ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC GÒ CÁT BẰNG QUÁ TRÌNH UVO 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài:

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC GÒ CÁT
BẰNG QUÁ TRÌNH UV/O3

Giáo viên hướng dẫn: Ks. VŨ VĂN QUANG
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NHẬT NAM
Lớp: DH07MT
MSSV : 07127088

Tp.HCM, tháng 7 năm 2011


LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy
KS.Vũ Văn Quang và cô TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng đã tận tình chỉ dẫn
những kiến thức, phương pháp tư duy quý báu trong suốt quá trình thực hiện
luận án này.
Ngày tháng học tập dưới mái trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM đã
trang bị cho em không chỉ kiến thức chuyên ngành quý giá mà còn rất nhiều kĩ
năng sống và làm việc để em có hành trang vững chắc bước vào đời.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Viện Môi trường và Tài
nguyên đã tận tình truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm cho em trong suốt quá

trình thực hiện đề tài.
Xin gửi lời cảm ơn đến các bạn học, các bạn sinh viên lớp Kỹ thuật môi
trường tiểu 2007 đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng, xin chia sẻ niềm vinh dự này cùng gia đình, bạn bè xa gần
đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua.
Với mong muốn kết quả đánh giá của luận án được áp dụng vào thực
tế, đóng góp vào công cuộc bảo vệ môi trường ở Việt Nam, do thời gian đánh
giá và kinh phí thực hiện còn hạn hẹp cùng với kiến thức còn hạn chế nên
chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng
góp của các thầy, cô và các bạn để bản luận án được hoàn chỉnh.
Xin chân thành cảm ơn !

i


TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Cho đến nay công nghệ xử lý nước rỉ rác vẫn đang là vấn đề nan giải
bởi nước thải chứa thành phần hữu cơ quá cao. Sau khi được xử lý bằng các
phương pháp xử lý nước thải truyền thống như: lắng, lọc, keo tụ - tạo bông và
sinh học (kỵ khí và hiếu khí) thì chất lượng nước thải sau xử lý vẫn còn khá
cao so với quy chuẩn cho phép. Hiện còn nhiều nghiên cứu phải tiếp tục triển
khai nhằm xử lý COD khó phân hủy sinh học và màu của nước thải đạt quy
chuẩn thải cho phép.
Công nghệ oxy hóa nâng cao bằng hệ UV/O3 có khả năng xử lý màu và
COD khó phân hủy sinh học trong nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường tuy
nhiên chi phí xử lý khá cao. Nghiên cứu được thực hiện trên nước rỉ rác được
lấy sau quá trình xử lý sinh học của hệ thống xử lý nước thải của bãi chôn lấp
Gò Cát với chất lượng nước sau xử lý còn cao (độ màu khoảng 1.500 – 1.800
Pt – Co; COD: 400 – 600 mg/l). Kết quả nghiên cứu trong điều kiện phòng thí

nghiệm đã xác định điều kiện tối ưu (pH 9,06 hàm lượng O3 sử dụng là 18
mg/h với bước sóng đèn UV là 254 nm) của quá trình xử lý màu và COD
trong nước thải bằng hệ UV/O3 cho thấy: hiệu quả xử lý màu có thể đạt tới
100% và COD có thể đạt tới 80% trong 120 phút.
Đề tài đã nghiên cứu bổ sung thêm xúc tác H2O2 vào quá trình quang
hóa nhằm nâng cao hiệu quả xử lý của quá trình quang hóa đồng thời rút ngắn
thời gian phản ứng.

ii


Bộ Giáo Dục & Đào Tạo

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
===oOo===

KHOA MÔI TRƯỜNG& TÀI NGUYÊN
**************

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KLTN
KHOA

: MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

NGÀNH
: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

HỌ VÀ TÊN SV: NGUYỄN NHẬT NAM

MSSV: 07127088

KHÓA HỌC
: 2007 - 2011
1. Tên đề tài: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC BÃI CHÔN
LẤP GÒ CÁT BẰNG QUÁ TRÌNH UV/O3.
2. Nội dung khóa luận tốt nghiệp:
- Khảo sát thành phần và tính chất nước rỉ rác bãi chôn lấp Gò Cát.
- Bố trí và tiến hành các thí nghiệm xử lý nước rỉ rác bằng quá trình
UV/O3.
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng quá trình UV/O3.
3. Thời gian thực hiện: từ tháng 03 năm 2011 đến tháng 07 năm 2011
4. Họ tên Giáo viên hướng dẫn:KS. Vũ Văn Quang
Nội dung và yêu cầu KLTN đã được thông qua Khoa và Bộ môn
Ngày

Tháng Năm 2011

NgàyTháng Năm 2011

Ban chủ nhiệm Khoa

Giáo Viên Hướng Dẫn

KS. Vũ Văn Quang

iii

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN .......................................................................................................... i
TÓM TẮT KHÓA LUẬN ...................................................................................... ii
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KLTN........................................................................... iii
MỤC LỤC ............................................................................................................. iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC .............................................................................. vii
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................. viii
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. ix
1.1.

Đặt vấn đề .................................................................................................. 1

1.2.

Mục tiêu khóa luận ..................................................................................... 1

1.3.

Nội dung khóa luận ..................................................................................... 2

1.4.

Phương pháp thực hiện ............................................................................... 2

1.5.

Đối tượng và phạm vi đề tài ........................................................................ 2

2.1.

Tổng quan về nước rỉ rác ............................................................................ 4

2.1.1.

Đặc tính chung của nước rỉ rác – Phân loại .......................................... 4

2.1.2.

Đặc tính nước rỉ rác Gò Cát ................................................................. 7

2.2.

Tổng quan về quá trình oxy hóa nâng cao ................................................... 8

2.2.1.
2.3.

Định nghĩa .......................................................................................... 8

Tình hình đánh giá trong và ngoài nước ...................................................... 9

2.3.1.

Tình hình ngoài nước .......................................................................... 9

2.3.2.

Tình hình trong nước ........................................................................... 9

3.1.

Thành phần và tính chất của nước thải được sử dụng trong nghiên cứu ..... 10

3.2.

Mô hình nghiên cứu .................................................................................. 10

Quy tắc hoạt động của mô hình .............................................................................. 10
3.3.

Hóa chất và thiết bị phụ trợ ....................................................................... 11

3.3.1.

Hóa chất ............................................................................................ 11

3.3.2.

Thiết bị phụ trợ ................................................................................. 11
iv


3.4.

Nội dung nghiên cứu................................................................................. 11

3.4.1. Đánh giá thực nghiệm khả năng xử lý nước rỉ rác sau quá trình xử lý

sinh học trên hệ UV ........................................................................................ 11
3.4.2. Đánh giá thực nghiệm khả năng xử lý nước rỉ rác sau quá trình xử lý
sinh học trên hệ Ozone (O3) ............................................................................ 11
3.4.3. Đánh giá thực nghiệm khả năng xử lý nước rỉ rác sau quá trình xử lý
sinh học trên hệ UV/O3 ................................................................................... 12
3.4.4.
4.1.

So sánh 3 hệ oxy hóa ......................................................................... 13

Đánh giá khả năng xử lý nước rỉ rác sau quá trình xử lý sinh học trên hệ UV
15

4.1.1.

Đánh giá ảnh hưởng của pH và thời gian ........................................... 15

4.1.2.

So sánh hiệu quả xử lý hệ UV đối với 3 loại nước thải ..................... 16

4.2.

Đánh giá khả năng xử lý nước rỉ rác sau quá trình xử lý sinh học trên hệ O3
17

4.2.1.

Đánh giá ảnh hưởng của pH .............................................................. 17

4.2.2.

Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng O3 ............................................. 19

4.2.3.

So sánh hiệu quả xử lý hệ O3 đối với 3 loại nước thải ....................... 20

4.3. Đánh giá khả năng xử lý nước rỉ rác sau quá trình xử lý sinh học trên hệ
UV/O3 ................................................................................................................ 22
4.3.1.

Đánh giá ảnh hưởng của pH .............................................................. 22

4.3.2.

Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng O3 ............................................. 23

4.3.3.

So sánh hiệu quả xử lý hệ UV/O3 đối với 3 loại nước thải ................ 25

4.4.

So sánh 3 hệ oxy hóa ................................................................................ 26

4.4.1.

Màu .................................................................................................. 26

4.4.2.

COD ................................................................................................. 27

4.5.

Đánh giá tính khả thi của quá trình quang hóa ........................................... 29

4.6. Đề xuất mô hình áp dụng quá trình quang hóa trong công nghệ xử lý nước
thải của bãi chôn lấp Gò Cát. .............................................................................. 33
4.7.

Hướng dẫn an toàn vận hành, bảo trì và vệ sinh thiết bị UV ..................... 34

4.6.1.

Hướng dẫn an toàn khi sử dụng ......................................................... 34

4.6.2.

Hướng dẫn bảo trì đèn UV ................................................................ 35

5.1.

Kết luận .................................................................................................... 37

5.2.

Kiến nghị .................................................................................................. 38

v


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AOPs

: Quá trình oxy hóa nâng cao – Advanced Oxidation Process

BOD

: Nhu cầu oxy sinh học - Biological Oxygen Demand

BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường
COD

: Nhu cầu oxy hóa học - Chemical Oxygen Demand

HTXLNT : Hệ thống xử lý nước thải
QCVN

: Quy chuẩn Việt Nam

SS

: Chất rắn lơ lửng - Suspended Solids

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

TOC

: Tổng carbon hữu cơ - Total Organic Carbon

UASB

: Bể bùn sinh học kỵ khí dòng chảy ngược - Upflow Anaerobic
Sludge Blanket

UV

: Tử ngoại, cực tím - Ultraviolet

VSV

: Vi sinh vật

vi


DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC
Phụ lục 1 ..................................................................................................... 45
Phụ lục 2 ..................................................................................................... 49
Phụ lục 3…………………………………………………………………….77

vii


DANH MỤC HÌNH

Hình 2. 1. Chiều hướng biến đổi phần hữu cơ trong nước rỉ rác và tỷ lệ phần hữu cơ
không bị phân hủy sinh học so với phần bị phân hủy sinh học theo thời gian chôn lấp
rác (tuổi bãi rác) ........................................................................................................... 6
Hình 3. 1.Mô hình oxy hóa nâng cao quang hóa – ozone ............................................. 73

Hình 4. 1 Ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu suất khử màu trên hệ UV ......... 15
Hình 4. 2Ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu suất xử lý COD trên hệ UV ...... 16
Hình 4. 3So sánh hiệu suất khử màu trên hệ UV với 3 loại nước thải ...................... 17
Hình 4. 4 So sánh hiệu suất xử lý COD trên hệ UV với 3 loại nước thải ................. 17
Hình 4. 5. Ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu suất khử màu trên hệ O3 ......... 18
Hình 4. 6. Ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu suất xử lý COD trên hệ O3 ...... 18
Hình 4. 7. Ảnh hưởng của hàm lượng O3 đến hiệu suất khử màu trên hệ O3............ 20
Hình 4. 8. Ảnh hưởng của hàm lượng O3 đến hiệu suất xử lý COD trên hệ O3 ........ 20
Hình 4. 9. So sánh hiệu quả khử màu trên hệ O3 của 3 loại nước thải ..................... 21
Hình 4. 10. So sánh hiệu quả xử lý COD trên hệ O3 của 3 loại nước thải................ 21
Hình 4. 11. Ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu suất khử màu trên hệ UV/O3 . 22
Hình 4. 12. Ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu suất xử lý COD trên hệ UV/O3
............................................................................................................................... 22
Hình 4. 13. Ảnh hưởng của hàm lượng O3 đến hiệu suất khử màu trên hệ UV/O3 ... 24
Hình 4. 14. Ảnh hưởng của hàm lượng O3 đến hiệu suất xử lý COD trên hệ UV/O3 24
Hình 4. 15. So sánh hiệu quả khử màu trên hệ UV/O3 với 3 loại nước thải ............. 25
Hình 4. 16. So sánh hiệu quả xử lý COD trên hệ UV/O3 với 3 loại nước thải .......... 25
Hình 4. 17. So sánh hiệu quả xử lý màu trên 3 hệ mô hình với nước thải sau lắng .. 26
Hình 4. 18. So sánh hiệu quả xử lý màu trên hệ 3 mô hình với nước thải sau kị khí. 26
Hình 4. 19. So sánh hiệu quả xử lý màu trên 3 hệ mô hình với nước thải sau hiếu khí
............................................................................................................................... 27
Hình 4. 20. So sánh hiệu suất xử lý COD trên 3 mô hình với nước thải sau lắng ..... 28

viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1 Đặc trưng của nước rỉ rác ở các bãi chôn lấp với thời gian khác nhau ....... 6
Bảng 2. 2. Thành phần và tính chất của nước rỉ rác Gò Cát ..................................... 7
Bảng 2. 3. Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa .................................... 49
Bảng 2. 6.Các vùng phổ ánh sáng sử dụng trong quá trình quang hóa.................. 54

Bảng 3. 1. Hóa chất sử dụng ................................................................................... 75
Bảng 3. 2.Thiết bị phụ trợ....................................................................................... 75

Bảng 4. 1.Tóm tắt các thông số vận hành của quá trình quang hóa UV/O3 ở các chế
độ thời gian quang hóa khác nhau .......................................................................... 30

ix


x


Chương 1: MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề
Hiện nay, xã hội đang trên đà phát triển, các công nghệ kỹ thuật tiên tiến

được áp dụng vào quá trình xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng cũng như đầu
tư vào quy trình công nghệ sản xuất ngày càng phong phú, đặc biệt trong các
ngành công nghiệp, cùng với sự phát triển đó môi trường cũng bị ảnh hưởng
và chủ yếu là theo hướng tiêu cực, đặc biệt là môi trường nước. Bên cạnh phải
chú tâm xử lý lượng nước thải sản xuất từ các ngành công nghiệp, chúng ta

cần phải quan tâm đên một lượng nước rò rỉ ra từ các bãi rác (nước rỉ rác).
Lượng nước này mang một hàm lượng ô nhiễm rất cao; nếu không được xử lý
đúng mức thì nó có thể thâm nhập vào môi trường đất sau đó đi vào các mạch
nước ngầm làm ô nhiễm nước ngầm và có thể làm biến đổi đặc tính của đất.
Ở Châu Âu và các nước trên thế giới người ta đã quan tâm đến vấn đề xử
lý rác và nước rác từ lâu. Còn ở nước ta, vấn đề xử lý nước rác mới được quan
tâm gần đây. Thành phần nước rác rất phức tạp trong đó ô nhiễm chất hữu cơ
là chủ yếu, bên cạnh đó còn ô nhiễm vô cơ. Nước rác rò rỉ có chứa lượng lớn
hợp chất chất hữu cơ, vì vậy không thể đơn thuần chọn phương pháp xử lý
sinh học để xử lý loại nước này mà ta phải lựa chọn các công nghệ cao
(Advanced Technologies) để hỗ trợ các công nghệ truyền thống để xử lý nước
thải. Các công nghệ cao xuất hiện trong những thập kỷ gần đây đã được ứng
dụng trong công nghệ xử lý nước và nước thải. Trong đó, nổi bật là:
- Công nghệ lọc màng (Membrane Filtration Technologies).
- Công nghệ khử trùng bằng bức xạ tử ngoại (Ultraviolet Irradiation
Disinfection).
- Công nghệ phân hủy khoáng hóa các chất ô nhiễm hữu cơ bằng các quá
trình oxy hóa nâng cao. (Advanced Oxidation Processes – AOPs)
1.2.

Mục tiêu khóa luận
Hiện nay, các đánh giá về công nghệ xử lý nước rác ở Việt Nam chưa

nhiều.Vấn đề lớn nhất của nước thải này chính là nồng độ COD quá cao, độ
màu lớn, để xử lý đòi hỏi phải kết hợp nhiều công nghệ khác nhau (cơ học,

1


hóa lý, sinh học) rất phức tạp và tốn kém mà đôi khi hiệu quả mang lại không

cao. Rất nhiều hệ thống xử lý nước rác đều có đầu ra không đạt tiêu chuẩn cho
phép (sau khi xử lý bằng các công trình sinh học khác nhau thì COD nước rác
vẫn còn cao, dao động từ 400-600 mg/l) . Do đó, người ta đã nhắm đến hướng
đánh giá khác là công nghệ cao, hybride nhằm nâng cao hiệu quả xử lý COD,
độ màu đồng thời tiết kiệm chi phí xử lý, thời gian. Và đó cũng là hướng đánh
giá của luận văn tốt nghiệp xử lý dựa trên mô hình Oxy hóa nâng cao Quang
hóa (UV/O3).
1.3.

Nội dung khóa luận
Đánh giá thực nghiệm khả năng xử lý COD và độ màu của nước thải sản

-

xuất rỉ rác sau phân hủy sinh học bằng quá trình oxy hóa nâng cao
UV/O3.
Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố vận hành đến hiệu suất xử lý của

-

quá trình.
Đánh giá một số thông số tối ưu cho quá trình

1.4.
-

Phương pháp thực hiện
Phương pháp kế thừa: Thu thập thông tin - số liệu - tài liệu và biên tập
phù hợp với mục đích và nội dung đánh giá của đề tài; học tập kinh
nghiệm của các tác giả đánh giá trước.

-

Phương pháp phân tích mẫu: Thu mẫu, bảo quản, phân tích các chỉ
tiêu theo các phương pháp tiêu chuẩn [16], [31].( Phân tích mẫu tại
phòng thí nghiệm môi trường Viện Môi Trường Và Tài Nguyên, Đại
Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh, 142 Tô Hiến Thành, quận 10).
-

Phương pháp thực nghiệm trên mô hình phòng thí nghiệm: Để đánh
giá hiệu quả xử lý màu và COD trong nước thải rỉ rác Gò Cát bằng hệ
quang hóa UV/O3.

-

Phương pháp xử lý số liệu: thống kê, thể hiện các số liệu dưới dạng
bảng biểu, đồ thị; nhận xét và đánh giá các thông số; xử lý, báo cáo kết
quả.

1.5.

Đối tượng và phạm vi đề tài

Đánh giá khả năng xử lý của 3 quá trình oxy hóa : UV/O3, O3,UV.
2


Nước rỉ rác của bãi chôn lấp Gò Cát được lấy sau 3 giai đoạn :
-

Kị khí, hiếu khí và lắng.

3


Chương 2 :TỔNG QUAN
2.1.

Tổng quan về nước rỉ rác

2.1.1. Đặc tính chung của nước rỉ rác – Phân loại
Nước rỉ ra từ các bãi chôn lấp rác khác nhau nói chung không giống
nhau, đặc tính nước rỉ rác thường khác nhau do có nhiều yếu tố ảnh hưởng như
thờigian chôn lấp rác (còn gọi tuổi chôn lấp rác), cấu trúc bãi chôn lấp rác,
cách chôn lấp lèn chặt hay tự do, khối rác dày hay mỏng, nguồn gốc rác, loại
rác , phương thức quản lý và khai thác bãi rác. Rất nhiều quá trình biến đổi
sinh học, hoá học và vật lý xảy ra xen kẻ, nối tiếp nhau trong suốt thời gian rác
được tập trung và chôn lấptrong điều kiện thiếu hoặc không có không khí, môi
trường pH và nhiệt độ caotrong bãirác. Kết quả của hàng loạt quá trình biến
đổi này là tạo ra nhiều thànhphần hữu cơ và vô cơ gây ô nhiễm ở những cấp
độ khác nhau cũng như tạo ranhiều hợp chất có cấu trúc hoá học phức tạp ở
những cấp độ khác nhau, chúng có thể dễ bị phân hủy sinh học hoặc khó hoặc
không thể bị phân hủy sinh học. Tuy vậy, đặc tính chung của tất cả các loại
nước rỉ rác bao giờ cũng có cácthành phần quan trọng sau đây:
(1) Thànhphần các chất ô nhiễm hữu cơ, đặc trưng ở tải lượng ô nhiễm
theo COD và BOD5 rất cao. Trong thành phần chất ô nhiễm hữu cơ, bao giờ
cũng chứa hai phần : phần chất ô nhiễm hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học và
phần chất ô nhiễm hữu cơ khó hoặc không thể bị phân hủy sinh học. Ở các bãi
rác thời gian chôn lấp không lâu (<1-2 năm), nước rỉ rác có trị số COD rất cao
(3.000-60.000mg/L), đồng thời tỷ số BOD/COD cũng cao (>0,6), tức trong

nước rỉ rác này chứa nhiều thành phần hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học. Ngược
lại ở các bãi rác thời gian chôn lấp lâu (>10 năm) nước rỉ rác có trị số COD
tương đối thấp(100-500 mg/L), đồng thời tỷ số BOD/COD cũng thấp (<0,3),
tức trong nước rỉ rác này chứa nhiều thành phần hữu cơ khó (hoặc không) bị
phân hủy sinh học.
Trong nước rỉ rác ở những bãi chôn lấp một vài năm, thành phần hữu cơ
có trọng lượng phân tử thấp, các axit hữu cơ bay hơi (VFA) chiếm phần lớn,
trong khi đó, nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp thời gian khoảng mươi năm trở
4


lên, thành phần hữu cơ có trọng lượng phân tử cao lại chiến phần chủ yếu.
Điển hình nhất của thành phần hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác là axit
fulvic, axit humic, được gọi chung là các chất humic (humic substances). Axit
Fulvic và axit humic trong nước rỉ rác chủ yếu do sự phân hủy sinh học các
hợp chất lipid, protein, cacbohydrat, lignin có trong xác thực vật và động vật
trong quá trình chôn lấp rác. Chúng là các axit hữu cơ cao phân tử, có trọng
lượng phân tử rất cao, từ 2.000 cho đến 100.000-200.000, cấu trúc gồm nhiều
nhân thơm ngưng tụ cao, chung quanh nhân thơm ngưng tụ có đính các nhóm
định chức, chủ yếu là các nhóm cacboxyl (–COOH), hydroxyl (-OH),
cacbonyl (>C=O) làm cho phân tử axit humic vàfulvic có ái lực càng hóa
(chelate) với các ion đa hóa trị như Mg2+, Ca2+ và Fe2+.hoặc một số ion kim
loại nặng khác tạo thành một phức chất cấu trúc cồng kềnh. Axit Fulvic có
trọng lượng phân tử thấp hơn trọng lượng phân tử axit humic, ngược lại, tính
axit của axit fulvic cao hơn của axit humic. Đặc tính quan trọng củanhất của
các axit fulvic và humic là chúng là những polyme mang màu (pigmented
polymers), từ màu vàng đậm đến nâu đen, làm cho nước rỉ rác luôn có màu
nâu sẫm, là thành phần hữu cơ khó xử lý nhất trong nước rỉ rác.
Cùng với thời gian chôn lấp rác, phần hữu cơ trong nước rỉ rác giảm dần,
nhưng tỷ lệ thành phần các chất hữu cơ không bị phân hủy sinh học lại tăng

lên đáng kể. Điều này thấy rõ trên (bảng 2.1)
(2) Thành phần các chất ô nhiễm vô cơ, chủ yếu là amoniac (NH3) nằm
dưới dạng ion amoni (NH4+) trong nước rỉ rác, thành phần này được tạo ra do
sự phân hủy (thủy phân và lên men) thành phần protein xác động vật hoặc
thực vậttrong rác thải. Đặc tính quan trọng của thành phần amoniac trong nước
thải làchúng có hàm lượng rất cao, đến trên 2000 mg/L và lại rất bền vững,
không bị biến đổi theo thời gian, là thành phần vô cơ khó xử lý nhất trong
nước rỉ rác. (3) Thành phần các chất độc hại: vi trùng, vi khuẩn, mầm bệnh,
virus các loại và một số kim loại nặng. Đặc tính của nước rỉ rác được phân
chia thành ba nhóm khác nhau phụ thuộc vào thời gian ( tuổi) chôn lấp như
(hình 2.1)

5


Hình 2. 1. Chiều hướng biến đổi phần hữu cơ trong nước rỉ rác và tỷ lệ phần
hữu cơ không bị phân hủy sinh học so với phần bị phân hủy sinh học theo thời
gian chôn lấp rác (tuổi bãi rác)

Bảng 2. 1Đặc trưng của nước rỉ rác ở các bãi chôn lấp với thời gian khác
nhau

Trong một bãi chôn lấp rác trẻ hay già, quá trình phân hủy sinh học đều
xảy ra trong điều kiện yếm khí qua 3 giai đọan kế tiếp nhau trong toàn bộ khối
6


rác bị chôn lấp: giai đoạn tạo axit (pha axit), giai đoạn tạo mêtan (pha
mêtan) và giai đoạn trung gian (pha chuyển tiếp từ pha axit sang pha mêtan).
Tuỳ theo thời gian chôn lấp rác mà ưu thế của từng giai đoạn nói trên sẽ thay

đổi. Thời gian chôn lấp càng lâu, tuổi của bãi rác càng già, pha mêtan sẽ càng
chiếm phần chủ yếu. Ngược lại, tuổi bãi rác chôn lấp càng trẻ, pha axit chiếm
phần ưu thế. Có thể căn cứ vào tỷ số BOD/COD trong các giới hạn sau để
phân biệt các giai đoạn xảy ra trong bãi rác chôn lấp :
- Pha axit: BOD/COD ≥ 0,4
- Pha chuyển tiếp : 0,4 > BOD/COD > 0,2
- Pha mêtan : BOD/COD ≤ 0,2
2.1.2. Đặc tính nước rỉ rác Gò Cát
Bảng 2. 2. Thành phần và tính chất của nước rỉ rác Gò Cát

Qua khảo sát trong khoảng thời gian tháng 3/2006 và tháng 7/2006 của
Nhà máy xử lý nước rác Gò Cát cho thấy thành phần và tính chất của nước rỉ
rác ở Công trường chôn lấp rác Gò Cát nằm trong giới hạn sau (bảng 2.2):

7


Những số liệu trên đây cho thấy nước rỉ rác Công trường chôn lấp rác Gò
Cát thuộc loại đã chuyển sang tuổi trung bình, đặc trưng ở độ pH không có
tính axit(pH~7); hàm lượng COD không quá cao như nước rác ở độ tuổi trẻ
(>20.000 mg/L) và cũng không quá thấp như nước rác ở độ tuổi cao (<2.000
mg/L), mà nằm ở mức trung bình (~15.000 mg/L); tỷ số BOD/COD ~0,5,
hàm lượng TKN cao (~2.000 mg/L), và tỷ số TKN/COD nằm giữa 1,0 và 0,1
(~0,14). Với nước rỉ rác ở độ tuổi này, trong thành phần ô nhiễm hữu cơ
ngoài các chất axit hữu cơ bay hơi còn chứa một phần lớn (70-80%) là các axit
trọng lượng phân tử lớn (cao phân tử) như axit humic và axit fulvic như đã mô
tả trên. Đây là nhữngchất ô nhiễm hữu cơ khó hoặc không thể bị phân hủy
sinh học, do đó, để việc xử lý nước rác Gò Cát đạt kết quả mong muốn, không
thể áp dụng công nghệ chỉ dựa vào các quá trình phân hủy sinh học.
Ngoài ra, như mọi loại nước rỉ rác, trong nước rỉ rác Gò Cát cũng chứa

các chất độc hại, các mầm bệnh, vi trùng, virus nguy hiểm cho sức khoẻ con
người khi tiếp xúc, khi xâm nhập vào các nguồn nước mặt, ao hồ, hoặc vào
các mạch nước ngầm, nước giếng trong khu vực quanh các bãi chôn lấp rác.
Nước rỉ rác tích đọng trong các hồ chứa thường trực phát tán mùi hôi thối ra
môi trường trong một bán kính rất rộng, làm ô nhiễm môi trường không khí,
ảnh hưởng rất xấu đến sức khoẻ và sinh hoạt hàng ngày của ngưới dân .
2.2.

Tổng quan về quá trình oxy hóa nâng cao

2.2.1. Định nghĩa
Các quá trình oxy hóa nâng cao là các quá trình oxy hóa các chất hữu cơ
trong môi trường nước ở điều kiện nhiệt độ và áp suất tương đối thấp, bao
gồm việc phát sinh ra số lượng các gốc tự do hydroxyl (OH) đủ để xử lý nước
một cách hiệu quả. Nói chung, trong những quá trình này có sự kết hợp các tác
nhân oxy hóa (ozone, hydrogen peroxide) hoặc các quá trình chiếu xạ (UV,
siêu âm, chùm điện tử,…) với các chất xúc tác thích hợp để tạo ra các gốc tự
do OH.
Gốc tự do OH là một tác nhân oxy hoá rất mạnh, không chọn lọc, và có
khảnăng oxy hoá nhanh chóng hầu hết các chất hữu cơ, bao gồm một phổ rộng
8


các chất hữu cơ gây ô nhiễm nước.
.
2.3.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.3.1. Tình hình ngoài nước

Các quá trình oxy hóa nâng cao (AOP) được xuất hiện trên thế giới chỉ
từ những năm 1990 trở lại đây và được áp dụng để xử lý nước và nước thải
nhằm đáp ứng những yêu cầu mới về chất lượng nước uống và nước sinh hoạt
cũng như những yêu cầu khắt khe hơn trước về tiêu chuẩn nước thải của các
ngành sản xuất công nghiệp. Các quá trình oxy hóa nâng cao ngày nay đã trở
thành một giải pháp không thể thiếu được bên cạnh những công nghệ truyền
thống để xử lý chất ô nhiễm hữu cơ độc hại, khó hoặc không thể phân hủy sinh
học, hiện diện trong các nguồn nước ngầm, nước mặt , nước thải đô thị và
công nghiệp với các nồng độ từ rất thấp (vi ô nhiễm) đến rất cao. Một số đề
tàiđánh giá điển hình về quá trình oxy hóa nâng cao ( phụ lục 1A)
2.3.2. Tình hình trong nước
Ở nước ta, công nghệ xử lý nước và nước thải dựa trên các quá trình oxy
hóa nâng cao còn đang rất mới mẻ, không những chưa được áp dụng vào thực
tế mà thậm chí còn chưa có tài liệu chuyên khảo về vấn đề này. Trước tình
hình đó, nhiều đánh giá về quá trình oxy hóa nâng cao trong xử lý nước thải đã
được tiến hành và đã thành công bước đầu áp dụng để xử lý nước thải sản xuất
hóa chất bảo vệ thực vật, sản xuất bột giấy, chế biến cao su và dệt nhuộm ở
thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai và Bình Dương. Một số đề tài đánh giá ở
trong nước(Phụ lục 1B).

9


Chương 3:NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU
3.1. Thành phần và tính chất của nước thải được sử dụng trong nghiên
cứu
3.2. Mô hình nghiên cứu
Mô hình oxy hóa nâng cao quang hóa – ozone(phụ lục 1.2)
Quy tắc hoạt động của mô hình

-

Chuẩn bị 1 lít nước thải; dùng H2SO4 0,025N hay NaOH 1N để điều
chỉnh pH theo các giá trị mong muốn;

-

Bật máy bơm (2), máy bơm (2) sẽ bơm nước thải vào bình phản ứng
với vận tốc 0,5 l/phút. Bình phản ứng sử dụng nguồn UV nội từ đèn
thủy ngân, đèn được bọc trong ống thủy tinh thạch anh chịu nhiệt và
nhúng ngập bể phản ứng. Với hệ thống đèn UV nội này có thể tăng tối
đa sự tiếp xúc của đèn với dung dịch, do đó tận dụng tối đa năng lượng
bức xạ của phát ra từ đèn.

-

Sau khi nước thải đã được bơm đầy bình, tắt máy bơm. Điều chỉnh hàm
lượng ozone theo giá trị mong muốn;

-

Bật nguồn đèn UV và máy phát ozone (4):
 Chỉ bật bộ nguồn đèn UV (nếu chỉ đánh giá về hệ UV);
 Chỉ bật máy phát ozone (nếu chỉ đánh giá về hệ O3);
 Bật cả bộ nguồn UV và máy phát ozone cùng một lúc (đánh giá
hệ UV/O3);

-

Thời điểm “0” được tính từ khi bật đèn hay bật máy phát. Khí Ozone

được cấp vào từ tâm đáy bể qua hệ thống đá bọt và máy phát ozone
nhằm khuếch tán tối đa lượng ozone hòa tan vào nước. Phần khí O3 dư
sẽ được thoát qua van thoát khí dư nằm trên mặt trên của bình phản
ứng. Phần khí dư sẽ được dẫn vào từ tâm đáy bình hấp thụ khí dư (5)
chứa 500 ml dung dịch KI 10% qua hệ thống đá bọt nhằm hấp thu tối
đa lượng ozone dư vào trong dung dịch.

-

Thời gian đánh giá trong 120 phút, tiến hành lấy mẫu định kỳ tại các
thời điểm 20, 40, 60, 80, 100 và 120 phút thông qua van xả đáy dưới
10


phần đáy của bình phản ứng. Mẫu nước được đem đi phân tích các chỉ
tiêu COD, độ màu, …. Phục vụ cho quá trình đánh giá.
3.3. Hóa chất và thiết bị phụ trợ
3.3.1. Hóa chất( Phụ lục 2.3A)
3.3.2. Thiết bị phụ trợ( Phụ lục 2.3B)
3.4. Nội dung đánh giá
3.4.1. Đánh giá thực nghiệm khả năng xử lý nước rỉ rác sau quá trình xử
lý sinh học trên hệ UV
3.4.1.1. Đánh giá ảnh hưởng của pH
Cách tiến hành:
-

Lấy 3 lít nước thải cho vào 6 cốc thủy tinh 600 ml, các cốc đều có cùng
nồng độ COD và độ màu là 400 mg/lvà 1500 Pt – Co. Dùng H2SO4
0,025N và NaOH 1N điều chỉnh pH của các cốc theo các khoảng pH
khác nhau lần lượt là 3,0; 5,0; 7,0; 9,0; 11;

-

Tiến hành thí nghiệm lần lượt với từng khoảng pH khác nhau. Dùng
máy bơm bơm nước thải trong cốc 01 vào hệ thống phản ứng, sau khi
tiến hành thí nghiệm, lấy mẫu, đo đạc kết quả sẽ tiếp tục bơm nước thải
từ cốc 02 vào hệ thống phản ứng, cứ tiến hành tuần tự cho đến hết cốc
06. Điều chỉnh hàm lượng O3 cố định ở mức 18 mg/h.

-

Thời gian thực hiện cho mỗi lần thí nghiệm là 120 phút, cứ 20 phút lấy
mẫu 01 lần tại các thời điểm 20, 40, 60, 80, 100 và 120 phút. Mẫu tại
thời điểm 0 được lấy trước khi khí ozone được sục vào;

-

Tổng số mẫu cần phân tích: COD (35 mẫu) và độ màu (35 mẫu)

3.4.1.2. So sánh hiệu quả xử lý màu của hệ UV đối với 3 loại nước thải
3.4.1.3. So sánh hiệu quả xử lý COD của hệ UV đối với 3 loại nước thải
3.4.2. Đánh giá thực nghiệm khả năng xử lý nước rỉ rác sau quá trình xử
lý sinh học trên hệOzone (O 3)
3.4.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của pH
Cách tiến hành:
-

Lấy 3 lít nước thải cho vào 6 cốc thủy tinh 600 ml, các cốc đều có cùng
nồng độ COD và độ màu là 400 mg/lvà 1500 Pt – Co. Dùng

11


H2SO40,025N và NaOH 1N điều chỉnh pH của các cốc theo các khoảng
pH khác nhau lần lượt là 3,0; 5,0; 7,0; 9,0; 11;
-

Tiến hành thí nghiệm lần lượt với từng khoảng pH khác nhau. Dùng
máy bơm bơm nước thải trong cốc 01 vào hệ thống phản ứng, sau khi
tiến hành thí nghiệm, lấy mẫu, đo đạc kết quả sẽ tiếp tục bơm nước thải
từ cốc 02 vào hệ thống phản ứng, cứ tiến hành tuần tự cho đến hết cốc
06. Điều chỉnh hàm lượng O3 cố định ở mức 18 mg/h,

-

Thời gian thực hiện cho mỗi lần thí nghiệm là 120 phút, cứ 20 phút lấy
mẫu 01 lần tại các thời điểm 20, 40, 60, 80, 100 và 120 phút. Mẫu tại
thời điểm 0 được lấy trước khi khí ozone được sục vào;

-

Tổng số mẫu cần phân tích: COD (35 mẫu) và độ màu (35 mẫu)

3.4.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng O 3
Cách tiến hành:
-

Chuẩn bị 03 lít nước thải với nồng độ COD và độ màu là 400 mg/lvà
1500 Pt – Co. Dùng H2SO4 0,025N và NaOH 1N điều chỉnh pH của
nước thải theo pH đã tìm ra ở thí nghiệm trên;

-

Cho nước thải vào bình chứa nước thải, bật máy bơm bơm 600 ml nước
thải vào bình phản ứng. Điều chỉnh máy phát ozone để có được các
khoảng hàm lượng O3 khác nhau 7,2; 10,8; 14,4; 18; 21,6 mg/h;

-

Thời gian thực hiện cho mỗi lần thí nghiệm là 120 phút, cứ 20 phút lấy
mẫu 01 lần tại các thời điểm 20, 40, 60, 80, 100 và 120 phút. Mẫu tại
thời điểm 0 được lấy trước khi khí ozone được sục vào;

-

Tổng số mẫu cần phân tích: COD (35 mẫu), độ màu (35 mẫu), khí O3
(05 mẫu)

3.4.2.3. So sánh hiệu quả xử lý màu của hệ O3 đối với 3 loại nước thải
3.4.2.4. So sánh hiệu quả xử lý COD của hệ O3 đối với 3 loại nước thải
3.4.3. Đánh giá thực nghiệm khả năng xử lý nước rỉ rác sau quá trình xử
lý sinh học trên hệUV/O3
3.4.3.1. Đánh giá ảnh hưởng của pH
Cách tiến hành:
-

Lấy 3 lít nước thải cho vào 6 cốc thủy tinh 600 ml, các cốc đều có cùng
nồng độ COD và độ màu là 400 mg/lvà 1500 Pt – Co. Dùng
12

H2SO40,025N và NaOH 1N điều chỉnh pH của các cốc theo các khoảng
pH khác nhau lần lượt là 3,0; 5,0; 7,0; 9,0; 11;
-

Tiến hành thí nghiệm lần lượt với từng khoảng pH khác nhau. Dùng
máy bơm bơm nước thải trong cốc 01 vào hệ thống phản ứng, sau khi
tiến hành thí nghiệm, lấy mẫu, đo đạc kết quả sẽ tiếp tục bơm nước thải
từ cốc 02 vào hệ thống phản ứng, cứ tiến hành tuần tự cho đến hết cốc
06;

-

Thời gian thực hiện cho mỗi lần thí nghiệm là 120 phút, cứ 20 phút lấy
mẫu 01 lần tại các thời điểm 20, 40, 60, 80, 100 và 120 phút. Mẫu tại
thời điểm 0 được lấy trước khi chiếu đèn UV;

-

Tổng số mẫu cần phân tích: COD (35 mẫu) và độ màu (35 mẫu)

3.4.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng O 3
Cách tiến hành:
-

Chuẩn bị 03 lít nước thải với nồng độ COD và độ màu là 400 mg/lvà
1500 Pt – Co. Dùng H2SO4 0,025N và NaOH 1N điều chỉnh pH của
nước thải theo pH đã tìm ra được;

-

Cho nước thải vào bình chứa nước thải, bật máy bơm bơm 600 ml nước
thải vào bình phản ứng. Điều chỉnh máy phát ozone để có được các
khoảng hàm lượng O3 khác nhau 7,2; 10,8; 14,4; 18; 21,6 mg/h;

-

Thời gian thực hiện cho mỗi lần thí nghiệm là 120 phút, cứ 20 phút lấy
mẫu 01 lần tại các thời điểm 20, 40, 60, 80, 100 và 120 phút. Mẫu tại
thời điểm 0 được lấy trước khi khí ozone được sục vào;

-

Tổng số mẫu cần phân tích: COD (35 mẫu), độ màu (35 mẫu), khí O3
(05 mẫu)

3.4.3.3. So sánh hiệu quả xử lý màu của hệ UV/O3 đối với 3 loại nước thải
Từ kết quả chạy thực nghiệm mô hình UV/O3 đối với ba loại nước thải: sau
lắng, sau hiếu khí, sau kị khí ta tính khả năng xử lý theo (%). Sau đó lập biểu
đồ thể hiện khả năng xử lý của hệ.
3.4.3.4. So sánh hiệu quả xử lý COD của hệ UV/O3 đối với 3 loại nước thải
3.4.4. So sánh 3 hệ oxy hóa
3.4.4.1. Màu
- Sau lắng : UV/O3,O3, UV
13


- Kị khí : UV/O3,O3, UV
- Hiếu khí : UV/O3,O3, UV
3.4.4.2. COD

- Sau lắng : UV/O3,O3, UV
- Kị khí : UV/O3,O3, UV
- Hiếu khí : UV/O3,O3, UV

14