Nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải quá trình luyện cốc bằng phương pháp ozon hóa kết hợp với xúc tác Fe0-Fe3O4 Graphen

Header Page 1 of 126.

.ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐạI HọC KHOA HọC Tự NHIÊN
-----------

Lê Trung Viêṭ

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHENOL TRONG NƢỚC THẢI
QUÁ TRÌNH LUYỆN CỐC BẰNG PHƢƠNG PHÁP OZON HÓA
KẾT HỢP VỚI XÚC TÁC Fe0-Fe3O4/GRAPHEN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2016

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

.ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐạI HọC KHOA HọC Tự NHIÊN
-----------

Lê Trung Viêṭ

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHENOL TRONG NƢỚC THẢI
QUÁ TRÌNH LUYỆN CỐC BẰNG PHƢƠNG PHÁP OZON HÓA
KẾT HỢP VỚI XÚC TÁC Fe0-Fe3O4/GRAPHEN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trƣờng
Mã số: 60520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
GVHD 1: PGS. TS. Nguyễn Thi ̣Hà
GVHD 2: PGS. TS. Nguyễn Quang Trung

HÀ NỘI - 2016

Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện
dưới sự hướng dẫn của người hướng dẫn khoa học.
Luận văn này được thực hiện trong khuôn khổ luận án tiến sĩ của nghiên cứu
sinh Nguyễn Thanh Thảo với mã số đề` tài 62 52 03 20 thuộc Học viện Khoa học và
Công nghệ - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Học viên

Lê Trung Việt

Footer Page 3 of 126.

Header Page 4 of 126.

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Thị Hà
và PGS. TS. Nguyễn Quang Trung, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, tạo mọi điều kiện
thuận lợi và luôn giải đáp các thắc mắc và đóng góp các ý kiến quý báu để tôi có thể
hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự tận tình giảng dạy, chỉ bảo của các thầy cô
Khoa Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Cảm ơn các đồng nghiệp tại Phòng Phân tích Độc chất Môi trƣờng – Viện
Công nghệ Môi trƣờng và tập thể Phòng Thí nghiệm trọng điểm về An toàn Thực
phẩm – Trung tâm Đào tạo, Tƣ vấn và Chuyển giao Công nghệ - Viện Hàn Lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã hỗ trợ và ủng hộ tôi trong suốt quá trình
nghiên cứu luận văn.
Tuy có nhiều cố gắng nhƣng thời gian và kiến thức có hạn nên không thể
tránh khỏi những thiếu sót, khiếm khuyết. Rất mong nhận đƣợc sự góp ý, chỉnh sửa
của quý thầy cô.
Và cuối cùng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những ngƣời thân
trong gia đình và bạn bè đã luôn cổ vũ và động viên tôi trong những lúc khó khăn
để có thể vƣợt qua và hoàn thành tốt luận văn này.
Hà Nội, ngày 23 tháng 12 năm 2016
Học viên ký tên

Lê Trung Việt

Footer Page 4 of 126.


Header Page 5 of 126.

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................3
1.1. Tổng quan về phenol........................................................................................3
1.1.1. Sự hình thành phenol từ nƣớc thải cốc .....................................................3
Quy trình công nghệ sản xuất than cốc: .............................................................3
1.1.2 Thành phần của nƣớc thải cốc ...................................................................3
1.1.3. Độc tính của phenol và ảnh hƣởng đến con ngƣời và môi trƣờng ...........4
1.2. Công nghệ xử lý phenol trong nƣớc thải cốc...................................................5
1.2.1. Tổng quan các nghiên cứu xử lý phenol ở trong nƣớc .............................5
1.2.2. Tổng quan các nghiên cứu xử lý nƣớc thải cốc ở nƣớc ngoài..................8
1.2.3. Giới thiệu quy trình xử lý nƣớc thải dập cốc của Công ty TNHH Gang
thép Hƣng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh ...............................................................12
1.3. Giới thiệu về quá trình ozon hóa xúc tác và ƣ́ng du ̣ng trong xƣ̉ lý nƣớc ......14
1.3.1. Cơ chế oxi hóa của ozon.........................................................................14
1.3.2. Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình ozon hoá.........................................19
1.3.3. Ƣu và nhƣợc điểm của các quá trình ozon hoá trong x ử lý nƣớc và nƣớc
thải ....................................................................................................................22
1.3.4. Ứng dụng của ozon trong xử lý nƣớc và nƣớc thải ................................22
1.3.5. Giới thiê ̣u về quá trình ozon hóa xúc tác và ƣ́ng du ̣ng trong xƣ̉ lý nƣớc
..........................................................................................................................24
1.4. Giới thiệu vật liệu graphen ............................................................................29
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................31
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ....................................................................................31
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ...............................................................................31
2.2.1. Hóa chất và thiết bị .................................................................................31

Footer Page 5 of 126.


Header Page 6 of 126.

2.2.2. Mô hình thí nghiê ̣m ................................................................................31
2.2.3. Điề u kiê ̣n thí nghiê ̣m ..............................................................................32
2.2.4. Phƣơng pháp phân tích ...........................................................................36
2.2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu ......................................................................39
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................................40
3.1. Nghiên cƣ́u xƣ̉ lý phenol trong nƣớc bằ ng ozon ...........................................40
3.1.1. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng xử lý phenol bằng ozon ....................40
3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ ozon đến quá trình xử lý ...................42
3.2. Nghiên cƣ́u xƣ̉ lý phenol trong nƣớc bằ ng ozon kế t hơ ̣p với xúc tác Fe

º

-

Fe3O4/Graphen. .....................................................................................................43
3.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác ...........................................43
3.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ phenol đến quá trình xử lý ................44
3.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của anion Cl - ..........................................................45
3.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của anion CN - ........................................................46
3.2.5. Ảnh hƣởng của yếu tố cạnh tranh ...........................................................47
3.3. Áp dụng thực tế xử lý nƣớc thải cốc lấy tại công ty TNHH Gang thép Hƣng
Nghiê ̣p Formosa Hà Tiñ h bằng phƣơng pháp O3 kết hợp với chất xúc tác ..........48
3.4. Xây dựng phƣơng trình động học tốc độ phản ứng cho quá trình xử lý phenol
bằng ozon hóa xúc tác ...........................................................................................51

3.4.1. Quá trình ozon hóa xúc tác đối với dung dịch phenol ............................52
3.4.2. Quá trình ozon hóa xúc tác nƣớc thải sinh hóa của Công ty TNHH Gang
thép Hƣng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh ...............................................................53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................56
PHỤ LỤC ..................................................................................................................61

Footer Page 6 of 126.


Header Page 7 of 126.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Thành phần nƣớc thải cốc hóa tại các nƣớc trên thế giới ..............................4
Bảng 2: Thành phần một số hợp chất có trong nƣớc thải cốc hóa ............................48
Bảng 3: Phƣơng trình tốc độ phản ứng của phenol trong hệ ozon và ozon kết hợp
xúc tác .......................................................................................................................53
Bảng 4: Phƣơng trình tốc độ phản ứng của phenol và 2-methylphenol trong hệ ozon
kết hợp xúc tác ..........................................................................................................54

Footer Page 7 of 126.


Header Page 8 of 126.

DANH MỤC HÌ NH
Hình 1: Lƣu trình công nghệ xử lý nƣớc thải dập cốc của Công ty TNHH Gang thép
Hƣng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh ................................................................................13
Hình 2: Phản ứng oxi hoá của ozon trong nƣớc........................................................15
Hình 3: Phản ửng của O3 với các chấ t hƣ̃u cơ trong nƣớc ........................................16

Hình 4. Cơ chế quá trình ozon hóa xúc tác phân hủy các chất hữu cơ .....................29
Hình 5: Ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét Fe0-Fe3O4/Graphen với độ phóng
đại 10.000 lần ............................................................................................................30
Hình 6: Mô hiǹ h thiế t bi ̣thí nghiê ̣m .........................................................................32
Hình 7: Đƣờng chuẩn xác định phenol .....................................................................37
Hình 8: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng xử lý phenol bằng ozon
...................................................................................................................................40
Hình 9: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ ozon đến quá trình xử lý phenol
bằ ng ozon ..................................................................................................................42
Hình 10: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác đến hiệu suất xử lý
phenol bằng ozon ......................................................................................................43
Hình 11: Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ phenol đến hi ệu suất xử lý trong quá
trình ozon hóa xúc tác theo thời gian ........................................................................44
Hình 12: Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Cl - đến hiệu suất xử lý phenol của ozon
hóa xúc tác theo thời gian .........................................................................................45
Hình 13: Khảo sát ảnh hƣởng của n ồng độ CN- đến hiệu suất xử lý trong quá trin
̀ h
ozon hóa xúc tác theo thời gian .................................................................................46
Hình 14: Khảo sát ảnh hƣởng của 2-methylphenol đến quá trình ozon hóa xúc tác
phenol trong dung dịch..............................................................................................47
Hình 15: Hiệu suất xử lý phenol và 2-methylphenol trong nƣớc thải đầu vào sinh
hóa bằng ozon hóa xúc tác ........................................................................................49
Hình 16: Hiệu suất xử lý COD trong nƣớc thải đầu vào sinh hóa bằng quá trình
ozon hóa xúc tác ........................................................................................................50

Footer Page 8 of 126.


Header Page 9 of 126.

Hình 17: pH của nƣớc thải tại các thời điểm xử lý bằng ozon hóa xúc tác ..............51
Hình 18: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng giả bậc một k* của quá trình xƣ̉ lý phenol
trong hệ ozon và ozon hóa xúc tác ............................................................................52
Hình 19: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng giả bậc một k* của quá trình xƣ̉ lý phenol
và 2-methylphenol trong hệ ozon hóa xúc tác đối với nƣớc thải thật. ......................54

Footer Page 9 of 126.


Header Page 10 of 126.

KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

COD: Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)
EPA:
GC/MS:
HPLC:
PAHs:

Cục Bảo vệ Môi trƣờng Mỹ (United State Environmental
Protection Agency)
Máy sắc ký khí khối phổ (Gas Chromatogram Mass
Spectrometry)
Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid
Chromatography)
Các hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic
Hydrocarbon)

TNHH: Trách nhiệm hữu hạn
TOC: Tổng cacbon hữu cơ (Total Organic Carbon)

TSS: Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solids)

Footer Page 10 of 126.


Header Page 11 of 126.

MỞ ĐẦU
Trong những năm qua, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở Việt Nam
diễn ra mạnh mẽ, thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội của đất nƣớc. Kèm theo đó là
các vấn đề về ô nhiễm môi trƣờng. Phenol là chất ô nhiễm độc hại và đƣợc liệt kê
vào 129 chất ô nhiễm cần ƣu tiên xử lý theo hƣớng dẫn của Cục bảo vệ Môi trƣờng
Mỹ [22]. Phenol thƣờng phát sinh ra trong các dòng thải của các ngành công nghiệp
nhƣ hóa dầu, lọc dầu, sản xuất nhựa, ngành thép, dệt nhuộm, giấy và bột giấy, thuốc
trừ sâu, dƣợc phẩm, tổng hợp nhựa, nƣớc thải của quá trình luyện cốc [23, 28]. Bộ
Tài nguyên và Môi trƣờng Việt Nam đã đƣa ra giới hạn cho phép của phenol trong
nƣớc mặt <0,001 mg/L do mức độ độc hại của nó với con ngƣời và môi trƣờng.
Phenol có thể gây ung thƣ, đột biến gen, quái thai và là một hóa chất ít bị phân hủy
sinh học. Phenol làm nhiễm độc nguồn nƣớc, gây nguy hại cho con ngƣời và sinh
vật. Cũng chính vì phenol phát sinh trong nhiều nguồn thải của nhiều loại hình công
nghiệp do đó ô nhiễm phenol trong nƣớc thải đang rất đƣợc quan tâm nghiên cứu ở
nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam.
Để xử lý phenol, các phƣơng pháp xử lý truyền thống đã đƣợc áp dụng nhƣ
phƣơng pháp hóa lý (hấp phụ, keo tụ, lắng…) đã đƣợc áp dụng nhƣng không hiệu
quả cao và nƣớc thải sau xử lý chƣa đạt tiêu chuẩn xả thải.
Những năm gần đây, quá trình ozon hóa xúc tác – catalytic ozonation
process (COP) hay thƣờng gọi là catazon đƣợc xem nhƣ một chiến lƣợc mới về xử
lý các chất hữu cơ khó phân hủy. Về bản chất catazon cũng chính là một phƣơng
pháp oxy hóa tiên tiến mới mà trong đó chất xúc tác đƣợc dùng để tăng sự hòa tan
của ozon để tạo ra các gốc hydroxyl có hoạt tính cao [6]. Các gốc hydroxyl này có

khả năng oxy hóa những chất hữu cơ độc hại và khó phân hủy thành những chất vô
cơ và những sản phẩm ít độc hơn [25]. Rất nhiều công trình nghiên cứu cho thấy
quá trình COP có thể tăng cƣờng hiệu quả bằng cách kết hợp ozon với xúc tác tổng
hợp gồm các kim loại và oxit kim loại nhƣ CO3O4/CeO2, TiO2, Pt/carbon nanotube,
Ru/AL2O3, Fe3O4/CoO, Fe2O3, Fe2O3/CeO2, Cu/ZrO, CuFe2O4, carbon hoạt tính...
Những chất xúc tác cũng đã đƣợc nhiều tác giả chứng minh làm tăng hiệu quả phân

1

Footer Page 11 of 126.


Header Page 12 of 126.

hủy chất hữu cơ của quá trình ozon hóa [5]. Đây cũng chính là giải pháp mới cho
các nhà công nghệ ứng dụng để xử lý nƣớc thải ô nhiễm phenol.
Ở Việt Nam hầu hết các nhà máy luyện cốc đều sử dụng phƣơng pháp dập
ƣớt để làm nguội than. Phƣơng pháp ƣớt có ƣu điểm là giá thành thấp do chỉ sử
dụng nƣớc tuy nhiên đây cũng là nguồn phát sinh một lƣợng nƣớc thải ô nhiễm cho
ngành này. Nƣớc thải này chứa rất nhiều chất ô nhiễm độc hại nhƣ COD, NH4+, CN, phenol, PAHs…Nồng độ phenol trong nƣớc thải cốc thƣờng dao động trong
khoảng từ 300-1500 mg/l. Nồng độ này khác nhau ở từng nhà máy, phụ thuộc vào
nguồn nguyên liệu sử dụng. Với sự phát triển không ngừng của ngành luyện gang,
các nhà máy luyện cốc càng ngày càng phát triển kéo theo một lƣợng lớn nƣớc thải
chứa phenol cần xử lý. Luận văn với tiêu đề: “Nghiên cứu xử lý nƣớc thải chứa
phenol trong nƣớc thải quá trình luyện cốc bằng phƣơng pháp ozon hóa kết hợp với
xúc tác Fe-Fe3O4/Graphen” với mục đích thử nghiệm xử lý nƣớc thải cốc bằng quá
trình catazon, sử dụng chất xúc tác sẵn có, thân thiện với môi trƣờng nhằm góp
phần nhỏ vào công cuộc giảm thiểu ô nhiễm ở Việt Nam.
Mục tiêu nghiên cứu:
1. Nâng cao hiệu quả xử lý phenol trong nƣớc thải cốc bằng quá trình ozon hóa

xúc tác thông qua việc xác định điều kiện tối ƣu cho xử lý phenol trong nƣớc
thải cốc bằng hệ ozon có xúc tác.
2. Áp dụng xử lý nƣớc thải luyện cốc của Công ty Gang thép Hƣng Nghiệp
Formosa Hà Tĩnh.
Nội dung nghiên cứu
1. Thiết kế hệ thí nghiệm dạng pilot để thử nghiệm quá trình xƣ̉ lý phenol trong
nƣớc thải cốc bằng quá trình ozon hóa kết hợp với một số hệ xúc tác.
2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý. So sánh hiệu quả khi
xử lý phenol bằng ozon và khi sử dụng thêm xúc tác .
3. Xác định điề u kiê ̣n ốt i ƣu cho xƣ̉ lý phenol trong nƣớc thải cốc bằ ng hệ ozon.
4. Áp dụng thực tế vào nƣớc thải cốc của Công ty TNHH Gang thép Hƣng
Nghiê ̣p Formosa Hà Tiñ h.

2

Footer Page 12 of 126.


Header Page 13 of 126.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về phenol
1.1.1. Sự hình thành phenol từ nƣớc thải cốc
Quy trình công nghệ sản xuất than cốc:
Than đƣợc luyện thành cốc trong điều kiện có không khí tham gia, than từ
tháp đƣợc lấy vào xe rót, xe rót chạy trên bề mặt lò cốc để nạp than vào buồng than
hóa, than đƣợc gia nhiệt gián tiếp. Nhiệt từ buồng đốt truyền qua từng buồng than
hóa tới khối than. Nhiên liệu dùng cho buồng đốt là khí cốc. Khí cốc tạo thành trong
quá trình luyện cốc tập trung trên khoảng không ở trên đỉnh và vào ống tập khí. Tại
đây hỗn hợp khí sẽ đƣợc hạ nhiệt từ 800oC xuống còn 80-100oC bởi quá trình phun

nƣớc NH3. Bộ phận quạt gió sẽ hút khí than ở ống tập khí qua phân ly và làm lạnh
sơ bộ, đẩy vào khử mùi. Qua quá trình sẽ thu hồi đƣợc dầu cốc và khí cốc nghịch,
dầu cốc đƣợc đƣa sang khu chế biến để sản xuất các sản phẩm hóa học. Khí cốc
sạch đƣợc thu hồi quay lại gia nhiệt lò cốc và cung cấp cho các hộ tiêu thụ khác [5].
Khi nhiệt độ của bánh cốc đạt 950-1050oC thì cửa lò than hóa mở, cốc đƣợc
chuyển xuống tháp dập cốc, nƣớc để dập cốc là nƣớc thải chứa phenol đã qua xử lý.
Nƣớc phenol chứa trong bể đƣợc bơm dập lên dàn phun để dập cốc đƣợc nhanh và
đều. Nƣớc khi phun vào cốc nóng đỏ một phần chuyển thành hơi nƣớc cùng hóa
chất phân hủy bay ra, phần còn lại về bể chứa [5].
Phần nƣớc thải phenol của phân xƣởng hoá đƣợc tập trung đƣa về trạm xử lý
nƣớc thải sinh hóa để xử lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng.
1.1.2 Thành phần của nƣớc thải cốc
1.1.2.1 Thành phần nƣớc thải cốc ở Việt Nam
Nƣớc thải của nhà máy s ản xuất than cố c có ch ứa nhiề u hơ ̣p chấ t hữu cơ khó
phân hủy, đă ̣c biê ̣t là phenol . Hàm lƣợng phenol trong nƣớc dập cố c , nƣớc thải của
các nhà máy cốc thƣờng rấ t cao (300-1500 mg/L). Nƣớc thải của công đoạn dập cố c
là nƣớc có ch ứa nhiề u các hơ ̣p chấ t h ữu cơ khó phân hủy và ch ủ yếu là h ỗn hợp
hidrocacbon thơm, dị vòng thơm và dẫn xuất của chúng [5].

3

Footer Page 13 of 126.


Header Page 14 of 126.

1.1.2.2. Thành phần nƣớc thải cốc trên thế giới
Bảng 1 thể hiê ̣n mô ̣t số thông số ô nhiễm điể n hin
̀ h trong nƣớc thải sản xuấ t
than cố c . Nồ ng đô ̣ của tƣ̀ng thành phầ n tùy thuô ̣c vào loa ̣i than đƣơ ̣c sƣ̉ du ̣ng cho

tƣ̀ng công nghê ̣ [32]. Nƣớc thải dập cốc có đặc tính là COD rất cao 2200 – 6500
mg/L, nồng độ phenol tổng đạt từ 333 – 1200 mg/L và nồng độ thiocyanate (SCN-)
184 – 500 mg/L, đều là những tác nhân rất độc hại cho môi trƣờng nếu không đƣợc
xử lý.
Bảng 1: Thành phần nƣớc thải cốc hóa tại các nƣớc trên thế giới
Thông số

Nƣớc thải cố c ta ̣i các nƣớc
Australia

Đức

Tây Ban Nha

BOD5 (mg/L)

610

1600 - 2600

1150

COD (mg/L)

2200

4000 - 6500

3030

TSS (mg/L)

50

2 – 10

31

NH4+-N (mg/L)

272

50 - 150

1010

Photpho (mg/L)

<1

<1

<1

333

400 - 1200

485

SCN- (mg/L)

184

200 - 500

215

CN- (mg/L)

93

4 – 15

50

Phenol tổng
(mg/L)

[Vazquez và cộng sự, 2007]

1.1.3. Độc tính của phenol và ảnh hƣởng đến con ngƣời và môi trƣờng
Phenol có thể thâm nhâ ̣p vào cơ t hể ngƣời qua viê ̣c hô hấ p và tiế p xúc da ,
mắ t, màng nhầy. Phenol đƣơ ̣c xem là chấ t cƣ̣c đô ̣c đố i với con ngƣời nế u đi vào cơ
thể ngƣời qua đƣờng miê ̣ng với hàm lƣơ ̣ng lớn

. Khi ăn phải nhƣ̃ng chấ t có hàm

lƣơ ̣ng phenol cao sẽ dẫn đến tử vong . Triê ̣u chƣ́ng nhƣ co giâ ̣t , hôn mê dẫn tới rố i
loạn hô hấp, không còn khả năng kiể m soát , máu trong cơ thể thay đổi dẫn đến hiện

tƣơ ̣ng tu ̣t huyế t áp . Phenol còn làm ảnh hƣởng tới gan , thâ ̣n và cả tim của ngƣời
nhiễm đô ̣c [6].

4

Footer Page 14 of 126.


Header Page 15 of 126.

Nhƣ̃ng ảnh hƣởng lâu dài của phenol: nhiề u thí nghiê ̣m đã chỉ ra sƣ̣ liên quan
về đau bắ p thiṭ , sƣng gan của con ngƣời khi tiế p xúc với phenol lâu ngày

. Phenol

còn gây bỏng cho da, làm rối loạn nhịp tim.
Hiê ̣n nay , chƣa có nghiên cứu nào về sự ảnh hƣởng của phenol ở nồng độ
thấ p đố i với sƣ̣ phát triể n của cơ thể , tuy nhiên nhiề u nhà khoa ho ̣c cho rằ ng tiế p
xúc thƣờng xuyên với phenol có thể dẫn đến sự phát triển chậm trễ , gây ra sƣ̣ biế n
đổ i di ̣thƣờng ở thế hê ̣ sau, tăng tỉ lê ̣ đẻ non ở ngƣời mang thai.
Khả năng gây ung thƣ của phenol: hiê ̣n nay, chƣa có mô ̣t nghiên cƣ́u cu ̣ thể nào
chỉ ra rằng phenol có khả năng gây ra ung thƣ ở ngƣời. Tuy nhiên, kế t quả nghiên cƣ́u
khi cho đô ̣ng vâ ̣t ăn thƣờng xuyên thƣ́c ăn có chƣ́a phenol ở hàm lƣơ ̣ng cho phép chỉ ra
rằ ng: Ở động vật đó xuất hiện các khối u hoặc các chất gây bệnh ung thƣ da . EPA đã
xế p phenol vào nhóm D, nhóm có khả năng gây bệnh ung thƣ ở ngƣời.
Khi ăn , uố ng phải mô ̣t lƣơ ̣ng phenol có thể gây kić h ƣ́ng
trong cơ thể và gây tƣ̉ vong ở hàm lƣơ ̣ng cao

, bỏng phía bên

. Tình trạng kích ứng và ảnh hƣởng

cũng xảy ra tƣơng tự đối với các loài động vật khi tiếp xúc vớ i phenol.
Chính vì vậy, phenol có tác đô ̣ng rấ t lớn đế n môi trƣờng . Tình trạng ô nhiễm
phenol trong không khí , nƣớc thải và trong đấ t có thể ảnh hƣởng đế n hê ̣ sinh thái và
ở hàm lƣợng cao có thể tiêu diệt toàn bộ hệ sinh thái [6].
1.2. Công nghệ xử lý phenol trong nƣớc thải cốc
1.2.1. Tổng quan các nghiên cứu xử lý phenol ở trong nƣớc
Nghiên cứu xử lý nƣớc thải chứa phenol sinh ra trong công đoạn dập cốc còn
rất ít đƣợc nghiên cứu ở Việt Nam. Một số tác giả cũng đã nghiên cứu xử lý phenol
nhƣng thƣờng đƣợc nghiên cứu trong nƣớc đƣợc pha từ phenol tinh khiết tại phòng
thí nghiệm.
Nguyễn Việt Cƣờng cùng cộng sự (2009) đã nghiên cứu chế tạo xúc tác
quang trên cơ sở vật TiO2 - SiO2 và ứng dụng trong xử lý nƣớc nhiễm phenol [3].
Nhóm tác giả đã tiến hành đánh giá cấu trúc tinh thể của sản phẩm (đƣợc tổng hợp
từ TiO2 – SiO2 và N-TiO2-SiO2 bằng phƣơng pháp sol-gel) và hoạt tính xúc tác
quang thông qua hiệu suất xử lý phenol trong điều kiện sử dụng ánh sáng UV-A và

5

Footer Page 15 of 126.


Header Page 16 of 126.

ánh sáng mặt trời. Kết quả cho thấy việc bổ sung SiO2 và N đều làm tăng diện tích
bề mặt riêng của vật liệu so với sản phẩm TiO2 ban đầu. Hoạt tính xúc tác quang
của các sản phẩm trong điều kiện sử dụng ánh sáng UV-A đạt tốt nhất ở tỷ lệ khối
lƣợng TiO2:SiO2 là 90:10. Trong điều kiện sử dụng ánh sáng mặt trời tự nhiên tại
TPHCM, vật liệu pha tạp N-TiO2-SiO2 thể hiện hiệu quả xử lý phenol đạt khoảng

90%, vƣợt trội so với các vật liệu TiO2-SiO2 và TiO2 (lần lƣợt là 62 và 60%). Hiệu
quả xử lý phenol của các hợp chất pha tạp N-TiO2-SiO2 trong điều kiện ánh sáng
mặt trời tự nhiên vƣợt trội (đạt xấp xỉ 90%), gấp 1,5 lần so với hợp chất không pha
tạp N.
Phan Vũ An (2008) đã nghiên cứu xử lý nƣớc nhiễm phenol bằng màng
mỏng TiO2 [1]. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tác nhân quang hóa là ánh sáng
UV-A, hạt alummino silicate đƣợc phủ lớp phim xúc tác N-TiO2-SiO2 có hiệu quả
cao nhất (31,2%) do quá trình nhúng giúp tạo lớp phủ ổn định, đồng đều và bền
vững trên bề mặt chất mang. Khi tác nhân quang hóa là ánh sáng mặt trời tự nhiên,
sợi thủy tinh đƣợc phủ lớp phim xúc tác N-TiO2-SiO2cho hiệu quả xử lý phenol cao
nhất (85,32%) do diện tích bề mặt tiếp xúc với ánh sáng mặt trời tự nhiên lớn nên
đã giúp cải thiện rõ hiệu quả xử lý. Trong thí nghiệm, sau 3 lần chạy, độ hao hụt là
0,19% (tƣơng đƣơng 0,001g) cho mỗi lần thí nghiệm. Điều này chứng tỏ sợi thủy
tinh có tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn.
Nhóm tác giả tại Đại học Thái Nguyên (2012) đã nghiên cứu phân tích và xử
lý phenol trong nƣớc Suố i Cố c, thành phố Thái Nguyên [5]. Các chuyên gia đã đánh
giá hiệu quả xử lý phenol trong nƣớc thải cốc bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí
với bùn hoạt tính. Sau thời gian xử 5, 10, 15 ngày cho thấy, nồng độ phenol sau 15
ngày xử lý đạt nồng độ thấp nhất 0,41 mg/l so với nồng độ ban đầu 15,24 mg/l, đạt
hiệu suất 97.3%. Từ đó đã khẳng định bùn hoạt tính có thể xử lí nƣớc ô nhi ễm
phenol mà không phải sử dụng bất cứ một loại hóa chất nào khác.
Nhóm tác giả Lê Tự Hải và cộng sự (2008) đã nghiên cứu quá trình xử lý
phenol trongnƣớc bằng phƣơng pháp oxi hóa điện hoá trên điện cực PbO2 [4].Tác
giả đã nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ pH, nồng độ NaCl, mật độ dòng,

6

Footer Page 16 of 126.

Header Page 17 of 126.

nồng độ phenol đến quá trình oxi hóa điện trên điện cực PbO2. Thực nghiệm đã thay
đổi giá trị pH từ 3 – 12, nồng độ NaCl từ 0 – 10 g/l, mật độ dòng i từ 25 – 100
(mA/cm2), nồng độ phenol đầu vào từ 0 – 5000 mg/l, nồng độ phenol sau thí
nghiệm đƣợc xác định bằng HPLC. Thực nghiệm đã nghiên cứu và đƣa ra các thông
số tối ƣu để điện phân oxy hoá phenol đạt hiệu quả tốt nhất là: dung dịch điện ly
Na2SO4 0,15M, pH = 8,0, nồng độ NaCl 7,5 g/l, mật độ dòng i = 75 mA/cm2, anôt
PbO2. Với điều kiện trên thì độ chuyển hóa phenol gần nhƣ hoàn toàn (>98%) và
khả năng khoáng hóa thành CO2 và H2O đạt trên 75%.
Trƣơng Thị Mỹ Lƣơng và cộng sự (2011) đã nghiên cứu khả năng xúc tác
cho phản ứng oxi hóa phenol trong nƣớc thải công nghiệp bằng H2O2 [6]. Đề tài đã
nghiên cứu ảnh hƣởng của chất xúc tác của các kim loại chuyển tiếp trong vật liệu
than hoạt tính (AC) trong quá trình chuyển hóa phenol trong nƣớc bằng H2O2. Thí
nghiệm đã thay đổi %Cu trong mẫu vật liệu kim loại từ 0 – 3%, quá trình chuyển
hóa phenol đƣợc thực hiện trong điều kiện nhiệt độ từ 50 – 800oC, pH = 3-8, nồng
độ đầu của phenol 100 - 300 mg/l. Nhóm tác giả đã đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng
đến phản ứng oxi hoá phenol nhƣ pH, điều kiện chế tạo vật liệu, nồng độ phenol và
hàm lƣợng Cu trên than. Kết quả cho thấy than AC – 025 chứa 0,25% Cu và 0,25%
cho hai kim loại chuyển tiếp (đóng vai trò là chất xúc tác) có khả năng xúc tác tốt
cho quá trình chuyển hóa phenol trong nƣớc, phenol đƣợc chuyển hóa hoàn toàn
thành CO2 và H2O ở nhiệt độ 60oC.
Vũ Thị Thanh và cộng sự (2013) đã nghiên cứu khả năng phân hủy phenol
của chủng vi khuẩn DX3 [8]. Chủng vi khuẩn DX3 đƣợc phân lập từ bể chứa nƣớc
thải kho xăng dầu Đỗ Xá, Thƣờng Tín, Hà Nội. Sau 3 lần làm giàu liên tiếp trên
môi trƣờng muối khoáng Gost có bổ sung 50 mg/l phenol. Nhóm nghiên cứu lựa
chọn các nồng độ phenol ban đầu lần lƣợt là 50, 100 và 150 mg/l để bổ sung vào
môi trƣờng nuôi cấy của chủng vi khuẩn Bacillus sp DX3 và nuôi ở 30oC. Kết quả
cho thấy, sau 7 ngày nuôi cấy trên môi trƣờng khoáng dịch với nồng độ phenol ban
đầu 150 mg/l thì hàm lƣợng phenol đã giảm xuống còn 0,067 mg/l, đạt hiệu quả xử

lý 99,9%.

7

Footer Page 17 of 126.


Header Page 18 of 126.

1.2.2. Tổng quan các nghiên cứu xử lý nƣớc thải cốc ở nƣớc ngoài
Rất nhiều các tác giả đã nghiên cứu xử lý nƣớc thải cốc bằng các công nghệ
khác nhau nhƣ hấp phụ bằng than hoạt tính, than bùn, than cốc, nhựa hấp phụ hay
các phƣơng pháp hiếu khí kết hợp bùn hoạt tính, công nghệ tổ hợp - hiếu khí-yếm
khí - bùn hoạt tính; tổ hợp hệ phản ứng gián đoạn hiếu khí hay hệ phản ứng sinh
học màng yếm khí-thiếu khí-hiếu khí (A1/A2/O-MBR) cũng đã đƣợc áp dụng để xử
lý nƣớc thải cốc. Một số tác giả đã nghiên cứu xử lý phenol trong nƣớc thải cốc
bằng quá trình ozon hóa hay phƣơng pháp fenton.
Nhóm nghiên cứu về hóa lý
Vazquez và cộng sự (2007) đã nghiên cứu xử lý nƣớc thải cốc sau xử lý sinh
học bằng phƣơng pháp hấp phụ [33]. Chất hấp đƣợc sử dụng là than hoạt tính dạng
hạt (GAC) và nhựa hấp phụ XAD-2, AP-246 và OC-1074. Nƣớc thải cốc đƣợc lấy
từ trạm Aviles, Tây Ba Nha. Sau xử lý sinh học nƣớc thải cốc có giá trị trung bình
đầu vào COD = 430 mg/l; phenol 5,3mg/l, SCN- 1,2 mg/l; CN- 0,2 mg/l. Sử dụng
than hoạt tính có các kích thƣớc hạt 0,8;1;2,5 mm. Các thí nghiệm đƣợc tiến hành ở
nhiệt độ nƣớc thải khoảng 20oC. Lƣợng chất hấp phụ dùng cho thí nghiệm là 1, 2, 4
g chất hấp phụ/100ml nƣớc thải. Nồng độ pH đƣợc điều chỉnh 8,4 và nồng độ
phenol từ 5-15mg/L. Thử nghiệm khả năng hấp phụ của từng vật liệu đƣợc tiến
hành trong bình định mức, sử dụng thiết bị khuấy trong 24 h. Sau thời gian thí
nghiệm, phenol đƣợc phân tích trên thiết bị HPLC. Kết quả thử nghiệm cho thấy
than hoạt tính có khả năng hấp phụ phenol và COD cao hơn so với các vật liệu

khác. Khả năng hấp phụ riêng lẻ của than hoạt tính đạt 0,35-0,45 g/L với đƣờng
kính than dao động từ 0,8-2,5mm, AP-246 và OC 1074 lần lƣợt là 0,15 và 0,04
mg/g. COD sau quá trình hấp phụ bằng than hoạt tính giảm xuống 344mg/l và
phenol còn 1,6mg/l. Hiệu quả xử lý phenol đạt trên 70%.
Mo He Zhang và cộng sự (2010) đã nghiên cứu hấp phụ các chất hữu cơ có
trong nƣớc thải nhà máy luyện cốc Datang Yima, Trung Quốc bằng than cốc đã
đƣợc hoạt hóa [36]. Than cốc hoạt hóa đƣợc chế biến từ than nâu tại nhà máy
Datang Yima, với kích thƣớc 0,45-0,9mm, diện tích bề mặt 408m2/g. Tổng thể tích

8

Footer Page 18 of 126.


Header Page 19 of 126.

lỗ là 0,266 cm3/g với đƣờng kính lỗ trung bình 2,61nm. Kết quả thí nghiệm cho thấy
nhiệt độ nƣớc thải càng cao thì khả năng hấp phụ các chất hữu cơ của than càng lớn.
Than cốc hoạt tính có khả năng hấp phụ COD tốt. Với lƣợng than 2b0 g/L, pH 9,1,
nhiệt độ nƣớc 40oC, thời gian khuấy 6h thì 91,6% COD và 90% độ màu đƣợc loại
bỏ. Tuy nhiên khả năng hấp phụ các chất hữu cơ, đặc biệt là phenol thì khá thấp.
Kết quả phân tích trên GCMS của nƣớc thải cốc đầu vào phát hiện ra 17 các chất.
Sau khi hấp phụ thì chỉ còn phát hiện ra 5 chất hữu cơ trong đó có phenol, 2methylphenol, 4-methylphenol, 2,3-dimethylphenol và 4-ethylphenol. Hiệu quả hấp
phụ phenol chỉ đạt 15%.
Quá trình oxy hóa bằng Fenton là một phƣơng pháp hiệu quả để loại bỏ các
hợp chất ô nhiễm hữu cơ trong nƣớc thải cốc và đây là một bƣớc tiền xử lý hiệu quả
cho khâu xử lý sinh học. Libing Chu và cộng sự (2011) đã nghiên cứu dùng bột sắt
và H2O2 để xử lý nƣớc thải cốc ở Trung Quốc [12]. Bột sắt với kích thƣớc 30-70µm
đƣợc dùng trong các thí nghiệm. Các yếu tố ảnh hƣởng nhƣ pH và lƣợng H2O2 tối
ƣu cũng đã đƣợc nghiên cứu. Với nồng độ COD và phenol của nƣớc thải đầu lần

lƣợt là 7500 và 1700mg/l. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả phân hủy phenol
cao hơn hẳn COD. Với lƣợng tối ƣu H2O2 3M, pH 6,5 và thời gian phản ứng 1h thì
hiệu quả loại bỏ COD đạt từ 44-50% với giá trị COD đầu vào 1700mg/l và xấp xỉ
95% phenol đƣợc phân hủy. Một số các hợp chất hữu cơ nhƣ bifuran, quinolien,
benzofuanol cũng đƣợc phân hủy hoàn toàn. Nƣớc thải sau khi xử lý bằng feton tiếp
tục đƣợc xử lý bằng bể sinh học.
Các phƣơng pháp truyền thống nhƣ hấp phụ, bùn hoạt tính, fenton… cũng đã
đƣợc ứng dụng để xử lý phenol trong nƣớc thải cốc nhƣng sau xử lý thì hàm lƣợng
phenol còn khá cao, không đáp ứng đƣợc tiêu chuẩn xả thải. Quá trình ozon hóa kết
hợp với chất xúc tác cho hiệu quả cao do chất xúc tác có vai trò đẩy nhanh tốc độ
phản ứng làm tăng khả năng phân hủy của O3 trong nƣớc, sinh ra nhiều gốc
hydroxyl có khả năng phân hủy chất hữu cơ. Hiệu quả phân hủy chất hữu cơ cao
hơn so với dùng O3 thông thƣờng. Tuy nhiên hiện nay không có công trình nghiên
cứu công bố về xử lý phenol trong nƣớc thải cốc bằng quá trình ozon hóa xúc tác.

9

Footer Page 19 of 126.


Header Page 20 of 126.

Do thành phần nƣớc thải cốc khá phức tạp, chứa nhiều các yếu tố có thể gây ảnh
hƣởng đến quá trình xử lý. Hầu hết các nghiên cứu công bố đã ứng dụng quá trình
ozon hóa xúc tác nhƣng chỉ là xử lý tập trung cứu trên nƣớc thải giả phenol, quy mô
phòng thí nghiệm.
Nhóm nghiên cứu về sinh học
Vazquez và cộng sự (2006) đã nghiên cứu loại bỏ phenol, amoni, thiocyanua
trong nƣớc thải cốc hóa bằng bùn hoạt tính trong điều kiện hiếu khí với các thông
số đầu vào phenol (110-350mg/l); N-NH4+ (504-2340mg/l); SCN- (185-370mg/l),

COD (807-3275 mg/L) [32]. Kết quả thực nghiệm cho thấy bùn hoạt tính lấy từ
trạm xử lý nƣớc thải không phù hợp cho xử lý nƣớc thải cốc do khác nhau về đặc
tính và các hạt bùn bị vón lại với nhau thành hạt kích thƣớc lớn. Bùn lấy từ trạm xử
lý nƣớc rác phù hợp hơn cho nghiên cứu, do thời gian ổn định nhanh. Nhóm tác giả
đã nghiên cứu hiệu quả xử lý nƣớc thải cốc hóa trong điều kiện thêm bicarbonate và
khi không thêm bicarbonate. Khi bổ sung nguồn cacbon (2,8kg NaHCO3/m3) sẽ tạo
điều kiện cho các vi sinh vật tự dƣỡng phát triển để đẩy mạnh quá trình khử nitơ
trong dòng thải. Hiệu quả xử lý NH4 đạt 71% khi thời gian lƣu nƣớc là 54,3h. Hiệu
quả loại bỏ COD, phenol lần lƣợt là 65,6 và 97%. Khi không bổ sung nguồn carbon
thì kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ NH4 trong dòng ra tăng cho quá trình phân
hủy sinh học SCN- và sự chuyển nitơ hữu cơ sang nguồn nitơ vô cơ. Quá trình phân
hủy sinh học SCN- diễn ra trong cả hai điều kiện bổ sung và không bổ sung nguồn
carbon. Hiệu quả loại bỏ phenol trong điều kiện không bổ sung carbon tƣơng đƣơng
với điều kiện bổ sung nguồn carbon. Tuy nhiên khả năng loại bỏ phenol tăng khi pH
tăng. Hiệu quả loại bỏ cao nhất đạt 96% khi pH=8 trong 15 h phản ứng.
E.Maranon và cộng sự (2007) đã nghiên cứu xử lý nƣớc thải cốc trong hệ
phản ứng gián đoạn, hiếu khí [24]. Nồng độ NH4+ dao động từ 401-750mg/l;COD
1100-1700mg/l; phenol 185-253mg/l. Mô hình thí nghiệm gồm bể tripping thể tích
400L. Qúa trình stripping đƣợc bổ sung NaOH nhằm làm giảm nồng độ NH4+-N và
chuyển hóa NH4+N thành (NH4)2SO4. Không khí cung cấp cho quá trình stripping
đƣợc đi qua đƣờng ống đặt ở đáy của bể phản ứng. Trong bể này luôn luôn đảm

10

Footer Page 20 of 126.


Header Page 21 of 126.

bảo bão hòa oxi. Dòng thải ra từ bể phản ứng stripping đƣợc chảy vào bể đồng hóa,

hiếu khí thể tích 350L. Nƣớc thải đƣợc trung hòa bằng H2SO4 để pH đƣợc điều
chỉnh ở mức 6,5. Đây là giá trị pH tối ƣu cho phân hủy sinh học đối với những chất
cần thời gian phân hủy lâu hơn trong nƣớc thải cốc nhƣ phenol và những chất hữu
cơ khác. Nƣớc ở xử lý bằng bùn hoạt tính với thể tích 1500L. Lƣợng oxy hòa tan
trong bể này luôn đƣợc duy trì ở trong khoảng 4,5mg/L bằng sensor oxy và van
điều khiển. Bùn hoạt tính trong nghiên cứu đƣợc lấy từ trạm xử lý nƣớc rác. Chỉ số
thể tích bùn dao động từ 47-80cm3/g. Kết quả thử nghiệm cho thấy hiệu quả loại bỏ
NH4+-N tăng khi thời gian lƣu nƣớc tăng. Hiệu quả xử lý đạt 37%-96% tƣơng ứng
với thời gian lƣu nƣớc từ 34 – 96 giờ. Hiệu quả xử lý COD dao động từ 69%. Hàm
lƣợng phenol sau xử lý sinh học có giá trị từ 1,7-5mg/L đạt hiệu quả xử lý 97%.
Wen-tao Zhao và cộng sự (2009) đã nghiên cứu xử lý nƣớc thải nhà máy cốc
bằng hệ phản ứng màng sinh học yếm khí - thiếu khí - hiếu khí (A1/A2/O-MBR)
[37]. Bể yếm khí với vật liệu đệm, độ xốp 95%. Bể hiếu khí đƣợc cung cấp oxy
bằng bơm không khí, với DO đƣợc duy trì 5mg/l và sử dụng màng sợi polythene,
Mitsubishi, Nhật với diện tích 0,2m2. Tại bể này nƣớc thải đƣợc bổ sung Na2CO3 để
tạo môi trƣờng kiềm cho quá trình loại bỏ các chất dinh dƣỡng và duy trì pH trong
khoảng 7-7,2. Nƣớc thải ở các bể đƣợc duy trì ở nhiệt độ 350C ± 1 bằng nhiệt kế để
đảm bảo nƣớc nghiên cứu có cùng nhiệt độ với nguồn nƣớc thải. Hệ thống
A1/A2/O-CAS (sử dụng bùn hoạt tính) cũng hoạt động song song, cùng điều kiện
để so sánh hiệu quả xử lý giữa hai hệ thống. Kết quả cho thấy hiệu quả loại bỏ COD
và phenol của hệ A1/A2/O-MBR cao hơn hẳn hệ sử dụng bùn hoạt tính đặc biệt khi
hệ thống hoạt động với tải lƣợng chất ô nhiễm lớn nhƣ nƣớc thải cốc hóa. Hiệu quả
xử lý COD đạt 89,8 ± 1,2% tƣơng đƣơng 264 ± 36mg/l. Hiệu quả xử lý phenol đạt
99,9% với nồng độ phenol sau xử lý là 0,2 ± 0,1mg/l. Công nghệ tích hợp
A1/A2/O-MBR là công nghệ hiện đại nhất hiện nay cho hiệu quả xử lý chất hữu cơ
cao. Tuy nhiên giá thành xử lý đắt do chi phí màng cao. Do đó trong các nƣớc đang
phát triển cũng chƣa đƣợc ứng dụng nhiều.

11

Footer Page 21 of 126.


Header Page 22 of 126.

1.2.3. Giới thiệu quy trình xử lý nƣớc thải dập cốc của Công ty TNHH Gang
thép Hƣng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh
1.2.3.1. Nguyên tắc xử lý
Nƣớc thải tập trung ở bể chứa, lắng tách sơ bộ dầu cốc, đƣa vào khử sơ bộ
CN- bằng phƣơng pháp kết tủa hóa học.
Tiếp tục đƣa đi tách dầu mỡ, một phần tạp chất lơ lửng bằng phƣơng pháp
keo tụ - lắng trọng lƣợng.
Sau đó khử các hợp chất hữu cơ hòa tan bằng phƣơng pháp bùn hoạt tính.
Cuối cùng là giai đoạn tách triệt để các tạp chất lơ lửng bằng phƣơng pháp kết tủa –
keo tụ lắng. Nƣớc thải sau khi xử lý phenol một phần đƣợc dùng để dập cốc, còn lại
đƣợc bơm sang xƣởng xử lý nƣớc thải công nghiệp để xử lý tập trung trƣớc khi thải
ra môi trƣờng [2].
1.2.3.2. Lƣu trình công nghệ
Lƣu trình công nghệ xử lý nƣớc thải dập cốc của Công ty TNHH Gang thép
Hƣng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh đƣợc chỉ ra ở hình 1.

12

Footer Page 22 of 126.


Header Page 23 of 126.

Hình 1: Lưu trình công nghệ xử lý nước thải dập cốc của Công ty TNHH Gang thép Hưng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh
13

Footer Page 23 of 126.


Header Page 24 of 126.

Lƣu trình công nghệ xử lý nƣớc thải dập cốc của Công ty TNHH Gang thép
Hƣng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh đƣợc thể hiện trong hình 1. Trong đó nƣớc thải
chứa phenol sau khi tách sơ bộ dầu mỡ, bơm vào bể chứa điều hòa. Từ bể chứa điều
hòa đƣợc bơm cấp bơm vào thiết bị phản ứng keo tụ, tại đây: Điều chỉnh lƣợng hóa
chất, khống chế độ pH trong nƣớc thải và khử CN-. Tiếp tục nƣớc thải chảy vào bể
lắng tách dầu mỡ huyền phù, phần cặn đƣợc lắng xuống đáy bể tháo về hố ga, nƣớc
thải đã lắng tách hết dầu mỡ chảy vào bể vi sinh hiếu khí [2].
Tại bể vi sinh hiếu khí: máy nén khí cấp khí vào bể qua hệ thống phối khí,
sục khí cấp oxy cho quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ bằng bùn hoạt tính.
Hỗn hợp bùn và nƣớc thải chảy vào bể lắng bậc 2. Một phần bùn hoạt tính
đƣợc bơm tuần hoàn đƣa trở lại bổ sung cho bể vi sinh hiếu khí, phần còn lại đƣợc
bơm về bể chứa bùn loãng. Hỗn hợp nƣớc thải từ bể lắng bậc hai chảy vào bể keo tụ
lắng. Nƣớc đã xử lý một phần chảy về bể chứa nƣớc đƣa đi dập cốc nóng đỏ ở tháp
dập, một phần đƣợc bơm sang xƣởng xử lý nƣớc thải công nghiệp để xử lý trƣớc
khi thải ra môi trƣờng.
Bể chứa bùn loãng tập trung từ hố ga, bể lắng bậc hai. Bể keo tụ lắng chảy
về đƣợc bơm đƣa vào máy ép lọc khung bản. Phần cặn và bùn đã ép thành bánh đƣa
vào nơi quy định. Phần nƣớc sau khi lọc ép đƣa về bể chứa nƣớc dập cốc nóng đỏ
[2].
1.3. Giới thiệu về quá trình ozon hóa xúc tác và ứng du ̣ng trong xƣ̉ lý nƣớc
1.3.1. Cơ chế oxi hóa của ozon
Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, ozon là một chất khí có màu
xanh nhạt, nặng hơn không khí. Ozon không bền, dễ bị phân hủy thành oxy nguyên
tử và oxy phân tử. Ozon có thể hòa tan trong nhiều dung môi khác nhau, ở điều kiện

thƣờng, độ hòa tan của ozon vào trong nƣớc gấp 14 lần oxy, tuy nhiên, tính ổn định
phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trƣờng nhƣ các cation, kim loại, các oxít kim loại
nặng, nhiệt độ, độ ẩm và áp suất.
Ozon có thể oxi hóa các hợp chất hữu cơ trong nƣớc theo hai con đƣờng:

14

Footer Page 24 of 126.


Header Page 25 of 126.

 Oxi hóa trực tiếp bằng phân tử ozon hòa tan trong nƣớc.
 Oxi hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl (OH°) tạo ra khi phân hủy ozon
trong nƣớc.
Hai con đƣờng oxi hoá nói trên của ozon xảy ra gầ n nhau . Quá trình oxi hoá
trực tiếp bằng phân tử O3 xảy ra tƣơng đối chậm so với oxi hoá gián tiếp thông qua
gốc hydroxyl (OH°) do sự phân huỷ ozon tạo ra [14, 31].

Hình 2: Phản ứng oxi hoá của ozon trong nước
Trong môi trƣờng axit́ , con đƣờng oxi hoá trực tiếp bằng phân tử O3 là chủ
yếu, trong khi đó, trong môi trƣờng kiềm, hoặc trong những điều kiện có các tác
nhân khác nhƣ H2O2, UV, chất xúc tác,… tạo thuận lợi cho quá trình tạo gốc OH °,
con đƣờng oxi hoá gián tiếp thông qua gốc hydroxyl là chủ yếu và hiệu quả oxi hoá
đƣợc nâng cao. Do đó, thay vì sử dụng Ozon đơn, nhiều công trình nghiên cứu đã
phát triển theo hƣớng tìm kiếm các tác nhân phối hợp với ozon hoặc chất xúc tác
nhằm tạo ra gốc OH° để nâng cao hiệu quả oxi hoá của ozon khi cần xử lý những
hợp chất bền vững, khó phân huỷ trong nƣớc và nƣớc thải. Những tác nhân đƣa
thêm vào đƣợc nghiên cứu nhiều nhất là H2O2 đƣợc gọi là quá trình Perozon
(O3/H2O2), hoặc các chất đồng thể nhƣ chất xúc tác các muối Ni(II), Co(II)…, các

chất xúc tác dị thể nhƣ oxit́ các kim loại TiO

2,

MnO2 đƣợc gọi chung là quá trình

Catazon (O3/Cat). Trong chiều hƣớng đó, sự phân huỷ của O3 để tạo ra gốc
hydroxyl cũng sẽ dễ dàng khi có bức xạ tử ngoại UV.

15

Footer Page 25 of 126.