Nghiên cứu xử lý chất khó phân hủy sinh học trong nước thải sản xuất cồn từ khoai mì bằng phương pháp oxy hóa nâng cao

Mục lục
1. ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................................ 2
2. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI................................................................................................... 3
3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC...........................................................3

3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước..................................................................3
3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước..................................................................5
4. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................................................6

4.1 Mục tiêu của đề tài.........................................................................................6
4.2 Nội dung nghiên cứu......................................................................................6
4.2.1 Khảo sát thành phần tính chất nước thải sản xuất cồn từ khoai mì...........................6
4.2.2 Nghiên cứu xử lý nước thải cồn từ khoai mì sau quá trình xử lý sinh học trên mô
hình Oxy hóa nâng cao dùng tác nhân Ozone (O3)............................................................6
4.2.3 Nghiên cứu xử lý nước thải cồn từ khoai mì sau quá trình xử lý sinh học trên mô
hình Oxy hóa nâng cao Perozone (O3/H2O2)....................................................................7
4.2.4 Phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý của nước thải cồn xét các yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình....................................................................................................................... 7

4.3 Phương pháp nghiên cứu...............................................................................7
4.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết............................................................................7
4.3.2 Phương pháp thực nghiệm......................................................................................12
4.3.3 Đối tượng nghiên cứu.............................................................................................. 13

4.4 Mô hình nghiên cứu.....................................................................................13
4.5 Phương pháp thí nghiệm..............................................................................14
4.5.1 Nghiên cứu xử lý nước thải trên hệ ozon.................................................................14
4.5.2 Nghiên cứu xử lý nước thải trên hệ perozone..........................................................15
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC, KINH TẾ, XÃ HỘI..............................................................................16
6. CÁC CHƯƠNG MỤC............................................................................................................. 16
7. TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN............................................................................................................ 18

8. PHẦN CHUẨN BỊ CỦA HỌC VIÊN........................................................................................ 18
9. TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................... 18
10. Ý KIẾN CỦA THẦY HƯỚNG DẪN.......................................................................................19


1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo các chuyên gia kinh tế năng lượng, trong vòng 15 năm tới, nhu cầu về dầu
mỏ tự nhiên sẽ ngày một cao hơn so với khả năng khai thác, cung cấp của các
quốc gia. Nhu cầu xăng dầu tăng không có điểm dừng chính là nguyên nhân
khiến giá dầu có lúc tăng chóng mặt, gây sức ép rất lớn tới nền kinh tế của hầu
hết các quốc gia trên thế giới, đặc biệt là những quốc gia đang phát triển như Việt
Nam.
Trên thực tế, nhận thức được tác hại của các loại nhiên liệu hóa thạch tới môi
trường và cũng để đảm bảo an ninh năng lượng, nhiều nước trên thế giới, điển
hình là Brasil đã có chiến lược đầu tư cho nghiên cứu, sử dụng các loại nhiên liệu
sinh học như xăng pha cồn ethanol và dầu diesel sinh học. Xăng sinh học là một
dạng nhiên liệu có rất nhiều lợi điểm như:
Thứ nhất, nó là một dạng năng lượng đóng góp vào cơ cấu năng lượng của đất
nước bên cạnh nhiều nguồn khác nhau như xăng dầu khí.
Thứ hai, do tính chất và đặc thù,xăng sinh học góp phần giảm ô nhiễm môi
trường và giảm tính bức xúc và căng thẳng của biến đổi khí hậu. Ví dụ xăng sinh
học E5 (Tỷ lệ pha trộn là 5% ethanol với 95% xăng thường - tỷ lệ thấp nhất)
cũng đã làm giảm đến hơn 30% khí CO 2 (loại khí gây hiệu ứng nhà kính làm biến
đổi khí hậu trái đât) và giảm đáng kể lượng hạt bụi, HC, NOx, SOx, CO...
Hiện nay, chính phủ Việt Nam đã cấp phép xây dựng 6 nhà máy sản xuất ethanol
dùng sắn lát làm nguyên liệu đã giúp người nông dân trồng sắn ở các tỉnh lân cận
ổn định sản xuất và cuộc sống. Bên cạnh việc thu mua sắn nguyên liệu, các nhà
máy sẽ còn hỗ trợ người nông dân về giống cũng như kỹ thuật canh tác mới với
mục tiêu tăng thu nhập cho hộ nông dân, tăng sản lượng hàng hóa...
Sản xuất xăng sinh học góp phần vào việc phát triển nông thôn và vùng sâu, vùng

xa. Trong kết cấu giá thành của ethanol thì 55 - 70% từ sản phẩm nông nghiệp
(mía hay sắn). Tại Việt Nam, ethanol được sản xuất từ sắn. Hiện tại, với khoảng
500 nghìn hecta trồng sắn và sản lượng thu hoạch mỗi năm tương đương 10 triệu
tấn sắn tươi thì đến năm 2015, Việt Nam vẫn đảm bảo nguồn nguyên liệu để sản
xuất ethanol cho nhu cầu trong nước.
Theo lộ trình được Vụ Năng lượng và dầu khí – Bộ Công Thương đưa ra, đến
năm 2015 sẽ sử dụng phổ cập toàn quốc xăng E5 (95% xăng khoáng và 5%
ethanol) và B5 (95% diesel khoáng và 5% diesel sinh học), các hệ thống biogas,
suất khẩu E100 và B100. Đến năm 2025, nhiên liệu sinh học sẽ cung cấp 10%
nhu cầu nhiên liệu lỏng, sử dụng phổ biến nhiên liệu E10 và B10 trên toàn quốc.
Cùng với việc sản lượng cồn từ khoai mì ngày càng tăng thì vấn đề xử lý nước
thải của loại hình này cũng cần được quan tâm hơn do nước thải sản xuất cồn từ
khoai mì là loại nước thải ô nhiễm chất hữu cơ rất cao, độ màu cao và chứa nhiều
chất khó phân hủy sinh học…. Do vậy không thể xử lý triệt để bằng phương pháp
sinh học. Nước thải sản xuất cồn từ khoai mì nếu không được xử lý hoặc xử lý
không triệt để có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, gây mùi hôi thối và
2


ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ động thực vật thủy sinh trong lưu vực xả thải của
nhà máy.
Trước tình hình đó, việc đưa ra công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho loại hình
này có ý nghĩa hết sức thiết thực nhằm cải thiện điều kiện môi trường sống và
khắc phục tình trạng ô nhiễm do các nhà máy sản xuất cồn từ khoai mì gây ra.
2. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Sản xuất cồn từ khoai mì là một loại hình công nghiệp mới ở Việt Nam nên các
nghiên cứu về xử lý nước thải loại hình này hầu như là chưa có. Nước thải loại
hình này có COD rất cao, độ màu lớn, mùi hôi và chứa nhiều chất khó phân hủy
sinh học để xử lý đòi hỏi phải kết hợp nhiều công nghệ khác nhau (cơ học, hóa
lý, sinh học) rất phức tạp và tốn kém nhưng hiệu quả đôi khi lại không cao. Việc

sản xuất với quy mô lớn nhưng nước thải không được xử lý hiệu quả sẽ gây ảnh
hưởng đến môi trường và cuộc sống của người dân khu vực xung quanh nhà
máy.
Thành phần gây ô nhiễm của nước thài sản xuất cồn từ khoai mì chủ yếu là chất
hữu cơ, trong đó có nhiều chất hữu cơ khó phân hủy sinh học như các rượu bậc
cao và các anđehyt, este. Vì vậy, cần phải áp dụng công nghệ mới để xử lý triệt
để các chất ô nhiễm, tiết kiệm thời gian xử lý và bảo vệ môi trường tránh các tác
hại xấu đối với các hệ sinh thái và các lưu vực xả thải của nhà máy sản xuất cồn
từ khoai mì. Do đó, đề tài “ Nghiên cứu xử lý chất khó phân hủy sinh học
trong nước thải sản xuất cồn từ khoai mì bằng phương pháp oxy hóa nâng
cao” là cần thiết.
3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Công nghệ oxy hóa nâng cao được nghiên cứu và phát triển trong hơn 20 năm
gần đây. Sự cần thiết của ứng dụng phương pháp này dựa trên các yếu tố khác
nhau như xã hội, công nghiệp, môi trường và kể cả lý do học thuật. Sau đây là
một số nghiên cứu điển hình về quá trình peroxone.
Xử lý các chất hữu cơ chứa clo và halogen nói chung
Xử lý clorofooc trong nước ngầm ở Commerce City, Colordo, USA đã được
Zappi et al. [1992] nghiên cứu bằng hệ O 3/H2O2. Mẫu nước ngầm được lấy từ hai
vị trí khác nhau, có nồng độ clorofooc là 33,4 mg/l (ở vị trí Basin A) và 0,738
mg/l (ở vị trí South Plants). Trong quá trình nghiên cứu, ozon liên tục cho vào
thiết bị phản ứng dung tích 1 lít với lượng 3 mg/l. Để xử lý nước ngầm ở Basin
A, lượng H2O2 tối ưu so với lượng O3 đưa vào là trong khoảng 0,25 đến 1 mg/l.
Trong điều kiện đó, khoảng 90% clorofooc được xử lý trong vòng 20 phút. Đối
với mẫu nước ngầm ở South Plants, lượng H2O2 tối ưu so với lượng O3 đưa vào
là khoảng 1 đến 10 mg/l. Trong điều kiện đó, cũng khoảng 90% clorofooc được
xử lý nhưng phải trong vòng 30 phút.
Một nghiên cứu khác do Maten, S.J. et al (1992) tiến hành ở cấp độ thử nghiệm
nhỏ để xử lý các hợp chất hydrocacbon clo hóa, bao gồm 1-clopentan, 1,2dicloetan, 1,1 diclopropen và tricloetylen bằng quá trình Peroxone đã cho thấy

quá trình phân hủy đã được tăng cường hơn so với sử dụng ozon một mình. Tuy
3


vậy, lượng ozon đã phải sử dụng khá nhiều do đã tiêu hao do các chất săn bắt gốc
*OH có trong nước ngầm là các ion bicacbonat và cacbonat. Các tác giả đưa ra
phương án khắc phục bằng cách đưa ozon thành hai giai đoạn: giai đoạn ozon
hóa để loại bỏ các chất săn lùng gốc *OH và tiếp sau là giai đoạn phản ứng cùng
với H2O2 để xử lý các hợp chất hydrocacbon clo hóa nói trên.
Trong nước ngầm của Oitti (Phần Lan) bị nhiễm tetracloetylen (PCE) và
tricloetylen (TCE). Hirnoven, A.T. et al. (1996) đã nghiên cứu xử lý các thành
phần này bằng quá trình Peroxone. Độ pH của nước giếng là 6,8 và độ kiềm
CaCO3 là 55 mg/l, mẫu nước giếng được pha loãng để có nồng độ PCE là 100
µg/l và TCE là 200 µg/l. Thí nghiệm tiến hành với liều lượng O 3 là 7 mg/phút và
tỷ lệ khối lượng H2O2:O3 là 0,7. Trong những điều kiện đó, sau 5 phút có thể xử
lý đến 92% PCE và 96%TCE trong mẫu nước giếng.
Glaze và Kang (1988) đã tiến hành nghiên cứu phân hủy PCE và TCE trong nước
ngầm lấy từ hai giếng ở Los Angeles, California, USA. Độ kiềm CaCO 3 của
nước ngầm của hai giếng là 200 và 300 mg/l, pH tương ứng trong khoảng 7,2 đến
7,4. Hàm lượng tổng cacbon hữu cơ TOC 1,1 mg/l. Trong quá trình thí nghiệm
với nồng độ ban đầu của PCE và TCE tương ứng là 55 và 475 µg/l nhận thấy sau
20 phút có 405 µg/l ion clorua được tạo thành và hàm lượng PCE và TCE giảm
tương ứng xuống còn 5 và 8 µg/l. Điều này chứng tỏ trong quá trình phản ứng
với O3/H2O2 ít nhất đã có thể phân hủy được 97% PCE và TCE thành các ion
clorua. Hàm lượng cao các ion bicacbonat trong nước ngầm đã làm giảm đáng kể
hiệu quả xử lý PCE và TCE, vì vậy để nâng cao hiệu quả của quá trình nên làm
mềm nước trước khi xử lý.
Xử lý các sản phẩm dầu mỏ
Kuo và Chen (1996) đã áp dụng quá trình Peroxone để xử lý toluen pha chế trong
mẫu nước thải mô phỏng. Có 91 thí nghiệm đã được tiến hành với nồng độ toluen

thay đổi trong khoảng từ 0,00075 đến 0,0015 mol/l (M), pH từ 3 – 11 và lượng
H2O2 sử dụng từ 0,0002 đến 0,02 mol/l (M). Các tác giả đã nhận thấy, trong điều
kiện axit (pH khoảng 3), quá trình xảy ra chủ yếu là oxi hóa trực tiếp của phân tử
ozon. Ngược lại, trong điều kiện kiềm (pH khoảng 10 trở lên) quá trình oxy hóa
xảy ra chủ yếu do gốc *OH quyết định.
Beschkov et al. (1997) đã đánh giá hiệu quả của quá trình Peroxone khi xử lý
mẫu nước thải pha chế chứa trietylen glycol dimetyl eter, một thành phần điển
hình của nước thải tái chế dầu nhớt. Dung dịch chứa 10 mg/l trietylen glycol
dimetyl eter và 50 mg/l axit humic được xử lý bằng hệ O 3/H2O2. Các tác giả nhận
thấy, sự có mặt của H2O2 làm tăng hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong quá trình
ozon hóa. Nếu tiếp tục tăng H 2O2 đến 7% hiệu quả xử lý tăng và không phát hiện
thấy trietylen glycol dimetyl eter sau 5 phút tiến hành thí nghiệm, đồng thời sau
80 phút giảm được trên 85% TOC ban đầu.
Cortes at el. (1996) đã nghiên cứu xử lý clobenzen với nồng độ từ 1 đến 10 mg/l
và TOC khoảng 1000 mg/l bằng hệ O3/H2O2. Vì đặc tính thân điện tử của gốc
*OH, clobenzen bị oxy hóa nhanh hơn so với diclobenzen, tetraclobenzen và
triclobenzen. Các tác giả nhận thấy các nguyên tử clo trong phân tử càng nhiều,
hiệu quả xử lý càng kém và các sản phẩm phụ xuất hiện đầu tiên là 2-CP và 4CP.
4


Xử lý hóa chất bảo vệ thực vật
Echigo et al. (1996) đã nghiên cứu xử lý trieste organophosphoric axit với nồng
độ 20 mg/l trong nước thải pha chế bằng hệ O 3/H2O2. Mẫu nước xử lý cho tuần
hoàn trong hệ với lưu lượng từ 3,6 đến 4,0 l/phút. Lưu lượng là 0,62 mg/l và
nồng độ H2O2 ban đầu là 3,4 mg/l. Các tác giả nhận thấy tốc độ phân hủy tăng
đồng biến với nồng độ O3 và giảm khi nồng độ chất xử lý tăng. Ngoài ra cũng
nhận thấy các ion nitrat nồng độ thấp không ảnh hưởng gì đến tốc độ phản ứng.
3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Cùng với xu hướng nghiên cứu về quá trình oxy hóa nâng cao trên thế giới thì tại

Việt Nam những năm gần đây số lượng nghiên cứu về quá trình oxy hóa nâng
cao với những đối tượng và phản ứng tạo gốc gốc OH* khác nhau.
Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu xây dựng mô hình Oxy hóa hóa học (H 2O2)
kết hợp với bức xạ tử ngoại (UV) dùng để xử lý nước thải chứa thuốc bảo vệ
thực vật tại thành phố Hồ Chí Minh” được thực hiện bởi TS. La Thị Thái Hà,
KS. Lương Thành Nhơn, 2007. [7]
Đề tài sử dụng hệ H2O2/UV với đối tượng nghiên cứu là nước thải của Công ty
Cổ phần Thuốc Bảo vệ thực vật Hòa Bình với thành phần ô nhiễm cao như COD
= 770 mg/l, BOD5 = 290 mg/l, độ màu = 220 Pt – Co và Hàm lượng thuốc BVTV
gốc Clo = 154,2 µg/l. Thí ngiệm tiến hành ở hai chế độ: dòng liên tục và gián
đoạn (từng mẻ). Trong thí nghiệm từng mẻ gián đoạn với hiệu suất khử COD đạt
85%, BOD là 95,8% và thuốc BVTV gốc Clo là 99,9% (một số hợp chất tạo màu
và độ đục cũng bị phân hủy). Sau phản ứng pH của nước thải giảm chứng tỏ các
hợp chất hữu cơ đã bị khoáng hóa thành những acid đơn giản , muối hoặc CO 2 và
H2O. Qua nghiên cứu này đã đưa ra một số kết luận:
Phản ứng quang phân trực tiếp H2O2 để tạo ra gốc Hydroxyl tỷ lệ thuận với
cường độ, bước sóng của bức xạ chiếu vào và thời gian tiếp xúc.
Việc ngăn cản tia bức xạ của một vật dài chất nào đó như: vi khuẩn, các chất hóa
học dễ kết tủa, hợp chất tạo màu … cũng làm giảm tốc độ sản sinh gốc hydroxyl.
Nếu nước và nước thải chứa nhiều hợp chất dễ hấp thụ bức xạ tử ngoại thì số
lượng gốc hydroxyl tạo ra sẽ giảm.
Khi áp dụng vào thực tế, trước công đoạn thực hiện quá trình oxy hóa nâng cao
phải xử lý sơ bộ trước như: song chắn rác, lắng sơ bộ, lọc nhằm nâng cao hiệu
quả xử lý.
Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng tác nhân UV – Fenton
trong thiết bị gián đoạn” được thực hiện bởi Trương Quý Tùng, Lê Văn
Tuấn, Nguyễn Thị Khánh Tuyền, Phạm Khắc Liệu, Trường đại học Khoa
học – Đại học Huế, 2009. [14]
Đề tài dùng hệ UV-Fenton với đối tượng là nước rỉ rác phát sinh từ bãi chôn lấp
chất thải rắn Thủy Phương – tỉnh Thừa Thiên Huế có chứa một lượng lớn các

hợp chất hữu cơ bền vững (tỷ lệ BOD5 : COD = 0,16 – 0,02). Quá trình UV –
Fenton này có thể loại đến 71% COD và 90% màu của nước rỉ rác ở pH ~ 3,0,
nồng độ H2O2 = 125 mg/l, nồng độ Fe2+ = 50 mg/l, sau thời gian lưu 2 giờ. Ngoài
ra, tính phân hủy sinh học của nước thải sau quá trình xử lý đã tăng lên đáng kể,
5


tỷ lệ BOD5 : COD tăng từ 0,15 đến 0,46. Do đó cần xét đến khả năng kết hợp
giữa các quá trình UV – Fenton và sinh học để xử lý hiệu quả nước rỉ rác. Hiệu
quả sử dụng H2O2 và Fe2+ rất cao là một ưu điểm lớn của quá trình UV – Fenton.
Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của quá trình này là phải được tiến hành trong môi
trường pH thấp.
Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu xử lý màu của nước thải giấy bằng phản ứng
Fenton” được thực hiện bởi Đào Sỷ Đức, Vũ Thị Mai, Đoàn Thị Phương
Lan, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, 2009. [10]
Mô hình được xây dưng trên cơ sở lý thuyết của quá trình oxy hóa nâng cao dùng
tác nhân Fenton để loại bỏ màu từ nước thải giấy sau khi đã được xử lý bằng sự
kết hợp của kỹ thuật keo tụ và bùn hoạt tính. Đối tượng nghiên cứu là nước thải
tại cống xả ra sông Hồng trên hệ thống xử lý sinh học của Tổng công ty Giấy
Việt Nam (Bãi Bằng, Phù Minh, Phú Thọ) với các thành phần ô nhiễm như sau:
COD = 100 – 120 mg/l; BOD5 = 20 mg/l; Độ màu A465 = 0,251 (độ màu được đo
bằng máy Spectro 2000 Spectrophotometer (USA), tại bước sóng 465 nm).
Nghiên cứu nhằm đánh giá các ảnh hưởng của hàm lượng sắt (II) sunfat, hàm
lượng hydro peoxyt, pH, ảnh hưởng của ánh sáng và xúc tác đến quá trình xử lý
độ màu của F-AOPs.
Qua quá trình nghiên cứu cho kết quả như sau: Kỹ thuật oxy hóa tăng cường sử
dụng phản ứng Fenton có khả năng xử lý màu trong nước thải giấy. Kết quả
nghiên cứu trong công trình này cho thấy các điều kiện phù hợp về hàm lượng sắt
(II) sunfat, hydro peoxit, thời gian và pH tương ứng là 0,1 g/L; 0,13 g/L; 40 phút
và 4. Ánh sáng và TiO2 có ảnh hưởng tích cực tới quá trình xử lý; ánh sáng mặt

trời cho hiệu quả xử lý cao hơn so với ánh sáng đèn sợi đốt. Hằng số tốc độ phản
ứng ở các điều kiện không chiếu sáng, chiếu sáng bằng đèn sợi đốt, chiếu sáng
bằng ánh sáng mặt trời, chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời + TiO 2 được xác định
tương ứng là 0,0283; 0,0504; 0,0602 và 0,1642 phút-1. Ở điều kiện phù hợp; hiệu
quả xử lý màu có thể đạt hơn 90% khi không sử dụng xúc tác, 100% khi có xúc
tác TiO2.
4. MỤC TIÊU, NộI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CứU
4.1 Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu thực nghiệm quá trình Peroxone (O 3/H2O2) để xử lý nước thải sản
xuất cồn từ khoai mì sau quá trình phân hủy sinh học.
4.2 Nội dung nghiên cứu
4.2.1 Khảo sát thành phần tính chất nước thải sản xuất cồn từ khoai mì
4.2.2 Nghiên cứu xử lý nước thải cồn từ khoai mì sau quá trình xử lý sinh học
trên mô hình Oxy hóa nâng cao dùng tác nhân Ozone (O3)
• Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý.
• Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ O3 đến hiệu quả xử lý
• Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ COD đầu vào đến hiệu quả xử lý và
tính phân hủy sinh học của nước thải (thông qua tỷ lệ BOD/COD).
6


4.2.3 Nghiên cứu xử lý nước thải cồn từ khoai mì sau quá trình xử lý sinh học
trên mô hình Oxy hóa nâng cao Perozone (O3/H2O2).
• Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý.
• Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ nồng độ H2O2/O3 đến hiệu quả xử lý
• Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ COD đầu vào đến hiệu quả xử lý và
tính phân hủy sinh học của nước thải (thông qua tỷ lệ BOD/COD).
• Nghiên cứu ảnh hưởng của các anion đến hiệu suất xử lý.
4.2.4 Phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý của nước thải cồn xét các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình

4.3 Phương pháp nghiên cứu
4.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Các quá trình oxy hóa nâng cao là những quá trình phân hủy oxy hóa dựa vào
gốc tự do hoạt động hydroxyl *OH được hình thành ngay trong quá trình xử lý.
Gốc *OH là một tác nhân oxy hóa mạnh (bảng 4.2), gốc *OH có khả năng phân
hủy không chọn lọc mọi hợp chất hữu cơ, dù là chất khó phân hủy nhất thành các
hợp chất vô cơ (còn gọi là khoáng hóa) không độc hại như CO 2, H2O, các acid vô
cơ…
Quá trình oxy hoá nâng cao rất có hiệu quả trong việc phân huỷ: hydrocacbon
halogen, benzen, toluen, polyclorbiphenyl, các hoá chất bảo vệ thực vật, thuốc
nhuộm chất hoạt động bề mặt. Ngoài ra *OH còn là tác nhân diệt khuẩn có tính
an toàn hơn clo.
Bảng 4.1 – Khả năng oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa [Zhou, H. và Smith,
D.H., 2001].
Tác nhân oxi hóa

Thế oxi hóa, V

Gốc hydroxyl, *OH

2,80

Ozone

2,07

Hydrogen peroxide

1,78

Permanganate

1,68

Acid hydrobromic

1,59

Chlor dioxide

1,57

Acid hypochloride

1,49

Acid hypoiodide

1,45

Chlor

1,36

Brom

1,09

Iod

0,54

Cơ chế phản ứng và phương thức phản ứng của gốc hydroxyl: Khi một gốc tự do
được hình thành thì lập tức xảy ra hàng loạt các phản ứng tiếp theo theo kiểu
chuổi với những gốc hoạt động mới. Như vậy gốc hydroxyl như là sự khơi mào
7


của hàng loạt các phản ứng xảy ra kế tiếp. Vì phản ứng của *OH là không chọn
lựa nên khó có thể tiên đoán các sản phẩm trung gian của quá trình
Gốc *OH có thể phản ứng với các chất ô nhiễm theo những kiểu sau:
- Phản ứng cộng với hợp chất hữu cơ không no dây thẳng hoặc vòng thơm tạo ra
hydroxylat hoạt động:
*OH + CH2=CH2 → *CH2-CH2-OH
- Phản ứng tách hydrogen từ hợp chất hữu cơ no hoặc không no tạo thành nước
và gốc hoạt động mới:
*OH + CH3-CO-CH3 → *CH2-CO-CH3 + H2O
- Phản ứng trao đổi ion mới hoạt động:
*OH + CH3-S-C6H5 → [CH3-S-C6H5]+* + OHMục đích cuối cùng của quá trình oxy hoá các chất ô nhiễm trong nước là vô cơ
hoá hay khoáng hoá (chuyển các chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản và
không độc hại cho môi trường. Sản phẩm của quá trình khoáng hoá:
+ Cacbon trong phân tử ô nhiễm thành cacbon dioxyt
+ Hydrogen trong phân tử chất ô nhiễm thành nước
+ Photpho trong phân tử ô nhiễm thì trở thành photphat hoặc là photphoric axit
+ Sunfua trong phân tử chất ô nhiễm thành sunfat
+ Nitơ trong phân tử ô nhiễm thành nitrat
+ Các halogen trong phân tử ô nhiễm thành halogen acid
+ Các chất vô cơ tạo thành trạng thái ôxi hoá cao hơn
Các quá trình tạo ra gốc hydroxyl *OH
Nhiều công trình nghiên cứu trong những thập kỷ qua là tìm kiếm quá trình tạo ra

gốc *OH trên cơ sở các tác nhân thông thường như O 3, H2O2 thông qua các phản
ứng hoá học. Theo cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ, dựa vào đặc tính của quá
trình có hay không sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV có thể phân
loại quá trình oxy hoá nâng cao thành 2 nhóm:
-Nhóm oxy hoá nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng (ANPO)
-Nhóm các quá trình oxy hoá nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng (APO)
Bảng 4.2 : Các quá trình oxy hoá nâng cao dựa vào gốc *OH
Tác
nhân
TT
Phản ứng đặc trưng
phản ứng
H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + *OH

Nhóm
quá
trình

Tên quá
trình

ANPO

Fenton

1

H2O2 và Fe2+

2

3+
2+
+
H2O2/Fe3+ và Fe + H2O + hv → *OH + Fe + H
năng
lượng H2O2 + Fe2+ + hv → OH- + *OH + APO
photon UV
Fe3+

Quang
Fenton

3

H2O2/Fe3+

Quang

Fe3+ (phức) + hv → Fe2+ gốc (phức)
8

APO


Tác
nhân
TT
Phản ứng đặc trưng
phản ứng

Nhóm
quá
trình

Tên quá
trình

(phức)
và
H2O2 + Fe2+ + hv → OH- + *OH +
năng
lượng
Fe3+ (phức)
UV

Fenton
biến thể

4

H2O với anot
Fe và năng 0.5O2 + H2O + năng lượng điện hoá
ANPO
lượng
điện → 2*OH
hoá

Fenton
điện hoá

5

H2O2 và O3

ANPO

Peroxon

6

O3 và
xúc tác

3O3 + H2O2 + chất xúc tác → 2*OH
chất + 4O2
ANPO
Chất xúc tác đồng thể hay dị thể

Catazon

7

H2O và năng
H2O + năng lượng điện hoá → *OH
lượng
điện
ANPO
+ *H
hoá

Oxy hoá
điện hoá

8

H2O và năng H2O + năng lượng siêu âm → *OH +
ANPO
lượng siêu âm *H

Quá
trình siêu
âm

9

H2O và năng
lượng cao (tia
gama, tia X, H2O + năng lượng cao → *OH + *H
chùm
electron)

ANPO

Quá
trình bức
xạ năng
lượng
cao

10

H2O2 và năng
lượng photon H2O2 + hv → 2*OH
UV

APO

UV/oxy
hoá

11

O3 và năng
O3 + H2O + hv → 2*OH + H2O
lượng UV

APO

UV/oxy
hoá

12

H2O2/O3
và
năng
lượng H2O2 + O3 + H2O + hv → 4*OH + O2
UV

APO

UV/ oxy
hoá

13

H2O và năng
lượng photon H2O + năng lượng VUV → *OH +
APO
UV
chân *H
không (VUV)

VUV/
oxy hoá

14

+
TiO2 và năng TiO2 + hν → e + h
lượng photon h+ + H2O2 → *OH + H+
UV
h+ + OH- → *OH + H+

Quang
xúc tác
bán dẫn

H2O2 + 2O3 → 2*OH + 3O2

Quá trình peroxone (O3/H2O2)
9

APO


Quá trình oxi hoá của ozon với sự có mặt của hydrogen peroxide (O 3/H2O2) được
gọi là quá trình Peroxone. Sự khác nhau cơ bản giữa quá trình ozon và peroxone
là ở chỗ, quá trình ozone thực hiện sự oxy hoá các chất ô nhiễm chủ yếu trực tiếp
bằng phân tử ozon trong nước trong khi đó quá trình peroxone thực hiện sự oxy
hóa chất ô nhiễm chủ yếu là gián tiếp thông qua gốc hydroxyl được tạo ra từ
ozon.
Khi ozon hóa để thực hiện quá trình oxy hóa, lượng ozon không hòa tan hết, còn
dư thoát ra ở dạng khí, trong khi đó, ở quá trình Peroxone, do sự có mặt
hydrogen peroxide đã gia tăng đáng kể quá trình tiêu thụ và phân hủy ozon làm
cho sự chuyển ozon từ pha khí sang pha lỏng được tăng cường. Vì quá trình oxy
hóa thông qua gốc hydroxyl hiệu quả hơn quá trình oxy hóa trực tiếp bằng phân
tử ozon nên quá trình peroxone được sử dụng rất phổ biến và phát triển mạnh
nhiều năm gần đây để xử lý các chất gây mùi, vị khó chịu như geosmin, 2metyliosbocneol (MIB), các hợp chất hữu cơ chứa clo, đồng thời còn sử dụng
như một tác nhân khử trùng mạnh, tiêu diệt được những loại vi khuẩn hoặc các
loại kén bền vững với clo như Giardia và Cryptosporidium. Đối với nước thải,
quá trình peroxone sử dụng để xử lý các chất mang màu hoặc các chất hữu cơ
chứa halogen như tricloetylen (TCE), percloetylen (PCE), diclopropen (DCPE),
clopentan (CPA), dicloetan (DCA)…, các hợp chất của phenol, các alcohol và
axit dây ngắn đến mức độ khoáng hóa nhất định. Tuy vậy, quá trình peroxone
thường được dừng lại ở mức độ phân hủy nào đó, nhằm chuyển hóa các chất hữu
cơ khó phân hủy sinh học thành những chất hữu cơ có khả năng dễ phân hủy sinh
học, làm cải thiện tỷ số BOD/COD trong nước thải theo chiều thuận lợi để thực
hiện các quá trình xử lý sinh học tiếp sau.

Cơ chế phản ứng tạo gốc *OH từ hệ O3/H2O2
Sự có mặt của H 2O2 được xem như làm tác dụng khơi mào cho sự phân hủy O3
thông qua ion hydroperoxide HO2-, như mô tả trong các phương trình (1), (2)
dưới đây:
H2 O2

 HO2- + H+

(1)

HO2- + O3

 *O3- + *HO2

(2)

Các phản ứng tiếp theo tạo thành gốc hydroxyl *OH xảy ra như sau:
- Tạo gốc *OH từ *O3-:
*O3- + H+  *HO3
*HO3

(3)

 *OH + O2

(4)

- Tạo gốc *OH từ *HO2:
 H+ + *O2-

(5)

*O2- + O3  *O3- + O2

(6)

*O3- + H+  *HO3

(7)

*HO2

*HO3

 *OH + O2

(8)

Tổng hợp các phương trình trên có thể viết lại dưới dạng sau, đặc trưng cho quá
trình peroxone O3/H2O2:
10


H2O2 + 2O3  2*OH + 3O2

(9)

Các yếu tố ảnh hưởng
* Ảnh hưởng của các ion vô cơ
Một số anion vô cơ thường có trong nước ngầm và nước thải cũng có thể làm

giảm hiệu quả của quá trình Peroxone do chúng tìm diệt các gốc *OH vừa được
tạo ra. Những chất tìm diệt các gốc hydroxyl *OH được gọi chung là những chất
tìm diệt gốc hydroxyl (hydroxyl scavengers). Những phản ứng làm mất gốc
hydroxyl của một số anion tìm diệt gốc hydroxyl đặc trưng như sau:
*OH + CO32*OH + HCO
*OH + Cl

-

3

+ OH- (k=4,2 x 108 M-1s-1)

 *CO3

-

 *HCO3

-1 -1

(11)

9

-1 -1

(12)

+ OH (k=1,5 x 10 M s )

-

 *ClOH

(10)

7

(k=4,3 x 10 M s )

Qua số liệu trên cho thấy, hằng số tốc độ phản ứng giữa *OH và ion cacbonat lớn
hơn nhiều so với ion bicacbonat, vì vậy khi tăng pH, cân bằng của bicacbonatcacbonat sẽ chuyển dịch theo hướng tạo thành cacbonat gây bất lợi cho phản ứng
oxi hóa nâng cao. Trong khi đó, cacbonic axit lại không có tác dụng tóm bắt gốc
hydroxyl, vì vậy trong trường hợp nếu độ kiềm cao, bằng cách chỉnh pH sang
môi trường axit để chuyển cân bằng cacbonat-bicacbonat từ cacbonat (chất tìm
diệt gốc hydroxyl) sang cacbonic axit (không phải chất tìm diệt gốc hydroxyl), sẽ
có thể loại bỏ tác dụng kìm hãm tốc độ phản ứng của các ion cacbonat và
bicacbonat
Nói chung, các ion clorua, cacbonat và bicacbonat thường có ảnh hưởng kìm
hãm tốc độ phản ứng nhiều nhất, trong khi đó các ion sulfat, phosphat hay nitrat
thường ảnh hưởng ở mức độ thấp hơn.
* Độ pH và độ kiềm
Hydrogen peroxide bản thân phản ứng chậm với ozon, nhưng sản phẩm phân hủy
của hydrogen peroxide theo phương trình (1) là ion HO 2- lại phản ứng rất mạnh
với ozon theo phương trình (2). Vì vậy, trong môi trường pH cao rất thuận lợi
cho phản ứng (18) xảy ra, do đó làm tăng tốc độ quá trình phân hủy ozon và tạo
ra gốc *OH. Nếu tăng pH lên một đơn vị, có thể tăng tốc độ tạo thành gốc *OH
lên 10 lần [Meijers, R.T. et al.,1998]. Trị số pH tối ưu của quá trình peroxone
thường nằm trong khoảng 7-8.
Do đó, tốc độ phân hủy ozon khi có mặt hydrogen peroxide trong môi trường

trung tính hoặc kiềm được mô tả bằng biểu thức sau [Staehelin and Hoigné,
1982]:
-d[O3] / dt = k [O3] [HO2-]

k = (5,5 ± 1,0) x 106 M-1s-1

Qua biểu thức trên cho thấy, tốc độ phản ứng phân hủy ozon có thứ bậc 1 đối với
nồng độ ozon cũng như thứ bậc 1 đối với nồng độ ion HO 2- sinh ra do sự phân
hủy H2O2.
Độ kiềm là một thông số quan trọng của quá trình Peroxone O 3/H2O2. Nếu trong
nước và nước thải chứa độ kiềm bicacbonat và cacbonat, cần phải loại bỏ chúng
trước khi tiến hành phản ứng Peroxone O3/H2O2 vì khi thực hiện trong môi
11


trường pH cao, cân bằng cacbonat-bicacbinat sẽ nhanh chóng chuyển sang tạo
cacbonat là một chất tìm diệt gốc *OH.
* Tỷ lệ H2O2/O3
Phương trình (9) cho thấy 1 mol H 2O2 tác dụng với 2 mol O3 sẽ tạo ra 2 gốc tự do
*OH. Theo nhiều tác giả [Glaze, W.H. et al. 1989, Meijers R.T. et al. 1985], tỷ lệ
tối ưu H2O2/O3 là 0,5 mol H2O2 cho 1 mol O3. Tuy nhiên, nhu cầu H2O2 còn tùy
thuộc vào sự có mặt của những chất tìm diệt gốc *OH trong hệ. Chẳng hạn, khi
có mặt [HCO3-] nhu cầu H2O2 tăng lên tỷ lệ với nồng độ [HCO3-], do đó, tỷ lệ mol
H2O2/O3 không còn là 0,5 nữa. Mặt khác, cần lưu ý nếu cho H 2O2 quá dư so với
tỷ thức trên sẽ có tác dụng ngược lại, làmgiảm hiệu quả của quá trình O 3/H2O2 vì
H2O2 cũng có tác dụng như là chất tìm diệt các gốc *OH theo phản ứng:
*OH + H2O2  H2O + *HO2
Nói chung, tỷ lệ H2O2/O3 tối ưu để có thể cho tốc độ phản ứng tạo gốc hydroxyl
cực đại phải được xác định vào từng trường hợp cụ thể.
4.3.2 Phương pháp thực nghiệm

• Phương pháp thu thập số liệu.
• Phương pháp thực nghiệm trên mô hình trong điều kiện phòng thí nghiệm
• Phương pháp xác xuất thống kê, xử lý số liệu kết quả thí nghiệm: bằng
excel và phần mềm quy hoạch thực nghiệm.
• Phương pháp so sánh
• Phân tích các chỉ tiêu theo “Standard Methods for the Exammination of
Water and Wastewater” 1998.
TT

Chỉ tiêu
phân tích

Phương pháp phân tích

1

TSS

APHA 2540 (D)

2

COD

APHA 5220

3

BOD5

APHA 5210 (B)

4

Cl-

APHA 4500 (B)

5

Độ kiềm

APHA 2310 (B)

6

pH

pH meter

7

Độ màu

máy so màu hiệu HACH DR 2700

8

Khí O3 dư

phương pháp so màu, phương pháp dựa
trên sự hấp thụ ozone bằng dung dịch
KI và xác định bằng so màu do iod sinh
ra tác dụng với dimetyl p –
phenylendiamin tạo thành sản phẩm có
màu hồng.
Nguồn: [4]

12


4.3.3 Đối tượng nghiên cứu
Nước thải của ngành công nghiệp sản xuất cồn từ khoai mì chứa hàm lượng chất
hữu cơ rất cao, chủ yếu là xác nấm men, carbonhydate, một số hợp chất hữu cơ
khó phân hủy, chất tạo màu, andehyde, phenol, melanine, độ đục lớn, có màu
vàng đậm, mùi đường và mùi chua đặc trưng, nhiệt độ cao (75-85oC).
Bảng 4.3 : Thành phần tính chất nước thải sản xuất cồn từ khoai mì đầu vào hệ
thống xử lý nước thải
STT

Thông số

01

Nhiệt độ

02

pH

03

Đơn vị

Nồng độ đầu vào

0

C

60 – 80

-

3 – 10

BOD5

mgO2/l

20.300

04

COD

mgO2/l

50.400

05

SS

mg/l

2.700

06

Tổng N

mg/l

210

07

Tổng P

mg/l

20
Nguồn: [3]

Bảng 4.4 : Thành phần tính chất nước thải sản xuất cồn của Nhà máy Đường
Hiệp Hòa
STT

Chỉ tiêu

Đơn vị

Giá trị

1

pH

-

5,27

2

COD

mg/l

971

3

BOD5

mg/l

535

4

SS

mg/l

134

5

Tổng N

mg/l

53,8

6

Tổng P

mg/l

0,21

Thông qua bảng 4.3 ta thấy được mức độ ô nhiễm của nước thải rất lớn. Các
thông số đều cao gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn.
Trong bảng 4.4 cho thấy thông số nước thải của một nhà máy sản xuất cồn chứa
rất nhiều chất khó phân hủy sinh học nên nước thải các nhà máy sau khi xử lý
bằng phương pháp sinh học kỵ khí kết hợp với hiếu khí vẫn không đạt được tiêu
chuẩn xả thải. Vì vậy quá trình xử lý nâng cao sau khi xử lý sinh học để xử lý
nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải. Từ vấn đề đó, đề tài đã chọn đối tượng nghiên

cứu là nước thải nhà máy sản xuất cồn từ khoai mì sau khi đã qua xử lý sinh học.
Nhằm xử lý các chất khó phân hủy sinh học để nước thải sau khi xử lý đạt tiêu
chuẩn cho phép.
4.4 Mô hình nghiên cứu

13


T1

KI

V3

V4

Lưu
lượng kế
V5

Máy
phát
Ozone

V2
V1

T1 : Tháp hấp thụ khí O3 dư
V1 : Van xả đáy và lấy mẫu
V2 : Van điều chỉnh lưu lượng khi O3

V3 : Van nước thải vào
V4 : Van xả khí O3 dư
V5 : Van lấy mẫu
Mô hình nghiên cứu gồm 2 phần: (1) bể phản ứng và thiết bị khuấy trộn có tốc độ
là 30 – 80 vòng/phút, (2) máy phát ozone, lưu lượng kế, thiết bị điều chỉnh lưu
lượng ozone và thiết bị hấp thu ozone dư.
Bể phản ứng được làm bằng mica, hình trụ đường kính 10cm, cao 15cm, dung
tích 1 lít. Bình phản ứng được bố trí 5 van: van nước thải vào, van lấy mẫu, van
xả đáy và lấy mẫu, van điều chỉnh lưu lượng khí ozone, van xả khí ozone dư. Khí
ozone được cấp vào từ đáy bể phản ứng qua hệ thống đá bọt và máy phát ozone
nhẳm đảm bảo khí ozone hòa tan vào nước thải tối đa,
Thiết bị hấp thu ozone làm bằng mica có bề dày 2mm, bên trong chứa dung dịch
KI để hấp thu ozone dư thoát ra từ bể phản ứng.
Máy ozone có nồng độ từ 0,05 đến 0,5 mg/l. H 2O2 dùng trong thí nghiệm ở dạng
lỏng với nồng độ là 30%.
4.5 Phương pháp thí nghiệm
4.5.1 Nghiên cứu xử lý nước thải trên hệ ozon
a) Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý của hệ O3
Điều chỉnh pH của nước thải có nồng độ COD khoảng 500mg/l (sau khi pha
loãng) với các giá trị 6; 7; 8; 9; 10 vào các bình phản ứng và cho sục khí ozone
với lưu lượng 1 l/ph. Tiến hành phản ứng trong 90 phút. Trong suốt thời gian
phản ứng sẽ tiến hành lấy 6 mẫu với tần suất là 15 phút/ lần và tiến hành phân
tích các chỉ tiêu: COD, độ màu, pH, khí O3 dư
b) Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng O3 đến quá trình xử lý
14


Điều chỉnh pH của nước thải có nồng độ COD khoảng 500mg/l (sau khi pha
loãng) theo pH tối ưu từ nghiên cứu trước. Cho nước thải sau khi đã chỉnh pH
vào các bình phản ứng. Tiến hành thí nghiệm đối với dung dịch nước thải với lưu

lượng O3 lần lượt là 0,5; 1,0; 1,5; 2; 2,5; 3 l/ph. Trong suốt thời gian phản ứng sẽ
tiến hành lấy 6 mẫu với tần suất là 15 phút/ lần và tiến hành phân tích các chỉ
tiêu: COD, độ màu, pH, khí O3 dư
c) Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ COD đầu vào đến hiệu quả xử lý của
O3
Tiến hành thí nghiệm với dung dịch nước thải có nồng độ COD đầu vào lần lượt
là: 250, 500, 750, 1.000 mg/l. Điều chỉnh pH của các mẫu nước theo pH tối ưu từ
nghiên cứu trước. Cho nước thải sau khi đã chỉnh pH vào các bình phản ứng.
Tiến hành thí nghiệm đối với dung dịch nước thải với lưu lượng O 3 theo lưu
lượng tối ưu từ nghiên cứu trước. Trong suốt thời gian phản ứng sẽ tiến hành lấy
mẫu với tần suất là 15 phút/ lần và tiến hành phân tích các chỉ tiêu: COD, BOD,
độ màu, pH, khí O3 dư
4.5.2 Nghiên cứu xử lý nước thải trên hệ perozone
a) Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý của hệ O3/H2O2
Điều chỉnh pH của nước thải có nồng độ COD khoảng 500mg/l (sau khi pha
loãng) với các giá trị 6; 7; 8; 9; 10 vào các bình phản ứng. Cho nước thải vào các
bình phản ứng và cho vào bình phản ứng 1 lượng H 2O2 với tỉ lệ nồng độ là
H2O2/O3 là 0,5. Lưu lượng O3 sục vào các bình phản ứng lấy theo lưu lượng tối
ưu từ nghiên cứu trên. Tiến hành phản ứng trong 90 phút. Trong suốt thời gian
phản ứng sẽ tiến hành lấy mẫu với tần suất là 15 phút/ lần và tiến hành phân tích
các chỉ tiêu: COD, độ màu, pH, khí O3 dư
b) Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ nồng độ H2O2/O3 đến hiệu quả xử lý
Điều chỉnh pH của nước thải có nồng độ COD khoảng 500mg/l (sau khi pha
loãng) theo pH tối ưu từ nghiên cứu trên. Cho nước thải sau khi điều chỉnh pH
vào các bình phản ứng. Sau đó cho vào các bình phản ứng 1 lượng H 2O2 với các
tỉ lệ H2O2/O3 lần lượt là: 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9. Lưu lượng O 3 sục vào các bình
phản ứng lấy theo lưu lượng tối ưu từ nghiên cứu trên. Tiến hành phản ứng trong
90 phút. Trong suốt thời gian phản ứng sẽ tiến hành lấy mẫu với tần suất là 15
phút/ lần và tiến hành phân tích các chỉ tiêu: COD, độ màu, pH, khí O3 dư
c) Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ COD đầu vào đến hiệu quả xử lý của

hệ H2O2/O3
Tiến hành thí nghiệm với dung dịch nước thải có nồng độ COD đầu vào lần lượt
là: 250, 500, 750, 1.000 mg/l. Điều chỉnh pH của các mẫu nước theo pH tối ưu từ
nghiên cứu trước. Cho nước thải sau khi đã chỉnh pH vào các bình phản ứng.
Tiến hành thí nghiệm đối với dung dịch nước thải với lưu lượng O 3 và lượng
H2O2 tối ưu từ nghiên cứu trước. Trong suốt thời gian phản ứng sẽ tiến hành lấy

15


mẫu với tần suất là 15 phút/ lần và tiến hành phân tích các chỉ tiêu: COD, BOD,
độ màu, pH, khí O3 dư
d) Nghiên cứu ảnh hưởng của các Anion đến quá trình xử lý
Điều chỉnh pH của nước thải có nồng độ COD khoảng 500mg/l (sau khi pha
loãng) theo pH tối ưu từ nghiên cứu trên. Cho nước thải sau khi điều chỉnh pH
vào các bình phản ứng. Sau đó cho vào các bình phản ứng 1 lượng H 2O2 với tỉ lệ
H2O2/O3 tối ưu theo nghiên cứu trước. Lưu lượng O 3 sục vào các bình phản ứng
lấy theo lưu lượng tối ưu từ nghiên cứu trên. Tiếp tục cho thêm vào dung dịch
nước thải trước xử lý lần lượt các anion; HCO 3-, CO32-, Cl- với nồng độ lần lượt
0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5M. Tiến hành phản ứng trong 90 phút. Trong suốt thời gian
phản ứng sẽ tiến hành lấy mẫu với tần suất là 15 phút/ lần và tiến hành phân tích
các chỉ tiêu: COD, độ màu, pH, khí O3 dư, CO32-, HCO3-, Cl-.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC, KINH TẾ, XÃ HỘI
Ý nghĩa khoa học
• Nghiên cứu xác định được khả năng chuyển hóa bằng phương pháp
perozone đối với nước thải.
• xác định sự tương quan giữa liều lượng hóa chất và thành phần ô nhiễm
trong nước thải.
• Cung cấp thông số về sự vượt trội giữa phương pháp dùng hệ perozone và
phương pháp oxy hóa dùng ozone.

• Xác định sự chuyển hóa của các thành phần khó phân hủy sinh học.
Ý nghĩa kinh tế và xã hội
• Ứng dụng hệ perozone để xử lý nước thải sản xuất cồn từ khoai mì là
phương pháp đơn giản, hiệu quả, dễ kiểm soát, hóa chất sẵn có, có thể xử
lý hiệu quả các chất khó phân hủy sinh học, không tạo ra sản phẩm phụ có
hại.
• Việc áp dụng hệ perozone để xử lý nước thải cũng góp phần bảo vệ môi
trường, xử lý triệt để ô nhiễm.
Tính mới của đề tài
• Sản xuất cồn từ khoai mì là một loại hình sản xuất công nghiệp mới ở Việt
Nam nên nghiên cứu xử lý nước thải loại hình này là chưa có. Trên thế
giới thì sản xuất cồn từ khoai mì thì chỉ có một số nước thực hiện, nên số
lượng nghiên cứu cũng không nhiều.
• Nghiên cứu áp dung phương pháp peroxone lần đầu thực hiện trong nước
cho xử lý nước thải sản xuất cồn từ khoai mì. Các thông số vận hành là cơ
sở thiết kế và áp dụng thực tế.
6. CÁC CHƯƠNG MỤC
MỞ ĐẦU
MỤC LỤC
16


DANH CÁCH CÁC BẢNG
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
CÁC TỪ VIẾT TẮT
CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
1.3 Nội dung nghiên cứu
1.4 Ý nghĩa

1.5 Phương pháp nghiên cứu
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT CỒN TỪ
KHOAI MÌ
2.1 Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất cồn từ khoai mì
2.1.1 Tình hình chung
2.1.2 Nguyên liệu sản xuất
2.1.3 Giới thiệu về Công ty sản xuất cồn từ khoai mì
2.1.4 Quy trình sản xuất
2.2 Thành phần tính chất nước thải sản xuất cồn từ khoai mì
2.2.1 Thành phần tính chất nước thải
2.2.2 Tác động của nước thải sản xuất cồn đến môi trường
2.2.3 Lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CỒN TỪ KHOAI MỈ
3.1 Phương pháp cơ học
3.2 Phương pháp hóa học
3.3 Phương pháp sinh học
3.4 Tổng quan về các phương pháp oxy hóa nâng cao
3.5 Hệ thống Peroxone (O3/H2O2)
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN
XUẤT CỒN TRÊN MÔ HÌNH PEROXONE (O3/H2O2)
4.1 Mục đích nghiên cứu
4.2 Mô hình nghiên cứu
4.3 Nội dung nghiên cứu
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
5.1 Kết quả khảo sát thành phần, tính chất nước thải sản xuất cồn từ khoai mì
5.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình
5.3 Đánh giá nhận xét tổng hợp qua nghiên cứu
17

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN PHỤ LỤC
7. TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN
Đề tài dự trù thực hiện trong 06 tháng: từ 01/03/2011 đến 01/09/2011
Thời gian
Nội dung

Tháng
3

4

5

6

7

8

9

Thu thập tài liệu, phân tích đánh giá
Điều tra, khảo sát thành phần, tính chất
của nước thải sản xuất cồn từ khoai mì
Xây dựng và chạy mô hình thí nghiêm
Tổng hợp số liệu, tài liệu và viết luận
văn

8. PHẦN CHUẨN BỊ CỦA HỌC VIÊN
• Tìm hiểu và thu thập tài liệu về các phương pháp xử lý nước thải cồn từ
khoai mì.
• Tìm hiểu về phương pháp oxy hóa bâc cao peroxone (O 3/H2O2)
• Xây dựng mô hình Oxy hóa nâng cao peroxone (O3/H2O2)
• Lập kế hoạch, trình tự các bước triển khai mô hình thí nghiệm
9. TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Fernando J. Beltrán, Ozone–UV Radiation–Hydrogen Peroxide Oxidation
Technologies, Universidad de Extremadura, Badajoz, Spain.

[2] Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung, (2006), Các Quá trình Oxy hóa nâng
cao trong xử lý nước và nước thải – Cơ sở Khoa học và Ứng dụng, Nhà
Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

[3] Báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án “ Đầu tư xây dựng nhà máy
sản xuất ethanol công suất 100.000.000 lít/năm tại xã Minh Hưng, huyện
Bù Đăng, tỉnh Bình Phước”

[4] Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 1998
[5] Gholamreza Moussavi, Ahmadreza Yazdanbakhsh, Mahdi Heidarizad;
The removal of formaldehyde from concentrated synthetic wastewater
using O3/MgO/H2O2 process integrated with the biological treatment;
Journal of Hazardous Materials 171 (2009) 907–913.

[6] Bavo De Witte, Jo Dewulf, Kristof Demeestere, Herman Van
Langenhove, Ozonation and advanced oxidation by the peroxone process
18

of ciprofloxacin in water, Journal of Hazardous Materials 161 (2009) 701–
708

[7] Batol Makiabadi, Hossein Roohi, Interaction between O3 and H2O2: A
theoretical study, Chemical Physics Letters 460 (2008) 72–78

[8] Roberto Rosal, Antonio Rodríguez, José Antonio Perdigón-Melón, Alice
Petre, Eloy García-Calvo, Oxidation of dissolved organic matter in the
effluent of a sewage treatment plant using ozone combined with hydrogen
peroxide (O3/H2O2), Chemical Engineering Journal 149 (2009) 311–318

[9] Ali Safarzadeh-Amiri, O3/H2O2 Treatment of Methul-Tert-Butyl Ether
(MTBE) in contaminated waters, Wat. Res. Vol. 35, No. 15, pp. 3706–
3714, 2001

[10] Đào Sỹ Đức, Vũ Thị Mai, Đoàn Thị Phương Lan, (2009), Nghiên cứu
Xử lý màu của nước thải giấy bằng phản ứng Fenton, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN.

[11] La Thị Thái Hà, Lương Thành Nhơn, (2007), Nghiên cứu xây dựng mô
hình Oxy hóa hóa học (H2O2) kết hợp với bức xạ tử ngoại (UV) dùng để
xử lý nước thải chứa thuốc bảo vệ thực vật tại thành phố Hồ Chí Minh,
Viện Môi trường và Tài nguyên.

[12] Nguyễn Văn Phước, Võ Chí Cường, (2007), NGHIÊN CỨU NÂNG
CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ COD KHÓ PHÂN HUỶ SINH HỌC TRONG
NƯỚC RÁC BẰNG PHẢN ỨNG FENTON, Trường Đại học Bách
khoa, ĐHQG-HCM.

[13] Ngô Chỉnh Quân, Nghiên cứu xử lý nước thải bằng Ozone, Trung tâm

Nhiệt đới Việt Nga – Chi nhánh phía Nam.

[14] Trương Qúy Tùng, Lê Văn Tuấn, Nguyễn Thị Khánh Tuyền, Phạm Khắc
Liệu, Xử lý nước rỉ rác bằng tác nhân UV-Fenton trong thiết bị gián
đoạn, Tạp chí Khoa học, Đại học Huế, số 53, 2009
10. Ý KIẾN CỦA THẦY HƯỚNG DẪN
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................

Giáo viên hướng dẫn

19


PGS. TS. NGUYỄN VĂN PHƯỚC

20