nghiên cứu xử lý nước tại kênh tàu hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao điện cực inox 304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

ĐẶT VẤN ĐỀ
1.

GIỚI THIỆU :

Tàu Hủ - Bến Nghé là tuyến đường thủy trọng yếu của Sài Gòn năm xưa. Qua thời
gian, từ một dòng kênh bị bỏ hoang, bùn đất bồi lắng làm dòng kênh cạn dần, nhà cửa
nhếch nhác, tạm bợ được cất san sát dọc hai bờ kênh, rác nổi lềnh bềnh trên dòng kênh.
Có nhiều ghe thuyền, các chợ đầu mối thu gom hàng hóa và rác đủ các loại từ các chợ
được đổ bừa bãi xuống dòng nước. Ở các chân cầu rác đổ tạo thành từng đống lớn.
Vì vậy, một kế hoạch dài nhằm khôi phục cảnh quan đô thị của tuyến đường này đã
được TPHCM thực hiện suốt 10 năm qua (2002 – 2013). Những khu nhà được giải tỏa,
những cây cầu mới được hình thành, lòng kênh được nạo vét, những con đường dọc bờ
kênh được hình thành,… Tàu Hủ - Bến Nghé được hồi sinh.
Tuy nhiên, chưa được bao lâu, vì ý thức của người dân, con kênh này lại một lần
nữa đối mặt với ô nhiễm nước trầm trọng. Thực tế là ngày 15/05/2017, kênh Tàu Hủ
(quận 8, TPHCM) biến thành sông « băng », sau khi cơn mưa lớn ngừng, những bọt
trắng bất ngờ xuất hiện rất nhiều trên mặt kênh, nó nổi thành từng mảng lớn trôi chậm
theo dòng nước và có mùi rất hôi, đó là dấu hiệu của sự ô nhiễm.

Hình 1 Bọt trắng như tuyết nổi lên ở kênh Tàu Hủ sau cơn mưa.
(Nguồn : [1])

1
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

Vậy nên, yêu cầu cấp thiết yêu cầu cấp thiết được đặt ra là ngoài việc nâng cao ý
thức của người dân sống dọc hai bên bờ kênh phải có phương pháp xử lý nguồn nước
đạt yêu cầu chất lượng.
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ để đáp ứng trước những thách thức
ngày càng cao của môi trường, các nhà khoa học và công nghệ đã tiến hành nhiều công
trình nghiên cứu theo hướng tìm các công nghệ cao để hỗ trợ cho các công nghệ truyền
thống. Các công nghệ cao thường gặp là: công nghệ lọc bằng màng, công nghệ khử
trùng nước bằng bức xạ tử ngoại và công nghệ khoáng hóa chất ô nhiễm hữu cơ bằng
quá trình oxy hóa nâng cao. Trong số đó, công nghệ dựa vào quá trình oxy hóa nâng
cao là công nghệ được nghiên cứu và áp dụng nhiều nhất trong thời gian gần đây. Các
quá trình oxi hóa nâng cao được định nghĩa là những quá trình phân hủy oxi hóa dựa
vào gốc tự do hoạt động hydroxyl OH* được tạo ra tại chỗ ngay trong quá trình xử lý.
Gốc hydroxyl là một trong những tác nhân oxi hóa mạnh nhất được biết từ trước đến
nay, có khả năng phân hủy không chọn lựa mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại khó phân
hủy nhất, biến chúng thành các hợp chất vô cơ (còn gọi là khoáng hóa) không độc hại
như CO2, H2O, các acid vô cơ… Từ các tác nhân oxi hóa thông thường như hydrogen
peroxide, Ozone… có thể nâng cao khả năng oxi hóa của chúng bằng các phản ứng
khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, thực hiện quá trình oxi hóa gián tiếp thông qua gốc
hydroxyl. Ngoài ra, công nghệ keo tụ điện hóa (EC) cũng đang dần dần áp dụng vào
việc xử lý nước thải khi nhu cầu về chất lượng nước uống đang gia tăng và các quy
định về môi trường liên quan đến nguồn nước xả thải ngày càng nghiêm ngặt. Vì vậy,
ngày nay phương pháp keo tụ điện hóa ngày càng phát triển vì phương pháp này hoàn
toàn thân thiện với hệ sinh thái với hiệu quả xử lý cao và tốt hơn các phương pháp
khác.
Vì tính ưu việt và tầm quan trọng của hai công nghệ tiên tiến này mà ta có thể kết

hợp hai phương pháp này với nhau để xử lý nước đạt hiệu quả tốt hơn. Vì thế định
hướng “Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao:
điện cực INOX 304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm” được hình thành và sẽ giải
quyết được phần nào nỗi lo tái ô nhiễm của dòng kênh này cũng như làm cơ sở để
nghiên cứu khả năng tái sử dụng nguồn nước khi áp dụng công nghệ xử lý tiên tiến này.
2.

MỤC TIÊU CỦA NGHIÊN CỨU

Thực hiện, đánh giá hiệu quả xử lý của phương pháp xử lý nước tại kênh Tàu Hủ
bằng phương pháp oxi hóa nâng cao: điện cực INOX 304 + ozon quy mô phòng thí
nghiệm, nhằm tìm kiếm giải pháp xử lý mới, góp phần cải thiện chất lượng môi trường
nước ở kênh.
2
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

3. NỘI DUNG CỦA NGHIÊN CỨU:
 Đọc tài liệu
Thu thập tài liệu có liên quan mật thiết đến các công trình đã nghiên cứu trong
và ngoài nước, tìm hiểu những vấn đề còn tồn tại, những vấn đề cần tập trung nghiên
cứu, tính toán thiết kế mô hình thí nghiệm.
 Thiết lập mô hình thí nghiệm
Tiến hành lắp ráp và bố trí mô hình thí nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết đã tìm
hiểu. Thực hiện thí nghiệm, nghiên cứu thực tế xử lý quy mô phòng thí nghiệm.

 Thực hiện thí nghiệm
Chạy mô hình thí nghiệm để hệ thống hoạt động ổn định và phát huy hiệu quả xử
lý, đồng thời tìm ra nguyên nhân và điều chỉnh các sai sót trong quá trình thiết lập mô
hình.
 Thu mẫu phân tích
Lấy mẫu và tiến hành thực hiện thí nghiệm phân tích các chỉ tiêu pH, COD, TSS,
độ đục, độ màu để có số liệu nhằm phân tích và đánh giá số liệu.
 Đánh giá kết quả
Mẫu nước được phân tích các chỉ tiêu pH, COD, TSS, độ đục, độ màu và đánh giá
kết quả để xác định phương pháp xử lý đạt hiệu quả.
 Phân tích số liệu và viết báo cáo thí nghiệm
Số liệu sau khi được tổng hợp thì bắt đầu tiến hành phân tích, biễu diễn, so sánh
bằng các phầm mềm phân tích, tính toán để người đọc có thể dễ dàng hiểu rõ đề tài
nghiên cứu, thấy rõ hiệu quả của mô hình khi được chạy tại các điều kiện khác nhau
cũng như điều kiện tối ưu khi áp dụng phương pháp vào mô hình thực tế. Bài
nghiên cứu sẽ được trình bày dưới dạng văn bản một cách khoa học, logic và trung
thực để báo cáo và trình bày trước hội đồng.
4.

GIỚI HẠN CỦA NGHIÊN CỨU:
 Mẫu nước thật được lấy trực tiếp từ kênh Tàu Hủ.
 Thực hiện các thí nghiệm, chạy mô hình bằng phương pháp oxi hóa nâng cao trên
quy mô phòng thí nghiệm.
 Tiến hành làm các thí nghiệm xác định các thông số như COD, pH, độ đục, độ
màu, TSS.
3

SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

 Vận hành và đưa ra số liệu.
 Thu thập mẫu, phân tích số liệu
 So sánh, đánh giá hiệu quả của mô hình.
5.

THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU
Từ tháng 7/2017 đến tháng 12/2017

Địa điểm thực hiện đồ án: Trường Đại Học Tài Nguyên và Môi Trường TP.HCM
(236B Lê Văn Sỹ, phường 1, quận Tân Bình), phòng thí nghiệm phân tích môi trường,
phòng thực hành cấp thoát nước.

4
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
TỔNG QUAN VỀ TÌNH TRẠNG VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC CỦA KÊNH

1.1

RẠCH TP.HCM
1.1.1

Tổng quan về hiện trạng hệ thống kênh rạch TP.HCM

Khu vực nội thành Thành phố Hồ Chí Minh có 5 hệ thống kênh rạch chính với
tổng chiều dài khoảng 55 km đảm nhận chức năng tiêu thoát nước cho khu vực nội
thành, bao gồm:






Hệ thống kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè
Hệ thống kênh Tân Hoá – Lò Gốm
Hệ thống kênh Tàu Hũ – kênh Đôi – kênh Tẻ
Hệ thống kênh Bến Nghé
Hệ thống kênh Tham Lương – Bến Cát – Vàm Thuật.

Tuy nhiên, trừ một số dòng kênh ở khu vực trung tâm thành phố đang hồi sinh, còn
nhiều dòng kênh khác đang “chết” vì rác. Ngay cả những tuyến kênh thành phố đã thực
hiện cải tạo, nạo vét và vớt rác thường xuyên cũng thiếu bền vững và đang bị tái ô nhiễm
nghiêm trọng, nhất là ô nhiễm hữu cơ.
Một trong những nguồn gây ô nhiễm chính, ảnh hưởng đến chất lượng nước kênh
rạch trên địa bàn TP.HCM là do nước thải công nghiệp đã không được kiểm soát và xử
lý triệt để, xả thải trực tiếp ra môi trường. Bên cạnh đó, nước thải từ thượng nguồn ở
tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, Tây Ninh chảy ra sông Sài Gòn và sông Đồng Nai cũng

góp phần làm cho nguồn nước ở TP.HCM càng thêm ô nhiễm.
Nguyên nhân lớn góp phần gây ô nhiễm các kênh rạch TP.HCM, đó là hiện trạng
các cống xả nước thải trực tiếp không qua bể tự hoại từ nhà vệ sinh của các hộ dân và
các phòng trọ sống dọc hai bên các kênh rạch.
Bên cạnh đó, ý thức của một bộ phận người dân còn thấp, tình trạng xả rác bừa bãi
ra kênh rạch gây tắc nghẽn dòng chảy vẫn còn phổ biến, khiến cho mức độ ô nhiễm môi
trường thêm trầm trọng.

5
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

Hình 1.1 Nhà ở tạm bợ và vấn đề xả rác ngay kênh rạch.
(Nguồn: [2])
1.1.2

Tình hình ô nhiễm môi trường nước trên hệ thống kênh rạch ở TP.HCM

Sự ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và tính chất của nước gây
ảnh hưởng đến hoạt động sống bình thường của con người và sinh vật.
Tình hình ô nhiễm nguồn nước trên các kênh rạch ở thành phố Hồ Chí Minh ngày
càng nghiêm trọng và lan ra trên diện rộng. Theo Sở Tài nguyên và Môi trường thành
phố Hồ Chí Minh nguồn nước kênh, rạch trên địa bàn thành phố vẫn tiếp tục bị ô nhiễm
ở mức cao mặc dù thành phố đã có nhiều nỗ lực ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý ô nhiễm
trong thời gian qua.

Theo Trung tâm Chất lượng nước và môi trường - Phân viện Quy hoạch khảo sát
thủy lợi Nam Bộ, nước tại hệ thống kênh rạch tại thành phố Hồ Chí Minh đều bị ô nhiễm
nặng. Các thành phần như: BOD5 (nhu cầu oxy sinh học), COD (nhu cầu oxy hóa học),
chỉ tiêu vi sinh (coliform), hàm lượng chất lơ lửng (SS), kim loại nặng... vượt tiêu chuẩn
gấp nhiều lần cho phép. Điển hình như các kênh Thầy Cai và kênh An Hạ (Củ Chi),
kênh B và kênh C (huyện Bình Chánh), kênh Bà Búp và kênh Trần Quang Cơ (Hóc
Môn) nước có màu nâu đen, mùi hôi rất nặng, nhiều chỉ tiêu đều vượt tiêu chuẩn cho
phép.
Các cơ quan chức năng thường quan trắc nước kênh rạch ở khu vực nội thành để
đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước. Hệ thống các trạm quan trắc nước kênh rạch nội
thành thành phố:
6
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm







Cầu Tham Lương và cầu An Lộc (kênh Tham Lương – Vàm Thuật);
Cầu Lê Văn Sỹ và cầu Điện Biên Phủ (kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè);
Cầu Chà Và và rạch Ruột Ngựa (kênh Tàu Hủ – Bến Nghé);
Cầu Nhị Thiên Đường và bến Phú Định (kênh Đôi – Tẻ);

Cầu Ông Buông và cầu Hoà Bình (kênh Tân Hoá - Lò Gốm)

Theo Chi cục Bảo vệ Môi trường, chất lượng nước kênh rạch trong khu vực nội
thành năm 2010: mức độ ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vật ở tất cả các kênh đang có xu
hướng cải thiện dần dù còn rất chậm (so với năm 2009). Ngoại trừ kênh Tham Lương –
Vàm Thuật nồng độ ô nhiễm vẫn có xu hướng tăng nhưng tăng với tốc độ chậm lại so
với các năm trước. Ô nhiễm chủ yếu ở các kênh này là ô nhiễm hữu cơ và vi sinh với
nồng độ BOD vượt quy chuẩn từ 1,5 – 6,8 lần và hàm lượng Coliform vượt quy chuấn
1,18 – 6.661 lần.
Bảng 1.1 Kết quả quan trắc chất lượng nước kênh rạch nội thành năm 2011
Thông số
Kênh

Triều pH

BOD5(mg/l) COD(mg/l) COLIFORM
(MNP/100ml)

Nhiêu Lộc – Thị Nghè L

7,06

23,8

61

8,9x105

R

7,1

43

139

5,1x106

Tham Lương – Bến L

7,2

44

94

2x106

Cát – Vàm Thuật

R

7,2

49,6

131

1,3x106

Tân Hóa – Lò Gốm

L

7,06

86

175

5,7x106

R

7,1

112

207

1,6x107

L

7,05

27

57

1,2x106

R

7,07

75,4

116

9,8x106

L

7,04

11,4

28

1,2x106

R

7,02

35,3

58

1,6x106

5,5-9

<25

<50

<10.000

Tàu Hủ - Bến Nghé
Đôi – Tẻ

QCVN
08:2008/BTNMT
loại B2

(Nguồn: [3])
7
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

QCVN 08:2008/BTNMT loại B2: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt
phục vụ cho Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp.
 Hệ thống kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè:

 Nồng độ BOD5 năm 2011 trên đoạn kênh này dao động từ 3,4 – 91,9 mg/l,
trong đó có 56% số mẫu vượt QCVN (loại B2: BOD<25 mg/l), tập trung chủ
yếu vào thời điểm nước ròng.
 Nồng độ COD dao động từ 10,9 – 194mg/l, trong đó 88% số mẫu vượt QCVN
(loại B2: COD<50 mg/l).
 So với năm 2010, nhìn chung tình trạng ô nhiễm tại đoạn kênh này có chiều
hướng giảm: vào thời điểm nước lớn BOD giảm 1,5 lần, COD giảm 1,56 lần;
vào thời điểm nước ròng BOD giảm 1,9 lần, COD giảm 1,3 lần. Hàm lượng
vi sinh trung bình giảm 2 lần lúc nước lớn, giảm 2 lần lúc nước ròng.
 Hệ thống kênh Tham Lương – Vàm Thuật:
 Nồng độ BOD5 năm 2011 trên đoạn kênh này dao động từ 2,8 - 108 mg/l, có
56% số mẫu vượt QCVN 08:2008/BTNMT, tập trung chủ yếu ở trạm cuối nguồn
Tham Lương.
 Nồng độ COD dao động từ 12,8 – 289 mg/l, trong đó 88% số mẫu vượt QCVN.
 So với năm 2010, BOD và COD trung bình có xu hướng giảm: thời điểm nước
lớn BOD giảm 1,25 lần, COD giảm 1,56 lần; vào thời điểm nước ròng BOD giảm
2,95 lần, COD giảm 1,38 lần. Hàm lượng vi sinh trung bình tăng 1,6 lần lúc nước
lớn, giảm 41,8 lần lúc nước ròng.
 Hệ thống kênh Tân Hóa - Lò Gốm:
 Nồng độ BOD dao động từ 12,6 – 235 mg/l, 69% vượt QCVN. Nồng độ BOD
dao động từ 98 – 307 mg/l, 100% số mẫu vượt QCVN 08:2008/BTNMT. Mặc dù
ô nhiễm hữu cơ trên kênh này vẫn còn khá cao nhưng so với năm 2010 có xu
hướng giảm nhẹ. Hàm lượng vi sinh trung bình năm có xu hướng giảm: 5 lần lúc
nước lớn, 4,2 lần lúc nước ròng.
 Hệ thống kênh Tàu Hủ - Bến Nghé:
 Nồng độ BOD năm dao động từ 3 – 369 mg/l, có 31% số mẫu vượt quá QCVN.
 Nồng độ COD dao động từ 14 – 410 mg/l, có 69% số mẫu vượt QCVN.
 So với 2010, BOD trung bình năm 2011 giảm 1,2 lần lúc nước lớn nhưng tăng
1,4 lần lúc nước ròng. COD trung bình lúc nước lớn giảm 1,4 lần nhưng lúc nước
ròng tăng 1,3 lần. Hàm lượng vi sinh trung bình năm giảm 1,5 lần lúc nước lớn

và giảm 1,3 lần lúc nước ròng.
 Hệ thống kênh Đôi – Tẻ:
 Nồng độ BOD năm dao động từ 2,7 – 121 mg/l, có 31% số mẫu vượt quá QCVN.
 Nồng độ COD dao động từ 12,8 – 86 mg/l, có 56% số mẫu vượt QCVN.
 So với 2010, BOD trung bình năm 2011 tăng 1,17 lần lúc nước lớn và tăng 1,7
lần lúc nước ròng. COD trung bình lúc nước lớn giảm 1,6 lần và giảm 1,3 lần lúc
nước ròng. Hàm lượng vi sinh trung bình năm có chiều hướng tăng: 7,7 lần lúc
nước lớn và 2 lần lúc nước ròng.
8
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

Theo kết quả quan trắc chất lượng nước kênh rạch trong khu vực nội thành năm
2011 ngoại trừ kênh Đôi – Tẻ có các thông số quan trắc BOD và COD dưới hoặc xấp xỉ
Quy chuẩn cho phép thì tại các kênh còn lại mức độ ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vẫn còn
ở mức cao, nhất là vào lúc nước ròng điển hình là Tân Hóa – Lò Gốm: BOD vượt QCVN
4,5 lần, COD vượt 4,1 lần và Coliform vượt 1.574 lần.
So với năm 2010, trong khi nhin chung mức độ ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vật tại
các đoạn kênh khác đang có xu hướng được cải thiện thì tại kênh Đôi – Tẻ nồng độ BOD
sau nhiều năm liên tục ở dưới hoặc xấp xỉ Quy chuẩn cho phép thì trong năm 2011 lại
có xu hướng tăng cùng với hàm lượng Coliform: nước lớn BOD tăng 1,17 lần, Coliform
tăng 7,7 lần; nước ròng BOD tăng 1,73 lần, Coliform tăng gấp 2 lần. Bên cạnh đó kênh
Tàu Hủ - Bến Nghé vào thời điểm nước ròng tình trạng ô nhiễm hữu cơ cũng có xu
hướng tăng: BOD tăng 1,4 lần, COD tăng 1,3 lần.
1.1.3

Tình trạng chất lượng nước tại kênh Tàu Hủ

Hệ thống kênh Tàu Hủ – kênh Đôi – kênh Tẻ được đào vào năm 1819 nằm ngay
ở phía Nam quận thương mại trung tâm thành phố. Hệ thống kênh này chảy qua 7 quận:
4, 5, 6, 7, 8 và 11 với tổng độ dài 19,5km. Kênh bị giới hạn bởi rạch Cần Giuộc và
sông Sài Gòn ở hai đầu, nhận nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp từ các
quận đã nói ở trên. Hơn nữa, việc xả trực tiếp rác từ các cư dân và ghe xuồng trong các
quận này và các căn hộ lụp xụp xây cất bất hợp pháp đã làm xấu đi tình trạng môi
trường của các kênh. Kênh còn bị ảnh hưởng bởi thuỷ triều từ hai hướng.
Ngoài tuyến kênh chính, hệ thống này còn có rất nhiều các kênh, rạch nhánh và
các chi lưu ăn thông ra các sông lớn: Sài Gòn, Nhà Bè.
 Rạch Ụ Cây: dài 1.150m hiện đã bị lấn chiếm và bồi lắng.
 Rạch Ông Nhỏ: 1.700m.
 Rạch Xóm Củi: 1.100m- Rạch Bà Tàng 2.050m.
 Kênh Ngang số 1: 450m
 Kênh Ngang số 2: 450m
 Kênh Ngang số 3: 450m
 Kênh Hàng Bàng: 1.700m
Hệ kênh này chịu ảnh hưởng của thuỷ triều từ sông Sài Gòn và sông Cần Giuộc
nên chế độ thuỷ văn của kênh rất phức tạp, hình thành những vùng giáp nước, ô nhiễm
tích tụ lại và khó thau rửa.
Hiện tại, mặt cắt kênh vẫn còn khá rộng nhưng cạn vì bị bồi lắng. Tuyến kênh này
ngoài nhiệm vụ thoát nước còn giữ chức năng rất quan trọng là giao thông thuỷ

9
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

Sau những năm nỗ lực xây dựng và cải tạo kênh rạch, tuy kênh Tàu Hủ được cải
thiện rất nhiều về chất lượng nước, nhưng hiện nay nó đang có dấu hiệu bị tái ô nhiễm:
 Sau mỗi cơn mưa, trên kênh Tàu Hủ thường xuất hiện bọt trắng xóa, bọt trắng
xuất hiện từ trạm bơm, sau đó bị phát tán tràn lan con kênh vì gió và dòng nước.
 Bọt trắng xếp thành từng mảng, dày khoảng 20-30 cm, mỗi khi có gió thổi qua,
bọt bốc mùi hôi rất khó chịu.
Dọc theo bờ kênh hướng về Bình Chánh, còn xuất hiện rất nhiều nhà cửa tạm bợ
trên bờ kênh, nhà vệ sinh, rác thải, nước thải sinh hoạt đề đổ hết xuống con kênh, nước
ở khu vực đó xuất hiện màu đen, có mùi hôi thối.
Một số cống nước, ống nước từ các hộ gia đình, các công ty, phân xưởng xả thẳng
nước thải xuống kênh. Nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất đều đổ dồn xuống kênh
khi chưa qua xử lí. Vậy làm sao mà kênh nó có thể sạch, có thể trong cho được???
Không chỉ vậy, khu vực kênh ở quận 1 cũng không tốt hơn là bao, buổi chiều tối ở
khu vực này thường xuất hiện những hộ gia đình gần đó, hoặc những nhóm thanh niên
tụ tập ngồi trên bờ kênh ăn uống, câu cá, hóng mát…. Nếu chỉ có những hoạt động này
thì không sao, nhưng một số thành phần không có ý thức sau khi ăn uống xong họ liền
quăng rác xuống con kênh. Thử hỏi như vậy thì sao nguồn nước không bị ô nhiễm???

Hình 1.2 Những ống nước thải được bắt trực tiếp từ nhà máy xả xuống kênh.
(Nguồn: [4])

10
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

Hình 1.3 Hình ảnh những ngôi nhà tạm bợ, những cống thải nước thải ra kênh.
(Nguồn: [4])
1.2

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ NƯỚC THẢI

1.2.1 Phương pháp xử lí cơ học
Sử dụng phương pháp này nhằm mục đích tách các chất không hòa tan và một phần
các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Những công trình xử lý cơ học bao gồm:
 Song chắn rác:
Gồm các thanh đan sắp xếp với nhau ở trên mương dẫn nước. Đây là công trình xử
lý sơ bộ chuẩn bị điều kiện cho việc xử lý nước thải sau đó nó có nhiệm vụ chắn giữ các
cặn bẩn có kích thước lớn hay ở dạng sợi được gọi chung là rác.
 Bể lắng cát:
Cát lắng trong bể lắng gây khó khăn cho công tác lấy cặn. Hơn nữa, trong cặn có
cát thì có thể làm cho các ống bùn của bể lắng không hoạt động đươc. Do đó, bể lắng
cát được thiết kế nhằm tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn nhiều so
với trọng lượng riêng của nước thải ra khỏi nước thải.
 Bể lắng:
Làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất lắng và các tạp chất nổi chứa trong nước thải.
Để xử lý nước thải của một dạng công nghiệp, sử dụng một số loại công trình đặc biệt
như bể vớt mỡ, bể vớt dầu… và để loại bỏ các tạp chất nhỏ không hòa tan trong
nước thải công nghiệp cũng như khi cần xử lý ở mức độ cao có thể ứng dụng bể lọc,
lọc cát…
 Bể lọc:
Tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho nước thải đi qua

lớp lọc đặc biệt lớp vật liệu lọc. Những loại vật liệu lọc có thể sử dụng là cát thạch anh,
than cốc hoặc sỏi nghiền, thậm chí cả than nâu, than bùn than gỗ.
11
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

1.2.2 Phương pháp hóa lý
 Keo tụ:
Quá trình kết hợp các hạt lơ lửng, khi cho các hợp chất cao phân tử vào trong nước
thải, sự keo được tiến hành nhằm thúc đẩy quá trình tạo bông hydroxit nhôm và sắt với
mục đích tạo thành những bông cặn lớn hơn làm tăng vận tốc lắng. Chất keo tụ có thể
là hợp chất tự nhiên và tổng hợp.
 Hấp phụ:
Phương pháp hấp phụ được dùng để loại hết các chất bẩn hòa tan trong nước mà các
phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các
loại các chất hòa tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi rất khó chịu.
Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, một số chất hỗn
hợp hoặc các chất thải trong sản xuất. Trong số này, than đá được dùng phổ biến nhất.
Các chất hữu cơ, kim loại nặng và các chất màu dễ bị than hấp phụ. Lượng chất hấp phụ
tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có trong nước
thải. Phương pháp này có thể hấp phụ được 58 – 96% các chất hữu cơ và màu.
 Tuyển nổi:
Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc: các phân tử phân tán có khả năng tự
lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước. Sau đó
người ta tách các bọt khí cùng các phân tử dính bám ra khỏi nước. Thực chất đây là quá

trình tách bọt hoặc làm đặc bọt. Trong một số trường hợp, quá trình này được dùng để
tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt.
Tuyển nổi bọt nhằm tách các chất lơ lửng không tan và một số chất keo hòa tan ra
khỏi pha lỏng. Kỹ thuật này có thể dùng cho xử lý nước thải đô thị và nhiều lĩnh vực
công nghiệp như chế biến dầu béo, thuộc da, chế biến thịt, dệt nhuộm,…
 Trao đổi ion:
Thực chất phương pháp trao đổi ion là một quá trình, trong đó các ion trên bề mặt
của chất rắn đối với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các
chất này gọi là chất trao đổi ion.
Phương pháp này dùng để làm sạch nước nói chung trong đó có nước thải, loại ra
khỏi nước các ion kim loại như: Zn, Cu,Cr, Ni, Pb, Hg, Mn,…cũng như các hợp chất
chứa chất asen, photphor, xianua và các chất phóng xạ. Phương pháp này được dùng
phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca2+, Mg2+ ra khỏi nước cứng.
Các chất trao đổi ion là hợp chất hữu cơ tổng hợp rất phong phú. Chúng là các cao
phân tử có bề mặt riêng lớn. Các loại nhựa tổng hợp cũng có tính chất trao đổi ion.

12
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

1.2.3 Phương pháp hóa học
Đưa vào nước thải các chất phản ứng nào đó để gây tác động với tạp chất bẩn như:
biến đổi hóa học, tạo thành các chất dưới dạng cặn hoặc chất hòa tan nhưng không độc
hại hay gây ô nhiễm môi trường.
 Trung hòa:

Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau. Muốn nước thải xử lý tốt bằng
phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về giá trị 6,6 – 7,6.
Trung hòa bằng cách dung dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm để trung
hòa dung dịch nước thải.
 Oxi hóa – khử:
Dùng các chất oxi hóa hoặc các chất khử bổ sung vào nước thải để tạo nên các phản
ứng oxy hóa – khử, nhằm loại trừ hoặc khử đi các độc tính của các chất ô nhiễm. Các
chất oxi hóa còn được sử dụng khử trùng tiêu diệt các vi sinh vật ở dòng nước ra cuối
cùng của hệ thống xử lí.
1.2.4 Phương pháp sinh học:
Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học được ứng dụng để xử lý
các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác
như H2S, sunfit, ammonia, nitơ… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân
huỷ chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất
làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Có 2 phương pháp xử lý nước thải bằng
công nghệ sinh học:
 Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí:
Phương pháp này sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện
cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá
trình oxy hoá sinh hoá. Tốc độ quá trình oxy hoá sinh hoá phụ thuộc vào nồng độ chất
hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ
thống xử lý. Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra
ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta
tạo điều hiện tối ưu cho quá trình oxy hoá sinh hoá nên quá trình xử lý có tốc độ và
hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý
sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:
 Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu
được sử dụng khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt
tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men
phân huỷ hiếu khí. Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính

hiếu khí (Aerotank) là quá trình phổ biến nhất.
 Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá
trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể
phản ứng nitrate hoá với màng cố định.
13
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

 Phương pháp xử lý sinh học kị khí:
Phương pháp này sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không
có oxy. Quá trình phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hoá phức tạp tạo
ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Một cách tổng quát, quá
trình phân huỷ kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:
 Thủy phân: Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra,
các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển
hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid
béo). Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích
thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.
 Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan
thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol,
CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm
xuống 4.
 Acetic hoá: Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa
thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới.
 Methane hóa: Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí. Acetic, H2,

CO2, acid fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới.
Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa, CO2 hầu như không
giảm, CO2 chỉ giảm trong giai đoạn methane.
1.3

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ NƯỚC Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXI
HÓA NÂNG CAO.

1.3.1 Định nghĩa các quá trình oxi hóa nâng cao
Để xử lí các chất hữu cơ độc hại hoặc khó phân hủy sinh học với nồng độ không
quá cao trong nước và nước thải, có thể sử dụng phương pháp oxi hóa hóa học. Thực tế,
nhiều chất khó phân hủy sinh học cũng khó bị oxi hóa, vì vậy cần có các tác nhân oxi
hóa mạnh. Khả năng oxi hóa của các tác nhân oxi hóa được đánh giá thông qua thế oxi
hóa khử, thế oxi hóa khử càng cao thì chất oxi hóa càng mạnh. Trong các tác nhân oxi
hóa thì gốc OH* là mạnh nhất, nó chỉ kém flo.
Ngoài thế oxi hóa, còn phải tính đến tốc độ phản ứng. Tốc độ phản ứng được so
sánh thông qua hằng số tốc độ k. Hằng số k của các phản ứng giữa gốc tự do OH* với
các chất hữu cơ rất cao, so với ozon cao hơn hàng triệu đến hàng tỉ lần.
Định nghĩa: các quá trình oxi hóa sử dụng gốc tự do OH* làm tác nhân oxi hóa được
gọi là các quá trình oxi hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs). Các quá
trình AOP khác nhau ở chỗ tạo ra các gốc tự do OH* khác nhau.
Thế oxi hóa của gố c hydroxyl *HO là 2,8V, cao nhấ t trong số các tác nhân oxi hóa
thường gă ̣p. Thế oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa thường gặp được trình bảy ở bảng
1.2.

14
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

Đặc tính của các gốc tự do là trung hòa về điện. Mặt khác, các gốc này không tồn
tại có sẵn như những tác nhân oxi hóa thông thường, mà được sản sinh ngay trong quá
trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn, khoảng vài nghìn giây nhưng liên tục được
sinh ra trong suốt quá trình phản ứng.

15
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

Bảng 1.2 Khả năng oxy hóa của mô ̣t số tác nhân oxy hóa
Tác nhân oxy hóa

Thế oxi hóa (V)

Gố c hydroxyl

2,80

Ozon

2,07

Hydrogen peroxit

1,78

Permanganat

1,68

Hydrobromic axit

1,59

Clo dioxit

1,57

Hypocloric axit

1,49

Hypoiodic acid

1,45

Clo

1,36

Brom

1,09

Iod

0,54
(Nguồn: [5])

1.3.2 Phân loại:
Theo cơ quan bảo vê ̣ môi trường Mỹ (USEPA), dựa theo đă ̣c tin
́ h của quá trin
̀ h có
hay không có sử du ̣ng nguồ n năng lươ ̣ng bức xa ̣ tử ngoa ̣i UV mà có thể phân loa ̣i các
quá trin
̀ h oxi hóa nâng cao thành hai nhóm:
 Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng
Các quá triǹ h oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình không
nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng.

16
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

Bảng 1.3 Các quá trin
̀ h oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng

TT

Tác nhân phản ứng

Phản ứng đă ̣c trưng

Tên quá trin
̀ h

1

H2O2 và Fe2+

H2O2 + Fe2+  Fe3+ + OH- + *HO

Fenton

2

H2O2 và O3

H2O2 + 2O3  2*HO + 3O2

Peroxon

3

O3 và các chấ t xúc tác 3O3 + H2O

4

H2O và năng lươ ̣ng H2O
điê ̣n hóa

5

nlsa
H2O và năng lươ ̣ng H2O 
*HO + *H
siêu âm
(20- 40 kHz)

Siêu âm

6

nlc
H2O và năng lươ ̣ng H2O 
 *HO + *H
cao
( 1-10 Mev)

Bức xa ̣ năng
lươ ̣ng cao

cxt



nldh





2*HO + 4O2

*HO + *H

Catazon
Oxi hóa điê ̣n
hóa

(Nguồn: [6])
 Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng
Các quá triǹ h oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình nhờ năng
lượng bức xạ tia cực tím UV, bao gồm các quá trình được trình bày ở bảng 1.3.

17
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

Bảng 1.4 Các quá trin
̀ h oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng
TT

Tác nhân phản ứng

Phản ứng đă ̣c trưng

1

hv
H2O2 và năng lươ ̣ng H2O2 
 2*HO
photon UV
(  = 220 nm)

UV/H2O2

2

hv
O3 và năng lươ ̣ng O3 + H2O 
 2*HO
photon UV
(  = 253,7 nm)

UV/O3

3

H2O2/O3 và năng H2O2 +O3 + H2O
lươ ̣ng photon UV
(  = 253,7 nm)

4

hv
H2O2/Fe3+ và năng Fe3++H2O 
Quang Fenton
 *HO +Fe2++ H+
lươ ̣ng photon UV
hv
Fe2+ + H2O2 
 Fe3++ OH- +*HO

5

hv
TiO2 và năng lươ ̣ng TiO2 
 e- + h +
photon UV
(  > 387,5 nm)

hv



Tên quá trin
̀ h

4*HO + O2 UV/H2O2+ O3

Quang xúc tác
bán dẫn

h+ + H2O  *HO + H+
h+ + OH-  *HO + H+
(Nguồn: [6])
1.3.3 Ưu nhược điểm của công nghệ
 Ưu điểm:
 Trực tiếp có hiệu quả loại bỏ các hợp chất hữu cơ pha tạp trong nước chứ
không phải là thu thập hay chuyển các chất ô nhiễm sang bước xử lý tiếp
theo.
 Gốc OH có thể phản ứng với hầu hết các chất gây ô nhiễm trong dung dịch
nước mà không có sự phân biệt nào. Do đó các chất hữu cơ khác nhau sẽ
được loại bỏ cùng lúc, tiết kiệm được rất nhiều thời gian.
 Một số kim loại nặng cũng có thể được loại bỏ thông qua hình thức kết tủa
(OH)x.
 Trong một số thiết kế, AOPs còn có tác dụng khử trùng. Điều đó mang lại
một giải pháp tích hợp.
18
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

 Quy trình xử lý AOPs không gây ra bất kỳ chất độc hại mới nào trong nước.
 Nhược điểm:
 Chi phí sử dụng quy trình AOPs rất cao.
 Đôi khi cần có một số kỹ thuật xử lý nước trước đó để đảm bảo hiệu quả
như kỹ thuật loại bỏ các gốc (HCO3 – ) vì chúng làm giảm đáng kể nồng

độ OH- trong nước.
 AOPs có thể không dùng để xử lý một lượng lớn nước thải nên nó chỉ
thường được xử dụng ở quy mô gia đình trong giai đoạn cuối cùng sau khi
đã trải qua các bước xử lý trước đó.
Hiện tại, các nhà nghiên cứu vẫn đang tiếp tục công cuộc tìm cách khắc phục những
nhược điểm tồn tại của quy trình AOPs, tiến hành những sửa đổi để đạt được hiệu quả
hơn trong lĩnh vực xử lý nước. Thực tế, một số nghiên cứu đã đưa ra được giải pháp xây
dựng mới. Trong hoàn cảnh nhu cầu về nước an toàn đang gia tăng trên phạm vi toàn
cầu thì điều đó mở ra một tương lai phát triển đầy hứa hẹn cho quy trình AOPs.
1.3.4 Tình hình nghiên cứu, áp dụng các quá trình oxi hóa nâng cao hiện nay
Nhờ ưu thế nổ i bâ ̣t trong viê ̣c loa ̣i bỏ chấ t ô nhiễm hữu cơ, đă ̣c biê ̣t là những chấ t
hữu cơ khó phân hủy sinh ho ̣c (POP) quá trình oxi hóa nâng cao dựa trên gố c tự do *HO
đươ ̣c xem như mô ̣t “chìa khóa vàng” để giải các bài toán đầ y thách thức của thế kỷ cho
ngành xử lý nước và nước thải hiê ̣n nay. Đó là lý do ta ̣i sao ngày nay các quá trình AOP
còn đươ ̣c mê ̣nh danh là các quá trin
̀ h xử lý nước của thế kỷ 21.
 Đối tượng áp dụng:
AOPs thích hợp để phân hủy hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ:
 Hydrocarbon (Tricloetan, Tricloetilen, Vinyl clorua)
 Các hợp chất thơm (Benzen, Toluen, etyl benzen, xylen), POPs
 Các phenol, các chất diệt côn trùng có hại
 Các chất ô nhiễm vô cơ như xyanua, sunfua, nitrit.
 Phạm vi áp dụng
AOP áp dụng cho những loại nước thải có hàm lượng chất khó phân hủy sinh học
cao
 Nước thải dệt nhuộm
 Nước thải sản xuất hóa chất
 Nước thải bột giấy
 Nước thải sản xuất thuốc BVTV
19

SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

 Nước thải mực in
1.4

CƠ SỞ LÍ THUYẾT QUÁ TRÌNH FENTON

Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu của
J.H.Fenton, trong đó ông quan sát thấy phản ứng oxy hóa axit malic bằng H2O2 đã được
gia tăng mạnh khi có mặt các ion sắt. Sau đó, tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+
được sử dụng làm tác nhân oxy hóa rất hiệu quả cho nhiều đối tượng rộng rãi các chất
hữu cơ và được mang tên “ tác nhân Fenton” (Fenton Reagent).
1.4.1 Cơ chế
Hệ tác nhân Fenton đồ ng thể (Fenton cổ điể n) là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa
trị 2 và H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do *HO, còn Fe2+ bị oxi hóa
thành Fe3+.
Fe2+ + H2O2  Fe3+ + *HO + OH-

(k = 63 l.mol-1.s-1)

(1.1)

Phản ứng này đươ ̣c go ̣i là phản ứng Fenton vì Fenton là người đầ u tiên đã mô tả quá
trình này năm 1894.

Những ion Fe2+ mất đi sẽ được tái sinh lại nhờ Fe3+ tác dụng với H2O2 dư theo phản
ứng:
Fe3+ + H2O2 Fe2+ + H+ + *HO2. (k < 3.10-3 l.mol-1.s-1)

(1.2)

Từ những phản ứng trên chứng tỏ tác du ̣ng của sắ t đóng vai trò là chấ t xúc tác. Quá
trình khử Fe3+ thành Fe2+ xảy ra rấ t châ ̣m, hằ ng số tố c đô ̣ phản ứng rấ t nhỏ so với phản
ứng (1.1), vì vâ ̣y sắ t tồ n ta ̣i sau phản ứng chủ yế u ở da ̣ng Fe3+.
Gốc *HO sinh ra có khả năng phản ứng với Fe2+ và H2O2, nhưng quan tro ̣ng nhấ t là
là có khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ ta ̣o thành các gố c hữu cơ có khả năng
phản ứng cao.
*HO + H2O2  H2O + *HO2

(1.3)

*HO + Fe2+  OH- + Fe3+

(1.4)

*HO + RH  H2O + *R

(1.5)

Gố c *R có thể oxy hóa Fe2+, khử Fe3+ hoă ̣c dimer hóa theo những phương trin
̀ h:
*R + Fe2+  Fe3+ + RH

(1.6)

*R + Fe3+  Fe2+ + “sản phẩ m”

(1.7)
20

SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

*R + *R  “sản phẩ m”

(1.8)

Gố c *HO2 có thể tác du ̣ng với Fe2+, Fe3+ theo các phương trình phản ứng sau:
*HO2 + Fe2+  HO2- + Fe3+

(1.9)

*HO2 + Fe3+  H+ + O2 + Fe3+

(1.10)

Phương trình phản ứng Fenton tổng cộng có dạng:
Fe2+ + H2O2 + RH  Fe3+ + H2O + CO2

(1.11)

Mă ̣c dù tác nhân Fenton đã đươ ̣c biế t hàng thế kỷ nay và thực tế đã chứng minh là
mô ̣t tác nhân oxi hóa rấ t ma ̣nh do sự hình thành gố c hydroxyl *HO trong quá trình phản
ứng, nhưng cơ chế của quá triǹ h Fenton cho đế n nay vẫn đang còn tranh caĩ và tuyê ̣t đa ̣i
đa số các nhà nghiên cứu thừa nhâ ̣n sự hình thành gố c hydroxyl *HO là nguyên nhân
của khả năng oxy hóa cao của tác nhân Fenton.
1.4.2 Ưu điểm
Việc lựa chọn quá trình Fenton vào nghiên cứu xử lý nước, nước thải là nhờ những
ưu điểm sau:
 Các tác nhân H2O2 và các muố i sắ t II tương đố i rẻ và có sẵn, đồ ng thời không
đô ̣c ha ̣i, dễ vâ ̣n chuyể n, dễ sử du ̣ng.
 Hiê ̣u quả oxi hóa đươ ̣c nâng cao rấ t nhiề u so với H2O2 sử du ̣ng mô ̣t min
̀ h. Áp
du ̣ng quá trình Fenton để xử lý nước và nước thải sẽ dẫn đế n khoáng hóa hoàn
toàn các chấ t hữu cơ thành CO2, H2O và các iôn vô cơ,…hoă ̣c phân hủy từng
phầ n, chuyể n các chấ t hữu cơ khó phân hủy sinh ho ̣c thành các chấ t mới có khả
năng phân hủy sinh ho ̣c nhờ vào tác nhân hydroxyl *HO được sinh ra trong quá
trình phản ứng.
 Ta ̣o điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i cho các quá trin
̀ h xử lý sinh ho ̣c tiế p sau.
 Nâng cao hiê ̣u quả xử lý của toàn bô ̣ hê ̣ thố ng.
 Do tác dụng oxy hóa cực mạnh của *HO so với các tác nhân diệt khuẩn truyền
thống (các hợp chất của clo) nên ngoài khả năng tiêu diệt triệt để các vi khuẩn
thông thường, chúng còn có thể tiêu diệt các tế bào vi khuẩn và virus gây bệnh
mà clo không thể diệt nổi.
1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng
 Độ pH
Trong phản ứng Fenton, độ phân hủy và nồng độ Fe2+ ảnh hưởng rất đến tốc độ phản
21
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến

GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

ứng và hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ. Nguyên nhân là trong môi trường acid thì
sự khử Fe3+ Fe2+ xảy ra dễ dàng thuận lợi cho quá trình tạo thành gốc hydroxyl *HO,
trong môi trường pH cao thì Fe3+  Fe(OH)3 làm giảm nguồn tạo ra Fe2+. Nói chung
phản ứng Fenton đồng thể xảy ra thuận lợi khi pH < 4.
 Tỷ lệ Fe2+: H2O2 và loại ion Fe ( Fe2+ hay Fe3+).
Tốc độ phản ứng tăng khi tăng nồng độ H2O2, đồng thời nồng độ H2O2 lại phụ thuộc
vào nồng độ chất ô nhiễm cần xử lý, đặc trưng bằng tải lượng COD. Theo kinh nghiệm,
tỷ lệ mol/mol H2O2 : COD thường 0,5 – 1 :1.
Tỷ lệ Fe2+ : H2O2 nằm trong khoảng 0,3 -1 : 10 mol/mol.
Việc sử dụng ion Fe2+ hay Fe3+ không ảnh hưởng gì đến tác dụng xúc tác cho phản
ứng Fenton ( dựa vào phản ứng (2.1) và (2.2)) . Tuy nhiên, khi sử dụng H2O2 với liều
lượng thấp (< 10-15 mg/l H2O2) nên sử dụng Fe2+ sẽ tiết kiệm được hóa chất.
 Các anion vô cơ
Một số anion vô cơ thường gặp trong nước thải là những ion cacbonat (CO32-),
bicacbonat (HCO3-), Clorua (Cl-) sẽ tóm bắt các gốc hydroxyl *HO làm hao tổn số lượng
gốc hydroxyl, giảm mất khả năng phản ứng oxi hóa,...Những chất tóm bắt này gọi chung
là những chất tìm diệt gốc hydroxyl, những phản ứng săn lùng như sau:
*HO + CO32-  *CO3 + OH-

(1.12)

*HO + Cl  *Cl + OH-

(1.13)

Nói chung, các ion cacbonat (CO32-), bicacbonat (HCO3-), Clorua (Cl-) thường có
ảnh hưởng kìm hãm tố c đô ̣ phản ứng nhiề u nhấ t. Để ha ̣n chế các yế u tố ảnh hưởng trên
cầ n chin̉ h pH sang môi trường axit để chuyể n cacbonat, bicacbonat sang cacbonic axit
(không phải chấ t tìm diê ̣t gố c hydroxyl). Ngoài ra, mô ̣t số anion vô cơ khác như các gố c
sunfat (SO42-), Nitrat (NO3-), photphat (PO43-) cũng có thể ta ̣o thành những phức chấ t
không hoa ̣t đô ̣ng với Fe3+ làm cho hiê ̣u quả của quá trình Fenton giảm đi nhưng ảnh
hưởng này ở mức đô ̣ thấ p.
1.4.4 Các nghiên cứu, ứng dụng
Trong những năm gần đây, hệ xúc tác Fenton được nghiên cứu rất mạnh và phát
triển rộng hơn bằng nhiều công trình trên thế giới không những ở dạng tác nhân Fenton
cổ điển (H2O2/Fe2+) và tác nhân Fenton biến thể (H2O2/Fe3+) mà còn sử dụng những ion
kim loại chuyển tiếp và các phức chất của chúng ở trạng thái oxi hóa thấp như Cu(I),

22
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

Cr(II) và Ti(III) tác dụng với H2O2 để tạo ra gốc *HO, được gọi chung là các tác nhân
kiểu như Fenton ( Fenton – like Reagent).
Thông thường khi áp du ̣ng vào xử lý nước và nước thải, quá trình Fenton đồng thể
gồm 4 giai đoạn:
 Điều chỉnh pH phù hợp:
Phản ứng Fenton đồng thể xảy ra thuận lợi khi pH < 4.

 Phản ứng oxi hóa:
Trong giai đoạn phản ứng oxi hóa xảy ra sự hình thành gốc *HO hoạt tính và phản
ứng oxi hóa chất hữu cơ. Gốc *HO sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng ôxi hóa
các hợp chất hữu cơ có trong nước cần xử lý. Phản ứng oxy hóa các chất hữu cơ diễn ra
như sau:
RHX + H2O2  H2O + X- + CO2 + H+

(1.14)

RHX: hợp chất hữu cơ
X: đại diện cho halide (chất gồm halogen và nguyên tố hay gốc khác)
Nếu hợp chất không có halogen thì phản ứng chỉ tạo ra CO2 và H2O. Ngoài ra, gố c
*HO còn có khả năng chuyển chất hữu cơ từ dạng cao phân thành các chất hữu cơ có
khối lượng phân tử thấp
CHC (cao phân tử) +*HO  CHC (thấp phân tử) + CO2 + H2O + OH-

(1.15)

 Trung hòa và keo tụ
Sau khi xảy ra quá trình oxi hóa cần nâng pH dung dịch lên >7 để thực hiện kết tủa
Fe mới hình thành:
3+

Fe3+ + 3OH-  Fe(OH)3

(1.16)

Kết tủa Fe(OH)3 mới hình thành sẽ thực hiện các cơ chế keo tụ, đông tụ, hấp phụ
một phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử.
 Quá trình lắng:

Các bông keo sau khi hình thành sẽ lắng xuống khiến làm giảm COD, màu, mùi
trong nước thải. Sau quá trình lắng các chất hữu cơ còn lại (nếu có) trong nước thải chủ
yếu là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp sẽ được xử lý bổ sung bằng
phương pháp sinh học hoặc bằng các phương pháp khác.
 Các nghiên cứu, ứng dụng của quá trình Fenton trên thế giới:
23
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

 Flaherty et al. (1992) đã áp du ̣ng quá trình Fenton để xử lý nước thải chứa thuố c
nhuô ̣m hoa ̣t tiń h Reactive Blue 15. Nước thải có pH 12, đô ̣ kiề m CaCO3 21.000
gl/l, COD 2.100 mg/l và tổ ng nồ ng đô ̣ đồ ng 14 mg/l. Nồ ng đô ̣ Fe2+ giữ ở 2.10-2
M, pH chin̉ h xuố ng 3,5. Trong thí ở dòng liên tu ̣c, phản ứng xảy ra trong thiế t bi ̣
phản ứng dung tích 1 lít, đươ ̣c khuấ y trô ̣n trong 2 giờ. Kế t quả, giảm đươ ̣c 70%
COD. Sau khi lắ ng 24 giờ, nồ ng đô ̣ đồ ng trong nước đã lắ ng trong chỉ còn 1 mg/l,
tương ứng với mức đô ̣ xử lý 93%.
 Vella et al.(1993) đã tiế n hành nghiên cứu phân hủy Tricloetylen (TCE) trong
nước với nồ ng đô ̣ pha chế 10mg/l bằ ng quá trình Fenton. Phản ứng thực hiê ̣n ở
giữa 3,9 và 4,2 với tỷ lê ̣ mol Fe2+: H2O2 bằ ng 0,2 và sử du ̣ng liề u lươ ̣ng H2O2 là
53 và 75 mg/l. Kế t quả cho thấ y khi thí nghiê ̣m với H2O2 53 mg/l hoă ̣c cao hơn,
trên 80% TCE bi ̣phân hủy sau 2 phút.
 Hunter (1996) đã nghiên cứu xử lý 1,2,3- Triclopropan với nồ ng đô ̣ ban đầ u là
150 mg/l và cho thấ y điề u kiê ̣n xảy ra tố t nhấ t khi pH từ 2,0 đế n 3,3. Khi tăng
nồ ng đô ̣ Fe2+ có khả năng làm tăng tố c đô ̣ phân hủy 1,2,3- Triclopropan.
 Các nghiên cứu, ứng dụng của quá trình Fenton ở Viê ̣t Nam

Với tình trạng ô nhiễm ở Việt Nam hiện nay, phương pháp Fenton đã được một số
cơ sở ứng dụng trong xử lý nước thải. Công nghệ này thường đươ ̣c áp dụng để xử lý các
loại nước thải ô nhiễm bởi các chất hữu cơ bền vững, khó hoặc không thể phân hủy sinh
học như nước thải dệt nhuộm, hóa chất... Có thể đưa ra một số dẫn chứng cụ thể sau:
 Trung tâm công nghệ hóa học và môi trường (Liên hiệp các Hội khoa học kỹ
thuật Việt Nam) đã nghiên cứu và áp dụng thành công công nghệ ECHEMTECH
xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu tại Công ty thuốc trừ sâu Sài Gòn. Nhờ áp
dụng quá trình công nghệ cao Fenton vào xử lý nước thải kết hợp với phương
pháp sinh học, hiệu quả phân hủy các loại thuốc bảo vệ thực vật như thuốc trừ
sâu, trừ cỏ, gốc clo hữu cơ, photpho hữu cơ... đạt trên 97-99%.
 Viện di truyền Nông nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu ra hoạt chất C1, C2 với tác
nhân Fenton để làm sạch nước và khử mùi hôi của nước. C1 là loại bột khi hòa
lẫn trong nước sẽ tạo nên sự tăng đột ngột độ pH và tất cả các kim loại nặng đang
hòa tan sẽ chuyển sang kết tủa. C2 giúp lắng nhanh các chất kết tủa đang lơ lửng,
tác nhân Fenton là chất ôxy hóa nhanh làm nước sạch thêm và mất mùi, cho
nước đảm bảo tưới tiêu và sinh hoạt.
 Nước rác từ các baĩ chôn lấp chất thải rắn đô thị có chứa các chất hữu cơ khó
phân huỷ sinh học. Cho nên sau khi xử lý bằng các công trình sinh học khác nhau
thì COD nước rác vẫn còn cao, dao động từ 600-900 mg/l và chưa đạt TCVN
24
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước tại kênh Tàu Hủ bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: điện cực INOX
304 + sục ozon quy mô phòng thí nghiệm

5945:2005 loa ̣i C. Các nghiên cứu của Khoa Môi Trường, Đại học Bách Khoa
TP. HCM cho thấy phản ứng Fenton cho phép xử lý COD nước rác xuống thấp

hơn 100 mg/l. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn chưa được áp dụng bởi chi phí
hóa chất cao, tuỳ vào nồng độ chất hữu cơ trong nước rác mà chi phí hóa chất có
thể từ 25.000-40.000 đồng/m3 nước rác cần xử lý. Do vậy, cần thiết phải nghiên
cứu sâu hơn về động học phản ứng Fenton xử lý các chất hữu cơ khó phân huỷ
sinh học trong nước rác nhằm có thể điều khiển, nâng cao hiệu quả của quá trình
này nhằm hạ thấp chi phí xử lý. Nhóm tác giả đã đề xuất giải pháp sử dụng hiệu
quả oxy già dư và Fe2+ theo bâ ̣c trong quá trình oxy hóa Fenton.
1.5

CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PEROZON

Quá triǹ h oxi hóa của ozon với sự có mă ̣t của hydrogen peroxit (O3/H2O2) đươ ̣c go ̣i
là quá trình Peroxon hoă ̣c Perozon.
1.5.1 Cơ chế
Sự khác nhau cơ bản giữa hai quá trình Ozon và Peroxon là ở chỗ, quá trình ozon
thực hiê ̣n quá triǹ h oxi hóa các chấ t ô nhiễm chủ yế u trực tiế p bằ ng phân tử ozon trong
nước trong khi đó quá trình Peroxon thực hiê ̣n sự oxi hóa các chấ t ô nhiễm chủ yế u là
gián tiế p thông qua gố c hydroxyl đươ ̣c ta ̣o ra từ ozon.
Sự có mă ̣t của H2O2 đươ ̣c xem như làm tác dụng khơi mào cho sự phân hủy O3
thông qua ion hydroperoxit HO2- đươ ̣c mô tả trong các phương trình sau:
H2 O2

 HO2- + H+

HO2- + O3  *O3- + *HO2

(1.17)
(1.18)

Các phản ứng ta ̣o thành gố c *HO:

 Tạo gố c *HO từ *O3O3 + H +

 *HO3

(1.19)

*HO3

 *HO + O2

(1.20)

25
SVTH: Võ Thị Mỹ Yến
GVHD: TS. Thái Phương Vũ