DO AN TOT NGHIEP XU LY NUOC THAI COD TU PHONG THI NGHIEM

Đã có nhiều nghiên cứu xử lý nước thải chứa hàm lượng kim loại nặng trong và ngoài nước, tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa có một công nghệ xử lý hoàn chỉnh về việc xử lý cũng như thu hồi c

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô truờng đại học Công Nghiệp Thực Phẩm Thành Phố Hồ Chí Minh, những người đã dìu dắt chúng em tận tình, đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian chúng em học tập tại trường

Chúng em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô khoa Công nghệ Sinh học & Kỹ Thuật Môi Trường nói chung và bộ môn Kỹ Thuật Môi trường nói riêng, đặc biệt là Cô NGÔ THỊ THANH DIỄM đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành bài báo cáo đồ án tốt nghiệp này Chúng em xin cảm ơn quý thầy cô quản lý phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng em hoàn thành tốt bài nghiên cứu này

Cám ơn bạn bè và những người thân đã ủng hộ và quan tâm chúng em trong suốt thời gian nghiên cứu

Cuối cùng chúng em xin gửi lời chúc sức khỏe đến quý thầy cô, chúc thầy cô luôn vui khỏe và luôn thành công trong cuộc sống

Sinh viên

Lê Thị Lệ Nguyên Nguyễn Văn Tùng Nguyễn Thị Phương Duyên

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan :

Những nội dung trong bài nghiên cứu này là do chúng em thực hiện dưới

sự hướng dẫn trực tiếp của Th.S NGÔ THỊ THANH DIỄM

Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, thời gian, địa điểm công bố

Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, chúng

em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên

Lê Thị Lệ Nguyên Nguyễn Văn Tùng Nguyễn Thị Phương Duyên

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii

CHƯƠNG 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu đề tài 2

1.3 Phạm vi, đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Ý nghĩa của đề tài 2

CHƯƠNG 2 3

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 3

2.1 Tổng quan nước thải COD 3

2.1.1 Thành phần và tính chất nước thải COD 3

2.1.2 Tác động đến môi trường 4

2.1.3 Hiện trạng quản lý nước thải COD từ các phòng thí nghiệm 7

2.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp hoá học xử lý nước thải 8

2.2.1 Tổng quan phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng 8

2.2.2 Phương pháp hoá học xử lý nước thải 9

2.3 Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải COD trong và ngoài nước 12

2.3.1 Trong nước 12

2.3.2 Ngoài nước 13

CHƯƠNG 3 14

MÔ HÌNH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 14

3.1 Xây dựng mô hình nghiên cứu 14

3.2 Nội dung nghiên cứu 14

3.2.1 Xác định đặc tính nước thải COD 14

3.2.2 Thí nghiệm khảo sát hiệu quả khử KLN xử lý nước thải COD 14

CHƯƠNG 4 17

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 17

4.1 Kết quả khảo sát thành phần, tính chất nước thải COD 17

4.2.1 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả khử KLN xử lý nước thải COD 17

4.2.2 Ảnh hưởng của chất khử đến quá trình loại bỏ KLN xử lý nước thải COD 21

4.3 Tính toán sơ bộ chi phí xử lý 26

CHƯƠNG 5 27

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 27

5.1 Kết luận 27

5.2 Kiến nghị 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

PHỤ LỤC 29

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thể tích mẫu cần phân tích và các hoá chất thêm vào trong thí nghiệm

kiểm tra nồng độ COD 8 Bảng 2.2 Thành phần KLN trong nước thải COD 9 Bảng 2.3 Phạm vi pH kết tủa của một số kim loại 17 Bảng 3.1 Thông số thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả khử

KLN Error! Bookmark not defined.2 Bảng 4.1 Thành phần và tính chất nước thải COD Error! Bookmark not defined.4 Bảng 4.2 Giá trị hiệu chỉnh pH nuớc thải COD Error! Bookmark not defined.5 Bảng 4.3 Hàm lượng KLN nước sau xử lý Error! Bookmark not defined

Bảng 4.4 Thể tích hoá chất cần sử dụng trong thí nghiệm với Na2S Error!

Bookmark not defined

Bảng 4.5 Hàm lượng KLN nước sau xử lý bằng Na2S kết hợp hiệu chỉnh pH bằng

NaOH Error! Bookmark not defined.0 Bảng 4.6 Thể tích dung dịch NaOH 40% khi hiệu chỉnh pH bằng 7.5 Error!

Bookmark not defined

Bảng 4.7 Hàm lượng KLN nước sau xử lý bằng KI kết hợp hiệu chỉnh pH bằng

NaOH Error! Bookmark not defined Bảng 4.8 Chi phí xử lý cho 1 L nước thải COD Error! Bookmark not defined

DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm Error! Bookmark not defined.1

Hình 4.1 Nước thải COD ban đầu chưa xử lý Error! Bookmark not defined.6

Hình 4.2 Nước thải khi điều chỉnh pH bằng NaOH Error! Bookmark not

defined.6

Hình 4.3 Nước thải khi điều chỉnh pH bằng Ca(OH)2 Error! Bookmark not

defined

Hình 4.4 Nước thải sau lọc khi điều chỉnh bằng NaOH Error! Bookmark not

defined

Hình 4.5 Biểu đồ thể hiện hiệu quả khử KLN sau khi hiệu chỉnh pH bằng NaOH 27

Hình 4.6 Mẫu nước thải khi cho Na2S sau lắng 15 phút 28

Hình 4.7 Mẫu nước thải khi cho Na2S sau khi lọc 29

Hình 4.8 Mẫu xử lý bằng Na2S cho kết quả tốt nhất 30

Hình 4.9 mẫu nước thải khi cho KI 31

Hình 4.10 Mẫu nước thải khi cho KI sau lắng 15 phút 31

Hình 4.11 Mẫu nước thải khi cho KI sau khi lọc Error! Bookmark not defined

Hình 4.12 Mẫu xử lý bằng KI cho kết quả tốt nhất Error! Bookmark not defined

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD: Là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ

COD: là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học ở trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ

BTNMT: Bộ Tài Nguyên Môi Trường

KLN: Kim loại nặng

QCVN: Qui chuẩn Việt Nam

WHO: World Health Organization (tổ chức y tế thế giới)

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa tại thành phố Hồ Chí Minh gia tăng mạnh mẽ Đặc biệt, cùng với sự kiện Việt Nam gia nhập tổ chức thương mại thế giới WTO vào ngày 21/10/2006 đã và đang làm cho xu thế phát triển của thành phố ngày càng gia tăng

Cùng với sự phát triển về kinh tế, xã hội, thì sự phát triển giáo dục cũng đang là một tiêu chí chung của thành phố Bên cạnh các hoạt động giáo dục thì công tác nghiên cứu khoa học và giảng dạy tại các phòng thí nghiệm đã và đang sử dụng một lượng hóa chất và sau đó thải vào môi trường mà chưa có sự kiểm soát thích đáng gây nên mối nguy hiểm tiềm tàng đe dọa đến sức khỏe và môi trường

Trên toàn thành phố hiện nay có gần 400 phòng thí nghiệm thuộc các lĩnh vực khoa học khác nhau về vật lý, hóa học, sinh học Nếu chỉ xét đến các phòng thí nghiệm hóa học và sinh học thuộc các trường đại học trong thành phố hiện nay thì con số khoảng hơn 100 phòng thí nghiệm trên tổng số hơn 200 phòng thí nghiệm đó

là chưa kể đến các phòng thí nghiệm thuộc các trung tâm nghiên cứu khoa học Với nhu cầu giảng dạy và nghiên cứu học tập – hoạt động nghiên cứu thí nghiệm ngày càng gia tăng, và việc quản lý nước thải phát sinh từ phòng thí nghiệm hiện nay thật

sự là một thử thách lớn và là mối đe dọa đối với môi trường và sức khỏe cộng đồng Trong các thành phần gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động nghiên cứu thí nghiệm thì kim loại nặng là thành phần cần được quan tâm đặc biệt do khả năng tồn tại bền vững trong môi trường và khả năng tích tụ sinh học rất cao, thông qua con đường thực phẩm, các kim loại nặng sẽ đi vào và tích tụ lại trong các loài động thực vật, là nguyên nhân gián tiếp gây ra các tác động nghiêm trọng ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người

Hoạt động nghiên cứu thí nghiệm môi trường, có hai thông số cơ bản để xác định nồng độ chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước và nước thải trước và sau khi xử

lý đó là BOD và COD BOD là lượng oxy cần thiết cho vi sinh vật sử dụng để oxy hoá các chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học, trong khi đó COD là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hữu cơ có trong nước Do đó, COD không chỉ thay thế cho chỉ tiêu BOD mà còn được sử dụng rộng rãi trong việc kiểm tra chất lượng nước của tất cả các giai đoạn trong một hệ thống xử lý để xác định hiệu quả

xử lý qua mỗi giai đoạn Tuy số lượng phát sinh không lớn nhưng nước thải sau khi được phân tích chỉ tiêu COD có nồng độ acid đậm đặc và hàm lượng kim loại nặng

độc hại cao (Ag, Hg và Cr), nếu không có biện pháp xử lý phù hợp sẽ gây khó khăn trong việc lưu trữ cũng như gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Đã có nhiều nghiên cứu xử lý nước thải chứa hàm lượng kim loại nặng trong và ngoài nước, tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa có một công nghệ xử lý hoàn chỉnh về việc xử lý cũng như thu hồi các giá trị có thể tái sử dụng lại của các loại nước thải chứa kim loại nặng nói chung và nước thải COD phát sinh từ các phòng thí nghiệm nói riêng Với mong muốn góp phần giảm thiểu chất thải nguy hại phát sinh gây ảnh hưởng đến môi trường, sức khoẻ con người và đưa ra một giải pháp xử lý cho vấn

đề ô nhiễm kim loại nặng, đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ

phòng thí nghiệm bằng phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học” được thực

1.3 Phạm vi, đối tượng nghiên cứu

Nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm môi trường trên địa bàn

TPHCM

1.4 Ý nghĩa của đề tài

Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học đánh giá tính nguy hại của nước thải COD và từ đó đề xuất phương án quản lý chặt chẽ từ khâu phát sinh đến thu gom,

xử lý và giảm thiểu trước khi thải bỏ an toàn

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan nước thải COD

2.1.1 Thành phần và tính chất nước thải COD

Thí nghiệm kiểm tra chỉ tiêu COD liên quan đến việc sử dụng các tác nhân hoá học như acid sulfuric (H2SO4), dichromate (Cr2O72-), bạc (Ag+) và thuỷ ngân (Hg2+) cho vào trong mẫu nước thải cần phân tích với thể tích mẫu cần phân tích và các hoá chất thêm vào trong thí nghiệm kiểm tra nồng độ COD được trình bày trong Bảng 2.1, sau đó đun hoàn lưu và xác định lượng Cr2O72- còn lại bằng cách chuẩn

độ với ion Fe2+ (FAS)

Bảng 2.1 Thể tích mẫu cần phân tích và các hoá chất thêm vào trong thí

nghiệm kiểm tra nồng độ COD

Các hợp chất acid béo có phân tử lượng thấp, không bị oxy hóa nếu không có chất xúc tác Ag+ (Ag2SO4) là tác nhân xúc tác rất hiệu quả được dùng (Ag2SO4

được thêm vào khi pha chế acid sulfuric)

Để khắc phục ảnh hưởng của ion Cl- (có mặt hầu hết trong các loại nước thải) nguyên nhân gây sai số cho phép đo xác định COD, thêm vào dung dịch mẫu HgSO4 khi đó ion Hg+ kết hợp với ion Cl- tạo thành phức chất HgCl2 khó phân ly Khi ion Hg+ hiện diện trong mẫu dư thì nồng độ ion Cl- rất nhỏ

Như vậy, mẫu nước thải sau khi phân tích chỉ tiêu COD vẫn tồn tại những hoá chất ban đầu được thêm vào và các hoá chất này đều chứa các ion kim loại nặng độc hại (Cr+6, Hg+, Ag+) và có độ pH rất thấp (pH <1) và nồng độ của các ion kim loại này được kiểm chứng với các giá trị đo đạt được thể hiện cụ thể trong Bảng 2.2

Bảng 2.2: Thành phần KLN trong nước thải COD

Chỉ

tiêu

Hàm lượng (mg/l)

Quy chuẩn so sánh QCVN

07:2009/

BTNMT (c)

QCVN 40:2011/

BTNMT (a)

QCVN 08:2008/

BTNMT (b)

QCVN 09:2008/ BTNMT

b : Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp

c : Ngưỡng nguy hại của các chỉ tiêu ô nhiễm

Theo các tiêu chuẩn quy định, nồng độ không vượt quá 2 mg/l và bắt buộc phải đạt 0,01 mg/l khi xả thải ra nguồn nước đối với Hg, không vuợt quá 5 mg/l và tiêu chuẩn xả thải bắt buộc là 0,1 mg/l với Cr6+ và 1 mg/l với Cr3+ Ag không được liệt

kê trong danh sách các tiêu chuẩn quy định, tuy nhiên giới hạn nguy hại được quy định tại ngưỡng nguy hại QCVN 07/2009/BTNMT không được vượt quá 5 mg/l Từ kết quả bảng 2.2 cho thấy, nồng độ các KLN trong nước thải COD đều vượt rất nhiều lần so với các quy chuẩn cho phép xả thải, do đó nước thải COD phát sinh

cần phải thu gom và có biện pháp xử lý triệt để trước khi thải ra ngoài môi trường

2.1.2 Tác động đến môi trường

Như đã trình bày ở phần trên, nước thải COD chứa hàm lượng acid sulfuric đậm đặc (pH  0), các kim loại nặng độc hại gồm Cr, Hg, Ag, Fe, … chúng là những kim loại nặng có phân tử lượng lớn hơn 52 gam Các kim loại này khi thải vào nước làm cho nước bị nhiễm bẩn, mất đi một số tính chất hoá lý cũng như những tính chất và thành phần của nước thay đổi làm ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái

và sức khoẻ con người

 pH

Khi độ pH của môi trường vượt quá giới hạn sinh lý (quá kiềm hay quá acid) thì

mô rễ đặc biệt là lông hút bị thương tổn và sự hút khoáng bị ức chế Xét về mặt môi trường (đất và nước) cũng thấy trong điều kiện pH đất chua (pH < 4), môi trường dễ

bị ô nhiễm kim loại nặng, cây trồng bị ngộ độc kim loại nặng Do vậy, trên đất chua quá, cây phát triển còi cọc do hầu như thiếu mọi chất dinh dưỡng, cũng dễ mắc bệnh Độ pH có ảnh hưởng tới điều kiện sống bình thường của các sinh vật nước

Cá thường không sống được trong môi trường nước có độ pH < 4 hoặc pH > 10

 Crom (Cr)

Crom cũng được cho là tác nhân làm giảm hoạt động của nội bào, gây đột biến gen, tác động trực tiếp lên AND Ví dụ tôm rằn Penaeus semisulcatus đực hấp thu crom (VI) cao hơn con cái, cao nhất ở mang, kế đến là gan tụy và ít nhất được tìm thấy trong cơ LC50 96h của crom (VI) trên cá lóc là 41,75 ppm Khi bị ảnh hưởng com (VI), cá bị lờ đờ, không bơi lội do bị biến đổi tế bào mô của mang, thận và gan Dạng độc nhất là hợp chất Cr hoá trị VI, nếu phơi nhiễm lâu ngày với crom thì mắt sẽ bị tổn thương nặng có thể dẫn tới tử vong Khi nhiễm Cr (VI) sẽ gây bệnh ung thư, rối loạn gen và nhiều bệnh khác Theo tổ chức WHO nồng độ crom tối đa cho phép trong nước uống là 0,05 mg/l

Thủy ngân nguyên tố lỏng là ít độc, nhưng hơi, các hợp chất và muối của nó là rất độc và là nguyên nhân gây ra các tổn thương não và gan khi con người tiếp xúc, hít thở hay ăn phải Dạng độc nhất của hợp chất thủy ngân là Metyl thủy ngân (CH3Hg+), độc đến mức chỉ vài microlit rơi vào da có thể gây tử vong Thông qua quá trình tích lũy sinh học Metyl thủy ngân nằm trong chuỗi thức ăn, đạt đến mức tích lũy cao trong một số loại cá như cá ngừ

Thuỷ ngân trong nước ít khi vượt quá 0,1 mg/l, trung bình nước biển khoảng 0,03 mg/l Trong đất đá tự nhiên thuỷ ngân dao động từ 5 – 1000 µg/kg Hầu hết các nhóm vi khuẩn kháng thủy ngân đều thuộc nhóm Pseudomonas, Vibrio, Aeromonas

và Bacillus

Trong lớp bùn đáy ao thuỷ ngân có thể tồn tại từ 10–100 năm Thuỷ ngân vô cơ

có các dạng: Hg, Hg+, và Hg2+, ở dạng hữu cơ thì thuỷ ngân liên kết với nhóm sulfhydryl (-SH) từ các acid amin có chứa S trong cơ thể sinh vật chết Ngoài ra, thuỷ ngân còn liên kết với các gốc hydrocarbon như là CH3HgCl, CH3Hg+ và

CH3HgCH3

Ở động vật thủy sản, thuỷ ngân được tích lũy trong cơ thể cá thông qua chuỗi thức ăn Nồng độ 160 mg/l sẽ ức chế quá trình chuyển giai đoạn trên giáp xác, giảm

hô hấp, ngưng hoạt động bơi lội sau 10h

Ở người khi thủy ngân xâm nhập vào cơ thể, nó liên kết với những phân tử như nucleic acid, protein làm biến đổi cấu trúc và ức chế hoạt tính sinh học của tế bào

Sự nhiễm độc thủy ngân gây nên những thương tổn trung tâm thần kinh với triệu chứng run rẩy, khó khăn trong diễn đạt, giảm sút trí nhớ và nặng hơn nữa có thể gây tê liệt, nghễnh ngãng, nói lắp, thao cuồng Nếu nhiễm độc thủy ngân qua đường

ăn uống với liều lượng cao, một thời gian sau (có thể từ 10 - 20 năm) sẽ gây tử vong

Độc tính này sẽ tăng dần nếu có hiện tượng tích luỹ sinh học Sự tích luỹ sinh học là quá trình thâm nhiễm vào cơ thể gây nhiễm độc mãn tính Quá trình này diễn

ra gồm hai giai đoạn: Sự tích luỹ sinh học bắt đầu bởi cá thể, sau đó được tiếp tục tích lũy nhờ sự lan truyền giữa các cá thể, từ động vật ăn cỏ, động vật ăn cá, cho đến con người Do đó nồng độ thủy ngân được tích luỹ dần dần cho đến khi “tới ngưỡng” gây hại Hiện tượng tích luỹ sinh học này rất nguy hiểm, nhất là với methyl thủy ngân - xuất phát từ môi trường lúc đầu ít ô nhiễm (nồng độ thủy ngân

thấp), nồng độ đó có thể tăng lên đến hàng nghìn lần và trở thành rất độc

Những phụ nữ có thai, những trẻ sơ sinh còn bú mẹ và các trẻ nhỏ dễ bị nguy hiểm nhất, bởi vì một lượng lớn thủy ngân có thể gây hại cho não bộ đang phát triển Nếu bà mẹ dùng nhiều các loại cá biển (loại chứa hàm lượng thủy ngân cao), thì sự phát triển não bộ của đứa bé có thể bị ảnh hưởng và thậm chí là thủy ngân tích lũy sẽ gây biến chứng nặng về sau, hoặc gây ra những vấn đề về sự thông minh của trẻ…

 Bạc (Ag)

Bạc tự bản thân nó không độc nhưng phần lớn các muối của nó là độc và có thể gây ung thư Các hợp chất chứa bạc có thể hấp thụ vào trong hệ tuần hoàn và trở thành các chất lắng đọng trong các mô khác nhau, dẫn tới tình trạng gọi là argyria, kết quả là xuất hiện các vết màu xám tạm thời trên da và màng nhầy Mặc dù điều này không làm ảnh hưởng tới sức khỏe con người song nó làm xấu xí mặt mày Kim loại này không đóng vai trò sinh học tự nhiên gì đối với con người

Ảnh hưởng của bạc đối với sức khỏe con người là vấn đề gây tranh cãi Bạc có hiệu ứng và khả năng giết chết nhiều loại vi khuẩn, vi trùng mà không để lại ảnh hưởng rõ ràng tới sức khỏe và sự sống của các động vật bậc cao Hippocrates, cha

đẻ của y học hiện đại, đã viết rằng bạc có các thuộc tính có lợi cho sức khỏe và phòng chống bệnh tật Nhiều dân tộc thiểu số ở Việt Nam đã biết áp dụng hiệu ứng

này khi đeo bạc để "kỵ gió", "phòng bệnh" Nhiều đồ dùng bằng bạc tương truyền

có thể giải độc cho một số loại thức ăn Theo những nghiên cứu gần đây, sữa mẹ để trong bình sữa tráng bạc lâu hỏng hơn là đựng trong đồ dùng thông thường

Nhiều nhà sản xuất thiết bị điện lạnh như Toshiba, Panasonic, Samsung ứng dụng công nghệ nano bạc trong tủ lạnh, điều hòa nhiệt độ, máy giặt với mục đích sát khuẩn Một số loại hợp chất của bạc được bán như là thuốc điều trị một số bệnh Tuy nhiên, chưa có một nghiên cứu y tế đáng tin cậy nào chứng minh rằng liệu pháp bạc là có ích trong chống vi khuẩn và vi trùng Việc ăn các loại hợp chất của bạc như đã nói trên, có thể dẫn đến tình trạng argyria Bạc được sử dụng cùng với đồng

để loại bỏ các loại tảo trong bể bơi ở Mỹ bằng cách sử dụng các chất điện giải

2.1.3 Hiện trạng quản lý nước thải COD từ các phòng thí nghiệm

Hầu như các trung tâm thí nghiệm cũng như các phòng thí nghiệm trên địa bàn thành phố nói riêng và cả nước nói chung thì việc phân loại nước thải độc hại của phòng thí nghiệm với nước thải sinh hoạt vẫn chưa được thực thi Nước thải phòng thí nghiệm tuy không nhiều nhưng mỗi phòng lại có một đặc thù rất khác nhau và độc chất cũng như hàm lượng kim loại nặng hiện diện trong nước thải

Với chất thải hóa chất bình thường thì việc xử lý tại các trường đại học lại đang tạo ra một khoảng trống lớn trong việc đảm bảo môi trường ThS Duy Khiêm (đại học khoa học tự nhiên) chia sẻ: “Những loại dung môi tan trong nước đều được xả trực tiếp xuống cống Còn không tan và độc hại thì được chứa trong can, chất đống trong kho Lâu lâu có người đến xin về, cũng chẳng biết họ làm gì nhưng giải quyết được là tốt rồi”

Đại học bách khoa TP.HCM mỗi năm cho ra môi trường lượng chất thải hóa học lên tới 10 m3 /khoa Trường đại học y dược TP.HCM cũng cho ra 2,000- 2,800 kg/năm Tuy nhiên, đó là chỉ tính riêng chất thải rắn, không tan trong nước và dung môi độc Hai trường này đều hợp tác với công ty môi trường để xử lý Nhưng quá trình xử lý thế nào, ra sao thì phụ thuộc vào phía công ty

Đứng trước nguy cơ cấp bách về chất thải hóa học phòng thí nghiệm, không phải các trường không nghĩ ra hướng đi riêng Nhiều trường đã lên kế hoạch, xây dựng dự án xử lý chất thải hóa học ngay trong khuôn viên trường mình để tiện bề kiểm soát mức độ độc hại và chủ động hơn trong nghiên cứu khoa học Tuy nhiên, thực tế thì chưa trường nào làm được điều đó Thực tế, tình trạng xả các chất dung môi, hóa chất từ các phòng thí nghiệm trực tiếp xuống hệ thống ống cống trong các trường ĐH, các viện, trung tâm nghiên cứu vẫn còn rất phổ biến

2.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp hoá học xử lý nước thải

2.2.1 Tổng quan phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng

Có nhiều phương pháp để xử lý nước thải chứa kim loại bao gồm:

- Phương pháp kết tủa hóa học: phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học

giữa chất đưa vào nước thải với kim loại cần tách, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng trọng lượng

- Phương pháp trao đổi ion: dựa trên nguyên tắc trao đổi ion giữa các ionit là

nhựa hữu cơ tổng hợp với các ion có trong nước thải, được tiến hành trong các cột cationit và anionit

- Phương pháp điện hóa: dựa trên cơ sở của quá trình oxy hóa khử để tách

kim loại bằng các điện cực nhúng trong nước thải chứa kim loại khi cho dòng điện một chiều chạy qua Bằng phương pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước, không bổ sung hóa chất, thích hợp với loại nước thải có nồng độ kim loại cao (> 1g/l) nhưng nhược điểm tiêu tốn điện năng khá lớn

- Phương pháp sinh học: Một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng

kim loại như chất vi lượng trong quá trình phát triển sinh khối như bèo tây, bèo tổ ong, rong, tảo, … với phương pháp này, nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60 mg/l và bổ sung đủ chất dinh dưỡng như N, P,… và các nguyên tố vi lượng cần thiết khác Nhược điểm của phương pháp này là cần diện tích lớn và nước thải có lẫn nhiều kim loại cho hiệu quả xử lý kém

Thực tế với điều kiện tại TPHCM không thể áp dụng phương pháp trao đổi ion, điện hoá và phương pháp sinh học vì chi phí cao, diện tích lớn và vận hành phức tạp Phương pháp trung hoà kết tủa hóa học là phù hợp nhất và cũng là phương pháp thông dụng để xử lý nước thải chứa kim loại nặng hiện nay

2.2.2 Phương pháp hoá học xử lý nước thải

Xử lý hóa học thường được ứng dụng để xử lý nước thải một số nghành công nghiệp, nhất là trong trường hợp nước thải công nghiệp có chứa các chất ô nhiễm thuộc nhóm acid, bazo, các kim loại nặng và các hợp chất hóa học đặc biệt khác Phương pháp hóa học còn sử dụng để thu hồi các kim loại quý có trong nước thải của một số nghành công nghiệp, hoặc để khử các chất độc hoặc các chất gây ảnh hưởng xấu đến giai đoạn xử lý sinh học

Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng hóa học diễn ra giữa chất ô nhiễm trong nước thải với tác chất được cho thêm vào Các phản ứng diễn ra có thể là:

- Phản ứng trung hòa

- Phản ứng oxy hóa – khử

- Phản ứng phân hủy chất độc hại,

Phản ứng hóa học có thể là giải pháp độc lập để xử lý nước thải công nghiệp trước khi xả vào cống thoát nước chung của đô thị, hay trước khi xả vào nguồn tiếp nhận nếu chất lượng nước thải sau xử lý đạt yêu cầu qui định Các phương pháp xử

lý hóa học bao gồm:

- Phương pháp trung hoà;

- Phương pháp oxy hoá – khử;

- Phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học

2.2.2.1 Phương pháp trung hòa

Do nước thải có chứa acid hoặc bazơ Loại nước thải này có khả năng ăn mòn vật liệu của các công trình xử lý, phá vỡ các quá trình sinh hóa trong các công trình

xử lý sinh học, do vậy cần phải thực hiện quá trình trung hòa nước thải Các phương pháp trung hòa được ứng dụng trong xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học gồm có:

Trung hòa bằng trộn lẫn chất thải

Phương pháp này được sử dụng khi nước thải của xí nghiệp này là acid còn nước thải của xí nghiệp khác là nước thải kiềm Cả hai loại nước thải này đều không chứa các cấu tử gây ô nhiễm khác

Trong trường hợp này người ta trộn nước acid và nước kiềm trong thùng chứa

có cánh khuấy hoặc khuấy trộn bằng không khí mục đích trung hoà dòng thải trước khi tiến hành xả thải hoặc qua các bước xử lý kế tiếp

Trung hòa bằng bổ sung các tác nhân hóa học

Để trung hòa nước acid có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH,

Na2CO3, nước ammoniac NH4OH, CaCO3, đôlômit (CaCO3.MgCO3) và xi măng Việc được chon các tác nhân trung hòa phụ thuộc vào thành phần và nồng độ acid của nước thải Ở đây cần tính đến quá trình có tạo ra kết tủa hay không

Người ta phân chia nước thải acid thành các loại sau: (1) Nước chứa acid yếu (H2CO3, CH3COOH), (2) Nước chứa acid mạnh (HCl, HNO3) Trong trường hợp này, để trung hòa chúng có thể sử dụng bất kỳ các tác nhân nào kể ở trên Muối của các acid này hòa tan tốt trong nước và (3) Nước chứa acid sunfuric (H2SO4) và acid sunfuro (H2SO3) Muối canxi của các acid này ít hòa tan trong nước và thường được tách ra ở dạng cặn rắn Để trung hòa nước thải acid người ta thường dùng NaOH, đá vôi ở dạng hydroxyt canxi hoặc dạng bột khô

Trung hòa nước thải acid bằng cách lọc qua vật liệu lọc có tác dụng trung hòa

Các vật liệu trung hòa như manhêtit (MgCO3), đôlômít, đá vôi, đá phấn, đá hoa

và các chất thải rắn như xỉ và xỉ tro làm lớp vật liệu lọc Người ta dùng thiết bị lọc

để trung hòa nước acid có nồng độ acid không vượt quá 1,5 mg/l và không chứa muối kim loại nặng

Trung hòa nước thải bằng khí acid

Để trung hòa nước thải kiềm người ta sử dụng khí thải chứa CO2, SO2, NO2,… Việc sử dụng khí acid không những cho phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu xuất làm sạch của chính khí đó khỏi các cấu tử độc hại

2.2.2.2 Phương pháp oxy hóa và khử

Để làm sạch các chất người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như clo ở dạng khí và hóa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali, oxy của không khí, ozon,… Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học, do đó quá trình oxy hóa hóa học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương pháp khác

Phản ứng oxy hóa có thể được ứng dụng để xử lý nước thải nghành công nghiệp dệt nhuộm, bột giấy để khử độ màu và các chất độc hại khác có trong thành phần chất thải

2.2.2.3 Trung hòa và kết tủa các kim loại nặng

Nước thải của nhiều nghành công nghiệp có thể chứa acid hoặc kiềm Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh các quá trình sinh hóa ở các công trình làm sạch và nguồn nước không bị phá hoại cần phải trung hòa nước thải Trung hoà còn nhằm mục đích tách các kim loại nặng ra khỏi nước thải

Cách tiếp cận ưu tiên là xem xét khả năng tự trung hòa lẫn nhau giữa các dòng nước thải có tính chất đối lập để đỡ tốn kém Nước thải coi như được trung hòa nếu

pH = 6,5 – 8,5 Quá trình trung hòa có thể thực hiện trong bể trung hòa làm việc liên tục hoặc gián đoạn Trong mộ số trường hợp bể trung hòa được thiết kế kết hợp với chức năng lắng cặn (hợp khối)

Các dòng thải có tính acid thường được trung hòa bằng cách cho thêm vào nước thải một lượng vôi bột, dung dịch sữa vôi, dung dịch xút hoặc bất cứ một dung dịch kiềm nào khác với liều lượng thích hợp để đạt trị số pH mong muốn Các dòng nước thải mang tính acid thường có chứa các kim loại nặng đi kèm theo (chẳng hạn như nước thải của nhà máy sản xuất acquy chì, các xưởng xi mạ, các nhà máy luyện kim màu,…), do đó khi trung hòa sẽ diễn ra đồng thời kết tủa các kim loại trong nước thải Tuy nhiên, phần lớn các ion kim loại nặng mang tính độc hại tồn tại trong nước thải của các nghành công nghiệp nói trên (Pb2+, Zn2+, Ni2+) thường kết tủa ở trị số pH rất cao (pH > 10), chỉ có Cr3+ là kết tủa ở pH trung tính (khoảng 7,5)

Việc loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nước thải bằng phương pháp kết tủa hóa học trong một số trường hợp đòi hỏi phải điều chỉnh pH đến những trị số khá cao( chẳng hạn như đối với kẽm, niken và chì) Vì vậy, đôi lúc phải trung hòa ngược trở lại bàng acid để đạt được trị số cho phép thải vào các nguồn tiếp nhận Ngược lại, đối với các dòng thải mang tính kiềm, quá trình trung hòa sẽ đươch thực hiện bằng cách cho thêm vào nước một lượng acid nhất định để đạt trị số pH mong muốn Đôi khi người ta còn lợi dụng khả năng tự trung hòa lẫn nhau giữa các dòng thải mang tính kiềm và acid để giảm chi phí hóa chất tiêu hao cho quá trình xử lý nước thải

Hiệu quả của quá trình tách kim loại nặng ra khỏi nước thải bằng phương pháp kết tủa hóa học phụ thuộc vào rất nhiều trị số pH được điều chỉnh vào tích số tan của các hydroxyt kim loại hoặc cacbonate hay sulfat kim loại Bảng 2.3 thể hiện phạm vi pH cho quá trình kết tủa của một số kim loại

Bảng 2.3 Phạm vi pH kết tủa của một số kim loại

2.3 Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải COD trong và ngoài nước

2.3.1 Trong nước

Hiện nay, nước ta vẫn chưa chú trọng đầu tư vào xử lý nước thải từ phòng thí nghiệm vì nhiều lý do mà quan trọng có lẽ do chi phí xử lý nước thải của phòng thí nghiệm quá cao Hầu hết, trong nước chỉ tập trung vào xử lý toàn bộ lượng nước thải phát sinh từ phòng thí nghiệm chứ chưa chia ra để xử lý từng loại nước thải Các nghiên cứu cũng như đề xuất về xử lý nước thải phòng thí nghiệm cũng chỉ

đề cập đấn vấn đề xứ lý toàn bộ lượng nước thải phát sinh từ phòng thí nghiệm chứ chưa đơn lẻ tách thành từng nguồn để xử lý

Trường đại học Lạc Hồng là một trong những trường xây dựng mô hình hệ thống xử lý nước thải có chứa KLN do Th.S Lê Kiên Cường lắp đặt và vận hành Pilot hệ thống xử lý nước thải có nhiều bể chứa: bể thu gom vừa có nhiệm vụ thu gom nước thải vừa điều hòa lưu lượng, thành phần nước thải; bể khử; bể lắng; bể điều chỉnh pH nên hệ thống được đánh giá có tính an toàn cao Pilot hoàn chỉnh quy trình xử lý nước thải có chứa ion kim loại theo mô hình thực tế công nghiệp, kích thước 1,4 x 2m bằng vật liệu epoxy composite cốt thép Pilot cũng được thiết

kế hướng tới tự động hóa hoàn toàn, dễ dàng trong giai đoạn tiếp theo Hệ thống

đã vận hành với mẫu nước thải chứa ion Cr6+, Ni2+ trong công nghiệp và thu được nước thải đạt yêu cầu nước thải loại B theo quy định của Nhà nước Với hệ thống này, Lạc Hồng trở thành một trong số rất ít các trường ĐH có hệ thống xử lý nước thải hóa chất trong phòng thí nghiệm