nghiên cứu xử lý kênh nước đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao điện cực sắt ozone quy mô phòng thí nghiệm

MỤC LỤC
TÓM TẮT .......................................................................................................................i
ABSTRACT .................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ......................................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................ix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................ x
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.

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

2.

Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2

3.

Phạm vi nghiên cứu............................................................................................ 2

4.

Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2

5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................... 3

6.

Tính mới của nghiên cứu ...................................................................................3

7.

Thời gian và địa điểm nghiên cứu .....................................................................3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................4
1.1. Tổng quan về kênh nước Đen ............................................................................4
1.1.1.

Giới thiệu về kênh nước Đen ..................................................................4

1.1.2.

Tình trạng chất lượng nước của kênh nước Đen .....................................5

1.2. Các phương pháp xử lý .....................................................................................6
1.2.1.

Phương pháp cơ học ................................................................................6

1.2.2.

Phương pháp hóa lý .................................................................................7

1.2.3.

Phương pháp sinh học ..............................................................................8

1.3. Giới thiệu về quá trình oxy hóa nâng cao. ......................................................... 9
1.3.1.

Định nghĩa................................................................................................ 9

1.3.2.

Phân loại ................................................................................................ 10

1.3.3.

Tình hình nghiên cứu, áp dụng các quá trình oxy hóa hiện nay ............12

1.3.4.

Các nghiên cứu, ứng dụng .....................................................................12

1.4. Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa trong xử lý nước thải .................14
v


1.4.1.

Khái niệm điện hóa ................................................................................14

1.4.2.

Nguyên lý hoạt động của điện cực oxy hóa khử ...................................14

1.4.3.

Nghiên cứu về điện hóa trên thế giới .....................................................14

1.4.4.

Nghiên cứu điện hóa ở Việt Nam .......................................................... 18

1.5. Phương pháp kết hợp keo tụ điện hóa và oxy hóa nâng cao . .......................... 19
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 21
2.1. Địa điểm, phương pháp và mô hình nghiên cứu ..............................................21
2.1.1.

Địa điểm nghiên cứu ..............................................................................21

2.1.2.

Phương pháp nghiên cứu .......................................................................22

2.1.3.

Mô hình thí nghiệm ...............................................................................22

2.2. Tiến hành thí nghiệm ....................................................................................... 23
2.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích ..................................................................24
2.3.1.

Phương pháp lấy mẫu ............................................................................24

2.3.2.

Phương pháp phân tích ..........................................................................24

2.4. Phương pháp xử lý số liệu ...............................................................................24
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 26
3.1. Xác định khoảng cách điện cực .......................................................................26
3.2. Nồng độ COD ..................................................................................................26
3.3. Độ pH ...............................................................................................................32
3.4. Độ đục ..............................................................................................................34
3.5. Độ màu .............................................................................................................36
3.6. TSS ...................................................................................................................38
3.7. Phosphat ...........................................................................................................40
3.8. So sánh với nghiên cứu khác ...........................................................................43
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ........................................................................................ 45
KẾT LUẬN ...............................................................................................................45
KIẾN NGHỊ ...............................................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 46
PHỤ LỤC .....................................................................................................................47
vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Mô hình nghiên cứu........................................................................................ 15
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo bể điện hóa ...............................................................................20
Hình 2.1 Địa điểm lấy mẫu............................................................................................ 21
Hình 2.2 Mô hình thí nghiệm. ....................................................................................... 22
Hình 2.3 Sơ đồ thí nghiệm............................................................................................. 23
Hình 3.1 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian lắng 15 phút. ...................................27
Hình 3.2 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian lắng 30 phút. ...................................28
Hình 3.3 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian lắng 45 phút. ...................................28
Hình 3.4 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian sục khí 5 phút. .................................29
Hình 3.5 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian sục khí 10 phút. ............................... 30
Hình 3.6 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian sục khí 15 phút. ............................... 31

Hình 3.7 Hiệu suất xử lý COD ứng với thời gian sục khí 25 phút. ............................... 31
Hình 3.8 Biểu đồ thể hiện giá trị pH ứng với thời gian lắng 15 phút. ........................... 32
Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện giá trị pH ứng với thời gian lắng 30 phút. ........................... 33
Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện giá trị pH ứng với thời gian lắng 45 phút. ......................... 33
Hình 3.11 Biểu đồ thể hiện giá trị độ đục ứng với thời gian lắng 15 phút. ...................34
Hình 3.12 Biểu đồ thể hiện giá trị độ đục ứng với thời gian lắng 30 phút. ...................35
Hình 3.13 Biểu đồ thể hiện giá trị độ đục ứng với thời gian lắng 45 phút. ...................35
Hình 3.14 Biểu đồ thể hiện giá trị độ màu ứng với thời gian lắng 15 phút. ..................36
Hình 3.15 Biểu đồ thể hiện giá trị độ màu ứng với thời gian lắng 30 phút. ..................37
Hình 3.16 Biểu đồ thể hiện giá trị độ màu ứng với thời gian lắng 45 phút. ..................37
Hình 3.17 Biểu đồ thể hiện giá trị TSS ứng với thời gian lắng 15 phút. ....................... 38
Hình 3.18 Biểu đồ thể hiện giá trị TSS ứng với thời gian lắng 30 phút. ....................... 38
Hình 3.19 Biểu đồ thể hiện giá trị TSS ứng với thời gian lắng 45 phút. ....................... 39
Hình 3.20 Biểu đồ thể hiện giá trị PO43- ứng với thời gian lắng 15 phút. .....................40
Hình 3.21 Biểu đồ thể hiện giá trị PO43- ứng với thời gian lắng 30 phút. .....................40
Hình 3.22 Biểu đồ thể hiện giá trị PO43- ứng với thời gian lắng 45 phút. .....................41

vii


Hình 3.23 Sơ đồ công nghệ xử lý của nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng Hòa .........43
Hình 1: Lấy mẫu tại hiện trường ...................................................................................53
Hình 2: Mô hình nghiên cứu.......................................................................................... 53
Hình 3: Lắng sau khi sục ozone và điện hóa .................................................................54
Hình 4: Mẫu COD trước khi đem nung .........................................................................54
Hình 5: Mẫu COD trước và sau khi chuẩn độ ............................................................... 55
Hình 6: Điện cực sau quá trình nghiên cứu ...................................................................55
Hình 7: Máy đo pH. .......................................................................................................56
Hình 8: Máy quang phổ AL450.....................................................................................56
Hình 9: Thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều. ........................... 57

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa. ...........................................10
Bảng 1.2 Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng. ....................11
Bảng 1.3 Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng. ............................... 11
Bảng 1.4 Nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước thải đầu vào và đầu ra bể keo tụ
điện hóa – 2 bể USBF với tổng thời gian lưu 8h. .......................................................... 19
Bảng 2.1 Thông số đầu vào của kênh nước Đen. .......................................................... 22
Bảng 2.2 Các thông số và phương pháp phân tích ........................................................ 24
Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm khoảng cách giữa 2 điện cực ..........................................26
Bảng 3.2 Nồng độ COD qua các thời gian sục và thời gian lắng ..................................26
Bảng 3.3 So sánh 2 phương pháp xử lý .........................................................................44
Bảng 1: Nồng độ COD tại các thời gian lắng. ............................................................... 47
Bảng 2: pH tại các thời gian lắng. .................................................................................48
Bảng 3: Độ màu tại thời gian lắng .................................................................................49
Bảng 4: Độ đục tại các thời gian lắng ...........................................................................50
Bảng 5: Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) tại các thời gian lắng. .........................................51
Bảng 6: Nồng độ phosphat (PO43-) tại các thời gian lắng. ............................................52

ix


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AOPs : Advanced Oxydation Processes
BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường
BOD: Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand)
COD: Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

EC : Electrocoagulation
QCVN : Quy chuẩn Việt Nam
TNHH MTV: Trách nhiệm hữu hạn một thành viên
TP.HCM: Thành Phố Hồ Chí Minh
TSS: Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)
UBND: Ủy ban nhân dân

x


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây sự phát triển kinh tế gắn liền với bảo vệ môi trường
là chủ đề tập trung sự quan tâm của nhiều nước trên thế giới.
Ở Việt Nam, việc xây dựng các khu đô thị, nhà máy xí nghiệp công nghiệp đã
thải ra môi trường một lượng lớn nước thải không được xử lý. Cùng với sự thiếu ý
thức của người dân đã làm cho những con kênh bị ô nhiễm một cách nặng nề, bốc mùi
hôi thối và ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân xung quanh. Trong đó, kênh nước
Đen là một trong những kênh bị ô nhiễm bởi tác động của con người hiện nay. Trong
những năm qua, kênh nước Đen bị ô nhiễm nặng nề, người dân sống ven kênh Nước
Đen (phường Bình Hưng Hòa A, quận Bình Tân) đang phải chịu đựng mỗi ngày vì
hàng đống rác thải trôi lềnh bềnh trên kênh, chất đống bên bờ kè kênh... Thậm chí,
không hiếm xác động vật trôi dập dềnh. Những ngày trời mưa hoặc nắng nóng, mùi
nước hôi thối bốc lên, theo gió tỏa đi khắp nơi; ruồi, nhặng sinh sôi, bu bám thức ăn
rất mất vệ sinh. Được biết, UBND phường Bình Hưng Hòa thường xuyên phối hợp với
Công ty TNHH MTV Môi trường Đô thị TP, Xí nghiệp Vận chuyển 1 và Trung tâm

Điều hành Chương trình chống ngập nước TP vận chuyển, nạo vét rác thải, khơi thông
dòng chảy, góp phần làm sạch đẹp tuyến kênh đen. Nhưng cũng đâu lại vào đấy, kênh
nước Đen hằng ngày vẫn phải tiếp nhận rác của người dân thả xuống.
Vì vậy, yêu cầu cấp bách 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 oxy hóa nâng cao được định nghĩa là những quá trình phân hủy oxy 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 oxy 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 oxy hóa thông thường như
SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

1


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

hydrogen peroxyde, Ozone… có thể nâng cao khả năng oxy hóa của chúng bằng các

phản ứng khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, thực hiện quá trình oxy 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 thế 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 kênh nước Đen bằng phương pháp oxy
hóa nâng cao 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 nghiên cứu
Nghiên cứu phương pháp xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa
nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô phòng thí nghiệm nhằm tìm kiếm giải pháp xử
lý nước thải mới, góp phần cải thiện chất lượng môi trường.
3. Phạm vi nghiên cứu
Mẫu nước được lấy trực tiếp kênh nước Đen, thí nghiệm theo mẻ trên mô hình
quy mô phòng thí nghiệm.
4. Nội dung 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.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

2


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

-

Thu mẫu phân tích

Lấy mẫu và tiến hành thực hiện thí nghiệm phân tích để có số liệu nhằm phân tích và
đánh giá số liệu.
-

Đánh giá kết quả

Mẫu nước được phân tích 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 đầy tiến hành phân tích, biểu diễn, so sánh bằng
các phần 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 được
trình bày dưới dạng văn bản một cách khoa học, logic và trung thực để trình bày và
báo cáo trước hội đồng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
-

Ứng dụng công nghệ mới trong xử lý nước kênh vì trước giờ người ta chỉ áp
dụng cho nước thải công nghiệp.
Nâng cao chất lượng nước sau khi xử lý
Tái tạo lại nguồn nước đáp ứng nhu cầu nước sạch cho các hộ gia đình vùng lũ
thiếu nước

6. Tính mới của nghiên cứu
Sử dụng phương pháp oxy hóa nâng cao vào xử lý nước thải
7. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
-

Từ tháng 7/2017 đến tháng 12/2017
Địa điểm thực hiện đồ án: Tiến hành thí nghiệm với quy mô phòng thí nghiệm

tại Phòng thí nghiệm cấp thoát nước – Khoa môi trường.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

3


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

Tổng quan về kênh nƣớc Đen

1.1.1. Giới thiệu về kênh nƣớc Đen [1]
Thành phố Hồ Chí Minh có diện tích 2.086km2 gồm 19 quận với diện tích hơn
180 và 5 huyện. 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.

Độ dốc của phần lớn các kênh rạch này là rất nhỏ, đáy kênh thì bị lấp đầy bởi các
vật chất lắng đọng từ nước thải đô thị và rác rưởi ném từ các hộ dân cư sinh sống trên
và ven kênh rạch cũng như các ghe xuồng buôn bán trên sông, do đó khả năng thoát
nước rất kém. Nét đặc trưng của hệ thống kênh rạch thành phố là bị ảnh hưởng mạnh
bởi thuỷ triều, một vài kênh còn bị ảnh hưởng bởi nhiều hướng. Kết quả là các chất ô
nhiễm tồn đọng lại trong kênh và đang bị tích tụ dần. Sự ô nhiễm nước và tích tụ bùn
lắng trên các kênh rạch này không chỉ làm xấu cảnh quan đô thị, đặc biệt khu vực gần
phía trung tâm thành phố, mà còn ảnh hưởng không tốt đối với sức khoẻ cộng đồng.
Ngoài những hệ thống kênh rạch chính này thì cũng có những kênh khác chịu
trách nhiệm thoát nước của thành phố, trong đó có kênh Đen.
Kênh Đen chảy từ Đông sang Tây, qua quận Bình Tân bắt đầu từ đường Độc
Lập và chấm dứt ở kênh 19/5. Đoạn chính của kênh dài 4.045m.
Tuyến kênh có vùng hồi quy là 785 ha. Vùng này nằm trong biên giới Hương
Lộ số 2, Hương Lộ số 14, đường Âu Cơ, đường Tân Kỳ Tân Quý và ở phía Đông Nam
là tỉnh lộ Bình Hưng Hòa.
Kênh Đen tiếp nhận nước thải sinh hoạt từ 120.000 dân và gánh nặng này còn
gia tăng với tốc độ đô thị hóa của khu vực này. Ngoài nước thải sinh hoạt, nước thải
công nghiệp được đổ vào kênh. Màu đen của kênh như là cái tên của nó được nhiều
người biết đến “Kênh Đen”.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

4


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

Có nhiều nghĩa trang đan xen với khu dân cư trong khu vực, đặc biệt là nghĩa
trang khu vực Bình Hưng Hòa chiếm một khu vực lớn nằm ở Đông Bắc.
1.1.2. Tình trạng chất lƣợng nƣớc của kênh nƣớc Đen
Từ nhiều năm nay, người dân sống quanh khu vực Kênh nước đên phải sống
chung với ô nhiễm. Rác thải ngập dưới kênh, chất đống hai bên bờ bốc mùi hôi thối
nồng nặc...
Ngay ống cống thoát nước của kênh tại giao lộ Tân Kỳ Tân Quý - đường số 19,
rác đặc cứng. Những túi ni lông, vải vụn, thùng xốp nổi dập dềnh trên mặt nước. Dọc
bờ kênh còn có một số người thu mua ve chai thường tập kết đồ phế thải, họ giặt, phơi
bao ni lông càng làm tăng thêm độ ô nhiễm môi trường.
Người dân sống ven kênh Nước Đen (phường Bình Hưng Hòa A, quận Bình
Tân) đang phải chịu đựng mỗi ngày vì hàng đống rác thải trôi lềnh bềnh trên kênh;
chất đống bên bờ kè kênh... Thậm chí, không hiếm xác động vật trôi dập dềnh. Những
ngày trời mưa hoặc nắng nóng, mùi nước hôi thối bốc lên, theo gió tỏa đi khắp nơi;
ruồi, nhặng sinh sôi, bu bám thức ăn rất mất vệ sinh. “Chúng tôi phải đeo khẩu trang
suốt ngày để bán hàng cho khách vì nước kênh hôi quá. Trẻ em, người lớn tuổi nơi đây
dễ bị các bệnh về đường hô hấp” - một người dân bán quán nước tại khu phố 3,
phường Bình Hưng Hòa A cho biết.
Để tận dụng triệt để “nguồn lợi” từ những vỏ nhựa, chai lọ… trôi nổi trên tuyến
kênh đen, nhiều người thu mua ve chai đã tranh thủ vớt số rác thải này để kiếm tiền.
Bà Tứ, một người mua ve chai dạo tại phường Bình Hưng Hòa, quận Bình Tân thừa
nhận, việc lượm lặt phế thải trên dòng kênh không dễ do mùi hôi thối hoặc có thể trượt
chân té xuống kênh nhưng thu nhập từ điểm đen này cũng đem lại khoảng vài chục
ngàn mỗi lần vớt.
Hai bờ Ấp Chiến Lược, đoạn giao với kênh Nước Đen, là nơi họp chợ của
nhiều hộ dân. Rác sau họp chợ được người dân gom đổ đống trên bờ, hoặc tiện tay vứt
xuống dòng kênh. Lượng rác dồn về đoạn kênh Nước Đen (khu Cống hộp giao với
đường Tân Kỳ Tân Quý) dày đặc.
Theo kết quả phân tích nước kênh Đen của nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng

Hòa, lấy mẫu vào buổi sáng ngày 29/12/2016, cho thấy các chỉ tiêu hóa lý đều cao hơn
so với quy chuẩn cho phép, cụ thể như hàm lượng amoni (NH4+) cao gấp 3 lần, BOD5
cao gấp 1,5 lần, hàm lượng oxy hòa tan là 3mg/l mà trong khi hàm lượng cho phép
nước mặt cho mục đích bảo vệ đời sống thủy sinh thì phải lớn hơn 4mg/l

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

5


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

Không những chịu mùi hôi thối, các hộ dân sống cạnh dòng kênh còn bị muỗi,
côn trùng hoành hành mỗi khi trời tối. Tình trạng ô nhiễm của kênh Nước Đen đã ảnh
hưởng rất lớn đến đời sống sinh hoạt của người dân dọc hai bờ kênh.
Nhiều hộ dân sống dọc bờ kênh phải hít đủ mùi khó chịu nên bị chứng viêm
họng và các chứng bệnh ngoài da... Đặc biệt là vào buổi trưa mùi hôi thối xông thẳng
vào nhà. Mọi sinh hoạt, ăn, uống của người dân đều bị ảnh hưởng.
Được biết, UBND phường Bình Hưng Hòa thường xuyên phối hợp với Công ty
TNHH MTV Môi trường Đô thị TP, Xí nghiệp Vận chuyển 1 và Trung tâm Điều hành
Chương trình chống ngập nước TP vận chuyển, nạo vét rác thải, khơi thông dòng chảy,
góp phần làm sạch đẹp tuyến kênh đen. Tuy nhiên, thực tế việc phối hợp này còn thiếu
nhịp nhàng.
Ông Nguyễn Trí Trung, Giám đốc Trung tâm Y tế Dự phòng quận Bình Tân,
cho biết: “Kênh Nước Đen hiện đang bị ô nhiễm nặng, sức khỏe của người dân bị ảnh
hưởng là điều không thể tránh khỏi. Hiện trung tâm đang tổ chức triển khai, cải tạo,
tổng vệ sinh môi trường trên địa bàn toàn quận. Riêng kênh Nước Đen, trung tâm sẽ

liên hệ với địa phương tổ chức thu gom, vớt rác trên toàn kênh”.
1.2.

Các phƣơng pháp xử lý [2]

1.2.1. Phƣơng pháp cơ học
Phương pháp xử lý cơ học thường là giai đoạn đầu tiên trong dây chuyền công nghệ xử
lý nước thải (giai đoạn tiền xử lý), có nhiệm vụ loại ra khỏi nước thải tất cả các vật có
thể gây tắc nghẽn đường ống, làm hư hại máy bơm và làm giảm hiệu quả xử lý cho các
giai đoạn sau, cụ thể:
- Loại bỏ hoặc cắt nhỏ những vật nổi lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải
như mảnh gỗ, nhựa, gạc bông, giẻ rách, vỏ hoa quả…
- Loại bỏ cặn nặng như cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại…
- Loại bỏ phần lớn dầu mỡ.
a. Song chắn rác, lưới chắn rác
Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây các
thành phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon… được
giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng
nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

6


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

b. Bể lắng cát
Tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn nhiều so với trọng lượng
riêng của nước thải như xỉ, than, cát, … ra khỏi nước thải. Chúng không có lợi đối với
quá trình làm trong, xử lý sinh hóa nước thải và xử lý cặn bã cũng như không có lợi
đối với các công trình thiết bị công nghệ trên trạm xử lý. Cát từ bể lắng cát được đưa
đi phơi khô ở sân phơi và sau đó thường được sử dụng lại nhằm mục đích xây dựng.
c. 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…
Theo cấu tạo và hướng dòng chảy, người ta phân ra các loại bể lắng ngang, bể lắng
đứng và bể lắng ly tâm.
1.2.2. Phƣơng pháp hóa lý
Trong dây chuyền công nghệ xử lý, công đoạn xử lý hóa lý thường được áp
dụng sau công đoạn xử lý cơ học. Thực chất của phương pháp xử lý hóa lý là áp dụng
các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dùng quá
trình lắng ra khỏi nước thải. Phương pháp xử lý hóa lý bao gồm các phương pháp hấp
phụ, trao đổi ion, tuyển nổi, keo tụ, oxy hóa-khử…Phương pháp hóa lý được sử dụng
để loại khỏi dịch thải các hạt lơ lửng phân tán, các chất hữu cơ và vô cơ hòa tan, có
một số ưu điểm như:
-

Không cần theo dõi các hoạt động của vi sinh vật.

-

Có thể thu hồi các chất khác nhau.

a. Keo tụ
Là quá trình dính kết các hạt keo chứa trong nước thải do chuyển động nhiệt, do
xáo trộn và kết quả của quá trình này là từ các hạt keo rất bé tạo nên tổ hợp có kích
thước lớn hơn và dễ dàng lắng xuống đáy. Các chất keo tụ thường được ứng dụng
trong xử lý nước thải là phèn nhôm (Al2(SO4)3.18H2O) và phèn sắt (FeSO4.7H2O).
Phương pháp keo tụ có thể làm trong nước và khử màu nước thải vì sau khi tạo
bông cặn, các bông cặn lớn lắng xuống và kéo theo các chất phân tán không tan gây ra
màu.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

7


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

b. Tuyển nổi
Là quá trình dính bám phân tử của các hạt chất bẩn đối với bề mặt phân chia
của hai pha: khí - nước và hình thành hỗn hợp "hạt rắn - bọt khí" nổi lên trên mặt nước
và sau đó được loại bỏ đi.
c. Hấp phụ
Là quá trình thu hút hay tập trung các chất bẩn trong nước thải lên bề mặt của chất hấp
phụ. Các chất hấp phụ thông dụng trong kỹ thuật xử lý nước thải bao gồm: than hoạt
tính, than xương, đất hoạt tính (bentonit), silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi
ion.
d. Trao đổi ion
Thường được ứng dụng để xử lý các kim loại nặng có trong nước thải bằng

cách cho nước thải chứa kim loại nặng đi qua cột nhựa trao đổi cation, khi đó các
cation kim loại nặng được được thay thế bằng các ion hydro (hoặc Na+) của nhựa trao
đổi. Khử kim loại nặng trong nước thải bằng phương pháp trao đổi ion cho ta nước
thải đầu ra có chất lượng rất cao.
1.2.3. Phƣơng 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:
a. 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
SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

8


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

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.
b. 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.
Tóm lại, bản chất của xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học là phân huỷ các chất
ô nhiễm hữu cơ nhờ vi sinh vật. Tuỳ thuộc vào bản chất cung cấp không khí, các
phương pháp phân huỷ sinh học có thể phân loại xử lý hiếu khí hoặc kỵ khí. Để đạt

được hiệu quả phân huỷ sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ cao cần bổ sung các chất
dinh dưỡng cần thiết như nitơ, photpho và có thể một vài nguyên tố hiếm.
1.3.

Giới thiệu về quá trình oxy hóa nâng cao [7].

1.3.1. Định nghĩa
Các quá trình oxy hóa nâng cao là những quá trình phân hủy oxy hóa dựa vào
gốc tự do hoạt động hydroxyl *OH được tạo ra ngay trong quá trình xử lý.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

9


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

Gốc hydroxyl *OH là một tác nhân oxy hóa mạnh nhất trong số các tác nhân
oxy hóa được biết từ trước đến nay, có khả năng phân hủy oxy hóa không chọn lựa
mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại khó phân hủy nhất, biến chúng thành những hợp chất
vô cơ (còn gọi là khoáng hóa) không độc hại như CO2, H2O, axit vô cơ…Từ những tác
nhân oxy hóa thông thường như hydrogen, peroxyt, ozone có khả năng nâng cao khả
năng oxy hóa của chúng bằng các phản ứng hóa học khác nhau để tạo ra hydroxyl, vì
vậy các quá trình này được gọi là oxy hóa nâng cao.
Thế oxy hóa của gốc hydroxyl *OH là 2,8V, cao nhất trong số các tác nhân
oxy hóa thường gặp. Thế oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa thường gặp được trình
bảy ở bảng sau:

Bảng 1.1 Khả n ng ox hóa của một s tác nh n ox hóa.
Tác nhân oxy hóa

Thế oxy hóa (V)

Gốc hydroxyl

2,80

Ozone

2,07

Hydrogen peroxyt

1,78

Permanganat

1,68

Hydrobromic axit

1,59

Clo dioxyt

1,57

Hypocloric axit

1,49

Hypoiodic acid

1,45

Clo

1,36

Brom

1,09

Iod

0,54

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 oxy 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.
1.3.2. Phân loại
Theo cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA), dựa theo đặc tính của quá trình có hay
không có sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV mà có thể phân loại các quá
trình oxy hóa nâng cao thành hai nhóm:
SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

10


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm



ác quá tr nh oxy hóa nâng cao kh ng nh tác nhân ánh sáng

Các quá trình oxy 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 và chúng được liệt kê
ở bảng 2.2
Bảng 1.2 Các quá tr nh ox hóa n ng cao kh ng nhờ tác nh n ánh sáng.
TT

Tác nh n phản ứng

Phản ứng đặc trƣng

Tên quá tr nh

1

H2O2 và Fe2+

H2O2 + Fe2+  Fe3+ + OH- + *OH

Fenton

2

H2O2 và O3

H2O2 + 2O3  2*OH + 3O2

Peroxon

3

O3 và các chất xúc

cxt
 2*OH + 4O2
3O3 + H2O 

Catazon

tác
4

H2O và năng lượng

nldh

 *OH + *H
H2O 

điện hóa

5

H2O và năng lượng
siêu âm

6

H2O và năng lượng
cao



Oxy hóa điện
hóa

nlsa
H2O 
*OH + *H

Siêu âm

(20- 40 kHz)
nlc
 *OH + *H
H2O 

( 1-10 Mev)

Bức xạ năng
lượng cao

ác quá tr nh oxy hóa nâng cao nh tác nhân ánh sáng

Các quá trình oxy 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 2.3
Bảng 1.3 Các quá tr nh oxy hóa n ng cao nhờ tác nh n ánh sáng.
TT

Tác nh n phản ứng

1

H2O2 và năng lượng
photon UV

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

Phản ứng đặc trƣng
hv
H2O2  2*OH

Tên quá tr nh
UV/H2O2

(  = 220 nm)

11

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

2

O3 và năng lượng
photon UV

3

4

hv
 4*OH + O2
H2O2 +O3 + H2O 

lượng photon UV

(  = 253,7 nm)

H2O2/Fe3+ và năng

TiO2 và năng lượng
photon UV

UV/O3

(  = 253,7 nm)

H2O2/O3 và năng

lượng photon UV

5

hv
 2*OH
O3 + H2O 

hv
 *OH +Fe2++ H+
Fe3++H2O 

UV/H2O2+ O3

Quang Fenton

hv
 Fe3++ OH- +*OH
Fe2+ + H2O2 

hv
 e- + h +
TiO2 

Quang xúc tác

(  > 387,5 nm)

bán dẫn

h+ + H2O  *OH + H+
h+ + OH-  *OH + H+
1.3.3. Tình hình nghiên cứu, áp dụng các quá trình oxy hóa hiện nay
Nhờ ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những
chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (POP) quá trình oxy hóa nâng cao dựa trên gốc tự
do *OH được xem như một “chìa khóa vàng” để giải các bài toán đầy thách thức của
thế kỷ cho ngành xử lý nước và nước thải hiện nay. Đó là lý do tại sao ngày nay các
quá trình AOP còn được mệnh danh là các quá trình xử lý nước của thế kỷ 21.
1.3.4. Các nghiên cứu, ứng dụng
 Trên thế giới
- Vella et al.(1993) đã tiến hành nghiên cứu phân hủy Tricloetylen (TCE) trong
nước với nồng độ pha chế 10mg/l bằng quá trình Fenton. Phản ứng thực hiện ở giữa
3,9 và 4,2 với tỷ lệ mol Fe2+: H2O2 bằng 0,2 và sử dụng liều lượng H2O2 là 53 và 75
mg/l. Kết quả cho thấy khi thí nghiệm với H2O2 53 mg/l hoặc cao hơn, trên 80% TCE
bị phân hủy sau 2 phút.
- Hunter (1996) đã nghiên cứu xử lý 1,2,3- Triclopropan với nồng độ ban đầu là
150 mg/l và cho thấy điều kiện xảy ra tốt nhất khi pH từ 2,0 đến 3,3. Khi tăng nồng độ
Fe2+ có khả năng làm tăng tốc độ phân hủy 1,2,3- Triclopropan.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

12


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

- Xử lý clorofooc trong nước ngầm ở Commerce City, Colordo, USA với nồng
độ 33,4 mg/l đã được Zappi et al. 1992 nghiên cứu bằng hệ O3/H2O2. Với lượng
ozonene liên tục cho vào thiết bị phản ứng dung tích 1lít với lượng 3mg/l. Kết quả là
trong vòng 20 phút khoảng 90% clorofooc được xử lý.
- Khi nghiên cứu quá trình Peroxon với đối tượng thuốc diệt cỏ, Ku et al 1999
đã tiến hành phân hủy monocrotophos pha trong nước đã loại bỏ các ion. Kết quả thấy
sau 20 phút đã phân hủy được trên 95% thuốc diệt cỏ.
 Ở i t a
- 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, phosphat 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.
- Trần Mạnh Trí và các đồng tác giả 2005 đã nghiên và đưa vào áp dụng hệ
O3/H2O2 để xử lý nước thải sản xuất bột giấy từ gỗ cây keo lai. Kết quả đã có thể xử lý
giảm được 98-99% so với độ màu ban đầu.
- GS.TS Trần Mạnh Trí đã sử dụng quá trình Peroxon kết hợp với lọc trên giá thể
FLOCOR, hấp thụ trên than hoạt tính, lọc qua cát để xử lý thuốc bảo vệ thực vật tồn
đọng. Bằng phương pháp này, các chất hữu cơ độc hại, khó phân hủy sẽ bị phân hủy
thành các chất vô hại như CO2, H2O hoặc các axit vô cơ phân tử thấp. Nước sau khi xử
lý loại bỏ hết thuốc bảo vệ thực vật được quay trở lại tiếp tục tái sử dụng để pha loãng
lượng thuốc bảo vệ thực vật cần tiêu hủy tạo thành một chu trình khép kín, không có

nước thải ra ngoài. Hiện nay, công nghệ này đang được triển khai áp dụng tại Trạm
môi trường xanh Bến Lức - Long An với chi phí 14.600 đồng/kg thuốc bảo vệ thực
vật.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

13


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

1.4.

Giới thiệu về phƣơng pháp keo tụ điện hóa trong xử lý nƣớc thải [3]

1.4.1. Khái niệm điện hóa
Điện hóa học là lĩnh vực lý thuyết của hóa học nghiên cứu sự chuyển hóa tương
hỗ giữa hóa năng và điện năng, nghĩa là nghiên cứu mối quan hệ qua lại giữa phản ứng
hóa học và dòng điện.
1.4.2. Nguyên lý hoạt động của điện cực oxy hóa khử
Điện cực kim loại: là hệ thống gồm một thanh kim loại nhúng vào dung dịch
muối của nó.
Điện cực kim loại hoạt động theo nguyên lý:
n
M dc  nedc  M dd

Trong đó, chất khử chính là kim loại làm điện cực.

Ngoài ra, còn một loại điện cực thứ hai mà trong đó cả hai dạng oxy hoá và khử liên
hợp đều ở dạng hoà tan trong dung dịch.
Ví dụ: Mn2+ + 12 H2O = MnO42- + 8 H3O+ + 5e
Trong trường hợp này, người ta nhúng một điện cực trơ (ví dụ: Pt, grafit) vào
dung dịch có chứa đồng thời cả hai dạng oxy hóa và khử liên hợp trên. Điện cực trơ
không có khả năng tan vào dung dịch, nó chỉ có tác dụng chuyển electron. Trong hệ
cũng xảy ra hai quá trình:
-

Dạng khử va chạm với điện cực, nhường electron cho điện cực.
Dạng oxy hóa sẽ nhận electron từ điện cực.

Khi trạng thái cân bằng thiết lập, trên bề mặt điện cực cũng xuất hiện lớp điện
tích kép. Giá trị của lớp điện tích kép có thể âm hay dương phụ thuộc vào khả năng
nhường nhận electron của cặp oxy hóa - khử và nồng độ của chúng trong dung dịch.
Thế kim loại và thế oxy hóa - khử đều đặc trưng cho khả năng nhường nhận
electron của cặp oxy hóa - khử.
1.4.3. Nghiên cứu về điện hóa trên thế giới
 ết h p t trư ng v o quá tr nh
ơ ửng trong nướ th i

o tụ đi n h a trong xử

o i

hất rắn

Trong bài báo này đề cập đến sự kết hợp của từ trường và công nghệ keo tụ
điện hóa vào loại bỏ chất rắn lơ lửng trong xử lý nước thải. Nghiên cứu nước thải được
xử lý toàn bộ bằng từ trường kết hợp với keo tụ điện hóa (EC – Electrocoagulation).

Mẫu nước thải được chuẩn bị từ sữa bột với nồng độ 700mg/L và sử dụng axit axetic
SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

14


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

(giấm) để điều chỉnh pH và làm chất điện phân với hàm lượng axit là 150ml/L (15%)
và cường độ dòng điện tối đa là 1,2A với hiện điện thế tối đa là 30V. Các tấm điện hóa
thí nghiệm được chọn làm từ sắt (Fe) thành 2 đơn cực anot và catot với kích thước
từng tấm điện cực (130 x 50 x 4 mm) và khoảng cách giữa 2 tấm là 50mm. DC (Direct
Current – dòng điện 1 chiều) được thay đổi trong khoảng 0,5 – 1 A và chạy trong
khoảng 30 – 480 phút với bộ nguồn là máy DC Power Suply (LODESTAR 8107;
30V/10A) và điều chỉnh không đổi ở 0,2A, 0,5A và 1,0A. Ba nam châm vĩnh cữu có
độ mạnh thế cực khác nhau (NdFeB 0,55T; SmCo 0,16T và AlNiCo 0,08T) sẽ được
dùng trong thí nghiệm này, các nam châm vĩnh cữu này là 1 khối lập thể làm từ đất
hiếm có kích thước (50 x 50 x 20 mm). Kết quả cho thấy sự kết hợp giữa từ trường với
quá trình EC đã cải thiện quá trình loại bỏ chất rắn lơ lửng hơn so với chỉ 1 quá trình
EC. Chất rắn lơ lửng và độ đục được loại bỏ với hiệu suất tối đa từ 81,25% - 92,3%
trong mô hình kết hợp, trong khi đó quá trình EC chỉ đạt cao nhất trong khoảng
75,16% - 89,3%.
Mô hình được đặt trong một bể chứa hình trụ làm bằng thủy tinh (với dung tích
2L) và cánh khuấy (cánh quạt nhựa có ∅ 3cm) với tốc độ khuấy không đổi. Nam châm
được gắn dưới tấm kính. Sau 30’ chạy mô hình, pH, độ đục và hiệu quả loại bỏ chất
rắn lơ lửng sẽ được khảo sát để xem xét sự ảnh hưởng.

Hình 1.1 Mô hình nghiên cứu.
Trong bài báo này báo cáo giai đoạn sơ bộ của mô hình từ trường kết hợp công
nghệ keo tụ điện hóa cho việc loại bỏ chất rắn lơ lửng trong xử lý nước thải. Để tìm
hiểu ảnh hưởng của từ trường trường và keo tụ điện hóa EC, nghiên cứu 4 giá trị SS
(Suspended Solid – chất rắn lơ lửng) phụ thuộc vào các giá trị: cường độ dòng điện
(DC) hiện tại (i); thời gian (t); độ lớn của từ trường (B); và nồng độ (C).

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

15


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm



ng ụng

o tụ đi n h a trong xử

nướ v nướ th i

Keo tụ điện hóa (EC) là một công nghệ kết hợp các chức năng và lợi thế của
keo tụ thông thường, tuyển nổi và điện hóa trong xử lý nước và nước thải. Từng chức
năng cơ bản của công nghệ này đã được nghiên cứu rộng rãi. Tuy nhiên, sự đánh giá
định lượng các cơ chế tương tác giữa các công nghệ trong cùng một hệ thống EC thì
lại không có.

EC đã được biết đến vào những năm 1909. Tuy nhiên với lượng tiêu thụ điện và
chi phí đầu tư lớn nên không được phổ biến tại thời điểm đó. Cho đến 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 thế 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.
 Thu ết minh c ng nghệ:
Điện phân là quá trình oxy hóa – khử xảy ra khi áp một dòng điện vào dung
dịch điện phân. EC được dựa trên sự rã ra của vật liệu điện cực được dùng làm anot.
Điều này gọi là “loại bỏ anot” để tạo các ion kim loại làm bông keo tụ trong dung dịch
tại vị trí đó. Dễ hiểu hơn, hệ thống EC bao gồm anot và catot làm bằng các miếng kim
loại và được đặt chìm trong dung dịch (nước thải) cần xử lý. Điện cực thường được
làm từ nhôm, sắt hoặc thép không gỉ (Stainless Steel – SS) bởi vì kim loại thì rất rẻ, dễ
kiếm, có sẵn và không độc hại. Do đó, các kim loại này đã được dùng để làm nguyên
liệu chính sử dụng làm điện cực trong các hệ thống EC. Hệ thống EC có thể có một
hoặc nhiều cặp anot – catot và có thể được kết nối đơn cực hay lưỡng cực.
Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống EC là vật liệu làm
điện cực, cường độ dòng điện áp dụng, thời gian xử lý, dung dịch hóa học, bao gồm
giá trị pH ban đầu và các thành phần hóa học trong nước thải cần được loại bỏ. Nhiệt
độ nước thải, loại muối được sử dụng để nâng độ dẫn điện, có mặt của các chất clorua,
khoảng cách giữa các điện cực, thụ động của anot và tốc độ dòng cũng tác động trong
việc loại bỏ các chất có trong nước thải. Lợi thế thông thường của EC bao gồm về khía
cạnh kinh tế (đầu tư tương đối thấp, bảo dưỡng, năng lượng và chi phí xử lý thấp),
giảm đáng kể số lượng bùn sinh ra, bùn có chất lượng tốt hơn (lượng nước trong bùn ít
hơn, bông bùn to hơn và lắng tốt và ổn định hơn), tương tự và hiệu quả hơn, không cần
bổ sung hóa chất, dễ tự động hóa, thiết bị đơn giản và nhỏ gọn (có thể xử lý phân tán),
điều kiện về pH thuận lợi hơn và hiệu quả hơn khi pH trung hòa và sự góp mặt của
electroflotation (EF) (là loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ nước thông qua sự phát điện
tích từ các bong bóng nhằm hút các chất thải và kéo chúng lên bề mặt nước thải để dễ
thu gom.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

16


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

EC được áp dụng để xử lý nước thải trong các ngành da thuộc, dệt nhuộm và
nước thải có màu; nước thải ngành công nghiệp giấy; nước thải chứa dầu mỡ, nước
thải từ ngành công nghiệp thực phẩm; nước thải từ các ngành công nghiệp khác thậm
chí là xử lý nước thải có chứa kim loại nặng.
Ngoài ra EC còn xử lý được nước bề mặt và nguồn nước tự nhiên khác (sông,
suối, ao hồ): Nước bề mặt thường sẽ chứa một số loài tảo (chiếm nhiều nhất là
cyanobacteria, microcystis aeruginosa). Các nghiên cứu bởi EC được thực hiện với
mật độ tế bào ban đầu được sử dụng trong các thí nghiệm đã được duy trì ở mức 1,2 ×
109-1,4× 109 tế bào/l. Nhôm được cho là một vật liệu điện cực tuyệt vời cho ứng dụng
này so với sắt (nước không bị có màu và hiệu quả loại bỏ đáng kể hơn). Điều thú vị là
việc loại bỏ tảo được tăng tốc đáng kể khi gia tăng nhiệt độ trong nước. Sau cùng, tảo
hoàn toàn được loại bỏ khi thực hiện với giá trị dòng điện thấp và EEC: 10 A/m2 và
0,4 kWh/m3 tương ứng. Như vậy, kết quả đã được đề ra nhằm chỉ ra hiệu quả của EC
trong việc loại bỏ tảo phù hợp với những quan điểm về kỹ thuật và kinh tế. Nhôm (Al)
được cho là nguyên liệu làm điện cực phù hợp cho quá trình giảm độ cứng và loại bỏ
vi khuẩn, tảo và các vi khuẩn tự dưỡng từ 2 loại nước thô khác nhau (nước dùng làm
mẫu có nguồn gốc từ một con sông và từ 1 hồ).
EC còn hiệu quả trong việc làm giảm nồng độ axit humic. Và hiệu quả tốt hơn
khi kết hợp với điện trường (EM) để xử lý. Quá trình xử lý tốt nhất của EM và EC khi
làm việc có pH trung hòa và thời gian xử lý là 10 phút thì hiệu suất loại bỏ axit humic

đạt tới 96% - 100%. Ngoài ra còn một số nghiên cứu trong việc sử dụng EC vào việc
loại bỏ thuốc trừ sâu từ nguồn nước, và hiệu quả trong việc xử lý nước bị ô nhiễm bởi
thủy ngân.
Thông thường, các thực nghiệm được thực hiện trên EC để xác định các thông
số vận hành chủ yếu cho các lớp hoặc các dòng bị ô nhiễm. Công nghệ này giảm
lượng điện tiêu thụ và giảm thông lượng xả thải một cách tối đa nhất. Phương pháp
này hầu như cần rất ít về các cơ chế hóa học và vật lý cơ bản, ít cải thiện thiết kế hệ
thống, ít phải điều khiển quá trình và tối ưu hóa những nguyên lý hóa lý cơ bản.
Thực tế là EC đang được áp dụng rất thành công cho nước bị ô nhiễm, điều đó
cho thấy tiềm năng của keo tụ điện hóa còn chưa thực sự được hiểu hết. Cần rõ hơn
các thông tin cơ bản liên quan đến hóa lý. Từ điện hóa, bề mặt và mặt phân tách hóa
học và hóa lỏng đều là các phương pháp được đưa ra dựa trên các nguyên lý cơ bản.
Sự thoát khí H2 phải được kiểm soát trong khu phản ứng catot và điện cực quá thế của
khí hydro. Đồng thời, anot sẽ phải thực hiện một số quá trình cơ bản với hiệu suất cao
nhất. Gồm một phần bị ăn mòn để cung cấp các ion keo tụ đa năng cho dung dịch tại
điểm quá thế thấp nhất, một phần cần cho hiệu quả xúc tác điện oxy hóa thành các chất
SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

17


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

hữu cơ bởi oxy hóa từng phần hay một phần oxy hóa, cần tạo ra oxy có hiệu suất cao
nhất nhưng vẫn kiểm soát được số lượng. Sau cùng có thể đạt được bằng cách giới hạn
vùng điện cực khí oxy. Các chất xúc tác điện oxy hóa có sẵn cho quá trình oxy hóa ở
vị trí các điểm nông. Có thể đạt được bởi sự ghép lại của các điện cực hay sự sắp xếp

nhiều điện cực đồng nhất. Ngoài ra, sự hiện diện của các chất có hoạt tính ăn mòn thay
thế ở nồng độ thấp có thể hữu ích cho việc cải thiện hiệu quả quá trình keo tụ điện hóa
và hấp thụ/phụ dung dịch có thể điều chỉnh tối ưu cho các quá trình liên quan.
1.4.4. Nghiên cứu điện hóa ở Việt Nam
Keo tụ điện hóa là một phương pháp điện hóa học trong xử lý nước thải, trong
đó dưới tác dụng của dòng điện, các điện cực dương (thường sử dụng là nhôm hoặc
sắt) sẽ bị ăn mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+ hoặc Fe3+)
vào trong môi trường nước thải, k m theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các
bọt khí ở cực âm (Hold, Barton và Mitchell, 2004). Theo Hold, Barton và Mitchell
(2004), EC là phương pháp giao thoa của ba quá trình: điện hóa học, tuyển nổi điện
phân, keo tụ.
Phương pháp keo tụ điện hóa có các đặc điểm sau:
Dòng điện một chiều.
Các điện cực dương là kim loại hòa tan có khả năng tạo chất keo tụ.
Tùy vào pH và đặc điểm của nước thải ở từng trường hợp cụ thể mà chọn kim
loại làm điện cực dương.
Thời gian lưu nước, cường độ dòng điện, hiệu điện thế và hiệu suất vận hành
của bể có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau.
Hệ thống điện cực được đặt ngập trong nước thải, để đảm bảo khả năng tiếp xúc
giữa các bọt khí và các chất ô nhiễm là tốt nhất.
Bể keo tụ điện hóa có thể hoạt động trong điều kiện là nạp nước thải đầu vào
liên tục hoặc hoạt động trong điều kiện nước thải chỉ được nạp một lần (theo
mẻ).

-

ử
-

nướ th i th

s n

Ảnh hưởng của điện cực: dùng Al làm điện cực dương thì hiệu quả xử lý COD
và SS đều tốt hơn so với Fe.
Thời gian phản ứng chọn 45 phút. 120 phút thì hiệu quả cao hơn nhưng tốn chi
phí nhiều hơn so với 45 phút thì vừa đạt hiệu quả vừa phải.
Khoảng cách giữa hai điện cực và diện tích điện cực được lựa theo tiêu chí kỹ
thuật và tính kinh tế thì khoảng cách 2 cm giữa hai điện cực là tốt nhất vời diện
tích lựa chọn là 100 cm2.

SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

18


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý kênh nước Đen bằng phương pháp oxy hóa nâng cao: Điện cực sắt + ozone quy mô
phòng thí nghiệm

Bảng 1.4 N ng độ các chất nhiễm có trong nƣớc thải đầu vào và đầu ra ể keo
tụ điện hóa – 2 ể US F với tổng thời gian lƣu h. [2]
Ch tiêu

Đơn vị

Đầu vào

Keo tụ

Kh ng giá Giá ám
ám

pH

_

6.35

6.97

7.87

7.59

SS

mg/L

580

156

36.83

27.67

COD

mg/L

1391

695

37.00

29.00

BOD5

mg/L

935

525

23.73

18.00

TKN

mg/L

100.8

66.5

1268

7.93

P tổng

mg/L

30.2

12.3

3.96

3.33

ử

ử

1.5.

th o

– 25: 2009/BTNMT.

Tiền xử lý: (dùng keo tụ điện hóa) với thời gian lưu là 90 phút. Khoảng cách
các điện cực là 2,5cm và diện tích điện cực là 125 cm2 và dung tích bể phản
ứng là 20L.
Xử lý sinh học: Bể USBF với tổng thời gian lưu là 12h.

Xử lý bậc 3: Hấp thụ bằng than hoạt tính (bao gồm lớp sỏi 10cm, lớp cát 5cm,
lớp than 55cm) với thời gian lưu là 30 phút có lưu lượng 2,7 L/h.

-

-

nướ r rá đ t o i

nướ ng

nhi

rs nic

Dùng điện cực sắt với hiệu điện thế 24V, khoảng cách điện cực 1cm với thời
gian lưu là 25 phút và dùng lọc cát. Kết quả: nồng độ As từ 102 g/L xuống còn
5 g/L đạt quy chuẩn As trong nước uống QCVN 01:2009/BYT.
Phƣơng pháp kết hợp keo tụ điện hóa và oxy hóa nâng cao [9].

Với yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng nước thải sau khi xử lý và yêu cầu về
tái sinh nguồn nước để đáp ứng nhu cầu thiếu nước sạch. Vì thế, sự kết hợp giữa hai
phương pháp keo tụ điện hóa và oxy hóa nâng cao sẽ giải quyết được các vấn đề mà
các phương pháp khác không giải quyết được.
- Công nghệ điện hóa: Bản điện cực được thiết kế bằng inox 316, cường độ
dòng điện áp vào bản điện cực dao động từ 5-50A/m2, phụ thuộc vào chất lượng nước
đầu vào hệ thống xử lý. Thời gian nước cần xử lý trong bể điện hóa là 20 giây. Các
bản cực được sắp xếp so le (dạng ziczac) để đảm bảo tất cả nước đi qua bể điện hóa đủ
thời gian phản ứng cần thiết. Khoảng cách tối thiểu giữa hai bản điện cực là 2cm,
nhưng không quá 2,5cm vì xa quá sẽ giảm hiệu quả xử lý đối với hàm lượng sắt nhỏ

hơn 5mg/L, khoảng cách giữa hai bản điện cực phụ thuộc vào chất lượng nước đầu
vào.
SVTH: Nguyễn Thị Trúc Vi
GVHD: TS.Thái Phương Vũ

19