BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VŨ DUY NHÀN
NGHIÊN CỨU KẾT HỢP PHƢƠNG PHÁP NỘI ĐIỆN PHÂN
VÀ PHƢƠNG PHÁP MÀNG SINH HỌC LƢU ĐỘNG
A2O –MBBR ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHIỄM TNT
Chuyên nghành: Kỹ Thuật Hóa học
Mã số: 9 52 03 01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÓA HỌC
Hà Nội 2020
Công trình đƣợc hoàn thành tại:
Viện hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Lê Thị Mai Hương
2. GS.TS. Lê Mai Hương
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại
Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên – Viện Khoa học và Công nghệ
Việt Nam, số 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội.
Vào hồi giờ ngày tháng năm 2019
Có thể tìm hiểu luận án tại:
Thư viện Quốc gia Hà Nội
Thư viện Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên –
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
1
I. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1. Đặt vấn đề
2,4,6 Trinitrotoluen (TNT) là một trong những hóa chất được sử
dụng rộng rãi trong quốc phòng và kinh tế. Ngành công nghiệp sản xuất
thuốc nổ thải ra một lượng lớn nước thải có chứa các hóa chất độc hại
như TNT. Thực tế cho thấy, khoảng 50 năm sau Thế chiến thứ hai, ở
những nơi xây dựng nhà máy sản xuất thuốc súng đạn, người ta vẫn tìm
thấy lượng lớn TNT và các đồng phân của chúng trong môi trường đất và
nước[1,2, 21]. Điều đó chứng tỏ TNT có khả năng tồn tại lâu dài trong tự
nhiên hay nói cách khác TNT rất khó phân hủy sinh học. Ở nước ta ngoài
các nhà máy sản xuất đạn, thuốc nổ, thuốc phóng trong công nghiệp quốc
phòng thì các kho sửa chữa vũ khí, thu hồi đạn vẫn còn một lượng lớn
nước thải chứa TNT cần được xử lý.
Để xử lý nước thải chứa TNT, các biện pháp thường được sử dụng là
vật lý (hấp phụ bằng than hoạt tính, điện phân); hóa học (fenton, UV –
Fenton, nội điện phân), sinh học (bùn hoạt tính hiếu khí, MBBR, UASB,
MBR, thực vật, enzyme, nấm mục trắng). Các biện pháp này có thể sử dụng
độc lập hoặc kết hợp với nhau tùy thuộc vào tính chất của nước thải và điều
kiện mặt bằng, kinh tế của cơ sở sản xuất.
Luận án này tập trung nghiên cứu xác lập quy trình chế tạo vật liệu
nội điện phân nano lưỡng kim Fe/Cu, từ đó nghiên cứu một số đặc điểm
mối tương quan giữa dòng ăn mòn, động học phân hủy TNT phụ thuộc
vào thời gian. Xác lập và tối ưu hóa được quy trình nội điện phân bằng
vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu chế tạo được kết hợp với phương pháp
màng sinh học lưu động A2O-MBBR để xử lý nước thải chứa TNT ở quy
mô phòng thí nghiệm và quy mô Pilot tại hiện trường. Đồng thời bước
đầu xác lập được phần mềm điều khiển vận hành tự động và bán tự động
với các điều kiện của quy trình xử lý đã được xác lập.
2. Đối tƣợng nghiên cứu của luận án
Đối tượng nghiên cứu của luận án gồm vật liệu nội điện phân nano lưỡng
kim Fe/Cu; phương pháp nội điện phân; phương pháp sinh học A2O –
MBBR để xử lý nước thải chứa TNT
2
3. Những đóng góp mới của luận án
3.1. Đã chế tạo thành công vật liệu nội điện phân bimetallic Fe/Cu với
kích thước trung bình 100 nm, điện thế E0 = 0,777 V. Trong dung dịch điện
ly pH = 3, nồng độ TNT 100 mg/L thì có dòng ăn mòn đạt 14,8510-6
A/cm2 và tốc độ dòng ăn mòn 8,187.10-2 mm/năm. Do đó đã làm tăng được
tốc độ phản ứng, hiệu quả xử lý cao hơn, nhanh hơn. Đã xác định được
dòng ăn mòn và quan hệ với LnCt/C0 phụ thuộc vào thời gian của quá
trình khử TNT bằng phương pháp đo dòng ăn mòn. Hiện chưa thấy có
công bố nào sử dụng phương pháp này, có một số công bố liên quan
xác định mối quan hệ tốc độ khử TNT với tốc độ khử H+ để hình thành
H2.
3.2. Đã xác lập công nghệ xử lý TNT bằng kết hợp phương pháp
nội điện phân bằng vật liệu nano lưỡng kim Fe/Cu trên với phương pháp
sinh học A2O-MBBR cho hiệu quả xử lý triệt để TNT sau 120 phút xử lý.
Hiện chưa có công bố nào kết hợp 02 phương nếu trên để xử lý nước
thải TNT.
Kết quả hệ vi sinh vật xử lý trong hệ thống A2O-MBBR nước thải
chứa TNT xác lập được có 02 chủng có thể là chủng mới là:
Novosphingobium sp. (HK1-II, HK1-III) có độ tương đồng 97,4-97,92%
so với Novosphingobium sediminicola và Trichosporon sp. (HK2-II,
TK2-II và HK2-III) có độ tương đồng 97,7% so với middelhonenii. Hai
loài này đã được công bố trên ngân hàng gen quốc tế có mã số GenBank
là: LC483155.1; LC483155.1 và có đường link tương ứng là:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/LC483151;
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/Lc483155
4. Bố cục của luận án
Luận án gồm 191 trang với 24 bảng số liệu, 101 hình, 139 tài liệu
tham khảo và 2 phụ lục. Bố của luận án: Mở đầu (3 trang), Chương 1:
Tổng quan tài liệu (44 trang), Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp
nghiên cứu (15 trang), Chương 3: Kết quả và thảo luận (79 trang), Kết
3
luận (2 trang), Các công trình đã công bố (1 trang), Tài liệu tham khảo (15
trang), Danh mục các phụ lục (17 trang)
II. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
MỞ ĐẦU
Phần mở đầu đề cấp đến ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Phần tổng quan tài liệu tổng hợp các nghiên cứu quốc tế và trong
nước về các vấn đề:
Các nghiên cứu về phương pháp xử lý nước thải chứa TNT
Các nghiên cứu về phương pháp nội điện phân xử lý nước thải
Các nghiên cứu về phương pháp chế tạo vật liệu lưỡng kim Fe/Cu
ứng dụng xử lý nước thải.
Các nghiên cứu về kết hợp phương pháp sinh học A2O-MBBR
xử lý nước thải
Các nghiên cứu về phần mềm điều khiển hệ thống xử lý nước thải.
Chƣơng 2:
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên vật liệu
TNT tinh khiết và nước thải chứa TNT được thu nhận tử cơ sở sản
xuất quốc phòng 121. Mẫu bột nano Fe kích thước hạt 100 nm
(Meiqi;Trung Quốc).
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp phân tích:
Phương pháp phân tích xác định cấu trúc kích thước, thành phần của
nano lưỡng kim Fe/Cu: SEM, ERD, EDX.
Phương pháp đo dòng ăn mòn: Khoảng thế quét -1,00V-0,0V, tốc độ
quét 10 mV/s, điện cực so sánh Ag/AgCl (bão hòa). Dòng ăn mòn và thế
ăn mòn được tiến hành đo trên thiết bị Autolab PG30 (Hà Lan).
Phương pháp phân tích TNT: HPLC, Von – Amper
Phương pháp xác định hàm lượng ion Fe
