Nghiên cứu một sô phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ bãi chôn lấp chất thải rắn đô thị

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
……………………………………………

HÀ THÙY DƯƠNG
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA
ĐỂ XỬ LÝ CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC RÒ RỈ
CŨ TỪ BÃI CHÔN LẤP CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
MÃ SỐ NGÀNH : 02. 10. 00

TP HỒ CHÍ MINH, năm 2005


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN THỊ DUNG
CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1

: PGS. TSKH. LƯU CẨM LỘC

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2

: PGS. TS. NGUYỄN VĂN PHƯỚC

Luận văn thạc só được bảo vệ tại

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 9 tháng 11 naêm2005


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên: HÀ THÙY DƯƠNG
Ngày, tháng, năm sinh: 28-03-1970
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – HÓA LÝ

Phái
: nữ
Nơi sinh: Quy Nhơn
Mã số : CNHH 13.006

I
TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên Cứu Một Số Phương Pháp Oxy Hóa Để Xử Lý Chất Ô
Nhiễm Trong Nước Rò Rỉ Cũ Từ Bãi Chôn Lấp Chất Thải Rắn Đô Thị.
II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1.

Tổng quan tài liệu có liên quan đến luận văn.

2.

Xác định mục tiêu nghiên cứu và xây dựng mô hình nghiên cứu.

3.

Thực hiện thí nghiệm trên các mô hình xử lý amoniac, sinh học hiếu khí, oxy hóa bằng
Fenton, ozon, O3/H2O2.

4.

Xử lý kết quả và thảo luận.

5.

Viết báo cáo luận văn.

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/1/2005
IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/12/2005
V

HỌ VÀ TÊN CÁC BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. NGUYỄN THỊ DUNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

PGS. TS. NGUYỄN THỊ DUNG
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH

Ngày tháng năm 200
TRƯỞNG KHOA QL NGAØNH


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn PGS. TS Nguyễn Thị Dung, Cô đã tân tình
hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin cảm ơn Ban Giám Đốc Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý
Môi Trường CENTEMA, nơi tôi đang làm việc, đã tạo điều kiện thuận lợi về
mọi mặt trong suốt quá trình học và thực hiện luận văn.
Em xin cảm ơn các Thầy, Cô Khoa Hóa trường Đại Học Bách Khoa
thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình dạy dỗ.
Tôi xin cảm ơn người thân trong gia đình, đặc biệt là Chị hai. Chị luôn
là chỗ dựa tinh thần của em.
Tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi rất nhiều
trong thời gian học tập và nghiên cứu.

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2005
Hà Thùy Dương


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

MỞ ĐẦU
Hiện nay, trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh với dân số khoảng 6
triệu người đang sinh sống, do vậy mỗi ngày đổ ra khoảng 4.500-5.000 tấn
chất thải rắn sinh hoạt lên hai bãi chôn lấp hợp vệ sinh là Gò Cát, huyện
Bình Chánh và Phước Hiệp, huyện Củ Chi. Trong khi đang tìm kiếm công

nghệ mới khả thi, thành phố vẫn phải duy trì các bãi chôn lấp để xử lý chất
thải rắn và việc nghiên cứu giảm thiểu ô nhiễm phát sinh từ bãi chôn lấp như
khí và nước rò rỉ là vấn đề cấp bách hiện nay. Mặc dù, trong hai năm trở lại
đây công nghệ xử lý nước rò rỉ đã được ứng dụng ra thực tế tại hai bãi chôn
lấp Gò Cát và Phước Hiệp với lưu lượng nước rò rỉ tại mỗi bãi chôn lấp
khoảng 400 m3/ngày, nhưng với mỗi công nghệ đều có ưu và nhược điểm
khác nhau và vẫn cần phải hoàn thiện. Lónh vực này vẫn còn mới mẻ và
mang tính thời sự nóng hổi đối với cả nước nói chung và thành phố Hồ Chí
Minh nói riêng mà đặc biệt là với loại nước rò rỉ cũ rất khó xử lý triệt để
bằng phương pháp xử lý sinh học thông thường.
Việc quan trắc thành phần nước rò rỉ được thực hiện ngay tại hồ chứa
nước rò rỉ khi bãi chôn lấp mới vừa đi vào hoạt động, nồng độ các chất ô
nhiễm rất cao chỉ số COD dao động từ 50.574-57.325 mgO2/L, BOD5 dao
động từ 39.000-48.462 mgO2/l chiếm tỷ lệ 77,1-84,5% so với COD. Các
thông số trên cho thấy công nghệ sinh học kỵ khí kết hợp với hiếu khí thích
hợp để xử lý loại nước rò rỉ mới này. Tuy nhiên, chỉ sau 8 tháng hoạt động,
nồng độ các chất ô nhiễm giảm rất nhanh và sau đó ổn định, tỷ số
BOD5/COD khoảng 0,26-0,4, do vậy quá trình xử lý sinh học ít/không còn

13


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

hiệu quả nữa với đối tượng nước rò rỉ cũ (CENTEMA, 2004). Mặc dù phương
pháp xử lý sinh học ít tốn kém, ít sử dụng hóa chất, vận hành đơn giản hơn
phương pháp xử lý hóa học nhưng nếu chỉ áp dụng các phương pháp vi sinh
thông thường không thể xử lý một cách triệt để mà phải được kết hợp thêm
các phương pháp khác. Một trong các phương pháp đó là phương pháp oxy
hóa và oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes-AOP). Số lượng

các công trình nghiên cứu AOP ngày càng tăng, H. Suty và cộng sự, 2004 đã
tổng hợp từ 1980 đến 2000 và đưa ra các số liệu đáng quan tâm được mô tả
trong Hình 1.1.

Số lượng bài báo

1600
1400
1200
1000
800

1980-1985

600

1985-1990

400

1990-1995

200

1995-2000

0
Fenton

O3 + H2O2

O3 + uv

H2O2/uv

TiO2/uv

H2O2/xúc tác

Tác nhân oxy hóa

Hình 1.1 Số lượng các nghiên cứu với các tác nhân oxy hóa khác nhau từ 1980 đến
2000 (H. Suty và cộng sự, 2004).

Từ các số liệu trên cho thấy các quá trình oxy hóa nâng cao được
nghiên cứu nhiều nhất là Fenton (Fe2+/H2O2), ozon kết hợp với tia tử ngoại,
H2O2 + xúc tác dị thể. Trong đó tác nhân Fenton được ứng dụng với quy mô
công nghiệp nhiều nhất vì tính khả thi của nó (Trần Mạnh Trí, 2005).
Phương pháp này có thể xử dụng để xử lý loại nước thải có COD khoảng
1.000-100.000 mgO2/l, đặc biệt với nước thải ngành dệt nhuộm, giấy, hóa
chất,…Công nghệ này được phát triển bởi IPPC, 2002 (European
14


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

comimission). Một số quá trình xử lý nước thải quy mô công nghiệp đã được
áp dụng được trình bày trong phần tổng quan sau.
Việc xử lý các chất ô nhiễm đặc biệt điển hình cho ngành hóa chất, khai
thác khoáng sản như xianua (CN-) bởi công nghệ oxy hóa cũng được phát

triển mạnh kết hợp các tác nhân oxy hóa NaClO/H2O2 và H2O2/uv (H. Suty
và cộng sự, 2004).
Ngoài ra quá trình H2O2/UV cũng còn được sử dụng để xử lý nước thải
của ngành sản xuất máy bay, thiết bị không gian chứa chất độc hại gốc
Dimetyl hydrazin 6000 mg/l rất có hiệu quả (H. Suty và cộng sự, 2004).
Từ các số liệu tổng quan trên cho thấy hầu như chưa có công trình nào
đề cập đến việc ứng dụng phương pháp oxy hóa nâng cao để xử lý nước rò rỉ
từ bãi chôn lấp rác. Kết quả phân tích thành phần nước rò rỉ của bãi chôn lấp
Phước Hiệp, huyện Củ Chi chỉ ra rằng sau tám tháng hoạt động, chúng có
nồng độ N-NH3 rất cao khoảng 1000 mg/l, lignin, humic khoaûng 300-400
mg/l, COD khoaûng 1300-2700 mgO2/l. Với nồng độ amoniac cao như trên đã
ức chế sự phát triển của vi sinh vật trong quá trình xử lý sinh học. Vậy liệu
có thể áp dụng phương pháp oxy hóa với các tác nhân oxy hóa khác nhau để
xử lý amoniac và các hợp chất hữu cơ trong nước rò rỉ hay không ? và nếu
đạt hiệu quả thì tính kinh tế và khả thi của nó thế nào?. Tất cả các câu hỏi
trên cần được làm rõ cơ sở khoa học bằng các nghiên cứu cụ thể.

15


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

Vì vậy mục tiêu và nội dung của đề tài luận văn đặt ra như sau:
-

Nghiên cứu áp dụng một số các phương pháp oxy hóa và oxy hóa nâng
cao để xử lý COD, amoniac và các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học
như lignin và tanin với các tác nhân oxy hóa khác nhau kết hợp với xúc
tác.

-

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng tác nhân
Fenton, ozon và xác định các điều kiện tối ưu.

-

Nghiên cứu so sánh các quy trình xử lý và tính hiệu quả của chúng từ
đó đưa ra các lựa chọn thích hợp.

16


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

TÓM TẮT
Hiện nay, vấn đề gây ô nhiễm cơ bản của nước rò rỉ cũ từ bãi chôn lấp
chất thải rắn đô thị là amoniac, COD và các hợp chất khó phân hủy sinh học
như humic, lignin và tannin. Đặc biệt là hàm lượng N-NH3 rất cao
(700-900 mg/l) chiếm đến 90% so với tổng lượng nitơ. Việc sử dụng các
phương pháp sinh học hầu như không có hiệu quả để xử lý triệt để các chất ô
nhiễm với nồng độ cao, cho nên các phương pháp oxy hóa khác nhau được áp
dụng nhằm loại bỏ hoặc làm giảm cấp độ độc hại của chúng để có thể dùng
phương pháp vi sinh cho xử lý tiếp theo.
Các quá trình oxy hóa khác nhau như tác nhân Fenton, ozon và
O3/H2O2 kết hợp với các phương pháp thông thường đã được đề xuất nghiên
cứu để xử lý. Kết quả cho thấy, nếu nước rò rỉ chưa qua tiền xử lý amoniac
và xử lý sinh học thì phương pháp Fenton không có hiệu quả xử lý amoniac
và chỉ giảm 50% COD. Do vậy cần phải tiền xử lý amoniac và xử lý sinh học
trước khi thực hiện quá trình oxy hóa.

Phương pháp sục khí để loại bỏ amoniac đạt hiệu quả > 90% sau 4
ngày sục khí và phương pháp kết tủa bằng (H3PO4 + MgO) chỉ giảm 70% và
rất tốn kém hóa chất. Phương pháp sinh học hiếu khí được sử dụng tiếp theo,
hiệu quả xử lý COD đạt khoảng 20% và amoniac khoảng 77%. Oxy hóa bằng
tác nhân Fenton, ozon và O3/H2O2 sau tiền xử lý amoniac đều có hiệu quả xử
lý COD, nitơ tổng và có khả năng cắt mạch các hợp chất hữu cơ khó phân
hủy sinh học với cấu trúc phân tử lớn, cồng kềnh như lignin và tannin trong
thời gian rất ngắn.

1


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

Sử dụng H2O2 trong quá trình oxy hóa bằng ozon hầu như không có ảnh
hưởng đáng kể đến hiệu quả xử lý COD, nitơ tổng và phân hủy lignin. Hiệu
quả xử lý COD và tổng nitơ bằng tác nhân Fenton cao hơn so với quá trình
oxy hóa bằng ozon. Tuy nhiên độ chuyển hóa lignin và tanin lại thấp hơn.
Sau quá trình oxy hóa khả năng phân hủy sinh học tăng lên khoảng 5
lần nhưng tỉ lệ BOD5/COD vẫn rất thấp khoảng 0,26. Điều này cho thấy các
hợp chất trung gian của quá trình oxy hóa đối với đối tượng nước rò rỉ này
phần lớn là khó phân hủy sinh học. Theo quy trình xử lý kết hợp nhiều giai
đoạn với oxy hóa bằng tác nhân Fenton, hiệu quả xử lý amoniac, nitơ tổng và
COD đạt khá cao > 90%. Tuy nhiên N-NH3 (~ 9 mg/l) và COD (~ 300 mgO2/l)
vẫn chưa đạt tiêu chuẩn xả thải ra nguồn cho nên cần phải nghiên cứu tiếp
theo.

2

Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

ABSTRACT
Nowadays, main pollution of old leachate from domestic solid waste landfill
is ammonia, COD and humic, lignin and tannin compounds. Especially,
N-NH3 with high concentration (700-900 mg/l) is ninety percent of total
nitrogen. Biological procedures can not completely treat pollutants which are
high concentrations as ammonia, so, oxidation processes are employed to
remove or decrease pollution level and biological process is to be employed
for father treatment.
Oxidation processes such as Fenton agent (Fe2+/H2O2), ozone and O3/H2O2
combining with common procedures are promoted for treatment. The results
show that, leachate without primary treatment of ammonia and activated
sludge process, oxidation process by Fenton agent only can decrease 50% of
COD content and has not efficiency for ammonia removal. So, ammonia and
COD treatment before oxidized process is necessary.
Ammonia removal by air stripping reached 96% after 4 days, and that of
precipitation process by mixed chemical (MgO + H3PO4) is 70% but it has to
use much chemical (MgO + H3PO4). After primary treatment, activated
sludge process is employed, COD and ammonia removal efficiencies are
about 20% and 77% respectively. Next, oxidation processes by Fenton agent,
ozone and O3/H2O2 were used. COD and total nitrogen decreased, and lignin
and tannin compounds were degraded to smaller species.
The result of oxidation process by O3/H2O2 is the same as that of oxidation
process by O3 and shows that, H2O2 does not effect on treatment process.
3


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

Removal efficiencies of COD (72%) and total nitrogen (37%) by Fenton
agent are higher than those of oxidation by ozone. However, lignin and tannin
degradation is 66% for in case Fenton agent and lower than that of oxidation
by ozone.
After oxidation processes, biodegradation of organic maters is five times
higher, but ratio BOD5/COD is low, about 0.26. This result shows that,
oxidation products remain biodegradation difficultly. However, using
different methods combined with oxidation process by Fenton agent can
remove > 90% of pollutants from old leachate in short time, the treatment
process has to be father researched in order to apply Vietnamese standard for
COD and N-NH3 reject into environment.

4


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

MỤC LỤC
Trang

Chương 1
1.1
1.2

1.3
1.4

Chương 2
2.1
2.2

2.3
Chương 3
3.1

Tóm tắt
Chữ viết tắt
Danh sách bảng
Danh sách hình
MỞ ĐẦU
TỔNG QUAN
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Phương pháp cơ lý
Phương pháp sinh học
1.2.1 Phương pháp kỵ khí
1.2.2 Phương pháp hiếu khí
1.2.3 Phương pháp hồ sinh học
Phương pháp hóa học
Một số phương pháp mới được sử dụng trong xử lý
nước thải – phương pháp oxy hóa và oxy hóa nâng cao
với xúc tác
1.4.1 Oxy hóa bằng tác nhân ozon (O3)
1.4.1.1 Động học phản ứng của ozon với hợp chất hữu
cơ
1.4.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng
1.4.2 Phương pháp oxy hóa nâng cao
1.4.2.1 Oxy hóa với tác nhân Fenton H2O2/Fe2+
1.4.2.2 Oxy hóa bằng ozon với hydrogen peroxit
(O3/H2O2)
SỰ HÌNH THÀNH NƯỚC RÒ RỈ TỪ BÃI CHÔN
LẤP

Hiện trạng các bãi chôn lấp tại thành phố Hồ Chí
Minh
Sự hình thành nước rò rỉ trong bãi chôn lấp
Thành phần nước rò rỉ
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ AMONIAC TRONG
NƯỚC THẢI
Phương pháp kết tuûa
6

1
5
9
11
14
17
17
17
18
18
19
19
20

20
22
23
24
26
30
33

33
34
35
41
42


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

3.2
3.3
3.4
3.5
Chương 4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
Chương 5
5.1

5.2
5.3
Chương 6
6.1

6.2
6.3

Phương pháp oxy hóa
Phương pháp trao đổi ion
Phương pháp sục khí
Phương pháp nitrat hóa
THỰC NGHIỆM
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN
Nhu cầu oxy sinh hóa BOD (Biochemical Oxygen
Demand)
Nhu cầu oxy hóa học COD (Chemical Oxygen
Demand)
Amoniac
Nitơ hữu cơ
Lignin và tannin
Clorua
Hiệu quả xử lý COD
Hiệu quả xử lý N-NH3
Độ chuyển hóa lignin và tannin
THIẾT BỊ VÀ THÍ NGHIỆM
Mô hình nghiên cứu
5.1.1 Mô hình tiền xử lý amoniac bằng sục khí
5.1.2 Mô hình tiền xử lý amoniac bằng kết tủa
5.1.3 Mô hình sinh học hiếu khí
5.1.4 Mô hình oxy hóa bằng tác nhân Fenton
5.1.5 Mô hình ozon
Thiết bị thí nghiệm
Hóa chất
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

KHẢO SÁT CÁC QUY TRÌNH XỬ LÝ
Đặc tính của nước rò rỉ và quy trình xử lý
Khảo sát quy trình 1
Khảo sát quy trình 2
6.3.1 Khảo sát quá trình tiền xử lý amoiac bằng
phương pháp sục khí
6.3.2 Khảo sát quá trình tiền xử lý amoiac bằng
phương pháp kết tủa với hổn hợp MgO + H3PO4
6.3.3 Khảo sát quá trình xử lý sinh học hiếu khí bằng
bùn hoạt tính lơ lửng

7

43
44
46
46
48
48
49
50
51
51
53
53
54
54
55
55
55

56
56
57
58
59
60
61
61
63
66
66
69
72


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

6.3.4 Khảo sát quá trình xử lý nước rò rỉ bằng tác nhân
Fenton (sau khi qua giai đoạn sục khí và bùn
hoạt tính lơ lửng hiếu khí )
6.3.5 Khảo sát quá trình xử lý nước rò rỉ bằng oxy hóa
với ozon (sau khi qua giai đoạn sục khí và bùn
hoạt tính lơ lửng hiếu khí )
6.3.6 Khảo sát quá trình xử lý nước rò rỉ bằng oxy hóa
với O3/H2O2 (sau khi qua giai đoạn sục khí và
bùn hoạt tính lơ lửng hiếu khí )
6.3.7 Khảo sát khả năng phân hủy sinh học của nước
rò rỉ sau khi oxy hóa bằng tác nhân Fenton và
ozon

74

KẾT LUẬN
KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
Tiêu chuẩn
Lý lịch trích ngang

87

8

77

82

85

89
90


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

CHỮ VIẾT TẮT
AOP : Oxy hóa nâng cao - Advanced Oxidation Processes
BCL : Bãi chôn lấp
BOD : Nhu cầu oxy sinh hóa - Biochemical Oxygen Demand
COD : Nhu cầu oxy hóa học - Chemical Oxygen Demand

CTR : Chất thải rắn
DO

: Oxy hòa tan - Dissolved Oxygen

VSS : Chất rắn lơ lửng bay hơi – Volatile Suspended Solid

5


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

DANH SÁCH BẢNG
Trang

Bảng 1.1
Bảng 1.2
Bảng 1.3
Bảng 2.1
Bảng 2.2
Baûng 2.3
Baûng 2.4
Baûng 2.5
Baûng 3.1
Baûng 4.1
Baûng 6.1
Baûng 6.2

Baûng 6.3
Baûng 6.4

Baûng 6.5

Bảng 6.6

Bảng 6.7

Độ hòa tan ozon trong nước theo nhiệt độ
Khả năng oxy hóa của OHo và các tác nhân oxy hóa so
với Cl2
Hằng số tốc độ phản ứng (k, M-1s-1) của gốc tự do OHo
so với O3
Vị trí xây dựng các bãi chôn lấp trên địa bàn thành
phố Hồ Chí Minh
Thành phần nước rò rỉ của BCL Đông Thạnh, Tp. Hồ
Chí Minh
Thành phần của nước rò rỉ từ BCL Gò Cát và Phước
Hiệp, Tp Hồ Chí Minh
Thành phần nước rò rỉ từ BCL phước Hiệp, 2005
Thành phần % rác tại BCL Phước Hiệp và Gò Cát
Hiệu quả loại bỏ N-NH3 bằng kết tủa
Nồng độ và độ hấp thu của dung dịch chuẩn lignin
Thành phần nước rò rỉ
Độ giảm COD và N-NH3 ở các pH khác nhau, Fe2+ =
200 mg/l, H2O2 = 360 mg/l, COD ban đầu > 2000
mgO2/l, nhiệt độ phòng, tốc độ khuấy trộn 500
vòng/phút, không sục khí, thời gian phản ứng 30 phút.
Nồng độ N-NH3 theo thời gian, nhiệt độ phòng, tốc độ
sục khí 6 lít/phút
Mức độ bay hơi N-NH3 theo tốc độ và thời gian khác
nhau

Kết quả kết tủa amoniac tại các pH và tỉ lệ mol NH4+:
MgO: H3PO4 khác nhau, nhiệt độ phòng, tốc độ khuấy
200 vòng/phút, thời gian phản ứng 30 phút, thời gian
lắng tủa 3 phút, nhiệt độ phòng
Kết quả xử lý COD và N-NH3 bằng bùn hoạt tính lơ
lửng, HRT 24h, lượng VSS 1500-1600 mg/l, nhiệt độ
phòng.
Kết quả oxy hóa bằng tác nhân Fenton với pH = 3,7,
H2O2 = 210 mg/l, Fe2+ = 180 mg/l
9

20
24
25
33
36
37
39
40
43
52
61
64

66
68
71

72

75


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

Bảng 6.8

Bảng 6.9

Bảng 6.10

Bảng 6.11

Bảng 6.12

Độ giảm COD (αCOD (%)) ở các pH khác nhau, COD
ban đầu 1000 mgO2/l, nồng độ ozon cung cấp ở đầu
vào 150 mg/h, nhiệt độ phòng, thời gian phản ứng 0-90
phút.
Độ chuyển hóa lignin và tanin (αlignin và tanin (%)) ở các
pH khác nhau, lignin và tanin ban đầu 320 mg/l, nồng
độ ozon cung cấp ở đầu vào 150 mg/h, nhiệt độ phòng,
thời gian phản ứng 10-90 phút.
Độ giảm COD (αCOD (%)) ở các pH khác nhau, H2O2 20
mmol/l, nồng độ ozon cung cấp ở đầu vào 150 mg/h,
COD ban đầu 1100 mgO2/l, nhiệt độ phòng, thời gian
phản ứng 0-90 phút.
Độ chuyển hóa lignin và tanin (αlignin và tanin (%)) ở các
pH khác nhau, H2O2 20 mmol/l, nồng độ ozon cung cấp
ở đầu vào 150 mg/h, lignin và tanin ban đầu 315 mg/l,

nhiệt độ phòng, thời gian phản ứng 10-90 phút.
Chỉ số BOD5 và tỉ lệ BOD5/COD của nước rò rỉ sau khi
oxy hóa bằng tác nhân Fenton (pH 3,7, H2O2 210 mg/l,
Fe2+ 180 mg/l, thời gian phản ứng 30 phút), bằng ozon
(pH 9, công suất cung cấp ozon 150 mg/h, thời gian
phản ứng 90 phút) và bằng O3/H2O2 (pH 9, công suất
cung cấp ozon 150 mg/h, H2O2 20 mmol/lít, thời gian
phản öùng 90 phuùt)

10

79

80

84

85

86


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

DANH SÁCH HÌNH
Trang

Số lượng các nghiên cứu với các tác nhân oxy hóa khác
nhau từ 1980 đến 2000
Hình 2.1 Sơ đồ cân bằng nước được dùng để đánh giá sự tạo

thành nước rò rỉ trong BCL
Hình 2.2 Biến thiên nồng độ COD của nước rò rỉ từ BCL Phước
Hiệp theo thời gian, bắt đầu theo dõi từ ngày 4/3/2003
đến 12/1/04
Hình 4.1 Sự phụ thuộc của cường độ vạch phổ vào nồng độ theo
định luật Lambert Beer.
Hình 4.2 Đường chuẩn lignin
Hình 5.1 Mô hình xử lý amoniac bằng sục khí
Hình 5.2 Mô hình xử lý amoniac bằng kết tủa
Hình 5.3 Mô hình hiếu khí
Hình 5.4 Mô hình oxy hóa bằng tác nhân Fenton
Hình 5.5 Mô hình ozon
Hình 6.1 Quy trình 1
Hình 6.2 Quy trình 2
Hình 6.3 Sự phụ thuộc của COD vào pH
Hình 6.4 Độ giảm N-NH3 theo thời gian sục khí
Hình 6.5 Độ giảm N-NH3 theo tốc độ và thời gian sục khí
+
Hình 6.6 Hiệu quả xử lý N-NH3 bằng kết tủa với các tỉ lệ NH4 :
MgO: H3PO4 = 1:1:1; 1:1,25:1,25; 1:1,5:1,5
Hình 6.7 Nồng độ trung bình của COD trước và sau xử lý sinh
học hiếu khí
Hình 6.8 Nồng độ trung bình của N-NH3 và nitơ tổng trước và sau
xử lý sinh học hiếu khí
Hình 6.9 Độ giảm COD theo thời gian khi oxy hóa bằng tác nhân
F Fenton
Hình 6.10 Nồng độ COD trước và sau oxy hóa bằng tác nhân
Fenton
Hình 6.11 Độ chuyển hóa lignin và tanin theo thời gian khi oxy
hóa bằng tác nhân Fenton

Hình 1.1

11

14
35
39

52
52
55
56
57
58
59
62
63
65
67
69
72
73
73
75
76
76


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

Hình 6.12 Nồng độ nitơ tổng trước và sau oxy hóa bằng tác nhân
Fenton
Hình 6.13 Độ giảm COD theo pH và thời gian phản ứng khác nhau
khi oxy hóa bằng ozon
Hình 6.14 Độ chuyển hóa lignin và tanin ở pH khác nhau theo thời
gian khi oxy hóa bằng ozon
Hình 6.15 Nồng độ nitơ tổng trước và sau oxy hóa bằng ozon
Hình 6.16 Độ giảm COD theo pH và thời gian phản ứng khác nhau
khi oxy hóa bằng O3/H2O2
Hình 6.17 Độ chuyển hóa lignin và tanin theo pH và thời gian
phản ứng khác nhau khi oxy hóa bằng O3/H2O2

12

77
79
81
82
84
85


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

TỔNG QUAN


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

CHƯƠNG 1

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1.1

PHƯƠNG PHÁP CƠ LÝ
Trong công nghệ xử lý nước thải, phương pháp cơ lý thường được áp

dụng như song chắn rác, lắng, lọc, khuấy trộn và tuyển nổi tùy theo các chức
năng khác nhau:
- Song chắn rác để loại rác và các chất rắn có kích thước lớn nhằm hạn chế
gây nghẹt bơm, hư bơm trong các công đoạn tiếp theo sau.
- Lắng để loại cặn lơ lửng.
- Tuyển nổi để loại dầu mỡ.
- Khuấy để trộn đều cơ chất.
- Lọc thường được áp dụng trong công đoạn xử lý sau cùng với yêu cầu
nước thải sau xử lý có chất lượng cao. Tuy nhiên, phương pháp này thường
bộc lộ nhược điểm do gây tắc lọc mà nhất là với nước thải có hàm lượng
chất rắn lơ lửng cao.
1.2.

PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Trong lónh vực môi trường, phương pháp xử lý sinh học được áp dụng

phổ biến nhất vì ít tốn kém chi phí vận hành do không sử dụng hóa chất, nếu
có sử dụng hóa chất thì chỉ là phần rất nhỏ như dinh dưỡng bổ sung cho vi
sinh vật sống và phát triển. Tuy nhiên phương pháp xử lý sinh học chỉ được
áp dụng cho phân hủy các hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học,
điều này dựa vào tỉ lệ BOD5/COD có trong nước thải thường lớn hơn 0,5.
Nguyên tắc của quá trình là sử dụng vi sinh vật dưới dạng vi sinh tự nhiên từ

17


Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

bùn bể tử hoại hay vi sinh được nuôi cấy thích hợp cho loại nước thải. Phương
pháp xử lý sinh học chủ yếu gồm có xử lý sinh học kỵ khí, hiếu khí hay hồ
sinh học (kỵ khí, hiếu khí hay hiếu khí tùy tiện). Ba phương pháp này đều có
ưu và nhược điểm riêng như sau:
1.2.1 Phương pháp kỵ khí
Xử lý nước thải bằng sinh học kỵ khí, vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ
trong điều kiện kỵ khí để tạo thành CH4, H2O, H2 và H2S. Ưu điểm của
phương pháp này là chi phí đầu tư ban đầu thấp, ít tiêu tốn năng lượng trong
quá trình vận hành hơn phương pháp hiếu khí, chịu được tải trọng chất hữu cơ
cao hơn hiếu khí và hồ sinh học, hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao, bùn vi sinh
trong bể kỵ khí có thể tồn tại và phục hồi hoạt tính nếu hệ thống xử lý nước
thải ngưng hoạt động một thời gian. Không tốn kém chi phí xử lý bùn thải vì
lượng bùn sinh ra không nhiều.
1.2.2 Phương pháp hiếu khí
Xử lý nước thải theo phương pháp hiếu khí bằng bùn hoạt tính lơ lửng,
vi sinh dính bám trên chất mang,… Trong quá trình xử lý này vi sinh vật phân
hủy chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí để tạo thành CO2 và H2O,… Ưu điểm
của quá trình là vận hành đơn giản, hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao, nhưng
chịu được tải trọng chất hữu cơ thấp hơn bể kỵ khí do vậy nó thường được đặt
sau bể kỵ khí nếu hệ thống xử lý bao gồm cả hai công trình đơn vị này. Bênh
cạnh đó, tốn kém năng lượng cho máy sục khí trong quá trình vận hành và
tốn kém chi phí cho xử lý bùn thải phát sinh.

18

Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

1.2.3 Phương pháp hồ sinh học
Xử lý nước thải bằng hồ sinh học, chịu được tải trọng chất hữu cơ thấp
hơn bể hiếu khí. Do vậy, sau khi qua các công trình xử lý sinh học cao tải bể
kỵ khí và hiếu khí, nước thải tiếp tục được xử lý trong hệ thống hồ sinh học
với sự tham gia của các loại thực vật nước, như lục bình, tảo,... Trong hồ sinh
học, các quá trình lý học (pha loãng, lắng,...), quá trình hóa học (kết tủa, hấp
thụ,...) và đặc biệt là các quá trình sinh học tự nhiên tiếp diễn nhằm giảm
COD và nitơ. Xử lý bằng hồ sinh học đòi hỏi phải có diện tích đất lớn nên
phụ thuộc rất nhiều vào giá trị của đất tại địa phương, đặc biệt là nơi mà quỹ
tính dụng đất thuộc loại khan hiếm thì chi phí xây dựng ban đầu trở nên rất
cao.
1.3 PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC
Phương pháp hóa học là phương pháp sử dụng hóa chất trong quá trình
xử lý để loại bỏ chất ô nhiễm bằng chuyển hóa các hợp chất hóa học từ dạng
này sang dạng khác hay nói đúng hơn là từ hợp chất độc hại gây ô nhiễm môi
trường sang dạng các hợp chất không độc hại với môi trường. Các phương
pháp xử lý hóa học thường được áp dụng nhiều nhất bao gồm kết tủa, hấp
phụ, khử trùng trên nguyên tắc oxy hóa bởi chlorin, ozon,…, oxy hóa bằng
oxy không khí trong môi trường nước và oxy hóa bởi có mặt của chất xúc tác.
Nói chung tùy thuộc vào mục đích xử lý mà áp dụng phương pháp thích hợp.
Trên nguyên tắc cũng là phương pháp oxy hóa nhưng quá trình khử
trùng bằng clorin hay ozon chỉ được sử dụng để khử trùng vi sinh có trong
nước thải sau xử lý, còn các quá trình oxy hóa khác nhằm để phân hủy hoàn
toàn chất hữu cơ hay cắt mạch các hợp chất hữu cơ khó phân hủy thành dễ
19

Nghiên cứu một số phương pháp oxy hóa để xử lý chất ô nhiễm trong nước rò rỉ cũ từ BCL CTR đô thị

phân hủy để áp dụng cho xử lý sinh học tiếp theo sau. Để nâng cao khả năng
oxy hóa, các nhà nghiên cứu đã sử dụng thêm các chất xúc tác hay hóa chất
song song với tác nhân oxy hóa và được gọi là phương pháp oxy hóa nâng
cao.
1.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MỚI TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI –
PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA VÀ OXY HÓA NÂNG CAO VỚI XÚC
TÁC
1.4.1 Oxy hóa bằng tác nhân ozon (O3)
Ozon có thể tan trong nhiều hợp chất tạo thành những dung dịch bền
hoặc rất bền. Dưới những điều kiện nhất định trong dung dịch nước ozon tan
nhiều hơn oxy 14 lần và tạo thành dung dịch siêu bền. Khi nhiệt độ giảm, áp
suất tăng làm tăng độ hòa tan của ozon vào nước. Độ hòa tan của ozon trong
nước theo nhiệt độ được trình bày trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1 Độ hòa tan ozon trong nước theo nhiệt độ
Nhiệt độ (oC)

Độ hòa tan (kg/m3)

0

1,09

10

0,78

20

0,57

30

0,40

40

0,27

50

0,19

60

0,14

Nguồn: EPA, 2001.

20