tổng quan quá trình oxy hóa trong xử lý chất thải

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





KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ QUÁ TRÌNH
OXY HÓA BẬC CAO (AOP
S
) THÔNG
DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Ở VIỆT NAM

GVHD : ThS. VÕ HỒNG THI
SVTH : LÊ HOÀNG TOẠI


TP.HCM, THÁNG 07 NĂM 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC KTCN TPHCM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học Ngành: Kỹ thuật môi trường
Họ và tên: Lê Hoàng Toại MSSV: 207108039 Lớp: 07 CMT
1. Đầu đề đồ án tốt nghiệp: “Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
)
thông dụng trong xử lý nước thải ở Việt Nam”
2. Nhiệm vụ :
- Tổng quan về một số các quá trình oxy hóa bậc cao thông dụng trong xử lý nước
thải ở Việt Nam.
- Trình bày một số áp dụng của các quá trình oxy hóa bậc cao trong xử lý nước thải
ở Việt Nam.
3. Ngày giao đồ án tốt nghiệp:
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
5. Họ tên người hướng dẫn Phần hướng dẫn
1/ Th.S Võ Hồng Thi
Nội dung và yêu cầu KLTN đã được thông qua Bộ môn.
Ngày tháng năm 2010
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH



PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN
Người duyệt (chấm sơ bộ):..............................................
Đơn vị:............................................................................
Ngày bảo vệ:...................................................................
Điểm tổng kết:................................................................
Nơi lưu trữ Khóa luận tốt nghiệp:....................................
LỜI CẢM ƠN !

Lời đầu tiên của khóa luận tốt nghiệp này em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô lời

cảm ơn chân thành nhất!
Trong suốt thời gian học tập tại trường dưới sự dìu dắt tận tình cuả các thầy cô khoa
môi trường và công nghệ kĩ thuật cùng các thầy cô của các khoa khác cuả trường đại
học kĩ thuật công nghệ TPHCM đã truyền dạy cho em những kiến thức những kinh
nghiệm quý báo trong chuyên môn cũng như trong nhiều lĩnh vực khác . Sự tận tụy,
say mê, lòng nhân ái nhiệt thành của thầy cô là động lực giúp em cố gắng trao dồi
thêm kiến thức và vược qua khó khăn trong học tập.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Võ Hồng Thi đã tận tình hướng dẫn giúp
đỡ em hoàn thành tốt luân văn tốt nghiệp này.
Sau cùng em cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện thuận lợi và là chỗ dựa cho em trong
suốt những năm dài học tập . Đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn tất cả bạn bè
đã gắn bó cùng nhau học tập và giúp đỡ nhau trong suốt thời gian qua , cũng như
trong suốt quá trình thực hiện đề luận văn này . Em xin chân thành cảm ơn!


TPHCM, ngày .... tháng .... năm 2010
Sinh viên Lê Hoàng Toại




DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

- AOPs : các quá trình oxy hóa bậc cao(Advanced Oxidation Process)
- ANPO: quá trình oxy hóa nâng cao không nhôø taùc nhaân aùnh saùng
(Advanced Non –Photochemical Oxidation Process )
- APO: caùc quaù trình oxi hoùa naâng cao nhôø caùc taùc nhaân aùnh saùng(
Advanced Photochemical Oxidation Procass )
- BOD: nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand)
- COD: nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

- 2,4 – D: 2,4 – Diclophenoxyaxetic axit
- 2,4,5 – T: 2,4,5 – Triclophenoxyaxetic axit
- BTEX: benzene, Toluen, Etylbenzen, xylem
- TOC: Tổng lượng cacbon hữu cơ (Total Organic Carbon)








DANH MỤC CÁC BẢNG

- Bảng III.1 Quy định chất lượng nước mặt theo QCVN 08:2008/ BTNM
-
Bảng III.2 Phân loại các q trình oxy hóa bậc cao (US EPA,1998,US EPA,2001)
- Bảng III.3. Hiệu suất lượng tử quá trình tạo gốc Hydroxyl *OH do bức xạ UV/khả
kiến của dung dòch Fe
III

- Bảng III.4. Kết quả thí nghiệm độc học phản ứng

DANH MỤC CÁC HÌNH


- Hình III.1. Sơ đồ các phản ứng xảy ra trong quá trình quang Fenton
- Hình III.2. Sơ đồ xử lý chung cho quá trình Fenton
- Hình III.3 Mô hình hệ thống oxy hóa ô nhiễm hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm
bằng ozon và ozon/H
2
O
2

MỤC LỤC

TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ QUÁ TRÌNH OXY HÓA BẬC CAO (AOPs)
THÔNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẠI VIỆT NAM

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU ....................................................................................... 1
1.1.Lý do hình thành đề tài....................................................................................1
1.2.Mục tiêu nghiên cứu........................................................................................ 2
1.3.Nội dung nghiên cứu .......................................................................................2
1.4 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 2
1.5 Giới hạn của đề tài ..........................................................................................2
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI .............................................................................. 3
2.1. Tổng quan về nước thải ...............................................................................3
2.1.1. Nguồn gốc và phân loại nước thải................................................................ 3
2.1.1.1. Nguồn gốc ................................................................................................ 3
2.1.1.2. Phân loại...................................................................................................3
2.1.2 .Thành phần và đặc tính của nước thải.......................................................... 4
2.1.3. Các chỉ tiêu cơ bản về chất lượng nước thải................................................. 4
2.1.3.1.Các chỉ tiêu vật lý......................................................................................4
2.1.3.2.Các chỉ tiêu hóa học – sinh học ................................................................ 5
2.1.3.3.Các chỉ tiêu vi sinh vật...............................................................................6
2.2 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải .............................................. 7
2.2.1. Phương pháp xử lí cơ học............................................................................7
2.2.2 Phương pháp xử lí hóa – lý...........................................................................8

2.2.3Phương pháp sinh học ...................................................................................9
2.2.4 Phương pháp xử lý hóa học .......................................................................... 9
2.3 Vai trò của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp oxy hóa
bậc cao .............................................................................................................. 11
CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG
PHÁP OXY HÓA BẬC CAO (AOPs).............................................................. 12
3.1.Sự cần thiết của các công nghệ cao ............................................................... 12
3.2.Nguyên tắc chung của quá trình .................................................................... 15
3.3.Phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao ..................................................... 16
3.4.Quá trình Fenton và quang Fenton................................................................. 17
3.4.1.Quá trình Fenton và quang Fenton.............................................................. 17
3.4.1.1 Giới thiệu chung về quá trình Fenton....................................................... 17
3.4.1.2 Cơ chế của quá trình Fenton .................................................................... 19
3.4.2 Qúa trình quang Fenton .............................................................................. 22
3.4.2.1 Giới thiệu chung về quá trình quang Fenton ............................................ 22
3.4.2.2 Cơ chế của quá trình quang Fenton.......................................................... 23
3.4.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton và quang Fenton ..................... 24
3.4.4. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý một số loại nước thải tại Việt Nam...
3.4.4.1. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm.................. 27
3.4.4.2. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp......... 29
3.4.4.3. Ứng quá trình Fenton vào xử lý nước thải thuốc trừ sâu.......................... 31
3.4.4.4. Ứng dụng phản ứng Fenton trong xử lý nước thải kênh rạch .................. 31
3.5.Các quá trình dựa trên khả năng oxy hóa của O
3
........................................... 31
3.5.1.Quá trình Ozon hóa ................................................................................... 31
3.5.1.1.Giới thiệu chung về quá trình ozon hóa ................................................... 31
3.5.1.2.Cơ chế quá trình ozon hóa ....................................................................... 32
3.5.2.Qúa trình Peroxon ..................................................................................... 33
3.5.2.1.Giới thiệu chung về quá trình................................................................... 33

3.5.2.2.Cơ chế của quá trình ............................................................................... 33
3.5.2.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Ozon hóa và Peroxon ...................... 34
3.5.3.Ứng dụng quá trình oxy hóa bằng Ozon và Peroxon trong xử lý
một số loại nước thải tại Việt Nam...................................................................... 35
3.5.3.1. Xử lý chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải nhuộm ................................. 35
3.5.3.2. Nghiên cứu phân hủy thuốc diệt cỏ 2,4 – D và 2,4,5 - T bằng ozon ........ 37
3.5.3.3. Nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải chế biến gỗ ............................. 39
3.6.Một số vấn đề cần lưu ý khi vận hành hệ thống xử lý nước thải ..................
bằng phương pháp AOPs..................................................................................... 40
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT...................................................... 42
4.1. Kết luận...................................................................................................42
4.2. Kiến nghị ................................................................................................ 42














Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
1
Chương I
MỞ ĐẦU
1.1.Lý do chọn đề tài
Môi trường và các vấn đề môi trường là đề tài được hầu hết các nước trên thế giới
đều quan tâm bởi vì môi trường và con người có mối quan hệ tác động qua lại chặt
chẽ với nhau. Môi trường ảnh hưởng và chi phối một cách trực tiếp đến đời sống con
người và ngược lại con người cũng tác động không nhỏ đến môi trường.
Trong những năm gần đây, vấn đề môi trường lại càng được quan tâm sâu sắc bởi
những ảnh hưởng của nó đến đời sống con người ngày càng chuyển biến theo chiều
hướng xấu đi mà một trong những nguyên nhân chính là do các hoạt động của con
người.
Nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Vấn đề ô nhiễm môi
trường do sản xuất công nghiệp, nông nghiệp đang ở mức báo động. Đa số các nhà
máy, xí nghiệp có công nghệ sản xuất trang thết bị lạc hậu, không đồng đều dẫn đến
sự lãng phí năng lượng và nguyên vật liệu, đồng thời thải ra nhiều phế liệu gây ô
nhiễm đất, nước, không khí gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Đặc
biệt nhất là các loại nước thải chứa các chất ô nhiễm nguy hiểm, độc hại, rất bền
vững, khó bị phân hủy trong môi trường theo thời gian.
Việc xử lý các chất ô nhiễm này đang là một vấn đề nan giải. Các phương pháp xử lý
nước thải truyền thống như: phương pháp cơ học, phương pháp sinh học, phương hóa
lý,… đều không xử lý được hoặc xử lý không triệt để các chất ô nhiễm này. Do đó sự
tồn đọng của chúng trong môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con
người và động vật kể cả khi chúng chỉ hiện diện với hàm lượng nhỏ.
Để có thể giải quyết triệt để các chất thải khó phân hủy mà các phương pháp xử lý
truyền thống không áp dụng được, phương pháp oxy hóa bậc cao đã chứng tỏ hiệu
quả và ưu điểm của nó.
Tuy nhiên, các tài liệu tổng quan hay báo cáo khoa học về phương pháp này hiện vẫn
còn rất ít ỏi ở Việt Nam, hoặc chưa được chọn lọc và sắp xếp có hệ thống. Do vậy,

đề tài “ Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOPs) trong xử lý nước thải
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
2
tại Việt Nam” đã ra đời với mong muốn bổ sung và hoàn chỉnh hơn cơ sở lý thuyết
có liên quan về một số phương pháp oxy hóa bậc cao hiện đang được áp dụng rộng
rãi để xử lý nước thải ở Việt Nam.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng, bổ sung, biên hội, sắp xếp, lựa chọn tài liệu làm cơ sở lý thuyết cho xử lý
nước thải bằng các phương pháp oxy hóa bậc cao thường được áp dụng tại Việt
Nam.
1.3. Nội dung nghiên cứu
Hiện nay, ở Việt Nam, không ít loại nước thải như nước rỉ rác, nước thải dệt nhuộm,
nước thải mực in,... đều đòi hỏi giai đoạn xử lý bằng phương pháp oxy hóa bậc cao
trong toàn bộ hệ thống xử lý nhằm đáp ứng các tính chất về nước thải sau sử lý ngày
càng khắc khe hơn.
1.4.Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thu thập tài liệu thông qua sách, internet, các bài báo cáo khoa học.
Phương pháp tổng hợp, chọn lọc và sắp xếp các tài liệu thu thâp được.
1.5. Giới hạn của đề tài
Đề tài chỉ giới hạn ở cơ sở lý thuyết và một số nghiên cứu đã có về một số quá trình
oxy hóa bậc cao thường được áp dụng ở Việt Nam hiện nay.

Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
3
CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP XỬ LÍ NƯỚC THẢI
2.1. Tổng quan về nước thải
2.1.1. Nguồn gốc và phân loại nước thải
2.1.1.1. Nguồn gốc
Nước thải có nguồn gốc từ nước cấp nước thiêng nhiên sau khi phục vụ đời sống con
người như ăn uống, tắm giặc, vệ sinh, giải trí, sản xuất hàng hóa, chăn nuôi... và
nước mưa bị nhiễm bẩn các chất hữu cơ, vô cơ thải ra các hệ thống thu gom và các
nguồn tiếp nhận.
2.1.1.2 Phân loại
Có thể phân loại nước thải chung nhất là: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp,
nước mưa chảy tràn
a) Nước thải sinh hoạt:
Nước thải sinh hoạt là nước thải từ các khu dân cư, vùng thương mại, khu vui chơi
giải trí gồm nước rửa, vệ sinh, giặc giũ... cũng như nước thải từ trường học, công sở,
bệnh viện, trung tâm y tế.
Đặc điểm cơ bản nhất của nước thải sinh hoạt là trong đó có hàm lượng cao các chất
hữu cơ dễ phân hủy (như hrdrat cacbon, protein, chất béo dầu mỡ ) các khoáng chất
dinh dưỡng (photphat, nitơ... ) các chất rắn huyền phù và đặc biệt là vi sinh vật.
b)Nước thải công nghiệp:
Nước thải công nghiệp là nước thải từ các nhà máy công nghiệp như nhà máy luyện
kim, hóa chất, hóa dầu, dệt nhuộm, chế biến thủy sản... đang hoạt động có cả nước
thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu.

Trong các xí nghiệp công nghiệp còn có các loại nước thải qui ước sạch. Đó là nước
làm nguội thiết bị, nhất là ở các nhà máy nhiệt điện. Tuy không bẩn nhưng sau khi sử
dụng có thể có nhiệt độ cao, kéo theo gỉ sắt ở các thiết bị trao đổi nhiệt, đường ống
hoặc do ngẫu nhiên sự cố, làm cho nước bị nhiễm bẩn. Nước thải loại này làm cho
nguồn nước tăng nhiệt độ nghèo oxy hòa tan hoặc có thể làm chết các sinh vật nước.
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
4
c)Nước thải là nước mưa
Nước mưa được xem là nước thải tự nhiên. Nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng
nhiều cách khác nhau qua các khớp lớp, các ống có khuyết tật hoặc thành của các hố
ga.
2.1.2. Thành phần và đặc tính của nước thải
Các chất chứa trong nước thải bao gồm: các chất hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật.
Các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm 50-60% tổng các chất gồm các chất
hữu cơ thực vật: cặn bã thực vật, rau, hoa quả, giấy... và các chất hữu cơ động vật:
chất thải bài tiết của người và động vật, xác động vật.
Các chất vô cơ trong nước thải chiếm 40 – 42% gồm chủ yếu: cát, đất sét, các axit,
bazơ vô cơ, dầu khoáng.
Trong nước thải còn có nhiều dạng vi sinh vật: vi khuẩn, virut, nấm, rong tảo, trứng
giun sán... Trong số vi sinh vật có thể có cả vi trung gây bệnh: lỵ, thương hàn... có
khả năng gây nên thành dịch bệnh.
2.1.3. Các chỉ tiêu cơ bản về chất lượng nước thải
2.1.3.1. Các chỉ tiêu vật lý
a) Nhiệt độ: phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời tiết và bản chất nước thải, nhiệt độ
nước thải thường cao hơn so với nguồn nước thải ban đầu.
b) Mùi: Nước có mùi do các nguyên nhân: chất hữu cơ từ cống rãnh, khu dân cư, xí

nghiệp chế biến thực phẩm, công nghệ hóa chất....Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là
hydrosunfua (H
2
S – mùi trứng thối). Các hợp chất khác chẳng hạn như indol, skatol,
cadaverin và mereaptan được tạo thành dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những
mùi khó chịu hơn cả H
2
S.
Mặc dù tương đối vô hại (khi hàm lượng nhỏ) như có thể gây cảm giác khó chịu
buồn nôn. Khi độ nhiễm bẩn chất hữu cơ không quá lớn, quá trình phân hủy thiếu khí
xảy ra chủ yếu và mạnh (nước đầy đủ oxi) thì cường độ mùi thấp.
c) Màu: Nước tự nhiên có thể có màu do các chất hữu cơ trong cây cỏ bị phân hủy,
nước có sắt và mangan dạng keo hoặc dạng hòa tan, nước có chất thải công nghiệp
(crom, tannin,lingin...). Độ màu càng lớn thì mức độ ô nhiễm càng cao. Màu không
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
5
chỉ làm giảm giá trị cảnh quan của nước, nó còn cho biết mức độ ô nhiễm, mức độ
độc hại của nước.
d) Độ đục: độ đục của nước thải là do các hạt lơ lửng, các chất hưu cơ phân hủy
hoặc do các thủy sinh gây nên. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong
nước, ảnh hưởng khả năng quang hợp của các vi sinh vật tự dưỡng trong nước, giảm
thẩm mỹ và giảm chất lượng của nước sử dụng.
e)Tổng hàm lượng chất rắn (TS): được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại
sau khi cho bay hơi 1 lít mẫu nước trên bếp cách thủy ở (100-105
o
C) cho đến khi

trọng lượng không đổi. Đơn vị tính bằng mg/l (hoặc g/l)
f) Chất rắn lơ lửng dạng huyền phù (SS): hàm lượng các chất rắn huyền phù là
trọng lượng khô cùa chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh, khi lọc 1 lít mẫu
nước rồi sấy khô ở (100-105
o
C) cho tới khi trọng lượng không đổi. Đơn vị tính bằng
mg/l (hoặc g/l)
g) Chất rắn hòa tan (TDS): là hiệu số tổng chất rắn huyền phù.
TDS=TS-SS. Đơn vị mg/l (hoặc g/l)
2.1.3.2.Các chỉ tiêu hóa học / sinh hóa
a) Nhu cầu oxy sinh hóa – BOD
Là một trong những thông số cơ bản cơ bản đặc trưng cho mức độ ô nhiễm nước thải
bởi các chất hữu cơ có thể bị oxy hóa sinh hóa ( các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh
học )
Nhu cầu oxi sinh hóa là chỉ tiêu rất quan trọng để chỉ mức độ nhiễm bẩn của nước
thải bằng các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học .
b)Nhu cầu oxy hóa học – COD
Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ các chất hữu cơ có trong nước thải kể cả
các chất hữu cơ không bị phân hủy sinh học.
Chỉ tiêu BOD
5
không đủ để phản ánh khả năng oxi hóa các chất hữu cơ khó bị oxi
hóa trong nước thải, nhất là nước thải công nghiệp. Vì vậy, cần xác định nhu cầu oxi
hóa học (COD mg/l) để oxi hóa hoàn toàn các chất bẩn có trong nước thải.
c)Oxy hòa tan – DO
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại

6
Oxy thường có độ hòa tan thấp và phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, nồng độ muối có
trong nước thải.... Trong quá trình xử lý, các vi sinh vật tiêu thụ oxi hòa tan để oxi
hoá các sinh hóa, đồng hóa các chất dinh dưỡng và chất nền (BOD,N,P) cần thiết cho
sự sống, sinh sản và tăng trưởng của chúng. Vì vậy, giữ được oxi hòa tan trong nước
thải trong quá trình xử lý là yêu cầu quan trọng.
d) pH
pH là chỉ tiêu đặc trưng cho tính axit hoặc tính bazơ của nước và được tính bằng
nồng độ của ion hydro ( pH = - lg [ H
+
]. pH là chỉ tiêu quan trọng nhất trong quá
trình sinh hóa bởi tốc độ của quá trình này phụ thuộc đáng kể vào sự thay đổi của
pH.
e)Các hợp chất chứa Nitơ
Nitơ là chất dinh dưỡng đại lượng quan trọng trong quá trình phát triển của vi sinh
vật trong các công trình xử lý sinh học.
Các hợp chất chứa nitơ là protein và các sản phẩm phân hủy của nó như amino axit
là nguồn thức ăn hữu cơ của vi khuẩn.
Hai dạng hợp chất vô cơ chứa nitơ quan trọng có trong nước thải là nitrit và nitrat.
Sự có mặt của các hợp chất chứa Nitơ trong nước tự nhiên sẽ dẫn đến hiện tượng phú
dưỡng hóa nguồn nước.
f)Các hợp chất chứa Phốtpho
Phốtpho cũng như Nitơ, là chất dinh dưỡng cho vi khuẩn sống và phát triển bình
thường .
Phốt pho thường ở dạng photphat vô cơ và bắt nguồn từ chất thải là phân nước tiểu,
ure, phân bón dùng trong nông nghiệp và từ các chất tẩy rửa dùng trong sinh hoạt
hằng ngày. Sự có mặt của các hợp chất chứa photpho trong nước tự nhiên cũng là
nguyên nhân dẫn đến sự phú dưỡng hóa nguồn nước.
g) Dầu mỡ: bám vào thành ống nước thải, làm giảm công suất đường ống. Chúng
thường nổi lên trên bề mặt nguồn nước, làm ảnh hưởng tới quá trình trao đổi oxi của

nước.
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
7
h) Kim loại nặng: phần lớn các kim loại nặng có trong nước thải bị ô nhiễm thường
tồn tại dưới dạng ion gây độc hại đến người và động vật như chì (Pb), thủy ngân
(Hg), Asen(As), Crom(Cr),....
2.1.3.3. Các chỉ tiêu vi sinh vật: Nước thải chứa nhiều vi sinh vật trong đó có nhiều
vi trùng gây bệnh: thương hàn, kiết lỵ, sốt vàng da, bệnh đường ruột,... các loại trứng
giun. Để xác định độ nhiễm bẩn sinh học của nước người ta tiến hành phân tích sự
tồn tại của một loại vi khuẩn đặc biệt: trực khuẩn coli, mặc dù nó không phải là loại
vi khuẩn gây bệnh điển hình song sự tồn tại của nó chứng tỏ có sự tồn tại của các loại
vi khuẩn gây bệnh khác.
Mức độ nhiễm bẩn sinh học của nước thải xác định bằng các chỉ tiêu sau đây:
- Chuẩn số coli: thể tích nước thải ít nhất (ml) có 1 coli. Đối với nước thải sinh hoạt
chuẩn số này là 0,0000001.
- Tổng số Coliform: số lượng vi khuẩn dạng coli trong 100 ml nước ( tính bằng cách
đếm trực tiếp số lượng coli hoặc xác định theo phương pháp MPN ).
2.2. Tổng quan về các phương pháp xử lí nước thải
2.2.1. Phương pháp xử lí cơ học
Phương pháp xử lí cơ học được xử dụng để tách các chất không hòa tan và một phần
các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Những công trình xử lí bao gồm:
a)Song chắn rác: lưới lọc dùng để giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc ở dạng
sợi như giấy, rau, cỏ, rác… được gọi chung là rác. Rác thường được chuyển tới máy
nghiền rác, sau khi nghiền nhỏ, cho đổ lại song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân hủy
cặn.
b)Bể lắng cát: tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượng lớn (như xỉ

than, cát…), chúng không có lợi đối với các quá trình làm trong, xử lí sinh hóa nước
thải và xử lí cặn bã cũng như không có lợi đối với các công trình thiết bị công nghệ
trên trạm xử lí. Cát từ bể lắng cát đưa đi phơi khô ở trên sân phơi và sau đó có thể
được sử dụng lại cho mục đích xây dựng.
c)Bể lắng: tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêng của
nước thải. Chất lơ lửng nặng sẽ từ từ lắng xuống đáy, các chất lơ lửng nhẹ sẽ nổi lên
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
8
bề mặt. Cặn lắng và bọt nổi sẽ được các thiết bị cơ học thu gom và vận chuyển lên
công trình xử lí cặn.
d) Bể vớt dầu mỡ: thường áp dụng khi xử lí nước thải có chứa dầu mỡ (nước thải
công nghiệp). Đối với nước thải sinh hoạt khi hàm lượng dầu mỡ không cao thì việc
vớt dầu mỡ thường thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt tuyển nổi.
e) Bể lọc: nhằm tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho
nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủ yếu cho một số loại
nước thải công nghiệp.
Phương pháp xử lí nước thải bằng cơ học có thể loại bỏ khỏi nước thải được 60% các
loại hợp chất không hòa tan và 20% BOD
Nếu điều kiện vệ sinh cho phép thì sau khi xử lí cơ học nước thải được khử trùng và
xả vào nguồn nhưng thường thì xử lí cơ học là giai đoạn xử lí sơ bộ trước khi cho
qua quá trình xử lí sinh học.
2.2.2.Phương pháp hóa – lí
a)Phương pháp Hấp phụ dùng để tách các chất hữu cơ và khí hòa tan khỏi nước
thải bằng cách tập trung những chất đó trên bề mặt chất rắn (chât hấp phụ ) hoặc
tương tác giữa các chất bẩn hòa tan với các chất rắn ( hấp phụ hóa học ).
b)Phương pháp keo tụ dùng để làm trong và khử màu nước thải bằng cách dùng

các chất keo tụ (phèn) và các chất trợ keo tụ để liên kết các chất rắn ở dạng lơ lửng
và keo có trong nước thải thành những bông có kích thước lớn hơn. Phương pháp
này được sử dụng rất rộng rãi trong xử lí nước thải công nghiệp.
c)Phương pháp tuyển nổi là phương pháp dùng để loại bỏ các tạp chất nhẹ hơn
nước ra khỏi nước bằng cách tạo cho chúng khả năng dễ nổi lên mặt nước khi bám
theo các bọt khí.
d)Phương pháp trao đổi ion là phương pháp thu hồi các cation và anion bằng các
chất trao đổi ion ( ionit ). Các chất trao đổi ion là các chất rắn trong thiên nhiên hoặc
vật liệu nhựa nhân tạo. Chúng không hòa tan trong nước và trong dung môi, có khả
năng trao đổi ion.
e)Tách bằng màng là phương pháp tách các chất tan và các hạt keo bằng các màng
bán thấm là các màng xốp đặc biệt.
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
9
2.2.3. Phương pháp xử lý sinh học
Thực chất của phương pháp này là dựa vào khả năng sống và hoạt động của các vi
sinh vật để phân hủy oxi hóa các chất hữu cơ ở dạng keo và dạng hòa tan có trong
nước thải. Những công trình xử lý sinh học gồm 2 nhóm
a)Xử lý sinh hoc hiếu khí:
Các phương pháp hiếu khí dựa trên nguyên tắc là các vi sinh vật hiếu khí phân hủy
các hợp chất hữu cơ trong điều kiện có oxi hòa tan.
(CHO)
n
+ O
2
→ H

2
O + CO
2
+ NH
3
+ …..
Các công trình xử lý bằng phương pháp hiếu khí thường hay sử dụng:
- Bể bùn hoạt tính (Bể Aeroten) và một số dạng cải tiến (sục khí từng cấp, sục
khí kép dài)
- Bể lọc sinh học (tricking filter)
- Hồ hiếu khí
- Hồ tùy nghi…
Trong các phương pháp phân hủy sinh học trên thì việc áp dụng phương pháp hồ ổn
định hiện có xu hướng giảm do đòi hỏi về mặt bằng và hiệu suất xử lý thấp.
b)Xử lý sinh học kỵ khí
Thường được sử dụng để loại bỏ các tạp chất hữu cơ có trong phần cặn của nước thải
bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh vật kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ thường xảy ra theo 2 giai đoạn:
- Giai đoạn lên men axit: thủy phân và chuyển hóa các sản phẩm thủy phân (như axit
béo, đường thành các axit và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí CO
2
)
- Giai đoạn lên men methan: phân hủy các sản phẩm của giai đoạn lên men axit
thành khí methan(CH
4
) và khí (CO
2
).
Các công trình xử lý bằng phương pháp kỵ khí thường hay sử dụng bao gồm:
Bể kỵ khí tiếp xúc

Bể phản ứng kỵ khí có vật liệu đệm
Bể kỵ khí kiểu đệm bùn dòng chảy ngược ( USB )
2.2.4. Phương pháp xử lí hóa học
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
10
Thực chất của phương pháp xử lí hóa học là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó
để gây tác động với các tạp chất, biến đổi hóa học hoặc tạo cặn lắng hoặc tạo chất
hòa tan nhưng không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường.
Phương pháp xử lí hóa học thường áp dụng để xử lí nước thải công nghiệp. Tùy
thuộc vào điều kiện địa phương và điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp xử lí
hóa học có thể hoàn tất ở giai đoạn cuối cùng hoặc chỉ là giai đoan sơ bộ ban đầu của
việc xử lí nước thải.
a)Phương pháp trung hòa: dùng để đưa môi nước thải chứa axit vô cơ hoặc kiềm
về trạng thái trung tính pH = 6.5 – 8.5. Phương pháp này có thể thực hiện bằng nhiều
cách: trộn lẫn nước thải chứa axit hoặc chứa kiềm, bổ sung thêm tác nhân hóa học
lọc qua lớp vật liệu lọc có tác dụng trung hòa.
b)Phương pháp khử trùng: sử dụng các chất khử trùng để phá hủy, tiêu diệt các
loại vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm hoặc chưa được hay không thể khử bỏ trong quá
trình xử lí nước thải. Có nhiều biện pháp khử trùng: khử trùng bằng các chất oxi hóa
mạnh( Cl, các hợp chất Clo, O
3
, KMnO
4
), khử trùng bằng tia cực tím , khử trùng
bằng phương pháp nhiệt,…
c)Phương pháp oxi hóa bậc cao: Để xử lý nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ

khó phân hủy, quá trình oxy hóa tiên tiến AOPs ( Advanced Oxidation Processes )
ngày càng được sử dụng phổ biến trên các công trình công bố về xử lý nước thải.
Phương pháp này chủ yếu dựa trên các phản ứng hóa học của các chất oxy hóa mạnh
như O
3
, Fenton(hỗn hợp FeSO
4
+ H
2
O
2
), xúc tác quang hóa TiO
2
+ UV, … Đặc điểm
của những chất oxy hóa này là trong điều kiện cụ thể, sẽ sinh ra gốc *OH(hydroxyl)
tự do hoạt động rất mạnh có khả năng phân hủy những chất có cấu trúc bền vững.
Ví dụ như: benzene, các nhóm phức mang màu,…Các nhóm hữu cơ này có cấu trúc
rất bền vững và khó phân hủy. Sự có mặt của các hợp chất này trong nước thải gây ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, đến động thực vật thủy
sinh và có thể là tác nhân gây ung thư cho người. Ozon.Ozon/H
2
O và Fenton là
những tác nhân có khả năng oxy hóa rất cao, trong điều kiện thích hợp có thể phân
hủy khá triệt để các chất hữu cơ bền vững. Phương pháp xử lý này cho hiệu quả cao,
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
11

nước thải sau xử lí đạt tiêu chuẩn xả thải, và đặc biệt là không tạo ra những sản phẩm
phụ sau quá trình xử lý.
2.3. Vai trò của quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp oxy hóa bậc cao
Nhiều loại nước thải công nghiệp có chứa các hợp chất hữu cơ không thể xử lý bằng
sinh học trực tiếp hoặc có tính độc hại và ngăn cản quá trình phát triển của vi sinh,
do đó phải dung các chất oxy hóa để oxy hóa trước các hợp chất này và các chất gây
màu, mùi, trước khi cho nước thải vào xử lý bằng vi sinh. Vai trò của quá trình oxy
hóa này trong các công trình xử lý bao gồm:
- Biến đổi chất khó phân hủy bằng vi sinh thành chất dễ phân hủy do thay đổi
cấu trúc liên kết của các hợp chất này.
- Biến đổi các chất không thể phân hủy hay độc hại thành chất có thể phân hủy
được do thay đổi cấu trúc liên kết, hoặc thành phần của các hợp chất này, biến chúng
thành các hợp chất ít hoặc không còn gây độc hại.
- Oxy hóa triệt để, biến các hợp chất cacbon hữu cơ thành CO
2
.

Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
12

CHƯƠNG III
TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG
PHÁP OXY HÓA BẬC CAO
3.1. Sự cần thiết của các công nghệ cao trong xử lí nước thải
Hóa chất bảo vệ thực vật bao gồm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ dại, thuốc trừ nấm
bệnh là những hóa chất độc hại, có loại rất bền vững, khó bị phân hủy trong môi
trường theo thời gian. Những nước sản xuất nông nghiệp lúa nước chủ yếu như ở
Việt Nam, lượng hóa chất bảo vệ thực vật sử dụng ngày càng tăng, trung bình
khoảng 4-5 kg/ha.năm, nên lượng hóa chất bảo vệ thực vật tan trong nước, ngấm
xuống đất xâm nhập vào nguồn nước mặt, sông ngòi, ao hồ và lan truyền vào các
mạch nước ngầm, tích lũy ngày càng nhiều. Trong số này, được chú ý nhiều nhất là
những chất hữu cơ bền vững (Persistent Organic Pollutants – POPs ), là những chất
không bị phân hủy trong môi trường theo thời gian, thậm chí khi di chuyển từ vùng
này sang vùng khác, có thể rất xa với nguồn xuất phát ban đầu vẫn không bị biến đổi.
Những chất này ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người và động vật, gây ung thư,
tổn thương hệ thần kinh, rối loạn sinh sản, gây dị tật, quái thai, phá hủy hệ miễn dịch
dẫn đến tử vong. Những chất này là đối tượng của công ước Quốc tế Stockholm đã
được 51 nước ký kết, trong đó có Việt Nam, cam kết xử lý triệt để, tiêu hủy, không
sử dụng, không sản xuất và tàn trữ. Các chất POP được nêu đích danh trong công
ước Stockholm bao gồm 12 nhóm chất sau đây: Aldrin và dieldrin, Clordan, DDT,
Endrin, Mỉex, Heptaclo, Hexaclobenzen, Policlobiphenyl( PCB), Dioxin và Furan.

Do tác hại và hậu quả của các chất ô nhiễm hữu cơ nói chung đến môi trường sống
và sức khỏe cộng động cũng như qua thực tế kiểm chứng nên ngày nay, danh mục
các chất ô nhiễm đã được mở rộng thêm ( trong đó chủ yếu là những
chất ô nhiễm hữu cơ khó bị phân hủy ) trong khi giới hạn nồng độ chất ô nhiễm cho
phép lại giảm xuống thấp. Cụ thể theo Quy chuẩn Việt Nam mới nhất QCVN
08:2008/BTNMT quy định về chất lượng nước mặt sử dụng cho mục đích sinh hoạt,
bảo tồn thủy sinh, tưới tiêu, thủy.... hiện nay ở Việt Nam đã trở nên khắt khe hơn như
sau:
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
13
Bảng III.1 Quy định chất lượng nước mặt theo QCVN 08:2008/ BTNM
Giá trị giới hạn
A B

STT

Thông số

Đơn vị
A
1

A
2

B

1

B
2

1 pH 6–8,5 6–8,5 5,5 - 9 5,5- 9
2 Oxy hòa tan(DO) Mg/l ≥ 6 ≥ 5 ≥ 4 ≥ 2
3 Tổng chất rắn lơ
lửng(TSS)
Mg/l 20 30 50 100
4 COD Mg/l 10 15 30 50
5 BOD
5
(20
o
C) Mg/l 4 6 15 25
6 Amoni(NH4+)(tính theo
N)
Mg/l 0,1 0,2 0,5 1
7 Clorua (Cl
-
) Mg/l 250 400 600 -
8 Florua (F
-
) Mg/l 1 1,5 1,5 2
9 Nitrit (NO
2
-
) (tính theo N) Mg/l 0,01 0,02 0,04 0,05
10 Nitrat (NO

3
-
) (tính theo N) Mg/l 2 5 10 15
11 Phosphat (PO
4
3-
)(tính theo
P)
Mg/l 0,1 0,2 0,3 0,5
12 Xianua (CN-) Mg/l 0,005 0,01 0,02 0,02
13 Asen (As) Mg/l 0,01 0,02 0,05 0,1
14 Cadimi (Cd) Mg/l 0,005 0,005 0,01 0,01
15 Chì (Pb) Mg/l 0,02 0,02 0,05 0,05
16 Crom III (Cr3+) Mg/l 0,05 0,1 0,5 0,1
17 Crom VI (Cr6+) Mg/l 0,01 0,02 0,04 0,05
18 Đồng (Cu) Mg/l 0,1 0,2 0,5 1
19 Kẽm (Zn) Mg/l 0,5 1 1,5 2
20 Niken (Ni) Mg/l 0,1 0,1 0,1 0,1
21 Sắt (Fe) Mg/l 0,5 1 1,5 2
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
14
22 Thủy ngân (Hg) Mg/l 0,001 0,001 0,001 0,002
23 Chất hoạt động bề mặt Mg/l 0,1 0,2 0,4 0,5
24 Tổng dầu, mỡ (oils
&grease
Mg/l 0,01 0,02 0,1 0,3

25 Phenol (tổng số) Mg/l 0,005 0,005 0,01 0,02
26 Hóa chất bảo vệ thực vật
hữu cơ
Aldrin + Dieldrin
Endrin
BHC
DDT
Endosunfan (Thiodan)
Lindan
Chlordane
Heptachlors


0,002
0,1
0,5
0,001
0,005
0,3
0,01
0,01


0,004
0,012
0,1
0,002
0,01
0,35
0.02

0,2


0,008
0,014
0,13
0,004
0,1
0,38
0,2
0,2


0,01
0,02
0,015
0,005
0,02
0,4
0,03
0,05
27 Hóa chất bảo vệ thực vật
hữu cơ
Partion
Malation


µg/l
µg/l

0,1
0,1


0,2
0,32


0,4
0,32


0,5
0,4
28 Hóa chất trừ cỏ
2,4-D
2,4,5-T
Paraquat

µg/l
µg/l
µg/l

100
80
900

200
100

1200

450
160
1800

500
200
1000
29 Tổng hoạt động phóng xạ
α
Bq/l 0,1 0,1 0,1 0,1
30 Tổng hoạt động phóng xạ
β
Bq/l 1,0 1,0 1,0 1,0
31 E. Coli MPN/100ml 20 50 100 200
32 Colifom MPN/100ml 2500 5000 7500 10000
Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOP
S
) thông dụng trong xử lý nước thải ở
Việt Nam
GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại
15
Trên khía cạnh khác, theo dự báo của các nhà khoa học về nước, thế giới đến năm
2030 sẽ thiếu nước cho dân cư trên hành tinh, vì thế, một thách thức mới đặt ra cho
các nhà khoa học và công nghệ là phải tìm các công nghệ hữu hiệu xử lý triệt để các
chất ô nhiễm trong nước, đặc biệt các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy để có thể
thu lại nguồn nước sạch từ các nguồn nước thải khác nhau, quay về phục vụ cho sinh
hoạt hoặc sản xuất.
3.2. Nguyên tắc chung của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp oxi hóa

bậc cao
.
Một trong những công nghê cao nổi lên trong thời gian gần đây là công nghệ phân
hủy khoáng hóa chất ô nhiễm hữu cơ trong nước và nước thải dựa trên quá trình oxy
hóa nâng cao. Các quá trình oxy hóa nâng cao được định nghĩa là những quá trình
phân hủy oxy hóa dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl
*
OH được tạo ra ngay
trong quá trình xử lý (in situ). Gốc hydroxyl là một tác nhân oxy hóa mạnh nhất
trong số tác nhân oxy hóa được biết từ trước đến nay, có khả năng oxy hóa không
chọn lựa mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại chất khó phân hủy, biến chúng thành những
hợp chất vô cơ (khoáng hóa) không độc hại như CO
2
, H
2
O, các axit vô cơ,… Từ
những tác nhân oxy hóa thông thường như H
2
O
2
, O
3
, 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
quá trình oxy hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl, vì vậy các quá trình này được
gọi là quá trình oxy hóa được nâng cao hay gọi tắt là các quá trình hóa nâng cao
(Advanced Oxidation Processes – AOPs).
Các quá trình oxy hóa nâng cao đã nổi lên trong những năm gần đây như là một công
nghệ cao có tầm quan trọng trong việc thúc đẩy mạnh quá trình oxy hóa, giúp phân
hủy nhiều loại chất hữu cơ ô nhiễm khác nhau trong nước và không khí. Các quá

trình oxy hóa nâng cao rất thích hợp và đạt hiệu quả cao để phân hủy các chất ô
nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POPs) như hydrocacbon halogen hóa (trihalometans
THMs,…), các chất hydrocacbon aromatic thơm (benzene, etylbenzen, xylen –
BTEX), các chất polyclorbiphenyl (PCBs), nitrophenol, các hóa chất bảo vệ thực vật,
dioxin và furan, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt,…