Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao AOPs thông dụng trong xử lý nước thải tại việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ Q TRÌNH OXY HĨA BẬC CAO (AOPS ) THÔNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT NAM GVHD : ThS VÕ HỒNG THI SVTH : LÊ HOÀNG TOẠI TP.HCM, THÁNG 07 NĂM 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC KTCN TPHCM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Khoa Môi Trường Công Nghệ Sinh Học Họ tên: Lê Hồng Toại Ngành: Kỹ thuật mơi trường MSSV: 207108039 Lớp: 07 CMT Đầu đề đồ án tốt nghiệp: “Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng xử lý nước thải Việt Nam” Nhiệm vụ : - Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao thơng dụng xử lý nước thải Việt Nam - Trình bày số áp dụng trình oxy hóa bậc cao xử lý nước thải Việt Nam Ngày giao đồ án tốt nghiệp: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Họ tên người hướng dẫn Phần hướng dẫn 1/ Th.S Võ Hồng Thi Nội dung yêu cầu KLTN thông qua Bộ mơn Ngày tháng CHỦ NHIỆM BỘ MƠN PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: Nơi lưu trữ Khóa luận tốt nghiệp: năm 2010 NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH LỜI CẢM ƠN ! Lời khóa luận tốt nghiệp em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô lời cảm ơn chân thành nhất! Trong suốt thời gian học tập trường dìu dắt tận tình cuả thầy khoa môi trường công nghệ kĩ thuật thầy cô khoa khác cuả trường đại học kĩ thuật công nghệ TPHCM truyền dạy cho em kiến thức kinh nghiệm quý báo chuyên môn nhiều lĩnh vực khác Sự tận tụy, say mê, lòng nhân nhiệt thành thầy cô động lực giúp em cố gắng trao dồi thêm kiến thức vược qua khó khăn học tập Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Võ Hồng Thi tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành tốt luân văn tốt nghiệp Sau em cảm ơn gia đình tạo điều kiện thuận lợi chỗ dựa cho em suốt năm dài học tập Đồng thời em xin chân thành cảm ơn tất bạn bè gắn bó học tập giúp đỡ suốt thời gian qua , suốt trình thực đề luận văn Em xin chân thành cảm ơn! TPHCM, ngày tháng năm 2010 Sinh viên Lê Hoàng Toại DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - AOPs : trình oxy hóa bậc cao(Advanced Oxidation Process) - ANPO: q trình oxy hóa nâng cao khơng nhờ tác nhân ánh sáng (Advanced Non –Photochemical Oxidation Process ) - APO: trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng( Advanced Photochemical Oxidation Procass ) - BOD: nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) - COD: nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) - 2,4 – D: 2,4 – Diclophenoxyaxetic axit - 2,4,5 – T: 2,4,5 – Triclophenoxyaxetic axit - BTEX: benzene, Toluen, Etylbenzen, xylem - TOC: Tổng lượng cacbon hữu (Total Organic Carbon) DANH MỤC CÁC BẢNG - Bảng III.1 Quy định chất lượng nước mặt theo QCVN 08:2008/ BTNM - Baûng III.2 Phân loại q trình oxy hóa bậc cao (US EPA,1998,US EPA,2001) - Bảng III.3 Hiệu suất lượng tử trình tạo gốc Hydroxyl *OH xạ UV/khả kiến dung dịch FeIII - Bảng III.4 Kết thí nghiệm độc học phản ứng DANH MỤC CÁC HÌNH - Hình III.1 Sơ đồ phản ứng xảy trình quang Fenton - Hình III.2 Sơ đồ xử lý chung cho q trình Fenton - Hình III.3 Mơ hình hệ thống oxy hóa nhiễm hữu nước thải dệt nhuộm ozon ozon/H2O2 MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ Q TRÌNH OXY HĨA BẬC CAO (AOPs) THƠNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẠI VIỆT NAM CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1.Lý hình thành đề tài 1.2.Mục tiêu nghiên cứu 1.3.Nội dung nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Giới hạn đề tài CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1 Tổng quan nước thải 2.1.1 Nguồn gốc phân loại nước thải 2.1.1.1 Nguồn gốc 2.1.1.2 Phân loại 2.1.2 Thành phần đặc tính nước thải 2.1.3 Các tiêu chất lượng nước thải 2.1.3.1.Các tiêu vật lý 2.1.3.2.Các tiêu hóa học – sinh học 2.1.3.3.Các tiêu vi sinh vật 2.2 Tổng quan phương pháp xử lý nước thải 2.2.1 Phương pháp xử lí học 2.2.2 Phương pháp xử lí hóa – lý 2.2.3Phương pháp sinh học 2.2.4 Phương pháp xử lý hóa học 2.3 Vai trị q trình xử lý nước thải phương pháp oxy hóa bậc cao 11 CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA BẬC CAO (AOPs) 12 3.1.Sự cần thiết công nghệ cao 12 3.2.Nguyên tắc chung trình 15 3.3.Phân loại q trình oxy hóa nâng cao 16 3.4.Quá trình Fenton quang Fenton 17 3.4.1.Quá trình Fenton quang Fenton 17 3.4.1.1 Giới thiệu chung trình Fenton 17 3.4.1.2 Cơ chế trình Fenton 19 3.4.2 Qúa trình quang Fenton 22 3.4.2.1 Giới thiệu chung trình quang Fenton 22 3.4.2.2 Cơ chế trình quang Fenton 23 3.4.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến trình Fenton quang Fenton 24 3.4.4 Ứng dụng trình Fenton xử lý số loại nước thải Việt Nam 3.4.4.1 Ứng dụng trình Fenton xử lý nước thải dệt nhuộm 27 3.4.4.2 Ứng dụng trình Fenton xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp 29 3.4.4.3 Ứng trình Fenton vào xử lý nước thải thuốc trừ sâu 31 3.4.4.4 Ứng dụng phản ứng Fenton xử lý nước thải kênh rạch 31 3.5.Các q trình dựa khả oxy hóa O3 31 3.5.1.Quá trình Ozon hóa 31 3.5.1.1.Giới thiệu chung trình ozon hóa 31 3.5.1.2.Cơ chế q trình ozon hóa 32 3.5.2.Qúa trình Peroxon 33 3.5.2.1.Giới thiệu chung trình 33 3.5.2.2.Cơ chế trình 33 3.5.2.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình Ozon hóa Peroxon 34 3.5.3.Ứng dụng q trình oxy hóa Ozon Peroxon xử lý số loại nước thải Việt Nam 35 3.5.3.1 Xử lý chất ô nhiễm hữu nước thải nhuộm 35 3.5.3.2 Nghiên cứu phân hủy thuốc diệt cỏ 2,4 – D 2,4,5 - T ozon 37 3.5.3.3 Nghiên cứu xử lý phenol nước thải chế biến gỗ 39 3.6.Một số vấn đề cần lưu ý vận hành hệ thống xử lý nước thải phương pháp AOPs 40 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 42 4.1 Kết luận 42 4.2 Kiến nghị 42 Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thơng dụng xử lý nước thải Việt Nam lý thấp, tăng hàm lượng H2O2 hiệu suất khơng tăng tăng hàm lượng chất oxy hóa có phản ứng tái hợp sau: H2O2 + 2HO- = 2H2O + O2 - Tỷ lệ H2O2/Fe2+ = 20/1 tốc độ phản ứng lớn tốc độ phản ứng với tỷ lệ H2O2/Fe2+ = 10/1 - Khi chiếu UV tốc độ phản ứng khả xử lý tốt so với điều kiện khơng có UV Điều lần khẳng định ưu việt trình quang Fenton so với q trình Fenton thơng thường 3.4.4.2 Ứng dụng trình Fenton xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp Chôn lấp bước kế hoạch quản lý rác thải nhiên thời gian dài tạo chất độc hại cho môi trường Nước rỉ rác bao gồm nước mưa thấm qua lớp rác thân nước sẵn có bãi chơn lấp Nó bao gồm lượng lớn hợp chất hữu cơ, kim loại nặng muối vô Kết gây nhiễm mơi trường nghiêm trọng khơng xử lý trước thải môi trường Cho đến nay, công nghệ xử lý nước rỉ rác vấn đề nan giải nước ta Phương pháp oxy hóa sử dụng để loại trừ ảnh hưởng chất có hại hợp chất hữu độc Khi tiến hành nghiên cứu hiệu xử lý nước rỉ rác bãi rác Gò Cát lấy sau bể UASB, với mức COD nước rỉ rác nghiên cứu 905 mg/l, 750 mg/l 618mg/l với nồng độ H2O2 sử dụng 600 mg/l nồng độ Fe2+ 2000 mg/l số nhà nghiên cứu môi trường thuộc trường ĐH Bách Khoa TP HCM, kết cho thấy hiệu xử lý nước rỉ rác điều kiện đạt 50%, thực tốc độ khử COD diễn mãnh liệt thời gian ngắn ban đầu (khoảng phút ) Nhưng sau đó, hiệu xử lý COD tăng chậm theo thời gian, kết nghiên cứu độc học phản ứng cho thấy nồng độ H2O2 lúc cao ( khoảng 50% nồng độ H2O2 ban đầu) Điều có nghĩa H2O2 chưa sử dụng hiệu quả, dẫn đến chi phí xử lý lớn mà hiệu xử lý lại không cao tương ứng GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 29 SVTH: Lê Hoàng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng xử lý nước thải Việt Nam Bảng III.4 Kết thí nghiệm động học phản ứng COD vào = 905 mg/l t pH (phút) COD vào = 750 mg/l H2O2 COD HQ t mg/l mg/l XL (phút) pH COD vào = 618 mg/l H2O2 COD HQ t mg/l mg/l XL (phút) (%) pH H2O2 COD HQ mg/l mg/l XL (%) (%) 3,5 600 905 0,0 3,5 600 750 0,0 0,0 3,5 600 618 0,0 0.83 3,5 342 465 8,6 1,35 3,4 287 389 8,1 1,37 3,4 287 304 50,8 3,83 3,4 189 389 57,0 3,25 3,4 216 343 54,3 5,75 3,4 201 261 57,8 6,71 3,4 141 366 59,6 5,41 3,4 176 312 58,4 9,42 3,4 147 240 61,2 9,25 3,4 108 350 61,3 8,17 3,4 12 290 61,3 13,65 3,4 100 219 64,6 14,98 3,4 71 320 64,6 11 3,4 118 274 63,5 17,16 3,4 82 205 66,8 18,56 3,4 50 312 65,5 15,83 3,4 73 251 66,5 20 3,4 65 198 68 25,75 3, 27 297 67,2 20,06 3,4 54 244 67,5 25,2 3,4 42 198 68 29,34 3,4 16 297 67,2 24,89 3,4 37 244 67,5 29,2 3,4 32 198 68 29,75 3,4 21 244 67,5 (HQXL: Hiệu xử lý) Từ kết nghiên cứu trên, nhóm tác giả đề xuất công nghệ Fenton cải tiến để tăng hiệu xử lý nước rỉ rác Fenton cách bổ sung Fe2+ theo bậc (thay đưa hết tồn lượng Fe2+ vào mẫu từ đầu) Cụ thể sau bậc bổ sung Fe2+ vào mẫu nước thải rỉ rác, hiệu xử lý COD cải thiện rõ rệt, đạt khoảng 80% sau thời gian phản ứng ngắn (khoảng phút) Điều có ý nghĩa lớn vừa giảm chi phí cho hóa chất sử dụng (H2O2 sử dụng triệt để hơn) lại vừa giảm chi phí xây dựng bể phản ứng thời gian phản ứng rút ngắn Trong nghiên cứu khác, xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp chất thải rắn Thủy Phương (Thừa Thiên Huế) loại nước rỉ rác cũ bãi chôn lấp hoạt động từ năm 1995 Nguồn nước rỉ rác phát sinh có hàm lượng lớn chất hữu khó phân hủy sinh học (tỷ lệ BOD5/COD < 0,13), nên việc xử lý nguồn nước rỉ rác dựa vào hệ thống ao sinh học đơn chưa thể đáp ứng tiêu chuẩn xả thải Nghiên cứu cho thấy hiệu xử lý nước rỉ rác tác nhân UV – Fenton điều kiện gián đoạn xác định Ảnh hưởng yếu tố vận hành thời gian lưu, pH, nồng độ tác chất Fenton COD ban đầu đến hiệu xử lý COD màu nước rỉ rác Quá trình UV – Fenton loại bỏ đến 71% COD 90% màu nước rỉ rác pH khoảng với nồng độ H2O2 = GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 30 SVTH: Lê Hoàng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thơng dụng xử lý nước thải Việt Nam 125 mg/l, nồng độ Fe2+ = 50 mg/l sau thời gian Ngoài ra, khả phân hủy sinh học nước thải sau trình xử lý tăng lên đáng kể, tỉ lệ BOD5/COD tăng từ 0,15 đến 0,46 Như vậy, thấy q trình quang Fenton khơng làm giảm COD mà cịn góp phần tăng khả xử lý sinh học nước thải sau Fenton, góp phần cải thiện hiệu xử lý chung sau cơng đoạn 3.4.4.3 Ứng q trình Fenton vào xử lý nước thải thuốc trừ sâu Trung tâm công nghệ hóa học mơi trường ( Liên hiệp Hội khoa học kỹ thuật Việt Nam) nghiên cứu áp dụng thành công công nghệ ECHEMTECH xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu Công ty thuốc trừ sâu Sài Gịn Nhờ áp dụng q trình Fenton vào xử lý nước thải kết hợp với phương pháp sinh học, hiệu phân hủy loại thuốc bảo vệ thực vật thuốc trừ sâu, trừ cỏ, gốc clo hữu cơ, photpho hữu đạt 97-99% Hệ thống xử lý nước thải Công ty thuốc trừ sâu Sài Gòn hoạt động ổn định từ năm 2001 đến 3.4.4.4.Ứng dụng phản ứng Fenton xử lý nước thải kênh rạch Hiện tượng nước kênh rạch bị ô nhiễm nặng ảnh hưởng tới sinh hoạt môi trường sống người dân nỗi xúc từ lâu, đặc biệt gần phát nước sông Tô Lịch nguyên nhân làm rau ăn Thanh Trì bị nhiễm độc Trước tình hình đó, Viện di truyền Nơng nghiệp Việt Nam nghiên cứu hoạt chất C1, C2 với tác nhân Fenton để làm nước khử mùi hôi nước C1 loại bột hòa lẫn nước khiến pH tăng tất kim loại nặng hòa tan chuyển sang kết tủa C2 giúp lắng nhanh chất kết tủa lơ lửng Cuối cùng, tác nhân Fenton sử dụng làm nước thêm mùi, đảm bảo cung cấp cho tưới tiêu sinh hoạt 3.5.Các trình dựa khả oxy hóa O3 3.5.1.Q trình oxy hóa Ozon 3.5.1.1.Giới thiệu chung trình Ozon Ozon chất oxy hóa có hoạt tính cao độ hòa tan nước lớn gấp 10 lần O2 Nó bền mơi trường axit so với mơi trường bazơ Phương pháp thường sử dụng để xử lý nước thải có chứa chất hữu dạng hòa tan dạng GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 31 SVTH: Lê Hoàng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thơng dụng xử lý nước thải Việt Nam keo nhờ khả oxy hóa cao, dễ dàng nhường oxy nguyên tử hoạt tính cho chất hữu Ozon cịn sử dụng để làm nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu mỏ, hydrosunfua, hợp chất asen, chất hoạt động bề mặt, xyanua, phẩm nhuộm, tiêu diệt vi khuẩn Độ hòa tan ozon nước phụ thuộc vào độ pH hàm lượng chất tan nước thải Với mơi trường axit có muối trung tính làm tăng độ hòa tan ozon, ngược lại, mơi trường kiềm làm giảm độ hịa tan ozon 3.5.1.2.Cơ chế q trình Ozon hóa Ozon tác dụng với hợp chất hữu tan nước chủ yếu theo hai chế sau: Cơ chế 1: Ozon phản ứng trực tiếp với chất hữu Ozon hòa tan vào nước tác dụng với hợp chất hữu cơ, tạo thành dạng oxy hóa chúng Nhưng phản ứng trực tiếp ozon với hợp chất hữu có tính chọn lọc, tức ozon phản ứng với số loại hợp chất hữu định Sản phẩm trình ozon hóa trưc tiếp chất vịng thơm ozon thường axit hữu muối chúng Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy chế xảy tương đối chậm chiếm ưu khoảng pH thấp Cơ chế 2: Ozon phản ứng với chất thông qua gốc tự Khi sục O3 vào nước, chất oxy hóa thứ cấp gốc tự *OH hình thành có mặt gốc tự giúp hiệu oxy hóa nâng cao Hoigné cộng (1977) nhận thấy, điều kiện axit, đường oxy hóa trực tiếp phân tử ozon chủ yếu, đó, điều kiện pH cao, điều kiện có tác nhân khác H2O2, UV, chất xúc tác, tạo điều kiện thuận lợi cho q trình tạo gốc *OH, đường oxy hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl chủ yếu hiệu oxy hóa nâng cao Do đó, thay sử dụng ozon mình, nhiều cơng trình nghiên cứu theo hướng tìm kiếm tác nhân phối hợp với ozon chất xúc tác nhằm tạo gốc *OH để nâng cao hiệu oxy hóa ozon cần xử lý hợp chất bền vững, khó phân hủy nước thải Đó q trình oxy hóa nâng cao sở ozon GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 32 SVTH: Lê Hoàng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng xử lý nước thải Việt Nam 3.5.2.Qúa trình Peroxon 3.5.2.1.Giới thiệu chung q trình Peroxon Q trình oxi hóa ozon với có mặt hydrogen peroxit (O3/H2O2) gọi trình Peroxon Perozon Sự khác trình ozon peroxon chỗ, trình ozon thực oxi hóa chất nhiễm chủ yếu trực tiếp phân tử ozon nước q trình Peroxon thực oxi hóa chất ô nhiễm chủ yếu gián tiếp thông qua gốc hydroxyl tạo từ ozon Khi ozon hóa để thực q trình oxi hóa, lượng ozon khơng hịa tan hết,cịn dư dạng khí, đó, q trình Peroxon, có mặt hydroxygen peroxit gia tăng đáng kể trình tiêu thụ phân hủy ozon làm cho chuyển ozon từ pha khí sang pha lỏng tăng cường Vì q trình oxi hóa thơng qua gốc hydroxyl hiệu q trình oxi hóa trực tiếp phân tử ozon nên trình peroxon sử dụng phổ biến phát triển mạnh nhiều năm gần để xử lý chất hữu khó bị oxi hóa nước uống nước thải Đối với nước uống,quá trình Peroxon áp dụng để xử lý chất gây mùi,vị khó chịu geosmin, 2-metyliosbocneol (MIB), hợp chất hữu chứa clo, đồng thời sử dụng tác nhân khử trùng mạnh, tiêu diệt loại vi khuẩn loại bền vững với clo Giardia Cryptosporidium Đối với nước thải, trình Peroxon sử dụng để xử lý chất mang màu chất hữu chứa halogen tricoetylen (TCE), perloetylen (PCE), diclopropen (DCPE), Clopentan (CPA), dicloetan(DCA)…, hợp chất phenol, alcohol axit dây ngắn đến mức độ khống hóa định Tuy vậy, q trình Peroxon thường dừng lại mức độ phân hủy đó, nhằm chuyển hóa chất hữu khó phân hủy sinh học thành chất hữu có khả dễ bị phân hủy sinh học, cải thiện tỷ số BOD/COD nước thải theo chiều thuận lợi để thực trình xử lý sinh học tiếp sau 3.5.2.2.Cơ chế trình Perozon Cơ chế phản ứng tạo gốc OH từ hệ O3/H2O2 Sự có mặt H2O2 xem làm tc dụng khơi mào cho phân hủy O3 thông qua ion hydroperoxit HO2-, mơ tả phương trình (1), (2) : GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 33 SVTH: Lê Hồng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thơng dụng xử lý nước thải Việt Nam H2O2 ó HO2- + H+ HO2- + O3 * (1) O3- + *HO2 (2) Các phản ứng tạo thành gốc hydroxyl *OH xảy sau : - Tạo gốc *OH từ O3- : * O3- + H+ * * HO3 * OH HO3 (3) + O2 (4) - Tạo gốc *OH từ *HO2 : * HO2 ó O2- + O3 * * HO3 (5) O3 - (6) O3- + H+ * H+ + *O2à * OH * * + O2 HO3 (7) + O2 (8) Tổng hợp phương trình viết lại dạng sau,đặc trưng cho trình Peroxon O3/H2O2 : H2O2 + O3 2*OH + O2 (9) 3.5.3.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến trình Ảnh hưởng ion vơ Một số ion vơ thường có nước ngầm nước thải làm giảm hiệu cùa trình Peroxon chúng tìm diệt gốc *OH vừa tạo ra, giống ảnh hưởng chúng trình Fenton khảo sát Những phản ứng làm gốc hydroxyl số anion tìm diệt gốc hydroxyl đặc trưng sau: OH + CO32- → *CO3 + HO- * OH + HCO-3→ *HCO3 + OH- * * OH + Cl- → *ClOH- Khi tăng pH, cân bicacbonat-cacbonat chuyển dịch theo hướng tạo thành cacbonat gây bất lợi cho phản ứng oxy hóa nâng cao Trong đó, cacbonic axit lại khơng có tác dụng tóm bắt gốc hydroxyl, trường hợp độ kiềm cao, cách chỉnh pH sang môi trường axit để chuyển cân cacbonat-bicacbonat từ cacbonat(chất tìm diệt gốc hydroxyl) sang cacbonic axit (khơng phải chất tìm diệt gốc hydroxyl), loại bỏ tác dụng kìm hãm tốc độ phản ứng ion cacbonat ion bicacbonat GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 34 SVTH: Lê Hoàng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thơng dụng xử lý nước thải Việt Nam Nói chung, ion clorua, cacbonat bicacbonat thường có ảnh hưởng kìm hãm tốc độ phản ứng nhiều , ion sulfat, phosphat hay nitrat thường ảnh hưởng mức độ thấp Độ pH độ kiềm Hydrogen peroxit thân phản ứng chậm với ozon, sản phẩm phân hủy hydrogen peroxit theo phương trình (1) ion HO2- lại phản ứng mạnh với ozon theo phương trình (2) Vì vậy, mơi trường pH cao thuận lợi cho phản ứng (2) xảy ra, làm tăng tốc độ q trình phân hủy ozon tạo gốc *OH Nếu tăng pH lên đơn vị, tăng tốc độ tạo thành gốc *OH lên 10 lần [Meijers, R.T, 1998] Trị số pH tối ưu trình Peroxon thường nằm khoảng 7-8 Độ kiềm thông số quan trọng trình Peroxone O3/H2O2 nước nước thải chứa độ kiềm bicacbonat cacbonat, cần phải loại bỏ chúng trước tiến hành phản ứng Peroxone O3/H2O2 thực mơi trường pH cao, cân cacbonat-bicacbonat nhanh chóng chuyển sang tạo cacbonat chất tìm diệt gốc *OH Tỷ lệ H2O2/O3 Phương trình ( 9) cho thấy mol H2O2 tác dụng với mol O3 tạo hai gốc tự * OH Theo nhiều tác giả [ Glaze,W.H(1989); Meijers,R.T(1985)] tỷ lệ tối ưu H2O2/O3 0.5mol H2O2 cho mol O3 Tuy nhiên, nhu cầu H2O2 tùy thuộc vào có mặt chất tìm diệt gốc *OH hệ Chẳng hạn, có mặt HCO3 nhu cầu H2O2 tăng lên tỷ lệ với nồng độ HCO 3-, đó, tỷ lệ mol H2O2/O3 khơng cịn 0,5 Mặt khác, cần lưu ý cho H2O2 dư so với tỷ lệ có tác dụng ngược lại, làm giảm hiệu trình O3/H2O2 H2O2 có tác dụng chất tìm diệt gốc *OH theo phản ứng (4) khảo sát phần phản ứng Fenton Nói chung, tỷ lệ H2O2/O3 tối ưu tốc độ phản ứng tạo gốc hydroxyl cực đại xác định vào trường hợp cụ thể 3.5.3.Ứng dụng trình oxy hóa Ozon Peroxon xử lý số loại nước thải Việt Nam 3.5.3.1 Xử lý chất ô nhiễm hữu nước thải nhuộm GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 35 SVTH: Lê Hoàng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng xử lý nước thải Việt Nam Hàm lượng chất ô nhiễm hữu nước thải nhuộm tính theo số COD thường đạt giá trị từ 1500 – 2000 mg/l cao gấp 15 đến 20 lần so với tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5945 – 2005) Trong nước thải nhuộm thường có mặt hợp chất hữu chứa vịng benzen, nhóm phức mang màu, Các nhóm hữu có cấu trúc bền vững khó phân hủy Sự có mặt hợp chất nước thải gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, đến động thực vật thủy sinh tác nhân gây ung thư cho người Ozon Peroxon(O3/H2O2) tác nhân có khả oxy hóa cao, điều kiện thích hợp phân hủy triệt để chất hữu bền vững Phương pháp cho hiệu xử lý cao, nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải đặc biệt không tạo sản phẩm phụ sau trình xử lý O3 Nước thải dệt nhuộm O3 A O3 B O3 C O3dư D Máy sinh ozon(0,4g/h) Dung dịch Kl Hình III.3 Mơ hình hệ thống oxy hóa nhiễm hữu nước thải dệt nhuộm ozon ozon/H2O2 Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành với mẫu nước thải thuộc công đoạn nhuộm công ty Dệt Minh Khai, tiến hành Nguyễn Thị Hà, Nguyễn Thị Phương Thảo thuộc ĐH Khoa Học Tự Nhiên, ĐH QG Hà Nội Viện Khoa Học GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 36 SVTH: Lê Hoàng Toại Tổng quan số trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thơng dụng xử lý nước thải Việt Nam Công Nghệ Việt Nam.Lượng nước thải thường khơng ổn định, tính trung bình khoảng 2m3/ ngày với hai loại màu: hỗn hợp màu đỏ hỗn hơp màu xanh, đỏ, vàng, tím Kết nghiên trình xử lý nước thải dệt nhuộm cho thấy, thử nghiệm tác nhân xử lý O3 đơn thuần, giai đoạn đầu trình oxy hóa, liều lượng ozon tăng thúc đẩy q trình oxy hóa Với tỉ lệ O3/ COD > hiệu oxy hóa chất nhiễm hữu đạt cao (khoảng 70 – 80% tương ứng với nước thải hỗn hợp màu đỏ xanh, đỏ, vàng, tím) Kết cho thấy, sau sục ozon ( tương ứng lượng ozon khoảng 1.52g ) giá trị COD đầu chưa đạt mức tiêu chuẩn cho phép (TCCP) xả thải (80mg/l – TCVN 5945 – 2005, loại B) nước thải màu đỏ có COD đầu vào khoảng 1000mg/L Tuy nhiên với hỗn hợp nước thải màu xanh, đỏ, vàng, tím, kết tương ứng đạt tiêu chuẩn cho phép Sau hiệu oxy hóa gần khơng đổi tiếp tục sục ozon Điều chất hữu sản phẩm q trình oxi hóa (bẻ gãy mạch) phẩm nhuộm chất bền vững không bị phân hủy ozon nên việc tăng ozon không làm thay đổi thêm giá trị COD nước Cũng thử nghiệm trên, có mặt đồng thời O3 H2O2 (Peroxon) q trình oxi hóa tăng lên rõ rệt, hàm lượng chất hữu giảm đáng kể (COD giảm 72%) Tỉ lệ tối ưu ozon/H2O2 = 3/1 Tỉ lệ H2O2/CODvào = 1/1 cho kết oxy hóa hợp chất hữu cao Ngoài ra, đo độ hấp thu quang phổ vùng tử ngoại để khảo sát khả oxy hóa chất hữu khơng màu nước thải thấy có thay đổi đáng kể độ hấp thu cực đại bước sóng 255 nm Việc hấp thụ đỉnh hấp thụ cực đại (bước sóng 225 nm) sau q trình oxy hóa (từ 3,8 xuống khoảng 2) cho thấy hàm lượng chất nhiễm hữu khơng có màu (có đỉnh hấp thu đặc trưng vùng tử ngoại) giảm (bị phân hủy) 3.5.3.2 Nghiên cứu phân hủy thuốc diệt cỏ 2,4 – D 2,4,5 - T ozon Thuốc trừ sâu, diệt cỏ điều chế sử dụng từ lâu để phục vụ sản xuất với liều lượng hợp lý chúng có tác dụng trừ sâu diệt cỏ kích thích sinh trưởng, liều lượng cao chúng hủy diệt trồng gây nhiễm mơi trường Có nhiều loại GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 37 SVTH: Lê Hoàng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng xử lý nước thải Việt Nam thuốc trừ sâu diệt cỏ khác nhau, điển hình độ bền thiên nhiên độ độc hại cao là: axit 2,4 - D 2,4,5 – T chúng thành phần có chất độc màu da cam Hiện nay, loại chất độc tồn số nơi hậu mà đế quốc Mỹ sử dụng chúng để diệt miền Nam Việt Nam chiến tranh xâm lược Việt Nam, chúng gây ô nhiễm môi trường nước, đât canh tác, mối đe họa lâu dài môi trường sinh thái Các chất độc này, tồn đất, nước mặt, nước ngầm lâu, tính bền vững sinh học tác nhân phân hủy khác Mặt khác, phân hủy quang, oxy hóa phương pháp xử lý khơng hồn tồn khác, cịn sinh dẫn xuất phenol số chất khác có tính độc cao Kết nghiên cứu cho thấy sau sục O3 vào nước thải có chứa hai loại thuốc diệt cỏ trên sau thời gian 60 phút, hiệu loại bỏ lên tới 88% (với 2,4 – D) 80% (với 2,4,5 – T) Như vậy, ozon tiếp xúc với 2,4 - 2,4,5 – T xảy ozon hóa chúng tạo sản phẩm trung gian Kết nghiên cứu ảnh hưởng pH đến khả phân hủy 2,4 - D (0.10 mmol/l 2,4,5 – T 0.04 mmol/l) với thời gian phân hủy 40 phút nhiệt độ phịng cho thấy mơi trường dung dịch ảnh hưởng đến q trình phân hủy, mơi trường trung tính mơi trường thuận lợi để phân hủy 2,4 - D 2,4,5 – T ozon, mơi trường có độ axit kiềm cao có độ phân hủy Theo kết phân hủy 2,4 – D 2,4,5 – T diễn thuận lợi điều kiện pH thực tế – Kết nghiên cứu nhiệt độ có khả phân hủy 2,4 – D (0.10 mmol/l ) 2.4.5 – T (0,04 mmol/l), thời gian phân hủy 40 phút pH = 6.5 lại cho thấy khoảng nhiệt độ thích hợp để phân hủy 2,4-D 2,4,5-T từ 35-550C nhiệt độ tốt Kết thực nghiệm giải thích tăng nhiệt độ dung dịch tốc độ phản ứng tăng lên làm hiệu suất trình xử lý,nhiệt độ tăng cao 550 C nồng độ dung dịch giảm ,làm tăng hiệu suất xử lý.Tuy nhiên,sự thay đổi nhiệt độ làm thay đổi hiệu xử lý.Vì vậy,trong thực tế tiến hành phân hủy GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 38 SVTH: Lê Hoàng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thơng dụng xử lý nước thải Việt Nam chúng nhiệt độ thường để tốn kinh phí,q trình chuẩn bị không cồng kềnh phức tạp Trên sở kết nghiên cứu, thử nghiệm xử lý nước nhiễm 2,4 - D 2,4,5 – T phương pháp Ozon hóa Kết xử lý mẫu nước mặt (ao, hồ) chứa 0,05 mmol/l 2,4–D 0,04 2,4,5–T Ozon cho thấy sau 60 phút, COD BOD nước giảm tương ứng 87% 88% Đặc biệt phương pháp giúp xử lý nước thải triệt để, nồng độ COD thấp (20mg/l) mà xử lý phương pháp khác khơng có hiệu 3.5.3.3 Nghiên cứu xử lý phenol nước thải chế biến gỗ Phenol ứng dụng rộng rãi nghành cơng nghiệp: hóa chất, y học, chế biến sản xuất ván ép lượng lớn đáng kể phenol thải ngồi nước thải nghành cơng nghiệp Do đó, vấn đề đánh giá khả oxy hóa phenol nước Ozon đặt Tiến hành nghiên cứu xử lý phenol nước thải xí nghiệp ván ép nhân tạo Việt Trì – Phú Thọ Mẫu nước thải đặc trưng có hàm lượng cao (chủ yếu công đoạn ép ván với công suất 200m3/ngày) Ở cơng đoạn ép ván nước thải có thành phần phức tạp bao gồm: lingin, keo P-F, phèn chua, paraphin, phenol Mẫu nước thải xử lý sơ keo tụ tạo nhằm loại bỏ chất rắn lơ lửng giảm phần COD Kết cho thấy sau xử lý sơ bộ, giá trị pH đạt mức cho phép xả thải, nhiên hàm lượng phenol giảm khoảng 20% cao 300 lần hàm lượng cho phép xả thải bước xử lý oxy hóa với ozon cần thiết Sau nghiên cứu khả oxy hóa phenol ozon tiến hành mẫu xử lý sơ pha loãng Kết khảo sát cho thấy pH có ảnh hưởng đáng kể đến q trình oxy hóa phenol ozon Hàm lượng phenol nước thải sau xử lý giảm từ 13,7 mg/l pH = xuống 1,48; 0,486 0,325 mg/l giá trị pH tương ứng 7,8 Có thể thấy hiệu xử lý cao cách rõ rệt trong môi trường trung tính kiềm yếu (pH = - 9) GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 39 SVTH: Lê Hoàng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng xử lý nước thải Việt Nam Ngoài ra, thời gian sục ozon tăng lên có nghĩa tăng lượng ozon tham gia vào phản ứng oxi hóa phenol hiệu suất xử lý tăng lên đáng kể : 61% lên 99% tương ứng với thời gian sục 20 60 phút Khi nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến khả oxy hóa O3 Kết cho thấy nhiệt độ tăng giảm khả oxi hóa phenol ozon Hàm lượng ozon sau xử lý tăng từ 0,103 lên 1,2 12,7 mg/l tương ứng với nhiệt độ tăng từ 10, 20 30oC Tương tự ảnh hưởng tới thời gian sục ozon, hàm lượng ozon tỷ lệ thuận với hiệu xử lý phenol hay nói cách khác với hàm lượng ozon lớn lượng phenol cịn lại nước thải nhỏ Tuy nhiên tính đến chi phí hiệu hàm lượng ozon tối ưu cho trình xử lý nằm khoảng 0,5-0,75g/l 3.6 Một số vấn đề cần lưu ý áp dụng phương pháp xử lý nước thải q trình oxy hóa bậc cao (AOPs) - Để có kết mong muốn với chi phí thấp phương pháp AOPs, tiến hành phản ứng oxy hóa phải chọn loại chất oxy hóa liều lượng cho vào nước phải phù hợp không tạo chất khó khơng thể phân hủy thay đổi cấu trúc hợp chất gốc, tăng tính độc hại - Các q trình oxi hóa nâng cao nói chung khơng thể áp dụng cách đơn độc để xử lí nước thải địi hỏi chi phí hóa chất lượng định, dẫn đến chi phí chung cho q trình xử lí tăng cao q trình hóa học xảy nhanh, thực hệ thống thiết bị nhỏ,gọn Hơn nữa, cơng nghệ xử lí nước thải truyền thống dựa vào trình phân hủy sinh học(hiếu khí yếm khí), q trình hóa học (kết tủa tác nhân hóa học axit hay kiềm), q trình vật lí (lắng, lọc ), q trình hóa lý (keo tụ,tuyển nổi,hấp phụ than hoạt tính), tỏ có khả xử lí chất ô nhiễm với mức độ cần thiết chi phí vận hành hợp lí, tích lũy nhiều kinh nghiệm có nhiều cải tiến qua thời gian dài - Vì vậy, giải pháp cơng nghệ coi tối ưu xử lí nước nước thải kết hợp tích hợp cơng nghệ truyền thống với công nghệ cao dựa trình oxi hóa nâng cao, tạo nên cơng nghệ tích hợp (Integrated GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 40 SVTH: Lê Hồng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thơng dụng xử lý nước thải Việt Nam Technologies) tối ưu.Vai trò vị trí q trình oxi hóa nâng cao cơng nghệ tích hợp định chiến lược kinh nghiệm nhà cơng nghệ,chứ khơng có cơng nghệ tích hợp tiêu chuẩn vạn để xử lí cho loại nước thải để thực GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 41 SVTH: Lê Hoàng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng xử lý nước thải Việt Nam Chương IV Kết Luận Kiến Nghị 4.1 Kết Luận Một số vấn đề mà đề tài thực khuôn khổ thời gian bao gồm: - Các q trình oxy hóa bậc cao phương pháp xử lý hiệu chất hữu độc hại bền vững, khó phân hủy thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc nhuộm, diện nước thải mà phương pháp xử lý nước thải truyền thống như: phương pháp học, phương pháp hóa lý, phương pháp sinh học xử lý đạt hiệu mong muốn - Đã tổng quan q trình oxy hóa bậc cao thông dụng áp dụng việc xử lý nước thải Việt Nam Fenton, quang Fenton, q trình ozon hóa, q trình Peroxon (H2O2) - Ở trình đề tài hệ thống hóa đầy đủ chế hoạt động trình, yếu tố ảnh hưởng đến trình số ứng dụng trình việc xử lý nước thải đạt hiệu Việt Nam 4.2 Kiến nghị - Cần mở rộng khả áp dụng q trình oxy hóa bậc cao để xử lý nhiều loại nước thải chứa chất khó phân hủy - Nghiên cứu cải tiến trình quang Fenton dùng đèn UV quang Fenton dùng ánh sáng mặt trời nhằm nâng cao hiệu xử lý, để tận dụng tốt điều kiện khí hậu nhiều nắng Việt Nam GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 42 SVTH: Lê Hoàng Toại Tài Liêu Kham Thảo Sách Các q trình oxi hóa bậc cao xử lý nước nước thải GS TSKH Trần Mạnh Trí(Trung Tâm Cơng Nghệ Hóa Học Mơi Trường), TS Trần Mạnh Trung (Công ty phát triển công nghệ môi trường Á Đông) Nghiên cứu xử lý phenol nước thải chế biến gỗ phương pháp oxi hóa cấp tiến sử dụng tác nhân Ozon Nguyễn Thị Hà(Khoa Môi Trường – Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội), Đỗ Quốc Chân(Trung tâm Công Nghệ xử lý Mơi Trường – Bộ tư lệnh Hóa học), Trần Hữu Long (Bộ môn Môi Trường – ĐH Hàng Hải) Nghiên cứu sử dụng Ozon để phân hủy thuốc diệt cỏ 2,4 – diclophenoxy axetic axit 2,4,5 – Triclophenoxyaxetic Trần Trọng Thuyền, Trần Văn Chung, Trần Hải Sơn(Viện Hóa học – Vật liệu), Nguyễn Văn Đạt (Phân viện CNM BVMT) Phương pháp oxy hóa chất nhiễm hưu nước thải dệt nhuộm ozon ozon/H2O2 Nguyễn Thị Hà(Khoa Môi trường – ĐH Khoa Học Tự Nhiên – ĐH Quốc Gia Hà Nội), Nguyễn Thị Phương Thảo, Trần Ngọc Phú, Phùng Đức Hòa(Viện Công nghệ Môi trường, Viện khoa học Công nghệ Việt Nam) Nghiên cứu nâng cao hiệu xử lý COD khó phân hủy sinh học nước rỉ rác phản ứng Fenton Nguyễn Văn Phước, Võ Chí Cường(Trường ĐH Bách Khoa,ĐHQG – TP.HCM) Xử lý nước rỉ rác tác nhân UV – Fenton thiết bị gián đoạn củaTrương Quý Tùng, Lê Văn Tuấn, Nguyễn Thị Khánh Tuyền, Phạm Khắc Liệu(Trường ĐH Khoa Học, Đại Học Huế) ... ? ?Tổng quan số trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thơng dụng xử lý nước thải Việt Nam? ?? Nhiệm vụ : - Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao thông dụng xử lý nước thải Việt Nam - Trình bày số áp dụng q trình. .. bậc cao (AOPS) thông dụng xử lý nước thải Việt Nam Việt Nam? ?? đời với mong muốn bổ sung hoàn chỉnh sở lý thuyết có liên quan số phương pháp oxy hóa bậc cao áp dụng rộng rãi để xử lý nước thải Việt. .. sở lý thuyết số nghiên cứu có số q trình oxy hóa bậc cao thường áp dụng Việt Nam GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hồng Toại Tổng quan số q trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thơng dụng xử lý nước thải