Tài liệu Nghiên cứu xử lý nước thải từ quá trình sản xuất cà phê hòa tan bằng một số quá trình oxy hóa nâng cao

  • Số trang: 96 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 300 |
  • Lượt tải: 1
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN BẰNG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH OXY HÓA NÂNG CAO Ngành: MÔI TRƯỜNG & CNSH Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn : TS. THÁI VĂN NAM Sinh viên thực hiện MSSV: 1191080079 : LÊ THỊ THÙY NHIÊN Lớp: 11HMT01 TP. Hồ Chí Minh, 2013 BM07/QT04/ĐT Khoa: Môi trường & CNSH BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (GVHD nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Khoa) 1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm 01): Lê Thị Thùy Nhiên MSSV: 1191080079 Lớp:11HMT01 2. 3. 4. 5. Ngành : Môi trường và Công nghệ sinh học Chuyên ngành : Kỹ thuật môi trường Tên đề tài: Nghiên cứu xử lý nước thải từ quá trình sản xuất cà phê hòa tan bằng một số quá trình oxy hóa nâng cao Tổng quát về ĐATN: Số trang: 78..................... Số chương: 04....................................... Số bảng số liệu: 16..................... Số hình vẽ: 27....................................... Số tài liệu tham khảo: 07..................... Phần mềm tính toán: ........................................... Số bản vẽ kèm theo: ......................... Hình thức bản vẽ: ........................................... Hiện vật (sản phẩm) kèm theo: .............................................................................................. Nhận xét: a) Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... b) Những kết quả đạt được của ĐATN: ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... c) Những hạn chế của ĐATN: ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... Đề nghị: Không được bảo vệ  Được bảo vệ (hoặc nộp ĐATN để chấm)  TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) Gh i chú: Đính kèm Ph iếu chấm điểm ĐATN. LỜI CAM ĐOAN Sau 3 tháng làm đồ án tốt nghiệp, hiện nay em đã hoàn thành đề tài mà giáo viên hướng dẫn giao. Em xin cam đoan 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 sự gian lận nào thì em sẽ chịu toàn bộ trách nhiệm trước nhà trường về lời cam đoan của mình. Sinh viên thực hiện Lê Thị Thùy Nhiên LỜI CẢM ƠN Trong 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. 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 thầy TS. Thái Văn Nam, 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 30 tháng 03 năm 2013 Sinh viên thực hiện Lê Thị Thùy Nhiên MỤC LỤC Trang ................................................................................................... 1 1. T N ............................................................................................................1 2. C TIÊU NGHIÊN U .....................................................................................2 3. I DUNG NGHIÊN U .....................................................................................2 4. I NG VÀ PHẠM VI NGHIÊN 4.1 Đối tượ ............................................................................................3 4.2.Phạ 5. U ........................................................3 ...............................................................................................3 A I ......................................................................................................3 ..................................................................................................3 ...................................................................................................4 NÂNG CAO .......................................................................................................... 5 1.1. NG N CHUNG CÁC NH OXI A NÂNG CAO ..5 ............................................................................................................5 ............................................................................................................................6 *OH ................................................................................................................................7 1.1.4. Phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao.....................................................10 ........10 ....................11 1.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ NH OXI A NÂNG CAO ........................12 ..............................................................................................12 ......................................................................................12 1.2.1.2. Cơ chế tạ .......................................13 1.2.1.3. Những nhân tố ảnh hưởng......................................................................14 i 1.2.2. Quá trình oxi hóa nâng cao trên cơ sở Ozon: Peroxon (H 2 O 2 /O 3 ) ...........15 ......................................................15 (H 2 O 2 /O 3 ) ...............................................................17 (UV/ Oxidation Processes) ...............................19 1.2.3.1. Giới thiệu quá trình UV/oxi hóa (UV/ Oxidation Processes) ............19 1.2.3.2. Quá trình quang phân UV bằng Ozone ................................................19 1.2.3.3. Quá trình xử lý nước bằng hệ H 2 O 2 /O 3 /UV ........................................20 1.2.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý nước thải bằng quá trình UV/oxi hóa ...........................................................................................................................20 1.2.3.5. Động học của quá trình UV/oxi hóa .....................................................21 CHẾ BIẾN CÀ PHÊ VÀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT VINACAFÉ BIÊN HÒA ........................................... 24 2.1. NG QUAN NH PHÊ T NAM ........................................24 2.1.1. Các đặc điểm chung của cà phê Việt Nam ...................................................24 2.1.2. Chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam................................................24 2.1.3. .................................26 ..............................................26 ..............................26 2.1.4. các vấn đề môi trường của nhà máy chế biến cà phê ..................................26 2.1.4.1. Nước thải ..................................................................................................26 2.1.4.2. Chất thải rắn ............................................................................................26 2.1.4.3 Khí thải.......................................................................................................26 2.1.4.4. Tiếng ồn và độ rung................................................................................27 2.1.5. Thành phần và tính chất nước thải chiến biến cà phê hòa tan ...................27 2.2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÀ PHÊ CÔNG TY VINACAFÉ BIÊN HÒA...............................................................................................30 2.2.1. Giới thiệu về ngành chế biến cà phê hòa tan của công ty...........................30 2.2.2. Phương pháp chế biến cà phê .........................................................................31 2.2.3. nguồn phát sinh và lưu lượng nước thải .......................................................35 ii ủa công ty vinacafé Biên Hòa ......................................................................................................................36 VÀ VẬT LIỆ ............ 39 3.1. SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU ..........................................................................................39 3.2 MÔ NH NGHIÊN U .....................................................................................41 .....................................................................41 3.3 A T, NG T NGHIÊN U ..................................43 .............................................................................................................43 ..............................................................................................................45 ...............................................................................................................45 3.4 N NH M ................................................................................46 3.4.1. Quá trình Fenton đồng thể ..............................................................................46 ằng hệ peroxon (H 2 O 2 /O 3 ) ...............................................47 ằng hệ O 3 /UV .....................................................................47 ằng hệ H 2 O 2 /O 3 /UV .........................................................48 3.5 PHƯƠNG P PHÂN CH..............................................................................48 ........................................... 50 4.1. KẾT QUẢ CÁC QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM ...................................................50 4.1.1. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng phương pháp Fenton đồng thể .................................................................................................................................50 4.1.2. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng peroxon (H 2 O 2 /O 3 ) .........52 4.1.2.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng H2O2 đến hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan....................................................................52 4.1.2.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng H 2 O 2 đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan ..................................................................55 4.1.2.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan.......................................................................................57 4.1.2.4. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan ................................................................................................59 iii 4.1.3. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O 3 /UV..........................62 4.1.3.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O 3 /UV...........................................................62 4.1.3.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O 3 /UV ....................................................................64 4.1.4. Quá trình xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ H 2 O 2 /O 3 /UV...............67 4.2. SO SÁNH HIỆU QUẢ XỬ LÝ GIỮA CÁC PHƯƠNG PHÁP ........................70 4.2.1. So sánh hiệu quả xử lí COD trong nước thải cà phê hòa tan .....................70 4.2.2. So sánh hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan.................71 4.3. TÍNH TOÁN CHI PHÍ CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP ........................................72 4.3.1.Oxi hóa bằng quá trình Fenton ........................................................................72 4.3.2.Oxi hóa bằng quá trình Peroxon (H 2 O 2 /O 3 ) .................................................72 4.3.3. Quá trình xử lý bằng hệ O 3 /UV .....................................................................73 4.3.4. Quá trình xử lý bằng hệ H 2 O 2 /O 3 /UV ..........................................................73 4.4. SO SÁNH KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NƯỚC THẢI CÀ PHÊ HÒA TAN CỦA BỐN PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA NÂNG CAO......................................................74 ................................................................. 76 1. KẾT LUẬN ............................................................................................................76 2. KIẾN NGHỊ............................................................................................................77 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nghĩa Nội dung Advanced Oxidation 1 AOPs 2 BOD 3 COD 4 QCVN Quy chuẩn Việt Nam 5 BTNMT Bộ tài nguyên môi trường Processes Biochemical Oxygen Demand Chemical Oxygen Demand v Các quá trình oxy hóa bậc cao Nhu cầu oxy sinh hoá Nhu cầu oxy hoá học MỤC LỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Khả năng oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa ............................................. 8 Bảng 1.2: Một số chất ô nhiễm trong nước và nước thải có thể xử lý bằng các quá trình oxi hóa nâng cao [Simon, 2004]............................................................ 9 1.3: ................. 10 1.4: ............................. 11 2.1 ........................................................................ 25 Bảng 2.2 Thành phần tính chất nước thải chế biến cà phê hòa tan............................. 27 Bảng 3.1: Đặc tính nước thải chế biến cà phê hòa tan sau xử lý sinh học................. 41 3.2: ............................................................. 45 Bảng 4.1: Hiệu quả xử lý bằng phương pháp Fenton đồng thể .................................. 50 Bảng 4.2: Hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H 2 O 2 /O 3 ) ở pH = 8........................................................................ 52 Bảng 4.3: Hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H 2 O 2 /O 3 ) ở pH = 8........................................................................ 55 Bảng 4.4: Hiệu quả xử lý độ màu bằng quá trình peroxon (H 2 O 2 /O 3 )...................... 57 Bảng 4.5: Hiệu quả xử lý COD bằng quá trình peroxon (H 2 O 2 /O 3 ) ......................... 59 Bảng 4.6: Hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O 3 /UV 62 Bảng 4.7: Hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O 3 /UV .... 64 Bảng 4.8: Hiệu quả xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ H2O2/O3/UV ............. 67 Bảng 4.9: So sánh hiệu quả tối ưu của bốn phương pháp oxy hóa nâng cao ............ 74 vi MỤC LỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH 1.1: ............16 2.1: 2008) ...24 Hình 2.2: .......................................29 Hình 2.3: Quy trình chế biến cà phê hòa tan Vinacafé Biên Hòa. .............................31 2.4: Quy trình công nghệ xử lý nước thải, công suất 100 m3/ngày.đêm..........37 Hình 3.1: Sơ đồ trình tự thí nghiệm ...............................................................................41 3.2: ................................................................................43 3.3: ................................................................................43 Hình 3.4: Hóa chất thí nghiệm ........................................................................................44 Hình 3.5: Các dụng cụ thí nghiệm ..................................................................................45 Hình 3.6: hotometer sử dụng trong đo độ màu. ......................46 Hình 4.1: Biểu đồ ảnh hưởng của tỉ lệ hóa chất H 2 O 2 /Fe2+ đến hiệu quả xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng quá trình Fenton đồng thể...................................51 Hình 4.2: Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng H 2 O 2 đến hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải và phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H 2 O 2 /O 3 ). .......53 Hình 4.3: Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng H 2 O 2 đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải và phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H 2 O 2 /O 3 ). .................55 Hình 4.4: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H 2 O 2 /O 3 ). ........................................57 Hình 4.5: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan bằng quá trình Peroxon (H 2 O 2 /O 3 ). ........................................60 Hình 4.6: mẫu trước và sau xử lý 60 phút. ....................................................................61 Hình 4.7: mẫu trước và sau xử lý 20, 40, 60, 80 phút..................................................62 Hình 4.8: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O 3 /UV ..........................................................................64 Hình 4.9: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan bằng hệ O 3 /UV. .........................................................................65 Hinh 4.10: Mẫu trước và sau xử lý 60 phút. .................................................................67 vii Hình 4.11: Mẫu trước và sau xử lý 20, 40, 60, 80 phút. ..............................................67 Hình 4.12: Biểu đồ hiệu quả xử lý nước thải cà phê hòa tan bằng hệ H 2 O 2 /O 3 /UV ...........................................................................................................................69 Hình 4.13: Mẫu trước và sau xử lý 60 phút. .................................................................70 Hình 4.14 : Mẫu trước và sau xử lý 20, 40, 60, 80 phút. .............................................71 Hình 4.15: Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý COD trong nước thải cà phê hòa tan của một số quá trình oxy hóa. ..............................................................................71 Hình 4.16: Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải cà phê hòa tan của một số quá trình oxy hóa. .......................................................................72 viii Đồ án tốt nghiệp U 1. Cà phê là thức uống có từ lâu đời và phát triển cho đến ngày nay, là một trong những loại thức uống được ưa chuộng nhất trên thế giới và có mức tiêu thụ cao. Vì vậy, đối với những nước có điều kiện trồng cà phê như nước ta cà phê không chỉ được tiêu thụ trong nước mà còn là mặt hàng xuất khẩu mang lại lợi nhuận kinh tế cao. Với người sử dụng ngày càng nhiều cộng với nhịp sống hối hả của thời đại công nghiệp việc pha cà phê bằng phin rất bất lợi nhất là về thời gian. Đối với người tiêu dùng cà phê hòa tan nhanh chóng được ưa chuộng vì sự tiện lợi của nó. Đối với nhà sản xuất cà phê hòa tan là một mặt hàng có giá trị cao thu được nhiều lợi nhuận.Việc sản xuất cà phê hòa tan đang được nhiều công ty sản xuất vì tính tiện lợi và lợi nhuận của nó như: Nescafe, Trung Nguyên, Vinacafé,… Với việc sản xuất ngày càng nhiều thì lượng chất thải ra môi trường sẽ nhiều, nhất là lượng nước thải sau quá trình sản xuất, khoảng vài trăm khối một ngày. Tuy nhiên, vì quá chú tâm phát triển kinh tế mà chưa quan tâm sâu sắc đến khía cạnh môi trường và kết quả của sự phát triển lệch lạc đó là môi trường đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Nước thải cà phê nếu không có biện pháp xử lý hợp lý, quản lý chặt chẽ thì không chỉ ảnh hưởng tới mỹ quan môi trường trong vùng mà hệ sinh thái, sức khỏe cộng đồng cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Một bài học được rút ra từ ải ra, biến thành những con sông chết. Quy trình sản xuất cà phê hòa tan làm phát sinh lượng nước thải rất lớn. Nước thải từ quá trình sản xuất có thành phần ô nhiễm cao, đặc biệt là nồng độ COD và độ màu, Ngoài ra còn nhiều chất hữu cơ đa vòng, cafein, chất chát, lingin…. là những chất khó phân hủy sinh học và gây ức chế quá trình hoạt động của vi sinh vật, rất khó xử lý triệt để bằng quá trình sinh học. Nước thải sau quá trình xử lý sinh học hầu hết không đạt tiêu chuẩn xả thải mà cần thiết phải có công đoạn xử lý tiếp theo như quá trình oxy hóa bậc cao (AOPs). 1 Đồ án tốt nghiệp Hiện nay, bên cạnh những công ty chế biến cà phê thực hiện đúng quy trình xử lý nước thải thì vẫn còn tồn tại một số công ty chưa xử lý nước thải hoặc xử lý chưa đạt hiệu quả QCVN về một số thông số như: COD, độ màu… Trên cơ sở đó nghiên cứu xử lý nước thải từ quá trình sản xuất cà phê hòa tan bằng một số quá trình oxy hóa nâng cao được đặt ra nhằm giải quyết vấn đề trên. 2. Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu, so sánh hiệu quả xử lý nước thải sau quá trình xử lý sinh học của nhà máy sản xuất cà phê hòa tan bằng một số quá trình oxy hóa bậc cao như. • Quá trình Fenton đồng thể: H 2 O 2 và Fe2+ . • Quá trình Peroxon: H 2 O 2 /O 3. • Quá trình xử lý bằng hệ O 3 /UV. • Quá trình xử lý bằng hệ: H 2 O 2 /O 3 /UV. Vậy phương pháp oxy hóa bậc cao nào là phù hợp để xử lý nước thải cà phê hòa tan? Để làm được điều này, đề tài tập trung vào hai mục tiêu cụ thể sau: • Xác định các thông số tối ưu của bốn phương pháp oxy hóa bậc cao đã đề cập ở trên: pH, H 2 O 2 và thời gian xử lý. • So sánh các quá trình oxy hóa bậc cao và tìm ra quá trình mang lại hiệu quả cao nhất, xử lý tốt nhất đối với nước thải sau quá trình xử lý sinh học của nhà máy sản xuất cà phê hòa tan. 3. Để đạt được mục tiêu đề ra, đề tài tập trung vào các nội dung sau: • Nghiên cứu một số quá trình oxy hóa bậc cao (Fenton đồng thể, H 2 O 2 /O 3 , O 3 /UV và H 2 O 2 /O 3 /UV) áp dụng đối với nước thải sau quá trình xử lý sinh học của nhà máy sản xuất cà phê hòa tan: làm thí nghiệm từng quá trình để xem hiệu quả xử lý của chúng. • Xác định pH tối ưu, hàm lượng H 2 O 2 tối ưu và thời gian xử lý tối ưu cho từng phương pháp oxi hóa bậc cao. 2 Đồ án tốt nghiệp • So sánh các quá trình tìm ra phương pháp tối ưu nhất dựa trên các chỉ tiêu: COD, độ màu và thời gian xử lý. • Đề xuất các giải pháp phù hợp để xử lý bậc cao đối với nước thải cà phê hòa tan. VÀ PHẠM VI 4. 4.1 Đối tượng Nước thải sau bể xử lý sinh học của hệ thống xử lý nước thải từ quá trình sản xuất cà phê hòa tan lấy từ trạm xử lý nước thải vinacafé Biên Hòa. 3.2. Phạm vi Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, thực hiện bởi mô hình Oxi hóa bậc cao, vì thời gian có hạn nên sử dụng cố định cường độ UV phát ra có bước sóng 254 nm và lượng O 3 cung cấp là 1 g/h. Nghiên cứu tập trung vào hiệu quả xử lý độ màu và hiệu quả xử lý COD của một số quá trình oxi hóa bậc cao xử lý nước thải sau quá trình xử lý sinh học của nhà máy sản xuất cà phê hòa tan, cụ thể là nước thải tại nhà máy Vinacafé Biên Hòa. 5. 5.1. Các thông số thí nghiệm nghiên cứu của đề tài có tham khảo và kế thừa thành quả của các thí nghiệm trước, tạo cơ sở và độ tin cậy kết quả thí nghiệm mang lại. Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học để áp dụng các phương pháp oxi hóa bậc cao vào xử lý nước thải nói chung và nước thải chế biến cà phê hòa tan nói riêng. Hiện nay, các quá trình oxi hóa bậc cao vẫn chưa được phổ biến rộng rãi so với các quá trình xử lý khác. Vì vậy, việc nghiên cứu các quá trình oxi hóa bậc cao mang tính mới, và cần thiết. 3 Đồ án tốt nghiệp 5.2. Trên cơ sở nghiên cứu thành công, đề tài có thể áp dụng vào thực tế với các ưu điểm: thời gian xử lý nhanh, hiệu quả cao, dễ vận hành, mặt bằng xử lý nhỏ... Đó là những ưu điểm rất hấp dẫn của đề tài nghiên cứu này. 4 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: 1.1. CAO 1.1.1. 2, H2 , (Advanced Oxidation Processes – AOPs). đặc biệt là các chất hữu cơ bền vững và độc hại (POPs) như hydrocacbon halogen (trihalom - . Ng Escherichia coli, Coliform 5 Đồ án tốt nghiệp Campylobacter, Yersina, Mycobacteria, Legionella, Cryptosporium, trihalometan (THM). 1.1.2. Trong công nghệ xử lý nước và nước thải truyền thống thường sử dụng các chất oxi hóa thông dụng sau đây: Clo (Cl 2 ) Clo là chất oxi hóa hóa học tốt được sử dụng để khử Fe2+ trong nước ngầm hoặc nước mặt, trong khử trùng nước sau xử lý. Vì clo là chất oxi hóa tương đối mạnh, rẻ tiền và dễ sử dụng nên được dùng rất phổ biến trong ngành xử lý nước và nước thải cho đến ngày nay. Tuy vậy, nhược điểm chính của clo là trong quá trình khử sắt và khử trùng bằng clo đã tác dụng với các chất hữu cơ thiên nhiên (NOM), tạo ra những phụ phẩm là các chất hữu cơ chứa clo (THM) gây nguy cơ ung thư cho người sử dụng. Ngoài ra, clo chỉ có khả năng khử trùng một số rất hạn chế loại vi khuẩn như E.Colis, không có khả năng diệt các vi khuẩn hoặc virus truyền bệnh nguy hiểm như Giardia và Cryptosporidium. Kali pecmanganat (KMnO 4 ) Kali pecmanganat là chất oxi hóa được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước. Đó là chất oxi hóa mạnh hơn clo, có thể làm việc trong khoảng pH rộng, nhưng đắt tiền. Ngoài ra, nhược điểm đáng kể của kali pecmanganat khi sử dụng trong xử lý nước là tạo ra mangan dioxit trong quá trình oxi hóa, chất này kết tủa và do vậy phải tách ra bằng cách lọc hoặc lắng, gây tăng thêm chi phí. Hydrogen peroxit (H2 O 2 ) Hydrogen peroxit là chất oxi hóa mạnh hơn clo và kali pecmanganat và được sử dụng rất phổ biến trong xử lý nước thải để phân hủy các chất hữu cơ và khử màu của nước thải ngành giấy hoặc dệt nhuộm. Ngoài ra, ưu điểm của hydrogen peroxit là không sinh ra chất độc hoặc chất có màu trong quá trình sử dụng. Tuy vậy, khả 6 Đồ án tốt nghiệp năng oxi hóa của hydrogen peroxit không đủ mạnh để khoáng hóa hoàn toàn chất ô nhiễm hữu cơ như yêu cầu đòi hỏi. Ozon (O 3 ) Ozon là chất oxi hóa mạnh nhất trong số các chất oxi hóa thông dụng kể trên, được sử dụng để khử trùng, phân hủy các chất hữu cơ hoặc để khử màu nước thải ngành giấy hoặc dệt nhuộm, khử mùi hôi, khử sắt hoặc mangan trong nước sinh hoạt. Ưu điểm của ozon là tự phân hủy, không để lại các phụ phẩm lạ và nguy hiểm trong nước sau khi phản ứng. Tuy vậy, ozon hòa tan kém trong nước và là hợp chất không bền, thời gian tồn tại chỉ vài phút. Vì vậy, để có thể đạt được số lượng ozon hòa tan trong nước đủ lớn cho quá trình oxi hóa, phải đưa vào hệ một lượng ozon lớn. Ngoài nhược điểm nói trên, khi sử dụng ozon làm chất oxi hóa trong xử lý nước và nước thải là phải sản xuất ozon tại chỗ, ngay trong dây chuyền xử lý. 1.1.3. *OH Gốc hydroxyl (*OH) và khả năng oxi hóa của gốc hydroxyl Oxi hóa là quá trình trong đó electron được chuyển từ một chất này sang một chất khác. Điều này tạo nên một hiệu thế được biểu thị bằng volt (V) dựa trên hiệu thế điện cực hydro bằng zero. Mỗi chất (tác nhân) oxi hóa đều có một thế oxi hóa khác nhau và đại lượng này được dùng để so sánh khả năng oxi hóa mạnh hay yếu của chúng. Khả năng oxi hóa của các tác nhân oxi hóa được thể hiện qua thế oxi hóa và được sắp xếp theo các thứ tự trình bày trên (bảng 1.1) dưới đây 7 Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.1: Khả năng oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa Tác nhân oxi hóa Thế oxi hóa, V Gốc hydroxyl (*OH) 2,80 Ozon 2,07 Hydrogen peroxit (H 2 O 2 ) 1,78 Pecmanganat 1,68 Hydrobromic axit 1,59 Clo dioxit 1,57 Hypocloric axit 1,49 Hypoiodic axit 1,45 Clo 1,36 Brom 1,09 Iod 0,54 [Zhou H. and Smith, D.H., 2001] Nhiều tác nhân oxi hóa mạnh đề , trong số đó, gốc hydroxyl *OH là tác nhân oxi hóa mạnh nhất. Thế oxi hóa của gốc hydroxyl *OH là 2,80V, cao nhất trong số các tác nhân oxi hóa thường gặp. Nếu so với clo, thế oxi hóa của gốc hydroxyl *OH cao gấp 2,05 lần và so với ozon, thế oxi hóa của gốc hydroxyl *OH cao gấp 1,52 lần. Đặc tính của các gốc tự do là trung hòa về điện. Mặt khác, các gốc này không tồn tại có sẵn như những tác nhân oxi hóa thông thường, mà được sản sinh ngay trong quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn, khoảng vài nghìn giây nhưng liên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng. Với thế oxy hóa rất cao gốc hydroxyl có khả năng oxy hóa mọi chất hữu cơ, dù là loại khó phân hủy nhất thành những hợp chất vô cơ không độc hại như CO 2 , H 2 O, axit vô cơ, … Khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm và khử trùng của các quá trình oxi hóa nâng cao vượt xa các công nghệ truyền thống trong xử lý nước và nước thải. Dưới đây sẽ đơn cử một số chất ô nhiễm đặc trưng mà các quá trình oxi hóa nâng cao có thể loại bỏ khỏi nước và nước thải đạt đến cấp độ mong muốn mà công nghệ truyền thống khó có thể đạt được (bảng 1.2). 8
- Xem thêm -