Tài liệu Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải giấy bằng phương pháp fenton truyền thống và cải tiến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG & CNSH ------------o0o----------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CÁC CHẤT HỮU CƠ KHÓ PHÂN HỦY TRONG NƯỚC THẢI GIẤY BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON TRUYỀN THỐNG VÀ FENTON CẢI TIẾN Ngành : MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn : Th.S VŨ HẢI YẾN Sinh viên thực hiện MSSV: 0851080027 : NGUYỄN MINH HOÀNG Lớp: 08DMT01 TP. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG & CNSH ------------o0o----------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CÁC CHẤT HỮU CƠ KHÓ PHÂN HỦY TRONG NƯỚC THẢI GIẤY BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON TRUYỀN THỐNG VÀ FENTON CẢI TIẾN Ngành : MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn : Th.S VŨ HẢI YẾN Sinh viên thực hiện MSSV: 0851080027 : NGUYỄN MINH HOÀNG Lớp: 08DMT01 TP. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2012 BM05/QT04/ĐT Khoa: Môi trường & CNSH PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Phiếu này được dán ở trang đầu tiên của quyển báo cáo ĐATN) 1. Họ và tên sinh viên được giao đề tài: NGUYỄN MINH HOÀNG MSSV : 0851080027 Lớp: 08DMT01 Ngành : Môi Trường Chuyên ngành : Kỹ Thuật Môi Trường 2. Tên đề tài : Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải Giấy bằng phương pháp Fenton truyền thống và Fenton cải tiến 3. Các dữ liệu ban đầu : - Báo cáo nghiên cứu xử lý nước thải giấy. - Phương pháp nghiên cứu quá trình Fenton - Các bài báo và tạp chí về oxy hóa nâng cáo AOPs. 4. Các yêu cầu chủ yếu : - Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu quá trình oxy hóa bậc cao. - Xác định điều kiện tối ưu xử lý nước thải giấy theo phương pháp Fenton truyền thống và cải tiến. 5. Kết quả: - Thành lập được báo cáo nghiên cứu. - Thành lập được quy trình tối ưu trong việc xử lý nước thải giấy. Ngày giao đề tài: 02/ 05 / 2012 Chủ nhiệm ngành (Ký và ghi rõ họ tên) Ngày nộp báo cáo: 21/ 07 / 2012 TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) Giảng viên hướng dẫn phụ (Ký và ghi rõ họ tên) BM05/QT04/ĐT LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Sau hơn 2 tháng làm đồ án tốt nghiệp, hiện nay em đã hoàn thành mà giáo viên hướng dẫnhiện giao. xinhoàn cam Sauđề hơntài 2 tháng làm đồ án tốt nghiệp, nayEm em đã bộđoan đồ án tốt nghiệp này do em tự thực hiện, không sao chép dưới bất kỳ hình thức nào, các số liệu trích dẫn và các kết quả nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp là trung thực, và chính xác. Nếu có bất kỳ Sinh viên thực hiệnnhà sự gian lận nào thì em sẽ chịu toàn bộ trách nhiệm trước trường về lời cam đoan của mình. Nguyễn Minh Hoàng Sinh viên thực hiện Nguyễn Minh Hoàng BM05/QT04/ĐT LỜI CẢM ƠN Trong suốt quãng thời gian học tập tại trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ, dưới sự dẫn dắt của quý thầy cô trong Khoa Môi Trường - Công Nghệ Sinh Học và các Khoa khác đã truyền đạt và bồi dưỡng cho em những kiến thức, phương pháp học tập và nghiên cứu chuyên môn cũng như trong những lĩnh vực khác. Chính sự tận tụy và lòng nhiệt huyết của quý thầy cô, là nguồn động lực giúp em cố gắng trau dồi thêm kiến thức và vượt qua những khó khăn trong học tập. Đặc biệt, hơn 2 tháng vừa qua em được sự cho phép của Khoa Môi Trường - Công Nghệ Sinh Học cho em nghiên cứu tại Phòng Thí Nghiệm của Trường, nay em học hỏi và đúc kết nhiều kinh nghiệm nghiên cứu trong Phòng Thí Nghiệm và em đã hoàn thành Đồ án cách tốt đẹp. Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc của mình tới quý thầy cô trong Khoa Môi Trường - Công Nghệ Sinh Học và các Khoa khác đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức và tạo mọi điều kiện tốt nhất để giúp em hoàn thành khoá học. Em xin kính gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Vũ Hải Yến, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp này. Thay cho lời kết em xin cảm ơn gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về vật chất lẫn tinh thần trong suốt những năm học tập. Đồng thời xin cảm ơn tất cả những bạn bè đã gắn bó cùng nhau học tập và giúp đỡ trong thời gian qua, cũng như trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp này. Xin chân thành cám ơn ! Tp.HCM Ngày 21 tháng 07 năm 2012 Sinh viên thực hiện Nguyễn Minh Hoàng MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................. Error! Bookmark not defined. 1 Lý do chọn đề tài ............................................................ Error! Bookmark not defined. 2 Mục đích nghiên cứu ...........................................................................................................2 3 Nội dung nghiên cứu............................................................................................................3 4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................................3 5 Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................................4 6 Ý nghĩa của đề tài.................................................................................................................5 7 Cấu trúc đề tài .......................................................................................................................5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC QUÁ TRÌNH OXY HÓA BẬC CAO ...................6 1.1 Các phương pháp oxi hoá tiên tiến (AOPs) ...................................................................6 1.1.1 Giới thiệu chung .........................................................................................................6 1.1.2 Những ưu việt của sự phân huỷ oxi hoá bằng gốc tự do hydroxyl *OH ..........7 1.1.2.1 Những hạn chế của quá trình oxi hoá hoá học bằng các tác nhân oxi hoá thông thường..................................................................................................................7 1.1.2.2 Những ưu điểm của sự phân huỷ oxi hoá bằng gốc tự do hydroxyl *OH ...............................................................................................8 1.1.3 Các quá trình tạo ra gốc *OH ........................... Error! Bookmark not defined. 1.1.4 Phân loại các quá trình oxi hoá nâng cao ............................................................14 1.1.5 Tình hình nghiên cứu, áp dụng quá trình oxi hóa nâng cao hiện nay .............. 15 1.2 Cơ sở lý thuyết quá trình Fenton ...................................................................................17 1.2.1 ...........................................................................................17 1.2.2 Quá trình Fenton dị thể ...........................................................................................20 1.2.3 Quá trình quang Fenton ...................................... Error! Bookmark not defined. 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton ........................................................24 1.2.5 Những ưu điểm của quá trình Fenton ....................................................................26 1.2.6 Ứng dụng của phương pháp Fenton ......................................................................27 CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH FENTON TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ....................................................................................................28 2.1 ..............................................................................................28 2.1.1 Ứng dụng của Fenton trong xử lý màu nước thải Giấy....................................28 2.1.2 Ứng dụng Fenton trong quá trình xử lý nước rác của bãi chôn lấp ...............32 2.2 ................................. 38 ....................................39 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH FENTON ................... 41 3.1 Nguyên vật liệu nghiên cứu ............................................................................................41 3.1.1 Nước thải Giấy ..........................................................................................................41 3.1.2 Dụng cụ và hóa chất ................................................................................................42 3.2 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................43 3.2.1 Mô hình nghiên cứu..................................................................................................43 3.2.2 Phương pháp thực nghiệm ......................................................................................43 3.2.2.1 Các giai đoạn tiến hành thí nghiệm ...........................................................43 3.2.2.2 Quy trình thí nghiệm ....................................................................................44 3.2.3 Tiến hành thí nghiệm chi tiết...................................................................................46 3.2.3.1 Thí nghiệm với quá trình Fenton truyền thống.........................................46 3.2.3.2 Tiến hành thí nghiệm với quá trình Fenton cải tiến ...............................49 3.3 Phương pháp phân tích trong quá trình thực nghiệm...................................................52 3.4 Phương pháp thực hiện và xử lý số liệu ........................................................................52 3.5 Thời gian và địa điểm nghiên cứu thực nghiệm ...........................................................52 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...........................................................................53 4.1 Kết quả xử lý nước thải Giấy bằng quá trình Fenton truyền thống ................................53 4.1.1 Thí nghiệm 1: Xác định nồng độ H 2 O 2 và thời gian khuấy trộn tối ưu ................53 4.1.2 Thí nghiệm 2: Xác định tỉ lệ H 2 O 2 /Fe2+ ...................................................................57 4.1.3 Thí nghiệm 3: Xác định pH tối ưu..............................................................................59 4.1.4 Kết luận chung về các điều kiện phù hợp khi áp dụng quá trình Fenton truyền thống để xử lý nước nước thải Giấy An Hưng .........................................................................61 4.2 Kết quả xử lý nước thải Giấy bằng quá trình Fenton cải tiến .........................................62 4.2.1 Thí nghiệm 4: Thí nghiệm với quang Fenton ..........................................................62 4.2.2 Thí nghiệm 5: Thí nghiệm với phương pháp Fenton 2 bậc xúc tác ......................66 4.2.3 Thí nghiệm 6: Thí nghiệm với phương pháp Fenton 2 bậc nối tiếp .....................69 4.3 Kết luận chung về quá trình Fenton cải biên xử lý nước thải Giấy An Hưng...............71 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................72 5.1 KẾT LUẬN ..........................................................................................................................72 5.2 KIẾN NGHỊ..........................................................................................................................73 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cơ chế phản ứng Fenton theo đề nghị của Kremer (1999) ......................................19 Hình 1.2 Sơ đồ các phản ứng xảy ra trong quá trình quang Fenton ........................................23 Hình 1.3 Đồ thị ảnh hưởng của PH đến sự phân huỷ benzen trong hệ thống fenton ............24 Hình 2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng sắt (II) sunfat đến hiệu suất xử lý màu ........................29 Hình 2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng H 2 O 2 đến hiệu suất xử lý màu ....................................29 Hình 2.3 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu ...............................................................29 Hình 2.4 Ảnh hưởng của ánh sáng và TiO 2 đến hiệu suất xử lý màu ......................................29 Hình 2.5 Kết quả xác định các thông số động học của phản ứng Fenton ở một số điều kiện thí nghiệm khác nhau..............................................................................................................31 Hình 2.6: Tiến trình xử lý nước rác bằng phương pháp Fenton .............................................34 Hình 2.7: Biểu diễn sự giảm TOC và COD trong hệ thống xử lý nước rác (t= 120 phút).....................................................................................................................................34 Hình 2.8 : Hàm lượng COD trong quá trình Fenton ..................................................................35 Hình 2.9 Sự giảm TOC và COD trong nước rác tiền xử lý sinh học .......................................36 Hình 2.10 Sự giảm TOC và COD trong nước rác tiền xử lý sinh học .....................................37 Hình 3.1 Mô hình Jartest khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TPHCM ......................................................................................................43 Hình 3.2 Sơ đồ các bước tiến hành phương pháp Fenton.........................................................45 Hình 3.3 Sơ đồ phản ứng Fenton 2 bậc xúc tác .........................................................................50 Hình 4.1 Kết quả xử lý nước thải Giấy theo nồng độ chất oxy hóa H 2 O 2 và thời gian tiếp xúc 90 phút. ..................................................................................................................................... 54 Hình 4.2 Biểu đồ kết quả xử lý nước thải Giấy Nồng độ H 2 O 2 và thời gian tiếp xúc khác nhau. .................................................................................................................................................. 55 Hình 4.3 Kết quả xử lý nước thải Giấy với các tỉ lệ H 2 O 2 /Fe2+ thay đổi. ............................58 Hình 4.4 Biểu đồ kết quả xử lý nước thải Giấy với các tỉ lệ H 2 O 2 /Fe2+ thay đổi................58 Hình 4.5 Kết quả xử lý nước thải Giấy với các giá trị pH thay đổi .......................................60 Hình 4.6 Biểu đồ kết quả xử lý nước thải Giấy với các giá trị pH thay đổi...........................60 Hình 4.7 Biểu đồ kết quả xử lý nước thải Giấy bằng phương pháp Quang Fenton với những nồng độ H 2 O 2 và tỉ lệ H 2 O 2 /Fe2+ khác nhau ...................................................................63 Hình 4.8 Biểu đồ kết quả xử lý nước thải Giấy bằng phương pháp Fenton Truyền thống với những nồng độ H 2 O 2 và tỉ lệ H 2 O 2 /Fe2+ khác nhau. ...........................................................63 Hình 4.9 Hiệu quả xử lý COD của nước thải Giấy bằng quá trình quang Fenton và Fenton thông thường .......................................................................................................................64 Hình 4.10 Kết quả xử lý nước thải Giấy bằng quá trình quang Fenton (sử dụng ánh sáng Mặt Trời) ở tỉ lệ H 2 O 2 /Fe2+ = 2/1 ..................................................................................................65 Hình 4.11 Kết quả xử lý nước Thải Giấy bằng phương pháp Fenton 2 bậc xúc tác .............67 Hình 4.12 Biểu đồ hiệu quả xử lý COD trong nướcc thải Giấy bằng quá trình Fenton 2 bậc xúc tác. .......................................................................................................................................67 Hình 4.13 Hiệu quả xử lý nước thải Giây bằng phương pháp Fenton 2 bậc nối tiếp .......................................................................................................................70 Hình 4.14 Biểu đồ hiệu quả xử lý nước thải Giấy bằng phương pháp Fenton 2 Bậc nối tiếp ......................................................................................................................70 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Khả năng oxi hoá của một số tác nhân oxi hoá. ..........................................9 Bảng 1.2 Những hợp chất hữu cơ bị oxi hoá bởi gốc *OH đã nghiên cứu ..............11 Bảng 1.3 Hằng số tốc độ phản ứng (M-1 s-1) của gốc *OH so với ozon ....................12 Bảng 1.4 Các quá trình oxi hoá nâng cao dựa vào gốc *OH......................................13 Bảng 1.5 Phân loại các quá trình oxi hoá nâng cao .....................................................14 Bảng 1.6 Một số chất ô nhiễm trong nước và nước thải có thể xử lý bằng các quá trình oxi hoá nâng cao .....................................................................................................16 Bảng 1.7 Các phản ứng chủ yếu trong quá trình Fenton.............................................18 Bảng 1.8 Hiệu suất lượng tử quá trình tạo gốc *OH do bức xạ UV/khả kiến của dung dịch FeIII ...................................................................................................................22 Bảng 2.1 Cấu trúc hóa học và các thuộc tính chung của thuốc nhuộm tổng hợp đã nghiên cứu .........................................................................................................................29 Bảng 2.2 Thành phần trung bình của nước rác ..........................................................33 Bảng 3.1 Thành phần và tính chất của Nước thải giấy Cty Giấy An Hưng ...........41 Bảng 3.2 Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm phục vụ tiến hành nghiên cứu phương pháp Fenton .......................................................................................................................42 Bảng 3.3 Quy trình tiến hành thí nghiệm Xác định nồng độ H 2 O 2 và thời gian tối ưu ........................................................................................................................................46 Bảng 3.4 Quy trình tiến hành thí nghiệm Xác định tỉ lệ H 2 O 2 /Fe2+ tối ưu .............. 47 Bảng 3.5 Quy trình tiến hành thí nghiệm Xác định pH tối ưu ................................... 48 Bảng 3.6 Quy trình tiến hành thí nghiệm phương pháp Quang Fenton .................... 49 Bảng 3.7 Quy trình tiến hành thí nghiệm phương pháp Fenton 2 bậc xúc tác ......... 50 Bảng 3.8 Quy trình tiến hành thí nghiệm phương pháp Fenton 2 bậc nối tiếp ........ 51 Bảng 3.9 Phương pháp phân tích trong quá trình thực nghiệm.................................. 52 Bảng 4.1 Hiệu quả xử lý COD trong nước thải giấy bằng phương pháp Fenton với nồng độ H 2 O 2 và thời gian khuấy trộn khác nhau ....................................................... 54 Bảng 4.2 Kết quả sau khi xử lý với tỉ lệ H 2 O 2 /Fe2+ : 2/1 .........................................57 Bảng 4.3 Kết quả xử lý COD bằng phương pháp Fenton với các giá trị pH ...........59 Bảng 4.4 Kết quả xử lý nước thải Giấy bằng quá trình Fenton truyền thống .........61 Bảng 4.5 Kết quả phân tích phương pháp Quang Fenton và Fenton truyền thống...........................................................................62 Bảng 4.6 Kết quả xử lý COD bằng phương pháp Fenton 2 bậc xúc tác ...................66 Bảng 4.7 Kết quả các thông số tối ưu (ở mức 3) của nước thải Giấy trước và sau xử lý bằng quá trình Fenton 2 bậc xúc tác ..........................................................................68 Bảng 4.8 Kết quả xử lý nước thải Giấy bằng phương pháp Fenton 2 bậc nối tiếp ........................................................................................................69 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT - AOPs : Advanced Oxidation Process – các quá trình oxy hóa bậc cao - QCVN : Quy chuẩn Việt Nam - BTNMT : Bộ Tài Nguyên Môi Trường - POPs : các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ - USEPA : US Environmental Protet Agency (Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ) - ANPO : Advances Non – Photochemical Oxidation Process (các quá trình oxi hoá nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng) - APO : Advances Photochemical Oxidation Process (các quá trình oxi hoá nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng) Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải Giấy bằng phương pháp Fe nton truyền thống và cải tiến MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, ngành công nghiệp giấy đang tăng trưở ến trình phát triể ế xã hội. Tuy nhiên, theo đánh giá của Ban chỉ đạo Quốc gia về Nước sạch – Bộ Tài nguyên và Môi trường, ngành công nghiệp giấy lại là một trong những ngành gây ô nhiễm trầm trọ nguồn nước. Vì vậy, song song với việc lập kế hoạch phát triển doanh nghiệp, một bài toán khác đặt ra cho ngành giấy là phải xử lý tốt các chất thải, giảm bớt ô nhiễm và bảo vệ tài nguyên môi trường. Theo thống kê, cả nước có gần 500 doanh nghiệp sản xuất giấy, trong đó chỉ có khoảng 10% doanh nghiệp đạt tiêu chuẩn môi trường cho phép, còn hầu hết các nhà máy đều không có hệ thống xử lý nước thải hoặc có nhưng chưa đạt yêu cầu, vì thế tình trạng gây ô nhiễm môi trường do sản xuất giấy cũng đang là vấn đề được nhiều , ngành giấy có mức độ ngườ ô nhiễ ễ gây tác động đến con người và môi trường xung quanh do ô nhiễ ớc thải xử lý không đạt yêu cầu. Công nghệ sản xuất giấy ở Việt Nam còn rất lạc hậu. Để sản xuất ra một tấn giấy thành phẩm, các nhà máy phải sử dụng từ 30100 m3 nước, trong khi các nhà máy giấy hiện đại của thế giới chỉ sử dụng 7-15 m3/tấn giấy. Sự lạc hậu này không chỉ gây lãng phí nguồn nước ngọt, tăng chi phí xử lý nước thải mà còn đưa ra sông, rạch lượng nước thải khổng lồ. Trong các cơ sở công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình 9 – 11, chỉ số nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD), nhu cầu oxy hoá học (COD) cao, có thể lên đến 700mg/l và 2.500mg/l. Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép. Đặc biệt nước có chứa cả kim loại nặng, lignin (dịch đen), phẩm màu, xút, các chất đa vòng thơm Clo hoá là những hợp chất có độc tính sinh thái cao và có nguy cơ gây ung thư, rất khó phân huỷ trong môi trường. Có những nhà máy giấy, lượng nước thải lên tới 4.000 – 5.000m3/ngày, các chỉ tiêu BOD, COD gấp 10 – 18 lần tiêu chuẩn cho phép; lượng nước thải này không được xử lý mà đổ trực tiếp vào sông. 1 Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải Giấy bằng phương pháp Fe nton truyền thống và cải tiến Ngoài ra, trong công nghiệp xeo giấy, để tạo nên một sản phẩm đặc thù hoặc những tính năng đặc thù cho sản phẩm, người ta còn sử dụng nhiều hóa chất và chất xúc tác. Những chất này nếu không được thu hồi hoặc xử lý mà xả thẳng ra sông ngòi thì vấn đề ô nhiễm là không tránh khỏi, làm mất cân bằng sinh thái trong môi trường nước. Hiện nay, ở các khu vực có cơ sở sản xuất giấy đang phải chịu sức ép nặng nề về ô nhiễm môi trường. Đứng trước hiện trạng đó, phải tìm ra công nghệ thích hợp để có thể xử lý hiệu quả, cải tạo lại các hệ thống và công nghệ xử lý hiện hữu. Với đặc trưng của nước thải giấy thường có chứa lượng lớn hợp chất hữu cơ khó/không có khả năng phân huỷ sinh học, việc áp dụng đơn thuần phương pháp sinh học để xử lý loại nước này không thể loại bỏ hết được. Do vậy, đối với nước thải giấy việc áp dụng phương pháp oxy hóa bậc cao đã chứng tỏ được hiệu quả và ưu điểm của nó bởi nó có khả năng khoáng hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ khó hoặc không thể phân hủy sinh học với chi phí có thể chấp nhận được, lại dễ dàng thực hiện. Dựa trên cơ sở đó, đề tài “Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải Giấy bằng phương pháp Fenton truyền thống và Fenton cải tiến” đã hình thành với mong muốn đưa ra một phương pháp xử lý đạt hiệu quả cao, dễ dàng thực hiện ở nhiệt độ thường, thời gian xử lý nhanh, hoá chất dễ tìm và chi phí vận hành không quá lớn. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu hiệu quả xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải giấy bằng phương pháp Fenton truyền thống và Fenton cải tiến. 2 Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải Giấy bằng phương pháp Fe nton truyền thống và cải tiến 3. Nội dung nghiên cứu Để đạt được mục đích trên, các nội dung nghiên cứu sau được thực hiện: - Thu thập các kết quả nghiên cứu và vận hành thực tế quá trình Fenton trong xử lý nước thải giấy một số nước trên thế giới và Việt Nam - Thực hiện thí nghiệm: khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải giấy, đồng thời xác định điều kiện tối ưu bằng phương pháp phương pháp Fenton truyền thống và cải tiến như: • Xác định độ pH. • Nồng độ H 2 O 2 tối ưu • Xác định tỉ lệ H 2 O 2 / Fe2+ • Thời gian khuấy tối ưu • Ảnh hưởng của anion vô cơ… - So sánh hiệu quả xử lý của phương pháp với các phương pháp xử lý của một số nghiên cứu trước, đồng thời so sánh với quy chuẩn hiện hành QCVN 402011BTNMT, tìm ra những thuận lợi và khó khăn trong quá trình xử lý, nhằm kiến nghị phương pháp tối ưu và hiệu quả hơn. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nước thải giấy tại Cty Giấy An Hưng (Thuộc Khu Công Nghiệp Đồng An, Huyện Thuận An – Tỉnh Bình Dương) và được lấy tại bể thu gom của Hệ Thống Xử Lý Nước Thải của Công ty. 3 Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải Giấy bằng phương pháp Fe nton truyền thống và cải tiến 5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra thực địa Khảo sát khu vực nghiên cứu: Công ty Giấy An Hưng. (Khu Công Nghiệp Đồng An, Huyện Thuận An – Tỉnh Bình Dương) - Phương pháp phân tích tổng hợp Thu thập các tài liệu như tiêu chuẩn, các phương pháp xử lý nước thải giấy của các nước trên thế giới, các phương pháp xử lý của những hệ thống ở Việt Nam. Tìm hiểu về thành phần tính chất của nước thải giấy. - Phương pháp chuyên gia Tham vấn ý kiến của giáo viên hướng dẫn và các chuyên gia trong ngành môi trường đã đi trước và có kinh nghiệm trong xử lý nước thải, đặc biệt đã áp dụng phương pháp Fenton trong xử lý nước thải. - Phương pháp thực nghiệm + Phân tích các thông số đầu vào của nước thải giấy: COD – BOD - SS. gồm 4 giai đoạn: + Tiế • Điều chỉnh pH phù hợp • Quá trình phản ứng oxi hóa • Trung hòa và keo tụ • Quá trình lắng 4 Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải Giấy bằng phương pháp Fe nton truyền thống và cải tiến 6. Ý Nghĩa của đề tài: Ý nghĩa khoa học - + Bổ sung thêm dữ liệu vào các bài giảng đề cập đến ứng dụng của quá trình Fenton truyền thống và cải biên. + Đưa ra cơ sở khoa học trong việc tìm ra phương pháp mới để xử lý nước thải giấy. + Tìm ra những thông số tối ưu trong việc xử lý nước thải giấy bằng phương pháp Fenton - Ý nghĩa thực tiễn + Đưa ra phương pháp xử lý nước thải giấy cách hiệu quả - dễ vận hành, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường nước. + Cung cấp giải pháp hiệu quả với chi phí hợp lý nhất. 7. Cấu trúc của đề tài - Nội dung Đồ Án Tốt Nghiệp được cấu trúc thành 3 phần chính: + Phần mở đầu + Phần nội dung: gồm 4 chương • Chương 1: Tổng Quan Về Các Quá Trình Oxy Hóa Bậc Cao (AOPs) • Chương 2: Tình Hình Nghiên Cứu Phương Pháp Fenton Cho Xử Lý Nước Thải Trong và Ngoài Nước. • Chương 3: Phương Pháp Nghiên Cứu Quá Trình Fenton Trong Xử Lý Nước Thải Giấy. • Chương 4: Kết Quả và Thảo Luận + Phần kết luận, kiến nghị (chương 5) 5 Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải Giấy bằng phương pháp Fe nton truyền thống và cải tiến CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC QUÁ TRÌNH OXY HÓA BẬC CAO 1.1 . Các phương pháp oxi hoá tiên tiến (AOPs) 1.1.1 Giới thiệu chung Một trong những công nghệ cao nổi lên trong thời gian gần đây là công nghệ phân huỷ khoáng hoá chất ô nhiễm hữu cơ trong nước và nước thải dựa trên các quá trình oxi hoá nâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs). Các quá trình oxi hoá nâng cao được định nghĩa là những quá trình phân huỷ oxi hoá dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl *OH được tạo ra in situ ngay trong quá trình xử lý. Gốc hydroxyl là một tác nhân oxi hoá mạnh nhất trong số các tác nhân oxi hoá được biết từ trước đến nay, có khả năng phân huỷ oxi hoá không lựa chọn mọi hợp chất hữu cơ , dù là loại khó phân huỷ nhất, biến chúng thành những hợp chất vô cơ (còn gọi là khoáng hoá) không độc hại như CO 2 , H 2 O, các axit vô cơ,… Từ những tác nhân oxi hoá thông thường như hydrogen peroxit, ozon, có thể nâng cao khả năng oxi hoá của chúng bằng các phản ứng hoá học khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, thực hiện quá trình oxi hoá gián tiếp thông qua gốc hydroxyl, vì vậy các quá trình này được gọi là các quá trình oxi hoá nâng cao hy gọi tắt là các quá trình oxi hoá nâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs). Các quá trình oxi hoá nâng cao đã nổi lên những năm gần đây như là một loại công nghệ cao có tầm quan trọng trong việc đẩy mạnh quá trình oxi hoá, giúp phân huỷ nhiều lọi chất hữu cơ ô nhiễm khác nhau trong nước và không khí. Các quá trình oxi hoá nâng cao rất thích hợp và đạt hiệu quả cao để phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ (POPs) như hydrocacbon halogen hoá (trihalometan – THM, tricloroetan, tricloroetylen,…), các hydrocacbon aromatic (benzen, toluen, etylbenzen, xylen – BTEX), polyclorbiphenyl (PCB), nitrophenol, các hoá chất bảo vệ thực vật, dioxin và furan, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt…Mặt khác, khử trùng bằng các gốc hydroxyl *OH lại rất an toàn so với khử trùng bằng clo vì không tạo ra các sản phẩm phụ gây ung thư như các chất hữu cơ chứa clor trihalometan (THM). 6