nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải giấy bằng phương pháp fenton truyền thống và cải tiến

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




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CÁC CHẤT HỮU CƠ
KHÓ PHÂN HỦY TRONG NƯỚC THẢI GIẤY
BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON
TRUYỀN THỐNG VÀ FENTON CẢI TIẾN



Ngành : MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



Giảng viên hướng dẫn : Th.S VŨ HẢI YẾN
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN MINH HOÀNG
MSSV: 0851080027 Lớp: 08DMT01




TP. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2012

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




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CÁC CHẤT HỮU CƠ
KHÓ PHÂN HỦY TRONG NƯỚC THẢI GIẤY
BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON
TRUYỀN THỐNG VÀ FENTON CẢI TIẾN



Ngành : MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



Giảng viên hướng dẫn : Th.S VŨ HẢI YẾN
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN MINH HOÀNG
MSSV: 0851080027 Lớp: 08DMT01

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

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

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

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


Chủ nhiệm ngành

(Ký và ghi rõ họ tên)

TP. HCM, ngày … tháng … năm ……….
Giảng viên hướng dẫn chính
(Ký và ghi rõ họ tên)





Giảng viên hướng dẫn phụ
(Ký và ghi rõ họ tên)
BM05/QT04/ĐT


LỜI CAM ĐOAN
Sau hơn 2 tháng làm đồ án tốt nghiệp, hiện nay em đã hoàn bộ



Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Hoàng



LỜI CAM ĐOAN
Sau hơn 2 tháng làm đồ án tốt nghiệp, hiện nay em đã hoàn
thành đề tài mà giáo viên hướng dẫn giao. Em xin cam đoan đồ
án tốt nghiệp này do em tự thực hiện, không sao chép dưới bất
kỳ hình thức nào, các số liệu trích dẫn và các kết quả nghiên cứu

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




Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Hoàng



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

lẫn tinh thần trong suốt những năm học tập. Đồng thời xin cảm ơn tất cả những bạn bè đã
gắn bó cùng nhau học tập và giúp đỡ trong thời gian qua, cũng như trong quá trình thực
hiện Đồ án tốt nghiệp này.
Xin chân thành cám ơn !


Tp.HCM Ngày 21 tháng 07 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Hoàng

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined.
1 Lý do chọn đề tài Error! Bookmark not defined.
2 Mục đích nghiên cứu 2
3 Nội dung nghiên cứu 3
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3
5 Phương pháp nghiên cứu 4
6 Ý nghĩa của đề tài 5
7 Cấu trúc đề tài 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC QUÁ TRÌNH OXY HÓA BẬC CAO 6
1.1 Các phương pháp oxi hoá tiên tiến (AOPs) 6
1.1.1 Giới thiệu chung 6
1.1.2 Những ưu việt của sự phân huỷ oxi hoá bằng gốc tự do hydroxyl *OH 7
1.1.2.1 Những hạn chế của quá trình oxi hoá hoá học bằng các tác nhân oxi hoá
thông thường 7
1.1.2.2 Những ưu điểm của sự phân huỷ oxi hoá bằng
gốc tự do hydroxyl *OH 8
1.1.3 Các quá trình tạo ra gốc *OH Error! Bookmark not defined.
1.1.4 Phân loại các quá trình oxi hoá nâng cao 14
1.1.5 Tình hình nghiên cứu, áp dụng quá trình oxi hóa nâng cao hiện nay 15

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

3.3 Phương pháp phân tích trong quá trình thực nghiệm 52
3.4 Phương pháp thực hiện và xử lý số liệu 52
3.5 Thời gian và địa điểm nghiên cứu thực nghiệm 52
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53
4.1 Kết quả xử lý nước thải Giấy bằng quá trình Fenton truyền thống 53

4.1.1 Thí nghiệm 1: Xác định nồng độ H
2
O
2
và thời gian khuấy trộn tối ưu 53
4.1.2 Thí nghiệm 2: Xác định tỉ lệ H
2
O
2
/Fe
2+
57
4.1.3 Thí nghiệm 3: Xác định pH tối ưu 59
4.1.4 Kết luận chung về các điều kiện phù hợp khi áp dụng quá trình Fenton truyền
thống để xử lý nước nước thải Giấy An Hưng 61
4.2 Kết quả xử lý nước thải Giấy bằng quá trình Fenton cải tiến 62
4.2.1
Thí nghiệm 4: Thí nghiệm với quang Fenton 62
4.2.2
Thí nghiệm 5: Thí nghiệm với phương pháp Fenton 2 bậc xúc tác 66
4.2.3
Thí nghiệm 6: Thí nghiệm với phương pháp Fenton 2 bậc nối tiếp 69
4.3 Kết luận chung về quá trình Fenton cải biên xử lý nước thải Giấy An Hưng 71
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

5.1 KẾT LUẬN 72
5.2 KIẾN NGHỊ 73





DANH MỤC CÁC HÌNH

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

Hình 3.1 Mô hình Jartest khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học trường Đại Học
Kỹ Thuật Công Nghệ TPHCM 43

Hình 3.2 Sơ đồ các bước tiến hành phương pháp Fenton 45
Hình 3.3 Sơ đồ phản ứng Fenton 2 bậc xúc tác 50
Hình 4.1 Kết quả xử lý nước thải Giấy theo nồng độ chất oxy hóa H
2
O
2
và thời gian tiếp
xúc 90 phút. 54
Hình 4.2 Biểu đồ kết quả xử lý nước thải Giấy Nồng độ H
2
O
2
và thời gian tiếp xúc khác
nhau. 55
Hình 4.3 Kết quả xử lý nước thải Giấy với các tỉ lệ H
2
O
2
/Fe
2+
thay đổi. 58
Hình 4.4 Biểu đồ kết quả xử lý nước thải Giấy với các tỉ lệ H
2
O
2
/Fe
2+

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

Mặt Trời) ở tỉ lệ H
2
O
2
/Fe
2+
= 2/1 65
Hình 4.11 Kết quả xử lý nước Thải Giấy bằng phương pháp Fenton 2 bậc xúc tác 67
Hình 4.12 Biểu đồ hiệu quả xử lý COD trong nướcc thải Giấy bằng quá trình Fenton 2
bậc xúc tác. 67
Hình 4.13 Hiệu quả xử lý nước thải Giây bằng phương pháp
Fenton 2 bậc nối tiếp 70
Hình 4.14 Biểu đồ hiệu quả xử lý nước thải Giấy bằng phương pháp
Fenton 2 Bậc nối tiếp 70






DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Khả năng oxi hoá của một số tác nhân oxi hoá. 9
Bảng 1.2 Những hợp chất hữu cơ bị oxi hoá bởi gốc *OH đã nghiên cứu 11
Bảng 1.3 Hằng số tốc độ phản ứng (M
-1
s
-1
) của gốc *OH so với ozon 12
Bảng 1.4 Các quá trình oxi hoá nâng cao dựa vào gốc *OH 13

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

Bảng 3.6 Quy trình tiến hành thí nghiệm phương pháp Quang Fenton 49
Bảng 3.7 Quy trình tiến hành thí nghiệm phương pháp Fenton 2 bậc xúc tác 50
Bảng 3.8 Quy trình tiến hành thí nghiệm phương pháp Fenton 2 bậc nối tiếp 51
Bảng 3.9 Phương pháp phân tích trong quá trình thực nghiệm 52
Bảng 4.1 Hiệu quả xử lý COD trong nước thải giấy bằng phương pháp Fenton với
nồng độ H
2
O
2
và thời gian khuấy trộn khác nhau 54
Bảng 4.2 Kết quả sau khi xử lý với tỉ lệ H
2
O
2
/Fe
2+
: 2/1 57
Bảng 4.3 Kết quả xử lý COD bằng phương pháp Fenton với các giá trị pH 59
Bảng 4.4 Kết quả xử lý nước thải Giấy bằng quá trình Fenton truyền thống 61
Bảng 4.5 Kết quả phân tích phương pháp
Quang Fenton và Fenton truyền thống 62
Bảng 4.6 Kết quả xử lý COD bằng phương pháp Fenton 2 bậc xúc tác 66
Bảng 4.7 Kết quả các thông số tối ưu (ở mức 3) của nước thải Giấy trước và sau xử
lý bằng quá trình Fenton 2 bậc xúc tác 68
Bảng 4.8 Kết quả xử lý nước thải Giấy bằng phương pháp
Fenton 2 bậc nối tiếp 69



DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

- AOPs : Advanced Oxidation Process – các quá trình oxy hóa bậc cao
- QCVN : Quy chuẩn Việt Nam
- BTNMT : Bộ Tài Nguyên Môi Trường
- POPs : các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ
- USEPA : US Environmental Protet Agency
(Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ)
- ANPO : Advances Non – Photochemical Oxidation Process
(các quá trình oxi hoá nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng)
- AP O : Advances Photochemical Oxidation Process
(các quá trình oxi hoá nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng)



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

1

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

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

máy đều không có hệ thống xử lý nước thải hoặc có nhưng chưa đạt yêu cầu, vì thế
tình trạng gây ô nhiễm môi trường do sản xuất giấy cũng đang là vấn đề được nhiều
ngườ
, ngành giấy có mức độ
ô nhiễ
ễ gây tác động đến con người và môi trường xung quanh do ô nhiễ
ớc thải xử lý không đạt yêu cầu. Công nghệ sản xuất giấy ở Việt Nam còn
rất lạc hậu. Để sản xuất ra một tấn giấy thành phẩm, các nhà máy phải sử dụng từ 30-
100 m
3
nước, trong khi các nhà máy giấy hiện đại của thế giới chỉ sử dụng 7-15 m
3
/tấn
giấy. Sự lạc hậu này không chỉ gây lãng phí nguồn nước ngọt, tăng chi phí xử lý nước
thải mà còn đưa ra sông, rạch lượng nước thải khổng lồ.
Trong các cơ sở công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trung
bình 9 – 11, chỉ số nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD), nhu cầu oxy hoá học (COD) cao, có
thể lên đến 700mg/l và 2.500mg/l. Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới
hạn cho phép. Đặc biệt nước có chứa cả kim loại nặng, lignin (dịch đen), phẩm màu,
xút, các chất đa vòng thơm Clo hoá là những hợp chất có độc tính sinh thái cao và có
nguy cơ gây ung thư, rất khó phân huỷ trong môi trường. Có những nhà máy giấy,
lượng nước thải lên tới 4.000 – 5.000m
3
/ngày, các chỉ tiêu BOD, COD gấp 10 – 18 lần
tiêu chuẩn cho phép; lượng nước thải này không được xử lý mà đổ trực tiếp vào sông.
Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phâ n hủy trong nước thải Giấy bằng phương
pháp Fe nton truyền thống và cải tiến

2

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

3

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

- Thu thập các kết quả nghiên cứu và vận hành thực tế quá trình Fenton trong xử
lý nước thải giấy một số nước trên thế giới và Việt Nam
- Thực hiện thí nghiệm: khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước
thải giấy, đồng thời xác định điều kiện tối ưu bằng phương pháp phương pháp Fenton
truyền thống và cải tiến như:
• Xác định độ pH.
• Nồng độ H
2
O
2
tối ưu
• Xác định tỉ lệ H
2
O
2
/ Fe
2+

• Thời gian khuấy tối ưu
• Ảnh hưởng của anion vô cơ…
- So sánh hiệu quả xử lý của phương pháp với các phương pháp xử lý của một số
nghiên cứu trước, đồng thời so sánh với quy chuẩn hiện hành QCVN 40-
2011BTNMT, tìm ra những thuận lợi và khó khăn trong quá trình xử lý, nhằm kiến
nghị phương pháp tối ưu và hiệu quả hơn.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nước thải giấy tại Cty Giấy An Hưng (Thuộc Khu Công Nghiệp Đồng An,
Huyện Thuận An – Tỉnh Bình Dương) và được lấy tại bể thu gom của Hệ Thống Xử
Lý Nước Thải của Công ty.
Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phâ n hủy trong nước thải Giấy bằng phương
pháp Fe nton truyền thống và cải tiến

4

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



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

5

6. Ý Nghĩ a của đề tài:
- Ý nghĩa khoa học
+ Bổ sung thêm dữ liệu vào các bài giảng đề cập đến ứng dụng của quá trình
Fenton truyền thống và cải biên.
+ Đưa ra cơ sở khoa học trong việc tìm ra phương pháp mới để xử lý nước thải
giấy.
+ Tìm ra những thông số tối ưu trong việc xử lý nước thải giấy bằng phương pháp
Fenton
- Ý nghĩa thực tiễn
+ Đưa ra phương pháp xử lý nước thải giấy cách hiệu quả - dễ vận hành, đồng
thời góp phần bảo vệ môi trường nước.
+ Cung cấp giải pháp hiệu quả với chi phí hợp lý nhất.
7. Cấu trúc của đề tài
- Nội dung Đồ Án Tốt Nghiệp được cấu trúc thành 3 phần chính:
+ Phần mở đầu
+ Phần nội dung: gồm 4 chương
• Chương 1: Tổng Quan Về Các Quá Trình Oxy Hóa Bậc Cao (AOPs)
• Chương 2: Tình Hình Nghiên Cứu Phương Pháp Fenton Cho Xử Lý
Nước Thải Trong và Ngoài Nước.
• Chương 3: Phương Pháp Nghiên Cứu Quá Trình Fenton Trong Xử Lý
Nước Thải Giấy.
• Chương 4: Kết Quả và Thảo Luận
+ Phần kết luận, kiến nghị (chương 5)
Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phâ n hủy trong nước thải Giấy bằng phương
pháp Fe nton truyền thống và cải tiến

6

CHƯƠNG 1

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

phẩm phụ gây ung thư như các chất hữu cơ chứa clor trihalometan (THM).
Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phâ n hủy trong nước thải Giấy bằng phương
pháp Fe nton truyền thống và cải tiến

7

1.1.2 Những ưu việt của sự phân huỷ oxi hoá bằng gốc hydroxyl *OH
1.1.2.1 Những hạn chế của quá trình oxi hoá hoá học bằng các tác nhân oxi
hoá thông thường
Trong công nghệ xử lý nước và nước thải truyền thống, thường sử dụng các
chất oxi hoá thông dụng sau đây:
 Clo (Cl
2
)
Clo là chất oxi hoá hoá học tốt được sử dụng để khử Fe
2+
trong nước ngầm hoặc
nước mặt, trong khử trùng nước sau xử lý. Vì clo là chất oxi hoá tương đối mạnh, rẻ
tiền và dễ sử dụng nên được dùng rất phổ biến trong ngành xử lý nước và nước thải
cho đến ngày nay. Tuy vậy, nhược điểm chính của clo là trong quá trình khử sắt và
khử trùng bằng clo đã tác dụng với các chất hữu cơ thiên nhiên (NOM), tạo ra những
phụ phẩm là các chất hữu cơ chứa clo (THM) gây nguy cơ ung thư cho người sử dụng
. Ngoài ra, clo chỉ có khả năng khử trùng một số rất hạn chế loại vi khuẩn như E. coli,
không có khả năng diệt các vi khuẩn hoặc virus truyền bệnh nguy hiểm như Giardia và
Cryptosporidium.
 Kali pecmanganat (KMnO
4
)
Kali pecmanganat là chất oxi hoá được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước. Đó là
chất oxi hoá mạng hơn clo, có thể làm việc trong khoảng pH rộng, nhưng đắt tiền.

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

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

8

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

trên, khi sử dụng ozon làm chất oxi hoá trong xử lý nước và nước thải là phải sản xuất
ozon tại chỗ, ngay trong dây chuyền xử lý.
1.1.2.2 Những ưu điểm của sự phân huỷ oxi hoá bằng gốc hydroxyl *OH
 Gốc hydroxyl *OH và khả năng oxi hoá của nó.
Oxi hoá là quá trình trong đó eletron được chuyển từ một chất này sang một
chất khác. Điều này tạo ra một hiệu thế được biểu thị bằng volt (V) dựa trên hiệu thế
điện cực hydro bằng 0. Mỗi chất (tác nhân) oxi hoá đều có một thế oxi hoá khác nhau
và đại lượng này được dùng để so sánh khả năng oxi hoá mạnh hay yếu của chúng.
Khả năng oxi hoá của các tác nhân oxi hoá được thể hiện qua thế oxi hoá và
được sắp xếp theo thứ tự trình bày trên Bảng 1.1

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

9

Bảng 1.1 Khả năng oxi hoá của một số tác nhân oxi hoá
Tác nhân oxi hoá
Thế oxi hoá, V
Gốc hydroxyl
Ozon
Hydrogen peroxit
Permanganat
Hydrobromic axit
Clo d ioxit
Hypocloric axit
Hypoiodic axit
Clo
Brom
Iod

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

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

thường mà chỉ được sản sinh in situ ngay trong quá trình phản ứng, có thời gian sống
Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phâ n hủy trong nước thải Giấy bằng phương
pháp Fe nton truyền thống và cải tiến

10

rất ngắn, khoảng vài phần nghìn giây (micro second) nhưng liên tục được sinh ra trong
suốt quá trình phản ứng.
 Cơ chế phản ứng và phương thức phản ứng của gốc hydroxyl *OH
Một khi gốc tự do được hình thành, lập tức xảy ra hàng loạt các phản ứng kế
tiếp theo kiểu dây chuỗi với những gốc hoạt động mới. Vì vậy, sự hình thành gốc
hydroxyl được xem như khơi mào cho hàng loạt các phản ứng xảy ra kế tiếp trong
dung dịch. Vì phản ứng của gốc hydroxyl xảy ra không chọn lựa, nên trong quá trình
đó tạo ra nhiều sản phẩm trung gian khác nhau, khó tiên đoán tất cả những sản phẩm
oxi hoá trung gian có thể tạo ra trong quá trình.
Gốc hydroxyl *OH có thể tác kích với các chất ô nhiễm theo các kiểu sau đây:
- Phản ứng cộng với các hợp chất không no mạch thẳng hoặc vòng thơm, tạo ra
gốc mới hydroxylat hoạt động:
*OH + CH
2
= CH
2
 *CH
2
– CH
2
(OH)
- Phản ứng tách hydrogen từ các hợp chất no hoặc không no, tạo thành nước và
gốc mới hoạt động:
*OH + CH

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

nước và nước thải là để vô cơ hoá (khoáng hoá), tức chuyển hoá các chất ô nhiễm hữu
cơ thành các chất vô cơ đơn giản và không độc hại. Cụ thể là chuyển:
- Cacbon trong phân tử chất ô nhiễm thành CO
2
.
- Hydrogen trong phân tử chất ô nhiễm thành H
2
O.
Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phâ n hủy trong nước thải Giấy bằng phương
pháp Fe nton truyền thống và cải tiến

11

- Photpho trong phân tử chất ô nhiễm thành photphat hoặc photphoric axit.
- Sunfua trong phân tử chất ô nhiễm thành sunfat.
- Nitơ trong phân tử chất ô nhiễm thành nitrat.
- Halogen trong phân tử chất ô nhiễm thành halogen axit.
- Các hợp chất vô cơ tạo thành trạng thái oxi hoá cao hơn (Fe
2+
thành Fe
3+
).
Có thể kể ra một số hợp chất hữu cơ dưới đây đều bị oxi hoá dễ dàng bởi gốc
*OH ở Bảng 1.2.
Bảng 1.2 Những hợp chất hữu cơ bị oxi hoá bởi gốc *OH đã được nghiên cứu
Nhóm
Hợp chất
Axit
Focmic, gluconic, lactic, malic, propionic, tactaric
Alcohol

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

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