Nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải luyện cốc bằng ozon hóa kết hợp với xúc tác từ đá ong

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Hoàng Hải Linh

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHENOL TRONG NƢỚC THẢI LUYỆN CỐC
BẰNG OZON HÓA KẾT HỢP VỚI XÚC TÁC TỪ ĐÁ ONG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Hoàng Hải Linh

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHENOL TRONG NƢỚC THẢI LUYỆN CỐC
BẰNG OZON HÓA KẾT HỢP VỚI XÚC TÁC TỪ ĐÁ ONG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2018


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 đã tận tình hướng 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 trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Cảm ơn các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm trọng điểm về An toàn thực
phẩm và môi trường – Trung tâm nghiên cứu và chuyển giao công nghệ và tập thể
Phòng Độc chất môi trường – Viện công nghệ môi trường - 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 nhưng thời gian và kiến thức có hạn nên không thể
tránh khỏi những thiếu sót, khiếm khuyết. Rất mong nhận được sự góp ý, chỉnh sửa
của quý thầy cô.
Và cuối cùng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người thân
trong gia đình và bạn bè đã luôn cổ vũ và động viên tôi trong những lúc khó khăn
để có thể vượt qua và hoàn thành tốt luận văn này.
Hà Nội, ngày tháng năm 20
Học viên ký tên

Hoàng Hải Linh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN......................................................................................3
1.1. Quá trình hình thành và đặc tính nƣớc thải luyện cốc ...................................3
1.1.1. Quá trình hình thành nƣớc thải luyện cốc ...........................................3
1.1.2. Đặc tính của nƣớc thải luyện cốc ...........................................................4
1.2. Ảnh hƣởng của phenol đến môi trƣờng và con ngƣời ....................................5
1.2.1. Ảnh hƣởng của phenol đến môi trƣờng ................................................5
1.2.2. Ảnh hƣởng của phenol đến con ngƣời ..................................................5

1.3. Công nghệ xử lý phenol trong nƣớc thải luyện cốc .........................................6
1.3.1. Các nghiên cứu xử lý phenol trong nƣơc thải luyện cốc trên thế giới
6
1.3.2. Các nghiên cứu xử lý phenol trong nƣớc thải luyện cốc ở Việt Nam
11
1.4. Công nghệ xử lý phenol trong nƣớc bằng ozon hóa kết hợp xúc tác ..........15
1.4.1. Quá trình oxy hóa bằng ozon ...............................................................15
1.4.3. Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình ozon hoá ....................................24
1.5. Đá ong và ứng dụng trong xử lý môi trƣờng .................................................26
1.5.1. Đặc điểm của đá ong ............................................................................26
1.5.2. Ứng dụng của đá ong trong xử lý môi trƣờng....................................28
1.5.3. Đặc điểm của đá ong biến tính.............................................................29
CHƢƠNG 2: ĐỘI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 30
2.1. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ...................................................30
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ...........................................................................30
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................30
2.2. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................30
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................31


CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................37
3.1. Khảo sát đặc tính của nƣớc thải luyện cốc ....................................................37
3.2. Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý phenol trong nƣớc bằng ozon, ozon kết
hợp xúc tác từ đá ong ..............................................................................................38
3.2.1 Đánh giá khả năng hấp phụ của đá ong ..............................................38
3.2.2 Ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý phenol trong nước .....................39
3.3.3 Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ ozon đến quá trình xử lý phenol trong
nƣớc ................................................................................................................................................ 46
3.3.4. Khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng xúc tác đến quá trình xử lý phenol trong
nƣớc ................................................................................................................................................ 49

3.3.5. Khảo sát ảnh hƣởng của các anion đến quá trình xử lý phenol trong
nƣớc .......................................................................................................................................... 51
3.4. Đánh giá hiệu quả xử lý phenol trong nước thải luyện cốc ...............................53


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Thành phần nƣớc thải luyện cốc một số nƣớc trên thế giới .................5
Bảng 2. Một số thông số ô nhiễm trong nƣớc thải luyện cốc ............................37
Bảng 3. Hằng số tốc độ phản ứng k*tại các giá trị pHtheo thời gian ..............44
Bảng 4. Phƣơng trình biểu biểu diễn sự thay đổi nồng độ phenol trong nƣớc
theo pH và thời gian ...............................................................................46
Bảng 5. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Cl- đến hiệu quả xử lý phenol trong
nƣớc bằng ozon kết hợp xúc tác đá ong biến tính theo thời gian ......51
Bảng 6. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ CN- đến hiệu quả xử lý phenol
trong nƣớc bằng ozon kết hợp xúc tác đá ong biến tính theo thời gian
..................................................................................................................52


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.

Sơ đồ quy trình sản xuất than cốc ........................................................4

Hình 2.

Quy trình công nghệ xử lý nƣớc thải dập cốc Công ty TNHH Gang
thép Hƣng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh ................................................13

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 ........23

Hình 5.

Mặt cắt đá ong tự nhiên ......................................................................27

Hình 6.

Hình ảnh SEM của mẫu đá ong tự nhiên (độ phân giải 1µm) .........28

Hình 7.

Mô hình hệ xử lý phenol trong phòng thí nghiệm ............................33

Hình 8.

Hiệu suất hấp phụ phenol bằng đá ong sau 10 liên tục ....................38

Hình 9.

Kết quả ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý phenol bằng ozon
trong nƣớc. Nồng độ phenol 400mg/l; lƣợng ozon 0,225g/h; thời
gian phản ứng 60 phút; khuấy trộn liên tục. .....................................40

Hình 10.

Động học quá trình xử lý phenol bằng ozon tại các giá trị pH.

Hình 11.

Kết quả ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý phenol bằng ozon
và đá ong tự nhiên trong nƣớc. Nồng độ phenol 400 mg/l; lƣợng
ozon 0,225g/h; thời gian phản ứng 60 phút; khuấy trộn liên tục. ...40

Hình 12.

Động học quá trình xử lý phenol bằng ozon và đá ong tự nhiên tại
các giá trị pH. Nồng độ phenol 400mg/l; lƣợng ozon 0,225g/h; thời
gian phản ứng 60 phút; khuấy trộn liên tục. .....................................40

Hình 13.

Kết quả ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý phenol bằng ozon
và đá ong đã xử lý trong nƣớc. Nồng độ phenol 400mg/l; hàm lƣợng
ozon 0,225g/h; thời gian phản ứng 60 phút; khuấy trộn liên tục. ...40

Hình 14.

Động học quá trình xử lý phenol bằng ozon và đá ong đã xử lý bề
mặt tại các giá trị pH. Nồng độ phenol 400mg/l; hàm lƣợng ozon
0,225g/h; thời gian phản ứng 60 phút; khuấy trộn liên tục. ............40

Hình15.

Kết quả ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý phenol bằng ozon và
đá ong biến tính trong nƣớc. Nồng độ phenol 400mg/l; lƣợng ozon

0,225g/h; thời gian phản ứng 60 phút; khuấy trộn liên tục bằng
ozon và đá ong biến tính tại các giá trị pH. Nồng độ phenol
400mg/l; lƣợng ozon 0,225g/h; thời gian phản ứng 60 phút; khuấy
trộn liên tục. .........................................................................................40
Hình 16.

Động học quá trình xử lý phenol bằng ozon và đá ong biến tính tại
các giá trị pH. Nồng độ phenol 400mg/l; lƣợng ozon 0,225g/h; thời
gian phản ứng 60 phút; khuấy trộn liên tục. .....................................41

Hình 17.

Kết quả sự phụ thuộc của hằng số k*theo pH .................................45

Hình 18.

Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ ozon đến khả năng xử lý phenol
trong nƣớc. Nồng độ phenol 400mg/l, pH11, thời gian phản ứng 60
phút,, khuấy trộn liên tục ....................................................................47

Hình 19.

Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ ozon đến khả năng xử lý phenol
trong nƣớc. Nồng độ phenol 400mg/l, pH 7, thời gian phản ứng 60
phút, khuấy trộn liên tục .....................................................................47

Hình 20.

Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ ozon đến khả năng xử lý phenol
trong nƣớc. Nồng độ phenol 400mg/l, pH 11, thời gian phản ứng 60
phút, đá ong tự nhiên 3g/l khuấy trộn liên tục ..................................47

Hình 21.

Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ ozon đến khả năng xử lý phenol
trong nƣớc. Nồng độ phenol 400mg/l, pH7, thời gian phản ứng 60
phút, đá ong tự nhiên 3g/l, khuấy trộn liên tục .................................47

Hình 22.

Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ ozon đến khả năng xử lý phenol
trong nƣớc. Nồng độ phenol 400mg/l, pH 11, thời gian phản ứng 60
phút, đá ong xử lý 3g/l, khuấy trộn liên tục ......................................47

Hình 23.

Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ ozon đến khả năng xử lý phenol
trong nƣớc. Nồng độ phenol 400mg/l, pH 7, thời gian phản ứng 60
phút, đá ong xử lý 3g/l, khuấy trộn liên tục ......................................47

Hình 24.

Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ ozon đến khả năng xử lý phenol
trong nƣớc. Nồng độ phenol 400mg/l, pH 11, thời gian phản ứng 60
phút,đá ong biến tính 3g/l, khuấy trộn liên tục .................................47


Hình 25.

Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ ozon đến khả năng xử lý phenol
trong nƣớc. Nồng độ phenol 400mg/l, pH7, thời gian phản ứng 60
phút, đá ong biến tính 3g/l, khuấy trộn liên tục ................................47

Hình 26.

Kết quả ảnh hƣởng của hàm lƣợng đá ong biến tính đến hiệu suất
xử lý phenol trong nƣớc.Nồng độ phenol 400mg/l, pH11, ozon
0,225g/h, thời gian phản ứng 60 phút ,khuấy trộn liên tục ..............50

Hình 27.

Hiệu suất xử lý phenol trong nƣớc thải luyện cốc. Nồng độ phenol
380,2 mg/l, pH11, ozon 0,225g/h, thời gian phản ứng 150 phút,
khuấy trộn liên tục ...............................................................................54

Hình 28.

Hiệu suất xử lý COD trong nƣớc thải luyện cốc khi sử dụng ozon và
đá ong biến tính. Nồng độ COD 2784,8 mg/l, pH11, ozon 0,225g/h,
thời gian phản ứng 150 phút, khuấy trộn liên tục ............................55

Hình 29.

Hiệu suất xử lý COD trong nƣớc thải luyện cốc khi sử dụng ozon và
đá ong biến tính. Nồng độ COD 2784,8 mg/l, pH 11, ozon 0,225g/h,
thời gian phản ứng 150 phút, khuấy trộn liên tục ............................55

KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT
COD:

Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

ĐOTN:

Đá ong tự nhiên

ĐOXL:

Đá ong đã xử lý

EPA:

Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ (United State Environmental
Protection Agency)

HPLC:

Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid
Chromatography)

PAHs:

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)

TPHCM:

Thành phố Hồ Chính Minh


MỞ ĐẦU

Công nghiệp thép là ngành công nghiệp cơ bản của ViệtNam trong
quá trình công nghiệp hóa và có định hướng thay thế nhập khẩu.Sản phẩm
của ngành thép có liên quan đến hầu hết các ngành kinh tế và quốc phòng
của một nước.Tính đến nay Hiệp hội thép Việt Nam có đến trên 40 thành
viên sản xuất thép.Than cốc là nguyên liệu chính để sản xuất gang thép
cung như làm nhiên liệu không khói chất lượng cao.Chính vì vậy các nhà
máy luyện cốc thường được xây dừng để cung cấp đầu vào cho các nhà
máy sản xuất gang thép. Để thu được cốc cần tiến hành dập cốc. Hiên nay
có nhiều công nghệ dập cốc ít gây ảnh hưởng đến môi trường như dập cốc
khô. Tuy nhiên có nhiều nhà máy sử dụng công nghệ dập cốc ướt. Phương
pháp dập cốc ướt mang lại hiệu quả về kinh tế tuy nhiên đây không phải là
công nghệ thân thiện với môi trường vì phát sinh ra rất nhiều chất thải vào
cả môi trường đất, nước và khí.Trong đó phenol được coi là một thành

phần chính trong nước thải. Nước thải này không được xử lý đạt tiêu chuẩn
mà đưa vào môi trường sẽ gây ra ảnh hưởng không hề nhỏ cho sức khỏe
con nghười và hệ sinh thái xung quanh.Năm 2015 Bộ Tài nguyên Môi
trường đã đưa ra giới hạn cho phép hàm lượng giới hạn cho phép trong
nước mặt lớn nhất là 0,02mg/l tùy thuộc vào mục đích sử dụng.
Để xử lý phenol, các phương pháp xử lý truyền thống đã được áp dụng như
phương pháp hóa lý (hấp phụ, keo tụ, lắng…) đã được áp dụng nhưng không hiệu
quả cao và nước thải sau xử lý chưa đạt tiêu chuẩn xả thải.
Những năm gần đây, quá trình ozon hóa xúc tác- catalytic ozonation process
(COP) hay thường gọi là catazon được xem như một chiến lược mới về xử lý các
chất hữu cơ khó phân hủy... Rất nhiều công trình nghiên cứu cho thấy quá trình
COP có thể tăng cường hiệu quả bằng cách kết hợp ozon với xúc tác tổng hợp gồm
các kim loại và oxit kim loại như CO3O4/CeO2, TiO2, Pt/carbon nanotube,

1


Ru/AL2O3, Fe3O4/CoO, Fe2O3/CeO2, Cu/ZrO, CuFe2O4, carbon hoạt tính... Những
chất xúc tác cũng đã được nhiều tác giả chứng minh làm tăng hiệu quả phân hủy
chất hữu cơ của quá trình ozon hóa.
Ở Việt Nam hầu hết các nhà máy luyện cốc đều sử dụng phương pháp dập
ướt để làm nguội. Phương pháp ướt có ưu điểm là giá thành thấp do sử dụng nước
tuy nhiên đây cũng là nguồn phát sinh một lượng nước thải ô nhiễm cho ngành này.
Nước thải này chứa rất nhiều chất ô nhiễm độc hại như COD, NH4+, CN-, phenol,
PAHs…Nồng độ phenol trong nước thải cốc thường dao động trong khoảng từ 3001500 mg/l. Nồng độ các thông số 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 lượng lớn nước thải chứa
phenol cần xử lý. Luận văn với tiêu đề: “Nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải
luyện cốc bằng ozon hóa kết hợp với xúc tác từ đá ong” với mục đích thử nghiệm
xử lý nước thải cốc bằng ozon kết hợp với vật liệu tự nhiên, thân thiện với môi

trường.
Mục tiêu nghiên cứu:
1. Nâng cao hiệu quả xử lý phenol trong nước thải cốc bằng quá trình ozon
hóa xúc tác thông qua việc xác định điều kiện tối ưu xử lý phenol trong nước thải
cốc bằng hệ ozon có xúc đá ong biến tính.
2. Áp dụng xử lý phenol trong nước thải luyện cốc của công ty TNHH Gang
thép Hưng Nghiệp Formosa Hà Tiñ h.

2


CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN
1.1. Quá trình hình thành và đặc tính nƣớc thải luyện cốc
1.1.1. Quá trình hình thành nước thải luyện cốc
Than cốc là sản phẩm của quá trình luyện cốc.Quá trình luyện than cốc được
thực hiện khi cho than đá vào lò luyện cốc và tăng nhiệt độ lên 950-1050oC, trải qua
các quá trình khô, nhiệt giải, nóng chảy, kết dính, đông cứng, co ngót cuối cùng thì
cửa lò than mở, cốc được chuyển xuống tháp dấp cốc, nước để dập cốc là nước thải
chứa phenol đã qua xử lý. Nước phenol chứa trong bể bơm dập lên dàn phun để dập
cốc nhanh và đều, sản phẩm tạo ra vật chất màu xám bạc có nhiều vân và lỗ khí gọi
là than cốc.
Sản phẩm than cốc thu được có đặc tính kĩ thuật khác nhau dùng làm nguyên
liệu, nhiên liệu trong các ngành công nghiệp như làm chất khử trong các ngành
công nghệ luyện kim tù quặng sắt, các chất làm tơi trong phối liệu, ngành đúc,
ngành luyện kim lò cao, ngành khí hóa, ngành hóa công nghiệp luyện các hợp kim
của sắt. Ngoài ra trong quá chưng khô luyện cốc còn thu hồi được khí than, dầu cốc
và các loại chất hữu cơ có thể ứng dụng trong các ngành công nhiệp làm nguyên
liệu chế tạo dây thừng, thuốc nhuộm, thuốc y tế, sơn, quốc phòng; khí than sau khi
được làm sạch vừa có thể dùng làm nguyên liệu đốt vừa có thể dùng điều chế
amoniac và một số nguyên liệu công nghiệp khác.

Sau khi quá trình dập cốc kết thúc sản sinh ra một lượng lớn nước thải được
gọi là nước thải luyện cốc. Tùy vào công suất hoạt động của mỗi nhà máy mà
lượng nước thải sinh ra cũng như hàm lượng các chất ô nhiễm khác nhau
Việc tận dụng nước để dập cốc là biện pháp đơn giản, nhanh và dễ thực
hiện,tiết kiệm được chi phí cho doanh nghiệp, hiệu quả mang lại tức thời tuy nhiên
lại sản sinh ra một lượng lớn nước thải các chất gây ô nhiễm như phenol, cyanua,
clorua… có nồng độ rất cao. Phần nước thải luyện cốc của phân xưởng được tập
trung đưa về trạm xử lý nước thải sinh hóa để xử lý trước khi thải ra môi trường.

3


Hình 1. Sơ đồ quy trình sản xuất than cốc

1.1.2. Đặc tính của nước thải luyện cốc
Nước thải trong công đoạn dập cốc là nước thải chứa nhiều chất hữu cơ khó
phân hủy chủ yếu là ammoniac, ngoài ra còn có các hợp chất độc hại như phenol,
PAH, SCN-, CN-. Đặc biệt hàm lượng COD và phenol rất cao. Các hợp chất phenol
tạo ra 60-80% COD trong nước thải và bị phân hủy bởi vi khuẩn hoạt động với
cacbon dioxit, metan và các hợp chất khác.
Bảng 1 thể hiê ̣n mô ̣t số thông số điể n hin
̀ h phân tích trong nước thải sản xuấ t
than cố c . Nồ ng đô ̣ của từng thành phầ n tùy thuô ̣c vào loa ̣i than đươ ̣c sử du ̣ng cho
từng công nghê ̣ [27]. Nhìn chung nước thải dập cốc có đặc tính là COD rất cao
2200 – 3000 mg/l, nồng độ phenol tổng đạt từ 333 – 485 mg/l và nồng độ
thiocyanate (SCN-) 184 – 215mg/l, đều là những tác nhân rất độc hại cho môi
trường nếu không được xử lý, nồng độ NH4+ khi chưa qua xử lý từ 272- 1010 mg/l.
Do vậy việc xử lý nước thải luyện cốc rất cần được quan tâm xử lý trước khi đưa ra
môi trường.

4


Bảng 1. Thành phần nƣớc thải luyện cốc một số nƣớc trên thế giới
Thông số

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

Phenol tổng (mg/L)

333

400 - 1200

485

SCN- (mg/L)

184

200 - 500

215

CN- (mg/L)

93

4 – 15

50

[Vazquez và cộng sự, 2007]
1.2. Ảnh hƣởng của phenol đến môi trƣờng và con ngƣời
1.2.1. Ảnh hưởng của phenol đến môi trường
Phenol là chất rắn, tinh thể không màu có mùi đặc trưng, nóng chảy ở 43°C.
Phenol là hợp chất hữu cơ trong phân tử có nhóm OH liên kết trực tiếp với nguyên
tử C vòng benzene. Để lâu ngoài không khí phenol bị oxi hóa một phần nên có màu
hồng và bị chảy rữa do hấp thụ hơi nước. Phenol ít tan trong nước lạnh, tan trong
một số hợp chất hữu cơ.
Chính vì vậy, nước thải có chứa phenol vượt quá quy chuẩn cho phép sẽ dấn
đến tiǹ h tra ̣ng ô nhiễm phenol trong không khí , nước thải và trong đất có thể ảnh
hưởng đế n hê ̣ sinh thái và ở hàm lươ ̣ng cao có thể tiêu diê ̣t toàn bô ̣ hê ̣ sinh thái [6].
Điển hình như trong năm 2016 việc chưa xử lý tốt nước thải luyện cốc của nhà máy
luyện gang thép mà xả thẳng ra môi trường được cho là nguyên nhân các loài sinh
vật sống dưới biển chết hàng loạt.

1.2.2. Ảnh hưởng của phenol đến con người
Khi ăn, uố ng phải phenol có thể gây kí ch ứng , bỏng phía bên trong cơ thể và
gây tử vong ở hàm lươ ̣ng cao .Tình trạng kích ứn g và ảnh hưởng cũng xảy ra tương
tự đố i với các loài đô ̣ng vâ ̣t khi tiế p xúc với phenol.

5


Mặc dù chưa có nghiên cứu cụ thể nào chỉ ra rằng phenol có khả năng gây ra bệnh
ung thư ở người nhưng EPA đã xế p phenol vào nhóm D

, nhóm có khả năn g gây

bê ̣nh ung thư ở người . Đã có nhiều thí nghiệm khi cho động vật ăn thường xuyên
thức ăn có chứa phenol ở hàm lượng cho phép thấy xuất hiện các khối u hoặc các
chất gây bệnh ung thư da.
Phenol được xếp vào danh sách các chất độc hại với con người và môi trường,
chỉ với một hàm lượng nhỏ phenol đi vào cơ thể con người như khi tiếp xúc với da,
mắt, miệng đều gây ra các kích ứng như co giật, hôn mê rối loạn hô hấp, mất khả
năng kiểm soát, lượng máu trong cơ thể thay đổi dẫn đến hiện tượng tụt huyết áp.
Phenol còn gây ảnh hưởng đến các bộ phận trong cơ thể người như gan, tim thận
[6]. Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra khi tiếp xúc với phenol lâu ngày gây ảnh hưởng đến
bắp thịt, gan. Với nồng độ phenol cao tiếp xúc với bề mặt da sẽ gây bỏng, làm rối
loạn nhịp tim. Hiê ̣n nay , chưa có nghiên cứu nào về sự ảnh hưởng của phenol ở
nồ ng đô ̣ thấ p đố i với sự phát triể n của cơ thể

, tuy nhiên nhiề u nhà khoa ho ̣c cho

rằ ng tiế p xúc thường xuyên với phenol có thể dẫn đế n sự phát triể n châ ̣m trễ , gây ra
sự biế n đổ i di ̣thường ở thế hê ̣ sau, tăng tỉ lê ̣ đẻ non ở người mang thai.

1.3. Công nghệ xử lý phenol trong nƣớc thải luyện cốc
Phenol là hợp chất hữu cơ chiếm hàm lượng lớn trong thành phần nước thải luyện cốc,
với mức độ gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người thì việc nghiên cứu, cải tiến các
phương pháp xử lý nước thải để vừa đạt hiệu quả kinh tế, vừa thân thiện với môi trường là đề
tài được rất nhiều các nhà nghiên cứu quan tâm trên cả thế giới và Việt Nam
1.3.1. Các nghiên cứu xử lý phenol trong nươc thải luyện cốc trên thế giới
Các tác giả đã nghiên cứu xử lý nước thải cốc bằng các công nghệ khác nhau
như hấp phụ bằng than hoạt tính, than bùn, than cốc, nhựa hấp phụ hay các phương
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 được áp dụng để xử lý nước
thải cốc. Một số tác giả đã nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải cốc bằng quá
trình ozon hóa hay phương pháp fenton.

6


Nhóm công nghệ hóa lý
Vazquez và cộng sự (2007) đã nghiên cứu xử lý nước thải cốc sau xử lý sinh
học bằng phương pháp hấp phụ [29]. Chất hấp được sử dụng là than hoạt tính dạng hạt
(GAC) và nhựa hấp phụ XAD-2, AP-246 và OC-1074.Nước thải cốc được lấy từ trạm
Aviles, Tây Ba Nha. Sau xử lý sinh học nước 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 thước hạt 0,8;1;2,5 mm. Các thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ nước thải khoảng
20oC. Lượng chất hấp phụ dùng cho thí nghiệm là 1, 2, 4 g chất hấp phụ/100ml nước
thải. Nồng độ pH được điều chỉnh 8,4 và nồng độ phenol từ 5-15mg/L. Thử nghiệm khả
năng hấp phụ của từng vật liệu được tiến hành trong bình định mức, sử dụng thiết bị
khuấy trong 24 h. Sau thời gian thí nghiệm, phenol được 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 đường kính than dao động từ 0,8-2,5mm, AP-246 và OC 1074 lần lượt 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
trong nước thải nhà máy luyện cốc Datang Yima,Trung Quốc bằng than cốc đã
được hoạt hóa [31]. Than cốc hoạt hóa được chế biến từ than nâu tại nhà máy
Datang Yima, với kích thước 0,45-0,9mm, diện tích bề mặt 408m2/g. Tổng thể tích
lỗ là 0,266 cm3/g với đường kính lỗ trung bình 2,61nm. Kết quả thí nghiệm cho thấy
nhiệt độ nước 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 lượng than 20 g/L, pH
9,1; nhiệt độ nước 40oC, thời gian khuấy 6h thì 91,6% COD và 90% độ màu được
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 nước 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%.

7


Quá trình oxy hóa bằng Fenton là một phương pháp hiệu quả để loại bỏ các
hợp chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải luyện cốc và đây là một bước 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 nước thải cốc ở Trung Quốc [13]. Bột sắt với kích
thước 30-70µm được dùng trong các thí nghiệm. Các yếu tố ảnh hưởng như pH và
lượng H2O2 tối ưu cũng đã được nghiên cứu. Với nồng độ COD và phenol của nước
thải đầu lần lượt là 7500 và 1700mg/l. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả phân
hủy phenol cao hơn hẳn COD. Với lượng tối ưu 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 được phân hủy. Một số các hợp chất hữu cơ như bifuran,
quinolien, benzofuanol cũng được phân hủy hoàn toàn.Nước thải sau khi xử lý bằng

feton tiếp tục được xử lý bằng bể sinh học.
Các phương pháp truyền thống như hấp phụ, bùn hoạt tính, fenton…cũng đã
được ứng dụng để xử lý phenol trong nước thải cốc nhưng sau xử lý thì hàm lượng
phenol còn khá cao, không đáp ứng được 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 nước, 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 thường.Tuy nhiên hiện nay không có công trình nghiên
cứu công bố về xử lý phenol trong nước thải cốc bằng quá trình ozon hóa xúc tác.
Do thành phần nước thải cốc khá phức tạp, chứa nhiều các yếu tố có thể gây ảnh
hưởng đến quá trình xử lý. Hầu hết các nghiên cứu công bố đã ứng dụng quá trình
ozon hóa xúc tác nhưng chỉ là xử lý tập trung cứu trên nước thải giả phenol, quy mô
phòng thí nghiệm.
Phƣơng pháp xử lý bằng sinh học
Vazquez và cộng sự (2006) đã nghiên cứu loại bỏ phenol, amoni, thiocyanua
trong nước 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) [28]. Kết quả thực nghiệm cho thấy bùn hoạt tính lấy từ trạm xử

8


lý nước thải không phù hợp cho xử lý nước thải cốc do khác nhau về đặc tính và các
hạt bùn bị vón lại với nhau thành hạt kích thước lớn. Bùn lấy từ trạm xử lý nước rác
phù hợp hơn cho nghiên cứu, do thời gian ổn định nhanh.Nhóm tác giả đã nghiên
cứu hiệu quả xử lý nước 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 dưỡng phát triển để đẩy mạnh quá trình khử nitơ trong dòng
thải. Hiệu quả xử lý NH4 đạt 71% khi thời gian lưu nước là 54,3h. Hiệu quả loại bỏ
COD, phenol lần lượt 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 tương đương 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 nước 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 được 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
được đi qua đường ống đặt ở đáy của bể phản ứng.Trong bể này luôn luôn đảm bảo
bão hòa oxi. Dòng thải ra từ bể phản ứng stripping được chảy vào bể đồng hóa,
hiếu khí thể tích 350L. Nước thải được trung hòa bằng H2SO4 để pH được điều
chỉnh ở mức 6,5. Đây là giá trị pH tối ưu cho phân hủy sinh học đối với những chất
cần thời gian phân hủy lâu hơn trong nước thải cốc như phenol và những chất hữu
cơ khác.Nước ở xử lý bằng bùn hoạt tính với thể tích 1500L. Lượng oxy hòa tan
trong bể này luôn được duy trì ở trong khoảng 4,5mg/L bằng sensor oxy và van
điều khiển. Bùn hoạt tính trong nghiên cứu được lấy từ trạm xử lý nước 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 lưu nước tăng. Hiệu quả xử lý đạt 37%-96% tương ứng

9


với thời gian lưu nước từ 34 – 96 giờ.Hiệu quả xử lý COD dao động từ 69%. Hàm
lượng phenol sau xử lý sinh học có giá trị từ 1,7-5mg/L đạt hiệu quả xử lý 97%.
Mahdi Farzadkia và cộng sự (2014) đã nghiên cứu xử lý phenol bằng phương
pháp ozon hóa xúc tác [17]. Chất xúc tác AC/nano Fe3O4 composit được điều chế
với diện tích bề mặt 907 m2/g; P/Po = 0,992. Kết quả nghiên cứu cho thấy tốcđộ

phân hủy tăng khi giảm nồng độ phenol ban đầu và khi pH = 8 thì hiệu quả xử lý
đạt cao nhất 93,6%. Khi hàm lượng phenol ban đầu là 500 mg/l, với các điều kiện
tối ưu như lượng O3 33 mg/l.phút thì 98,5% và 69,8% phenol và COD được xử lý.
Điều đó chứng tỏ vật liệu nano composit là một chất xúc tác hiệu quả để phân hủy
và giảm độ độc của phenol mặc dù khả năng khoáng hóa chưa hoàn toàn.Chính vì
thế, kết hợp xử lý bằng phương pháp sinh học sau quá trình ozon hóa sẽ là một công
nghệ hiệu quả, kinh tế cho xử lý ô nhiễm phenol trong nước.
Wen-tao Zhao và cộng sự (2009) đã nghiên cứu xử lý nước thải nhà máy cốc
bằng hệ phản ứng màng sinh học yếm khí - thiếu khí - hiếu khí (A1/A2/O-MBR)
[32]. Bể yếm khí với vật liệu đệm, độ xốp 95%. Bể hiếu khí được cung cấp oxy
bằng bơm không khí, với DO được duy trì 5mg/l và sử dụng màng sợi polythene,
Mitsubishi, Nhật với diện tích 0,2m2. Tại bể này nước thải được bổ sung Na2CO3 để
tạo môi trường kiềm cho quá trình loại bỏ các chất dinh dưỡng và duy trì pH trong
khoảng 7-7,2. Nước thải ở các bể được duy trì ở nhiệt độ 350C ± 1 bằng nhiệt kế để
đảm bảo nước nghiên cứu có cùng nhiệt độ với nguồn nước 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 lượng chất ô nhiễm lớn như nước thải cốc hóa. Hiệu quả
xử lý COD đạt 89,8 ± 1,2% tương đương 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 nước đang
phát triển cũng chưa được ứng dụng nhiều.

10


1.3.2. Các nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải luyện cốc ở Việt Nam
Đã có nhiều nghiên cứu xử lý phenol trong nước cũng như nước thải công

nghiệp, tuy nhiên trong đối tượng cụ thể là nước thải cốc thì chưa có nhiều nghiên cứu
được thực hiện. Do trong nước thải cốc có thành phần các chất khác so với nước thải
thông thường. Công nghệ xử lý nước thải luyện cốc được áp dụng cụ thể tại một số nhà
máy luyện cốc như nhà máy Thép Thái Nguyên, nhà máy gang thép Formosa
Nguyễn Việt Cường cùng cộng sự (2009) đã chế tạo xúc tác quang TiO2 SiO2 và ứng dụng trong xử lý nước nhiễm phenol [4]. Nhóm tác giả đã tiến hành
đánh giá cấu trúc tinh thể của sản phẩm (được tổng hợp từ TiO2 – SiO2 và N-TiO2SiO2 bằng phương 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 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 lượng TiO2:SiO2 là 90:10. Trong
điều kiện 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%, vượt trội so với các vật liệu TiO2-SiO2
và TiO2 (lần lượt là 62 và 60%). Hiệu quả xử lý phenol của các hợp chất pha tạp NTiO2-SiO2 trong điều kiện ánh sáng mặt trời tự nhiên vượt trội (đạt xấp xỉ 90%),
gấp 1,5 lần so với hợp chất không pha tạp N.
Phan Vũ An (2008) đã xử lý nước 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 được 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
được 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% (tương đương 0,001g) cho mỗi lần thí nghiệm. Điều này chứng tỏ sợi thủy
tinh có tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn.

11


Nhóm tác giả tại Đ ại học Thái Nguyên (2012) đã phân tích và xử lý phenol
trong nước Suố i Cố c , thành phố Thái Nguyên [6]. Các chuyên gia đã đánh giá hiệu

quả xử lý phenol trong nước thải cốc bằng phương pháp sinh học hiếu khí kết hợp
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 nước ô nhiễm 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 trong nước bằng phương pháp oxi hóa điện hoá trên điện cực PbO2 [5].Tác giả
đã nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố như pH, nồng độ NaCl, mật độ dòng, 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 – 500 mg/l, nồng độ phenol sau thí nghiệm được xác định bằng HPLC. Thực
nghiệm đã nghiên cứu và đưa ra các thông số tối ưu 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 như hoàn
toàn (>98%) và khả năng khoáng hóa thành CO2 và H2O đạt trên 75%.
Trương Thị Mỹ Lương và cộng sự (2011) đã nghiên cứu khả năng xúc tác
cho phản ứng oxi hóa phenol trong nước thải công nghiệp bằng H2O2 [7]. Đề tài đã
nghiên cứu ảnh hưởng của chất xúc tác của các kim loại chuyển tiếp trong vật liệu
than hoạt tính (AC) trong quá trình chuyển hóa phenol trong nước bằng H2O2. Thí
nghiệm đã thay đổi % Cu trong mẫu vật liệu kim loại từ 0 – 3%, quá trình chuyển
hóa phenol được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ từ 50 – 800oC, pH = 3-8, nồng
độ đầu vào của phenol từ 100 - 300 mg/l. Nhóm tác giả đã đánh giá các yếu tố ảnh
hưởng đến phản ứng oxi hoá phenol như pH, điều kiện chế tạo vật liệu, nồng độ
phenol và hàm lượng 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 nước, phenol được chuyển hóa
hoàn toàn thành CO2 và H2O ở nhiệt độ 60oC.

12

Vũ Thị Thanh và cộng sự (2013) đã nghiên cứu khả năng phân hủy phenol
của chủng vi khuẩn DX3 [9]. Chủng vi khuẩn DX3 được phân lập từ bể chứa nước
thải kho xăng dầu Đỗ Xá, Thường Tín, Hà Nội. Sau 3 lần làm giàu liên tiếp trên
môi trường muối khoáng Gost có bổ sung 50 mg/l phenol. Nhóm nghiên cứu lựa
chọn các nồng độ phenol ban đầu lần lượt là 50, 100 và 150 mg/l để bổ sung vào
môi trường nuôi cấy của chủng vi khuẩn Bacillus sp DX3 và nuôi ở 30oC. Kết quả
cho thấy, sau 7 ngày nuôi cấy trên môi trường khoáng dịch với nồng độ phenol ban
đầu 150 mg/l thì hàm lượng phenol đã giảm xuống còn 0,067 mg/l, đạt hiệu quả xử
lý 99,9%.
Tóm lại các nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải ở Việt Nam đa số tập
trung vào đối tượng nước thải công nghiệp, hoặc nước thải được tạo đơn giản bằng
việc pha phenol trong nước theo nồng độ sẵn có, chưa có các nghiên cứu nêu ra ảnh
hưởng của các yếu tố cản trở đến quá trình xử lý.

Hình 2. Quy trình công nghệ xử lý nước thải dập cốc Công ty TNHH Gang thép
Hưng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh

13


Nguyên tắc xử lý: Nước thải tập trung ở bể chứa, lắng tách sơ bộ dầu cốc,
đưa vào khử sơ bộ CN- bằng phương pháp kết tủa hóa học. Tiếp tục đưa đi tách dầu
mỡ, một phần tạp chất lơ lửng bằng phương pháp keo tụ - lắng trọng lượng. Sau đó
khử các hợp chất hữu cơ hòa tan bằng phương pháp bùn hoạt tính. Cuối cùng là giai
đoạn tách triệt để các tạp chất lơ lửng bằng phương pháp kết tủa – keo tụ lắng.
Nước thải sau khi xử lý phenol một phần được dùng để dập cốc, còn lại được bơm
sang xưởng xử lý nước thải công nghiệp để xử lý tập trung trước khi thải ra môi
trường. Chính vì vậy nước thải sau khi dập cốc ở nhiệt độ rất cao sản sinh ra một
lượng lớn phenol và các hợp chất gây ô nhiễm khác.

Quy trình công nghệ xử lý nước thải dập cốc của Công ty TNHH Gang thép
Hưng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh được thể hiện trong hình 2. Trong đó nước thải
chứa phenol sau khi tách sơ bộ dầu mỡ, bơm vào bể chứa điều hòa. Từ bể chứa điều
hòa được bơm cấp bơm vào thiết bị phản ứng keo tụ, tại đây: Điều chỉnh lượng hóa
chất, khống chế độ pH trong nước thải và khử CN-. Tiếp tục nước thải chảy vào bể
lắng tách dầu mỡ huyền phù, phần cặn được lắng xuống đáy bể tháo về hố ga, nước
thải đã lắng tách hết dầu mỡ chảy vào bể vi sinh hiếu khí. 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 nước thải chảy vào bể lắng bậc 2. Một phần bùn hoạt tính
được bơm tuần hoàn đưa trở lại bổ sung cho bể vi sinh hiếu khí, phần còn lại được
bơm về bể chứa bùn loãng. Hỗn hợp nước thải từ bể lắng bậc hai chảy vào bể keo tụ
lắng. Nước đã xử lý một phần chảy về bể chứa nước đưa đi dập cốc nóng đỏ ở tháp
dập, một phần được bơm sang xưởng xử lý nước thải công nghiệp để xử lý trước
khi thải ra môi trường. Bể chứa bùn loãng tập trung từ hố ga, bể lắng bậc hai. Bể
keo tụ lắng chảy về được bơm đưa vào máy ép lọc khung bản. Phần cặn và bùn đã
ép thành bánh đưa vào nơi quy định. Phần nước sau khi lọc ép đưa về bể chứa nước
dập cốc nóng đỏ.[2]

14


1.4. Công nghệ xử lý phenol trong nƣớc bằng ozon hóa kết hợp xúc tác
1.4.1. Quá trình oxy hóa bằng ozon
Ozon được sinh ra 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 thường, độ hòa tan của ozon vào trong nước gấp 14 lần oxy,
tuy nhiên, tính ổn định phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường như các cation, kim
loại, các oxít kim loại nặng, nhiệt độ, độ ẩm và áp suất.

Ozon hóa được xem là một trong những quá trình oxi hóa tiên tiến ở môi
trường pH> 7 do các chất hữu cơ bị oxi hóa bởi gốc tự do hoạt động được tạo ra
trong quá trình phân hủy ozon. Trong mỗi quá trình ozon hóa, chất hữu cơ bị oxi
hóa một phần do phản ứng của các gốc tự do, một phần là do ozon phản ứng trực
tiếp với chất hữu cơ. Tuy nhiên, các phản ứng trực tiếp này của ozon với hợp chất
hữu cơ có tính chọn lọc. Sản phẩm của các quá trình ozon hóa trực tiếp các chất
vòng thơm bằng ozon thường là các axit hữu cơ hoặc các muối của chúng. Ngoài ra
còn có các quá trình ozon hóa bởi các hệ ozon kết hợp với hydrogen peroxide
(H2O2/O3) và ozon kết hợp với tia cực tím (UV/O3)…
 Oxi hóa trực tiếp bằng phân tử ozon hòa tan trong nước.
 Oxi hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl (*OH) tạo ra khi phân hủy ozon
trong nước [15,26].
 * Phản ứng trực tiếp của O3 với các hợp chất hữu cơ:
 Phản ứng trực tiế p của O3 với hợp chất hữu cơ (R) diễn ra như sau:
R + O3 → Roxit

(1.1)

 Theo Gottschalk và cô ̣ng sự (2010) [19], hằng số tốc độ k của phản ứng nằm
trong khoảng 1 – 106 l.mol-1s-1, nồng độ O3 hòa tan thay đổi từ 0 đến 1,5 mg/l. Khi
tiến hành quá trình oxi hóa hợp chất phenol hay trimetylamin, hằng số tốc độ phản
ứng có giá trị cao hơn nhiều (tương ứng 106 đến 107 so với 103), do khả năng hoạt
tính cao của các chất này đối với O3. Tuy nhiên, trong xử lý nước , nồng độ các hợp

15