Xử lý nước thải bệnh viện bằng qui trình Fentonôzon kết hợp bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước

Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

LỜI CẢM TẠ
Sau hơn 5 tháng thực hiện, đề tài “Xử lý nước thải bệnh viện bằng qui trình
Fenton/ô-zon kết hợp bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước” đã được hoàn
thành đúng tiến độ. Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, chúng tôi đã gặp
không ít khó khăn, nhưng nhờ sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè và sự động viên
của gia đình, chúng tôi đã cố gắng để hoàn thành đề tài này một cách tốt nhất như
có thể. Nhân đây chúng tôi muốn gủi lời cảm ơn đến:
Gia đình và những người thân đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để hỗ trợ, động viên
chúng tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Thầy Lê Hoàng Việt đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu,
cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng tôi hoàn thành tốt đề tài.
Chúng tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến 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 tôi trong suốt thời gian qua.
Đồng thời chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ nhiệt tình của cán bộ công
nhân viên của bệnh viện Đa Khoa Châu Thành – Hậu Giang đã giúp đỡ, tạo điều
kiện cho chúng tôi thực hiện đề tài.
Bên cạnh đó chúng tôi xin cảm ơn các bạn lớp Kỹ thuật Môi Trường K39, đặc
biệt là những bạn làm luận văn cùng chúng tôi đã chia sẻ, hỗ trợ và động viên
chúng tôi trong suốt thời gian làm luận văn.
Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã thực hiện vuợt mức khối luợng đề
tài nhưng khả năng viết còn hạn chế do đó không thể tránh khó các thiếu sót.
Kính mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn để luận văn đuợc
hoàn thiện hơn .
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lam Sơn

Huỳnh Lương Kiều Loan

i


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Đề tài “Xử lý nước thải bệnh viện bằng qui trình Fenton/ô-zon kết hợp bể lọc
sinh học hiếu khí nền ngập nước” được thực hiện nhằm tìm ra giải pháp xử lý
nước thải bệnh viện tuyến huyện đạt hiệu quả về mặt kỹ thuật và kinh tế.
Đề tài được tiến hành với các thí nghiệm định hướng để xác định các thông số
vận hành thích hợp cho quá trình Fenton/ô-zon như thời gian phản ứng, tỉ lệ
H2O2 : Fe2+, và xác định thời gian lưu nước thích hợp cho bể lọc sinh học hiếu khí
nền ngập nước. Các kết quả thí nghiệm cho thấy quy trình Fenton/ô-zon được
thực hiện ở pH=3, tỉ lệ H2O2 : Fe2+ là 0,8 mg H2O2 : 1 mg Fe2+ trong 45 phút và
công suất máy ô-zon là 200-400 mg/h cho hiệu quả loại bỏ SS, COD, BOD5, NNO3-, N-NH3, P-PO43-, tổng Coliforms lần lượt là 86,21%, 77,40%, 61,32%,
16,44%, 24,2%, 92,92%, 100%. Nước thải sau xử lý bằng Fenton/ô-zon được
đưa vào bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước vận hành ở thời gian lưu nước 2
giờ, tải nạp BOD5 trung bình theo thể tích hoạt động của bể là 0,723
kgBOD5/m3.ngày cho nuớc thải đầu ra đạt quy chuẩn QCVN 28:2010 (cột A) ở
các chỉ tiêu theo dõi, với hiệu suất loại bỏ SS, COD, BOD5, P-PO43- lần lượt là
21,62%, 56,05%, 65,48%, 55,03%.
Thêm vào đó đề tài còn tiến hành xử lý nuớc thải bệnh viện bằng phuơng
pháp keo tụ kết hợp Fenton/ô-zon. Các kết quả thí nghiệm cho thấy quá trình
keo tụ bằng phèn PAC với liều lượng 100 mg/L cho hiệu suất xử lý SS, COD
lần lượt là 61,19% và 59,49%. Nuớc thải sau khi keo tụ cho qua qui trình

Fenton/ô-zon trong 45 phút ở pH = 3, tỉ lệ H2O2 : Fe2+ là 0,8 mg H2O2 : 1 mg
Fe2+ và công suất máy ô-zon là 200 - 400 mg/h cho nước thải sau xử lý đạt
QCVN 28:2010 (cột A) với tổng hiệu suất xử lý là SS, COD, BOD5, N-NO3-, NNH3, PO43-, tổng Coliforms của toàn bộ qui trình keo tụ - lắng kết hợp Fenton/ôzon lần lượt là 94,78%, 91,12%, 82,02%, 25,67%. 76,36%, 87,76%, 100%.

ii


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan luận văn được hoàn thành dựa trên kết quả nghiên cứu
của chúng tôi 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 2016

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lam Sơn

Huỳnh Lương Kiều Loan

iii

Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

MỤC LỤC
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ...... Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM TẠ .......................................................................................................... i
TÓM TẮT ĐỀ TÀI ................................................................................................ ii
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................iii
MỤC LỤC ............................................................................................................. iv
DANH SÁCH BẢNG ............................................................................................ vi
DANH SÁCH HÌNH ............................................................................................ vii
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT ............................................................................viii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .................................................................................... 1
CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ................................................................ 3
2.1.THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN ................. 3
2.2.TÌNH HÌNH QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN ............. 5
2.3 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH KEO TỤ-TẠO BÔNG ............................ 8
2.3.1 Khái niệm quá trình keo tụ-tạo bông ..................................................... 8
2.3.2 Bản chất của quá trình keo tụ - tạo bông ............................................... 9
2.3.3 Cơ chế của quá trình keo tụ - tạo bông .................................................. 9
2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ - tạo bông........................ 11
2.3.5 Đặc điểm của phèn PAC...................................................................... 12
2.4. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH FENTON/Ô-ZON ................................ 12
2.4.1. Giới thiệu chung về quá trình Fenton ................................................. 12
2.4.2. Quá trình ô-zon ................................................................................... 15
2.4.3. Một số nghiên cứu và ứng dụng của quá trình Fenton và ô-zon vào xử
lý nước thải ................................................................................................... 16
2.5.BỂ LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ NỀN NGẬP NƯỚC .............................. 17
2.5.1. Bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước ............................................. 18

2.5.2. Một số nghiên cứu và ứng dụng của lọc sinh học hiếu khí có giá thể
ngập trong nước ............................................................................................ 22
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ......................................... 23
NGHIÊN CỨU ..................................................................................................... 23
3.1. ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ........................ 23
3.1.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ...................................................... 23
3.1.2. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................... 23
3.2.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ....................................................................... 24
3.3. PHƯƠNG TIỆN, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ............................................. 24
3.4. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH
VIỆN BẰNG QUY TRÌNH FENTON/Ô-ZON KẾT HỢP BỂ LỌC HIẾU KHÍ
NỀN NGẬP NƯỚC ......................................................................................... 28
3.5. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH
VIỆN BẰNG QUÁ TRÌNH KEO TỤ KẾT HỢP FENTON/Ô-ZON ............. 31
3.6. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN PHÂN TÍCH MẪU.................... 34
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ & THẢO LUẬN .......................................................... 35
4.1 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN ĐA
KHOA, CHÂU THÀNH – HẬU GIANG ........................................................ 35
4.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ......................................................................... 38
iv


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

4.2.1. Thí nghiệm 1: So sánh hiệu quả xử lý của quá trình Fenton và
Fenton/ô-zon ................................................................................................. 38
4.2.2 Các thí nghiệm định hướng lựa chọn thông số vận hành của quá trình
Fenton/ô-zon ................................................................................................. 39

4.2.3. Thí nghiệm chính thức đánh giá hiệu quả xử lý sơ cấp nước thải bệnh
viện bằng quá trình Fenton/ô-zon ................................................................. 41
4.2.4. Hiệu quả xử lý nước thải sau quá trình Fenton/ô-zon bằng mô hình bể
lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước ............................................................ 44
4.2.5 Kết quả xử lý nước thải bệnh viện bằng quá trình keo tụ kết hợp
Fenton/ô-zon ................................................................................................. 48
4.2.6 Thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện bằng quá
trình keo tụ kết hợp với Fenton/ô-zôn .......................................................... 53
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ ........................................................... 58
5.1 KẾT LUẬN ................................................................................................ 58
5.2 KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 59
Tài Liệu Tham Khảo ............................................................................................ 59
PHỤ LỤC A ......................................................................................................... 63
PHỤ LỤC B.......................................................................................................... 64
PHỤ LỤC C.......................................................................................................... 66
PHỤ LỤC D ......................................................................................................... 69
PHỤ LUC E .......................................................................................................... 71

v


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1. Kết quả phân tích nước thải một số bệnh viện ở Hà Nội ....................... 4
Bảng 2.2 So sánh ưu nhược điểm của một số mô hình công nghệ xử lý nước thải
bệnh viện................................................................................................................. 7
Bảng 2.3 Thế ô-xy hóa của một số chất ............................................................... 15

Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của giá thể nhựa S20-4 ........................................... 27
Bảng 3.2 Phương pháp và phương tiên phân tích các chỉ tiêu theo dõi trong đề tài
.............................................................................................................................. 35
Bảng 4.1 Thể tích xả thải của bệnh viện từ 5 giờ sáng đến 12 giờ trưa ............... 36
Bảng 4.2 Thành phần, tính chất nước thải của bệnh viện Đa Khoa Châu Thành Hậu Giang ............................................................................................................. 37
Bảng 4.3 Các thông số điều kiện phản ứng .......................................................... 38
Bảng 4.4 Hiệu qủa loại bỏ COD, tổng Coliforms của quá trình Fenton và
Fenton/ô-zon ......................................................................................................... 38
Bảng 4.5 Hiệu quả xử lý nước thải trước và sau quá trình Fenton/ô-zon với các
mức thời gian phản ứng khác nhau....................................................................... 39
Bảng 4.6 Hiệu quả xử lý trước và sau quá trình Fenton/ô-zon ở các tỉ lệ H2O2 :
Fe2+ khác nhau ...................................................................................................... 40
Bảng 4.7 Các thông số vận hành bể phản ứng Fenton/ô-zon ............................... 41
Bảng 4.8 Nồng độ nước thải bệnh viện trước và sau xử lý bằng quá trình
Fenton/ô-zon ......................................................................................................... 41
Bảng 4.9 Kết quả phân tích COD trong 3 ngày để theo dõi sự ổn định của bể lọc
sinh học ở thời gian lưu 2 giờ ............................................................................... 45
Bảng 4.10 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của nước thải trước xử lý, sau xử lý
Fenton/ô-zôn và lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước ......................................... 45
Bảng 4.11 Các thông số vận hành của mô hình ở thời gian lưu 2 giờ ................. 46
Bảng 4.13 Hiệu suất xử lý các chỉ tiêu của nước thải bệnh viện sau quá trình keo
tụ ở mức liều lượng thu hẹp khác nhau của phèn PAC ........................................ 50
Bảng 4.14 Hiệu quả xử lý trước và sau quá trình Fenton/ô-zon với các mức liều
lượng H2O2 khác nhau .......................................................................................... 51
Bảng 4.15 Hiệu quả xử lý trước và sau quá trình Fenton/ô-zon với các mức liều
lượng Fe2+ khác nhau ............................................................................................ 52
Bảng 4.16 Các thông số vận hành bể keo tụ - lắng .............................................. 53
Bảng 4.17 Các thông số vận hành bể phản ứng Fenton/ô-zon ............................. 53
Bảng 4.18 Nồng độ nước thải bệnh viện trước và sau xử lý bằng quá trình
Fenton/ô-zôn ......................................................................................................... 54

Bảng 4.19 Nồng độ nước thải bệnh viện trước và sau xử lý bằng quá trình
Fenton/ô-zôn ......................................................................................................... 54

vi


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.2 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện bằng bể bùn hoạt tính .................... 6
Hình 2.3 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện bằng công nghệ AAO ................... 6
Hình 2.1 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện theo công nghệ lọc sinh học nhỏ
giọt .......................................................................................................................... 6
Hình 2.4 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện nguyên lý hợp khối ....................... 7
Hình 2.5 Quá trình keo tụ và tạo bông của các hạt keo ......................................... 9
Hình 2.6 Mô hình lý thuyết hai lớp điện tích của hạt keo .................................... 10
Hình 2.7 Chu trình hình thành và bong tróc màng ............................................... 20
Hình 3.1 Vị trí lấy mẫu nước thải ......................................................................... 23
Hình 3.2 Mô hình bể keo tụ - lắng........................................................................ 25
Hình 3.3 Ảnh chụp (trái) và sơ đồ cấu tạo bể phản ứng Fenton/ô-zon (phải) ...... 26
Hình 3.4 Mô hình bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nuớc .................................. 27
Hình 3.5 Giá thể nhựa S20-4 ................................................................................ 27
Hình 3.6 Sơ đồ quy trình thí nghiệm xử lý nuớc thải bệnh viện bằng quy trình
Fenton/ô-zon ......................................................................................................... 30
Hình 3.7 Sơ đồ quy trình thí nghiệm xử lý nước thải bệnh viện bằng bể lọc sinh
học hiếu khí nền ngập nước .................................................................................. 31
Hình 3.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn liều lượng PAC thích hợp ....................... 33
Hình 3.9 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải bệnh viện bằng quá trình keo tụ - lắng

kết hợp Fenton ô-zon ............................................................................................ 34
Hình 4.1 Diễn biến nồng độ và hiệu suất loại bỏ COD của nước thải sau xử lý
bằng quá trình Fenton/ô-zon theo thời gian phản ứng.......................................... 39
Hình 4.2 Diễn biến nồng độ hiệu suất xử lý COD của nước thải sau xử lý bằng
quá trình Fenton/ô-zon ở các tỉ lệ H2O2 : Fe2+...................................................... 40
Hình 4.3 Nồng độ các chỉ tiêu nước thải bệnh viện trước và sau xử lý bằng quá
trình Fenton/ô-zon ................................................................................................ 42
Hình 4.4 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải bệnh viện trước và sau xử lý
bằng quy trình Fenton/ô-zon và bể lọc sinh học .................................................. 47
Hình 4.5 Diễn biến SS & độ đục trong nước thải sau xử lý bằng quá trình keo tụ
ở các mức liều lượng PAC khác nhau .................................................................. 49
Hình 4.6 Nồng độ và hiệu suất xử lý COD trong nước thải sau xử lý bằng quá
trình keo tụ ở các khoảng liều lượng PAC khác nhau .......................................... 49
Hình 4.7 Độ đục, nồng độ COD & SS trong nước thải trước và sau xử lý bằng
quá trình keo tụ ở các mức liều lượng thu hẹp khác nhau của phèn PAC ........... 51
Hình 4.8 Diễn biến nồng độ và hiệu suất xử lý COD trong nước thải bằng quá
trình Fenton/ô-zon ở các mức liều lượng H2O2 khác nhau .................................. 52
Hình 4.9 Hiệu suất xử lý COD trong nước thải sau xử lý bằng quá trình Fenton/ôzon ở các mức liều lượng Fe2+ khác nhau ............................................................ 53
Hình 4.10 Nồng độ các chỉ tiêu theo dõi trước và sau xử lý
bằng quá trình keo tụ kết hợp Fenton/ô-zon ......................................................... 55

vii


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

BOD
COD
NTU
DO
SS

Tiếng Anh
Biochemical Oxygen Demand
Chemical Oxygen Demand
Nephelometric turbidity units
Dissolved Oxygen
Suspended Solid

AAO

Anaerobic – Anoxic - Oxic

TKN
TP
PVC
PP
QCVN
BTNMT
PAC
TCVN

Total Kjeldahl Nitrogen
Total Phosphorus
Polyvinyl Chloride
Polypropylen

-

SMEWW
EPA
ASTM
VND

Poly Aluminium Chloride
Standard
Methods
for
Examination of Water and
Wastewater
Environmental Protection
Agency
American Society for Testing
and Materials
-

Tiếng Việt
Nhu cầu oxy sinh hóa
Nhu cầu oxy hóa học
Đơn vị đo độ đục
Ô-xy hòa tan
Chất rắn lơ lửng
Cụm bể xử lý sinh học Yếm khí –
Thiếu khí– Hiếu khí
Tổng Nitơ Kjeldahl
Tổng phốt-pho
Nhựa PVC

Nhựa PP
Quy chuẩn Việt Nam
Bộ Tài nguyên Môi trường
Phèn PAC
Tiêu chuẩn Việt Nam
Các phương pháp chuẩn để khảo
sát nước và nước thải
Cục Môi trường Mỹ
Hiệp hội kiểm định và vật liệu Mỹ
Việt Nam đồng

viii


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
Để đáp ứng nhu cầu chăm sóc sức khỏe của người dân, các trung tâm y tế đã
không ngừng nâng cao chất lượng khám chữa bệnh thông qua tăng cường thiết bị
khám chữa bệnh và số giường bệnh. Trên toàn quốc từ năm 2012 đến 2014 tổng
số giường bệnh đã tăng thêm 17,5% tương đương với 38.913 giường bệnh (Cục
Quản lý khám chữa bệnh, 2015). Điều này cũng làm cho lượng nước thải phát
sinh tại các bệnh viện ngày càng tăng. Nhưng việc quản lý nước thải bệnh viện ở
Việt Nam còn một số bất cập và chưa đáp ứng được các quy định về bảo vệ môi
trường. Nhiều cơ sở y tế chưa lựa chọn được loại hình công nghệ phù hợp, số còn
lại đang áp dụng các công nghệ xử lý nước thải bệnh viện bằng bể bùn hoạt tính,
lọc sinh học nhỏ giọt hay công nghệ AAO, nhưng các hệ thống xử lý này vẫn
chưa đáp ứng được quy chuẩn môi trường hiện hành (Nguyễn Thanh Hà, 2015),

do trong nước thải bệnh viện có các mầm bệnh nên khi xử lý bằng các hệ thống
sinh học hiếu khí sẽ tạo ra và phát tán các sol khí sinh học ảnh hưởng đến sức
khỏe của con người (Lin et al., 2016). Bên cạnh đó nước thải bệnh viện còn chứa
dư lượng kháng sinh thải ra từ người bệnh có thể gây ảnh hưởng đến hoạt động
sinh học của các hệ thống xử lý nước thải (Santos et al., 2013). Hiện trạng trên
cho thấy việc tìm ra công nghệ có khả năng xử lý hiệu quả nước thải bệnh viện là
vô cùng cần thiết.
Tác nhân Fenton có thể dùng trong xử lý nước thải để chuyển hóa nhiều chất ô
nhiễm thành các chất không nguy hại hay thành các chất có khả năng phân hủy
sinh học và dư lượng của tác nhân Fenton không gây nguy hại cho môi trường
(Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016). Lợi dụng ưu điểm của tác
nhân Fenton, Umadevi (2015) đã sử dụng qui trình Fenton để xử lý nước thải
bệnh viên cho hiệu quả loại bỏ COD khoảng 89,87%. Tuy nhiên theo Trần Mạnh
Trí & Trần Mạnh Trung (2006) quá trình Fenton sử dụng rất nhiều hóa chất làm
cho chi phí xử lý cao, do đó để giảm chi phí xử lý nên chọn quá trình Fenton làm
bước tiền xử lý để giảm độc tính và tiêu diệt các mầm bệnh trong nước thải bệnh
viện, sau đó nước thải sẽ được tiến hành xử lý sinh học. Hiện nay, một số nghiên
cứu cho thấy việc kết hợp Fenon và ô-zon có khả năng làm tăng hiệu quả loại bỏ
chất ô nhiễm và tiêu diệt các mầm bệnh (Coelho et al., 2009). Nước thải sau khi
xử lý sơ cấp sẽ được tiếp tục xử lý bằng qui trình sinh học tăng trưởng lơ lửng
hoặc tăng trưởng bám dính, trong đó qui trình sinh học tăng trưởng bám dính có
ưu điểm hơn do hệ vi khuẩn trong màng sinh học thường có hoạt tính cao hơn vi
khuẩn trong bùn hoạt tính giúp tăng hiệu quả xử lý nước thải (Nguyễn Văn
Phước, 2007). Chính vì vậy đề tài “Xử lý nước thải bệnh viện bằng qui trình
Fenton/ô-zon kết hợp bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước” được tiến hành
trên cơ sở kế thừa các nguyên lý xử lý trên nhằm tìm ra giải pháp xử lý nước thải
bệnh viện một cách hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật, để các bệnh viện tuyến
huyện có thể áp dụng được, cụ thể là xác định các thông số vận hành thích hợp
cho qui trình Fenton/ô-zon kết hợp bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước để xử
lý nước thải bệnh viện đạt QCVN 28:2010/BTNMT (loại A). Kết quả của đề tài

sẽ cung cấp các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống xử lý nước thải bệnh viện
theo phương án này. Thêm vào đó đề tài còn tiến hành thêm các nghiên cứu xử lý
1


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

nước thải bệnh viện bằng quá trình keo tụ kết hợp Fenton/ô-zon để giảm chi phí
xử lý và độ phức tạp trong việc vận hành.

2


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1.THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN
Theo Nguyễn Xuân Nguyên & Phạm Hồng Hải (2004) nước thải bệnh viện gồm
các nguồn chính:
- Nước thải từ các phòng điều trị, các phòng xét nghiệm (phòng giải phẫu, huyết
học, truyền máu, lau rửa các dụng cụ phẫu thuật…) đây là nguồn tạo ra các chất
thải nguy hại.
- Nước thải chứa các hóa chất (trong đó chứa các chất độc hại) sinh ra từ các
phòng dược như các loại thuốc, vắc-xin, huyết thanh, dung môi hữu cơ, hóa chất
xét nghiệm…
- Nước thải sinh hoạt của các phòng cán bộ công nhân viên, người nuôi bệnh,

bệnh nhân, nhà bếp, nhà ăn, chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy, các hợp chất vô
cơ…
Nước thải bệnh viện chứa các chất ô nhiễm độc hại như: vi sinh vật gây bệnh (vi
khuẩn, vi-rút), các hóa chất từ dược phẩm và phòng xét nghiệm (kháng sinh,
phenol và chloroform). Các hóa chất độc hại và thành phần hữu cơ như protein,
chất béo, carbohydrate, các thành phần này thường vượt quá tiêu chuẩn và nếu xả
thẳng vào môi trường nước có thể gây ô nhiễm môi trường và các vấn đề liên
quan đến sức khỏe cho con người (Prayitno et al., 2014 ; Nasr & Yazdanbakhsh,
2008).
Theo Nguyễn Thanh Hà (2015) các yếu tố nguy hại có trong nước thải bệnh viện
từ các khoa, phòng khác nhau có thể liệt kê như sau:
- Các hoạt động của các cơ sở y tế, các bệnh viện, thường sử dụng hóa chất khử
trùng khá nhiều, các chất này chủ yếu là các hợp chất của clo (cloramin B, clorua
vôi,...) sẽ đi vào nguồn nước thải và làm giảm hiệu quả xử lý của các công trình
xử lý nước thải sử dụng phương pháp sinh học.
- Các hóa chất liên quan đến tráng rửa phim (một số kim loại nặng như chì (Pb),
thủy ngân (Hg), cadimi (Cd),…có nguồn gốc từ phòng chụp X-quang. Các hóa
chất độc hại từ phòng này có thể đi vào nước thải qua quá trình tráng rửa. Và quá
trình thu gom nếu phân loại không triệt để sẽ đi vào hệ thống nước thải có nguy
cơ gây ra ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận.
- Khu vực nha khoa là nơi có khả năng phát sinh thủy ngân (Hg) vào nước thải
cao khi hỗn hống thủy ngân được sử dụng trong trám răng không được tách loại
bằng thiết bị tách đặt phía dưới bồn rửa. Nhà bếp trong bệnh viện thường phát
thải lượng hữu cơ cao, dầu mỡ động thực vật liên quan đến các khâu chế biến
thức ăn vào trong nước thải.
- Khu vực giặt ủi làm cho nước thải có độ pH tăng cao, tăng hàm lượng P-PO43và đặc biệt là các hợp chất chứa clo có nguồn gốc từ chất khử trùng được sử
dụng. Ở khu vực điều trị, lượng kháng sinh, chất khử trùng (glutaraldehyde) làm
cho nước thải ô nhiễm hơn. Đồng thời, lượng ô nhiễm hữu cơ tăng cao khi tiếp
nhận dịch rửa từ cơ thể của người bệnh.
3

Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

Theo Nguyễn Xuân Nguyên & Phạm Hồng Hải (2004) nước thải bệnh viện luôn
có những nguy cơ tiềm ẩn dưới đây:
-Các vi khuẩn gây bệnh có thể tìm thấy trong nước thải gồm: tụ cầu, Salmonella,
Shigella, Coliforms, Pseudomonas, Fecal streptococci … các chủng này thường
kháng nhiều loại kháng sinh.
+ Coliforms và Fecal Coliforms: Coliforms là các vi khuẩn hình que gram âm có
khả năng lên men lactose sinh sản ở nhiệt độ 35 ± 0,50C. Coliforms có khả năng
sống ngoài đường ruột của động vật (tự nhiên), đặc biệt trong môi trường khí hậu
nóng.
+ Fecal streptococci: nhóm này bao gồm các vi khuẩn chủ yếu sống trong đường
ruột của động vật như Streptococcus Bovis và S.equinus. Một số loài có phân bố
rộng hơn hiện diện cả trong đường ruột của người và động vật như S.faecalis và
S.faecium.
- Vi-rút: chủ yếu là vi-rút đường tiêu hóa, vi-rút gây tiêu chảy ở trẻ em.
- Nước thải bệnh viện có mức độ nhiễm khuẩn cao, khả năng tồn tại của vi khuẩn
lâu, và các vi khuẩn gây bệnh có thể nhân lên của trong điều kiện giàu chất hữu
cơ của nước thải. Nước thải bệnh viện có thể mang các mầm bệnh: tả, thương
hàn, lỵ, bệnh vàng da, nhiễm trùng, viêm gan siêu vi trùng, giun sán…
Theo Nguyễn Thanh Hà (2015) trong nước thải bệnh viện hoặc các cơ sở y tế
khác, hàm lượng cặn lơ lửng dao động từ 75 mg/L đến 250 mg/L. BOD5 dao
động từ 120 mg/L đến 200 mg/L. COD thường có giá trị từ 150 mg/L đến 250
mg/L. Trong nước thải chứa các nguyên tố dinh dưỡng gồm ni-tơ và phốt-pho,
các chất này cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật và thực vật. Nước thải y tế
thường có hàm lượng N-NH3 phụ thuộc vào loại hình cơ sở y tế. Phốt-pho trong

nước thường tồn tại dưới dạng ortho-phốt-phát (PO43-, HPO42-, H2PO4-, H3PO4)
hay poly-phốt-phát [Na3(PO3)6] và P-PO43- hữu cơ. Ngoài những chất ô nhiễm
thông thường, trong nước thải bệnh viện còn có thể có cả những chất bẩn,
khoáng và hữu cơ đặc thù: các chế phẩm thuốc, các chất khử trùng, các đồng vị
phóng xạ được sử dụng trong quá trình chẩn đoán và điều trị bệnh.

Bảng 2.1. Kết quả phân tích nước thải một số bệnh viện ở Hà Nội

4


Luận văn tốt nghiệp đại học

Chỉ tiêu phân tích

Đơn vị

Lưu lượng nước thải
pH
SS
Độ đục
BOD5
COD
DO
N-NH3
P-PO43Tổng Coliforms
Vi khuẩn kị khí

m3/ngày
mg/L

NTU
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
MPN/100mL
VK/mL

GVHD: Lê Hoàng Việt
Bệnh
viện phổi
Trung
ương
160
7,21
96
135
195
260
1,4
12,5
3,02
1,8 x 106
8 x 107

Bệnh
viện phụ
sản

Bệnh
viện 354

Bệnh viện
giao thông
vận tải

130
8,05
90
149
180
250
1,5
14,0
3,02
1 x 106
6 x 107

1200
7,26
80
160
210
1,6
4,3
5,2
2.2 x 106
7.6 x 108

170
7,03
92
190
240
1,7
14
3,9
1.8 x 106
7x108

(Nguyễn Xuân Nguyên & Phạm Hồng Hải, 2004)

2.2.TÌNH HÌNH QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN
Theo qui định của Bộ Y Tế mỗi bệnh viện phải có hệ thống thu gom, xử lý nước
thải đồng bộ và có hệ thống thu gom nước mưa chảy tràn tách riêng với nước thải
từ các khoa, phòng. Hệ thống thu gom nước thải phải là hệ thống ngầm hoặc có
nắp đậy. Hệ thống xử lý nước thải phải có bể thu gom bùn và nước thải trước khi
thải ra môi trường phải đáp ứng các yêu cầu giới hạn cho phép về các thông số ô
nhiễm theo QCVN 28:2010/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải
y tế (Nguyễn Thanh Hà, 2015).
Nhưng hiện tại vẫn còn một số bất cập và chưa đáp ứng được các quy định hiện
hành về bảo vệ môi trường. Nhiều cơ sở y tế chưa lựa chọn được loại hình công
nghệ phù hợp với điều kiện thực tế của đơn vị để đầu tư hệ thống xử lý nước thải.
Hệ thống xử lý nước thải tại một số cơ sở y tế chưa đáp ứng được quy chuẩn hiện
hành. Nếu không đươc thu gom, xử lý đảm bảo các quy chuẩn hiện hành trước
khi thải ra môi trường thì sẽ có nguy cơ gây ô nhiễm, suy thoái các nguồn nước
tiếp nhận, ảnh hưởng đến chất lượng môi trường đất và có thể phát tán các dịch
bệnh trong cộng đồng. Theo Nguyễn Xuân Nguyên & Phạm Hồng Hải (2004)
các bệnh viện trung ương và cấp tỉnh thường có quy mô 400 – 600 giường bệnh

nằm trong các trung tâm dân cư đông đúc. Bệnh viện cấp huyện nhỏ hơn với quy
mô 50 – 100 giường bệnh nằm chủ yếu ở các thị trấn với điều kiện trang bị kém
hơn.
2.2.1.Một số công nghệ xử lý nước thải hiện đang áp dụng tại các bệnh viện
ở Việt Nam
Theo Nguyễn Thanh Hà (2015) các bệnh viện hiện tại ở Việt Nam như bệnh viện
mắt Đà Nẵng, Phụ Sản - Nhi đồng (Đà Nẵng), bệnh viện Đa khoa Đức Thọ (Hà
Tĩnh) … đang áp dụng một số hệ thống xử lý nước thải như lọc sinh học nhỏ
giọt, bể bùn hoạt tính, AAO và nguyên lý hợp khối. Quy trình xử lý nước thải
bệnh viện của các hệ thống trên được trình bày trong Hình 2.1; 2.2; 2.3; 2.4 :
5


Luận văn tốt nghiệp đại học

Bể thu gom
nước thải

Song
chắn rác

GVHD: Lê Hoàng Việt

Bể điều hòa

Ra ao hồ

Bể sinh học nhỏ
giọt

Bể lắng 1

Bể khử trùng

Bể lắng 2

Bể nén bùn

Hình 2.1 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện theo công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt
(Nguyễn Thanh Hà, 2015)

Bể thu gom
nước thải

Song
chắn rác

Bể điều
hòa

Ra ao hồ

Bể hiếu khí

Bể lắng 1

Bể khử trùng

Bể lắng 2

Bể nén bùn

Hình 2.2 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện bằng bể bùn hoạt tính
(Nguyễn Thanh Hà, 2015)
Bể thu gom
nước thải

Song chắn rác

Bể khử trùng

Hố bơm nước
thải

Bể lắng đợt 2

Yếm khí

Thiếu khí

Thải bỏ

Bể nén
bùn

Hiếu khí

Hình 2.3 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện bằng công nghệ AAO
(Nguyễn Thanh Hà, 2015)
Bể thu gom

nước thải

Song chắn
rác

Bể điều hòa

Bể lắng sơ
cấp

6


Luận văn tốt nghiệp đại học

Bể khử
trùng
Nước thải
sau xử lý

Bể lắng thứ
cấp

GVHD: Lê Hoàng Việt

Bể điều hòa

Bể bùn hoạt
tính

Bể nén bùn

Hình 2.4 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện nguyên lý hợp khối
(Nguyễn Thanh Hà, 2015)
Trong số 4 mô hình đã được giới thiệu có điểm chung là nước thải đều qua quá
trình xử lý sơ cấp sau đó xử lý sinh học là chủ yếu và mỗi một mô hình đều có
một số ưu điểm và nhược điểm nhất định. Một mô hình công nghệ phù hợp phải
được tính toán, chọn lựa sao cho phù hợp nhất với điều kiện thực tế của cơ sở y
tế đang hoạt động.
Bảng 2.2 So sánh ưu nhược điểm của một số mô hình công nghệ xử lý nước thải
bệnh viện
STT Công nghệ xử lý
Ưu điểm
Nhược điểm
1 Lọc sinh học nhỏ giọt
- Chi vận hành thấp - Có chi phí đầu tư và
- Không đòi hỏi kỹ
diện tích đất sử dụng
năng vận hành cao
cao.
và theo dõi liên tục.
-Thường gặp sự cố về
- Ít cần bảo trì, có thể mùi hôi, nhiều ruồi.
vận hành khi mất
- Chất lượng nước sau
điện.
khi xử lý có độ N- Bùn ở bể lắng có
NO3- cao, SS cao.
thể tích nhỏ, ít nước, - Có thể bị ảnh hưởng
ổn định.

bởi thời tiết.
- Ít tiêu thụ năng
lượng, vì có thông
khí tự nhiên.
- Ít tạo bọt.
2 Bể bùn hoạt tính
-Chi phí đầu tư và
- Chi phí vận hành
diện tích đất sử dụng cao.
thấp.
- Đòi hỏi kỹ năng vận
- Ít gặp sự cố về mùi hành cao và theo dõi
hôi, không có ruồi,
liên tục.
độ ồn cao.
- Bùn bể lắng có thể
- Ít bị ảnh hưởng bởi tích lớn, nhiều nước,
thời tiết.
khó làm khô, ít ổn
định.
- Đòi hỏi bảo trì
thường xuyên các
motor, không thể vận
hành khi mất điện.
7


Luận văn tốt nghiệp đại học

3 Công nghệ AAO

4 Nguyên lý hợp khối

GVHD: Lê Hoàng Việt

- Bùn thải chứa hàm
lượng phốt–pho
tương đối cao (3–
5%) đạt giá trị làm
phân bón. Khử NNO3- tốt hơn quy
trình A/O.
- Xử lý hiệu quả
nước thải có thành
hữu cơ và ni-tơ cao.
Hiệu suất xử lý
tương đối ổn định.
- Kỹ thuật vận hành
đơn giản và ổn định
hơn công nghệ bùn
hoạt tính.
- Chiếm ít diện tích
hơn công nghệ bùn
hoạt tính.

- Tiêu thụ năng lượng
cao, do cần sục khí,
khuấy trộn và hoàn
lưu bùn.
- Hoạt động không ổn
định ở thời tiết lạnh.

Phức tạp hơn quy
trình A/O
Chi phí đầu tư cao do
phải sử dụng vật liệu
lọc sinh học (khoảng
15-25 triệu đồng/m3
nước thải).
- Không thể vận hành
nếu mất điện.
- Có thể phát sinh
tiếng ồn và mùi hôi
nếu vận hành không
đúng.

(Tổng hợp từ Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016; Nguyễn Thanh Hà,
2015)

2.3 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH KEO TỤ-TẠO BÔNG
2.3.1 Khái niệm quá trình keo tụ-tạo bông
Theo Nguyễn Văn Sức (2012) keo tụ là phá vỡ độ bền của các hạt keo và liên kết
các hạt keo lại với nhau, tạo bông là tạo thành các cụm bông cặn lớn hơn từ các
hạt nhỏ.

8


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

Hình 2.5 Quá trình keo tụ và tạo bông của các hạt keo
(a) Keo tụ, (b) Tạo bông
(US Army Corps of Engineers, 2001)
2.3.2 Bản chất của quá trình keo tụ - tạo bông
Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2016) hạt keo là các hạt có kích
thước rất nhỏ (lớn hơn nguyên tử và ion nhưng không thể nhìn thấy bằng mắt
thường), kích thước của các hạt keo biến thiên từ 0,001 m đến 10 m. Tỉ lệ
giữa khối lượng và diện tích bề mặt của hạt keo rất nhỏ, điều này tạo cho các hạt
keo có đặc điểm là tác động của trọng lực không đáng kể, tác động điện tích bề
mặt chiếm ưu thế. Do bề mặt lớn và có mang điện tích, các hạt keo có khuynh
hướng hấp phụ các ion vào môi trường xung quanh nó.
2.3.3 Cơ chế của quá trình keo tụ - tạo bông
Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2016) quá trình làm mất tính ổn
định của hạt keo diễn ra theo 4 cơ chế chính:
a. Làm giảm độ dày 2 lớp điện tích của hạt keo
Khi cho chất điện phân với nồng độ cao vào trong nước thải nó sẽ phân ly tạo
thành các ion. Các ion trái dấu sẽ len lỏi vào khu vực các ion làm phân tán và
điện tích ở khu vực này bị giảm đi hay thậm chí là bị mất hẳn, do đó các hạt keo
bị mất lực đẩy (do có cùng điện tích). Vì vậy các hạt keo có thể tiến gần nhau và
kết lại với nhau để hình thành các bông cặn.
b. Hấp phụ và trung hòa điện tích bề mặt của hạt keo
Khi cho các a-min hữu cơ cao phân tử vào nước thải nó sẽ phân ly và tạo thành
các phân tử a-min có điện tích dương (R-NH3+), các a-min hữu cơ là các chất kỵ
nước. Do đó các phân tử này nhanh chóng di chuyển đến và bị hấp phụ bởi các

9


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

hạt keo có điện tích âm. Điện tích của các hạt keo này sẽ bị trung hòa, lực đẩy
tĩnh điện của nó sẽ giảm hay mất dần. Tuy nhiên khi sử dụng ở liều lượng vượt
mức cần thiết nó có thể làm nghịch đảo điện tích bề mặt của các hạt keo và các
hạt keo trở về trạng thái ổn định.
Khi sử dụng chất keo tụ là các loại muối kim loại, chúng phân ly tạo thành các
ion kim loại và tạo thành các phức có điện tích dương, khi các phức này bị hấp
phụ lên bề mặt của các hạt keo, chúng sẽ trung hòa điện tích của các hạt keo. Các
muối kim loại thường sử dụng là muối kim loại hóa trị 3 như xút và nhôm, các
muối nhôm sẽ tạo thành phức Al6(OH)153+, Al7(OH)174+, các muối sắt tạo thành
phức Fe2(OH)24+ và Fe3(OH)45+.
c. Kết dính các hạt keo vào các chất kết tủa
Khi cho các loại phèn nhôm hay phèn sắt vào trong nước thải nó sẽ tạo thành
Al(OH)3 hay Fe(OH)3, các chất này có độ hòa tan kém, độ nhờn cao và tỉ trọng
hơi lớn hơn nước. Sau khi hình thành các chất này sẽ lắng chậm xuống, trên
đường đi nó sẽ kết dính các hạt keo và đưa các hạt keo này lắng xuống.
d. Hấp phụ và tạo cầu nối giữa các hạt keo
Các chất cao phân tử sẽ làm mất tính ổn định của hạt keo bởi việc tạo thành các
cầu nối liên kết các hạt keo lại với nhau do các polyme này có các nhóm chức có
khả năng giữ các hạt keo lại, khi sử dụng polyme quá liều có thể dẫn đến việc các
hạt keo trở lại trạng thái ổn định.
Theo Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga (2002) cơ chế của quá trình keo tụ có thể
giải thích đơn giản bằng mô hình hai lớp:

Hình 2.6 Mô hình lý thuyết hai lớp điện tích của hạt keo
(Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga, 2002)
Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu. Một
số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng
hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này

là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào
một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra. Khi các hạt rắn mang điện tích
âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bởi các ion mang điện
10


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

tích dương ở lớp bên trong. Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và lớp
chuyển động gọi là thế zeta hay thế điện động. Giá trị của thế zeta sẽ xác định
lực đẩy tĩnh điện của các hạt là lực cản trở việc dính kết giữa các hạt rắn với nhau
(Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga, 2002).
2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ - tạo bông
Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2016) có nhiều yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình keo tụ và tạo bông cặn.
a. Mật độ hạt keo
Mật độ hạt keo ảnh hưởng đến liều lượng chất keo tụ sử dụng và hiệu quả của
quá trình keo tụ. Mật độ hạt keo cao sẽ kéo theo liều lượng chất keo tụ cần sử
dụng cao. Tuy nhiên ở mật độ hạt keo thấp, tốc độ keo tụ sẽ diễn ra rất chậm do
bị hạn chế cơ hội tiếp xúc với nhau (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân,
2016).
b. Liều lượng chất keo tụ
Liều lượng chất keo tụ sử dụng còn phụ thuộc vào nồng độ hạt keo và pH nước
thải.
c. Hiệu điện thế zeta
Hiệu điện thế zeta càng lớn thì lực đẩy tĩnh điện của các hạt keo càng lớn và các
hạt keo càng ổn định.
d. Ái lực của hạt keo với nước

Các hạt keo ưa nước có độ ổn định cao vì các chất keo tụ khó thay thế vị trí của
các phân tử nước trên bề mặt hạt keo. Độ ổn định của hạt keo ưa nước phụ thuộc
vào ái lực của nó với nước hơn là điện tích bề mặt.
e. Ion âm trong dung dịch
Khi sử dụng phèn nhôm hay phèn sắt ở liều lượng cao có thể dẫn đến việc tái ổn
định của các hạt keo. Tuy nhiên hiện tượng này không xảy ra nếu trong nước có
chứa nhiều ion âm như sulfate, P-PO43-.
f. Ion dương trong dung dịch
Sự hiện diện của các ion dương Ca, Mg trong nước thải giúp việc keo tụ các hạt
keo có điện tích âm tốt hơn vì nó làm giảm điện tích âm và lực đẩy tĩnh điện của
các hạt keo.
g. Nhiệt độ thấp làm giảm hiệu quả của quá trình keo tụ, nhất là khi sử dụng
phèn nhôm.
Nhiệt độ cao có thể làm tăng quá trình keo tụ do các cơ chế sau:
Tăng vận tốc phản ứng.
Giảm thời gian cần thiết để tạo bông cặn.
Giảm độ nhớt của nước.
Thay đổi cấu trúc của các bông cặn.

11


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

2.3.5 Đặc điểm của phèn PAC
Theo Gebbie (2011) phèn PAC có một số ưu điểm sau:
- PAC có thể làm việc tốt ở nhiệt độ của nước thải thấp. Đối với phèn nhôm
sulfate bùn lắng chậm ở nhiệt độ thấp, còn đối với phèn PAC thì bùn lắng tốt ở

nhiệt độ thấp và nhiệt độ thường.
- PAC tạo ra ít bùn hơn phèn nhôm sulfate khi sử dụng cùng liều lượng.
- Ở cùng liều lượng thì hiệu quả xử lý của PAC cao hơn phèn nhôm sultate.
- Dung dịch phèn PAC được lưu giữ trong khoảng thời gian từ 4 - 5 tháng khi
bảo quản dưới 500C, và có thể lưu trữ với số lượng lớn.
- Phèn PAC có thể hoạt động ở khoảng pH rộng là 5 – 8.
2.4. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH FENTON/Ô-ZON
2.4.1. Giới thiệu chung về quá trình Fenton
Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu của
tác giả J.H.Fenton, trong đó ông quan sát thấy phản ứng ô-xy hóa a-xít malic
bằng hydrogen peroxit đã được gia tăng mạnh khi có mặt các ion sắt. Sau đó tổ
hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ được sử dụng làm tác nhân ô-xy hóa rất hiệu quả cho
nhiều đối tượng rộng rãi các chất hữu cơ và được mang tên “tác nhân Fenton”.
Quá trình Fenton có ưu điểm ở chỗ các tác nhân H2O2 và phèn sắt tương đối rẻ và
có sẵn, đồng thời không độc hại, dễ vận chuyển, dễ sử dụng trong khi đó hiệu
quả ô-xy hóa được nâng cao hơn rất nhiều so với H2O2 sử dụng một mình. Áp
dụng quá trình Fenton để xử lý nước và nước thải có thể dẫn đến khoáng hóa
hoàn toàn các chất hữu cơ thành CO2, H2O và các ion vô cơ. Tuy nhiên, trong
điều kiện đó phải sử dụng rất nhiều hóa chất làm cho chi phí xử lý cao (Trần
Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2006). Do vậy trong nhiều trường hợp chỉ nên áp
dụng quá trình Fenton để phân hủy từng phần, chuyển các chất hữu cơ không thể
hoặc khó phân hủy sinh học thành các chất mới có khả năng phân hủy sinh học
nhằm có thể áp dụng thuận lợi quá trình xử lý sinh học tiếp sau, dư lượng của
Fenton không gây nguy hại cho môi trường. Nhược điểm của nó là bị ảnh hưởng
bởi các chất khác trong nước thải (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân,
2016; Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2006).
Quá trình Fenton có thể được phân loại thành hai quá trình đó là quá trình Fenton
đồng thể và quá trình Fenton dị thể (Poyatos et al., 2010).
a. Quá trình Fenton đồng thể
Theo Uslu & Balcıoğlu (2009), Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung (2006) hệ

tác nhân Fenton cổ điển là hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị II (thường dùng muối
FeSO4) và hydrogen peroxit H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do
.
hydroxyl HO , còn Fe2+ bị ô-xy hóa thành ion Fe3+.
Fe2+ + H2O2

.

Fe3+ + HO + OH

-

(2.1)

12


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt
.

Mặt khác, gốc hydroxyl HO cũng có thể được tạo ra thêm, khi nồng độ H2O2
.
cao, thì sẽ phản ứng với gốc hữu cơ ( R) được tạo ra từ phản ứng giữa gốc tự do
.
hydroxyl HO và chất hữu cơ (Uslu & Balcıoğlu, 2009).
.

R + H 2 O2

ROH + HO

.

(2.2)

.

Gốc tự do hydroxyl HO 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 gốc
hữu cơ có khả năng phản ứng cao, từ đó sẽ phát triển tiếp tục kiểu dây chuỗi:
.

OH + Fe3+

-

.

.

.

.

HO + Fe2+
HO + H2O2

HO2 + H2O

HO + RH

R + H2 O

(2.3)
(2.4)
(2.5)

.

Các gốc hữu cơ R có thể ô-xy hóa Fe2+, và khử Fe3+, hoặc dimer hóa:
.

R + Fe2+

.

R + Fe3+

.

.

R+ R

Fe3+ + RH

(2.6)

Fe2+ + “sản phẩm khác”

(2.7)

“sản phẩm” (dimer)

(2.8)

.

Gốc HO2 có thể tác dụng trở lại với Fe2+ và Fe3+ theo kiểu như sau :
.

HO2 + Fe2+

-

.

HO2 + Fe3+

H +O2 + Fe2+

HO2 + Fe3+
+

(2.9)
(2.10)

Những phản ứng trên chứng tỏ tác dụng của sắt đóng vai trò là chất xúc tác (Trần

Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2006).
b. Quá trình Fenton dị thể
Quá trình Fenton dị thể theo Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung (2006) nguồn
sắt sử dụng làm chất xúc tác đã được nhiều công trình nghiên cứu thay thế bằng
quặng sắt Goethite ( -FeOOH), cát có chứa sắt, Fe/than hoạt tính… quá trình
này xảy ra cũng giống như quá trình Fenton đã được khảo sát ở trên. Quá trình ôxy hóa dị thể bằng hệ H2O2/FeOOH trên đây có nhiều ưu thế trong ứng dụng. Và
cũng có thể sử dụng các ô-xít sắt (III) khác như lepidocrorite ( -FeOOH),
hematite ( -Fe2O3), ô-xít sắt từ (Fe3O4)… tuy nhiên tốt nhất trong số này chỉ có
Goethite. Goethite ( -FeOOH) là một khoáng sản có sẵn trong thiên nhiên. Tuy
vậy, Goethite ( -FeOOH) cũng có thể thu được bằng cách tổng hợp từ feric nitrát và kali hydroxit ở nhiệt độ cao.
Cơ chế của quá trình dị thể kiểu như Fenton xảy ra phản ứng với H2O2 trên
goethite có thể theo hai khả năng:

13


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

Phản ứng Fenton được khởi đầu bằng việc sản sinh ra Fe (II) nhờ sự có mặt của
H2O2 xảy ra hiện tượng khử - hòa tan goethite và tái kết tủa Fe (III) trở về
goethite.
-FeOOH + 2H+ +
Fe2++ H2O2

H2 O2

Fe2+ +

O2 + 2H2O

.

Fe3+ + HO + OH-

Fe3+ + H2O + OH-

-FeOOH + 2H+

(2.11)
(2.12)
(2.13)

-Phân hủy xúc tác H2O2 trên bề mặt goethite, và có thể xảy ra hàng loạt phức chất
.
.
trên bề mặt tạo thành gốc hydroxyl HO và gốc HO2. Một số ưu điểm khi sử
dụng chất xúc tác Goethite có thể sử dụng trong một thời gian dài mà không cần
phải hoàn nguyên. Tốc độ hình thành gốc hydroxyl tăng theo độ tăng pH trong
khoảng pH 5 đến 9.
Theo Hartmann et al. (2010) Fenton dị thể sẽ khắc phục được một số nhược điểm
của Fenton đồng thể như: chỉ hoạt động tốt ở pH a-xít, sau xử lý phải nâng pH >
7 để thu được kết tủa Fe3+ và tạo ra nhiều bùn có chứa sắt.
c. Các yếu tố ảnh hưởng quá trình Fenton đồng thể
Các yếu tố như độ pH, nồng độ H2O2 và tỉ lệ Fe2+: H2O2 các anion vô cơ cũng sẽ
là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình Fenton.
-Ảnh hưởng của độ pH
Theo Parsons (2004), Umadevi (2015) trong quá trình Fenton, pH được điều
chỉnh trong khoảng a-xít, để tạo ra số gốc hydroxyl tối đa để ô-xy hóa các chất

hữu cơ, tuy nhiên giá trị pH không nên quá thấp (pH < 2) sẽ làm cho phản ứng
chậm lại. Mặt khác, ở pH cao (pH > 4) sự tạo thành gốc hydroxyl sẽ chậm lại. Vì
thế pH nằm trong khoảng từ 2 – 4 sẽ tạo ra các gốc hydroxyl tối đa để ô-xy hóa
các hợp chất hữu cơ cao nhất.
Nhìn chung phản ứng Fenton xảy ra thuận lợi khi pH từ 3 - 5. Khi nghiên cứu
ảnh hưởng của độ pH (pH từ 1 đến 8) đến tốc độ phản ứng ô-xy hóa các chất hữu
cơ bằng hệ Fenton Fe2+ : H2O2 trong điều kiện dư Fe2+ (để loại trừ ảnh hưởng của
ion Fe2+), cho thấy khi pH 3, tốc độ phản ứng xảy ra nhanh vì theo cơ chế tạo
.
gốc hydroxyl HO trực tiếp từ H2O2 và Fe2+ như phương trình (2.1). Tuy nhiên
khi pH tăng (pH > 4) tốc độ phản ứng ô-xy hóa chậm lại (Trần Mạnh Trí & Trần
Mạnh Trung, 2006).
-Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 và tỉ lệ Fe2+: H2O2
Theo Belgiorno et al. (2011), Al-Harbawi et al. (2013) nồng độ H2O2 có hai ảnh
hưởng đối nghịch nhau trong quá trình phản ứng, nếu H2O2 thấp thì không đủ tạo
.
thành gốc HO trong dung dịch, mặt khác nồng độ ban đầu của H2O2 trong dung
.
dịch cao thì sẽ tăng quá trình ô-xy hóa dẫn tới tăng nồng độ của gốc HO đến một
.
khoảng nhất định thì H2O2 sẽ phản ứng với các gốc HO làm giảm hiệu quả xử lý.
14


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

Tốc độ phản ứng Fenton tăng khi nồng độ H2O2 tăng, đồng thời nồng độ H2O2
cần thiết lại phụ thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm cần xử lý, đặc trưng bằng tải

lượng COD. Nồng độ H2O2 và tỉ lệ Fe2+ : H2O2 có ảnh hưởng đến sự tạo thành và
sự tiêu hao gốc hydroxyl, vì thế tồn tại một tỉ lệ Fe2+: H2O2 tối ưu khi sử dụng.
Tỷ lệ tối ưu này nằm trong khoảng rộng, khoảng 0,3-1:10 (mol/mol), tùy theo đối
tượng nước thải cần xử lý và do đó cần phải xác định bằng thực nghiệm khi áp
dụng vào từng đối tượng cụ thể (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2006).
-Ảnh hưởng các anion vô cơ
Theo Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung (2006) một số anion vô cơ thường có
mặt trong nước thải cũng có thể làm giảm hiệu quả của quá trình Fenton hệ đồng
thể, đặc biệt trong nước thải dệt nhuộm vì quá trình nhuộm sử dụng rất nhiều hóa
chất phụ trợ (auxiliary chemicals) có nguồn gốc vô cơ. Những anion thường gặp
nhất bao gồm carbonate (
, bicarbonate (
), chloride (
) do chúng
.
có khả năng “tóm bắt” các gốc hydroxyl HO làm tiêu hao số lượng gốc
hydroxyl, giảm khả năng tiến hành phản ứng ô-xy hóa. Một số anion khác có thể
tạo thành những phức chất không hoạt động với Fe3+ nhờ các gốc sun-fat (
,
ni-trát (
), phốt-phat (
do vậy cũng khiến hiệu quả của quá trình
Fenton giảm đi.
2.4.2. Quá trình ô-zon
a. Giới thiệu quá trình ô-zon
Ô-zon có thế ô-xy hóa mạnh và nó là chất không bền, mà phải được tạo ra tại
thời điểm sử dụng. Ô-zon đã được sử dụng để khử trùng nước uống ở các nước
châu Âu trong nhiều năm. Nó cũng đã được sử dụng để xử lý một số chất thải
công nghiệp, đặc biệt là để loại bỏ xy-a-nua và phe-nol. Từ năm 1980, ô-zon bắt
đầu được sử dụng để xử lý nước thải, chất thải công nghiệp và xử lý bùn trên một

quy mô lớn (Wang et al., 2007)
Bảng 2.3 Thế ô-xy hóa của một số chất
Gốc
Ô-zon
H2O2
hydroxyl
2,8
2,07
1,77
Thế ô-xy hóa (V)
(Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)
Chất ô-xy hóa

Ion
permanganate
1,67

A-xít
hypochlorous
1,49

Theo Lê Văn Cát (2007) ô-zon là loại khí được điều chế tại chỗ và là một chất ôxy hóa mạnh. Thế ô-xy hóa trong môi trường a-xít là 2,07 V, trong môi trường
kiềm là 1,24 V. Chính hoạt tính cao của ô-zon hạn chế khả năng ứng dụng của nó
trong công nghệ xử lý nước thải, vì ngoài phản ứng với các tạp chất trong nước
nó còn tự phân hủy. Phân hủy ô-zon là một quá trình phân hủy dây chuyền theo
cơ chế hình thành các gốc tự do. Phản ứng ô-xy hóa chất hữu cơ xảy ra được là
do gốc tự do tạo thành.
b. Cơ chế của quá trình ô-zon
Theo Riaño et al. (2014) ô-zon có thể ô-xy hóa các chất khác theo hai cách:
- Ô-xy hóa trực tiếp bằng phân tử ô-zon hòa tan trong nước

15


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

.
- Ô-xy hóa thông qua gốc hydroxyl HO được tạo ra do sự phân hủy ô-zon khi
hòa tan vào nước.
Hai con đường ô-xy hóa nói trên của ô-zon xảy ra cạnh tranh nhau. Quá trình ôxy hóa trực tiếp bằng phân tử ô-zon xảy ra tương đối chậm so với ô-xy hóa gián
tiếp thông qua gốc hydroxyl do sự phân hủy ô-zon tạo ra. Tuy vậy, nồng độ ôzon trong nước khi ô-zon hóa tương đối cao, trong khi đó, nồng độ gốc hydroxyl
trong điều kiện ô-zon hóa thông thường lại tương đối nhỏ, vì thời gian sống của
gốc hydroxyl ngắn, nên nồng độ gốc hydroxyl khi ô-xy hóa bằng ô-zon không
bao giờ vượt quá 10-12M. Trong điều kiện a-xít con đường ô-xy hóa trực tiếp
bằng phân tử ô-zon là chủ yếu, trong khi đó điều kiện pH cao, hoặc trong những
điều kiện có những tác nhân khác như H2O2, UV, chất xúc tác… tạo thuận lợi
cho quá trình tạo gốc hydroxyl, con đường ô-xy gián tiếp thông qua gốc hydroxyl
sẽ là chủ yếu và hiệu quả ô-xy hóa được nâng cao hơn (Trần Mạnh Trí & Trần
Mạnh Trung, 2006).
c. Các yếu tố ảnh hưởng
Các yếu tố như giá trị pH, thời gian tiếp xúc sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình
ô-zon.
-Ảnh hưởng của giá trị pH
Theo nghiên cứu trong hệ ô-xy hóa ô-zon, thời gian bán phân hủy của ô-zon thay
đổi từ vài phút đến vài giờ và độ bền của ô-zon trong nước phụ thuộc nhiều vào
pH, trong môi trường ở pH thấp, chất hữu cơ trong nước sẽ bị ô-xy hóa trực tiếp
bằng phân tử ô-zon, ở pH > 8,5 ngoài ô-zon các chất bẩn còn bị ô-xy hóa bằng
.

tác nhân hydroxyl HO tạo ra từ quá trình phân hủy ô-zon theo phản ứng:
.

3O3 + H2O → 2HO + 4O2

(2.14)
.

Tốc độ phản ứng của các gốc HO trong nước lớn hơn 106 - 109 lần tốc độ phản
ứng của phẩn tử ô-zon (Nguyễn Văn Phước et al, 2010a).
Theo Uslu & Balcıoğlu (2009) xử lý ô-zon sẽ hiệu quả hơn trong môi trường
.
kiềm, vì trong môi trường kiềm, sẽ tạo ra gốc HO có thế ô-xy hóa cao nhất.
-Ảnh hưởng của thời gian
Theo nghiên cứu Prayitno et al. (2014) trong 10 phút đầu tiên, quá trình ô-xy hóa
của ô-zon trong nước thải diễn ra chậm. Trong 15 đến 40 phút tiếp theo, thì
lượng ô-zon được hòa tan vào nước sẽ tăng lên, do đó quá trình ô-xy hóa của ôzon sẽ diễn ra nhanh, và đạt trạng thái ổn định ở phút thứ 40.
2.4.3. Một số nghiên cứu và ứng dụng của quá trình Fenton và ô-zon vào xử
lý nước thải
Đối với nước thải bệnh viện và nước thải bị nhiễm thuốc kháng sinh, kháng
viêm
Umadevi (2015) đã tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải bệnh viên bằng quá
trình Fenton, với nồng độ COD đầu vào 770 mg/L. Phản ứng được thực hiện ở
giá trị pH = 3, thời gian phản ứng của quá trình Fenton là 90 phút, liều lượng
H2O2 được sử dụng là 600 mg/L và liều lượng Fe2+ là 500 mg/L, tương đương
16


Luận văn tốt nghiệp đại học

GVHD: Lê Hoàng Việt

với tỉ lệ H2O2 : Fe2+ sử dụng là 1,2 : 1. Kết quả cho thấy, lượng COD được loại
bỏ khoảng 89,87%.
Coelho et al. (2009) đã tiến hành nghiên cứu xử lý nước bị nhiễm thành phần
diclofenac (diclofenac là một loại thuốc giảm đau thông thường, thuốc chống
viêm khớp và chống thấp khớp, một trong những hợp chất thường xuyên được
phát hiện trong nước) bằng quá trình ô-zon. Phản ứng được thực hiện ở nồng độ
ô-zon là 0,22 g/L và thời gian phản ứng của quá trình là 30 phút. Kết quả cho
thấy quá trình ô-zon đã loại bỏ hơn 99% lượng diclofenac có trong nước.
Đối với nước thải trong chăn nuôi
Riaño et al. (2014) đã ứng dụng quá trình Fenton và ô-zon để xử lý nước thải
trong quá trình chăn nuôi heo. Với quá trình ô-zon được thực hiện ở pH = 8,1;
liều lượng dao động từ 0,7 – 4,3 g/h, trong thời gian phản ứng là 30 phút, đã xử
lý được tổng COD khoảng 27 - 30% và độ màu khoảng 53 - 88%. Với quá trình
Fenton được thực hiện với liều lượng Fe2+ là 100 mg/L và H2O2 là 800 mg/L ở
pH = 3. Kết quả cho thấy quá trình Fenton đã loại bỏ tổng COD là 78% và độ
màu là 96%.
Đối với nước thải công nghiệp
Mandal et al. (2010) đã ứng dụng của quá trình Fenton để tiền xử lý nước thải
công nghiệp thuộc da cho một hệ thống sinh học, với nồng độ đầu vào COD là
2533 mg/L, BOD5 là 977 mg/L, tổng crom là 258 mg/L. Phản ứng được thực
hiện ở pH = 2,5, nhiệt độ 300C và trong 30 phút. Kết quả sau 3 ngày xử lý kết
hợp quá trình Fenton và sinh học, đã xử lý được COD là 93%, BOD là 98%, tổng
crom là 62% và loại bỏ được độ màu là 100%. Nên quá trình Fenton đã cải thiện
được sự phân hủy sinh học và giảm thời gian xử lý sinh học.
Đối với nước thải sản xuất cồn
Nguyễn Văn Phước (2010a) ứng dụng hệ quang hóa ô-zon để nghiên cứu xử lý
nước thải cồn với lượng COD đầu vào dao động từ 1300 – 1800 mg/L. Phản ứng
được thực hiện ở pH = 9, liều lượng ô-zon sử dụng là 54 mg/h, công suất đèn UV

là 8W/h trong 120 phút. Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý màu là 100% và lượng
COD được loại bỏ là 93%.
Nước rỉ rác rác
Cortez et al. (2011) đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng tác nhân Fenton và ôzon với lượng COD đầu vào đã được pha loãng là 340 mg/L. Đối với tác nhân
Fenton được thực hiện ở thời gian phản ứng 120 phút, pH lần lượt là 2, 3, 4, 5, 6,
7 thì hiệu quả xử lý COD lần lượt là 38%, 46%, 43%, 42%, 38%, 34%, kết quả
cho thấy ở giá trị pH = 3 đã xử lý được COD cao nhất là 46%. Còn đối với quá
trình ô-zon được thực hiện ở thời gian phản ứng là 60 phút, liều lượng ô-zon sử
dụng là 5,6 g/h và pH lần lượt là 5,5 ; 7, 9 ; 11 thì hiệu quả xử lý COD tương ứng
là 18%, 27%, 45%, 49%. Kết quả cho thấy ở giá trị pH = 11 đã xử lý được COD
cao nhất là 49%.
2.5.BỂ LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ NỀN NGẬP NƯỚC
17