Luận án tiến sĩ: Ứng dụng vật liệu Fe0 nano để xử lý nitrat và photphat trong nước

• Tác giả: Nguyễn Xuân Huân
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Đức
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Môi trường đất và nước
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Vật Liệu Fe0 Nano Trong Xử Lý Nitrat Và Photphat Trong Nước
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 1.1. MỞ ĐẦU
• 1.2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.2.1. Ô NHIỄM NITRAT, PHOTPHAT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
• 1.2.1.1. Nguồn gốc, tính chất và chuyển hóa của nitrat, photphat
• 1.2.1.2. Ô nhiễm nitrat, photphat trong nước
• 1.2.1.3. Ảnh hưởng của nitrat, photphat đến môi trường và sức khỏe con người
• 1.2.2. Phương pháp xử lý nitrat, photphat trong nước
• 1.2.3. VẬT LIỆU NANO, ĐẶC ĐIỂM, TÍNH CHẤT CỦA Fe0 NANO VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
• 1.2.3.1. Khái niệm vật liệu nano
• 1.2.3.2. Tính chất của vật liệu nano
• 1.2.3.3. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano
• 1.2.3.4. Đặc điểm, tính chất của Fe0 nano
• 1.2.3.5. Một số ứng dụng trong xử lý môi trường của Fe0 nano
• 1.3. THỰC TRẠNG SẢN XUẤT BIA VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC
• 1.4. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 1.4.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4.3.1. Phương pháp điều chế vật liệu Fe0 nano
• 1.4.3.2. Phương pháp xác định đặc điểm, tính chất của vật liệu Fe0 nano
• 1.4.3.3. Phương pháp xác định hiệu quả xử lý riêng nitrat bằng liệu Fe0 nano
• 1.4.3.4. Phương pháp xác định hiệu quả xử lý riêng photphat bằng Fe0 nano
• 1.4.3.5. Nghiên cứu xử lý kết hợp nitrat và photphat bằng Fe0 nano
• 1.4.3.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của Cu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+ đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và photphat trong nước bằng vật liệu Fe0 nano
• 1.4.3.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ oxy hòa tan trong nước đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và photphat bằng vật liệu Fe0 nano
• 1.4.3.8. Nghiên cứu ảnh hưởng của cách thức điều chỉnh pH đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và photphat trong nước bằng vật liệu Fe0 nano
• 1.4.3.9. Phương pháp xác định một số chỉ tiêu cơ bản của nước
• 1.4.3.10. Phương pháp bố trí thí nghiệm nâng cao hiệu quả xử lý N và P trong nước thải nhà máy bia Hà Nội bằng vật liệu Fe0 nano
• 1.4.3.11. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu
• 1.5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 1.5.1. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU Fe0 NANO
• 1.5.1.1. Kết quả nghiên cứu phổ nhiễu xạ tia X của Fe0 nano
• 1.5.1.2. Kết quả chụp ảnh SEM, TEM vật liệu Fe0 nano
• 1.5.1.3. Kết quả xác định diện tích bề mặt
• 1.5.1.4. Xác định thế zeta của Fe0 nano
• 1.5.2. HIỆU QUẢ XỬ LÝ RIÊNG NITRAT, PHOTPHAT BẰNG Fe0 NANO
• 1.5.2.1. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý riêng nitrat
• 1.5.2.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý riêng nitrat
• 1.5.2.3. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý riêng photphat
• 1.5.2.4. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý riêng photphat
• 1.5.3. HIỆU QUẢ CỦA VIỆC XỬ LÝ KẾT HỢP NITRAT, PHOTPHAT VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ XỬ LÝ
• 1.5.3.1. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và photphat
• 1.5.3.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và photphat
• 1.5.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ Fe0 nano sử dụng đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và photphat
• 1.5.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ nitrat và photphat đầu vào đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và photphat bằng Fe0 nano
• 1.5.3.5. Ảnh hưởng của Cu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+ đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và photphat bằng vật liệu Fe0 nano
• 1.5.3.6. Ảnh hưởng của nồng độ oxy hòa tan trong nước đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và photphat bằng vật liệu Fe0 nano
• 1.5.3.7. Ảnh hưởng của các loại axit khác nhau sử dụng để điều chỉnh pH đến hiệu quả xử lý kết hợp nitrat và photphat trong nước bằng Fe0 nano
• 1.5.4. ĐẶC ĐIỂM, TÍNH CHẤT CÁC NGUỒN NƯỚC THẢI TẠI NHÀ MÁY BIA HÀ NỘI VÀ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI HIỆN TẠI
• 1.5.4.1. Một số kết quả về hoạt động sản xuất của nhà máy bia Hà Nội
• 1.5.4.2. Tính chất nước thải sinh hoạt tại nhà máy bia Hà Nội
• 1.5.4.3. Tính chất nước thải sản xuất tại nhà máy bia Hà Nội
• 1.5.4.4. Hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Hà Nội
• 1.5.5. HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT TẠI ĐIỂM TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA HÀ NỘI
• 1.5.6. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ N VÀ P TRONG NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA HÀ NỘI BẰNG Fe0 NANO
• 2. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

I. Giới thiệu về ô nhiễm nitrat và photphat

Ô nhiễm nitrat và photphat trong nước là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Nitrat và photphat là hai thành phần dinh dưỡng thiết yếu cho sự phát triển của thực vật, nhưng khi chúng xuất hiện với nồng độ cao trong nước, chúng có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng, dẫn đến sự phát triển quá mức của tảo và làm giảm chất lượng nước. Theo nghiên cứu, việc thải 1 kg N và P vào môi trường nước có thể tạo ra 20 và 138 kg COD dưới dạng tảo chết. Điều này cho thấy sự cần thiết phải xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm này. Việc ứng dụng vật liệu nano như Fe0 nano trong xử lý nước thải đã được chứng minh là một giải pháp tiềm năng, nhờ vào khả năng hấp phụ và khử các hợp chất ô nhiễm. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng Fe0 nano có thể hoạt động như một chất khử, giúp loại bỏ nitrat và hấp phụ photphat, từ đó cải thiện chất lượng nước.

1.1. Nguồn gốc và tác động của ô nhiễm

Ô nhiễm nitrat và photphat chủ yếu xuất phát từ các nguồn thải sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp. Các chất thải này thường chứa nồng độ cao các hợp chất chứa N và P, gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường nước. Nước bị ô nhiễm có thể gây hại cho sức khỏe con người khi sử dụng cho mục đích ăn uống hoặc sinh hoạt. Ngoài ra, sự gia tăng nồng độ nitrat và photphat trong nước còn dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, làm giảm chất lượng nước và ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh. Việc xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm này là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.

II. Tính chất và ứng dụng của vật liệu Fe0 nano

Vật liệu Fe0 nano được biết đến với nhiều tính chất ưu việt, bao gồm khả năng khử mạnh và diện tích bề mặt lớn. Những đặc điểm này giúp Fe0 nano trở thành một lựa chọn lý tưởng trong việc xử lý ô nhiễm nitrat và photphat. Nghiên cứu cho thấy rằng Fe0 nano có thể hoạt động như một chất khử, giúp chuyển đổi nitrat thành nitơ khí, đồng thời hấp phụ photphat vào bề mặt của nó. Việc sử dụng vật liệu nano trong xử lý nước thải không chỉ nâng cao hiệu quả xử lý mà còn giảm thiểu chi phí và thời gian xử lý. Các phương pháp chế tạo Fe0 nano cũng rất đa dạng, từ hóa học đến vật lý, cho phép sản xuất với quy mô lớn và giá thành hợp lý. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho việc ứng dụng Fe0 nano trong các hệ thống xử lý nước thải hiện đại.

2.1. Các phương pháp chế tạo Fe0 nano

Có nhiều phương pháp chế tạo Fe0 nano, bao gồm phương pháp hóa học, phương pháp nhiệt và phương pháp sinh học. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp hóa học thường cho ra sản phẩm có kích thước đồng đều và tính chất ổn định, trong khi phương pháp sinh học có thể giảm thiểu tác động môi trường. Việc lựa chọn phương pháp chế tạo phù hợp sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của Fe0 nano trong ứng dụng thực tế. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa quy trình chế tạo có thể nâng cao đáng kể hiệu suất xử lý nitrat và photphat trong nước.

III. Hiệu quả xử lý nitrat và photphat bằng Fe0 nano

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng Fe0 nano có khả năng xử lý hiệu quả cả nitrat và photphat trong nước. Các thí nghiệm cho thấy rằng thời gian, pH, và nồng độ Fe0 nano là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Cụ thể, khi nồng độ Fe0 nano tăng lên, hiệu suất xử lý nitrat và photphat cũng tăng theo. Điều này cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện xử lý là cần thiết để đạt được hiệu quả cao nhất. Hơn nữa, việc kết hợp xử lý nitrat và photphat bằng Fe0 nano không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn cải thiện chất lượng nước, đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường hiện hành.

3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý

Các yếu tố như thời gian tiếp xúc, pH của môi trường và nồng độ Fe0 nano có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý nitrat và photphat. Nghiên cứu cho thấy rằng pH tối ưu cho quá trình xử lý thường nằm trong khoảng từ 6 đến 8. Thời gian tiếp xúc cũng đóng vai trò quan trọng, với thời gian dài hơn thường dẫn đến hiệu suất xử lý cao hơn. Việc điều chỉnh các yếu tố này có thể giúp tối ưu hóa quy trình xử lý, từ đó nâng cao hiệu quả loại bỏ nitrat và photphat trong nước thải.

IV. Kết luận và khuyến nghị

Việc nghiên cứu và ứng dụng vật liệu Fe0 nano trong xử lý nitrat và photphat trong nước đã cho thấy nhiều triển vọng. Fe0 nano không chỉ có khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm mà còn dễ dàng chế tạo và ứng dụng trong thực tế. Để nâng cao hiệu quả xử lý, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng và tối ưu hóa quy trình chế tạo. Ngoài ra, việc áp dụng công nghệ này vào các hệ thống xử lý nước thải hiện có sẽ góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Các nhà máy, đặc biệt là nhà máy bia, nên xem xét việc tích hợp Fe0 nano vào quy trình xử lý nước thải của họ để đạt được hiệu quả cao hơn trong việc loại bỏ nitrat và photphat.

4.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần có các nghiên cứu tiếp theo để đánh giá hiệu quả lâu dài của Fe0 nano trong các điều kiện thực tế khác nhau. Việc khảo sát các phương pháp kết hợp với Fe0 nano cũng là một hướng đi tiềm năng để nâng cao hiệu quả xử lý. Hơn nữa, nghiên cứu về tác động môi trường của Fe0 nano sau khi xử lý cũng cần được thực hiện để đảm bảo rằng công nghệ này không gây ra ô nhiễm thứ cấp.