NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC XỬ LÝ THUỐC TRỪ SÂU ISOPROTHIOLANE BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON UV

“Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc xử lí thuốc trừ sâu Isoprothiolane bằng phương pháp Fenton UV” với mong muốn góp phần nhỏ bé vào việc xử lí nƣớc thải thuốc trừ sâu ở nƣớc ta. 2. Mục tiêu nghiên cứu Tìm đƣợc các thông số tối ƣu cho quá trình phân hủy Isoprothiolane đạt hiệu quả cao nhất bởi các tác nhân Fe2+H2O2UV 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đề tài đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm của trƣờng Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng với đối tƣợng đƣợc nghiên cứu là mẫu sản phẩm thuốc trừ sâu Isoprothiolane lấy từ Công ty cổ phần bảo vệ thực vật 1 Trung Ƣơng – Chi nhánh Đà Nẵng. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1. Nghiên cứu lý thuyết Phân tích và tổng hợp lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở khoa học của đề tài. Nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo có liên quan đến đề tài. Trao đổi với giáo viên hƣớng dẫn. Dùng toán học thống kê để xử lý kết quả. 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phân huỷ Isoprothiolane bằng tác nhân Fe2+H2O2UV. Xác định hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane bằng phƣơng pháp đo quang. Xác định hiệu suất COD bằng phƣơng pháp Bicromat Cr2O7 2 Cr3+. 5. Kết cấu của đề tài Nội dung của đề tài đƣợc trình bày trong 3 chƣơng: Chƣơng I: Trình bày khái quát về: Thuốc trừ sâu Isoprothiolane Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải hiện nay. Hệ xúc tác fentonUV. Phƣơng pháp trắc quang phân tử UVVIS. Chƣơng II: Trình bày các phƣơng pháp thực nghiệ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

4.1 Nghiên cứu lý thuyết 2

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 2

5 Kết cấu của đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về thuốc trừ sâu 4

1.1.1 Khái niệm 4

1.1.2 Ảnh hưởng 4

1.1.3 Các phương pháp xử lí thuốc trừ sâu 5

1.2 Tổng quan về Isoprothiolane 7

1.3 Sơ lược về các biện pháp xử lí nước thải hiện nay 7

1.3.1 Các phương pháp xử lí cơ học 7

1.3.2 Phương pháp sinh học 8

1.3.3 Các phương pháp hoá lý và hoá học 8

1.3.3.1 Phương pháp đông tụ 8

1.3.3.2 Phương pháp trung hoà 9

1.3.3.3 Phương pháp oxi hoá 9

1.3.3.4 Phương pháp khử 10

1.4 Phương pháp fenton 10

1.4.1 Giới thiệu về phương pháp 11

1.4.2 Cơ chế phản ứng Fenton 11

1.4.2.1 Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl HO và động học các phản ứng Fenton 11

1.4.3 Quá trình quang Fenton (Fenton/UV) 13

1.4.4 Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton 14

1.4.4.1 Ảnh hưởng của pH 14

1.4.4.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe2+/H2O2 và loại ion Fe (Fe2+ hay Fe3+) 15

1.5 Phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS 15

1.5.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp 16

1.5.2 Các điều kiện tối ưu cho phương pháp phân tích 16

1.5.2.1 Sự đơn sắc của nguồn bức xạ điện từ 16

1.5.2.2 Bước sóng tối ưu λmax 17

1.5.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ 17

1.5.2.4 Ảnh hưởng của pH môi trường 17

1.5.2.5 Ảnh hưởng của thời gian 18

1.5.3 Máy đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS 18

1.5.4 Các phương pháp phân tích định lượng 19

1.5.4.1 Phương pháp đường chuẩn 19

1.5.4.2 Phương pháp thêm 19

1.6 Phương pháp xác định chỉ số COD 20

1.6.1 Nguyên tắc 20

1.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxi hoá 21

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất 22

2.1.1 Thiết bị, dụng cụ 22

2.1.2 Hoá chất 23

2.2 Tiến hành thực nghiệm 24

2.2.1 Chuẩn bị hoá chất 24

2.1.2 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm 24

2.1.3 Các bước tiến hành thực nghiệm 25

2.1.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH tới sự phân huỷ Isoprothiolane 26

2.1.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự phân huỷ Isoprothiolane 26

2.1.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 tới sự phân huỷ Isoprothiolane 26

2.1.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ tới sự phân huỷ Isoprothiolane

26

2.2.4 Xác định hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane bằng phương pháp đo quang 27

2.3.5 Xác định hiệu suất COD 27

2.3.5.1 Quy trình phân tích mẫu 27

2.3.5.2 Tính toán kết quả 29

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

3.1 Kết quả khảo sát bước sóng Isoprothiolane 30

3.2 Kết quả lập đường chuẩn COD 30

3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự phân huỷ Isoprothiolane 31

3.3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane 31

3.3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất COD 32

3.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phân huỷ Isoprothiolane

33

3.4.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane 33

3.4.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất COD 34

3.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến sự phân huỷ Isoprothiolane 35

3.5.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane 35

3.5.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất COD

37

3.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ đến sự phân huỷ Isoprothiolane 38

3.6.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ đến hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane 38

3.6.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ đến hiệu suất COD

39

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41

1 Kết luận 41

2 Kiến nghị 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số của Isoprothiolane 7

Bảng 1.2 Thế hoá của một số tác nhân hoá 10

Bảng 3.1 Kết quả lập đường chuẩn COD 30

Bảng 3.2 Giá trị mật độ quang thay đổi theo thời gian khi thay đổi pH 31

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane 31

Bảng 3.4 Giá trị mật độ quang thay đổi theo thời gian khi thay đổi pH 32

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất COD 32

Bảng 3.6 Giá trị mật độ quang thay đổi theo thời gian khi thay đổi nhiệt độ 33

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane 34

Bảng 3.8 Giá trị mật độ quang thay đổi theo thời gian khi thay đổi nhiệt độ 34

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất COD 35

Bảng 3.10 Giá trị mật độ quang thay đổi theo thời gian khi thay đổi nồng độ H2O2

36

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane

36

Bảng 3.12 Giá trị mật độ quang thay đổi theo thời gian khi thay đổi nồng độ H2O2

37

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất COD 37

Bảng 3.14 Giá trị mật độ quang thay đổi theo thời gian khi thay đổi nồng độ Fe2+

38

Bảng 3.15 Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane 38

Bảng 3.16 Giá trị mật độ quang thay đổi theo thời gian khi thay đổi nồng độ Fe2+

39

Bảng 3.17 Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ đến hiệu suất COD 39

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ chất phân tích 17

Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị đo quang 18

Hình 1.3 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ chất phân tích 20

Hình 2.1 Máy quang phổ UV-VIS LAMBDA25 (Mỹ) 23

Hình 2.2 Bếp cách cát 23

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm 25

Hình 3.1 Bước sóng Isoprothiolane 30

Hình 3.2 Sơ đồ đường chuẩn COD 31

Hình 3.3 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane 32

Hình 3.4 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của pH đến hiệu suất COD 33

Hình 3.5 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane 34

Hình 3.6 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất COD 35

Hình 3.7 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane 36

Hình 3.8 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến hiệu suất COD 37

Hình 3.9 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng nồng độ Fe2+ đến hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane 39

Hình 3.10 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng nồng độ Fe2+ đến hiệu suất COD 40

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

COD : Nhu cầu oxy hóa học

UV : Ultra Violet VIS : Visibility Spectrum EDTA : Etylen diamin tetraaxetic axit DTPA : Dietylen triamin pentaaxetic axit BOD : Nhu cầu oxi sinh học

VSV : Vi sinh vật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HÓA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ************* ***************************

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Trần Thị Thanh Bằng

1.Tên đề tài : Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc xử lí thuốc trừ

sâu Isoprothiolane bằng phương pháp Fenton UV

2.Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị

- Máy đo pH Branson (Anh)

- Cân phân tích Precisa với độ chính xác 0,0001g

- Bếp cách cát, bếp cách thủy

- Nguồn sáng: Đèn UV KHSC1/2 (Canada), công suất 10W, bước sóng 254nm

- Máy quang phổ UV – VIS LAMBDA25

3 Nội dung nghiên cứu:

- Tổng quan về Isoprothiolane

- Nghiên cứu hệ xúc tác Fenton UV

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy Isoprothiolane

- Xác định hiệu suất tách COD và hiệu suất chuyển hóa của Isoprothiolane theo các yếu tố ảnh hưởng

4 Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Xuân Vững

5 Ngày giao đề tài : 17/07/2014

6 Ngày hoàn thành: 15/4/2015

Chủ nhiệm khoa Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày tháng năm 2015

Kết quả điểm đánh giá:

Ngày … tháng… năm 2015

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CẢM ƠN

Vậy là 4 năm học tập dưới mái trường Đại học Sư Phạm-Đại học Đà Nẵng cũng sắp trôi qua Trong 4 năm ấy em không chỉ học được nhiều kiến thức và bài học bổ ích mà còn nhận được sự dạy dỗ nhiệt tình của các thầy cô giáo

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo TS Bùi Xuân Vững, thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo bộ môn cũng như các thầy

cô công tác tại phòng thí nghiệm đã dìu dắt và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong học tập cũng như công việc nghiên cứu tại trường

Trong quá trình hoàn thành đề tài không thể tránh khỏi những sai sót, em kính mong được sự góp ý của các thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA HOÁ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN NHẬN XÉT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên:

Ngành: Khoa:

Giáo viên hướng dẫn hoặc duyệt:

Ngày giao nhiệm vụ:

Ngày hoàn thành khóa luận tốt nghiệp:

Đề tài khóa luận tốt nghiệp:

Nội dung khóa luận tốt nghiệp: Số trang:

Số bảng biểu:

Bao gồm những nội dung chính sau:

Nhận xét:

Đánh giá:(điểm)

Đề nghị (câu hỏi):

Ngày / 5 / 2015

Giáo viên hướng dẫn hoặc duyệt

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật nền nông nghiệp Việt Nam trong những năm gần đây luôn được đầu tư và phát triển không ngừng Mà nước ta lại nằm trong kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng và ẩm nên càng thuận lợi cho sự phát triển sản xuất nông nghiệp Tuy nhiên với điều kiện trên cũng rất thuận lợi cho sự phát sinh, phát triển của sâu bệnh, cỏ dại gây hại mùa màng Các hóa chất thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu để tiêu diệt sâu bọ, côn trùng gây bệnh, bảo vệ mùa màng đã được sử dụng rộng rãi ở nước ta từ đầu những năm 1960 Việc chạy theo lợi nhuận kéo theo việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) để phòng trừ sâu hại, dịch bệnh bảo vệ mùa màng, giữ vững an ninh lương thực quốc gia vẫn là một biện pháp quan trọng và chủ yếu Tuy nhiên việc sử dụng phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu, diệt cỏ một cách tràn lan đã làm chất lượng môi trường ngày càng xuống cấp nghiêm trọng Tình hình sử dụng thuốc trừ sâu và thuốc bảo vệ thực vật không kiểm soát như nước ta hiện nay ngoài mặt tích cực là tiêu diệt các sinh vật gây hại cây trồng, bảo vệ sản xuất, thì vẫn còn tồn đọng một lượng lớn các chất hữu cơ độc hại, khó phân hủy, tích tụ lâu dài trong môi trường tác động trực tiếp đến môi trường và sức khỏe con người

Isoprothiolane là chất độc đối với con người và côn trùng thông qua tác động của nó vào các hệ thần kinh Phương pháp xử lí vi sinh thường trở nên không hiệu quả đối với loại chất trơ này Các phương pháp xử lí truyền thống không xử lí triệt

để được các chất này cũng là nguyên nhân gây nên ô nhiễm do lượng tồn dư của chúng trong môi trường

Phương pháp Fenton UV sử dụng tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ là tác nhân oxi hóa rất hiệu quả cho việc phân hủy các chất hữu cơ như Isoprothiolane Quá trình Fenton UV có tính ưu việt ở chỗ tác nhân H2O2 và muối sắt (II) tương đối rẻ

và có sẵn, đồng thời không độc hại dễ sử dụng Hơn nữa nhờ tác dụng bức xạ của

UV, ion sắt được chuyển hóa từ trạng thái Fe3+ sang Fe2+ và sau đó ngược lại Fe2+sang Fe3+ tạo thành một chu kỳ không dừng, quá trình quang Fenton xảy ra tạo gốc

HO được phát triển rất thuận lợi, oxi hoá nhiều hợp chất hữu cơ khó phân huỷ Với

những lí do trên, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc xử

lí thuốc trừ sâu Isoprothiolane bằng phương pháp Fenton UV” với mong muốn

góp phần nhỏ bé vào việc xử lí nước thải thuốc trừ sâu ở nước ta

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tìm được các thông số tối ưu cho quá trình phân hủy Isoprothiolane đạt hiệu quả cao nhất bởi các tác nhân Fe2+/H2O2/UV

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài được thực hiện tại phòng thí nghiệm của trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng với đối tượng được nghiên cứu là mẫu sản phẩm thuốc trừ sâu Isoprothiolane lấy từ Công ty cổ phần bảo vệ thực vật 1 Trung Ương – Chi nhánh Đà Nẵng

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Nghiên cứu lý thuyết

Phân tích và tổng hợp lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở khoa học của đề tài

Nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo có liên quan đến đề tài

Trao đổi với giáo viên hướng dẫn

Dùng toán học thống kê để xử lý kết quả

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ Isoprothiolane bằng tác nhân Fe2+/H2O2/UV

Xác định hiệu suất phân huỷ Isoprothiolane bằng phương pháp đo quang Xác định hiệu suất COD bằng phương pháp Bicromat Cr2O72-/Cr3+.

5 Kết cấu của đề tài

Nội dung của đề tài được trình bày trong 3 chương:

Chương I: Trình bày khái quát về:

- Thuốc trừ sâu

- Isoprothiolane

- Một số phương pháp xử lý nước thải hiện nay

- Hệ xúc tác fenton/UV

- Phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS

Chương II: Trình bày các phương pháp thực nghiệm:

- Chuẩn bị hoá chất thí nghiệm

- Xác định độ phân huỷ Isoprothiolane

- Xác định hiệu suất COD

Chương III: Trình bày các kết quả thu được và giải thích

Cuối cùng là phần kết luận và tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về thuốc trừ sâu

1.1.1 Khái niệm

Thuốc trừ sâu là một loại chất được sử dụng để chống côn trùng Chúng bao gồm các thuốc diệt trứng và ấu trùng của côn trùng Các loại thuốc sâu được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, y tế, công nghiệp và gia đình Việc sử dụng thuốc trừ sâu được cho là một trong các yếu tố chính dẫn đến sự gia tăng sản lượng nông nghiệp trong thế kỉ 20

Trong những năm gần đây, việc sử dụng thuốc trừ sâu ở Việt Nam không ngừng tăng lên, tuy nhiên vấn đề nghiêm trọng là những rủi ro trong quá trình sử dụng thuốc của người dân Họ chưa nắm rõ được từng loại dịch hại nên khi dùng thuốc họ chỉ dùng theo kinh nghiệm hoặc được những người khác truyền miệng Do vậy cùng một loại thuốc nhưng hiệu quả sử dụng khác nhau và khi không thấy được hiệu quả tất nhiên họ phải sử dụng thuốc khác, việc sử dụng thuốc trừ sâu liên tục sẽ sinh chứng nhờn thuốc ở thực vật Để hạn chế bệnh nhờn thuốc, tăng khả năng diệt trừ sâu bệnh người ta tăng dần nồng độ thuốc, tăng số lần dùng thuốc Biện pháp này không lâu dài mà còn gây ra mặt trái là ô nhiễm môi trường do lượng tồn dư

 Ảnh hưởng đến sức khoẻ con người

Các loại thuốc trừ sâu đều có tính độc cao Trong quá trình dùng thuốc, một lượng thuốc nào đó có thể đi vào trong thân cây, quả, hoặc dính bám chặt trên lá,

quả Người và động vật ăn phải các loại nông sản này có thể bị ngộ độc tức thời đến chết, hoặc nhiễm độc nhẹ từ từ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ Do trình

độ hạn chế, một số nông dân không tuân thủ đầy đủ các quy định về sử dụng, bảo quản thuốc trừ sâu nên đã gây nên nhiều trường hợp ngộ độc, thậm chí là chết

 Ảnh hưởng đến môi trường

Việc dùng thuốc liên tục sẽ sinh ra chứng nhờn thuốc, để hạn chế bệnh này người ta tăng khả năng diệt trừ sâu bệnh hại bằng cách tăng nồng độ thuốc Sau nhiều lần sử dụng, một số loại thuốc trừ sâu có tính năng hoá học ổn định, khó phân huỷ nên sẽ tích luỹ trong môi trường, lượng tích luỹ này có thể gây độc cho môi trường đất, nước, không khí và con người Do thuốc tồn động lâu không phân huỷ, nên theo nước và gió phát tán tới các vùng khác theo các sinh vật đi khắp mọi nơi Việc tăng liều lượng, tăng số lần phun thuốc để lại tồn dư thuốc quá mức cho phép trong nông sản Đó cũng là nguyên nhân của tình trạng ngộ độc thực phẩm, làm giảm sức cạnh tranh của nông sản, hàng hoá trên thị trường Lượng thuốc tồn dư tích luỹ trong thực phẩm, thực phẩm đi vào cơ thể gây tác động xấu đến sức khoẻ con người và nhiều loài vật nuôi

1.1.3 Các phương pháp xử lí thuốc trừ sâu

Sử dụng thuốc trừ sâu không hợp lý gây ô nhiễm môi trường và mức độ ô nhiễm tuỳ theo dư lượng trong đất, nước, không khí Hiện nay, có nhiều phương pháp được nghiên cứu và sử dụng để xử lý các đối tượng nhiễm thuốc trừ sâu cũng như tiêu huỷ chúng Những phương pháp được sử dụng chủ yếu là:

 Phân huỷ bằng tia cực tím (UV) hoặc bằng ánh sáng mặt trời

Các phản ứng phân huỷ bằng tia cực tím (UV), bằng ánh sáng mặt trời thường làm gãy mạch vòng hoặc gãy các mối liên kết giữa clo và cacbon hoặc nguyên tố khác trong cấu trúc phân tử của chất hữu cơ và sau đó thay thế nhóm clo bằng nhóm phenyl hoặc nhóm hydroxyl và giảm độ độc của hoạt chất Ưu điểm của biện pháp này là hiệu suất xử lý cao, chi phí cho xử lý thấp, rác thải an toàn ngoài môi trường Tuy nhiên, nhược điểm của biện pháp là không thể áp dụng để xử lý chất ô nhiễm chảy tràn và chất thải rửa có nồng độ đậm đặc

 Phá huỷ bằng vi sóng Plasma

Biện pháp này được tiến hành trong thiết bị cấu tạo đặc biệt Chất hữu cơ được dẫn qua ống phản ứng ở đây là Detector Plasma sinh ra sóng phát xạ electron cực ngắn (vi sóng) Sóng phát xạ electron tác dụng vào các phân tử hữu cơ tạo ra nhóm gốc tự do và sau đó dẫn tới các phản ứng tạo SO2, CO2, HPO32-, Cl2, Br2, … (sản phẩm tạo ra phụ thuộc vào bản chất thuốc trừ sâu) Ví dụ: Malathion bị phá huỷ như sau: Plasma + C10H19OPS2 ( 15O2 + 10CO2 + 9H2O + HPO3) Kết quả thực nghiệm theo biện pháp trên, một số loại thuốc trừ sâu đã phá huỷ đến 99% (với tốc

độ từ 1,8 đến 3 kg/h) Ưu điểm của biện pháp này là hiệu suất xử lý cao, thiết bị gọn nhẹ Khí thải khi xử lý an toàn cho môi trường Tuy nhiên, nhược điểm của biện pháp này là chỉ sử dụng hiệu quả trong pha lỏng và pha khí, chi phí cho xử lý cao, phải đầu tư lớn

 Biện pháp oxy hoá ở nhiệt độ cao

Biện pháp oxy hoá ở nhiệt độ cao có 2 công đoạn chính:

Công đoạn 1: Công đoạn tách chất ô nhiễm ra hỗn hợp đất bằng phương pháp hoá hơi chất ô nhiễm

Công đoạn 2: Là công đoạn phá huỷ chất ô nhiễm bằng nhiệt độ cao Dùng nhiệt độ cao có lượng oxy dư để oxy hoá các chất ô nhiễm thành CO2, H2O, NOx,

P2O5

Nhiệt độ nóng chảy 54,5 - 55oC

Trạng thái Dạng bột mịn đồng nhất

Độ bền Bền trong môi trường axit, bazơ, nhiệt độ và ánh sáng

Isoprothiolane là một loại thuốc trừ vi khuẩn nội hấp Nó đặc biệt có tác dụng tốt để trừ đạo ôn cổ bông, trừ bệnh đạo ôn lúa và cũng phù hợp để trừ các bệnh xuất hiện trên nhánh lúa và các bệnh do khuẩn cầu nhỏ gây ra Nếu dùng thuốc trên diện rộng thì có thể diệt được rầy nâu trên lúa và sâu cuốn lá, và cùng một thời điểm cũng có thể điều hòa chức năng sinh trưởng của cây trồng Tuy nhiên Isoprothiolane có ảnh hưởng đến động vật có vú và côn trùng Thuốc này có tác dụng phụ đối với con người dẫn đến kích ứng mắt, tổn thương mắt nặng và nhiễm độc cấp tính nghiêm trọng

Người bị ngộ độc Isoprothiolane thường có các triệu chứng chính là đau đầu, buồn nôn, chóng mặt, mờ mắt, tức ngực, khó thở, hoặc co giật cơ bắp yếu, khó khăn trong việc đi bộ, nôn mửa, đau bụng, và tiêu chảy

1.3 Sơ lược về các biện pháp xử lý nước thải hiện nay

1.3.1 Các phương pháp xử lý cơ học

 Mục đích:

Tách pha rắn ra khỏi nước bằng cách lắng, lọc để giữ các tạp chất không hòa tan lớn hoặc 1 phần chất bẩn lơ lửng thì dùng song chắn rác và lưới lọc Để tách các chất lơ lửng có tỉ trọng lớn hơn nước thì dùng phương pháp lắng Xử lí cơ học tách khoảng 60% tạp chất không tan BOD hầu như không giảm Để tăng cường xử lí cơ học người ta thường làm thoáng nước thải trước khi lắng nên hiệu suất xử lí tới 75%

và BOD giảm từ 10-15%

 Phân loại các quá trình và phương pháp xử lí nước thải thuộc nguồn tiếp nhận:

 Xử lí cấp I:

Bao gồm các quá trình lắng, lọc, tuyển nổi, tách dầu mỡ và nhiệm vụ của nó

là tách các chất rắn nổi có kích thước lớn ra khỏi đường ống và các thiết bị bơm

 Xử lí cấp II:

Bao gồm các quá trình sinh học có khi kèm theo quá trình hóa học Nhiệm vụ: tách hầu hết các tạp chất hữu cơ có thể phân hủy bằng sinh học Bao gồm các quá trình hoạt hóa bùn, lọc sinh học, oxi hóa sinh học, oxi hóa sinh học trong các hồ

và phân hủy yếm khí  tất cả đều nhờ sự có mặt của vi khuẩn

Dùng hoạt động của VSV để phân hủy các chất bẩn trong nước thải, các VSV

sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng để làm chất dinh dưỡng và năng lượng, đồng thời sinh khối tăng lên Quá trình phân hủy chất hữu cơ nhờ VSV gọi là quá trình oxi hóa sinh hóa Nước thải được xử lí theo phương pháp sinh học thì được đặc trưng bởi COD và BOD

1.3.3 Các phương pháp hoá lý và hoá học

1.3.3.1 Phương pháp đông tụ

1.3.3.2 Phương pháp trung hoà

Sử dụng các chất có sẵn trong nước thải có tính đối ngược với các chất thải

 Công nghệ ưu tiên

Đặc biệt quan tâm đến khả năng trung hoà của các loại nước thải chứa axit và bazơ, được tiến hành trong các bể liên tục hoặc gián đoạn, sau đó nước thải được lắng trong các hồ lắng Các hồ phải chứa nước thải từ 1015 năm Sau khi trung hòa  cặn lắng nhiều  phụ thuộc vào nồng độ axit, ion kim loại trong nước thải, liều lượng hóa chất đưa vào Các cặn lắng được thu gom hoặc sử dụng hoặc làm nguyên liệu cho quá trình khác, nếu bỏ đi thì tìm cách xử lí tiếp

Đặc biệt đối với nước thải, việc trung hòa khá khó khăn vì thành phần, hàm lượng nước thải phụ thuộc nhiều vào ngành sản xuất, dây chuyền công nghệ  dao động lớn về thành phần và hàm lượng Vì vậy để xử lí nước thải bằng phương pháp trung hòa đối với nước thải sản xuất cần xây bể điều hòa, tiến hành thực nghiệm đối với từng loại nước thải

1.3.3.3 Phương pháp oxi hoá

Bảng 1.2 Thế hoá của một số tác nhân hoá

Sử dụng các chất oxi hoá thích hợp, bằng cách tấn công vào các cầu nối yếu của chất gây ô nhiễm và các tạp chất khác trong nước thải, phân tử của chúng bị phá

vỡ một phần hay toàn bộ, chuyển về các dạng đơn giản khác Các chất oxi hoá thường dùng như: clo, hidrogen pet, ozon…

1.3.3.4 Phương pháp khử

Nước thải công nghiệp nói chung có thể xử lí bằng các chất khử Các chất khử hay sử dụng là:

- Natri dithionit (kết hợp với than hoạt tính)

- Axit sunfurơ và các muối của chúng

- Muối sắt (II)

Thường sau khi khử, nước thải cần được tiếp tục xử lí Ví dụ: Dùng than hoạt tính để hấp phụ, bằng cách này kết quả khử màu thuốc nhuộm hoạt tính đạt đến 69 – 99%; 95 – 99% đối với thuốc nhuộm trực tiếp; 82 – 100% với thuốc nhuộm axit Các sản phẩm phân giải khử thường có ái lực cao với bùn cống hoặc có thể phân giải vi sinh tiếp tục trong điều kiện yếm khí Tuy nhiên, phương pháp này có một nhược điểm là thường tạo ra các hợp chất chứa lưu huỳnh dưới dạng SO32- hoặc

SO42-

1.4 Phương pháp fenton

1.4.1 Giới thiệu về phương pháp

Phương pháp Fenton cổ điển là công trình nghiên cứu của J.H Fenton được công bố vào năm 1894 trong tạp chí hội hóa học Mỹ Trong phương pháp này tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe+2 được sử dụng làm tác nhân ôxi hóa rất hiệu quả cho nhiều đối tượng các hợp chất hữu cơ và được mang tên tác nhân Fenton Phản ứng tạo ra gốc tự do hydroxyl có khả năng phá hủy các chất hữu cơ Trong một số trường hợp nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, một số chất hữu cơ sẽ chuyển hóa thành

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + •OH + HO- (1.1) Phản ứng trên được gọi là phản ứng Fenton do J.H Fenton là người đầu tiên đã mô tả quá trình này Phản ứng Fenton đã tiếp tục được nghiên cứu bởi nhiều tác giả sau này, các nghiên cứu này cho thấy ngoài phản ứng trên là phản ứng chính thì trong quá trình Fenton còn có xảy ra các phản ứng khác Tổng hợp lại bao gồm:

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO + HO- (k=63 M-1s-1) (1.2)

Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2 + H+ (k=3.1×10-3 M-1s-1) (1.3) HO + Fe2+ → Fe3+ + HO- (k = 3.0 x 108 L mol-1 s-1) (1.4) HO + H2O2 → H2O + HO2 (k = 3.3 × 107 M−1 s−1) (1.5)

Fe2+ + HO2 → Fe3+ + HO2- (1.6)

Fe3+ + HO2 → Fe2+ + O2 + H+ (1.7) Những phản ứng trên chứng tỏ tác dụng của sắt đóng vai trò là chất xúc tác Quá trình chuyển Fe3+ thành Fe2+ như mô tả trong phản ứng (1.3) xảy ra rất chậm, hằng số tốc độ k rất nhỏ so với phản ứng (1.2) vì vậy sắt tồn tại sau phản ứng chủ

yếu ở dạng Fe3+ Theo Walling, C (1975) gốc tự do HO sinh ra có khả năng phản ứng với Fe2+

và H2O2 nhưng quan trọng nhất là khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ (RH) tạo thành các gốc hữu cơ có khả năng phản ứng cao, từ đó sẽ phát triển tiếp tục theo kiểu dây chuỗi:

HO + H2O2 → H2O + HO2 (1.9)

Các gốc R có thể oxi hóa Fe2+, khử Fe3+ hoặc dimer hóa

Tuy nhiên như đã nói ở trên cơ chế phản ứng Fenton, đặc biệt là sự tạo thành các hợp chất trung gian cũng như sự hình thành gốc hydroxyl vẫn còn nhiều tranh cãi Kremer (1999) cho rằng các sản phẩm trung gian có thể là phức chất Fe2+.H2O2hydrat hóa và ion FeO2+ vì thuận lợi hơn về mặt nhiệt động và tác nhân oxi hóa khử

là FeO2+ chứ không phải gốc hydroxyl, mặt khác ông cũng cho rằng chất trung gian

Fe2+,H2O2 có thể tham gia trực tiếp vào quá trình oxi hóa Tuy nhiên tuyệt đại đa số đều nhất trí cao với cơ chế phản ứng Fenton xảy ra theo các phản ứng (1.2)-(1.7) đã nêu trên và thừa nhận vai trò của gốc hydroxyl tạo ra trong phản ứng Fenton

 Phản ứng giữa H 2 O 2 và chất xúc tác Fe 3+

Phản ứng (1.3) xảy ra xem như phản ứng phân hủy H2O2 bằng chất xúc tác

Fe3+ và tạo ra Fe2+ để sau đó tiếp tục xảy ra theo phản ứng (1.2) hình thành gốc hydroxyl theo phản ứng Fenton Tuy nhiên, tốc độ ban đầu của phản ứng oxy hóa bằng tác nhân H2O2/Fe3+ chậm hơn rất nhiều so với tác nhân Fenton H2O2/Fe2+ Nguyên nhân vì trong trường hợp này Fe3+ phải được khử thành Fe2+ trước khi hình thành gốc hydroxyl Như vậy về tổng thể quá trình Fenton được xem như không phụ thuộc gì vào trạng thái hóa trị hai hay ba của các ion sắt

Các gốc hyđroxyl HO và perhydroxyl HO2 mới tạo ra là những chất oxy hóa cực mạnh và tồn tại trong một thời gian rất ngắn Đặc biệt gốc hyđroxyl (OH)

là một trong những chất oxy hóa mạnh nhất mà người ta từng biết đến và nó chỉ đứng sau flo Gốc HO có khả năng phá hủy một số axit hữu cơ, các ancol, aldehyt, chất thơm, thuốc nhuộm v.v và tạo ra các chất không độc hại, như vậy sẽ giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường

Phản ứng Fenton diễn ra thuận lợi ở nhiệt độ khoảng 5 – 200C (nếu nhiệt độ quá cao H2O2 dễ phân hủy) và độ pH nhỏ hơn 3 (nếu cao hơn, Fe(III) sẽ kết tủa) Nói chung khi áp dụng quy trình phản ứng Fenton, nước thải cần có pH thấp để duy trì xúc tác sắt ở trong dung dịch, tạo điều kiện cho nó tham gia phản ứng Trong trường hợp nước thải có độ pH trung hòa, người ta phải dùng một số loại tạo chelat như EDTA, DTPA để duy trì xúc tác sắt ở trong dung dịch Áp dụng nguyên lý phản ứng Fenton người ta có thể dùng nguồn ánh sáng cực tím hay dùng điện phân cùng kết hợp với H2O2 Trong thực tế để xử lý nước thải ô nhiễm người ta có thể dùng các bình phản ứng hay xử lý tại chỗ Trong trường hợp xử lý tại chỗ mà nước thải ngấm vào đất thì sau đó phải xúc bỏ phần đất nhiễm bẩn đi để tránh tình trạng các chất bẩn ngấm vào các mạch nước ngầm

Phương pháp xử lý sử dụng phản ứng Fenton đạt hiệu quả phá hủy chất ô nhiễm rất cao, đạt khoảng 94%, trong trường hợp kết hợp với việc điện phân, mức phá hủy có thể đạt mức 68 - 97% đối với các chất polyclo-biphenyl (PCB) và 94 - 99% đối với các chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC)

1.4.3 Quá trình quang Fenton (Fenton/UV)

Quá trình Fenton cổ điển nói chung có hiệu quả cao trong khoảng pH 2-4, cao nhất ở pH khoảng 2,8 Do đó trong điều kiện xử lý nước thường gặp (pH 5-9) quá trình xảy ra không hiệu quả Đã có nhiều nghiên cứu về các dạng cải tiến của phương pháp Fenton để tránh được pH thấp như quá trình photon-Fenton, Fenton

điện hóa …

Các nghiên cứu gần đây cho thấy phản ứng (1.2) thậm chí cả phản ứng (1.3) nếu đặt dưới bức xạ của ánh sáng UV hoặc lân cận UV và ánh sáng khả kiến đều được nâng cao rõ rệt và nhờ đó có thể khoáng hóa dễ dàng các chất ô nhiễm hữu cơ, ngay cả những chất hữu cơ khó phân hủy như các loại thuốc trừ sâu, diệt cỏ dại Quá trình này được gọi là quá trình quang Fenton, thực chất là quá trình Fenton được nâng cao nhờ bức xạ của các photon ánh sáng

 Bản chất quá trình quang Fenton:

Quá trình quang Fenton: Theo phản ứng (1.3): Fe3+

sau khi được tạo ra sẽ tiếp tục phản ứng với H2O2 tạo thành Fe2+, lại tiếp tục tham gia phản ứng (1.2) Tuy

nhiên vì hằng số tốc độ của phản ứng (1.3) rất thấp (k=3,1×10-3 M-1s-1) so với phản ứng (1.2), k=63 M-1

s-1 nên quá trình phân hủy H2O2 chủ yếu do phản ứng (1.2) thực hiện Vì thế trong thực tế phản ứng xảy ra với tốc độ chậm dần lại sau khi toàn bộ

Fe2+ đã sử dụng hết cho phản ứng (1.2) và chuyển thành Fe3+

Trong những điều kiện tối ưu của quá trình Fenton tức khi pH thấp (pH < 4),

ion Fe3+ phần lớn nằm dưới dạng phức [Fe(OH)]2+ Chính dạng này hấp thu ánh sáng UV trong miền 250nm < λ < 400nm rất mạnh, hơn hẳn so với ion Fe3+ Phản ứng khử [Fe(OH)]2+(aq) trong dung dịch bằng quá trình quang hóa học cho phép tạo

ra một số gốc HO phụ thêm theo phương trình sau:

1.4.4 Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton

1.4.4.1 Ảnh hưởng của pH

Trong các phản ứng Fenton, độ pH ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng và nồng độ Fe2+

từ đó ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu quả phân hủy các