Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết kế và đánh gái quy trình công nghệ xử lý nước thải của trung tâm thí nghiệm thực hành (10m3 ngày đêm) tại trường đại học phú yên
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.65 MB, 129 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
NGUYỄN THỊ XUÂN QUÝ
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ
QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI
CỦA TRUNG TÂM THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH
(10m3/ngày.đêm) TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC PHÚ YÊN
LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC
Bình Định - Năm 2019
e
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
NGUYỄN THỊ XUÂN QUÝ
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ
QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI
CỦA TRUNG TÂM THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH
(10m3/ngày.đêm) TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC PHÚ YÊN
Chuyên ngành
: HÓA VÔ CƠ
Mã số
: 8 44 01 13
Ngƣời hƣớng dẫn: TS. TRƢƠNG MINH TRÍ
Bình Định - Năm 2019
e
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tác giả và người
hướng dẫn khoa học. Những kết quả và số liệu trong luận văn chưa từng được
cơng bố dưới bất kỳ hình thức nào.
e
LỜI CẢM ƠN
Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy
TS. Trương Minh Trí đã ln nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên tơi
trong suốt q trình thực hiện luận văn.
Tơi xin gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô giáo của Khoa Khoa học tự
nhiên, trường Đại học Quy Nhơn đã trang bị cho tôi những kiến thức khoa
học giá trị.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo trường, quý thầy cô giáo
trường THCS & THPT Nguyễn Viết Xuân, Tuy An, Phú Yên đã tạo điều kiện
thuận lợi để tơi hồn thành luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã ln bên cạnh động viên
và giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp này.
Bình Định, ngày 15 tháng 7 năm 2019
Học viên
Nguyễn Thị Xuân Quý
e
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................ 1
2. Nhiệm vụ nghiên cứu ......................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................... 3
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ................................ 3
6. Nội dung ch nh của luận văn ............................................................. 4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................ 5
1.1. Giới thiệu trung tâm th nghiệm thực hành, Trường Đại học Phú Yên ..... 5
1.2. Đặc t nh nước thải phòng th nghiệm ....................................................... 7
1.3. Giới thiệu các q trình oxy hóa nâng cao ............................................... 9
1.3.1. Sự cần thiết của các công nghệ cao trong xử lý nước thải ................. 9
1.3.2. Nguyên tắc chung của phương pháp oxy hóa nâng cao ................... 10
1.3.3. Phân loại các q trình oxy hóa tiên tiến ......................................... 11
1.3.4. Sơ lược cơ chế một số quá trình oxy hóa nâng cao ......................... 12
1.4. Tổng quan các chất keo tụ - tạo bông..................................................... 21
1.4.1. Giới thiệu chung ............................................................................. 21
1.4.2. Cơ chế của quá trình keo tụ - tạo bông ............................................ 22
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ-tạo bơng ...................... 22
1.4.4. Một số hóa chất dùng để keo tụ - tạo bông ...................................... 24
e
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ................................................................. 30
2.1. Hóa chất, dụng cụ .................................................................................. 30
2.1.1. Dụng cụ .......................................................................................... 30
2.1.2. Hóa chất ......................................................................................... 31
2.2. Đánh giá kết quả nghiên cứu ................................................................. 32
2.3. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 32
2.3.1. Phương pháp th nghiệm thực nghiệm ............................................ 32
2.3.2. Phương pháp xử lý số liệu .............................................................. 33
2.4. Lấy mẫu, bảo quản mẫu và phân t ch mẫu ............................................. 35
2.4.1. Lấy mẫu .......................................................................................... 35
2.4.2. Bảo quản mẫu ................................................................................. 36
2.4.3. Phân t ch mẫu ................................................................................. 37
2.5. Khảo sát các điều kiện tối ưu ................................................................. 48
2.5.1. Oxy hoá nước thải bằng Fenton ...................................................... 49
2.5.2. Oxy hóa nước thải bằng Catazon .................................................... 50
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................... 53
3.1. Khảo sát sơ bộ thành phần nước thải ..................................................... 53
3.2. Oxy hoá nước thải bằng Fenton ............................................................. 54
3.2.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH ....................................................... 54
3.2.2. Khảo sát giá trị pH tối ưu ................................................................ 55
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của lượng Fe2+ đến quá trình Fenton ............. 56
3.2.4. Khảo sát lượng Fe2+ tối ưu cho quá trình Fenton ........................... 57
3.2.5. Khảo sát lượng H2O2 cho quá trình Fenton .................................... 59
3.2.6. Khảo sát lượng H2O2 tối ưu cho quá trình Fenton ......................... 60
3.2.7. Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian khuấy .................................... 61
3.2.8. Khảo sát sự ảnh hưởng của tốc độ khuấy ........................................ 62
3.2.9. Khảo sát hiệu quả xử lý của quá trình Fenton ................................. 63
e
3.3. Oxy hóa nước thải bằng Catazon ........................................................... 64
3.3.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH ....................................................... 64
3.3.2. Khảo sát giá trị pH tối ưu ................................................................ 65
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của lượng Fe2+ đến quá trình Catazon ........... 66
3.3.4. Khảo sát tỷ lệ phèn Fe2+/Al3+ tối ưu ............................................. 67
3.3.5. Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian sục kh .................................. 69
3.3.6. Khảo sát sự ảnh hưởng của tốc độ khuấy ........................................ 70
3.3.7. Khảo sát hiệu suất xử lý của quá trình Catazon ............................... 71
3.3.8. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC ....................................... 73
3.4. Quy trình cơng nghệ hệ thống xử lý nước thải tại Trung tâm th nghiệm
thực hành - Đại học Phú Yên ........................................................................ 75
3.4.1. Lựa chọn phương pháp xây dựng quy trình cơng nghệ ................... 75
3.4.2. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Đại học Phú Yên ........................ 77
3.5. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ......................................................... 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 92
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................... 94
PHỤ LỤC
e
DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
BCH
BOD
BOD5
BQL
BTCT
BTNMT
: Ban chấp hành
: Nhu cầu oxy sinh học
: Lượng oxy cần thiết của 5 ngày đầu
: Ban quản lý
: Bê tông cốt thép
: Bộ tài nguyên môi trường
CĐ
COD
ĐH
DO
ĐTXD
GD - ĐT
GDĐH
HSSV
Kphđ
KT - XH
NCKH
PAC
POP
PTN
: Cao đẳng
: Nhu cầu oxy hóa học
: Đại học
: Lượng oxy hòa tan
: Đầu tư xây dựng
: Giáo dục - Đào tạo
: Giáo dục đại học
: Học sinh - sinh viên
: Không phát hiện được
: Kinh tế xã hội
: Nghiên cứu khoa học
: Chất trợ lắng Poly Aluminium Clorit
: Những chất hữu cơ khó phân hủy
: Phịng thí nghiệm
QCVN
SS
TCVN
TDS
TOC
: Quy chuẩn Việt Nam
: Chất rắn lơ lửng dạng huyền phù
: Tiêu chuẩn Việt Nam
: Tổng hàm lượng chát rắn hòa tan
: Tổng lượng cacbon hữu cơ
TSS
TTTNTH
TW
: Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng
: Trung tâm thí nghiệm thực hành
: Trung Ương
VCKT
VXM
: Vật chất kỹ thuật
: Vữa xi măng
e
DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu hình
Tên hình
Trang
Hình 1.1
Mơ hình keo tụ - tạo bơng
22
Hình 1.2
Chất trợ lắng PolyAluminium Clorit (PAC) dạng rắn
27
Hình 1.3
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Chất trợ lắng Poly Aluminium Clorit (PAC) dạng
dung dịch
Đồ thị mối liên hệ giữa pH với hiệu suất xử lý COD
quá trình Fenton
Đồ thị mối liên hệ giữa pH tối ưu với hiệu suất xử lý
COD quá trình Fenton
Đồ thị mối liên hệ giữa thể t ch Fe2+ với hiệu suất xử
lý COD quá trình Fenton
Đồ thị mối liên hệ giữa thể t ch Fe2+ tối ưu với hiệu
suất xử lý COD quá trình Fenton
Đồ thị mối liên hệ giữa thể t ch H 2O2 với hiệu suất
xử lý COD quá trình Fenton
Đồ thị mối liên hệ giữa thể t ch H2O2 tối ưu với hiệu
suất xử lý COD quá trình Fenton
Đồ thị mối liên hệ giữa thời gian khuấy với hiệu suất
xử lý COD quá trình Fenton
Đồ thị mối liên hệ giữa tốc độ khuấy với hiệu suất xử
lý COD quá trình Fenton
Đồ thị mối liên hệ giữa pH với hiệu suất xử lý COD
quá trình Catazon
Đồ thị mối liên hệ giữa pH tối ưu với hiệu suất xử lý
COD quá trình Catazon
Đồ thị mối liên hệ giữa thể t ch Fe2+ với hiệu suất xử
lý COD của quá trình Catazon
e
27
54
55
57
58
59
60
61
62
64
65
67
Số hiệu hình
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15
Tên hình
Đồ thị mối liên hệ giữa tỷ lệ phèn sắt/phèn nhôm với
hiệu suất xử lý COD của quá trình Catazon
Đồ thị mối liên hệ giữa thời gian sục kh ozon với
hiệu suất xử lý COD của quá trình Catazon
Hình 3.14. Đồ thị mối liên hệ giữa tốc độ khuấy với
hiệu suất xử lý COD của quá trình Catazon
Đồ thị mối liên hệ giữa thể t ch PAC với hiệu suất xử
lý COD của quá trình Catazon
Trang
68
69
71
74
Hình 3.16
Sơ đồ mạng lưới thu gom nước thải
75
Hình 3.17
Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý nước thải
78
Hình 3.18
Sơ đồ cơng nghệ
80
Hình 3.19
Bảng thống kê cốt thép
81
Hình 3.20
Mặt bằng xây dựng tổng thể
81
Hình 3.21
Mặt bố tr nắp đan
82
Hình 3.22
Mặt bằng bố tr ống chờ
83
Hình 3.23
Mặt bằng bố tr thép đáy
83
Hình 3.24
Mặt kết cấu thép tường
84
Hình 3.25
Mặt kết cấu dầm
84
Hình 3.26
Mặt kết cấu nắp bể
85
Hình 3.27
Mặt bằng bố tr ống nước thải
85
Hình 3.28
Mặt bằng bố tr ống bùn
86
Hình 3.29
Mặt bằng bố tr ống dẫn kh
87
Hình 3.30
Mặt bằng bố tr hóa chất
87
Hình 3.31
Mặt bằng bố tr ống ozon
88
Hình 3.32
Thiết bị vi lọc
88
e
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Ký hiệu bảng
Bảng 1.1
Tên bảng
Nồng độ lớn nhất của một số hố chất độc trong nước
thải phịng thí nghiệm
Trang
8
Bảng 1.2
Thế oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa thường gặp
11
Bảng 1.3
Phân loại các q trình oxi hóa nâng cao
12
Bảng 1.4
Bảng 1.5
Bảng 1.6
Bảng 2.1
Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3
Bảng 3.4
Bảng 3.5
Bảng 3.6
Bảng 3.7
Bảng 3.8
Mức độ loại bỏ các Clobenzen khi áp dụng hệ O3/xúc
tác đồng thể (Corteset al.1998)[40]
Thành phần phèn nhôm sunfat [5]
Thành phần khối lượng của Poly Aluminium Clorit
(PAC) [5]
Bảng 2.1. Các phương pháp phân t ch [23], [24].
Kết quả đánh giá Thông số ô nhiễm đặc trưng của
Trung tâm th nghiệm thực hành
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH lên hiệu suất xử lý
COD bởi quá trình Fenton
Kết quả nghiên cứu khảo sát pH tối ưu của quá trình
Fenton với hiệu suất xử lý COD
Kết quả nghiên cứu khảo sát lượng Fe2+ với hiệu suất
xử lý COD và độ màu
Kết quả nghiên cứu khảo sát lượng Fe2+ tối ưu của quá
trình Fenton với hiệu suất xử lý COD và độ màu
Kết quả nghiên cứu khảo sát lượng H2O2 của quá trình
Fenton với hiệu suất xử lý COD và độ màu
Kết quả nghiên cứu khảo sát lượng H2O2 tối ưu của
quá trình Fenton với hiệu suất xử lý COD và độ màu
Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy lên hiệu
suất xử lý COD quá trình Fenton
e
18
24
27
36
53
54
55
56
58
59
60
61
Ký hiệu bảng
Bảng 3.9
Bảng 3.10
Bảng 3.11
Bảng 3.12
Bảng 3.13
Bảng 3.14
Bảng 3.15
Bảng 3.16
Bảng 3.17
Bảng 3.18
Bảng 3.19
Tên bảng
Kết quả khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy lên hiệu suất
xử lý COD quá trình Fenton
Hiệu suất xử lý của phương pháp Fenton
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH lên hiệu suất xử lý
COD bởi quá trình Catazon
Kết quả nghiên cứu khảo sát pH tối ưu của quá trình
Catazon với hiệu quả xử lý COD
Kết quả nghiên cứu khảo sát lượng Fe2+ với hiệu suất
xử lý COD và độ màu của quá trình Catazon
Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ phèn sắt/ phèn nhơm
lên hiệu quả xử lý COD của q trình Catazon
Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian sục kh Ozon
lên hiệu suất xử lý COD quá trình Catazon
Kết quả khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy lên hiệu suất
xử lý COD quá trình Catazon
Hiệu suất xử lý của phương pháp Catazon
Kết suất khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ keo tụ
PAC lên hiệu quả xử lý COD quá trình Catazon
Danh mục các loại bảng vẽ của hệ thống xử lý nước
thải - Đại học Phú Yên
Trang
62
63
64
65
66
68
69
70
72
73
79
Hiệu suất xử lý của Hệ thống xử lý nước thải tại
Bảng 3.20
Trung tâm th nghiệm thực hành - trường Đại học Phú
Yên
e
90
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nước thải phịng thí nghiệm (PTN) là loại nước thải chứa rất nhiều
thành phần ô nhiễm khác nhau phát sinh từ các hóa chất th nghiệm và những
nguồn cần th nghiệm.
Nước thải này phát sinh từ quá trình rửa dụng cụ th nghiệm, lưu lượng
nước thải tuy không lớn nhưng thành phần ô nhiễm thì phức tạp, do vậy nước
thải này cần được xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường.
Mỗi PTN chức năng thường tiêu thụ các loại dung mơi, hố chất
khoảng từ 5-10l t/tháng. T nh chung cho một cơ sở làm công tác kiểm nghiệm
hoặc nghiên cứu lượng dung mơi, hóa chất thải ra trong ngày là rất lớn. Các
hố chất thường được sử dụng trong PTN gồm có dung môi hữu cơ như:
etanol, propanol, butanol, benzen, axeton, axetonitrin, clorofom, ete, piridin,
toluen, isobutylic, hợp chất màu... cùng với các axit vơ cơ như: H 2SO4, HCl,
HNO3... Đặc biệt, cịn có sử dụng hố chất có độc t nh cao như asen, thủy
ngân, thuốc bảo vệ thực vật, cyanua... lượng nước thải chảy trực tiếp vào cống
rãnh sẽ làm ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường tự nhiên, đặc biêt ảnh hưởng
tới nguồn nước ngầm do hóa chất độc hại có thể thấm qua cống rãnh, lan rộng
tới các khu lân cận.
Hầu hết nước thải từ các trung tâm th nghiệm thực hành (TTTNTH)
đều chứa nhiều chất có khả năng gây ô nhiễm môi trường. Nồng độ một số
chất hữu cơ và vô cơ trong nước thải cao hơn nhiều lần giá trị giới hạn của
QCVN 40:2011/BTNMT mà thường được áp dụng quản lý và kiểm soát chất
lượng nước thải của các cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ,... (gọi
chung là nước thải công nghiệp).
Mặt khác, tuy lưu lượng nước thải từ các trung tâm th nghiệm thực
hành không lớn so với lượng nước thải sinh hoạt, nhưng khả năng gây ơ
nhiễm cục bộ lớn. Vì vậy, khi không được thu gom và xử lý trước khi thải ra
e
2
môi trường sẽ dễ gây phân tán trong nguồn cống thải và ô nhiễm nguồn nước
ngầm (nếu cho tự thấm), về lâu dài sẽ gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận tại các
khu cộng đồng dân cư [8], [9], [10], [11].
Nếu so sánh với giới hạn tối đa của một số chất hữu cơ khác theo
QCVN 40:2011/BTNMT thì mức ơ nhiễm của nước thải các TTTNTH khá
cao và đây là chất thải nguy hại (theo quy định của Luật hóa chất). Loại nước
thải này có nồng độ phát thải thường ở mức cao nên mức độ ảnh hưởng lớn
đến hệ sinh thái, môi trường xung quanh và sức khoẻ cộng đồng. Cùng với sự
phát triển về nguồn lực đào tạo sẽ tăng quy mơ đầu tư các trung tâm thí
nghiệm, từ đó tăng trữ lượng nguồn thải, do vậy nước thải nơi đây cần thiết
phải được xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường.
Trường Đại học Phú Yên là một cơ sở giáo dục tại địa phương tỉnh Phú
Yên, có quy mơ đào tạo lớn tại thời điểm hiện tại và định hướng phát triển
trong thời gian tới. Việc nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và vận hành trung tâm
th nghiệm thực hành nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
2. Nhiệm vụ nghiên cứu
Thiết kế và xây lắp hệ thống xử lý nước thải tại các TTTNTH nói
chung, TTTNTH tại trường Đại học Phú Yên nói riêng là khảo sát địa điểm
xây lắp, nghiên cứu phương pháp xử lý thải và đề xuất quy trình cơng nghệ,
thiết kế, thi công và lắp đặt thiết bị, vận hành và kiểm tra khả năng lọc nước
của hệ thống xử lý nước thải từ nguồn thải [4], [6], [12], [15], [17], bao gồm:
- Tổng quan và khảo sát thử nghiệm mẫu nước thải tại TTTNTH tại
trường Đại học Phú Yên;
- Đánh giá điều kiện tối ưu để xử lý nguồn thải bằng phương pháp Oxy
hóa nâng cao: Xác định pH, thời gian phản ứng, tốc độ khuấy, nồng độ các
chất phản ứng, chất hỗ trợ keo tụ,…
- Kết hợp với phương pháp kết tủa tạo bông và lọc cao áp để tách các
hợp chất ra khỏi nước thải;
e
3
- Lựa chọn quy trình tối ưu cho hệ thống xử lý nước thải tại trung tâm
th nghiệm thực hành - trường Đại học Phú Yên;
- Thiết kế quy trình công nghệ xử lý nước thải tại trung tâm th nghiệm
thực hành trong trường Đại học Phú Yên;
- Thi công, lắp đặt thiết bị và vận hành hệ thống;
- Đánh giá quy trình và so sánh theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Xử lý nước thải.
- Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống xử lý nước thải tại trung tâm th
nghiệm thực hành - trường Đại học Phú Yên.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Xác định các thông số đầu vào ban đầu của hệ thống xử lý thải;
- Lựa chọn hệ oxi hóa nâng cao, khảo sát các chỉ số tối ưu (pH, phèn,
thời gian khuấy, tốc độ, chất trợ keo tụ, …).
- Đề xuất quy trình cơng nghệ hệ thống xử lý thải tại trung tâm thí
nghiệm thực hành – Trường Đại học Phú Yên.
- Thiết kế, thi công, lắp đặt thiết bị và vận hành hệ thống xử lý nước
thải tại trung tâm th nghiệm thực hành– Trường Đại học Phú Yên.
- Đánh giá hiệu quả hệ thống xử lý nước thải.
- Đề tài thực hiện do hướng dẫn của giảng viên có chun mơn nhằm
đánh giá về mặt khoa học và giá trị học thuật đề tài.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đóng góp phương
pháp oxi hóa nâng cao áp dụng vào quy trình xử lý nước thải tại các trung tâm
th nghiệm thực hành.
- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài mang t nh thực tiễn
tại trung tâm th nghiệm thực hành - trường Đại học Phú Yên; là cơ sở điển
hình để nhân rộng mơ hình xử lý nước thải tại các trung tâm th nghiệm khác.
e
4
6. N i dung ch nh của uận văn
Luận văn bao gồm các nội dung ch nh sau:
Phần 1. MỞ ĐẦU
Phần 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Chương 1. TỔNG QUAN
Giới thiệu những nội dung cơ bản về trường Đại học Phú Yên, đặc t nh
nước thải tại trung tâm th nghiệm thực hành, các q trình oxy hóa nâng cao,
các chất keo tụ, tạo bông, sơ lược về lý thuyết các phương pháp sử dụng trong
nghiên cứu đề tài.
Chương 2. THỰC NGHIỆM
Trong chương này, chúng tôi thực hiện các nội dung sau:
- Liệt kê các dụng cụ, hóa chất sử dụng ch nh trong thực nghiệm.
- Lấy mẫu và bảo quản mẫu, phân t ch mẫu (xác định pH, xác định Oxy
hịa tan (DO), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxi hóa hóa học (COD),
đo chất rắn lơ lửng, phân t ch hàm lượng nitrat, phân t ch hàm lượng
photphat, vi sinh vật trong nước,...).
- Khảo sát điều kiện tối ưu của hai hệ oxi hóa nâng cao (Fenton và
Catazon). Từ đó, đề xuất quy trình xử lý thải và quy trình cơng nghệ áp dụng
cho Hệ thống xử lý nước thải tại Trung tâm th nghiệm thực hành, trường Đại
học Phú Yên.
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Trong chương này, chúng tơi trình bày các kết quả đạt được từ thực
nghiệm, thảo luận và phân t ch các kết quả đó.
Đề xuất quy trình cơng nghệ, thiết kế, xây lắp và vận hành hệ thống xử
lý nước thải thực tế tại trường Đại học Phú Yên.
Đánh giá hiệu quả quy trình cơng nghệ xử lý nước thải.
Phần 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
e
5
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu trung tâm th nghiệm thực hành, Trƣờng Đại học Phú Yên
Ngày 24/01/2007 Thủ tướng Ch nh phủ đã ban hành Quyết định số
112/QĐ-TTg thành lập Trường Đại học (ĐH) Phú Yên trực thuộc UBND tỉnh
Phú Yên trên cơ sở sáp nhập Trường Cao đẳng (CĐ) Sư phạm Phú Yên và
Trường Trung học Kinh tế - Kỹ thuật Phú Yên.
Trường Đại học Phú Yên phát triển theo hướng đa ngành để trở thành
trung tâm đào tạo - nghiên cứu khoa học, trung tâm văn hoá - giáo dục hàng
đầu của tỉnh Phú Yên. Thông qua việc đẩy mạnh các hoạt động đào tạo gắn
với nhu cầu nhân lực thực tế của địa phương và khu vực, cũng như thông qua
các hoạt động kinh tế - xã hội khác, nhà trường cần từng bước khẳng định vai
trò như một nhân tố tạo động lực thúc đẩy sự phát triển địa phương và khu
vực. Phấn đấu để Trường Đại học Phú Yên sớm bắt kịp trình độ phát triển
chung của các trường Đại học trong nước. Cùng với mở rộng, phát triển hoạt
động đào tạo, hoạt động nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ của
trường Đại học Phú Yên cũng sẽ là hoạt động ch nh. Phương hướng nội dung
nghiên cứu chủ yếu sẽ gắn với những vấn đề thời sự lớn đặt ra trong thực tiễn
đời sống kinh tế - xã hội của Phú Yên và các tỉnh lân cận.
Trong những năm qua, nhà trường đã đầu tư trang thiết bị theo hướng
hiện đại nhằm phát huy hiệu quả công tác giảng dạy, học tập và nghiên cứu khoa
học; từng bước góp phần đảm bảo chất lượng đào tạo và phục vụ phát triển KT XH tỉnh nhà. Nhà trường đã công bố: Sứ mạng, mục tiêu, giá trị cốt lõi và đã
công khai về tổ chức đào tạo theo hệ thống t n chỉ, kiểm định chất lượng giáo
dục, … nhà trường được Bộ GD-ĐT cho phép tổ chức đào tạo 15 ngành trình độ
đại học, 24 ngành trình độ cao đẳng với quy mô đào tạo gần 4.000 sinh viên.
Trường ĐH Phú Yên luôn khẳng định vị thế của nhà trường trong đào
tạo nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu xã hội từ khi thành lập đến năm 2020 và
e
6
tầm nhìn đến năm 2030 theo tinh thần Nghị quyết 29-NQ/TW ngày
04/11/2013 của BCH TW Đảng khóa XI, Chương trình hành động của Tỉnh
ủy (số 21-CTr/TU 28/3/2014) thực hiện Nghị quyết số 29-NQ/TW; Kế hoạch
hành động của Ngành Giáo dục triển khai Chương trình hành động của Ch nh
phủ thực hiện Nghị quyết số 29- NQ/TW về Đổi mới căn bản, toàn diện giáo
dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu cơng nghiệp hố, hiện đại hố trong điều
kiện kinh tế thị trường định hướng XHCN và hội nhập quốc tế (Ban hành
kèm theo Quyết định số 2653/QĐ-BGDĐT ngày 25/7/2014 của Bộ trưởng Bộ
GD&ĐT); đội ngũ viên chức và toàn thể SV nhà trường phấn đấu, nổ lực thực
hiện Mục tiêu chiến lược: Đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030, Trường
ĐH Phú Yên là một trường đại học địa phương năng động, phát triển; được
xếp ở tốp đầu trong số những trường đại học địa phương theo hướng thực
hành (đến năm 2020) và tiến tới định hướng ứng dụng đến năm 2025 đáp ứng
quy định về tiêu chuẩn phân tầng cơ sở giáo dục đại học”.
Trong chiến lược phát triển, Trường ĐH Phú Yên luôn xem việc đầu tư
cơ sở vật chất, trang thiết bị th nghiệm phục vụ đào tạo, NCKH theo hướng
đồng bộ, chuẩn hóa và hiện đại; Tăng cường công tác quản lý trang thiết bị
dạy học theo hướng chuẩn hóa, phục vụ hiệu quả hoạt động đào tạo và quản
lý của nhà trường [1], [13].
Trung tâm th nghiệm thực hành - Trường ĐH Phú Yên được bố tr tại
tầng 4, là kiểu nhà hành lang bên được tổ hợp theo dạng chữ U và được đóng
lại bởi hành lang cầu khối giảng đường lớn. Mặt bằng cơng trình được bố cục
trên cơ sở lưới cột ch nh: (2,1m+7,2m+1,5m) x 4,0m. Tầng 01 của một cánh
chữ U bố tr các phòng học, cánh kia bố tr các phòng th nghiệm. Phần cánh
nối ph a dưới (đáy chữ U) bố tr Văn phòng khoa và phòng làm việc các bộ
mơn tại các tầng 1,2,3, cịn lai bố tr các phòng học. Hành lang rộng và 4 cầu
thang phân bố đều đảm bảo cho giao thông thuận tiện giữa các tầng. Điểm
nhấn cơng trình được đặt ở khu vực sảnh ch nh dẫn vào sân trong, tới giảng
e
7
đường lớn. Với phần cịn lại trên mặt đứng tồn cơng trình, bên cạnh phân vị
đứng theo các bước cột là phân vị ngang theo các tầng, điểm xuyết bởi những
nét chấm phá theo mảng, tạo thêm sự sinh động cho mặt đứng.
Nước thải tại Trung tâm th nghiệm thực hành của Trường được dẫn vào
ống xả thải và thoát ra ngoài theo cơ chế tự thấm. Năm 2018, UBND tỉnh đã phê
duyệt chủ trương xây dựng Hệ thống xử lý nước thải tại trường Đại học Phú Yên,
Viện Nghiên cứu Hóa và Mơi trường Miền Trung chủ trì phương án thiết kế.
1.2. Đặc t nh nƣớc thải phòng th nghiệm
Nước thải tại các phịng thí nghiệm nói chung là loại nước thải chứa rất
nhiều thành phần chất thải nguy hại khác nhau, phát sinh từ q trình th
nghiệm có sử dụng các hóa chất và những nguồn cần th nghiệm [13], [16].
Nước thải này phát sinh từ quá trình rửa dụng cụ th nghiệm và đổ thải
hóa chất; tuy lưu lượng nước thải khơng lớn nhưng có t nh ô nhiễm cục bộ,
mức độ gây ảnh hưởng cao và phức tạp, do vậy nước thải này cần được xử lý
triệt để trước khi thải ra môi trường (tự thấm hay qua hệ thống cống dẫn).
Trường Đại học Phú Yên được đào tạo các ngành kỹ thuật như Sư
phạm Hóa, Hóa dầu, Sinh học, … ở các bậc học ch nh quy và liên thông. Giáo
viên và sinh viên tại đây được thực hiện nhiều bài th nghiệm trong quá trình
học tập, nghiên cứu khoa học. Vì vậy, lượng phát sinh chất thải là khơng ít.
Những hóa chất trong q trình th nghiệm, nghiên cứu khoa học phụ thuộc
vào nội dung th nghiệm trong giảng dạy và nghiên cứu, bao gồm:
+ Hóa chất dạng rắn: các muối, chất vơ cơ, ...
+ Kim loại nặng: As, Hg, Pb, Cd, Cu, Zn, ...
+ Hóa chất dạng lỏng: các dung dịch, dung mơi hữu cơ như benzen,
etanol, metanol, metanal, etannal, n-hexan, cacbon tetraclorua,…
+ Dung dịch chuẩn,…
+ Sản phẩm gốc kháng sinh, các hợp chất vòng, ...
e
8
Việc đánh giá độ ô nhiễm của nước thải tại trung tâm th nghiệm thực
hành - Trường đại học Phú Yên dựa theo tiêu chuẩn nước thải Việt Nam hiện
hành (QCVN 40:2011/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải
công nghiệp), các nồng độ chất vô cơ, hữu cơ phải được kiểm sốt trước khi
thải ra mơi trường.
Nhiều đánh giá về kết quả quan trắc ban đầu chất lượng nước thải từ các
phịng th nghiệm hóa sinh, mơi trường nói chung cho thấy: đa phần thành phần
của nước thải thường có hàm lượng cao hơn so với quy định hiện hành. Nồng
độ một số chất hữu cơ và vô cơ trong nước thải cao hơn nhiều lần so với giá trị
giới hạn của QCVN 40:2011/BTNMT mà thường được áp dụng quản lý và
kiểm soát chất lượng nước thải của các cơ sở nghiên cứu, đào tạo, sản xuất, chế
biến, kinh doanh, dịch vụ,... (gọi chung là nước thải công nghiệp) [16].
Mặt khác, tuy lưu lượng nước thải từ các TTTNTH không lớn so với
lượng nước thải sinh hoạt, nhưng khi không được thu gom và xử lý riêng rẽ
dễ gây ô nhiễm cục bộ, ô nhiễm nguồn nước ngầm, phân tán ra môi trường,
t ch tụ và ảnh hưởng đến cộng đồng dân cư [12], [20], [26].
Bảng 1.1. Nồng độ lớn nhất của một số hoá chất độc trong nước thải phịng thí nghiệm
Mức ớn nhất
Mức nhỏ nhất
Mức trung bình
(mg/L)
(mg/L)
(mg/L)
Benzen
0,12
kphđ
0,02
Axeton
0,15
kphđ
0,03
n-hexan
0,18
kphđ
0,05
Butanol
0,08
kphđ
0,01
Metanol
0,08
kphđ
0,04
Cloroform
0,07
kphđ
0,02
Toluen
0,05
kphđ
0,01
Axetonitrin
0,22
kphđ
0,06
Tên hố chất
(Nguồn: Cơng ty Cổ Phần Cơng Nghệ Môi Trường Envico - 2018)
e
9
Nếu so sánh với giới hạn tối đa của một số chất hữu cơ khác theo
QCVN 40:2011/BTNMT thì mức ơ nhiễm của nước thải các phịng thí
nghiệm khá cao. Nước thải có các đặc tính hố học nói trên có khả năng làm
nhiễm độc các nguồn tiếp nhận nước thải, ảnh hưởng đến đời sống hệ sinh
thái và sức khoẻ con người. Nguồn nước thải này cần thiết phải được xử lý
triệt để trước khi thải ra môi trường [29], [33].
Nhằm để bảo vệ nguồn nước cho môi trường sinh thái và cuộc sống cộng
đồng theo hướng phát triển bền vững thì cần xây dựng và vận hành Hệ thống
xử lý nước thải tại Trung tâm th nghiệm thực hành – Đại học Phú Yên. Qua
đó, cần phải khảo sát thực địa, triển khai thực nghiệm tại Phòng th nghiệm
trường Đại học Xây dựng Miền Trung, đề xuất quy trình công nghệ, thiết kế,
thi công và vận hành hệ thống xử lý nước thải.
1.3. Giới thiệu các quá trình oxy hóa nâng cao
1.3.1. Sự cần thiết của các cơng nghệ cao trong xử lý nước thải
Công nghệ cao trong xử lý nước thải, đặc biệt là chất thải nguy hại là
phương pháp được áp dụng phổ biến hiện nay.
Nước thải chứa chất thải nguy hại là những chất được quy định bởi
Luật Hóa chất ban hành ngày 29 tháng 6 năm 2018 và Quyết định số 588/QĐTCMT ngày 18 tháng 6 năm 2014 của Tổng cục trưởng Tổng cục Môi
trường); qua đó, các chất này thường chất bền vững khó oxy hóa, có thể là
kim loại nặng: Hg, Pb, As,… các hợp chất hữu cơ chất hữu cơ khó bị phân
hủy: chứa hidrocacbon thơm, pyridin, pyrimidin,… không những thế nước
thải còn chứa màu: nước thải dệt nhuộm, nước thải tại các cơ sở giáo dục,
trung tâm nghiên cứu,…nước thải này chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt
chuẩn quy định đã xả thẳng ra môi trường (cống thải, ao, hồ, kênh rạch,…)
làm ô nhiễm trầm trọng nguồn nước, gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái
và sức khỏe con người [22], [30], [33], [34].
e
10
Tại Hội nghị lần thứ 21 Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi
kh hậu (COP21) diễn ra tại Pa-ri (Pháp) tháng 12-2015, Phó Chủ tịch Ngân
hàng Thế giới phụ trách phát triển bền vững Lau-ra Tuốc cảnh báo, chỉ t nh
riêng trong vòng 35 năm tới sẽ có 40% dân số tồn cầu phải sống trong những
quốc gia khan hiếm nước sạch, cao hơn nhiều so với 28% hiện nay. Còn theo
báo cáo của Liên hợp quốc, đến năm 2030, nhu cầu về nước của thế giới sẽ
tăng thêm 40% và nhu cầu năng lượng sẽ tăng thêm 50% so với hiện tại. Hiện
nay, trên toàn thế giới, có khoảng 770 triệu người khơng tiếp cận được với
nước sạch. Theo dự đoán, các nguồn cung nước ngọt hiện nay sẽ khơng thể
thỏa mãn nhu cầu của tồn cầu vào năm 2040 [5], [6] .
Công nghệ dựa trên các q trình oxy hóa nâng cao dựa trên gốc tự do
Hydroxyl *OH để xử lý nước thải hiện nay là việc lựa chọn tối ưu trong xử lý
chất thải nguy hại nói chung, chất thải từ nước thải của Trung tâm th nghiệm
thực hành nói riêng là loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những chất ơ
nhiễm hữu cơ khó phân hủy, khử trùng an tồn và triệt để [19], [36].
1.3.2. Nguyên tắc chung của phương pháp oxy hóa nâng cao
Bản chất của q trình oxy hóa nâng cao là q trình phân hủy oxy hóa
dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl (*OH) được tạo ra ngay trong quá trình
xử lý. Gốc hydroxyl là một trong các tác nhân oxy hóa mạnh nhất, có khả
năng oxy hóa khơng chọn lọc các hợp chất hữu cơ, dù là loại chất khó phân
hủy, biến chúng thành những hợp chất vơ cơ (khống hóa) khơng độc hại như
CO2, H2O hay dễ phân hủy hơn như các chất hữu cơ mạch ngắn, các axit vô cơ,
… từ những tác nhân oxy hóa thơng thường như H2O2, O3, … có thể nâng cao
khả năng oxy hóa của nó bằng các phản ứng hóa học khác nhau để tạo ra gốc
hydroxyl, thực hiện q trình oxy hóa gián tiếp thơng qua gốc hydroxyl, do đó
các q trình này được gọi là q trình oxy hóa được nâng cao hay là các q
trình oxy hóa tiên tiến (Advanced Oxidation Processes – AOPs) [39, 40].
e
11
Oxy hố là q trình trong đó electron được chuyển từ chất này sang
chất khác. Điều này tạo ra một hiệu điện thế được t nh bằng volt dựa trên hiệu
điện thế điện cực hydro bằng 0. Mỗi tác nhân oxy hố đều có một thế oxy hố
khác nhau và đại lượng này dùng để so sánh khả năng oxy hoá mạnh hay yếu
của chúng [6], [36], [37].
Bảng 1.2. Thế oxy hóa của m t số tác nhân oxy hóa thƣờng gặp
Thế oxy hoá, V
Tác nhân oxy hoá
Gốc hydroxyl
2,80
Ozon
2,07
Hiđro peoxit
1,78
Permanganat
1,68
Axit hydrobromic
1.59
Clo đioxit
1,57
Axit hipoclorơ
1.49
Axit hypoiodic
1.45
Clo
1.36
Brom
1.09
Iot
0.54
(Nguồn: Zhou, H. and Smith, D.H, 2001)
Nhiều tác nhân oxy hoá mạnh là các gốc tự do trong đó gốc hydroxyl là
tác nhân oxy hố mạnh nhất có thế oxy hố là 2,8V, cao gấp 1,52 lần ozon,
gấp 2,05 lần Cl [38].
1.3.3. Phân loại các quá trình oxy hóa tiên tiến
Theo cơ quan bảo vệ mơi trường Mỹ, dựa theo đặc t nh của q trình có
hay khơng có sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV có thể phân loại
các q trình oxy hóa nâng cao thành hai nhóm gồm q trình oxy hóa nâng
cao khơng nhờ tác nhân ánh sáng và q trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân
ánh sáng (Bảng 1.3).
e
12
Bảng 1.3. Phân loại các q trình oxi hóa nâng cao
Nhóm q trình oxi hóa nâng cao
Q trình
- Fenton
- Peroxon
Oxi hóa nâng cao khơng nhờ tác nhân
- Catazon
ánh sáng
- Oxy hóa điện hóa
- Fenton điện hóa
- Siêu âm
- Bức xạ năng lượng cao
- UV/H2O2
- UV/O3
- UV/H2O1 +O3
Oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng
- VUV/H2O
- Quang Fenton
- Quang Fenton biến thể
- UV/TiO2
(Nguồn, US EPA, 1998; US EPA, 2001)
1.3.4. Sơ lược cơ chế một số q trình oxy hóa nâng cao
Trong tự nhiên, tùy theo nguồn gốc xuất xứ cũng như bản chất hóa học,
các hạt cặn lơ lửng đều mang điện t ch âm hoặc dương. Khi thế cân bằng điện
động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện sẽ kết hợp hoặc kết d nh với
nhau bằng lực liên kết phân tử hoặc điện tử, tạo thành một tổ hợp các phân tử,
nguyên tử hoặc các ion tự do. Các tổ hợp trên được gọi là các hạt bơng keo, có
hai loại bơng keo đó là keo háo nước và keo kỵ nước. Quá trình thủy phân các
chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai đoạn sau:
Me3+ + H2O
Me(OH)2+ + H+
(1.1)
Me(OH)2+ + H2O
Me(OH)2+ + H+
(1.2)
e
13
Me(OH)2+ + H2O
Me(OH)3 + H+
(1.3)
Me3+ + 3H2O
Me(OH)3 + 3H+
(1.4)
Men+ + nH2O
Me(OH)n + nH+
(1.5)
Tổng qt:
Trong q trình đơng tụ diễn ra quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo
của các hạt nhờ trung hịa điện t ch. Hiệu quả đơng tụ phụ thuộc vào hóa trị
của ion, thơng thường hóa trị của ion càng lớn thì hiệu quả đơng tụ càng cao
nên thường dùng các cation kim loại hóa trị 3 (Me3+: Fe3+, Al3+...) để làm chất
keo tụ, tạo keo tụ [24], [34], [39].
Các chất đông tụ thường dùng là các muối nhôm, sắt hoặc các hỗn hợp
của chúng. Việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc vào các t nh chất hóa lý, chi
ph , nồng độ tạp chất trong nước, pH và thành phần muối trong nước. Trong
thực tế người ta thường sử dụng các chất đông tụ như sau:
- Muối nhơm: Al2(SO4)3.18H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O, KAl(SO4)2.12H2O,
Al2(OH)5Cl, NaAlO2. Trong đó, được dùng rộng rãi nhất là Al2(SO4)3 vì nó
hịa tan tốt trong nước, chi ph thấp và hoạt động có hiệu quả cao trong
khoảng pH từ 5 đến 5.7.
- Muối sắt: Fe2(SO4)3.2H2O; Fe2(SO4)3.3H2O; FeSO4.7H2O và FeCl3.
1.3.4.1. Phương pháp Fenton
Quá trình đồng thể
Hệ tác nhân Fenton cổ điển là một hỗn hợp gồm các Fe2+ và hydro
peroxit H2O2, chúng có tác dụng với nhau sinh ra gốc tự do *OH, còn Fe2+ bị
oxi hóa thành Fe3+ theo phản ứng:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + *OH + OH-
(1.6)
Nhiều nghiên cứu tiếp theo cho thấy ngoài phản ứng trên là phản ứng
ch nh thì trong q trình Fenton cịn xảy ra các phản ứng khác. Tổng hợp lại
như sau:
e
