Nghiên cứu sử dụng các hợp chất clo để xử lý các chất hữu cơ khó oxy hóa sinh trong nước thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  DƯƠNG VĂN TUYỀN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁC HỢP CHẤT CLO ĐỂ XỬ LÝ CÁC CHẤT HỮU CƠ KHÓ OXY HÓA SINH HỌC TRONG NƯỚC THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội- 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  DƯƠNG VĂN TUYỀN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁC HỢP CHẤT CLO ĐỂ XỬ LÝ CÁC CHẤT HỮU CƠ KHÓ OXY HÓA SINH HỌC TRONG NƯỚC THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS VŨ ĐỨC THẢO Hà Nội- 2018 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy PGS TS Vũ Đức Thảo Thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ em q trình thực cơng trình nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập nghiên cứu Hà Nội, ngày 12 tháng 11 năm 2018 Học viên Dương Văn Tuyền LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nghiên cứu kết đạt luận văn hoàn toàn trung thực, tiến hành nghiên cứu Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận văn chưa cơng bố cơng trình khác Các tài liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ phần danh mục tài liệu tham khảo Hà Nội, ngày 12 tháng 11 năm 2018 Người viết cam đoan Dương Văn Tuyền MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG 10 MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỢP CHẤT CLO VÀ CÁC LOẠI NƯỚC THẢI ĐƯỢC SỬ DỤNG NGHIÊN CỨU 1.1 CÁC HỢP CHẤT CLO 1.1.1 Tính chất Cl2 1.1.1.1 Một số nghiên cứu ứng dụng Cl2 xử lý nước 1.1.2 Một số tính chất ClO2 1.1.2.1 Khái quát ClO2 1.1.2.2 Tính chất hóa học ClO2 1.1.2.3 Một số nghiên cứu ứng dụng ClO2 xử lý nước 1.1.3 Một số tính chất FeCl3 11 1.1.3.1 Một số nghiên cứu ứng dụng FeCl3 12 1.2 TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC LOẠI NƯỚC THẢI ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ NGHIÊN CỨU 16 1.2.1 Đặc trưng nước rỉ rác phương pháp xử lý .16 1.2.1.1 Đặc trưng nước rỉ rác .16 1.2.1.2 Các phương pháp xử lý nước rỉ rác 17 1.2.2 Đặc trưng nước thải dệt nhuộm phương pháp xử lý 18 1.2.2.1 Đặc trưng nước thải dệt nhuộm .18 1.2.2.2 Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 19 1.2.3 Đặc trưng nước thải sản xuất dược phẩm phương pháp xử lý 20 1.2.3.1 Đặc trưng nước thải sản xuất dược phẩm 20 1.2.3.2 Các phương pháp xử lý nước thải sản dược phẩm .21 1.2.4 Đặc trưng nước thải sản xuất cồn sinh học phương pháp xử lý 22 1.2.4.1 Đặc trưng nước thải sản xuất cồn sinh học 22 1.2.4.2 Các phương pháp xử lý nước thải sản cồn sinh học 22 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 Vật liệu nghiên cứu 26 2.1.1 Lấy mẫu nước thải 26 2.1.2 Hóa chất phân tích COD 26 2.1.3 Hóa chất thực thí nghiệm xử lý 27 2.1.4 Dụng cụ thí nghiệm 27 2.2 Phạm vi nghiên cứu 27 2.3 Phương pháp nghiên cứu 27 2.3.1 Phương pháp phân tích 27 2.3.2 Phương pháp thực nghiệm 27 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Kết thí nghiệm xử lý nước rỉ rác bãi rác Kiêu Kỵ- Gia Lâm – Hà Nội 36 3.1.1 Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng FeCl3 đến hiệu suất xử lý COD màu nước rỉ rác Kiêu Kỵ 37 3.1.2 Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng dd1 FeCl3 đến hiệu suất xử lý COD màu nước rỉ rác Kiêu Kỵ 38 3.1.3 Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng dd1 FeCl3 = 0,6g đến hiệu suất xử lý COD màu nước rỉ rác Kiêu Kỵ 40 3.2 Kết thí nghiệm xử lý đối với nước thải hóa dược 41 3.2.1 Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng FeCl3 đến hiệu suất xử lý COD màu nước thải hóa dược 42 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng dd1 FeCl3 đến hiệu suất xử lý COD màu nước thải hóa dược 43 3.3 Kết thí nghiệm xử lý đới với nước thải dệt nhuộm 45 3.3.1 Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng dd1 đến hiệu suất xử lý COD màu nước thải dệt nhuộm 46 3.3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng FeCl3 dd1 đến hiệu suất xử lý COD màu nước thải dệt nhuộm 47 3.4 Kết thí nghiệm xử lý đới với nước thải sản xuất cồn sinh học 49 3.4.1 Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng FeCl3 đến hiệu suất xử lý COD màu nước sản xuất cồn sinh học 50 3.4.2 Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng dd1 đến hiệu suất xử lý COD màu nước thải sản xuất cồn sinh học 51 3.4.3 Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng FeCl3 dd1 đến hiệu suất xử lý COD màu đối với nước sản xuất cồn sinh học 52 3.5 So sánh hiệu xử lý giữa các nguồn nước thải sử dụng nghiên cứu 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 KẾT LUẬN 55 KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 60 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT AOPs COD Advanced Oxidation Processes Chemical Oxygen Demand Các trình oxi hóa tiên tiến Nhu cầu oxy hóa học BOD Biological Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh học APIs Active pharmaceutical ingredients Các chất dược phẩm hoạt tính NOM Natural organic matter Chất hữu tự nhiên AOX Adsorbable organic halogens PVA Polyvinyl alcohol Chất kết dính PVA TSS Total suspended solids Tổng chất rắn lơ lửng MBR Membrane Bio Reactor TOC Total organic carbon Bể phản ứng sinh học kết hợp lọc màng Tổng bon hữu TCVN - QCVN - PAA Polyacrylamide Polyme PAA DOM Dissolved organic matter Chất hữu hòa tan EDC Electron donating cappacity Khả nhường electron Các chất halogen hữu có thể hấp phụ Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Các dạng khác clo nước tinh khiết 20oC [19] Hình 1.2: Phản ứng chất hữu hòa tan nước với HClO [17] Hình 1.3: Phản ứng chất hữu hòa tan nước với ClO2 [17] Hình 1.4: Sơ đồ công nghệ nhà máy xử lý nước thải cờn ethanol Dung Quất [12] 25 Hình 2.1: Sơ đờ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng liều lượng FeCl3 đến hiệu suất xử lý 33 Hình 2.2: Sơ đờ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng liều lượng dd1 đến hiệu suất xử lý 34 Hình 2.3: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng liều lượng FeCl3 dd1 đến hiệu suất xử lý 35 Hình 3.1 Hiệu suất xử lý COD màu FeCl3 nước rỉ rác Kiêu Kỵ 37 Hình 3.2 Hiệu suất xử lý COD dd1 FeCl3 nước rỉ rác Kiêu Kỵ 38 Hình 3.3 Hiệu suất xử lý màu dd1 FeCl3 nước rỉ rác Kiêu Kỵ 39 Hình 3.4 Hiệu suất xử lý COD màu dd1 FeCl3 = 0,6g/L, nước rỉ rác Kiêu Kỵ 40 Hình 3.5 Hiệu suất xử lý COD màu FeCl3 nước thải hóa dược 42 Hình 3.6 Hiệu suất xử lý COD dd1 FeCl3 nước thải hóa dược 43 Hình 3.7 Hiệu suất xử lý màu dd1 FeCl3 nước thải hóa dược 44 Hình 3.8 Hiệu suất xử lý COD màu dd1 nước thải dệt nhuôm 46 Hình 3.9 Hiệu suất xử lý COD FeCl3 dd1 nước thải dệt nhuộm 47 Hình 3.10 Hiệu suất xử lý màu FeCl3 dd1 nước thải dệt nhuộm 48 Hình 3.11 Hiệu suất xử lý COD màu FeCl3 nước thải sản xuất cồn sinh học 50 Hình 3.12 Hiệu suất xử lý COD màu dd1 nước thải sản xuất cồn sinh học 51 Hình 3.13 Hiệu suất xử lý COD FeCl3 dd1 nước thải sản xuất cồn sinh học 52 Hình 3.14 Hiệu suất xử lý màu FeCl3 dd1 nước sản xuất cồn sinh học 52 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Kết xử lý nước thải số nhà máy dệt nhuộm bằng Cl2 [14] Bảng 1.2: Các phản ứng hóa học chủ yếu Cl2 với hợp chất vô [19] Bảng 1.3: Các APIs bị oxy hóa ClO2 [15] 10 Bảng 1.4: Kết xử lý COD màu loại phèn nước thải sản xuất tiêu sọ [6] 14 Bảng 1.5:Thành phần nước rác theo độ tuổi [4] 16 Bảng 1.6: Nồng độ ô nhiễm nước thải số nhà máy dệt nhuộm Hà Nội [3] 19 Bảng 1.7: Đặc trưng nước thải dược phẩm điển hình [22] 20 Bảng 1.8:Thành phần đặc trưng nước thải sản xuất cồn sinh học từ sắn [12] 22 Bảng 2.1 Thông tin mẫu nước thải thí nghiệm 26 Bảng 2.2 Các thông số thí nghiệm khảo sát xử lý nước rỉ rác 29 Bảng 2.3 Các thông số thí nghiệm khảo sát xử lý nước thải hóa dược 30 Bảng 2.4 Các thông số thí nghiệm khảo sát xử lý nước thải dệt nhuộm 31 Bảng 2.5 Các thông số thí nghiệm khảo sát xử lý nước sản xuất cồn sinh học 32 Bảng 3.1 Kết thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng liều lượng FeCl3 dd1 đến hiệu suất xử lý màu COD nước rỉ rác Kiêu Kỵ 36 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng liều lượng FeCl3 dd1 đến hiệu suất xử lý màu COD nước thải hóa dược 41 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng liều lượng FeCl3 dd1 đến hiệu suất xử lý màu COD nước thải dệt nhuộm 45 Bảng 3.4: Kết thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng liều lượng FeCl3 dd1 đến hiệu suất xử lý màu COD nước sản xuất cồn sinh học 49 Bảng 3.5 Liều lượng hóa chất xử lý tối ưu nguồn nước thải sử dụng nghiên cứu 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Phan Đình Châu (2008), Các trình bản tổng hợp hữu cơ, NXB Khoa học kỹ thuật Hoàng Văn Huệ, Trần Đức Hạ (2002), Thoát nước tập xử lý nước thải Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Hồng Khánh (2005), Tăng cường lực bảo vệ môi trường cho số ngành công nghiệp trọng điểm Việt Nam, Viện Công nghệ Môi trường Viện Hàn Lâm khoa học cơng nghệ Việt Nam Hồng Ngọc Minh (2012), Nghiên cứu xử lý nước thải chứa chất hữu khó phân hủy sinh học phương pháp oxy hóa nâng cao, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga (2002), Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Văn Nghĩa, Nguyễn Văn Phước 2007, Nghiên cứu và triển khai công nghệ xử lý nước thải chế biến tiêu sọ.Tạp chí phát triển KH&CN, Tập 10, số 07 Phan Thanh Sơn Nam – Trần Thị Việt Hoa (2011), Giáo trình Hóa học hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia TP HCM Đặng Trấn Phòng, Trần Hiếu Nhuệ (2006), Xử lý nước cấp và nước thải dệt nhuộm Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thị Thanh Phượng, Lê Quốc Thắng (2010), Nghiên cứu xử lý nước thải cờn hệ quang hóa ozone (UV/O3) Phát triển Khoa học & Công nghệ, Tập 13, số M2- 2010 10 Nguyễn Minh Thảo (2005), Tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 11 Đào Minh Trung, Phạm Thị Tuyết San, Ngô Kim Định (2015), Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm hỗn hỗn hợp phèn nhôm và phèn sắt (III) Tạp chí khoa học công nghệ hằng hải số 41-1/2015 57 12 Vũ Công Thắng, Phạm Thị Dậu, Lê Thúy Ái (2015), nghiên cứu cải tiến hệ thống xử lý nước thải nhà máy nhiên liệu sinh học Dung Quất Tạp chí an tồn mơi trường Dầu Khí số 7/2015 13 Hồng Trọng n (2000), Hóa học hữu cơ, NXB Khoa học kỹ thuật Tài liệu tiếng Anh 14 A K M A Quader (2010), Treatment of textilewastewater with chlorine: an effective method Chemical Engineering Research Bulletin 14 (2010) 59-63 15 G Hey, , R Grabic, A Ledin, J la Cour Jansen, H.R Andersen (2012), Oxidation of pharmaceuticals by chlorine dioxide in biologically treated wastewater Chemical Engineering Journal, 185-186, 236-242 16 Howard Alliger (2011), overall view of chlorine dioxide (ClO2) Frontier pharmaceutical, Inc, 10 Ponderosa Drive, Melville, New York 11747 17 Jannist Wenk., Michael Aeschbacher., Elisabeth Salhi., Silvio Canonica., Urs von Gunten., and Michael Sander (2013), Chemical oxidation of dissolved organic matter by chlorine dioxide, chlorine, and ozone: Effects on its optical and antioxidant properties Environ.Sci.Technol., 47 (19), pp11147–11156 18 Lee Mao Rui, Zawawi Daud, Abd Aziz Abdul Latif (2012), CoagulationFlocculation In Leachate Treatment By Using Ferric Chloride And Alum As Coagulant International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA) ISSN: 2248-9622 Vol 2, Issue4, July-august 2012, pp.1929-1934 19 Marie Deborde, Urs Von Gunten (2008), Reactions of chlorine with inorganic and organic compounds during water treatment - Kinetics and mechanisms Water Research 42 (2018) 13-51 20 Monali Chirkut Likhar , Mayuresh Vinayakrao Shivramwar 2013, Removal of chemical oxygen demand (COD) and color from dye manufacturing industry by coagulation International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA) ISSN: 2248-9622, Vol 3, Issue 2, March -April 2013, pp.1116-1118 58 21 Mukesh Kumar Choudhary (2005), Landfill leachate treatment using a thermophillic membrane bioreactor Asian Institute of Technology School of Environment, Resources and Development, Thailand, 5-2015 22 Muhammad Saleem (2007), Pharmaceutical Wastewater Treatment: A Physicochemical Study Journal of Research (Science), Bahauddin Zakariya University, Multan, Pakistan Vol 18, No 23 Nitesh Parmar, Kanjan Upadhyay (2013), Treatability Study of Pharmaceutical Wastewater by Coagulation Process International Journal of ChemTech Research Coden (USA): Ijcrgg Issn : 0974-4290, Vol.5, No.5, pp 2278-2283, July-Sept 2013 24 Ann-Marie Deegan B.Sc (2011), Pharmaceuticals in industrial wastewater and their removal using photo-Fenton‘s oxidation School of Biotechnology Dublin City University Dublin Ireland 25 Rosli (2006), Development of biological treatment system for reduction of COD from textile wastewater University Technology Malaysia 26 Seval Kutlu Akal Solmaz, Askn Birgul, Gokhan Ekrem Ustunand Taner Yonar 2006, Colour and COD removal from textile effluent by coagulation and advanced oxidation processes Journal compilation Society of Dyers and Colourists, Color Technol., 122, 102–109 27 S sen, G.N Demirer (2003), Anaerobic treatment of real textile wastewater with a fluidized bed reactor Water Research 37 (2003) 1868–1878 28 Walter Z.Tang (2003), Physicochemical treatment of hazardous waster Lewis publishers 59 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Một số hình ảnh kết thí nghiệm Hình ảnh kết thí nghiệm khảo sát nước rỉ rác Kiêu Kỵ-Hà Nợi Mẫu ban đầu Hình ảnh kết thí nghiệm khảo sát dd1 = 0-5ml/l, theo thứ tự từ trái qua phải Mẫu ban đầu Hình ảnh kết thí nghiệm khảo sát FeCl3 =5ml/l, dd1 = 1-5ml/l, theo thứ tự từ trái qua phải 60 Hình ảnh kết thí nghiệm khảo sát nước thải nhà máy dược IMC-Khu công nghiệm - Quang Minh - Mê Linh - Hà Nội FeCl3=4ml/l, dd1=2ml/l Mẫu ban đầu Hình ảnh kết thí nghiệm khảo sát nước thải nhà máy dệt nhuộm Hà Đông- Khu công nghiệm Đồng Văn II – Hà Nam Mẫu ban đầu Hình ảnh kết thí nghiệm khảo sát dd1 = 05ml/l, theo thứ tự từ trái qua phải 61 Mẫu ban đầu Mẫu ban đầu Hình ảnh kết thí nghiệm khảo sát dd1 =1ml/l, FeCl3 = 1-5ml/l, theo thứ tự từ trái qua phải Hình ảnh kết thí nghiệm khảo sát dd1 =1,5ml/l, FeCl3 = 1-5ml/l, theo thứ tự từ trái qua phải 62 Hình ảnh kết thí nghiệm nước thải nhà máy sản xuất cồn nhiên liệu sinh học Ethanol Dung Quất - Quảng Ngãi FeCl3 =10ml/l dd1 =2ml/l FeCl3 =12ml/l dd1 =2ml/l 63 Ban đầu Phụ lục 2: Một số kết phân tích mẫu nước thải sau xử lý nhà máy cồn ethanol Dung Quất- Quảng Ngãi 64 65 66 67 68 69 70 71 ... tài ? ?nghiên cứu sử dụng hợp chất clo để xử lý chất hữu khó oxy hóa sinh học nước thải? ?? Hệ hợp chất clo sử dụng để thực trình nghiên cứu xử lý hợp chất hữu màu khó phân hủy sinh. .. lý số loại nước thải khó phân hủy sinh học nước rỉ rác, nước thải dệt nhuộm, nước thải hóa dược, nước thải cồn sinh học Xác định liều lượng hóa chất thích hợp trình xử lý Kết nghiên cứu. .. học để xử lý chất nhiễm nước thải Các cơng trình xử lý hố học thường kết hợp với cơng trình xử lý hóa lý, sinh học Các cơng trình thường áp dụng là: Trung hịa, khử trùng, oxy hóa nâng cao