giáo trình kỹ thuật xử lý nước thải chương 4 xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học

Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
CHƯƠNG 4. XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC
4.1 PHƯƠNG PHÁP TRUNG HÒA
4.1.1 Các phương pháp trung hòa
Rất nhiều nước thải công nghiệp có tính acid hoặc ba zơ cần phải trung hòa
trước khi thải vào nguồn tiếp nhận hoặc trước khi cho vào các công trình xử lý tiếp
theo như hóa học hay sinh học. Ví dụ, đối với công trình xử lý sinh học, pH trong hệ
thống sinh học cần duy trì trong khoảng 6.5 – 8.5 để đảm bảo hoạt động tối ưu của vi
sinh vật.
Các phương pháp thực hiện
Để trung hòa nước thải có các phương pháp sau
 Trộn lẫn nước thải acid và nước thải kiềm;
 Bổ sung các tác nhân hóa học;
 Lọc nước acid qua vật liệu lọc có tác dụng trung hòa;
 Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng acid.
Việc lựa chọn phương pháp tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải,
chế độ thải nước thải, khả năng sẵn có của tác nhân hóa học.
Trong quá trình trung hòa, do phản ứng hóa học giữa tác nhân trung hòa và các
thành phần có trong nước thải mà có thể hình thành kết tủa. Vì vậy trong quá trình này
có thể tạo ra lượng bùn cặn. Lượng bùn cặn phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của
nước thải và lượng tác nhân hóa học sử dụng để trung hòa.
Trung hòa bằng cách trộn lẫn nước thải
Phương pháp này được sử dụng khi hai xí nghiệp gần nhau có phát sinh nước
thải có đặc tính trái ngược nhau (một nước thải có tính acid, nước kia mang tính ba
zơ) và không chứa các thành phần ô nhiễm khác.
Phương pháp này cũng được sử dụng khi trong quy trình có hai nguồn thải có
đặc tính trái ngược nhau.
Để hai dòng thải có thể trộn lẫn và phản ứng hoàn toàn với nhau, các phương
pháp khuấy trộn sau được sử dụng:
 Khuấy trộn cơ khí (sử dụng cánh khuấy);
 Khuấy trộn bằng không khí;

 Khuấy trộn thủy lực.
Trung hòa bằng bổ sung các tác nhân hóa học
Phương pháp này sử dụng các tác nhân hóa học để trung hòa nước thải. Các tác
nhân hóa học thường được sử dụng như:
 Tác nhân có tính kiềm: Ca(OH)
2
, CaO, NaOH, KOH, Na
2
CO
3
, NH
4
OH, CaCO
3
,
MgOH, MgCO
3
,…
 Tác nhân có tính acid: H
2
SO
4
, CO
2
,…
Theo W.Wesley, tính chất của các tác nhân hóa học và hệ số trung hòa được
trình bày trong bảng
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 92
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Bảng.4.1 Một số đặc tính của tác nhân trung hòa

Tính chất CaCO
3
Ca(OH)
2
CaO HCl Na
2
CO
3
NaOH H
2
SO
4
Dạng sẵn có
Bột, cục (nhiều
kích thước)
Bột, hạt Đá, cục, đất Lỏng Bột Cục, vảy, lỏng Lỏng
Đóng gói
Bao, thùng
tròn, thùng khối
Bao (20 kg),
khối
Bao 35 kg, thùng
tròn, thùng khối
Thùng phuy,
thùng khối
Bao 50 kg,
thùng khối
Phuy 40 kg,
200 kg, 300 kg
Bình, phuy 300

kg, thùng khối
Khối lượng
riêng (kg/m
3
)
Dạng bột: 768 –
1136; dang cục:
1120 – 1600
400 – 800 640 – 1120
Nồng độ
27.9%, d = 636;
Nồng độ
31.45%, d =
1158
544 – 992 Thay đổi 1696 – 1824
Sản phẩm thị
trường
Thông thường
chứa 13%
Ca(OH)
2
75 – 99%, thông
thường 90% CaO
Có các loại
27.9; 31.45 và
35.2%
99.2% 98%
77.7% (60
o
Be);

93.2% (66
o
Be)
Độ hòa tan
trong nước
(kg/m
3
)
Gần như không
hòa tan
Gần như không
hòa tan
Gần như không
hòa tan
Hoàn toàn
69.6 ở 0
o
C;
124.8 ở 10
o
C;
214.8 ở 20
o
C;
399.6 ở 30
o
C
420 ở 0
o
C;

516 ở 10
o
C;
1092 ở 20
o
C;
1104 ở 30
o
C
Hoàn toàn
Đưa vào hệ
thống ở dạng
Bùn khô
Dạng khô hoặc
sệt
Dạng khô hoặc sệt
(nên tôi để chuyển
sang Ca(OH)
2
)
Lỏng Khô, lỏng Dung dịch Lỏng
Cách đưa vào
hệ thống
Bơm thể tích
Bơm định
lượng thể tích
Thể tích khô, bùn
ướt (bơm li tâm)
Bơm định
lượng

Nạp theo thể
tích, bơm định
lượng
Bơm định
lượng
Bơm định
lượng
Thiết bị phụ Bồn chứa bùn Bồn chứa bùn
Bồn chứa bùn,
bồn tôi vôi
Bể pha loãng Bể hòa tan Bể pha loãng -
Vật liệu làm
bồn
Sắt, thép
Sắt, thép, nhựa,
ống cao su
Sắt, thép, nhựa,
ống cáo su
Hợp kim
Hastelloy A,
nhựa và cao su
đặc biệt
Sắt, thép Sắt, thép -
Ghi chú - - Phải có phương
tiện để vệ sinh
bùn trong ống vận
- Có thể hình
thành cặn
Khi hòa tan có
phát sinh nhiệt

Phải có phương
tiện vệ sinh và
trung hòa khi rò
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 93
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
chuyển rỉ
Nguồn: W.Wesley Eckenfelder, Jr. (2000).
Bảng.4.2 Hệ số trung hòa đối với một số ba zơ và acid thông dụng
Hóa chất Công thức Khối lượng đương lượng Để trung hòa 1 mg/L độ
acid hoặc độ kiềm (biểu
diễn như là CaCO
3
mg/L)
Hệ số trung hòa giả thiết
độ tinh khiết 100% đối
với tất cả các hợp chất
Ba zơ
Calcium carbonate CaCO
3
50 1.0 1.0/0.56 = 1.786
Calcium oxide CaO 28 0.56 0.56/0.56 = 1.0
Calcium hydroxide Ca(OH)
2
37 0.74 0.74/0.56 = 1.321
Magnesium oxide MgO 20 0.403 0.403/0.56 = 0.72
Magnesium hydroxide Mg(OH)
2
29 0.583 0.583/0.56 = 1.041
Vôi đôlomit (CaO)
0.6

(MgO)
0.4
24.8 0.497 0.497/0.56 = 0.888
Vôi đôlomit hydrat hóa [Ca(OH)
2
]
0.6
[Mg(OH)
2
]
0.4
33.8 0.677 0.677/0.56 = 1.209
Sodium hydroxide NaOH 40 0.799 0.799/0.56 = 1.427
Sodium carbonate Na
2
CO
3
53 1.059 1.059/0.56 = 1.891
Sodium bicarbonate NaHCO
3
84 1.68 1.8/0.56 = 3.0
Acid
Sulfuric acid H
2
SO
4
49 0.98 0.98/0.56 = 1.75
Hydrochloride Acid HCl 36 0.72 0.72/0.56 = 1.285
Nitric acid HNO
3

62 1.26 1.26/0.56 = 2.25
Carbonic acid H
2
CO
3
31 0.62 0.62/0.56 = 1.107
Nguồn: W.Wesley Eckenfelder, Jr. (2000).
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 94
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Ngoài cách tính nêu trên, theo Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga, lượng tác nhân
hóa học sử dụng có thể được xác định theo công thức sau
+ G: lượng tác nhân sử dụng (Kg);
+ k
3
: hệ số dự trữ (~ 10% lượng tính toán);
+ B: lượng hóa chất hoạt hóa có trong dung dịch (%);
+ Q: lưu lượng (m
3
/h);
+ a: lượng tác nhân tiêu hao riêng (Kg/Kg);
+ C: nồng độ acid hoặc kiềm (Kg/m
3
).
Bảng.4.3 Lượng tác nhân cần thiết theo lý thuyết
Tác nhân
Lượng tiêu tốn riêng của kiềm để trung hòa acid (Kg/Kg)
H
2
SO
4

HCl HNO
3
H
3
PO
4
CH
3
COOH HF
CaO 0.57 0.77 0.44 0.86 0.47 1.70
Ca(OH)
2
0.75 1.01 0.59 1.13 0.62 1.85
NaOH 0.82 1.09 0.63 1.22 0.67 2.00
KOH 1.14 1.53 0.89 1.71 0.94 2.80
CaCO
3
1.02 1.37 0.80 1.53 0.83 2.50
MgCO
3
0.86 1.15 0.67 1.21 0.70 2.10
Na
2
CO
3
1.09 1.45 0.84 1.62 0.89 2.63
Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga.
Trên thực tế lượng tác nhân hóa học được cho vào để trung hòa thường cao hơn
lượng tính toán theo lý thuyết khoảng 10% và thời gian lưu nước trong thiết bị không
được nhỏ hơn 5 phút nhằm đảm bảo quá trình phản ứng được xảy ra hoàn toàn.

Trung hòa bằng cách lọc qua vật liệu lọc có tác dụng trung hòa
Để trung hòa nước thải người ta có thể cho nước thải chứa acid đi qua một lớp vật
liệu lọc có tính ba zơ. Trong trường hợp này, có hai cách tiến hành đó là cho dòng nước
chảy từ trên xuống hoặc cho dòng nước chảy ngược từ dưới lên. Vật liệu lọc thường được
sử dụng là Manheit (MgCO
3
), đôlômít [(CaO)
0.6
(MgO)
0.4
], đá vôi, đá phấn, chất thải rắn
(xỉ và tro),…các vật liệu trên có kích thước từ 30 – 80 mm. Hai dạng thiết bị được sử
dụng trong trường hợp này đó là thiết bị đứng hoặc thiết bị nằm ngang. Để tránh hiện
tượng tạo cặn trên bề mặt lọc làm giảm quá trình, nồng độ acid, chiều cao lớp vật liệu lọc
và vận tốc lọc sẽ được khống chế.
Phương pháp này thích hợp sử dụng để trung hòa nước thải acid có nồng độ nhỏ
hơn hoặc bằng 1.5 mg/L. Chiều cao của lớp vật liệu lọc phụ thuộc vào acid cần trung hòa.
 Đối với HNO
3
& HCl thì H = 1.0 – 1.5 m;
 Đối với H
2
SO
4
thì H = 1.5 – 2.0 m;
Tốc độ lọc cũng phụ thuộc vào loại acid cần trung hòa và nồn độ acid có trong
nước thải chẳng hạn như:
 Đối với HNO
3
& HCl lọc qua lớp đá vôi thì vận tốc lọc v = 0.5 – 1.0 m/h;

 Đối với H
2
SO
4
0.5% sử dụng đôlômít làm lớp vật liệu lọc thì tốc độ lọc sẽ trong
khoảng 0.6 – 0.9 m/h;
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 95
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
 Đối với H
2
SO
4
2% thì v = 0.35 m/h.
Tính toán thiết kế
Đối với thiết bị đứng
− Diện tích lọc của thiết bị đứng được xác định theo công thức sau
(m
2
)
− Thời gian làm việc khi không quá tải
+ Q: lưu lượng nước thải (m
3
/h);
+ ρ: khối lượng riêng của vật liệu trung hòa (đôlômít, đá vôi, đá hoa ρ = 2800
Kg/m
3
, manheit ρ = 3000 Kg/m
3
, đá phấn ρ = 2700 Kg/m
3

);
+ M: lượng tác nhân tiêu tốn (Kg/h);
+ K: hệ số tính đến việc sử dụng không hoàn toàn vật liệu lọc trong thiết bị.
Chú ý khi chiều cao của lớp vật liệu lọc H = 0.85 – 1.2 m thì vận tốc không được
vượt quá 5 m/s và thời gian tiếp xúc không được dưới 10 phút.
Đối với thiết bị nằm ngang
− Chiều dài của thiết bị lọc (m)
− Thời gian tiếp xúc
+ k
1
: hệ số đặc trưng độ hoạt hóa của vật liệu lọc (ví dụ đôlômít của Moscow k
1
=
1.87, của Uran k
1
= 3.96);
+ d: đường kính trung bình của vật liệu lọc;
+ C: nồng độ acid trong nước thải (g/L).
− Góc nghiêng cần thiết của thiết bị lọc nằm ngang được xác định theo biểu thức sau
+ s: hàm số phụ thuộc vào kích thước vật liệu = f(d) = (14 - 20)d;
+ ε
0
: độ xốp của lớp vật liệu = 0.35 – 0.45.
− Tổng trở lực trong thiết bị được xác định theo công thức sau
H = i.L
v = 1 – 3 m/s.
Trung hòa bằng khí acid
Để trung hòa nước thải có tính kiềm đặc biệt với nước thải mang tính kiềm mạnh,
chi phí hóa chất (acid) sẽ chiếm một phần khá lớn trong tổng chi phí xử lý.
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 96

Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Trên thực tế, trong một số trường hợp, khí thải lò hơi (hoặc lò đốt) có thành phần
chứa các khí acid (CO
2
, NO
2
, SO
2
, NO
3
,…) được sử dụng. Tốc độ phản ứng trong trường
hợp này đôi khi khá chậm, tuy nhiên trong trường hợp chỉ yêu cầu nâng pH lên đến giá trị
nhỏ hơn 7 hoặc 8 thì việc sử dụng khí lò hơi là hợp lý. Việc sử dụng khí lò đốt có ưu
điểm là vừa xử lý được khí thải và ít gây ăn mòn thiết bị hơn khi sử dụng H
2
SO
4
hay HCl.
 Sục khí vào trong bể chứa nước thải;
 Sử dụng tháp rửa khí trần, trong đó nước được phun từ trên xuống và khí được cho
đi từ dưới lến.
4.1.2 Các vấn đề cần lưu ý
Lựa chọn tác nhân phản ứng
Để lựa chọn tác nhân phù hợp, theo W.Wesley có thể dựa trên các tiêu chí sau
 Tốc độ phản ứng;
 Lượng bùn sinh ra và cách xử lý;
 Có tính an toàn cao và dễ dàng kiểm soát việc lưu giữ và đưa vào hệ thống;
 Tổng chi phí bao gồm chi phí hóa chất và thiết bị châm hóa chất;
 Chiều phản ứng bao gồm muối hòa tan, mức độ hoạt hóa và lượng nhiệt sinh ra;
 Ảnh hưởng của việc cho dư hóa chất.

Hệ thống thiết bị
Xử lý dạng mẻ được áp dụng cho các dòng thải có lưu lượng tối đa là 300 m
3
/ngđ.
Dạng liên tục được sử dụng trong trường hợp hệ thống có gắn thiết bị điều chỉnh pH tự
động.
Việc khuấy trộn có thể sử dụng không khí hoặc thiết bị khuấy trộn cơ khí:
Khi dùng khí để khuấy trộn, trong trường hợp chiều cao lớp nước là 2.7 m thì lưu
lượng khí cung cấp tối thiểu phải từ 0.3 – 0.9 m
3
/m
2
.phút.
Khi dùng khuấy trộn cơ khí, công suất máy yêu cầu từ 0.04 – 0.08 kW/m
3
.
Điều khiển quá trình
Việc điều khiển tự động quá trình trung hòa (kiểm soát pH) của nước thải là vấn
đề rất khó bởi các lý do sau:
 Quan hệ giữa pH và nồng độ hoặc dòng tác chất không phải là mối quan hệ đường
thẳng, đặc biệt khi gần đến điểm trung hòa;
 pH của dòng vào có thể thay đổi rất nhanh;
 Lưu lượng dòng vào thay đổi có thể lên đến hai lần trong vài phút;
 Một lượng nhỏ tác nhân hóa học được trộn đều trong một lượng lớn nước thải
trong một khoảng thời gian rất ngắn.
Để thuận lợi trong việc điều chỉnh pH, tác nhân trung hòa được châm vào theo
nhiều bậc thường được sử dụng. Tại bậc 1, pH sẽ được nâng lên 3 – 4, sau đó trong bậc 2,
pH được điều chỉnh lên đến 5 – 6 hoặc bất kỳ điểm pH nào mong muốn khác. Trong một
số trường hợp, bậc 3 được yêu cầu để hoàn thiện quá trình trung hòa với mục đích tăng
chậm pH của nước thải. Một số thông số thiết kế hệ thống trung hòa được trình bày trong

bảng 4.4.
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 97
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Bảng 4.4. Một số thông số thiết kế bể trung hòa
Bể chứa hóa chất
Lỏng – Sử dụng thùng chứa
Khô – Hòa tan trong bể trộn hoặc bể chứa
Bể phản ứng
Hình dạng
Bể vuông hoặc hình trụ với chiều cao lớp nước bằng với đường
kính
Thời gian lưu 5 – 30 phút (30 phút nếu dùng vôi)
Điểm vào Tại đỉnh của bể
Đầu ra Tại đáy bể
Cánh khuấy
Chân vịt Sử dụng cho bể dưới 4 m
3
Trục Sử dụng cho bể trên 4 m
3
Vận tốc ngoại biên
3.6 m/s đối với bể lớn
7.5 m/s đối với bể dưới 4 m
3
Đầu dò pH Ngập trong dòng chảy
Bơm định lượng và
van
Trong khoảng 1 – 10, van có khoảng lớn hơn
Nguồn: W.Wesley Eckenfelder, Jr. (2000).
4.2 KẾT TỦA
4.2.1 Giới thiệu chung

Phương pháp kết tủa được sử dụng để loại bỏ phosphor và ion kim loại nặng có
trong nước thải công nghiệp. Hóa chất kết tủa thường được sử dụng là OH
-
, CO
3
2-
, S
2-
trong quá trình kết tủa, pH là một nhân tố quan trọng quyết định khả năng hòa tan hay kết
tủa của các ion trong nước. Hình dưới trình bày hàm lượng ion kim loại tự do có trong
nước thải thay đổi theo pH.
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 98
Nồng độ kim loại
mg/L
pH
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Để gia tăng hiệu quả kết tủa các hóa chất như carbamate, diethylthiocarbamate,
trimercapto-S-triazone, muối trisodium thường được thêm vào.
Trong một số trường hợp cần phải xử lý sơ bộ để tăng hiệu quả của quá trình như
kim loại tồn tại trong nước thải ở dạng là phức chất của kim loại với CN
-
, NH
4
+
hay tồn
tại ở dạng hóa trị mà không thể kết tủa (như Cr
6+
). Phương pháp oxi hóa khử hay phương
pháp thổi khí thường được sử dụng.
4.2.2 Một số ứng dụng

Xử lý phosphor
Phospho có thể được loại khỏi nước thải bằng phương pháp kết tủa. Hóa chất được
sử dụng để loại bỏ phosphor là calcium, sắt hoặc nhôm.
Phosphor kết tủa với calcium sẽ có độ hòa tan thấp và quá trình này phụ thuộc lớn
vào pH. Kết tủa phosphor với calcium được biểu diễn như phương trình sau
5Ca
2+
+ 7OH
-
+ 3H
2
PO
4
 Ca
5
OH(PO
4
)
3
+ 6H
2
O
Ở pH trong khoảng 9.0 – 10.5 có sự cạnh tranh kết tủa của calcium carbonate và
calcium phosphate. Do tinh thể nhỏ và phát triển chậm, do đó khó tách đặc biệt ở pH
trung hòa. Để tăng khả năng tách kết tủa của calcium phosphate, Mg(OH)
2
được thêm
vào.
Nhôm được dùng để kết tủa phosphate. Hiệu quả của quá trình loại phosphate phụ
thuộc vào tỷ lệ Al/P và pH của nước thải. Để loại phosphate bằng nhôm, tỷ lệ Al/P từ 1.5

– 3.0 mole Al/mole P ở pH trong khoảng từ 6.0 – 6.5 được sử dụng.
Sắt ở dạng FeSO
4
hoặc FeCl
3
được sử dụng để kết tủa phosphate trong nước thải.
Lượng sắt đưa vào theo tỷ lệ Fe
3+
/P = 1 – 3 mole Fe
3+
/mole P và pH = 6 được sử dụng.
Khi kết tủa phosphate đồng thời với calcium, pH tối ưu thường được điều chỉnh
trong 7 – 8.
Arsenic
Arsenic và các hợp chất chứa arsen thường có trong nước thải các ngành sản xuất
như luyện kim, thủy tinh, gốm sứ, sản xuất thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, dầu khí,…
phương pháp kết tủa hóa học được sử dụng để loại bỏ arsen có trong các nước thải này.
Do arsen ở dạng AsO
4
3-
, As
5+
kết tủa tốt hơn dạng AsO
2-
; As
3+
vì vậy để tăng hiệu quả kết
tủa arsen ở dạng AsO
4
3-

, As
5+
thường được oxi hóa để chuyển thành AsO
4
3-
, As
5+
trước
khi tiến hành quá trình kết tủa.
Để kết tủa arsen, NaS hay H
2
S thường được sử dụng. Nồng độ arsen trong nước
đầu ra 0.05 mg/L đã đạt được khi sử dụng S
2-
làm chất kết tủa ở pH = 6 – 7. Trong trường
hợp này, để đạt yêu cầu xả thải, nước thải có thể phải được lọc trước khi thải vào môi
trường. Với nồng độ arsen thấp (0.2 mg/L) sau khi qua lớp lọc là than hoạt tính, nồng độ
đầu ra đã giảm xuống còn 0.06 mg/L.
Để tăng hiệu quả quá trình kết tủa, có thể sử dụng phương pháp đồng kết tủa để
loại bỏ arsen. Khi them hydroxide sắt vào để tiến hành quá trình đồng kết tủa, nồng độ
arsen trong nước đầu ra đã giảm xuống còn 0.005 mg/L.
Barium
Barium có trong nước thải của quá trình sản xuất sơn, màu, luyện kim, thủy tinh,
gốm sứ, sản xuất thuốc nhuộm, thuốc nổ,…để loại bỏ barium, sulfate thường được sử
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 99
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
dụng do barium sulfate có độ hòa tan thấp. Khi sử dụng sulfate để kết tủa barium, nồng
độ barium sau kết tủa đã đạt được từ 0.03 – 0.3 mg/L.
Cadmium
Hiện diện trong nước thải ngành luyện kim, gốm sứ, xi mạ, phim ảnh, bột màu, in

hoa (dệt nhuộm), nước thải ngành khai thác quặng chì, công nghệ hóa chất. Để tách Cdr a
khỏi nước thải, OH
-
, S
2-
thường được sử dụng.
Nồng độ Cd trong nước đầu ra khoảng 1 mg/L ở pH = 8, khi tăng pH lên trong
khoảng 10 – 11 thì nồng độ Cd trong nước đầu ra còn 0.05 mg/L.
Sử dụng quá trình đồng kết tủa với sắt hydroxide, nồng độ Cd trong nước đầu ra đạt đến
0.05 mg/L ở pH = 6.5.
Khi sử dụng S
2-
và Ca(OH)
2
để kết tủa Cd trong khoảng pH = 8.5 – 10, sau đó cho
qua lọc nồng độ trong dòng ra khoảng 0.002 – 0.03 mg/L. Cd sẽ không kết tủa khi tồn tại
ở dạng phức. Khi có phức với CN
-
thì thường phải oxi hóa trước khi tiến hành kết tủa.
Một số kết quả kết tủa Cd bằng phương pháp kết tủa hydroxide và đồng kết tủa được
trình bày trong bảng 4.5
Bảng 4.5. Một số kết quả xử lý nước thải chứa Cd bằng phương pháp kết tủa
Phương pháp pH xử
lý
Nồng độ Cd đầu vào
(mg/L)
Nồng độ Cd đầu ra
(mg/L)
Kết tủa hydroxide
8 - 1.0

9 - 0.54
10 - 0.2
9.3 –
10.6
4.0 0.2
Kết tủa hydroxide và lọc
10 0.34 0.054
10 0.34 0.033
11 - 0.00075
11 - 0.0007
11.5 - 0.014
- - 0.08
Đồng kết tủa với
hydroxide sắt
6 - 0.05
10 - 0.044
Đồng kết tủa với nhôm 6.4 0.7 0.39
Nguồn: W.Wesley Eckenfelder, Jr. (2000).
Chromium
Có trong nước thải xi mạ, màu, dệt nhuộm, thuộc da,…do Cr
6+
không kết tủa, nên
để xử lý Cr trong nước thải, Cr
6+
được khử thành Cr
3+
trước khi tiến hành kết tủa. Phản
ứng khử Cr
6+
thành Cr

3+
như sau
Cr
6+
+ Fe
2+
+ (SO
2
hoặc Na
2
S
2
O
3
) + H
+
 Cr
3+
+ Fe
3+
+ SO
4
2-
Phản ứng này xảy ra rất nhanh ở pH nhỏ hơn 3
Cr
3+
+ 3OH
-
 Cr(OH)↓
Để phản ứng khử xảy ra hoàn toàn, thường lượng Fe

2+
trong thực tế được lấy = 2.5 lượng
Fe
2+
tính theo lý thuyết.
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 100
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Coppere (Cu)
Có trong các loại nước thải phát sinh từ các hoạt động công nghiệp như xi mạ, sản
xuất hóa chất, điện tử, thuốc bảo vệ thực vật,…
Hóa chất kết tủa thường được sử dụng là hydroxit (OH
-
); Khi sử dụng hydroxit để
kết tủa, nồng độ của đồng trong nước sau xử lý có thể đạt được từ 0.05 – 2.0 mg/L ở pH
= 9.0 – 10.3.
Fluoride
Fluoride thường có trong các loại nước thải từ quá trình sản xuất thủy tinh, xi mạ,
sản xuất thép, nhôm, thuốc bảo vệ thực vật, phân bón,…
Để kết tủa Fluoride các hóa chất sau thường được sử dụng là Ca(OH)
2
; Mg(OH)
2
;
Nồng độ của fluoride trong nước sau xử lý trong khoảng từ 0.8 – 80 mg/L ở pH ≤ 12.
Chì (Lead – Pb)
Chì thường có trong nước thải sản xuất pin, accu,…để kết tủa chì thường sử dụng
các hóa chất như CO
3
2-
, OH

-
và S
2-
; tùy theo hóa chất và pH kết tủa mà nồng độ chì trong
nước sau xử lý dao động ở các giá trị khác nhau như:
+ CO
3
2-
ở pH = 9.0 – 9.5: nồng độ của chì trong nước sau xử lý 0.01 – 0.03 mg/L;
+ OH
-
(vôi) ở pH = 11.5: nồng độ của chì trong nước sau xử lý 0.01 – 0.03 mg/L;
+ S
2-
ở pH = 7.5 – 8.5 thì nồng độ của chì trong nước sau xử lý 0.01 – 0.03 mg/L;
Manganese
Mangan thường có trong nước thải ngành công nghiệp sản xuất thép, sản xuất
pin/accu khô, thủy tinh và gốm sứ, sơn, mực in, thuốc nhuộm. Để tách mangan hydroxit
(OH
-
) thường được sử dụng.
Thủy ngân (mercury)
Có trong nước thải ngành công nghiệp điện và điện tử, thuốc nổ, phim ảnh, thuốc
bảo vệ thực vật, hóa dầu. Để loại bỏ thủy ngân hóa chất thường sử dụng là S
2-
, hydroxit.
Trong trường hợp dùng OH
-
thường dùng kết hợp với sắt hydroxide hoặc aluminum
hydroxide.Khi sử dụng S

2-
để kết tủa thủy ngân thì nồng độ của thủy ngân trong nước sau
xử lý = 10 – 20 µg/L; Kết hợp với aluminum hydroxide nồng độ của thủy ngân trong
nước sau xử lý = 1 – 10 µg/L; Kết hợp với sắt hydroxide nồng độ của thủy ngân trong
nước sau xử lý = 0.5 – 5 µg/L;
Nickel
Thường có trong nước thải sản xuất kim loại, thép, công nghiệp ô tô, in,…để kết
tủa nickel (niken) thường sử dụng các hóa chất CO
3
2-
, OH
-
và S
2-
; Trong trường hợp sử
dụng vôi để kết tủa trong điều kiện pH = 10 – 11 thì hàm lượng nickel trong nước sau xử
lý khoảng 0.12 mg/L.
Selenium
Selenium thường có trong giấy, tro, quặng sulfide kim loại, thuốc nhuộm,…để kết
tủa selen thường sử dụng hóa chất như : S
2-
, và S
2-
kết hợp với sắt hydroxide. Tùy theo
pH và tác nhân kết tủa sử dụng mà nồng độ selen trong nước sau xử lý sẽ có giá trị khá
nhau như:
+ S
2-
ở pH = 6.6 nồng độ nước sau xử lý 0.05 mg/L.
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 101

Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
+ S
2-
kết hợp với sắt hydroxide ở pH = 6.2; nồng độ nước sau xử lý 0.01 – 0.05
mg/L.
Bạc (silver)
Thường có trong nước thải của ngành: phim ảnh, xi mạ, in,…Hóa chất thường
được sử dụng để kết tủa bạc là Cl
-
, OH
-
; Ví dụ khi sử dụng hydroxit để kết tủa bạc ở pH =
11 thì nồng độ bạc còn lại trong nước sau xử lý sẽ là 0.02 mg/L.
Kẽm (Zine)
Kim loại kẽm thường có trong nước thải ngành xi mạ, sản xuất kim loại,…để kết
tủa kẽm, tác nhân S
2-
, OH
-
thường được sử dụng. Ví dụ khi kết tủa kẽm bằng hydroxit
(OH
-
) ở pH = 8.7 – 9.3 thì nồng độ kẽm còn lại trong nước sau xử lý giao động trong
khoảng từ 0.2 – 0.5 mg/L.
Có thể ước tính lượng hóa chất tiêu hao
+ k
3
: hệ số dự trữ;
+ B: lượng chất hoạt hóa trong thương phẩm (%);
+ a: lượng tác nhân tiêu tốn riêng (Kg/Kg) (dùng để nâng pH?);

+ C: nồng độ acid hoặc kiềm (Kg/m
3
);
+ C
1
,… C
n
: nồng độ kim loại (Kg/m
3
);
+ b
1
,…b
n
: lượng tác nhân tiêu tốn riêng để tách kim loại (Kg/Kg).
Bảng 4.6. Lượng tác nhân tiêu tốn riêng cần thiết để tách một số kim loại
Kim loại CaO Ca(OH)
2
Na
2
CO
3
NaOH
Kẽm (Zn) 0.85 1.13 1.60 1.22
Nickel (Ni) 0.95 1.26 1.80 1.36
Đồng (Cu) 0.88 1.16 1.66 1.26
Sắt (Fe) 1.00 1.32 1.90 1.43
Chì (Pb) 1.27 0.36 0.51 0.38
Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, 2006.
4.3 OXI HÓA HÓA HỌC

Quá trình oxi hóa hóa học là quá trình sử dụng các tác nhân oxi hóa chẳng hạn như
ozone (O
3
), hydrogen peroxide (H
2
O
2
), permanganate (MnO
4
-
), chloride dioxide (ClO
2
),
chlorine (Cl
2
hay HOCl) hoặc oxy (O
2
) để oxi hóa các chất. Để phản ứng oxi hóa hóa học
xảy ra ở tốc độ phản ứng mong muốn xúc tác thường được sử dụng. Xúc tác đơn giản có
thể là điều chỉnh pH, cation của kim loại chuyển tiếp, enzyme và rất nhiều xúc tác tổng
hợp khác.
Quá trình oxi hóa hóa học thường được dùng để oxi hóa chất hữu cơ trong các
trường hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, độc tính hoặc là ức chế vi sinh vật phát
triển. Tuy nhiên, quá trình oxi hóa hóa học cũng có hiệu quả trong việc phân hủy nhiều
chất vô cơ và khử mùi (ví dụ oxi hóa H
2
S  SO
4
2-
).

Trong khi oxy là chất oxi hóa rẻ và kinh tế cho quá trình sinh học, các chất oxi hóa
khác thì đắt tiền hơn và không thể so sánh về mặt kinh tế với quá trình sinh học. Tuy
nhiên không cần thiết phải thực hiện hoàn tất các phản ứng oxi hóa chất hữu cơ đến sản
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 102
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
phẩm cuối cùng (chuyển chất hữu cơ hoàn toàn thành CO
2
). Các chất hữu cơ khi được
oxi hóa một phần có thể được xử lý tiếp theo bằng quá trình sinh học. Nhìn chung về cơ
bản quá trình oxi hóa hóa học có thể đặc trưng các mức độ oxi hóa khác nhau
1. Phân hủy sơ bộ: làm thay đổi cấu trúc của chất hữu cơ;
2. Phân hủy đến mức có thể chấp nhận: làm thay đổi cấu trúc của chất hữu cơ và
giảm độc tính của nó;
3. Khoáng hóa: biến đổi chất hữu cơ thành chất vô cơ (CO
2
);
4. Phân hủy không mong muốn: làm biến đổi cấu trúc ban đầu của chất hữu cơ làm
cho nó độc hơn.
Ngoại trừ các sản phẩm không mong muốn, quá trình oxi hóa hóa học có thể dẫn
đến việc giảm độc tính hoặc khả năng ức chế sinh học của các chất hữu cơ và làm gia
tăng khả năng phân hủy sinh học của các chất hữu cơ với lượng tác nhân oxi hóa ít hơn
lượng oxi hóa cần thiết để oxi hóa hoàn toàn chất hữu cơ. Do đó việc kết hợp quá trình
oxi hóa hóa học và quá trình sinh học được xem xét như là những thay đổi trong công
nghệ xử lý nước thải.
4.3.1 Lượng tác nhân oxi hóa cần thiết lý thuyết
Phương trình cơ bản biểu diễn quá trình oxi hóa chất hữu cơ thành CO
2
và H
2
O

được biểu diễn dưới dạng nhu cầu oxy tự do như sau
C
a
H
b
O
c
+ dO
*
 aCO
2
+ (b/2)H
2
O
d = 2a + b/2 – c
Bảng 4.7. Phản ứng phân rã của tác nhân oxy hóa và mức oxy hoạt tính tương đương
Half – reaction
Oxy hoạt tính tương đương
Mole [O
*
]/mole tác nhân oxi
hóa
Mole [O
*
]/Kg tác nhân oxi
hóa
Chlorine
Cl
2
+ H

2
O  O
*
+ 2Cl
-
+ 2H
+
0.5 14.1
HOCL  O
*
+ Cl
-
+ H
+
1.0 19.0
Chlorine dioxide
2ClO
2
+ H
2
O  5O
*
+ 2Cl
-
+ 2H
+
2.5 37.0
Hydrogen peroxide
H
2

O
2
 O
*
+ H
2
O 1.0 29.4
Permanganate
pH < 3.5
2MnO
4
-
+ 6H
+
 2Mn
2+
+ 5O
*
+ 3H
2
O 2.5 15.8
3.5 < pH < 7.0
2MnO
4
-
+ 2H
+
 2MnO
2
+ O

*
+ 3H
2
O 1.5 9.5
7.0 < pH < 12
2MnO
4
-
+ 2H
2
O  2MnO
2
+ 3O
*
+ 2OH
-
1.5 9.5
12 < pH < 13
2MnO
4
-
+ H
2
O  2MnO
4
2-
+ O
*
+ 2H
+

0.5 3.2
Ozone
pH cao
O
3
 O
*
+ O
2
1.0 20.8
pH thấp
O
3
 3O
*
3.0 61.4
Nguồn: W.Wesley Eckenfelder, Jr. (2000).
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 103
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Trong nhiều trường hợp, nước thải sẽ chứa một hoặc rất nhiều hợp chất hữu cơ
khác nhau. Vì vậy việc sử dụng lượng tác nhân oxi hóa lý thuyết sẽ gặp sai số đối với
một số chất hữu cơ đặc biệt. Tuy nhiên việc xác định lượng tác nhân oxi hóa đã được
phát triển để ước tính lượng oxy tự do thông qua nhu cầu oxi hóa hóa học (COD). Lượng
tác nhân oxi hóa cần thiết sử dụng để oxi hóa một loại nước thải bất kỳ được xác định
theo công thức sau
+ m
oxh
: lượng tác nhân oxi hóa (mg/L);
+ n: mole [O
*

]/mole tác nhân oxi hóa (bảng);
+ MW: khối lượng phân tử mole của chất oxi hóa (g/mole);
+ COD: nhu cầu oxi hóa hóa học (mgO
2
/L).
Từ việc xác định này, chi phí cho xử lý bằng phương pháp oxi hóa hóa học có thể
ước tính thông qua việc tính dựa trên đơn giá của tác nhân oxi hóa từ đó làm cơ sở lựa
chọn tác nhân oxi hóa. Tuy nhiên chi phí và hiệu quả của quá trình phải được dựa trên số
liệu của phòng thí nghiệm.
4.3.2 Các chất oxi hóa
4.3.2.1 Ozone
Là chất oxi hóa mạnh với thế oxi hóa 2.07 V. Theo Trambarulo cấu trúc của ozone
bao gồm 3 oxy với góc là 116
o
45’ và liên kết là 1.278
ao
. Petrong và cộng sự từ tính toán
chỉ ra rằng mật độ điện tử của ozone lớp mây điện tử π sẽ chia đều trên 3 nguyên tử oxy
và sự dịch chuyển của các đám mây làm cho các nguyên tử tích điện. Cấu trúc này là cơ
sở của ozone phản ứng với chất hữu cơ trực tiếp vào nối đôi hoặc các vùng tập trung điện
tích của chất hữu cơ.
Nhìn chung cơ chế của quá trình oxi hóa chất hữu cơ là
1. Oxi hóa rượu thành aldehyde và sau đó thành acid
RCH
2
OH + O
3
 RCOOH
2. Thay 1 nguyên tử vào vòng thơm
3. Tách liên kết đôi của carbon

Ozone thường dùng để khử màu và phần chất hữu cơ không phân hủy sinh học
trong nước thải đầu ra của hệ thống xử lý. Trong một số trường hợp TOC (tổng carbon
hữu cơ) giảm nhưng BOD tăng (10 – 40 mg/L) do sự biến đổi chất hữu cơ từ chất khó
phân hủy sinh học thành chất dễ phân hủy sinh học.
Tính tan và phân rã
Tính tan: ozone tan trong nước tuân theo định luật Henry.
Phân rã O
3
: Trong nước đặc biệt là tại pH cao, ozone sẽ bị phân rã thành oxy theo phản
ứng sau
O
3
 O
*
+ O
2
Tốc độ phân rã của ozone như là 1 hàm của pH và nhiệt độ theo phương trình bậc 1
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 104
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
+ r
d
: tốc độ tự phân rã (M/phút);
+ [OH
-
]: nồng độ mole của OH
-
trong dung dịch (M);
+ [O
3
]: nồng độ mole của O

3
trong dung dịch (M);
+ T: nhiệt độ dung dịch (
o
K).
Cơ chế phản ứng của ozone tùy thuộc vào tốc độ truyền khối của ozone vào nước.
Tùy thuộc vào pH của nước và liều lượng của ozone mà quá trình oxi hóa của ozone
thường được chia thành 3 vùng sau:
Vùng 1: trong điều kiện pH cao/lượng ozone nhỏ cơ chế chính là *OH. Trong quá
trình này tính chọn lọc của quá trình oxi hóa rất ít;
Vùng 2: ở điều kiện gần bằng tốc độ phân rã và truyền khối của ozone vào nước.
Trong điều kiện này cả O
3
và *OH cùng chiếm vai trò quan trọng;
Vùng 3: pH thấp/liều lượng O
3
cao; O
3
nắm vai trò kiểm soát phản ứng và quá
trình oxi hóa mang tính chọn lọc cao.
Xúc tác sử dụng
Để tăng hiệu quả quá trình oxi hóa bằng ozone, các xúc tác thường được thêm vào.
Trong hầu hết các nghiên cứu hiện nay, quá trình oxi hóa bằng ozone thường kết hợp với
các quá trình sau: ozone – xúc tác (ion kim loại, oxit kim loại, muối nhôm, carbon hoạt
tính), ozone – hydrogen peroxide, ozone – UV.
Ozone – hydrogen peroxide
Theo Staehelin & Hoigne
H
2
O

2
+ H
2
O ↔ HO
2
-
+ H
3
O
+
HO
2
-
+ O
3
 OH* + O
2
* + O
2
K
1
(O
3
,HO
2
-
) = (2.8 ± 0.5).10
6
(l/mol.s)
Xúc tác

Ion kim loại thường được sử dụng: Cu
2+
, Ni
2+
& Mn
2+
, Zn
2+
Oxit kim loại: NiO, CuO, Fe
2
O
3
Ứng dụng
Ozone được ứng dụng để oxi hóa amino acid, khử màu, chất hữu cơ vòng thơm và các
chất hữu cơ.
Theo Hoigne và Bader phản ứng của chúng là phản ứng bậc 2 theo phương trình tổng
quát sau
O
3
+ M  M
oxh
k
O3
hằng số tốc độ phản ứng
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 105
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
4.3.2.2 Hydrogen peroxide
H
2
O

2
là chất oxi hóa do có nguyên tử oxy hoạt hóa trong phân tử với thế oxi hóa là
1.77 V. Trên thị trường hydrogen peroxide được bán dưới dạng dung dịch có nồng độ 30
– 50% (theo khối lượng). Để tăng thời gian lưu trữ, người ta thường cho them vào dung
dịch một lượng nhỏ chất hãm (thường sử dụng là phosphate).
Từ lâu hydrogen peroxide đã được sử dụng để oxi hóa H
2
S có trong hệ thống thoát nước
và nước thải. Quá trình oxi hóa H2S tại các điều kiện khác nhau như sau
- Tại môi trường pH acid hoặc trung tính
H
2
O
2
+ H
2
S  2H
2
O + S
Thời gian phản ứng: 15 – 45 phút;
Khi có xúc tác Fe
2+
, ở pH = 6.0 – 7.5 thì thời gian phản ứng rất nhanh.
- Tại môi trường pH ba zơ
H
2
O
2
+ S
2-

 4H
2
O + SO
4
2-
Thời gian phản ứng: 15 phút.
Ngày nay hydrogen peroxide được sử dụng rộng rãi để xứ lý các chất hữu cơ có
độc tính và các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải.
Hydrogen peroxide ở pH = 9.5 sẽ oxi hóa formaldehyde theo phương trình sau
2CH
2
O + H
2
O
2
+ OH
-
 2HCOO
-
+ H
2
+ 2H
2
O
Hydrogen peroxide cũng được dùng để xử lý nước thải chứa cyanide. Một nghiên
cứu xử lý nước thải từ một nhà máy sản xuất polymer có thành phần nước thải như sau:
nhiệt độ nước thải 40
o
C, pH = 7.5, COD = 4700 mg/L, CN
-

= 96 mg/L cho thấy khi điều
chỉnh pH lên đến 10.7 và với lượng H
2
O
2
thêm vào là 6000 mg/L thì sau 6h phản ứng
nồng độ CN
-
còn lại là 2.5 mg/L. Phản ứng giữa H
2
O
2
với CN
-
như sau
CN
-
+ H
2
O
2
 OCN
-
+ H
2
O
OCN
-
+ 2H
2

O  NH
4
-
+ CO
3
2-
Khi vào nước, tùy theo pH của môi trường mà H
2
O
2
phân ly khác nhau
− Trong môi trường ba zơ
H
2
O
2
+ OH
-
↔ OOH
-
+ H
2
O (1)
OOH
-
+ H
2
O
2
↔ H

2
O + OH
-
+ O
2
(2)
Khi có chất hữu cơ hiện diện thì có sự cạnh tranh phản ứng giữa chất hữu cơ với H
2
O
2
và
phản ứng (2)
− Trong môi trường acid
H
2
O
2
+ 2H
+
 2H
3
O
+
+ O
2
Phản ứng chỉ sử dụng H
2
O
2
thường diễn ra rất chậm, để tăng hiệu quả và tốc độ

phản ứng người ta thường sử dụng xúc tác. Xúc tác thường sử dụng là: chỉnh pH cao; sử
dụng xúc tác kim loại chẳng hạn như ferrous sulfate (Fenton’s reagent), phức của Fe (Fe-
EDTA hoặc Heme), Cu hoặc Mn; hoặc sử dụng enzyme tự nhiên như horseradish
peroxidase. Hiện nay xúc tác đang được sử dụng rộng rãi là ferrous sulfate (FeSO
4
hay
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 106
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Fenton’s reagent) ở pH khoảng 3.5. Trong quá trình này hang loạt phản ứng diễn ra để
tạo các gốc tự do *OH và HO
2
* và tái tạo lại Fe
2+
như các phản ứng sau
Fe
2+
+ H
2
O
2
 Fe
3+
+ OH
-
+ *OH
Và Fe
3+
+ H
2
O

2
 Fe
2+
+ HO
2
* + H
+
Sau đó xảy ra phản ứng giữa các gốc tự do và chất hữu cơ như sau
RH + *OH  R* + H
2
O
R* + O
2
 ROO*
ROO* + RH  ROOH + R*
Các phản ứng trên xảy ra tối ưu trong điều kiện pH = 2 – 4. Sơ đồ xử lý sử dụng xúc tác
được trình bày trong hình
Tia cực tím UV cũng là một dạng xúc tác được sử dụng cùng với H
2
O
2
. Theo giả
thiết H
2
O
2
dưới tác dụng của UV sẽ cho ra gốc tự do *OH như sau
Trong quá trình này đã tạo ra nhiều gốc tự do hơn, bên cạnh đó nhờ nhiệt tạo ra từ
đèn UV cũng có thể làm gia tăng đán kể tốc độ phản ứng. Quá trình UV – H
2

O
2
được sử
dụng rộng rãi để xử lý chất thải lỏng có độ màu, độ đục hay nồng độ chất hữu cơ thấp
chẳng hạn như nước ngầm bị ô nhiễm. Đối với nước thải, UV – H
2
O
2
cũng được sử dụng
để xử lý nước thải chứa các chất độc hoặc khó phân hủy sinh học.
H
2
O
2
được sử dụng để xử lý các chất hữu cơ có độc tính, khó phân hủy sinh học và
cải thiện khả năng phân hủy sinh học của nước thải (tăng BOD). Bảng 4.8 cung cấp một
số thông tin về việc ứng dụng H
2
O
2
để xử lý các hợp chất mạch vòng
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 107
Nước sau
xử lý
Na
2
CO
3
Bộ điều chỉnh
lưu lượng bơm

Trộn trong
đường ống
Nước thải
FeSO
4
H
2
O
2
50%
H
2
O
2
2*OH
UV
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Bảng 4.8. Quá trình oxi hóa một số hợp chất vòng thơm sử dụng H
2
O
2
Hợp chất % phân hủy % giảm COD % giảm TOC
Nitro bezene > 99 72.4 37.3
Benzoic acid > 99 75.8 48.8
Phenol > 99 76.1 44.1
o-Cresol > 99 75.0 55.6
m-Cresol > 99 73.3 38.2
p-Cresol > 99 71.8 40.0
o-Chlorophenol > 99 75.1 47.9
m- Chlorophenol > 99 75.0 41.3

p- Chlorophenol > 99 75.7 21.7
2,3- dichlorophenol > 99 70.2 52.6
2,4- dichlorophenol > 99 68.9 50.3
2,5- dichlorophenol > 99 74.2 41.8
2,6- dichlorophenol > 99 61.1 32.5
3,5- dichlorophenol > 99 69.1 48.9
2,3-dinitrophenol > 99 80.1 50.7
2,4- dinitrophenol > 99 72.5 51.0
Ailine > 99 76.5 43.4
Ghi chú: liều lượng lý thuyết H
2
O
2
5x10
-3
M chất ô nhiễm, 50 mg/L FeSO
4
, phản ứng
dạng mẻ với thời gian phản ứng 24h ở 20
o
C (± 2
o
C). Chỉ có một hợp chất. Nguồn:
W.Wesley Eckenfelder, Jr. (2000).
4.3.2.3 Oxi hóa bằng clo
Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxi hóa thông dụng nhất, được sử
dụng để khử trùng, oxi hóa H
2
S, các hợp chất chứa methyl sulfide, phenol, xyanua và
màu trong nước thải. Tuy nhiên ngày nay người ta hạn chế sử dụng clo do trong quá trình

phản ứng có sự hình thành các hợp chất độc hại.
Khi cho clo tác dụng với nước, xảy ra các phản ứng sau
Cl
2
+ H
2
O = HOCl + HCl
HOCl ↔ H
+
+ OCl
-
Tổng Cl
2
+ HOCl + OCl
-
được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính.
Các nguồn cung cấp clo có hoạt tính còn có thể là clorat canxi (CaOCl
2
), Hypoclorit.
Clorat, dioxit clo, clorat canxi nhận được theo phản ứng sau
Ca(OH)
2
+ Cl
2
= CaOCl
2
+ H
2
O
Natri hypoclorit được tạo thành khi sục khí clo qua dung dịch kiềm

2NaOH + Cl
2
= NaClO + NaCl + H
2
O
Còn hypoclorit canxi được điều chế bằng clo hóa hydroxit canxi ở nhiệt độ 25 – 30
o
C
2Na(OH)
2
+ 2Cl
2
= Na(ClO)
2
+ Ca(ClO)
2
+ CaCl
2
+ H
2
O
Trong đó natri clorat (NaClO
3
) là chất oxi hóa mạnh bị phân tách thành ClO
2
.
Dioxit clo là khí độc có mà vàng xanh, có mùi mạnh hơn clo.
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 108
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Trong xử lý nước thải ngày nay, clo vẫn được sử dụng để oxi hóa cyanide có trong

nước thải. Nhìn chung quá trình oxi hóa cyanide trải qua rất nhiều bước và phụ thuộc vào
pH. Có thể phân thành 2 bước như sau
Bước 1: Bao gồm 2 phản ứng
CN
-
+ OCl
-
+ H
2
O  CNCl + 2OH
-
(1)
CNCl + 2OH
-
 CNO
-
+ Cl
-
+ H
2
O (2)
Phản ứng (1) có thể xảy ra ở tất cả các giá trị pH và có tốc độ phản ứng chậm.
Trong khi đó phản ứng (2) xảy ra nhanh. CNCl là khí độc nhưng không bền ở pH cao và
dễ dàng chuyển hóa thành CNO
-
ở pH = 9 – 10, tuy nhiên để đảm bảo phản ứng (1) và (2)
thường được cho xảy ra ở pH = 11.5.
Bước 2: Quá trình chuyển hóa CNO
-
thành HCO

3
-
nà khí N
2
tại pH = 8.0 – 8.5 theo
phương trình sau
CNO
-
+ HOCl  2HCO
3
-
+ N
2
+ 3Cl
-
+ H
+
(3)
4.3.2.4 KMnO
4
Là chất oxi hóa mạnh (E = 1.68 V) được dùng để xử lý mùi (chất vô cơ và hữu cơ
chứa S) trong công nghiệp dệt, thuộc da, thép. Làm sạch thép, giấy và bột giấy,…
Trong nước cấp người ta thường sử dụng MnO
4
để oxi hóa H
2
S có trong nước ngầm.
Phản ứng oxi hóa H
2
S phụ thuộc vào pH như sau

Trong môi trường acid
3H
2
S + 2KMnO
4
 3S + 2H
2
O + 2KOH + 2MnO
2
(rắn)
Trong môi trường kiềm
3H
2
S + 8KMnO
4
 3K
2
SO
4
+ 2H
2
O + 2KOH + 8MnO
4
(rắn)
Trong quá trình này, vấn đề cần giải quyết là sẽ làm phát sinh một lượng lớn bùn
MnO
2
. Kết quả nghiên cứu cho thấy KMnO
4
cũng hiệu quả trong việc phân hủy các chất

hữu cơ và giảm độc tính đôi với phenol, các chất mạch vòng và trichloroethylene,
perchloroethylene và trichloroethane.
4.4 Xử lý nước thải bằng quá trình khử
Phương pháp xử lý nước thải bằng quá trình khử được ứng dụng trong các trường
hợp khi nước thải chứa các chất dễ bị khử, thông thường được sử dụng rộng rãi để tách
các chất thủy ngân, crom, asen, ra khỏi nước thải.
Để khử thủy ngân trong nước thải, tùy thuộc dạng liên kết mà có các phương pháp
khác nhau. Nếu thủy ngân trong nước ở dạng vô cơ, thủy ngân sẽ được khử thành thủy
ngân kim loại và được tách ra nhờ quá trình lắng, lọc hoặc tuyển nổi. Trong trường hợp
thủy ngân hữu cơ thì đầu tiên sẽ áp dụng quá trình oxy hóa để tách thủy ngân ra khỏi hợp
chất hữu cơ sau đó khử thủy ngân thành thủy ngân kim loại và tách ra theo các phương
pháp đã đề cập ở trên.
Phương pháp khử thường được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải để loại
Cr
+6
ra khỏi nước. Trong phương pháp này thường dùng các chất khử như NaHSO
3
hay
FeSO
4
như được trình bày trong phần kết tủa kim loại.
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 109
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Tài liệu tham khảo
1. Trịnh Xuân Lai, Nguyễn Trọng Dương; 2005. Xử lý nước thải công nghiệp; NXB
Xây Dựng 2005;
2. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga; 1999. Giáo trình công nghệ xử lý nước thải; NXB
KHKT 1999;
3. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga; 2006. Giáo trình công nghệ xử lý nước thải; NXB
KHKT 2006;

4. Metcalf & Eddy; 2003. Wastewater Engineering – Treatment and Reuse, Fourth
Edition, McGraw Hill, 2003;
5. W.Wesley Eckenfelder Jr. 2000. Industrial water pollution control, third edition,
Mcgraw Hill, 2000;
6. W.J.Eilbeck & G.Mattock. Chemical processes in wastewater treatment, John
Wiley & son.
ThS. Nguyễn Ngọc Châu – draft 2- 2011Page 110