các phương pháp xử lí nước thải bằng cơ học, hóa lý, sinh học

Nguyên tắc Quá trình phân riêng hỗn hợp không đồng nhất bằng cách cho hỗn hợp qua lớp vách ngăn: pha phân tán bị giữ lại còn pha liên tục sẽ đi qua vách ngăn Màng lọc loại bỏ các hạt v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Mục lục

Giới thiệu chung về tình hình môi trường hiện nay

Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước hiện nay làtình trạng ô nhiễm môi trường sinh thái do các hoạt động sản xuất và sinh hoạtcủa con người gây ra Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự pháttriển kinh tế - xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại vàtương lai Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong thời kỳ đẩy mạnh CNH,HĐH hiện nay không chỉ là đòi hỏi cấp thiết đối với các cấp quản lí, các doanhnghiệp mà đó còn là trách nhiệm của cả hệ thống chính trị và của toàn xã hội.Trong những năm đầu thực hiện đường lối đổi mới, vì tập trung ưu tiên pháttriển kinh tế và cũng một phần do nhận thức hạn chế nên việc gắn phát triển kinh

tế với bảo vệ môi trường chưa chú trọng đúng mức Tình trạng tách rời công tácbảo vệ môi trường với sự phát triển kinh tế - xã hội diễn ra phổ biến ở nhiềungành, nhiều cấp, dẫn đến tình trạng gây ô nhiễm môi trường diễn ra phổ biến vàngày càng nghiêm trọng Đối tượng gây ô nhiễm môi trường chủ yếu là hoạt độngsản xuất của nhà máy trong các khu công nghiệp, hoạt động làng nghề và sinhhoạt tại các đô thị lớn Ô nhiễm môi trường bao gồm 3 loại chính là: ô nhiễm đất,

ô nhiễm nước và ô nhiễm không khí Trong ba loại ô nhiễm đó thì ô nhiễm khôngkhí tại các đô thị lớn, khu công nghiệp và làng nghề là nghiêm trọng nhất, mức độ

ô nhiễm vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép Vì vậy bảo vệ môi trường sinh tháitrong quá trình CHN, HĐH hiện nay là yêu cầu cấp thiết đặt ra đối với cả hệ thốngchính trị, các cấp, các ngành, các tổ chức, doanh nghiệp và của mọi công dân.Trong bài báo cáo này, chúng em muốn giới thiệu về một số biện pháp xử lí môitrường như cơ học, hóa lý và sinh học, hi vọng nó sẽ giúp ích cho thầy cô và cácbạn hiểu một phần nào đó về các biện pháp để có thể chung tay bảo vệ môi trườngsống của chúng ta!

Phần 1 Các phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 1.1 Lắng

- Các hạt được lắng theo các thực thể riêng biệt và không có sự tươngtác đáng kể đối với các hạt bên cạnh

- Xử lý hạt cát trong môi trường lỏng (bể lắng cát)

- Xử lý bụi trong môi trường không khí (buồng lắng bụi)

- Các quá trình lắng tuân thủ theo định luậtStokes

- Thông qua quá trình đông tụ này, các hạt luôn gia tăng về khối lượngtrong quá trình lắng và làm thay đổi vận tốc lắng

- Quá trình này có thể có sự bổ sung chất trợ lắng (polymer) để thúc đẩy vận tốc lắng

- Một phần chất trợ lắng có thể được tuần hoàn lại quá trình lắng

- Loại bỏ một phần TSS trong nước thải tại bể lắng sơ cấp

- Loại bỏ các bông cặntrong bể lắng

- Các hạt có xu hướng duy trì ở vị

Diễn ra trong bể lắng thứ cấp sử dụng trong quá trình xử lý sinh học (bể lắng thứ cấp của quá trình sinh học hiếu khí Aerotank)

trí cố định đối với nhau Khối lượng của hạt ổn định ở một giá trị

cụ thể

- Bề mặt rắn - lỏng hình thành phíatrên khối lắng

- Quá trình nén diễn ra nhờ khối lượng của hạt rắn đã được tạo ra ổnđịnh trong cấu trúc thông qua quá trình lắng từ dung dịch nổi trên bề mặt

Thường diễn ra ở lớp dưới của thiết bị lắng (bể lắng sơ cấp hay thiết bị làm đặc bùn)

Bảng 1: Phân loại các quá trình lắng

Hình 1: Các quá trình lắng

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng

Quá trình lắng phụ thuộc vào :

‒ Thể tích bể lắng

‒ Lưu lượng nước thải

‒ Thời gian lắng

‒ Khối lượng riêng

‒ Tải lượng chất rắn lơ lửng

‒ Tải lượng thủy lực

3

)(

=

, m/sVận tốc lắng phụ thuộc vào các yếu tố sau:

‒ Đường kính hạt d: đường kính hạt càng lớn thì vận tốc lắng càng nhanh, quátrình lắng sẽ diễn ra nhanh hơn

‒ Độ chênh lệch khối lượng riêng giữa 2 pha (liên tục và phân tán): quá trìnhlắng là một hàm số của sự chênh lệch khối lượng riêng của 2 pha liên tục vàphân tán

‒ Hệ số trở lực: hệ số trở lực tỷ lệ nghịch với vận tốc lắng Hệ số trở lực phụthuộc vào khối lượng riêng của pha liên tục, vận tốc chuyển động, đường kínhhạt và độ nhớt của môi trường

‒ Hệ số lắng (thông qua các thông số vận tốc lắng (u) và độ nhớt của môi trường (µ)

1.1.4 Các thiết bị lắng

 Thiết bị lắng tấm nghiêng

1.1.5 Quy trình vận hành

Quá trình lắng của các hạt rắn trong nước:

 Lắng riêng rẽ (Lắng loại I):

• Quá trình lắng của các hạt lơ lửng ở nồng độ thấp

• Các hạt lắng riêng rẽ do trọng lực mà không có tương tác với nhau

• Loại các sạn ra khỏi nước ở công đoạn lắng sơ cấp

 Lắng keo tụ ( Lắng loại II)

• Quá trình lắng các hạt lơ lửng được keo tụ hình thành hạt các kích thướclớn hơn

• Loại một phần chất lơ lửng trong nước chưa xử lý trong quá trình lắng

sơ cấp

• Loại phần trên của lắng thứ cấp

• Loại bông keo trong quá trình keo tụ

 Lắng vùng (Lắng loại III)

• Các hạt tương tác với nhau cản trở lắng riêng rẽ và tạo thành một khối

có trọng lượng lớn và lắng cùng nhau tạo thành hai lớp tách biệt nhau

• Xảy ra trong quá trình lắng thứ cấp tiếp sau quá trình xử lý sinh học

 Lắng nén (Lắng loại IV)

• Quá trình lắng của các hạt trong nước có nồng độ cao

• Các hạt liên kết tạo nên một cấu trúc

• Các hạt khác rơi vào cấu trúc làm tăng trọng lượng của cấu trúc và lắngxuống

• Diễn ra ở phần thấp của khối lượng bùn lắng, ở đáy của bể lắng thứ cấphoặc bể nén bùn

1.2 Lọc

1.2.1 Nguyên tắc

Quá trình phân riêng hỗn hợp không đồng nhất bằng cách cho hỗn hợp qua lớp vách ngăn: pha phân tán bị giữ lại còn pha liên tục sẽ đi qua vách ngăn

Màng lọc loại bỏ các hạt vật chất từ dòng nước thải mang nó khi các hạt này va

chạm và sau đó được bắt giữ trên hoặc trong vật liệu lọc Thời gian lọc tăng lên

thì độ dày các hạt vật chất lắng đọng tại vật liệu lọc cũng tăng lên và chúng sẽ đóng vai trò như một phần của vật liệu lọc đối với những hạt đến sau Khi lượng chất thải lắng đọng quá nhiều, làm tăng áp suất cần thiết để đẩy dòng khi đi qua vật liệu lọc thì màng lọc cần được thay thế hay làm sạch

Quá trình loại bỏ hạt rắn bởi màng lọc thông qua 3 cơ chế chính (hình sau):

Hình 6: Các cơ chế chính trong quá trình lọc

* Thu bắt trực tiếp (direct interception): diễn ra khi dòng nước thải đi quatrong phạm vi ½ đường kính vật liệu lọc, không quan tâm đến đường kính hạt,khối lượng hay tính chất, nó sẽ bị thu giữ nếu dòng nước thải đi đủ gần vật liệulọc

* Thu bắt quán tính (inertial impaction): diễn ra khi nước thải đi qua vậtliệu lọc ở khoảng cách xa hơn, tuy nhiên lực quán tính của hạt làm cho nó có xuhướng chuyển động thẳng tách ra khỏi dòng nước mang nó và điều này giúp nóvẫn va chạm với vật liệu lọc và bị thu giữ

* Thu bắt do lực hút tĩnh điện (electrostatic attraction): diễn ra khi cả hạtbẩn và vật liệu lọc đều trải qua quá trình tích điện, thắng được lực quán tính rồisau đó được giữ lại bởi vật liệu lọc thay vì thoát ra ngoài cùng dòng nước

Màng lọc lớp cố định sử dụng các hạt vật liệu có đường kính từ 0,5 – 1mmvới tải trọng lọc hay vận tốc lọc từ 4,9 – 12,2 m/h Khi nước sạch chảy qua lớp vậtliệu sạch, độ giảm áp suất có thể được xác định bằng công thức sau (phương trìnhKozeny):

v V

A g

k L

3

2

)()1(

: Khối lượng riêng của nước, kg/m3

ε: Độ rỗng của vật liệu lọc, vô thứ nguyên

1.2.2 Phân loại

‒ Tạo chênh lệch áp suất không đổi (∆P = const):Quá trình lọc gián đoạn

Vận tốc lọc thay đổi từ wmax→0

‒ Lọc với áp suất thay đổi: Quá trình lọc liên tục

Vận tốc lọc không đổi (w = const)

1.2.3 Các thiết bị lọc

 Hệ thống lọc liên tục

1.2.4 Quy trình vận hành

Lọc được xem là quá trình quan trọng trong quá trình xử lý nước thải và nướccấp Đây là quá trình loại bỏ các hạt rắn lơ lửng có trong nước bằng cách chodòng nước đi qua các loại vật liệu lọc Vật liệu lọc có thể là cát, than, diatomit,khoáng ilmenite hoặc các loại vật liệu sợi dệt

Lọc cát đã được sử dụng từ lâu và cho đến nay vẫn tỏ ra là một biện pháp xử lý

có hiệu quả cao Đây là biện pháp xử lý hiệu quả các bông cặn chứa các vi sinhvật như tảo, vi khuẩn, virut Quá trình lọc thông thường diễn ra sau các quá trìnhxử lý sơ bộ như đông tụ, keo tụ, lắng Tuy nhiên, quá trình lọc có thể được sửdụng trực tiếp đối với những nguồn nước có độ sạch nhất định Quá trình lọc hailớp (cát, than hoạt tính) cho hiệu quả xử lý cao hơn so với quá trình lọc một lớp và

được sử dụng phổ biến hơn Tất cả các loại màng lọc cần được làm sạch sau mộtchu kỳ hoạt động nhất định dựa vào độ giảm áp suất trong quá trình lọc.

Màng lọc có thể đươc phân loại dựa vào tải trọng lọc cho phép (allowing loading rate) Tải trọng lọc là lưu lượng của vật liệu cần lọc (khí, lỏng) trên một đơn vị diện tích bề mặt vật liệu lọc và được xác định bằng:

* Kích thước vật liệu lọc

Kích thước hạt là đặc tính cơ bản nhất của vật liệu lọc ảnh hưởng đến quá trình lọc Kích thước hạt ảnh hưởng đến độ giảm áp suất đối với cả màng lọc sạch và màng lọc trong quá trình vận hành

Nếu vật liệu lọc có hạt càng nhỏ thì áp lực sử dụng để tạo ra quá trình lọc càng lớn

để khắc phục trở lực ma sát trong quá trình lọc Ngược lại, nếu kích thước hạt quá lớn sẽ có nhiều vật chất ô nhiễm dạng hạt có kích thước nhỏ sẽ lọt qua màng lọc

* Độ giảm áp suất

Màng lọc lớp cố định sử dụng các hạt vật liệu có đường kính từ 0,5 – 1mm với tải trọng lọc hay vận tốc lọc từ 4,9 – 12,2 m/h Khi nước sạch chảy qua lớp vật liệu sạch, độ giảm áp suất có thể được xác định bằng công thức sau (phương trình Kozeny):

v V

A g

h: Độ giảm áp suất trong màng lọc có độ dày L, m

k: Hệ số Kozeny, bằng 5 đối vất vật liệu lọc mới

g: Gia tốc trọng trường, 9,81m/s2

µ: Độ nhớt tuyệt đối của nước, N.s/m2

ρ

: Khối lượng riêng của nước, kg/m3

ε: Độ rỗng của vật liệu lọc, vô thứ nguyên

Quá trình lọc kết thúc khi nồng độ chất rắn lơ lửng SS trong dòng nước sau xử lý bắt đầu gia tăng vượt quá mực độ cho phép chấp nhận được hay khi mức độ giảm

áp suất quá mức diễn ra trong màng lọc Khi đạt đến một trong hai điều kiện này, quá trình lọc sẽ đạt đến giới hạn và quá trình làm sạch sẽ bắt đầu diễn ra để loại

bỏ bớt lượng chất rắn lơ lửng đã tích lũy trên vật liệu lọc Quá trình làm sạch diễn

ra bằng cách cho dòng nước chảy ngược lại so với chiều diễn ra quá trình lọc Lượng nước làm sạch thích hợp khi chúng tạo ra được trạng thái trương nở (tầng sôi) làm cho các hạt trong lớp lọc tách rời nhau

Các vật liệu tích lũy trong lớp vật liệu lọc sẽ được loại bỏ bởi các lực cắt được tạo

ra bởi nước làm sạch khi chúng di chuyển qua các lớp vật liệu lọc đã bị trương nở

Hình: Mối quan hệ giữa các thông số: hiệu quả lọc, trở lực và thời gian lọc

bỏ bớt lượng chất rắn lơ lửng đã tích lũy trên vật liệu lọc Quá trình làm sạch diễn

ra bằng cách cho dòng nước chảy ngược lại so với chiều diễn ra quá trình lọc Lượng nước làm sạch thích hợp khi chúng tạo ra được trạng thái trương nở (tầng sôi) làm cho các hạt trong lớp lọc tách rời nhau

Các vật liệu tích lũy trong lớp vật liệu lọc sẽ được loại bỏ bởi các lực cắt được tạo

ra bởi nước làm sạch khi chúng di chuyển qua các lớp vật liệu lọc đã bị trương nở

Hình: Cơ chế quá trình lọc (hình trên) và tái sinh vật liệu lọc backwashing (hình dưới)

1.3 Tuyển nổi

1.3.1 Khái niệm

Tuyển nổi là một quá trình tách các chất lơ lửng, chất hoạt tính bề mặt, dầu mỡ,…

trong nước thải bằng bọt khí nổi Hiện nay, tuyển nổi ngoài việc được áp dụng

rộng rãi trong quy trình xử lý nước thải, còn được áp dụng trong xử lý nước cấp cho sinh hoạt.

 Tách các chất hòa tan như chất hoạt động bề mặt

 Trong xử lý nước thải:

‒ Tách các chất lơ lửng

‒ Làm đặc bùn sinh học

 Ứng dụng:

• Xử lý nước thải sinh hoạt

• Xử lý nước thải công nghiệp:

 Tuyển nổi với tách không khí từ dung dịch: Áp dụng để làm sạch nước thải

chứa hạt ô nhiễm rất mịn

Bản chất: tạo dung dịch quá bão hòa không khí.

Nguyên tắc hoạt động chung:

Nước được bão hòa không khí ==> không khí tách khỏi nước ==> các bọt khí nhỏnổi lên trên mặt nước

Tùy thuộc vào biện pháp tạo dung dịch quá bão hòa người ta chia ra các loại tuyểnnổi sau:

‒ Tuyển nổi chân không

‒ Tuyển nổi áp lực (tuyển nổi khí hòa tan)

Các bong bóng khí rất nhỏ thoát

ra làm nổi một phần chất bẩn

g khí

ở áp suất khí quyể n

Bơm chân không

dâng

Ưu điểm:

 Sự tạo bọt khí và sự kết dính với các hạt bẩn diễn ra trong môi trường yên tĩnh

 Hiệu suất tuyển nổi cao

 Tiêu hao năng lượng thấp

Nhược điểm:

Bám dính cặn vào bọt khí

Tạo bọt khí

từ dung dịch quá

bão hòa khí

Kết dính

bọt khí Tách cặn ra

khỏi nước trong bể tuyển nổi

‒ Độ bão hòa của nước bởi không khí không lớn không áp dụng được khi nồng

độ hạt lơ lửng cao (không lớn hơn 250-300mg/l)

‒ Chế tạo thiết bị tuyển nổi kín và có bố trí cào cơ khí bên trong cấu tạo phức tạp, khó khăn trong công tác quản lý nhất là khi phải sửa chữa

‒ Nhiệt độ cao độ hòa tan của không khí giảm không thể áp dụng cho nước thải có nhiệt độ cao

 Tuyển nổi áp lực (tuyển nổi khí hòa tan)

Các quá

trình trong tuyển nổi áp lực: Trong quá trình tuyển nổi áp lực xảy ra lần lượt các

công đoạn sau:

Điều kiện hoạt động:

‒ Hoạt động ở áp suất trong bình cao áp là 0.17-0.39 MPa

‒ Thời gian lưu trong bình cao áp là 14 phút, trong bồn tuyển nổi là 10-20 phút

‒ Thể tích không khí chiếm 1.5-5% thể tích nước cần xử lí

Ưu điểm:

 Làm sạch nước với nồng độ chất lơ lửng cao ( 4 – 5 g/l)

 Tạo ra các bọt khí đều và mịn

 Hiệu quả khử cặn lơ lửng cao (80-85%)

 Thiết bị cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ thực hiện thi công, lắp đặt sửa chữa

Nhược điểm:

‒ Hiệu quả xử lí phụ thuộc vào nhiệt độ, nước và áp suất làm thoáng đòi hỏi trình độ kĩ thuật khi vận hành

‒ Phương pháp này không có hiệu quả khi nhiệt độ lớn hơn 40 độ C

 Tuyển nổi bơm dâng

Thiết bị bơm dâng được xử dụng để xử lí nước thải trong công nghiệp hóa học

Sơ đồ hệ thống tuyển nổi bơm dâng:

Ưu điểm:

 Có kết cấu đơn giản

 Chi phí năng lượng khoảng 2-4 lần ít hơn thiết bị áp suất

Nhược điểm: buồng tuyển nổi phải được bố trí cao

 Tuyển nổi với sự phân tán không khí bằng cơ khí

Sự phân tán khí trong thiết bị tuyển nổi được thực hiện nhờ bơm tuabin kiểu cánh quạt, đó là đĩa có cánh quay hướng lên trên

Thiết bị này được ứng dụng để xử lí nước có nồng độ các hạt lơ lửng cao (lớn hơn 2g/l)

Ưu điểm: xử lí nước có nồng độ các hạt lơ lửng cao (lớn hơn 2g/l).

Nhược điểm: khó tạo được những bọt khí phân tán tốt phương pháp này không

được dùng để xử lí triệt để các loại nước thải

 Tuyển nổi với việc cho không khí qua vật liệu xốp

‒ Khi cho không khí qua các tấm xốp sẽ thu được các bọt khí có kích thước bằng:

 Áp suất không khí (0,1-0,2MPa)

 Lưu lượng không khí

 Thời gian tuyển nổi (20-30 phút)

 Mực nước trong buồng tuyển nổi (1,5-2m)

Ưu điểm:

 Kết cấu buồng tuyển nổi đơn giản

 Chi phí năng lượng thấp

Nhược điểm:

 Các lỗ xốp mau bị bẩn và dễ bịt kín

 Khó chọn vật liệu có lỗ giống nhau để tạo bọt khí nhuyễn và kíchthước bằng nhau

Ngoài ra, người ta còn thực hiện một số phương pháp tuyển nổi khác:

• Tuyển nổi hóa hoc

• Tuyển nổi sinh học

• Tuyển nổi ion

• Tuyển nổi điện hóa

• Tuyển nổi tự nhiên

1.3.5 Quy trình công nghệ tuyển nổi

 Cơ sở quá trình tuyển nổi

• Sự lôi cuốn của các hạt lơ lững lên bề mặt khí phân tán nhỏ

• Các bọt khí kết dính với các hạt lơ lững trong nước Khi lực nổi của tập hợp này đủ lớn sẽ cùng nhau nổi lên mặt nước

 Sơ đồ công nghệ của quá trình tuyển nổi

 Các yếu tố ảnh hưởng: Khả năng kết hợp của bọt khí và các hạt trong nước

tạo thành tổ hợp bọt khí phụ thuộc vào các yếu tố:

‒ Chi phí thấp, thiết bị đơn giản

‒ Vận tốc nổi lớn hơn vận tốc lắng, có thể thu cặn tạp chất

‒ Tuyển nổi kèm theo sự thổi khí làm giảm nồng độ chất hoạt động bề mặt và cácchất dễ bị oxi hóa

 Nhược điểm

‒ Trọng lượng của hạt không được lớn khoảng 0,2 – 1,5 mm

‒ Tuyển nổi phụ thuộc vào kích thước và số lượng bọt khí nên đòi hỏi kích thướcbọt khí ổn định

1.4 Tách rác

Nước thải công nghiệp, cũng như nước thải sinh hoạt thường chứa các chất tan

và không tan ở dạng hạt lơ lửng Các tạp chất lơ lửng có thể ở dạng rắn và lỏng, chúng tạo với nước thành hệ huyền phù

Để tách rác và các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, thông thường người ta sử dụngcác quá trình cơ học (gián đoạn hoặc liên tục): lọc qua song chắn hoặc lưới

1.4.1 Lọc qua song chắn hoặc lưới chắn

Đây là bước xử lý sơ bộ Mục đích của quá trình là khử tất cả các vật có trong nước thải có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống nước thải như làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn

và tạo điều kiện thuận lợi cho cả hệ thống I.2.1.1 Song Chắn Rác Nước thải đưa tới công trình làm sạch trước hết phải qua song chắn rác Tại song chắn rác, các tạp chất thô như rác, túi nylon, vỏ trái cây, giẻ, gỗ và các vật khác được giữ lại nhằm đảm bảo cho máy bơm và các công trình, thiết bị xử lý nước thải hoạt động

ổn định Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo độ an toàn cho toàn hệ thống xử lý nước thải

Song chắn rác

Nước thải đưa tới công trình làm sạch trước hết phải qua song chắn rác Tại song chắn rác, các tạp chất thô như rác, túi nylon, vỏ trái cây, giẻ, gỗ và các vật khác được giữ lại nhằm đảm bảo cho máy bơm và các công trình, thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo độ an toàn cho toàn hệ thống xử lý nước thải

Dựa vào khoảng cách giữa các thanh chắn có thể chia song chắn rác thành các loại như: song chắn rác loại thô, khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm Song chắn rác được làm bằng kim loại, làm sạch bằng thủ công hoặc cơ giới và đặt nghiêng mộtgóc 45 - 600 Vận tốc nước chảy qua thanh chắn rác được giới hạn trong khoảng

từ 0,6 – 1 m/s Vận tốc cực đại dao động trong khoảng 0,75 – 1 m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe của song chắn rác và vận tốc nhỏ nhất qua khe là 0,4 m/s nhằm tránh quá trình phân huỷ các chất rắn

 Song chắn rác thô

Nước thải đưa đến công trình làm sạch trước hết phải qua song chắn rác Song chắn có thể đặt cố định hoặc di động, cũng có thể là tổ hợp với máy nghiền rác Thông dụng hơn cả là các song chắn cố định Các song chắn được làm bằng kim loại đặt ở cửa vào của kênh dẫn Thanh song chắn có thể có tiết diện tròn, vuông, hoặc hỗn hợp.

Song chắn rác thô có cơ chế làm sạch tự động

 Song chắn rác mịn

Để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ thường sử dụng song chắn rác mịn có kích thước lỗ từ 0,5 – 1 mm

Song chắn rác mịn có cơ chế làm sạch tự động

Phần 2 Các phương pháp xử lí môi trường bằng hóa lý

2.1 Keo tụ tạo bông

2.1.1 Khái niệm

Các quá trình cơ học (lắng, lọc , ly tâm) chỉ tách hiệu quả các hạt lơ lửng có

đường kính hạt >10 -4 mm (bùn, tảo, cát…)

Đối với các hạt lơ lửng rất nhỏ và dạng keo đường kính hạt 10 -6 -10 -4 mm (sét, đại

phân tử hữu cơ…), thường rất khó lắng, lọc Vì vậy để đạt hiệu quả trước khi lắnglọc người ta sử dụng quá trình keo tụ - tạo bông

• Keo tụ: là sự phá vỡ tính bền vững của các hạt keo bằng cách đưa thêm một

chất phản ứng- gọi là chất keo tụ

• Kết bông: là sự dính kết các hạt “đã phá vỡ độ bền” thành các cục bông nhỏ,

sau đó thành cụm to hơn và lắng được Quá trình này có thể cải thiện được bằng cách thêm vào chất phản ứng gọi là tác nhân kết bông hay chất phụ gia kết bông

− Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hoá chất

− Trong đó, các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo

tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn hơn

− Người ta có thể tách chúng ra bằng các biện pháp lắng lọc hay tuyển nổi

2.1.2 Mục đích

− Lắng các hạt cặn lơ lửng có kích thước < 10-4 mm

− Tăng hiệu suất lắng của bể

− Cải thiện độ đục và màu sắc của nước

2.1.3 Nguyên tắc

‒ Làm mất tình ổn định của các hệ keo thiên nhiên

‒ Tạo ra hệ keo mới có khả năng kết hợp tạo thành những bông cặn lớn,lắng nhanh, có hoạt tính bề mặt cao, được loại bỏ bằng phương pháp lắng hoặc lọc Khái niệm về hạt keo:

‒ Keo kị nước (hydropholic): không tan, phân chia thành các hạt nhỏ, không ngậm dầu, nước

Ví dụ: các kim loại như vàng, bạc, silic…

‒ Keo ưa nước ( hydrophilic): có khả năng hấp phụcác phân tử nước.Ví dụ: vi trùng, polyme hoà tan…

Các hạt làm bẩn nước trong tự nhiên chủ yếu tạo ra hệ keo kị nước gồm các hạt mang điện tích âm, nên ta chỉ nghiên cứu keo kị nước

Cấu tạo của hạt keo : Các hạt keo có thể mang :

• Điện tích âm ( chiếm đa số: như cặn gốc silic, các tạp chất hữu cơ…)

• Điện tích dương (hydroxit sắt, hydroxit nhôm…)

Hạt keo âm ( - ) hút các cation đến gần bề mặt để trung hòa điện tích, phân bố thành 2 lớp:

• Tập hợp hai lớp trên gọi là lớp kép, thế điện động xuất hiện giữa hai lớp gọi là

2.1.4 Cơ chế vận hành

 Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông

• Quá trình nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta nhờ ion trái dấu

• Quá trình keo tụ do hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện zeta bằng 0

• Cơ chế hấp phụ - tạo cầu nối : Các polymer vô cơ hoặc hữu cơ có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo

• Quá trình keo tụ hấp phụ cùng lắng trong quá trình lắng: tác nhân keo tụ

là phèn nhôm và phèn sắt cho vào dung dịch sẽ tạo thành Al(OH)3 hoặc Fe(OH)3 và lắng xuống, kéo theo các bông keo, các cặn bẩn hữu cơ và

vô cơ, các hạt keo khác cùng lắng

 Cơ chế hấp phụ và tạo cầu nối

• Phân tán polymer

• Vận chuyển polymer đến bề mặt hạt

• Hấp thụ polymer lên bề mặt hạt Liên kết giữa các hạt polymer đã hấp phụ với nhau hoặc với các hạt khác

 Động học quá trình keo tụ tạo bông

Gồm hai quá trình chính:

• Quá trình keo tụ: dựa trên cơ chế phá bền hạt keo

• Quá trình tạo bông: tiếp xúc/ kết dính giữa các hạt keo đã bị phá bền

2.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình KTTB

• Đối với quá trình keo tụ:

Điều kiện khuấy trộn(càng nhanh càng đều càng tốt)

Nhiệt độ nước (nhiệt độ càng cao càng tốt)

pH của nước

• Đối với quá trình tạo bông:9

Điều kiện khuấy trộn( chậm, thời gian dài)

Độ đục của nước thô và nồng độ cặn đã được dính kết từ trước

‒ Khi khoảng cách giữa các vách ngăn >=0.7m thì có thể chọn dòng chảy ngang,nếu khoảng cách giữa các ngăn <0.7m thì chiều nước chảy nên theo phương thẳng đứng.

‒ Ưu điểm: đơn giản trong xây dựng, dễ lấp ráp và vận hành

‒ Nhược điểm: khối lượng xây dựng lớn do có nhiều vách ngăn, bể phải có đủ chiều cao hoặc dài để thõa mãn tổn thất áp lực trong toàn bể

‒ Nhược điểm: cần có máy móc, thiết bị cơ khí chính xác và điều kiện quản lý vận hành phức tạp nên thường dùng cho các nhà máy có công suất lớn.

2.2 Oxy hóa

Các chất bẩn trong nước thải công nghiệp chứa các chất bẫn dạng hữu cơ và vô

cơ Dạng hữu cơ bao gồm đam, mỡ đường, các chất chứa phenol, nitơ, Đó là những chất có thể bị phân huỷ bởi vi sinh có thể xử lý bằng phương pháp sinh hoá Nhưng có một số chất có những nguyên tố không thể xử lí được bằng

phương pháp sinh hoá (đó là những kim loại nặng như đòng, chì, noken, coban, sắt, mangan, crom, ) Vì vậy để xử lý những chất độc hại, người ta thường dùngphương pháp hoá học và hoá lý, đặt biệt thông dụng nhất là phương pháp oxy hoá khử

2.2.1 Oxy hóa bằng Clo và các hợp chất của Clo

Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào Khi Clo tác dụng với nước tạo thành axit hypoclorit (HOCl) có tác dụng diệt trùng mạnh Khi cho Clo vào nước, chất diệt trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng với men bên trong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt.Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau:

Cl2 + H2O -> HOCl+ HCl

HOCl < -> H+ + OCl

-‒ Hoặc có thể ở dạng phương trình phân ly:

Cl2 + H2O -> H+ + OCl- + Cl

-‒ Khi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra như sau:

Ca(OCl)2 + H2O -> CaO + 2HOCl

có thể dùng khí Clo Hypoclorit canxi có một hàm lượng Clo hoạt tính rất cao và được dùng trước hết ở vùng không có nguồn cấp khí Clo, cũng không có dung dịch hyporit natri

 Bể tiếp xúc

Thời gian tiếp xúc chủ yếu liên quan đến mục đích sử dụng, cần đạt tới 2h Điều quan trọng là trộn dung dịch chứa clo với nước xử lý nước một cách nhanh chóng và hoàn hảo

Các bể tiếp xúc cần phải sắp xếp để tránh tất cả nối tắt dòng chảy do 1 phần nước chảy qua bể quá nhanh không đủ tiếp xúc cần thiết nhỏ nhất

2.2.2 Oxy hóa bằng hydroperoxit

Hydroperoxit (H2O2) là một chất lỏng không màu và có thể trộn lẫn với nước ở bất kỳ tỉ lệ nào Được ứng dụng để oxy hóa các nitrit, andehit, phenol, xianua, chất thải chứa lưu huỳnh, thuốc nhuộm hoạt hóa Nồng độ giới hạn cho phép trong nước là 0.1 mg/l

Trong môi trường axit và kiềm, H2O2được phân hủy

2H+ + H2O2 + 2e → 2H2O

2OH- + H2O2 + 2e → H2O + 2O

2-Trong môi trường axit, H2O2 chuyển muối sắt II thành muối sắt III, HNO2

thành HNO3, CN- thành CNO- trong môi trường kiềm

Trong dung dịch loãng , quá trình oxy hóa chất hữu cơ diễn ra chậm, nên cần

có xúc tác kim loại có hóa trị thay đổi ( Fe2+,Cu2+, ) để tăng tốc độ phản ứng Nếusử dụng H2O2 một cách độc lập thì hiệu quả phân hủy các CHC rất hạn chế Hiệu quả đó tăng rất mạnh khi kết hợp H2O2 với một số tác nhân khác như: Fe2+, Fe3+, ozone hoặc bức xạ cực tím (ultraviolet -UV) Tổ hợp Fe2+/ H2O2 được gọi là tác nhân Fenton; còn Fe3+/H2O2– tác nhân tương tự Fenton Xúc tác Fe2+ có thể dùng

ở dạng muối tan (xúc tác đồng thề) hoặc ở dạng hấp phụ trên chất mang rắn (xúc tác dị thể)

2.2.3 Quá trình Fenton trong xử lý nước thải

2.2.3.1 Định nghĩa quá trình Fenton trong xử lý nươc thải

Quá trình sản xuất ngày một phát triển, kèm theo đó lượng nước thải sinh ra cùng ngày càng nhiều, nồng độ các chất ô nhiễm ngày càng gia tăng Việc ứng dụng ngày càng cao các công nghệ sản xuất mới, sử dụng các hóa chất mới có hiệu quả cao, đã làm nồng độ ô nhiễm trong nước thải phức tạp thêm, gia tăng cácchất bẩn khó xử lý đặc biệt là các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học Các phương

pháp xử lý nước thải phổ biến như hiện nay bao gồm xứ lý hóa lý, xử lý sinh

học…, có hiệu quả cao trong việc làm giảm nồng độ các chất bẩn như cặn lơ lửng,các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học Tuy nhiên đối với các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học các các công nghệ trên chưa đảm bảo được hiệu quả xử lý

Giải pháp oxy hóa các chất khó phân hủy sinh học đước tính đến Trong xử lý

nước thải, nó được đặt tên là oxy hóa bậc cao(AOPs- Advanced Oxidation

Processes) Giải pháp này đòi hỏi tạo ra một chất trung gian có hoạt tính cao, có

khả năng oxy hóa hiệu quả các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, trong xứ lý nước thải đó là các gốc hydroxyl tự do ( *OH) Trong việc áp dụng giải pháp này

(AOPs), quá trình Fenton và các quá trình kiểu Fentom( Fenton – like processes)

được cho là giải pháp có hiệu quả cao Công trình nghiên cứu này được J.H Fenton công bố vào năm 1894 trong tạp chí hội hóa học ở Mỹ Qúa trình này dùngtác nhân là tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ làm tác nhân oxy hóa, thực tế đã chứng minh hiệu quả xử lý và kinh tế của phương pháp này khá cao Nhược điểm của của nó là, việc oxy hóa có thể dẫn tới khoáng hóa hoàn toàn các chất hữu cơ thành

CO2, nước, các ion vô cơ và do vậy phải sử dụng nhiều hóa chất sau xử lý này làm

cho chi phí xử lý cao Vì vậy, trong các trường hợp chỉ nên áp dụng quá trình

Fenton để phân hủy từng phần, chuyển các chất khó phân hủy sinh học thành có

khả năng phân hủy sinh học rồi tiếp tục dùng các quá trình xử lý sinh học tiếp sau

2.2.3.2 Quá trình Fenton trong xử lý nước thải

Thông thường qui trình oxi hóa Fenton đồng thể gồm 4 giai đoạn:

 Điều chỉnh pH phù hợp: Trong các phản ứng Fenton, độ pH ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng và nồng độ Fe2+ , từ đó ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ, pH thích hợp cho quá trình là từ 2 – 4, tối ưu nhất là ở mức 2 8 Đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm giảm thiểu khó khăn khi đưa

pH về mức thấp rồi sau đó lại nâng pH lên mức trung tính để tách khử Fe,

H2O2 dư Nếu ta dùng các chất xúc tác khác như quặng sắt Goethite (a-FeOOH), cát có chứa sắt, hoặc sắt trên chất mang Fe/SiO2, Fe/TiO2, Fe/than hoạt tính,

Fe/Zeolit… thì quá trình này gọi là Fenton dị thể, pH thích hợp ở trường hợp này theo nghiên cứu cao hơn đồng thể, khoảng từ 5 – 9

 Phản ứng oxi hóa: Trong giai đoạn phản ứng oxi hóa xảy ra sự hình thành

gốc *OH hoạt tính và phản ứng oxi hóa chất hữu cơ Cơ chế hình thành gốc *OH hiện nay chưa thống nhất, theo Fenton thì sẻ có phản ứng:

Fe2+ + H2O2 —-> Fe3++ *OH + OH–.

Gốc *OH sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng oxi hóa các hợp chất hữu

cơ có trong nước cần xử lý, chuyển chất hữu cơ từ dạng cao phân thành các chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp

CHC (cao phân tử) + *HO ——> CHC(thấp phân tử) + CO2 + H2O + OH

- Trung hòa và keo tụ: Sau khi xảy ra quá trình oxi hóa cần nâng pH dung dịch lên

>7 để thực hiện kết tủa Fe3+ mới hình thành:

Fe3+ + 3OH- —–> Fe(OH)

Kết tủa Fe(OH)3 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

 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

2.2.3.3 Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước thải:

 Ứng dụng quá trình trong xử lý nước thải hiện nay ứng dụng quá trình phenton chủ

yếu xứ lý nước thải độc hại, chứa nhiều chất độc, chất hữu cơ khó phân hủy như nước rỉ rác, nước thải bề mặt nhiễm thuốc trừ sâu, nước thải dệt nhuộm

 Ứng dụng quá trình Fenton 2 bậc trong xử lý nước thải rỉ rác từ bãi chôn lấp rác

 Nước thải rỉ rác từ bãi chôn lấp rác có thành phần ô nhiễm nặng, lượng BOD, COD, Nitơ cao, ngoài ra còn nhiều chất độc hại, khó phân hủy sinh học sinh ra từ rác thải Phương pháp xử lý sinh học có thể loại trừ các thành phần hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học, nhưng không thể xử lý xử lý được lượng lớn các chất khó phân hủy sinh học Phản ứng Fenton có khả năng phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ trong các loại nước rác khó xử lý Nó có thể tiến hành ở nhiệt độ bình thường và không có yêu cầu nào về ánh sáng

Công nghệ Fenton được ứng dụng phổ biến trong các hệ thống xử lý nước rỉ rác

hiện nay

2.2.3.4 Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm:

Nước thải dệt nhuộm là loại nước thải khó xử lý, nhiệt độ cao, lượng BOD lớn, đặc biệt là COD ( lượng chất hữu cơ khó phân hủy sinh học cao) và độ màu, do sử

dụng các loại phẩm nhuộm trong quá trình sản xuất Có rất nhiều cách để xử lý nước thải dệt nhuộm ví dụ như đông tụ, keo tụ, lọc màng hay hấp phụ bằng than hoạt tính tuy nhiên trong nhiều trường, các chất độc hại, chỉ chuyển từ dạng ô nhiễm này sang dạng ô nhiễm khác, không được xử lý triệt để.

Quá trình Fenton là phương pháp oxy hóa các chất hữu cơ khó phân hủy sinh

học đã được nghiên cứu trong trường hợp này Phương pháp Fenton là một công

cụ khử màu hiệu quả Phương pháp Fenton cổ điển cho kết quả rất nhanh với khử màu, vừa phải với COD nhưng rất chậm với khử TOC và khử độc trong nước thải dệt nhuộm Hiện nay người ta đã nâng cao hiệu quả của phương pháp bằng nhiều cách: H2O2/ than đá, H2O2 và xúc tác cùng với kim loại chuyển tiếp, phương pháp Fenton có vòng chelat trung gian và Cu(II)/ axit hữu cơ/H2O2 Trong suốt quá trình xử lý bằng photo-Fenton chúng ta chỉ có thể quan sát được sự biến đổi màu chứ không nhìn thấy sự phân hủy sinh học Chúng ta có thể kết hợp giữa phương pháp oxy hóa bằng Fenton với xử lý sinh học để khử triệt để màu và COD trong nước thải công nghiệp dệt

Phương pháp Fenton có thể xử lý axit blue 74( nhóm thuốc nhuộm indigoid),

axit orange 10( hợp chất màu azo) và axit violet 19( thuốc nhuộm triarylmethane).Quá trình khử màu diễn ra trong suốt quá trình oxy hóa Chỉ với tỉ lệ khối lượng thuốc nhuộm : H2O2 là 1:0.5 mà sự khử màu có thể lên đến 96,95 và 99 đối với axit blue 74, axit orange 10 và axit violet 19 Sự loại màu thì dễ dàng hơn so với

sự khử COD

2.2.3.5 Ứng dụng quá trình Fenton xử lý nước bề mặt nhiễm thuốc trừ sâu:

Loại thuốc trừ sâu trong nước bề mặt mà Fenton có thể xử lý được chia thành 3nhóm: MCPA, mecoprop và 2,4D Một loạt các thử nghiệm đã diễn ra trong phòng thí nghiệm để xác định điều kiện tối ưu của phản ứng: liều lượng, pH và thời gian phản ứng với nước thô có nồng độ thuốc trừ sâu là 1.5 microgam/l Phương pháp Fenton đã xử lý rất thành công atrazine, 2,4- D và alachlor Điều kiện tối ưu để xảy ra phản ứng là pH = 3 và tỉ lệ thuốc trừ sâu : Fe(II) : H2O2 từ 1: 10: 10 đến 1:10:1000

Ảnh hưởng của Fenton đến chất lượng nước đã được thể hiện trên đồ thị dưới đây Ảnh hưởng của pH đối với sự chuyển hóa DOC là hoàn toàn dễ dàng ở pH=3

có 85% chuyển hóa cho đến pH=7 là 8%

Biểu đồ phần trăm phân hủy DOC ở pH = 3, 5 và 7

Tóm lại: trong quá trình xử lý bằng Fenton, tỉ lệ thuốc trừ sâu : Fe(II): H2O2 là rất quan trọng Khi tăng hàm lượng Fe(II) lên 10 lần thì sẽ làm tăng tốc độ phản ứng và kết thúc sự chuyển hóa thuốc trừ sâu chỉ trong 5 phút.

Sự chuyển hóa thuốc trừ sâu trong nước bề mặt còn phụ thuộc vào pH( pH=3

và pH=7) Ở pH=7 chuyển hóa được 16% mecoprop và 34% MCPA Sự chuyển hóa DOC cao hơn ở pH thấp, từ 50-87%

2.2.4 Oxy hóa bằng piroluzit MnO 2

Pyroluzit thường được sử dung để oxy hoá As3+ đến As5+ theo phản ứng sau :

H2AsO2 + MnO2 + H2SO4 → H2AsO4 + MnSO4 + H2O

Khi tăng nhiệt độ sẽ làm tăng mức độ oxy hoá Chế độ oxy hoá` tối ưu như sau:Lượng MnO2 tiêu tốn : MnO2 bằng 4 lần so với lượng tính toán theo lý thuyết :

độ axit của nước là 30 – 40 g/l ; nhiệt độ của nước là 70 oC - 80 oC

Quá trình oxy hoá này thường được tiến hành bằng cách lọc nước thải qua lớp vật liệu MnO2 buộc khuấy trộn nước thải với vật liệu MnO2

2.2.5 Oxy hoá bằng oxy trong không khí

Oxy hóa bằng oxy trong không khí dùng để tách Fe ra khỏi nước theo phản ứngsau: Quá trình oxy hóa được tiến hành làm thoáng bằng dàn mưa, làm thoáng cưỡng bức Khi hàm lượng sắt cao,phương pháp sục khí không cho phép loại chúng hoàn toàn , vì thế cần dùng phương pháp hóa học Chất phản ứng có thể là Clo, clorat, soda…

Ngoài chức năng là oxy trong không khí được sử dụng để tách sắt ra khỏi nước cấp, oxy còn sử dụng để oxy hoá sunfua trong nước thải của nhà máy giấy, chế biến dầu mỏ Quá trình oxy hoá hyđrosunfua thành sunfua lưu huỳnh diễn ra qua các giai đoạn thay đổi hoá trị của lưu huỳnh từ -2 đến -6

2.2.6 Ozon hóa

Oxy hóa nước bằng ozon cho phép khử màu ,vị lạ và tiệt trùng nước.Bằng phương pháp này ta có thể xử lý sản phẩm dầu mỏ, sunfuahydric, các hợp chất Asen, chất hoạt hóa bề mặt, xianua, thuốc nhuộm…

Ozon là khí màu tím nhạt, tồn tại ở tầng thượng quyển, ở nhiệt độ - 119, ozon hóa lỏng và có màu xanh đậm

Ozon rất độc, gây hại cho sức khỏe ở nồng độ 0.25mg/l, cực độc ở 1mg/l , nồng

độ tối đa cho phép trong khu vực làm việc là 0.0001 mg/m3 Trong dung dịch axit, nó có dộ bền cao, trong không khí, nó phân ly rất chậm, trong nước nó phân

ly nhanh và trong dung dịch kiềm yếu nó phân ly rất nhanh

Ozon phân hủy chất hữu cơ và tiệt trùng nhanh hơn sử dụng Clo, axit làm tăng độ hòa tan của ozon và kiềm làm giảm độ hòa tan của nó

Tác động của Ozon diễn ra theo 3 hướng khác nhau :

- Oxy hóa trực tiếp với sự tham gia của phân tử oxy

- Liên kết toàn bộ phân tử ozon với chất bị oxy hóa với sự hình thành ozonua

- Tác động xúc tác cho quá trình oxy hóa bằng oxy, có trong không khí chứa ozon

a- Ozone phản ứng trực tiếp với chất tan:

Ozone khi hòa tan vào nước sẽ tác dụng với CHC (P), tạo thành dạng oxy hóa

của chúng theo phương trình động học sau: d[P]/dt = kP [P][ O3] (5)

Nhưng phản ứng trực tiếp của ozone với CHC có tính chọn lọc, tức là ozone chỉ phản ứng với một số loại CHC nhất định Sản phẩm của các quá trình ozone hóa trưc tiếp các chất vòng thơm bằng ozone thường là các axit hữu cơ hoặc các muối của chúng

b- Ozone phản ứng với chất tan theo cơ chế gốc

Theo José L Sotelo và các đồng sự, khi tan vào nước tinh khiết, ozone sẽ phân hủy tạo thành gốc OH theo phản ứng kiểu dây chuyền Từ các phản ứng đó, sau một số

phép biến đổi, các tác giả đã thiết lập được phương trình tốc độ phân hủy ozone như sau:

d[O3] /dt = kA[O3] + kB[OH¯ ]1/2[O3]3/2 Trong đó, kA = 2 k22; kB= 2k25( k23/

k26 )1/2

Theo biểu thức trên, ở môi trường kiềm, sự phân hủy ozone tăng Thực nghiệm cho thấy, khi oxy hóa các hợp chất đa vòng thơm (PAH) chỉ bằng một mình ozone, hiệu

quả tốt khi pH = 7 – 12 Như vậy, CHC có thể bị phân hủy bởi ozone theo cả hai

cơ chế: trực tiếp và gốc Khi đó, phương trình động học chung của quá trình đó biểu diễn như sau: d[P]/dt = kd[O3][P] + kid[OH-][P]

Trong vế phải của phương trình (18), số hạng thứ nhất thể hiện mức độ phản ứng trực tiếp của ozone với CHC thông qua hệ số kd Số hạng thứ hai thể hiện mức độ phản

ứng gián tiếp của nó với CHC thông qua gốc OH- thông qua hệ số kid

sự tăng phản ứng cạnh tranh khử gốc bởi ion HO2¯

d- Tổ hợp ozone/UV

Theo Beltrán và Malato, một mình bức xạ UV không có tác dụng làm giảm COD và TOC ( Total organic compound ) của nước thải nhiễm các CHC Nhưng khi kết hợp nó với ozone hoặc H2O2 lại cho kết quả rất tốt Khi đó, trong dung dịch nước, dưới tác dụng của bức xạ UV, xảy ra phản ứng phân hủy ozone và

H2O2 tạo thành gốc OH Ngoài ra, dưới tác dụng của bức xạ UV thích hợp, các CHC thường chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích Ở trạng thái kích thích, chúng rất dễ tham gia vào các phản ứng, đặc biệt là phản ứng oxy hóa – khử Beltrán đã tổng hợp lại, kết hợp tất cả các yếu tố: ozone, UV, H2O2 Một CHC có thể bị phân hủy đồng thời theo các con đường sau: ozone hóa trực tiếp,

gốc OH-, quang hóa trực tiếp Điều đó được thể hiện bởi phương trình tốc độ phânhủy CHC (P), rP, như sau:

rP = - dCp/dt = FPFPIhp+ kPCOZCP+ kOHCOHCP

Trong đó, Ihp là cường độ bức xạ bị hấp phụ bởi dung dịch chất nghiên cứu;

FPlà phần bức xạ bị chất hấp phụ; FP là hiệu suất quang của chất; CP là nồng độ chất trong dung dịch; COZ là nồng độ ozone trong dung dịch; kP là hằng số phản ứng trực tiếp giữa ozone với chất; COH là nồng độ gốc OH- trong dung dịch; kOH làhằng số phản ứng giữa gốc OH- với chất.Trong vế bên phải của (9), hệ số thứ nhất thể hiện tốc độ phản ứng quang hóa trực tiếp CHC; hệ số thứ hai thể hiện phản ứng ozon hóa trực tiếp CHC; hệ số cuối cùng thể hiện phản ứng theo cơ chế gốc

2.2.7 Các phương pháp oxy hóa khác

-Kali permangannat , chất này tương đố đắt dùng xử lý sơ bộ để loại bỏ mangan, sắt hòa tan trong nước

- Brom có tính chất sát trùng và diệt tảo, dùng khử trùng nước bể bơi, liều lượng

dư nhỏ nhất là 1g/m3

- Axit monopersunfuric, dùng để oxy hóa các xianua trong nước, dung dịch này bền vững, được điềuchế từ nước chứa oxy và axit sunfuric

- Cloamin dùng khử trùng, diệt khuẩn chậm hơn clo nhưng hiệu quả lớn do tính

ổn định, không tạo thành haloforme, được điều chế bằng clo và amoniac Có ích trong các trường hợp như : hệ thống mạng dẫn dài với thời gian tiếp xúc lớn và nhiệt độ cao, các kênh có bao che để tránh mùi khó chịu

- Bức xạ tử ngoại : bước sóng từ 200-300 nm, sinh ra từ đèn chứa hơi thủy

ngân, ứng

2.3 Khử trùng

Nguyên tắc của khử trùng: tiêu diệt tất cả các hình thái sự sống bao gồm các tácnhân gây truyền nhiễm như nấm, vi khuẩn, virus, các dạng bào tử, hiện diện trong nước thải Khử trùng có thể thực hiện được bằng các phương pháp như dùngnhiệt, hóa chất, chiếu xạ, ozone, clo, lọc hay có thể kết hợp nhiều yếu tố trên