Nghiên cứu xử lý nước kênh nhiêu lộc bằng phương pháp oxy hóa nâng cao

Trang 1

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG

BO MON KY THUAT MOI TRUONG

DO AN TOT NGHIEP

NGHIEN CUU XU LY NUOC KENH NHIEU LOC BANG PHUONG PHAP OXY HOA

NANG CAO

LUUY:

Tài liệu trong thư viện điện tử của trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP HCM chỉ được sử dụ@ŸÏa-gruc đích học tập và nghiên cứu cá nhân

Nghiêm cấm mọi hình th in ấn phục vụ các mục đích khác nếu không được sự cháp thu ào bản hoặc của tác giả

2

Trung tâm Thông tin- Thu lòu,trả h wong cam on Quy NXB, Quy Tac gia da

Trang 2

Nghiên cứu xử lý nước kênh Nhiêu Lộc bằng phương pháp oxy hóa nâng cao

LỜI CẢM ƠN

Ông cha ta có câu ca dao:

“Máy ai là kẻ không thây

Thể gian thường nói đồ mày làm nên”

Thật vậy, được sự chỉ dẫn tận tình của thầy TS Thái Phương Vũ, tơi đã hồn thành đúng thời hạn đô án tôt nghiệp Em chân thành cảm ơn thây

“Học thay không tay học bạn”

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, tôi đã được sự giúp đỡ của các nhóm đề tài nghiên

cứu khác Cảm ơn các bạn rất nhiều

Ngoài ra, với những kiến thức em đã học được từ các quý thầy (cô) Khoa Môi trường — Đại học Tài nguyên và Môi trường Tp Hồ Chí Minh truyền đạt lại trong suốt quá trình

học tập góp phần không nhỏ dé tơi hiểu và hồn thành tốt hơn khóa luận tốt nghiệp của

mình

Trang 3

Nghiên cứu xử lý nước kênh Nhiêu Lộc bằng phương pháp oxy hóa nâng cao

TÓM TAT

Luận văn nghiên cứu “Nghiên cứu xử lý nước kênh Nhiêu Lộc bằng phương pháp

oxy hóa nâng cao” được thực hiện để đánh giá hiệu quả xử lý nước kênh Nhiêu Lộc Công nghệ keo tụ điện hóa kết hợp với phương pháp oxy hóa nâng cao đang được khuyến khích áp dụng với hiệu quả xử lý chất ô nhiễm cao Nghiên cứu này được thực hiện trên mô hình phòng thí nghiệm, kết quả chứng minh hiệu quả xử lý COD cao từ 60% đến 70% khi thời gian sục Ozone là 15 phút, thời gian lắng là 60 phút và duy trì thời gian điện hóa 25 phút Ngoài ra, nghiên cứu còn chứng minh pH tăng dân trong khoảng pH trung tính

khi kéo dài thời gian điện hóa và sục ozone

SVTH: Lê Quang Thắng

Trang 4

Nghiên cứu xử lý nước kênh Nhiêu Lộc bằng phương pháp oxy hóa nâng cao

ABTRACT

Research thesis "Research on water treatment of Nhieu Loc canal by Advanced Oxidation Processes" was conducted to evaluate the effectiveness of waste water treatment at Nhieu Loc canal The combination of Electrocoagulation Technology and Advanced Oxidation Processes are encouraged to used with high efficiency in treating pollutants This study was carried out on experimental model, which proved high COD

removal efficiency from 60% to 70% at 15 minutes of ozone humidification, 60 minutes of settling time, and 25 minutes of maintaining electrochemical interval In addition, the

study also proved that the pH was gradually increased in the neutral pH while prolonging electrolysis and ozone

Trang 5

Nghiên cứu xử lý nước kênh Nhiêu Lộc bằng phương pháp oxy hóa nâng cao MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN -s HH THHH.HHHHH.gH.rrHdrrrrirtrrrrrtrrrrrrorie i TÓM TẮTT 22c E2 11.1 E1 0 E1 tr ii ABTTIRACT s 5-5 00 00009000059 00080 800 Hi MỤC LLỤỨC 5° 5° 5® S949 93 2980719 02.9403.48 0398039098 0910900800403040 96 iv

DANH MUC BANG incsssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssessssssssssssesssssssssssssssssssees vii DANH MUC HINHussssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssscccscccscccscsccscecessseseees viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮTT - 2° V22££E222vvvssseerrrvvvvresse X

MỞ ĐẦU 2 se HH HH THH.HTHH.HErHHEEtriHrtrrdrttrirrtrririrrie 1

1 Dat Va 1

2 I 000019000 2

3 Phạm vi nghiên cỨu 2252 522S+SSE2E£SEEE+E£EE£EeEEEEeEeEErxrxerxrrererrrxrrrrrrree 2 4 Nội dung nghiên cứu - ¿5-52 522+22£2E2E£EE2E2EEEE2ESEEEEEEEEEEEEErrrrrrrrrrrrrrer 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài -2222c++222222115222222EE xce 3

6 Thời gian và địa điểm nghiên cứu -+222EE+222+++222222E2222zerztrrrrrrxce 3

CHƯƠNG 1 TƠNG QUAN TÀI LIỆU «cccccsccccccccecessesssssrsssses 4

1.1 TONG QUAN VE TINH TRANG VA CHAT LUGNG NUGC CUA KENH

l:ÿ,\05M9s7.)):83s198;1959s08)/11)1sYfÝ 4

1.1.1 Tổng quan về hiện trạng hé thong kênh rạch thành phó Hỗ Chí Minh 4

L12 Tinh trang chat lượng nước của kênh Nhiêu Lộc 2-5 2-+ 5+ 9

12 CÁC PHƯƠNG PHÁP XU LY NƯỚC THẢI 10

IZZN, 3 16ảa ae 10 12.2 Phương pháp hóa Ïý -+©22555525+ 2c seszesrsrerxcrs 10 12.3 Phương pháp sinh học 5cc5cscscsccsrsrcrrsree II

SVTH: Lê Quang Thắng

Trang 6

Nghiên cứu xử lý nước kênh Nhiêu Lộc bằng phương pháp oxy hóa nâng cao

1.2.4 Ung dung tai sử dụng nước sau xử lý phục vụ cho đô thị và công nghiệp

trên thế giới -ccc22++++1111122211211111111112 E121 de 13 13 GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC Ô NHIÊM BẰNG CÔNG NGHỆ OXY HÓA NÂNG CAO 222222222222222222222222222222EEEEEEErrrrrrrrreer 18

1.3.1 Sự cần thiết của công nghệ cao -ct22EEEEEEEEErrreeeeeecced 18 13.2 — Giới thiệu các quá trình oxi hóa nâng €a0 -. + + +=+©-s5-s><+>+ 20 1.3.3 Cơ sở lý thuyết quá trình fehton -cccccccccscEEEEEEeeesrrrrrrree 23 1.3.4 Cơ sở lý thuyết quá trình peroXon -cccccccccsccEEEEEEeecrcrrrrree 29

14 GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA TRONG XỬ LÝ )\U9e VẢ 32

1.4.1 Khái niệm điện hóa +-+2+<+s+2+E£2E+EzE+E£EEEeErkzkrrrrrersrrcee 32

1.4.2 Nghiên cứu về điện hóa trên thế giới -. -cc-c22cccvccccrrrrrree 33

1.4.3 Nghiên cứu điện hóa tại Việt Nam -:-5-55-5+55+2cs>s+c+szsesrxsrs 37

1.5 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KẾT HỢP GIỮA KEO TỤ ĐIỆN HÓA VÀ OXY HÓA NÂNG CAO -2222222222222222222222 2.2.2 2222222222222 xe 39 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUU . -<cccccccvce 42 2.1 TÔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22222222222222222 42 2.2 MƠ HÌNH VÀ VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM -22222222222222222222.-.e 43 2.3 CACH TIEN HANH THI NGHIỆM -2222222222222222222.2 c.c.rc 44 2.4 PHƯƠNG PHÁP LÁY MẪU VÀ PHÂN TÍCH 2222222222222222222zei 46 CHƯƠNG 3 KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN 2° cccccssecccccccee 48 3.1 KET QUA NGHIEN CUU CAC YEU TO ANH HUONG DEN QUA TRINH KEO TỤ ĐIỆN HOA KET HOP OXY HÓA NÂNG CAO -c22c2222 48

3.1.1 Ảnh hưởng của thời gian sục Ozone đến hiệu quả xử {ý COD 48 3.1.2 Ảnh hưởng của thời gian lắng đến hiệu quả xử lÿ COD - 51 3.1.3 Sự thay đổi pH theo thời gian SUC OZONE .c ccccsscsscsvsscssssssssvssvssesssseevvssseesseee 54

KET LUAN VA KIEN NGHI weeccccsscssssssscsssssssssssecsesssssssssscessesssssssseeessessssssseceesessssssees 59

Trang 7

Nghiên cứu xử lý nước kênh Nhiêu Lộc bằng phương pháp oxy hóa nâng cao

500907 KEN NGHO TAI LIEU THAM KHAO ccsssssssssssssssssssssssssssssssssssscssscscscsssssssesessscsesesessses PHU LUC wessssssssssssssssssssssssssssssssesssssssssssssssssssssssscssusssssssesssessesesssasssnssssesseeee

SVTH: Lé Quang Thang

Trang 8

Nghiên cứu xử lý nước kênh Nhiêu Lộc bằng phương pháp oxy hóa nâng cao

DANH MUC BANG

Bang 1.1 Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa . - 21

Bang 1.2 Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng 22

Bảng 1.3 Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ (ác nhân ánh sáng 23

Bảng 1.4 Nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước thải đầu vào và đầu ra bễ keo tụ điện hóa - 2 bé USBF với tổng thời gian lưu 8h Bảng 2.2 Phương thức thí nghiệm .- s5 << 5< scssssessessesessessessese Bảng PL.1 Số liệu thí nghiệm COD khi sục Ozone 5 phút - 61

Bảng PL.2 Số liệu thí nghiệm COD khi suc Ozone 10 phút - 62

Bảng PL.3 Số liệu thí nghiệm COD khi sục Ozone 15 phút - 63

Bảng PL.4 Số liệu thí nghiệm COD khi suc Ozone 25 phút -¿ 64

Bảng PL.5 Số liệu thí nghiệm pH khi sục Ozone 5 phút . ‹‹-‹ - 65

Bảng PL.6 Số liệu thí nghiệm pH khi sục Ozone 10 phút . - 65

Bảng PL.7 Số liệu thí nghiệm pH khi sục Ozone 15 phút . - 65

Bảng PL.8 Số liệu thí nghiệm pH khi sục Ozone 25 phút . - 65

SVTH: Lê Quang Thắng

Trang 9

Nghiên cứu xử lý nước kênh Nhiêu Lộc bằng phương pháp oxy hóa nâng cao

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Mơ hình nghiên €ỨU << << 4€ S S6 S 9919 6939 692195 34 Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ cụm xử lý - -cc -se<vvvevssseerrrerre 40

Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm - + E+©EE2E2vvesseettororvvsssserorrrre 42

Hình 3.1 Hiệu suất xử lý COD theo thời gian sục Ozone với thời gian lắng 49

Hình 3.2 Hiệu suất xử lý COD theo thời gian sục Ozone với thời gian lắng 49

Hình 3.3 Hiệu suất xử lý COD theo thời gian suc Ozone với thời gian lắng 50

Hình 3.4 Hiệu suất xử lý COD theo thời gian suc Ozone voi thoi gian lang 50

Hình 3.5 Hiệu suất xử lý COD theo thời gian lắng với thời gian sục Ozone 5 phút Hình 3.7 Hiệu suất xử lý COD theo thời gian lắng với thời gian sục Ozone 15 phút —— 53

Hình 3.9 pH thay đối theo thời gian sục Ozone với thời gian lắng 15 phút 54

Hinh 3.10 pH thay déi theo thoi gian sục Ozone với thời gian lắng 30 phút 55

Hinh 3.11 pH thay đổi theo thời gian sục Ozone với thời gian lắng 45 phút 55

Hinh 3.12 pH thay đổi theo thời gian sục Ozone với thời gian lắng 60 phút 56

Hình 3.13 So d6 xir ly sat bang OZONC sssseccsscssssssseeescssssssssesecsessssssssseessessssssseeesseeeses 57 Hình 3.14 Hiệu suất xử lý sắt theo thời gian sụt Ozone va thời gian lắng 58 Hình PL.1 Bản điện cực sắt - 2° 2s°EEE22vvveddeeetrrovrrassserrroree 66 Hình PL.2 Mẫu nước lấy tại kênh Nhiêu Lộc - -2 -ccsc°cvcces 66

Hình PL.3 Mô hình nghiên €Ứu - s- «<< «se sssssessessesessessessese 67

SVTH: Lê Quang Thắng

Trang 10

Nghiên cứu xử lý nước kênh Nhiêu Lộc bằng phương pháp oxy hóa nâng cao

Hình PL.4 Quá trình keo tụ điện hóa kết hợp sục khí Ozone - 67

Hình PL.5 Lắng sau khi điện hóa - c vvvvvssseervrevcveesee 68 Hình PL.6 Chất lượng nước ban đầu, sau điện hóa và sau lắng 68 ¡018 J xì 1) 8a 69

Hình PL.8 Phân tích chỉ tiêu (CO «<< sesssssesssersserseosssose 69

Hình LP.9 Bản điện cực sau quá trình nghiên cỨu s- s-ss se <sessess 70

Hinh PL.10 Thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều 70

Trang 11

Nghiên cứu xử lý nước kênh Nhiêu Lộc bằng phương pháp oxy hóa nâng cao

DANH MUC CHU VIET TAT

AOPs : Advanced Oxidation Processes

BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường

COD : Chemical Oxygen Demand DC : Direct Current

EC : Electrocoagulation

QCVN : — Quychuan Viét Nam

TSS : Total suspended solids

SVTH: Lé Quang Thang

Trang 12

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Trong 36 những công trình ha tầng cơ sở tạo cú hích cho sự phát triển diện mạo của

thành phố Hồ Chí Minh, công trình hồi sinh dòng kênh chết Nhiêu Lộc- Thị Nghè

được nhìn nhận là điểm nhắn của năm 2012 Dòng kênh đen từng là nỗi ám ảnh của

người dân Sài Gòn đang từng bước gội rửa để trả lại sự trong xanh, sạch đẹp như cái thuở xưa vốn là một trong ba tuyến sông tự nhiên cổ nhất của vùng đô thị lớn nhất

phương Nam cùng với sông Sài Gòn và sông Bến Nghé Để có được sự sạch đẹp của

dòng kênh này thì hơn 5.000 hộ dân phải di dời, hơn 300 triệu USD từ ngân sách được

đầu tư và mắt hơn 10 năm hoàn tất việc thi công và cải cạo Thế nhưng niềm vui hân

hoan của người dân chưa được bao lâu thì dòng kênh đang phải đối diện với nỗi lo tái

ô nhiễm do thiếu ý thức của người dân Bằng chứng là tầm tháng 07/2016, người dân

ngỡ ngàng với việc hàng loạt cá chết nỗi trắng trên tuyến kênh này, kèm theo đó rác ngập tuyến kênh và mùi hôi thối bốc lên nồng nặc đang quay trở lại với tuyến kênh

này Vì vậy, yêu cầu cấp bách được đặt ra là ngoài việc nâng cao ý thức của người dân sống dọc hai bên bờ kênh phải có phương pháp xử lý nguồn nước đạt yêu cầu chất lượng

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ để đáp ứng trước những thách thức ngày càng cao của môi trường, các nhà khoa học và công nghệ đã tiến hành nhiều công trình nghiên cứu theo hướng tìm các công nghệ cao đề hỗ trợ cho các công nghệ truyền thống Các công nghệ cao thường gặp là: công nghệ lọc bằng màng, công nghệ khử trùng nước bằng bức xạ tử ngoại và cơng nghệ khống hóa chất ô nhiễm hữu cơ bằng quá trình oxy hóa nâng cao Trong số đó, công nghệ dựa vào quá trình oxy hóa nâng cao là công nghệ được nghiên cứu và áp dụng nhiều nhất trong thời gian gần đây Các

quá trình oxi hóa nâng cao được định nghĩa là những quá trình phân huy oxi hoa dựa

vào gốc tự do hoạt động hydroxyl OH* được tạo ra tại chỗ ngay trong quá trình xử lý Gốc hydroxyl là một trong những tác nhân oxi hóa mạnh nhất được biết từ trước đến nay, có khả năng phân hủy không chọn lựa mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại khó phân hủy nhất, biến chúng thành các hợp chất vô cơ (còn gọi là khoáng hóa) không độc hại

như COa, H2O, các acid vô cơ Từ các tác nhân oxi hóa thông thường như hydrogen peroxide, Ozone có thể nâng cao khả năng oxi hóa của chúng bằng các phản ứng

khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, thực hiện quá trình oxi hóa gián tiếp thơng qua gốc

hydroxyl Ngồi ra, công nghệ keo tụ điện hóa (EC) cũng đang dần dần áp dụng vào

việc xử lý nước thải khi nhu cầu về chất lượng nước uống đang gia tăng và các quy

định về môi trường liên quan đến nguồn nước xả thải ngày càng nghiêm ngặt Vì thế

Trang 13

ngày nay phương pháp keo tụ điện hóa ngày càng phát triển vì phương pháp này hoàn toàn thân thiện với hệ sinh thái với hiệu quả xử lý cao và tốt hơn các phương pháp khác

Vì tính ưu việt và tầm quan trọng của hai công nghệ tiên tiến này mà ta có thể kết hợp

hai phương pháp này với nhau để xử lý nước đạt hiệu quả tốt hơn Vi thế định hướng

“Nghiên cứu xử lý nước của kênh Nhiêu Lộc bằng phương pháp oxy hóa nâng cao” được hình thành và sẽ giải quyết được phần nào nỗi lo tái ô nhiễm của dòng kênh này cũng như làm cơ sở để nghiên cứu khả năng tái sử dụng nguồn nước khi áp dụng công

nghệ xử lý tiên tiến này

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu thí nghiệm xử lý nước kênh Nhiêu Lộc bằng công nghệ oxy hóa nâng cao 3 Pham vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu là mẫu nước thật được lấy trực tiếp từ kênh Nhiêu Lộc, thí nghiệm

theo mề trên mô hình quy mô phòng thí nghiệm 4 Nội dung nghiên cứu

- Đọc tải liệu

Thu thập tài liệu có liên quan mật thiết đến các công trình đã nghiên cứu trong và ngoài nước, tìm hiểu những vấn đề còn tồn tại, những vấn đề cần tập trung nghiên cứu,

tính toán thiết kế mô hình thí nghiệm -_ Thiết lập mô hình thí nghiệm

Tiến hành lắp ráp và bố trí mô hình thí nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết đã tìm hiểu

Thực hiện thí nghiệm, nghiên cứu thực tế xử lý quy mô phòng thí nghiệm

- _ Thực hiện thí nghiệm

Chạy mô hình thí nghiệm để hệ thống hoạt động ỗn định và phát huy hiệu quả xử lý,

Trang 14

Mẫu nước được phân tích và đánh giá kết quả để xác định phương pháp xử lý đạt hiệu quả

- _ Phân tích số liệu và viết báo cáo thí nghiệm

Số liệu sau khi được tông hợp thì bắt đầu tiến hành phân tích, biễu diễn, so sánh bằng các phầm mềm phân tích, tính toán để người đọc có thê dễ dàng hiểu rõ đề tài nghiên

cứu, thấy rõ hiệu quả của mô hình khi được chạy tại các điều kiện khác nhau cũng như

điều kiện tối ưu khi áp dụng phương pháp vào mô hình thực tế Bài nghiên cứu sẽ

được trình bày dưới dạng văn bản một cách khoa học, logic và trung thực để báo cáo

và trình bày trước hội đồng

5 Y nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Về mặt ý nghĩa khoa học: Từ trước đến nay, người ta chỉ áp dụng phương pháp oxy hoa nang cao nay dé nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp nên chuyên sang phương pháp này áp dụng cho xử lý nước kênh, đây cũng là phương pháp mới trong xừ lý nước kênh Nghiên cứu này sẽ cung cấp số liệu chính xác về hiệu quả xử lý chất ô nhiễm cho kênh rạch Từ đó, mang lại khả năng áp dụng vào thực tế của chúng vào việc xử lý nước bị ô nhiễm trên các sông, kênh, rạch và các nguồn nước thải khác Ngoài ra, phương pháp này có thê áp dụng trong việc tái tạo nguồn nước đáp ứng nhu cầu nước sạch cho các hộ gia đình vùng lũ, vùng thiếu nước

6 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

Thời gian nghiên cứu từ tháng 01/2017 đến tháng 04/2017 tại Trường Đại học Tài

Nguyên và Môi Trường Thành phố Hồ Chí Minh Địa chỉ: 263/1B Lê Văn Sỹ, Phường

1, Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh

Trang 15

CHUONG 1

TONG QUAN TAI LIEU

1.1 TONG QUAN VE TINH TRANG VA CHAT LUQNG NUOC CUA KENH RACH THANH PHO HO CHi MINH

1.1.1 Tổng quan về hiện trạng hệ thông kênh rạch thành phố Hồ Chí Minh

Khu vực nội thành Thành phố Hồ Chí Minh có 5 hệ thống kênh rạch chính với tổng

chiều dài khoảng 55 km đảm nhận chức năng tiêu thoát nước cho khu vực nội thành, bao gồm:

- Hệ thống kênh Nhiêu Lộc — Thị Nghè;

- Hệ thống kênh Tân Hoá - Lò Gốm;

: Hệ thống kênh Tàu Hũ - kênh Đôi — kênh Tẻ;

- Hệ thống kênh Bến Nghé;

- Hệ thống kênh Tham Lương - Bến Cát — Vàm Thuật

Độ dốc của phần lớn các kênh rạch này là rất nhỏ, đáy kênh thì bị lắp đầy bởi các vật

chất lắng đọng từ nước thải đô thị và rác rưởi ném từ các hộ dân cư sinh sống trên và

ven kênh rạch cũng như các ghe xuồng buôn bán trên sông, do đó khả năng thoát nước

rất kém Nét đặc trưng của hệ thống kênh rạch thành phố là bị ảnh hưởng mạnh bởi thuỷ triều, một vài kênh còn bị ảnh hưởng bởi nhiều hướng Kết quả là các chất ô

nhiễm tồn đọng lại trong kênh và đang bị tích tụ dần Sự ô nhiễm nước và tích tụ bùn lắng trên các kênh rạch này không chỉ làm xấu cảnh quan đô thị, đặc biệt khu vực gần

phía trung tâm thành phố, mà còn ảnh hưởng không tốt đối với sức khoẻ cộng đồng

a Hệ thống kênh Nhiêu Lộc — Thị Nghè

Kênh Nhiêu Lộc — Thị Nghè chảy trên vùng trũng thấp của khối đất xám phát triển

trên phủ sa cô có độ cao khoảng 8m, sa cấu là cát pha sét Đây là hệ thống thoát nước

chính tự nhiên cho nhiều lưư vực thuộc các quận nội thành Thành phố Hồ Chí Minh (Tân Bình, Gò Vấp, Phú Nhuận, Bình Thạnh, quận 10, quận 3 và quận 1) dé ra sông

Sài Gòn Hệ thống này có lưu vực khoảng gần 3.000 ha, chiều dài dòng chính của kênh là 9.470m, các chi lưu có chiều dài tổng cộng 8.716m Khi chưa nạo vét, ở đầu nguồn , kênh chỉ rộng từ 3 -5m, nhưng đến gần cửa sông, chiều rộng mở ra đến 60 —

80m và sâu 4 -5m Dọc theo kênh có 52 cửa xả Mặc dù có chiều dài khá xa nhưng độ

chênh lệch giữa cao độ địa hình đầu nguồn (Tân Bình) và cuối nguồn (sông Sài Gòn) quá thấp, chỉ khoảng 1m Mặt khác, dòng kênh phải qua nhiều khúc uốn từ đoạn cầu

SVTH: Lé Quang Thắng

Trang 16

Lê Văn Sỹ đến cầu Bông nên mức độ chuyển tải các chất thải ra sông Sài Gòn rất kém

Trong suốt quá trình phát triển của thành phó, hệ thống kênh Nhiêu Lộc — Thị Nghè đã

từng (và vẫn tiếp tục) là nguồn tiếp nhận chất thải nói chung của mọi hoạt động dân sinh, dịch vụ, thương mại, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp trên lưu vực Thế nhưng

tất cả các chất thải đó đến nay hầu như vẫn chưa được xử lý mà thải trực tiếp vào kênh

rạch gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường trầm trọng Hơn thế nữa, nạn lắn chiếm lòng kênh rạch để xây cất nhà ở (hệ quả của quá trình đơ thị hố và phát triển dân số thiếu quy hoạch) của hàng vạn căn nhà ổ chuột trên hệ thống này hằng ngày đã thải trực tiếp các loại rác như phân, rác, xác súc vật xuống mặt nước càng làm tăng thêm mức độ ô nhiễm nguồn nước, thu hẹp dòng chảy gây bít tắt dòng chảy và làm mắt vẻ mỹ quan đô thị một cách trầm trọng Ngoài ra do các yếu tố khách quan, hệ thống kênh Nhiêu Lộc

— Thị Nghè còn chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều không đều của biển Đông

Nên khi nước lớn, nuớc thải trên kênh rạch chưa kịp thốt ra sơng Sài Gòn đã bị thuỷ triều dồn ứ đọng vào sâu trong rạch và trong đường cống, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tích tụ các chất ô nhiễm và bồi lắng lòng kênh rạch, gây khó khăn lớn cho việc

thoát nước của hệ thống này Ngoài tuyến kênh chính, hệ thống kênh Nhiêu Lộc — Thị

Nghè còn có các rạch nhánh:

+ Rạch Văn Thanh: dai 2.200m, nam trên địa bàn quận Bình Thạnh Trước đây, có

khả năng lưu thông thuỷ, nay đã bị bồi lắp nhiều, mất dần khả năng giao thông thuỷ và

khả năng thoát nước

+ Rach Cau Son — Cau Bong: dai 3.950m, cũng nằm trên địa bàn quận Bình Thạnhvà

ăn thông với rạch Văn Thánh Tuyến rạch này hiện nay cũng bị bồi lắp nhiều

+ Rạch Bùi Hữu Nghĩa: là một tuyến rạch nhỏ dọc theo đường Bùi Hữu Nghĩa, thuộc dia ban quan Binh Thanh

+ Rạch Phan Văn Hân: nằm trên địa bàn quận Bình Thạnh Nay đã bị lấp gần kín

+ Rạch Ông Tiêu: thuộc khu qui hoạch Miếu Nỗi, thuộc địa bàn quận Phú Nhuận + Rạch Miếu Nỗi: thuộc khu quy hoạch Miếu Nổi thuộc địa bàn quận Phú Nhuận

+ Rạch Bùng Binh

b Hệ thống kênh Tân Hoá- Lò Gốm

Hệ thống kênh Tân Hoá — Lò Gốm nằm trong khu cận trung tâm của nội thành Thành

phố Hồ Chí Minh, tuyến kênh chính có chiều đài khoảng 7.6 km chạy từ hướng Đông

Bắc xuống Tây Nam Thành phố đi ngang qua các quận: Tân Bình, quận 11, quận ó,

Trang 17

quận 8 và kết thúc tại điểm nối với kênh Tàu Hũ Ngoài tuyến kênh chính, hệ thống

kênh Tân Hoá - Lò Gốm còn có các rạch nhánh:

+ Rạch Đầm Sen: rộng 6-8m, dài khoảng 300m, nằm trên địa bàn quận 11 Rạch này

nối với khu công viên Đầm Sen và có một nhánh là rạch Cầu Mé đảm nhận chức năng

thoát nước cho khu vực Hàn Hải Nguyên- Minh Phụng- Lạc Long Quân Rạch Cầu Mé

đã lập dự án đầu tư cải tạo thành cống hộp, còn rạch Đầm Sen được giữ lại sau khi

thực hiện các biện pháp làm sạch, chỉnh trang kết hợp với công viên Đầm Sen phục vụ nghỉ ngơi, giải trí

+ Rạch Bến Trâu: rộng 4-8m, dài 1.000m, là ranh giới hành chánh giữa 2 quận: Tân Bình và quận 6, đảm nhận chức năng tiêu thoát nước cho Xí nghiệp Thực phẩm Cầu Tre (1200m2 nước thải/ngày) và khu vực dân cư, tiểu thủ công nghiệp lân cận Rạch này dang bi bồi lấp, lấn chiếm và ô nhiễm rất nặng Rạch Bến Trâu còn có một nhánh

là kênh Hiệp Tân, hiện đang được cải tạo lại Đoạn đầu là cống kín còn đoạn sau là

mương hở kè đá nhưng chưa phát huy tác dụng vì rạch Bến Trâu đã bị lắp

+ Rach Ba Lai: rong khoảng 10m, dài 1200m, thoát nước cho khu phía Tây quận 6, nhiều đoạn bị san lấp, gây tình trạng ngập úng cục bộ do bị cắt mất nguồn thoát, cần có sự nghiên cứu giải quyết gấp để phục vụ thoát nước và phù hợp với kế hoạch san lấp

+ Kênh Thúi: rộng 2m, dài 720m, thoát nước cho khu vực phường 19 quận Tân Bình,

hiện không còn khả năng thoát nước, gây ngập và ô nhiễm nặng nề cho khu vực , đã

lập dự án đầu tư cải tạo kênh thành cống kín Một phần kênh Hàng Bàng: từ đường

Bình Tiên đến rạch Lò Gốm, rộng 1,5 - 2m, dài 300m Gây ngập cho một phần khu

vực quận 6

Lưu vực kênh Tân Hoá- Lò Gốm có diện tích khoảng 1.484ha, trải rộng ra 5 quận: Tân Bình, quận 11, quận 6, quận 8 và Bình Chánh Độ sâu nguyên thuỷ của kênh nay

là óm, giờ đây giảm chỉ còn 2,5-3m hoặc thậm chí bị lap gan day bởi bùn va rác rưởi

như ở đoạn từ cầu Phú Lâm đến thượng nguồn Kênh này đảm nhận chức năng tiêu

thoát nước cho các quận nói trên Đáy kênh vừa nhỏ lại hẹp và bị lấn chiếm bởi các

căn hộ xây cất bất hợp pháp Kênh còn bị ảnh hưởng bởi thuỷ triều cũng như mực

nước tăng lên ở sông Cần Giuộc Ảnh hưởng triều chỉ biêu hiện rõ ở phần kênh phía hạ

lưu từ cầu Hậu Giang trở ra, phần còn lại của kênh đã bị tắc nghẽn cùng với nước thải

gây ra vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng

Việc xây cất lấn chiếm bừa bãi ven kênh gây trở ngại lớn đến dòng chảy và là nguồn gây ô nhiễm quan trọng do tình trạng thiếu các phương tiện vệ sinh, các chất thải được

SVTH: Lé Quang Thắng

Trang 18

xả trực tiếp xuống dòng kênh Mặt khác, công tác duy tu bảo dưỡng thường kỳ cũng khó thực hiện vì không có đường công vụ cho xe, máy móc thi công

Chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều trên sông Sài Gòn và do lưu lượng nước thải

rất nhỏ so với khả năng thoát nước của kênh Vào mùa khô, phần lớn nước thải từ cầu Tân Hoá trở lên thượng nguồn bị lưu giữ nhiều ngày trên kênh, phần còn lại được thau

rửa hàng ngày bởi nước sông Cần Giuộc đưa vào pha loãng Tình trạng này biến đoạn

kênh từ thượng nguồn đến cầu Tân Hóa thành một hồ sinh vật tự nhiên, hoạt động chủ

yếu trong môi trường ky khí (lượng oxy hoà tan bổ sung qua bề mặt nước rất nhỏ do dòng chảy chậm)

c Hệ thống kênh Tàu Hủ- kênh Đôi — kénh Té

Hệ thống kênh Tàu Hủ — kênh Đôi —- kênh Tẻ được đào vào năm 1819 nằm ngay ở phía Nam quận thương mại trung tâm thành phó Hệ thống kênh này chảy qua 7 quận: 4, 5, 6, 7, 8 va 11 voi tong do dai 19,5km Kénh bị giới hạn bởi rạch Cần Giuộc và sông Sài Gòn ở hai đầu, nhận nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp từ các quận đã nói ở trên Hơn nữa, việc xả trực tiếp rác từ các cư dân và ghe xung trong các quận này và các căn hộ lụp xụp xây cất bất hợp pháp đã làm xấu đi tình trạng môi trường của các kênh Kênh còn bị ảnh hưởng bởi thuỷ triều từ hai hướng

Ngoài tuyến kênh chính, hệ thống này còn có rất nhiều các kênh, rạch nhánh và các

chi lưu ăn thông ra các sông lớn: Sài Gòn, Nhà Bè

+ Rạch Ụ Cây: đài 1.150m hiện đã bị lắn chiếm và bồi lắng + Rạch Ông Nhỏ: 1.700m + Rạch Xóm Củi: 1.100m- Rạch Bà Tàng 2.050m + Kênh Ngang số 1: 450m + Kênh Ngang số 2: 450m + Kênh Ngang số 3: 450m + Kênh Hàng Bàng: I.700m

Hệ kênh này chịu ảnh hưởng của thuỷ triều từ sông Sài Gòn và sông Cần Giuộc nên

chế độ thuỷ văn của kênh rất phức tạp, hình thành những vùng giáp nước, ô nhiễm tích

tụ lại và khó thau rửa

Hiện tại, mặt cắt kênh vẫn còn khá rộng nhưng cạn vì bị bồi lắng Tuyến kênh này ngoài nhiệm vụ thoát nước còn giữ chức năng rất quan trọng là giao thông thuỷ

Trang 19

Nhưng lưu lượng tàu thuyền đi lại trên tuyến đã bị giảm sút rõ rệt vì rạch đã bị cạn, không đảm bảo độ sâu chạy tàu, thời gian chờ tàu khá lâu và thường bị kẹt rác

d Hệ thống kênh Bến Nghé

Kênh Bến Nghé bắt đầu từ cửa sông Sài Gòn đến cầu chữ Y đài 3.15km Cao độ đáy chênh lệch là 0,61m, độ dốc đáy rạch 0,019% , tại cửa rạch Bến Nghé là sông Sài Gòn bờ trái có bãi đất bồi cao độ lên đến 1-1,2m so với đáy kênh hiện hữu Dân sống hai

bên bờ, thường dùng những mặt nước trống này trồng rau muống thành những bãi lớn

làm hạn chế thoát nước của cửa rạch ra sông Sài Gòn Mặt cắt lớn nhất của kênh là 88-

92m, nhỏ nhất là 60-5§m Cao độ đáy rạch từ 2,2m cho đến 1,87m Ở giữa kênh phần

mặt cắt bị thu hẹp cao độ 1,75m

Như vậy kênh Bến Nghé có đặc điểm: sâu và rộng ở hai đầu; hẹp và cạn ở giữa Dọc

kênh là hai con đường: đường bến Vân Đồn ở quận 4 và đường bến Chương Dương ở quận 1 Dân chúng ở hai bên bờ kênh xây cất nhà lấn chiếm lòng kênh xả rác Hơn nữa, phía quận 1 có chợ Cầu Mối, chợ Cầu Ông Lãnh cũng là nơi tập trung nhiều rác rưởi, và kênh lại trở thành những bãi đồ rác của chợ này (rác của chợ này gồm các loại vỏ sò, vỏ hến, rau quả thối, cá tôm chết hay các chất thải khác) làm bồi lắng lòng kênh, cản trở dòng chảy

Dọc theo chiều dài của rạch có 21 cửa xả chính của hệ thống thoát nước đỗ ra rạch Các cửa xả này hiện bị xả rác bừa bãi, chỉ hoạt động được từ 60-80% so với thiết kế

ban đầu

e Hệ thống kênh Tham Lương — Bến Cát- Vàm Thuật

Tuyến Tham Lương - Bến Cát- Vàm Thuật là một tuyến rạch quan trọng ở phía Bắc thành phố, nằm ngay ranh giới nội thành (cũ) của thành phố Hồ Chí Minh Tuyến kênh

đài 12km, trong đó đoạn Vàm Thuật hiện còn rất rộng, lưu thông thuỷ và thoát nước

khá tốt Riêng đoạn kênh Tham Lương, từ cầu Chợ Cầu đến thượng nguồn đã bị bồi lấp, thu hẹp dòng chảy và ô nhiễm đến mức bao động Tại đây, có khá nhiều xí nghiệp công nghiệp như: thực phâm Vifon, dầu Tường An, dệt Thắng Lợi, dệt Thành Công xả nước thải ra kênh, thuỷ triều không đủ để thau rửa nên đã tích tụ ô nhiễm khá trầm

trọng

SVTH: Lé Quang Thắng

Trang 20

1.12 Tình trạng chat lượng nước cua kénh Nhiéu Lộc

Sau con mua đầu mùa ngày vừa qua, trên kênh Nhiêu Lộc-Thị Nghè lại xảy ra hiện tượng cá chết hàng loạt Chi cục Quản lý chất lượng và Bảo vệ nguồn lợi Thủy sản

Thành phố Hồ Chí Minh đã lấy mẫu kiêm tra và xác nhận, cá chết là do nguồn nước

kênh bị ô nhiễm trầm trọng

Kết quả phân tích nước kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè, lấy mẫu vào chiều ngày 19/05/2016, cho thấy các chỉ tiêu hóa lý đều cao hơn nhiều lần so với tiêu chuẩn cho

phép, cụ thể như hàm lượng amoni (NH¿) cao gap 10 lan, nitrit (NO2) gap 100-250 lan

tùy vào quy chuân áp dụng cho nước mặt thông thường hay cho nước mặt với mục đích bảo vệ đời sống thủy sinh Kết quả phân tích cũng cho thấy càng về cuối kênh tình trạng ô nhiễm càng nặng Cụ thể, hàm luong oxy hoa tan (DO) 1a 2,8 mg/l, trong

khi hàm lượng cho phép nước mặt cho mục đích bảo vệ đời sống thủy sinh (theo

QCVN 38:2011/BTNMT) phải lớn hơn 4,0 mg/1 Hàm lượng NHà (amom)) trong kênh

Nhiêu Lộc - Thị Nghè gấp 10 lần quy chuẩn (B2) của nước mặt (theo QCVN 08-

MT:2015/BTNMT) NH¿ trong kênh Nhiêu Lộc — Thị Nghé là 10 mg/l, trong khi quy chuẩn B2 là 1 mg/1 Hàm lượng NO: (nitrit) trong con kênh này gấp 100 lần theo quy chuẩn nước mặt B2 và gấp 250 lần quy chuẩn nước mặt cho mục đích bảo vệ đời sống thủy sinh NO¿ trong kênh Nhiêu Lộc — Thị Nghè là 5,0 mg/1, trong khi quy chuẩn B2

la 0,05 mg/l và quy chuẩn nước mặt cho mục đích bảo vệ đời sống thủy sinh là 0,02

mgil

Việc cá chết hàng loạt trên kênh Nhiêu Lộc — Thị Nghè sau cơn mưa giữa tháng 5 vừa

rồi không phải là lần đầu tiên, hai năm trước sau những cơn mưa lớn đầu mùa cá trên

con kênh cũng chết trong tình trạng tương tự, do nguồn nước bị ô nhiễm mà nguyên

nhân là do mưa lớn làm nước mưa cuốn trôi một lượng lớn nước thải sinh hoạt ở cống,

rãnh trong khu dân cư ra kênh, cùng với rác thải có trong kênh do dân vứt xuống Hiện

nay, nước thải trong lưu vực kênh Nhiêu Lộc —- Thị Nghè được gom về khu vực giáp sông Sài Gòn, vớt sơ rác nổi sau đó bơm thẳng ra sông Sài Gòn mà không qua xử lý

Trời mưa đã làm nước thải theo các hồ ga chảy tràn ra kênh

GS.TS Lê Huy Bá, Chủ tịch Hội đồng Khoa học và Đào tạo, Viện Khoa học công nghệ

và Quản lý môi trường, thuộc Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh,

nhận xét rằng hơn 8.600 tỉ đồng đã được chi cho việc cải tạo kênh như làm kè, hệ

thống thu gom nước thải, nạo vét bùn, làm đường là chi phí quá cao, trong khi vấn đề

cốt yếu là nước thải vẫn chưa được xử lý Việc bơm nước thải sinh hoạt trong lưu vực

Trang 21

kênh Nhiêu Lộc — Thị Nghè ra thăng sông Sài Gòn như hiện nay là không chấp nhận được, không thể chuyên ô nhiễm từ nơi này sang nơi khác

Tại cuộc họp với các đơn vị liên quan mới đây, Ủy Ban Nhân Dân Thành phố Hồ Chí

Minh đã chỉ đạo các sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Tài nguyên và Môi

trường, Tư pháp, Trung tâm chống ngập cần có biện pháp giảm thiêu ô nhiễm trên các

kênh của thành phố và bảo vệ nguồn lợi thủy sản trên các con kênh như Nhiêu Lộc — Thị Nghè Các đơn vị này cần nghiên cứu quy định để quản lý và xử lý hành vi làm

ảnh hưởng đến nguồn lợi thủy sản và mỹ quan đô thị của các con kênh đã được cải tạo của thành phố

1⁄2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THÁI

1.2.1 Phương pháp cơ học

Về nguyên tắc, xử lý cơ học là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi đưa qua các công trình

xử lý tiếp theo Xử lý cơ học là nhằm loại bỏ các tạp chất không hòa tan chứa trong

nước thải và được thực hiện ở các công trình xử lý : song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng, bể lọc các loại a Song chắn rác, lưới chắn rác Làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô (chủ yếu là rác) có trong nước thải b Bề lắng cát Được thiết kế nhằm loại bỏ các tạp chất vô cơ chủ yếu là cát có trong nước thải c Bể lắng

Làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất lắng và các tạp chất nôi chứa trong nước thải Để xử lý nước thải của một dạng công nghiệp, sử dụng một số loại công trình đặc biệt như bề

vớt mỡ, bể vớt dầu và để loại bỏ các tạp chất nhỏ không hòa tan trong nước thải

công nghiệp cũng như khi cần xử lý ở mức độ cao có thê ứng dụng bể lọc, lọc cát

122 Phương pháp hóa lý

Trong dây chuyền công nghệ xử lý, công đoạn xử lý hóa lý thường được áp dụng sau công đoạn xử lý cơ học Phương pháp xử lý hóa lý bao gồm các phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, tuyển nổi, keo tụ, oxy hóa-khử Phương pháp hóa lý được sử dụng để loại khỏi dịch thải các hạt lơ lửng phân tán, các chất hữu cơ và vô cơ hòa tan, có một số ưu điểm như:

— Không cần theo đõi các hoạt động cua vi sinh vat

SVTH: Lé Quang Thang

Trang 22

— Có thể thu hồi các chất khác nhau

a Keo tụ

Là quá trình dính kết các hạt keo chứa trong nước thải do chuyển động nhiệt, do xáo trộn và kết quả của quá trình này là từ các hạt keo rất bé tạo nên tổ hợp có kích thước lớn hơn và dễ dàng lắng xuống đáy Các chất keo tụ thường được ứng dụng trong xử lý

nước thải là phèn nhôm (Als(SO¿)s !8H2O) và phèn sat (FeSO4.7H20)

b Tuyển nỗi

Là quá trình dính bám phân tử của các hạt chất bẩn đối với bề mặt phân chia của hai pha: khí - nước và hình thành hỗn hợp "hạt rắn -bọt khí" nổi lên trên mặt nước và sau đó được loại bỏ đi

c Hấp phụ

Là quá trình thu hút hay tập trung các chat bân trong nước thải lên bề mặt của chất hap phụ Các chất hấp phụ thông dụng trong kỹ thuật xử lý nước thải bao gồm: than hoạt tính, than xương, đất hoạt tinh (bentonit), silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi 10n

d Trao đổi ion

Thường được ứng dụng để xử lý các kim loại nặng có trong nước thải bằng cách cho nước thải chứa kim loại nặng đi qua cột nhựa trao đổi cation, khi đó các cation kim loại nặng được được thay thế bằng các ion hydro (hoặc Na”) của nhựa trao đổi Khử kim loại nặng trong nước thải bằng phương pháp trao đổi ion cho ta nước thải đầu ra

có chất lượng rất cao

1.2.3 Phương pháp sinh hoc

Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác như HzS, sunft, ammomia, nitơ dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vat để phân huỷ chất hữu cơ gây ô nhiễm Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm

thức ăn để sinh trưởng và phát triển Có 2 phương pháp xử lý nước thải bằng công

nghệ sinh học:

a Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí

Phương pháp này sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá Tốc độ quá trình oxy hoá sinh hoá phụ thuộc vào nồng độ chất hữu

Trang 23

cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ốn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống

xử lý Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều

hiện tối ưu cho quá trình oxy hoá sinh hoá nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều Tuỳ theo trạng thái ton tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học

hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân huỷ hiếu khí Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là quá trình phố biến nhất

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bề lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng

nitrate hoa voi mang cố định

b Phương pháp xử lý sinh học kị khí

Phương pháp này sử dụng nhóm vi sinh vật ky khí, hoạt động trong điều kiện không có

oxy Quá trình phân huỷ ky khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hoá phức tạp tạo ra

hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian Một cách tổng quát, quá trình

phân huỷ ky khí xảy ra theo 4 giai đoạn:

- Thúy phân: Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyén hoa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid béo) Quá

trình này xảy ra chậm Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính

dễ phân hủy của cơ chất Chất béo thủy phân rất chậm

- Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa

tan thành chất đơn gian nhw acid béo dé bay hoi, alcohols, acid lactic, methanol, CO>,

Ha, NH:, HaS và sinh khối mới Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4

- Acetic hoá: Vi khuân acetic chuyên hóa các sản phâm của giai đoạn acid hóa thành acetate, Ha, COa và sinh khối mới

- Methane hoa: Day 1a giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ ky khi Acetic, H:, COa, acid fomic va methanol chuyên hóa thành methane, CO> va sinh khéi mdi Trong 3 giai doan thuy phan, acid hoa va acetic hoa, CO2 hau nhu không giảm, CO: chỉ giảm trong giai đoạn methane

SVTH: Lê Quang Thắng

Trang 24

Tóm lại, bản chất của xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học là phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ nhờ vi sinh vật Tuỳ thuộc vào bản chất cung cấp không khí, các phương pháp phân huỷ sinh học có thê phân loại xử lý hiếu khí hoặc ky khí Để đạt

được hiệu quả phân huỷ sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ cao cần bổ sung các chất

dinh dưỡng cần thiết như nitơ, phốt pho và có thê một vài nguyên tố hiếm

1.2.4 Ung dung tai sử dụng nước sau xử lÿ phục vụ cho đô thị và công nghiệp trên thế giới

a Tây Ban Nha

- Nước phục hồi vài tái sử dụng là mục tiêu quan trọng của chương trình quản lý tài nguyên nước cho thành phố Vitoria, Tây Ban Nha (dân số 250.000 người, tọa lạc tại tỉnh Basque, miền Bắc Tây Ban Nha được bắt đầu từ năm 1995 Với sự nhiệt tình và quan tâm của các bên liên quan và thực trạng của nông nghiệp hiện tại, quá trình thiết kế xây dựng được đây mạnh và vân hành nhà máy phục hồi và

tái sinh nước thải là một nhân tố quan trọng cho việc ứng dụng vào thực tế của

chương trình này Nhà máy tái sinh nước ở phía Nam Barcelona đã cung cấp

khoảng 50MmỶ/năm phục vụ cho tưới tiêu ở các nông trại và cung cấp nước cho

các vùng ngập nước trong vùng châu thổ sông Llobregat Để đạt được chất lượng

cho mục đích, hệ thống sinh học hiện hữu được cải thiện thêm các chất dinh

dưỡng (nitơ, photpho) và xây dựng phương án xử lý bậc III với công nghệ RO Một trạm bơm và một hệ thống ống cần xây dựng đề vận chuyển nước đến các vùng sử dụng khác nhau và một đường ống khác để vận chuyển nước tới giêng phân phối (sâu 60m) để bơm nước tái sinh, tái nạp tầng nước ngầm

- Các đô thị của Portbou (Girona, Tây Ban Nha- dân số khoảng 1.600 người), tọa lạc tại một vùng hẻo lánh thuộc Bắc Costa Brava, nằm giữa khu vực với rất nhiều đồi núi và hướng ra biên Địa Trung Hải Một hồ chứa nước nhỏ, nằm trên đỉnh núi

phía Tây của thành phố với sức chứa 130.000m, cung cấp nước ăn uống cho khu vực Nhu cầu nước ăn uống khoảng 160.000m/năm và nước cấp ăn uống phụ thuộc rất nhiều vào lượng mưa Thành phố có nhà máy tái sinh nước thải công

nghiệp công suất 360m3/ngày với quy mô công nghệ như sau : keo tụ-tạo bông, lọc trực tiếp và kết hợp UV- Chlorine trong hệ thống khử trùng để cung cấp nước đã

được phục hồi cho nhiều khu vực thành thị với mục đích khác nhau như tưới tiêu,

rửa đường và chữa cháy Hệ thống cũng được thiết kế với mạng lưới ống dẫn nước phục hồi có chất lượng cao dùng để làm sạch thuyền bè ở gần khu vực các biến

Trang 25

b Bỉ

Bỉ là một trong các quốc gia trong cộng đồng Châu Âu có trữ lượng nước ngọt trên

đầu người thấp nhất (200m/người/năm) Sử dụng nước tái sinh cho công nghiệp và

phát triển nhanh, đặc biệt các nha máy nhiệ điện và các chế biến thực phẩm Một

dự án tái sử dụng nước ăn uống gián tiếp ở Bi đã minh chứng tính hiệu quả kinh tế

và giải pháp thân thiên với môi trường Hệ thống tái sinh không chỉ cung cấp tăng

cường trữ lượng nước, mà còn hạn chế sự xâm nhập mặn của nước biển vào tầng

nước ngâm Trong tram xử lý nước sinh hoạt Wulpen, công suất 2,5 triệu m3/năm, ứng dụng công nghệ MF-RO, trữ được 1-2 thang trong tầng nước và sau đó sử dụng cho hệ thống cấp nước ăn uống và công nghiệp

c Jordan

Nghiên cứu đánh giá tiềm năng tái sử dụng nước công nghiệp ở trạm nhiệt điện AI

Hussein (HTPS), Jordan do Mousa S.Mohsen thực hiện năm 2004 Day là nhà máy nhiệt điện lớn nhất Jodan Nguồn nước thô cung cấp cho nhà máy được lấy từ 5

giếng khoan với lưu lượng tổng cộng là 100mỶ/h, trong đó 20mỶ/h được sử dụng

làm mát và sau khi sử dụng sẽ đi vào hệ thống xử lý nước thải (10m3/h) Hệ thống

xử lý gồm nước thải bao gồm bề điều hòa và bề tách dầu mỡ sau đó nước đầu ra sử

dụng để tưới cây vào mùa khô Nước thô ban đầu (55m3/h) đi vào hệ thống xử lý

nước thô gồm 2 giai đoạn là lọc RO 2 bậc và trao đổi ion để cung cấp nước cho lò

hơi Nước lò hơi sau đó tuần hoàn trở lại hệ thống xử lý nước thô tiếp tục cung cấp cho lò hơi

d Thái Lan

Các hoạt động công nghiệp phát triển ngày càng cao dẫn đến khai thác nguồn nước quá mức và xả thải một lượng đáng kể chất bẩn vào môi trường ở Thái Lan Vì vậy, việc xác định tiềm năng tái sử dụng nước thải là một chiến lược quan trọng

trong quản lý tổng thể nước ở Thái Lan Việc thực hiện sản xuất sạch hơn và các công nghệ tiến tiến như công nghệ màng có thể hỗ trợ thục hiện các dự án tái sử dụng nước ở Thái Lan Nghiên cứu điển hình được thực hiện tại nhà máy sản xuất

đường công suất 22.000 tấn đường/ngày ở phía Đông Bắc Thái Lan Công nghệ đưa ra áp dụng gồm trao đổi ion để khử màu và một hệ thống màng lọc xử lý bổ

sung gồm 3 bậc : lọc MF, loc NF va loc RO dé tai str dụng trong nhà máy Nước

sau lọc RO có chất lượng tương đương với nước uống, có thê làm mát hoặc làm nước sản xuất

SVTH: Lê Quang Thắng

Trang 26

e Singapore

Singapore là một nước có dân số phát triển nhanh với 4 triệu người Mặc dù quốc

đảo này tiếp nhận một lượng mưa lớn trung bình 250cm/năm nhưng nguồn nước

van bi giới hạn do diện tích nhỏ (680 km?) Đảo quốc này có một cơ sở hạ tầng xử

lý nước thải rất hoàn thiện với 6 trạm xử lý bậc 2 (xử lý bằng bùn hoạt tính) dùng xử lý nước thải trước khi xả ra biển Từ tháng 02/2003, Singapore đã cung cấp

nước tái chế có chất lượng cao (đạt được tiêu chuẩn ăn uống) gọi là “NEWater” để

cấp trực tiếp cho công nghiệp, thương mại và các cao ốc văn phòng sử dụng trong các quy trình sản xuất cho các mục đích không uống được như đều hòa không khí và làm lạnh Mục tiêu là đến năm 2011 cung cấp 245.000m/ngày nước NEWater

cho các mục đích không phục vụ ăn uống NEWater được tái chế từ nước thải đô

thị thông qua phương pháp xử lý bằng các kỹ thuật bậc cao bao gồm lọc thâm thấu ngược (RO) và khử trùng bằng tia UV Từ tháng 02/2003, khoảng 9.000m3/ ngày NEWater được thải vào các hồ chứa và xử lý lại một lần nữa bằng các phương pháo xử lý truyền thống trước khi đưa vào vào hệ thống phân phối nước dé sinh hoạt trong gia đình Lượng nước tái chế gián tiếp sử dụng cho mục đích ăn uống sẽ

tăng dần hằng năm khoảng 4.500m/ngày và đạt giá trị 45.000m/ngày khi đến năm

2011 Hiện tại, hai trạm xử lý nước NEWater đang vận hành với tổng công suất là

72.000m/ngày Chỉ phi dé sản xuất nước NEWater được ước tính là bằng một nửa

chi phí để xử lý khử muối từ nước biển Nước tái chế có chất lượng thấp hơn

NEWater sẽ được cung cấp cho công nghiệp ở bộ phận phía Tây Singapore từ thập niên 60 Xử lý nước tái chế phục vụ cho công nghiệp liên quan đến các quá trình như lọc cát truyền thống và khử trùng trước khi bơm đến hồ chứa đề phân phối đến các khu công nghiệp với công suất khoảng 90.000m/ngày

f Ustraylia

- Dự án xây dựng dường ống vận chuyền hơn 20.000 megalit nước tái chế (chiếm

20% lượng nước thải của vùng Adelaide) từ nhà máy xử lý nước thải Bolivar (phía

Bắc Adelaide) đến vùng Virginia Nước thải xử lý bậc II được xử lý bậc cao thông qua hệ thống tuyển nỗi khí hòa tan kết hợp với lọc Chỉ tiêu vi sin vật gây bệnh đạt

nhỏ hơn 10 E.Coli/100ml đạt tiêu chuẩn tưới tiêu nông nghiệp của Úc Hệ thống nước tái chế đã cung cấp cho hơn 220 nhà làm vườn ở vùng Virginia, khách hàng

chủ yếu của hệ thống này là các nông dân Dự án này hoàn tất vào năm 2000 và

các chủ nhân của dự án này vẫn đang xem xét tới vấn đề mở rộng dự án để đáp

ứng đủ nhu cầu Cho đến nay, vẫn chưa có vấn đề gì liên quan tới sức khỏe cộng đồng, hiện tại chính quyền đang tiến hành kiểm tra các tác động bắt lợi có thê đến

Trang 27

môi trường như suy thoái đất trồng do hàm lượng muối tăng và ảnh hưởng chất

lượng nước ngầm

- Để chuẩn bị cho Thế vận hội Olympic 2002, SOPA đã xây dựng công trình tái

sinh nước công suất 7.000mỶ/ngày, trong đó kết hợp xử lý nước thải sinh hoạt

bằng quá trình bùn hoạt tính SBR và thu nước mưa Sau khi xử lý bậc 3 tăng

cường và khử trùng bằng UV, nước được dùng cho các mục đích sinh hoạt phi ăn uống gồm khu thương mại, khu thể thao và tưới công viên Nước mưa thu gom từ

công viên đi vào vùng đất ngập nước kiến tao và đến hồ có thê tích 300.000m° Hồ

nước này cũng tiếp nhận xử lý nước thải sau xử lý bậc hai Nước từ hồ chứa qua

trạm xử lý bậc cao bằng vi loc MF 0,2 im để loại bỏ vi rút, vi khuẩn và thực vật

phiêu sinh, sau đó xử lý bằng lọc RO để khử muối Nhà máy có công suất

7.000m/ ngày đêm Công trình tái sử dụng, phục hồi nước này phục vụ cho các khu vực lân cận ngoại ô Newington thông qua mạng lưới phân phối đôi Tat cả các

tòa nhà đều có hai mạng lưới ống, một cho nước uống, một cho nước tái sinh Nước tái sinh sử dụng cho mục đích dội tolet, giặt quần áo, rửa xe, rửa đường, tưới

cây, chữa cháy

g Vương quốc Anh

Sự tác động của quá trình biến đổi khí hậu đã gây ảnh hưởng đến tài nguyên nước đã được chú ý tới vùng Đông Nam nước Anh, nơi mà hạn hán đã xảy ra trong những thập niên 90 Kết quả là nguồn nước thô cung cấp nước bị suy giảm dẫn đến

các nhà nghiên cứu về nước phải đưa ra dự án để bảo vệ an toàn và lạc quan hơn

đối với nguồn nước thô dùng trong cấp nước cũng như kiếm nguồn tài nguyên cho tương lai

Vương quốc Anh đã sử dụng đầu ra của hệ thống thoát nước đề duy trì dòng chảy của một số dòng sông và hệ sinh thái và thông qua đó để bổ sung cho nguồn nước

sinh hoạt và nguồn nước cấp khác, đặc biệt cho các dòng sông chính ở phía Đông và Nam, bao gồm sông Thames Ví dụ như Kế hoạch Tài nguyên nước cho Đông

Anglia nam 1994, Uy ban quéc gia về sông đã thừa nhận tầm quan trọng của nước

tái sinh sau xử lý nhằm làm tăng lưu lượng dòng chảy đối với dòng sông Chelmer

và tích trữ nước ở hồ nhân tạo Hanningfiled thuộc Essex, Anh Dự án đầu tiên về sử dụng lại trực tiếp nguồn nước trên tại Châu Âu được thi hành vào năm 1997

Chất lượng nước của dự án trên được theo dõi nghiêm ngặt bao gồm việc quan trắc một số loại virus, cũng như có thêm nhiều nghiên cứu về sự tác động của vấn đề tái sử dụng nước trên đối với môi trường (hệ sinh thái cửa sông) và sức khỏe cộng

SVTH: Lê Quang Thắng

Trang 28

đồng Dự án triển khai trong hai giai đoạn Giai đoạn đầu liên quan đến hệ thống hiện hữu đề tiền xử lý đầu ra của công trình Langford với khử trùng bằng UV trước khi bơm vào hồ nhân tạo Hanningfiled khoảng 27-Mmỷ, 354 hectare, nước ở hồ nhân tạo trên có thời gian lưu nước đến 214 ngày Nước từ hồ nhân tạo trên được lấy ra dẫn cùng nước sau khi xử lý bậc cao dùng để cấp nước của nhà máy xử lý Hanningfiled Nước thải trên được chấp thuận sử dụng khoảng 30.000m/ ngày của

hệ thống thoát nước từ năm 1997 đến 1998 Giai đoạn của hai của dự án liên quan

đến một số ứng dụng truyền thống của tái sử dụng - thải bỏ nguồn nước vào hệ

thống sông và cải thiện nước thải xử lý tại nguồn ở nhà máy Langford Với thời

hạn của dự án tới năm 2000 và nhà máy xử lý mới bậc 3 đã được vận hành vào đầu

năm 2002 Nước sau khi xử lý thải trực tiếp vào sông Chelmer và sau đó dẫn dọc

theo 4 km chiều đài sông (2,5 miles) theo hướng dòng chảy về trạm xử lý Langford

đề cấp cho sinh hoạt

Ngoài ra, còn một số ví dụ về tái sử dụng trực tiếp nước sau xử lý ở vương quốc Anh, mục đích chính cho việc tưới tiêu: công viên, sân golf, các bờ cỏ ven đường, cũng như các khu vực buôn bán, nơi rửa xe, trang trại nuôi cá và một số nganh công nghiệp (ví dụ như hệ thống làm mát máy phát điện) Một trong số dự án gần day là dự án Wz/erwise được bắt đầ vào tháng 01/1999 để tái sử dụng nước cho

quận Beazer Homes Nước thải từ 500 nhà dân được xử lý bằng công nghệ truyền

thống, sau đó 70% nước trên được thải ra sông và 30% còn lại được xử lý bậc 3 trước khi được phân phối lại cho 130 hộ dân có mạng lưới cấp nước song song để

tái sử dụng lại nước

Có một số dự án với quy mô pilot đang được hướng dẫn ngiên cứu tái sử dụng nước xám phát thải từ nước rửa máy móc, tắm giặt và dội rửa toilets Ké từ khi

khoảng 40% trên tông số nhu cầu nước cần thiết ở Anh được dùng trong sinh hoạt,

30% trong số đó được sử dụng để đội rửa toilets Ở một số nghiên cứu, nước thải bỏ cũng được gom lại từ nóc nhà, được xử lý và trộn lẫn với nước xám để tái sử dụng

Trang 29

143 GIỚI THIỆU VÈ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC Ô NHIỄM BẰNG

CÔNG NGHỆ OXY HÓA NÂNG CAO

1.3.1 Sự cân thiết của công nghệ cao

a Yêu cầu mở rộng thêm danh mục các chất ô nhiễm, độc hại và thắt chặt

giới hạn nồng độ cho phép của các chất ô nhiễm

Hóa chất bảo vệ thực vật bao gồm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ dại, thuốc trừ nắm bệnh

là những hóa chất độc hại, có loại rất bền vững, khó phân hủy trong điều kiện tự nhiên

theo thời gian Tại những nước sản xuất nông nghiệp lúc nước, như Việt Nam, lượng hóa chất bảo vệ thực vật sử dụng ngày càng tăng, trung bình khoảng 4-5 kg/ha.năm,

nên lượng hóa chất bảo vệ thực vật tan trong nước, ngắm vào đất, xâm nhập vào nguồn

nước mặt, sông ngòi, ao hồ và lan truyền trong các mạch nước ngầm, tích lũy ngày càng nhiều Trong số này, đáng chú ý nhiều nhất là những chất ô nhiễm hữu cơ bền

vững (Persistant Organic Pollutants — POPs), là những chất không bị phân hủy trong

môi trường theo thời gian, có thé di chuyền từ vùng này đến vùng khác, lan truyền rat xa mà không bị thay đổi tính chất Những chất này gây ảnh hưởng rất lớn đối với sức khỏe con người và hệ sinh thái, gây ung thư, tổn thương hệ thần kinh, rối loạn sinh sản, quái thai, phả hủy hệ miễn dịch, dẫn đến tử vong Những chất này là đối tượng của Công ước quốc tế Stockholm đã được 51 nước kí kết, trong đó có Việt Nam, cam kết xử lý triệt để, tiêu hủy, không sử dụng, không sản xuất và tàng trữ Công ước Stockholm nêu đích danh 12 nhóm chất sau đây:

- Aldrin va dieldrin — ho thuốc trừ sâu được sử dụng cho cây trồng, chủ yếu ngũ cốc, cây bông vải và trừ mối

- Clordane — họ thuốc trừ sâu được sử dụng cho cây trồng, râu quả, khoai tây, mía, cây ăn trái, củ, cây bông vải

- DDT - họ thuốc trừ sâu được sử dụng cho cây trồng, đặc biệt là bông vải và diệt côn trùng gây dịch sốt rét và thương hàn

- Endrine — họ thuốc trừ sâu được sử dụng cho cây trồng, đặc biệt là cũng bông vải, cây có hạt cũng như dùng để diệt chuột

- Mirex — họ thuốc trừ sâu và các loại côn trùng Ngoài ra còn được sử dụng làm chất chống cháy cho chất dẻo, cao su

- Heptachlor — là họ thuốc trừ sâu chủ yếu diệt các loại sâu bệnh trong đất, mối hay còn dùng để diệt muỗi gây bệnh sốt rét

- Hexachlorbenzel — là họ thuốc trừ nắm trong hạt ngũ cốc

SVTH: Lê Quang Thắng

Trang 30

- Polychlordiphenyl (PCB) - là hóa chất được sử dụng nhiều trong ngành sản xuất nông nghiệp, chủ yếu trong sản xuất biến thế điện, tụ điện, làm chất lỏng trao đổi nhiệt, phụ gia cho sơn, trong sản xuất giấy than và chất hóa dẻo PCB cũng sinh ra

trong các quá trình thiêu đốt một số chất hữu cơ

- Dioxine và furan — những chất chủ yếu sinh ra trong quá trình thiêu đốt các chất hữu

cơ, chủ yếu từ các lò đốt rác thải sinh hoạt, rác công nghiệp, rác y tế Ngoài ra còn tồn tại dạng vết trong một số thuốc trừ sâu, thuốc bảo quản và PCB

Do tác hại và hậu quả của các chất ô nhiễm hữu cơ nói chung ảnh hưởng đến môi

trường sống và sức khỏe của cộng đồng cũng như qua thực tiễn kiếm chứng nên ngày

nay, danh mục các chất ô nhiễm được mở rộng thêm (chủ yếu là các chất hữu cơ khó

phân hủy) mà giới hạn nồng độ trong tiêu chuẩn cho phép lại rất thấp

b Yêu cầu về khử trùng triệt để nước uống và nước sinh hoạt: Loại bỏ các

sản phẩm phụ trong quá trình khử trùng và loại bỏ những vi khuân, kén nhộng bền vững

Nước trong tự nhiên, ngoài các chất hữu cơ khó phân hủy cà có độc tính được kể trên,

luôn tồn tại các chất hữu cơ tự nhiên (NOM - Natural Organic Matter) nhu cac acid

humic, acid hiru co hoa tan, protein, lipid, hydrocarbon, amino acid Cac thanh phan này có mặt trong nguồn nước thiên nhiên thay đổi theo từng nguồn nước, theo vùng

lãnh thổ, theo từng mùa Những chất hữu cơ thiên nhiên này sẽ kết hợp với chlor trong

quá trình xử lý nguồn nước mặt hay nước ngầm đề sản xuất nước sạch cho sinh hoạt

và các nhu cầu khác của đời sống Kết quả là bên cạnh nhu cầu nước sạch đáp ứng nhu cầu đời sống thỏa mãn tiêu chuẩn nước cho sinh hoạt, còn có các sản phẩm phụ khác,

chủ yếu là các chất hữu cơ chứa chlor, như trihalomethane (THM), bao gồm trichloromethane (chloroform), dibromochloromethane, bromodichloromethane và tribromomethane (bromoform) Những hợp chất này, đặc biệt là chloroform, khi vào

cơ thể sẽ gây các tốn hại đến gan, thận và đã được chứng mình là có liên quan đến

nguyên nhân gây ung thư (thuộc nhóm B trong các chất gây ung thư) Vì thế, để tránh nguy hiểm cho sức khỏe người dùng nước, gần đây, nhiều quốc gia trên thế giới đã đưa ra quy định kiểm soát lượng THM và lượng HAA (haloacetic acid) trong nước uống, nước sinh hoạt, nước hồ bơi, quy định hàm lượng của chúng phải dudi 80 pg/L Điều này buộc phải hạn chế chlor trong xử lý nước thiên nhiên cũng như trong công nghệ xử lý truyền thống, cần phải đưa thêm giai đoạn phân hủy các NOMs trước khi châm chlor để khử trùng

Trang 31

Mặt khác, các nhà khoa học đã phát hiện nguyên nhân các trận dịch lớn trên thế giới là

do các kén Giardia và các Cryptosporodium vẫn tồn tại trong nước sau khi khử trùng

bằng chlor Phát hiện đó là công nghệ khử trùng bằng chlor phải được xem xét lại và tìm cách thay thế bằng các công nghệ khác, mạnh hơn, an toàn hơn

c Yêu câu về tái sử dụng nước

Theo dự báo của các nhà khoa học về nước trên thế giới, thế giới năm 2030 sẽ thiếu nước Vì thế, một vấn đề được đặt ra là cần có những công nghệ hữu hiệu xử lý triệt để

chất ô nhiễm trong nước, đặc biệt là các POPs để có thể thu hồi lại được nước sạch từ

các nguồn thải khác nhau, quay về cho sinh hoạt và sản xuất Cơ hội xuất hiện các công nghệ cao trong công nghệ xử lý nước và nước thải

Các công nghệ truyền thống không đủ giải quyết các vấn đề được đặt ở trên Vì thế, đó chính là cơ hội và thách thức cho các nhà nghiên cứu tiến hành các hướng nghiên cứu

dé tìm ra các công nghệ cao (Advanced Technologies) để hỗ trợ các công nghệ truyền

thống trong việc giải quyết các vần đề bức xúc đó

- Các công nghệ cao xuất hiện trong những thập ký gần đây đã được ứng dụng trong công nghệ xử lý nước và nước thải Trong đó, nỗi bật là:

+ Céng nghé loc mang (Membrane Filtration Technologies)

+ Công nghệ khử trùng bằng bức xa tt ngoai (Ultraviolet Irradiation Disinfection) + Công nghệ phân hủy khống hóa các chất ơ nhiễm hữu cơ bằng các quá trình oxy

hóa nang cao (Advanced Oxidation Processes — AOPs)

1.3.2 Giới thiệu các quá trình oxi hóa nâng cao a Định nghĩa

Các quá trình oxi hóa nâng cao là những quá trình phân hủy oxi hóa dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl *HO được tạo ra ngay trong quá trình xử lý

Gốc hydroxyl *HO là một tác nhân oxi hóa mạnh nhất trong số các tác nhân oxi hóa được biết từ trước đến nay Thế oxi hóa của gốc hydroxyl *HO là 2,8V, cao nhất

trong số các tác nhân oxi hóa thường gặp Thế oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa thường gặp được trình bảy ở bảng 2.l

SVTH: Lê Quang Thắng

Trang 32

Bảng 1.1 Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa Tác nhân oxy hóa Thế oxi hóa (V) Gốc hydroxyl 2,80 Ozone 2,07 Hydrogen peroxit 1,78 Permanganat 1,68 Hydrobromic axit 1,59 Clo dioxit 1,57 Hypocloric axit 1,49 Hypoiodic acid 1,45 Clo 1,36 Brom 1,09 lod 0,54

(Nguon: Zhou, H and Smith, D.H., 2001)

Đặc tính của các gốc tự do là trung hòa về điện Mặt khác, các gốc này không

tồn tại có sẵn như những tác nhân oxi hóa thông thường, mà được sản sinh ngay trong

quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn, khoảng vài nghìn giây nhưng liên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng

b Phân loại

Theo cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA), dựa theo đặc tính của quá trình có hay không có sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV mà có thể phân loại các quá trình oxi hóa nâng cao thành hai nhóm:

- _ Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng

Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình không nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng và chúng được

liệt kê ở bảng 2.2

Trang 33

Bang 1.2 Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng

TT | Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình

1 HạO; và Fe?" HO; + Fe?'— Fe?” + OH + *HO Fenton

2 H¿O¿ và Oa H2O2 + 203 2*HO + 302 Peroxon 3 O; va cdc chat xc | 30; + H2O —“*> 2*HO + 402 Catazon

tac

4 HO va nang luong | HHO — > *HO+*H Oxi hoa dién

dién hoa hoa

5 HO va nang luong | HHO —™> *HO+*H Siéu 4m siêu âm (20- 40 kHz)

6 HO va nang luong | HO —“> *HO+*H Buc xa nang

cao (1-10 Mev) lượng cao

Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ảnh sang

Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình nhờ năng

lượng bức xạ tia cực tím UV, bao gồm các quá trình được trình bày ở bảng 1.3

SVTH: Lé Quang Thắng

Trang 34

Bảng 1.3 Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng

TT | Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình 1 HO; và năng lượng | HO; —”—› 2*HO UV/H202 photon UV (A =220 nm) 2 O3 va nang luong =| 0;+H.O —"> 2*HO UV/O3 photon UV | (4=253,7 nm) 3 H202/O3 vanang | HạO;+O; + HạO —#—› 4*HO+0,| UV/H202+ O3 lugng photon UV | (4 =253,7 nm) 4 H202/Fe** va nang | Fe?++H,O —"-> *HO +Fe2*+ Ht Quang Fenton luong photon UV Fe?' + HO; —“—› Fe?'+ OH-+#HO Quang xúc tác bán dẫn 5 TiO2 va năng lượng

photon UV TiO: “Se + ht (A > 387,5 nm) h* +20 > *HO+ Ht ht +OH *HO +H”

Tình hình nghiên cứu, áp dụng các quá trình oxi hóa nâng cao hiện nay

Nhờ ưu thế nỗi bật trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những

chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (POP) quá trình oxi hóa nâng cao dựa trên gốc tự do *HO được xem như một “chia khóa vàng” dé giải các bài toán đầy thách thức của thế ký cho ngành xử lý nước và nước thải hiện nay Đó là lý do tại sao ngày nay các quá trình AOP còn được mệnh danh là các quá trình xử lý nước của thé ky 21

1.3.3 Cơ sở lý thuyết quá trình fenton

Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu của J.H.Fenton, trong đó ông quan sát thấy phản ứng oxy hóa axit malic bằng HzO› đã

được gia tăng mạnh khi có mặt các Ion sắt Sau đó, tổ hop H202 va mu6i sat Fe2* duoc su dung lam tac nhan oxy hoa rat hiéu qua cho nhiéu déi tượng rộng rãi các chất hữu

cơ và được mang tên “ /ác nhân Fenton” (Fenton Reagent)

Trang 35

a Cơ chế

Hệ tác nhân Fenton đồng thê (Fenton cổ điển) là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị II và H2O›, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do *HO, còn Fe?" bị oxi

hóa thành Fe?'

Fe?' + HO) > Fe** +*HO+OH (k= 63Lmol!.s!) (2.1)

Phản ứng này được gọi là phan img Fenton vi Fenton là người đầu tiên đã mô tả

quá trình này nam 1894

Những ion Fe?" mất đi sẽ được tái sinh lại nhờ Fe? tác dụng với HO; dư theo

phản ứng:

Fe?" + HạO¿—> Fe?" + H* + *HO¿ (k<3.102/moF!s?) — (2.2)

Từ những phản ứng trên chứng tỏ tác dụng của sắt đóng vai trò là chất xúc tác

Quá trình khử Fe?* thành Fe?' xảy ra rất chậm, hằng số tốc độ phản ứng rất nhỏ so với phản ứng (2.1), vi vậy sắt tồn tai sau phan ứng chủ yếu ở dạng Fe)"

Gốc *HO sinh ra có khả năng phản ứng với Fe?' và HzO›, nhưng quan trọng nhất là là có khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ tạo thành các gốc hữu cơ có khả năng phản ứng cao *HO + H202 > H20 + *HO2 (2.3) *HO +Fe?* > OH’ + Fe* (2.4) *HO + RH -> H;O + *R (2.5) Gốc *R có thể oxy hóa Fe?', khử Fe** hoặc đimer hóa theo những phương trình phản ứng sau: #R+Fe — Fe'*+RH (2.6) *R+Fe* —› Fe?' + “sản phẩm” (2.7) *R+*R — “sản phẩm” (2.8)

Gốc *HO; có thé tác dụng với Fe*, Fe** theo các phương trình phản ứng sau:

*HO; + Fe? -> HO; + Fe* (2.9)

*HO; + Fe*t — H* + Op + Fe#* (2.10)

Phương trình phan (mg Fenton tông cộng có dạng:

Fe?* + H2O2 + RH > Fe** + H20 + CO2 (2.11)

SVTH: Lé Quang Thang

Trang 36

Mặc dù tác nhân Fenton đã được biết hàng thế kỷ nay và thực tế đã chứng minh là một tác nhân oxi hóa rất mạnh do sự hình thành gốc hydroxyl *HO trong quá trình

phản ứng, nhưng cơ chế của quá trình Fenton cho đến nay vẫn đang còn tranh cãi và tuyệt đại đa số các nhà nghiên cứu thừa nhận sự hình thành gốc hydroxyl *HO là nguyên nhân của khả năng oxy hóa cao của tác nhân Fenton

b Ưu điểm

Việc lựa chọn quá trình Fenton vào nghiên cứu xử lý nước, nước thải là nhờ

những ưu điểm sau:

-_ Các tác nhân H;Oz; và các muối sắt II tương đối rẻ và có sẵn, đồng thời

không độc hại, dễ vận chuyên, dễ sử dụng

-_ Hiệu quả oxi hóa được nâng cao rất nhiều so với H2O› sử dụng một mình

Ap dung qua trinh Fenton dé xử lý nước và nước thải sẽ dẫn đến khống hóa

hồn tồn các chất hữu cơ thành CO›, HạO và các iôn vô cơ, hoặc phân

hủy từng phần, chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành các

chất mới có khả năng phân hủy sinh học nhờ vào tác nhân hydroxyl *HO được sinh ra trong quá trình phản ứng

- _ Tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý sinh học tiếp sau - Nang cao hiéu quả xử lý của toàn bộ hệ thống

- Do tac dung oxy hóa cực mạnh của *HO so với các tác nhân diệt khuẩn

truyền thống (các hợp chất của clo) nên ngoài khả năng tiêu điệt triệt để các

vi khuân thông thường, chúng còn có thể tiêu diệt các tế bào vi khuẩn và

virus gây bệnh mà clo không thé diệt nổi

c Các yếu tố ảnh hưởng

- ĐộpH

Trong phản ứng Fenton, độ phân hủy và nồng độ Fe?" ảnh hướng rất đến tốc độ

phản ứng và hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ Nguyên nhân là trong môi trường

acid thì sự khử Fe?*'—› Fe?' xảy ra dễ dàng thuận lợi cho quá trình tạo thành gốc

hydroxyl *HO, trong môi trường pH cao thì Fe3* —› Fe(OH)› làm giảm nguồn tạo ra Fe?* Nói chung phản img Fenton đồng thể xảy ra thuận lợi khi pH < 4

-_ Tỷ lệ Fe': H›O› và loại ion Fe (Fe?' hay Fe”)

Tốc độ phản ứng tăng khi tang nồng độ H›O¿, đồng thời nồng độ H›Os lại phụ

thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm cần xử lý, đặc trưng bằng tải lượng COD Theo kinh

Trang 37

nghiém, ty 1é mol/mol H2O2: COD thuong 0,5 - 1 :1

Ty 16 Fe?* : H»O> nam trong khoang 0,3 -1 : 10 mol/mol

Việc sử dụng ion Fe?" hay Fe? không ảnh hưởng gì đến tác dụng xúc tác cho

phản ứng Fenton (dựa vào phản ứng (2.1) và (2.2)) Tuy nhiên, khi sử dụng HạO; với

liều lượng thấp (< 10-15 mg/I HzO2) nên sử dụng Fe?" sẽ tiết kiệm được hóa chất

- Cac anion v6 co

Một số anion vô cơ thường gặp trong nước thải là nhimg ion cacbonat (CO37), bicacbonat (HCOz), Clorua (CL) sẽ tóm bắt các gốc hydroxyl *HO làm hao tổn số

lượng gốc hydroxyl, giảm mất khả năng phản ứng oxi hóa, Những chất tóm bắt này

gọi chung là những chất tim diét gốc hydroxyl, những phản ứng săn lùng như sau:

*HO + CO2 — *CO; + OH- (2.12)

*HO + Cl —› *Cl+ OH- (2.13)

Nói chung, các ion cacbonat (COs”), bicacbonat (HCOx), Clorua (CT) thường có ảnh hưởng kìm hãm tốc độ phản ứng nhiều nhất Để hạn chế các yếu tố ảnh hưởng trên cần chỉnh pH sang môi trường axit để chuyên cacbonat, bicacbonat sang cacbonic axit (không phái chất tìm diệt gốc hydroxyj) Ngoài ra, một số anion vô cơ khác như

các gốc sunfat (SO42), Nitrat (NOz), photphat (PO?) cũng có thể tạo thành những

phức chất không hoạt động với Fe?* làm cho hiệu quả của quá trình Fenton giảm đi nhưng ảnh hưởng này ở mức độ thấp

c Các nghiên cứu, ứng dụng

Trong những năm gần đây, hệ xúc tác Fenton được nghiên cứu rất mạnh và phát

triển rộng hơn bằng nhiều công trình trên thế giới không những ở dạng /ác nhân

Femton cổ điển (HaO2/Fe?') và tác nhân Femton biến thể (H›O2/Fe3*) mà còn sử dụng

những ion kim loại chuyển tiếp và các phức chất của chúng ở trạng thái oxi hóa thấp như Cu(), Cr(I) và Ti(II) tác dụng với H›Oa để tạo ra gốc *HO, được gọi chung là các tác nhân kiểu như Fenton ( Fenton — like Reagent)

Trang 38

2 Phản ứng oxi hoa

Trong giai đoạn phản ứng oxi hóa xảy ra sự hình thành gốc ”HO hoạt tính và phản ứng oxi hóa chất hữu cơ Gốc “HO sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng ôxi hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước cần xử lý Phản ứng oxy hóa các chất hữu cơ diễn ra như sau:

RHX + H202 > H20 + X + CO2 + H* (2.14)

RHX: hợp chất hữu cơ

X: đại điện cho halide (chat g6m halogen va nguyén té hay gốc khác)

Nếu hợp chất không cé halogen thi phan img chi tao ra CO? va H2O Ngoai ra, gốc *HO còn có khả năng chuyên chất hữu cơ từ dạng cao phân thành các chất hữu cơ

có khối lượng phân tử thấp

CHC (cao phan tit) +7 HO —» CHC (thap phan ty + CO2 + HxO0 + OH" (2.15)

3 Trung hoa va keo tu

Sau khi xảy ra quá trinh oxi hoa can nang pH dung dich lén >7 dé thuc hiện kết

tia Fe** mdi hinh thanh:

Fe** + 30H” > Fe(OH); (2.16)

Kết tủa Fe(OH)a mới hình thành sẽ thực hiện các cơ chế keo tụ, đông tụ, hấp phụ một phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử

4 Quá trình lắng

Các bông keo sau khi hình thành sẽ lắng xuống khiến làm giảm COD, màu, mùi trong nước thải Sau quá trình lắng các chất hữu cơ còn lại (nếu có) trong nước thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp sẽ được xử lý bổ sung bằng phương pháp sinh học hoặc bằng các phương pháp khác

- Các nghiên cứu, ứng dụng của quá trình Fenton trên thể giới

+ Flaherty et al (1992) d& ap dung qua trình Fenton để xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính Reactive Blue 15 Nước thải có pH 12, độ kiềm CaCOa 21.000 g1/I, COD 2.100 mg/1 và tổng nồng độ đồng 14 mg/1 Nồng độ Fe?" giữ ở 2.10? M, pH chỉnh xuống 3,5 Trong thí nghiệm ở đòng liên tục, phản ứng xảy ra trong thiết bị phản ứng dung tích 1 lít, được khuấy trộn trong 2 giờ Kết quả, giảm được 70% COD Sau khi lắng 24 giờ, nồng độ đồng trong nước đã

lắng trong chỉ còn 1 mg/, tương ứng với mức độ xử lý 93%

Trang 39

+ Vella et al(1993) đã tiễn hành nghiên cứu phân hủy Tricloetylen (TCE) trong nước với nồng độ pha chế 10mg/ bang qua trinh Fenton Phan img

thực hiện ở giữa 3,9 và 4,2 với tỷ lệ mol Fe": HaO› bằng 0,2 và sử dụng liều

luong H20> 1a 53 va 75 mg/l Kết quả cho thấy khi thí nghiệm với HzOa 53

mg/I hoặc cao hơn, trên 80% TCE bị phân hủy sau 2 phút

+ Hunier (1996) đã nghiên cứu xử lý 1,2,3- Triclopropan với nồng độ ban

đầu là 150 mg/1 và cho thấy điều kiện xảy ra tốt nhất khi pH từ 2,0 đến 3,3 Khi tăng nồng độ Fe?' có khả năng làm tăng tốc độ phân hủy 1,2,3-

Triclopropan

- Các nghiên cứu, ứng dụng của quả trình Fenton ở Việt Nam

Với tình trạng ô nhiễm ở Việt Nam hiện nay, phương pháp Fenton đã được một

số cơ sở ứng dụng trong xử lý nước thải Công nghệ này thường được áp dụng để xử lý 8 8 8 y sng y 8 Ip 8

các loại nước thải ô nhiễm bởi các chất hữu cơ bền vững, khó hoặc không thê phân

hủy sinh học như nước thải đệt nhuộm, hóa chất Có thê đưa ra một số dẫn chứng cụ

thể sau:

+ Trung tâm công nghệ hóa học và môi trường (Liên hiệp các Hội khoa học kỹ thuật Việt Nam) đã nghiên cứu và áp dụng thành công công nghệ ECHEMTECH xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu tại Công ty thuốc trừ sâu Sài Gòn Nhờ áp dụng quá trình công nghệ cao Fenton vào xử lý nước

thải kết hợp với phương pháp sinh học, hiệu quả phân hủy các loại thuốc

bảo vệ thực vật như thuốc trừ sâu, trừ cỏ, gốc clo hữu co, photpho hữu cơ đạt trên 97-99%

+ Viện di truyền Nông nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu ra hoạt chat C1, C2

với tác nhân Fenton để làm sạch nước và khử mùi hôi của nước CI là loại bột khi hòa lẫn trong nước sẽ tạo nên sự tăng đột ngột độ pH và tất cả các

kim loại nặng đang hòa tan sẽ chuyên sang kết tủa C2 giúp lắng nhanh các

chất kết tủa đang lơ lửng, tác nhân Fenton là chất ôxy hóa nhanh làm nước

sạch thêm và mắt mùi, cho nước đảm bảo tưới tiêu và sinh hoạt

+ Nước rác từ các bãi chôn lap chất thai rắn đô thị có chứa các chất hữu cơ

khó phân huỷ sinh học Cho nên sau khi xử lý bằng các công trình sinh học khác nhau thì COD nước rác vẫn con cao, dao déng tir 600-900 mg/l va

chưa đạt TCVN 5945:2005 loại C Các nghiên cứu của Khoa Môi Trường,

Đại học Bách Khoa TP HCM cho thấy phản ứng Fenton cho phép xử lý

COD nước rác xuống thấp hơn 100 mg/1 Tuy nhiên, phương pháp này vẫn

SVTH: Lê Quang Thắng

Trang 40

chưa được áp dụng bởi chỉ phí hóa chất cao, tuỳ vào nồng độ chất hữu cơ

trong nước rác mà chi phí hóa chất có thể từ 25.000-40.000 đồng/m nước

rác cần xử lý Do vậy, cần thiết phải nghiên cứu sâu hơn về động học phản ứng Fenton xử lý các chất hữu cơ khó phân huỷ sinh học trong nước rác nhằm có thể điều khiển, nâng cao hiệu quả của quá trình này nhằm hạ thấp chi phí xử lý Nhóm tác giả đã đề xuất giải pháp sử dụng hiệu quả oxy già dư và Fe?" theo bậc trong quá trinh oxy héa Fenton

1.3.4 Cơ sở lý thuyết quá trình peroxon

Quá trình oxi hóa của Ozone với sự có mặt của hydrogen peroxit (O3/H202)

được gọi là quá trình Peroxon hoặc PerOzone

a Cơ chế

Sự khác nhau cơ bản giữa hai quá trình Ozone và Peroxon là ở chỗ, quá trình Ozone thực hiện quá trình oxi hóa các chất ô nhiễm chủ yếu trực tiếp bằng phân tử

Ozone trong nước trong khi đó quá trình Peroxon thực hiện sự oxi hóa các chất ô

nhiễm chủ yếu là gián tiếp thông qua gốc hydroxyl được tạo ra từ Ozone

Sự có mặt của HzO¿ được xem như làm tac dung khơi mào cho sự phân hủy O3

thông qua 1on hydroperoxit HOz' được mô tả trong các phương trình sau:

H202 © HO; + H' (2.17) HO; + O; — *O; + *HO¿ (2.18)

Cac phan img tao thanh géc *HO: