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 QUÁ TRÌNH
OXY HÓA BẬC CAO (AOP
S
) 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


cảm ơn chân thành nhất!
Trong suốt thời gian học tập tại trường dưới sự dìu dắt tận tình cuả các thầy cô khoa
môi trường và công nghệ kĩ thuật cùng các thầy cô của các khoa khác cuả trường đại
học kĩ thuật công nghệ TPHCM đã truyền dạy cho em những kiến thức những kinh
nghiệm quý báo trong chuyên môn cũng như trong nhiều lĩnh vực khác . Sự tận tụy,
say mê, lòng nhân ái nhiệt thành của thầy cô là động lực giúp em cố gắng trao dồi
thêm kiến thức và vược qua khó khăn trong học tập.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Võ Hồng Thi đã tận tình hướng dẫn giúp
đỡ em hoàn thành tốt luân văn tốt nghiệp này.
Sau cùng em cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện thuận lợi và là chỗ dựa cho em trong
suốt những năm dài học tập . Đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn tất cả bạn bè
đã gắn bó cùng nhau học tập và giúp đỡ nhau trong suốt thời gian qua , cũng như
trong suốt quá trình thực hiện đề luận văn này . Em xin chân thành cảm ơn! TPHCM, ngày tháng năm 2010
Sinh viên Lê Hoàng Toại

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

- AOPs : các quá trình oxy hóa bậc cao(Advanced Oxidation Process)
- ANPO: quá trình oxy hóa nâng cao không nhôø taùc nhaân aùnh saùng
(Advanced Non –Photochemical Oxidation Process )
- APO: caùc quaù trình oxi hoùa naâng cao nhôø caùc taùc nhaân aùnh saùng(
Advanced Photochemical Oxidation Procass )
- BOD: nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand)
- COD: nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)


DANH MỤC CÁC HÌNH - Hình III.1. Sơ đồ các phản ứng xảy ra trong quá trình quang Fenton
- Hình III.2. Sơ đồ xử lý chung cho quá trình Fenton
- Hình III.3 Mô hình hệ thống oxy hóa ô nhiễm hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm
bằng ozon và ozon/H
2
O
2


2.2.3Phương pháp sinh học 9
2.2.4 Phương pháp xử lý hóa học 9
2.3 Vai trò của quá trình xử lý nước thải bằng 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 của các công nghệ cao 12
3.2.Nguyên tắc chung của quá trình 15
3.3.Phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao 16
3.4.Quá trình Fenton và quang Fenton 17
3.4.1.Quá trình Fenton và quang Fenton 17
3.4.1.1 Giới thiệu chung về quá trình Fenton 17
3.4.1.2 Cơ chế của quá trình Fenton 19
3.4.2 Qúa trình quang Fenton 22
3.4.2.1 Giới thiệu chung về quá trình quang Fenton 22
3.4.2.2 Cơ chế của quá trình quang Fenton 23
3.4.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton và quang Fenton 24
3.4.4. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý một số loại nước thải tại Việt Nam
3.4.4.1. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm 27
3.4.4.2. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp 29
3.4.4.3. Ứng quá trình Fenton vào xử lý nước thải thuốc trừ sâu 31
3.4.4.4. Ứng dụng phản ứng Fenton trong xử lý nước thải kênh rạch 31
3.5.Các quá trình dựa trên khả năng oxy hóa của O
3
31
3.5.1.Quá trình Ozon hóa 31
3.5.1.1.Giới thiệu chung về quá trình ozon hóa 31
3.5.1.2.Cơ chế quá trình ozon hóa 32
3.5.2.Qúa trình Peroxon 33
3.5.2.1.Giới thiệu chung về quá trình 33

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
1

Chương I
MỞ ĐẦU
1.1.Lý do chọn đề tài
Môi trường và các vấn đề môi trường là đề tài được hầu hết các nước trên thế giới
đều quan tâm bởi vì môi trường và con người có mối quan hệ tác động qua lại chặt
chẽ với nhau. Môi trường ảnh hưởng và chi phối một cách trực tiếp đến đời sống con
người và ngược lại con người cũng tác động không nhỏ đến môi trường.
Trong những năm gần đây, vấn đề môi trường lại càng được quan tâm sâu sắc bởi
những ảnh hưởng của nó đến đời sống con người ngày càng chuyển biến theo chiều
hướng xấu đi mà một trong những nguyên nhân chính là do các hoạt động của con
người.
Nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Vấn đề ô nhiễm môi
trường do sản xuất công nghiệp, nông nghiệp đang ở mức báo động. Đa số các nhà
máy, xí nghiệp có công nghệ sản xuất trang thết bị lạc hậu, không đồng đều dẫn đến
sự lãng phí năng lượng và nguyên vật liệu, đồng thời thải ra nhiều phế liệu gây ô
nhiễm đất, nước, không khí gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Đặc
biệt nhất là các loại nước thải chứa các chất ô nhiễm nguy hiểm, độc hại, rất bền
vững, khó bị phân hủy trong môi trường theo thời gian.
Việc xử lý các chất ô nhiễm này đang là một vấn đề nan giải. Các phương pháp xử lý
nước thải truyền thống như: phương pháp cơ học, phương pháp sinh học, phương hóa
lý,… đều không xử lý được hoặc xử lý không triệt để các chất ô nhiễm này. Do đó sự
tồn đọng của chúng trong môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con
người và động vật kể cả khi chúng chỉ hiện diện với hàm lượng nhỏ.
Để có thể giải quyết triệt để các chất thải khó phân hủy mà các phương pháp xử lý
truyền thống không áp dụng được, phương pháp oxy hóa bậc cao đã chứng tỏ hiệu
quả và ưu điểm của nó.
Tuy nhiên, các tài liệu tổng quan hay báo cáo khoa học về phương pháp này hiện vẫn
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
3

CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP XỬ LÍ NƯỚC THẢI
2.1. Tổng quan về nước thải
2.1.1. Nguồn gốc và phân loại nước thải
2.1.1.1. Nguồn gốc
Nước thải có nguồn gốc từ nước cấp nước thiêng nhiên sau khi phục vụ đời sống con
người như ăn uống, tắm giặc, vệ sinh, giải trí, sản xuất hàng hóa, chăn nuôi và
nước mưa bị nhiễm bẩn các chất hữu cơ, vô cơ thải ra các hệ thống thu gom và các
nguồn tiếp nhận.
2.1.1.2 Phân loại
Có thể phân loại nước thải chung nhất là: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp,
nước mưa chảy tràn
a) Nước thải sinh hoạt:
Nước thải sinh hoạt là nước thải từ các khu dân cư, vùng thương mại, khu vui chơi
giải trí gồm nước rửa, vệ sinh, giặc giũ cũng như nước thải từ trường học, công sở,
bệnh viện, trung tâm y tế.
Đặc điểm cơ bản nhất của nước thải sinh hoạt là trong đó có hàm lượng cao các chất
hữu cơ dễ phân hủy (như hrdrat cacbon, protein, chất béo dầu mỡ ) các khoáng chất
dinh dưỡng (photphat, nitơ ) các chất rắn huyền phù và đặc biệt là vi sinh vật.
b)Nước thải công nghiệp:

2.1.3.1. Các chỉ tiêu vật lý
a) Nhiệt độ: phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời tiết và bản chất nước thải, nhiệt độ
nước thải thường cao hơn so với nguồn nước thải ban đầu.
b) Mùi: Nước có mùi do các nguyên nhân: chất hữu cơ từ cống rãnh, khu dân cư, xí
nghiệp chế biến thực phẩm, công nghệ hóa chất Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là
hydrosunfua (H
2
S – mùi trứng thối). Các hợp chất khác chẳng hạn như indol, skatol,
cadaverin và mereaptan được tạo thành dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những
mùi khó chịu hơn cả H
2
S.
Mặc dù tương đối vô hại (khi hàm lượng nhỏ) như có thể gây cảm giác khó chịu
buồn nôn. Khi độ nhiễm bẩn chất hữu cơ không quá lớn, quá trình phân hủy thiếu khí
xảy ra chủ yếu và mạnh (nước đầy đủ oxi) thì cường độ mùi thấp.
c) Màu: Nước tự nhiên có thể có màu do các chất hữu cơ trong cây cỏ bị phân hủy,
nước có sắt và mangan dạng keo hoặc dạng hòa tan, nước có chất thải công nghiệp
(crom, tannin,lingin ). Độ màu càng lớn thì mức độ ô nhiễm càng cao. Màu không
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
5

chỉ làm giảm giá trị cảnh quan của nước, nó còn cho biết mức độ ô nhiễm, mức độ
độc hại của nước.
d) Độ đục: độ đục của nước thải là do các hạt lơ lửng, các chất hưu cơ phân hủy
hoặc do các thủy sinh gây nên. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong
nước, ảnh hưởng khả năng quang hợp của các vi sinh vật tự dưỡng trong nước, giảm

Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
6

Oxy thường có độ hòa tan thấp và phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, nồng độ muối có
trong nước thải Trong quá trình xử lý, các vi sinh vật tiêu thụ oxi hòa tan để oxi
hoá các sinh hóa, đồng hóa các chất dinh dưỡng và chất nền (BOD,N,P) cần thiết cho
sự sống, sinh sản và tăng trưởng của chúng. Vì vậy, giữ được oxi hòa tan trong nước
thải trong quá trình xử lý là yêu cầu quan trọng.
d) pH
pH là chỉ tiêu đặc trưng cho tính axit hoặc tính bazơ của nước và được tính bằng
nồng độ của ion hydro ( pH = - lg [ H
+
]. pH là chỉ tiêu quan trọng nhất trong quá
trình sinh hóa bởi tốc độ của quá trình này phụ thuộc đáng kể vào sự thay đổi của
pH.
e)Các hợp chất chứa Nitơ
Nitơ là chất dinh dưỡng đại lượng quan trọng trong quá trình phát triển của vi sinh
vật trong các công trình xử lý sinh học.
Các hợp chất chứa nitơ là protein và các sản phẩm phân hủy của nó như amino axit
là nguồn thức ăn hữu cơ của vi khuẩn.
Hai dạng hợp chất vô cơ chứa nitơ quan trọng có trong nước thải là nitrit và nitrat.
Sự có mặt của các hợp chất chứa Nitơ trong nước tự nhiên sẽ dẫn đến hiện tượng phú
dưỡng hóa nguồn nước.
f)Các hợp chất chứa Phốtpho
Phốtpho cũng như Nitơ, là chất dinh dưỡng cho vi khuẩn sống và phát triển bình
thường .

Phương pháp xử lí cơ học được xử dụng để tách các chất không hòa tan và một phần
các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Những công trình xử lí bao gồm:
a)Song chắn rác: lưới lọc dùng để giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc ở dạng
sợi như giấy, rau, cỏ, rác… được gọi chung là rác. Rác thường được chuyển tới máy
nghiền rác, sau khi nghiền nhỏ, cho đổ lại song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân hủy
cặn.
b)Bể lắng cát: tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượng lớn (như xỉ
than, cát…), chúng không có lợi đối với các quá trình làm trong, xử lí sinh hóa nước
thải và xử lí cặn bã cũng như không có lợi đối với các công trình thiết bị công nghệ
trên trạm xử lí. Cát từ bể lắng cát đưa đi phơi khô ở trên sân phơi và sau đó có thể
được sử dụng lại cho mục đích xây dựng.
c)Bể lắng: tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêng của
nước thải. Chất lơ lửng nặng sẽ từ từ lắng xuống đáy, các chất lơ lửng nhẹ sẽ nổi lên
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
8

bề mặt. Cặn lắng và bọt nổi sẽ được các thiết bị cơ học thu gom và vận chuyển lên
công trình xử lí cặn.
d) Bể vớt dầu mỡ: thường áp dụng khi xử lí nước thải có chứa dầu mỡ (nước thải
công nghiệp). Đối với nước thải sinh hoạt khi hàm lượng dầu mỡ không cao thì việc
vớt dầu mỡ thường thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt tuyển nổi.
e) Bể lọc: nhằm tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho
nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủ yếu cho một số loại
nước thải công nghiệp.
Phương pháp xử lí nước thải bằng cơ học có thể loại bỏ khỏi nước thải được 60% các
loại hợp chất không hòa tan và 20% BOD

nước thải. Những công trình xử lý sinh học gồm 2 nhóm
a)Xử lý sinh hoc hiếu khí:
Các phương pháp hiếu khí dựa trên nguyên tắc là các vi sinh vật hiếu khí phân hủy
các hợp chất hữu cơ trong điều kiện có oxi hòa tan.
(CHO)
n
+ O
2
→ H
2
O + CO
2
+ NH
3
+ …
Các công trình xử lý bằng phương pháp hiếu khí thường hay sử dụng:
- Bể bùn hoạt tính (Bể Aeroten) và một số dạng cải tiến (sục khí từng cấp, sục
khí kép dài)
- Bể lọc sinh học (tricking filter)
- Hồ hiếu khí
- Hồ tùy nghi…
Trong các phương pháp phân hủy sinh học trên thì việc áp dụng phương pháp hồ ổn
định hiện có xu hướng giảm do đòi hỏi về mặt bằng và hiệu suất xử lý thấp.
b)Xử lý sinh học kỵ khí
Thường được sử dụng để loại bỏ các tạp chất hữu cơ có trong phần cặn của nước thải
bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh vật kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ thường xảy ra theo 2 giai đoạn:
- Giai đoạn lên men axit: thủy phân và chuyển hóa các sản phẩm thủy phân (như axit
béo, đường thành các axit và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí CO
2

b)Phương pháp khử trùng: sử dụng các chất khử trùng để phá hủy, tiêu diệt các
loại vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm hoặc chưa được hay không thể khử bỏ trong quá
trình xử lí nước thải. Có nhiều biện pháp khử trùng: khử trùng bằng các chất oxi hóa
mạnh( Cl, các hợp chất Clo, O
3
, KMnO
4
), khử trùng bằng tia cực tím , khử trùng
bằng phương pháp nhiệt,…
c)Phương pháp oxi hóa bậc cao: Để xử lý nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ
khó phân hủy, quá trình oxy hóa tiên tiến AOPs ( Advanced Oxidation Processes )
ngày càng được sử dụng phổ biến trên các công trình công bố về xử lý nước thải.
Phương pháp này chủ yếu dựa trên các phản ứng hóa học của các chất oxy hóa mạnh
như O
3
, Fenton(hỗn hợp FeSO
4
+ H
2
O
2
), xúc tác quang hóa TiO
2
+ UV, … Đặc điểm
của những chất oxy hóa này là trong điều kiện cụ thể, sẽ sinh ra gốc *OH(hydroxyl)
tự do hoạt động rất mạnh có khả năng phân hủy những chất có cấu trúc bền vững.
Ví dụ như: benzene, các nhóm phức mang màu,…Các nhóm hữu cơ này có cấu trúc
rất bền vững và khó phân hủy. Sự có mặt của các hợp chất này trong nước thải gây ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, đến động thực vật thủy
sinh và có thể là tác nhân gây ung thư cho người. Ozon.Ozon/H


Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
12CHƯƠNG III
TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG
PHÁP OXY HÓA BẬC CAO
3.1. Sự cần thiết của các công nghệ cao trong xử lí nước thải
Hóa chất bảo vệ thực vật bao gồm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ dại, thuốc trừ nấm
bệnh là những hóa chất độc hại, có loại rất bền vững, khó bị phân hủy trong môi
trường theo thời gian. Những nước sản xuất nông nghiệp lúa nước chủ yếu như ở
Việt Nam, lượng hóa chất bảo vệ thực vật sử dụng ngày càng tăng, trung bình
khoảng 4-5 kg/ha.năm, nên lượng hóa chất bảo vệ thực vật tan trong nước, ngấm


STT

Thông số

Đơn vị
A
1

A
2

B
1

B
2

1 pH 6–8,5 6–8,5 5,5 - 9 5,5- 9
2 Oxy hòa tan(DO) Mg/l ≥ 6 ≥ 5 ≥ 4 ≥ 2
3 Tổng chất rắn lơ
lửng(TSS)
Mg/l 20 30 50 100
4 COD Mg/l 10 15 30 50
5 BOD
5
(20
o
C) Mg/l 4 6 15 25
6 Amoni(NH4+)(tính theo

20 Niken (Ni) Mg/l 0,1 0,1 0,1 0,1
21 Sắt (Fe) Mg/l 0,5 1 1,5 2
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
14

22 Thủy ngân (Hg) Mg/l 0,001 0,001 0,001 0,002
23 Chất hoạt động bề mặt Mg/l 0,1 0,2 0,4 0,5
24 Tổng dầu, mỡ (oils
&grease
Mg/l 0,01 0,02 0,1 0,3
25 Phenol (tổng số) Mg/l 0,005 0,005 0,01 0,02
26 Hóa chất bảo vệ thực vật
hữu cơ
Aldrin + Dieldrin
Endrin
BHC
DDT
Endosunfan (Thiodan)
Lindan
Chlordane
Heptachlors 0,002
0,1
0,5

0,005
0,02
0,4
0,03
0,05
27 Hóa chất bảo vệ thực vật
hữu cơ
Partion
Malation µg/l
µg/l 0,1
0,1 0,2
0,32 0,4
0,32 0,5
0,4
28 Hóa chất trừ cỏ

32 Colifom MPN/100ml 2500 5000 7500 10000
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
15

Trên khía cạnh khác, theo dự báo của các nhà khoa học về nước, thế giới đến năm
2030 sẽ thiếu nước cho dân cư trên hành tinh, vì thế, một thách thức mới đặt ra cho
các nhà khoa học và công nghệ là phải tìm các công nghệ hữu hiệu xử lý triệt để các
chất ô nhiễm trong nước, đặc biệt các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy để có thể
thu lại nguồn nước sạch từ các nguồn nước thải khác nhau, quay về phục vụ cho sinh
hoạt hoặc sản xuất.
3.2. Nguyên tắc chung của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp oxi hóa
bậc cao
.
Một trong những công nghê cao nổi lên trong thời gian gần đây là công nghệ phân
hủy khoáng hóa chất ô nhiễm hữu cơ trong nước và nước thải dựa trên quá trình oxy
hóa nâng cao. Các quá trình oxy hóa nâng cao được định nghĩa là những quá trình
phân hủy oxy hóa dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl
*
OH được tạo ra ngay
trong quá trình xử lý (in situ). Gốc hydroxyl là một tác nhân oxy hóa mạnh nhất
trong số tác nhân oxy hóa được biết từ trước đến nay, có khả năng oxy hóa không
chọn lựa mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại chất khó phân hủy, biến chúng thành những
hợp chất vô cơ (khoáng hóa) không độc hại như CO
2
, H
2