TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT
BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA
VỚI TÁC NHÂN FENTON KẾT HỢP VỚI LỒNG QUAY
SINH HỌC HIẾU KHÍ

Cán bộ hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

PHẠM VĂN TOÀN

ĐINH QUANG DỰ - B1205037

LÊ HOÀNG VIỆT

DANH THỊ HỒNG NHI – B1205082

Cần Thơ, tháng 12 năm 2015


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t


Phạm Văn Toàn
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

Lê Hoàng Việt
i


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

LỜI CẢM TẠ
Sau thời gian học tập tại trường chính nhờ được thầy cô chỉ bảo, truyền đạt những
kiến thức hữu ích. Cuối cùng chúng em cũng đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của
mình. Chính trong quá trình làm luận văn đã giúp cho chúng em mở mang được rất
nhiều điều, thấy được mức độ vận dụng lý thuyết vào thực tế, mong muốn được học
hỏi hơn nữa. Với luận văn tốt nghiệp này chính là bước khởi đầu để chúng em có
thể tự tin bắt tay vào công việc chuyên môn của mình sau này.
Cảm ơn cả gia đình đã luôn quan tâm đóng góp ý kiến, cho chúng con những lời
khuyên và tạo mọi điều kiện để con hoàn thành tốt luận văn của mình.
Chúng em xin được tỏ lòng biết ơn của mình đến Thầy Phạm Văn Toàn và Thầy Lê
Hoàng Việt là người trực tiếp hướng dẫn chúng em làm luận văn này. Người đã tận
tình hướng dẫn, cho chúng em rất nhiều lời khuyên và góp ý để chúng em hoàn
thành luận văn này. Cảm ơn thầy đã tạo điều kiện cho chúng em tiếp thu kiến thức

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Nước thải sản xuất thuốc BVTV có nồng độ SS, COD và BOD5 cao nên biện pháp
xử lý có hiệu quả là xử lý sinh học, do đó công đoạn xử lý sơ bộ phải loại bỏ chất
rắn lơ lửng đạt yêu cầu để vào công đoạn xử lý sinh học, đề tài: “Nghiên cứu hiệu
quả xử lý nước thải thuốc bảo vệ thực vật bằng phương pháp keo tụ điện hóa với
tác nhân Fenton kết hợp với lồng quay sinh học hiếu khí” được tiến hành nhằm xử
lý nước thải, bảo vệ môi trường khỏi tác động từ quá trình sản xuất thuốc BVTV.
Đồng thời góp phần tìm ra phương pháp xử lý sơ bộ thích hợp, khả thi về mặt kỹ
thuật – kinh tế.
Đề tài được tiến hành với 4 thí nghiệm với 3 thí nghiệm trên mô hình tuyển nổi điện
phân và 1 thí nghiệm trên lồng quay sinh học hiếu khí, nhằm xác định được thời
gian lưu cho hai mô hình trên. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện
phân và lồng quay sinh học hiếu khí được lựa chọn dựa trên 2 tiêu chí là hiệu suất
loại bỏ chất ô nhiểm cao và lợi ích về kinh tế. Vận hành chính thức mô hình tuyển
nổi điện phân với các thông số góc nghiêng điện cực là 45o, diện tích bản điên cực
S=486cm2, khoảng cách điện cực d=1cm, thời gian lưu θ=30 phút và hiệu điện thế
U=12V, liều lượng oxy già (H2O2) = 80mg/L và phèn sắt
(FeSO4.7H2O) = 30mg/L, cho kết quả loại bỏ SS, COD, BOD5, TKN, TP lần lượt là
83,46%; 76,19%; 57,26%; 53,31% và 82,05%. Sau quá trình tuyển nổi DO trong
nước tăng lên, sau đó là biện pháp xử lý sinh học hiếu khí giúp giảm chi phí vận
hành. Đối với lồng quay sinh học hiếu khí, trong điều kiện vận hành ổn định (số vòng
quay là 2 vòng/phút, thời gian lưu là 12 giờ và mức độ ngập nước của lồng quay là
40%) hiệu suất loại bỏ SS, COD, BOD5, TKN và TP lần lượt là: 59,99%, 88,29%,
90,96%, 58,09% và 63,35%.
Từ kết quả thí nghiệm trên, nhận thấy rằng xử lý sơ bộ bằng phương pháp tuyển nổi
điện phân có hiệu quả cao, nước thải đầu ra đạt yêu cầu để vào hệ thống xử lý sinh
học.

Danh Thị Hồng Nhi

iv


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

MỤC LỤC
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ............................................................. i
LỜI CẢM TẠ ............................................................................................................. ii
TÓM TẮT ĐỀ TÀI ................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... iv
MỤC LỤC .................................................................................................................. v
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vii
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ viii
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................... ix
Chương 1 GIỚI THIỆU .............................................................................................. 1
Chương 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .......................................................................... 3
2.1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC BVTV ..................................................................... 3
2.1.1 Tổng quan công nghệ sản xuất thuốc BVTV .................................................... 3
2.1.2 Sơ lược về nước thải thuốc BVTV .................................................................... 5
2.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HÓA HỌC TRONG XỬ
LÝ NƯỚC THẢI ........................................................................................................ 6
2.2.1 Phương pháp tuyể n nổ i ...................................................................................... 6
2.2.2 Các loa ̣i tuyể n nổ i và ưu nhươ ̣c điể m của chúng .............................................. 6
2.3 TUYỂN NỔI ĐIỆN PHÂN .................................................................................. 9
2.3.1 Khái niệm về tuyển nổi điện .............................................................................. 9

2.6.1 Sơ lược về đĩa quay sinh học hiếu khí.............................................................. 19
2.6.2 Cấu tạo của đĩa quay sinh học ......................................................................... 20
2.6.3 Cách đă ̣t điã quay sinh ho ̣c bào bể .................................................................. 21
2.6.4 Cơ chế hoa ̣t đô ̣ng của điã quay sinh ho ̣c hiế u khí .............................................. 21
2.6.5 Các da ̣ng bố trí đĩa quay sinh ho ̣c trong hê ̣ thố ng xử lý .................................. 22
2.6.6 Các yế u tố cầ n lưu ý khi thiế t kế đĩa quay sinh ho ̣c hiế u khí .......................... 23
2.6.7 Ưu điể m và nhươ ̣c điể m của điã quay sinh ho ̣c hiế u khí ................................ 25
Chương 3 PHƯƠNG PHÁ P VÀ PHƯƠNG TIÊ N
̣ NGHIÊN CỨ U .................... 27
3.1 THỜ I GIAN VÀ ĐI A
̣ ĐIỂ M THỰ C HIÊ N
̣ .................................................... 27
3.2 ĐỐ I TƯỢNG NGHIÊN CỨ U .......................................................................... 27
3.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨ U ............................................................................. 28
3.4 CÁ CH BỐ TRÍ THÍ NGHIÊ M
̣ ........................................................................ 28
3.5 CÁ C BƯỚ C TIẾ N HÀ NH THÍ NGHIÊ M
̣ ..................................................... 29
3.5.1 Chuẩ n bi ̣ thí nghiê ̣m ...................................................................................... 29
3.5.2 Phương pháp thực hiện thí nghiệm .................................................................. 34
3.6 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU............ 35
Chương 4 KẾ T QUẢ VÀ THẢ O LUẬN .............................................................. 36
4.1 KHẢ O SÁ T CÁ C THÔNG SỐ HÓ A LÝ CỦ A NƯỚ C THẢ I CÔNG TY
CỔ PHẦ N THUỐ C SÁ T TRÙ NG CẦ N THƠ (CPC) ......................................... 36
4.2 KẾ T QUẢ THÍ NGHIÊ M
̣ XÁC ĐỊNH THỜI GIAN LƯU THÍCH HỢP
̉
̀
CHO MÔ HÌ NH TUYÊ N NÔ I ĐIÊ N
̣ PHÂN ....................................................... 37

phương pháp tuyển nổi điện phân ở thời gian lưu 30 phút....................................... 40
Bả ng 4.4 Kế t quả phân tích mô ̣t số chỉ tiêu củ a nướ c thả i đầu vào mô hình lồng
quay sinh học hiếu khí ............................................................................................ 43
Bảng 4.5 Kết quả phân tích COD trong 3 ngày từ 26 – 28/10/2015 để theo dõi sự
ổn định của lớp màng sinh học hiếu khí điều chỉnh ở thời gian lưu 12 giờ ........... 44
Bảng 4.6 Kế t quả phân tić h mô ̣t số chỉ tiêu của nước thải đầu vào và đầu ra mô hình
lồng quay sinh học hiếu khí ở thời gian lưu 12 giờ .................................................. 45

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

vii


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

DANH MỤC HÌNH
Hin
̀ h 2.1 Quá triǹ h sản xuấ t thuố c BVTV .................................................................. 3
Hình 2.3 Bể tuyển nổi điện phân (Trần Hiếu Nhuệ, 2001) ........................................ 9
Hình 2.4 Công thức phân tử là H2O2 ........................................................................ 13
Hình 2.5 Ảnh hưởng của pH đến sự phân huỷ benzen trong hệ thống Fenton ∆ pH =
3, □ pH = 5, × pH = 6, ▲ pH = 7 ............................................................................. 17
Hình 2.6 Cấu tạo chính của đĩa quay sinh học .......................................................... 20

B1205037
B1205082

viii


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

BOD

Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

ĐC

-


Khoảng cách giữa các bản điện cực

KTĐH

-

Keo tụ điện hóa

NTU

Nepholometric turbidity units

Đơn vị đo độ đục

SS

Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng

TGL

-

Thời gian lưu

TKN

Total Kjeldahl Nitrogen


cho sản xuất nông nghiệp và từ một nước thiếu ăn Việt Nam đã trở thành nước xuất
khẩu lương thực. Tuy nhiên sản lượng lương thực tăng kéo theo nhu cầu sử dụng
phân bón, thuốc bảo vệ thực vật tăng, trong khi ở các nước phát triển nhu cầu này
có xu hướng giảm (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2015).
Theo điều tra năm 2014 của Cục BVTV (Bộ NN & PTNT), cả nước có khoảng trên
600 tổ dịch vụ BVTV, nhưng chủ yếu chỉ thực hiện việc... phun thuốc (chiếm trên
60%), còn dịch vụ trọn gói từ điều tra sâu bệnh, cung ứng, phun thuốc thuê còn rất
thấp (chỉ đạt 2,6%).
Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2000) tuyển nổi điện phân là phương pháp dựa trên cơ
sở sự điện ly của nước tạo thành những dòng khí rất nhỏ, các điện cực sử dụng được
đặt ở đáy bể. Trịnh Lê Hùng (2006) cho rằng quá trình điện phân sinh ra các bọt
khí, đó là do quá trình điện phân nước đi kèm tạo ra khí oxy và hyđro ở các điện
cực anode và cathode. Khi các bóng khí này nổi lên, gặp và kéo theo các hạt lơ lửng
cùng nổi lên bề mặt nước. Khi sử dụng các điện cực hòa tan thì xảy ra đồng thời
việc tạo bông keo tụ và các bọt khí, các bông sẽ nổi lên trên và có thể tuyển nổi
được.
Keo tụ điện hóa là phương pháp điện hoá trong xử lý nước thải, trong đó dưới tác
dụng của dòng điện các điện cực dương (thường sử dụng là nhôm hoặc sắt) sẽ bị ăn
mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+ hoặc Fe3+) vào trong
môi trường nước thải, kèm theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọt khí ở
cực âm (Hold et al., 2004 trích dẫn lại theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu
Ngân, 2014). Nghiên cứu của Holt et al,. (2004) cho rằng keo tụ điện hóa là phương
pháp giao thoa của ba quá trình: điện hoá học, tuyển nổi điện phân và keo tụ.
Phương pháp Fenton sử dụng tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ là tác nhân oxi hóa rất
hiệu quả cho việc phân hủy các chất hữu cơ. Quá trình Fenton có tính ưu việt ở chỗ
tác nhân H2O2 và muối sắt (II) tương đối rẻ và có sẵn, đồng thời không độc hại dễ
sử dụng (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2005).
Theo Lương Đức Phẩm (2007) khi quay, màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ
trong nước thải và sau đó tiếp xúc với ô-xy khi ra khỏi nước thải. Đĩa quay được
nhờ mô-tơ hoặc sục khí. Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc được với

cứu, công nghệ xử lý mới phù hợp và hiệu quả về kinh tế lẫn kỹ thuật. Chính những
lý do trên, đề tài: “Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải thuốc bảo vệ thực vật bằng
phương pháp keo tụ điện hóa với tác nhân Fenton kết hợp với lồng quay sinh học
hiếu khí” được tiến hành nhằm đánh giá hiệu quả xử lý của quá trình này với mong
muốn tìm ra giải pháp thích hợp cho việc xử lý loại nước thải trên.

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

2


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t
Chương 2

LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC BVTV
2.1.1 Tổng quan công nghệ sản xuất thuốc BVTV
a Sản xuất thuốc BVTV
Các quá trình sản xuất thuốc
BVTV

Halogen hóa các hợp chất chứa Oxi và
Nitơ

nguyên tử
Nitơ

Monocloamin B&T
Dicloamin B&T
Carbamic melamin

Chất trung gian
MIC

Thuốc
Cacbofuran

BPMC
(butyl phenol
metyl crylat)

Hin
̀ h 2.1 Quá trình sản xuấ t thuố c BVTV
(Tài liệu đào tạo giảng viên VietGAP)
Quá trình Halogen hóa các hợp chất chứa Oxi và Nitơ nhằm sản xuất các loại thuốc
trừ sâu từ việc Halogen hóa các Rượu và Clo hóa các Rượu – Andelhyt và Xeton,
sản xuất ra các loại thuốc BVTV từ muối của Axit Cacboxylic được tổng hợp từ quá
trình Clo hóa dẫn xuất Axit Cacboxylic. Sau cùng là quá trình Clo hóa nguyên tử
Nitơ -> quá trình này tiến hành Clo hóa các Axitamin, Cacbamat và Melanin tạo các
sản phẩm là thành phần sử dụng làm các loại thuốc sát trùng mạnh và chất tẩy trắng.
Thứ hai, quá trình tổng hợp thuốc BVTV Cacbamat (muối của Axit Cacbamic)
nhằm sản xuất các loại thuốc trừ sâu nhóm Cacbamat. Trước hết phải điều chế ra
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

Nguyên liệu
(Hoạt chất BVTV)

Phụ gia

Hệ thống phối
trộn
Thùng chứa
Đóng gói
Đóng thùng

Nhập kho thành
phẩm
Hin
̀ h 2.2 Quy trình gia công, đóng gói thuố c BVTV da ̣ng bô ̣t
(Nguồn: Công ty Cổ phần thuốc sát trùng Cần Thơ).
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

4


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t



COD

mg/L

4860

BOD5

mg/L

1375

SS

mg/L

6162

TKN

mg/L

51,54

TP

mg/L

1,57

điể m sinh lý của các cá thể cũng như khả năng sinh tồ n của chúng. Các biế n đổ i này
có thể gây ra cho con người không ít khó khăn trong viê ̣c phòng trừ chúng.
Viê ̣c xả thải trực tiế p các chấ t thải từ quá trin
̀ h sản xuấ t thuố c BVTV vào môi
trường sẽ gây ô nhiễm đô ̣c môi trường đấ t, nước và không khí cũng như tác đô ̣ng
đế n các quầ n thể sinh vâ ̣t số ng trong môi trường đó gây nhiễm đô ̣c, đe do ̣a đời số ng
của thủy sinh và sức khỏe của con người.
2.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HÓA HỌC TRONG
XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2.2.1 Phương pháp tuyể n nổ i
a Khái niệm tuyển nổi
Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2000) tuyển nổi là quá trình tách các hạt rắn trong pha
lỏng khi khối lượng riêng của các hạt này nhỏ hơn khối lương riêng của nước, quá
trình này được tăng cường bằng cách thổi khí vào nước, các hạt lơ lửng sẽ lớn dần
lên nhờ bám vào các bọt khí và nổi lên phía trên do tỷ trọng của bọt khí và cặn bám
lên đó nhỏ hơn tỷ trọng của nước.
b Cơ sở lý thuyết của quá trình tuyển nổi
Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001) thực chất của quá trình này là loại bỏ các tạp chất
trong nước thải bằng cách làm cho chúng có thể nổi lên mặt nước. Trong quá trình
tuyển nổi người ta cho những bọt khí li ti, phân tán và bão hòa trong nước, những
chất bẩn sẽ bị các hạt khí bám vào và nổi lên mặt nước, rồi được loại khỏi nước.
Theo Hoàng Văn Huệ & Trần Đức Hạ (2002) quá trình tuyển nổi là sự kết dính giữa
bọt khí và các hạt, khi lực nổi của tập hợp bọt khí và hạt đủ lớn sẽ cùng nhau nổi lên
trên mặt nước, sau đó tập hợp lại thành lớp bọt chứa hàm lượng các hạt tạp chất cao
hơn ban đầu.
2.2.2 Các loa ̣i tuyể n nổ i và ưu nhươ ̣c điể m của chúng
Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) bể tuyển nổi được chia thành
2 nhóm chính: (1) bể tuyển nổi theo trong lượng riêng, (2) bể tuyển nổi bằng khí.
a Tuyển nổi theo trọng lượng riêng (hay “bẫy dầu mỡ”)
Nước thải chứa dầu mỡ được cho qua một loại bể, trong bể này dầu mỡ sẽ nổi lên

khí nhỏ. Bản chất của biện pháp này là tạo ra một dung dịch bảo hòa không khí, sau
đó không khí được tách ra từ dung dịch ở dạng bọt khí nhỏ và kéo theo chất bẩn lên
trên mặt nước (Hoàng Văn Huệ & Trần Đức Hạ, 2002).
Tuyển nổi chân không
Nước thải được bão hòa không khí ở áp suất khí quyển trong buồng thông khí sau
đó cho qua buồng tuyển nổi với áp suất giữ khoảng 225 – 300 mmHg bằng bơm
chân không.
Ưu điểm: tạo bọt khí và kết dính với các hạt chất bẩn xảy ra trong môi trường yên
tĩnh, năng lượng tiêu hao ít.
Nhược điểm: không thích hợp đối với nước thải có nồng độ chất rắn lơ lửng cao,
phải có thiết bị tuyển nổi kín và bố trí cào cơ giới bên trong. Cấu tạo phức tạp, quản
lý bảo dưỡng khó khăn.
Tuyển nổi không áp lực
Không khí được dẫn vào ống hút máy bơm từ máy nén khí. Hỗn hợp khí - nước
được tạo thành trong máy bơm và được đẩy vào bể hở - kiểu bể lắng ngang. Tại
đây, không khí nổi lên và kéo theo chất bẩn lên mặt nước.
Nhược điểm: khó điều chỉnh không khí và kích thước bọt khí lớn.
Tuyển nổi áp lực
Nước thải được bơm lên thùng áp lực rồi vào ngăn tuyển nổi hở. Không khí được
dẫn vào ống hút của máy nén khí, qua bồn tạo áp do áp suất tăng lên không khí hòa
tan nhiều vào nước.
Ưu điểm: có thể điều chỉnh độ bão hòa trong một khoảng rộng với hiệu suất mong
muốn. Cho phép xử lý nước thải với nồng độ tạp chất lơ lửng tới 4 – 5 g/L và hơn
nữa.
Nhược điểm: phải bơm toàn bộ khối lượng nước thải, áp lực bơm bằng với áp suất
khi thực hiện bão hòa. Vì vậy biện pháp này chỉ sử dụng khi lưu lượng nước thải ít.

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi


lại bám vào chất bẩn và đẩy nổi lên mặt nước.
Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, ít tốn điện năng và diện tích.
Nhược điểm: lỗ xốp dễ bị nghẹt, khó chọn vật liệu cho lỗ rỗng giống nhau.
Các phương pháp tuyển nổi khác
Ngoài những phương pháp trên, còn có một vài phương pháp tuyển nổi khác: tuyển
nổi hóa học, sinh học và ion (Trần Hiếu Nhuệ, 2001).
Tuyển nổi hóa học: diễn ra các quá trình hóa học tạo ra các khí khác nhau O2, CO2,
Cl2,…Bọt của khí này có thể kết dính với các chất rắn lơ lửng không tan và nổi lên.
Tuyển nổi sinh học: dùng để nén bùn từ bể lắng đợt 1 khi xử lý nước thải sinh hoạt.
Nhờ vào hoạt động của vi sinh vật, các bọt khí tạo ra và lôi các hạt cặn nổi lên trên
(Hoàng Văn Huệ & Trần Đức Hạ, 2002).
Tuyển nổi ion: cho không khí và chất hoạt động bề mặt vào nước thải, chất hoạt
động trong nước sẽ tạo thành những ion có điện tích trái dấu với điện tích ion cần
loại bỏ. Không khí ở dạng bọt sẽ đưa chất hoạt động bề mặt cùng chất bẩn lên lớp
bọt.
Nghiên cứu này chỉ áp dụng trên bể tuyển nổi điện phân. Do đó, chỉ có bể tuyển nổi
điện phân là được trình bày chi tiết.

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

8


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn

2.3.2 Cơ chế quá trình tuyển nổi điện
Trong bể này có đặt một hệ thống các điện cực ở đáy bể. Dòng điện một chiều sẽ
điện phân dung dịch nước thải tạo nên các bọt khí. Các bọt khí tạo thành trong quá
trình điện phân nước sẽ nổi lên và bám vào các hạt chất rắn lơ lửng, tạo lực nâng
chúng lên bề mặt tạo thành lớp váng để sau đó loại bỏ chúng bằng thanh gạt (Lê
Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014).
Ngoài ra, nếu trong nước thải chứa nhiều chất bẩn khác là các chất điện phân thì khi
dòng điện đi qua sẽ làm thay đổi thành phần và tính chất của nước. Trạng thái các
tạp chất không tan do các quá trình điện ly, phân cực, ô-xy hóa khử,…diễn ra.
Trong nhiều trường hợp quá trình đó có lợi cho xử lý nước thải và một số thì không
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

9


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

nên cần điều khiển các quá trình đó để đạt hiệu suất xử lý một chất bẩn nào đó
(Trần Hiếu Nhuệ, 2001).
2.3.3 Các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện phân
Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001) các thông số ảnh hưởng đến thiết kế bể tuyển nổi điện
phân là:
- Thời gian tuyển nổi xác định bằng thực nghiệm: 0,3 – 0,75 h

Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2000) keo tụ tạo bông là phương pháp xử lý nước có
sử dụng hóa 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 và người
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

10


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng hay tuyển nổi.
Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ người ta có thể tách được hoặc giảm đi các
thành phần có trong nước như: kim loại nặng, chất bẩn lơ lững, các ion PO43-,.. và
có thể cải thiện độ đục, độ màu của nước.
b Keo tụ điện hóa
Keo tụ điện hóa là phương pháp điện hoá trong xử lý nước thải, trong đó dưới tác
dụng của dòng điện các điện cực dương (thường sử dụng là nhôm hoặc sắt) sẽ bị ăn
mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+ hoặc Fe3+) vào trong
môi trường nước thải, kèm theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọt khí ở
cực âm (Hold et al., 2004 trích dẫn lại theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu
Ngân, 2014).
Nghiên cứu của Holt et al,. (2004) cho rằng keo tụ điện hóa là phương pháp giao
thoa của ba quá trình: điện hoá học, tuyển nổi điện phân và keo tụ.


B1205037
B1205082

11


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

Một mối quan hệ đơn giản giữa mật độ dòng điện (A.cm-2) và số lượng các chất (M)
hòa tan (g.Mcm-2) có thể được bắt nguồn từ định luật Faraday:
M=

A It

n F

(2.4)

M: lượng chất được hình thành (g)
t: thời gian điện phân (s)
I: cường độ dòng điện (A)
n: hệ số tỷ trọng trao đổi của electron trong phương trình ô-xy hóa hoặc khử ở điện
cực
F: điện tích của một mol electron, F=95600 (C/mol)
A: khối lượng mol nguyên tử của chất thu được (g)
Theo Babu et al,.(2006) điện năng tiêu thụ có thể được tính theo công thức:


B1205037
B1205082

12


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

Ưu điểm
- Trong quá trình điện phân, các hạt keo có kích thước nhỏ và đồng nhất được tạo
ra, chúng dễ dàng di chuyển trong chất thải tạo điều kiện cho đông tụ. Chuyển động
như vậy tránh được rung động cơ học, nếu không kiểm soát được chuyển động này
sẽ phá hủy các chất đã được kết lại sau khi chúng hình thành.
- Không bắt buộc dùng hóa chất khi vận hành. Tuy nhiên cần theo dõi để thay điện
cực do quá trình điện phân điện cực bị ăn mòn.
- Hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ cao, hiệu suất lên đến 90% nếu hệ thống được thiết
kế tốt, tạo điều kiện cho quá trình xử lý sinh học sau.
- Lượng điện tiêu thụ dễ dàng tính toán và kiểm soát.
- Trong quá trình vận hành, không cần thường xuyên kiểm tra pH.
- Thời gian phản ứng ngắn. Tạo bùn ít hơn so với biện pháp thông thường.
- Hiệu quả cao hơn các công nghệ khác.
Nhược điểm
- Khí H2 tạo ra ở cực âm có thể ngăn chặn quá trình kết tủa của chất ô nhiễm.
- Nồng độ các ion Al, Fe,.. có thể tăng lên trong nước thải.
- Cần kiểm soát pH nếu sử dụng Al, Fe làm điện cực.
- Các hydroxide không hòa tan được có thể bám lên các điện cực làm giảm hiệu quả

H2O2.2H2O không bền với nhiệt (t0nc = -520C). Trong phòng thí nghiệm người ta
thường dùng H2O2 ở 30%
Chất oxy hóa H2O2 là một chất oxy hóa mạnh hơn Clo và Kali permanganat
(KMnO4) tuy nhiên khả năng oxy hóa của H2O2 không đủ mạnh để khoáng hóa
hoàn toàn các chất ô nhiễm hữu cơ như đòi hỏi.
2.4.2 Định nghĩa tác nhân Fenton
Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học công bố công trình nghiên cứu của tác giả
J.H.Fenton, trong đó ông quan sát thấy khả năng phân hủy của H2O2 được gia tăng
mạnh khi có mặt của các ion sắt. Sau đó tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ được sử dụng
làm tác nhân oxy hóa rất có hiệu quả cho nhiều chất hữu cơ khác nhau và được
mang tên là “tác nhân Fenton” (Fenton Reagent).
Trong những năm về sau hệ xúc tác của Fenton được nghiên cứu rất mạnh và phát
triển rộng hơn không những ở những dạng tác nhân cổ điển (H2O2/Fe2+) mà còn sử
dụng những kim loại chuyển tiếp và các phức chất của chúng như: Fe (II), Fe (III),
Cu (I), Cr (II) và Ti (III) tác dụng với H2O2 để tạo gốc *OH được gọi là các tác
nhân kiểu Fenton (Fenton – like Reagents).
Các quá trình Fenton
Hiện nay, phản ứng Fenton được chia làm các quá trình sau:
+ Quá trình Fenton đồng thể
+ Quá trình Fenton dị thể
+ Quá trình Fenton điện hóa
2.4.3 Những tác dụng của tác nhân Fenton trong xử lý ô nhiễm môi trường
Khi xử lý các sản phẩm dầu mỏ bị ô nhiễm, mức độ loại bỏ các chất như sau:
Benzen (C6H6) là 82%, Clorofooc là trên 92%, Toluen là 78% trong điều kiện pH =
4. Ngoài ra khi nghiên cứu xử lý nước ngầm bị nhiễm các chất hữu cơ và vô cơ thì
Fenton cũng tỏ ra có hiệu quả (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2005).
Để phân hủy chất ô nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm thì việc nghiên cứu áp
dụng quá trình Fenton ở cấp độ phòng thí nghiệm đã cho thấy có hiệu quả cao, đặc
biệt là các thuốc nhuộm hoạt tính (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2005).
Đối với xử lý nước bị ô nhiễm thuốc BVTV thì quá trình Fenton có thể khoáng hóa

nước trên 80%. (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2005).
2.4.4 Cơ chế ta ̣o thành gố c hydroyl HO* và đô ̣ng ho ̣c các phản ứng Fenton
a Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác Fe2+
Mă ̣c dù tác nhân Fenton đã đươ ̣c biế t hàng thế kỷ nay nhưng cơ chế của phản ứng
Fenton cho đế n nay vẫn còn đang tranh caĩ , thâ ̣m chí có ý kiế n trái ngươ ̣c nhau. Hê ̣
tác nhân Fenton cổ điể n là mô ̣t hỗn hơ ̣p gồ m các ion sắ t hóa tri ̣ 2 (thông thường
dùng muố i FeSO4) và hydropeoxit H2O2, chúng tác du ̣ng với nhau sinh ra gố c tự do
OH*, còn Fe2+ bi oxi
hóa thành Fe3+ theo phản ứng:
̣
Fe2+ + H2O2 → Fe3 + OH* + HO-

(1.1)

Phản ứng trên được gọi là phản ứng Fenton do J.H. Fenton là người đầu tiên đã
mô tả quá trình này. Phản ứng Fenton đã tiếp tục được nghiên cứu bởi nhiều tác giả
sau này, các nghiên cứu này cho thấy ngoài phản ứng trên là phản ứng chính thì
trong quá trình Fenton còn có xảy ra các phản ứng khác. Tổng hợp lại bao gồm:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH* + OH- (k = 63 M-1s-1)

(1.2)

Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2* + H+ (k = 3.1×10-3 M-1s-1)

(1.3)

OH* + Fe2+ → Fe3+ + OH- (k = 3.0×108 M-1s-1)

(1.4)


SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

15