường là axit hoặc trung tính. Nhiệt độ cao có thể làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng cũng có thể làm giảm độ ổn định của ozone. Nồng độ ozone và hydrogen peroxide cần được điều chỉnh để đạt được hiệu quả xử lý tối ưu. Các chất cản trở, như các ion kim loại, có thể làm giảm hiệu quả xử lý của công nghệ Peroxone.

IV. Ứng Dụng Công Nghệ Peroxone Xử Lý Fasfix 150SL Nghiên Cứu

Nghiên cứu này tiến hành thí nghiệm xử lý hợp chất thương mại Fasfix 150SL, một loại chất bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ phổ biến, bằng công nghệ Peroxone. Mục tiêu là đánh giá hiệu quả xử lý COD, TOC và sự hình thành nitrat trong quá trình xử lý. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng về khả năng ứng dụng công nghệ Peroxone trong xử lý nước thải nông nghiệp chứa chất bảo vệ thực vật.

4.1. Ảnh Hưởng Của pH Đến Hiệu Quả Xử Lý COD TOC Bằng Peroxone

Kết quả thí nghiệm cho thấy pH có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả xử lý COD và TOC bằng công nghệ Peroxone. Hiệu quả xử lý cao nhất thường đạt được ở pH axit hoặc trung tính. Ở pH kiềm, hiệu quả xử lý có thể giảm do sự phân hủy của ozone và sự hình thành các gốc tự do hydroxyl không mong muốn. Việc điều chỉnh pH là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả xử lý của công nghệ Peroxone.

4.2. Tác Động Của Chất Xúc Tác H2O2 Đến Hiệu Quả Xử Lý Glufosinate

Nồng độ hydrogen peroxide (H2O2) cũng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Glufosinate bằng công nghệ Peroxone. Nồng độ H2O2 quá thấp có thể không đủ để tạo ra đủ gốc tự do hydroxyl để phân hủy chất ô nhiễm. Nồng độ H2O2 quá cao có thể làm giảm hiệu quả xử lý do cạnh tranh với ozone trong phản ứng tạo gốc tự do hydroxyl. Cần xác định nồng độ H2O2 tối ưu để đạt được hiệu quả xử lý cao nhất.

V. So Sánh Hiệu Quả Peroxone Với Ozone Trong Xử Lý Chất BVTV

Nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý của công nghệ Peroxone với ozone thông thường trong việc xử lý chất bảo vệ thực vật. Kết quả cho thấy công nghệ Peroxone thường có hiệu quả xử lý cao hơn so với ozone thông thường, đặc biệt là đối với các chất bảo vệ thực vật khó phân hủy. Sự kết hợp giữa ozone và hydrogen peroxide tạo ra sức mạnh oxy hóa vượt trội, giúp phân hủy chất ô nhiễm hiệu quả hơn.

5.1. Đánh Giá Chi Tiết Ưu Điểm Của Peroxone So Với Ozone Đơn Lẻ

Công nghệ Peroxone có nhiều ưu điểm so với ozone đơn lẻ trong xử lý chất bảo vệ thực vật. Thứ nhất, nó tạo ra nhiều gốc tự do hydroxyl hơn, giúp tăng cường khả năng oxy hóa. Thứ hai, nó có thể hoạt động ở pH rộng hơn. Thứ ba, nó ít bị ảnh hưởng bởi các chất cản trở hơn. Do đó, công nghệ Peroxone là một lựa chọn hiệu quả hơn cho xử lý nước thải chứa chất bảo vệ thực vật.

5.2. Phân Tích Chi Phí Xử Lý Peroxone So Với Ozone Truyền Thống

Mặc dù công nghệ Peroxone có hiệu quả xử lý cao hơn, nhưng chi phí đầu tư và vận hành cũng cao hơn so với ozone thông thường. Chi phí xử lý bằng công nghệ Peroxone phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nồng độ chất ô nhiễm, lưu lượng nước thải và giá thành ozone và hydrogen peroxide. Cần phân tích chi phí - lợi ích để xác định xem công nghệ Peroxone có phải là lựa chọn kinh tế cho một ứng dụng cụ thể hay không.

VI. Kết Luận Triển Vọng Công Nghệ Peroxone Xử Lý BVTV

Công nghệ Peroxone là một giải pháp tiềm năng để xử lý chất bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ trong nước thải nông nghiệp. Nghiên cứu này cho thấy công nghệ Peroxone có hiệu quả xử lý cao đối với Fasfix 150SL, một loại chất bảo vệ thực vật phổ biến. Tuy nhiên, cần có thêm nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình Peroxone và đánh giá tính khả thi kinh tế của công nghệ này. Trong tương lai, công nghệ Peroxone có thể đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Về Xử Lý Chất BVTV Bằng Peroxone

Nghiên cứu này đã chứng minh hiệu quả của công nghệ Peroxone trong việc xử lý chất bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ. Kết quả cho thấy công nghệ Peroxone có thể giảm đáng kể nồng độ COD và TOC trong nước thải chứa Fasfix 150SL. Tuy nhiên, cần có thêm nghiên cứu để đánh giá hiệu quả xử lý đối với các loại chất bảo vệ thực vật khác và trong các điều kiện thực tế.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Công Nghệ Peroxone Tương Lai

Các hướng nghiên cứu và phát triển công nghệ Peroxone trong tương lai bao gồm: tối ưu hóa quá trình Peroxone để giảm chi phí xử lý, phát triển các chất xúc tác mới để tăng cường hiệu quả xử lý, và tích hợp công nghệ Peroxone với các phương pháp xử lý nước thải khác. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu về tác động môi trường và sức khỏe của các sản phẩm phụ của quá trình Peroxone.