TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
--------------

NGUYỄN THỊ HUYỀN TRANG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ
TRONG NƢỚC RỈ RÁC BẰNG PHƢƠNG
PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA ĐIỆN CỰC SẮT
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

TS. LÊ THANH SƠN

HÀ NÔI – 2017


LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thiện chƣơng trình Đại học và thực hiện tốt khóa luận tốt
nghiệp, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu
sắc nhất tới các thầy cô khoa Hóa học, trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội 2 đã luôn
quan tâm và tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời
gian theo học tại trƣờng.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và tri ân sâu sắc tới TS. Lê Thanh Sơn và
các anh chị phòng Công nghệ Hóa lý Môi trƣờng – Viện Công nghệ Môi trƣờng là
những ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong
quá trình nghiên cứu và suốt thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp này.
Em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp theo đúng tiến độ của nhà trƣờng đề ra
với cố gắng và sự nhiệt tình của bản thân, tuy nhiên em không tránh khỏi những thiếu
sót. Em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp của các thầy, cô và các bạn để khóa luận tốt

CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................29
2.1. Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu. ....................................................................29
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu......................................................................................29
2.1.2. Mô hình thiết bị ...............................................................................................31
2.1.3. Mục đích và nội dung nghiên cứu. ..................................................................37
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................................39
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................41
3.1. Ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý
COD của quá trình keo tụ điện hóa. ..........................................................................41


3.2. Ảnh hƣởng của độ pH đến hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ điện
hóa…. ........................................................................................................................42
3.3. Ảnh hƣởng của vật liệu điện cực đến hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ
điện hóa. ....................................................................................................................44
3.4. Ảnh hƣởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD của quá trình
keo tụ điện hóa. .........................................................................................................45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................48
PHỤ LỤC ..................................................................................................................48


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Các thành phần cân bằng nƣớc trong ô chôn lấp ........................................3
Hình 1.2. Cơ chế của quá trình keo tụ.......................................................................22
Hình 1.3. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ ............................................23
Hình 2.1. Điện cực sắt ............................................................................................... 32
Hình 2.2. Tám kẹp điện cực ...................................................................................... 32
Hình 2.3. Máy khuấy từ gia nhiệt .............................................................................33

Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD .............46


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

NRR

Nƣớc rỉ rác

DO

Lƣợng oxi hòa tan trong nƣớc

(Dissolved Oxygen)
COD

Nhu cầu oxi hóa học

(Chemical Oxygen Demand)
BOD

Nhu cầu oxi sinh học

(Biochemical Oxygen Demand)
SS

Chất rắn lơ lửng

(Suspended Solid)
TOC

khu đô thị vẫn chƣa đƣợc xử lí triệt để. Lƣợng RTSH tăng dẫn đến lƣợng nƣớc rỉ
rác sinh ra ngày càng nhiều. Chôn lấp vẫn là hình thức phổ biến đƣợc áp dụng trong
xử lí chất thải rắn ở nƣớc ta do kĩ thuật đơn giản và chi phí xử lí thấp hơn so với các
phƣơng pháp xử lý khác nhau nhƣ đốt, hóa rắn… Tuy nhiên, kéo theo đó là vấn đề
ô nhiễm môi trƣờng do bãi chôn lấp (BCL) không hợp vệ sinh, không đạt tiêu chuẩn
gây ra nhiều bất cập làm ảnh hƣởng tới môi trƣờng xung quanh và cuộc sống con
ngƣời.
Đặc biệt, hầu hết nƣớc rỉ rác tại BCL đều phát thải trực tiếp vào môi trƣờng,
khuếch tán mầm bệnh gây tác động xấu đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. Vấn
đề này đang là tình trạng phải đối mặt của nhiều quốc gia trên thế giới.
Đây là một trong những vấn đề cần giải quyết để nhằm giảm thiểu tình trạng
ô nhiễm môi trƣờng do chôn lấp. Trong những năm qua, một số công nghệ xử lí
nƣớc rỉ rác đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng nhƣ kết hợp nƣớc rỉ rác với nƣớc thải
sinh hoạt, quay vòng nƣớc rỉ rác, xử lý hóa lý hay xử lý bằng các hố sinh học….
Nhƣng tất cả các biện pháp này đều không mang lại hiệu quả khả quan trong thực
tế.
 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Xuất phát từ thực trạng ô nhiễm ở nƣớc ta hiện nay, em lựa chọn đề tài “
Nghiên cứu xử lý COD trong nƣớc rỉ rác bằng phƣơng pháp keo tụ điện hóa
điện cực sắt” để góp một phần nhỏ vào việc làm giảm nồng độ ô nhiễm của nƣớc
thải rỉ rác, bảo vệ nguồn nƣớc và môi trƣờng trong sạch.

1


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về nƣớc rỉ rác



- dòng chảy từ ngoài thâm nhập vào ô chôn lấp ( bao gồm dòng

chảy mặt và nƣớc ngầm gia nhập từ bên ngoài vào ô chôn lấp),
RO

- dòng chảy ra khỏi khu vực ô chôn lấp,

E

- nƣớc bay hơi,

2


V

- sự thay đổi lƣợng nƣớc chứa trong ô chôn lấp: độ ẩm ban đầu

của rác và bùn thải mang đi chôn lấp; độ ẩm của vật liệu phủ; lƣợng nƣớc thất thoát
trong quá trình hình thành khí; lƣợng nƣớc thất thoát do bay hơi theo khí thải. lƣợng
nƣớc thất thoát ra từ đáy bãi chôn lấp chất thải rắn; sự chênh lệch về hàm lƣợng
nƣớc trong cấu trúc hóa học của rác.

Hình 1.1. Các thành phần cân bằng nước trong ô chôn lấp
Điều kiện khí tƣợng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khí
hậu… lƣợng mƣa ảnh hƣởng đáng kể đến lƣợng nƣớc rò rỉ sinh ra. Tốc độ phát sinh
nƣớc rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Lƣợng
nƣớc rỉ rác sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần sau khi đóng
cửa BCL do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên trên mặt… giữ nƣớc làm

4


Bảng 1.1. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới
Đức

Columbia

Cannada

Pereira
(5năm vận
hành)

Clover Bar
(Vận hành từ
năm 1975)

–

7,2 – 8,3

8,3

–

COD

mgO2/l


920

Thành Phần

pH

Đơn Vị

BCL CTR
đô thị

Chất rắn tổng cộng

mg/l

7.990 – 89.100

–

–

Chất rắn lơ lửng

mg/l

190– 27.800

–

–

Ca

mg/l

–

–

200

Mg

mg/l

–

–

150

Na

mg/l

–

–

1.150



Độ dẫn điện

µS/cm

19.400 – 23.900

COD

mgO2/l

4.119 – 4.480

12.500

2.000

BOD5

mgO2/l

750 – 850

7.000

500

SS

mg/l


–

Phospho tổng

mg/l

25 – 34

–

–

Cl-

mg/l

3.200 – 3.700

4.500

4.500

Zn

mg/l

0,873 – 1,267

–


Cr

mg/l

0,495 – 0,657

–

–

mgCaCO3/l

–

2.000

10.000

pH

Độ kiềm

–

(Kwanrutai Nakwan, 2002)
Nhƣ vậy có thể thấy rằng nƣớc rỉ rác gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi
trƣờng sống vì nồng độ các chất ô nhiễm có trong nƣớc rất cao và lƣu lƣợng đáng
kể. Do đó số lƣợng các công trình nghiên cứu xử lý nƣớc rỉ rác trên thế giới là rất
đáng kể.


6,81 – 7,98

7,4 – 7,6

7,7 – 8,5

6,5 – 8,22

TDS

mg/l

6.913 -19.875

-

-

4,47 – 9,24

TSS

mg/l

120- 2.240

700 –2.020

42- 84


0,370-0,465

Tổng N

mg/l

423 – 2.253

1.821 –2.427

-

179- 507

N- NH4+

mg/l

-

1.680 –2.887

184- 543

-

N- NO3-

mg/l

1.419- 4.874

-

Cl-

mg/l

-

-

518- 1.199

-

As

mg/l

0,001 – 0,003

-

-

0,047- 0,086

Pb


-

0,0001

Tuổi BCL

Năm

7

9

Ph

BOD5/COD

Nguồn trích dẫn

1.020 – 22.783 13.655 –16.814

7
[6]

[11]

[14]

2
[6]


gian. Giai đoạn tạo thành khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa.

8


Bảng 1.4. Đặc điểm bãi chôn lấp mới và bãi chôn lấp lâu năm
Bãi chôn lấp lâu năm

Bãi chôn lấp mới

- Nồng độ các axit béo dễ bay hơi
- Nồng độ các axit béo dễ bay hơi
(VFA) cao.
thấp.
- pH nghiêng về tính axit.

- pH trung tính hoặc kiềm.

- BOD cao.

- BOD thấp.

- Tỷ lệ BOD/COD cao.

- Tỷ lệ BOD/COD thấp

- Nồng độ NH4+ và nito hữu cơ
cao.

- Vi sinh vật có số lƣợng nhỏ.


TOC

1.500 – 20.000

6.000

80 – 160

COD

3.000 – 90.000

18.000

100 – 500

Chất rắn hòa tan

10.000 – 55.000

10.000

1.200

200 – 2.000

500

100 – 400


5 – 10

4 – 80

20

4–8

1.000 – 20.900

3.000

200 – 1000

4,5 – 7,5

6

6,6 – 9

300 – 25.000

3.500

200 – 500

Canxi

50 – 7.200


50 – 5.000

60

20 – 200

Tổng chất rắn lơ lửng

Othophotpho
Độ kiềm theo CaCO3
Ph
Độ cứng theo CaCO3

Thuyết mình đề tài KHCN thuộc các hướng KHCN ưu tiên cấp Viện Hàn lâm KHCNVN[9]

10


Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nƣớc rỉ rác cũng có sự
thay đổi.
Khi bãi rác đã đóng cửa trong thời gian dài thì hầu nhƣ nƣớc rò rỉ chỉ chứa
một phần nhỏ các chất hữu cơ, mà thƣờng là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
b. Thành phần của chất thải rắn
Thực tế, thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng tác động đến tính chất
của nƣớc rỉ rác. Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị
phân hủy. Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nƣớc rỉ rác cũng có các đặc
tính tƣơng tự.
c. Chiều sâu bãi chôn lấp
Nhiều nghiên cứu cho thấy BCL có chiều sâu chôn lấp càng lớn thì nồng độ

 Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường nước
Nƣớc rỉ rác có chứa hàm lƣợng chất ô nhiễm cao ( chất hữu cơ: do trong rác
có phân xúc vật, thức ăn thừa… chất thải độc hại từ các bao bì đựng phân bón,
thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, mỹ phẩm…) nếu không đƣợc thu gom, xử lý sẽ xâm
nhập vào nguồn nƣớc mặt và nƣớc ngầm gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc nghiêm
trọng.
Hàm lƣợng nito cao là chất dinh dƣỡng kích thích sự phát triển của rong rêu,
tảo … gây hiện tƣợng phú dƣỡng hóa làm bẩn trở lại nguồn nƣớc, gây thiếu hụt DO
trong nƣớc do oxi bị tiêu thụ trong quá trình oxi hóa chất hữu cơ.
Tạo ra xói mòn trên tầng đất nén và lắng đọng trong lòng nƣớc mặt chảy qua.
Cũng có thể chảy vào các tầng nƣớc ngầm và các dòng nƣớc sạch gây ra ảnh hƣởng
nghiêm trọng đến sức khỏe ngƣời dân sử dụng nguồn nƣớc.
Nƣớc là đƣờng truyền bệnh rất nguy hiểm. Nguồn nƣớc ô nhiễm tác động
đến con ngƣời thể hiện qua sức khỏe cộng đồng, khi ăn các loại thực phẩm nhƣ cá,
tôm, cua,… bị nhiễm độc do nƣớc ô nhiễm, con ngƣời sẽ mắc nhiều chứng bệnh,
trong đó có cả bệnh ung thƣ. Ngoài ra, nguồn nƣớc còn gây ra cả bệnh thƣơng hàn,
kiết lị, dịch tả, da liễu…. nguyên nhân là do trong nƣớc ô nhiễm có nhiều vi khuẩn
và nấm gây bệnh cho ngƣời.

12


Khi nguồn nƣớc bị ô nhiễm dù ở mức độ nặng hay nhẹ đều gây ảnh hƣởng
xấu đến giới tự nhiên, hệ sinh thái, động- thực vật thủy sinh.
Khi môi trƣờng nƣớc bị ô nhiễm vùng ven sông rạch, vùng bán ngập do mực
nƣớc ngầm nông, nguồn nƣớc mặt bị ô nhiễm với nhiều yếu tố độc hại đã di chuyển
thẳng xuống mạch nƣớc ngầm theo phƣơng thẳng đứng hoặc từ nƣớc sông ngấm
vào mạch nƣớc ngầm theo phƣơng nằm ngang, dƣới tác dụng của thủy triều mà
không qua gạn lọc, làm sạch tự nhiên của môi trƣờng.
 Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường không khí

nghệ đang đƣợc sử dụng trong thực tiễn trên nền của các quá trình công nghệ cơ
bản theo từng cấp.
Có hai nhóm phƣơng pháp xử lý cơ bản áp dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác là
phƣơng pháp hóa lý và sinh học [1,3]. Phƣơng pháp hóa học, hóa lý gồm: keo tụ,
hấp phụ, trao đổi ion, oxi hóa, kết tủa, màng lọc và lắng. Phƣơng pháp sinh học: Xử
lý vi sinh yếm khí, hiếu khí, thiếu khí và các tổ hợp của chúng.
Một số công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác đƣợc áp dụng phổ biến hiện nay[7].
- Xử lý vi sinh kỵ khí  xử lý vi sinh hiếu khí  ao hồ ổn định  xả ra
nguồn tiếp nhận.
- Xử lý vi sinh kỵ khí  xử lý vi sinh hiếu khí oxi hóa bằng hóa chất  ao
hồ ổn định  xả ra nguồn tiếp nhận.
- Xử lý sinh học  đƣa về nhà máy xử lý chung với nƣớc thải sinh hoạt.
- Keo tụ  lắng ( hoặc tuyển nổi)  xử lý vi sinh kỵ khí  xử lý vi sinh hiếu
khí ao hồ ổn định  xả ra nguồn tiếp nhận.
- Oxi hóa bằng hóa chất  lắng  xử lý vi sinh kỵ khí  xử lý vi sinh hiếu
khí  ao hồ ổn định  xả ra nguồn tiếp nhận.
- Keo tụ  lắng ( tuyển nổi)  xử lý vi sinh kỵ khí  xử lý vi sinh hiếu khí
 hấp phụ xử lý màu  ao hồ ổn định  xả ra nguồn tiếp nhận.

14


Nhƣ vậy các công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác vẫn phổ biến là xử lý bằng nhiều
công đoạn, trong đó công nghệ sinh học đƣợc áp dụng ở hầu hết các dây chuyền.
Các công nghệ hóa lý cũng đƣợc áp dụng phổ biến nhƣ keo tụ, oxi hóa..
Hiệu quả của một số phƣơng pháp xử lý nƣớc rỉ rác đƣợc đánh giá bởi Abbas
và cộng sự (2009) [30], cụ thể:
- Phƣơng pháp kết hợp xử lý nƣớc rỉ rác với nƣớc thải sinh hoạt có hiệu quả
cao với xử lý nƣớc rác mới và trung bình nhƣng phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là
tồn dƣ sinh khối và chất dinh dƣỡng.

chôn lấp rác thải sinh hoạt giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng do nƣớc rỉ rác”. Tô
Thị Hải Yến và đồng nghiệp [16] với công trình “ Thúc đẩy nhanh quá trình phân
hủy vi sinh rác và nƣớc rỉ rác bằng thay đổi chế độ vận hành và môi trƣờng hóa học
trong bãi chôn lấp” đã cho thấy, khi chôn lấp rác thải sinh hoạt có thành phần lignin
tới 15,2% trọng lƣợng khô làm phát thải khí metan không có lợi về kinh tế và môi
trƣờng. Với việc bổ sinh thêm môi trƣờng sunfat nhằm tạo điều kiện để phân hủy
thành phần hữu cơ thể rắn trong rác chuyển sang dạng lỏng trong nƣớc rỉ rác, vô cơ
hóa thành phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nƣớc rỉ rác. Trong môi
trƣờng sunfat, hệ thống chỉ thực sự phát huy tác dụng từ ngày thứ 95 của chu trình
chôn lấp rác. Ngoài ra nhóm tác giả cũng đã cho thấy rằng việc tuần hoàn nƣớc rỉ
rác tạo khả năng oxy hóa – khử mạnh hơn cho môi trƣờng phân hủy vi sinh các chất
hữu cơ trong rác ở thể rắn và vô cơ hóa chất hữu cơ ở thể lỏng.
Hoàng Thị Thu Hiền [2] đã sử dụng UV/Ozon để xử lý nƣớc rỉ rác. Kết quả
thu đƣợc trong điều kiện phòng thí nghiệm xử lý nƣớc rỉ rác từ BCL Nam Sơn cho
thấy, sau keo tụ, tác giả đã xác định đƣợc điều kiện thích hợp đạt đƣợc tại pH=7,5
và thời gian phản ứng là 100 phút; hiệu suất xử lý COD và độ màu nƣớc rỉ rác đạt
tƣơng ứng là 26% và 64% với hệ Ozon và 35%, 82% với hệ UV/O3.
Trịnh Văn Tuyên và cộng sự Viện Công nghệ môi trƣờng đã “ Áp dụng quá
trình ozon hóa làm giảm hàm lƣợng các chất hữu cơ khó phân hủy trong xử lý nƣớc
rỉ rác BCL CTR” [10]. Tập thể tác giả đã tìm đƣợc điều kiện thích hợp để ozon hóa

16


và Perozon có hiệu quả nƣớc rỉ rác nhƣ sau: pH= 8 – 9 , hàm lƣợng H2O2 là 2.000
mg/l, thời gian phản ứng đối với hệ Ozon là 100 phút và hệ Perozon là 80 phút và
để nâng cao hiệu quả xử lý cần tăng tƣơng tác của ozon với các chất hữu cơ trong
nƣớc rỉ rác bằng đệm sứ có bề mặt riêng lớn.

1.1.5.2. Tình hình xử lý nước rác ngoài nước

254 giảm tối đa 78% và cacbon hữu cơ hòa tan giảm 23%. Khi nồng độ ozon là 66,7
g/m3 thì thời gian ozon hóa hiệu quả là 10 phút, đƣợc chọn để xử lý sơ bộ nƣớc thải
trƣớc khi vận hành các quá trình lọc bằng màng.
1.2.

Tổng quan về nhu cầu oxi hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand)

1.2.1. Tổng quan về COD
 Các chất thuộc đối tượng của COD
Bao gồm các chất hữu cơ trong nƣớc và cả những chất khử vô cơ nhƣ axit
sunfuro, các chất gốc sunfat, sắt(II).
 Khái niệm
COD là phép đo lƣợng oxy tƣơng đƣơng với lƣợng chất hữu cơ có trong mẫu
mà có thể bị oxy hóa bằng tác nhân oxy hóa mạnh. Nói cách khác, COD là phép đo
gián tiếp khối lƣợng chất hữu cơ trong một mẫu nƣớc. Do đó,đƣợc sử dụng làm chỉ
tiêu thể hiện mức độ ô nhiễm bởi chất hữu cơ trong nƣớc.
Ƣu điểm chính của phân tích chỉ tiêu COD là cho biết kết quả trong một
khoảng thời gian ngắn hơn nhiều (2 giờ) so với BOD (5 ngày). Do đó trong nhiều
trƣờng hợp, COD đƣợc dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ thay cho
BOD.

18