NGHIÊN cứu HIỆU QUẢ xử lý nước THẢI THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA VỚI TÁC NHÂN FENTON KẾT HỢP VỚI LỒNG QUAY SINH HỌC HIẾU KHÍ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT
BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA
VỚI TÁC NHÂN FENTON KẾT HỢP VỚI LỒNG QUAY
SINH HỌC HIẾU KHÍ

Cán bộ hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

PHẠM VĂN TOÀN

ĐINH QUANG DỰ - B1205037

LÊ HOÀNG VIỆT

DANH THỊ HỒNG NHI – B1205082

Cần Thơ, tháng 12 năm 2015


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Cần Thơ, Ngày tháng

năm 2015

Cán bộ hướng dẫn

Phạm Văn Toàn
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

Lê Hoàng Việt
i


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

LỜI CẢM TẠ
Sau thời gian học tập tại trường chính nhờ được thầy cô chỉ bảo, truyền đạt những
kiến thức hữu ích. Cuối cùng chúng em cũng đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của
mình. Chính trong quá trình làm luận văn đã giúp cho chúng em mở mang được rất
nhiều điều, thấy được mức độ vận dụng lý thuyết vào thực tế, mong muốn được học
hỏi hơn nữa. Với luận văn tốt nghiệp này chính là bước khởi đầu để chúng em có
thể tự tin bắt tay vào công việc chuyên môn của mình sau này.
Cảm ơn cả gia đình đã luôn quan tâm đóng góp ý kiến, cho chúng con những lời
khuyên và tạo mọi điều kiện để con hoàn thành tốt luận văn của mình.
Chúng em xin được tỏ lòng biết ơn của mình đến Thầy Phạm Văn Toàn và Thầy Lê
Hoàng Việt là người trực tiếp hướng dẫn chúng em làm luận văn này. Người đã tận
tình hướng dẫn, cho chúng em rất nhiều lời khuyên và góp ý để chúng em hoàn
thành luận văn này. Cảm ơn thầy đã tạo điều kiện cho chúng em tiếp thu kiến thức

mới.
Quý thầy cô trong khoa Môi trường & Tài nguyên Thiên nhiên nói chung, thầy cô
bộ môn Kỹ thuật Môi trường nói riêng đã tận tình giúp đỡ chúng em trong suốt thời
gian qua.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các cô chú và anh chị của Cổ phần thuốc sát trùng
Cần Thơ (CPC) đã tận tình hỗ trợ nước thải để chúng em thực hiện đề tài này.
Cuối cùng mình xin cảm ơn các bạn đồng khóa đã giúp đỡ mình rất nhiều trong học
tập cũng như thực hiện luận văn này.
Mặc dù được sự giúp đỡ của nhiều người, nhưng với lượng kiến thức còn hạn chế
nên chắc chắn đề tài không tránh khỏi những sai sót. Chúng em mong được sự đóng
góp ý kiến chân thành của thầy cô, anh chị và các bạn để chúng em có thể sửa chữa
những sai sót cũng như để nâng cao được kiến thức của mình.

Sinh viên thực hiện

Đinh Quang Dự

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

Danh Thị Hồng Nhi

ii


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Nước thải sản xuất thuốc BVTV có nồng độ SS, COD và BOD5 cao nên biện pháp
xử lý có hiệu quả là xử lý sinh học, do đó công đoạn xử lý sơ bộ phải loại bỏ chất
rắn lơ lửng đạt yêu cầu để vào công đoạn xử lý sinh học, đề tài: “Nghiên cứu hiệu
quả xử lý nước thải thuốc bảo vệ thực vật bằng phương pháp keo tụ điện hóa với
tác nhân Fenton kết hợp với lồng quay sinh học hiếu khí” được tiến hành nhằm xử
lý nước thải, bảo vệ môi trường khỏi tác động từ quá trình sản xuất thuốc BVTV.
Đồng thời góp phần tìm ra phương pháp xử lý sơ bộ thích hợp, khả thi về mặt kỹ
thuật – kinh tế.
Đề tài được tiến hành với 4 thí nghiệm với 3 thí nghiệm trên mô hình tuyển nổi điện
phân và 1 thí nghiệm trên lồng quay sinh học hiếu khí, nhằm xác định được thời
gian lưu cho hai mô hình trên. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện
phân và lồng quay sinh học hiếu khí được lựa chọn dựa trên 2 tiêu chí là hiệu suất
loại bỏ chất ô nhiểm cao và lợi ích về kinh tế. Vận hành chính thức mô hình tuyển
nổi điện phân với các thông số góc nghiêng điện cực là 45o, diện tích bản điên cực
S=486cm2, khoảng cách điện cực d=1cm, thời gian lưu θ=30 phút và hiệu điện thế
U=12V, liều lượng oxy già (H2O2) = 80mg/L và phèn sắt
(FeSO4.7H2O) = 30mg/L, cho kết quả loại bỏ SS, COD, BOD5, TKN, TP lần lượt là
83,46%; 76,19%; 57,26%; 53,31% và 82,05%. Sau quá trình tuyển nổi DO trong
nước tăng lên, sau đó là biện pháp xử lý sinh học hiếu khí giúp giảm chi phí vận
hành. Đối với lồng quay sinh học hiếu khí, trong điều kiện vận hành ổn định (số vòng
quay là 2 vòng/phút, thời gian lưu là 12 giờ và mức độ ngập nước của lồng quay là
40%) hiệu suất loại bỏ SS, COD, BOD5, TKN và TP lần lượt là: 59,99%, 88,29%,
90,96%, 58,09% và 63,35%.
Từ kết quả thí nghiệm trên, nhận thấy rằng xử lý sơ bộ bằng phương pháp tuyển nổi
điện phân có hiệu quả cao, nước thải đầu ra đạt yêu cầu để vào hệ thống xử lý sinh
học.

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

iii


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

LỜI CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan luận văn được hoàn thành dựa trên kết quả nghiên cứu của
chúng em và các số liệu, kết quả nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận
văn nào trước đây.
Cần Thơ, ngày tháng năm 2015
Sinh viên thực hiện

Đinh Quang Dự

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

Danh Thị Hồng Nhi

iv


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

MỤC LỤC
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ............................................................. i
LỜI CẢM TẠ ............................................................................................................. ii
TÓM TẮT ĐỀ TÀI ................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... iv
MỤC LỤC .................................................................................................................. v
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vii
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ viii
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................... ix
Chương 1 GIỚI THIỆU .............................................................................................. 1
Chương 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .......................................................................... 3
2.1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC BVTV ..................................................................... 3
2.1.1 Tổng quan công nghệ sản xuất thuốc BVTV .................................................... 3
2.1.2 Sơ lược về nước thải thuốc BVTV .................................................................... 5
2.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HÓA HỌC TRONG XỬ
LÝ NƯỚC THẢI ........................................................................................................ 6
2.2.1 Phương pháp tuyể n nổ i ...................................................................................... 6
2.2.2 Các loa ̣i tuyể n nổ i và ưu nhươ ̣c điể m của chúng .............................................. 6
2.3 TUYỂN NỔI ĐIỆN PHÂN .................................................................................. 9
2.3.1 Khái niệm về tuyển nổi điện .............................................................................. 9

2.3.2 Cơ chế quá trình tuyển nổi điện......................................................................... 9
2.3.3 Các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện phân ............. 10
2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện phân ............................... 10
2.3.5 Quá trình tuyển nổi điện phân kết hợp keo tụ điện hóa................................... 10
2.4 CƠ CHẾ PHẢN ỨNG FENTON ....................................................................... 13
2.4.1 Sơ lược về Hydroperoxit ................................................................................. 13
2.4.2 Định nghĩa tác nhân Fenton ............................................................................. 14
2.4.3 Những tác dụng của tác nhân Fenton trong xử lý ô nhiễm môi trường .......... 14
2.4.4 Cơ chế ta ̣o thành gố c hydroyl HO* và đô ̣ng ho ̣c các phản ứng Fenton .......... 15
2.4.5 Những nhân tố ảnh hưởng đế n quá trin
̀ h Fenton ............................................. 17
2.5 QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC ....................................................................... 18
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

v


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

2.5.1 Bản chất của quá trình xử lý sinh học ............................................................. 18
2.5.2 Điều kiện của nước thải cần đưa vào xử lý sinh học ...................................... 19
2.5.3 Các quá trình sinh trưởng trong xử lý sinh học ............................................... 19
2.6 ĐĨA QUAY SINH HỌC HIẾU KHÍ.................................................................... 19

2.6.1 Sơ lược về đĩa quay sinh học hiếu khí.............................................................. 19
2.6.2 Cấu tạo của đĩa quay sinh học ......................................................................... 20
2.6.3 Cách đă ̣t điã quay sinh ho ̣c bào bể .................................................................. 21
2.6.4 Cơ chế hoa ̣t đô ̣ng của điã quay sinh ho ̣c hiế u khí .............................................. 21
2.6.5 Các da ̣ng bố trí đĩa quay sinh ho ̣c trong hê ̣ thố ng xử lý .................................. 22
2.6.6 Các yế u tố cầ n lưu ý khi thiế t kế đĩa quay sinh ho ̣c hiế u khí .......................... 23
2.6.7 Ưu điể m và nhươ ̣c điể m của điã quay sinh ho ̣c hiế u khí ................................ 25
Chương 3 PHƯƠNG PHÁ P VÀ PHƯƠNG TIÊ N
̣ NGHIÊN CỨ U .................... 27
3.1 THỜ I GIAN VÀ ĐI A
̣ ĐIỂ M THỰ C HIÊ N
̣ .................................................... 27
3.2 ĐỐ I TƯỢNG NGHIÊN CỨ U .......................................................................... 27
3.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨ U ............................................................................. 28
3.4 CÁ CH BỐ TRÍ THÍ NGHIÊ M
̣ ........................................................................ 28
3.5 CÁ C BƯỚ C TIẾ N HÀ NH THÍ NGHIÊ M
̣ ..................................................... 29
3.5.1 Chuẩ n bi ̣ thí nghiê ̣m ...................................................................................... 29
3.5.2 Phương pháp thực hiện thí nghiệm .................................................................. 34
3.6 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU............ 35
Chương 4 KẾ T QUẢ VÀ THẢ O LUẬN .............................................................. 36
4.1 KHẢ O SÁ T CÁ C THÔNG SỐ HÓ A LÝ CỦ A NƯỚ C THẢ I CÔNG TY
CỔ PHẦ N THUỐ C SÁ T TRÙ NG CẦ N THƠ (CPC) ......................................... 36
4.2 KẾ T QUẢ THÍ NGHIÊ M
̣ XÁC ĐỊNH THỜI GIAN LƯU THÍCH HỢP
̉
̀
CHO MÔ HÌ NH TUYÊ N NÔ I ĐIÊ N
̣ PHÂN ....................................................... 37

4.3 KẾ T QUẢ THÍ NGHIÊ M
̣ XÁC ĐỊNH THỜI GIAN LƯU THÍCH HỢP
CHO MÔ HÌ NH LỒNG QUAY SINH HỌC HIẾU KHÍ ..................................... 43
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 49
5.1 KẾT LUẬN ....................................................................................................... 49
5.2 KIẾN NGHỊ ........................................................................................................ 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 50
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 52
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

vi


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải sản xuất thuốc BVTV ......... 5
Bảng 2.2 Các ưu và nhược điểm của RBC ................................................................ 25
Bảng 3.1 Các đặc điểm của giá thể........................................................................... 31
Bảng 3.2 Phương pháp và phương tiện phân tích các chỉ tiêu ................................. 35
Bả ng 4.1 Kế t quả phân tích mô ̣t số chỉ tiêu củ a nướ c thả i đầu vào .................... 36
Bả ng 4.2 Kế t quả thí nghiê ̣m thờ i gian lưu 25 phú t, 30 phút và 35 phút ........... 37
Bảng 4.3 Nồng độ nước thải sản xuất thuốc BVTV trước và sau tuyển nổi bằng

phương pháp tuyển nổi điện phân ở thời gian lưu 30 phút....................................... 40
Bả ng 4.4 Kế t quả phân tích mô ̣t số chỉ tiêu củ a nướ c thả i đầu vào mô hình lồng
quay sinh học hiếu khí ............................................................................................ 43
Bảng 4.5 Kết quả phân tích COD trong 3 ngày từ 26 – 28/10/2015 để theo dõi sự
ổn định của lớp màng sinh học hiếu khí điều chỉnh ở thời gian lưu 12 giờ ........... 44
Bảng 4.6 Kế t quả phân tić h mô ̣t số chỉ tiêu của nước thải đầu vào và đầu ra mô hình
lồng quay sinh học hiếu khí ở thời gian lưu 12 giờ .................................................. 45

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

vii


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

DANH MỤC HÌNH
Hin
̀ h 2.1 Quá triǹ h sản xuấ t thuố c BVTV .................................................................. 3
Hình 2.3 Bể tuyển nổi điện phân (Trần Hiếu Nhuệ, 2001) ........................................ 9
Hình 2.4 Công thức phân tử là H2O2 ........................................................................ 13
Hình 2.5 Ảnh hưởng của pH đến sự phân huỷ benzen trong hệ thống Fenton ∆ pH =
3, □ pH = 5, × pH = 6, ▲ pH = 7 ............................................................................. 17
Hình 2.6 Cấu tạo chính của đĩa quay sinh học .......................................................... 20

Hình 2.7 Đặt đĩa quay sinh học theo 2 kiểu truyền động .......................................... 21
Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống đĩa lọc sinh học (Trần Đức Hạ, 2002) ............................. 22
Hình 2.9 Sơ đồ một hệ thống xử lý nước thải bằng đĩa quay sinh học (Lê Hoàng Việt
& Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)............................................................................... 23
Hình 3.1 Bể thu gom nước thải của Công ty Cổ phần thuốc sát trùng Cần Thơ
(CPC) ........................................................................................................................ 27
Hình 3.2 Mô hình thí nghiệm tuyển nổi điện phân ............................................... 29
Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm lồng quay sinh học hiếu khí ...................................... 30
Hình 3.4 Các kích thước mô hình lồng quay sinh học hiếu khí ................................ 30
Hình 3.5 Ống luồn điện bằng nhựa polyvinyl chloride sau khi cắt ra thành nhiều đoạn
nhỏ............................................................................................................................. 31
Hình 3.6 Sơ đồ tiến hành thí nghiệm ........................................................................ 33
Hình 4.1 Độ đục nước thải sản xuất thuốc BVTV trước và sau tuyển nổi bằng
phương pháp tuyển nổi điện phân ở các thời gian lưu khác nhau ............................ 38
Hình 4.2 Nồng độ COD nước thải sản xuất thuốc BVTV trước và sau tuyển nổi
bằng phương pháp tuyển nổi điện phân ở các thời gian lưu khác nhau ................... 39
Hình 4.3 Nồng độ SS, COD, BOD5, TKN và TP nước thải sản xuất thuốc BVTV
trước và sau tuyển nổi bằng phương pháp tuyển nổi điện phân ............................... 41
Hình 4.4 Hiệu quả xử lý nước thải sản xuất thuốc BVTV của mô hình tuyển nổi
điện phân với thời gian lưu 30 phút .......................................................................... 41
Hình 4.5 Nồng độ SS, COD, BOD5, TKN, TP nước thải sản xuất thuốc BVTV trước
và sau lồng quay sinh học hiếu khí ở các thời gian lưu 12 giờ ................................ 45
Hình 4.6 Nồng độ pH nước thải sản xuất thuốc BVTV trước và sau lồng quay sinh
học hiếu khí ở các thời gian lưu 12 giờ .................................................................... 46
Hình 4.7 Hiệu quả xử lý của mô hình lồng quay sinh học hiếu khí ở thời gian lưu 12
giờ đối với nước thải sản xuất thuốc BVTV khi qua mô hình tuyển nổi điện phân ở
thời gian lưu 30 phút................................................................................................. 46
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

viii


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

BOD

Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

ĐC

-

Điện cực

DO

Dissolved Oxygen

Oxy hòa tan

DTBĐC

-

Diện tích bản điện cực

GNĐC

-

Góc nghiêng điện cực

HĐT

-

Hiệu điện thế

KCĐC

-

Khoảng cách giữa các bản điện cực

KTĐH

-

Keo tụ điện hóa

NTU

Nepholometric turbidity units

Đơn vị đo độ đục

SS

Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng

TGL

-

Thời gian lưu

TKN

Total Kjeldahl Nitrogen

Tổng Nitơ Kjeldahl

TP

-

Tổng Photpho

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

Tiếng Việt

B1205037
B1205082

ix


Chương 1. Giới thiê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t
Chương 1

GIỚI THIỆU
Dân số nước ta đứng thứ 3 trong các nước khu vực Đông Nam Á, thứ 14 trên thế
giới, là một trong những nước có mật độ dân số cao trên thế giới. Dân số cao, kết
hợp với sự gia tăng dân số đã gây ra các áp lực về lương thực, nhu cầu giáo dục,
chăm sóc sức khỏe… Để đáp ứng nhu cầu về lương thực, nước ta đã đầu tư nhiều

cho sản xuất nông nghiệp và từ một nước thiếu ăn Việt Nam đã trở thành nước xuất
khẩu lương thực. Tuy nhiên sản lượng lương thực tăng kéo theo nhu cầu sử dụng
phân bón, thuốc bảo vệ thực vật tăng, trong khi ở các nước phát triển nhu cầu này
có xu hướng giảm (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2015).
Theo điều tra năm 2014 của Cục BVTV (Bộ NN & PTNT), cả nước có khoảng trên
600 tổ dịch vụ BVTV, nhưng chủ yếu chỉ thực hiện việc... phun thuốc (chiếm trên
60%), còn dịch vụ trọn gói từ điều tra sâu bệnh, cung ứng, phun thuốc thuê còn rất
thấp (chỉ đạt 2,6%).
Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2000) tuyển nổi điện phân là phương pháp dựa trên cơ
sở sự điện ly của nước tạo thành những dòng khí rất nhỏ, các điện cực sử dụng được
đặt ở đáy bể. Trịnh Lê Hùng (2006) cho rằng quá trình điện phân sinh ra các bọt
khí, đó là do quá trình điện phân nước đi kèm tạo ra khí oxy và hyđro ở các điện
cực anode và cathode. Khi các bóng khí này nổi lên, gặp và kéo theo các hạt lơ lửng
cùng nổi lên bề mặt nước. Khi sử dụng các điện cực hòa tan thì xảy ra đồng thời
việc tạo bông keo tụ và các bọt khí, các bông sẽ nổi lên trên và có thể tuyển nổi
được.
Keo tụ điện hóa là phương pháp điện hoá trong xử lý nước thải, trong đó dưới tác
dụng của dòng điện các điện cực dương (thường sử dụng là nhôm hoặc sắt) sẽ bị ăn
mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+ hoặc Fe3+) vào trong
môi trường nước thải, kèm theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọt khí ở
cực âm (Hold et al., 2004 trích dẫn lại theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu
Ngân, 2014). Nghiên cứu của Holt et al,. (2004) cho rằng keo tụ điện hóa là phương
pháp giao thoa của ba quá trình: điện hoá học, tuyển nổi điện phân và keo tụ.
Phương pháp Fenton sử dụng tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ là tác nhân oxi hóa rất
hiệu quả cho việc phân hủy các chất hữu cơ. Quá trình Fenton có tính ưu việt ở chỗ
tác nhân H2O2 và muối sắt (II) tương đối rẻ và có sẵn, đồng thời không độc hại dễ
sử dụng (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2005).
Theo Lương Đức Phẩm (2007) khi quay, màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ
trong nước thải và sau đó tiếp xúc với ô-xy khi ra khỏi nước thải. Đĩa quay được
nhờ mô-tơ hoặc sục khí. Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc được với

không khí vừa tiếp xúc được với chất hữu cơ trong nước thải, vì vậy chất hữu cơ
được phân hủy nhanh.

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

1


Chương 1. Giới thiê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

Theo Steven & Williams (2011) trong suốt quá trình xử lý, các vi sinh vật loại bỏ
chất hữu cơ trong nước thải (bằng cách dùng chất hữu cơ như nguồn thức ăn) bám
vào bề mặt đĩa, chúng sinh trưởng trên một lớp màng sinh học mỏng, bề dày lớp
màng được điều chỉnh bởi lực xé khi đĩa quay sinh học quay trong nước. Khi quay,
phần đĩa quay không ngập trong nước tiếp xúc với không khí, tạo điều kiện cho các
vi sinh vật trên đĩa được cung cấp ô-xy. Các vi sinh vật còn thừa bị xé ra khỏi đĩa
cùng với nước thải đi đến bể lắng để tách phần nước thải đã xử lý. Các chất rắn lắng
xuống dưới đáy bể lắng thông thường được sử dụng làm phân bón hay chất cải tạo
đất.
Với lượng thuốc BVTV sử dụng rất lớn, ô nhiễm môi trường do hóa chất BVTV tồn
lưu gây ra tại Việt Nam đang trở nên ngày một nghiêm trọng hơn. Để giảm thiểu tác
hại của các chất thải độc hại trên, đặc biệt là nước thải sinh từ quá trình sản xuất, gia
công thuốc BVTV, các nhà khoa học đang tích cực tìm kiếm những hướng nghiên

cứu, công nghệ xử lý mới phù hợp và hiệu quả về kinh tế lẫn kỹ thuật. Chính những
lý do trên, đề tài: “Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải thuốc bảo vệ thực vật bằng
phương pháp keo tụ điện hóa với tác nhân Fenton kết hợp với lồng quay sinh học
hiếu khí” được tiến hành nhằm đánh giá hiệu quả xử lý của quá trình này với mong
muốn tìm ra giải pháp thích hợp cho việc xử lý loại nước thải trên.

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

2


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t
Chương 2

LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC BVTV
2.1.1 Tổng quan công nghệ sản xuất thuốc BVTV
a Sản xuất thuốc BVTV
Các quá trình sản xuất thuốc
BVTV

Halogen hóa các hợp chất chứa Oxi và
Nitơ

Halogen hóa
các Rượu

Clo hóa các
rượu
– andehyt
và xeton

Clometan
CH3Cl

Cloral
CCl3CHO

Clo hóa
dẫn xuất
acid
cacboxylic

a. ClCH2COOH
a. CCl3COOH
a. CH3CCl2COOH
Cloxian ClCN
Xianua clorua

Tổng hợp thuốc trừ sâu
Cacbamat

Clo hóa

nguyên tử
Nitơ

Monocloamin B&T
Dicloamin B&T
Carbamic melamin

Chất trung gian
MIC

Thuốc
Cacbofuran

BPMC
(butyl phenol
metyl crylat)

Hin
̀ h 2.1 Quá trình sản xuấ t thuố c BVTV
(Tài liệu đào tạo giảng viên VietGAP)
Quá trình Halogen hóa các hợp chất chứa Oxi và Nitơ nhằm sản xuất các loại thuốc
trừ sâu từ việc Halogen hóa các Rượu và Clo hóa các Rượu – Andelhyt và Xeton,
sản xuất ra các loại thuốc BVTV từ muối của Axit Cacboxylic được tổng hợp từ quá
trình Clo hóa dẫn xuất Axit Cacboxylic. Sau cùng là quá trình Clo hóa nguyên tử
Nitơ -> quá trình này tiến hành Clo hóa các Axitamin, Cacbamat và Melanin tạo các
sản phẩm là thành phần sử dụng làm các loại thuốc sát trùng mạnh và chất tẩy trắng.
Thứ hai, quá trình tổng hợp thuốc BVTV Cacbamat (muối của Axit Cacbamic)
nhằm sản xuất các loại thuốc trừ sâu nhóm Cacbamat. Trước hết phải điều chế ra
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

3


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

chất trung gian Metyl Iso – Cyanat (MIC), sau đó từ MIC và Orto – Sec – Butyl
Phenol (OSBP) ta tổng hợp được thuốc trừ sâu Butyl Phenol MetylCyanat (BPMC),
với 7-OH (2,3-Dihydro-2,2-Dimetyl-7-Hydroxyl Benzofuran) ta tổng hợp được
thuốc trừ sâu Cacbofuran.
Quy trình sản xuất các thành phần hoạt tính bao gồm các quá trình tổng hợp hóa
chất, phân loại, thu hồi, tinh chế và thành phẩm. Sản phẩm cuối cùng có thể được
pha trộn, pha loãng, tạo viên, đóng gói hoặc đóng chai (Lawrence K. Wang et al.,
2006).
b Gia công đóng gói thuốc BVTV
Các hoạt chất thuốc BVTV thường có độ bám dính kém, ít tan trong nước và không
thích hợp sử dụng ngay. Vì vậy, chúng tiếp tục được gia công bằng cách nghiện và
phối trộn hoạt chất với các phụ gia với liều lượng đã được tính trước thành các phế
phẩm khác nhau nhằm cải thiện lý tính của thuốc, tăng độ bám dính và trải đều của
thuốc, thuận lợi và an toàn trong quá trình lưu trữ, vận chuyển và sử dụng cũng như
tăng hiệu quả xử lý, giảm ô nhiễm môi trường ít gây độc cho thực vật và vi sinh có
ích.
Thuốc sau khi gia công sẽ được đóng gói, dán nhãn, đóng thùng, đóng bao… Sau
đó thuốc thành phẩm được nhập kho và chờ xuất ra thị trường

Nguyên liệu
(Hoạt chất BVTV)

Phụ gia

Hệ thống phối
trộn
Thùng chứa
Đóng gói
Đóng thùng

Nhập kho thành
phẩm
Hin
̀ h 2.2 Quy trình gia công, đóng gói thuố c BVTV da ̣ng bô ̣t
(Nguồn: Công ty Cổ phần thuốc sát trùng Cần Thơ).
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

4


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

2.1.2 Sơ lược về nước thải thuốc BVTV
a Nguồn phát sinh
- Ở các nhà máy và các phân xưởng sản xuất thuốc BVTV, nước thải có thể phát
sinh từ các nguồn sau:
+ Nước rò rỉ từ buồng trộn
+ Công đoạn tinh chế sản phẩm
+ Quá trình rửa hệ thống sản xuất định kỳ
+ Quá trình vệ sinh thiết bị và nhà xưởng sản xuất
- Ở các nhà máy, xưởng gia công/đóng gói, nước thải có thể sinh ra từ các quá trình
sau:
+ Quá trình rửa máy móc thiết bị gia công thuốc BVTV, vệ sinh nhà xưởng
+ Nước rửa buồng trộn, chai lọ, bao bì, thùng phuy, thùng chứa nguyên liệu
+ Nước rò rỉ
+ Nước thải từ hệ thống xử lý bụi và khí
+ Nước chảy tràn trong khu vực nhà máy
+ Nước từ phòng thí nghiệm
b Thành phần và đặc tính
Nước thải sản xuất thuốc BVTV có thành phần chủ yếu là các nguyên liệu được sử
dụng trong quá trình sản xuất va gia công. Ngoài ra, nó còn chứa các chất lơ lửng,
đất, cát,… từ quá trình rửa sàn, vệ sinh phân xưởng. Lưu lượng nước thải phát sinh
không lớn và thường nhiều vào các thời điểm rửa hệ thống khi kết thúc quá trình
sản xuất một loại sản phẩm và chuyển sang loại sản phẩm khác.
Bảng 2.1 Thành phần chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải sản xuất thuốc BVTV
Đơn vị

Kết quả

-

6,95

COD

mg/L

4860

BOD5

mg/L

1375

SS

mg/L

6162

TKN

mg/L

51,54

TP

mg/L

1,57

Thành phần
pH

(Nguồn: Nguyễn Văn Phước, 2010)
c Tác động của nước thải thuốc BVTV
Nước thải thuố c BVTV là những tác nhân gây nên mấ t ổ n đinh
̣ trong hê ̣ sinh thái
nông nghiê ̣p. Tác đô ̣ng đế n hầ u hế t các sinh vâ ̣t số ng trong vùng tiế p nhâ ̣n và các
khu vực lân câ ̣n. Từ đó chúng gây ra hàng loa ̣t những hâ ̣u quả xấ u đế n quầ n thể sinh
vâ ̣t và con người.
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

5


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

Với những khu vực bi ̣ ô nhiễm bởi nước thải sản xuấ t thuố c BVTV, điề u kiê ̣n môi
trường sẽ thay đổ i gây tác đô ̣ng đế n điề u kiê ̣n số ng của các loài dich
̣ ha ̣i. Gây nên
các biế n đổ i sâu sắ c trong quầ n thể dich
̣ ha ̣i, làm thay đổ i khả năng sinh sản, đă ̣c

điể m sinh lý của các cá thể cũng như khả năng sinh tồ n của chúng. Các biế n đổ i này
có thể gây ra cho con người không ít khó khăn trong viê ̣c phòng trừ chúng.
Viê ̣c xả thải trực tiế p các chấ t thải từ quá trin
̀ h sản xuấ t thuố c BVTV vào môi
trường sẽ gây ô nhiễm đô ̣c môi trường đấ t, nước và không khí cũng như tác đô ̣ng
đế n các quầ n thể sinh vâ ̣t số ng trong môi trường đó gây nhiễm đô ̣c, đe do ̣a đời số ng
của thủy sinh và sức khỏe của con người.
2.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HÓA HỌC TRONG
XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2.2.1 Phương pháp tuyể n nổ i
a Khái niệm tuyển nổi
Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2000) tuyển nổi là quá trình tách các hạt rắn trong pha
lỏng khi khối lượng riêng của các hạt này nhỏ hơn khối lương riêng của nước, quá
trình này được tăng cường bằng cách thổi khí vào nước, các hạt lơ lửng sẽ lớn dần
lên nhờ bám vào các bọt khí và nổi lên phía trên do tỷ trọng của bọt khí và cặn bám
lên đó nhỏ hơn tỷ trọng của nước.
b Cơ sở lý thuyết của quá trình tuyển nổi
Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001) thực chất của quá trình này là loại bỏ các tạp chất
trong nước thải bằng cách làm cho chúng có thể nổi lên mặt nước. Trong quá trình
tuyển nổi người ta cho những bọt khí li ti, phân tán và bão hòa trong nước, những
chất bẩn sẽ bị các hạt khí bám vào và nổi lên mặt nước, rồi được loại khỏi nước.
Theo Hoàng Văn Huệ & Trần Đức Hạ (2002) quá trình tuyển nổi là sự kết dính giữa
bọt khí và các hạt, khi lực nổi của tập hợp bọt khí và hạt đủ lớn sẽ cùng nhau nổi lên
trên mặt nước, sau đó tập hợp lại thành lớp bọt chứa hàm lượng các hạt tạp chất cao
hơn ban đầu.
2.2.2 Các loa ̣i tuyể n nổ i và ưu nhươ ̣c điể m của chúng
Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) bể tuyển nổi được chia thành
2 nhóm chính: (1) bể tuyển nổi theo trong lượng riêng, (2) bể tuyển nổi bằng khí.
a Tuyển nổi theo trọng lượng riêng (hay “bẫy dầu mỡ”)
Nước thải chứa dầu mỡ được cho qua một loại bể, trong bể này dầu mỡ sẽ nổi lên

trên do nhẹ hơn nước, sau đó được loại bỏ bằng các thanh gạt (Lê Hoàng Việt &
Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014).
b Tuyển nổi bằng khí
Theo Wang et al,. (2010) các bước hoạt động của bể tuyển nổi khí gồm:
- Tạo bọt khí trong bể.
- Khi các bọt khí này nổi lên va vào các chất lơ lửng.
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

6


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

- Bọt khí kết dính vào hạt chất rắn lơ lửng.
- Chất lơ lửng kết dính với bọt khí va vào nhau kết thành bông cặn.
- Bọt khí bám thêm vào bông cặn.
- Bông cặn bị đẩy nổi lên bề mặt và được thanh gạt váng đưa ra khỏi nước thải.
- Tuyển nổi bằng khí có nhiều loại như: tuyển nổi với sự tách không khí từ dung
dịch, tuyển nổi với việc thổi khí qua lớp vật liệu xốp, tuyển nổi hóa học, tuyển nổi
điện, tuyển nổi với việc phân tách không khí bằng cơ giới. Sơ lược về mỗi loại bể
và ưu nhược điểm riêng.
Tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch
Biện pháp này được sử dụng rộng rãi với nước thải có chất bẩn nhỏ do nó tạo ra bọt

khí nhỏ. Bản chất của biện pháp này là tạo ra một dung dịch bảo hòa không khí, sau
đó không khí được tách ra từ dung dịch ở dạng bọt khí nhỏ và kéo theo chất bẩn lên
trên mặt nước (Hoàng Văn Huệ & Trần Đức Hạ, 2002).
Tuyển nổi chân không
Nước thải được bão hòa không khí ở áp suất khí quyển trong buồng thông khí sau
đó cho qua buồng tuyển nổi với áp suất giữ khoảng 225 – 300 mmHg bằng bơm
chân không.
Ưu điểm: tạo bọt khí và kết dính với các hạt chất bẩn xảy ra trong môi trường yên
tĩnh, năng lượng tiêu hao ít.
Nhược điểm: không thích hợp đối với nước thải có nồng độ chất rắn lơ lửng cao,
phải có thiết bị tuyển nổi kín và bố trí cào cơ giới bên trong. Cấu tạo phức tạp, quản
lý bảo dưỡng khó khăn.
Tuyển nổi không áp lực
Không khí được dẫn vào ống hút máy bơm từ máy nén khí. Hỗn hợp khí - nước
được tạo thành trong máy bơm và được đẩy vào bể hở - kiểu bể lắng ngang. Tại
đây, không khí nổi lên và kéo theo chất bẩn lên mặt nước.
Nhược điểm: khó điều chỉnh không khí và kích thước bọt khí lớn.
Tuyển nổi áp lực
Nước thải được bơm lên thùng áp lực rồi vào ngăn tuyển nổi hở. Không khí được
dẫn vào ống hút của máy nén khí, qua bồn tạo áp do áp suất tăng lên không khí hòa
tan nhiều vào nước.
Ưu điểm: có thể điều chỉnh độ bão hòa trong một khoảng rộng với hiệu suất mong
muốn. Cho phép xử lý nước thải với nồng độ tạp chất lơ lửng tới 4 – 5 g/L và hơn
nữa.
Nhược điểm: phải bơm toàn bộ khối lượng nước thải, áp lực bơm bằng với áp suất
khi thực hiện bão hòa. Vì vậy biện pháp này chỉ sử dụng khi lưu lượng nước thải ít.

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

7


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

Tuyển nổi với trạm bơm bằng khí nén
Nước được bão hòa không khí dưới áp lực cao rồi lại bị tách không khí ra hạ áp lực
xuống như tuyển nổi áp lực.
Ưu điểm: tiêu hao năng lượng ít hơn tuyển nổi áp lực và tuyển nổi phân tán cơ giới
2-4 lần.
Nhược điểm: ngăn tuyển nổi phải đặt cao.
Tuyển nổi điện phân
Tuyển nổi loại này có hệ điện cực đặt dưới đáy bể. Dòng điện một chiều sẽ điện
phân dung dịch nước thải tạo ra các bọt khí, những bọt khí này bám vào chất rắn lơ
lửng tạo một lực đẩy hạt chất rắn nổi lên mặt nước tạo thành lớp váng và được loại
bỏ nhờ hệ thống thanh gạt váng (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014).
Ưu điểm: không gây xáo trộn khi phóng thích các bọt khí, hiệu suất tuyển nổi cao.
Có thể điều chỉnh lượng khí và thời gian lưu dễ dàng. Lượng ô-xy sinh ra góp phần
ô-xy hóa các chất hữu cơ và vô cơ trong nước thải.
Nhược điểm: đối với nước thải có độ nhớt cao các bọt khí (ô-xy, hy-đro, Clo) bị giữ
lại dưới lớp váng gây sự cố trong vận hành. Trong quá trình vận hành tiêu tốn năng
lượng và phải thay điện cực.
Tuyển nổi nhờ phân tán khí qua tấm xốp
Theo Hoàng Văn Huệ & Trần Đức Hạ (2002) không khí đi qua tấm xốp bọt khí nhỏ

lại bám vào chất bẩn và đẩy nổi lên mặt nước.
Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, ít tốn điện năng và diện tích.
Nhược điểm: lỗ xốp dễ bị nghẹt, khó chọn vật liệu cho lỗ rỗng giống nhau.
Các phương pháp tuyển nổi khác
Ngoài những phương pháp trên, còn có một vài phương pháp tuyển nổi khác: tuyển
nổi hóa học, sinh học và ion (Trần Hiếu Nhuệ, 2001).
Tuyển nổi hóa học: diễn ra các quá trình hóa học tạo ra các khí khác nhau O2, CO2,
Cl2,…Bọt của khí này có thể kết dính với các chất rắn lơ lửng không tan và nổi lên.
Tuyển nổi sinh học: dùng để nén bùn từ bể lắng đợt 1 khi xử lý nước thải sinh hoạt.
Nhờ vào hoạt động của vi sinh vật, các bọt khí tạo ra và lôi các hạt cặn nổi lên trên
(Hoàng Văn Huệ & Trần Đức Hạ, 2002).
Tuyển nổi ion: cho không khí và chất hoạt động bề mặt vào nước thải, chất hoạt
động trong nước sẽ tạo thành những ion có điện tích trái dấu với điện tích ion cần
loại bỏ. Không khí ở dạng bọt sẽ đưa chất hoạt động bề mặt cùng chất bẩn lên lớp
bọt.
Nghiên cứu này chỉ áp dụng trên bể tuyển nổi điện phân. Do đó, chỉ có bể tuyển nổi
điện phân là được trình bày chi tiết.

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

8


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn

Lê Hoàng Viê ̣t

2.3 TUYỂN NỔI ĐIỆN PHÂN
2.3.1 Khái niệm về tuyển nổi điện
Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2000) tuyển nổi điện là phương pháp dựa trên cơ sở
sự điện ly của nước tạo thành những dòng khí rất nhỏ, các điện cực sử dụng được
đặt ở đáy bể.
Trịnh Lê Hùng (2006) cho rằng quá trình điện phân sinh ra các bọt khí, đó là do quá
trình điện phân nước đi kèm tạo ra khí oxy và hyđro ở các điện cực anode và
cathode. Khi các bóng khí này nổi lên, gặp và kéo theo các hạt lơ lửng cùng nổi lên
bề mặt nước. Khi sử dụng các điện cực hòa tan thì xảy ra đồng thời việc tạo bông
keo tụ và các bọt khí, các bông sẽ nổi lên trên và có thể tuyển nổi được.
Cặn
Nước ra

Nước vào

Điện cực
Ống thu bùn

Hình 2.3 Bể tuyển nổi điện phân (Trần Hiếu Nhuệ, 2001)
Các phản ứng xảy ra ở hai điện cực trong bể tuyển nổi điện phân:
Ở anode: 2H2O – 4e- → O2 + 4H+

(2.1)

Ở cathode: 4H2O + 4e- → 2H2 + 4OH

(2.2)

2.3.2 Cơ chế quá trình tuyển nổi điện
Trong bể này có đặt một hệ thống các điện cực ở đáy bể. Dòng điện một chiều sẽ
điện phân dung dịch nước thải tạo nên các bọt khí. Các bọt khí tạo thành trong quá
trình điện phân nước sẽ nổi lên và bám vào các hạt chất rắn lơ lửng, tạo lực nâng
chúng lên bề mặt tạo thành lớp váng để sau đó loại bỏ chúng bằng thanh gạt (Lê
Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014).
Ngoài ra, nếu trong nước thải chứa nhiều chất bẩn khác là các chất điện phân thì khi
dòng điện đi qua sẽ làm thay đổi thành phần và tính chất của nước. Trạng thái các
tạp chất không tan do các quá trình điện ly, phân cực, ô-xy hóa khử,…diễn ra.
Trong nhiều trường hợp quá trình đó có lợi cho xử lý nước thải và một số thì không
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

9


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

nên cần điều khiển các quá trình đó để đạt hiệu suất xử lý một chất bẩn nào đó
(Trần Hiếu Nhuệ, 2001).
2.3.3 Các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện phân
Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001) các thông số ảnh hưởng đến thiết kế bể tuyển nổi điện
phân là:
- Thời gian tuyển nổi xác định bằng thực nghiệm: 0,3 – 0,75 h

- Khoảng cách giữa hai tấm điện cực: 15 – 20 mm
- Chiều dày mỗi tấm điện cực: 6 – 10 mm
- Khoảng cách từ hai tấm điện cực ngoài cùng tới tường: 100 mm
Ngoài ra chiều cao của lớp nước công tác, chiều cao các điện cực cũng ảnh hưởng
đến quá trình tuyển nổi.
2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi điện phân
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng hiệu suất quá trình tuyển nổi điện phân:
Kích thước và số lượng các bọt khí từ các bể tuyển nổi điện phân khoảng 100µm và
số lượng khoảng 106 bọt khí cho 1 cm3. Hiệu điện thế ở 10 V và cường độ dòng
điện là 100 A/m2 đủ để tuyển nổi nước thải có nồng độ SS khoảng 10.000 mg/L
(Wang et al., 2010).
Hiệu quả xử lý của bể tuyển nổi điện phân cũng ảnh hưởng bởi thành phần hóa học
của nước thải đầu vào, các loại nước thải chứa nhiều kim loại nặng, nhiều dầu mỡ
thì hiệu suất xử lý sẽ cao.
Theo Lê Hoàng Việt, Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) các yếu tố như: pH, loại chất
điện phân, cường độ dòng điện, thời gian lưu cũng ảnh hưởng đến quá trình tuyển
nổi điện phân.
2.3.5 Quá trình tuyển nổi điện phân kết hợp keo tụ điện hóa
Phương pháp này có thể coi như là phương pháp kết hợp giữa keo tụ điện hóa và
tuyển nổi, vì khi sử dụng các điện cực tan (sắt hoặc nhôm) thì ở anode sẽ diễn ra
quá trình hòa tan kim loại. Kết quả sẽ có các cation kim loại (sắt hoặc nhôm)
chuyển vào nước. Những cation đó sẽ cùng nhóm hydroxyl tạo thành hydroxide là
những chất keo tụ phổ biến trong thực tế xử lý nước thải (Trần Hiếu Nhuệ, 2001).
a Keo tụ - tạo bông
Keo tụ và tạo bông là quy trình xử lý có tầm quan trọng trong các hệ thống xử lý
nước và nước thải, trong đó các chất rắn lơ lửng sẽ được tạo điều kiện kết lại với
nhau tạo thành các bông cặn, đến khi đủ lớn sẽ lắng xuống và sau đó được loại bỏ ra
ngoài bằng công đoạn lắng. Sử dụng quá trình keo tụ - tạo bông có thể loại bỏ được
các chất hữu cơ, kim loại nặng và có thể cải thiện được độ màu của nước thải (Lê
Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014).

Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2000) keo tụ tạo bông là phương pháp xử lý nước có
sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của
chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn hơn và người
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

10


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng hay tuyển nổi.
Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ người ta có thể tách được hoặc giảm đi các
thành phần có trong nước như: kim loại nặng, chất bẩn lơ lững, các ion PO43-,.. và
có thể cải thiện độ đục, độ màu của nước.
b Keo tụ điện hóa
Keo tụ điện hóa là phương pháp điện hoá trong xử lý nước thải, trong đó dưới tác
dụng của dòng điện các điện cực dương (thường sử dụng là nhôm hoặc sắt) sẽ bị ăn
mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+ hoặc Fe3+) vào trong
môi trường nước thải, kèm theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọt khí ở
cực âm (Hold et al., 2004 trích dẫn lại theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu
Ngân, 2014).
Nghiên cứu của Holt et al,. (2004) cho rằng keo tụ điện hóa là phương pháp giao
thoa của ba quá trình: điện hoá học, tuyển nổi điện phân và keo tụ.

c Đặc điểm của phương pháp keo tụ điện hóa
Theo Babu et al,.(2006) phương pháp keo tụ điện hóa có những đặc điểm sau:
- Dòng điện được sử dụng trong phương pháp keo tụ điện hóa là dòng điện một
chiều.
- Các điện cực thường được sử dụng là nhôm hoặc sắt (có khả năng hòa tan tạo chất
keo tụ). Tùy vào pH và tính chất nước thải ở từng điều kiện cụ thể để quyết định
kim loại cho cực dương và cực âm.
- Thời gian lưu nước, cường độ dòng điện, hiệu điện thế và hiệu suất vận hành có
liên hệ chặt chẽ với nhau.
- Hệ điện cực đặt ngập trong nước để đảm bảo khả năng tiếp xúc giữa bọt khí và
chất bẩn là tốt nhất.
- Bể keo tụ điện hoá có thể hoạt động trong điều kiện là nạp nước thải đầu vào liên
tục hoặc hoạt động trong điều kiện nước thải chỉ được nạp một lần (theo mẻ).
- Phản ứng tạo chất keo tụ cần alkalinity, oxy thích hợp.
d Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ điện hóa
Mật độ dòng điện
Rincón (2011) cho rằng: mật độ dòng điện trực tiếp ảnh hưởng khả năng keo tụ và
tốc độ sinh khí. Ngoài ra, mật độ dòng điện cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình
hòa tan kim loại làm thay đổi khối lượng các điện cực. Hàm lượng kim loại hòa tan
phụ thuộc vào số lượng điện đi qua trong bể.
Mật độ dòng điện được tính bởi công thức:
i = I/S (A/m2)

(2.3)

Trong đó: i: mật độ dòng điện
I: cường độ dòng điện
S: diện tích bản điện cực
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

11


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

Một mối quan hệ đơn giản giữa mật độ dòng điện (A.cm-2) và số lượng các chất (M)
hòa tan (g.Mcm-2) có thể được bắt nguồn từ định luật Faraday:
M=

A It

n F

(2.4)

M: lượng chất được hình thành (g)
t: thời gian điện phân (s)
I: cường độ dòng điện (A)
n: hệ số tỷ trọng trao đổi của electron trong phương trình ô-xy hóa hoặc khử ở điện
cực
F: điện tích của một mol electron, F=95600 (C/mol)
A: khối lượng mol nguyên tử của chất thu được (g)
Theo Babu et al,.(2006) điện năng tiêu thụ có thể được tính theo công thức:

E = (U*I)/(1000*Q)

(2.5)

Trong đó: E là điện năng tiêu thụ (Wh)
U là hiệu điện thế của dòng điện (V)
I là cường độ dòng điện (A)
Q là lưu lượng nước thải (m3/h)
Ảnh hưởng của độ dẫn điện
Theo Rincón (2011) khi độ dẫn điện thấp hiệu quả xử lý sẽ giảm. Điều này sẽ gia
tăng chi phí xử lý trong khi hiệu quả của điện cực bị hạn chế.
Wang et al,.(2010) cho rằng trong quá trình xử lý để tăng tính dẫn điện của nước thì
nên thêm muối NaCl vào. Vì bổ sung ion Cl- vào các phản ứng điện phân và làm
giảm tác động bất lợi của một số ion khác CO32-, SO42-. Sự hiện diện của 2 ion này
sẽ dẫn đến việc hình thành của các ion Mg2+ và Ca2+ và một số oxide làm giảm hiệu
quả xử lý. Ngoài ra, ion này còn có tác dụng khử trùng nước (Rincón, 2011).
Ảnh hưởng của vật liệu làm điện cực
Vật liệu làm điện cực trong quá trình này là kim loại có khả năng hòa tan như: Al,
Fe, Cu,… hoặc hỗn hợp của chúng. Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào việc lựa chọn vật
liệu làm điện cực.
Hiệu quả xử lý nước thải thủy sản khi dùng nhôm (Al) làm anode cao hơn so với sử
dụng sắt làm anode (Nguyễn Ngo ̣c Anh và Nguyễn Minh Tùng, 2010).
Hiệu quả xử lý nước thải với việc sử dụng điện cực nhôm (Al) làm anode hiệu quả
hơn so với sử dụng đồng (Cu) (Tumsri & Chavalparit, 2011).
e Ưu nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa
Rincón (2011) trích dẫn tài liệu của Rajeshwar và Ibanez (1997), đưa ra một số ưu
nhược điểm sau:

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

12


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

Ưu điểm
- Trong quá trình điện phân, các hạt keo có kích thước nhỏ và đồng nhất được tạo
ra, chúng dễ dàng di chuyển trong chất thải tạo điều kiện cho đông tụ. Chuyển động
như vậy tránh được rung động cơ học, nếu không kiểm soát được chuyển động này
sẽ phá hủy các chất đã được kết lại sau khi chúng hình thành.
- Không bắt buộc dùng hóa chất khi vận hành. Tuy nhiên cần theo dõi để thay điện
cực do quá trình điện phân điện cực bị ăn mòn.
- Hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ cao, hiệu suất lên đến 90% nếu hệ thống được thiết
kế tốt, tạo điều kiện cho quá trình xử lý sinh học sau.
- Lượng điện tiêu thụ dễ dàng tính toán và kiểm soát.
- Trong quá trình vận hành, không cần thường xuyên kiểm tra pH.
- Thời gian phản ứng ngắn. Tạo bùn ít hơn so với biện pháp thông thường.
- Hiệu quả cao hơn các công nghệ khác.
Nhược điểm
- Khí H2 tạo ra ở cực âm có thể ngăn chặn quá trình kết tủa của chất ô nhiễm.
- Nồng độ các ion Al, Fe,.. có thể tăng lên trong nước thải.
- Cần kiểm soát pH nếu sử dụng Al, Fe làm điện cực.
- Các hydroxide không hòa tan được có thể bám lên các điện cực làm giảm hiệu quả

xử lý.
- Chi phí đầu tư khá cao, mặc dù chi phí vận hành ít hơn so với những phương pháp
khác.
2.4 CƠ CHẾ PHẢN ỨNG FENTON
2.4.1 Sơ lược về Hydroperoxit
Hydroperoxit có công thức phân tử là H2O2 có cấu tạo gấp khúc như hình 2.4

Hình 2.4 Công thức phân tử là H2O2
Độ dài liên kết của O-O l,48Å, của O-H là 0,95Å, và năng lượng liên kết của O-O là
217,5 KJ/mol, của liên kết O-H là 376,5 KJ/mol.
Do phân tử không đối xứng nên H2O2 có tính năng phân cực lớn (µ = 2,1). Ở trạng
thái hơi không có hiện tượng trùng hợp phân tử, nhưng ở trạng thái lỏng hiện tượng
trùng hợp nhờ liên kết hydro xảy ra mạnh hơn so với nước.
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

13


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

Ở điều kiện bình thường H2O2 tinh kiết là một chất lỏng không màu, sánh như nước
đường, sôi ở 152,10C và hóa rắn ở -0,890C, tan trong nước theo bất cứ tỷ lệ nào nhờ
liên kết hydro trong H2O2 và H2O. Từ dung dịch nó tách ra dưới dạng hdrat tinh thể

H2O2.2H2O không bền với nhiệt (t0nc = -520C). Trong phòng thí nghiệm người ta
thường dùng H2O2 ở 30%
Chất oxy hóa H2O2 là một chất oxy hóa mạnh hơn Clo và Kali permanganat
(KMnO4) tuy nhiên khả năng oxy hóa của H2O2 không đủ mạnh để khoáng hóa
hoàn toàn các chất ô nhiễm hữu cơ như đòi hỏi.
2.4.2 Định nghĩa tác nhân Fenton
Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học công bố công trình nghiên cứu của tác giả
J.H.Fenton, trong đó ông quan sát thấy khả năng phân hủy của H2O2 được gia tăng
mạnh khi có mặt của các ion sắt. Sau đó tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ được sử dụng
làm tác nhân oxy hóa rất có hiệu quả cho nhiều chất hữu cơ khác nhau và được
mang tên là “tác nhân Fenton” (Fenton Reagent).
Trong những năm về sau hệ xúc tác của Fenton được nghiên cứu rất mạnh và phát
triển rộng hơn không những ở những dạng tác nhân cổ điển (H2O2/Fe2+) mà còn sử
dụng những kim loại chuyển tiếp và các phức chất của chúng như: Fe (II), Fe (III),
Cu (I), Cr (II) và Ti (III) tác dụng với H2O2 để tạo gốc *OH được gọi là các tác
nhân kiểu Fenton (Fenton – like Reagents).
Các quá trình Fenton
Hiện nay, phản ứng Fenton được chia làm các quá trình sau:
+ Quá trình Fenton đồng thể
+ Quá trình Fenton dị thể
+ Quá trình Fenton điện hóa
2.4.3 Những tác dụng của tác nhân Fenton trong xử lý ô nhiễm môi trường
Khi xử lý các sản phẩm dầu mỏ bị ô nhiễm, mức độ loại bỏ các chất như sau:
Benzen (C6H6) là 82%, Clorofooc là trên 92%, Toluen là 78% trong điều kiện pH =
4. Ngoài ra khi nghiên cứu xử lý nước ngầm bị nhiễm các chất hữu cơ và vô cơ thì
Fenton cũng tỏ ra có hiệu quả (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2005).
Để phân hủy chất ô nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm thì việc nghiên cứu áp
dụng quá trình Fenton ở cấp độ phòng thí nghiệm đã cho thấy có hiệu quả cao, đặc
biệt là các thuốc nhuộm hoạt tính (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2005).
Đối với xử lý nước bị ô nhiễm thuốc BVTV thì quá trình Fenton có thể khoáng hóa

hoàn toàn 2,4-D và 2,4,5-T trong vòng 2 giờ bằng các tác nhân muối sắt II và H2O2
trong môi trường axit, với độ pH tối ưu trong khoảng 2,7 - 2,8. Năm 1999, Oturan
đã nghiên cứu áp dụng quá trình Fenton điện hóa để phá hủy các vòng thơm của
thuốc diệt cỏ và hydroxyl hóa tạo thành các sản phẩm dây thẳng không độc hoặc ít
độc hơn. Các nghiên cứu này chứng tỏ quá trình Fenton cho phép loại dư lượng
thuốc trừ cỏ trong nước bằng một công nghệ ít tốn kém, không gây ô nhiễm và cho
hiệu quả cao (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2005).
SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

14


Chương 2. Lược khảo tài liê ̣u

CBHD: Phạm Văn Toàn
Lê Hoàng Viê ̣t

Stefan et al (1996) đã nghiên cứu sự phân hủy axeton trong nước bằng tác nhân UV/
H2O2 với nồng độ axton từ 30 – 300 mg/L và liều lượng H2O2 thay đổi từ 100 – 300
mg/L. Thí nghiệm cho thấy ở pH cao các sản phẩm phụ của quá trình phân hủy
axeton như axit axetic, axit foocmic… đã cạnh tranh với gốc *OH và làm giảm mức
độ loại bỏ axeton (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2005).
Sử dụng đèn thủy ngân trung áp để tiến hành quang phân trực tiếp cũng như quang
phân gián tiếp với sự có mặt của H2O2. Kết quả cho thấy khi quang phân trực tiếp
hay gián tiếp thì các loại thuốc trừ sâu đều bị phân hủy. Tuy nhiên nếu quang phân
gián tiếp với H2O2 thì hiệu suất đạt cao hơn hiệu suất loại bỏ thuốc trừ sâu khỏi

nước trên 80%. (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2005).
2.4.4 Cơ chế ta ̣o thành gố c hydroyl HO* và đô ̣ng ho ̣c các phản ứng Fenton
a Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác Fe2+
Mă ̣c dù tác nhân Fenton đã đươ ̣c biế t hàng thế kỷ nay nhưng cơ chế của phản ứng
Fenton cho đế n nay vẫn còn đang tranh caĩ , thâ ̣m chí có ý kiế n trái ngươ ̣c nhau. Hê ̣
tác nhân Fenton cổ điể n là mô ̣t hỗn hơ ̣p gồ m các ion sắ t hóa tri ̣ 2 (thông thường
dùng muố i FeSO4) và hydropeoxit H2O2, chúng tác du ̣ng với nhau sinh ra gố c tự do
OH*, còn Fe2+ bi oxi
hóa thành Fe3+ theo phản ứng:
̣
Fe2+ + H2O2 → Fe3 + OH* + HO-

(1.1)

Phản ứng trên được gọi là phản ứng Fenton do J.H. Fenton là người đầu tiên đã
mô tả quá trình này. Phản ứng Fenton đã tiếp tục được nghiên cứu bởi nhiều tác giả
sau này, các nghiên cứu này cho thấy ngoài phản ứng trên là phản ứng chính thì
trong quá trình Fenton còn có xảy ra các phản ứng khác. Tổng hợp lại bao gồm:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH* + OH- (k = 63 M-1s-1)

(1.2)

Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2* + H+ (k = 3.1×10-3 M-1s-1)

(1.3)

OH* + Fe2+ → Fe3+ + OH- (k = 3.0×108 M-1s-1)

(1.4)

OH* + H2O2 → H2O + HO2* (k = 3.3×107 M-1s-1)

(1.5)

Fe2+ + HO2* → Fe3+ + HO2-

(1.6)

Fe3+ + HO2* → Fe2+ + O2 + H+

(1.7)

Những phản ứng trên chứng tỏ tác dụng của sắt đóng vai trò là chất xúc tác. Quá
trình chuyển Fe3+ thành Fe2+ như mô tả trong phản ứng (1.3) xảy ra rất chậm, hằng
số tốc độ k rất nhỏ so với phản ứng (1.2) vì vậy sắt tồn tại sau phản ứng chủ yế u ở
da ̣ng Fe3+. Gố c tự do OH* sinh ra có khả năng phản ứng với Fe2+ và H2O2 nhưng
quan trọng nhất là khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ (RH) tạo thành các gốc
hữu cơ có khả năng phản ứng cao, từ đó sẽ phát triển tiếp tục theo kiểu dây chuỗi:
OH* + Fe2+ → OH- + Fe3+

(1.8)

OH* + H2O2 → H2O + HO2*

(1.9)

OH* + RH → R* + H2O

(1.10)

SVTH: Đinh Quang Dự
Danh Thi ̣ Hồ ng Nhi

B1205037
B1205082

15