Nghiên cứu công nghệ xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nhằm phục vụ cho cấp nước sinh hoạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN THỊ THU VÂN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC
MẶT Ô NHIỄM HỮU CƠ VÀ DINH DƯỠNG
NHẰM PHỤC VỤ CHO CẤP NƯỚC SINH HOẠT
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi
trường Mã số ngành: 60520320

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm
2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN THỊ THU VÂN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC
MẶT Ô NHIỄM HỮU CƠ VÀ DINH DƯỠNG
NHẰM PHỤC VỤ CHO CẤP NƯỚC SINH HOẠT
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi
trường Mã số ngành: 60520320

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THỊ THANH PHƯỢNG

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm
2017


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH
TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.
HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. NGUYỄN THỊ THANH
PHƯỢNG

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 21 tháng 4 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
TT
1
2
3
4
5

Họ và tên
GS.TS. Hoàng Hưng
PGS.TS. Huỳnh Phú
PGS.TS. Phạm Hồng Nhật
TS. Nguyễn Xuân Trường
TS. Nguyễn Thị Phương

Chức danh Hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1
Phản biện 2
Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã
được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày 30 tháng 8 năm 2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ THU VÂN. Giới tính: Nữ
Ngày, tháng, năm sinh: 16/04/1990. Nơi sinh: An Cư, Tuy An, Phú Yên.
Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường. MSHV: 1541810024
I- Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC MẶT Ô NHIỄM HỮU CƠ VÀ
CHẤT DINH DƯỠNG NHẰM PHỤC VỤ CHO CẤP NƯỚC SINH HOẠT
II- Nhiệm vụ và nội dung:
1. Khảo sát và thu thập thông tin, dữ liệu về lưu vực sông Sài Gòn.
2. Khảo sát và chọn địa điểm lấy mẫu nghiên cứu.
3. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị cho nghiên cứu và tiến hành lấy mẫu hiện
trường và lưu trữ để phục vụ cho để tài nghiên cứu.

4. Tiến hành mô hình thí nghiêm nghiên cứu trên đối tượng mẫu nước sông
Sài Gòn với các phương pháp:
- Keo tụ bằng các loại hóa chất khác nhau: phèn sắt, phèn nhôm, PACl.
Chọn ra loại hóa chất keo tụ thích hợp.
- Thí nghiệm xử lý nước sau keo tụ bằng công nghệ than hoạt tính dạng bột
(PAC). Chọn các thông số phù hợp như pH, liều lượng, thời gian hấp phụ.
- Thí nghiệm xử lý nước sau hấp phụ qua lọc màng vi lọc (MF). Chọn các
thông số phù hợp như thông lượng vận hành, điểm dừng rửa màng.
- Thí nghiệm xử lý nước sau màng lọc bằng Oxy hóa bậc cao với hệ Ozon
2+

đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe ). Chọn các thông số phù hợp như
pH, liều O3, lượng chất xúc tác.
5. Thực hiện thí nghiệm xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng với
dây chuyền công nghệ keo tụ, hấp phụ than hoạt, lọc màng vi lọc và Oxy hóa bậc


2+

cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe ) bởi các thông số
vận hành tốt nhất. Từ đó, đề xuất công nghệ phù hợp với tình hình hiện nay.
III- Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 30 tháng 8 năm 2016
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 07 tháng 03 năm 2017
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN THỊ THANH PHƯỢNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện luận văn

Nguyễn Thị Thu Vân


ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến ban Lãnh đạo, Phòng Quản lý Khoa học – Đào
tạo sau đại học và Khoa CNSH – TP – Môi trường Trường Đại học Công nghệ tp.
HCM, cùng quý thầy cô đã tham gia giảng dạy chương trình Cao học Khóa 2015 –
2017 (đợt 1) – Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, những người đã truyền đạt cho
tôi những kiến thức hữu ích là cơ sở để cho tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin kính gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng
đã tạo điều kiện cho tôi được thực hiện nghiên cứu đề tài luận văn tại Phòng Thí
nghiệm của Viện Môi trường và Tài nguyên, đồng thời cũng là người tận tình
hướng dẫn cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn, nhờ đó mà tôi có thể
hoàn thành nội dung luận văn đúng theo thời gian quy định.
Chân thành cảm ơn các anh (chị), em tại Phòng Thí nghiệm của Viện Môi
trường và Tài nguyên đã góp phần giúp đỡ và hướng dẫn cho tôi trong quá trình làm
các thí nghiệm nghiên cứu của đề tài tại đơn vị.
Và tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động viên cho tôi
rất nhiều trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi
những thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được những đóng góp quý báu từ thầy cô
và những độc giả quan tâm.
Học viên thực hiện luận văn

Nguyễn Thị Thu Vân


3

TÓM TẮT
Sông Sài Gòn được biết đến như là một nguồn cung cấp nước thô cho các
nhà máy xử lý nước cấp sinh hoạt cho thành phố Hồ Chí Minh nhưng hiện nay đang
bị ô nhiễm hữu cơ, vi sinh và chất dinh dưỡng cao. Các công nghệ xử lý nước cấp
truyền thống đã không còn phù hợp với chất lượng nước sông ngày một ô nhiễm,
bên cạnh đó, nước sau khử trùng bằng Clo đã phát sinh sản phẩm phụ như
trihalomethanes ... gây tác hại cho người sử dụng trong thời gian dài. Do đó, đề tài
tập trung nghiên cứu các phương pháp như keo tụ, hấp phụ, lọc màng và Oxy hóa
bậc cao có sự tham gia của Ozon để xử lý nước sông Sài Gòn trong phạm vi phòng
thí nghiệm.
Nguồn nước được lựa chọn để xử lý là nước sông Sài Gòn tại cửa lấy nước
của trạm bơm Hòa Phú – Nhà máy nước Tân Hiệp và được thực hiện nghiên cứu xử
lý bởi các mô hình thí nghiệm với kết quả nghiên cứu như sau:
Thí nghiệm 1: Keo tụ bởi ba loại phèn (Al2(SO4)3, FeCl3, PACl): Xác định
PACl là hóa chất keo tụ thích hợp, chỉ liều lượng nhỏ là 10mg/L, pH=6,5 nhưng đạt
hiệu suất xử lý cao lần lượt COD 49,62%, UV254 49,76%.
Thí nghiệm 2: Hấp phụ bằng than hoạt tính dạng bột (PAC) xử lý nước sau
keo tụ: Kết quả nghiên cứu với pH = 7, thời điểm 30 phút và hàm lượng 20 mg/L
đạt hiệu suất xử lý cao nhất lần lượt độ đục 53,33%, COD 51,51%, UV254 31,02%.
Đồng thời đã chứng minh PAC có tác dụng như là một chất tiền xử lý làm giãm sự

tắt nghẽn màng.
Thí nghiệm 3: Lọc màng vi lọc (MF) xử lý nước sau hấp phụ: Thông lượng
2

vận hành thích hợp là 72 L/m h đạt độ đục 100%, COD 68%, Fe 65%, Coliforms
93%. Điểm dừng rửa màng được lựa chọn khi áp suất vào màng tăng đến giá trị
khoảng 6-8psi.
2+

Thí nghiệm 4: Oxy hóa bậc cao xử lý nước sau keo tụ, bởi hệ O3/Fe có hiệu
quả xử lý cao hơn hệ O3 với COD là 89,01%; TOC là 88,7% tại pH=9, liều xúc tác
2+

Fe 2% 0,5mL, lưu lượng khí sục 1,5L/phút, thời gian sục 30 phút (13,5mgO3). Đối


4

với, vận hành mô hình thí nghiệm xử lý nước sau lọc qua màng với lưu lượng khí
2+

sục 1L/phút, thời gian sục 30 phút (9mgO3), liều xúc tác Fe 2% 0,3mL.
Thí nghiệm 5: Vận hành công nghệ với các thông số tốt nhất. Kết quả nguồn
nước sau xử lý đạt quy chuẩn cấp nước QCVN 02:2009/BYT, với hiệu quả xử lý
2+

TOC bởi dây chuyền công nghệ có sự tham gia của hệ O3/Fe lên đến 95,05%.
Dây chuyền công nghệ này có thể áp dụng xử lý nguồn nước mặt có nồng độ
ô nhiễm cao và có thể làm giảm đáng kể lượng chất hữu cơ khó phân hủy. Bên cạnh
đó, sử dụng phương pháp Oxy hóa bậc cao với hệ O3 và O3/Fe

2+

thay thế cho

phương pháp khử trùng bằng Clo là cần thiết cho tình hình nước sông bị ô nhiễm
cao như hiện nay.


5

ABSTRACT
The Saigon River is known as a raw water source for water treatment plants
in Binh Duong province and Ho Chi Minh City. But is currently contaminated by
organic matter, microorganisms and high nutrients. The traditional water treatment
technology was no longer suitable for polluted river water quality. Besides that, The
water source has passed the sterilization phase by chlorine to produce byproducts
such as trihalomethanes ... cause cancer risk for users for a long time. Research
topics on the methods such as Coagulation, adsorption, membrane filtration, highlevel oxidation with participation of ozone.
The topic is researched within laboratory and water are selected for for the
research project is the Saigon River at Hoa Phu Pump Station - Tan Hiep Water
Plant. Experimental models and the results are as follows:
Experiment 1: Coagulation by three types of alum (Al2(SO4)3, FeCl3, PACl):
determine PACl is suitable coagulation chemicals, only a small dose is 10mg/L, pH
= 6.5, but effective treatment high with 49.62% COD, 49.76% UV254.
Experiment 2: Adsorption by activated charcoal powder (PAC) postcoagulation water treatment. Results research with pH = 7, the time of 30 minutes
and concentration of 20 mg/L, effective treatment with 53.33% turbidity, 51.51%
COD, 31.02% UV254. PAC is a pre-treatment that reduces the congestion of the
membrane.
Experiment 3: Microfiltration membrane (MF) water treatment after

2

adsorption. Results research with The appropriate throughput is 72/m h, effective
treatment with 100% turbidity, 68% COD, 65% Fe, 93% Coliforms. Wash
membrane point selected When the pressure in the membrane increases to about 6 –
8psi.
Experiment 4: Highly oxidized post-coagulation water treatment. Results
+

research with O3/ Fe2 system has higher efficiency than O3 system with 89.01%
COD; 88.7% TOC at pH = 9, Fe

2+

catalyst dosage 2% 0.5 ml, the flow of air into


6

the 1.5L/min, time 30 minutes (13,5mgO3). Operate experimental model for water
after membrane filtration with pH = 9, Fe

2+

catalyst dosage 2% 0.3 ml, the flow of

air into the 1L/min, time 30 minutes (9mgO3).
Experiment 5: Operate the technology with the best parameters. Results of
treated water to set standards for water supply QCVN 02: 2009/BYT, effective
2+

treatment TOC with participation of O3/Fe system up to 95,05%.
This technology can be used to river water treatment polluted by organic
matter, microorganisms and nutrients in high concentration. Use high-level
oxidation with O3 and O3/Fe

2+

necessary for the current situation.

replacing the chlorine disinfection method are


vii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................ ii
TÓM TẮT ................................................................................................................ iii
ABSTRACT................................................................................................................
v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .....................................................................
xiiii

DANH

MỤC

CÁC

BẢNG

..........................................................................xiv DANH

MỤC

BIỂU
CÁC

HÌNH

.......................................................................................xv
MƠ
....................................................................................................................1

ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................1
2. Mục tiêu đề tài ................................................................................................3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................3
4. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................3
5. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................4
6. Ý nghĩa và tính mới của đề tài ......................................................................5
6.1. Tính mới của đề tài .....................................................................................5
6.2. Ý nghĩa khoa học ........................................................................................5
6.3. Ý nghĩa thực tiễn .........................................................................................6
CHƯƠNG 1. TỔNG
..............................7

QUAN

VỀ

LĨNH

VỰC

NGHIÊN

CỨU

1.1. Khái quát về lưu vực sông Sài Gòn ...........................................................7
1.1.1. Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên lưu vực sông Sài Gòn ......................7
1.1.1.1. Vị trí địa lý ......................................................................................7
1.1.1.2. Điều kiện tự nhiên ...........................................................................9
1.1.2. Điều kiện kinh tế và xã hội của các tỉnh trong lưu vực sông ...............13
1.1.3. Tầm quan trọng của lưu vực sông Sài Gòn..........................................17
1.2. Hiện trạng môi trường nước sông Sài Gòn ............................................21
1.2.1. Các nguồn thải gây ô nhiễm trên lưu vực sông Sài Gòn .....................21
1.2.2. Đánh giá môi trường nước sông Sài Gòn ............................................24
1.3. Tổng quan về nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng ......................28


8

1.3.1. Khái niệm ô nhiễm nước và sự ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng .........28
1.3.2. Một số chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước..................................30
1.4. Tổng quan phương pháp xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh
dưỡng ................................................................................................................33
1.4.1. Các quá trình xử lý nước mặt hiện nay ................................................33
1.4.2. Các dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt hiện nay ..........................36

1.4.2.1. Một số dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt trên thế giới .........36
1.4.2.2. Một số dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt tại Việt Nam........38
1.5. Tổng quan về các phương pháp được lựa chọn để nghiên cứu ............41
1.5.1. Lý thuyết keo tụ ...................................................................................41
1.5.1.1. Bản chất hóa lý của quá trình keo tụ .............................................41
1.5.1.2. Hóa chất keo tụ thường dùng ........................................................43
1.5.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ...................................48
1.5.2. Lý thuyết về hấp phụ...........................................................................49
1.5.2.1. Sự hấp phụ .....................................................................................49
1.5.2.2. Giải hấp phụ ..................................................................................50
1.5.2.3. Cân bằng hấp phụ ..........................................................................51
1.5.2.4. Dung lượng hấp phụ cân bằng ......................................................51
1.5.2.5. Hiệu suất hấp phụ ..........................................................................52
1.5.2.6. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ...................................52
1.5.2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ................................56
1.5.3. Tổng quan về than hoạt tính (Powdered Activated Carbon - PAC) ...57
1.5.3.1. Cơ chế hấp phụ của than hoạt tính ................................................57
1.5.3.2. Đặc tính và ưu nhược điểm của than hoạt tính..............................58
1.5.3.3. Than hoạt tính hấp phụ các hợp chất hữu cơ tự nhiên ..................59
1.5.4. Tổng quan về công nghệ lọc màng ......................................................60
1.5.4.1. Định nghĩa và phân loại màng.......................................................60
1.5.4.2. Hình dạng module .........................................................................64
1.5.4.3. Nguyên tắc thiết kế hệ thống và thông số vận hành màng ............66


9

1.5.4.4. Lựa chọn công nghệ màng lọc ......................................................71
1.5.5. Tổng quan về Oxy hóa bậc cao ............................................................76
1.5.5.1. Lý thuyết của quá trình Oxy hóa bậc cao ......................................76

1.5.5.2. Quá trình Catazon..........................................................................79
1.6. Ứng dụng của các công nghệ nghiên cứu trong và ngoài nước ............84
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU, MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...92
2.1. TÓM TẮT NỘI DUNG THÍ NGHIỆM...............................................................92
2.2.Vật liệu ........................................................................................................93
2.3. Phương pháp phân tích ............................................................................94
2.3.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu .....................................................94
2.3.2. Phương pháp xác định liều Ozon .........................................................95
2.4. Mô hình thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu .................................97
2.4.1. Khảo sát quá trình keo tụ .....................................................................97
2.4.1.1. Khảo sát giá trị pH tốt nhất của quá trình keo tụ ..........................97
2.4.1.2. Khảo sát liều lượng phèn tốt nhất của quá trình keo tụ.................98
2.4.2. Khảo sát mô hình thí nghiệm hấp phụ bằng than hoạt tính .................98
2.4.2.1. Khảo sát giá trị pH tốt nhất của quá trình hấp phụ........................99
2.4.2.2. Khảo sát thời gian hấp phụ tốt nhất của quá trình hấp phụ ...........99
2.4.2.3. Khảo sát liều lượng than tốt nhất của quá trình hấp phụ.............100
2.4.3. Khảo sát mô hình thí nghiệm lọc màng vi lọc ...................................100
2.4.3.1. Khảo sát giá trị thông lượng thích hợp........................................102
2.4.3.2. Khảo sát điểm dừng rửa màng ....................................................102
2+

2.5.3. Khảo sát mô hình thí nghiệm oxy hóa bậc cao với hệ O3 và O3/Fe 102
2+

2.5.3.1. Khảo sát giá trị pH tốt nhất của hệ O3 và hệ O3/Fe .................102
2+

2.5.3.2. Khảo sát thời gian sục khí tốt nhất của hệ O3 và hệ O3/Fe ......103
2+

2.5.3.3. Khảo sát liều chất xúc tác tốt nhất của hệ O3/Fe ......................103
2+

2.5.3.4. Khảo sát liều Ozon sử dụng tốt nhất của hệ O3 và hệ O3/Fe ...103
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..........................................................105
3.1. Chất lượng nước mặt sử dụng trong nghiên cứu.................................105


10

3.2. Mô hình keo tụ ........................................................................................106
3.2.1. Xác định giá trị pH keo tụ phù hợp....................................................106
3.2.1.1. Xác định giá trị pH phù hợp khi dùng chất keo tụ là phèn sắt ....106
3.2.1.2. Xác định giá trị pH phù hợp khi dùng chất keo tụ là phèn nhôm107
3.2.1.3. Xác định giá trị pH phù hợp khi dùng chất keo tụ là phèn PACl108
3.2.2. Xác định giá trị liều lượng phèn phù hợp ..........................................109
3.2.2.1. Xác định giá trị liều lượng phèn sắt phù hợp ..............................109
3.2.2.2. Xác định giá trị liều lượng phèn PACl phù hợp..........................111
3.2.2.3. Xác định giá trị liều lượng phèn nhôm phù hợp .........................111
3.2.3. So sánh và lựa chọn loại phèn thích hợp............................................113
3.3. Mô hình hấp phụ của than hoạt tính (PAC) ........................................114
3.3.1. Xác định giá trị pH hấp phụ phù hợp .................................................114
3.3.2. Xác định thời gian hấp phụ phù hợp ..................................................115
3.3.3. Xác định liều lượng than hấp phụ phù hợp ........................................116
3.3.4. Xác định hằng số hấp phụ và xây dựng đường đẳng nhiệt Langmuir
......................................................................................................................118
3.4. Xác định quá trình lọc màng MF ..........................................................120
3.4.1. Xác định thông lượng thích hợp ........................................................120
3.4.2. Xác định điểm dừng rửa màng ...........................................................122
3.4.3. Sự thay đổi áp suất và thể tích nước lọc trong quá trình vận hành ...124

3.4.3.1. Xu hướng thay đổi áp suất giữa các chu kỳ lọc ..........................124
3.4.3.2. Ảnh hưởng của quá trình rửa lên áp suất vào màng và thể tích
nước lọc ....................................................................................................125
3.4.4. Đánh giá hiệu quả xử lý ....................................................................126
2+

3.5. Mô hình oxy hóa bậc cao với hệ O3 và hệ O3/ Fe ..............................127
2+

3.5.1. Xác định giá trị pH phù hợp của hệ O3 và hệ O3/ Fe ......................127
3.5.1.1. Xác định giá trị pH phù hợp của hệ Ozon đơn thuần ..................127
2+

3.5.1.2. Xác định giá trị pH phù hợp của hệ O3/ Fe ..............................128
2+

3.5.2. Xác định thời gian sục khí phù hợp của hệ O3 và hệ O3/ Fe ...........129


11

3.5.2.1. Xác định thời gian sục khí phù hợp của hệ O3 ............................129
2+

3.5.2.2. Xác định thời gian sục khí phù hợp của hệ O3/ Fe ...................129
2+

3.5.3. Xác định liều lượng chất xúc tác phù hợp của hệ O3/ Fe ................131
2+

3.5.4. Xác định liều Ozon sử dụng phù hợp đối với hệ O3 và hệ O3/ Fe ..132
3.5.4.1. Xác định liều Ozon sử dụng phù hợp đối với hệ O3 ...................132
2+

3.5.4.2. Xác định liều Ozon sử dụng phù hợp đối với hệ O3/ Fe ..........133
2+

3.5.5. So sánh hiệu suất xử lý của hệ O3 và hệ O3/Fe ...............................134
3.6. Đề xuất dây chuyền công nghệ ..............................................................135
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................94
1. Kết luận .........................................................................................................94
2. Kiến Nghị ......................................................................................................94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................144
PHỤ LỤC ...............................................................................................................154


xii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Tp. HCM Thành phố Hồ Chí Minh
BYT

Bộ Y tế

BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

USEPA

Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ

NXB

Nhà xuất bản

QLMT

Quản lý môi trường

KHCN

Khoa học công nghệ

CNMT

Công nghệ môi trường

PTN

Phòng thí nghiệm

KCN

Khu công nghiệp

KCX

Khu chế xuất

TXLNT

Trạm xử lý nước thải

CSSX

Cơ sở sản xuất

BVMT

Bảo vệ môi trường

QCVN

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

LVS

Lưu vực sông

NTSH

Nước thải sinh hoạt

PAC

Than hoạt tính dạng bột (Powdered Activated Carbon)

MF

Màng vi lọc (Microfiltration) UF

Màng siêu lọc (Ultrafiltration) NF
Màng Nano (nanofiltrafiltration)
RO

Màng thẩm thấu ngược (Reverse osmosis)

AOP

Quá trình oxy hóa nâng cao (Advanced oxidation process)

TMP

Áp suất xuyên màng (Trans-membrane pressure)

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen demand)


13

COD

Nhu cầu oxy hóa học (Chemical oxygen demand)

DOC

Cacbon hữu cơ hòa tan (Dissolved organic carbon)

TOC

Tổng cacbon hữu cơ (Total organic carbon)

NOM

Hợp chất hữu cơ tự nhiên (Natural Organic Matter)

DOM

Chất hữu cơ hòa tan

HA

Axit Humic

THMs

Trihalomethanes


14

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Diện tích, dân số, mật độ dân số các địa phương trong khu vực...13

Bảng 1.2. Dân số thành thị trung bình các địa phương trong khu vực từ 2010
- 2014 .............................................................................................................13
Bảng 1.3. Danh sách các KCN, KCX, KCNC nằm dọc sông Sài Gòn..........14
Bảng 1.4. Diện tích lúa cả năm phân theo địa phương ..................................15
Bảng 1.5. Số trang trại từ năm 2011 - 2014 ...................................................16
Bảng 1.6. Số trang trại năm 2014 phân theo lĩnh vực sản xuất .....................16
Bảng 1.7. Diện tích mặt nước nuôi trồng thủy sản từ năm 2010 - 2014........17
Bảng 1.8. Ưu điểm và bất lợi của dạng sợi rỗng và dạng ống cho MF (vi lọc)
........................................................................................................................71
Bảng 1.9. Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa ...........................77
Bảng 1.10. Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng....78
Bảng 1.11. Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng...............79
Bảng 1.12. Mức độ loại bỏ Clorobenzen khi áp dụng hệ O3/xúc tác đồng thể
........................................................................................................................81
Bảng 2.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong mẫu nước mặt .............94
Bảng 3.1. Kết quả phân tích mẫu nước mặt tại cửa lấy nước trạm bơm Hòa
Phú................................................................................................................105
Bảng 3.2. Thông số đầu vào của mẫu nước mặt ô nhiễm ............................106
Bảng 3.3. Thông số đầu vào của nước mặt sau xử lý keo tụ .......................114
Bảng 3.4. Mối quan hệ giữ Ce và Qe trong khoảng thời gian hấp phụ 30 phút
......................................................................................................................118
Bảng 3.5. Các thông số động học tính theo mô hình Langmuir ..................119
Bảng 3.6. Thông số đầu vào của mẫu sau quá trình hấp phụ.......................120
Bảng 3.7. Hiệu quả xử lý của mô hình MF phòng thí nghiệm ...................126
Bảng 3.8. Thông số đầu vào của mẫu nước mặt sau sau keo tụ ..................127
Bảng 3.9. Liều Ozon sử dụng đối với hệ Ozon............................................132
2+

Bảng 3.10. Liều Ozon sử dụng đối với hệ Catazon (O3/ Fe ) ....................133
Bảng 3.11. Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong mẫu nước sau xử lý của hai

2+

dây chuyền công nghệ xử lý với hệ O3 và hệ O3/ Fe ................................136


15

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Bản đồ lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai 3
.................................8
Hình 1.2. Lưu vực Sông Sài Gòn .....................................................................9
Hình 1.3. Hồ Dầu Tiếng 12
.........................................................................20
Hình 1.4. Cửa xả nước kênh Tây của Hồ Dầu Tiếng 26
.............................20
Hình 1.5. Cảng An Sơn ven lưu vực sông Sài Gòn 17 ................................20
Hình 1.6. Du lịch sông nước 13
..................................................................20
Hình 1.7. Cảng Quận 4 Sài Gòn 14
............................................................20
Hình 1.8. Thuyền bè di chuyển trên sông Sài Gòn đoạn qua tp.HCM 16...20
Hình 1.9. Ô nhiễm trầm trọng tại nhiều kênh, rạch ở thành phố 53............27
Hình 1.10. Nhà ở tạm bợ ven kênh, rạch ở thành phố 53............................27
Hình 1.11. Nhiều thành phần rác thải ven sông Sài Gòn 10
.......................27
Hình 1.12. Xác heo chết của công ty Việt Phước vứt ra môi trường nước 8
........................................................................................................................27
Hình 1.13. Công ty sản xuất xả thải gây ô nhiễm nguồn nước 20
..............27
Hình 1.14. Bụi than đá nổi lềnh bềnh trên sông Sài Gòn 24

.......................27
Hình 1.15. Ngư dân vớt xác cá chết trên thượng nguồn sông Sài Gòn 15
..27
Hình 1.16. Khu vực thượng lưu sông Sài Gòn nước có màu xanh do ô nhiễm

7 ...................................................................................................................2
7
Hình 1.17. Sơ đồ công nghệ xử lý nhà máy nước Tân Hiệp..........................39
Hình 1.18. Sơ đồ dây chuyền xử lý nhà máy nước Gia Ray..........................40
Hình 1.19. Các giai đoạn của quá trình keo tụ ..............................................43
Hình 1.20. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ..........................................54
Hình 1.21. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb....................................................55


16

Hình 1.22. Than hoạt tính dạng bột (PAC) ...................................................58
Hình 1.23. Mô tả quá trình màng ...................................................................61
Hình 1.24. Phân loại các quá trình lọc màng .................................................61
Hình 1.25. Cấu trúc màng vi xốp a) Đẳng hướng; b) Bất đẳng hướng..........62


17

Hình 1.26. Sơ đồ bốn module màng cơ bản: (a) Dạng khung bản; (b) Dạng
cuộn; (c) Dạng ống; (d) dạng sợi rỗng ...........................................................66
Hình 1.27. Sơ đồ biểu diễn (a) Quá trình lọc Dead-end; (b) quá trình lọc
Cross-flow ......................................................................................................67
Hình 1.28. Sự tương quan giữa áp suất qua màng và thông lượng (Ginder,
2001) ..............................................................................................................69

Hình 1.29. Cơ chế nghẽn màng; (a) Sự hình thành lớp gel/ bánh bùn; (b) Bít
lỗ màng và (c) Thu hẹp lỗ màng (Bourgeous et al., 2001) ..........................70
Hình 1.30. Mối tương quan giữa thời gian lọc (t/V) và thể tích lọc (V)........71
Hình 1.31. Ảnh hưởng của pH đến sự phân hủy Ozon ..................................80
Hình 2.1. Sơ đồ tóm tắt quá trình thí nghiệm ................................................92
Hình 2.2. Vị trí lấy mẫu tại Trạm bơm Hòa Phú ...........................................93
Hình 2.3. Trước khi hấp thụ ozone ................................................................96
Hình 2.4. Sau khi hấp thụ ozone ....................................................................96
Hình 2.5. Thí nghiệm keo tụ ..........................................................................97
Hình 2.6. Mô hình thí nghiệm hấp phụ bằng than hoạt tính ..........................99
Hình 2.7. Mô hình thí nghiệm công nghệ lọc màng vi lọc ..........................101
Hình 2.8. Bơm Tandem 1081.......................................................................101
Hình 2.9. Màng vi lọc ..................................................................................101
Hình 2.10. Máy phát Ozon ...........................................................................104
Hình 2.11. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu với hệ O3.................................104
2+

Hình 2.12. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu với hệ O3/Fe .........................104
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ đục của
quá trình keo tụ phèn sắt ..............................................................................106
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và
UV254 của quá trình keo tụ phèn sắt .............................................................106
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ đục của
quá trình keo tụ phèn nhôm..........................................................................107


xvii

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và
UV254 của quá trình keo tụ phèn nhôm.........................................................107

Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ đục của
quá trình keo tụ phèn PACl
..........................................................................108
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và
UV254 của quá trình keo tụ phèn PACl .........................................................108
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng phèn sắt đến hiệu suất
xử lý độ đục..................................................................................................110
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng phèn sắt đến hiệu suất
xử lý COD và UV254 ....................................................................................110
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng phèn PACl đến hiệu
suất xử lý độ đục ..........................................................................................111
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng phèn PACl đến hiệu
suất xử lý COD và UV254 .............................................................................111
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng phèn nhôm đến hiệu
suất xử lý độ đục ..........................................................................................112
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng phèn nhôm đến hiệu
suất xử lý COD và UV254 .............................................................................112
Hình 3.13. Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý độ đục giữa ba chất keo tụ .......113
Hình 3.14. Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý COD giữa ba chất keo tụ .........113
Hình 3.15. Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý UV254 giữa ba chất keo tụ .......113
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ .......114
Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn độ đục theo thời gian hấp phụ của PAC..........115
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn COD theo thời gian hấp phụ của PAC ............115
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn UV254 theo thời gian hấp phụ của PAC...........116
Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều PAC đến quá trình hấp phụ
......................................................................................................................117
Hình 3.21. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ chất hữu cơ bởi than hoạt
tính (theo độ đục) .........................................................................................119

18

Hình 3.22. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ chất hữu cơ bởi than hoạt
tính (theo COD) ...........................................................................................119
Hình 3.23. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ chất hữu cơ bởi than hoạt
tính (theo UV254) ..........................................................................................119
Hình 3.24. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý độ đục, độ màu, COD của MF 120
Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và thể tích nước lọc
2

theo thời gian một chu kỳ lọc ở các thông lượng 60, 72, 84, 90, 150 L/m h
......................................................................................................................121
Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất theo thể tích nước lọc được
2

thông lượng 72L/m h trong các chu kỳ lọc..................................................123
Hình 3.27. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất theo thời gian qua các chu kỳ
lọc liên tiếp với màng rửa hóa chất sau mỗi chu kỳ ....................................124
Hình 3.28: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất vào màng ban đầu và thể tích
nước lọc được của mỗi chu kỳ trong quá trình vận hành màng dưới ảnh
hưởng của quá trình rửa hóa chất .................................................................125
Hình 3.29. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu
của hệ O3 ......................................................................................................127
Hình 3.30. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và
TOC của hệ O3 .............................................................................................127
Hình 3.31. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu
2+

của hệ O3/Fe ..............................................................................................128
Hình 3.32. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và

2+

TOC của hệ O3/Fe .....................................................................................128
Hình 3.33. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian sục khí đến hiệu suất xử
lý độ màu, COD và TOC của hệ O3 .............................................................129
Hình 3.34. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian sục khí đến hiệu suất xử
2+

lý độ màu, COD và TOC của hệ O3/ Fe ....................................................130
Hình 3.35. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều chất chất xúc tác đến hiệu
2+

suất xử lý độ màu, COD và TOC của hệ O3/ Fe .......................................131


19

Hình 3.36. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều O3 đến hiệu suất xử lý độ
màu, COD và TOC của hệ O3 ......................................................................132
Hình 3.37. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều O3 đến hiệu suất xử lý độ
2+

màu, COD và TOC của hệ O3/ Fe .............................................................133
2+

Hình 3.38. Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý độ màu giữa hệ O3 và O3/Fe 134
2+

Hình 3.39. Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý COD giữa hệ O3 và hệ O3/Fe

......................................................................................................................134
Hình 3.40. Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý TOC giữa hệ O3 và hệ O3/Fe

2+

......................................................................................................................134
Hình 3.41. Dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh
dưỡng nhằm phục vụ cấp nước sinh hoạt ....................................................141