Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu xử lý nước thải nhiễm TNT bằng phương pháp nội điện phân và MBBR

• 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 Xử Lý Nước Thải Nhiễm TNT Bằng Phương Pháp Nội Điện Phân Và MBBR
• Loại tài liệu: luận án
• 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. PHƢƠNG 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 PHƢƠNG PHÁP
• 2.1. Vi sinh vật
• 2.2. Hóa chất và thiết bị
• 2.3. PHƢƠNG 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. PHƢƠNG 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. Tổng quan về nước thải nhiễm TNT

Nước thải nhiễm TNT (2,4,6-Trinitrotoluene) là một vấn đề nghiêm trọng trong ngành công nghiệp quốc phòng và sản xuất thuốc nổ. TNT có tính chất hóa lý đặc biệt, dễ dàng tồn tại trong môi trường và gây ô nhiễm nghiêm trọng. Theo nghiên cứu, TNT có khả năng tích tụ trong đất và nước, dẫn đến những tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc xử lý nước thải chứa TNT là cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Các phương pháp xử lý hiện tại bao gồm vật lý, hóa học và sinh học, trong đó phương pháp nội điện phân và MBBR đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi.

1.1. Tính chất hóa lý và vai trò của TNT

TNT là một hợp chất hóa học có cấu trúc phức tạp, được sử dụng chủ yếu trong sản xuất thuốc nổ. Tính chất độc hại của TNT không chỉ nằm ở khả năng gây nổ mà còn ở khả năng gây ô nhiễm môi trường. TNT có thể tồn tại lâu dài trong tự nhiên, làm cho việc xử lý nước thải chứa TNT trở nên khó khăn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng TNT có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm ung thư và các bệnh liên quan đến hệ thần kinh. Do đó, việc phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả là rất quan trọng.

II. Phương pháp nội điện phân

Phương pháp nội điện phân là một trong những công nghệ tiên tiến được áp dụng để xử lý nước thải nhiễm TNT. Nguyên lý hoạt động của phương pháp này dựa trên việc sử dụng vật liệu lưỡng kim để tạo ra dòng điện trong dung dịch điện ly, từ đó phân hủy TNT thành các sản phẩm trung gian. Phương pháp này có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm khó phân hủy sinh học. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện như pH, nhiệt độ và nồng độ vật liệu có thể nâng cao hiệu quả xử lý TNT.

2.1. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý của phương pháp nội điện phân là sử dụng dòng điện để kích thích phản ứng hóa học, giúp phân hủy TNT thành các sản phẩm ít độc hại hơn. Các vật liệu lưỡng kim như Fe/Cu được sử dụng để tạo ra dòng điện nội điện phân, từ đó làm tăng hiệu quả xử lý. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc lựa chọn vật liệu phù hợp và tối ưu hóa các điều kiện phản ứng là rất quan trọng để đạt được hiệu quả cao nhất trong việc xử lý nước thải nhiễm TNT.

III. Công nghệ MBBR

Công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) là một phương pháp sinh học tiên tiến, kết hợp với phương pháp nội điện phân để xử lý nước thải nhiễm TNT. MBBR sử dụng các giá thể di động để tạo ra màng sinh học, giúp tăng cường khả năng xử lý các chất ô nhiễm. Phương pháp này có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng xử lý hiệu quả các loại nước thải khó phân hủy sinh học và chi phí vận hành thấp. Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp MBBR với nội điện phân có thể nâng cao hiệu quả xử lý TNT, đồng thời giảm thiểu các sản phẩm trung gian độc hại.

3.1. Nguyên lý hoạt động của MBBR

MBBR hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra màng sinh học trên các giá thể di động trong bể phản ứng. Các vi sinh vật sẽ phát triển trên bề mặt của giá thể, giúp phân hủy các chất ô nhiễm trong nước thải. Phương pháp này không chỉ giúp tăng cường khả năng xử lý mà còn tạo ra môi trường thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng MBBR có thể xử lý hiệu quả nước thải chứa TNT, đặc biệt khi được kết hợp với phương pháp nội điện phân.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu về xử lý nước thải nhiễm TNT bằng phương pháp nội điện phân và MBBR đã chỉ ra rằng đây là những công nghệ hứa hẹn trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Việc phát triển và ứng dụng các công nghệ này không chỉ giúp xử lý hiệu quả nước thải mà còn bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thực tiễn tại các nhà máy sản xuất thuốc nổ và các cơ sở công nghiệp khác có liên quan đến ô nhiễm TNT.

4.1. Giá trị và ứng dụng

Giá trị của nghiên cứu này nằm ở việc cung cấp các giải pháp công nghệ hiệu quả để xử lý nước thải nhiễm TNT. Các phương pháp nội điện phân và MBBR không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn có thể được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp đến nông nghiệp. Việc áp dụng các công nghệ này sẽ góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống cho cộng đồng.