Luận Án Tiến Sĩ: Kết Hợp Phương Pháp Nội Điện Phân Và Màng Sinh Học A2O MBBR Để Xử Lý Nước Thải Nhiễm TNT

• Tác giả: Vũ Duy Nhàn
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Thị Mai Hương
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu kết hợp phương pháp nội điện phân và phương pháp màng sinh học lưu động A2O – MBBR để xử lý nước thải nhiễm TNT
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. HIỆN TRẠNG NƯỚC THẢI NHIỄM TNT
• 1.1.1. Tính chất hóa lý và vai trò quan trọng của TNT (2,4,6 -Trinitrotoluene)
• 1.1.2. Tính chất nguy hại của TNT và một số loại thuốc nổ
• 1.1.3. Hiện trạng nước thải nhiễm TNT
• 1.1.4. Tiêu chuẩn xả thải nước thải TNT
• 1.1.5. Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải TNT
• 1.2. KỸ THUẬT NỘI ĐIỆN PHÂN
• 1.2.1. Nguyên lý phương pháp nội điện phân
• 1.2.2. Các tác dụng chính của quá trình nội điện phân và ứng dụng xử lý nước thải
• 1.2.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới
• 1.2.4. Các phương pháp chế tạo vật liệu nội điện phân
• 1.3. PHƯƠNG PHÁP A2O-MBBR
• 1.3.1. Nguyên lý công nghệ và đặc điểm
• 1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng
• 1.4. PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN BÁN TỰ ĐỘNG
• 1.4.1. Tổng quan về SCADA và phần mềm WinCC trong ứng dụng giám sát và điều khiển hệ thống tự động xử lý nước thải
• 1.4.2. Ứng dụng giám sát và điều khiển hệ thống tự động xử lý nước thải
• 1.4.3. Thiết kế các chức năng hệ thống tự động hoá xử lý nước thải
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Vi sinh vật
• 2.2. Hóa chất và thiết bị
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP
• 2.3.1. Phương pháp phân lập vi sinh vật
• 2.3.2. Phương pháp phân tích COD
• 2.3.3. Phương pháp xác định tổng Photpho (T-P)
• 2.3.4. Phương pháp xác định Amoni (NH4+)
• 2.3.5. Phương pháp phân tích TNT
• 2.3.6. Phương pháp đo TOC
• 2.3.7. Phương pháp đo dòng ăn mòn kim loại
• 2.3.8. Phương pháp đo kích thước và phân bố hạt bùn PSD
• 2.3.9. Phương pháp xác định hàm lượng bùn hoạt tính MLSS
• 2.3.10. Phương pháp xác định hàm lượng ion Fe
• 2.3.11. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 2.4. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.4.1. Chế tạo vật liệu nội điện phân Fe-Cu có điện thế Eo cao
• 2.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng phân hủy TNT
• 2.4.3. Phân lập bùn hoạt tính
• 2.4.4. Phương pháp phân loại vi sinh vật
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. KỸ THUẬT NỘI ĐIỆN PHÂN XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM TNT
• 3.1.1. Chế tạo vật liệu nội điện phân Fe/Cu
• 3.1.2. Ảnh hưởng của các yếu tố tới hiệu quả xử lý TNT
• 3.1.3. Một số đặc điểm động học của quá trình nội điện phân xử lý TNT
• 3.1.4. Đánh giá quá trình khử phân tử TNT
• 3.1.5. Nâng cao khả năng oxy hóa khử của phản ứng nội điện phân
• 3.1.6. Thiết kế, vận hành thử nghiệm hệ thống nội điện phân xử lý nước thải TNT quy mô phòng thí nghiệm
• 3.2. KỸ THUẬT A2O-MMBR XỬ LÝ TNT
• 3.2.1. Nghiên cứu phân lập bùn hoạt tính
• 3.2.2. Xử lý TNT bằng phương pháp A2O-MBBR
• 3.2.3. Kết hợp phương pháp nội điện phân và A2O-MBBR
• 3.2.4. Đa dạng vi sinh vật trong hệ thống A2O-MBBR
• 3.3. THIẾT KẾ VÀ VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG PILOT XỬ LÝ NƯỚC THẢI TNT, NH4NO3 TẠI Z121
• 3.3.1. Vận hành thử nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC I
• PHỤ LỤC II

I. Nghiên cứu nước thải nhiễm TNT

Nghiên cứu nước thải nhiễm TNT tập trung vào việc phân tích tính chất hóa lý và tác động môi trường của TNT (2,4,6-Trinitrotoluene). TNT là một hợp chất nitro độc hại, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp quốc phòng và sản xuất thuốc nổ. Nước thải nhiễm TNT có khả năng tồn tại lâu dài trong môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, TNT và các đồng phân của nó vẫn được tìm thấy trong đất và nước sau nhiều thập kỷ. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả.

1.1. Tính chất hóa lý của TNT

TNT là một hợp chất nitro có cấu trúc phân tử gồm ba nhóm nitro (-NO2) gắn vào vòng benzen. Tính chất hóa lý của TNT bao gồm độ bền cao, khả năng khó phân hủy sinh học và độc tính mạnh. Tác động của TNT đến môi trường và sức khỏe con người là rất nghiêm trọng, đặc biệt là khả năng gây ung thư và đột biến gen. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, TNT có thể tồn tại trong nước thải với nồng độ cao, đòi hỏi các phương pháp xử lý đặc biệt.

1.2. Hiện trạng nước thải nhiễm TNT

Hiện trạng nước thải nhiễm TNT tại các nhà máy sản xuất thuốc nổ và cơ sở quốc phòng cho thấy, lượng TNT thải ra môi trường là rất lớn. Các phương pháp xử lý truyền thống như hấp phụ, điện phân và sinh học thường không đủ hiệu quả để loại bỏ hoàn toàn TNT. Điều này dẫn đến việc cần phải kết hợp nhiều phương pháp xử lý để đạt được hiệu quả tối ưu.

II. Xử lý nước thải bằng nội điện phân và màng sinh học A2O MBBR

Xử lý nước thải nhiễm TNT bằng phương pháp nội điện phân và màng sinh học A2O-MBBR là một hướng nghiên cứu mới và hiệu quả. Nội điện phân là phương pháp sử dụng vật liệu lưỡng kim để tạo dòng điện nội tại, giúp phân hủy các hợp chất khó phân hủy như TNT. Màng sinh học A2O-MBBR kết hợp các giai đoạn kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí, tạo điều kiện lý tưởng cho vi sinh vật phân hủy các chất ô nhiễm.

2.1. Nguyên lý và ứng dụng của nội điện phân

Nguyên lý phương pháp nội điện phân dựa trên việc sử dụng vật liệu lưỡng kim như Fe/Cu để tạo dòng điện nội tại trong môi trường điện ly. Dòng điện này giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy như TNT thành các sản phẩm trung gian dễ xử lý hơn. Ứng dụng của nội điện phân trong xử lý nước thải công nghiệp đã được chứng minh là hiệu quả, đặc biệt là trong giai đoạn tiền xử lý.

2.2. Phương pháp A2O MBBR trong xử lý nước thải

Phương pháp A2O-MBBR kết hợp các giai đoạn kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí với kỹ thuật màng sinh học lưu động. MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) sử dụng các giá thể di động để tạo môi trường lý tưởng cho vi sinh vật phát triển và phân hủy các chất ô nhiễm. Phương pháp này có ưu điểm là hiệu quả cao, chi phí vận hành thấp và phù hợp với các loại nước thải khó xử lý.

III. Kết hợp nội điện phân và A2O MBBR trong xử lý nước thải nhiễm TNT

Kết hợp nội điện phân và A2O-MBBR là một giải pháp toàn diện để xử lý nước thải nhiễm TNT. Nội điện phân đóng vai trò tiền xử lý, phân hủy TNT thành các sản phẩm trung gian dễ phân hủy hơn. Sau đó, A2O-MBBR tiếp tục xử lý các sản phẩm trung gian này đến mức an toàn. Phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường.

3.1. Quy trình kết hợp nội điện phân và A2O MBBR

Quy trình kết hợp bắt đầu bằng việc sử dụng nội điện phân để phân hủy TNT thành các hợp chất trung gian. Sau đó, nước thải được chuyển sang hệ thống A2O-MBBR, nơi các vi sinh vật tiếp tục phân hủy các hợp chất trung gian thành CO2 và nước. Quy trình này đảm bảo hiệu quả xử lý cao và giảm thiểu tác động đến môi trường.

3.2. Đánh giá hiệu quả của phương pháp kết hợp

Đánh giá hiệu quả của phương pháp kết hợp cho thấy, tỷ lệ loại bỏ TNT đạt trên 95%, đồng thời các chỉ tiêu chất lượng nước thải như COD, BOD và amoni đều đạt tiêu chuẩn xả thải. Phương pháp này cũng có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất thuốc nổ và cơ sở quốc phòng.