Nghiên cứu và đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ độc hại trong nước trầm tích sông Kim Ngưu cùng thử nghiệm xử lý PAHs bằng vật liệu TiO2

• Tác giả: Tô Xuân Quỳnh
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Đức Toàn
• Trường học: Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm một số chất hữu cơ độc hại trong nước, trầm tích sông Kim Ngưu và thử nghiệm xử lý PAHs bằng vật liệu TiO2
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
• 0.4. Phương pháp nghiên cứu
• 0.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 0.6. Cấu trúc luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặc điểm của một số chất hữu cơ độc hại
• 1.2. Ảnh hưởng của các chất hữu cơ độc hại đến sinh vật
• 1.3. Nghiên cứu về tồn lưu trong nước và trầm tích của các chất hữu cơ độc hại
• 1.4. Tổng quan phương pháp phân tích các chất hữu cơ độc hại trong môi trường
• 1.4.1. Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu phân tích các chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước
• 1.4.2. Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu phân tích các chất hữu cơ ô nhiễm độc hại trong môi trường trầm tích
• 1.4.3. Phương pháp phân tích các chất hữu cơ độc hại trên hệ thống sắc kí khí khối phổ
• 1.5. Một số nghiên cứu điển hình về xử lý ô nhiễm nâng cao các chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước bằng xúc tác quang TiO2 biến tính
• 1.5.1. Đặc điểm của quá trình oxy hóa nâng cao
• 1.5.2. Đặc điểm vật liệu xúc tác quang TiO2 biến tính và khả năng xúc tác quang hóa
• 1.5.3. Một số nghiên cứu trên thế giới về xử lý ô nhiễm nâng cao các chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước bằng xúc tác quang biến tính
• 1.5.4. Một số nghiên cứu trong nước về xử lý ô nhiễm nâng cao các chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước bằng xúc tác quang biến tính
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Cơ sở khoa học
• 2.1.1. Cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu sông Kim Ngưu và các chất hữu cơ ô nhiễm độc hại trong sông Kim Ngưu
• 2.1.2. Cơ sở cho việc lấy mẫu, các thông số nghiên cứu
• 2.1.3. Cơ sở cho việc nghiên cứu giải pháp công nghệ
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp điều tra và thu thập số liệu
• 2.2.2. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu
• 2.2.3. Phương pháp sol-gel - chế tạo vật liệu xử lý
• 2.2.4. Phương pháp xử lý oxy hoá nâng cao bằng mô hình quy mô phòng thí nghiệm
• 2.2.5. Thiết kế hệ thống thử nghiệm oxi hóa nâng cao kết hợp xúc tác quang
• 2.2.6. Qui trình thử nghiệm oxi hóa nâng cao kết hợp xúc tác quang
• 2.2.7. Phương pháp đánh giá rủi ro
• 2.3. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá ô nhiễm tổng thể trong sông Kim Ngưu, Hà Nội
• 3.2. Đánh giá Sterol trong nước và trầm tích sông Kim Ngưu
• 3.3. Đánh giá PPCPs trong nước và trầm tích sông Kim Ngưu
• 3.4. Đánh giá ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại trong nước sông Kim Ngưu
• 3.5. Đánh giá ô nhiễm của PCB trong nước sông Kim Ngưu, Hà Nội
• 3.6. Đánh giá ô nhiễm của PAE trong nước sông Kim Ngưu
• 3.7. Đánh giá ô nhiễm PBDE trong nước sông Kim Ngưu
• 3.8. Đánh giá ô nhiễm PAH trong nước sông Kim Ngưu
• 3.9. Đánh giá ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại trong nước sông Kim Ngưu, Hà Nội
• 3.10. Đánh giá thành phần các PCB trong nước sông Kim Ngưu, Hà Nội
• 3.11. Đánh giá thành phần các PAE trong nước sông Kim Ngưu
• 3.12. Đánh giá thành phần các PBDE trong nước sông Kim Ngưu, Hà Nội
• 3.13. Đánh giá thành phần của các PAH trong nước sông Kim Ngưu, Hà Nội
• 3.14. Đánh giá tồn lưu và các chất hữu cơ độc hại trong trầm tích sông Kim Ngưu
• 3.15. Đánh giá tồn lưu của PCB trong trầm tích sông Kim Ngưu
• 3.16. Đánh giá tồn lưu của PAE trong trầm tích sông Kim Ngưu
• 3.17. Đánh giá tồn lưu của PBDE trong trầm tích sông Kim Ngưu
• 3.18. Đánh giá tồn lưu của PAHs trong trầm tích sông Kim Ngưu
• 3.19. Đánh giá ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại trong trầm tích sông Kim Ngưu, Hà Nội
• 3.20. Đánh giá rủi ro của các chất hữu cơ độc hại trong nước sông Kim Ngưu, Hà Nội
• 3.21. Đánh giá rủi ro của các chất hữu cơ độc hại đến nước sông Kim Ngưu
• 3.22. Đánh giá rủi ro các chất hữu cơ độc hại trong trầm tích sông Kim Ngưu
• 3.23. Đánh giá hiệu quả xử lý PAHs bằng quang xúc tác biến tính Fe-TiO2 với quy mô phòng thí nghiệm
• 3.24. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Ô nhiễm chất hữu cơ độc hại trong nước trầm tích sông Kim Ngưu

Nghiên cứu tập trung vào đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ độc hại trong nước trầm tích sông Kim Ngưu. Các chất hữu cơ độc hại như PAE, PCB, PAH, PBDE được xác định là những chất có độc tính cao, khó phân hủy và có khả năng tích tụ trong môi trường. Sông Kim Ngưu, với vai trò là hệ thống thoát nước mưa và nước thải của Hà Nội, đã tiếp nhận lượng lớn nước thải sinh hoạt, công nghiệp và y tế, dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. Nghiên cứu sử dụng phương pháp lấy mẫu và phân tích theo tiêu chuẩn quốc tế để đánh giá tồn lưu các chất này trong nước và trầm tích.

1.1. Đặc điểm và tác động của chất hữu cơ độc hại

Các chất hữu cơ độc hại như PAE, PCB, PAH, PBDE có cấu trúc phức tạp, khó phân hủy và có khả năng di chuyển xa trong môi trường. Chúng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người, đặc biệt là gây rối loạn nội tiết, biến đổi gen và các bệnh hiểm nghèo. Nghiên cứu chỉ ra rằng các chất này dễ dàng xâm nhập vào cơ thể người thông qua chuỗi thức ăn và tiếp xúc trực tiếp, tích tụ lâu dài và gây hại.

1.2. Phương pháp phân tích ô nhiễm

Phương pháp phân tích ô nhiễm được áp dụng bao gồm lấy mẫu nước và trầm tích theo tiêu chuẩn TCVN 6663-6-2018 và TCVN 6663-13-2000. Các mẫu được phân tích bằng hệ thống sắc ký khí khối phổ (GC-MS) để xác định nồng độ các chất hữu cơ độc hại. Kết quả phân tích cho thấy sự hiện diện của các chất này trong nước và trầm tích sông Kim Ngưu ở mức độ đáng báo động.

II. Xử lý PAHs bằng vật liệu TiO2

Nghiên cứu thử nghiệm xử lý PAHs bằng vật liệu TiO2 biến tính. Vật liệu nano TiO2 được pha tạp Fe và phủ lên SiO2 để tăng hiệu quả xúc tác quang. Quá trình xử lý được thực hiện trong phòng thí nghiệm với quy mô nhỏ, sử dụng phương pháp oxy hóa nâng cao kết hợp xúc tác quang. Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý PAHs đạt mức cao, đặc biệt với các hợp chất như Naphalene, Acenaphthene và Phenanthrene.

2.1. Công nghệ xử lý nước bằng TiO2

Công nghệ xử lý nước sử dụng vật liệu TiO2 là một phương pháp hiệu quả để phân hủy các chất hữu cơ độc hại. TiO2 hoạt động như một chất xúc tác quang, dưới tác dụng của ánh sáng, tạo ra các gốc tự do có khả năng oxy hóa mạnh, phân hủy các hợp chất hữu cơ thành các sản phẩm ít độc hại hơn. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình xử lý bằng cách pha tạp Fe vào TiO2 để tăng hiệu quả xúc tác.

2.2. Kết quả thử nghiệm xử lý PAHs

Kết quả thử nghiệm cho thấy phương pháp xử lý PAHs bằng vật liệu TiO2 biến tính đạt hiệu suất cao. Các hợp chất PAHs như Naphalene, Acenaphthene và Phenanthrene được phân hủy với hiệu suất lên đến 90% trong thời gian ngắn. Điều này chứng tỏ tiềm năng ứng dụng của TiO2 trong việc xử lý ô nhiễm nước thải chứa các chất hữu cơ độc hại.

III. Đánh giá rủi ro và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đánh giá rủi ro của các chất hữu cơ độc hại trong nước và trầm tích sông Kim Ngưu đối với hệ sinh thái và sức khỏe con người. Kết quả cho thấy mức độ rủi ro cao đối với các chất như PCB và PAHs, đặc biệt là trong trầm tích. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp quản lý và xử lý ô nhiễm, trong đó ứng dụng TiO2 trong xử lý nước được coi là một phương pháp tiềm năng.

3.1. Đánh giá rủi ro sinh thái

Phương pháp đánh giá rủi ro được sử dụng dựa trên tiêu chuẩn của EPA. Kết quả cho thấy các chất hữu cơ độc hại trong nước và trầm tích sông Kim Ngưu có nguy cơ gây hại cao đối với hệ sinh thái, đặc biệt là các loài thủy sinh. Các chất như PCB và PAHs có khả năng tích tụ trong chuỗi thức ăn, gây ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe con người.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đề xuất ứng dụng TiO2 trong xử lý nước như một giải pháp hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại. Công nghệ này có tiềm năng lớn trong việc xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.