Đặt vấn đề Việt Nam là một quốc gia có nhiều lợi thế về điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên, là nơi giàu tiềm năng sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là trồng trọt, nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu về lương thực thực phẩm hiện nay. Tuy có lợi thế khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa thuận lợi để cây trồng phát triển nhưng cũng tạo điều kiện cho sâu bệnh phát sinh gây hại mùa màng, làm giảm năng suất cây trồng và đe dọa an ninh lương thực quốc gia. Do đó, thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) đã và đang đóng vai trò không thể thiếu trong công tác phòng trừ sâu bệnh, bảo vệ sản xuất. Chính nhu cầu sử dụng thuốc trừ sâu ngày càng tăng đã góp phần “đẩy mạnh” quá trình sản xuất và nhập khẩu lượng lớn hoạt chất đưa vào thị trường.
Việc lạm dụng thuốc BVTV đem đến nhiều hệ lụy ảnh hưởng trực tiếp cho sản xuất, môi trường và sức khỏe cộng đồng. Một trong những tác hại nghiêm trọng đó là nguồn nước bị nhiễm thuốc BVTV, nguyên nhân chính do cấu tạo thành phần các hợp chất độc hại, phức tạp và khó phân hủy. Vì vậy, hiệu quả xử lý của các công nghệ truyền thống đều không ổn định, điều kiện vận hành nghiêm ngặt, chi phí cao và có thể sinh ra các sản phẩm phụ không mong muốn. Oxy hóa bậc cao (AOPs) là quá trình xử lý hóa học mà trong đó gốc hydroxyl (●OH) được sinh ra để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ.
Có rất nhiều cách để tạo ra gốc ●OH như quá trình hóa học Fenton, các quá trình quang hóa như quang Fenton, quang xúc tác, các quá trình hóa siêu âm và quá trình điện hóa [1]. Giữa các AOPs, phương pháp Fenton điện hóa nổi lên như một công nghệ hiệu quả và thu hút được rất nhiều sự chú ý của cộng đồng nghiên cứu khoa học với các ưu điểm như lượng bùn được tạo ra sau quá trình thấp, có khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm khó phân hủy [2,3]. Hơn thế nữa, phương pháp này đã được ứng dụng thành công trong việc xử lý các họ thuốc BVTV [4 - 7]. Xuất phát từ những ưu điểm trên, em xin thực hiện đề tài “Nghiên cứu giảm ô nhiễm hữu cơ trong nước thải sản xuất thuốc bảo vệ thực vật chứa Tricylazole bằng Fenton điện hóa” nhằm đánh giá khả năng xử lý nước thải sản xuất thuốc BVTV bằng công nghệ Fenton điện hóa.
Kết quả đạt được sẽ cung cấp các cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc triển khai vào thực thế để xử lý nước thải ở các nhà máy sản xuất thuốc BVTV.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu giảm ô nhiễm hữu cơ trong nước thải sản xuất thuốc bảo vệ thực vật chứa tricylazole bằng Fenton điện hóa.3 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu bao gồm những nội dung sau: - Nội dung 1: Thiết kế thí nghiệm bằng phương pháp Taguchi và xác định điều kiện tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải sản xuất thuốc BVTV bằng công nghệ Fenton điện hóa. - Nội dung 2: Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sản xuất thuốc BVTV bằng phương pháp Fenton điện hóa quy mô phòng thí nghiệm. - Nội dung 3: Tính toán chi phí vận hành.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Nước thải sản xuất thuốc BVTV chứa tricyclazole.2 Phạm vi nghiên cứu Mẫu nước thải sản xuất thuốc BVTV chứa tricyclazole. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình Fenton điện hóa bao gồm pH, mật độ dòng điện, nồng độ Fe2+, nồng độ muối sulfate và thời gian phản ứng.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 1.1 Ý nghĩa khoa học Đánh giá mức độ ảnh hưởng và điều kiện tối ưu của các yến tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải sản xuất thuốc BVTV bằng công nghệ Fenton điện hóa.2 Ý nghĩa thực tiễn Đánh giá khả năng ứng dụng của công nghệ Fenton điện hóa trên nước thải sản xuất thuốc BVTV.6 Tính mới của đề tài Đề tài nghiên cứu về việc xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu chứa Tricyclazole bằng công nghệ Fenton điện hóa, một khía cạnh chưa được nghiên cứu nhiều ở Việt Nam và trên thế giới.
Bên cạnh đó đề tài cũng sử dụng phương pháp thiết kế 3 thí nghiệm nhằm mục đích tiết kiệm chi phí, thời gian thực hiện thí nghiệm cũng như số liệu có độ tin cậy cao hơn. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về thuốc bảo vệ thực vật 2. Khái niệm về thuốc bảo vệ thực vật Thuốc BVTV nói chung bao gồm các chế phẩm dùng để phòng trừ sinh vật gây hại tài nguyên thực vật, các chế phẩm có tác dụng điều hòa sinh trưởng thực vật, các chế phẩm có tác dụng xua đuổi hoặc thu hút sinh vật gây hại tài nguyên thực vật đến để tiêu diệt.
Tài nguyên thực vật được bảo vệ bao gồm cây và sản phẩm của cây trồng, nông lâm sản, thức ăn gia súc và nông sản khi bảo quản. Những sinh vật gây hại tài nguyên thực vật (còn gọi là dịch hại) bao gồm sâu hại, bệnh hại, cỏ dại, chuột và tác nhân sinh vật gây bệnh khác [8]. Thuốc BVTV sử dụng ở Việt Nam chủ yếu phục vụ trồng lúa (chiếm 80% tổng lượng thuốc) vì diện tích canh tác lúa rất lớn. Ngày nay, khi nghề trồng lúa đã trở thành lĩnh vực sản xuất hàng hóa thì đầu tư cho mục tiêu tăng năng suất, tăng sản lượng bằng việc sử dụng thuốc BVTV ngày càng quan trọng [9].
Phân loại thuốc BVTV 2. Phân loại theo đối tượng phòng chống Thuốc trừ sâu (Insecticide): Gồm các chất hay hỗn hợp các chất có tác dụng tiêu diệt, xua đuổi hay di chuyển bất kỳ loại côn trùng nào có mặt trong môi trường. Chúng được dùng để diệt trừ hoặc ngăn ngừa tác hại của côn trùng đến cây trồng, cây rừng, nông lâm sản [10]. Thuốc trừ bệnh (Fungicide): Thuốc trừ bệnh bao gồm các hợp chất có nguồn gốc hóa học (vô cơ, hữu cơ), sinh học (vi sinh vật và các sản phẩm của chúng, nguồn gốc thực vật), có tác dụng ngăn ngừa hay diệt trừ các loài vi sinh vật gây hại cho cây trồng [10].
Thuốc trừ chuột (Rodenticide): Là những hợp chất vô cơ, hữu cơ hoặc có nguồn gốc sinh học có hoạt tính sinh học được dùng để diệt chuột gây hại trên đồng ruộng, trong nhà và các loài gặm nhấm [10]. Thuốc trừ nhện (Acricide): những chất được dùng chủ yếu để trừ nhện gây hại cho cây trồng và các loại thực vật khác, đặc biệt là nhện đỏ. Hầu hết thuốc trừ nhện thông dụng hiện nay đều có tác dụng tiếp xúc. Đại đa số thuốc trong nhóm là những thuốc đặc hiệu có khả năng chọn lọc cao, ít gây hại cho côn trùng có ích và thiên địch [10].
5 Thuốc trừ cỏ (Herbicide): gồm các chất được dùng để trừ các loài thực vật cản trở sự sinh trưởng của cây trồng. Đây là nhóm thuốc dễ gây hại nhất cho cây trồng vì vậy khi dùng các thuốc trong nhóm này cần đặc biệt thận trọng [10]. Phân loại theo gốc hóa học Nhóm thuốc BVTV gốc vô cơ: Nhóm này gồm các hợp chất độc, ưu thế nhất thường là các hợp chất của arsen, đồng và thủy ngân. Các chất này không phân hủy trong điều kiện thường và khi được sử dụng làm thuốc trừ sâu, chúng sẽ là các chất độc rất bền vững.
Tuy nhiên, việc phân giải tính độc trong môi trường của chúng có thể xảy ra do sự thay đổi cấu trúc phân tử gây ra bởi các phản ứng hóa học vô cơ và hữu cơ. Hơn nữa, tính bền vững của các chất vô cơ trong đất bị ảnh hưởng bởi quá trình phán tán do các thay đổi cấu trúc vật lý như lọc, xói mòn do gió và nước. Các thuốc trừ sâu vô cơ nổi bật gồm các loại sau [11]: - Hỗn hợp Bordeaux: là một loại thuốc trừ sâu với một vài thành phần bao gồm tetracupric sulfate và pentacupric sulfate. Hỗn hợp Bordeaux được sử dụng như một chất diệt nấm cho trái cây và hoa màu.
Nó hoạt động dựa trên đặc tính ức chế các enzyme khác nhau của nấm. - Các chất chứa thạch tín (arsen): bao gồm trioxide arsenic, sodium arsenite, và calciuin arsenate là những loại thuốc diệt cỏ. Thuốc trừ sâu thuộc nhóm này có Paris xanh, arsenate chì và arsenate canxi. Nhóm thuốc BVTV gốc hữu cơ: - Nhóm hợp chất hữu cơ tự nhiên: là các chất hóa học được ly trích từ nhiều loài thực vật.
Một loại thuốc BVTV quan trọng là alkaloid nicotine và các hợp chất chứa nicotinoid, được trích ra từ cây thuốc lá (Nicotiana tabacum) và thường sử dụng dưới dạng muối nicotine sulfate. Một loại khác nữa là pyrethrum, một phức hợp của 6 loại chất hóa học (pyrethrin I và II, cinerin I và II, gasmolin I và II) trích ly từ loại côn trùng dạng hoa cúc và các hoa pyrethrum, Chrysanthemum cineraiaefolium và C. Một phức hợp hóa học khác được sử dụng như thuốc trừ sâu gặm nhấm là các retinoid, đặc biệt là rotenone, được trích ly từ loài cây nhiệt đới Derris diliptica, D. malaccenis, Lonchocarpus utilis và L.
- Nhóm chất tổng hợp hữu cơ – kim loại: đã được sử dụng rộng rãi, hầu hết là các chất diệt nấm. Quan trọng nhất trong loại này là hợp chất hữu cơ của chì, 6 chẳng hạn như Phenylmercunic acetate, methylmercury, methoxyethylmercuric chloride [11]. - Nhóm hợp chất phenol: là các chất diệt nấm, dùng để bảo vệ các cây gỗ. Chiếm ưu thế là các trichlorophenol, tetrachlorophenol và pentachlorophenol [11].
- Nhóm hợp chất clo hữu cơ: Các hợp chất trong nhóm này là những hợp chất mà trong cấu trúc phân tử của chúng có chứa một hoặc nhiều nguyên tử clo liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon [12]. Ngoài tác dụng trừ sâu, chúng còn có tác dụng trừ nấm, trừ cỏ,… Thuốc trừ sâu clo hữu cơ có một số tính chất hóa lý chung là áp suất hơi thấp, ít tan trong nước, chủ yếu tan trong dung môi hữu cơ, bền hóa học, phân hủy và chuyển hóa sinh học chậm. Vì vậy chúng diệt sâu tốt nhưng ảnh hưởng lớn đến môi trường do tồn lưu lâu dài, để lại dư lượng trong thịt, sữa của động vật ăn cỏ có phun thuốc [9]. - Nhóm hợp chất photpho hữu cơ: là các ester của axit phosphoric, được dùng để trừ các loại sâu hại, giun tròn.
Loại này có tính độc đối với các loài chân đốt nhưng kém bền vững trong môi trường [12]. Thuốc có phổ tác động rộng, diệt được nhiều loại sâu hại. Ngoài ra một số thuốc trong nhóm có thể diệt được tuyến trùng, nhện, sâu non, sâu trưởng thành và trứng.