BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG & CNSH
o0o

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CÁC CHẤT HỮU CƠ
KHÓ PHÂN HỦY TRONG NƯỚC THẢI GIẤY
BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON
TRUYỀN THỐNG VÀ FENTON CẢI TIẾN
Ngành : MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Giảng viên hướng dẫn : Th.S VŨ HẢI YẾN
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN MINH HOÀNG
MSSV: 0851080027 Lớp: 08DMT01

TP. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2012

TP. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2012
BM05/QT04/ĐT
Khoa: Môi trường & CNSH

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Phiếu này được dán ở trang đầu tiên của quyển báo cáo ĐATN)

1. Họ và tên sinh viên được giao đề tài: NGUYỄN MINH HOÀNG
MSSV : 0851080027 Lớp: 08DMT01
Ngành : Môi Trường
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Môi Trường
2. Tê n đề tài :
Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải Giấy bằng phương
pháp Fenton truyền thống và Fenton cải tiến
3. Các dữ liệu ban đầu :
- Báo cáo nghiên cứu xử lý nước thải giấy.
- Phương pháp nghiên cứu quá trình Fenton
- Các bài báo và tạp chí về oxy hóa nâng cáo AOPs.
4. Các yêu cầu chủ yếu :
- Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu quá trình oxy hóa bậc cao.
- Xác định điều kiện tối ưu xử lý nước thải giấy theo phương pháp Fenton truyền
thống và cải tiến.
5. Kết quả:
- Thành lập được báo cáo nghiên cứu.
- Thành lập được quy trình tối ưu trong việc xử lý nước thải giấy.
Ngày giao đề tài: 02/ 05 / 2012 Ngày nộp báo cáo: 21/ 07 / 2012 Chủ nhiệm ngành

trong đồ án tốt nghiệp là trung thực, và chính xác. Nếu có bất kỳ
sự gian lận nào thì em sẽ chịu toàn bộ trách nhiệm trước nhà
trường về lời cam đoan của mì nh.

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Hoàng
BM05/QT04/ĐT
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quãng thời gian học tập tại trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ, dưới
sự dẫn dắt của quý thầy cô trong Khoa Môi Trường - Công Nghệ Sinh Học và các Khoa
khác đã truyền đạt và bồi dưỡng cho em những kiến thức, phương pháp học tập và nghiên
cứu chuyên môn cũng như trong những lĩnh vực khác. Chính sự tận tụy và lòng nhiệt
huyết của quý thầy cô, là nguồn động lực giúp em cố gắng trau dồi thêm kiến thức và
vượt qua những khó khăn trong học tập.
Đặc biệt, hơn 2 tháng vừa qua em được sự cho phép của Khoa Môi Trư ờng - Công
Nghệ Sinh Học cho em nghiên cứu tại Phòng Thí Nghiệm của Tr ường, nay em học hỏi và
đúc kết nhiều kinh nghiệm nghiên cứu trong Phòng Thí Nghiệm và em đã hoàn thành Đồ
án cách tốt đẹp.
Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc của mình tới quý thầy cô trong Khoa Môi
Tr ường - Công Nghệ Sinh Học và các Khoa khác đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức và tạo
mọi điều kiện tốt nhất để giúp em hoàn thành khoá học.
Em xin kính gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Vũ Hải Yến, đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ em hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp này.
Thay cho lời kết em xin cảm ơn gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về vật chất

1.2
Cơ sở lý thuyết quá trình Fenton 17
1.2.1
17
1.2.2 Quá trình Fenton dị thể 20
1.2.3 Quá trình quang Fenton Error! Bookmark not defined.
1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton 24
1.2.5 Những ưu điểm của quá trình Fenton 26
1.2.6 Ứng dụng của phương pháp Fenton 27
CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH FENTON
TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 28
2.1
28
2.1.1 Ứng dụng của Fenton trong xử lý màu nước thải Giấy 28
2.1.2 Ứng dụng Fenton trong quá trình xử lý nước rác của bãi chôn lấp 32
2.2
38
39
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH FENTON 41
3.1 Nguyên vật liệu nghiên cứu 41
3.1.1 Nước thải Giấy 41
3.1.2 Dụng cụ và hóa chất 42
3.2 Phương pháp nghiên cứu 43
3.2.1 Mô hình nghiên cứu 43
3.2.2 Phương pháp thực nghiệm 43
3.2.2.1 Các giai đoạn tiến hành thí nghiệm 43
3.2.2.2 Quy trình thí nghiệm 44
3.2.3 Tiến hành thí nghiệm chi tiết 46
3.2.3.1 Thí nghiệm với quá trình Fenton truyền thống 46
3.2.3.2 Tiến hành thí nghiệm với quá trình Fenton cải tiến 49

5.1 KẾT LUẬN 72
5.2 KIẾN NGHỊ 73 DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Cơ chế phản ứng Fenton theo đề nghị của Kremer (1999) 19
Hình 1.2 Sơ đồ các phản ứng xảy ra trong quá trình quang Fenton 23
Hình 1.3 Đồ thị ảnh hưởng của PH đến sự phân huỷ benzen trong hệ thống fenton 24
Hình 2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sắt (II) sunfat đến hiệu suất xử lý màu 29
Hình 2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng H
2
O
2
đến hiệu suất xử lý màu 29
Hình 2.3 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu 29
Hình 2.4 Ảnh hưởng của ánh sáng và TiO
2
đến hiệu suất xử lý màu 29
Hình 2.5 Kết quả xác định các thông số động học của phản ứng Fenton ở một số điều
kiện thí nghiệm khác nhau 31
Hình 2.6: Tiến trình xử lý nước rác bằng phương pháp Fenton 34
Hình 2.7: Biểu diễn sự giảm TOC và COD trong hệ thống xử lý nước rác
(t= 120 phút) 34
Hình 2.8 : Hàm lượng COD trong quá trình Fenton 35
Hình 2.9 Sự giảm TOC và COD trong nước rác tiền xử lý sinh học 36
Hình 2.10 Sự giảm TOC và COD trong nước rác tiền xử lý sinh học 37

thay đổi 58
Hình 4.5 Kết quả xử lý nước thải Giấy với các giá trị pH thay đổi 60
Hình 4.6 Biểu đồ kết quả xử lý nước thải Giấy với các giá trị pH thay đổi 60
Hình 4.7 Biểu đồ kết quả xử lý nước thải Giấy bằng phương pháp Quang Fenton với
những nồng độ H
2
O
2
và tỉ lệ H
2
O
2
/Fe
2+
khác nhau 63
Hình 4.8 Biểu đồ kết quả xử lý nước thải Giấy bằng phương pháp Fenton Truyền thống
với những nồng độ H
2
O
2
và tỉ lệ H
2
O
2
/Fe
2+
khác nhau. 63
Hình 4.9 Hiệu quả xử lý COD của nước thải Giấy bằng quá trình quang Fenton và
Fenton thông thường 64
Hình 4.10 Kết quả xử lý nước thải Giấy bằng quá trình quang Fenton (sử dụng ánh sáng

Bảng 1.5 Phân loại các quá trình oxi hoá nâng cao 14
Bảng 1.6 Một số chất ô nhiễm trong nước và nước thải có thể xử lý bằng các quá
trình oxi hoá nâng cao 16
Bảng 1.7 Các phản ứng chủ yếu trong quá trình Fenton 18
Bảng 1.8 Hiệu suất lượng tử quá trình tạo gốc *OH do bức xạ UV/khả kiến của
dung dịch
Fe
III
22
Bảng 2.1 Cấu trúc hóa học và các thuộc tính chung của thuốc nhuộm tổng hợp đã
nghiên cứu
29
Bảng 2.2 Thành phần trung bình của nước rác 33
Bảng 3.1 Thành phần và tính chất của Nước thải giấy Cty Giấy An Hưng 41
Bảng 3.2 Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm phục vụ tiến hành nghiên cứu phương
pháp Fenton 42
Bảng 3.3 Quy trình tiến hành thí nghiệm Xác định nồng độ H
2
O
2
và thời gian tối
ưu 46
Bảng 3.4 Quy trình tiến hành thí nghiệm Xác định tỉ lệ H
2
O
2
/Fe
2+
tối ưu 47
Bảng 3.5 Quy trình tiến hành thí nghiệm Xác định pH tối ưu 48

- AOPs : Advanced Oxidation Process – các quá trình oxy hóa bậc cao
- QCVN : Quy chuẩn Việt Nam
- BTNMT : Bộ Tài Nguyên Môi Trường
- POPs : các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ
- USEPA : US Environmental Protet Agency
(Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ)
- ANPO : Advances Non – Photochemical Oxidation Process
(các quá trình oxi hoá nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng)
- AP O : Advances Photochemical Oxidation Process
(các quá trình oxi hoá nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng)
Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phâ n hủy trong nước thải Giấy bằng phương
pháp Fe nton truyền thống và cải tiến

1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, ngành công nghiệp giấy đang tăng trưở
ến trình phát triể ế xã hội. Tuy nhiên, theo đánh giá của
Ban chỉ đạo Quốc gia về Nước sạch – Bộ Tài nguyên và Môi trường, ngành công
nghiệp giấy lại là một trong những ngành gây ô nhiễm trầm trọ
nguồn nước. Vì vậy, song song với việc lập kế hoạch phát triển doanh nghiệp, một bài
toán khác đặt ra cho ngành giấy là phải xử lý tốt các chất thải, giảm bớt ô nhiễm và
bảo vệ tài nguyên môi trường.

Theo thống kê, cả nước có gần 500 doanh nghiệp sản xuất giấy, trong đó chỉ có
khoảng 10% doanh nghiệp đạt tiêu chuẩn môi trường cho phép, còn hầu hết các nhà

Ngoài ra, trong công nghiệp xeo giấy, để tạo nên một sản phẩm đặc thù hoặc
những tính năng đặc thù cho sản phẩm, người ta còn sử dụng nhiều hóa chất và chất
xúc tác. Những chất này nếu không được thu hồi hoặc xử lý mà xả thẳng ra sông ngòi
thì vấn đề ô nhiễm là không tránh khỏi, làm mất cân bằng sinh thái trong môi trường
nước. Hiện nay, ở các khu vực có cơ sở sản xuất giấy đang phải chịu sức ép nặng nề
về ô nhiễm môi trường.
Đứng trước hiện trạng đó, phải tìm ra công nghệ thích hợp để có thể xử lý hiệu
quả, cải tạo lại các hệ thống và công nghệ xử lý hiện hữu. Với đặc trưng của nước thải
giấy thường có chứa lượng lớn hợp chất hữu cơ khó/không có khả năng phân huỷ sinh
học, việc áp dụng đơn thuần phương pháp sinh học để xử lý loại nước này không thể
loại bỏ hết được. Do vậy, đối với nước thải giấy việc áp dụng phương pháp oxy hóa
bậc cao đã chứng tỏ được hiệu quả và ưu điểm của nó bởi nó có khả năng khoáng hóa
hoàn toàn các hợp chất hữu cơ khó hoặc không thể phân hủy sinh học với chi phí có
thể chấp nhận được, lại dễ dàng thực hiện.
Dựa trên cơ sở đó, đề tài “Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy
trong nước thải Giấy bằng phương pháp Fenton truyền thống và Fenton cải tiến”
đã hình thành với mong muốn đưa ra một phương pháp xử lý đạt hiệu quả cao, dễ dàng
thực hiện ở nhiệt độ thường, thời gian xử lý nhanh, hoá chất dễ
tìm và chi phí vận
hành không quá lớn.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu hiệu quả xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải giấy
bằng phương pháp Fenton truyền thống và Fenton cải tiến.
Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phâ n hủy trong nước thải Giấy bằng phương
pháp Fe nton truyền thống và cải tiến

3

3. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục đích trên, các nội dung nghiên cứu sau được thực hiện:


4

5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra thực địa
Khảo sát khu vực nghiên cứu: Công ty Giấy An Hưng. (Khu Công Nghiệp
Đồng An, Huyện Thuận An – Tỉnh Bình Dương)
- Phương pháp phân tích tổng hợp
Thu thập các tài liệu như tiêu chuẩn, các phương pháp xử lý nước thải giấy của
các nước trên thế giới, các phương pháp xử lý của những hệ thống ở Việt Nam.
Tìm hiểu về thành phần tính chất của nước thải giấy.
- Phương pháp chuyên gia
Tham vấn ý kiến của giáo viên hướng dẫn và các chuyên gia trong ngành môi
trường đã đi trước và có kinh nghiệm trong xử lý nước thải, đặc biệt đã áp dụng
phương pháp Fenton trong xử lý nước thải.
- Phương pháp thực nghiệm
+ Phân tích các thông số đầu vào của nước thải giấy: COD – BOD - SS.
+ Tiế
gồm 4 giai đoạn:
• Điều chỉnh pH phù hợp
• Quá trình phản ứng oxi hóa
• Trung hòa và keo tụ
• Quá trình lắng
Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phâ n hủy trong nước thải Giấy bằng phương
pháp Fe nton truyền thống và cải tiến

5

TỔNG QUAN VỀ CÁC QUÁ TRÌNH OXY HÓA BẬC CAO
1.1 . Các phương pháp oxi hoá tiên tiến (AOPs)
1.1.1 Giới thiệu chung
Một trong những công nghệ cao nổi lên trong thời gian gần đây là công nghệ
phân huỷ khoáng hoá chất ô nhiễm hữu cơ trong nước và nước thải dựa trên các quá
trình oxi hoá nâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs). Các quá trình oxi hoá
nâng cao được định nghĩa là những quá trình phân huỷ oxi hoá dựa vào gốc tự do hoạt
động hydroxyl *OH được tạo ra in situ ngay trong quá trình xử lý. Gốc hydroxyl là
một tác nhân oxi hoá mạnh nhất trong số các tác nhân oxi hoá được biết từ trước đến
nay, có khả năng phân huỷ oxi hoá không lựa chọn mọi hợp chất hữu cơ , dù là loại
khó phân huỷ nhất, biến chúng thành những hợp chất vô cơ (còn gọi là khoáng hoá)
không độc hại như CO
2
, H
2
O, các axit vô cơ,… Từ những tác nhân oxi hoá thông
thường như hydrogen peroxit, ozon, có thể nâng cao khả năng oxi hoá của chúng bằng
các phản ứng hoá học khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, thực hiện quá trình oxi hoá
gián tiếp thông qua gốc hydroxyl, vì vậy các quá trình này được gọi là các quá trình
oxi hoá nâng cao hy gọi tắt là các quá trình oxi hoá nâng cao (Advanced Oxidation
Processes – AOPs).
Các quá trình oxi hoá nâng cao đã nổi lên những năm gần đây như là một loại
công nghệ cao có tầm quan trọng trong việc đẩy mạnh quá trình oxi hoá, giúp phân
huỷ nhiều lọi chất hữu cơ ô nhiễm khác nhau trong nước và không khí. Các quá trình
oxi hoá nâng cao rất thích hợp và đạt hiệu quả cao để phân huỷ các chất ô nhiễm hữu
cơ khó phân huỷ (POPs) như hydrocacbon halogen hoá (trihalometan – THM,
tricloroetan, tricloroetylen,…), các hydrocacbon aromatic (benzen, toluen, etylbenzen,
xylen – BTEX), polyclorbiphenyl (PCB), nitrophenol, các hoá chất bảo vệ thực vật,
dioxin và furan, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt…Mặt khác, khử trùng bằng
các gốc hydroxyl *OH lại rất an toàn so với khử trùng bằng clo vì không tạo ra các sản

Ngoài ra, nhược điểm đáng kể của kali pecmanganat khi sử dụng trong xử lý nước là
tạo ra mangan dioxit trong quá trình oxi hoá, chất này kết tủa và do vậy phải tách ra
bằng cách lọc hoặc lắng, gây tăng thêm chi phí.

Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phâ n hủy trong nước thải Giấy bằng phương
pháp Fe nton truyền thống và cải tiến

8

 Hydrogen peroxit (H
2
O
2
)
Hydrogen peroxit là chất oxi hoá mạnh hơn clo và kali pecmanganat và được sử
dụng rất phổ biến trong xử lý nước thải để phân huỷ các chất hữu cơ và khử màu của
nước thải ngành giấy hoặc dệt nhuộm. Ngoài ra, ưu điểm của hydrogen peroxit là
không ra chất độc hoặc chất có màu trong quá trình sử dụng. Tuy vậy, khả năng oxi
hoá của hydrogen peroxit không đủ mạnh để khoáng hoá hoàn toàn chất ô nhiễm hữu
cơ như yêu cầu đòi hỏi.
 Ozon (O
3
)
Ozon là chất oxi hoá mạnh nhất trong số các chất oxi hoá thông dụng kể trên,
được sử dụng để khử trùng, phân huỷ các chất hữu cơ hoặc để khử màu nước thải
ngành giấy hoặc dệt nhuộm, khử mùi hôi, khử sắt hoặc mangan trong nước sinh hoạt.
Ưu điểm của ozon là tự phân huỷ, không để lại các phụ phẩm lạ và nguy hiểm trong
nước sau khi phản ứng. Tuy vậy, ozon hoà tan kém trong nước và là hợp chất không
bền, thời gian sống chỉ vài phút. Vì vậy, để có thể đạt được số lượng ozon hoà tan đủ
lớn cho quá trình oxi hoá, phải đưa vào một lượng ozon lớn. Ngoài nhược điểm nói

2,80
2,07
1,78
1,68
1,59
1,57
1,49
1,45
1,36
1,09
0,54
(Nguồn: Zhou, H. and Smith, D.H., 2001)
Nhiều tác nhân oxi hoá mạnh đều là các gốc tự do, trong số đó, gốc hydroxyl
*OH là tác nhân oxi hoá mạnh nhất. Thế oxi hoá của gốc hydroxyl *OH là 2,80 V, cao
nhất trong số các tác nhân oxi hoá thường gặp. Nếu so với clo, thế oxi hoá của gốc
hydroxyl *OH cao gấp 2,05 lần và so với ozon, thế oxi hoá của gốc hydroxyl *OH cao
gấp 1,52 lần.
Đặc tính của gốc tự do là trung hoà về điện trong khi các ion đều mang điện
tích dương hoặc âm. Gốc tự do được tạo thành từ sự tách ra hai phần bằng nhau của
liên kết 2 electron, ví dụ như khi quang phân H
2
O
2
sẽ thu được 2 gốc *OH như sau:
HO : OH

+ hv  HO* + *OH
Mỗi gốc *OH đều không mang điện, hai gốc HO* có thể kết hợp trở lại thành
HOOH cũng không mang điện. Ký hiệu * cho biết là gốc tự do và biểu thị một
electron lẻ đôi. Gốc tự do này không tồn tại sẵn như những tác nhân oxi hoá thông

3
– CO – CH
3
 *CH
2
COCH
3
+ H
2
O
- Phản ứng trao điện tử tạo ra gốc ion mới hoạt động:
*OH + CH
3
– S – C
6
H
5
 [CH
3
– S – C
6
H
5
]
+
* + OH
Quá trình phản ứng tiếp tục phát triển nhờ các gốc tự do mới sinh ra theo kiểu
phản ứng dây chuỗi cho đến khi vô cơ hoá (khoáng hoá) hoàn toàn hoặc dây chuỗi bị
đứt.
Mục đích mong muốn cuối cùng của quá trình oxi hoá các chất ô nhiễm trong

Benzyl, tert-butyl, etanol, etylen glycol, glyxerol, iso-propanol, metanol,
propenediol
Aldehyd
Axetaldehyd, benzaldehyd, focmaldehyd, glyoxal, iso-butyraldehyd,
tricloroaxetaldehyd
Aromatic
Benzen, clorobenzen, clorophenol, creozot, diclorophenol, hydroquinon,
p-nitrophenol, phenol, toluen, triclorophenol, xylen, trinitrotoluen
Amin
Anilin, amin vòng, dietylamin, dimetylfocmamid, EDTA,
propandiamin, n-propylamin
Thuốc nhuộm
Antraquinon, diazo, monoazo
Eter
Tetrahydrofuran

 Hằng số động học phản ứng giữa gốc *OH và các chất hữu cơ.
Mặt khác, về tốc độ phản ứng, hầu như tất cả các chất hữu cơ đều bị gốc *OH
oxi hoá với tốc độ nhanh hơn so với ozon – một chất oxi hoá mạnh nhất trong số các
chất oxi hoá thông dụng – từ hàng nghìn đến hàng tỷ lần.