Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu xử lý nước thải diazo dinitrophenol bằng giải pháp quang Fenton

Chuyên khảo Xử lý nước thải diazo dinitrophenol bằng phương pháp quang fenton phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực công nghệ

• Tác giả: Dương Thị Thanh Loan
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Hoàng
• Trường học: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý nước thải của dây chuyền sản xuất Diazo dinitrophenol bằng giải pháp quang Fenton
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 2. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• 3. DANH MỤC BẢNG
• 4. DANH MỤC HÌNH
• 5. TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
• 6. THESIS ABSTRACT
• 7. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 8. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC
• 9. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 10. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 11. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN
• 12. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 12.1. ĐẶC ĐIỂM, TÍNH CHẤT CỦA DIAZO DINITROPHENOL
• 12.1.1. Đặc điểm của DDNP
• 12.1.2. Tính chất vật lý
• 12.1.3. Tính chất hóa học
• 12.1.4. Độ tan của DDNP
• 13. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 13.1. Địa điểm nghiên cứu
• 13.2. Thời gian nghiên cứu
• 13.3. Đối tượng/hóa chất và thiết bị
• 13.3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 13.3.2. Hóa chất và thiết bị
• 13.4. Nội dung nghiên cứu
• 13.5. Phương pháp nghiên cứu
• 13.5.1. Phương pháp phân tích chỉ tiêu thành phần nước thải
• 13.5.2. Khảo sát các điều kiện xử lý DDNP trong nước bằng phương pháp quang Fenton
• 13.5.3. Phương pháp phân tích nồng độ DDNP
• 14. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 14.1. Khảo sát thành phần nước thải dây chuyền sản xuất DDNP tại nhà máy Z121
• 14.2. Nghiên cứu đặc điểm quá trình phân hủy DDNP trong môi trường nước bằng hệ UV-Fenton
• 14.2.1. Xây dựng đường chuẩn DDNP
• 14.2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy DDNP bằng phương pháp UV-Fenton
• 14.3. Đề xuất quy trình công nghệ xử lý nước thải chứa DDNP tại nhà máy sản xuất quốc phòng
• 14.4. Thử nghiệm điều kiện tối ưu để xử lý nước thải chứa DDNP tại nhà máy Z121 – Tổng cục CNQP
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu xử lý nước thải diazo dinitrophenol

Nước thải từ dây chuyền sản xuất diazo dinitrophenol (DDNP) chứa nhiều chất ô nhiễm độc hại, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Việc xử lý nước thải này là một thách thức lớn trong ngành công nghiệp quốc phòng. Phương pháp quang Fenton đã được nghiên cứu và áp dụng để xử lý hiệu quả các hợp chất độc hại trong nước thải. Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn bảo vệ môi trường sống.

1.1. Đặc điểm của nước thải chứa diazo dinitrophenol

Nước thải từ dây chuyền sản xuất DDNP thường chứa các hợp chất phenol và nitro, có độc tính cao. Các hợp chất này khó phân hủy và cần được xử lý triệt để để đảm bảo an toàn cho môi trường.

1.2. Tính cấp thiết của việc xử lý nước thải DDNP

Việc xử lý nước thải DDNP không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường theo các quy định hiện hành. Các phương pháp xử lý hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu về hiệu suất và an toàn.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý nước thải DDNP

Xử lý nước thải chứa diazo dinitrophenol gặp nhiều khó khăn do tính chất hóa học phức tạp của các hợp chất trong nước thải. Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả trong việc loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm này. Thách thức lớn nhất là tìm ra phương pháp xử lý hiệu quả, tiết kiệm và thân thiện với môi trường.

2.1. Các phương pháp xử lý nước thải hiện tại

Các phương pháp như ozon hóa, điện phân và phân hủy sinh học đã được thử nghiệm nhưng thường không đạt hiệu quả cao trong việc xử lý DDNP. Cần có các giải pháp mới để cải thiện hiệu suất xử lý.

2.2. Tác động của nước thải DDNP đến môi trường

Nước thải chứa DDNP có thể gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Việc không xử lý kịp thời có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng.

III. Phương pháp quang Fenton trong xử lý nước thải DDNP

Phương pháp quang Fenton là một trong những giải pháp hiệu quả nhất hiện nay để xử lý nước thải chứa diazo dinitrophenol. Phương pháp này sử dụng ánh sáng UV để kích hoạt phản ứng Fenton, tạo ra các gốc hydroxyl có khả năng oxy hóa mạnh mẽ, giúp phân hủy các hợp chất độc hại trong nước thải.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp quang Fenton

Quá trình quang Fenton diễn ra khi ánh sáng UV chiếu vào dung dịch chứa Fe2+ và H2O2, tạo ra gốc hydroxyl. Gốc này có khả năng oxy hóa mạnh, giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại.

3.2. Lợi ích của phương pháp quang Fenton

Phương pháp này không chỉ hiệu quả trong việc xử lý DDNP mà còn thân thiện với môi trường. Nó giúp giảm thiểu ô nhiễm và có thể áp dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất quốc phòng.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp quang Fenton có thể đạt hiệu suất xử lý cao đối với nước thải chứa diazo dinitrophenol. Các thí nghiệm cho thấy rằng việc điều chỉnh các yếu tố như pH, nồng độ H2O2 và ánh sáng UV có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý.

4.1. Kết quả thí nghiệm xử lý nước thải DDNP

Các thí nghiệm cho thấy rằng hiệu suất xử lý DDNP có thể đạt trên 90% khi điều chỉnh đúng các điều kiện. Điều này chứng tỏ tính khả thi của phương pháp quang Fenton trong thực tiễn.

4.2. Ứng dụng quy trình công nghệ tại nhà máy

Quy trình công nghệ xử lý nước thải DDNP bằng phương pháp quang Fenton đã được áp dụng thử nghiệm tại nhà máy Z121, đạt kết quả tốt và đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng nước sau xử lý.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về xử lý nước thải diazo dinitrophenol bằng phương pháp quang Fenton đã mở ra hướng đi mới trong việc bảo vệ môi trường. Kết quả đạt được cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi của phương pháp này trong các nhà máy sản xuất quốc phòng và các ngành công nghiệp khác.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý DDNP và đề xuất quy trình công nghệ hiệu quả. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường.

5.2. Triển vọng phát triển công nghệ xử lý nước thải

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới, cải tiến quy trình xử lý nước thải để đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng cao.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Quá trình chế tạo thuốc gợi nổ công nghiệp và quân sự phát sinh lượng nước thải đặc thù rất lớn, trung bình từ 200 đến 300 kg nước thải trên mỗi kilôgam sản phẩm Diazo dinitrophenol (DDNP) được tạo thành. Hợp chất DDNP (công thức phân tử C6H2N4O5) là dẫn xuất nitro phenol vòng thơm có độ bền hóa học cao, rất khó phân hủy sinh học và tiềm ẩn độc tính nghiêm trọng đối với hệ sinh thái thủy vực cũng như sức khỏe con người khi phơi nhiễm ở liều lượng chỉ từ 1 đến 4 mg/kg thể trọng mỗi ngày. Nước thải thực tế tại hố thu của dây chuyền sản xuất thuốc nổ thường xuyên ghi nhận chỉ số COD vượt ngưỡng từ 10 đến 14 lần và độ màu vượt trên 70 lần so với quy chuẩn môi trường hiện hành.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xác định toàn diện thành phần ô nhiễm đặc thù trong nước thải dây chuyền sản xuất DDNP, đồng thời nghiên cứu tối ưu hóa các thông số vận hành của quá trình oxy hóa nâng cao quang Fenton (UV-Fenton) để xử lý triệt để các hợp chất nitro phenol độc hại. Đề tài được triển khai thực nghiệm trong giai đoạn từ tháng 4 năm 2017 đến tháng 4 năm 2018 tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Môi trường thuộc Viện Công nghệ mới - Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự, kết hợp lấy mẫu kiểm chứng trực tiếp tại Nhà máy Z121 thuộc Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng tại tỉnh Phú Thọ.

Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp giải pháp công nghệ oxy hóa tiên tiến đạt hiệu suất chuyển hóa DDNP trên 98,69% và giảm thiểu COD vượt mức 80%, đưa các chỉ tiêu ô nhiễm về ngưỡng an toàn theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT cột B.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết các quá trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes - AOPs), trọng tâm là phản ứng Fenton quang hóa (Photo-Fenton). Cơ chế phản ứng dựa trên sự sản sinh liên tục gốc tự do hydroxyl (•OH) mang thế oxy hóa cực cao đạt 2,80 V, vượt trội hơn hẳn so với ozon ở mức 2,07 V và clo ở mức 1,36 V. Gốc •OH tấn công trực tiếp vào vòng benzen của phân tử DDNP thông qua phản ứng cộng ái điện tử và phản ứng tách hydro, phá vỡ cấu trúc mạch vòng bền vững để chuyển hóa thành các hợp chất trung gian mạch thẳng trước khi khoáng hóa hoàn toàn thành CO2, H2O và các ion vô cơ.

Bên cạnh phản ứng Fenton cổ điển giữa ion Fe2+ và H2O2 với hằng số tốc độ phản ứng k đạt khoảng 63 l/(mol.s), hệ quang Fenton tận dụng bức xạ tia tử ngoại (UV) có bước sóng thích hợp để khử ion phức [Fe(OH)]2+ trở lại dạng Fe2+, sinh thêm gốc •OH theo chu trình quang hóa khép kín: Fe3+ + H2O + hν → Fe2+ + H+ + •OH. Nhờ cơ chế tái sinh xúc tác liên tục này, tốc độ phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy tăng gấp 3 đến 4 lần so với hệ Fenton thông thường mà không làm tích tụ lượng bùn thải chứa sắt quá mức.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm bao gồm 6 mẫu nước thải thực tế (ký hiệu từ NT1 đến NT6) thu thập vào tháng 8 năm 2017 và tháng 10 năm 2017 tại hố thu gom cuối của dây chuyền sản xuất DDNP thuộc Nhà máy Z121, cùng hệ thống các mẫu nước thải mô phỏng pha chuẩn trong phòng thí nghiệm với nồng độ DDNP khảo sát từ 50 mg/l đến 550 mg/l. Phương pháp lấy mẫu tổ hợp theo mẻ ngẫu nhiên có phân tầng tại các chu kỳ sản xuất khác nhau được lựa chọn nhằm bảo đảm tính đại diện cao nhất cho mức độ dao động tải lượng ô nhiễm.

Hệ thống phân tích hiện đại được áp dụng đồng bộ: nồng độ DDNP được định lượng chính xác bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC Agilent 1100 sử dụng đầu dò DAD ở bước sóng 200 nm, cột tách Hypersil C18 (kích thước 200 x 4 mm) và pha động Methanol:H2O tỷ lệ 70:30; hàm lượng kim loại nặng được xác định trên thiết bị ICP-MS Agilent 7900 theo phương pháp US EPA 200.8; các chỉ tiêu COD, độ màu, tổng nitơ và sunfua được đo kiểm quang phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis Agilent 8453 và máy đo COD DR/890 HACH theo các tiêu chuẩn TCVN 6491:1999 và TCVN 6492:1999.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát hiện trạng nguồn thải tại Nhà máy Z121 cho thấy nước thải dây chuyền sản xuất thuốc gợi nổ mang tính kiềm mạnh với pH dao động từ 10,13 đến 12,80, nồng độ DDNP tự do rất cao ở mức 417,9 đến 698,4 mg/l, COD biến thiên từ 1.600 đến 2.100 mg/l, tổng phenol đạt 143,9 đến 315,9 mg/l và độ màu cực kỳ đậm đặc từ 5.500 đến 10.700 Pt/Co.

Khi thực hiện phản ứng quang Fenton trên hệ thiết bị thể tích 5 lít có chiếu xạ UV công suất 15 W, yếu tố pH môi trường thể hiện vai trò quyết định: ở điều kiện tối ưu pH bằng 3, nồng độ DDNP giảm mạnh từ 370,40 mg/l xuống còn 4,87 mg/l sau 90 phút phản ứng, tương ứng hiệu suất xử lý đạt 98,69% và đạt chuyển hóa hoàn toàn 100% tại mốc 105 phút với tốc độ xử lý trung bình đạt 21,28 mg/(l.phút) trong 5 phút đầu tiên. Ngược lại, tại môi trường trung tính pH bằng 7 và môi trường kiềm pH bằng 9, hiệu suất phân hủy sau 90 phút chỉ đạt lần lượt 23,12% và 19,40%, tức giảm hơn 4 lần so với môi trường axit.

Đồng thời, khi kết hợp tỷ lệ mol H2O2/Fe2+ thích hợp cùng bước sóng UV 254 nm, chỉ số COD của nước thải giảm từ 1.850 mg/l xuống dưới 150 mg/l (hiệu suất tách bỏ trên 85%), độ màu giảm hơn 95% sau 90 phút xử lý mẻ, đưa toàn bộ nước thải sau xử lý về ngưỡng an toàn.

Thảo luận kết quả

Cơ chế phân hủy DDNP diễn ra mạnh mẽ nhất tại giá trị pH bằng 3 là do ở khoảng pH này, các ion sắt tồn tại chủ yếu ở dạng phức chất đơn nhân [Fe(OH)]2+, vốn là dạng hấp thu bức xạ photon UV mạnh nhất trong vùng bước sóng 250 đến 400 nm để giải phóng ồ ạt các gốc •OH tự do. Khi nâng pH lên 7 hoặc 9, các ion Fe2+ và Fe3+ nhanh chóng bị thủy phân tạo thành kết tủa hydroxide không tan Fe(OH)3, làm mất đi vai trò xúc tác đồng thể, đồng thời H2O2 bị phân hủy tự phát thành oxy và nước mà không sinh ra gốc tự do có hoạt tính oxy hóa.

Dữ liệu diễn biến nồng độ DDNP và COD theo thời gian phản ứng có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua biểu đồ đường động học phân hủy bậc một và bảng so sánh đa thông số tại các mốc thời gian 15, 30, 60 và 90 phút. So với phương pháp keo tụ bằng PAC vốn chỉ loại bỏ được khoảng 50,96% COD và 80% độ màu, hay giải pháp vi điện phân Fe-C đơn thuần chỉ khử nhóm nitro thành nhóm amin mà không phá vỡ hoàn toàn mạch vòng, công nghệ UV-Fenton thể hiện tính ưu việt vượt trội về khả năng khoáng hóa sâu, loại bỏ triệt để các độc chất hữu cơ mạch vòng khó phân hủy trong môi trường nước.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện công nghệ và ứng dụng hiệu quả giải pháp quang Fenton vào thực tế xử lý nước thải công nghiệp quốc phòng, các đề xuất cụ thể được xây dựng như sau:

Thiết lập hệ thống phản ứng quang Fenton liên tục kết hợp module đèn UV 254 nm hiệu suất cao tại phân xưởng xử lý nước thải Nhà máy Z121, hướng tới mục tiêu duy trì hiệu suất phân hủy DDNP đạt trên 99,5% và COD đầu ra dưới 100 mg/l, thực hiện hoàn thành lắp đặt trong vòng 6 đến 9 tháng bởi Phòng Công nghệ Môi trường phối hợp cùng Ban Giám đốc nhà máy.

Áp dụng quy trình chuẩn hóa định lượng tự động hóa tác nhân hóa chất gồm H2O2 và FeSO4 theo tỷ lệ mol kiểm soát chặt chẽ nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành, giảm lượng hóa chất tiêu hao khoảng 15% đến 20%, tiến hành thử nghiệm nghiệm thu trong quý 4 năm 2018 do đội ngũ kỹ sư vận hành nhà máy phụ trách.

Triển khai bể tiền xử lý điều hòa và trung hòa axit hóa để hạ pH từ dải 10,0 - 12,8 xuống mức pH 3,0 cố định trước khi đưa vào tháp oxy hóa quang hóa, bảo đảm lưu lượng dòng chảy ổn định 50 m3/ngày đêm, lộ trình thực hiện kéo dài 3 tháng do Phân xưởng Xây dựng A13 đảm nhiệm.

Tổ chức quan trắc định kỳ 1 tháng một lần đối với các chỉ tiêu độc hại như tổng phenol, sunfua và các kim loại nặng bằng hệ thống HPLC và ICP-MS, bảo đảm 100% các mẻ nước xả thải đạt tiêu chuẩn xả thải loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT, thực hiện thường xuyên từ đầu năm 2019 bởi Viện Công nghệ mới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn và tài liệu khoa học hữu ích cho 4 nhóm đối tượng chính:

Kỹ sư vận hành và cán bộ quản lý môi trường tại các nhà máy sản xuất vũ khí, vật liệu nổ, hóa chất quốc phòng như Nhà máy Z121, Z113, Z131: Áp dụng trực tiếp thông số công nghệ tối ưu pH bằng 3 và thời gian lưu 90 phút để thiết kế, cải tạo trạm xử lý nước thải nhiễm hợp chất nitro thơm đạt chuẩn xả thải.

Các nhà nghiên cứu, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Hóa học: Sử dụng số liệu động học, phổ UV-Vis, sắc ký đồ HPLC và quy trình phân tích AOPs làm tài liệu tham khảo cho các đề tài phát triển vật liệu xúc tác quang hóa nâng cao.

Doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực xử lý nước thải công nghiệp khó phân hủy như nước thải dệt nhuộm, dược phẩm, hóa chất bảo vệ thực vật: Kế thừa mô hình phản ứng UV-Fenton dạng mẻ dung tích từ 5 lít trở lên để nâng quy mô thử nghiệm pilot xử lý các dòng thải có COD trên 2.000 mg/l.

Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và an toàn hóa chất thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Quốc phòng: Tham khảo nguồn dẫn chứng thực tế để ban hành các quy chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm đối với các chất gợi nổ thế hệ mới không chứa chì và thủy ngân.

Câu hỏi thường gặp

Chất Diazo dinitrophenol (DDNP) trong nước thải có mức độ nguy hại như thế nào đối với môi trường và sức khỏe? DDNP là chất nổ nhạy thế hệ mới có độc tính cao đối với tế bào sinh vật. Phơi nhiễm kéo dài qua đường hô hấp hoặc nguồn nước với liều lượng từ 2 mg/kg/ngày có thể gây teo vàng gan cấp tính, suy giảm nghiêm trọng lượng bạch cầu và tổn thương hệ thần kinh ngoại biên, đồng thời làm phát sinh độ màu nước thải lên đến 10.700 Pt/Co gây cản trở quang hợp thủy sinh.

Tại sao quá trình quang Fenton (UV-Fenton) lại đạt hiệu quả vượt trội hơn hẳn phản ứng Fenton truyền thống? Hệ quang Fenton bổ sung bức xạ tia tử ngoại UV bước sóng 254 nm giúp quang phân trực tiếp phức chất sắt, tái sinh nhanh chóng Fe3+ thành Fe2+ theo chu trình liên tục. Điều này tạo thêm lượng lớn gốc tự do •OH có thế oxy hóa 2,80 V, gia tăng tốc độ khoáng hóa chất hữu cơ lên gấp 3 đến 4 lần và hạn chế triệt để hiện tượng lắng đọng bùn sắt Fe(OH)3.

Vì sao giá trị pH bằng 3 được xác định là điều kiện tối ưu tuyệt đối cho hệ phản ứng phân hủy DDNP? Tại pH bằng 3, ion sắt tồn tại chủ yếu ở dạng phức [Fe(OH)]2+ có khả năng hấp thụ quang thông UV cực đại để sinh gốc •OH, giúp hiệu suất phân hủy DDNP đạt tới 98,69% sau 90 phút. Nếu pH tăng lên mức 7 hoặc 9, sắt bị kết tủa hoàn toàn thành hydroxide, làm hiệu suất xử lý sụt giảm nghiêm trọng xuống dưới 24%.

Nước thải sau quá trình xử lý bằng giải pháp UV-Fenton có đáp ứng được các quy chuẩn môi trường hiện hành không? Nước thải sau 90 phút phản ứng trong điều kiện tối ưu ghi nhận nồng độ DDNP giảm về mức không phát hiện, COD giảm từ trên 1.800 mg/l xuống dưới 150 mg/l, độ màu giảm trên 95%, các chỉ tiêu kim loại nặng và sunfua đều đạt ngưỡng cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT cột B trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.

Chi phí đầu tư và vận hành công nghệ UV-Fenton tại quy mô công nghiệp có tính khả thi không? Công nghệ tận dụng các hóa chất thông dụng giá thành thấp như FeSO4 và H2O2 kết hợp hệ thống đèn UV 15 W tiêu thụ ít điện năng. Việc kiểm soát tối ưu liều lượng giúp giảm thiểu 20% hóa chất tiêu hao và giảm chi phí xử lý bùn thải, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật vượt trội cho các cơ sở công nghiệp quốc phòng.

Kết luận

Những đóng góp khoa học và thực tiễn nổi bật của công trình nghiên cứu bao gồm:

• Xác định toàn diện đặc tính ô nhiễm nguồn thải dây chuyền sản xuất DDNP tại Nhà máy Z121 với độ kiềm cao pH 10,13 - 12,80, nồng độ DDNP 417,9 - 698,4 mg/l, COD đạt 1.600 - 2.100 mg/l và độ màu đạt 5.500 - 10.700 Pt/Co.
• Xây dựng thành công phương pháp định lượng sắc ký HPLC chuẩn xác xác định hàm lượng DDNP ở bước sóng 200 nm, phục vụ giám sát tối ưu quá trình phản ứng.
• Chứng minh cơ chế và điều kiện tối ưu của hệ quang Fenton tại pH bằng 3, bước sóng UV 254 nm, đạt hiệu suất xử lý DDNP 98,69% và khoáng hóa COD trên 85% sau 90 phút.
• Đề xuất hoàn chỉnh sơ đồ dây chuyền công nghệ thiết bị xử lý nước thải áp dụng thử nghiệm thành công tại Nhà máy Z121 đạt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột B.
• Định hình kế hoạch phát triển ứng dụng mở rộng quy mô module công nghiệp liên tục công suất 50 m3/ngày đêm trong giai đoạn 2019 - 2020.

Quý độc giả, các nhà nghiên cứu và quý doanh nghiệp quan tâm đến giải pháp công nghệ oxy hóa nâng cao hãy liên hệ ngay với tác giả và nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ mới để nhận chuyển giao quy trình kỹ thuật và tư vấn thiết kế hệ thống xử lý chuyên sâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM DƯƠNG THỊ THANH LOAN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT DIAZO DINITROPHENOL BẰNG GIẢI PHÁP QUANG FENTON Ngành: Khoa học môi trường Mã số: 8440301 Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Văn Hoàng PGS. Nguyễn Thị Hồng Hạnh NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIÊP - 2018 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và hình ảnh trong luận văn hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 17 tháng 5 năm 2018 Tác giả luận văn Dương Thị Thanh Loan i LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với TS. Nguyễn Văn Hoàng và PGS.Nguyễn Thị Hồng Hạnh đã định hướng, chỉ bảo, nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn Thủ trưởng Viện Công nghệ mới – Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng, các cán bộ phòng Công nghệ môi trường – Viện Công nghệ mới đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Tôi xin trân trọng cảm ơn đối với các thầy cô giáo Khoa môi trường cùng các thầy cô giáo Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như hoàn thành luận văn này. Tôi xin được cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đã động viên, giúp đỡ trong quá trình học tập và nghiên cứu. Luận văn được hoàn thành với sự hỗ trợ của đề tài nền cấp Viện KH-CN Quân sự: “Nghiên cứu xử lý nước thải dây chuyền sản xuất Diazo dinitrophenol bằng giải pháp kết hợp sắt nano hóa trị 0 và quang Fenton”. Hà Nội, ngày 17 tháng 5 năm 2018 Tác giả luận văn Dương Thị Thanh Loan ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] MỤC LỤC Lời cam đoan.

ii Mục lục. iii Danh mục chữ viết tắt. v Danh mục bảng. vi Danh mục hình.

viii Trích yếu luận văn. ix Thesis abstract. Tính cấp thiết của đề tài. Giả thuyết khoa học.

Mục tiêu nghiên cứu. Phạm vı nghıên cứu. Những đóng góp mớı, ý nghĩa khoa học thực tıễn. Tổng quan tàı lıệu.

Đặc đıểm, tính chất của dıazo dınıtrophenol. Đặc điểm của DDNP. Tính chất vật lý. Tính chất hóa học.

Độc tính của DDNP. Hıện trạng công nghệ xử lý nước thảı nhıễm DDNP. Các nghiên cứu nước ngoài. Các nghiên cứu trong nước.

Phân loạı các phản ứng oxı hóa nâng cao trên cơ sở tác nhân •OH. Khái niệm về tác nhân oxi hóa nâng cao •oh và quá trình oxi hóa nâng cao trên cơ sở •OH. Đặc điểm và tính chất của tác nhân oxi hóa nâng cao •OH. Đặc điểm phản ứng oxi hóa của gốc •OH.

Đặc điểm quá trình oxi hóa FENTON. Phản ứng tạo gốc •OH trong quá trình Fenton. Đặc điểm động học phản ứng oxi hóa phân hủy các chất hữu cơ trong quá iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] trình Fenton. Các yếu tố ảnh hưởng tới động học phản ứng oxi hóa Fenton.

Đặc điểm quá trình quang FENTON. Khái niệm chung về quá trình quang phân trực tiếp và gián tiếp. Quá trình quang Fenton. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu.

Địa điểm nghiên cứu. Thời gian nghiên cứu. Đối tượng/hóa chất và thiết bị. Đối tượng nghiên cứu.

Hóa chất và thiết bị. Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp phân tích chỉ tiêu thành phần nước thải.

Khảo sát các điều kiện xử lý DDNP trong nước bằng phương pháp quang Fenton. Phương pháp phân tích nồng độ DDNP. Kết quả và thảo luận. Khảo sát thành phần nước thảı dây chuyền sản xuất ddnp tạı nhà máy z121.

Nghiên cứu đặc điểm quá trình phân hủy ddnp trong môi trường nước bằng hệ uv-fenton. Xây dựng đường chuẩn DDNP. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy DDNP bằng phương pháp UV-Fenton. Đề xuất quy trình công nghệ xử lý nước thảı chứa DDNP tạı nhà máy sản xuất quốc phòng.

Đề xuất quy trình công nghệ xử lý nước thải chứa DDNP bằng phương pháp quang Fenton tại các nhà máy sản xuất quốc phòng. Thử nghiệm điều kiện tối ưu để xử lý nước thải chứa DDNP tại nhà máy Z121 – Tổng cục CNQP. 57 Tài liệu tham khảo. 58 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt BOD Nhu cầu oxy hóa sinh học CNQP Công nghiệp quốc phòng COD Nhu cầu oxy hóa hóa học DDNP Diazo dinitrophenol DNP Dinitrophenol HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao MNP Mononitrophenol TNP Trinitrophenol TNR Trinitroresocinol, axit styphnic UV-Vis Quang phổ tử ngoại khả kiến v LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC BẢNG Bảng 2.

Độ tan của DDNP. Tốc độ nổ của DDNP. Các quá trình oxi hóa nâng cao dựa vào gốc hydroxyl •OH. Các phản ứng có thể xảy ra trong quá trình Fenton.

Các phương pháp phân tích chỉ tiêu thành phần nước thải. Các điều kiện tiến hành khảo sát. Kết quả phân tích chất lượng nước thải tại dây chuyền sản xuất Diazo dinitrophenol (tháng 8/2017). Kết quả phân tích chất lượng nước thải tại dây chuyền sản xuất Diazo dinitrophenol (tháng 10/2017).

Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất xử lý DDNP (CoDDNP =370,40 mg/l, H2O2/Fe2+ =20 , T=30 oC). Kết quả phân tích chất lượng nước sau quá trình xử lý UV- Fenton tại các pH thử nghiệm khác nhau. Kết quả phân tích chất lượng nước sau quá trình xử lý UV- Fenton môi trường pH khác nhau đối với nước thải Nhà máy Z121. Sự phụ thuộc của hiệu suất vào nhiệt độ (CoDDNP =370,4 mg/l, 2+ H2O2/Fe =20 , pH=3).

Kết quả phân tích chất lượng nước sau quá trình xử lý UV- Fenton ở các nhiệt độ khác nhau khác nhau. Kết quả phân tích chất lượng nước sau quá trình xử lý UV- Fenton môi trường nhiệt độ khác nhau đối với nước thải Nhà máy Z121. Sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý vào nồng độ DDNP ban đầu. Kết quả phân tích chất lượng nước theo các nồng độ DDNP ban đầu khác nhau.

Kết quả phân tích chất lượng nước sau xử lý UV- Fenton ở các nồng độ DDNP khác nhau đối với nước thải Nhà máy Z121. Ảnh hưởng của tỉ lệ tác nhân Fenton đến hiệu suất xử lý DDNP (CoDDNP =370,4 mg/l, pH=3, T=30 oC). Kết quả phân tích chất lượng nước theo các tỉ lệ H2O2/Fe2+ khác nhau. 49 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Kết quả phân tích chất lượng nước sau xử lý UV- Fenton ở tỷ lệ H2O2/Fe2+ khác nhau đối với nước thải Nhà máy Z121. Ảnh hưởng của bước sóng bức xạ UV đến hiệu suất xử lý DDNP (CoDDNP =370,40 mg/l, H2O2/Fe2+ =20 , T=30 oC). Kết quả phân tích chất lượng nước sau quá trình xử lý UV- Fenton ở các bước sóng khác nhau khác nhau. Kết quả phân tích chất lượng nước sau xử lý UV- Fenton ở các bước sóng khác nhau đối với nước thải Nhà máy Z121 (NT6).

Chất lượng nước thải sau xử lý tại Nhà máy Z121. 56 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC HÌNH Hình 2. Hai đồng phân của DDNP. Sơ đồ công nghệ sản xuất thuốc gợi nổ DDNP tại nhà máy Z121.

Sơ đồ hệ thống thiết bị để thực hiện phản ứng oxi hóa DDNP trong điều kiện có bức xạ UV. Hệ thống thiết bị thí nghiệm phản ứng oxi hóa DDNP trong điều kiện có bức xạ UV. Sắc đồ HPLC của DDNP. Phổ UV-Vis của DDNP.

Đồ thị ngoại chuẩn xác định DDNP bằng phương pháp HPLC .4 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý DDNP .5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất xử lý DDNP .6 Ảnh hưởng của nồng độ DDNP ban đầu đến hiệu suất xử lý DDNP .7 Ảnh hưởng của tỷ lệ H2O2/Fe2+ đến hiệu suất và tốc độ trung bình phân hủy DDNP trong hệ UV-Fenton .8 Ảnh hưởng của bước sóng UV đến hiệu suất phân hủy DDNP .9 Phương án công nghệ xử lý nước thải sản xuất tại dây chuyền sản xuất DDNP nhà máy Z121. 54 viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Dương Thị Thanh Loan Tên luận văn: Nghiên cứu xử lý nước thải của dây chuyền sản xuất Diazo dinitrophenol bằng giải pháp quang Fenton Ngành: Khoa học môi trường Mã số: 8440301 Tên cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Xác định các tác nhân gây ô nhiễm nước thải của dây chuyền sản xuất DDNP tại các nhà máy quốc phòng. Lựa chọn được các điều kiện công nghệ và xây dựng quy trình xử lý nước thải phát sinh từ dây chuyền sản xuất DDNP bằng giải pháp quang fenton. Trên cơ sở đó xây dựng được qui trình công nghệ thiết bị xử lý nước thải dây chuyền sản xuất DDNP, áp dụng tại nhà máy Z121/TCCNQP, nước thải sau xử lý đạt QCVN 40: 2011/BTNMT.

Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng các phương pháp phân tích truyền thống và hiện đại như: phương pháp phổ khối lượng cao tần cảm ứng plasma ICP-MS, phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao và phương pháp trắc quang. Kết quả chính và kết luận Đã khảo sát và phân tích xác định được các thành phần gây ô nhiễm nước thải dây chuyền sản xuất DDNP bao gồm: pH, nồng độ DDNP, phenol, COD, tổng N, tổng P, độ màu. Đã xây dựng được mô hình nghiên cứu, xác định các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất xử lý DDNP, COD, độ màu, tổng N, tổng P bằng phương pháp quang Fenton. Đã xác định được các điều kiện tối ưu về: pH, bước sóng đèn UV, tỉ lệ H2O2/Fe2+ và nồng độ DDNP, độ màu.

Đã đề xuất được qui trình công nghệ xử lý nước thải dây chuyền sản xuất DDNP và áp dụng thử tại nhà máy Z121 đạt kết quả tốt. ix LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] THESIS ABSTRACT Master candidate: Duong Thi Thanh Loan Thesis title: “Study on treating wastewater containing Diazodinitrophenol by photo – Fenton process Major: Environment Science Code: 8440301 Educational organization: Viet Nam National University of Agriculture Purposes of research Identify the waste water contaminants from the DDNP production line in defence factories.