Khóa luận Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (aops ) thông dụng trong xử lý nước thải ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ QUÁ TRÌNH OXY HÓA BẬC CAO (AOPS ) THÔNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT NAM GVHD : ThS. VÕ HỒNG THI SVTH : LÊ HOÀNG TOẠI TP.HCM, THÁNG 07 NĂM 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC KTCN TPHCM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học Ngành: Kỹ thuật môi trường Họ và tên: Lê Hoàng Toại MSSV: 207108039 Lớp: 07 CMT 1. Đầu đề đồ án tốt nghiệp: “Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng trong xử lý nước thải ở Việt Nam” 2. Nhiệm vụ : - Tổng quan về một số các quá trình oxy hóa bậc cao thông dụng trong xử lý nước thải ở Việt Nam. - Trình bày một số áp dụng của các quá trình oxy hóa bậc cao trong xử lý nước thải ở Việt Nam. 3. Ngày giao đồ án tốt nghiệp: 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 5. Họ tên người hướng dẫn Phần hướng dẫn 1/ Th.S Võ Hồng Thi Nội dung và yêu cầu KLTN đã được thông qua Bộ môn. Ngày tháng năm 2010 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ):.............................................. Đơn vị:............................................................................ Ngày bảo vệ:................................................................... Điểm tổng kết: ................................................................ Nơi lưu trữ Khóa luận tốt nghiệp:.................................... LỜI CẢM ƠN ! Lời đầu tiên của khóa luận tốt nghiệp này em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô lời cảm ơn chân thành nhất! Trong suốt thời gian học tập tại trường dưới sự dìu dắt tận tình cuả các thầy cô khoa môi trường và công nghệ kĩ thuật cùng các thầy cô của các khoa khác cuả trường đại học kĩ thuật công nghệ TPHCM đã truyền dạy cho em những kiến thức những kinh nghiệm quý báo trong chuyên môn cũng như trong nhiều lĩnh vực khác . Sự tận tụy, say mê, lòng nhân ái nhiệt thành của thầy cô là động lực giúp em cố gắng trao dồi thêm kiến thức và vược qua khó khăn trong học tập. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Võ Hồng Thi đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành tốt luân văn tốt nghiệp này. Sau cùng em cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện thuận lợi và là chỗ dựa cho em trong suốt những năm dài học tập . Đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn tất cả bạn bè đã gắn bó cùng nhau học tập và giúp đỡ nhau trong suốt thời gian qua , cũng như trong suốt quá trình thực hiện đề luận văn này . Em xin chân thành cảm ơn! TPHCM, ngày .... tháng .... năm 2010 Sinh viên Lê Hoàng Toại DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - AOPs : các quá trình oxy hóa bậc cao(Advanced Oxidation Process) - ANPO: quá trình oxy hóa nâng cao không nhôø taùc nhaân aùnh saùng (Advanced Non –Photochemical Oxidation Process ) - APO: caùc quaù trình oxi hoùa naâng cao nhôø caùc taùc nhaân aùnh saùng( Advanced Photochemical Oxidation Procass ) - BOD: nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) - COD: nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) - 2,4 – D: 2,4 – Diclophenoxyaxetic axit - 2,4,5 – T: 2,4,5 – Triclophenoxyaxetic axit - BTEX: benzene, Toluen, Etylbenzen, xylem - TOC: Tổng lượng cacbon hữu cơ (Total Organic Carbon) DANH MỤC CÁC BẢNG - Bảng III.1 Quy định chất lượng nước mặt theo QCVN 08:2008/ BTNM - Baûng III.2 Phân loại các quá trình oxy hóa bậc cao (US EPA,1998,US EPA,2001) - Bảng III.3. Hieäu suaát löôïng töû quaù trình taïo goác Hydroxyl *OH do bức xaï UV/khaû kieán cuûa dung dòch FeIII - Bảng III.4. Kết quả thí nghiệm độc học phản ứng DANH MỤC CÁC HÌNH - Hình III.1. Sơ đồ các phản ứng xảy ra trong quá trình quang Fenton - Hình III.2. Sơ đồ xử lý chung cho quá trình Fenton - Hình III.3 Mô hình hệ thống oxy hóa ô nhiễm hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm bằng ozon và ozon/H2O2 MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ QUÁ TRÌNH OXY HÓA BẬC CAO (AOPs) THÔNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẠI VIỆT NAM CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU ....................................................................................... 1 1.1.Lý do hình thành đề tài.................................................................................... 1 1.2.Mục tiêu nghiên cứu........................................................................................ 2 1.3.Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 2 1.4 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 2 1.5 Giới hạn của đề tài .......................................................................................... 2 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI .............................................................................. 3 2.1. Tổng quan về nước thải ............................................................................... 3 2.1.1. Nguồn gốc và phân loại nước thải................................................................ 3 2.1.1.1. Nguồn gốc ................................................................................................ 3 2.1.1.2. Phân loại................................................................................................... 3 2.1.2 .Thành phần và đặc tính của nước thải.......................................................... 4 2.1.3. Các chỉ tiêu cơ bản về chất lượng nước thải................................................. 4 2.1.3.1.Các chỉ tiêu vật lý...................................................................................... 4 2.1.3.2.Các chỉ tiêu hóa học – sinh học ................................................................ 5 2.1.3.3.Các chỉ tiêu vi sinh vật............................................................................... 6 2.2 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải .............................................. 7 2.2.1. Phương pháp xử lí cơ học ............................................................................ 7 2.2.2 Phương pháp xử lí hóa – lý........................................................................... 8 2.2.3Phương pháp sinh học ................................................................................... 9 2.2.4 Phương pháp xử lý hóa học .......................................................................... 9 2.3 Vai trò của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp oxy hóa bậc cao .............................................................................................................. 11 CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA BẬC CAO (AOPs).............................................................. 12 3.1.Sự cần thiết của các công nghệ cao ............................................................... 12 3.2.Nguyên tắc chung của quá trình .................................................................... 15 3.3.Phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao ..................................................... 16 3.4.Quá trình Fenton và quang Fenton................................................................. 17 3.4.1.Quá trình Fenton và quang Fenton.............................................................. 17 3.4.1.1 Giới thiệu chung về quá trình Fenton....................................................... 17 3.4.1.2 Cơ chế của quá trình Fenton .................................................................... 19 3.4.2 Qúa trình quang Fenton .............................................................................. 22 3.4.2.1 Giới thiệu chung về quá trình quang Fenton ............................................ 22 3.4.2.2 Cơ chế của quá trình quang Fenton.......................................................... 23 3.4.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton và quang Fenton ..................... 24 3.4.4. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý một số loại nước thải tại Việt Nam ... 3.4.4.1. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm.................. 27 3.4.4.2. Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp ......... 29 3.4.4.3. Ứng quá trình Fenton vào xử lý nước thải thuốc trừ sâu.......................... 31 3.4.4.4. Ứng dụng phản ứng Fenton trong xử lý nước thải kênh rạch .................. 31 3.5.Các quá trình dựa trên khả năng oxy hóa của O3 ........................................... 31 3.5.1.Quá trình Ozon hóa ................................................................................... 31 3.5.1.1.Giới thiệu chung về quá trình ozon hóa ................................................... 31 3.5.1.2.Cơ chế quá trình ozon hóa ....................................................................... 32 3.5.2.Qúa trình Peroxon ..................................................................................... 33 3.5.2.1.Giới thiệu chung về quá trình................................................................... 33 3.5.2.2.Cơ chế của quá trình ............................................................................... 33 3.5.2.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Ozon hóa và Peroxon ...................... 34 3.5.3.Ứng dụng quá trình oxy hóa bằng Ozon và Peroxon trong xử lý một số loại nước thải tại Việt Nam...................................................................... 35 3.5.3.1. Xử lý chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải nhuộm ................................. 35 3.5.3.2. Nghiên cứu phân hủy thuốc diệt cỏ 2,4 – D và 2,4,5 - T bằng ozon ........ 37 3.5.3.3. Nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải chế biến gỗ ............................. 39 3.6.Một số vấn đề cần lưu ý khi vận hành hệ thống xử lý nước thải .................. bằng phương pháp AOPs..................................................................................... 40 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT...................................................... 42 4.1. Kết luận................................................................................................... 42 4.2. Kiến nghị ................................................................................................ 42 Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng trong xử lý nước thải ở Việt Nam GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại 1 Chương I MỞ ĐẦU 1.1.Lý do chọn đề tài Môi trường và các vấn đề môi trường là đề tài được hầu hết các nước trên thế giới đều quan tâm bởi vì môi trường và con người có mối quan hệ tác động qua lại chặt chẽ với nhau. Môi trường ảnh hưởng và chi phối một cách trực tiếp đến đời sống con người và ngược lại con người cũng tác động không nhỏ đến môi trường. Trong những năm gần đây, vấn đề môi trường lại càng được quan tâm sâu sắc bởi những ảnh hưởng của nó đến đời sống con người ngày càng chuyển biến theo chiều hướng xấu đi mà một trong những nguyên nhân chính là do các hoạt động của con người. Nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Vấn đề ô nhiễm môi trường do sản xuất công nghiệp, nông nghiệp đang ở mức báo động. Đa số các nhà máy, xí nghiệp có công nghệ sản xuất trang thết bị lạc hậu, không đồng đều dẫn đến sự lãng phí năng lượng và nguyên vật liệu, đồng thời thải ra nhiều phế liệu gây ô nhiễm đất, nước, không khí gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Đặc biệt nhất là các loại nước thải chứa các chất ô nhiễm nguy hiểm, độc hại, rất bền vững, khó bị phân hủy trong môi trường theo thời gian. Việc xử lý các chất ô nhiễm này đang là một vấn đề nan giải. Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống như: phương pháp cơ học, phương pháp sinh học, phương hóa lý,… đều không xử lý được hoặc xử lý không triệt để các chất ô nhiễm này. Do đó sự tồn đọng của chúng trong môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và động vật kể cả khi chúng chỉ hiện diện với hàm lượng nhỏ. Để có thể giải quyết triệt để các chất thải khó phân hủy mà các phương pháp xử lý truyền thống không áp dụng được, phương pháp oxy hóa bậc cao đã chứng tỏ hiệu quả và ưu điểm của nó. Tuy nhiên, các tài liệu tổng quan hay báo cáo khoa học về phương pháp này hiện vẫn còn rất ít ỏi ở Việt Nam, hoặc chưa được chọn lọc và sắp xếp có hệ thống. Do vậy, đề tài “ Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOPs) trong xử lý nước thải Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng trong xử lý nước thải ở Việt Nam GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại 2 tại Việt Nam” đã ra đời với mong muốn bổ sung và hoàn chỉnh hơn cơ sở lý thuyết có liên quan về một số phương pháp oxy hóa bậc cao hiện đang được áp dụng rộng rãi để xử lý nước thải ở Việt Nam. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng, bổ sung, biên hội, sắp xếp, lựa chọn tài liệu làm cơ sở lý thuyết cho xử lý nước thải bằng các phương pháp oxy hóa bậc cao thường được áp dụng tại Việt Nam. 1.3. Nội dung nghiên cứu Hiện nay, ở Việt Nam, không ít loại nước thải như nước rỉ rác, nước thải dệt nhuộm, nước thải mực in,... đều đòi hỏi giai đoạn xử lý bằng phương pháp oxy hóa bậc cao trong toàn bộ hệ thống xử lý nhằm đáp ứng các tính chất về nước thải sau sử lý ngày càng khắc khe hơn. 1.4.Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập tài liệu thông qua sách, internet, các bài báo cáo khoa học. Phương pháp tổng hợp, chọn lọc và sắp xếp các tài liệu thu thâp được. 1.5. Giới hạn của đề tài Đề tài chỉ giới hạn ở cơ sở lý thuyết và một số nghiên cứu đã có về một số quá trình oxy hóa bậc cao thường được áp dụng ở Việt Nam hiện nay. Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng trong xử lý nước thải ở Việt Nam GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại 3 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ NƯỚC THẢI 2.1. Tổng quan về nước thải 2.1.1. Nguồn gốc và phân loại nước thải 2.1.1.1. Nguồn gốc Nước thải có nguồn gốc từ nước cấp nước thiêng nhiên sau khi phục vụ đời sống con người như ăn uống, tắm giặc, vệ sinh, giải trí, sản xuất hàng hóa, chăn nuôi... và nước mưa bị nhiễm bẩn các chất hữu cơ, vô cơ thải ra các hệ thống thu gom và các nguồn tiếp nhận. 2.1.1.2 Phân loại Có thể phân loại nước thải chung nhất là: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước mưa chảy tràn a) Nước thải sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt là nước thải từ các khu dân cư, vùng thương mại, khu vui chơi giải trí gồm nước rửa, vệ sinh, giặc giũ... cũng như nước thải từ trường học, công sở, bệnh viện, trung tâm y tế. Đặc điểm cơ bản nhất của nước thải sinh hoạt là trong đó có hàm lượng cao các chất hữu cơ dễ phân hủy (như hrdrat cacbon, protein, chất béo dầu mỡ ) các khoáng chất dinh dưỡng (photphat, nitơ... ) các chất rắn huyền phù và đặc biệt là vi sinh vật. b)Nước thải công nghiệp: Nước thải công nghiệp là nước thải từ các nhà máy công nghiệp như nhà máy luyện kim, hóa chất, hóa dầu, dệt nhuộm, chế biến thủy sản... đang hoạt động có cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu. Trong các xí nghiệp công nghiệp còn có các loại nước thải qui ước sạch. Đó là nước làm nguội thiết bị, nhất là ở các nhà máy nhiệt điện. Tuy không bẩn nhưng sau khi sử dụng có thể có nhiệt độ cao, kéo theo gỉ sắt ở các thiết bị trao đổi nhiệt, đường ống hoặc do ngẫu nhiên sự cố, làm cho nước bị nhiễm bẩn. Nước thải loại này làm cho nguồn nước tăng nhiệt độ nghèo oxy hòa tan hoặc có thể làm chết các sinh vật nước. Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng trong xử lý nước thải ở Việt Nam GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại 4 c)Nước thải là nước mưa Nước mưa được xem là nước thải tự nhiên. Nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều cách khác nhau qua các khớp lớp, các ống có khuyết tật hoặc thành của các hố ga. 2.1.2. Thành phần và đặc tính của nước thải Các chất chứa trong nước thải bao gồm: các chất hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật. Các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm 50-60% tổng các chất gồm các chất hữu cơ thực vật: cặn bã thực vật, rau, hoa quả, giấy... và các chất hữu cơ động vật: chất thải bài tiết của người và động vật, xác động vật. Các chất vô cơ trong nước thải chiếm 40 – 42% gồm chủ yếu: cát, đất sét, các axit, bazơ vô cơ, dầu khoáng. Trong nước thải còn có nhiều dạng vi sinh vật: vi khuẩn, virut, nấm, rong tảo, trứng giun sán... Trong số vi sinh vật có thể có cả vi trung gây bệnh: lỵ, thương hàn... có khả năng gây nên thành dịch bệnh. 2.1.3. Các chỉ tiêu cơ bản về chất lượng nước thải 2.1.3.1. Các chỉ tiêu vật lý a) Nhiệt độ: phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời tiết và bản chất nước thải, nhiệt độ nước thải thường cao hơn so với nguồn nước thải ban đầu. b) Mùi: Nước có mùi do các nguyên nhân: chất hữu cơ từ cống rãnh, khu dân cư, xí nghiệp chế biến thực phẩm, công nghệ hóa chất....Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là hydrosunfua (H2S – mùi trứng thối). Các hợp chất khác chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và mereaptan được tạo thành dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S. Mặc dù tương đối vô hại (khi hàm lượng nhỏ) như có thể gây cảm giác khó chịu buồn nôn. Khi độ nhiễm bẩn chất hữu cơ không quá lớn, quá trình phân hủy thiếu khí xảy ra chủ yếu và mạnh (nước đầy đủ oxi) thì cường độ mùi thấp. c) Màu: Nước tự nhiên có thể có màu do các chất hữu cơ trong cây cỏ bị phân hủy, nước có sắt và mangan dạng keo hoặc dạng hòa tan, nước có chất thải công nghiệp (crom, tannin,lingin...). Độ màu càng lớn thì mức độ ô nhiễm càng cao. Màu không Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng trong xử lý nước thải ở Việt Nam GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại 5 chỉ làm giảm giá trị cảnh quan của nước, nó còn cho biết mức độ ô nhiễm, mức độ độc hại của nước. d) Độ đục: độ đục của nước thải là do các hạt lơ lửng, các chất hưu cơ phân hủy hoặc do các thủy sinh gây nên. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh hưởng khả năng quang hợp của các vi sinh vật tự dưỡng trong nước, giảm thẩm mỹ và giảm chất lượng của nước sử dụng. e)Tổng hàm lượng chất rắn (TS): được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại sau khi cho bay hơi 1 lít mẫu nước trên bếp cách thủy ở (100-105oC) cho đến khi trọng lượng không đổi. Đơn vị tính bằng mg/l (hoặc g/l) f) Chất rắn lơ lửng dạng huyền phù (SS): hàm lượng các chất rắn huyền phù là trọng lượng khô cùa chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh, khi lọc 1 lít mẫu nước rồi sấy khô ở (100-105oC) cho tới khi trọng lượng không đổi. Đơn vị tính bằng mg/l (hoặc g/l) g) Chất rắn hòa tan (TDS): là hiệu số tổng chất rắn huyền phù. TDS=TS-SS. Đơn vị mg/l (hoặc g/l) 2.1.3.2.Các chỉ tiêu hóa học / sinh hóa a) Nhu cầu oxy sinh hóa – BOD Là một trong những thông số cơ bản cơ bản đặc trưng cho mức độ ô nhiễm nước thải bởi các chất hữu cơ có thể bị oxy hóa sinh hóa ( các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học ) Nhu cầu oxi sinh hóa là chỉ tiêu rất quan trọng để chỉ mức độ nhiễm bẩn của nước thải bằng các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học . b)Nhu cầu oxy hóa học – COD Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ các chất hữu cơ có trong nước thải kể cả các chất hữu cơ không bị phân hủy sinh học. Chỉ tiêu BOD5 không đủ để phản ánh khả năng oxi hóa các chất hữu cơ khó bị oxi hóa trong nước thải, nhất là nước thải công nghiệp. Vì vậy, cần xác định nhu cầu oxi hóa học (COD mg/l) để oxi hóa hoàn toàn các chất bẩn có trong nước thải. c)Oxy hòa tan – DO Tổng quan về một số quá trình oxy hóa bậc cao (AOPS) thông dụng trong xử lý nước thải ở Việt Nam GVHD: Th.S Võ Hồng Thi SVTH: Lê Hoàng Toại 6 Oxy thường có độ hòa tan thấp và phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, nồng độ muối có trong nước thải.... Trong quá trình xử lý, các vi sinh vật tiêu thụ oxi hòa tan để oxi hoá các sinh hóa, đồng hóa các chất dinh dưỡng và chất nền (BOD,N,P) cần thiết cho sự sống, s