“Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp o xy hóa tiên tiến (AOP) trong xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học

Viện khoa học Công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội LỜI CẢM ƠN .Luận văn hồn thành Viện Khoa học Cơng nghệ Môi trường – Trường đại học Bách khoa Hà Nội, với hướng dẫn TS Đặng Xuân Việt Lời xin chân thành cảm ơn TS Đặng Xuân Việt nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu, thực luận văn cho tơi ý kiến nhận xét, góp ý quý báu Tôi xin chân thành cảm ơn Viện đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, thầy, cô, cán nhân viên Viện Khoa học Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện cho q trình nghiên cứu học tập Đặc biệt, Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới nhóm thực đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp o xy hóa tiên tiến (AOP) xử lý nước thải chứa hợp chất hữu khó phân hủy sinh học" PGS.TS Nguyễn Ngọc Lân làm chủ nhiệm đề tài tạo điều kiện thuận lợi cho tơi thực tốt đề tài Tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè bên tôi, động viên tôi, giúp đỡ vượt qua khó khăn để hồn thành luận văn Hà Nội, tháng 12/2011 Học viên Trịnh Anh Nam Luận văn thạc sĩ Ngành Công nghệ Môi trường Viện khoa học Công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng Các kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác TÁC GIẢ Trịnh Anh Nam Luận văn thạc sĩ Ngành Công nghệ Môi trường Viện khoa học Công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT TT Ký hiệu COD BOD TOC AOPs QCVN Tiếng anh Chemical oxygen demand Biological oxygen demand Total organic Carbon Advanced oxidation processes - POPs Peristent organic pollutions PCBs THM USEPA Polyclo biphenyl Trihalomethane United states environmental 10 ANPO 11 12 13 14 15 16 17 UV NOM TCE PCE DCPE CPA DCA Luận văn thạc sĩ protection Agency Advanded non photochemical oxidation processes UltraViolet Nature organic mater Tricloetylen Percloetylen Dicloetylen Clopropen Dicloetan Tiếng Việt Nhu cầu oxy hoá học Nhu cầu oxy sinh hoá Tổng cacbon hữu Q trình oxi hóa nâng cao Quy chuẩn Việt Nam Các chất nhiễm hữu khó phân hủy Cơ quan bảo vệ Môi trường Mỹ Các trình oxi hóa nâng cao khơng nhờ tác nhân ánh sáng Tia cực tím Chất hữu tự nhiên - Ngành Công nghệ Môi trường Viện khoa học Công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý phenol dẫn xuất phenol [19] Bảng 1.2 Nồng độ phenol nước thải số ngành công nghiệp [16] Bảng 1.3 Thế oxy hóa chất oxy hóa phổ biến [16] .13 Bảng 1.4 Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng [3] .16 Bảng 1.5 Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng [3] 16 Bảng 1.6 Độ hòa tan ozon vào nước (Ullmann’s) [13] 20 Bảng 1.7 Tính chất vật lý ozon (Ullmann’s) [13] .21 Bảng 1.8 So sánh phương pháp xử lý ozon peroxon 38 Bảng 2.1 Các thông số đầu vào dung dịch nước thải chứa phenol .40 Bảng 3.1 Nồng độ ozon ngồi sau hấp thụ qua dung dịch .45 Bảng 3.2 Lượng Ozon tiêu thụ trong lít dung dịch khác 45 Bảng 3.3 Sự giảm COD dung dịch nước thải chứa phenol theo thời gian phương pháp ozon hóa điều kiện pH khác .49 Bảng 3.4 COD, BOD5 mẫu nước thải chứa phenol trước sau xử lý phương pháp ozon hóa .51 Bảng 3.5 Giá trị COD theo thời gian dung dịch nước thải có nồng độ phenol ban đầu khác 52 Bảng 3.6 Nồng độ O3 H2O2 cấp vào nghiên cứu xử lý nước thải phương pháp peroxon với r = 0,5 .56 Bảng 3.7 Ảnh hưởng pH thời gian xử lý đến hiệu xử COD dung dịch nước thải chứa phenol phương pháp peroxon 56 Luận văn thạc sĩ Ngành Công nghệ Môi trường Viện khoa học Công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Bảng 3.8 Kết COD, BOD5 mẫu nước thải chứa phenol trước sau xử lý phương pháp peroxon 59 Bảng 3.9 Nồng độ O3 H2O2 cấp vào xử lý phương pháp peroxon với giá trị r khác 60 Bảng 3.10 Ảnh hưởng tỉ lệ r đến hiệu xử lý COD dung dịch nước thải chứa phenol phương pháp peroxon 60 Luận văn thạc sĩ Ngành Công nghệ Môi trường Viện khoa học Công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cơ chế chuyển hóa phenol thể sinh vật[19] .9 Hình Cấu tạo ozon .20 Hình 1.3 Hai đường phản ứng oxi hố ozon dung dịch nước [3] 23 Hình 1.4 Phản ứng ozon với liên kết không no 23 Hình 1.5 Cơ chế Criegree 24 Hình 1.6 Phản ứng Electrophilic ozon với chất hữu thơm .24 Hình 1.7 Các nhóm chức hữu bị phản ứng ozon 25 Hình 1.8 Sơ đồ phản ứng ozon hóa chất hữu thơm 26 Hình 1.9: Cơ chế khơi mào phản ứng gốc OH- 27 Hình 1.10 Sơ đồ phản ứng ozon hóa naptalen [1] .29 Hình 2.11 Sơ đồ phản ứng ozon với phenol [1] 30 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước thải chứa phenol phương pháp peroxon 43 Hình 2.2 Thí nghiệm xác định nồng độ ozon cấp vào .44 Hình 2.3 Thí nghiệm xử lý nước thải chứa phenol ozon hóa 44 Hình 3.1 Biểu đồ mô tả ảnh hưởng pH nồng độ phenol ban đầu đến khả hấp thụ ozon dung dịch .46 Hình 3.2 Đồ thị mơ tả giảm COD theo thời gian dung dịch nước thải xử lý phương pháp ozon hóa điều kiện pH khác 49 Hình 3.3 Đồ thị biễu diễn hiệu suất xử lý COD dung dịch nước thải chứa phenol theo thời gian phương pháp ozon hóa điều kiện pH khác 50 Hình 3.4 Đồ thị biễu diễn mối quan hệ giảm COD dung dịch nước thải phenol thời gian xử lý 53 Luận văn thạc sĩ Ngành Công nghệ Môi trường Viện khoa học Công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Đồ thị mô tả hiệu suất xử lý COD dung dịch nước thải có nồng độ phenol ban đầu khác mô tả 53 Hình 3.5 Đồ thị mơ tả hiệu suất xử lý COD nước thải chứa phenol có nồng độ phenol ban đầu khác phương pháp ozon hóa theo thời gian .54 Hình 3.7 Đồ thị mô tả giảm COD dung dịch nước thải chứa phenol giá trị pH khác .57 Hiệu suất trình mơ tả đồ thị sau: 57 57 Hình 3.8 Đồ thị hiệu suất xử lý COD dung dịch nước thải chứa phenol điều kiện pH khác .58 Hình 3.9 Đồ thị mơ tả giảm COD dung dịch nước thải chứa phenol phương pháp peroxon thay đổi giá trị r khác 61 Hiệu suất xử lý q trình mơ tả đồ thị sau: .61 61 Hình 3.10 Hiệu suất xử lý COD trình peroxon điều kiện r khác .61 Luận văn thạc sĩ Ngành Công nghệ Môi trường Viện khoa học Công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐẶC TÍNH CỦA PHENOL, TÁC ĐỘNG CỦA NĨ ĐẾN MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA PHENOL I.1 GIỚI THIỆU VỀ PHENOL VÀ MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA NĨ I.1.1 Một số tính chất vật lý hóa học phenol I.1.2 Nguồn gốc việc sử dụng phenol sản xuất công nghiệp a Các nguồn phát sinh phenol I.2.2 Tác động phenol đến người động vật I.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA PHENOL 12 I.3.1 Các phương pháp sử dụng xử lý nước thải chứa phenol 12 I.3.1 Quá trình Ơxi hóa sinh học (Biological oxidation) 12 I.3.1.2 Các q trình oxi hóa hóa học (Chemical oxidation) 13 I.3.2 Lựa chọn phương pháp xử lý nước thải chứa phenol 19 I.3.3 Q trình oxi hóa nâng cao dựa sơ O3/H2O2 (peroxon) 20 I.3.4 Những thuận lợi khó khăn q trình peroxon [16] 36 I.3.5 So sánh phương pháp ozon hóa peroxon 38 Chương II 39 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 39 II Mục đích, đối tượng, nội dung nghiên cứu 39 II.1.1 Mục đích nghiên cứu: 39 II.1.2 Đối tượng nghiên cứu: 39 II.1.3 Nội dung nghiên cứu: 39 II.2 Pha chế nước thải phenol 39 II Các phương pháp đo phân tích 40 II.4 Trang thiết bị hóa chất thí nghiệm 42 Luận văn thạc sĩ Ngành Công nghệ Môi trường Viện khoa học Công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội II.4.1 Trang thiết bị 42 II.4.2 Hóa chất 42 Chương III 44 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44 III.1 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý COD dung dịch nước thải chứa phenol trình ozon hóa 44 III.1.2 Ảnh hưởng pH, thời gian xử lý nồng độ phenol ban đầu đến hiệu suất xử lý COD dung dịch nước thải chứa phenol q trình ozon hóa 47 Nghiên cứu ảnh hưởng pH thời gian xử lý đến hiệu xử lý q trình ozon hóa 47 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ phenol ban đầu đến hiệu suất q trình ozon hóa 52 III.2.1 nghiên cứu ảnh hưởng pH thời gian phản ứng đến trình peroxon 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 Luận văn thạc sĩ Ngành Công nghệ Môi trường Viện khoa học Công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội MỞ ĐẦU Hiện song song với q trình phát triển cơng nghiệp lượng lớn chất ô nhiễm độc hại sinh Các chất độc hại không xử lý trước thải môi trường gây nên hậu vô nghiêm trọng cho hệ sinh thái ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe người Ở nước ta nay, tốc độ phát triển công nghiệp chưa cao, nhiên ý thức người dân đơn vị sản xuất cịn thấp, nên vấn đề nhiễm mơi trường cấp thiết Nước thải số ngành cơng nghiệp cơng nghiệp hóa chất, dệt nhuộm, giấy, dầu khí, hóa chất bảo vệ thực vật hóa dược có chứa nhiều chất nhiễm Thành phần chất nhiễm có nước thải ngành công nghiệp đáng ý hợp chất hữu khó khơng thể bị phân hủy sinh học Những hợp chất thường có độc tính cao, khó xử lý loại bỏ phương pháp sinh học phương pháp xử lý thơng thường khác Các hợp chất khó phân hủy nước thải ngành công nghiệp kể đa dạng Trong đó, thường gặp dung môi hữu cơ, chất hoạt động bề mặt, chất màu, thuốc nhuộm, sản phẩm dầu mỏ, phenol hợp chất phenol, loại thuốc trừ sâu, trừ cỏ, trừ nấm, hợp chất Chlorophenole, dẫn xuất benzen vòng nhiều vòng, halogen hữu cơ, hợp chất phospho hữu cơ, phức chất kim loại hữu (cơ kim) Những hợp chất thường chất độc, đến độc Do việc xử lý hợp chất hữu khó phân hủy khỏi môi trường nước vấn đề cấp bách Từ trước tới nay, xử lý nước nước thải có chứa hợp chất hữu khó phân hủy nói chung nước thải có chứa hợp chất phenol nói riêng chủ yếu dựa vào phương pháp xử lý truyền thống Tuy nhiên hiệu phương pháp xử lý không cao Do đó, việc tìm kiếm cơng nghệ phù hợp có khả xử lý hiệu nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Một phương pháp xử lý nghiên cứu ứng dụng hiệu phương pháp oxi hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs) Luận văn thạc sĩ Ngành Công nghệ Môi trường ... phenol, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu Trong số phương pháp oxi hóa nâng cao ứng dụng để xử lý nước thải chứa hợp chất khó phân hủy phương pháp oxi hóa nâng cao sở ozon dùng phổ biến cho hiệu cao... tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải chứa phenol phương pháp peroxon” để đề xuất phương pháp xử lý nước thải chứa phenol dẫn xuất phương pháp ơxi hóa nâng cao dựa sở có mặt ozon hydrogen peroxit (O3 /H 2O2 )... cơng nghệ có tính khả thi để áp dụng xử lý chất hữu khó phân hủy sinh học nước thải - Đề tài nghiên cứu đề xuất cho việc lựa chọn phương pháp xử lý hiệu nước thải chứa hợp chất hưu khó phân hủy