Luận văn Thạc sĩ Kĩ thuật môi trường: Nghiên cứu công nghệ xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nhằm phục vụ cho cấp nước sinh hoạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM ---------------------------

NGUYỄN THỊ THU VÂN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC MẶT Ô NHIỄM HỮU CƠ VÀ DINH DƯỠNG NHẰM PHỤC VỤ CHO CẤP NƯỚC SINH HOẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi trường

Mã số ngành: 60520320

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM ---------------------------

NGUYỄN THỊ THU VÂN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC MẶT Ô NHIỄM HỮU CƠ VÀ DINH DƯỠNG NHẰM PHỤC VỤ CHO CẤP NƯỚC SINH HOẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi trường

Mã số ngành: 60520320

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THỊ THANH PHƯỢNG

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. NGUYỄN THỊ THANH PHƯỢNG Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM

ngày 21 tháng 4 năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

Họ và tên

TT 1 GS.TS. Hoàng Hưng PGS.TS. Huỳnh Phú 2 PGS.TS. Phạm Hồng Nhật 3 TS. Nguyễn Xuân Trường 4 TS. Nguyễn Thị Phương 5 Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện 1 Phản biện 2 Ủy viên Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được

sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP. HCM, ngày 30 tháng 8 năm 2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ THU VÂN. Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 16/04/1990. Nơi sinh: An Cư, Tuy An, Phú Yên.

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường. MSHV: 1541810024

I- Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC MẶT Ô NHIỄM HỮU CƠ VÀ CHẤT

DINH DƯỠNG NHẰM PHỤC VỤ CHO CẤP NƯỚC SINH HOẠT

II- Nhiệm vụ và nội dung:

1. Khảo sát và thu thập thông tin, dữ liệu về lưu vực sông Sài Gòn.

2. Khảo sát và chọn địa điểm lấy mẫu nghiên cứu.

3. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị cho nghiên cứu và tiến hành lấy mẫu hiện

trường và lưu trữ để phục vụ cho để tài nghiên cứu.

4. Tiến hành mô hình thí nghiêm nghiên cứu trên đối tượng mẫu nước sông

Sài Gòn với các phương pháp:

- Keo tụ bằng các loại hóa chất khác nhau: phèn sắt, phèn nhôm, PACl.

Chọn ra loại hóa chất keo tụ thích hợp.

- Thí nghiệm xử lý nước sau keo tụ bằng công nghệ than hoạt tính dạng bột

(PAC). Chọn các thông số phù hợp như pH, liều lượng, thời gian hấp phụ.

- Thí nghiệm xử lý nước sau hấp phụ qua lọc màng vi lọc (MF). Chọn các

thông số phù hợp như thông lượng vận hành, điểm dừng rửa màng.

- Thí nghiệm xử lý nước sau màng lọc bằng Oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe2+). Chọn các thông số phù hợp như

pH, liều O3, lượng chất xúc tác.

5. Thực hiện thí nghiệm xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng với

dây chuyền công nghệ keo tụ, hấp phụ than hoạt, lọc màng vi lọc và Oxy hóa bậc

cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe2+) bởi các thông số

vận hành tốt nhất. Từ đó, đề xuất công nghệ phù hợp với tình hình hiện nay.

III- Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 30 tháng 8 năm 2016

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 07 tháng 03 năm 2017

V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN THỊ THANH PHƯỢNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết

quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ

công trình nào khác.

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã

được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Học viên thực hiện luận văn

Nguyễn Thị Thu Vân

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến ban Lãnh đạo, Phòng Quản lý Khoa học – Đào

tạo sau đại học và Khoa CNSH – TP – Môi trường Trường Đại học Công nghệ tp.

HCM, cùng quý thầy cô đã tham gia giảng dạy chương trình Cao học Khóa 2015 –

2017 (đợt 1) – Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, những người đã truyền đạt cho

tôi những kiến thức hữu ích là cơ sở để cho tôi thực hiện luận văn này.

Tôi xin kính gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng

đã tạo điều kiện cho tôi được thực hiện nghiên cứu đề tài luận văn tại Phòng Thí

nghiệm của Viện Môi trường và Tài nguyên, đồng thời cũng là người tận tình

hướng dẫn cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn, nhờ đó mà tôi có thể

hoàn thành nội dung luận văn đúng theo thời gian quy định.

Chân thành cảm ơn các anh (chị), em tại Phòng Thí nghiệm của Viện Môi

trường và Tài nguyên đã góp phần giúp đỡ và hướng dẫn cho tôi trong quá trình làm

các thí nghiệm nghiên cứu của đề tài tại đơn vị.

Và tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động viên cho tôi

rất nhiều trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi

những thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được những đóng góp quý báu từ thầy cô

và những độc giả quan tâm.

Học viên thực hiện luận văn

Nguyễn Thị Thu Vân

iii

TÓM TẮT

Sông Sài Gòn được biết đến như là một nguồn cung cấp nước thô cho các

nhà máy xử lý nước cấp sinh hoạt cho thành phố Hồ Chí Minh nhưng hiện nay đang

bị ô nhiễm hữu cơ, vi sinh và chất dinh dưỡng cao. Các công nghệ xử lý nước cấp

truyền thống đã không còn phù hợp với chất lượng nước sông ngày một ô nhiễm,

bên cạnh đó, nước sau khử trùng bằng Clo đã phát sinh sản phẩm phụ như

trihalomethanes ... gây tác hại cho người sử dụng trong thời gian dài. Do đó, đề tài

tập trung nghiên cứu các phương pháp như keo tụ, hấp phụ, lọc màng và Oxy hóa

bậc cao có sự tham gia của Ozon để xử lý nước sông Sài Gòn trong phạm vi phòng

thí nghiệm.

Nguồn nước được lựa chọn để xử lý là nước sông Sài Gòn tại cửa lấy nước

của trạm bơm Hòa Phú – Nhà máy nước Tân Hiệp và được thực hiện nghiên cứu xử

lý bởi các mô hình thí nghiệm với kết quả nghiên cứu như sau:

Thí nghiệm 1: Keo tụ bởi ba loại phèn (Al2(SO4)3, FeCl3, PACl): Xác định

PACl là hóa chất keo tụ thích hợp, chỉ liều lượng nhỏ là 10mg/L, pH=6,5 nhưng đạt

hiệu suất xử lý cao lần lượt COD 49,62%, UV254 49,76%.

Thí nghiệm 2: Hấp phụ bằng than hoạt tính dạng bột (PAC) xử lý nước sau

keo tụ: Kết quả nghiên cứu với pH = 7, thời điểm 30 phút và hàm lượng 20 mg/L

đạt hiệu suất xử lý cao nhất lần lượt độ đục 53,33%, COD 51,51%, UV254 31,02%.

Đồng thời đã chứng minh PAC có tác dụng như là một chất tiền xử lý làm giãm sự

tắt nghẽn màng.

Thí nghiệm 3: Lọc màng vi lọc (MF) xử lý nước sau hấp phụ: Thông lượng vận hành thích hợp là 72 L/m2h đạt độ đục 100%, COD 68%, Fe 65%, Coliforms

93%. Điểm dừng rửa màng được lựa chọn khi áp suất vào màng tăng đến giá trị

khoảng 6-8psi.

Thí nghiệm 4: Oxy hóa bậc cao xử lý nước sau keo tụ, bởi hệ O3/Fe2+ có hiệu

quả xử lý cao hơn hệ O3 với COD là 89,01%; TOC là 88,7% tại pH=9, liều xúc tác Fe2+ 2% 0,5mL, lưu lượng khí sục 1,5L/phút, thời gian sục 30 phút (13,5mgO3). Đối

với, vận hành mô hình thí nghiệm xử lý nước sau lọc qua màng với lưu lượng khí sục 1L/phút, thời gian sục 30 phút (9mgO3), liều xúc tác Fe2+ 2% 0,3mL.

Thí nghiệm 5: Vận hành công nghệ với các thông số tốt nhất. Kết quả nguồn

nước sau xử lý đạt quy chuẩn cấp nước QCVN 02:2009/BYT, với hiệu quả xử lý TOC bởi dây chuyền công nghệ có sự tham gia của hệ O3/Fe2+ lên đến 95,05%.

Dây chuyền công nghệ này có thể áp dụng xử lý nguồn nước mặt có nồng độ

ô nhiễm cao và có thể làm giảm đáng kể lượng chất hữu cơ khó phân hủy. Bên cạnh đó, sử dụng phương pháp Oxy hóa bậc cao với hệ O3 và O3/Fe2+ thay thế cho

phương pháp khử trùng bằng Clo là cần thiết cho tình hình nước sông bị ô nhiễm

cao như hiện nay.

ABSTRACT

The Saigon River is known as a raw water source for water treatment plants

in Binh Duong province and Ho Chi Minh City. But is currently contaminated by

organic matter, microorganisms and high nutrients. The traditional water treatment

technology was no longer suitable for polluted river water quality. Besides that, The

water source has passed the sterilization phase by chlorine to produce byproducts

such as trihalomethanes ... cause cancer risk for users for a long time. Research

topics on the methods such as Coagulation, adsorption, membrane filtration, high-

level oxidation with participation of ozone.

The topic is researched within laboratory and water are selected for for the

research project is the Saigon River at Hoa Phu Pump Station - Tan Hiep Water

Plant. Experimental models and the results are as follows:

Experiment 1: Coagulation by three types of alum (Al2(SO4)3, FeCl3, PACl):

determine PACl is suitable coagulation chemicals, only a small dose is 10mg/L, pH

= 6.5, but effective treatment high with 49.62% COD, 49.76% UV254.

Experiment 2: Adsorption by activated charcoal powder (PAC) post-

coagulation water treatment. Results research with pH = 7, the time of 30 minutes

and concentration of 20 mg/L, effective treatment with 53.33% turbidity, 51.51%

COD, 31.02% UV254. PAC is a pre-treatment that reduces the congestion of the

membrane.

Experiment 3: Microfiltration membrane (MF) water treatment after adsorption. Results research with The appropriate throughput is 72/m2h, effective

treatment with 100% turbidity, 68% COD, 65% Fe, 93% Coliforms. Wash

membrane point selected When the pressure in the membrane increases to about 6 –

8psi.

Experiment 4: Highly oxidized post-coagulation water treatment. Results + system has higher efficiency than O3 system with 89.01% research with O3/ Fe2 COD; 88.7% TOC at pH = 9, Fe2+ catalyst dosage 2% 0.5 ml, the flow of air into

the 1.5L/min, time 30 minutes (13,5mgO3). Operate experimental model for water after membrane filtration with pH = 9, Fe2+ catalyst dosage 2% 0.3 ml, the flow of

air into the 1L/min, time 30 minutes (9mgO3).

Experiment 5: Operate the technology with the best parameters. Results of

treated water to set standards for water supply QCVN 02: 2009/BYT, effective treatment TOC with participation of O3/Fe2+ system up to 95,05%.

This technology can be used to river water treatment polluted by organic

matter, microorganisms and nutrients in high concentration. Use high-level oxidation with O3 and O3/Fe2+ replacing the chlorine disinfection method are

necessary for the current situation.

vii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii

TÓM TẮT ................................................................................................................ iii

ABSTRACT................................................................................................................ v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... xiiii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..........................................................................xiv

DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... xv

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1

1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 1

2. Mục tiêu đề tài ................................................................................................ 3

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 3

4. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 3

5. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 4

6. Ý nghĩa và tính mới của đề tài ...................................................................... 5

6.1. Tính mới của đề tài ..................................................................................... 5

6.2. Ý nghĩa khoa học ........................................................................................ 5

6.3. Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................... 6

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU .............................. 7

1.1. Khái quát về lưu vực sông Sài Gòn ........................................................... 7

1.1.1. Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên lưu vực sông Sài Gòn ...................... 7

1.1.1.1. Vị trí địa lý ...................................................................................... 7

1.1.1.2. Điều kiện tự nhiên ........................................................................... 9

1.1.2. Điều kiện kinh tế và xã hội của các tỉnh trong lưu vực sông ............... 13

1.1.3. Tầm quan trọng của lưu vực sông Sài Gòn .......................................... 17

1.2. Hiện trạng môi trường nước sông Sài Gòn ............................................ 21

1.2.1. Các nguồn thải gây ô nhiễm trên lưu vực sông Sài Gòn ..................... 21

1.2.2. Đánh giá môi trường nước sông Sài Gòn ............................................ 24

1.3. Tổng quan về nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng ...................... 28

viii

1.3.1. Khái niệm ô nhiễm nước và sự ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng ......... 28

1.3.2. Một số chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước .................................. 30

1.4. Tổng quan phương pháp xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh

dưỡng ................................................................................................................ 33

1.4.1. Các quá trình xử lý nước mặt hiện nay ................................................ 33

1.4.2. Các dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt hiện nay .......................... 36

1.4.2.1. Một số dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt trên thế giới ......... 36

1.4.2.2. Một số dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt tại Việt Nam ........ 38

1.5. Tổng quan về các phương pháp được lựa chọn để nghiên cứu ............ 41

1.5.1. Lý thuyết keo tụ ................................................................................... 41

1.5.1.1. Bản chất hóa lý của quá trình keo tụ ............................................. 41

1.5.1.2. Hóa chất keo tụ thường dùng ........................................................ 43

1.5.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ ................................... 48

1.5.2. Lý thuyết về hấp phụ ........................................................................... 49

1.5.2.1. Sự hấp phụ ..................................................................................... 49

1.5.2.2. Giải hấp phụ .................................................................................. 50

1.5.2.3. Cân bằng hấp phụ .......................................................................... 51

1.5.2.4. Dung lượng hấp phụ cân bằng ...................................................... 51

1.5.2.5. Hiệu suất hấp phụ .......................................................................... 52

1.5.2.6. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ ................................... 52

1.5.2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ................................ 56

1.5.3. Tổng quan về than hoạt tính (Powdered Activated Carbon - PAC) ... 57

1.5.3.1. Cơ chế hấp phụ của than hoạt tính ................................................ 57

1.5.3.2. Đặc tính và ưu nhược điểm của than hoạt tính .............................. 58

1.5.3.3. Than hoạt tính hấp phụ các hợp chất hữu cơ tự nhiên .................. 59

1.5.4. Tổng quan về công nghệ lọc màng ...................................................... 60

1.5.4.1. Định nghĩa và phân loại màng ....................................................... 60

1.5.4.2. Hình dạng module ......................................................................... 64

1.5.4.3. Nguyên tắc thiết kế hệ thống và thông số vận hành màng ............ 66

1.5.4.4. Lựa chọn công nghệ màng lọc ...................................................... 71

1.5.5. Tổng quan về Oxy hóa bậc cao ............................................................ 76

1.5.5.1. Lý thuyết của quá trình Oxy hóa bậc cao ...................................... 76

1.5.5.2. Quá trình Catazon .......................................................................... 79

1.6. Ứng dụng của các công nghệ nghiên cứu trong và ngoài nước ............ 84

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU, MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 92

2.1. TÓM TẮT NỘI DUNG THÍ NGHIỆM ............................................................... 92

2.2.Vật liệu ........................................................................................................ 93

2.3. Phương pháp phân tích ............................................................................ 94

2.3.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu ..................................................... 94

2.3.2. Phương pháp xác định liều Ozon ......................................................... 95

2.4. Mô hình thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu ................................. 97

2.4.1. Khảo sát quá trình keo tụ ..................................................................... 97

2.4.1.1. Khảo sát giá trị pH tốt nhất của quá trình keo tụ .......................... 97

2.4.1.2. Khảo sát liều lượng phèn tốt nhất của quá trình keo tụ ................. 98

2.4.2. Khảo sát mô hình thí nghiệm hấp phụ bằng than hoạt tính ................. 98

2.4.2.1. Khảo sát giá trị pH tốt nhất của quá trình hấp phụ ........................ 99

2.4.2.2. Khảo sát thời gian hấp phụ tốt nhất của quá trình hấp phụ ........... 99

2.4.2.3. Khảo sát liều lượng than tốt nhất của quá trình hấp phụ ............. 100

2.4.3. Khảo sát mô hình thí nghiệm lọc màng vi lọc ................................... 100

2.4.3.1. Khảo sát giá trị thông lượng thích hợp ........................................ 102

2.4.3.2. Khảo sát điểm dừng rửa màng .................................................... 102 2.5.3. Khảo sát mô hình thí nghiệm oxy hóa bậc cao với hệ O3 và O3/Fe2+ 102 2.5.3.1. Khảo sát giá trị pH tốt nhất của hệ O3 và hệ O3/Fe2+ ................. 102 2.5.3.2. Khảo sát thời gian sục khí tốt nhất của hệ O3 và hệ O3/Fe2+ ...... 103 2.5.3.3. Khảo sát liều chất xúc tác tốt nhất của hệ O3/Fe2+ ...................... 103 2.5.3.4. Khảo sát liều Ozon sử dụng tốt nhất của hệ O3 và hệ O3/Fe2+ ... 103

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .......................................................... 105

3.1. Chất lượng nước mặt sử dụng trong nghiên cứu ................................. 105

3.2. Mô hình keo tụ ........................................................................................ 106

3.2.1. Xác định giá trị pH keo tụ phù hợp .................................................... 106

3.2.1.1. Xác định giá trị pH phù hợp khi dùng chất keo tụ là phèn sắt .... 106

3.2.1.2. Xác định giá trị pH phù hợp khi dùng chất keo tụ là phèn nhôm107

3.2.1.3. Xác định giá trị pH phù hợp khi dùng chất keo tụ là phèn PACl 108

3.2.2. Xác định giá trị liều lượng phèn phù hợp .......................................... 109

3.2.2.1. Xác định giá trị liều lượng phèn sắt phù hợp .............................. 109

3.2.2.2. Xác định giá trị liều lượng phèn PACl phù hợp .......................... 111

3.2.2.3. Xác định giá trị liều lượng phèn nhôm phù hợp ......................... 111

3.2.3. So sánh và lựa chọn loại phèn thích hợp............................................ 113

3.3. Mô hình hấp phụ của than hoạt tính (PAC) ........................................ 114

3.3.1. Xác định giá trị pH hấp phụ phù hợp ................................................. 114

3.3.2. Xác định thời gian hấp phụ phù hợp .................................................. 115

3.3.3. Xác định liều lượng than hấp phụ phù hợp ........................................ 116

3.3.4. Xác định hằng số hấp phụ và xây dựng đường đẳng nhiệt Langmuir

...................................................................................................................... 118

3.4. Xác định quá trình lọc màng MF .......................................................... 120

3.4.1. Xác định thông lượng thích hợp ........................................................ 120

3.4.2. Xác định điểm dừng rửa màng ........................................................... 122

3.4.3. Sự thay đổi áp suất và thể tích nước lọc trong quá trình vận hành ... 124

3.4.3.1. Xu hướng thay đổi áp suất giữa các chu kỳ lọc .......................... 124

3.4.3.2. Ảnh hưởng của quá trình rửa lên áp suất vào màng và thể tích

nước lọc .................................................................................................... 125

3.4.4. Đánh giá hiệu quả xử lý .................................................................... 126 3.5. Mô hình oxy hóa bậc cao với hệ O3 và hệ O3/ Fe2+ .............................. 127 3.5.1. Xác định giá trị pH phù hợp của hệ O3 và hệ O3/ Fe2+ ...................... 127 3.5.1.1. Xác định giá trị pH phù hợp của hệ Ozon đơn thuần .................. 127 3.5.1.2. Xác định giá trị pH phù hợp của hệ O3/ Fe2+ .............................. 128 3.5.2. Xác định thời gian sục khí phù hợp của hệ O3 và hệ O3/ Fe2+ ........... 129

3.5.2.1. Xác định thời gian sục khí phù hợp của hệ O3 ............................ 129 3.5.2.2. Xác định thời gian sục khí phù hợp của hệ O3/ Fe2+ ................... 129 3.5.3. Xác định liều lượng chất xúc tác phù hợp của hệ O3/ Fe2+ ................ 131 3.5.4. Xác định liều Ozon sử dụng phù hợp đối với hệ O3 và hệ O3/ Fe2+ .. 132

3.5.4.1. Xác định liều Ozon sử dụng phù hợp đối với hệ O3 ................... 132 3.5.4.2. Xác định liều Ozon sử dụng phù hợp đối với hệ O3/ Fe2+ .......... 133 3.5.5. So sánh hiệu suất xử lý của hệ O3 và hệ O3/Fe2+ ............................... 134

3.6. Đề xuất dây chuyền công nghệ .............................................................. 135

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 94

1. Kết luận ......................................................................................................... 94

2. Kiến Nghị ...................................................................................................... 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 144

PHỤ LỤC ............................................................................................................... 154

xii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Tp. HCM Thành phố Hồ Chí Minh

BYT Bộ Y tế

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

USEPA Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ

NXB Nhà xuất bản

QLMT Quản lý môi trường

KHCN Khoa học công nghệ

CNMT Công nghệ môi trường

PTN Phòng thí nghiệm

KCN Khu công nghiệp

KCX Khu chế xuất

TXLNT Trạm xử lý nước thải

CSSX Cơ sở sản xuất

BVMT Bảo vệ môi trường

QCVN Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

LVS Lưu vực sông

NTSH Nước thải sinh hoạt

PAC Than hoạt tính dạng bột (Powdered Activated Carbon)

MF Màng vi lọc (Microfiltration)

UF Màng siêu lọc (Ultrafiltration)

NF Màng Nano (nanofiltrafiltration)

RO Màng thẩm thấu ngược (Reverse osmosis)

AOP Quá trình oxy hóa nâng cao (Advanced oxidation process)

TMP Áp suất xuyên màng (Trans-membrane pressure)

BOD Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen demand)

xiii

Nhu cầu oxy hóa học (Chemical oxygen demand) COD

Cacbon hữu cơ hòa tan (Dissolved organic carbon) DOC

Tổng cacbon hữu cơ (Total organic carbon) TOC

Hợp chất hữu cơ tự nhiên (Natural Organic Matter) NOM

DOM Chất hữu cơ hòa tan

HA Axit Humic

THMs Trihalomethanes

xiv

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Diện tích, dân số, mật độ dân số các địa phương trong khu vực ... 13

Bảng 1.2. Dân số thành thị trung bình các địa phương trong khu vực từ 2010

- 2014 ............................................................................................................. 13

Bảng 1.3. Danh sách các KCN, KCX, KCNC nằm dọc sông Sài Gòn .......... 14

Bảng 1.4. Diện tích lúa cả năm phân theo địa phương .................................. 15

Bảng 1.5. Số trang trại từ năm 2011 - 2014 ................................................... 16

Bảng 1.6. Số trang trại năm 2014 phân theo lĩnh vực sản xuất ..................... 16

Bảng 1.7. Diện tích mặt nước nuôi trồng thủy sản từ năm 2010 - 2014 ........ 17

Bảng 1.8. Ưu điểm và bất lợi của dạng sợi rỗng và dạng ống cho MF (vi lọc)

........................................................................................................................ 71

Bảng 1.9. Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa ........................... 77

Bảng 1.10. Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng .... 78

Bảng 1.11. Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng ............... 79

Bảng 1.12. Mức độ loại bỏ Clorobenzen khi áp dụng hệ O3/xúc tác đồng thể ........................................................................................................................ 81

Bảng 2.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong mẫu nước mặt ............. 94

Bảng 3.1. Kết quả phân tích mẫu nước mặt tại cửa lấy nước trạm bơm Hòa

Phú................................................................................................................ 105

Bảng 3.2. Thông số đầu vào của mẫu nước mặt ô nhiễm ............................ 106

Bảng 3.3. Thông số đầu vào của nước mặt sau xử lý keo tụ ....................... 114

Bảng 3.4. Mối quan hệ giữ Ce và Qe trong khoảng thời gian hấp phụ 30 phút

...................................................................................................................... 118

Bảng 3.5. Các thông số động học tính theo mô hình Langmuir .................. 119

Bảng 3.6. Thông số đầu vào của mẫu sau quá trình hấp phụ ....................... 120

Bảng 3.7. Hiệu quả xử lý của mô hình MF phòng thí nghiệm ................... 126

Bảng 3.8. Thông số đầu vào của mẫu nước mặt sau sau keo tụ .................. 127

Bảng 3.9. Liều Ozon sử dụng đối với hệ Ozon ............................................ 132 Bảng 3.10. Liều Ozon sử dụng đối với hệ Catazon (O3/ Fe2+) .................... 133 Bảng 3.11. Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong mẫu nước sau xử lý của hai dây chuyền công nghệ xử lý với hệ O3 và hệ O3/ Fe2+ ................................ 136

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Bản đồ lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai 3 ................................. 8

Hình 1.2. Lưu vực Sông Sài Gòn ..................................................................... 9

Hình 1.3. Hồ Dầu Tiếng 12 ......................................................................... 20

Hình 1.4. Cửa xả nước kênh Tây của Hồ Dầu Tiếng 26 ............................. 20

Hình 1.5. Cảng An Sơn ven lưu vực sông Sài Gòn 17 ................................ 20

Hình 1.6. Du lịch sông nước 13 .................................................................. 20

Hình 1.7. Cảng Quận 4 Sài Gòn 14 ............................................................ 20

Hình 1.8. Thuyền bè di chuyển trên sông Sài Gòn đoạn qua tp.HCM 16 ... 20

Hình 1.9. Ô nhiễm trầm trọng tại nhiều kênh, rạch ở thành phố 53 ............ 27

Hình 1.10. Nhà ở tạm bợ ven kênh, rạch ở thành phố 53............................ 27

Hình 1.11. Nhiều thành phần rác thải ven sông Sài Gòn 10 ....................... 27

Hình 1.12. Xác heo chết của công ty Việt Phước vứt ra môi trường nước 8

........................................................................................................................ 27

Hình 1.13. Công ty sản xuất xả thải gây ô nhiễm nguồn nước 20 .............. 27

Hình 1.14. Bụi than đá nổi lềnh bềnh trên sông Sài Gòn 24 ....................... 27

Hình 1.15. Ngư dân vớt xác cá chết trên thượng nguồn sông Sài Gòn 15 .. 27

Hình 1.16. Khu vực thượng lưu sông Sài Gòn nước có màu xanh do ô nhiễm

7 ................................................................................................................... 27

Hình 1.17. Sơ đồ công nghệ xử lý nhà máy nước Tân Hiệp .......................... 39

Hình 1.18. Sơ đồ dây chuyền xử lý nhà máy nước Gia Ray .......................... 40

Hình 1.19. Các giai đoạn của quá trình keo tụ .............................................. 43

Hình 1.20. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .......................................... 54

Hình 1.21. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb .................................................... 55

Hình 1.22. Than hoạt tính dạng bột (PAC) ................................................... 58

Hình 1.23. Mô tả quá trình màng ................................................................... 61

Hình 1.24. Phân loại các quá trình lọc màng ................................................. 61

Hình 1.25. Cấu trúc màng vi xốp a) Đẳng hướng; b) Bất đẳng hướng .......... 62

xvi

Hình 1.26. Sơ đồ bốn module màng cơ bản: (a) Dạng khung bản; (b) Dạng

cuộn; (c) Dạng ống; (d) dạng sợi rỗng ........................................................... 66

Hình 1.27. Sơ đồ biểu diễn (a) Quá trình lọc Dead-end; (b) quá trình lọc

Cross-flow ...................................................................................................... 67

Hình 1.28. Sự tương quan giữa áp suất qua màng và thông lượng (Ginder,

2001) .............................................................................................................. 69

Hình 1.29. Cơ chế nghẽn màng; (a) Sự hình thành lớp gel/ bánh bùn; (b) Bít

lỗ màng và (c) Thu hẹp lỗ màng (Bourgeous et al., 2001) .......................... 70

Hình 1.30. Mối tương quan giữa thời gian lọc (t/V) và thể tích lọc (V)........ 71

Hình 1.31. Ảnh hưởng của pH đến sự phân hủy Ozon .................................. 80

Hình 2.1. Sơ đồ tóm tắt quá trình thí nghiệm ................................................ 92

Hình 2.2. Vị trí lấy mẫu tại Trạm bơm Hòa Phú ........................................... 93

Hình 2.3. Trước khi hấp thụ ozone ................................................................ 96

Hình 2.4. Sau khi hấp thụ ozone .................................................................... 96

Hình 2.5. Thí nghiệm keo tụ .......................................................................... 97

Hình 2.6. Mô hình thí nghiệm hấp phụ bằng than hoạt tính .......................... 99

Hình 2.7. Mô hình thí nghiệm công nghệ lọc màng vi lọc .......................... 101

Hình 2.8. Bơm Tandem 1081 ....................................................................... 101

Hình 2.9. Màng vi lọc .................................................................................. 101

Hình 2.10. Máy phát Ozon ........................................................................... 104

Hình 2.11. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu với hệ O3 ................................. 104 Hình 2.12. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu với hệ O3/Fe2+ ......................... 104

Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ đục của

quá trình keo tụ phèn sắt .............................................................................. 106

Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và

UV254 của quá trình keo tụ phèn sắt ............................................................. 106

Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ đục của

quá trình keo tụ phèn nhôm.......................................................................... 107

xvii

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và

UV254 của quá trình keo tụ phèn nhôm ......................................................... 107

Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ đục của

quá trình keo tụ phèn PACl .......................................................................... 108

Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và

UV254 của quá trình keo tụ phèn PACl ......................................................... 108

Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng phèn sắt đến hiệu suất

xử lý độ đục .................................................................................................. 110

Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng phèn sắt đến hiệu suất

xử lý COD và UV254 .................................................................................... 110

Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng phèn PACl đến hiệu

suất xử lý độ đục .......................................................................................... 111

Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng phèn PACl đến hiệu

suất xử lý COD và UV254 ............................................................................. 111

Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng phèn nhôm đến hiệu

suất xử lý độ đục .......................................................................................... 112

Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng phèn nhôm đến hiệu

suất xử lý COD và UV254 ............................................................................. 112

Hình 3.13. Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý độ đục giữa ba chất keo tụ ....... 113

Hình 3.14. Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý COD giữa ba chất keo tụ ......... 113

Hình 3.15. Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý UV254 giữa ba chất keo tụ ....... 113

Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ ....... 114

Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn độ đục theo thời gian hấp phụ của PAC .......... 115

Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn COD theo thời gian hấp phụ của PAC ............ 115

Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn UV254 theo thời gian hấp phụ của PAC ........... 116

Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều PAC đến quá trình hấp phụ

...................................................................................................................... 117

Hình 3.21. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ chất hữu cơ bởi than hoạt

tính (theo độ đục) ......................................................................................... 119

xviii

Hình 3.22. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ chất hữu cơ bởi than hoạt

tính (theo COD) ........................................................................................... 119

Hình 3.23. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ chất hữu cơ bởi than hoạt

tính (theo UV254) .......................................................................................... 119

Hình 3.24. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý độ đục, độ màu, COD của MF 120

Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và thể tích nước lọc theo thời gian một chu kỳ lọc ở các thông lượng 60, 72, 84, 90, 150 L/m2h

...................................................................................................................... 121

Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất theo thể tích nước lọc được thông lượng 72L/m2h trong các chu kỳ lọc .................................................. 123

Hình 3.27. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất theo thời gian qua các chu kỳ

lọc liên tiếp với màng rửa hóa chất sau mỗi chu kỳ .................................... 124

Hình 3.28: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất vào màng ban đầu và thể tích

nước lọc được của mỗi chu kỳ trong quá trình vận hành màng dưới ảnh

hưởng của quá trình rửa hóa chất ................................................................. 125

Hình 3.29. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu

của hệ O3 ...................................................................................................... 127

Hình 3.30. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và

TOC của hệ O3 ............................................................................................. 127

Hình 3.31. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu của hệ O3/Fe2+ .............................................................................................. 128

Hình 3.32. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và TOC của hệ O3/Fe2+ ..................................................................................... 128

Hình 3.33. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian sục khí đến hiệu suất xử

lý độ màu, COD và TOC của hệ O3 ............................................................. 129

Hình 3.34. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian sục khí đến hiệu suất xử lý độ màu, COD và TOC của hệ O3/ Fe2+ .................................................... 130

Hình 3.35. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều chất chất xúc tác đến hiệu suất xử lý độ màu, COD và TOC của hệ O3/ Fe2+ ....................................... 131

xix

Hình 3.36. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều O3 đến hiệu suất xử lý độ

màu, COD và TOC của hệ O3 ...................................................................... 132

Hình 3.37. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều O3 đến hiệu suất xử lý độ màu, COD và TOC của hệ O3/ Fe2+ ............................................................. 133 Hình 3.38. Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý độ màu giữa hệ O3 và O3/Fe2+ 134 Hình 3.39. Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý COD giữa hệ O3 và hệ O3/Fe2+

...................................................................................................................... 134 Hình 3.40. Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý TOC giữa hệ O3 và hệ O3/Fe2+

...................................................................................................................... 134

Hình 3.41. Dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh

dưỡng nhằm phục vụ cấp nước sinh hoạt .................................................... 141

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Tốc độ phát triển kinh tế nhanh trong giai đoạn 10 năm gần đây là một trong

những nguyên nhân làm thay đổi môi trường, ảnh hưởng chất lượng cuộc sống và

sinh thái môi trường. Trong đó, môi trường nước đang phải gánh chịu tác hại

nghiêm trọng bởi sự phát triển không bền vững của dân sinh, kinh tế và xã hội. Nạn

nhân điển hình của tình trạng này đó chính là sông Sài Gòn, một con sông thuộc hệ

thống sông Đồng Nai, tuyến sông cung cấp nước chính phục vụ cấp nước sinh hoạt

và hoạt động kinh tế của khu vực Tây Ninh, Bình Dương và tp. Hồ Chí Minh.

Sông Sài Gòn có một ý nghĩa chiến lược trong quá trình phát triển kinh tế -

xã hội của các tỉnh trong lưu vực nói riêng và vùng kinh tế trọng điểm phía Nam nói

chung. Thế nhưng theo kết quả quan trắc qua nhiều năm cho thấy, chất lượng nguồn

nước cung cấp phục vụ sinh hoạt của hệ thống sông Sài Gòn đang bị suy giảm

nghiêm trọng. Qua đợt khảo sát mới đây tại 22 quận huyện cho thấy ô nhiễm nước

sông Sài Gòn đã vượt mức báo động, nhiều vị trí trên sông Sài Gòn đã vượt giới hạn

cho phép 27. Cụ thể, tại vị trí trạm bơm Hòa Phú: nồng độ COD từ 8 – 14 g/L và

amoni từ 0,1 – 1mgN/L (quy chuẩn cho phép đối với COD trong nước là 10 mg/L

và amoni là 0,1 mgN/L), hàm lượng sắt và mangan vượt chuẩn từ 1,2 đến 2,5 lần,

coliform có lúc tăng 50 lần 24. Trong năm 2015, tình hình ô nhiễm hữu cơ và vi

sinh cao nhất ở khu vực Phú An. Năm 2016, tại các điểm quan trắc trên địa bàn các

chỉ tiêu pH, DO, BOD5, Dầu, COD, TSS, độ mặn và Amoni có xu hướng tăng 40 –

100% so với năm 2015 4.

Nguyên nhân của sự ô nhiễm này là mỗi ngày con sông phải tiếp nhận hàng

trăm nghìn mét khối nước thải công nghiệp, sinh hoạt và chăn nuôi chưa qua xử lý. Trong số 269 nguồn thải có lưu lượng trên 50 m3/ngày có đến 109 nguồn không có

hệ thống xử lý nước thải 27. Cụ thể, hiện tại trên địa bàn tp.HCM có trên 31100

cơ sở sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp hầu hết chưa có hệ thống nước

thải thuộc nhiều ngành nghề như: thực phẩm, dệt may, nhuộm, hóa chất, chế biến

gỗ…Một số doanh nghiệp đã có hệ thống xử lý nhưng nhiều chỉ số ô nhiễm nước

thải sau xử lý vượt tiêu chuẩn cho phép. Chưa kể đến các khu công nghiệp, khu chế

xuất đang hoạt động cũng thải ra khối lượng lớn chất thải. Mặc dù, các khu này

phần lớn có hệ thống xử lý chất thải, thế nhưng tình trạng cố ý xả thải trực tiếp ra

môi trường vẫn còn đang diễn ra hàng ngày 51. Về nước thải sinh hoạt thì tổng lượng nước thải sinh hoạt đổ ra sông Sài Gòn khoảng trên 890700 m3/ngày (bao

gồm các tỉnh Tây Ninh, Bình Dương và TP.HCM). Dự kiến đến năm 2020, lượng

nước thải sinh hoạt đổ ra sông Sài Gòn sẽ lên đến gần 1,1 triệu m3/ngày 27. Bên

cạnh đó, rác thải do sinh hoạt của người dân lại gia tăng làm cho mức độ ô nhiễm

ngày càng trầm trọng, nhất là ở các con kênh, rạch. Hệ thống kênh, rạch nối với sông Sài Gòn hàng ngày phải tiếp nhận trên 40 tấn rác thải, 70000 m3 nước thải

công nghiệp 37. Với tình trạng xả thải không được kiểm soát chặt chẽ và con số ô

nhiễm giật mình như vậy, thì chất lượng nước sông bị suy giảm nghiêm trọng là

không thể tránh khỏi.

Với những thành phần ô nhiễm như hiện nay, thì nguồn nước thô ô nhiễm

không chỉ là các hợp chất đơn giản mà còn chứa các hợp chất phức tạp khó mà loại

bỏ bằng các phương pháp xử lý nước cấp hiện hữu. Nhiều nghiên cứu đã chứng

minh rằng, nước sau khử trùng xuất hiện THMs (Trihalomethanes), một hợp chất

gây ung thư nếu được tích lũy lâu dài ở người sử dụng [24]. Điều này cho thấy với

công nghệ xử lý hiện hữu chỉ thích hợp xử lý cho loại nước thô khi đạt chất lượng

theo tiêu chuẩn A1 (QCVN 08 – MT:2015/BTNMT).

Chất lượng nước liên quan chặt chẽ đến sức khỏe cộng đồng. Theo đánh giá

của Tổ chức Y tế thế giới, 80% bệnh tật ở con người xuất phát từ việc sử dụng

nguồn nước không sạch và vệ sinh môi trường kém. Như vậy, chất lượng nước

nguồn sông Sài Gòn ngày càng tồi tệ. Điều này gây ra lo ngại, liệu nước máy cung

cấp cho người dân sinh hoạt, ăn uống hàng ngày có an toàn?. Công nghệ xử lý hiện

hữu bằng keo tụ - tạo bông, lắng, lọc, và khử trùng có đủ khả năng để khử các hợp

chất bền vững tồn tại trong nguồn nước hay không? Đây là một trong những vấn đề

cấp bách không chỉ riêng cho tp.HCM mà còn ở khắp các địa phương trên cả nước.

Trong tình hình này, việc nghiên cứu ra công nghệ phù hợp để xử lý các chất ô

nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng trong nguồn nước mặt, để đảm bảo nước sau xử lý

không phát sinh ra các chất độc hại gây ảnh hưởng sức khỏe con người là một vấn

đề cần thiết cho thời điểm hiện nay cũng như trong tương lai.

Với đề tài “nghiên cứu công nghệ xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh

dưỡng nhằm phục vụ cho cấp nước sinh hoạt” mà trong đó phương pháp vật lý –

hóa học được đề xuất là keo tụ, hấp phụ, lọc màng và ozon hóa được xem là giải

pháp xử lý bậc cao, đảm bảo nước sau xử lý đạt quy chuẩn cấp nước cho sinh hoạt.

2. Mục tiêu đề tài

- Mục tiêu chung: Xác định công nghệ phù hợp xử lý nước mặt ô nhiễm hữu

cơ và dinh dưỡng nhằm phục vụ cho cấp nước sinh hoạt.

- Mục tiêu cụ thể:

+ Xác định các thông số vận hành tốt nhất trong các quá trình keo tụ, hấp

phụ bằng than hoạt tính, lọc màng vi lọc, oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe2+);

+ Xác định hiệu quả xử lý của công nghệ nghiên cứu, nước đầu ra đạt chất

lượng theo QCVN 02:2009/BYT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước

sinh hoạt;

+ Lựa chọn công nghệ phù hợp.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Nước mặt sông Sài Gòn tại cửa lấy nước của Trạm

Bơm Hòa Phú – Nhà máy nước Tân Hiệp

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các phương pháp xử lý nước mặt ô nhiễm

hữu cơ và dinh dưỡng bằng phương pháp keo tụ, hấp phụ bằng than hoạt tính, lọc

màng và Oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe2+) với quy mô mô hình trong phòng thí nghiệm.

Thời gian thực hiện: 6 tháng (từ 9/2016 đến 02/2017).

4. Nội dung nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu gồm 5 nội dung sau:

1. Nghiên cứu keo tụ nước mặt bằng các loại hóa chất khác nhau: phèn sắt,

phèn nhôm, PACl.

2. Nghiên cứu xử lý nước sau keo tụ bằng công nghệ than hoạt tính dạng

bột.

3. Nghiên cứu nước sau hấp phụ qua lọc màng MF.

4. Nghiên cứu xử lý nước sau màng lọc bằng Oxy hóa bậc cao với hệ Ozon

đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe2+).

5. Nghiên cứu xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng với dây chuyền

công nghệ keo tụ, hấp phụ than hoạt, lọc màng vi lọc và Oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe2+) bởi các thông số vận hành tốt

nhất. Từ đó, đề xuất công nghệ phù hợp với tình hình hiện nay.

5. Phương pháp nghiên cứu

a. Phương pháp tổng hợp tài liệu

Thu thập, tổng hợp các nguồn tài liệu từ sách, báo, internet, thư viện, từ các

cơ quan, đơn vị có lưu trữ các nguồn tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu như

các vấn đề về nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng; hiện trạng ô nhiễm của đối

tượng cần nghiên cứu; các phương pháp, công nghệ đã nghiên cứu ứng dụng trong

và ngoài nước để xử lý hiệu quả nguồn nước mặt bị ô nhiễm. Từ đó kế thừa, phân

tích, so sánh, đánh giá tìm ra các giải pháp thích hợp cho điều kiện hiện nay.

b. Phương pháp lấy mẫu, phân tích

Quy cách lấy mẫu và bảo quản mẫu tuân thủ các quy định trong các Tiêu

chuẩn Việt Nam hiện hành TCVN 6663-6:2008 (lấy mẫu) và TCVN 6663-3:2008

(bảo quản mẫu).

Các phương pháp phân tích mẫu thực hiện theo Standard methods for the

examination of water and wastewater, 22nd 2012 và Tiêu chuẩn Việt Nam. 71

c. Phương pháp nghiên cứu trong điều kiện phòng thí nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm trên các mô hình và thực hiện trình tự như sau:

+ Mô hình jartest với quá trình keo tụ của các loại phèn;

+ Mô hình PAC;

+ Mô hình lọc màng vi lọc;

+ Mô hình Oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon

xúc tác Fe2+);

d. Phương pháp xử lý số liệu

Các số liệu thu được từ kết quả khảo sát thực nghiệm mô hình sẽ thống kê,

tính toán và cho ra các bảng biểu, đồ thị trên phần mềm Excel để tìm ra các kết quả

nghiên cứu với giá trị thích hợp.

e. Phương pháp chuyên gia

Đề tài nghiên cứu thực hiện dưới sự hướng dẫn của chuyên gia nghiên cứu

chuyên ngành PGS.TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng –Viện Tài nguyên và Môi

trường tp. Hồ Chí Minh, nhằm đánh giá ý nghĩa về mặt khoa học của đề tài.

6. Ý nghĩa và tính mới của đề tài

6.1. Tính mới của đề tài

Kế thừa các kết quả nghiên cứu của các phương pháp keo tụ, hấp phụ bằng

than hoạt tính dạng bột và lọc màng vi lọc đã được áp dụng để xử lý nước mặt trên

thế giới để nghiên cứu nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng với điều kiện ở Việt

Nam.

Phương pháp Oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe2+) hầu như được áp dụng để xử lý nước thải. Đề tài nghiên cứu đề

xuất phương pháp này trong dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ

và dinh dưỡng ở Việt Nam.

Dây chuyền công nghệ keo tụ, hấp phụ bằng than hoạt tính dạng bột, lọc

màng vi lọc, oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe2+) lần đầu tiên được đề xuất thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm để xử lý nước

mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nhằm phục vụ cho cấp nước sinh hoạt.

6.2. Ý nghĩa khoa học

Kết hợp các công nghệ xử lý bậc cao (hấp phụ bằng than hoạt tính, lọc màng

vi lọc và Oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác

6 Fe2+) trong xử lý nguồn nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nhằm phục vụ cho

cấp nước sinh hoạt);

Nghiên cứu sẽ xác định được các thông số vận hành phù hợp cho quá trình

xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng;

Nghiên cứu trên nguồn nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng thực tế

(sông Sài Gòn), từ đó đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ;

Mặt khác, kết quả nghiên cứu như là nguồn tài liệu cơ bản cho các công trình

nghiên cứu mới hơn ở tương lai.

6.3. Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài có tính thực tiễn cao. Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho triển khai thực

tế xử lý các nguồn nước mặt bị ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng, đảm bảo chất lượng

nước cấp, an toàn cho sức khỏe và nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1. Khái quát về lưu vực sông Sài Gòn

1.1.1. Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên lưu vực sông Sài Gòn

1.1.1.1. Vị trí địa lý

Lưu vực sông Sài Gòn bắt nguồn từ sông Tonle – Chàm ở biên giới Việt

Nam – Campuchia (thuộc khu vực Lộc Ninh, tỉnh Bình Phước) ở độ cao trên 200m

so với mực nước biển, chảy vào hồ Dầu Tiếng, sau đó chảy ngang qua địa phận 3

tỉnh: Tây Ninh, Bình Dương và tp.HCM, rồi đổ vào sông Đồng Nai ở Mũi Đèn Đỏ

thuộc huyện Nhà Bè và gọi là sông Nhà Bè (tức là dòng hợp lưu của hai sông Đồng

Nai và Sài Gòn). Tại đây, nó tách thành 2 nhánh Lòng Tàu và Soài Rạp. Sông Sài

Gòn ra biển Đông qua cửa Cần Giờ. 40

Dòng chảy chính của con sông thuộc các khu vực cụ thể sau: Huyện Dương

Minh Châu, Trảng Bàng thuộc tỉnh Tây Ninh; Huyện Dầu Tiếng, Bến Cát, Thuận

An, tp. Thủ Dầu Một thuộc tỉnh Bình Dương; Huyện Củ Chi, Hóc Môn, quận 1, 2,

4, 7, 12, quận Bình Thạnh, Thủ Đức thuộc tp. HCM.

Giới hạn sông nằm trong khoảng từ 10040’ đến 11030’ vĩ độ Bắc và từ

106010’ đến 106040’ kinh độ Đông.

Chiều dài sông tính từ thượng nguồn đến Mũi Đèn Đỏ khoảng 280 km, sông

có độ dốc nhỏ trung bình khoảng 0,69%, lòng dẫn hẹp nhưng sâu, hệ số uốn khúc

2,27, diện tích lưu vực trên 5.000 km². 32

Đoạn thượng lưu có lòng sông hẹp với chiều rộng trung bình 20m, uốn khúc

quanh các triền đồi chảy đến hồ Dầu Tiếng. Hồ Dầu Tiếng nằm chủ yếu trên địa

phận tỉnh Tây Ninh (thuộc huyện Dương Minh Châu và Tân Châu) và một phần nhỏ

bên địa phận tỉnh Bình Dương (thuộc huyện Dầu Tiếng). Tại đây có đập thủy lợi

ngăn vùng, được khởi công xây dựng vào 29/4/1981 và hoàn thành 10/01/1985, với dung tích chứa 1,58 tỷ m3 nước, diện tích mặt nước 27.000 ha, hồ có 3 cửa xả (một

cửa xả lũ nối tiếp ra sông Sài Gòn, cửa xả kênh Đông và kênh Tây chảy về các khu

vực tỉnh Tây Ninh. 26

Sông Sài Gòn chảy qua Bình Dương về phía Tây, đoạn từ Lái Thiêu lên tới

Dầu Tiếng dài 143 km, độ dốc nhỏ nên thuận lợi về giao thông vận tải, về sản xuất

nông nghiệp, cung cấp thủy sản. 44

Sông Sài Gòn chảy qua trên địa phận tp.HCM dài khoảng 80 km, có lưu

lượng trung bình vào khoảng 54 m³/s, bề rộng tại thành phố khoảng 225 m đến 370

m, độ sâu có chỗ tới 20 m. 40

Hình 1.1. Bản đồ lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai 3

Ghi chú: Sông Sài Gòn

Hình 1.2. Lưu vực Sông Sài Gòn

1.1.1.2. Điều kiện tự nhiên

- Về địa hình

Nhìn tổng thể thì vùng có địa hình thấp dần từ Đông Bắc đến Tây Nam, vùng

thấp nhất của sông thuộc khu vực huyện Cần Giờ - tp.HCM, tại đây độ cao trung

bình chỉ từ 0,5 – 2m trên mực nước biển. Toàn vùng có hai dạng địa hình chính:

+ Địa hình trung du: bao gồm phân lớn phía Bắc và Đông Bắc tỉnh Bình

Dương và tỉnh Tây Ninh.

+ Địa hình đồng bằng: phân bó chủ yếu lưu vực hạ lưu sông sài Gòn, trong

đó có toàn bộ địa phận tp.HCM.

Còn đất đai thỗ nhưỡng thì theo nghiên cứu của Viện Quy hoạch phía Nam

trong vùng có các loại đất chính sau:

+ Đất xám: chiếm diện tích khá lớn trong lưu vực, loại đất này phổ biến ở

tỉnh Bình Dương và Tây Bắc tp.HCM, thích hợp cho cây công nghiệp (điều, mì, cao

su) và cây màu.

+ Đất phù sa: phân bố chủ yếu ở khu vực ven sông, với độ phì nhiêu cao

thích hợp trồng lúa và hoa màu.

+ Đất phèn: Đất phèn tiềm tàng xuất hiện ở các địa hình thấp trũng thường

ngập nước thời gian dài xung quanh các khúc uốn lượn sông Sài Gòn. Đất phèn

tiềm tàng tập trung xung quanh phần cuối sông Sài Gòn tính từ Bắc thị xã Thủ Dầu

Một (Bình Dương) xuống tại Bắc tp.HCM (Củ Chi) kéo sang Đông tại Long Thành

(Đồng Nai) của nhánh sông Đồng Nai, loại đất này còn xuất hiện ở lưu vực sông tại

khu vực Nhà Bè, Cần Giờ. Đất phèn có độ phì nhiêu cao nhưng lại có độ chua và

hàm lượng độc tố lớn, do đó trước khi sử dụng phải áp dụng những biện pháp thích

đáng để cải tạo mới có được hiệu quả tốt trong sản xuất.

+ Đất cát biển: chiếm diện tích nhỏ, xuất hiện ở những vùng có địa hình bằng

phẳng, có mạch nước ngầm nông, thường được sử dụng để trồng cây hoa màu.

+ Đất mặn: chiếm phần lớn diện tích huyện Cần Giờ - tp.HCM, không phù

hợp để trồng cây nông nghiệp nhưng thích hợp để phát triển rừng ngập mặn.

- Thời tiết và khí hậu

Lưu vực sông Sài Gòn nằm trong vùng có chế độ khí hậu nhiệt đới (nhiệt độ trung bình hang năm khoảng 26,90C, nhiệt độ cao nhất thường xảy ra vào tháng 4 là 28,90C, nhiệt độ thấp nhất thường xảy ra vào tháng 12 là 25,20C.

Khí hậu trong lưu vực có hai mùa chính: mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa

thường kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11. Thời gian còn lại trong năm là mùa khô. Sự

biến động về thời gian mùa khô và mùa mưa hang năm không lớn, từ 1 đến 3 tuần.

Lượng mưa trung bình năm trên toàn lưu vực đạt khoảng 1725mm, biến đổi từ 1700

– 1900mm ở khu vực phía bắc, 1600 – 1650mm ở phía nam. Lượng mưa trong mùa

mưa chiếm 90% tổng lượng mưa cả năm. Lượng mưa ngày lớn nhất có thể đạt tới

200mm vào những tháng của mùa mưa nhưng có nơi cũng có thể đạt gần 140mm

vào tháng 3 (mùa khô).

Lượng mưa trung bình nhiều năm vào khoảng 2100mm, tổng lượng dòng chảy năm là 2,948 tỷ m3, nhìn chung trữ lượng tài nguyên nước mặt của lưu vực

sông tương đối khá dồi dào.

- Chế độ thủy văn

Về chế độ dòng chảy của lưu vực sông phụ thuộc rất nhiều vào chế độ mưa

và chế độ thủy triều từ biển Đông. Do vậy chế độ thủy văn biến đổi lớn theo không

gian và thời gian, phù hợp với quy luật: mưa nhiều thì dòng chảy mạnh, mưa ít thì

dòng chảy yếu, thủy triều mạnh thì dòng chảy mạnh hơn, xâm nhập sâu vào đất liền,

có biên độ lớn, khi triều kém thì ngược lại.

Khí hậu trong lưu vực có hai mùa chính: mùa mưa và mùa khô nên chế độ

dòng chảy cũng hình thành hai chế độ tương ứng, với sự biến đổi dòng chảy tương

phản nhau.

+ Chế độ dòng chảy mùa mưa: Dòng chảy mùa lũa thường bắt đầu vào

khoảng tháng 6, 7, nghĩa là xuất hiện sau mùa mưa từ 1 – 2 tháng và kết thúc vào

tháng 9. Lưu lượng vào tháng 6 có thể đạt từ 60 - 75% lưu lượng bình quân năm. Môđun dòng chảy trung bình tháng vào khoảng 60 – 80L/s/km2, môđun dòng chảy lũ trung bình vào khoảng 0,2 – 0,5 m3/s/km2.

Tốc độ dòng chảy khi nước chảy ra (triều rút – nước ròng) nhỏ nhất là

0,848m/s (trạm Phú Cường), tốc độ dòng chảy khi nước chảy vào (triều dâng –

nước lớn) lớn nhất là 0,965m/s (trạm Phú An).

Lưu lượng trung bình qua tiết diện mặt cắt ngang trên lưu vực sông sài Gòn

là nhỏ nhất 62m3/s (trạm Phú An).

+ Chế độ dòng chảy mùa khô: Do mùa khô kéo dài, lượng mưa ít nên dòng

chảy khá nhỏ. Môđun dòng chảy kiệt không những phụ thuộc vào lượng mưa mà

còn phụ thuộc vào địa chất, thỗ nhưỡng và thảm thực vật. Dòng chảy kiệt có môđun từ 5 – 8L/s/km2. Hàng năm, lưu lượng kiệt nhất trên các triền sông thường rơi vào

tháng 3 và 4.

Thủy triều ven biển tp. HCM mang tính bán nhật triều (2 lần triều cường

trong một ngày). Biên độ thủy triều của sông rất cao (3 – 4 m). Thủy triều xâm nhập

vào đất liền thông qua các nhánh sông và hệ thống kênh rạch chằng chịt. Do nằm

trên địa hình thấp (độ cao thấp hơn 2,5m), chịu ảnh hưởng của biên độ sóng cao nên

hầu hết các sông rạch tại phía nam tp.HCM (Cần Giờ, Nhà Bè) đều bị ảnh hưởng

mặn và các khu vực tại Thủ Dầu Một ven sông Sài Gòn cũng vậy. Điều này không

chỉ gây ra mặn hóa nguồn nước mà còn gây bất lợi cho quá trình xử lý ô nhiễm các

sông và kênh rạch trong vùng đô thị.

Nguyên nhân là do tác động qua lại giữa dòng chảy của sông và thủy triều

liên tục trong ngày một vài nơi trong vùng hạ lưu trở thành vùng chuyển tiếp nước

tới các kênh rạch huyện Nhà Bè và các hệ thống kênh rạch khác tại tp.HCM dòng

nước ô nhiễm khó thoát vào các sông rồi chảy ra biển, tạo ra sự tích tụ ô nhiễm

nghiêm trọng.

- Tài nguyên sinh vật

Một trong những yếu tố quan trong ảnh hưởng đến nguồn nước lưu vực sông

là đặc điểm thảm thực vật trên lưu vực bao gồm rừng tự nhiên và thảm thực vật

canh tác nhằm để điều hòa khí hậu, kiểm soát lũ lụt, giữ nước và hạn chế khả năng

xói mòn, rửa trôi đất vào mùa mưa.

Trong quá khứ lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai có gần 60% diện tích rừng

tự nhiên che phủ. Trong lưu vực hiện có một khu dự trữ sinh quyển là rừng ngập

mặn Cần Giờ với 75.740 ha quy hoạch, trong đó có khoảng 26000 ha rừng) và 2

vườn quốc gia: Cát Tiên (73837 ha), Lò Gò Xa Mát (10000 ha), 4 khu bảo tồn thiên

nhiên: Nù Gia Mập, Bình Châu – Phước Bửu, Núi Ông, Tà Kou. Ngoài giá trị cực

kỳ to lớn về kinh tế và môi trường, các khu rừng trong khu vực có giá trị đa dạng

sinh học rất cao.

Do sự đa dạng về địa hình cùng với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa nên

họ thực vật lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai nói chung đa dạng và phong phú: có

khoảng 2822 loài, 1230 chi, 213 họ và 6 ngành đã được xác định.

Về tài nguyên thủy sinh của lưu vực cũng rất đa dạng. Tại các vùng ngập

nước có khoảng 130 loài nghêu sinh thực vật, 50 loài nghêu sinh động vật, 25 loài

động vật đáy đã được phân lập. Tại vùng ven biển có trên 100 loài phiêu sinh thực

vật, 110 loài phiêu sinh động vật đã được xác định , có gần 400 loài sinh vật đáy tại

Cần Giờ đã được phân lập.

32

1.1.2. Điều kiện kinh tế và xã hội của các tỉnh trong lưu vực sông

Là một nhánh sông thuộc hệ thống sông Đồng Nai, sông Sài Gòn chảy qua 3

tỉnh nằm trong vùng trọng điểm kinh tế phía Nam.

* Dân số và mức độ đô thị hóa

Mặc dù diện tích không lớn nhưng dân số trên lưu vực sông Sài Gòn tương

đối lớn. Theo số liệu được nêu trong bảng 1.1.

Bảng 1.1. Diện tích, dân số, mật độ dân số các địa phương trong khu vực

Diện tích Tỉnh, thành phố Dân số trung bình (nghìn người) Mật độ dân sô (người/km2) (km2)

Tây Ninh 4032,6 1104,2 274

Bình Dương 2694,4 1873,6 695

Tp.HCM 2095,5 7981,9 3809

Nguồn: Niên giám thống kê Việt Nam năm 2014

Bảng 1.2. Dân số thành thị trung bình các địa phương trong khu vực từ 2010 - 2014

Dân số thành thị trung bình (nghìn người) Năm ⁄ Tỉnh, thành phố 2010 2011 2012 2013 2014

Tây Ninh 167,8 169,4 170,8 173,0 206,5

Bình Dương 503,7 1063,5 1122,5 1162,7 1438,8

Tp.HCM 6238,0 6309,1 6479,2 6554,7

6114,3 Nguồn: Niên giám thống kê Việt Nam năm 2014

Tỷ lệ gia tăng dân số của các tỉnh mà sông Sài Gòn chảy qua là khá cao,

trong đó, cao nhất là tp.HCM. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến nhu cầu dùng nước

tại tp.HCM, đồng thời phát sinh lượng lớn nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư

trong thành phố.

* Hiện trạng công nghiệp

Sông Sài Gòn chảy ngang qua địa phận ba tỉnh với tổng số khoảng trên 100

KCX, KCN, CCN (trong đó Tây Ninh có 04 KCN; Bình Dương 23; tp.HCM 21)

đang hoạt động và trong quá trình hoàn tất xây dựng. Hầu hết các KCN đều có hệ

thống xử lý nước thải tập trung. Nhưng hiện nay, một số HTXLNT đang trong tình

trạng quá tải như HTXLNT của KCN Trảng Bàng và KCN Phước Đông – Bời Lời.

Bên cạnh các KCX, KCN, CCN là hàng nghìn hộ sản xuất đang hoạt động trên lưu

vực sông, với ý thức BVMT còn hạn chế nên việc xử lý các chất thải chưa triệt để,

tình trạng lén xả thải trực tiếp vào nguồn tiếp nhận vẫn còn diễn ra.

Theo kết quả khảo sát thực tế cho thấy, hiện nay trên lưu vực sông Sài Gòn

có khoảng 27 KCX, KCN và CCN (tp. HCM 11; Bình Dương 16) đang hoạt động.

Các ngành nghề sản xuất chủ yếu dệt nhuộm, may mặc, giầy da, cơ khí, thực phẩm,

giấy, gỗ, nhựa, hóa chất, …Đây là những ngành sản xuất tiêu thụ khá nhiều nước và

thải ra một lượng lớn nhước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao.

Bảng 1.3. Danh sách các KCN, KCX, KCNC nằm dọc sông Sài Gòn

Tên KCN, KCX, KCNC Hệ thống XLNT (m3/ngày đêm) Tỉnh, thành phố Diện tích (ha)

6000 KCN Việt Nam Singapore 500 Bình Dương 6000 KCN Việt Nam Singapore II 345

2000 KCN Việt Hương II 250

- KCN Thới Hòa 198,88

4000 KCN Sóng Thần III 553

4000 KCN Sóng Thần II 553,84

8400 180,3

- 500

6000 KCN Sóng Thần I Khu Kỹ Nghệ Singapore Ascendas-Protrade KCN Rạch Bắp 278,6

1000 KCN Phú Gia 133,29

8000 KCN Mỹ Phước 376,92

Tự xử lý KCN Mai Trung 51

2000 KCN Kim Huy 205

2500 KCN Đồng An 2 235

2500 KCN Đồng An 133

4000 KCN Bàu Bàng 2000

6000 KCN Vĩnh Lộc 207

3000 Tp.HCM KCN Tây Bắc Củ Chi 208

15000 KCX Tân Thuận 300

2000 KCN Tân Thới Hiệp 28,41

4000 KCN Tân Bình 128,70

5000 KCN Linh Trung II 61,7

7000 KCX Linh Trung I 62

5000 KCNC tp.HCM 913

5000 KCN Đông Nam 342,53

2150 KCN Cơ Khí ôtô tp.HCM 99,34

1500 KCN Bình Chiểu 27,34

Nguồn: Khảo sát thực tế tháng 5/2016

Như vậy, với số lượng lớn KCX, KCN, CCN và hàng nghìn hộ sản xuất đang

hoạt động trên lưu vực sông thì trường hợp nước sông bị ô nhiễm là không tránh

khỏi nếu như không có các biện pháp quản lý chặt chẽ và biện pháp xử lý triệt để.

* Hiện trạng nông – ngư nghiệp

Sự tác động của quá trình đô thị hóa và khả năng đầu tư của từng vùng, từng

địa phương làm cho tình hình sản xuất nông – ngư nghiệp có những chuyển biến về

cơ cấu cây trồng, vật nuôi, diện tích gieo trồng, số lượng trang trại. Sự chuyển dịch

về cơ cấu theo hướng giảm tỷ trọng các trang trại trồng trọt, thủy sản và tăng tỷ

trọng các loại trang trại chăn nuôi. Số liệu bên dưới sẽ cho thấy rõ về sự thay đổi đó.

Bảng 1.4. Diện tích lúa cả năm phân theo địa phương

Diện tích lúa qua các năm (nghìn ha) Năm ⁄ Tỉnh, thành phố 2010 2011 2012 2013 2014

Tây Ninh 154,2 155,5 155,3 146,3 142,2

Bình Dương 10,1 9,8 9,6 9,3 8,3

22,0 22,4 21,4 20,9

Tp.HCM 24,4 Nguồn: Niên giám thống kê Việt Nam năm 2014

Những năm gần đây, sự biến đổi khí hậu (hạn hán, lũ lụt, …) đã làm cho một

số loại cây không còn phù hợp, năng suất, mùa vụ, diện tích giao trồng giảm buộc

người dân phải thu hẹp diện tích (cụ thể là thu hẹp diện tích trồng lúa như thể hiện ở

bảng 1.4) các loại cây trồng tuyền thống và thay vào đó là chuyển đổi trồng những

loại cây mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn như cao su, sắn, ngô, điều, cây lấy gỗ

(bạch đàn, keo, …).

Số lượng chuồng trại chăn nuôi gia súc, gia cầm thì tăng chậm, phát triển

chăn nuôi theo mô hình tập trung. Trong những năm qua, dịch bệnh đối với gia súc,

gia cầm không xảy ra trên diện rộng, giá cả ổn định, đảm bảo cho trang trại chăn

nuôi có lãi. Các doanh nghiệp lớn đầu tư và tham gia vào hoạt động chăn nuôi nên

đã có tác động tích cực đến hoạt động của các trang trại chăn nuôi gia công trong

thời gian vừa qua.

Diện tích nuôi, trồng thủy sản thì không được mở rộng mà bị thu hẹp.

Nguyên nhân có thể là do hạn hán, ngập mặn xảy ra trên diện rộng, nguồn nước ô

nhiễm, dịch bệnh thường xuyên, giá cả biến động mạnh làm cho người nuôi gặp rất

nhiều rủi ro nên không dám đầu tư lớn.

Bảng 1.5. Số trang trại từ năm 2011 - 2014

Số trang trại phân theo địa phương (trang trại) Năm ⁄ Tỉnh, thành phố 2011 2012 2013 2014

Tây Ninh 856 987 937 1092

Bình Dương 1223 1131 1149 1105

Tp.HCM 110 140 169 138

Nguồn: Niên giám thống kê Việt Nam năm 2014

Bảng 1.6. Số trang trại năm 2014 phân theo lĩnh vực sản xuất

Trang trại Trang trại Trang trại Trang trại nuôi trồng Năm ⁄ Tỉnh, thành phố Tổng số (trang trại) trồng trọt chăn nuôi khác thủy sản

1092 965 125 - 2 Tây Ninh

1105 545 549 8 3 Bình Dương

138 125 13 - - Tp.HCM

Nguồn: Niên giám thống kê Việt Nam năm 2014

Bảng 1.7. Diện tích mặt nước nuôi trồng thủy sản từ năm 2010 - 2014

Diện tích mặt nước nuôi trồng thủy sản qua các năm (nghìn ha) Năm ⁄ Tỉnh, thành phố

2010 2011 2012 2013 2014

0,9 Tây Ninh 0,9 0,9 0,9 0,9

0,4 Bình Dương 0,4 0,4 0,4 0,4

8,9 Tp.HCM 8,2 7,5 6,8 6,7

Nguồn: Niên giám thống kê Việt Nam năm 2014

1.1.3. Tầm quan trọng của lưu vực sông Sài Gòn

Với vị trí địa lý như trên, sông Sài Gòn trở thành con sông có vai trò quan

trọng trong quá trình phát triển kinh tế và xã hội của các tỉnh trên lưu vực.

Trên dòng sông Sài Gòn về phía thượng lưu, có công trình thuỷ lợi Hồ Dầu

Tiếng là một trong ba hồ thủy lợi quan trọng bậc nhất Việt Nam. Hồ Dầu Tiếng có

tác động rất lớn đến cả khu vực kinh tế trọng điểm phía Nam, giữ vai trò quan trọng

trong điều tiết nước sông Sài Gòn, góp phần đẩy mặn, ngọt hóa vùng hạ du sông Sài

Gòn. Hồ cung cấp nước cho nuôi trồng thuỷ sản, cung cấp nước tưới tiêu ổn định

cho cả 3 mùa vụ sản xuất trong năm và tưới tiêu cho khoảng 93.000 ha đất sản xuất

nông nghiệp của tỉnh Tây Ninh và các tỉnh lân cận như Long An, Bình Dương và

tp.HCM. Nước ngọt hồ Dầu Tiếng còn là nguồn nước quan trọng phục vụ nước sinh

hoạt, sản xuất công nghiệp trong vùng. Ngoài ra, Hồ còn được thiên nhiên ưu đãi

cho phong cảnh hữu tình, hệ sinh thái độc đáo... Trong lòng hồ có nhiều vùng bán

ngập và hàng loạt đảo, trong đó có đảo Nhím với diện tích 350 ha, núi Cậu, các đảo

Xỉn, Đảo Trảng, … là những nét chấm phá của bức tranh sơn thủy, với mục tiêu xây

dựng khu vực hồ Dầu Tiếng thành các khu nghỉ dưỡng, khu bảo tồn sinh thái, vui

chơi giải trí trên cạn và dưới nước, tỉnh Tây Ninh đã và đang khuyến khích, mời gọi

các nhà đầu tư về du lịch sinh thái tới đầu tư tại đây. 26

Chảy ngang qua địa phận Bình Dương, lưu vực sông Sài Gòn trở thành một

lợi thế cho các vùng ven sông trong phát triển kinh tế với định hướng phát triển

Bình Dương trở thành trung tâm thương mại - dịch vụ ven sông Sài Gòn mang tầm

khu vực. Trong đó, ngành dịch vụ chuyên chở, lưu giữ và cung cấp hàng hóa

(logistics) sẽ trở thành một mũi nhọn kinh tế thúc đẩy sự phát triển toàn diện tỉnh

Bình Dương. Qua địa phận thị xã Thuận An (đoạn từ Lái Thiêu lên Hồ Dầu Tiếng)

bờ sông mở rộng hơn 200m, có độ dốc nhỏ rất thích hợp để phát triển giao thông

đường thủy, thuận lợi cho việc vận chuyển, giao thương hàng hóa. Hiện thị xã có 21

doanh nghiệp hoạt động rất có khả quan trong lĩnh vực logistics tốc độ tăng trưởng

bình quân mỗi năm trên 30%. Một số doanh nghiệp tại Bình Dương đã tỏ ra nhanh

nhạy, đầu tư vào các cảng An Sơn (với quy mô 45 ha, trong đó có 8,6 ha diện tích

kho bãi và bến Cầu Cảng, khả năng tiếp nhận xà lan từ 1.000 - 2.200 tấn), cảng Bà

Lụa (có chức năng trở thành cảng hàng hóa - dịch vụ tổng hợp), ngoài ra còn có

cảng Rạch Bắp cùng hệ thống cảng nhỏ xung quanh kênh rạch nối sông Sài Gòn.

Nguồn nước mặt sông là nguồn cung cấp khối lượng lớn nước tưới tiêu cũng là nơi

bồi đắp phù sa hàng năm cho vùng cây ăn trái Lái Thiêu và một số vùng chuyên

canh khác trong khu vực. Vườn trái cây Lái Thiêu nổi tiếng và các vườn trái cây

khác trong khu vực kết hợp với hàng chục làng nghề truyền thống như gốm sứ, sơn

mài, điêu khắc mộc, đan mây tre, … và một số di tích lịch sử, thắng cảnh ven sông

như Đình thần Bà Lụa (thị xã Thuận An), … là một điều kiện thuận lợi để phát triển

ngành du lịch. 16,17.

Chảy đến địa phận tp.HCM với những khúc sông uốn lượn, bề rộng sông trên

200m và độ sâu có chỗ tới 20 m là điều kiện thuận lợi cho vận chuyển đường thủy,

trao đổi mua bán. Tàu thuyền lớn trong nước và ngoài nước vào cửa Cần giờ theo

sông Sài Gòn lên hải cảng Khánh Hội hay các thuyền bè nội địa qua theo dòng sông

đi lên các tỉnh Tây Ninh, Bình Dương, Bình Phước khá dễ dàng hay qua chi nhánh

của sông Sài Gòn, việc chuyên chở từ Sài Gòn khắp các miền Tây lục tỉnh cũng rất

thuận tiện. Cũng trên dòng sông này, cụm cảng Sài Gòn là hệ thống cảng biển đóng

vai trò là cửa ngõ của miền Nam trong các hoạt động xuất nhập khẩu hàng hóa. Về

du lịch sông nước trên sông Sài Gòn thì có các du thuyền, hoạt động về đêm, du

khách có thể ngắm nhìn vẻ lung linh, thơ mộng và nghe về lịch sử trên dòng sông

gắn liền với sự phát triển của tp.HCM. Dòng sông còn là nguồn cung cấp nước thô

cho nhà máy cấp nước khu vực như Nhà máy nước Tân Hiệp (công suất 300.000

m3/ngày.đêm). 18

Như vậy, có thể nói sông Sài Gòn là một cong sông mang lại lợi ích kinh tế

lớn đối với các tỉnh trong lưu vực. Nó đóng góp vai trò quan trọng trong việc cung

cấp nước cho tưới tiêu trong nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và lợi dụng diện tích

mặt nước để nuôi trồng thủy sản, là nơi cung cấp khối lượng lớn thủy hải sản cho bà

con vùng ven sông, dòng sông cũng là một tuyến giao thông đường thủy có thể kết

nối thuận tiện với các tỉnh trong khu vực, với dòng sông này thì dịch vụ du lịch

sông nước sẽ là một lợi thế để phát triển kinh tế và điều quan trọng nhất sông Sài

Gòn là nguồn cấp nước thô cho các nhà máy cấp nước phục vụ cho nhu cầu sinh

hoạt và công nghiệp trên lưu vực.

Hình 1.3. Hồ Dầu Tiếng 11 Hình 1.4. Cửa xả nước kênh Tây của Hồ Dầu Tiếng 25

Hình 1.6. Du lịch sông nước 12 Hình 1.5. Cảng An Sơn ven lưu vực sông Sài Gòn 16

Hình 1.7. Cảng Quận 4 Sài Gòn 13

Hình 1.8. Thuyền bè di chuyển trên sông Sài Gòn đoạn qua tp.HCM 15

1.2. Hiện trạng môi trường nước sông Sài Gòn

1.2.1. Các nguồn thải gây ô nhiễm trên lưu vực sông Sài Gòn

Môi trường nước sông Sài Gòn chịu tác động bởi hai nhóm yếu tố: tự nhiên

và nhân tạo.

- Các yếu tố tự nhiên như:

+ Chế độ mưa và lượng bốc hơi nước bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến dòng

chảy bề mặt như hạn hán và lũ lụt;

+ Chế độ nhiệt độ ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của nguồn nước;

+ Đặc điểm địa hình ảnh hưởng đến sự phân bố dòng chảy theo không gian,

với địa hình ở khu vực hạ lưu thấp nên bị ảnh hưởng thủy triều dẫn đến hiện tượng

xâm nhập mặn;

+ Đặc điểm thỗ nhưỡng ảnh hưởng đến chất lượng nước phèn và pH

+ Đặc điểm thảm thực vật tự nhiên ảnh hưởng đến khả năng tích trữ nước,

quá trình bào mòn và rửa trôi đất trên bề mặt;

+ Đặc điểm thủy văn và chế độ dòng chảy ảnh hưởng đến xâm nhập mặn,

ngập lụt, sói lỡ, bồi lắng và tích tụ các vật chất ô nhiễm trong môi trường nước.

- Các yếu tố nhân tạo là những hoạt động phát triển kinh tế xã hội của con

người có thể là:

+ Gia tăng dân số và đô thị hóa với mức độ tập trung cao, kéo theo nhu cầu

sử dụng nước ngày càng nhiều hơn và lượng chất thải sinh hoạt được tạo ra cũng

nhiều hơn gây ảnh hưởng đến nguồn nước cả về lượng và chất. Bên cạnh đó, với

diện tích bê tông hóa đô thị ngày càng lớn nên lượng nước mưa chảy tràn không

thể thẩm thấu xuống đất mà kéo theo tất cả các chất thải trên mặt đất xuống kênh

rạch dẫn ra sông. Còn chất thải phát sinh từ khu vực dân cư trực tiếp hoặc dán tiếp

thải hết ra sông khiến cho nguồn nước sông ô nhiễm.

+ Khai thác sử dụng đất trên lưu vực: Với việc chuyển đổi từ đất rừng, đất

đồi trọc, đất hoang hóa thành đất canh tác nông nghiệp, đất xây dựng cơ sở hạ tầng

giao thông, đất ở đô thị, các hồ chứa nước nhân tạo, … đều có những tác động tích

cực lẫn tiêu cực đến tài nguyên nước và môi trường nước;

+ Công nghiệp hóa: Sự phát triển dày đặc các cơ sở sản xuất (CSSX) , khu

công nghiệp (KCN), khu chế xuất (KCX) trên lưu vực sông đã kéo theo nhu cầu sử

dụng nước cho công nghiệp nhiều hơn và lượng chất thải công nghiệp được tạo ra

cũng nhiều hơn. Kết quả có thể dẫn đến tình trạng thiếu hụt nước cấp, cùng với việc

quản lý không chặt chẽ các chất thải đã xả ra nguồn tiếp nhận một các bừa bãi về

lâu dài gây hậu quả nghiêm trọng đến môi trường nước;

+ Hoạt động sản xuất nông nghiệp trên lưu vực: Với việc sử dụng ngày càng

nhiều phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật góp phần làm gia tăng mức độ ô

nhiễm nguồn nước vùng hạ lưu;

+ Các hoạt động chăn nuôi kể cả nuôi trồng thủy sản trong cả môi trường

nước ngọt, nước lợ và nước mặn cũng tác động đến nguồn nước cả về số lượng lẫn

chất lượng;

+ Xây dựng và vận hành các công trình thủy điện - thủy lợi: Với việc xây

dựng các hồ chứa, đập dân để điều tiết, phân phối lại dòn chảy phần nào đã làm ảnh

hưởng đến chế độ thủy văn và dòng chảy cở vùng hạ lưu, và do đó ảnh hưởng đến

xâm ngập mặn cũng như khả năng tự làm sạch của sông rạch;

+ Khai thác tài nguyên khoáng sản: Đặc biệt các hoạt động khai thác cát diễn

ra rầm rộ cũng gây ra không ít tác động tiêu cực đến môi trường nước vùng hạ lưu.

+ Các hoạt động liên quan đến quản lý chất thải rắn, chất thải nguy hại: Việc

quản lý chưa tốt các bãi rác đã dẫn đến tình trạng nước rò rĩ rác chưa được thu gom

triệt để và xử lý chưa đạt yêu cầu;

+ Phát triển giao thông vận tải thủy: Đây vốn là một vấn đề tiềm ẩn nhiều rủi

ro và sự cố môi trường. Với việc xây dựng, mở rộng và phát triển hệ thống cảng

biển, cảng sông ở vùng hạ lưu sông, sự phát triển vận chuyển đường thủy với việc

nhiều thuyển bè di chuyển trên sông sẽ có những tác động xấu đến môi trường nước

như ô nhiễm dầu, tràn dầu, sạt lở bờ, …;

+ Và ngay cả vấn đề ô nhiễm không khí do giao thông và phát triển công

nghiệp cũng có ảnh hưởng nhất định đến chất lượng nước.

Chịu sự tác động phần lớn từ các yếu tố hoạt động của con người nên sông

Sài Gòn hàng ngày phải tiếp nhận khối lượng lớn chất thải từ nhiều nguồn thải khác

nhau.

Nguồn thải lớn nhất đổ vào sông Sài Gòn phải kể đến đó là nước thải sinh

hoạt, công nghiệp và chăn nuôi. Trong đó: nước thải đô thị là nguồn ô nhiễm lớn

nhất chiếm đến 63%, lượng nước thải công nghiệp từ KCN, KCX và các CSSX

bên ngoài chiếm 35%, nước thải chăn nuôi trong canh tác nông nghiệp chiếm 2%.

Nguồn nước thải sinh hoạt từ khu dân cư, khu đô thị đổ ra sông là rất lớn,

nhưng hiện tại toàn lưu vực chỉ có khoảng 4 trạm xử lý NTSH, trong đó chỉ có trạm Bình Hưng với công suất 141000 m3/ngày đêm là đã đi vào hoạt động. Như vậy có

chưa đến 20% NTSH trên đô thị được thu gom xử lý. Còn lại đa số chỉ xử lý sơ bộ

qua bể tự hoại rồi thải ra cống, ra kênh, làm gia tăng mức độ ô nhiễm chất hữu cơ

và vi sinh. Dự báo đến năm 2020, hạn mức xả thải trên sông Sài Gòn sẽ vào khoảng 2 triệu m3/ ngày.đêm, tải lượng ô nhiễm do nước thải sinh hoạt sẽ gia tăng

từ 1,5 - 2 lần.

Về nguồn nước thải công nghiệp thì các ngành nghề như dệt nhuộm, may

mặc, thực phẩm và hóa mỹ phẩm là nhóm sản xuất dẫn đầu trong việc xả thải gây

ô nhiễm cho sông Sài Gòn. Theo quy hoạch phát triển của các tỉnh thành trên khu

vực đến năm 2020 lưu vực sông Sài Gòn sẽ có khoảng 39 KCN, KCX trong đó

TP.Hồ Chí Minh là 19 KCN, KCX. Hiện nay trong số 27 KCN, KCX đang hoạt

động trên lưu vực qua kết quả khảo sát thống kê sơ bộ thì chỉ có 10 khu có

HTXLNT tập trung đã đi vào họat động, còn lại hoặc đang xây dựng hoặc chưa có

HTXLNT tập trung. Dự báo đến năm 2020, hạn mức xả thải trên sông Sài Gòn về lưu lượng nước thải công nghiệp từ các KCN, KCX sẽ trên 319425m3/ngày.đêm,

các chất ô nhiễm như COD, BOD5 sẽ tăng gấp 4 - 6 lần, tải lượng N tổng sẽ gấp

55 lần hiện tại và đây là một bức tranh rất xấu cho môi trường. 42

Đối với nước thải từ các CSSX và chăn nuôi nằm ngoài KCN/KCX mặc dù

chiếm tỷ lệ thấp nhất về lưu lượng, nhưng số đơn vị có HTXLNT chỉ hơn 50% và

chất lượng nước đầu ra cũng thường xuyên không đạt chất lượng.

1.2.2. Đánh giá môi trường nước sông Sài Gòn

Sự phát triển ồ ạt của nền kinh tế - xã hội dọc lưu vực sông, khiến mức độ ô

1nhiễm của sông Sài Gòn tại nhiều vị trí thực sự vượt xa tầm kiểm soát. Chất lượng

nước sông Sài Gòn có chiều hướng suy giảm nghiêm trọng từ thượng lưu cho đến

hạ lưu.

Vế phía thượng lưu, môi trường nước sông đã phát hiện có sự thay đổi vào

khoảng thời gian gần đây bởi hàng loạt các nhà máy sản xuất, chế biến đóng trên

địa bàn với nhiều ngành nghề khách nhau. Cụ thể thời gian vừa qua, Công ty TNHH

nông sản Việt Phước (tại xã Minh Tâm, huyện Hớn Quản, tỉnh Bình Phước) vứt

hàng trăm xác heo chết xuống dòng nước ở thượng nguồn, đồng thời xả nước thải ô

nhiễm ra sông. 8

Mặt sông Sài Gòn khu vực thượng lưu, đoạn từ chân cầu Sài Gòn thuộc xã

Minh Tâm, huyện Hớn Quản, tỉnh Bình Phước, lên đến bến đò Cây Khế, huyện Tân

Châu, tỉnh Tây Ninh, có khoảng thời gian ngập ngụa trong váng xanh. Từ chân cầu

Sài Gòn, xã Minh Tâm, huyện Hớn Quản, tỉnh Bình Phước, ngược dòng lên chưa

đầy 1km, nước chuyển thành màu nâu đục, đặc quánh và bốc mùi hôi thối. Xuôi

theo dòng sông xuống địa bàn xã Tân Hiệp, dòng nước chuyển sang màu xanh đục

như bị đổ phẩm màu và bốc mùi khó chịu. 7

Chất lượng nước tại đập chính hồ Dầu Tiếng, cửa xả kênh Đông và kênh Tây

không còn tốt như trước nữa mà đã có dấu hiệu ô nhiễm. Tại vị trí bến đò Bùng

Binh (Trảng Bàng, Tây Ninh) giá trị các chỉ tiêu BOD, COD, NH3 vượt quy chuẩn

nhiều hơn hẳn so với các khu vực khác. 38

Cách đập Dầu Tiếng 2km đoạn chảy qua tỉnh Bình Dương chất lượng nước

mặt sông Sài Gòn giảm nhẹ, chỉ tiêu NH3-N, COD và độ đục tăng. Nếu muốn sử

dụng nguồn nước này cho mục đích cấp nước thì cần phải có các biện pháp xử lý

phù hợp. Các kênh rạch đổ vào sông Sài Gòn như Suối Cát tại Cầu Trắng, Kênh

thoát nước An Tây thì nguồn nước bị ô nhiễm nặng. 39

Về phía hạ lưu, vấn đề nguồn nước bị ô nhiễm đã kéo dài từ nhiều năm nay

và chất lượng nước ngày càng một suy giảm.

Tình trạng ô nhiễm nguồn nước ở tp.HCM vẫn đang diễn ra hết sức phức tạp.

Hiện tượng cá chết xảy ra nhiều đợt trong những thời gian gần đây đã báo động môi

trường nước tại các con kênh rạch trong khu vực bị ô nhiễm rất nghiêm trọng.

Tại các con kênh rạch tiêu thoát nước nội thành tp.HCM như Nhiêu Lộc-Thị

Nghè, kênh Đôi – kênh Tẻ, kênh Tàu Hủ, Tân Hóa – Lò Gốm, … cũng như các

kênh rạch ven sông như kênh Tham Lương, Ba Bò, Thầy Cai, An Hạ, … tồn trữ

khối lượng lớn rác thải với nhiều thành phần, dòng nước đen ngòm và có mùi hôi

nặng 46. Có hơn 17000 căn nhà lụp xụp, tạm bợ nằm trên và ven hành lang các

tuyến kênh rạch, lấn chiếm dòng chảy. Ngoài ra, trên địa bàn quận 8 có khoảng

1.000 hộ dân vẫn còn sử dụng nhà vệ sinh lộ thiên, thải chất thải trực tiếp xuống

kênh rạch 51.

Rõ hơn là tại các con kênh thủy liên vùng khu vực huyện Hóc Môn, huyện

Bình Chánh..., hàng ngày đổ ra sông Sài Gòn một khối lượng lớn nước thải chưa

qua xử lý. Kinh khủng nhất là đoạn kênh chảy qua khu trại heo ở xã Vĩnh Lộc A,

mặt nước luôn có lớp màng phủ và các loại ruồi nhặng, côn trùng bu dày đặc. Ven

bờ đầy rác thải, những họng xả nước thải từ các trại heo chảy xối xả vào lòng kênh.

Ngoài các trại heo, kênh Liên Vùng còn bị đầu độc bởi các cơ sở dệt nhuộm. Tại ấp

3A xã Vĩnh Lộc A, nhiều cơ sở sản xuất tư nhân xả nước thải chưa qua xử lý qua 2

cống xả chạy xuyên bên dưới đường giao thông, đấu thẳng vào kênh NT5 đổ về

kênh Liên Vùng... Toàn bộ nước thải này đều đổ về sông Sài Gòn 20.

Điều đáng sợ hơn với những cơn mưa đầu mùa đổ xuống, cùng với đó, một

lượng lớn rác thải, nước thải đen kịt, hôi thối từ nội thành sẽ theo nước mưa đổ vào

sông Sài Gòn. Đặc biệt, tại Khu liên hợp xử lý chất thải rắn Tây Bắc – tp.HCM với

lượng lớn nước rỉ rác từ khu chứa rác, bùn hữu cơ lộ thiên không được che chắn cẩn

thận theo nước mưa chảy tràn ra môi trường bên ngoài và chảy thẳng ra sông. Một

vấn đề khó kiểm soát hơn nữa là về bãi rác Gò Cát, vì có khu vực cách ly rất hẹp lại

gần sông Sài Gòn nên nước rỉ rác dễ dàng chảy ra sông 43.

Đáng lo ngại hơn là khi tình trạng ô nhiễm mặn nước sông Sài Gòn ngày một

gia tăng do nắng hạn và triều cường kéo dài. Một số nhà máy cấp nước trên lưu vực

đã phải ngưng bơm nước thô từ sông do độ mặn quá cao (độ mặn đo được có khi

lên đến 366 mg/L) như Nhà máy nước thành phố Thủ Dầu Một - Bình Dương, Nhà

máy nước Tân Hiệp 33.

Nhìn chung, qua hiện trạng môi trường lưu vực sông Sài Gòn cho thấy nguồn

nước sông đã ô nhiễm đến mức báo động. Tình hình ô nhiễm nguồn nước tại vùng

hạ lưu chưa được khắc phục phần nào thì khu vực thượng lưu lại bắt đầu ô nhiễm.

Thượng lưu ô nhiễm đồng nghĩa với việc đời sống của người dân trên lưu vực bị

ảnh hưởng và nguy cơ môi trường nước tự nhiên của toàn khu vực sẽ bị hủy hoại là

rất lớn.Việc ô nhiễm này rõ ràng liên quan chặt chẽ đến việc xả thải từ nhiều nguồn

nhưng nguồn ô nhiễm chính vẫn là nước thải sinh hoạt, nước thải của hoạt động

công nghiệp và chăn nuôi. Do đó. thành phần ô nhiễm chính chủ yếu là cặn lơ lửng,

Coliforms, các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng. Trong đó, tải lượng chất ô nhiễm

hữu cơ chiếm tỷ lệ cao nhất. Ngoài ra, còn có một số các chỉ tiêu ô nhiễm khác như

kim loại nặng, sulfate,...

Là nguồn cung cấp nước thô cho nhiều nhà máy cấp nước trên lưu vực

nhưng chất lượng nước mặt sông Sài Gòn đã bị nhiễm bởi nhiều thành phần độc hại,

trong khi đó công nghệ xử lý nước cấp hiện vẫn chưa thay đổi tương ứng. Cho nên

điều này không chỉ đe dọa trực tiếp đến chất lượng nước cấp sinh hoạt mà còn ảnh

hưởng đến sức khỏe của người dân. Bởi lẽ, từ kết quả nghiên cứu tại một số nhà

máy cấp nước như Nhà máy Nước Tân Hiệp – tp.HCM, hệ thống cấp nước tại một

số khu vực ở Michigan – Bắc mỹ đã cho thấy trong nguồn nước mặt sau khử trùng

bằng chlorine có chứa hợp chất THMs (trihalomethanes là một sản phẩm phụ được

tạo ra do tác dụng của chlorine với các hợp chất hữu cơ) - một chất gây ung thư nếu

được tích lũy lâu dài ở người sử dụng. Sự tồn tại của các sản phẩm phụ độc hại

trong nguồn nước cấp trở thành vấn đề không chỉ các chuyên gia trên thế giới mà

ngay cả trong nước cũng quan tâm rất nhiều và cần được giải quyết.

Như vậy, vấn đề đặt ra ở đây là làm sao để hạn chế việc tạo ra các sản phẩm

phụ trong quá trình xử lý nước mặt?. Với công nghệ xử lý hiện hữu liệu có đủ khả

năng để xử lý nguồn nước mặt ô nhiễm độc hại để cho ra một nguồn nước cấp có

chất lượng tốt nhất và đảm bảo an toàn sức khỏe cho người sử dụng hay không?.

Hay là cần nghiên cứu các công nghệ xử lý phù hợp hơn?.

Hình 1.9. Ô nhiễm trầm trọng tại nhiều kênh, rạch ở thành phố 51 Hình 1.10. Nhà ở tạm bợ ven kênh, rạch ở thành phố 51

Hình 1.11. Nhiều thành phần rác thải ven sông Sài Gòn 9 Hình 1.12. Xác heo chết của công ty Việt Phước vứt ra môi trường nước 8

Hình 1.13. Công ty sản xuất xả thải gây ô nhiễm nguồn nước 19 Hình 1.14. Bụi than đá nổi lềnh bềnh trên sông Sài Gòn 23

Hình 1.15. Ngư dân vớt xác cá chết trên thượng nguồn sông Sài Gòn 14 Hình 1.16. Khu vực thượng lưu sông Sài Gòn nước có màu xanh do ô nhiễm 7

1.3. Tổng quan về nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng

1.3.1. Khái niệm ô nhiễm nước và sự ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng

* Khái niệm ô nhiễm nước

Ô nhiễm nước là hiện tượng những yếu tố bên trong và bên ngoài môi trường

nước tác động vào môi trường nước làm thay đổi tính chất tự nhiên của nước. Khi

vượt quá giới hạn nào đó, sẽ có ảnh hưởng xấu đến sinh vật và môi trường xung

quanh.

Ô nhiễm nước chịu tác động bởi ba yếu tố: vật lý, hóa học, sinh học. Ba yếu

tố này có tác động đồng thời cũng có khi tác động riêng lẻ. Sự ổn định trạng thái

nước trong điều kiện tự nhiên là rất mong manh, hay nói cách khác môi trường

nước là rất nhạy cảm với các yếu tố bên ngoài và có khả năng lan truyền rất nhanh.

Ô nhiễm nước tự nhiên có thể xảy ra do những nguồn gây ô nhiễm:

- Ô nhiễm từ các biến động của tự nhiên, chủ yếu là do mưa. Nước mưa rửa

trôi bầu không khí bị ô nhiễm, rơi trên mái các nhà, đường phố, khu chăn nuôi, bệnh

viện, … kéo theo những chất ô nhiễm và thải vào môi trường nước, trong đó có hiện

trượng mưa axit thường gây ra những hậu quả rất nghiêm trọng nhất. Ngoài ra, sự ô

nhiễm cũng có thể do hình thành hóa chất và biến thành mùn, địa hình và địa

chất đầu nguồn, hồ hoặc mật độ phân tầng hồ chứa, …

- Ô nhiễm nguồn nước tự nhiên do tác động của hoạt động sống con người.

Sự gây ra ô nhiễm nước do tác động của con người là thường xuyên và rất đa dạng.

Những tác động có thể là hiện tượng thải chất thải, nước thải, dòng thải nông nghiệp

(hóa chất thuốc trừ sâu) vào môi trường nước, sự cố tràn, bệnh dịch, do sự phát triển

đô thị và đất đai.

28

* Sự ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng

Nguồn nước ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng là nguồn nước bị nhiễm bởi các

hợp chất hữu cơ và dinh dưỡng có trong tự nhiên hay nhân tạo, khi vượt ngưỡng

giới hạn cho phép có nguy cơ gây ảnh hưởng xấu đến sinh vật và môi trường xung

quanh. Trong đó:

- Các hợp chất hữu cơ: có thể là tự nhiên hay nhân tạo

+ Các hợp chất hữu cơ tự nhiên (NOM) trong các con sông, hồ nước là một

hỗn hợp không đồng nhất của các hợp chất hữu cơ phức tạp, nó hiện diện trong

nước ở hình thức dạng hạt keo và hòa tan. NOM chủ yếu gồm các chất humic, chẳn

hạn như: axit humic và axit fulvic, …Đây là những hợp chất hữu cơ hòa tan (DOM)

rất khó khăn để loại bỏ chúng bằng các phương pháp xử lý thông thường. DOM có

thể hoạt động như chất nền cho sự phát triển của vi khuẩn trong hệ thống phân phối.

Do đó, việc khử trùng nước trước khi cấp nước là rất cần thiết.

+ Các hợp chất hữu cơ nhân tạo có hai loại là Các chất hữu cơ không bền

sinh học và bền sinh học.

Các chất hữu cơ không bền sinh học (các chất tiêu thụ oxy): cacbonhydrat,

protein, chất béo, … là các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học thường có mặt

trong nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị , nước thải công nghiệp chế biến thực

phẩm. Trong nước thải sinh hoạt, có khoảng 60 - 80% lượng chất hữu cơ thuộc loại

dễ bị phân huỷ sinh học.

Các chất hữu cơ bền sinh học: hydrocacbon thơm, hợp chất clo hữu cơ (PCP,

PCB, DDT, …), các hợp chất này có độc tính cao, thời gian tồn lưu lâu dài trong

môi trường và tích lũy sinh học trong cơ thể sinh vật. Chúng hiện diện trong nước

thải công nghiệp, nước chảy tràn từ đồng ruộng (có chứa nhiều thuốc trừ sâu, diệt

cỏ, kích thích sinh trưởng…). Các hợp chất này là tác nhân gây ô nhiễm nguy hiểm,

ngay cả khi có mặt với nồng độ rất nhỏ trong môi trường.

Thông số đánh giá chung các chất hữu cơ: Tổng cacbon hữu cơ (TOC),

Cacbon hữu cơ hòa tan (DOC), nhu cầu oxy hóa học (BOD, nhu cầu oxy sinh học

(COD).

59

- Các chất dinh dưỡng (bao gồm cả nitơ và photpho)

Các chất dinh dưỡng ở nồng độ thích hợp có thể làm tăng hoạt động của vi

sinh vật. Amoni, nitrat, photphat là các chất dinh dưỡng thường có mặt trong các

nguồn nước tự nhiên, hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người đã làm gia tăng

nồng độ các ion này trong nước tự nhiên.

Nitơ trong nước tự nhiên là nguồn dinh dưỡng cho các thực vật. Trong nước

Vi khuẩn nitrobacte

Khử nitrat

Vi khuẩn nitromonas

Protein

NO3

NH3

NO2

Oxy hóa

Oxy hóa khử nitrit

có thể xảy ra các quá trình biến đổi oxy hóa:

Nếu nước chứa hầu hết các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, ammoniac và NH4OH

thì chứng tỏ nước mới bị ô nhiễm, NH3 trong nước sẽ ảnh hưởng nhiễm độc tới cá

và các vi sinh vật. Nếu nước chủ yếu chứa hợp chất nitơ ở dạng nitrit là nước đã ô

nhiễm một thời gian dài. Nếu nước chủ yếu chứa hợp chất nitơ ở dạng nitrat chứng

3-, các

tỏ quá trình oxy hóa đã kết thúc.

-, H PO4

2-, PO4

Photpho có thể tồn lưu trong nước dưới dạng H2PO4

polyphotphat và photpho vô cơ. Ở nồng độ thấp chúng là chất dinh dưỡng đối với

tảo và các vi sinh vật thủy sinh, khi ở nồng độ cao, các chất này gây ô nhiễm góp

phần thúc đẩy tạo hiện tượng phú dưỡng.

28,49.

1.3.2. Một số chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước

Để đánh giá chất lượng nước và mức độ nước bị ô nhiễm người ta thường

đưa ra các thông số hóa lý và các thông số sinh học.

Độ màu: Chỉ số đánh giá sự hiện diện của các chất tạo màu tan và lơ lửng

trong nước. Các chất có thể là chất hữu cơ trong cây cỏ bị phân rã, sắt và mangan ở

dạng keo hoặc hòa tan, chất thải công nghiệp gây ra. Màu không chỉ làm giảm giá

trị cảm quan của nước, nó còn cho biết mức độ ô nhiễm, thậm chí nó còn cho biết

mức độ độc hại của nước.

Độ đục: Độ đục do sự phân hủy các chất hữu cơ, do sự không hòa tan của

những vật lơ lửng và do sự tự phân hoặc những tế bào vi sinh vật phát triển trong

nước. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh hưởng đến quá

trình quang hợp của sinh vật ở nước và làm suy giảm chất lượng nước. Cũng như

màu, độ đục làm giảm tính chất phản quang của nước.

Độ pH: Một trong những yếu tố quan trọng trong nước. Sự thay đổi giá trị

pH có thể dẫn tới những thay đổi về thành phần các chất trong nước do quá trình

hòa tan hoặc kết tủa, hoặc thúc đẩy hay ngăn chặn những phản ứng hóa học hay

sinh học xảy ra trong nước.

Hàm lượng chất rắn: Chất rán là những thành phần không tan trong nước,

Chúng có thể là những hạt chất hữu cơ, vô cơ hoặc là những xác của vi sinh vật

nguyên sinh động vật hay phiêu sinh vật.

Hàm lượng oxy hòa tan trong nước (DO - Dissolved Oxygen): Oxy hòa tan

trong nước tham gia vào quá trình trao đổi chất, duy trì năng lượng cho quá trình

phát triển, sinh sản và tái sản xuất của các vi sinh vật sống dưới nước. Trong điều

kiện tự nhiên oxy hòa tan trong nước khoảng 8 -10 mg/L. Các chất gây ô nhiễm

trong nước thường làm giảm khả năng hòa tan của oxy trong nước. DO là một yếu

tố quan trọng của sự sống nên nó được coi như một thông số để đánh giá chất lượng

nước cũng như mức độ oxy hóa hay mức độ ô nhiễm của nước.

Nhu cầu oxy sinh hóa(BOD - Biochemical Oxygen Demand): Lượng oxy cần

thiết để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước nhờ vi sinh vật. Quá trình chuyển

hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như bản chất các chất hữu cơ, số lượng chất hữu cơ,

số lượng và loài sinh vật tham gia, các chất độc và chất kìm hãm sinh vật. Do đó,

quá trình oxy hóa sinh học thường xảy ra trong khoảng thời gian dài. Mục đích xác

định BOD dùng để tính toán lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ, là cơ

sở để tính toán công trình xử lý nước ô nhiễm, đánh giá chất lượng nước trước và

sau xử lý.

Nhu cầu oxy hóa học(COD - Chemical Oxygen Demand): Lượng oxy cần

thiết để oxy hóa toàn bộ các chất hữu cơ thành CO2 và H2O. Điều đó có nghĩa COD

biểu thị cả lượng các chất hữu cơ không có khả năng bị vi sinh vật chuyển hóa. Do

đó, giá trị COD bao giờ cũng cao hơn BOD. Tỷ số COD/BOD bao giờ cũng cao hơn

1. Trong trường hợp tỷ số này lớn hơn 3, có nghĩa là nước bị ô nhiễm nặng, rất có

thể trong nước có chứa những chất độc làm kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật

Tổng cacbon hữu cơ (TOC- Total Organic Carbon): Là tổng cacbon liên kết

hữu cơ tồn tại trong nước, kể cả dạng tan và không tan, gồm cả cyanat, cacbon

nguyên tố và thiocyanat (TCVN 6634:2000). Nếu hàm lượng TOC cao biểu thị

nước đã bị ô nhiễm chất hữu cơ. Phân tích TOC sẽ đo được tổng lượng carbon trong

các hợp chất và hàm lượng carbon vô cơ (IC – Inorganic Carbon). IC bao gồm các

muối axit carbon và carbon dioxide hòa tan. Cacbon hữu cơ trong nước còn được

phân thành cacbon hữu cơ hòa tan (DOC - Dissolved Organic Carbon) và cacbon

dạng hạt (POC – Particulate Organic Carbon). Mục đích sử dụng chính của phép

phân tích TOC là để xác định chất lượng nước uống trong quá trình lọc làm sạch để

kiểm tra xem độ an toàn cho con người hấp thụ. TOC trong nước có thể đến từ hai

nguồn: vật chất hữu cơ tự nhiên (NOM) và các nguồn tổng hợp. Hiện nay, kỹ thuật

phân tích TOC đã được sử dụng phổ biến rộng rãi ở các nước phát triển. Nó đã thay

thế phân tích COD và BOD do độ chính xác cao hơn và hiệu quả hơn.

Amoni và amoniac (NH4+,NH3): nước mặt thường chỉ chứa một lượng nhỏ

(dưới 0,05 mg/L) ion amoni (trong nước có môi trường axít) hoặc amoniac (trong

nước có môi trường kiềm. Nồng độ amoni trong nước thải đô thị hoặc nước thải

-): là sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy các chất chứa nitơ có

công nghiệp chế biến thực phẩm thường rất cao, có lúc lên đến 100 mg/L.

Nitrat (NO3

trong chất thải của người và động vật. Trong nước tự nhiên nồng độ nitrat thường

nhỏ hơn 5 mg/L. Do các chất thải công nghiệp, nước chảy tràn chứa phân bón từ

3-): cũng như nitrat, photphat là chất dinh dưỡng cần cho sự

các khu nông nghiệp, nồng độ của nitrat trong các nguồn nước có thể tăng cao.

Photphat (PO4

phát triển của thực vật thủy sinh. Nồng độ photphat trong các nguồn nước không ô

nhiễm thường nhỏ hơn 0,01 mg/L. Nước sông bị ô nhiễm do nước thải đô thị, nước

thải công nghiệp hoặc nước chảy tràn từ đồng ruộng chứa nhiều loại phân bón, có

thể có nồng độ photphat đến 0,5 mg/L.

Hàm lượng kim loại nặng: Một số kim loại nặng như As, Cd, Hg, Pb, … đi

vào nước ở các điều kiện pH khác nhau, tồn tại dưới những hình thái khác nhau gây

ô nhiễm nước. Các kim loại nặng không bị phân hủy trong môi trường nước, chúng

được tích tụ dần vào cơ thể nếu ăn uống phải chúng trong thời gian dài. Do đó, việc

xác định hàm lượng kim loại nặng có ý nghĩa trong đánh giá ô nhiễm môi trường.

Chỉ tiêu vi sinh: Nguồn nước ô nhiễm vi sinh là nước có chứa nhiều vi sinh

vật trong đó có nhiều vi sinh vật gây hại như vi khuẩn, virút, động vật đơn bào,

giun sán. Nguồn gây ô nhiễm chủ yếu là nước thải sinh hoạt, xác chết sinh vật, chất

thải bệnh viện, hệ thống nuôi trồng thủy sản, …Để đánh giá mức độ ô nhiễm vi sinh

trong nguồn nước người ta thường dùng chỉ số Coliform (đặc trưng E.coli) là nhóm

vi sinh vật quan trọng và có đầy đủ các tiêu chuẩn của loại vi sinh chỉ thị.

 28, 49.

1.4. Tổng quan phương pháp xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng

1.4.1. Các quá trình xử lý nước mặt hiện nay

- Hồ chứa và lắng sơ bộ : Có chức năng lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi

trùng do tác động của các điều kiện môi trường, thực hiện các phản ứng oxy hóa do

tác dụng của oxy hòa tan trong nước, và làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng giữa

dòng chảy từ nguồn nước vào và lưu lượng tiêu thụ do trạm bơm nước thô bơm

cấp cho nhà máy xử lý nước.

- Song chắn và lưới chắn rác: Đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu làm

nhiệm vụ loại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và

nâng cao hiệu quả làm sạch của các công trình xử lý.

- Bể lắng cát: Ở các nguồn nước mặt có độ đục lớn hơn hoặc bằng 250mg/L

sau lưới chắn, các hạt cặn lơ lửng vô cơ, có kích thước nhỏ, tỷ trọng lớn hơn nước,

cứng, có khả năng lắng nhanh được giữ lại ở bể lắng cát. Nhiệm vụ của bể lắng cát

là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt cát có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2mm và tỷ

trọng lớn hơn hoặc bằng 2,6, để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển

động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể tạo bông và bể lắng.

- Làm thoáng: Nhiệm vụ của công trình làm thoáng là:

+ Hòa tan oxy từ không khí vào nước để oxy hóa sắt hóa trị II, mangan hóa

trị II tạo thành các hợp chất hydroxit sắt hóa trị III Fe(OH)3 và hydroxit mangan

hóa trị IV Mn(OH)4 kết tủa dễ lắng đọng để khử ra khỏi nước bằng lắng và lọc.

+ Khử khí H2S, CO2 có trong nước làm tăng pH của nước, tạo điều kiện

thuận lợi và đẩy nhanh quá trình oxy hóa và thủy phân sắt và mangan, nâng cao

công suất của các công trình lắng và lọc trong quy trình khử sắt và mangan.

+ Quá trình làm thoáng tăng hàm lượng oxy hòa tan trong nước, nâng cao thế

oxy hóa khử của nước để thực hiện dễ dàng các quá trình oxy hóa các chất hữu cơ

trong quá trình khử mùi và màu của nước.

Có hai phương pháp làm thoáng:

Đưa nước vào không khí: cho nước phun thành tia hay thành màng mỏng

chảy trong không khí ở các dàn làm thoáng tự nhiên, hay cho nước phun thành tia

hay thành màng mỏng trong các thùng kín thổi khí vào thùng như ở các dàn làm

thoáng cưỡng bức (thường áp dụng trong xử lý nước cấp với thiết bị làm thoáng

bằng máng tràn nhiều bậc và phun trên mặt nước).

Đưa không khí vào nước: dẫn và phân phối không khí nén thành các bọt nhỏ

theo dàn phân phối đặt ở đáy bể chứa nước, các bọt khí nổi lên, nước được làm

thoáng (thường áp dụng trong xử lý nước thải).

- Clo hóa sơ bộ: là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc. Clo

hóa sơ bộ có tác dụng tăng thời gian khử trùng khi nguồn nước nhiễm bẩn nặng,

oxy hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thành

các kết tủa tương ứng, oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu, ngăn chặn sự phát triển

của rong, rêu, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc.

Tuy vậy, Clo hóa sơ bộ lại có nhược điểm:

+ Tiêu tốn lượng clo thường gấp 3 đến 5 lần lượng clo dùng để khử trùng

nước sau bể lọc, làm tăng giá thành nước xử lý.

+ Gần đây các nhà dịch tễ học phát hiện ra phản ứng của clo với các chất hữu

cơ hòa tan trong nước tạo thành hợp chất Trihalomothene là chất gây ra ung thư cho

người sử dụng nước, vì vậy không nên áp dụng quy trình clo hóa sơ bộ cho các

nguồn nước mặt chứa nhiều chất hữu cơ.

- Keo tụ - tạo bông:

Keo tụ là quá trình xảy ra phản ứng hóa học kết dính các hạt keo và các hạt

cặn lơ lửng trong nước, phá vỡ tính bền vững của hệ keo. Hóa chất keo tụ thường là

phèn nhôm hay phèn sắt.

Tạo bông là quá trình dính kết, lôi kéo các hạt (đã phá vỡ độ bền) trên lại,

giữ chúng lại thành các cục bông nhỏ nhờ các polyme mạch dài, hoặc là polymer

cationhoặc polime anion. Sau đó, chúng tiếp tục kết hợp thành các cụm to hơn và

lắng được gọi là kết bông.

- Lắng: là quá trình làm giảm hàm lượng cặn lơ lửng trong nước nguồn bằng

các biện pháp như:

+ Lắng trọng lực trong các bể lắng, khi đó các hạt cặn có tỷ trọng lớn hơn

nước ở chế độ thủy lực thích hợp, sẽ lắng xuống đáy bể.

+ Lắng bằng lực ly tâm tác dụng vào hạt cặn, trong các bể lắng ly tâm và

xiclon thủy lực.

+ Bằng lực đẩy nổi do các bọt khí dính bám vào hạt cặn ở các bể tuyển nổi.

Cùng với việc lắng cặn quá trình lắng còn làm giảm 90 – 95% vi trùng có trong

nước do vi trùng luôn bị hấp phụ và dính bám vào các hạt bông cặn trong quá trình

lắng.

- Lọc: Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong

nước tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước.

Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định

đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi

trùng có trong nước. Vật liệu lọc có thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi

nghiền, thậm chí cả than nâu hoặc than gỗ. Thiết bị lọc với lớp hạt có thể được

phân loại thành thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh, thiết bị lọc hở và thiết bị lọc

kín.

- Dùng than hoạt tính để hấp thụ các chất gây mùi, màu của nước

Các hạt bột than hoạt tính có khả năng hấp phụ các phân tử khí và phân tử

các chất ở dạng lỏng hòa tan trong nước làm cho nước có mùi vị và màu. Có hai

phương pháp để khử mùi vị và màu:

+ Đưa nước sau xử lý theo dây chuyền công nghệ truyền thống vào lọc trực

tiếp qua bể lọc than hoạt tính.

+ Pha bột than hoạt tính vào bể trộn nước nguồn cùng với phèn để hấp phụ

các hợp chất hữu cơ gây ra mùi vị và màu cho nước. Phương pháp này làm tăng

hiệu quả quá trình keo tụ, lắng, lọc và cặn lắng ở bể lắng dễ xử lý hơn.

- Khử trùng nước

Để đảm bảo an toàn về mặt vi trùng học, nước trước khi cấp cho người tiêu

thụ phải được khử trùng. Khử trùng thường dùng các biện pháp như phương pháp

nhiệt, các tia vật lý (tia tử ngoại), siêu âm, dùng các chất chất oxy hóa mạnh như:

ozon, clo và các hợp chất của clo, …

49

1.4.2. Các dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt hiện nay

1.4.2.1. Một số dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt trên thế giới

- Một số nhà máy xử lý nước ở Mỹ

+ Nhà máy xử lý nước Hanahan ở phía Nam Carolina: Nhà máy xử lý nước

thô của hồ chứa công viên Bushy và sông Edisto. Nước sạch được phân phối cho

hơn 110000 ngôi nhà và các cơ sở kinh doanh ở vùng Greater Charleston. Dây

chuyền xử lý gồm: bể trộn nhanh  bể keo tụ tạo bông  lắng  lọc (bằng cát,

sỏi, và anthracite)  khử trùng nước bằng chloramines. 58

+ Nhà máy xử lý nước Hendersonville ở ở phía Bắc Carolina: Nhà máy được

xây dựng vào năm 1963, cải tạo nâng cấp năm 2010, công suất hoạt động hiện nay

là 12 triệu gallon/ ngày. Nước thô được lấy từ sông Mills qua quy trình xử lý nước

truyền thống gồm 5 bể lắng, bộ lọc trọng lực, khử trùng (clo, fluoridation.59

+ Nhà máy xử lý nước Tampa ở Florida: Nhà máy có công suất thiết kế 120

triệu gallon/ ngày. Hàng ngày cung cấp trung bình khoảng 80 triệu gallon nước sạch

cho dân cư Tampa, du khách và doanh nghiệp. Nhà máy xử lý lấy nước thô từ sông

Hillsborough, xử lý bằng một quy trình năm bước: 1. Pha trộn nhanh ( keo tụ tạo

bông), 2. Lắng đọng, 3. Ổn định (pH và florua ) và khừ trùng (bằng ozon). 4. Lọc

qua bộ lọc hỗn hợp có chứa cát và than hoạt tính, 5. Chlorine và ammonia được

thêm vào nước để sản xuất monochloramine để khử trùng. 81

+ Nhà máy xử lý nước Willamette ở gần thành phố Wilsonville, phía nam

Portland, Quận Clackamas, Oregon: Nhà máy là một trong những cơ sở cấp nước

mới lớn nhất của Oregon, được xây dựng vào năm 2000 và hoạt động tháng

04/2002, cung cấp một nguồn nước uống cho 12000 cư dân địa phương. Hiện này công suất của nhà máy là 57000 m3/ngày và tương lai được nâng lên 265000 m3/ngày. Nước thô được bơm từ sông Willamette xử lý qua bể keo tụ tạo bông 

bể lắng  bể Ozon hóa  Lọc carbon hữu cơ (GAC)  Lọc cát  Khử Trùng phụ

( bằng Clo) & Lưu trữ. 78

- Một số nhà máy xử lý nước ở Sri Lanka

+ Nhà máy xử lý nước bờ phải Kelani: Nhà máy được xây dựng vào năm 2008 và vận hành năm 2013, với công suất thiết kế 360000 m3/ngày. Nước sau xử

lý cung cấp cho phần phía bắc của các tỉnh phía tây của Sri Lanka. Nước thô được

lấy ở sông Kelani xử lý qua bể trộn (keo tụ tạo bông)  bể lắng Lamella  bộ lọc

cát nhanh  Khử trùng (Clo). 63

+ Nhà máy xử lý nước Wellawaya, tỉnh Uva: Nhà máy được xây dựng vào năm 2004, với công suất thiết kế 12000 m3/ngày. Nước thô được lấy từ suối Alikote

xử lý qua bể trộn nhanh  bể keo tụ tạo bông  bể lắng  bể lọc cát nhanh 

Lưu trữ và khử trùng (Clo). 83

+ Quy trình xử lý tương tự đối với nhà máy xử lý nước phía nam Kand được xây dựng vào năm 2010, với công suất thiết kế 35000 m3/ngày, nước thô được lấy

từ sông Mahaweli và nhà máy nước hồ Rawal được xây dựng vào năm 1962, với

công suất thiết kế 105991 m3/ngày. 62

- Nhà máy xử lý nước Waikato ở Australasia, New Zealand Nhà máy được vận hành năm 2002, với công suất thiết kế 150000 m3/ngày.

Nước thô được lấy từ sông Waikato xử lý qua quy trình qua bể trộn nhanh  bể

keo tụ tạo bông  bể lắng  lọc màng  lọc carbon hoạt tính dạng hạt  lưu trữ

và khử trùng (Clo). 80

- Nhà máy xử lý nước Sungai Perak, Malaysia Nhà máy được vận hành với công suất 1,110 m3/giờ. Nước thô được lấy từ

sông Perak xử lý qua quy trình qua bể trộn nhanh  bể keo tụ tạo bông  bể lắng

 lọc cát trọng lực  lưu trữ và khử trùng (Clo). 74

- Nhà máy xử lý nước hồ Rawal Rawalpindi, Pakistan và tại Australia một số

nhà máy nước cũng áp dụng dây chuyền xử lý truyền thống với quy trình tương tự

như các khu vực trên. 69, 77.

Với quy trình xử lý cơ bản là keo tụ, lắng, lọc và khử trùng cũng được nhiều

nước trên thế giới áp dụng để xử lý nước mặt. Theo quy trình xử lý này, tại Hoa Kỳ

Cơ quan Bảo vệ Môi trường đã phân tích chất lượng nước sau xử lý cho thấy tần

suất chất gây ô nhiễm tiềm ẩn dao động hàng ngày.

1.4.2.2. Một số dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt tại Việt Nam

- Nhà máy nước thành phố Đà Lạt

Nhà máy còn có tên gọi là nhà máy nước Đan Kia, công suất hiện nay 27000m3/ngày đêm. Đơn vị quản lý là Công Ty Cấp Thoát Nước Lâm Đồng. Nước

thô được lấy từ hồ Đan Kia và xử lý qua dây chuyền gồm bể trộn  bể phân phối

 bể lắng gia tốc  bể lọc nhanh  khử trùng bằng Clo. 36

- Nhà máy nước Tân Hiệp

Nhà máy nước trực thuộc Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn, được xây dựng vào tháng 1/ 2004, với công suất hoạt động hiện nay là 300000m3/ngày đêm. Nước

thô được lấy từ sông Sài Gòn qua trạm bơm Hòa Phú được châm thêm vôi và clo.

Sau đó nước từ bể phân chia lưu lượng sẽ chảy sang bể trộn. Tại đây, vôi và phèn

được trích thêm vào để thực hiện quá trình keo tụ tạo bông. Tiếp tục nước được lắng

và lọc trước khi được khử trùng bằng clo. Nước cấp từ bể chứa nước sạch được

trạm bơm cấp 2 đưa vào mạng lưới cấp nước của thành phố. 5

Vôi + Clo Clo

Bể phân chia lưu lượng Nước sông Sài Gòn Trạm bơm Hòa Phú

Phèn + vôi

Bể trộn Bể lọc cát nhanh Bể lắng trong có Bể lắng trong có tầng cặn lơ lửng tầng cặn lơ lửng

Clo khử trùng

Trạm bơm Cấp 2 Mạng lưới cấp nước Bể chứa nước sạch

Hình 1.17. Sơ đồ công nghệ xử lý nhà máy nước Tân Hiệp

- Nhà máy nước Cẩm Thượng

Nhà máy nằm tại thành phố Hải Dương được người Pháp xây dựng vào năm 1936 với công suất thiết kế 1000m3/ngày đêm (công suất thực tế 600m3/ngày đêm). Năm 1976, mở rộng công suất thêm 15000m3/ngày đêm.Tổng công suất: 21000m3/ ngày đêm. Năm 2006 nâng cấp nhà máy lên công suất 26700m3/ngày đêm. Hiện

nay, đơn vị quản lý nhà máy là Công ty TNHH một thành viên cấp nước Hải

Dương. Nước thô được lấy tại sông Thái Bình và được xử lý qua dây chuyền gồm

bể trộn ngang  bể lắng  bể lọc trọng lực  khử trùng bằng Clo. Hiện tại nhà

máy có 3 loại bể lắng là bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng trong có tầng căn lơ

lửng.Trong đó bể lắng trong là ưu việt ( nhanh, hiệu quả, giá thành thấp. Kết hợp 2

quá trình hấp thụ + phân rã nhằm tăng tốc độ lắng cặn). 35

- Nhà máy nước Gia Ray

Nhà máy nằm tại thị trấn Gia Ray, huyện Xuân Lộc, Đồng Nai. Đơn vị quản

lý là Công ty Cổ phần cấp nước Đồng Nai. Nhà máy được xây dựng và vận hành năm 1997 với công suất 2400 m3/ngày đêm, tháng 04/2012 nâng công suất lên 4800

40 m3/ngày đêm và dư kiến cuối năm 2016 nâng công suất lên 7000 m3/ngày đêm.

Nước thô được lấy tại Hồ Núi Le, phương án cải tạo nâng công suất cũng theo quy

trình keo tụ  lắng  lọc  khử trùng bằng Clo. Quy trình cụ thể bên dưới. 2

Nước thô tại hồ Núi Le Trạm bơm cấp I Bể lắng tầng cặn lơ lửng tải trọng cao Brentwood

Châm PAC

Bể lọc công nghệ lọc Roberts Filter

Châm Clor

Bể chứa Mạng lưới cấp nước Trạm bơm cấp II

Hình 1.18. Sơ đồ dây chuyền xử lý nhà máy nước Gia Ray

- Nhà máy nước Cầu Đỏ

Nhà máy nằm tại thành phố Đà Nẵng được xây dựng vào năm 1971 với công suất thiết kế là 5600 m3/ngày đêm. Nhà máy được cải tạo nâng cấp qua các năm 1976, 1980, 2000 và đến 2011 công suất của nhà máy đã lên 180000m3/ngày đêm

Đơn vị quản lý là Công ty cấp nước Đà Nẵng. Nước thô được lấy từ sông Cầu Đỏ

và xử lý qua dây chuyền gồm bể trộn  bể phản ứng  bể lắng Lamen  bể lọc

nhanh  khử trùng bằng Clo. 10

Nhìn chung, công nghệ xử lý nước mặt phổ biến tại Việt Nam cũng là các

quy trình keo tụ, lắng, lọc, khử trùng. Nếu áp dụng quy trình này, chất lượng nguồn

nước thô ban đầu phải đạt quy chuẩn nước mặt QCVN 08:2015/BTNMT cột A.

Nhưng với tình hình nguồn nước mặt bị ô nhiễm như hiện nay và thông qua kết quả

nghiên cứu tại một số nhà máy nước cấp tại Việt Nam và trên thế giới đã phát hiện

THMs (một chất gây ung thư nếu được tích lũy lâu dài ở người sử dụng) như chỉ số

THMs trong mẫu nước sau xử lý của Nhà máy nước Tân Hiệp là 50 – 200 µg/lít.

Tuy nồng độ này vẫn nằm dưới ngưỡng Quy chuẩn 01/2009 của Bộ Y tế (cho phép

hàm lượng THMs trong nước uống là 460 µg/lít) nhưng so với quy chuẩn của các

nước trên thế giới, chẳng hạn tại Mỹ, nồng độ THMs trong nước sau xử lý bắt buộc

từ 80 µg/lít trở xuống thì quy chuẩn của Việt Nam khá rộng rãi. 24

Công nghệ xử lý nước mặt truyền thống tuy đơn giản, dễ vẫn hành, chi phí

thấp nhưng chỉ thích hợp cho nguồn nước mặt ô nhiễm thấp. Đối với nguồn nước

mặt ô nhiễm cao, nếu áp dụng dây chuyền này để xử lý thì hiệu quả xử lý ô nhiễm

hữu cơ thấp, khả năng tạo sản phẩm phụ gây ung thư cho người sử dụng.

Từ những khuyết điểm trên và nguồn nước sông đang bị ô nhiễm cao, với

công nghệ xử lý truyền thống khó có thể xử lý đạt yêu cầu. Do đó, việc nghiên cứu

các công nghệ xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nhằm phục vụ cho

cấp nước sinh hoạt là một vấn đề hết sức cần thiết. Trong đó, các phương pháp lý

hóa được dùng để loại bỏ các hợp chất hữu cơ và dinh dưỡng được đề xuất cho dây

chuyền công nghệ là keo tụ, hấp phụ, lọc màng và ozon hóa 56. Mà cụ thể là hấp

phụ bằng than hoạt tính, lọc màng vi lọc, và Oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe2+).

1.5. Tổng quan về các phương pháp được lựa chọn để nghiên cứu

1.5.1. Lý thuyết keo tụ

1.5.1.1. Bản chất hóa lý của quá trình keo tụ

Cặn làm bẩn nước thiên nhiên thường là các hạt cát, sét, bùn, sinh cật phù du,

sản phẩm của quá trình phân hủy các chất hữu cơ…Vì có kích thước rất bé nên

chúng tham gia vào chuyển động nhiệt cùng các phân tử nước, tạo thành một hệ keo

phân tán trong toàn bộ thể tích nước, độ bền của các hạt cặn lơ lửng trong nước bé

hơn nhiều so với độ bền của hệ phân tán phân tử nên chúng dễ bị phân hủy( lắng

đọng ) dưới tác dụng của các nhân tố bên ngoài như đun nóng, làm lạnh, pha vào

nước chất điện phân…

Lợi dụng tính chất này trong công nghệ xử lý nước, thường cho phèn vào

nước để làm mất tính ổn định của hệ keo thiên nhiên đồng thời tạo ra hệ keo mới có

khả năng kết hợp thành bông cặn lớn, lắng nhanh có hoạt tính bề mặt cao, khi lắng

hấp phụ kéo theo cặn làm bẩn nước cũng như các chất hữu cơ gây mùi, vị của nước.

Trong quá trình xử lý nước gặp hai loại keo: keo kị nước, keo háo nước.

Keo kị nước: Hạt keo không kết hợp với các phân tử nước của môi trường để

tạo nên vỏ bọc hydrat, các hạt keo riêng biệt mang điện tích lớn, và khi điện tích

này được trung hòa thì độ bền của hạt keo bị phá vỡ.

Quá trình keo tụ hệ keo kị nước thường là không thuận nghịch, quá trình diễn

ra khi keo tụ hoàn toàn các hạt keo tụ.

Keo háo nước: có khả năng kết hợp phân tử nước tạo thành vỏ bọc hydrat

các hạt keo riêng biệt mang điện tích bé và dưới tác dụng của các chất điện phân

không bị keo tụ.

Các hạt cặn làm bẩn nước thiên nhiên tạo ra hệ keo kị nước gồm các hạt

mang điện tích âm còn các hạt keo kị nước tạo ra do do sản phẩm thủy phân của

phèn nhôm, phèn sắt, mang điện tích dương.

Đối với hệ phân tán có điện thế bề mặt riêng lớn các hạt luôn có xu hướng co

cụm lại tạo thành các hạt lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt. Về nguyên tắc do độ

phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn, hạt keo có xu hướng hút nhau nhờ các lực

bề mặt. Mặt khác do các hạt keo cùng loại nên các hạt keo luôn tích điện cùng dấu

(đặc trưng bởi thế điện động zeta) nên các hạt keo tụ luôn đẩy nhau bởi lực đẩy tĩnh

điện giữa các hạt cùng dấu theo định luật Culong, xu hướng này làm hạt keo không

thể hút nhau để tạo hạt lớn hơn và lắng xuống nhờ trọng lực như những hạt không

tích điện. Như vậy thế càng lớn (hạt keo càng tích điện) thì hệ keo càng bền (khó

kết tủa). Trường hợp lý tưởng: nếu thế điện phẳng (zeta=0), thì hạt keo biến thành

cấu tạo tụ điện phẳng, hạt sẽ không khác gì các hạt không tích điện nên dễ dàng hút

nhau tạo hạt lớn hơn có khả năng lắng được.

Đây là cơ sở khoa học của phương pháp keo tụ. Hiện tượng các hạt keo cùng

loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn

để có thể lắng xuống do trọng lực trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng

keo tụ. Các chất keo tụ thường là các loại muối vô cơ và được gọi là chất keo tụ.

Một cách khác làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễ lắng là dùng

các tác nhân thích hợp kết chúng lại thành các hạt lớn hơn đủ lớn, nặng để lắng.

Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo bông được thực hiện nhờ những phân tử

các chất cao phân tử tan trong nước và có ái lực tốt với các hạt keo hoặc các hạt cặn

nhỏ. Khác với keo tụ có tính thuận nghịch, các chất có khả năng tạo bông được gọi

là các chất tạo bông hay trợ keo tụ, quá trình tạo bông là bất thuận nghịch.

Nguồn: 48

Hình 1.19. Các giai đoạn của quá trình keo tụ

1.5.1.2. Hóa chất keo tụ thường dùng

a. Muối nhôm

Trong các loại phèn nhôm, Al2(SO4)3 được dùng rộng rãi nhất do có tính hòa

tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả trong khoảng pH=5,0 –

7,5.Quá trình điện ly và thủy phân Al2(SO4)3 xảy ra như sau:

Al3+ +H2O = AlOH2+ + H+

AlOH+ + H2O = Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)3(s) + H+ Al(OH)3 + H2O = Al(OH)4 - + H+

Ngoài ra, Al2(SO4)3 có thể tác dụng với Ca(HCO3)2 trong nước theo phương

trình phản ứng sau:

Al2(SO4)3 +3 Ca(HCO3)2 Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2 và

Al2(SO4)3 theo tỷ lệ (10:1) – (20:1).Phản ửng xảy ra như sau:

6NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12H2O = 8 Al(OH)3 + 2Na2SO4

Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ưu của

môi trường cũng như tăng hiệu quả của quá trình keo tụ tạo bông

Khi sử dụng phèn nhôm cần lưu ý :

- pH hiệu quả tốt nhất với phèn nhôm là khoảng 5,5 – 7,5. - Nhiệt độ của nước thích hợp khoảng 20 – 40oC.

- Ngoài ra, cần chú ý đến: các thành phần ion có trong nước, các hợp chất

hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trường phản ứng…

Ưu điểm của phèn nhôm : - Về mặt năng lực keo tụ ion nhôm ( và cả sắt (III)), nhờ điện tích 3+, có năng

lực keo tụ thuộc loại cao nhất trong số các loại muối ít độc hại mà loài người biết.

- Muối nhôm ít độc sẵn có trên thị trường và rất rẻ.

- Công nghệ keo tụ dùng phèn nhôm là công nghệ tương đối đơn giản, dễ

kiểm soát, phổ biến rộng rãi.

Nhược điểm của phèn nhôm:

Làm giảm dáng kể độ pH, phải dùng NaOH để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn đến

chi phí sản xuất tăng.

- Khi quá liều lượng cần thiết thì hiện tượng keo tụ bị phá hủy làm nước đục

trở lại.

- Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng.

- Hàm lượng Al dư trong nước > so với dùng các chất keo tụ khác và có thể

lớn hơn tiêu chuẩn với 0,2mg/lít.

- Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng các kim loại nặng

2- trong nước thải sau xử lý là độc tính

thường hạn chế.

- Ngoài ra có thể làm tăng lượng SO4

đối với vi sinh vật.

b. Muối sắt

Chia làm hai loại sắt II và sắt III

Phèn sắt II FeSO4 khi cho vào nước phân ly thành Fe2+ và bị thuỷ phân thành

Fe(OH)2 Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Fe(OH)2 vừa được tạo thành vẫn còn độ hoà tan trong nước lớn, khi trong

nước có oxy hoà tan thì nó sẽ bị oxy hoá thành Fe(OH)3

4Fe(OH)2 + O2 + H2O = 4Fe (OH)3

Quá trình oxy hoá chỉ diễn ra tốt khi pH nước đạt 8 - 9 và nước phải có độ

kiềm cao. Vì vậy người ta thường dùng phèn sắt kết hợp với vôi làm mềm nước.

FeSO4 công nghiệp có dạng tinh thể màu xanh lơ, khi tiếp xúc với không khí

bị oxy hoá thành màu đỏ sẩm

Phèn sắt III: FeCl3 hoặc Fe2(SO4)3 khi cho vào nước sẽ phân ly thành Fe3+ và

bị thuỷ phân thành Fe(OH)3 Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+

Vì phèn sắt III không bị oxy hoá nên không phải nâng cao pH của nước như

sắt II. Phản ứng xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng

khi pH = 5,5 - 6,5.

Phèn sắt III khi bị thuỷ phân ít bị ảnh hưởng của nước vì vậy dù nhiệt độ 0oC

phèn sắt vẫn keo tụ.

So sánh keo của phèn nhôm và phèn sắt thì độ hoà tan keo phèn sắt nhỏ hơn

của phèn nhôm.

Tỷ trọng Fe(OH)3=1,5Al(OH)3, trọng lượng đơn vị của Al(OH)3 =2,4 còn

của Fe(OH)3=3,6, vì vậy keo sắt hình thành vẫn lắng được trong khi nước có ít chất

huyền phù.

Liều lượng phèn sắt dùng kết tủa chỉ bằng 1/3 đến 1/3 liều lượng phèn nhôm.

Nhưng phèn sắt lại ăn mòn đường ống mạnh hơn phèn nhôm. Phèn sắt sau xử lý

thường làm cho nước có màu vàng do còn tồn tại lượng dư Fe(OH)3

Các muối sắt được sử dụng làm chất keo tụ có nhiều ưu điểm hơn so với các

muối nhôm do:

o Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp

o Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn

o Độ bền lớn

o Có thể khử mùi H2S

Tuy nhiên,các muối sắt cũng có nhược điểm là tạo thành phức hòa tan có

màu do phản ứng của ion sắt xảy ra các phản ứng sau:

FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + HCl

Fe(SO4 )3+ 6H2O = Fe(OH)3 + 3CaSO4

c. Poly Aluminium Cloride: (PACl)

Một trong những chất keo tụ mới tồn tại dưới dạng polime vô cơ là poli

nhôm clorua, thường viết tắt là PAC (hoặc PACl). Hiện nay ở các nước tiên tiến

người ta đã sản xuất PACl với lượng lớn, sử dụng rộng rãi để thay thế phèn nhôm

sunfat trong xử lý nước sinh hoạt và xử lý nước thải.

Tính chất: PACl có công thức tổng quát là [Al2(OH)nCl6.nxH2O]m (trong đó

m <=10, n<= 5). PACl thương mại ở dạng bột thô màu vàng nhạt hoặc vàng đậm,

dễ tan trong nước và kém tỏa nhiệt, dung dịch trong suốt, có tác dụng khá mạnh về

tính hút thấm.

PACl có nhiều ưu điểm hơn phèn nhôm sunfat và các loại phèn vô cơ khác:

- Hiệu quả keo tụ và lắng trong > 4-5 lần. Tan trong nước tốt, nhanh hơn

nhiều, ít làm biến động độ pH của nước nên không phải dùng NaOH để xử lý và do

đó ít ăn mòn thiết bị hơn.

- Không làm đục nước khi dùng thừa hoặc thiếu.

- Không cần (hoặc dùng rất ít) phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng.

- [Al] dư trong nước < so với khi dùng phèn nhôm sunfat.

- Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng với các kim loại

2- trong nước thải sau xử lí là loại có

nặng tốt hơn.

- Không làm phát sinh hàm lượng SO4

độc tính đối với vi sinh vật.

Cơ chế tác dụng của PACl:

+, Al(OH) phân tử và Al(OH)4

và thủy phân ta có các hạt trong nước: Al3+, Al(OH)2

4+, Al3(OH)4

5+, Al13O4(OH)24 7+ gọi tắt là Al13 là tác nhân gây keo tụ chính và tốt nhất.

Khi dùng muối clorua hoặc sunfat của Al(III) hoặc Fe(III). Khi đó, do phân li -, 7+ và Al(OH)3 rắn. Trong đó ba hạt polime: Al2(OH)2

-, ba

+, Fe(OH) phân tử và Fe(OH)4

đó Al13O4(OH)24

5+ và Fe(OH)3 rắn.

Với Fe(III) ta có các hạt: Fe3+, Fe(OH)2 4+, Fe3(OH)4 hạt polime: Fe2(OH)2

Trong công nghệ xử lý nước thông thường, nhất là nước tự nhiên với pH

xung quanh quá trình thuỷ phân xảy ra rất nhanh, tính bằng micro giây, khi đó hạt Al3+ nhanh chóng chuyển thành các hạt polime rồi hydroxit nhôm trong thời gian

nhỏ hơn giây mà không kịp thực hiện chức năng của chất keo tụ là trung hoà điện

tích trái dấu của các hạt cặn lơ lửng cần xử lý để làm chúng keo tụ.

Khi sử dụng PACl quá trình hoà tan sẽ tạo các hạt polime Al13, với điện tích

vượt trội (7+), các hạt polime này trung hoà điện tích hạt keo và gây keo tụ rất mạnh, ngoài ra tốc độ thuỷ phân của chúng cũng chậm hơn Al3+ rất nhiều, điều này

tăng thời gian tồn tại của chúng trong nước nghĩa là tăng khả năng tácdụng của

chúng lên các hạt keo cần xử lí, giảm thiểu chi phí hoá chất. Ngoài ra, vùng pH hoạt

động của PACl cũng lớn gấp hơn 2 lần so với phèn, điều này làm cho việc keo tụ

bằng PACl dễ áp dụng hơn. Hơn nữa, do kích thước hạt polime lớn hơn nhiều so với Al3+ (cỡ 2 nm so với nhỏ hơn 0,1 nm) nên bông cặn hình thành cũng to và chắc

hơn, thuận lợi cho quá trình lắng tiếp theo.

Chất trợ keo tụ

Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất

trợ keo tụ (flucculant). Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất

keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo. Các

chất trợ keo tụ có nguồn gốc thiên nhiên thường là tinh bột dextrin (C6H10O5 ), các

ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O).

Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là poliacrylic acid (CH2CHCOO)n

hoặc polidiallyldimetyl-amon.

Liều lượng chất keo tụ tối ưu sử dụng trong thực tế được xác định bằng thí

nghiệm Jartest.

1.5.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ

a. pH của nước

Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thuỷ phân. Khi

pH<4,5>7,5 làm cho muối kiềm kém tan đi và hiệu quả keo tụ bị hạn chế. Thông

thường phèn nhôm đạt hiện quả keo tụ tốt nhất ở pH =5,5-7,5 còn PACl =5,5-8,0.

Ảnh hưởng của pH đến điện tích của hạt keo nhôm hydroxit. Điện tích của

hạt keo trong dung dịch nước có quan hệ với thành phần ion trong nước, đặc biệt là nồng độ ion H+. Cho nên trị số pH đối với tính mang điện của hạt keo có ảnh hưởng

rất lớn. Khi 5 < pH < 8 nó mang điện dương, cấu tạo của đám keo này do sự phân

hủy của nhôm sunfat mà hình thành. Khi pH< 5 vì hấp phụ SO4 mà mang điện tích

âm, khi pH khoảng 8, nó tồn tại ở trạng thái hydroxit trung tính, vì thế mà dễ dàng

kết tủa nhất.

Ảnh hưởng của chất hữu cơ trong nước. Chất hữu cơ trong nước như chất

hữu cơ bị thối rửa, khi pH thấp, dung dịch keo của axit humic mang điện tích âm.

Lúc này dễ dàng dùng chất keo tụ khử đi. Khi pH cao nó trở thành muối axit humic

dễ tan. Vì thế mà hiệu quả khử đi tương đối kém. Dùng muối nhôm khử loại này,

thích hợp nhất ở pH = 6 - 6,5.

Ảnh hưởng của pH đối với tốc độ keo tụ của dung dich keo. Tốc độ keo tụ

dung dịch keo và điện thế zeta của nó có quan hệ. Trị số zeta càng càng nhỏ, lực

đẩy giữa các hạt càng yếu, vì vậy tốc độ keo tụ càng nhanh. Khi điện thế zeta bằng

không nghĩa là đạt đến điểm đẳng điện. Tốc độ keo tụ của nó lớn nhất.

b. Liều lượng phèn

Liều lượng phèn tối ưu cho vào trong nước nói chung là 0,1~0,5mgđ/l, nếu

dùng Al2(SO4)3.18H2O thì tương đương 10~50mgđ/l. Nói chung vật huyền phù

trong nước càng nhiều, lượng chất keo tụ càng lớn. Cũng có thể chất hữu cơ trong

nước tương đối ít mà lượng keo tụ tương đối nhiều.

c. Nhiệt độ của nước

Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ thì nhiệt độ nước ảnh hưởng lớn đến hiệu quả keo tụ. Khi nhiệt độ nước quá thấp ( thấp hơn 50C), bông phèn sinh ra to

và xốp, chứa phần nước nhiều, lắng xuống rất chậm nên hiệu quả kém. Khi dùng nhôm sunfat thì nhiệt độ nước thấp nhất là 25-300C.

Khi dùng muối sắt làm chất keo tụ thì ảnh hưởng của nhiệt độ không lớn.

d. Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ

Quan hệ tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ đến tính phân bố đồng đều

của chất keo tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo là một nhân tố trọng yếu ảnh

hưởng đến hiệu quả keo tụ. Tốc độ khuấy tốt nhất là từ nhanh chuyển sang chậm.

Khi mới cho chất keo tụ vào phải khuấy nhanh vì sự thủy phân của chất keo tụ trong

nước và hình thành chất keo tụ rất nhanh. Cho nên phải khuấy nhanh mói có khả

năng sinh thành lượng lớn keo hydroxyt hạt nhỏ làm cho nó nhanh chóng khuếch

tán đến những nơi trong nước kịp thời với các tạp chất trong nước tác dụng. Sau khi

hỗn hợp bông cặn hình thành lớn thì không nên khuấy quá nhanh sẽ làm phá vỡ

bông cặn.

6, 30, 49.

1.5.2. Lý thuyết về hấp phụ

1.5.2.1. Sự hấp phụ

Sự hấp phụ là quá trình tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí –

rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng).

Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử

của pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn thì khả

năng hấp phụ càng mạnh.

Bề mặt riêng là diện tích bề mặt đơn phân tử tính đối với 1g chất hấp phụ.

Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt

chất hấp phụ.

Sự hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phần tử chất hấp phụ và chất bị

hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt hấp phụ vật lý

và hấp phụ hóa học.

Hấp phụ vật lý được gây ra bởi lực Vanderwaals (bao gồm ba loại lực: cảm

ứng, định hướng, khuếch tán), lực liên kết hiđro…đây là những lực yếu, nên liên kết

hình thành không bền, dễ bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao.

Cấu trúc điện tử của các phần tử các chất tham gia quá trình hấp phụ vật lý ít

bị thay đổi. Hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra nhanh.

Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học, trong đó có những lực liên

kết mạnh như lực liên kết ion, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết phối trí…gắn

kết những phần tử chất bị hấp phụ với những phần tử của chất hấp phụ thành những

hợp chất bề mặt. Năng lượng liên kết này lớn (có thể tới hàng trăm kJ/mol), do đó

liên kết tạo thành bền khó bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ hóa học thường không thuận

nghịch và không thể vượt quá một đơn lớp phân tử.

Trong hấp phụ hóa học, cấu trúc điện tử của các phần tử của các chất tham

gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi sâu sắc dẫn đến sự hình thành liên kết hóa học.

Sự hấp phụ hóa học còn đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra chậm.

Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương

đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trường hợp tồn tại đồng thời cả hai

hình thức hấp phụ. Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy ra hấp phụ vật lý, khi tăng

nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học tăng lên.

1.5.2.2. Giải hấp phụ

Giải hấp phụ là sự đi ra của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ. Quá

trình này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ.

Đây là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trưng về hiệu quả

kinh tế.

Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:

Phương pháp hóa lý: Có thể thực hiện tại chỗ, ngay trên cột hấp phụ nên tiết

kiệm được thời gian, công thoát dỡ, vận chuyển, không làm vỡ vụn chất hấp phụ và

có thể thu hồi chất hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn.

Phương pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách: chiết với dung môi, sử dụng phản

ứng oxi hóa - khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng không có lợi cho

quá trình hấp phụ.

Phương pháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay hơi

hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.

Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của vật liệu

hấp phụ nhờ vi sinh vật.

1.5.2.3. Cân bằng hấp phụ

Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Khi tốc độ hấp phụ (quá trình

thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đạt trạng

thái cân bằng.

Với một lượng xác định, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và

áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích.

q = f(T, P hoặc C)

Trong đó:

q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

T: Nhiệt độ

P: Áp suất

C: Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích (mg/l)

1.5.2.4. Dung lượng hấp phụ cân bằng

Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị

khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác định về nồng độ

và nhiệt độ.

𝑞 = . 𝑉 𝐶0 − 𝐶𝑐𝑏 𝑚

Trong đó:

q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l)

m: Khối lượng chất bị hấp phụ (g)

C0: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu (mg/l)

Ccb: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)

1.5.2.5. Hiệu suất hấp phụ

Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ

dung dịch ban đầu.

𝑞 = . 100 𝐶0 − 𝐶𝑐𝑏 𝐶0

1.5.2.6. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

a. Mô hình động học hấp phụ

Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, động học hấp phụ xảy ra theo một loạt giai

đoạn kế tiếp nhau:

- Chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai đoạn

khuếch tán trong dung dịch.

- Phần tử chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt ngoài của chất hấp phụ

chứa các hệ mao quản. Đây là giai đoạn khuếch tán màng.

- Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ.

Đây là giai đoạn khuếch tán trong mao quản.

- Các phần tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai

đoạn hấp phụ thực sự.

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn có tốc độ chậm sẽ quyết định hay

khống chế chủ yếu quá trình động học hấp phụ. Với hệ hấp phụ trong môi trường

nước, quá trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trò quyết định.

b. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt cơ bản

Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = fT ( P hoặc C) được gọi là

đường hấp phụ đẳng nhiệt.

Đường hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ

tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng hoặc áp suất của chất bị hấp phụ tại thời

điểm đó ở một nhiệt độ xác định.

Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì đường

hấp phụ đẳng nhiệt được mô tả qua các phương trình như: phương trình hấp phụ

đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmuir…

 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập trên giả thiết:

- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định.

- Mỗi trung tâm chỉ có một tiểu phân.

- Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các

tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ

trên các trung tâm bên cạnh.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:

= 𝜃 = 𝑞 𝑞𝑚𝑎𝑥 𝑏𝐶𝑐𝑏 1 + 𝑏𝐶𝑐𝑏

Trong đó:

q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

qmax : Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

θ: Độ che phủ

Ccb : Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/L)

b : Hằng số Langmuir

Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ :

- Trong vùng nồng độ nhỏ b.Ccb<< 1 thì q = qmax.b.Ccb mô tả vùng hấp phụ

tuyến tính.

- Trong vùng nồng độ lớn b.Ccb>> 1 thì q = qmax.b.Ccb mô tả vùng hấp phụ

bão hòa.

Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hay giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt

biểu diễn là một đoạn cong.

Để xác định các hằng số trong phương trình đẳng nhiệt Langmuir ta đưa

phương trình về dạng đường thẳng:

= + 𝐶𝑐𝑏 𝑞 1𝐶𝑐𝑏 𝑞𝑚𝑎𝑥 1 𝑞𝑚𝑎𝑥. 𝑏

Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb / q vào Ccb sẽ xác định được

q (mg/g)

qmax

Ccb(mg/L)

các hằng số b, qmax trong phương trình

Hình 1.20. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Ccb/q (mg/L)

tgα

Ccb(mg/L)

Hình 1.21. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb

𝑡𝑔𝛼 = => 𝑞𝑚𝑎𝑥 = 1 𝑡𝑔𝛼 1 𝑞𝑚𝑎𝑥

𝑂𝑁 = 1 𝑞𝑚𝑎𝑥. 𝑏

Từ giá trị qmax ta sẽ tính được hằng số b.

 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry là phương trình đơn giản mô tả sự

tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và nồng độ

hoặc áp suất của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry có dạng:

a = K.P hay q = K.Ccb

Trong đó:

a : Lượng chất bị hấp phụ (mol/g)

K : Hằng số hấp phụ Henry

P : Áp suất (mmHg)

q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

Ccb: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/L).

 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich là phương trình thực nghiệm mô

tả sự hấp phụ khí hoặc chất tan lên vật hấp phụ rắn trong phạm vi một lớp.

1 𝑛⁄

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich có dạng:

𝑞 = 𝐾. 𝐶𝑐𝑏

Trong đó:

q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

k : Hằng số hấp phụ Freundlich

Ccb : Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/L)

n : Hằng số, luôn lớn hơn 1

1.5.2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

- Khuấy trộn:

+ Tốc độ hấp phụ được kiểm soát bằng khuếch tán lên bề mặt và vào khe

rỗng → phụ thuộc tốc độ khuấy.

+ Khuấy ít → tăng chiều dài màng chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ→

khuếch tán màng ưu thế hơn (hệ thống liên tục).

+ Khuấy trộn tốt → khuếch tán khe rỗng ưu thế (hệ thống mẻ).

- Tính chất chấp hấp phụ:

+ Tính chất hấp phụ tăng khi kích thước hạt giảm

+ Tổng dung lượng chất hấp phụ và chất hấp phụ phụ thuộc vào diện tích bề

mặt nằm bên trong hạt than.

- Tính hòa tan của chất bị hấp phụ

+ Phân tử phải tách khỏi dung dịch và bám dính trên bề mặt chất hấp phụ

+ Các chất hòa tan có ái lực cao hơn đối với dung dịch → khó hấp phụ hơn

so với thành phần không hòa tan.

- pH

pH có ảnh hưởng tương đối lớn đến quá trình hấp phụ bởi trên bề mặt than

có tồn tại một số nhóm chức và pH có thể làm thay đổi điện tích của một số nhóm

chức này. Ngoài ra pH cũng có thể ảnh hưởng đến chất bị hấp phụ (chất ô nhiễm

cần xử lý). Kết quả thử nghiệm ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của các

loại than đối với từng chất sẽ xác định được pH tối ưu cho mỗi loại than và mỗi chất

khác nhau.

- Nhiệt độ: tốc độ hấp phụ tăng khi nhiệt độ tăng.

- Kích thước phân tử chất bị hấp phụ: Kích thước chất bị hấp phụ quyết định

khả năng đi vào khe rỗng

22,30,49.

1.5.3. Tổng quan về than hoạt tính (Powdered Activated Carbon - PAC)

Trong điều kiện Việt Nam, hầu hết các nhà máy nước với nguồn nước mặt

áp dụng công nghệ xử lý truyền thống: keo tụ - lắng - lọc - khử trùng.

Để tránh việc đầu tư xây mới một nhà máy nước với công nghệ hiện đại,

giải pháp cải tạo, nâng cao chất lượng xử lý của các nhà máy nước, sử dụng chất

hấp phụ là than hoạt tính trên cơ sở dây chuyền công nghệ và các công trình xử lý

nước hiện có là một hướng đi khả thi.

Than hoạt tính được chế tạo từ nhiều nguồn vật liệu như gỗ, gáo dừa, nhựa

than đá, ... Những nguyên liệu này được hóa than từ từ ở nhiệt độ cao trong chân không, sau đó được hoạt hóa ở nhiệt độ 700-1200oC (tùy thuộc vào vật liệu) trong

điều kiện không có oxy. Quá trình này tạo nên loại vật liệu hấp phụ xốp, với rất

nhiều lỗ nhỏ li ti, bề mặt gồ ghề, với diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, có tác dụng hấp

phụ và giữ các tạp chất trong nước.

Than hoạt tính có tác dụng hấp phụ tốt đối với các chất không hoặc kém

phân cực ở dạng khí và lỏng.

Than hoạt tính có 3 dạng :

o Dạng bột cám (Powered_PAC)

o Dạng hạt ( Gramalated_GAC )

o Dạng khối đặc ( Extraded Solid Block_SB)

1.5.3.1. Cơ chế hấp phụ của than hoạt tính

- Động học quá trình hấp phụ: gồm 3 giai đoạn

+ Chuyển chất từ trong pha lỏng đến bề mặt ngoài của hạt chất hấp phụ.

+ Khuếch tán vào các mao quản của hạt.

+ Hấp phụ: quá trình hấp phụ làm bão hòa dần từng phần không gian hấp

phụ, đồng thời làm giảm độ tự do của các phân tử bị hấp phụ, nên kèm theo sự tỏa

nhiệt.

- Than hoạt tính lọc nước nhờ 2 cơ chế chính:

+ Lọc cơ học, giữ lại các hạt cặn trong những lỗ rỗng nhỏ.

+ Hấp phụ các tạp chất hòa tan trong nước bằng cơ chế hấp phụ bề mặt hoặc

trao đổi ion.

Sau một thời gian sử dụng (thời gian này tùy thuộc vào loại và lượng chất ô

nhiễm), than hoạt tính được hoàn nguyên bằng nhiệt hay hóa chất (quá trình oxy

hóa hay điện hóa)

1.5.3.2. Đặc tính và ưu nhược điểm của than hoạt tính

- Đặc tính: + Thể tích lỗ rỗng :0,56-1,20 cm3/g + Diện tích bề mặt :500 – 1500 m2/g + Nhiệt độ nhả hấp : 100 – 1400C + Nhiệt độ tối đa cho phép :1500C

Nguồn: http://thanhoattinhphanlan.com/than-hoat-tinh-dang-bot

Hình 1.22. Than hoạt tính dạng bột (PAC) - Ưu điểm:

+ Khả năng làm sạch cao

+ Chất hấp phụ sau khi sử dụng đều có thể tái sinh (nhả hấp)

+ Hiệu quả xử lý đạt đến 95%

- Nhược điểm:

Tốn kém hơn các vật liệu khác, tuy nhiên than hoạt tính có ưu điểm : sau khi

sử dụng có thể tái sinh (nhả hấp) đã giải quyết được một phần của vấn đề này.

1.5.3.3. Than hoạt tính hấp phụ các hợp chất hữu cơ tự nhiên

Các hợp chất hữu cơ tự nhiên (NOM) trong các con sông và hồ nước là một

hỗn hợp không đồng nhất của các hợp chất hữu cơ phức tạp, nó hiện diện trong

nước ở cả các hình thức dạng hạt keo và các thành phần hòa tan. NOM chủ yếu gồm

các chất humic, chẳn hạn như: axit humic và axit fulvic, …Những hợp chất hữu cơ

hòa tan (DOM) này là rất khó khăn để loại bỏ chúng bằng các phương pháp xử lý

thông thường. DOM có thể hoạt động như chất nền cho sự phát triển của vi khuẩn

trong hệ thống phân phối. Do đó, việc khử trùng nước trước khi cấp nước là rất cần

thiết.

Phương pháp khử trùng nguồn cấp nước phổ biến nhất là Clo hóa. Kết quả

của việc khử trùng Clo là tạo ra các sản phẩm bao gồm vài halogen hóa và các hợp

chất hữu cơ khác, mà được hình thành bởi các phản ứng liên quan đến hóa chất oxy

hóa, NOM và bromides. Trihalomethanes và các axit haloacetic là hai loại sản phẩm

chính thường được tìm thấy trong nguồn nước sau khi được xử lý bằng Clo. Vì vậy,

việc kiểm soát đồng thời hoạt động của vi khuẩn và sự hình thành của các sản phẩm

sau khử trùng là một vấn đề khó khăn và đầy thách thức. Như đã đề cập trước đó, sự

hiện diện của các sản phẩm sau khử trùng nước cấp là không mong muốn bởi vì nó

độc hại, gây ung thư và gây đột biến đối với con người khi ăn uống phải chúng

trong thời gian dài

Sự hiện diện của các dẫn xuất halogen hóa hydrocarbon nói chung và của

trihalomethanes (THMs) nói riêng, đặc biệt ở các vùng nước uống lần đầu tiên được

báo cáo vào năm 1974. Kể từ đó, THM đã được quan sát thấy trong tất cả các nguồn

nước cấp. Những hợp chất halogen hóa độc hại gây đột biến cho con người khi ăn

uống phải chúng trong thời gian dài. Những nghiên cứu trước đó ở Mỹ cho thấy sự

hiện diện của một số hợp chất hữu cơ gây ung thư có trong nguồn nước cấp, tỷ lệ

tương quan giữa chất lượng cung cấp nước và tử vong do ung thư tăng. Sau đó Cơ

quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) thực hiện một điều tra từ năm 1974 đến

1975 tại một số khu vực và nhận thấy rằng THM như chloroform, brome,

dichloromethane, dibromo choloroethane, bromoform, và dichloroidomethane chủ

yếu là do các dẫn xuất halogen gây ô nhiễm trong nước. Theo một cơ quan nhỏ

thuộc EPA, những dẫn xuất halogen hóa hydrocarbon và THMs được hình thành

trong quá trình khử trùng nước cấp sinh hoạt bởi Clo phản ứng với một số vật hợp

chất hữu cơ tự nhiên, chẳng hạn như axit humic và fulvic được tạo ra bởi sự suy

thoái của thực vật.

Tại một số nhà máy thí điểm nghiên cứu tại Mỹ đã thực hiện để loại bỏ các

dẫn xuất halogen hóa các hợp chất hữu cơ bằng cách sử dụng các than hoạt tính

khác nhau. Kết quả, tỷ lệ loại bỏ THMs là khá lớn, nhưng khả năng hấp phụ cuối

cùng của carbon là rất thấp từ 0,05 đến 0,12% tính theo trọng lượng của carbon và

chloroform, và giữa 0,02 và 0,04% cho bromodichloromethane.

Do đó, PAC là một vật liệu hấp phụ được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước

và nước thải để loại bỏ phần nào NOM. Mặt khác, PAC như là một chất tiền xử lý

có tác dụng đối với sự giảm tắt nghẽn màng trong quá trình xử lý khi kết hợp giữa

PAC và màng lọc. Nếu chỉ sử dụng màng lọc để xử lý thì lúc này NOM là hợp chất

sẽ làm tắt nghẽn màng.

49, 51, 55, 69, 73, 87.

1.5.4. Tổng quan về công nghệ lọc màng

1.5.4.1. Định nghĩa và phân loại màng

 Định nghĩa

Màng được định nghĩa là một lớp mỏng phân tách hai pha, hoạt động như

một rào chắn chọn lọc để vận chuyển vật chất.

Quá trình màng được định nghĩa là một quá trình trong đó dòng vào được

chia thành hai dòng: một dòng thấm có chứa các vật chất có thể đi qua màng và một

dòng lưu (dòng cô đặc) chứa những loại không thấm qua được (hình 1.23). Quá

trình màng có thể ứng dụng để cô đặc hay làm sạch một dung dịch, một huyền phù

và để phân cỡ một hỗn hợp.

Hình 1.23. Mô tả quá trình màng

(Nguồn: Soren Prip Beier, Pressure Driven Membrane Processes, In

Zusammenarbeit mit, May 2007)

Ưu điểm của công nghệ màng lọc là quá trình lọc xảy ra ở nhiệt độ bình

thường, các dung dịch tham gia không có sự thay đổi về pha, quá trình phân tách vật

chất qua màng không cần có hóa chất phụ gia, sự phân tách liên tục, năng lượng tiêu

thụ ít, dễ kết hợp với công nghệ có sẵn, dễ thu gọn và không cần sử dụng thêm thiết

bị phụ trợ.

Sự phân loại quá trình màng nói chung dựa vào những thông số: Động lực,

cơ chế tách, cấu trúc màng, pha tiếp xúc.

Hình 1.24. Phân loại các quá trình lọc màng

 Phân loại màng

Phân loại theo cơ chế tách

- Màng xốp: Quá trình tách dựa trên sự khác biệt về kích thước (hiệu ứng

sàng lọc). Quá trình chính là MF, UF;

- Màng không xốp hay màng khít chặt: Quá trình tách dựa trên sự khác biệt

về độ hòa tan và độ khuếch tán của vật liệu trong màng (cơ chế hòa tan - khuếch

tán). Đây là trường hợp điển hình của NF, RO.

- Màng trao đổi ion: Quá trình tách dựa trên sự khác biệt về điện tích của

dạng được tách (hiệu ứng điện hóa).

Phân loại theo hình thái học

Màng có cấu trúc vi xốp:dựa vào kích thước và sự phân bố các mao quản

trong màng, chia ra hai loại:

- Đối xứng: Đường kính của mao quản ổn định trong suốt chiều dày của

màng, các mao quản này song song với nhau.

- Không đối xứng: Đường kính của mao quản thay đổi theo chiều dày của

màng, thường có 2 lớp, lớp trên dày 0,1 – 0,5µm, đường kính mao quản nhỏ, lớp

này quyết định khả năng phân riêng của màng; lớp dưới dày 100 - 200µm, đường

Lớp màng mỏng

Lớp vi xốp

kính mao quản lớn, đóng vai trò như khung đỡ, vì thế cần có tính bền cơ học cao.

a) b)

Hình 1.25. Cấu trúc màng vi xốp a) Đẳng hướng; b) Bất đẳng hướng

Phân loại theo bản chất hóa học

- Màng hữu cơ: là polymer của các hợp chất hữu cơ, trong đó sử dụng rộng

rãi là cellulose và những dẫn xuất của nó. Những polymer kỵ nước này có giá thành

thấp, có xu hướng hấp phụ yếu, và được sử dụng trong tất cả quá trình màng áp

suất, trong thẩm tách máu và thấm khí.

Một loại quan trọng khác của polyme màng kỵ nước là polyamide.

Polyamide thơm là loại polyme thứ hai sau cellulose diacetat được dùng trong khử

muối bởi vì khả năng chọn lọc và độ ổn định về nhiệt, hóa chất và nước của nó tốt

hơn cellulose este. Tuy nhiên, nhóm amide (-CO-NH-) rất nhạy với sự phân hủy do

oxy hóa và không thể chịu được tác động dù là dạng vết của clo.

Polyacrylonitrile cũng thường được sử dụng cho màng UF và thẩm tách máu.

Ít kỵ nước hơn hai polymer trên, nó không có đặc tính chọn lọc và không được ứng

dụng trong RO.

Một loại polymer được sử dụng rộng rãi khác là polysulphone và

polyetersulphone. Những polymer này không kỵ nước và có một khuynh hướng hấp

phụ tương đối cao nhưng chúng có một độ ổn định hóa, cơ, nhiệt tốt.

- Màng vô cơ: Vật liệu vô cơ (ceramic hoặc kim loại, …) nói chung có độ ổn

định hóa, cơ, nhiệt tốt hơn so với vật liệu từ polymer. Tuy nhiên, khuyết điểm là rất

giòn, dễ vỡ và đắt hơn vật liệu hữu cơ. Ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp hóa

chất, dược phẩm, bơ sữa để xử lý những lưu chất xâm thực/nhiệt độ cao.

Phân loại theo kích thước lỗ mao quản

Phân loại theo kích thước lôc mao quản thì thường có 4 loại màng phổ biến

- Vi lọc (microfiltration MF): Màng có hai loại là xốp và đối xứng, kích

thước lỗ rỗng 0,1 – 1µm, cơ chế hoạt động sàng lọc, áp suất từ 10 – 100psi. Vật liệu

chế tạo thường là polyme, sợi, gốm, sứ. Lọc các hạt lơ lửng, vi khuẩn, hạt keo,

huyền phù, các phân tử có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng màng.

- Siêu lọc (ultrafiltration UF): Màng cũng có hai loại là xốp và đối xứng, kích

thước lỗ từ 0,001 – 0,1µm, cơ chế hoạt động sàng lọc, áp suất từ hoạt động từ 70 –

200psi. Vật liệu chế tạo thường là polyme, sợi, gốm, sứ. Lọc các hạt lơ lửng, vi

khuẩn, virut, hạt keo, huyền phù, các phân tử có kích thước lớn hơn kích thước lỗ

rỗng màng.

- Lọc nano ( nanofiltrafiltration NF): Màng lọc có hai loại là bất đối xứng, tổ

hợp composit, kích thước lỗ rỗng khoảng 0,001µm, cơ chế hoạt động là hoà tan -

khuếch tán, áp suất hoạt động từ 100 – 600psi. Là màng trung gian giữa RO và UF.

Vật liệu chế tạo là polymer. Lọc các phần tử muối hóa trị thấp và các khoáng, được

ứng dụng trong lọc cặn các protein, gelatin, công nghệ chế biến nước hoa quả,

phân ly chất rắn hòa tan trong dung dịch và sản xuất nước sạch phục vụ sinh hoạt.

- Lọc thẩm thấu ngược ( Reverse osmosis- RO): Kích thước lỗ rỗng nhỏ

hơn 0,001µm, hoạt động dưới áp suất cao từ 400-1000 psi. Loại bỏ hết các thành

phần có trong nước như: cacbuahydrat, phân tử chất, cặn lơ lửng, các chất khoáng,

ion, amino acid…gần như chỉ còn nước nguyên chất khi qua màng lọc.

Cơ chế hoạt động của lọc RO sử dụng tính chất của màng bán thấm, tất cả

các chất hòa tan bị giữ lại, trừ một và phần tử hữu cơ rất gần với nước có khối

lượng mol nhỏ, phân cực mạnh. Khi có sự chênh lệch về thế năng hóa học thì xu

hướng làm nước chuyển từ ngăn có thế năng hóa học thấp sang ngăn có thế năng

cao để pha loãng, đó là hiện tượng thẩm thấn tự nhiên. Nếu muốn cản lại sự

khuyêch tán này, cần phải đạt một áp suất lên dung dịch có thế năng hóa học thấp,

sự chênh lệch áp suất được tạo ra gọi là áp suất thẩm thấu ngược của hệ thống.

1.5.4.2. Hình dạng module

Bốn kiểu module chính phổ biến trên thị trường: khung bản, cuộn xoắn, ống

và sợi rỗng.

Dạng khung bản

Mỗi đơn vị cấu tạo là một tấm đỡ vật liệu xốp và hai tấm màng được ép sát

vào hai bên mặt tấm đỡ. Bề mặt hoạt động của tấm màng quay ra ngoài. Các tấm

đảm bảo chống đỡ cơ học cho màng. Các tấm có thể được tạo gợn sóng ở mặt tiếp

xúc với dòng vào để cải thiện truyền khối. Mỗi đơn vị được đặt song song với nhau

tạo thành hệ thống kênh dẫn cho dòng thấm nhập (permeate) và dòng bị chặn lại

(retentate) . Dòng nhập liệu chảy vào một đầu và được phân phối vào các kênh dẫn

retentate, các cấu tử có kích thước thích hợp sẽ qua màng và theo các kênh của dòng

permeate đi theo ống dẫn chính ra ngoài. Module loại này tháo lắp, vệ sinh đơn

giản, dễ dàng phát hiện kịp thời màng bị hỏng. Tuy nhiên, loại này lại chiếm diện

tích khá lớn và giá thành lại cao.

Dạng cuộn xoắn

Thiết bị gồm hai hình trụ đồng trục nhưng có đường kính khác nhau và được

lồng vào nhau. Chúng được chế tạo bằng thép không rỉ. Ống trụ đường kính nhỏ

được đục lỗ trên thân và là nơi tập trung cấu tử của dòng permeate. Khoảng không

gian được giới hạn giữa mặt ngoài thân trụ đường kính nhỏ và mặt trong thân trụ

đường kính lớn là một tấm đệm xốp được cuộn theo hình xoắn ốc. Hai bên tấm đệm

được ép chặt bởi hai tấm màng. Dung dịch nguyên liệu sẽ được bơm vào tại một

đầu thân trụ và di chuyển theo thân trụ bởi một kênh dẫn có tiết diện xoắn ốc. Dòng

sản phẩm retentatesẽ được tập trung và thoát ra ở đầu bên kia của thiết bị hình trụ.

Các cấu tử trong dòng permeate thấm nhập qua màng vào kênh dẫn riêng cho

chúng. Kênh này cũng có tiết diện hình xoắc ốc và được liên thông với ống hình trụ

nhỏ và dòng permeate tập trung thoát ra khỏi thiết bị. Module cuộn xoắn dễ bị tắc

nghẽn hơn hệ thống bản mỏng đường dẫn hở nhờ lớp đệm, và không thể ứng dụng

trực tiếp trên nước đục nếu không tiền xử lý. Loại module này có ưu thế trong các

thiết bị thẩm thấu ngược và được sử dụng rộng rãi do giá thành tương đối rẻ nhưng

tính linh động không cao. Nếu một phần của màng bị hỏng thì toàn bộ module phải

hủy bỏ.

Dạng ống

Thiết bị là hai ống hình trụ đồng trục bằng thép không ghỉ, đường kính khác

nhau và được đặt lồng vào nhau. Ống hình trụ bên trong có thân được đục lỗ. Một

màng dạng tấm được cuộn tròn lại để tạo thành hình ống và được lồng ép sát vào

thành bên trong của ống hình trụ có đường kính nhỏ. Dòng vào được phân phối vào

bên trong các ống trụ nhỏ có ghép màng. Dung dịch bắt đầu thấm nhập qua màng từ

trong ra ngoài rồi thoát ra bên ngoài thành ống trụ nhỏ theo đường dẫn ra bên ngoài

thiết bị. Để tăng diện tích bề mặt phân riêng trong thiết bị, người ta có thể lắp đặt

một chùm ống hình trụ có đường kính nhỏ được quấn các màng bên trong thân rồi

đặt song song vào bên trong thân hình trụ có kích thước lớn. Ưu diểm của module

này đơn giản, dễ vận hành, phù hợp với các dung dịch huyền phù nồng độ cao, thích

hợp cho phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, chiếm diện tích nhà xưởng và giá thành cao.

Dạng sợi rỗng

Các sợi được tập hợp thành một bó gồm hàng ngàn sợi, thậm chí vài triệu

sợi. Nhiều bó có thể được đặt vào trong một vỏ đơn, tạo ra những đơn vị với diện

tích bề mặt màng lớn. Dòng vào đi bên trong sợi rồi thấm ra ngoài (inside-out) hoặc

đi bên ngoài sợi và thấm vào trong (ouside-in). Vận tốc vận hành trong module sợi

rỗng thường thấp và những module thậm chí có thể được vận hành không cần tuần

hoàn (chế độ dead end). Ưu diểm của mô hình ít bị chiếm diện tích nhà xưởng, dễ

chế tạo, ít tốn năng lượng cho quá trình, giá thành rẻ. Tuy nhiên, bất lợi của mô

hình này là do đường kính sợi rỗng khá nhỏ nên dễ bị tắt nghẽn, khi vài sợi bị hỏng

phải thay toàn bộ hệ thống màng.

(a) (b)

Hình 1.26. Sơ đồ bốn module màng cơ bản: (a) Dạng khung bản; (b) Dạng cuộn; (c)

Dạng ống; (d) dạng sợi rỗng

1.5.4.3. Nguyên tắc thiết kế hệ thống và thông số vận hành màng

a. Nguyên tắc thiết kế hệ thống

Nguyên tắc sử dụng một module rất đơn giản. Một bơm đảm bảo áp suất

dòng vào và lưu thông dọc màng. Một van được đặt trên đường ống dòng lưu (dòng

đậm đặc) để duy trì áp suất bên trong module. Dòng thấm được rút ra ở một áp suất

Pp nói chung là gần với áp suất khí trời (Pa). Lựa chọn bơm cũng như điều chỉnh

van cho phép cài đặt độc lập áp suất qua màng trung bình Ptm và độ chuyển hóa

(hay hiệu suất) Y. Áp suất qua màng được xác định:

Ptm = (Pin - Pout)/Pp

Trong đó:

Pin - Áp suất đầu vào của module

Pout - Áp suất đầu ra của module

Độ chuyển hóa là tỷ lệ giữa lưu lượng dòng thấm và lưu lượng dòng vào ở

đầu vào của module.

b. Chế độ vận hành màng

Có hai chế độ vận hành được áp dụng là chế độ dòng vuông góc (Dead –

end) hoặc dòng băng ngang (Cross – flow).

Hình 1.27. Sơ đồ biểu diễn (a) Quá trình lọc Dead-end; (b) quá trình lọc Cross-flow

- Dead – end: Dòng nhập liệu chảy vuông góc với màng. Dung môi và các

phân tử có kích thước và khối lượng phân tử thích hợp sẽ đi qua màng bởi áp suất.

Các phân tử có kích thước lớn hơn hoặc bằng đường kính lỗ mao quản sẽ bị giữa lại

bên trên bề mặt hoặc bên trong màng. Theo thời gian, các phân tử sẽ tích tụ, làm

tăng trở lực của quá trình phân riêng và làm cho lưu lượng của dòng permeate giảm

dần. Để tiếp tục quá trình người ta phải thay hoặc vệ sinh màng.

Trong quá trình lọc này thường sử dụng cho màng vi lọc với hai quá trình

vận hành là vận hành với lưu lượng dòng permeate không đổi và áp suất không đổi.

Với lưu lượng dòng permeate không đổi người ta phải thay đổi áp lực đảm bảo lưu

lượng dòng permeate ổn định trong khi trở lực lọc tăng dần. Ngược lại, vi lọc với áp

suất không đổi thì lưu lượng dòng permeate sẽ giảm dần do trở lực lọc tăng dần

theo thời gian.

- Cross – flow: Dòng nhập liệu chảy song song với bề mặt màng. Dung môi

và các phân tử có kích thước và khối lượng phân tử thích hợp sẽ đi qua màng nhờ

áp lực của bơm và tạo thành dòng permeate, các phân tử còn lại không đi được qua

màng sẽ tiếp tục chảy ra ngoài tạo thành dòng retentate, đồng thời dòng này sẽ kéo

theo các phân tử bám trên bề mặt màng. Vì vậy, quá trình lọc Cross-flow ít bị tắc

nghẽn hơn so với Dead – end và có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài.

c. Áp suất, thông lượng qua màng và trở lực

Áp suất qua màng chính là động lực quá trình lọc. Phương trình (2.4) có thể

sử dụng để dự đoán duy trì thông lượng dòng thấm tỷ lệ với trở lực thủy lực của hệ

thống màng xốp. Thông lượng là lượng vật chất đi qua 1 đơn vị diện tích màng trên

1 đơn vị thời gian và được xác định bởi cả động lực quá trình và lớp phân cách cạnh

nó. Trong những điều kiện vận hành đơn giản nhất, trở lực đối với dòng chảy đưa ra

hoàn toàn bởi màng.

𝐽 = ∆𝑃 𝜇𝑅𝑡

Trong đó:

J: Thông lượng dòng thấm (L/m2.h)

P: áp suất qua màng (kPa)

µ: Độ nhớt của dòng thấm (Pa.s)

Rt: Trở lực tổng (1/m) : Rt = Rm + Rc + Rf

Rm: Trở lực bản thân của màng

Rc: Trở lực của lớp cặn bám trên màng (tắc nghẽn khả nghịch)

Rf: Trở lực do nghẹt màng nguyên nhân là do các chất hoà tan hấp thụ vào lỗ

lọc và hình thành gel (tắc nghẽn không khả nghịch).

Tất cả trở lực chỉ ra trong phương trình (hình 1.28) có thể xác định từ một

dãy thí nghiệm quá trình lọc bằng cách so sánh quá trình lọc nước sạch, lọc bùn và

lọc nước sạch sau khi loại bỏ lớp cặn bám trên màng. Tuy nhiên, trở lực phụ thuộc

vào một số điều kiện thí nghiệm, như đặc trưng của bùn, vật liệu màng và nhiệt độ.

Hình 1.28. Sự tương quan giữa áp suất qua màng và thông lượng (Ginder, 2001)

Người ta thấy rằng áp suất và thông lượng qua màng càng cao, các hạt tích

tục trên bề mặt màng càng nhanh và hình thành một lớp cặn bám, sau đó thông

lượng không phụ thuộc vào áp suất qua màng và duy trì không đổi.

d. Hiện tượng nghẹt màng

Nghẹt màng như là sự giảm thông lượng dòng thấm qua màng, kết quả của

một sự gia tăng trở lực dòng phụ thuộc bởi sự bít kín các lỗ màng, sự phân cực nồng

độ và sự hình thành lớp bánh cặn. Nghẹt màng do nhiều yếu tố như các hạt bùn, sự

bám dính các đại phân tử hữu cơ và cũng có thể là hữu cơ hòa tan, một số ion kim

loại nặng, vi khuẩn, … tích tụ trên bề mặt màng và khóa dần các lỗ màng. Quá trình

này sẽ hình thành các lớp bánh cặn và làm giảm tuổi thọ của màng. Theo Bourgeous

et al., 2001, giả thiết rằng, một lần kích thước lỗ màng giảm thì sự phân cực nồng

độ được kéo theo khuếch đại lên nhiều hơn, điều này gây ra một sự gia tăng trong

tắc nghẽn. Các lớp bánh cặn này hoàn toàn có thể được loại bỏ khỏi bề mặt màng

bằng các phương pháp rửa.

Hình 1.29. Cơ chế nghẽn màng; (a) Sự hình thành lớp gel/ bánh bùn; (b) Bít lỗ

màng và (c) Thu hẹp lỗ màng (Bourgeous et al., 2001)

Chỉ số nghẹt màng (MFI-Membrane Fouling Index): Được sử dụng để dự

đoán khả năng tắc nghẽn của hệ thống màng dựa trên cơ chế lọc lớp cặn (Roorda và

van der Graaf, 2001; Boerlage et al., 2003). Chỉ số này dựa vào cơ chế lọc bánh

bùn, như là mối tương quan giữa thời gian lọc và thể tích lọc với dòng chảy vuông

góc và ở một áp suất qua màng cố định. MFI tăng đáng kể theo sự gia tăng áp suất

thực hiện do nén lớp cặn (Boerlage et al., 2003). Sự nén lớp cặn không diễn ra trong

suốt thời gian thí nghiệm mà chỉ có thể thấy trong một khoảng thời gian ngắn. MFI

có thể được xác định từ gradient của quá trình lọc bánh cặn như trong phương trình

bên dưới cho áp suất không đổi trong một đồ thị của t/V theo V (Boerlage et al.,

2003).

= + 𝑡 𝑉 𝜇𝑅𝑚 ∆𝑃𝐴 𝜇𝛼𝐶𝑏 2∆𝑃𝐴2 𝑉

Trong đó:

V: Thể tích nước lọc;

t: thời gian lọc;

µ: độ nhớt dung dịch;

α: trở lực đặc trưng của lớp cặn được tích tụ;

Cb: nồng độ hạt trong nước đầu vào.

Đồ thị t/V theo V điển hình chỉ ra 3 vùng tương ứng là: quá trình lọc bít kín,

lọc lớp cặn và lấp kín lớp cặn hay nén lớp cặn (hình 1.30). Đầu tiên độ dốc tăng

mạnh là do sự bít kín các lỗ màng theo sau là quá trình lọc lớp cặn, là vùng tuyến

tính của độ dốc nhỏ nhất. MFI được xác định như là gradient của vùng tuyến tính

của mối tương quan giữa thời gian lọc và thể tích lọc (t/V) và thể tích nước lọc (V).

Hình 1.30. Mối tương quan giữa thời gian lọc (t/V) và thể tích lọc (V)

1.5.4.4. Lựa chọn công nghệ màng lọc

Để đảm bảo về mặt kinh phí có 2 loại màng có thể được chọn, đó là màng

MF và UF. Tuy nhiên, điều kiện phòng thí nghiệm Viện Môi Trường Và Tài

Nguyên đã có màng MF dạng sợi rỗng của tập đoàn Pall nên tôi chọn loại màng này

để thực hiện cho đề tài nghiên cứu.

a. Công nghệ MF

Vi lọc (MF) là công nghệ lọc màng lâu đời nhất trong 4 quá trình màng áp

lực. Module lựa chọn là màng sợi rỗng có nhiều ưu điểm (bảng 1.8).

Bảng 1.8. Ưu điểm và bất lợi của dạng sợi rỗng và dạng ống cho MF (vi lọc)

Dạng sợi rỗng Dạng ống

Ưu điểm:

- Vận tốc dòng băng ngang theo phương - Đường kính ống lớn (1-2,5cm) cho

đứng thấp, trong khoảng 0-2,5m/s phép xử lý nước có hàm lượng chất rắn

- Với kiểu dòng chảy từ trong ra ngoài, cao và phân tử lớn .

vận tốc cắt cao do lumen bên trong của - Vận tốc dòng băng ngang có thể lớn

sợi nhỏ (lên đến 5m/s), thường dùng để kiểm

- Tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích soát sự nghẽn màng.

hay mật độ đóng gói của màng cao - Đường kính ống lớn cho phép làm

- Các sợi có thể được rửa ngược sạch dễ dàng; làm sạch cơ học có thể

- Áp suất qua màng thấp, thường từ 0,2- được ứng dụng trong một số trường

1bar hợp.

- Tổn thất áp suất qua module thấp, - Màng ống ceramic có độ bền cơ học tốt

khoảng từ 0,1-1bar

Bất lợi:

- Màng có đường kính ống nhỏ thì dễ bị - Tỷ lệ diện tích bề mặt màng và thể

bít trừ khi lưới chắn được ứng dụng

trước đó tích hay mật độ đóng gói thấp - Chi phí cho một m2 diện tích lọc của

- Một số lượng lớn sợi trong module màng ống ceramic cao hơn so với các

dẫn đến khó khăn trong kiểm tra tổnthất dạng màng khác.

tổng thể màng cho những hệ thống lớn.

Áp suất qua màng cho hệ thống MF thường trong khoảng 0,15-1bar và áp

suất ứng dụng từ 0,7-2bar. Ứng dụng của áp suất qua màng để tạo ra dòng lọc hay

dòng thấm. Tổng dòng sản phẩm của một hệ thống màng có thể được tính toán theo

công thức:

Qp = Jtm*S

Trong đó:

Qp: Tốc độ dòng thấm của hệ thống, L/h Jtm: Thông lượng qua màng, L/m2.h S: Tổng diện tích bề mặt màng, m2

Hệ thống MF thường được vận hành theo một trong hai cách: thông lượng

nước qua màng không đổi với áp suất thay đổi để duy trì thông lượng hoặc áp suất

qua màng không đổi với thông lượng nước qua màng thay đổi. Chế độ đầu thường

được ứng dụng hơn nhằm đảm bảo năng suất không đổi.

b. Chất lượng dòng thấm qua MF

- Loại bỏ các hạt cặn và vi sinh vật

Một trong những ứng dụng chính của MF là để loại bỏ độ đục, các hạt cặn và

vi sinh vật. Nhiều nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả loại bỏ độ đục và các hạt,

Wiesner et al. (1991) thấy rằng độ đục dòng thấm thay đổi theo kích thước lỗ. Đối

với các đối tượng gây bệnh chủ yếu là virus, vi khuẩn và động vật nguyên sinh.

Virus là những vi sinh vật nhỏ nhất có kích thước khoảng 0,02-0,08µm, tiếp theo là

vi khuẩn (0,5-10µm) và noãn nang, nang động vật nguyên sinh (3-15µm). Qua kích

thước lỗ màng MF được thể hiện ở hình 1.24, thấy rằng các đối tượng vi sinh có

kích thước lớn hơn 0,1 µm sẽ được giữ lại trên bề mặt màng mà không tiền xử lý

hay phối hợp vật chất.

- Loại bỏ chất hữu cơ tự nhiên

Qua một số nghiên cứu cho thấy, MF có thể loại bỏ được một phần các chất

hữu cơ tự nhiên tồn tại trong nguồn nước mặt. Olivieri et al. (1991a) đã chứng minh

15% tổng cacbon hữu cơ (TOC) và tổng thế vị hình thành trihalometan (THMFP) từ

nước suối phun. Wiesner et al. (1991) mô tả xấp xỉ 30% TOC được loại bỏ bằng

màng ceramic dạng ống 0,05µm trong nước sông đã pha trộn với nồng độ TOC

trung bình là 8,2mg/l. THMFP được giảm từ 10-20% bằng cả màng ceramic dạng

ống 0,05 và 0,2µm.

c. Hệ thống vi lọc Pall

Hệ thống vi lọc Pall đạt hiệu quả kinh tế trong việc loại bỏ các lọai cặn rắn

nhỏ và đặc biệt được dùng cho xử lý các chất ô nhiễm trong nước.

Hệ thống màng vi lọc của Tập đoàn Pall có nhiều ưu điểm như:

+ Tách các hạt có kích cỡ trung bình 0,1m, đảm bảo bảo vệ tốt nhất cho hệ

thống dòng chảy, giảm thiểu thời gian chết và giảm thiểu chi phí bảo trì và nâng cao

tuổi thọ của màng. Cung cấp hệ thống màng lọc có kích thước lỗ nhỏ để có thể thu

được chất lượng nước sau xử lý tốt.

+ Các màng lọc sợi rỗng có độ thẩm thấu rất cao, dễ dàng cho giải pháp tự

động hóa, phục hồi tại vị trí bằng phương pháp rửa ngược và cho phép vận hành với

thông lượng lớn, nhờ đó giảm thiểu chi phí thiết bị.

+ Màng cho phép vận hành với hàm lượng chlorine dư cao, giảm thiểu tốc độ

tắc nghẽn sinh học và gia tăng thời gian quá trình giữa những lần rửa hóa chất.

+ Về độ bền hóa học – độ bền oxy hóa : Màng lọc MF chịu được hàm lượng

Chlorine ở nồng độ 5.000 mg/l trong quá trình làm sạch. Sự bền vững với chlorine

cho phép tẩy trùng dễ dàng màng lọc và những yêu cầu của hệ thống.

+ Toàn bộ hệ thống màng lọc PVDF của Pall tương thích hoàn toàn với các

-; Phèn nhôm; Ozon.

chất hóa học tiền xử lý và các chất oxy hoá khác nhau: PAC - bột than hoạt tính;

PACl - bột clorua hoạt tính; KMnO4; FeCl3; Vôi; ClO2

Hệ thống vi lọc của Tập đoàn Pall với những đặc tính và ưu điểm trên đây,

có thể ứng dụng thực tế trong xử lý nước thải và nâng cao chất lượng nước sau xử

lý. Đó cũng là lý do hệ thống màng vi lọc Pall được lựa chọn để nghiên cứu ứng

dụng đối với nước mặt sông Sài gòn.

d. Bảo dưỡng MF

Trở ngại chính để duy trì năng suất không đổi là thông lượng qua màng

giảm do nghẽn màng. Sự giảm thông lượng có thể khôi phục bằng các phương pháp

hóa học hay cơ học được gọi là tắc nghẹt khả nghịch (reversible fouling). Màng

MF có thông lượng giảm mà không thể phục hồi thì được đề cập đến như màng

nghẹt không khả nghịch (irreversible fouled membrane). Đối với MF có 3 phương

pháp để bảo trì hay tái thiết lập thông lượng dòng thấm sau khi màng bị nghẹt khả

nghịch:

1. Tiền xử lý cho MF

Tiền xử lý nước thô có thể ứng dụng để cải thiện mức độ loại bỏ những thành

phần nước tự nhiên khác nhau; nó cũng được dùng để tăng hay duy trì thông lượng

qua màng và/hoặc làm chậm quá trình nghẽn màng. Hai kiểu tiền xử lý phổ biến là

thêm chất keo tụ hoặc cacbon hoạt tính dạng bột.

2. Rửa ngược màng:

Màng rửa cơ học qua nhiều lần không đảm bảo khôi phục được áp suất vào màng

như ban đầu và đến một lúc nào đó áp suất vào màng ban đầu sẽ tăng lên đáng kể,

thể tích nước lọc được giảm, lúc này một quy trình rửa bằng hóa chất là cần thiết để

có thể khôi phục áp suất vào màng như ban đầu.

- Rửa ngược bên ngoài:

Một dòng chất lỏng được đưa vào dưới áp suất (0,5-2bar) từ một bơm rửa

ngược qua đầu ra của dòng thấm, làm bong chất rắn từ bề mặt trong của màng. Clo

thường được thêm vào với nồng độ trong khoảng 3-50mg/l để rửa bề mặt màng, hỗ

trợ oxy hóa những vật liệu hữu cơ được hấp phụ, và kiểm soát sự phát triển của vi

sinh trên bề mặt màng hay vật liệu lót.

- Rửa ngược bên trong:

Thực hiện chế độ vận hành băng ngang, áp suất bên trong những sợi màng và

vỏ module cân bằng và một áp suất chênh lệch được thiết lập dọc theo chiều dài của

màng do dòng chảy băng ngang. Ở đầu áp suất cao của màng, dòng nước vào đi từ

bên trong ra bên ngoài của màng và dòng thấm được tạo ra. Ở đầu áp suất thấp của

màng, dòng thấm đã tạo ra đưa trở lại vào bên trong lumen của sợi rỗng, và màng

được làm sạch. Phương pháp này không đòi hỏi bơm hay bể chứa lưu trữ dòng thấm

cho quá trình rửa ngược. Hiệu quả của rửa ngược thường bị giới hạn vì áp suất rửa

ngược và tốc độ dòng không dễ điều chỉnh hay kiểm soát.

- Rửa ngược bằng khí: Rửa ngược được thực hiện mỗi 30-60 phút một lần

trong khoảng xấp xỉ 2-3 phút. Khí nén được đưa vào với áp suất tương đối cao (6-

7bar) qua lumen bên trong của màng. Khi van nước rửa ngược mở, khí thâm nhập

xuyên

qua màng từ bên trong lumen màng ra bên ngoài, kết quả là áp suất không khí tăng

lên 6-7 lần (Vickers, 1993). Nước thô sau đó được đưa trở lại vào module trong xấp

xỉ 30s ở áp suất 0,8bar để dội rửa và cuốn đi các chất rắn đã bong tróc. Rửa ngược

màng được thực hiện ở những khoảng khác nhau suốt chu kỳ lọc để duy trì tốc độ

thông lượng dòng thấm hoặc áp suất qua màng. Rửa ngược có thể phục hồi một

phần hoặc toàn bộ áp suất hay thông lượng, phụ thuộc vào mức độ nghẽn màng.

Nếu rửa ngược không có khả năng khôi phục thông lượng thì quá trình rửa hóa chất

màng sẽ được thực hiện sau đó.

3. Làm sạch bằng hóa chất

Khi mà chất làm bẩn màng không còn khả năng loại bỏ bằng rửa ngược được

nữa thì cần thiết phải rửa bằng hóa chất. Sau khi rửa hóa chất, phục hồi một phần

hay hoàn toàn thông lượng qua màng (hay áp suất) đạt được. Những biến nên xem

xét trong rửa màng bằng hóa chất bao gồm: Tần suất rửa, thời gian rửa, hóa chất và

nồng độ của chúng, thể tích rửa và làm sạch, nhiệt độ làm sạch, thu hồi và tái sử

dụng hóa chất rửa, trung hòa và thải bỏ hóa chất rửa. Các hóa chất dùng như chất

tẩy rửa, axit, bazơ, tác nhân oxy hóa, ezyme. Làm sạch thường được thực hiện khi

áp suất qua màng vượt quá 1 – 1,5bar. Tăng nhiệt độ của dung dịch rửa lên 35 – 40oC thường được làm nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình làm sạch (Wale và

Johnson, 1993). Quá trình rửa được thực hiện: thoát hết toàn bộ nước thô khỏi

module, dung dịch làm sạch được đưa vào module. Dung dịch được luân chuyển

qua màng trong khoảng 5 phút và lưu giữ bên trong module trong khoảng 1 giờ

(khoảng thời gian thấm ướt, ngâm) và sau đó được tháo sạch trở về bể làm sạch

bằng khí. Xấp xỉ 90% dung dịch rửa được thu hồi bằng xả khí và có thể tái sử dụng

cho rửa màng lần sau. Dung dịch không xả hết khỏi module bằng khí được rút bằng

nước thô. Dội rửa bằng nước thô tiếp tục cho đến khi nước tồn tại trong module có

pH và độ dẫn điện tương tự nước thô.

30 , 47.

1.5.5. Tổng quan về Oxy hóa bậc cao

1.5.5.1. Lý thuyết của quá trình Oxy hóa bậc cao

a. Định nghĩa

Các quá trình oxy hóa bậc cao là những quá trình phân hủy oxy hóa dựa vào

gốc tự do hoạt động hydroxyl *OH được tạo ra ngay trong quá trình xử lý.

Gốc hydroxyl *OH là một tác nhân oxy hóa mạnh nhất trong số các tác nhân

oxy hóa được biết từ trước đến nay, có khả năng phân hủy oxy hóa không chọn lựa

mọi hợp chất hữu cơ, dù là loại khó phân hủy nhất, biến chúng thành những hợp

chất vô cơ (còn gọi là khoáng hóa) không độc hại như CO2, H2O, axit vô cơ, …từ

những tác nhân oxy hóa thông thường hydrogen proxit, ozon, có thể nâng cao khả

năng oxy hó của chúng bằng các phản ứng hóa học khác nhau để tạo ra gốc

hydroxyl.

Các quá trình oxy hóa bậc caonooir lên trong những năm gần đây là một

công nghệ có tầm quan trọng trong việc đẩy mạnh các quá trình oxy hóa giúp phân

hủy nhiều loại hợp chất hữu cơ khó phân hủy như hydrocarbon halogen hóa,

hydrocarbon aromatic, các hóa chất bảo vệ thực vật, ddioxxin, furan, thuốc nhuộm,

các loại hóa chất bề mặt, …Ngoài ra, chúng có thể tiêu diệt các loại vi khuẩn như

Campylobacter, Yersina, Mycrobacteria, Legionella, Cryptosporidium. Mặt khác,

tác nhân *OH không tạo ra các sản phẩm phụ gây ung thư như các hợp chất chứa

Clo trihalometan (THM).

Oxy hóa là quá trình trong đó electron được chuyển từ chất này sang chất

khác. Điều này được tạo ra một hiệu điện thế được tính bằng volt dựa trên hiệu điện

thế điện cực hydro bằng 0. Mỗi tác nhân oxy hóa đều có một thế oxy hóa khác nhau

và đại lượng này dùng để so sánh khả năng oxy hóa mạnh hay yếu của chúng.

Nhiều tác nhân oxy hóa mạnh là các gốc tự do trong đó có gốc hydroxyl *OH là tác

nhân oxy hóa mạnh nhất có thế oxy hóa là 2,8V, cao nhất trong số các tác nhân oxy

hóa thường gặp. Thế oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa thường gặp được trình

bảy ở bảng 1.9.

Bảng 1.9. Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa

Tác nhân oxy hóa Thế oxi hóa (V)

Gốc hydroxyl 2,80

Ozon 2,07

Hydrogen peroxit 1,78

Permanganat 1,68

Hydrobromic axit 1,59

Clo dioxit 1,57

Hypocloric axit 1,49

Hypoiodic acid 1,45

Clo 1,36

Brom 1,09

Iod 0,54

(Nguồn: Zhou, H. and Smith, D.H., 2001)

Đặc tính của các gốc tự do là trung hòa về điện. Mặt khác, các gốc này

không tồn tại có sẵn như những tác nhân oxy hóa thông thường, mà được sản sinh

ngay trong quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn, khoảng vài nghìn giây

nhưng liên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng.

Nhờ ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những

chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (POP) quá trình oxi hóa nâng cao dựa trên gốc

tự do *OH được xem như một “chìa khóa vàng” để giải các bài toán đầy thách thức

của thế kỷ cho ngành xử lý nước và nước thải hiện nay.

b. Phân loại

Theo cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA), dựa theo đặc tính của quá

trình có hay không có sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV mà có thể

phân loại các quá trình oxi hóa nâng cao thành hai nhóm:

Nhóm 1: Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng

Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình

không nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng và chúng

được liệt kê ở bảng 1.10.

Bảng 1.10. Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng

TT Tác nhân phản ứng Tên quá trình

Fe3+ + OH- + Fenton 1 H2O2 và Fe2+ Phản ứng đặc trưng H2O2 + Fe2+ *HO

Peroxon 2 H2O2 và O3 H2O2 + 2O3 2*HO + 3O2

Catazon 3 O3 và các chất xúc tác 3O3 + H2O 2*HO + 4O2

Oxi hóa điện H2O và năng lượng *HO + *H H2O 4 hóa điện hóa

*HO + *H H2O và năng lượng H2O 5 Siêu âm siêu âm (20- 40 kHz)

Bức xạ năng *HO + *H H2O 6 H2O và năng lượng cao lượng cao ( 1-10 Mev)

Nhóm 2: Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng

Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình nhờ

năng lượng bức xạ tia cực tím UV, bao gồm các quá trình được trình bày ở bảng

dưới đây:

Bảng 1.11. Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng

TT Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình

H2O2  2*HO H2O2 và năng lượng 1 UV/H2O2 photon UV ( = 220 nm)

O3 + H2O  2*HO O3 và năng lượng 2 UV/O3 photon UV ( = 253,7 nm)

H2O2/O3 và năng H2O2 +O3 + H2O  4*HO + O2 ( 3 UV/H2O2+ O3 = 253,7 nm)

lượng photon UV H2O2/Fe3+ và năng Quang Fenton 4 lượng photon UV Fe3++H2O *HO +Fe2++ H+ Fe2+ + H2O2 Fe3++ OH- +*HO

e- + h+ TiO2

Quang xúc tác > 387,5 nm) TiO2 và năng lượng 5 photon UV bán dẫn

( h+ + H2O h+ + OH- *HO + H+ *HO + H+

1.5.5.2. Quá trình Catazon

a. Quá trình Catazon đồng thể

Chất xúc tác kiềm

Thực hiện phản ứng Ozon hóa với môi trường pH cao có tác dụng nâng cao

đáng kể năng lực oxy hóa của Ozon. Nguyên nhân vì trong môi trường pH cao phản - và gốc

ứng giữa ion hydroxit và Ozon dẫn đến hình thành gốc anion superoxit O2 hydroperoxit *HO2: O3 + OH-  *HO2 + O2

- được hình

Bằng phản ứng Ozon và gốc anion superoxit, gốc ozonit *O3 thành, sau đó lập tức phân hủy khi có mặt O3 và tạo gốc *OH như sau:

3O3 + OH- + H+  2*HO + 4O2

Hình 1.31. Ảnh hưởng của pH đến sự phân hủy Ozon

Theo thực nghiệm, trong hệ Oxy hóa Ozon thời gian bán phân hủy Ozon thay

đổi từ vài phút đến vài giờ và độ bền của Ozon trong nước phụ thuộc nhiều vào pH.

Trong môi trường kiềm Ozon dễ bị phân hủy hơn trong môi trường axit. Ở pH thấp,

chất hữu cơ trong nước sẽ bị oxy hóa trực tiếp bằng phân tử Ozon, ở pH>8,5, ngoài Ozon các chất bẩn còn bị oxy hóa bởi tác nhân hydroperoxit *HO tạo ra từ quá trình phân hủy Ozon. Tốc độ phản ứng của gốc hydroperoxit *HO trong nước lớn hơn

gấp 106 – 109 lần tốc độ phản ứng của phân tử Ozon.  34

Chất xúc tác ion kim loại

Hassan et al (1998) đã nguyên cứu xử lý màu của nước thải dệt nhuộm chứa

thuốc nhuộm azo bằng quá trình sử dụng Ozon có mặt chất xúc tác Ferral đồng thể,

gồm 2% sulfat ferric và 6% sulfat nhôm trong điều kiện pH cao đã đạt hiệu quả khủ

màu tốt.

Xử lý nước thải bằng Ozon với các chất xúc tác đồng thể sulfat Fe 2+, Mn2+, Ni2+ , Co 2+ có tác dụng loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ cao hơn so với khi sử dụng

Ozon đơn thuần. Abdo et al. (1988) đã cho thấy rằng sulfat kẽm và sulfat đồng,

nitrat bạc có tác dụng xúc tác cho quá trình Ozon hóa khi làm mất màu nước thải

chứa thuốc nhuộm trực tiếp.

Trong công trình của Cortes et al. (1998) cho thấy sự có mặt của các chất xúc tác in kim loại Fe 2+, Mn2+ đã phân hủy các hợp chất Clorobenzen ở mức độ cao,

khoảng 99%, trong khi với hệ O3/pH cao cho hiệu quả thấp hơn.

Bảng 1.12. Mức độ loại bỏ Clorobenzen khi áp dụng hệ O3/xúc tác đồng thể

Tuy đã có những kết quả rõ rệt khi sử dụng các chất xúc tác đồng thể để phân

hủy Ozon, tăng hiệu quả quá trình oxy hóa so với sử dụng ozon một mình nhưng cơ

chế của quá trình Catazon với chất xúc tác đồng thể vẫn còn nhiều ý kiến khác

nhau.

Chẳng hạn, cơ chế xúc tác Fe2+ trong quá trình ozon hóa có hai ý kiến đề

nghị như sau:

*O3

- + H+  *OH3

Theo Hart (1983), trong quá trình phân hủy ozon với chất xúc tác Fe2+ (Fe2+/O3) có sự chuyển electron từ kim loại đã bị khử sang phân tử ozon, tạo thành -, kế tiếp là tạo thành gốc hydroxyl *OH theo cơ chế sau: Fe3+ và gốc *O3 Fe2+ + O3  Fe3+ + *O3

*OH3  *OH + O2

*OH.

Trong khi đó, Nowell và Hoigne (1987) lại cho rằng quá trình ozon hóa với chất xúc tác Fe2+ (Fe2+/O3) xảy ra không giai đoạn trung gian tạo gốc hydroxyl *OH mà chỉ có sự chuyển oxi từ ozon sang ion Fe2+ theo cơ chế sau: Fe2+ + O3  (FeO)2+ + O2 (FeO)2+ + Fe2+ + 2H+  2 Fe3+ + H2O Chính (FeO)2+ đóng vai trò là tác nhân oxi hóa chứ không phải gốc hydroxyl

b. Quá trình Catazon dị thể

Al-Hayek et al (1989) đã cho thấy oxy hóa bằng ozon khi có mặt chất xúc tác Fe3+/Al2O3 làm tăng đáng kể mức độ phân hủy Phenol so với chỉ sử dụng ozon đơn

độc. Các tác giả cho rằng nguyên nhân có thể hoặc do sự tạo thành gốc tự do hoặc

do sự gia tăng các tâm Nucleophile của các phân tử bị hấp phụ.

Bhat và Gurol (1995) khi nguyên cứu oxy hóa clorobenzen khi có mặt

goethie cũng nhận thấy mức độ oxy hóa được nâng cao đáng kể so với khi sử dụng

ozon đơn độc.

Naydenov et al. (1992) đã nhận thấy benzene có thể bị khoáng hóa hoàn toàn

khi oxy hóa bằng cách ozon hóa với sự có mặt của chất xúc tác MnO2. Ma et al

cũng đã cho thấy được tạo thành insutu trong quá trình ozon hóa atrzin với sụ có mặt một lượng nhỏ chất xúc tác Mn2+, kết quả mức độ oxy hóa cao đạt hơn so với khi oxy hóa bằng ozon một mình. Với chất xúc tác Mn2+ trong quá trình oxy hóa

bằng oxalic axit bằng ozon, Andreozzi et al (1996) cũng đã cho thấy hiệu quả được

nâng cao nhiều so với ozon hóa không có chất xúc tác MnO2.

Quá trình Catazon với chất xúc tác dị thể TiO2 đã được các nhà khoa học ở

trường ĐH Poities (Pháp) tập trung nghiên cứu nhiều. Paillard et al (1991), Gracia

et al (1998) đã nghiên cứu phản ứng ozon hóa với chất xúc tác dị thể TiO2 cho thấy

axit oxalic bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2 và nước. Các tác giả cũng cho thấy

trong điều kiện tương tự, có thể giảm TOC đến 94% khi sử dụng hệ O3/H2O2 và chỉ

giảm được 30% TOC nếu sử dụng ozon một minh. Một số oxit kim loại như Fe2O3,

83 Al2O3, Me, MnO2, Ru/CeO2, TiO2-Me, Fe2+, Fe3+, Mn2+… cũng đã nghiên cứu cho

thấy đã có khả năng để tăng cường đáng kể phản ứng ozon hóa.

Tuy vậy, cơ chế các phản ứng ozon hóa trong điều kiện dị thể nói trên vẫn

chưa hoàn toàn sáng tỏ (Munter, 2001). Theo Legube et al (1999), cơ chế quá trình

ozon hóa dị thể có thể xảy ra theo hai khả năng đề xuất sau:

Khả năng thứ nhất: Chất xúc tác chỉ đóng vai trò như một chất hấp phụ Me-

OH, ozon và gốc hydroxyl tạo ra từ sự phân hủy ozon sẽ là tác nhân ozon hóa.

Chẳng hạn, trong trường hợp oxy hóa các axit hữu cơ AH (như xalixilic axit hoặc

xucxunic axit), các hợp chất này hấp phụ rất nhanh trên bề mặt của chất xúc tác.

Một số oxit như nhôm oxit có thể tạo thành những vòng càng cua (chelate) trên bề

mặt với các phối tử (ligand) là xalixilic và xucxunic axit. Kết quả dẫn đến là có thể

xuất hiện điện tích âm rất mạnh trong vòng càng cua 5 hoặc 6 cạnh và ozon (hoặc

gốc hydroxyl) có thể oxy hóa phức chất bề mặt để cho các bán sản phẩm oxy hóa,

những sản phẩm này có thể hấp thụ trở lại trên bề mặt chất xúc tác (P và R – bán

sản phẩm đầu tiên hoặc bán sản phẩm cuối cùng bị giải hấp). Những bán sản phẩm

cuối cùng bị hấp phụ R sẽ được giải hấp vào dung dịch và sau đó xảy ra quá trình

oxy hóa bằng ozon hoặc gốc hydroxyl trong dung dịch theo cơ chế đã khảo sát các

phần trước.

Trong giả thiết này vai trò thức sự của kim loại trên chất mang không được

xác định rõ, và chỉ thấy vai trò của chất mang mà thôi.

Khả năng thứ hai: Theo giải thiết này, chất xúc tác có thể tác dụng với cả

ozon và chất hữu cơ hấp phụ trên bề mặt, đúng nghĩa với bản chất của quá trình xúc

tác. Bắt đầu từ chất xúc tác dưới dạng bị khử (Mekhử), ozon sẽ oxy hóa kim loại này. Phản ứng oxy hóa này có thể dẫn đến việc tạo thành gốc hydroxyl *OH như phản ứng (Fe2+/O3 đã khảo sát ở trên. Các axit hữu cơ (AH) này sẽ hấp phụ trên chất xúc

tác kim loại đã được oxy hóa và sau đó các AH này sẽ bị oxy hóa bằng phản ứng

chuyển electron làm cho chất xúc tác bị khử trở lại ở trạng thái ban đầu và tạo ra gốc hữu cơ *A hấp phụ trên chất xúc tác (Mekhử *A). Gốc hữu cơ *A sau đó dễ dàng

84 giải hấp phụ khỏi chất xúc tác và tiếp tục bị oxy hóa bởi gốc *OH hoặc ozon trong

dung dịch.

21, 29, 48, 70.

1.6. Ứng dụng của các công nghệ nghiên cứu trong và ngoài nước

Qua nghiên cứu và tham khảo tài liệu thì công nghệ được đề xuất để xử lý

nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng hiện nay còn rất mới mẻ tại Việt Nam.

Tuy nhiên, một số nước trên thế giới đã ứng dụng các công nghệ này.

Đối với công nghệ keo tụ, than hoạt tính kết hợp lọc màng:

- Đài Loan: Yun-Hwei Shen và Tai-Hua Chaung (1998) nghiên cứu công

nghệ keo tụ bởi phèn nhôm sulfate kết hợp PAC để xử lý mẫu nước sông Tungkang.

Kết quả sau nghiên cứu, loại bỏ được khoảng 90% tổng của DOC từ nguồn nước ô

nhiễm này. 86

- Iran:

M.H.Bazafkan, A. Takdastan and A. Eslami ( 2015) nghiên cứu công nghệ

keo tụ bởi phèn Poly Aluminum Chloride (PACl) kết hợp PAC để xử lý TOC trong

nước sông Karoon. Kết quả, ở điều kiện pH 6.5, liều PACl 10mg/L thì hiệu quả xử

lý TOC khoảng 87%. 64

Afshin Takdastan, Azadeh Eslami (2013) nghiên cứu ảnh hưởng quá trình

keo tụ bởi hai loại phèn (FeCl3 và PACl) kết hợp PAC trong việc loại bỏ TOC tại

nhà máy xử lý nước Koot Amir. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc loại bỏ TOC ở

pH tối ưu đối với FeCl3 là 40%, còn PACl ở pH = 6,5 thì đạt 44%. Quá trình keo tụ

bởi FeCl3 kết hợp PAC hiệu quả lên đến 90% nếu tăng liều PAC. Quá trình keo tụ

bởi PACl kết hợp PAC ở các điều kiện tối ưu thì loại bỏ TOC 87%. Như vậy, sử

dụng PACl hiệu quả hơn FeCl3 và sử dụng kết hợp với PAC là hấp phụ viện trợ keo

tụ cải thiện hiệu quả loại TOC. 52

- Ba Lan: Tomaszewska M, Mozia S (2002) nghiên cứu công nghệ loại bỏ

các chất hữu cơ từ nước bởi hệ thống PAC/UF. Thí nghiệm xác định về ảnh hưởng

của PAC lên hiệu suất màng UF, về suy giảm thông lượng và các khả năng làm sạch

màng trong quá trình rửa ngược. PAC liều 10 – 100mg/L . Kết quả cho thấy PAC

dẫn đến sự sụt giảm nhỏ trong dòng thấm nhập, bất kể liều lượng PAC và kiểu của

nó. Quá trình rửa ngược hiệu quả khi liều PAC <20mg/L. Thông lượng thấm nhập

duy trì cho tất cả các liều lượng carbon được sử dụng và đạt giá trị khoảng 1 m3/m2/d. Hiệu quả của việc loại bỏ HA khoảng 90%, loại bỏ hoàn toàn phenol với

liều PAC 100 mg/L. 76

- Trung Quốc:

Yali Song, Bingzhi Dong, Naiyun Gao and Xiaoyan Ma (2015) nghiên cứu

công nghệ PAC kết hợp màng MF để xử lý nước mặt sông Hoàng Phố. Kết quả,

PAC được sử dụng như tiền xử lý của quá trình lọc màng MF để loại bỏ các chất

hữu cơ và giảm tắc nghẽn màng. Liều PAC 20 – 200 mg/L loại bỏ DOC 3,0% –

59,8% và UV254 10,1% - 70,3%. 84

- Nhật Bản:

T. Suzuki, Y. Watanabe, G. Ozawa và S. Ikeda (1998) đã nghiên cứu công

nghệ PAC kết hợp màng MF để loại bỏ loại các chất bẩn, chất hữu cơ tự nhiên,

mangan và nitơ amoniac từ nước sông. Kết quả, khi nhiệt độ nước thô cao hơn 5 °C,

hiệu quả khử mangan và ammonia gần như 100%, E260 khoảng 70%. Công nghệ

này đạt hiệu quả xử lý cao hơn nhiều hơn so với một hệ thống màng MF thông

thường. 75

Yoshihiko Matsui và các cộng sự (2009) nghiên cứu hiệu quả tiền xử lý của

than hoạt tính siêu bột (S-PAC) về sự tăng dần tích tụ và áp suất xuyên màng trong

suốt thời gian vi lọc. Mô hình thí nghiệm màng lọc được đặt tại nhà máy lọc nước

Kawai tại Yokohama với nguồn nước thô thí nghiệm được lấy từ hồ Sagami.

Module màng có dạng hình ống, kích thước lỗ danh nghĩa 0,1 mm; diện tích lọc 0,4 m2; 55 sợi; đường kính màng 30mm; chiều dài màng 1 m. Kết quả cho thấy, S-PAC

như là một tiền xử lý cho MF nhằm tăng cường việc loại bỏ NOM tốt hơn PAC

thông thường, việc bổ sung S-PAC làm suy giảm áp suất xuyên màng tăng thời gian

trong suốt hoạt động lọc, các hạt floc hình thành to hơn và xốp hơn khi bổ sung S-

PAC. 86

- Hàn Quốc:

Seo GT , Moon CD, Chang SW, Lee SH (2004) nghiên cứu về thời hạn hoạt

động liều lượng lớn PAC kết hợp màng lọc sinh học (MF) để xử lý nước tiên tiến.

Mô hình được lắp đặt tại một nhà máy xử lý nước nằm ở hạ lưu của lưu vực sông

Nakdong. PAC nồng độ 20g/L được duy trì ở đầu của thí nghiệm và được tăng lên

đến 40g/L. Màng là các sợi rỗng với kích thước lỗ từ 0,1 – 0,4µm. Kết quả, nồng độ

PAC cao có thể ngăn chặn tắc nghẽn màng, liều PAC 40g/L hiệu quả ngăn chặn tắc

nghẽn màng cao hơn liều 20g/L. Tại thông lượng 0,36 m/d, TMP được duy trì dưới

40 kPa trong khoảng 3 tháng do liên tục hoạt động kiểu hút (12 phút hút /3 phút

không tải). Hấp phụ có vai trò chi phối để loại bỏ DOC ở giai đoạn hoạt động ban

đầu. Tuy nhiên các tác dụng sinh học đã dần dần tăng lên sau khi hoạt động khoảng

3 tháng, loại bỏ DOC liên tục có thể được duy trì ở khoảng 40% và giảm lượng lớn

DBPs (HAA5 và THM) cao hơn 85%, amoniac kiểm soát ở mức 3 – 7mg/L. 73

Sangho Lee và Chung-Hak Le (2007) nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất

màng và tiền xử lý trên dòng chảy và loại bỏ NOM trong nước mặt bằng màng NF. Mô hình với một bể phản ứng chứa 20L nước mặt, diện tích màng NF 24,7cm2.

Cùng với bốn phương pháp tiền xử lý PAC, ozon hóa, lọc MF và UF. Nghiên cứu

kết luận rằng, sự loại bỏ DOC và UV254 của NF là liên quan chặt chẽ đến sự loại bỏ

ion và dòng thấm nhập diễn ra chậm. Mối quan hệ giữa NOM và loại bỏ ion có thể

được thể hiện như một đường cong duy nhất cho tất cả các màng NF thử nghiệm;

Phương pháp tiền xử lý cho màng NF thì PAC hoặc UF có hiệu quả vì nó loại bỏ

được các hạt keo, còn ozon hóa thì kém hiệu quả do nó không phù hợp để loại bỏ

các chất keo.72

Ramesh Thiruvenkatachari, Wang Geun Shim, Jae Wook Lee, Roger Ben

Aim, Hee Moon (2005) nghiên cứu công nghệ PAC kết hợp màng MF để loại bỏ

các chất gây ô nhiễm từ nước và nước thải. Kết quả cho thấy rằng bổ sung một liều

PAC duy trì trên bề mặt của màng tăng cường loại bỏ chất hữu cơ, giảm sự bám bẩn

lên màng, do đó màng có thể duy trì sự thấm nhập, kéo dài thời gian sử dụng. 65

- Hà lan: Cao Yun (2012) nghiên cứu đánh giá hai hoạt động khác nhau trong

PAC kết hợp với màng MF gốm chìm trong xử lý nước bề mặt. Nước thô được sử

dụng là từ Schie Canal ở Delft, Hà Lan. Nghiên cứu gồm hai mô hình thí nghiệm

nhằm đánh giá việc tắc nghẽn màng và so sánh hiệu quả của việc loại bỏ NOM. Hai

mô hình là PAC/MF (với liều PAC được bổ sung liên tục) và hệ thống PAC phủ

trước màng. 53

- Ở Việt Nam: Nghiên cứu của Nguyễn Tiến Văn và Ngô Thị Hồng Vân –

Đại học Lạc Hồng (2013) về công nghệ PAC kết hợp lọc màng MF để xử lý nước

sông Đồng Nai. Kết quả, E.Coli, độ màu và TSS được xử lý triệt để, hiệu suất xử lý

BOD5 92%, COD 96,3%, tổng coliform 99,76%. 30

Đối với công nghệ Oxy hóa bậc cao có sự hiện diện của Ozon:

Các nghiên cứu chủ yếu sử dụng công nghệ này để xử lý cho nguồn nước

thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng cao, còn đối với nguồn nước mặt thì

trên thế giới cũng như ở Việt Nam còn chưa phổ biến vì chi phí đầu tư và vận hành

khá cao.

- Italia: R. Andreozzi, A. Insola, V. Caprio, R. Marotta, V. Tufano (1995)

nghiên cứu sử dụng MnO2 như một chất xúc tác dị thể để Ozon hóa axit oxalic trong

dung dịch nước. Chứng minh hiệu quả sử dụng MnO2 như một chất xúc tác dị thể, tiến hành thí nghiệm ở điều kiện pH = 4,1, T = 250C, 200 mg MnO2, trong điều kiện

không có Ozon và trong điều kiện có Ozon với 75 mg MnO2 thì phản ứng được

tăng cường mạnh mẽ trong điều kiện có Ozon. Đồng thời thực hiện thí nghiệm liên

quan đến ozon hóa xúc tác dị thể MnO2, thực hiện trong khoảng pH 3,2 – 7,0. 67

- Pháp:

B. Legube, N. Karpel Vel Leitner (1999) Ozon hóa xúc tác: một quá trình

oxy hóa tiên tiến đầy hứa hẹn. Nghiên cứu so sánh hiệu suất của quá trình Ozon hóa

xúc tác với Ozon hóa đơn thuần. Kết quả cho thấy quá trình Ozon hóa xúc tác là

kim loại (Fe, Mn, Ni, Co, Zn, Ag, Cr) dưới các hình thức khác nhau (muối, oxit,

kim loại kết tủa) đã nâng cao hiệu suất loại bỏ các hợp chất hữu cơ hơn Ozon hóa

đơn thuần. Và tác giải cúng đã đưa ra một số giải thuyết về cơ chế phản ứng. 53

Treguer R, Tatin R, Couvert A, Wolbert D, Tazi-Pain A (2009) nghiên cứu

hiệu quả quá trình ozon hóa hấp phụ hữu cơ tự nhiên và phân hủy sinh học - Ứng

dụng cho một phản ứng màng sinh học có chứa than hoạt tính trong sản xuất nước

uống. Nghiên cứu phản ứng màng sinh học có chứa than hoạt tính đã được ứng

dụng tại nhà máy xử lý nước uống của Rennes. Kết quả sơ bộ cho thấy, DOC còn

lại là phần chính của phần không phân hủy sinh học. Để tăng hiệu quả quá trình

ozon hóa đã được lựa chọn để phá vỡ các phân tử lớn và tăng phân hủy sinh học.

79.

- Tây Ban Nha: P.M. Alva ´ rez’, F.J. Beltra ´n, F.J. Masa, J.P. Pocostales

(2009) nghiên cứu một so sánh giữa Ozon hóa xúc tác và quá trình hoàn nguyên

than hoạt tính hấp phụ bằng Ozon trong xử lý nước thải. Cả hai phương áp áp dụng

để làm giảm axit gallic trong mẫu nước và dòng thứ cấp từ một HTXLNT. Hai

phương pháp dựa trên việc sử dụng than hoạt tính dạng hạt (GAC) và Ozon để loại

bỏ các hợp chất hữu cơ từ nước. Hiệu suất của quá trình Ozon hóa xúc tác được so

sánh với quá trình hấp phụ đơn và Ozon hóa đơn. Quá trình Ozon hóa xúc tác cải

thiện cao hơn trong chuyển đổi TOC và hiệu quả sử dụng Ozon cao hơn quá trình

Ozon hóa đơn. GAC được sử dụng để hấp thụ axit gallic rất hiệu quả nhưng khả

năng hạn chế để loại bỏ COD. Liều Ozon tối ưu để tạo các GAC sau khi đã hấp phụ

axit gallic khoảng 0,4gO3/gGAC, hiệu suất tái sinh khoảng 90%. Khả năng hấp phụ

GAC dần dần giảm với số chu kỳ hấp phụ - hoàn nguyên. Phương pháp hoàn

nguyên GAC/O3 đã không thành công trong xử lý tại HTXLNT khi quan sát thấy

các dòng hấp phụ chậm. Hơn nữa, GAC trở nên hư hỏng sau khi hoàn nguyên do

quá trình oxy hóa quá mức các bề mặt của nó. 66

- Thụy Sĩ: Jonas Margot và các cộng sự (2013) nghiên cứu xử lý ô nhiễm

nồng độ thấp trong nước thải đô thị bằng Ozon hóa hoặc PAC. Thí nghiệm tiến

hành trong hơn một năm tại nhà máy xử lý nước thải thành phố Lausanne. Các

phương pháp xử lý: 1) Thực hiện Oxy hóa bởi O3 sau đó cho qua lọc cát (SF), 2)

hấp phụ PAC sau đó cho qua UF hoặc SF. Cả hai phương pháp đều cải thiện đáng

kể, ô nhiễm nồng độ thấp đã được loại bỏ hơn 80% với liều Ozon 5,7mg/L hoặc liều

PAC 10 – 20mg/L. Phương pháp PAC-UF được coi là một phương pháp tốt nhất để

loại bỏ các chất ô nhiễm nồng độ thấp và nồng độ cao mà không hình thành các sản

phẩm phụ. 61

- Trung Quốc:

Yifei Guo, Li Yang, Xiaoliang Cheng and Xiangtao Wang (2012) nghiên cứu

các ứng dụng và cơ chế phản ứng của Ozon hóa xúc tác trong xử lý nước. Dược

phẩm và các sản phẩm chăm sóc cá nhân (PPCPs) được coi là vấn đề môi trường

đang nổi lên trong những năm gần đây. Nghiên cứu này nhằm bình luận ngắn về sự

ra đời của các chất xúc tác ozon hóa và cơ chế phản ứng của ozon hóa xúc tác.

Đồng thời cũng cung cấp một phương pháp mới và hiệu quả là Ozon hóa xúc tác

trong việc loại bỏ các PPCPs trong dung dịch nước. 85

Chunmao Chen, Hongshuo Chen, Xuan Guo, Shaohui Guo, Guangxu Yan

(2013) nghiên cứu quá trình Ozon hóa xúc tác nâng cao xử lý nước thải lọc dầu

nặng bằng than hoạt tính có hỗ trợ oxit sắt (FAC). Kết quả cho thấy, hiệu suất loại

bỏ COD tăng đáng kể đã được quan sát thấy ở FAC + ozon so với AC + ozon. 55

Wei Gao và các cộng sự (2013) Đánh giá sự kiểm soát bám bẩn của công

nghệ màng lọc UF trong xử lý nước uống . Nghiên cứu đã đánh giá được rằng, các

quá trình tiền xử lý bằng keo tụ, hấp phụ và oxy hóa giảm bớt tắt nghẽn màng ở các

mức độ khác nhau và một số ảnh hưởng bất lợi của tiền xử lý cũng được khẳng

định. 82

Hồng Kông: Enling Hu và cộng sự - Viện Dệt May, Đại học Bách khoa

Hồng Kông đã nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Ozon hóa xúc tác đồng oxit. Kết quả, điều kiện phản ứng hiệu quả với nhiệt độ 300C, pH =

5,1, liều ozon 4 mg/phút, sục khí trong 60 phút, liều chất xúc tác 1g. 56

- Ở Việt Nam:

Nghiên cứu của Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thị Thanh

Phượng, Lê Quốc Thắng (2010) về xử lý nước thải cồn bằng hệ quang hóa – Ozon

(UV/O3). Kết quả nghiên cứu trong điều kiện PTN bằng công nghệ oxy hóa bậc cao

đã chứng minh hệ oxy hóa UV/Ozon có khả năng xử lý hiệu quả cao hơn so với hệ

Ozon đơn thuần với hiệu suất xử lý COD từ lên tới 22%. Áp dụng phương pháp mô

hình hóa Mode 5.0 nghiên cứu đã xác định điều kiện phản ứng tối ưu cho mô hình

UV/Ozon là pH = 9, liều Ozon 54 mg/h, công suất đèn UV 8KW/h và hiệu quả xử

lý màu, COD có thể đạt 100% và 93% trong 120 phút. 34

Nghiên cứu của Tạ Văn Phương – Đại học Cần Thơ (2004) về ứng dụng

Ozon trong xử lý nước và vi khuẩn trong bể ương ấu trùng tôm sú. Kết quả cho

thấy, hàm lượng Ozon hòa tan tăng dần theo thời gian sục khí, trong điều kiện thí

nghiệm tỷ lệ tăng liều Ozon hòa tan theo thời gian sục khí là 0,0071 ppm/phút. Một

số chỉ tiêu môi trường được cải thiện sau khi xử lý bằng Ozon (Ở nồng độ

0,305ppm thì hiệu suất diệt khuẩn 99,97% và làm kết tủa hoàn toàn sắt, nồng độ

0,175 ppm loại hết NO2 và làm giảm 57% lượng H2S ở nồng độ 0,37 ppm). Ozon

hoàn toàn có thể thay thế Chlorine trong xử lý nước trước khi ương nuôi ấu trùng

tôm biển. 40

Nghiên cứu của Lê Thanh Khương và Nguyễn Hoàng Kỳ - Đại học Lạc

Hồng về quá trình oxy hóa bậc cao để xử lý nước thải khu công nghiệp Sóng Thần 1

với mục đích tái sinh. Kết quả, với quá trình (H2O2 + O3) hiệu quả xử lý COD là

87%, TOC là 88%, màu là 95%, Coliform là 96,7%, còn quá trình O3 hiệu quả xử lý

màu đạt 83,5%, COD là 75%, TOC là 73%. Nước thải sau xử lý có thể sử dụng cho

mục đích tái sinh. 21

Nguyễn Huy Phú và Nguyễn Hồng Phương – Viện KHCN&QLMT – Đại

học Công nghiệp tp.HCM, nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương

pháp oxy hóa nâng cao bởi hệ Fenton và Catazon. Kết quả, hiệu quả xử lý của quá trình Fenton cao hơn quá trình Catazon, tuy nhiên giá thành của mỗi m3 nước thải

xử lý bằng Catazon lại thấp hơn Fenton rất nhiều. 29

Với kết quả đạt được từ các nghiên cứu ứng dụng của dây chuyền công nghệ

keo tụ, PAC kết hợp lọc màng MF là rất khả quan về các phương diện kỹ thuật, chi

phí đầu tư và vận hành. Tuy nhiên, nếu chỉ áp dụng công nghệ này không thì không

thể nào xử lý được hoàn toàn các hợp chất hữu cơ hòa tan độc hại tồn tại trong

nguồn nước mặt. Mặt khác, để thay thế cho công nghệ khử trùng bằng Clo hóa phát

sinh ra các sản phẩm phụ trong nguồn nước cấp gây ảnh hưởng đến sức khỏe con

người. Do đó, để tăng hiệu suất xử lý phương pháp Oxy hóa bậc cao với hệ Ozon hoặc hệ Catazon (O3/Fe2+) đã được lựa chọn bổ sung vào dây chuyền công nghệ xử

lý nguồn nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng để nghiên cứu và chọn ra hệ

thích hợp.

CHƯƠNG 2

VẬT LIỆU, MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Tóm tắt nội dung thí nghiệm

Mỗi thí nghiệm được lặp lại ít nhất là 3 lần. Mẫu được lấy và phân tích trong

mỗi thí nghiệm.

Thí nghiệm 1: Keo tụ

FeCl3 Giá trị pH phù hợp

Al2(SO4)3 Loại phèn thích hợp

Liều lượng phù hợp PACl

Thí nghiệm 2: Hấp phụ than hoạt tính

Giá trị pH phù hợp Thời gian hấp phụ phù hợp Liều lượng than phù hợp

Thí nghiệm 3: Lọc MF

Sự thay đổi áp suất và thể tích nước lọc trong quá trình vận hành Thông lượng phù hợp Điểm dừng rửa màng

Thí nghiệm 4: Oxy hóa bậc cao với hệ O3 Oxy hóa bậc cao với hệ O3/Fe2+

Giá trị pH tốt nhất Thời gian sục khí tốt nhất Liều Ozon đầu vào tốt nhất Liều chất xúc tác tốt nhất

Thí nghiệm 5: Vận hành công nghệ với các thông số tốt nhất, xác định hiệu suất

xử lý và chọn lựa công nghệ phù hợp.

Hình 2.1. Sơ đồ tóm tắt quá trình thí nghiệm

2.2.Vật liệu

a. Vị trí lấy mẫu

Vị trí lấy mẫu nghiên cứu là cửa lấy nước thô tại trạm bơm Hòa Phú tại khu

vực Bến Than, xã Hòa Phú, huyện Củ Chi.

Vị trí lấy mẫu

Hình 2.2. Vị trí lấy mẫu tại Trạm bơm Hòa Phú

b. Cơ sở chọn vị trí lấy mẫu

Thực tế đáng lo ngại hiện này, chất lượng nguồn nước sông Sài Gòn nhất là

đoạn trạm bơm nước của Nhà máy nước Tân Hiệp ngày càng bị ô nhiễm. Bên cạnh

đó, nguồn nước tại khu vực này có chứa các tính chất và thành phần đặc trưng của

một nguồn nước mặt bị ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nên thuận tiện cho việc

nghiên cứu.

Nguồn gây ô nhiễm chính cho đoạn sông Sài Gòn tại khu vực trạm bơm Hòa

Phú đã được Chi Cục BVMT tp.HCM xác định chính xác nguồn nước thải ô nhiễm

xuất phát từ nước thải sinh hoạt và công nghiệp từ khu dân cư sống dọc lưu vực và

cụm công nghiệp Tân Quy (thải ra rạch Nhà Bếp). Nguồn nước thải này chứa hàm

lượng lớn tải lượng ô nhiễm chủ yếu là COD, Mn, NH3, Coliform do cụm công

nghiệp Tân Quy chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung. Không dừng lại đó,

nguồn nước sông Sài Gòn tại khu vực này cũng phải tiếp nhận lượng lớn nước thải

ô nhiễm sinh hoạt và công nghiệp chưa qua xử lý của KCN Tân Phú Trung, bãi rác

Phước Hiệp, khu dân cư và cơ sở chăn nuôi huyện Củ Chi và Hóc Môn (thông qua

rạch Tra và rạch Bà Hồng); khu dân cư và công nghiệp của thị xã Thủ Dầu Một và

huyện Bến Cát tỉnh Bình Dương (xả ra sông Thị Tính). Các con rạch này chỉ cách

trạm bơm Hòa Phú – Nhà máy nước Tân Hiệp phục vụ sinh hoạt người dân tp.HCM

từ 1 – 14km về phía thượng và hạ nguồn. Do đó, chất lượng nguồn nước tại khu vực

này ngày càng ô nhiễm. Trung bình nồng độ các chất ô nhiễm tăng từ 1 – 5 lần. 31

c. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu

Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu được tham khảo qua các tiêu chuẩn

Việt Nam như TCVN 6663-3:2008; TCVN 6663-6:2008. Cụ thể như sau:

Thu mẫu nước để phân tích bằng can nhựa đã súc rửa qua nước sạch và được

tráng lại mẫu nước tại vị trí lấy mẫu. Đặt can nhựa dưới mặt nước ở độ sâu 20cm, lấy đầy nước, đậy nắp, vận chuyển ngay về kho lạnh và bảo quản ở nhiệt độ 40C cho

đến khi phân tích mẫu. Trước khi lấy mẫu để phân tích hoặc thí nghiệm cần phải lắc

đều mẫu.

2.3. Phương pháp phân tích

2.3.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu

Mẫu nghiên cứu được phân tích tại phòng thí nghiệm của Viện Môi trường

và Tài nguyên Tp. HCM.

Phương pháp phân tích thực hiện theo Standard Methods for the Examination

of Water and Wastewater 21nd 2012 Tiêu chuẩn Việt Nam.

Bảng 2.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong mẫu nước mặt

Stt Chỉ tiêu Phương pháp thử

TCVN 6492:2011 pH 1

SMEWW 2130.B:2012 2 Độ đục

SMEWW 2120.C:2012 3 Độ màu

SMEWW 5210.B:2012 4 BOD5

SMEWW 5220 B : 2012 5 COD

SMEWW 2540 D : 2012 6 TSS

7 N-NH4

SMEWW 4500 NH3 F : 2012 - B : 2012 SMEWW 4500- NO2 8 N-NO2

3- D : 2012

TCVN 6180 : 1996 9

+ - - N-NO3 3-

SMEWW 4500-PO4 10 P-PO4

TCVN 6002:1995 11 Mangan (Mn)

TCVN 6665 : 2011 12 Sắt (Fe)

SMEWW 5319.B:2012 13 TOC

SMEWW 9222 G : 2012 14 E.Coli

SMEWW 9221 B:2012 15 Coliform

Nguồn: 1.71

2.3.2. Phương pháp xác định liều Ozon

a. Xác định liều lượng Ozon đầu vào

Sục khí Ozon thông qua hai bẫy KI nối tiếp (bẫy A và B) trong khoảng 10

phút. Để có kết quả tốt nhất, giữ khí ở lưu lượng khoảng 1L/ phút. Mỗi cái bẫy là

một chai rửa khí chứa ít nhất 200 mL dung dịch KI 2%. Cho toàn bộ lượng dung

dịch sau sục khí của từng bẫy vào một cái cốc thủy tinh, thêm 10 ml dung dịch

H2SO4 2N, và chuẩn độ với chất chuẩn Na2S2O3 0,005N cho đến khi màu vàng iốt

gần như biến mất. Thêm 1-2 mL dung dịch chỉ thị tinh bột dung dịch có màu xanh

đen và tiếp tục chuẩn độ đến khi dung dịch mất màu.

Liều Ozon mg/phút =

Trong đó:

A: mL chất chuẩn bẫy A;

B: mL chất chuẩn bẫy A;

N: Nồng độ Na2S2O3;

T: Thời gian Ozon hóa.

b. Xác định liều lượng Ozon phản ứng

Cho một khối lượng mẫu (ít nhất 200 mL) vào bình riêng biệt, sục khí Ozon

trực tiếp thông qua bình này ở một khoảng thời gian nhất định. Để tính được liều

Ozon phản ứng với khối lượng mẫu trong bình ta đặt một ống dẫn kín nối với một

bẫy C là chai rửa khí chứa ít nhất 200 mL dung dịch KI 2%, liều Ozon dư sẽ được

giữ lại bẫy C. Cho toàn bộ lượng dung dịch của bẫy C vào một cái cốc thủy tinh,

thêm 10 ml dung dịch H2SO4 2N, và chuẩn độ với chất chuẩn Na2S2O3 0,005N cho

đến khi màu vàng iốt gần như biến mất. Thêm 1-2 mL dung dịch chỉ thị tinh bột

dung dịch có màu xanh đen và tiếp tục chuẩn độ đến khi dung dịch mất màu.

Liều Ozon phản ứng mg/phút = Liều Ozon đầu vào (mg/phút) -

Trong đó: C: mL chất chuẩn bẫy C.

60

Mô hình lắp đặt trước khi thu khí Ozon và sau khi thu khí Ozon được thể

hiện ở hình 2.3 và hình 2.4.

Hình 2.3. Trước khi hấp thụ ozone Hình 2.4. Sau khi hấp thụ ozone

2.4. Mô hình thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu

2.4.1. Khảo sát quá trình keo tụ

Đối tượng nghiên cứu: Mẫu nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng tại cửa

lấy nước trạm bơm Hòa Phú.

Mô hình thí nghiệm: Thực hiện mô hình thí nghiệm Jartest.

Hóa chất keo tụ: Phèn nhôm, phèn sắt và PACl.

Mục tiêu: Xác định giá trị pH tốt nhất và liều lượng phèn tốt nhất của các hóa

chất keo tụ trên. So sánh chọn loại phèn thích hợp.

Hình 2.5. Thí nghiệm keo tụ

2.4.1.1. Khảo sát giá trị pH tốt nhất của quá trình keo tụ

Khảo sát giá trị pH tốt nhất lần lượt với phèn sắt, phèn nhôm và PACl.

Các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Đong 1000mL mẫu vào mỗi beaker 1000mL;

Bước 2: Cho một lượng phèn cố định tương ứng vào mỗi beaker và khuấy

nhẹ mỗi cốc bằng đũa thủy tinh;

Bước 3: Thực hiện đo và hiệu chỉnh pH lần lượt đối với 03 thí nghiệm keo tụ

tương ứng với phèn sắt, phèn nhôm và PACl như sau:

Loại phèn Khoảng khảo sát giá trị pH tốt nhất

4 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 phèn sắt

- 5 5,5 6 6,5 7 7,5 -

phèn nhôm PACl 4 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8

Hiệu chỉnh pH bằng HCl 0,1N hay NaOH 0,1N

Bước 4: Khấy 140 vòng/1 phút, trong vòng 3 phút;

Bước 5: Giảm tốc độ khấy còn 40 vòng/1 phút, trong vòng 12 phút;

Bước 6: Sau đó để lắng 30-60 phút, rồi lấy nước trong và đem đi phân tích

các chỉ tiêu: độ đục; COD

Bước 7: Lập bảng kết quả và lập biểu đồ, xác định giá trị pH tốt nhất

2.4.1.2. Khảo sát liều lượng phèn tốt nhất của quá trình keo tụ

Khảo sát liều lượng phèn tốt nhất lần lượt với phèn sắt, phèn nhôm và PACl.

Các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Đong 1000mL mẫu vào mỗi beaker 1000mL;

Bước 2: Lần lượt thực hiện đo và hiệu chỉnh giá trị pH tốt nhất tương ứng

đối với 03 loại phèn đã xác định ở thí nghiệm trên.

Bước 3: Cho lần lượt các khoảng liều lượng phèn vào mỗi beaker tương ứng

ở 03 thí nghiệm keo tụ với phèn sắt, phèn nhôm và PACl như sau:

Khoảng khảo sát liều lượng phèn tốt nhất Loại phèn (ml/L)

2 5 10 20 30 40 50 phèn sắt

2 5 10 20 30 40 50

phèn nhôm PACl 2 5 10 20 30 - -

Bước 4: Khấy 140 vòng/1 phút, trong vòng 3 phút;

Bước 5: Giảm tốc độ khấy còn 40 vòng/1 phút, trong vòng 12 phút;

Bước 6: Sau đó để lắng 30-60 phút, rồi lấy nước trong và đem đi phân tích

các chỉ tiêu: độ đục; COD

Bước 7: Lập bảng kết quả và lập biểu đồ, xác định hàm lượng phèn tốt nhất

2.4.2. Khảo sát mô hình thí nghiệm hấp phụ bằng than hoạt tính

Đối tượng nghiên cứu: Mẫu nước sau keo tụ.

Mô hình thí nghiệm: Thực hiện trên các beaker dung tích 1000 mL trên hệ

thống khuấy từ.

Hóa chất sử dụng: H2SO4, NaOH và than hoạt tính dạng bột.

Mục tiêu: Xác định giá trị pH tốt nhất, thời gian hấp phụ và liều lượng than

hấp phụ tốt nhất.

Hình 2.6. Mô hình thí nghiệm hấp phụ bằng than hoạt tính

2.4.2.1. Khảo sát giá trị pH tốt nhất của quá trình hấp phụ

Các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Đong 1000mLmẫu nước sau keo tụ vào mỗi beaker 1000mL;

Bước 2: Đo và hiệu chỉnh pH ở các giá trị: 3; 4; 5; 6; 6,5; 7; 7,5; 8;

Bước 3: Cho than hoạt tính vào mỗi beaker với hàm lượng 20mg/L;

Bước 4: Khuấy trộn bằng máy khuấy từ để tăng hiệu quả quá trình hấp phụ;

Bước 5: Lọc hỗn hợp trên và xác định các chỉ tiêu: độ đục, COD;

Bước 6: Lập bảng kết quả và lập biểu đồ, xác định giá trị pH tốt nhất.

2.4.2.2. Khảo sát thời gian hấp phụ tốt nhất của quá trình hấp phụ

Các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Đong 1000mL mẫu nước sau keo tụ vào mỗi beaker 1000mL;

Bước 2: Đo và hiệu chỉnh giá trị pH tốt nhất của quá trình hấp phụ đã được

xác định ở thí nghiệm trên;

Bước 3: Cho lần lượt các khoảng liều lượng than hoạt tính vào mỗi beaker

tương ứng ở các giá trị 5, 10, 20, 30, 40, 50 mg/L;

Bước 4: Khuấy trộn ở các khoảng thời gian 15 phút, 30 phút, 45 phút, 60

phút, 90 phút;

Bước 5: Lọc hỗn hợp trên và xác định các chỉ tiêu: độ đục, COD;

Bước 6: Lập bảng kết quả và lập biểu đồ, xác định thời gian hấp phụ tốt nhất.

100

2.4.2.3. Khảo sát liều lượng than tốt nhất của quá trình hấp phụ

Thực hiện tương tự như các bước thí nghiệm khảo sát thời gian hấp phụ tốt

nhất của quá trình hấp phụ, riêng đối với bước 4 ta tiến hành cho khuấy trộn ở

khoảng thời gian hấp phụ tốt nhất đã xác định ở thí nghiệm trên. Cuối cùng lập bảng

kết quả và lập biểu đồ, xác định liều lượng than tốt nhất.

2.4.3. Khảo sát mô hình thí nghiệm lọc màng vi lọc

Đối tượng nghiên cứu: Mẫu nước sau hấp phụ qua than hoạt tính .

Mô hình thí nghiệm: Thực hiện mô hình thí nghiệm qua hệ thống lọc màng

gồm:

+ Bơm nhu động CP-120, động cơ 160 vòng/phút; Kiểu đầu bơm: Tandem

1081; Lưu lượng 1,7-35 mL/phút.

+ Đầu dò áp suất với khoảng áp suất mặc định 0-60psi.

+ Module màng MF của Pall: Dạng module màng sợi rỗng, sợi màng được

làm từ PVDF (Polyvinylidene fluoride) với kích thước lỗ màng là 0,1µm. Diện tích bề mặt màng trên một module: 0,01 m2

+ Thiết bị kết nối với máy tính: xuất dữ liệu.

Mô hình được vận hành ở chế độ lọc với vận tốc không đổi (thông lượng

không đổi), áp suất thay đổi để duy trì vận tốc đã chọn. Mô hình có dạng như hình

3.16.

Nước thô được cấp vào màng qua một bơm nhu động, một đầu dò áp suất

được trang bị để theo dõi áp suất vào module. Các số liệu trong quá trình vận hành

mô hình như: thời gian, vận tốc dòng vào, áp suất vào module, thể tích nước lọc

được được thu thập thông qua thiết bị kết nối với máy tính, toàn bộ dữ liệu này

được xuất ra dưới dạng file excel.

Mô hình được vận hành theo chế độ dead-end (dòng vuông góc), outside-in:

nước đi từ bên ngoài thấm vào bên trong các sợi rỗng, các phần tử có kích thước lớn

hơn 0,1µm được giữ lại trên bề mặt màng, chỉ có dòng thấm (nước sạch qua màng)

đi qua màng và được thu ở đầu cuối của module.

101

Kết thúc mỗi chu kỳ lọc, module màng được tháo ra và rửa cơ học. Quá trình

rửa hóa chất (bằng dung dịch NaOH 1%, NaOCl 0,1%) cũng được thực hiện với tần

suất thấp hơn (tùy thuộc áp suất vào màng và mục đích nghiên cứu) nhằm nâng cao

hiệu quả phục hồi thông lượng của màng.

Mục tiêu: Xác định giá trị thông lượng thích hợp, điểm dừng rửa màng;

đánh giá hiệu quả xử lý của quá trình lọc qua màng.

Nguồn :70 Hình 2.7. Mô hình thí nghiệm công nghệ lọc màng vi lọc

Bơm nhu động

Model: CP120; N=160v/p; Kiểu đầu bơm Tandem 1081; Q = 1,7 – 35 mL/phút; Đầu dò áp suất với khoảng áp suất 60PSI được cài đặt mặc định bởi nhà sản xuất.

Hình 2.8. Bơm Tandem 1081

Màng vi lọc

Màng lọc sợi rỗng; Tổng sợi: 15 sợi; diện tích lọc: 46,5 cm2; Kích thước: ID/OD là 0,7/1,2 mm; Kích thước lỗ màng: 0,1 m; Vật liệu sử dụng: PVDF.

Hình 2.9. Màng vi lọc

102

2.4.3.1. Khảo sát giá trị thông lượng thích hợp

Vận hành mô hình ở những thông lượng khác nhau: 60, 72, 84, 90, 150 L/m2h (tương ứng với vận tốc là: 10, 12, 14, 15, 25 mL/phút) trên cùng một mẫu

nước đầu vào. Với mỗi thông lượng thí nghiệm được lặp lại tối thiểu là 3 lần.

Đánh giá hiệu quả xử lý đồng thời ghi nhận thể tích nước lọc được cũng như

sự thay đổi áp suất theo thời gian trong mỗi chu kỳ lọc (được tính từ lúc bắt đầu cho

đến khi quá trình lọc đạt đến áp suất tới hạn của màng là 35 psi).

Lấy mẫu nước sau lọc tương ứng của mỗi thông lượng xác định các chỉ tiêu:

độ đục, độ màu, COD

2.4.3.2. Khảo sát điểm dừng rửa màng

Ở một thời điểm nào đó của chu kỳ lọc, áp suất vào màng bắt đầu tăng

nhanh, quá trình lọc nhanh chóng đạt đến áp suất tới hạn trong khi thể tích nước lọc

được không nhiều. Ở thí nghiệm này ta sẽ xem xét sự thay đổi áp suất trong một chu

kỳ lọc ở thông lượng vận hành đã lựa chọn nhằm xác định một điểm dừng thích hợp

để rửa màng thay vì vận hành tiếp tục đến khi đạt áp suất tới hạn.

Thí nghiệm được lặp lại nhiều lần nhằm xem xét xu hướng thay đổi áp suất

trong một chu kỳ lọc. 2.5.3. Khảo sát mô hình thí nghiệm oxy hóa bậc cao với hệ O3 và O3/Fe2+

- Đối tượng nghiên cứu: Mẫu nước sau lọc màng.

- Mô hình thí nghiệm: Thực hiện mô hình thí nghiệm qua hệ thống gồm 01

bình chứa mẫu 1000mL, 01 bình hấp thụ Ozon 1000mL, 01 thiết bị hiệu chỉnh lưu

lượng khí sục vào 5L/phút, 01 máy phát Ozon.

- Hóa chất sử dụng: H2SO4, NaOH, KI 2%, chất xúc tác Fe2+ 2%.

- Mục tiêu: Xác định hiệu quả xử lý chọn giá trị pH tốt nhất, liều lượng chất

xúc tác tốt nhất, thời gian sục khí và liều lượng Ozon phản ứng tốt nhất. So sánh

chọn hệ thích hợp. 2.5.3.1. Khảo sát giá trị pH tốt nhất của hệ O3 và hệ O3/Fe2+

Các bước tiến hành thí nghiệm:

103

- Bước 1: Đong 1000 mL mẫu nước sau lọc màng vào bình thủy tinh

1000mL;

- Bước 2: Lần lượt đo và hiệu chỉnh pH ở các khoảng giá trị 5, 6, 7, 8, 9, 10;

Bổ sung thêm 1mL chất xúc tác Fe2+ 2% vào mẫu đối với hệ O3/ Fe2+

- Bước 3: Chỉnh lưu lượng sục khí 1L/phút và bậc máy phát Ozon sục khí

thời gian 30 phút;

- Bước 4: Lọc hỗn hợp trên và xác định các chỉ tiêu: độ màu, COD, TOC;

- Bước 5: Lập bảng kết quả và lập biểu đồ, xác định giá trị pH tốt nhất.

2.5.3.2. Khảo sát thời gian sục khí tốt nhất của hệ O3 và hệ O3/Fe2+

Các bước tiến hành thí nghiệm:

- Bước 1: Đong 1000 mL mẫu nước sau lọc màng vào bình thủy tinh

1000mL;

- Bước 2: Đo và hiệu chỉnh giá trị pH tốt nhất đã xác định ở thí nghiệm trên;

Bổ sung thêm 1mL chất xúc tác Fe2+ 2% vào mẫu đối với hệ O3/Fe2+

- Bước 3: Chỉnh lưu lượng sục khí 1L/phút và lần lượt sục khí ở các khoảng

thời gian 10, 20, 30, 40, 60, 90 phút.

- Bước 4: Lọc hỗn hợp trên và xác định các chỉ tiêu: độ màu, COD, TOC;

- Bước 5: Lập bảng kết quả, lập biểu đồ, xác định thời gian sục khí tốt nhất.

2.5.3.3. Khảo sát liều chất xúc tác tốt nhất của hệ O3/Fe2+

Các bước tiến hành thí nghiệm:

- Bước 1: Đong 1000 mL mẫu nước sau lọc màng vào bình thủy tinh

1000mL;

- Bước 2: Đo và hiệu chỉnh giá trị pH tốt nhất đã xác định ở thí nghiệm trên; - Bước 3: Lần lượt cho 0,5; 1; 1,5; 2; 3mL chất xúc tác Fe2+ 2% vào bình

chứa mẫu.

- Bước 4: Chỉnh lưu lượng sục khí 1L/phút, sục ở khoảng thời gian tốt nhất.

- Bước 5: Lọc hỗn hợp trên và xác định các chỉ tiêu: độ màu, COD, TOC;

- Bước 5: Lập bảng kết quả , lập biểu đồ, xác định liều chất xúc tác tốt nhất.

2.5.3.4. Khảo sát liều Ozon sử dụng tốt nhất của hệ O3 và hệ O3/Fe2+

104

Các bước tiến hành thí nghiệm:

- Bước 1: Đong 1000 mL mẫu nước sau lọc màng vào bình thủy tinh

1000mL;

- Bước 2: Đo và hiệu chỉnh giá trị pH tốt nhất đã xác định ở thí nghiệm trên;

Đối với hệ O3/ Fe2+ thì điều chỉnh về liều chất xúc tác tốt nhất. Bước 3: Chỉnh lưu lượng sục khí lần lượt 1; 1,5; 2; 2,5 L/phút và sục ở

khoảng thời gian tốt nhất;

- Bước 4: Lấy hỗn hợp dung dịch trong bình hấp thụ khí Ozon dư chuẩn độ,

xác định liều Ozon dư;

- Bước 5: Lọc hỗn hợp trên và xác định các chỉ tiêu: độ màu, COD, TOC;

Hình 2.10. Máy phát Ozon

Bình chứa mẫu

Bình chứa dung dịch KI 2% hấp thụ khí O3 Hình 2.11. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu với hệ O3

- Bước 6: Lập bảng kết quả và xác định liều Ozon sử dụng tốt nhất.

Hình 2.12. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu với hệ O3/Fe2+

105

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1. Chất lượng nước mặt sử dụng trong nghiên cứu

Kết quả phân tích chất lượng nước mặt lấy từ cửa lấy nước trạm bơm Hòa

Phú được trình bày dưới đây.

Bảng 3.1. Kết quả phân tích mẫu nước mặt tại cửa lấy nước trạm bơm Hòa Phú

QCVN 08-MT:2015/BTNMT STT Đơn vị Kết quả Chỉ tiêu phân tích A1 A2

6,5 – 7,15 pH 6 – 8,5 6 – 8,5 1

FTU 2 Độ đục 76 - -

Pt-Co 3 Độ màu 942 - 1125 - -

mg/L 5 – 10 4 6 4 BOD5

5 COD mg/L 13,1 – 19 10 15

6 TSS mg/L 83 – 180 20 30

mg/L 0,57 0,3 0,3 7 N-NH4

mg/L 0,024 – 0,036 8 N-NO2 0,05 0,05

+ - - 9 N-NO3 3-

mg/L 0,25 – 0,306 2 5

mg/L 0,09 – 0,12 10 P-PO4 0,1 0,2

11 Mangan (Mn) mg/L 0,05 - 0,077

12 Sắt (Fe) mg/L 1,76 - 3,85 0,1 0,5 0,2 1

13 TOC mg/L 3,9 – 6,07 4 -

14 E.Coli 110 – 520 20 50 MPN hoặc CFU/100ml

15 Coliform 3000 – 3500 2500 5000 MPN hoặc CFU/100ml

Qua kết quả phân tích cho thấy được nguồn nước mặt đã bị ô nhiễm, các chỉ +, Fe, TOC, E.Coli, Coliform đều vượt quy tiêu như BOD5, COD, TSS, N-NH4

chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT.

106

3.2. Mô hình keo tụ

Thông số đầu vào của nước mặt sử dụng thực hiện quá trình keo tụ

Bảng 3.2. Thông số đầu vào của mẫu nước mặt ô nhiễm

pH N- NH4 UV254 Độ đục NTU COD mg/l Coliform MNP/100ml

7,15 7,6 13,1 0,42 3000 0,57

3.2.1. Xác định giá trị pH keo tụ phù hợp

3.2.1.1. Xác định giá trị pH phù hợp khi dùng chất keo tụ là phèn sắt

Cố định liều lượng phèn sắt, khảo sát biến thiên giá trị pH từ: 4; 5; 5,5; 6;

6,5; 7; 7,5; 8. Ta có kết quả như sau:

Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của

của pH đến hiệu suất xử lý độ đục của pH đến hiệu suất xử lý COD và UV254 của

quá trình keo tụ phèn sắt quá trình keo tụ phèn sắt

Dựa vào kết quả thí nghiệm, pH sau khi keo tụ thay đổi không đáng kể. Nhìn

vào biểu đồ trên, hiệu quả xử lý cao nhất tại pH=5,5 lần lượt là: Độ đục là 97,11%,

COD là 29,77%, UV254 là 30,24%.

Theo lý thuyết, quá trình keo tụ phèn FeCl3 xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình

kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5,5 – 6,5, có tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ

107

thấp, độ bền lớn. Tuy nhiên, nước sau khi xử lý bằng phèn sắt thường có màu vàng

do còn tồn lại lượng Fe(OH)3 dư.

FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + HCl

Trong thành phần của nước sông dùng nghiên cứu có thể có nhiều thành

phần hợp chất hữu cơ phức tạp, ở một pH thích hợp thì các ion sắt sẽ phản ứng với

các hợp chất hữu cơ đó tạo thành phức gây ra màu, làm hiệu quả xử lý không cao.

Vậy giá trị pH phù hợp của phèn sắt chọn là 5,5.

3.2.1.2. Xác định giá trị pH phù hợp khi dùng chất keo tụ là phèn nhôm

Cố định liều lượng phèn nhôm, khảo sát biến thiên giá trị pH từ 5; 5,5; 6;

6,5; 7; 7,5. Ta có kết quả như sau:

Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của

của pH đến hiệu suất xử lý độ đục của pH đến hiệu suất xử lý COD và UV254 của

quá trình keo tụ phèn nhôm quá trình keo tụ phèn nhôm

Dựa vào kết quả thí nghiệm, pH sau khi keo tụ thay đổi không đáng kể. Nhìn

vào biểu đồ trên, hiệu quả xử lý cao nhất tại pH= 6,0 lần lượt là: Độ đục là 97,37%,

COD là 28,24%, UV254 là 32,14%.

Theo lý thuyết, với phèn nhôm dùng để keo tụ xử lý nước mặt, giá trị pH phù

hợp thường đạt từ 5,0 – 7,5.

108

Khi pH giảm từ 5,5 trở xuống thì Al(OH)3 có tác dụng như là một chất kiềm, phản ứng: Al(OH)3 + H+ → Al3+ + 3H2O xảy ra, làm cho hàm lượng Al3+ trong

nước tăng nhiều, ngược với phản ứng keo tụ-tạo bông, lúc này keo tụ sẽ không tạo

bông làm chất hữu cơ và các cặn lơ lững trong nước không lắng được.

Khi pH đạt đến 7,5 thì Al(OH)3 có tác dụng như là một axit, làm cho muối

kiềm kém tan ít đi, hiệu quả keo tụ bị hạn chế, xuất hiện gốc AlO2. Vậy giá trị pH

phù hợp của phèn nhôm được chọn là 6.

3.2.1.3. Xác định giá trị pH phù hợp khi dùng chất keo tụ là phèn PACl

Cố định liều lượng phèn PACl, khảo sát biến thiên giá trị pH từ: 4; 5; 5,5; 6;

6,5; 7; 7,5; 8. Ta có kết quả như sau:

Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng

của pH đến hiệu suất xử lý độ đục của của pH đến hiệu suất xử lý COD và

quá trình keo tụ phèn PACl UV254 của quá trình keo tụ phèn PACl

Dựa vào kết quả thí nghiệm, pH sau khi keo tụ thay đổi không đáng kể. Nhìn

vào biểu đồ trên, hiệu quả xử lý cao nhất tại pH= 6,0 lần lượt là: Độ đục là 97,37%,

COD là 41,68%, UV254 là 41,67%.

Qua biểu đồ ta thấy trong khoảng pH = 6,5 - 7 thì hiệu quả keo tụ của phèn

PACl đạt kết quả tốt nhất, cao nhất ở pH = 6,5. Khi pH quá cao (pH>7) và pH quá

thấp (pH<6) thì hiệu quả keo tụ giảm dần. Tại pH = 6,5 trong hệ thống đạt quá trình

109

trung hòa điện tích, khi đó lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt keo bằng không, tạo điều

kiện cho các hạt keo kết dính lại với nhau hình thành nên các nhân keo tụ, các nhân

này có khả năng hấp phụ các chất hữu cơ dạng rắn lơ lững và một phần ở dạng phân

tán.

Khi cho PACl vào nước, PACl sẽ bị phân ly thành các ion Al3+ và các ion

này sẽ bị thủy phân hình thành Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ

được tạo thành. Trị số pH của nước có ảnh hưởng rất lớn và nhiều mặt đến quá trình

keo tụ vì pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thủy phân của PACl để tạo

Al(OH)3.

Khi pH thấp (pH < 4,5) sẽ không xảy ra quá trình thủy phân, dẫn đến không

hình thành Al(OH)3 kéo theo hiệu quả xử lý kém. Hoặc có thể giải thích theo một lý

do khác, khi pH thấp (pH<5,5) thì các hạt chất rắn, huyền phù trong nước và các hạt

keo đều tích điện dương dẫn đến lực đẩy tĩnh điện làm cho quá trình keo tụ kém

hiệu quả.

Al(OH)3 lúc này đóng vai trò như một chất axit và bị hòa tan tạo thành gốc AlO2

Khi pH cao (pH > 7,5) nếu sử dụng phèn nhôm thường không đạt hiệu quả vì -. -) từ polymer diễn ra rất chậm nên Tuy nhiên, quá trình hình thành aluminat (AlO2

PACl vẫn có khả năng keo tụ ở môi trường pH cao, nhưng khi pH quá cao thì hiệu

quả keo tụ của PACl cũng giảm dần. Vậy giá trị pH phù hợp của phèn PACl ở

pH=6,5.

3.2.2. Xác định giá trị liều lượng phèn phù hợp

3.2.2.1. Xác định giá trị liều lượng phèn sắt phù hợp

Cố định giá trị pH phù hợp đã xác định ở thí nghiệm trên, khảo sát biến thiên

hàm lượng phèn sắt từ 2-50mg/l. Ta có kết quả như sau:

110

Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng

hàm lượng phèn sắt đến hiệu suất xử lý độ của hàm lượng phèn sắt đến hiệu suất

đục xử lý COD và UV254

Từ đồ thị dễ dàng nhận thấy hàm lượng phèn FeCl3 tại giá trị 30mg/L thì

hiệu quả keo tụ diễn ra tốt nhất với hiệu suất xử lýlần lượt là: Độ đục là 98,03%,

COD là 33,59% UV254 là 34,52%. Hiệu quả tăng dần khi ta tăng dần hàm lượng

phèn trong nước từ 2-30mg/L, nhưng khi liều lượng phèn trong nước đạt đến 40 -

50mg/L thì hiệu quả có xu hướng giảm.

Tại vì khi liều lượng phèn nhỏ thì không đủ để phản ứng tạo bông xảy ra

hiệu quả, chỉ một phần cặn được lắng xuống, lượng cặn còn lại vẫn lơ lững trong

nước dẫn đến độ đục và COD không giảm hoặc giảm không đáng kể. Nhưng khi

liều lượng phèn cho vào nước dư (40-50mg/L) thì các hạt bông trở về trạng thái ban

đầu (các hạt cặn lơ lững) sẽ xảy ra hiện tượng tái ổn định hạt keo. Hạt keo sau khi

được trung hoà điện tích sẽ hấp phụ thêm chất keo tụ mang điện. Khi đó ta có hiện

tượng đổi dấu điện tích bề mặt, thay vì điện tích âm lúc đầu, hạt keo sẽ tích điện

dương của chất keo tụ cho thêm, lực đẩy tĩnh điện sẽ tái xuất hiện và hệ keo lại trở

nên bền.

Như vậy đối với phèn FeCl3 ta chọn giá trị liều lượng phèn sắt phù hợp là

30mg/L và giá trị pH phù hợp là 5,5.

111

3.2.2.2. Xác định giá trị liều lượng phèn PACl phù hợp

Cố định giá trị pH phù hợp đã xác định ở thí nghiệm trên, biến thiên hàm

lượng PACl từ 2-30mg/L. Ta có kết quả như sau:

Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng

của hàm lượng phèn PACl đến hiệu suất của hàm lượng phèn PACl đến hiệu suất

xử lý độ đục xử lý COD và UV254

Từ đồ thị ta thấy khi liều lượng phèn PACl từ 2-5mg/L thì hiệu quả keo tụ

không cao, hiệu suất độ đục chỉ đạt khoảng 53,4-89,4%, hiệu suất COD chỉ đạt 6,8-

34,5%. Hiệu suất đạt cao nhất ở liều lượng 10mg/L, lần lượt là: Độ đục là: 98,42%,

COD là 49,62% UV254 là 49,76%. Tuy nhiên khi tăng liều lượng phèn lên (20-

30mg/L) thì hiệu quả keo tụ lại giảm.

Tương tự như phèn sắt thì PACl nếu cho liều lượng thấp vào nước thì sẽ

không đủ để phản ứng tạo bông hết lượng cặn hữu cơ trong nước, dẫn đến hiệu quả

xử lý không cao. Lượng phèn cho vào phải vừa đủ không thiếu cũng không thừa.

Nếu dư thì sẽ xảy ra hiện tương tái bền hạt keo, làm cho nước vẫn đục, kém tạo

bông hoặc tạo ra sản phẩm phụ không mong muốn. Vì vậy ở liều lượng phèn 20-

30mg/L là quá cao trong trường hợp này. Từ kết quả trên thì chọn liều lượng

10mg/L là giá trị liều lượng phù hợp cho quá trình keo tụ bằng phèn PACl.

3.2.2.3. Xác định giá trị liều lượng phèn nhôm phù hợp

112

Cố định giá trị pH phù hợp đã xác định ở thí nghiệm trên, khảo sát biến thiên

hàm lượng phèn nhôm từ 2-50mg/L. Ta có kết quả như sau:

Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng

của hàm lượng phèn nhôm đến hiệu của hàm lượng phèn nhôm đến hiệu suất

suất xử lý độ đục xử lý COD và UV254

Nhìn vào đồ thị ta thấy đối với phèn nhôm thì hiệu suất xử lý đạt cao nhất ở

liều lượng 40mg/L, hiệu suất xử lý lần lượt: Độ đục là 98,68%, COD là 37,4%,

UV254 là 37,62% và thấp nhất ở liều lượng 2mg/L, hiệu suất xử lý tăng dần khi tăng

liều lượng phèn.

Giải thích tương tự như phèn sắt và phèn PACl, khi hàm lượng phèn cho vào

nước không đủ thì khả năng lắng các cặn lơ lững kém, dẫn đến hiệu quả keo tụ

không cao. Khi sử dụng phèn nhôm làm chất keo tụ thì so với phèn sắt và PACl liều

lượng phèn sử dụng cao hơn. Dựa vào kết quả trên thì liều lượng 40mg/L chọn làm

giá trị liều lượng phèn phù hợp cho quá trình keo tụ bằng phèn nhôm.

113

3.2.3. So sánh và lựa chọn loại phèn thích hợp

Hình 3.13. Biểu đồ so sánh hiệu quả xử Hình 3.14. Biểu đồ so sánh hiệu quả xử

lý độ đục giữa ba chất keo tụ lý COD giữa ba chất keo tụ

Hình 3.15. Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý UV254 giữa ba chất keo tụ

Qua ba biểu đồ trên, kết quả khảo sát ba loại chất keo tụ: phèn Al2(SO4)3,

FeCl3, PACl thì PACl là phèn thích hợp nhất đối với nghiên cứu này vì hàm lượng

PACl nhỏ và đạt hiệu suất cao nhất về COD là 49,62%, UV254 là 49,76%. Và trong

quá trình thí nghiệm quan sát được phèn PACl có nhiều ưu điểm hơn phèn sắt và

phèn nhôm: bông cặn hình thành to, chắc, lắng nhanh, ít tạo bông cặn nổi trên mặt

nước, nước sau keo tụ trong hơn. Vì vậy PACl được lựa chọn để làm chất keo tụ

114

cho quá trình thí nghiệm, với giá trị liều lượng phù hợp là 10mg/L và giá trị pH phù

hợp là 6,5. Kết quả lựa chọn này tương tự với nghiên cứu của M.H.Bazafkan, A.

Takdastan and A. Eslami ( 2015) [64] và Afshin Takdastan, Azadeh Eslami (2013)

[52].

3.3. Mô hình hấp phụ của than hoạt tính (PAC)

Đối tượng nghiên cứu: Chất lượng nước sông sau keo tụ bằng phèn PACl

(liều lượng phèn 10 mg/l, pH = 6,5)

Bảng 3.3. Thông số đầu vào của nước mặt sau xử lý keo tụ

pH N- NH4 UV254 Độ đục NTU COD mg/l

6,5 1,2 6,6 0,211 Coliform MNP/100ml 2,4x103 0,48

3.3.1. Xác định giá trị pH hấp phụ phù hợp

Thực hiện trên các beaker dung tích 1000 mL trên hệ thống khuấy từ. Cố

định liều lượng than 20mg/l, khảo sát biến thiên giá trị pH từ: 3, 4, 5; 6, 6,5; 7; 7,5,

8. Kết quả khảo sát ta được:

Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ

Nhìn đồ thì ta thấy, tại pH bằng 7 hiệu suất xử lý đạt hiệu quả cao nhất lần

lượt là: Độ đục là 41,67%, COD là 46,97% và UV254là 31,28%.

115

Quá trình hấp phụ phụ thuộc vào yếu tố pH, tính chất nước đầu vào có

pH=7,15. Các chất hữu cơ, cặn lơ lững tồn tại trong môi trường có pH gần như

trung tính cho nên việc hấp phụ các chất hữu cơ trong nước sẽ dễ dàng hơn ở môi

trường pH trung tính, trong trường hợp này pH = 7. Trên bề mặt than có một số

nhóm chức và pH có thể làm thay đổi điện tích của các nhóm chức này. Trong

khoảng pH >7,5 hiệu suất xử lý không cao, lí do vì trong than có lẫn tạp chất ví dụ

như Fe, bụi bẩn ( trong quá trình thí nghiệm quan sát được), và trong nước sông có thể bị nhiễm sắt, ở môi trường pH cao có sự oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ nên hiệu suất hấp phụ giảm. Khi ở pH < 6 hiệu suất thấp là do sự hấp phụ cạnh tranh của ion H+

xuất hiện trong nước. pH = 7 phù hợp cấp nước sinh hoạt cho người sử dụng, không

cần phải điều chỉnh pH làm tốn kém hóa chất.

3.3.2. Xác định thời gian hấp phụ phù hợp

Hiệu quả xử lý độ đục, COD, UV254 theo thời gian hấp phụ:

Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn độ đục theo Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn COD theo

thời gian hấp phụ của PAC thời gian hấp phụ của PAC

116

Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn UV254 theo thời gian hấp phụ của PAC

Thời gian khuấy từ ảnh hưởng quan trọng đế quá trình hấp phụ. Thời gian

khuấy trộn ngắn thì sự tiếp xúc giữa chất hữu cơ với than hoạt tính thấp. Thời gian

khuấy trộn càng lâu thì hiệu quả hấp phụ cũng giảm, lí do là than hấp phụ chất hữu

cơ tới một ngưỡng thời gian nào đó thì hệ sẽ đạt trạng thái cân bằng, sự hấp phụ gần

như bị bão hòa, hiệu suất của quá trình giảm.

Từ hai biểu đồ ta thấy tại thời gian hấp phụ ở giá trị 30 phút, hiệu quả hấp

phụ xảy ra tốt nhất, lượng chất hữu cơ bị hấp phụ cao đạt giá trị sau xử lý thấp nhất.

Vì vậy chọn thời gian hấp phụ phù hợp là 30 phút để nghiên cứu.

3.3.3. Xác định liều lượng than hấp phụ phù hợp

Khảo sát với liều lượng than dao động từ 5-50mg/L với thời gian hấp phụ

phù hợp là 30 phút được xác định ở trên. Ta được kết quả như sau:

117

Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều PAC đến quá trình hấp phụ

Dựa vào biểu đồ cho thấy, tại giá trị pH=7 và liều lượng than 20 mg/L thì

hiệu suất xử lý là cao nhất, với hiệu suất xử lý độ đục 53,33%, COD là 51,51%,

UV254 là 31,02%. Liều lượng than tăng từ 5 - 20mg/L thì hiệu quả xử lý tăng, sự

hấp phụ chất hữu cơ diễn ra tốt. Sau thí nghiệm Jartest thì lượng chất hữu cơ chủ

yếu tồn tại ở dạng hòa tan. Càng tăng liều lượng than 30 - 50mg/L thì hiệu quả xử lý

giảm dần, lượng than cao trong nước làm cho độ đục tăng.

Như vậy, qua quá trình thực hiện các thí nghiệm của quá trình hấp phụ ta rút

ra nhận xét như sau:

Hiệu quả xử lý càng giảm nếu tăng liều lượng than hoạt tính, ở thời gian

khuấy trộn khác nhau thì có giá trị liều lượng than tốt nhất cũng khác, nhưng nhìn

chung chỉ nằm ở ngưỡng từ 10-20mg/L, có thể nói đây là khoảng liều lượng thích

hợp cho thí nghiệm này.

Thời gian hấp phụ tốt nhất của thí nghiệm này được chọn ở giá trị 30 phút,

hiệu quả hấp phụ xảy ra tốt nhất, lượng chất hữu cơ bị hấp phụ cao, đường đi của đồ

thị có sự ổn định. Tại thời gian hấp phụ 30 phút, giá trị liều lượng tốt nhất là

20mg/L thì hiệu quả của quá trình hấp phụ đạt giá trị cao nhất. Vì vậy nên chọn hai

118

giá trị này là thông số phù hợp để thực hiện thí nghiệm tiếp theo. Kết quả lựa chọn

này tương tự với nghiên cứu của M.H.Bazafkan, A. Takdastan and A. Eslami

(2015) [64] và Afshin Takdastan, Azadeh Eslami (2013) [52].

3.3.4. Xác định hằng số hấp phụ và xây dựng đường đẳng nhiệt Langmuir

Tại thời gian khuấy 30 phút (thời gian khuấy tối ưu) ta được kết quả như sau:

Bảng 3.4. Mối quan hệ giữ Ce và Qe trong khoảng thời gian hấp phụ 30 phút

Chỉ tiêu Vmẫu (ml) Ce qe Ce/qe

Độ đục

UV254

COD

Liều lượng than (mg/l) 5 10 20 30 40 50 5 10 20 30 40 50 5 10 20 30 40 50 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 0,48 0,24 0,121 0,077 0,043 0,03 0,90 0,472 0,274 0,145 0,082 0,058 0,026 0,013 0,007 0,004 0,003 0,002 1,250 2,50 4,793 8,961 30,588 50 4,72 8,538 11,993 30,345 66,707 99,829 5,546 10,769 19,706 34,80 60,935 79,808 0,6 0,6 0,58 0,69 1,3 1,5 4,25 4,03 3,28 4,4 5,47 5,83 0,142 0,140 0,134 0,145 0,163 0,166

Từ số liệu ở bảng 3.4 đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir được xác định từ

phương trình hồi quy tuyến tính ở hình 3.21; 3.22; 3.23

119

Hình 3.21. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir Hình 3.22. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir

hấp phụ chất hữu cơ bởi than hoạt tính hấp phụ chất hữu cơ bởi than hoạt tính

(theo độ đục) (theo COD)

Hình 3.23. Đồ thị đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ chất hữu cơ bởi than hoạt tính

(theo UV254)

Bảng 3.5. Các thông số động học tính theo mô hình Langmuir

𝑞𝑒 = 0,021

𝑞𝑒 = 0,027

𝑞𝑒 = 0,0005

Mô hình Langmuir (theo COD) Mô hình Langmuir (theo UV254)

qmax

0,283. 𝐶𝑒 1 + 0,283. 𝐶𝑒 R2 0,818

7,606. 𝐶𝑒 1 + 7,606. 𝐶𝑒 R2 0,850

Mô hình Langmuir ( theo Độ đục) 1,88. 𝐶𝑒 1 + 1,88. 𝐶𝑒 R2 0,967 qmax KL 0,021 1,88 qmax KL 0,027 0,283 KL 0,0005 7,606

120

Nhận xét: Dựa vào phương trình Langmuir, hệ số tương quan R2(Độ đục) = 0,967; R2(COD) = 0,818; R2(UV254) = 0,850. Các giá trị R2 lớn hơn 0,8 cho thấy

tính tương thích của mô hình Langmuir đối với quá trình hấp phụ.

3.4. Xác định quá trình lọc màng MF

Đối tượng nghiên cứu: Nước sau hấp phụ PAC (pH = 7, liều lượng PAC

20mg/L, khuấy trộn khảng 30 phút).

Bảng 3.6. Thông số đầu vào của mẫu sau quá trình hấp phụ

pH Độ đục NTU COD mg/L Độ màu Pt – Co

7 0,560 371 3,3

3.4.1. Xác định thông lượng thích hợp

Vận hành mô hình ta có kết quả tương ứng như sau:

Hình 3.24. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý độ đục, độ màu, COD của MF

Quan sát các đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý của mô hình màng lọc MF cho

thấy, Hiệu quả xử lý độ đục, độ màu, COD ổn định và không có sự khác biệt đáng

kể giữa các thông lượng vận hành. Hiệu quả xử lý đối với độ đục là 100%, độ màu

là 85 – 87% và COD là 57 – 63%.

121

Sự thay đổi áp suất, thể tích nước lọc theo thời gian ở các thông lượng vận

hành được thể hiện ở biểu đồ bên dưới.

Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và thể tích nước lọc theo thời gian một chu kỳ lọc ở các thông lượng 60, 72, 84, 90, 150 L/m2h

Theo thời gian, thể tích nước lọc cũng như áp suất vào màng tăng dần. Điểm

kết thúc một chu kỳ lọc được xác định tại thời điểm áp suất vào màng đạt đến giá trị

35psi (áp suất vào màng lớn nhất có thể theo khuyến cáo của nhà sản xuất).

Thời gian của một chu kỳ lọc giảm dần theo thông lượng. Ở thông lượng 60 L/m2h thời gian lọc khoảng 2600s, ở 72 L/m2h thời gian lọc khoảng 1800s, 84 L/m2h thời gian lọc khoảng 1200s, 90 L/m2h thời gian lọc khoảng 1100, đến thông lượng 150 L/m2h thì thời gian của một chu kỳ lọc chỉ còn khoảng 500s. Điều này

tương quan với sự gia tăng áp suất vào màng đến giá trị tới hạn (35psi), thông lượng

càng cao, sự gia tăng áp suất vào màng càng nhanh. Trên đồ thị ta thấy, ở thông lượng 150 L/m2h vận tốc áp suất tăng cực nhanh theo thời gian, đường biểu diễn

gần như thẳng đứng, điều này có nghĩa khi thông lượng càng lớn (lớn hơn 90 L/m2h) thì sự gia tăng áp suất vào màng theo thời gian tăng đột biến. Do đó, việc

lựa chọn thông lượng vận hành cao sẽ không tốt cho màng.

122

Xét về thể tích nước lọc thu được trong một chu kỳ lọc thì ở thông lượng nhỏ

hơn lượng nước thu được sẽ lớn hơn do thời gian lọc kéo dài, đồng thời áp suất tăng

chậm hơn nên đứng trên quan điểm bền cho màng thì thông lượng nhỏ sẽ được lựa

chọn. Tuy nhiên, nếu chọn thông lượng quá nhỏ thì lượng nước lọc được trên một

đơn vị thời gian nhỏ, như vậy sẽ không khả thi về mặt kinh tế nhất là khi lưu lượng

nước cần xử lý lớn. Do đó, thông lượng được lựa chọn vừa phải đảm bảo tương đối

độ bền cho màng và phải khả thi về mặt kinh tế.

Ở thông lượng 60, 72 L/m2h, sự gia tăng áp suất nhìn chung tương đối chậm

theo thời gian trong khoảng thời gian đầu (áp suất tăng đến 5-7psi), sự gia tăng áp

suất vượt qua khoảng này bắt đầu tăng nhanh dần để duy trì vận tốc lọc đã lựa chọn. Khi tăng thông lượng vận hành lên đến 84, 90 L/m2h thì có sự khác biệt đáng kể,

ngay trong khoảng thời gian đầu, áp suất vào màng đã tăng nhanh theo thời gian và

xu hướng này được duy trì ở những khoảng thời gian sau của chu kỳ lọc cho đến khi

đạt đến áp suất tới hạn của màng.

Như vậy, thông lượng thích hợp qua màng được lựa chọn với đối tượng là

nước sau xử lý hấp phụ là 72 L/m2h.

3.4.2. Xác định điểm dừng rửa màng

Xác định một điểm dừng thích hợp để rửa màng ở thông lượng vận hành đã

chọn là 72 L/m2h. Kết quả thu được như sau :

123

Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất theo thể tích nước lọc được thông lượng 72L/m2h trong các chu kỳ lọc

Biểu đồ thể hiện sự thay đổi áp suất trong mỗi chu kỳ như sau: Đầu

chu kỳ khi mà thể tích nước lọc thu được nằm trong khoảng 170mL tương

ứng với áp suất tăng chậm tăng từ áp suất vào màng ban đầu đến khoảng

5psi. Trong khoảng thời gian tiếp theo, áp suất bắt đầu tăng nhanh hơn, áp

suất vào màng tăng từ 6psi lên 15psi tương ứng với thể tích nước lọc được

tăng thêm khoảng 100mL. Ở giai đoạn tiếp theo, khi áp suất vào màng tăng

từ 15 – 30psi, áp suất tăng thêm 15psi trong khi lượng nước lọc được cũng

chỉ tăng thêm 120mL. Ta thấy một sự tăng nhanh trong áp suất vào màng để

có thể duy trì được vận tốc lọc đã cài đặt. Cuối chu kỳ, áp suất tăng từ 30-

35psi, mức tăng chậm hơn so với giai đoạn trước đó. Kết thúc chu kỳ lọc,

thể tích nước lọc được khoảng 390mL.

Thay vì rửa màng khi đã đạt đến áp suất tới hạn là 35psi. Ta thấy

trong giai đoạn, khi áp suất vào màng đến ngưỡng 5psi thì lượng nước lọc

được là 170mL, tiếp theo áp suất tăng thêm 10psi trong khi lượng nước lọc

chỉ thêm được 100mL. Càng về cuối chu kỳ thì áp suất tăng càng nhanh

trong khi lượng nước lọc thêm được lại không nhiều nên có thể đánh giá là

quá trình lọc trong giai đoạn này không hiệu quả về mặt kinh tế, hơn nữa sự

gia tăng nhanh chóng của áp suất và việc vận hành màng ở áp suất cao sẽ

làm giảm tuổi thọ của màng. Giai đoạn mà áp suất vào màng ở dưới ngưỡng

5psi thì sự gia tăng áp suất tương đối chậm, đồng thời thể tích nước lọc được

trong giai đoạn này có thể xem là quyết định đối với lượng nước lọc được

trong mỗi chu kỳ. Qua đó, ta có thể thấy chu kỳ lọc nên được thiết lập dừng

và tiến hành rửa màng khi áp suất vào màng tăng đến giá trị khoảng 6-8psi,

tương ứng với thời gian lọc được khoảng ½ chu kỳ lọc (tính từ khi bắt đầu

đến khi đạt áp suất tới hạn).

124

3.4.3. Sự thay đổi áp suất và thể tích nước lọc trong quá trình vận hành

3.4.3.1. Xu hướng thay đổi áp suất giữa các chu kỳ lọc

Thí nghiệm thực hiện ở thông lượng 72L/m2h trên cùng một mẫu nước. Vận

hành mô hình đạt đến áp suất tới hạn của màng 35psi (kết thúc một chu kỳ lọc) thì

tiến hành rửa màng bằng hóa chất để khôi phục lại thông lượng của màng và tiếp

tục vận hành mô hình, bắt đầu một chu kỳ lọc mới. Thực hiện thí nghiệm với 9 chu

kỳ lọc liên tiếp. Kết quả sự thay đổi áp suất trong mỗi chu kỳ lọc sau mỗi lần rửa

màng được biểu diễn trong đồ thị ở hình 3.27.

Hình 3.27. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất theo thời gian qua các chu kỳ lọc

liên tiếp với màng rửa hóa chất sau mỗi chu kỳ

Giữa các chu kỳ lọc không có sự khác biệt đáng kể về sự gia tăng áp suất

theo thời gian,, khoảng thời gian đầu áp suất tăng chậm theo thời gian, nhưng khi áp

suất đạt trên 10 psi thì mức gia tăng áp suất nhanh dần. Tuy nhiên, xét về thời gian

thì áp suất ở chu kỳ lọc sau lớn hơn áp suất ở chu kỳ trước ở cùng thời điểm chẳng

hạn áp suất của chu kỳ 4 lớn hơn chu kỳ 3, …và thời gian của một chu kỳ lọc sau sẽ

ngắn hơn thời gian của một chu kỳ lọc trước. Nguyên nhân của hiện tượng này là do

trong quá trình vận hành, khi quá trình lọc đạt đến áp suất tới hạn thì chúng ta phải

tiến hành rửa màng để khôi phục lại thông lượng qua màng. Màng rửa qua nhiều lần

125

không đảm bảo khôi phục được áp suất vào màng như ban đầu và đến một lúc nào

đó áp suất vào màng ban đầu sẽ tăng lên đáng kể, thể tích nước lọc được giảm.

3.4.3.2. Ảnh hưởng của quá trình rửa lên áp suất vào màng và thể tích nước lọc

Thực hiện vận hành mô hình MF qua nhiều chu kỳ lọc liên tiếp trên cùng một mẫu nước với cùng một thông lượng (72L/m2h). Sau mỗi chu kỳ lọc, màng

được rửa bằng hóa chất{NaOCl 0,1% và NaOH 1%} nhằm đánh giá khả năng khôi

phục áp suất vào màng như ban đầu. Kết quả thí nghiệm được đánh giá dựa trên sự

thay đổi của áp suất vào màng ban đầu cũng như thể tích nước lọc được qua các chu

kỳ lọc liên tiếp.

Hình 3.28: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất vào màng ban đầu và thể tích nước

lọc được của mỗi chu kỳ trong quá trình vận hành màng dưới ảnh hưởng của quá

trình rửa hóa chất

Trong 9 chu kỳ lọc đầu tiên, sau mỗi chu kỳ lọc áp suất vào màng ban đầu

tăng dần, chu kỳ lọc sau cao hơn chu kỳ lọc trước, cụ thể ở chu kỳ lọc đầu áp suất

vào màng là 1 psi thì đến chu kỳ lọc thứ 9 áp suất vào màng ban đầu đã tăng lên đến

2 psi. Kết thúc chu kỳ lọc thứ 9, một quá trình rửa hóa chất được thực hiện, kết quả

cho thấy áp suất vào màng ban đầu ở chu kỳ lọc tiếp theo (chu kỳ lọc thứ 10) được

126

phục hồi như ban đầu là 1psi. Tiếp tục vận hành màng trong 11 chu kỳ lọc tiếp theo

với quá trình rửa màng vẫn được áp dụng, kết quả thu được tương tự, áp suất vào

màng ban đầu tăng dần qua các chu kỳ lọc và đến chu kỳ lọc thứ 21 áp suất lại tăng

lên đến 2,2 psi tại thời điểm này, quá trình rửa hóa chất được thực hiện và ở chu kỳ

lọc tiếp theo ta thấy áp suất vào màng ban đầu được khôi phục lại ở mức 1 psi. Thí

nghiệm dừng ở chu kỳ lọc thứ 31 với áp suất vào màng ban đầu đang ở mức 2,1 psi.

Kết quả thí nghiệm cho thấy, một quá trình rửa hóa chất có thể khôi phục

màng trở lại trạng thái gần như ban đầu. Tuy nhiên, đến một lúc nào đó, việc rửa

hóa chất cũng không đem lại hiệu quả, áp suất vào màng ban đầu không giảm sau

khi rửa thì đã đến lúc cần thay thế một module màng mới.

3.4.4. Đánh giá hiệu quả xử lý

Mẫu nước được sử dụng cho mô hình thí nghiệm MF là sau xử lý hấp phụ bởi PAC. Thực hiện nhiều thí nghiệm lặp lại ở thông lượng thích hợp 72L/m2h ta

có kết quả như sau :

Bảng 3.7. Hiệu quả xử lý của mô hình MF phòng thí nghiệm

Chỉ tiêu Đơn vị Trước xử lý Sau xử lý Hiệu quả xử lý (%)

7 7,4 - QCVN 02:2009/BYT (I) 6 – 8,5 Ph -

371 40 89 Màu Pt-Co 15

0,560 - 100 Độ đục NTU 5

3,3 1,06 68 COD mg/L -

0,27 65 Fe mg/L 0,5

0,76 2 x 103 140 93 Coliforms MPN/100mL 50

Hiệu quả xử lý cao đối với độ màu, hiệu quả trên 80%, đặc biệt đối với độ

đục lên đến 100%. COD cũng giảm trên phân nữa. Khả năng loại bỏ Fe và

Coliforms cũng đáng kể. Tuy nhiên, so sánh giá trị của các chỉ tiêu với QCVN

02:2009/BYT (I) thì độ màu, COD, Coliforms vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu cấp

nước sinh hoạt. Do đó, cần thiết phải có thêm một phương pháp xử lý tiếp theo,

phương pháp này phải là phương pháp xử lý không chỉ các chỉ tiêu cơ bản như độ

127

màu, COD, Coliforms, … mà còn phải xử lý đáng kể các chất hữu cơ bền vững để

sau xử lý không tạo ra các sản phẩm phụ gây ảnh hưởng cho người dùng nước sinh

hoạt. 3.5. Mô hình oxy hóa bậc cao với hệ O3 và hệ O3/ Fe2+ Đối tượng nghiên cứu: Chất lượng nước sau keo tụ

Bảng 3.8. Thông số đầu vào của mẫu nước mặt sau sau keo tụ

pH TOC COD mg/L Độ màu Pt-Co

7,1 18 9,5 3,3

3.5.1. Xác định giá trị pH phù hợp của hệ O3 và hệ O3/ Fe2+ 3.5.1.1. Xác định giá trị pH phù hợp của hệ Ozon đơn thuần

Cố định thời gian và lưu lượng khí sục, khảo sát biến thiên với các giá trị pH

5, 6, 7, 8, 9, 10. Ta thu được kết quả sau:

Hình 3.29. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Hình 3.30. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng

của pH đến hiệu suất xử lý độ màu của của pH đến hiệu suất xử lý COD và TOC

hệ O3 của hệ O3

Theo thực nghiệm, trong hệ Oxy hóa O3 thời gian bán phân hủy của O3 thay

đổi từ vài phút đến vài giờ và độ bền của O3 trong nước phụ thuộc nhiều vào pH.

Trong môi trường kiềm O3 dễ bị phân hủy hơn trong môi trường axit. Ở pH thấp

128

chất hữu cơ trong nước sẽ bị Oxy hóa trực tiếp bằng phân tử O3. Ở pH > 8,5 ngoài O3 các chất bẩn còn bị oxy hóa bằng tác nhân hyđroxyl *OH tạo ra từ quá trình phân hủy O3 theo phản ứng: 3O3 + H2O  2OH* + 4O2. Tốc độ phản ứng của gốc OH* trong nước lớn hơn gấp 106 – 109 lần tốc độ phản ứng của phân tử O3.

Nhìn vào đồ thị ta thấy, ở pH = 5 – 6 thì quá trình oxy hóa bằng phân tử O3

diễn ra chậm, lúc này phân tử O3 chỉ phản ứng với một số chất hữu cơ nhất định,

Sản phẩm của quá trình ozon hóa trực tiếp các chất vòng thơm bằng O3 thường là

axit hữu cơ hoặc các muối của chúng. Từ pH =7 hiệu quả xử lý bắt đầu tăng mạnh,

cho đến pH = 9 thì hiệu quả xử lý đạt cao nhất đối với độ màu là 80,12%, COD là

69,31%, TOC là 64,83% đối với quá trình O3. Nhưng khi tăng pH = 10 thì hiệu quả

xử lý có xu hướng giảm so với pH = 9. Do đó cho ta thấy rằng ở pH thích hợp thì

cho hiệu quả xử lý cao. Vậy giá trị pH phù hợp của hệ O3 là 9. 3.5.1.2. Xác định giá trị pH phù hợp của hệ O3/ Fe2+

Khảo sát thu được kết quả sau:

Hình 3.31. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Hình 3.32. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng

của pH đến hiệu suất xử lý độ màu của hệ O3/Fe2+ của pH đến hiệu suất xử lý COD và TOC của hệ O3/Fe2+

Đối với hệ O3/ Fe2+ cũng ở giá trị pH = 9 hiệu quả xử lý cao nhất với độ màu

là 93%, COD đạt tới 75,21%, TOC là 74,59%. Hiệu quả xử lý bằng O3 có xúc tác

129 đồng thể là Fe2+ được cải thiện hơn so với quá trình dùng O3 riêng biệt. Khi pH ở giá trị phù hợp là 9 thì thuận lợi cho việc hình thành gốc *OH, đồng thời sự xúc tác của Fe2+ sẽ giúp quá trình tạo ra gốc *OH nhiều hơn, lúc này gốc *OH phản ứng

không lựa chọn với gốc tự do vừa tạo ra và hợp chất hữu cơ nên tốc độ phản ứng

diễn ra nhanh hơn do đó hiệu quả xử lý được nâng cao. Nhưng khi tăng pH lên cao dẫn đến cân bằng hóa học sẽ chuyển dịch theo hướng khử của gốc *OH. 3.5.2. Xác định thời gian sục khí phù hợp của hệ O3 và hệ O3/ Fe2+ 3.5.2.1. Xác định thời gian sục khí phù hợp của hệ O3

Hình 3.33. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian sục khí đến hiệu suất xử lý độ

màu, COD và TOC của hệ O3

Với các khoảng thời gian tiếp xúc thay đổi 10; 20; 30; 40; 60; 90 phút ảnh

hưởng rất lớn đến hiệu quả xử lý độ màu, COD và TOC. Với khoảng thời gian tiếp

là 30 phút thì hiệu quả xử lý cao ở độ màu là 81%, COD là 70%, TOC là 65,07%.

Vì vậy thời gian tiếp xúc khí phù hợp là 30 phút. Nhưng khi tăng thời gian tiếp xúc

khí lên theo các mức thời gian đã chọn thì hiệu quả xử độ màu, COD và TOC lại

giảm hơn so với khoảng thời gian 30 phút. Do đó ta thấy rằng thời gian sục khí càng

tăng thì hiệu quả xử lý càng giảm. Khi tăng thời gian tiếp xúc thì sẽ dẫn đến trường

hợp dư nồng độ O3 trong quá trình xử lý. 3.5.2.2. Xác định thời gian sục khí phù hợp của hệ O3/ Fe2+

130

Hình 3.34. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian sục khí đến hiệu suất xử lý độ màu, COD và TOC của hệ O3/ Fe2+

Nhìn vào đồ thị ta thấy, trong 10 phút đầu tiên quá trình oxy hóa diễn ra nhanh do việc tạo các gốc *OH nhanh chỉ trong 10 phút mà đã có trên 50% các chất

bị oxy hóa. Sau đó quá trình xảy ra chậm hơn do các chất hữu cơ trong thời điểm

này ở dạng khó phân hủy. Quá trình đạt hiệu quả cao nhất từ 30 phút với độ màu

93,78%, COD là 75,92% và TOC là 75%. Nếu tiến hành sục khí trong khoảng thời

gian sau 30 phút thì hiệu quả xử lý COD bắt đầu giảm dần. Tại thời gian tiếp xúc

khí tốt nhất các bông cặn mịn đã được hình thành. Khi sục khí O3 với thời gian sau

mức thời gian thời gian tiếp xúc khí tốt nhất thì lúc này bông cặn sẽ dễ bị phá vỡ và

đồng thời trong thời gian lắng các phân tử O3 dư bị phân hủy thành oxy nguyên tử,

tạo bọt khí kéo các bông cặn đã lắng lên trên bề mặt và làm hệ huyền phù bền vững

trở lại nên nước có khả năng sẽ tăng độ màu. Như vậy, với thời gian tiếp xúc khí 30 phút của hệ O3/ Fe2+ thì hiệu quả xử lý cao hơn nhiều so với O3 riêng biệt.

131

3.5.3. Xác định liều lượng chất xúc tác phù hợp của hệ O3/ Fe2+

Hình 3.35. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều chất chất xúc tác đến hiệu suất xử lý độ màu, COD và TOC của hệ O3/ Fe2+

Quá trình phân hủy O3 với chất xúc tác Fe2+ có sự chuyển electron từ kim -, kế tiếp là tạo thành gốc hydroxyl

loại sang phân tử O3, tạo thành Fe3+ và gốc *O3 *OH theo cơ chế sau:

*O3

Fe2+ + O3  Fe3+ + *O3 - + H+ H O3 *OH + O2

*OH có thể oxy hóa Fe2+ dẫn đến một tỷ lệ cân bằng:

Trong điều kiện lượng chất xúc tác Fe2+ cung cấp vào quá trình dư, các gốc

Fe2+ + OH  Fe3+ + OH-

(Cân bằng: 2 Fe2+ + O3 + 2H+  2 Fe3+ + O2 + H2O)

Như vậy, khi lượng phèn cho vào hợp lý sẽ xúc tác để số gốc *OH sinh ra

nhiều nhất tăng khả năng oxy hóa các chất hữu cơ, làm giảm COD trong mẫu.

dư.

Nhưng khi cho lượng chất xúc tác vào dư thì hiệu quả xử lý giảm đáng kể do gốc *OH quay ngược trở lại oxy hóa các Fe2+

Như vậy, với liều chất xúc tác 0,5 mg/L sẽ đạt hiệu quả xử lý cao nhất đối

với nghiên cứu này, hiệu suất xử lý đạt được ở độ màu 95,39%, COD là 84,76% và

TOC là 82,17%.

132

3.5.4. Xác định liều Ozon sử dụng phù hợp đối với hệ O3 và hệ O3/ Fe2+ 3.5.4.1. Xác định liều Ozon sử dụng phù hợp đối với hệ O3

Bảng 3.9. Liều Ozon sử dụng đối với hệ Ozon

O3 Lưu lượng O3 O3 ban đầu O3 khí sục dư phản ứng (mg/h) 30 phút Hiệu suất sử dụng % L/phút (mg) (mg) (mg)

1 1,5 2 2,5 18 27 36 45 0,82 1,45 3,72 5,53 8,18 12,05 14,28 16,97 90,89 89,26 79,33 75,42 9 13,5 18 22,5

Hình 3.36. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều O3 đến hiệu suất xử lý độ màu,

COD và TOC của hệ O3

Sự thay đổi các nồng độ O3 đầu vào từ 9; 13,5; 18; 22,5mg/L ảnh hưởng rất

lớn đến hiệu quả xử lý độ màu, COD, TOC. Ở nồng độ O3 cấp vào 13,5 mg/L/30

phút thì đối với quá trình O3 hiệu quả xử lý cao nhất ở độ màu là 87,36%, COD là

82,5% và TOC là 80,92%. Khi tăng thêm nồng độ lên nữa thì hiệu quả xử lý không

chênh lệch nhau nhiều đôi khi hiệu quả lại giảm. Tăng nồng độ O3 quá nhiều sẽ

133

tăng tốc độ sáo trộn, giảm thời gian tiếp giữa pha khí và pha lỏng dẫn đến hiệu quả

không cao. Vì vậy nồng độ cấp vào phù hợp được chọn là 13,5 mg/L/30 phút. 3.5.4.2. Xác định liều Ozon sử dụng phù hợp đối với hệ O3/ Fe2+

Bảng 3.10. Liều Ozon sử dụng đối với hệ Catazon (O3/ Fe2+)

Lưu O3 O3 O3 lượng ban đầu phản O3 dư khí sục (mg/h) 30 phút ứng Hiệu suất sử dụng % (mg) L/phút (mg) (mg)

1 1,5 2 2,5 18 27 36 45 9 13,5 18 22,5 1,07 1,37 3,5 5,34 7,87 12,13 14,85 17,16 88,11 89,85 82,5 76,27

Hình 3.37. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của liều O3 đến hiệu suất xử lý độ màu, COD và TOC của hệ O3/ Fe2+

Cũng tại nồng độ 13,5 mg/L/30 phút quá trình O3/ Fe2+ đạt hiệu quả xử lý cao

nhất là với độ màu 98%, COD là 89,01%, TOC là 88,7%. Sự kết hợp O3 với xúc tác Fe2+ cho hiệu quả cao hơn nhiều so với O3 riêng biệt. Việc cung cấp nồng độ O3 dư

ngoài tăng khả năng sáo trộn, giảm thời gian tiếp xúc giữa hai pha đẫn đến giảm

134

hiệu quả xử lý thì một sự giải thích tương tự như ở quá trình xác định định thời gian

tiếp xúc tốt nhất, đối với việc dư nồng độ O3 cũng làm giảm hiệu quả xử lý, khi

nồng độ O3 cấp vào dư thì các bọt khí sẽ tạo ra nhiều làm giảm khả năng lắng của

bông cặn đồng thời tái tạo hệ huyền phù bền vững và nhanh hơn. 3.5.5. So sánh hiệu suất xử lý của hệ O3 và hệ O3/Fe2+

Hình 3.38. Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý độ màu giữa hệ O3 và O3/Fe2+ Hình 3.39. Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý COD giữa hệ O3 và hệ O3/Fe2+

Hình 3.40. Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý TOC giữa hệ O3 và hệ O3/Fe2+

Qua ba biểu đồ trên, kết quả khảo sát quá trình Oxy hóa bậc cao với hệ O3 và hệ O3/ Fe2+ cho thấy hệ O3/ Fe2+ có hiệu suất xử lý đạt cao hơn hệ O3 với độ màu là 98% COD là 89,01%, TOC là 88,7%. Như vậy, hệ O3/ Fe2+ được chọn cho dây

chuyền xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng. Với giá trị pH = 9, liều khí

sục là 1,5L/phút, sục 30 phút với tổng liều O3 là 13,5mg/l, thời gian tiếp xúc khí là

30 phút và liều chất xúc tác là 0,5mL/L được sử dụng cho xử lý nước sau keo tụ.

135

Như vậy, hiệu suất xử lý của phương pháp oxy hóa bậc cao với hệ O3 và hệ O3/ Fe2+ cho thấy rằng, nếu chỉ xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng bằng

phương pháp này không thì không thể nào loại bỏ hết được các chất hữu cơ hòa tan

và dinh dưỡng hiện diện trong mẫu nước. Do đó, trong dây chuyền xử lý cần phải

kết hợp phương pháp này với các phương pháp đã nghiên cứu là keo tụ, hấp phụ

qua PAC và lọc MF.

3.6. Đề xuất dây chuyền công nghệ

Qua kết quả nghiên cứu các phương pháp xử lý ta có sơ đồ dây chuyền công

nghệ xử lý nước mặt ô nhiễm như hình 3.36.

Với dây chuyền công nghệ xử lý này ta tiến hành vận hành thử nghiệm với

các thông số sau:

1. Keo tụ bằng phèn PACl liều lượng 10mg/Lvà pH 6,5

2. Hấp phụ bằng than hoạt tính với liều lượng 20 mg/L, pH = 7, thời gian hấp

phụ 30 phút.

3. Lọc MF với thông lượng vận hành 72 L/m2h.

4. Nước sau xử lý qua các công đoạn trước đó thì các chất ô nhiễm đã phần

nào được giải quyết đáng kể. Do đó, nhằm tăng hiệu quả về tính kinh tế, tránh trường hợp lãng phí Ozon và Fe2+ 2% bị dư nên các thông số của quá trình Oxy hóa

nâng cao sẽ được chọn như sau: với hệ O3 pH = 9, lưu lượng khí sục 1L/phút, thời gian sục 30 phút; Các thông số tương tự với hệ O3/Fe2+ nhưng bổ sung thêm Fe2+

2% 0,3mL/L.

Kết quả thu được sau quá trình vận hành thử nghiệm dây chuyền công nghệ

được trình bày ở bảng bên dưới:

136

Bảng 3.11. Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong mẫu nước sau xử lý của hai dây

chuyền công nghệ xử lý với hệ O3 và hệ O3/ Fe2+

Sau xử lý

TT Đơn vị Chỉ tiêu phân tích Trước xử lý QCVN 02:2009/ BYT (I) QCVN 08:2015/ BTNMT (A2)

Dây chuyền công nghệ với hệ O3

7,15 Dây chuyền công nghệ với hệ O3/ Fe2+ 7,0 pH - 7,5 6 – 8,5 6 – 8,5 1

1 Màu Pt-Co 1125 0 - 15 2

< 3 COD 19 < 3 15 - 3

< 0,01 < 0,01 0,3 3 4 N-NH4

0,02 0,01 0,05 - 5 N-NO2

< 0,012 < 0,012 5 - 6 N-NO3

mg/L + mg/L - mg/L - mg/L 3- mg/L < 0,005 < 0,005 0,2 - 7 P-PO4

Fe mg/L 3,85 0,05 0,2 1 0,5 8

TOC mg/L 6,07 0,5 0,3 - 9

10 E.coli 0 0 50 0 MPN/ 100mL

Hai dây chuyền công nghệ xử lý nguồn nước mặt bị ô nhiễm đều đạt quy

chuẩn cấp nước sinh hoạt. Khi so sánh hiệu suất xử lý của hai dây chuyền công nghệ ta thấy rằng, hiệu suất xử lý TOC của dây chuyền công nghệ với hệ O3/Fe2+

cao hơn dây chuyền công nghệ với hệ O3, với hiệu suất xử lý là 95,05%. Tuy nhiên, hàm lượng Fe ở hệ O3/Fe2+ cao hơn hệ O3, nhưng ở hàm lượng này là không đáng

kể.

BỂ CHỨA HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ BƠM ĐIỀU CHỈNH pH

BỂ CHỨA PACl VÀ THIẾT BỊ BƠM ĐO ĐỊNH LƯỢNG

BỂ CHỨA Fe2+ VÀ THIẾT BỊ BƠM ĐO ĐỊNH LƯỢNG

PAC

THIẾT BỊ HẤP THU OZON (DUNG DỊCH KI)

MÁY KHUẤY

1 4 1

BỂ PHẢN ỨNG O3/Fe2+

NƯỚC RA

BỂ KEO TỤ

BỂ CHỨA NƯỚC THÔ

MÁY PHÁT OZON

NƯỚC SAU RỬA MÀNG ĐỊNH KỲ

Hình 3.41. Dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nhằm phục vụ cấp nước sinh hoạt

142

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Sự kết hợp các phương pháp như keo tụ bởi phèn PACl, hấp phụ bằng PAC, lọc MF và oxy hóa bậc cao giữa hệ O3 hoặc hệ O3/Fe2+ đã xử lý có hiệu quả đối với

nguồn nước mặt bị ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng của sông Sài Gòn. Trong đó:

Quá trình keo tụ bởi phèn PACl chỉ liều lượng nhỏ là 10mg/L, pH=6,5 nhưng

đạt hiệu suất xử lý cao COD là 49,62%, UV254 là 49,76%.

Hấp phụ bằng PAC xử lý nước sau keo tụ với liều nhỏ PAC là 20mg/L, thời

gian hấp phụ 30 phút, ph=7 đã xử lý được COD là 51,51%, UV254 là 31,02%, ngoài

ra nó còn đóng vai trò như là một chất tiền xử lý làm giãm sự tắt nghẽn màng.

Lọc MF xử lý nước sau hấp phụ với thông lượng đạt kết quả cao, nước sau lọc thu hồi nhiều đảm bảo an toàn cho màng lọc là 60L/m2h. Nhưng để đảm bảo tính khả thi về mặt kinh tế nên thông lượng được chọn là 72L/m2h với hiệu suất xử

lý độ đục 100%, COD 68%, Fe 65%, Coliforms 93%. Điểm dừng rửa màng được

lựa chọn khi áp suất vào màng tăng đến giá trị khoảng 6-8psi.

Oxy hóa bậc cao xử lý nước sau keo tụ với hệ O3 tại pH=9, lưu lượng khí sục

1,5L/phút, thời gian sục 30 phút (13,5mgO3) đạt COD 82,5%; TOC 80,92%. Cũng với các thông số vận hành đó nhưng với liều chất xúc tác Fe2+ 2% 0,5mL/L thì hiệu

suất xử lý cao hơn với COD 89,01%; TOC 88,7%. Đối với Oxy hóa bậc cao xử lý

nước sau lọc qua màng thì ta chọn lưu lượng khí sục 1 L/phút, thời gian sục 30 phút (9mgO3), liều chất xúc tác Fe2+ 2% 0,3mL/L để tránh trường hợp dư thừa lãng phí.

Qua những số liệu trên cho thấy rằng, dây chuyền công nghệ đề xuất có quá

trình xử lý chỉ sử dụng với những liều lượng nhỏ nhưng cho hiệu suất xử lý cao.

Nguồn nước sau xử lý qua dây chuyền công nghệ trên đạt quy chuẩn cấp

nước của Bộ Y Tế (QCVN 02:2009/BYT), với hiệu quả xử lý TOC bởi dây chuyền công nghệ có sự tham gia của hệ O3/Fe2+ lên đến 95,05%.

143

Như vậy, với dây chuyền công nghệ bao gồm keo tụ PACl, hấp phụ bởi PAC, lọc MF, Oxy hóa bậc cao với hệ O3/Fe2+ có thể áp dụng xử lý nguồn nước mặt

có nồng độ ô nhiễm cao và có thể làm giảm đáng kể lượng chất hữu cơ khó phân

hủy tồn tại trong nguồn nước. Bên cạnh đó, việc áp dụng Oxy hóa bậc cao bởi hệ O3 hoặc O3/Fe2+ thay thế cho việc khử trùng nước bằng Clo, phần lớn sẽ không sinh các sản phẩm phụ gây hại cho người sử dụng trong thời gian dài.

2. Kiến Nghị

Thời gian nghiên cứu tương đối ngắn nên kết quả thu được chỉ có thể phản

ánh được hiệu suất xử lý ở các khoảng hẹp. Tuy nhiên, kết quả từ quá trình nghiên

cứu này có thể là nền tảng cơ bản cho nhiều nghiên cứu khoa học sâu hơn về xử lý

nguồn nước ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng.

Để có thể áp dụng công nghệ nghiên cứu vào thực tế và mang lại hiệu quả

kinh tế cao, đề nghị các nghiên cứu tiếp theo nghiên cứu ở mô hình pilot, xem xét

chi phí xây dựng, vận hành của công nghệ.

144

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu trong nước

[1]. Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam (2014). Quyết định về việc

chứng nhận đủ điều kiện hoạt động dịch vụ quan trắc môi trường của Bộ Trưởng Bộ

Tài nguyên và Môi trường. Số: 1152/QĐ-BTNMT. Hà Nội;

[2]. Cấp nước Đồng Nai [online], viewed 07/9/2016, from:<

http://www.dowaco.vn/gioi-thieu.aspx>;

[3]. Tổng Cục Môi Trường (2011). Giới thiệu hệ thống sông Sài Gòn – Đồng

Nai [online], viewed 08/09/2016, from:<

http://www.quantracmoitruong.gov.vn/LVS_content/tabid/363/cat/256/nfriend/1161

001/language/vi-VN/Default.aspx>;

[4]. Chi Cục Bảo vệ môi trường tp.HCM (2015,2016). Báo cáo Tóm tắt hiện

trạng chất lượng môi trường tp.HCM năm 2015, 2016 [online], viewed 08/09/2016,

from:< http://bnews.vn/o-nhie-m-moi-truo-ng-song-sa-i-go-n-dang-ha-p-ho-i-

/5696.html>;

[5]. Đặng Viết Hùng và cộng sự, (2009). Đề xuất kế hoạch cấp nước an toàn

cho Nhà máy nước Tân Hiệp. Tạp chí phát triển Khoa học và Công nghệ, tập 12, số

02-2009, tr.85 – 96;

[6]. Đào Nhung (2016). Phương pháp keo tụ tạo bông trong xử lý nước thải.

[online], viewed 08/9/2016 from:http://congnghexulynuocthaivn.com/xu-ly-nuoc-

thai/phuong-phap-keo-tu-tao-bong-trong-xu-ly-nuoc-thai-cong-nghiep/;

[7]. Đậu Tất Thành (2015). Ô nhiễm môi trường, sông Sài Gòn đang "hấp

hối" [online], viewed 08/09/2016, from:< http://bnews.vn/o-nhie-m-moi-truo-ng-

song-sa-i-go-n-dang-ha-p-ho-i-/5696.html>;

[8]. Đậu Tất Thành (2016). Công ty TNHH nông sản Việt Phước vứt hàng

trăm xác lợn chết ra khu vực thượng nguồn sông Sài Gòn. [online], viewed

08/09/2016, from:< http://tapchimoitruong.vn/pages/article.aspx?item >

145

[9]. Đức Hạnh (2013). Sông Sài Gòn sắp thành sông… Thị Vải [online],

viewed 08/09/2016, from:< http://vtv.vn/trong-nuoc/song-sai-gon-sap-thanh-song-

thi-vai-109213.htm>;

[10]. Hệ thống cấp nước thành phố Đà Nẵng [online], viewed 07/9/2016,

from:< www.danang.gov.vn/.../Co_so_ha_tang/>;

[11]. Hồ Dầu Tiếng [online], viewed 07/9/2016, from:<

http://www.tinmoitruong.vn/tam-nhin/hut-hoi-vi-day-man-cho-song-sai-

gon_45_22224_1.html/>;

[12]. Hoài Linh (2016). Khách du lịch đi thuyền thưởng ngoạn cảnh trên

kênh Nhiêu Lộc, TP.HCM [online], viewed 08/09/2016, from:

tu/1222690.html>

[13]. Hội quy hoạch phát triển đô thị Việt Nam (2011). Triển vọng từ đô thị

cảng Nam Sài Gòn [online], viewed 08/9/2016, from:<

http://ashui.com/mag/chuyenmuc/quy-hoach-do-thi/5631-trien-vong-tu-do-thi-cang-

nam-sai-gon.html>;

[14]. Hồng Quang (2016). Cá chết nổi trắng sông Sài Gòn" [online], viewed

08/09/2016, from:< http://baobinhphuoc.com.vn/Content/ca-chet-noi-trang-song-

sai-gon-62508>;

[15]. K.Liên (2016). Lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai: Truy tìm chất ô

nhiễm mới [online], viewed 08/09/2016, from:<

http://baotainguyenmoitruong.vn/moi-truong-va-phat-trien/201607/luu-vuc-song-

sai-gon-dong-nai-truy-tim-chat-o-nhiem-moi-2712296/

[16]. K.Vinh - P.Hiếu (2015). Phát triển kinh tế ven sông Sài Gòn- Kỳ 1

[online], viewed 08/09/2016, from:< http://baobinhduong.vn/phat-trien-kinh-te-ven-

song-sai-gon-ky-1-a121618.html/>;

146

[17]. K.Vinh - P.Hiếu (2015). Phát triển kinh tế ven sông Sài Gòn- Kỳ 2

[online], viewed 08/09/2016, from:< http://baobinhduong.vn/phat-trien-kinh-te-ven-

song-sai-gon-ky-2-a121666.html>;

[18]. Lâm Minh Triết (2007). Tầm quan trọng của sông Sài Gòn [online],

08/09/2016, from:< viewed

http://www.envietnam.org/E_News/E_246/Tam_quan_trong_cua_song_Sai_Gon.ht

ml>;

[19]. Lê Hiền (2015). Báo động ô nhiễm sông Sài Gòn [online], viewed

08/09/2016, from:

[20]. Lê Hiền (2015). Cần cứu sông Sài Gòn trước khi quá muộn [online],

20150727214914039.htm>;

viewed 08/09/2016, from:< http://baotintuc.vn/xa-hoi/can-cuu-song-sai-gon-truoc-

khi-qua-muon-20160728214602340.htm>;

[21]. Lê Thanh Khương và Nguyễn Hoàng Kỳ. Nghiên cứu ứng dụng quá

trình oxy hóa bậc cao để xử lý nước thải công nghiệp. Báo cáo nghiên cứu khoa

học, Khoa Công nghệ Sinh học – Môi trường – Đại học Lạc Hồng;

[22]. Lê Văn Cát, (2002). Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước

và nước thải. NXB Thống kê, Hà Nội;

[23]. Mậu Trường (2012). Bột than đá gây ô nhiễm sông Sài Gòn [online],

viewed 08/09/2016, from:< http://tuoitre.vn/tin/chinh-tri-xa-hoi/20120605/bot-than-

da-gay-o-nhiem-song-sai-gon/495165.html>;

[24]. Minh Khanh (2015). Nhiều hệ lụy từ nước “bẩn” [online], viewed

07/9/2016, from:< http://nld.com.vn/thoi-su-trong-nuoc/nhieu-he-luy-tu-nuoc-ban-

20150824213303574.htm>;

[25]. Minh Tâm (2016). Hồ Dầu Tiếng tạm ngưng xả nước 15 ngày [online],

viewed 08/9/2016, from:< http://m.voh.com.vn/chinh-tri-xa-hoi/tu-ngay-1-4-ho-

dau-tieng-tam-ngung-xa-nuoc-15-ngay-198615.html>;

[26]. Minh Tuấn (2013). Hồ Dầu Tiếng – Công trình thủy lợi bậc nhất Việt

Nam [online], viewed 08/9/2016, from:< http://vccinews.vn/news/10427/.html>;

147

[27]. Nguyễn Đình Mười. Tìm nguồn nước mới cho TP.HCM [online],

viewed 05/9/2016,from:

[28]. Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003). Công nghệ

sinh học môi trường – tập 1, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM;

[29]. Nguyễn Huy Phú và Nguyễn Hồng Phương. Nghiên cứu xử lý nước

thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hóa nâng cao. Đồ án học phần xử lý nước,

Viện KHCN&QLMT – Đại học Công nghiệp tp.HCM,

[30]. Nguyễn Tiến Văn, Ngô Thị Hồng Vân, (2013). Nghiên cứu xử lý nước

cấp bằng công nghệ PAC kết hợp lọc màng. Báo cáo nghiên cứu khoa học, Khoa

Công nghệ Sinh học – Môi trường Trường ĐH Lạc Hồng;

[31]. Nguyễn Thị Thanh Ngọc (2010). Đánh giá chất lượng nguồn nước cấp

sinh hoạt tại trạm bơm Bến Than, nhà máy nước Tân Hiệp. Luận văn Thạc sĩ sinh

học, Trường Đại học Sư phạm tp.HCM;

[32]. Nguyễn Thúy Anh (2003). Đánh giá tài nguyên nguồn nước mặt sông

Sài Gòn. Đồ án tốt nghiệp - Trường Đại học Công nghệ tp.HCM;

[33]. Nguyệt Triều (2016). Bình Dương dừng lấy nước sông Sài Gòn do độ

mặn vượt mức [online], viewed 08/9/2016, from:< http://vnexpress.net/tin-tuc/thoi-

su/binh-duong-dung-lay-nuoc-song-sai-gon-do-do-man-vuot-muc-3379357.html>;

[34]. Nguyễn Văn Phước và cộng sự (2010). Nghiên cứu xử lý nước thải cồn

bằng hệ quang hóa – Ozon. Tạp chí phát triển Khoa học và Công nghệ, Tập 13, số

M2- 2010;

[35]. Nhà máy nước Cẩm Thượng - TP. Hải Dương, [online], viewed

07/9/2016, from:< www.lawaco.com/tintrongloai.php?idLT=3>;

[36]. Nhà máy nước Đà Lạt - Công Ty Cấp Thoát Nước Lâm Đồng [online],

viewed 07/9/2016, from:< www.lawaco.com/tintrongloai.php?idLT=3>;

[37]. Nhật Linh (2012). Cứu kênh rạch: Cần sự quyết tâm, chung tay

[online], viewed 07/9/2016, from:< http://www.baomoi.com/cuu-kenh-rach-can-su-

quyet-tam-chung-tay/c/7699830.epi>;

148

[38]. Sơn Trần (2013). Nóng chuyện môi trường [online], viewed 08/9/2016,

from:< http://baotayninh.vn/nong-chuyen-moi-truong-a50554.html>;

[39]. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Dương (2016). Chỉ số chất

lượng nước tại các sông và rạch trên địa bàn tỉnh Bình Dương tháng 5/2016

[online], viewed 07/9/2016, from:< http://stnmt.binhduong.gov.vn/3cms/chi-so-

chat-luong-nuoc-(wqi)-tai-cac-song-va-rach-tren-dia-ban-tinh-binh-duong-thang-5-

nam-2016.htm>;

[40]. Sông Sài Gòn [online], viewed 08/09/2016, from:<

https://vi.wikipedia.org/wiki/S%C3%B4ng_S%C3%A0i_G%C3%B2n>;

[41]. Tạ Văn Phương, (2006). Ứng dụng Ooon xử lý nước và vi khủn Vibrio

spp trong bể ương ấu trùng tôm sú. Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2006, tr. 25-33;

[42]. Thanh Huyền (2009). Cần cộng đồng trách nhiệm để cứu sông Sài Gòn

[online], viewed 08/09/2016, from:<

http://dwrm.gov.vn/index.php?language=vi&nv=news&op=Tai-nguyen-nuoc/Can-

cong-dong-trach-nhiem-de-cuu-song-Sai-Gon-713>

[43]. Thảo Hương (2016). Nước rỉ từ bãi rác đe dọa nguồn nước uống của

người dân TP.HCM [online], viewed 08/09/2016, from:<

http://www.baomoi.com/nuoc-ri-tu-bai-rac-de-doa-nguon-nuoc-uong-cua-nguoi-

dan-tp-hcm/c/18785434.epi>;

[44]. Thư viện tỉnh Bình Dương (2012). Giới thiệu chung về Bình Dương

[online], viewed 08/09/2016, from:<

http://www.thuvienbinhduong.org.vn/?ArticleId=ee9518b8-fa6c-407f-bb4a-

f14040cb9562>;

[45]. Tô Văn Trường . Tiêu thoát nước ở Thành phố Hồ Chí Minh [online],

viewed 08/9/2016, from:< http://www.vncold.vn/Web/Content.aspx?distid=136>;

[46]. Tổng cục Thống kê, (2014). Niên giám thống kê Việt Nam năm 2014,

Nhà xuất bản thống kê Việt Nam;

[47]. Trần Đực Hạ. Công nghệ lọc màng – cơ sở lý thuyết và ứng dụng để xử

lý ô nhiễm nước. Bộ môn cấp thoát nước – Môi trường nước – Trường Đại học xây

149

dựng, from:< http://cie.net.vn/vn/Thu-vien/Hoi-thao-Hoi-nghi/Bo-bai-giang-Khoa-

hoc-Cong-nghe-Mang-Membrane-Technology-2011.aspx>

[48]. Trần Ngọc Phú (2004). Nghiên cứu và thiết kế mô hình xử lý nước thải

dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ kết hợp ooon hoá quy mô bán thực địa. Luận

văn thạc sĩ, khoa học Môi trường, trường Đại học Khoa học tự nhiên - ĐHQG Hà

Nội;

[49]. Trịnh Xuân Lai, (2004). Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp.

NXB xây dựng, Hà Nội.

[50]. UBND tp.HCM (2011). Nguồn nước và thủy văn [online], viewed

08/09/2016,from:

sts/Posts/Post.aspx?List>;

[51]. Văn Yên (2016). Ô nhiễm nguồn nước Sài Gòn đã ở mức báo động?

[online], viewed 08/09/2016, from:< http://www.baomoi.com/o-nhiem-nguon-

nuoc-sai-gon-da-o-muc-bao-dong/c/19300629.epi>

Tài liệu nước ngoài

[52]. Afshin Takdastan et al., (Summer 2013). Using of powdered activated

carbon as coagulant aid in Total organic carbon removal in Koot Amir Water

treatment plant. Jundishapur Journal of Health Sciences, Vol.5, Serial No.2, pp.

117-127;

[53]. Cao Yun, (2012). The evaluation of two different PAC operations in

combination with submerged ceramic MF membranes in surface water treatment.

Master Thesis, Faculty of Civil Engineering and Geosciences - Delft University of

Technology, Delft;

[54]. Chu et al., (2003). Trihalomethane formation in contaminated surface

water and its control by membrane bio- reactor. (Thesis). University of Hong

Kong, Pokfulam, Hong Kong SAR. Retrieved from

http://dx.doi.org/10.5353/th_b2974405;

150

[55]. Chunmao Chen et al., (2013). Advanced ozone treatment of heavy oil

reﬁning wastewater by activated carbon supported iron oxide. Journal of

Industrial and Engineering Chemistry xxx (2013) xxx–xxx;

[56]. Enling Hu et al., (2015). Catalytic ozonation of simulated textile dyeing

wastewater using mesoporous carbon aerogel supported copper oxide catalyst.

Journal of Cleaner Production (2015), doi: 10.1016/j.jclepro.2015.06.127;

[57]. GAO Bao-yu et al., (2005). Natural Organic Matter (NOM) Removal

from Surface Water by Coagulation. Journal of Environmental Science

Vol.17,No.1, pp.124 – 127,2005;

[58]. Hanahan Water Treatment Plant, [online], viewed September 7, 2016,

from: ;

[59]. Hendersonville Water Treatment Plant, [online], viewed September 7,

2016, from: ;

[60]. Johnson et al., (2000). Physical & Aggregate properties. Approved by

Standard Methods Committee, 2-44;

[61]. Jonas Margot et al., (2013). Treatment of micropollutants in municipal

wastewater: Ozone or powdered activated carbon?. Science of the Total

Environment 461–462 (2013) 480–498;

[62]. Kandy South Water Treatment Plant Sri Lanka, [online], viewed

September 7, 2016, from: www.jwrc- <

net.or.jp/aswin/en/newtap/report/NewTap_005.pdf>;

[63]. Kelani Right Bank Water Treatment Plant Sri Lanka, [online], viewed

September 7, 2016, from: www.jwrc- <

net.or.jp/aswin/en/newtap/report/NewTap_012.pdf>;

[64]. M.H.Bazafkan et al., (2015). Survey of Poly Aluminum Chloride with

Powdered Activated Carbon as Coagulant Aid in TOC Removal from Karoon River

in Iran. International Conference on Chemical, Environmental and Biological

Sciences (CEBS-2015) March 18-19, 2015 Dubai (UAE);

151

[65]. Michael Furrey et al., (2000). Microfiltration for Treatment of Waste

Filter Washwater at a North Jersey Surface Water Treatment Plant. American

Water Works Association, Water Quality Technology Conference Proceedings;

[66]. P.M. Alva´rez’ et al., (2009). A comparison between catalytic ozonation

and activated carbon adsorption/ozone-regeneration processes for wastewater

treatment. Applied Catalysis B: Environmental 92 (2009) 393–400;

[67]. R. Andreozzi et al., (1995). The use of manganese dioxide as a

heterogeneous catalyst for oxalic acid ozonation in aqueous solution. Applied

Catalysis A: General 138 (1996) 75-81;

[68]. Ramesh Thiruvenkatachari et al., (2005). A novel method of powdered

activated carbon (PAC) pre-coated microﬁltration (MF) hollow ﬁber hybrid

membrane for domestic wastewater treatment. Colloids and Surfaces A:

Physicochem. Eng. Aspects 274 (2006) 24–33;

[69]. Rawal Lake Water Treatment Plant Rawalpindi, Pakistan, [online],

viewed September 7, 2016, from: < www.jwrc-

net.or.jp/aswin/en/newtap/report/NewTap_025.pdf>;

[70]. Rein Munter, (2001). Advanced oxidation processes – Current status

and prospects. Proc. Estonian Acad. Sci. Chem., pp59–80;

[71]. Rice, Eugene W et al., (2012). Standard methods for the examination of water and wastewater. 22nd ed, D.C. American Water Works Association,

Washington;

[72]. Sangho Lee et al., (2007). Effect of membrane properties and

pretreatment on ﬂux and NOM rejection in surface water nanoﬁltration. Separation

and Puriﬁcation Technology 56 (2007) 1–8;

[73]. Seo GT et al., (2004). Long term operation of high concentration

powdered activated carbon membrane bio-reactor for advanced water treatment.

Water Science and Technology, 2004;50(8):81-7;

152

[74]. Sungai Perak Water Treatment Plant, [online], viewed September 6,

pembersihan-air/>;

2016, from: < http://www.lap.com.my/bi/index.php/community1/perkhidmatan-khas/loji-

[75]. T. Suzuki et al., (1998). Removal of soluble organics and manganese

by a hybrid MF hollow fiber membrane system. Presented at the Conference on

Membranes in Drinking and Industrial Water Production, Amsterdam,

September 21-24, 1998;

[76]. Tomaszewska M, Mozia S (2002). Removal of organic matter from

water by PAC/UF system. Water Res. 2002 Sep;36(16):4137-43.

[77]. The Water Treatment Plant at Australia, [online], viewed September 7,

sewerage-systems/water-treatment>;

2016, from: < https://www.sawater.com.au/community-and-environment/our-water-and-

[78]. The Willamette Water Supply Program, [online], viewed September 7,

2016, from: < https:// http://www.ourreliablewater.org/quality-water-after-filtration/>;

Tomaszewska M et al., (2002). Removal of organic matter from water by PAC/UF

system. Water Research, 2002 Sep;36(16):4137-43;

[79]. Treguer R et al., (2009). Ozonation effect on natural organic matter

adsorption and biodegradation--application to a membrane bioreactor containing

activated carbon for drinking water production. Water Research, 2010

Feb;44(3):781-8;

[80]. Waikato River water treatment, [online], viewed September 6, 2016,

from: https://www.watercare.co.nz/about-watercare/our-services/waikato-river-

water-treatment/Pages/default.aspx;

[81]. Water Treatment Process of Tampa Water Treatment Plant, [online],

process-slideshow>;

viewed September 7, 2016, from: < https://www.tampagov.net/water/water-treatment-

[82]. Wei Gao et al., (2011). Membrane fouling control in ultraﬁltration

technology for drinking water production: A review. Desalination 272 (2011) 1–8;

153

[83]. Wellawaya Water Treatment Plant Uva Province, Sri Lanka, [online],

water-after-filtration/>;

viewed September 7, 2016, from: < https:// http://www.ourreliablewater.org/quality-

[84]. Yali Song et al., (2015). Powder Activated Carbon Pretreatment of

Microfiltration Membrane for the Treatment of Surface Water. International Journal

of Environmental Research and Public Health, 2015 Sep; 12(9): 11269–11277;

[85]. Yifei Guo et al., (2012). The Application and Reaction Mechanism of

Catalytic Ozonation in Water Treatment. Journal of Environmental & Analytical

Toxicology 2012, 2 – 7, http://dx.doi.org/10.4172/2161-0525.1000150;

[86]. Yoshihiko Matsui et al., (2015). Effects of super-powdered activated

carbon pretreatment on coagulation and trans-membrane pressure buildup during

microﬁltration. Water Research, 43 (2009) 5160–5170;

[87]. Yun-Hwei Shen et al., (1998). Removal of dissolved organic carbon by

coagulation and adsorption from polluted source water in southern Taiwan.

Environment International, Vol. 24, No. 4, pp. 497-503;

154

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1: CÁC QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA

QCVN 08-MT:2015/BTNMT

QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT

National technical regulation on surface water quality

1. QUY ĐỊNH CHUNG

1.1. Phạm vi áp dụng

1.1.1. Quy chuẩn này quy định giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt.

1.1.2. Quy chuẩn này áp dụng:

- Đánh giá và quản lý chất lượng của nguồn nước mặt, làm căn cứ cho việc

bảo vệ và sử dụng nước một cách phù hợp.

- Làm căn cứ để lập, phê duyệt quy hoạch sử dụng nước theo các mục đích

sử dụng xác định.

- Đánh giá sự phù hợp của chất lượng nước mặt đối với quy hoạch sử dụng

nước đã được phê duyệt.

- Làm căn cứ để kiểm soát các nguồn thải vào nguồn tiếp nhận, đảm bảo

nguồn nước mặt luôn phù hợp với mục đích sử dụng.

- Làm căn cứ để thực hiện các biện pháp cải thiện, phục hồi chất lượng nước.

1.2. Giải thích từ ngữ

Nước mặt là nước chảy qua hoặc đọng lại trên mặt đất, sông, suối, kênh,

mương, khe, rạch, hồ, ao, đầm.

2. QUY ĐỊNH KỸ THUẬT

Giá trị giới hạn của các thông số chất lượng nước mặt được quy định tại

Bảng 1.

Bảng 1: Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt

Giá trị giới hạn

TT Thông số Đơn vị A B

1 2 A1 6-8,5 4 A2 6-8,5 6 B1 5,5-9 15 B2 5,5-9 25 mg/l pH BOD5 (20°C)

155

COD Ôxy hòa tan (DO)

2 tính theo N) 3 tính theo N)

3- tính theo P)

Clorua (Cl-) Florua (F-)

3 4 5 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) + tính theo N) 6 Amoni (NH4 7 8 Nitrit (NO- 9 10 Nitrat (NO- 11 Phosphat (PO4 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l µg/l 10 ≥ 6 20 0,3 250 1 0,05 2 0,1 0,05 0,01 0,005 0,02 0,01 0,05 0,1 0,5 0,1 0,1 0,001 0,5 0,1 0,1 15 ≥ 5 30 0,3 350 1,5 0,05 5 0,2 0,05 0,02 0,005 0,02 0,02 0,1 0,2 1,0 0,1 0,2 0,001 1 0,2 0,1 30 ≥ 4 50 0,9 350 1,5 0,05 10 0,3 0,05 0,05 0,01 0,05 0,04 0,5 0,5 1,5 0,1 0,5 0,001 1,5 0,4 0,1 50 ≥ 2 100 0,9 - 2 0,05 15 0,5 0,05 0,1 0,01 0,05 0,05 1 1 2 0,1 1 0,002 2 0,5 0,1

26 µg/l 0,02 0,02 0,02 0,02

27 µg/l 0,1 0,1 0,1 0,1

28 µg/l 1,0 1,0 1,0 1,0

29 µg/l 0,2 0,2 0,2 0,2

30 mg/l 0,005 0,005 0,01 0,02

31 mg/l 1 1 0,3 0,5

32 mg/l 4 - - - Xyanua (CN-) Asen (As) Cadimi (Cd) Chì (Pb) Crom VI (Cr6+) Tổng Crom Đồng (Cu) Kẽm (Zn) Niken (Ni) Mangan (Mn) Thủy ngân (Hg) Sắt (Fe) Chất hoạt động bề mặt Aldrin Benzene hexachloride (BHC) Dieldrin Tổng Dichloro diphenyl trichloroethane (DDTS) Heptachlor & Heptachlorepoxide Tổng Phenol Tổng dầu, mỡ (oils & grease) Tổng các bon hữu cơ (Total Organic Carbon, TOC)

33 Tổng hoạt độ phóng xạ α Tổng hoạt độ phóng xạ β 34 0,1 1,0 0,1 1,0 0,1 1,0 0,1 1,0

35 Coliform 2500 5000 7500 10000

Bq/I Bq/I MPN hoặc CFU /100 ml

156

36 E.coli 20 50 100 200 MPN hoặc CFU /100 ml

Ghi chú:

Việc phân hạng A1, A2, B1, B2 đối với các nguồn nước mặt nhằm đánh giá và

kiểm soát chất lượng nước, phục vụ cho các mục đích sử dụng nước khác nhau,

được sắp xếp theo mức chất lượng giảm dần.

A1 - Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (sau khi áp dụng xử lý thông

thường), bảo tồn động thực vật thủy sinh và các mục đích khác như loại A2, B1 và

B2.

A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ

xử lý phù hợp hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2.

B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác

có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2.

B2 - Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng

thấp.

157

QCVN 02: 2009/BYT

QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA

VỀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SINH HOẠT

(National technical regulation on domestic water quality)

PHẦN I.

QUY ĐỊNH CHUNG

I. Phạm vi điều chỉnh

Quy chuẩn này quy định mức giới hạn các chỉ tiêu chất lượng đối với nước

sử dụng cho mục đích sinh hoạt thông thường không sử dụng để ăn uống trực tiếp

hoặc dùng cho chế biến thực phẩm tại các cơ sở chế biến thực phẩm (sau đây gọi tắt

là nước sinh hoạt).

II. Đối tượng áp dụng

Quy chuẩn này áp dụng đối với:

1. Các cơ quan, tổ chức, cá nhân và hộ gia đình khai thác, kinh doanh nước

sinh hoạt, bao gồm cả các cơ sở cấp nước tập trung dùng cho mục đích sinh hoạt có

công suất dưới 1.000 m3/ngày đêm (sau đây gọi tắt là cơ sở cung cấp nước).

2. Cá nhân và hộ gia đình tự khai thác nước để sử dụng cho mục đích sinh

hoạt.

III. Giải thích từ ngữ

Trong quy chuẩn này các từ ngữ dưới đây được hiểu như sau:

1. Chỉ tiêu cảm quan là những yếu tố về màu sắc, mùi vị có thể cảm nhận

được bằng các giác quan của con người.

2. SMEWW là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh Standard Methods for the

Examination of Water and Waste Water có nghĩa là Các phương pháp chuẩn xét

nghiệm nước và nước thải.

3. US EPA là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh United States Environmental

Protection Agency có nghĩa là Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ.

158

4. TCU là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh True Color Unit có nghĩa là đơn

vị đo màu sắc.

5. NTU là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh Nephelometric Turbidity Unit

có nghĩa là đơn vị đo độ đục.

PHẦN II.

QUY ĐỊNH KỸ THUẬT

Bảng giới hạn các chỉ tiêu chất lượng

Phương pháp thử Mức độ TT Tên chỉ Đơn vị tính giám sát tiêu

TCU Giới hạn tối đa cho phép II 15 I 15 A 1 Màu sắc(*)

- A 2 Không có mùi vị lạ Mùi vị(*)

NTU 5 Không có mùi vị lạ 5 A 3 Độ đục(*)

A 4 Clo dư mg/l - TCVN 6185 - 1996 (ISO 7887 - 1985) hoặc SMEWW 2120 Cảm quan, hoặc SMEWW 2150 B và 2160 B TCVN 6184 - 1996 (ISO 7027 - 1990) hoặc SMEWW 2130 B SMEWW 4500Cl hoặc US EPA 300.1

A 5 pH(*) -

Trong khoảng 0,3-0,5 Trong khoảng 6,0 - 8,5 TCVN 6492:1999 hoặc SMEWW 4500 - H+

Trong khoảng 6,0 - 8,5 3 mg/l 3 A 6

mg/l 0,5 0,5 B 7

SMEWW 4500 - NH3 C hoặc SMEWW 4500 - NH3 D TCVN 6177 - 1996 (ISO 6332 - 1988) hoặc SMEWW 3500 - Fe

Hàm lượng Amoni( *) Hàm lượng Sắt tổng số (Fe2+ + Fe3+)(* )

159

8 mg/l 4 A 4

Chỉ số Pecman ganat

9 Độ cứng mg/l 350 B - TCVN 6186:1996 hoặc ISO 8467:1993 (E) TCVN 6224 - 1996 hoặc SMEWW 2340 C

10 mg/l 300 A -

11 mg/l 1.5 B -

tính theo CaCO3( *) Hàm lượng Clorua( *) Hàm lượng Florua

12 mg/l 0,01 0,05 B

TCVN6194 - 1996 (ISO 9297 - 1989) hoặc SMEWW 4500 - Cl- D TCVN 6195 - 1996 (ISO10359 - 1 - 1992) hoặc SMEWW 4500 - F- TCVN 6626:2000 hoặc SMEWW 3500 - As B

50 150 A

Hàm lượng Asen tổng số 13 Colifor m tổng số Vi khuẩn/ 100ml

14 0 20 A

Vi khuẩn/ 100ml TCVN 6187 - 1,2:1996 (ISO 9308 - 1,2 - 1990) hoặc SMEWW 9222 TCVN6187 - 1,2:1996 (ISO 9308 - 1,2 - 1990) hoặc SMEWW 9222

E. coli hoặc Colifor m chịu nhiệt Ghi chú:

- (*) Là chỉ tiêu cảm quan.

- Giới hạn tối đa cho phép I: Áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước.

- Giới hạn tối đa cho phép II: Áp dụng đối với các hình thức khai thác nước

của cá nhân, hộ gia đình (các hình thức cấp nước bằng đường ống chỉ qua xử lý

đơn giản như giếng khoan, giếng đào, bể mưa, máng lần, đường ống tự chảy).

160

PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ CHI TIẾT CÁC NGHIÊN CỨU

Bảng P 2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình keo tụ

- 5 5,5 6 6,5 7 7,5 -

9,40

4 0,47 Phèn Al2(SO4)3 Độ dục Hiệu suất % COD Hiệu suất % UV254 Hiệu suất % Phèn FeCl3 Độ dục

COD

UV254

0,49 93,5 10,93 16,52 0,34 19,71 5 0,24 Hiệu suất % 93,84 96,83 10,03 Hiệu suất % 28,24 23,45 0,34 19,9 5

0,29 Hiệu suất % 31,51 Phèn APCl Độ dục

COD

UV254 0,209 0,332 Hiệu suất % 97,25 95,63 10,61 19 0,34 19,9 8,97 Hiệu suất % 31,52 0,29 Hiệu suất % 31,51

0,37 95,17 10,48 19,97 0,31 25,08 5,5 0,22 97,11 9,20 29,77 0,36 13,54 5,5 0,304 96 11,38 13,1 0,36 13,54

0,22 97,1 9,98 23,83 0,29 29,35 6,5 0,44 94,22 11,48 12,34 0,26 36,51 6,5 0,197 97,41 8,51 35 0,26 36,51

0,30 95,93 11,20 14,5 0,35 16,3 7 0,49 93,55 12,01 8,33 0,25 41,47 7 0,22 97,1 7,56 42,32 0,25 41,47

0,36 95,25 11,78 10,07 0,37 12,56 7,5 0,52 93,17 12,65 3,42 0,30 28 7,5 0,304 96 9,35 28,61 0,30 28

8 0,89 88,32 13,1 0 0,34 19,9 8 0,797 89,51 10,48 20 0,34 19,9

0,19 97,37 9,40 28,24 0,28 32,14 6 0,25 96,71 9,99 23,67 0,24 41,67 6 0,199 97,37 7,64 41,68 0,24 41,67

Bảng P 2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng phèn đến quá trình

keo tụ

Liều lượng mg/L

2 5 10 20 30 40 50

Phèn Al2(SO4)3 Độ dục Hiệu suất % COD Hiệu suất % UV254 Hiệu suất % Phèn FeCl3 Độ dục Hiệu suất %

4,11 45,89 12,51 4,5 0,40 4,5 2 4,16 45,31

2 73,56 10,41 20,5 0,32 23,31 5 3,79 50,12

0,19 97,37 9,55 27,1 0,28 32 20 0,24 96,87

0,15 98,05 8,98 31,43 0,27 34,89 30 0,15 98,03

0,10 98,68 8,20 37,4 0,26 37,62 40 0,23 97

0,23 97 10,02 23,5 0,31 25,95 50 0,29 96,1

0,89 88,2 9,48 27,63 0,29 29,57 10 1,99 73,85

161

COD Hiệu suất % UV254 Hiệu suất % Phèn APCl Độ dục Hiệu suất % COD Hiệu suất % UV254 Hiệu suất %

12,97 1 0,42 0 2 3,54 53,4 12,20 6,8 0,38 9

12,51 4,5 0,39 7 5 0,80 89,4 8,58 34,5 0,27 34,58

10,98 16,2 0,33 21,34 10 0,12 98,42 6,59 49,62 0,21 49,76

9,18 29,92 0,29 30,1 20 0,21 97,15 7,85 40,05 0,25 40,07

8,69 33,59 0,27 34,52 30 0,31 95,92 8,39 35,96 0,26 37,14

10,48 19,97 0,32 23,41 -

10,96 16,3 0,35 14,95 -

Bảng P 2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ

7 0,7 6,5 0,75 5 0,88

3,5

pH Độ dục Hiệu suất % COD Hiệu suất % UV254 Hiệu suất % 3 1,1 8,6 6,49 1,74 0,2 0,71 6 4 0,99 0,8 16,72 26,83 33,51 37,35 41,67 4,65 5,98 5,44 29,5 17,56 9,37 0,197 0,185 0,17 12,24 19,52 6,23 4,28 35,08 46,97 0,145 0,15 31,28 28,5 7,5 0,96 20,08 4,78 27,58 0,151 28,31 8 1,2 0 5,54 16,07 0,169 19,89

Bảng P 2.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ

5 20 30 40 50 10 PAC mg/L Thời gian hấp phụ (phút)

1,36 7,6 0,265 0,66 6,25 0,245 1,1 7,25 0,261 1,2 7,15 0,247 1,5 8,03 0,2475

1,47 6,8 0,2475 0,55 5,1 0,248 0,78 5,6 0,243 1,5 6,83 0,2493 1,1 6,94 0,25

1,9 7,15 0,251 0,69 6,43 0,264 1,2 7,5 0,265 2 7,47 0,267 3 7,69 0,269

2,7 7,4 0,266 1,3 7,63 0,276 1,65 7,7 0,262 2,8 7,85 0,267 3,16 7,95 0,269

3 7,6 0,268 1,55 7,8 0,245 1,8 8 0,268 3 8,15 0,267 4 8,6 0,273

1 6,5 0,247 1,86 6,1 0,235 0,6 5,5 0,239 1 6,55 0,244 1,3 7,7 0,2474

Độ đục COD UV254 Độ đục COD UV254 Độ đục COD UV254 Độ đục COD UV254 Độ đục COD UV254

162

Bảng P 2.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng liều PAC đến quá trình hấp phụ

5 0,58 5,35 0,243 40 1,3 6,45 0,264 50 1,5 6,85 0,276 10 0,57 5,05 0,245 30 0,575 5,4 0,248 PAC mg/L Độ đục COD UV254 20 0,56 4,65 0,215

Bảng P 2.6. Kết quả khảo sát thông lượng thích hợp

0,0056 0,00056 0,0056 0,0056

Độ đục COD

1,3 1,2 1,35 1,4

Hiệu suất % 99 99,9 99 99 Hiệu suất % 85,44 87,6 85,98 86,52 Hiệu suất % 60,6 63,63 59,09 57,57 Thông lượng L/m2h 60 72 84 90

Độ màu 54 46 52 50

Bảng P 2.7. Sự thay đổi áp suất và thể tích nước lọc theo thời gian ở các

thông lượng

90 3,3 4 5 5,7 6,6 7,6 8,4 9,3 10,2 11,4 13 15,2 17 19

23 27 31,7 35

Thời gian (s) 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 Áp suất (psi) 72 84 1,6 2,6 1,8 3,7 2 4,3 2,4 5 2,7 5,8 3 6,6 3,3 7,2 3,5 8,2 4 9,6 4,4 10,5 4,8 11,8 5,3 13,2 6 15 6,5 17 7 19,4 21,22 7,8 22 8,6 25 9,8 27,9 31 10,8 12,2 33,2 60 1,1 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 2 2,2 2,3 2,4 2,7 2,9 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,2 5,6 90 14 29 45 60 75 90 105 120 135 150 167 180 190 210 225 240 255 270 285 150 20 40 65 80 100 120 140 165 185 60 10 20 28 39 52 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 150 4,5 5,8 7,5 9 11,5 15 20 23 35 Thể tích nước lọc (L) 84 13 27 42 57 70 85 100 110 125 138 150 169 185 195 210 223 238 252 268 287 72 11 20 32 50 60 70 81 95 108 119 130 142 155 167 178 190 202 215 230 240

163

252 265 275 285 300 313 325 335 350 365

300

1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 1680 1740 1800 1860 1920 1980 2040 2100 2160 2220 2280 2340 2400 2460 2520 2580 2640 6,1 7 7,7 8,3 9,1 10,2 11,2 12,3 14,2 16 17,2 19,2 21,8 23,2 25,2 26,8 28,1 29,2 30,2 31,9 32,1 33 33,3 35 13,8 16 17,5 20 22,6 25,7 28,3 30,6 33,2 35 35 213 221 230 242 250 262 273 283 293 302 312 324 332 342 353 362 372 383 394 403 412 425 435 447

Bảng P 2.8. Khảo sát điểm dừng rửa màng vi lọc

1,6 1,7 2,1 2,4 2,6 2,5 2,9 3,3 3,5 3,5 4 4,2 4,7 5

1,7 1,6 2,2 2,4 2,6 3,1 3,1 3,2 3,3 3,6 4,2 4,3 4,8 5,1

1,5 1,6 2 2,3 2,5 2,8 3 3,3 3,5 3,8 4,2 4,5 4,9 5,2

1,4 1,4 1,8 2 2,2 2,5 2,7 3 3,2 3,5 3,7 4 4,5 4,9

Thể tích nước lọc (L) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Áp suất vào màng (psi) Chu kỳ 1 Chu kỳ 2 Chu kỳ 3 Chu kỳ 4 Chu kỳ 5 1,5 1,6 1,9 2,3 2,4 2,7 2,8 3,2 3,3 3,4 3,6 4,2 4,6 5

164

5,5 5,7 6 7 7,5 8,5 9 10 11 12,3 13,5 15 16,7 18,5 21,3 23 25 27,5 29,7 31 32,5 33,5 35

5,5 5,6 6 7 7,4 8,4 9 10 10,8 12 13,2 14,7 16,7 18,2 21 22,6 24,3 27 29,2 30 32 33 35

5,2 5,5 5,8 6.5 7,2 8 8,5 9,5 10,3 11 12,2 13,5 15 16,5 18,2 20 22,2 24,5 27 28,8 30,5 32 33,5 34 35

5,7 6 7 7,5 8 9,1 9,4 10,7 11,5 13 14 16 17 19 20,5 23,5 26 28 30,5 32 33,5 35

5,8 6,5 7,2 7,8 8,6 9,5 10,5 11,4 12,5 14 15,5 17 19 21 23,5 25,5 28 30 32 33 35

150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390

Bảng P 2.9. Khảo sát sự thay đổi áp suất theo thời gian qua các chu kỳ lọc liên tiếp với màng rửa hóa chất sau mỗi chu kỳ Áp suất psi 2 5 7 10 13 17 23 30 35 Thời gian Phút 96 99 101 104 107 110 113 116 119 Thời gian Phút 48 51 54 57 60 63 66 69 72 Thời gian Phút 24 27 30 33 36 39 42 45 48 Thời gian Phút 72 75 78 81 84 87 90 93 96 Thời gian Phút 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Thời gian Phút 119 121 124 127 130 133 136 139 141 Áp suất psi 2 5 8 10,5 14 18 24 30 35 Áp suất psi 2 5 8 11 14 19 24,5 31 35 Áp suất psi 2 5 8 11 14 19 25 31 35 Áp suất psi 2 5 7 9 13 17 23 30 35 Áp suất psi 2 6 8,5 11,5 15,5 19,5 25 31 35

165

Bảng P 2.10. Khảo sát sự thay đổi áp suất vào màng ban đầu và thể tích nước

lọc được của mỗi chu kỳ trong quá trình vận hành màng dưới ảnh hưởng của quá

trình rửa hóa chất

Chu kỳ lọc Chu kỳ lọc Chu kỳ lọc

Thể tích nước lọc được (mL) Thể tích nước lọc được (mL) Thể tích nước lọc được (mL)

Áp suất vào màng ban đầu (psi) 1 1 1,1 1,2 1,4 1,5 1,6 1,8 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 420 418 410 405 390 385 380 370 350 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 400 395 387 382 380 372 367 362 335 328 323 320 22 23 24 25 26 27 28 28 30 31 Áp suất vào màng ban đầu (psi) 1 1,3 1,4 1,5 1,6 1,6 1,8 1,9 2 2 410 397 385 380 375 373 365 361 355 350 Áp suất vào màng ban đầu (psi) 1 1,1 1,3 1,4 1,4 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,6 2,6

Bảng P 2.11. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình Oxy hóa bậc

cao

7 pH 5 8 9 10

6 Hệ O3 7,02 4,81

7,53 4,85

Độ màu Hiệu suất % COD Hiệu suất % TOC Hiệu suất % 2 39,1 4,39 75,61 3,99 58 1,54 53,17

Độ màu Hiệu suất % COD Hiệu suất % TOC 8,61 3,58 6,1 52,13 60,98 66,08 73,25 80,12 8,03 2,91 6,29 15,45 20,75 33,81 48,95 69,31 1,16 2,37 3,05 2,84 13,96 28,09 64,83 7,5 Hệ O3/Fe2+ 1,26 2,84 3,5 5,22 93 71,01 80,51 84,22 6,23 2,35 3,98 4,9 34,45 48,33 58,15 75,21 0,84 2,78 5,89 67,3 7,12 25,1 2,65 1,55 1,83 1,34 92,52 2,61 72,52 0,99

166

Hiệu suất % 19,76 31,03 44,57 53,13 74,59 70,01

Bảng P 2.12. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian sục khí đến quá trình

Oxy hóa bậc cao

10 20 30 40 60 90 Thời gian sục khí (phút)

Hệ O3

Độ màu Hiệu suất % COD Hiệu suất % TOC Hiệu suất % 5,67 68,5 4,25 55,21 1,64 50,2 4,06 5,25 3,42 77,43 70,83 81 3,41 3,87 2,85 64,05 59,24 70 1,15 1,51 1,26 65,07 61,87 54,24 6,3 65 4,58 51,84 1,75 46,84

1,42

Độ màu Hiệu suất % COD Hiệu suất % TOC Hiệu suất % 3,3 65,3 1,3 60,34 2,53 85,93 3,01 68,32 1,08 67,25

4,63 74,26 3,75 60,5 1,38 58,3 Hệ O3/Fe2+ 3,6 1,89 1,12 2,31 79,99 87,17 93,78 92,09 89,52 2,60 2,37 2,29 3,97 75,92 75,04 72,62 58,17 0,85 0,83 1,57 0,99 74,15 70,02 75 51,9

Bảng P 2.13. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều chất xúc tác đến quá trình

Oxy hóa bậc cao bởi hệ O3/Fe2+

0,5 1 1,5 2

4,3

1,44 92 2,27

1,5

Liều chất xúc tác mL/L Độ màu Hiệu suất % COD Hiệu suất % TOC Hiệu suất % 2,68 0,83 85,13 76,11 95,39 1,45 4,01 2,99 84,76 76,13 68,54 57,75 0,59 82,17 1,11 66,34 54,25 0,96 71

Bảng P 2.14. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều Ozon đến quá trình Oxy

hóa bậc cao

9 13,5 18 22,5 Liều O3 trong 30 phút

Hệ O3 Độ màu 3,93 2,28 2,96 4,3

167

Hiệu suất % COD Hiệu suất % TOC Hiệu suất % 2,38 75 0,89 73,1

0,63 96,5 1,24 87

Độ màu Hiệu suất % COD Hiệu suất % TOC Hiệu suất % 78,17 87,36 83,53 76,07 1,66 3,02 2,46 68,21 82,5 74,13 1,14 1,04 0,63 65,47 68,55 80,92 Hệ O3/Fe2+ 1,07 0,36 94,03 98 1,04 1,41 85,12 89,01 0,535 0,373 0,442 88,7 83,79 0,98 94,52 1,53 83,92 0,58 86,61 82,42

Luận văn Thạc sĩ Kĩ thuật môi trường: Nghiên cứu công nghệ xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nhằm phục vụ cho cấp nước sinh hoạt

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định công nghệ phù hợp xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nhằm phục vụ cho cấp nước sinh hoạt. Để hiểu rõ hơn, mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung luận văn này.

NGUYỄN THỊ THU VÂN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC MẶT Ô NHIỄM HỮU CƠ VÀ DINH DƯỠNG NHẰM PHỤC VỤ CHO CẤP NƯỚC SINH HOẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi trường

Mã số ngành: 60520320

NGUYỄN THỊ THU VÂN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC MẶT Ô NHIỄM HỮU CƠ VÀ DINH DƯỠNG NHẰM PHỤC VỤ CHO CẤP NƯỚC SINH HOẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi trường

Mã số ngành: 60520320

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THỊ THANH PHƯỢNG

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 2

VẬT LIỆU, MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Vị trí lấy mẫu

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.2.1. Xác định giá trị pH keo tụ phù hợp

PAC

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu trong nước

PHỤ LỤC

0,49 93,5 10,93 16,52 0,34 19,71 5 0,24 Hiệu suất % 93,84 96,83 10,03 Hiệu suất % 28,24 23,45 0,34 19,9 5

0,29 Hiệu suất % 31,51 Phèn APCl Độ dục

0,37 95,17 10,48 19,97 0,31 25,08 5,5 0,22 97,11 9,20 29,77 0,36 13,54 5,5 0,304 96 11,38 13,1 0,36 13,54

0,22 97,1 9,98 23,83 0,29 29,35 6,5 0,44 94,22 11,48 12,34 0,26 36,51 6,5 0,197 97,41 8,51 35 0,26 36,51

0,30 95,93 11,20 14,5 0,35 16,3 7 0,49 93,55 12,01 8,33 0,25 41,47 7 0,22 97,1 7,56 42,32 0,25 41,47

0,36 95,25 11,78 10,07 0,37 12,56 7,5 0,52 93,17 12,65 3,42 0,30 28 7,5 0,304 96 9,35 28,61 0,30 28

0,19 97,37 9,40 28,24 0,28 32,14 6 0,25 96,71 9,99 23,67 0,24 41,67 6 0,199 97,37 7,64 41,68 0,24 41,67

4,11 45,89 12,51 4,5 0,40 4,5 2 4,16 45,31

2 73,56 10,41 20,5 0,32 23,31 5 3,79 50,12

0,19 97,37 9,55 27,1 0,28 32 20 0,24 96,87

0,15 98,05 8,98 31,43 0,27 34,89 30 0,15 98,03

0,10 98,68 8,20 37,4 0,26 37,62 40 0,23 97

0,23 97 10,02 23,5 0,31 25,95 50 0,29 96,1

0,89 88,2 9,48 27,63 0,29 29,57 10 1,99 73,85

12,97 1 0,42 0 2 3,54 53,4 12,20 6,8 0,38 9

12,51 4,5 0,39 7 5 0,80 89,4 8,58 34,5 0,27 34,58

10,98 16,2 0,33 21,34 10 0,12 98,42 6,59 49,62 0,21 49,76

9,18 29,92 0,29 30,1 20 0,21 97,15 7,85 40,05 0,25 40,07

8,69 33,59 0,27 34,52 30 0,31 95,92 8,39 35,96 0,26 37,14

Có thể bạn quan tâm

Luận văn Thạc sĩ: Quản lý hoạt động phát triển nhận thức cho trẻ mẫu giáo ở các trường mầm non, huyện Hoàng Su Phì, tỉnh Hà Giang

Luận văn Thạc sĩ tóm tắt: Pháp luật về điều kiện đầu tư kinh doanh trong lĩnh vực giáo dục, đào tạo ở Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Sự nghiệp nghiên cứu phê bình văn học của Hoài Thanh

Luận văn Thạc sĩ: Tiểu thuyết của Đỗ Phấn từ góc nhìn sinh thái

Luận văn Thạc sĩ: Giải pháp ứng phó với nhập cư ở Liên minh Châu Âu

Luận văn Thạc sĩ: Diễn ngôn về giới nữ trong văn xuôi nữ Việt Nam đương đại (khảo sát sáng tác của Dạ Ngân, Y Ban, Lý Lan, Nguyễn Thị Thu Huệ)

Luận văn Thạc sĩ: Xây dựng mức phát thải tham chiếu rừng khu vực huyện Bảo Lâm tỉnh Lâm Đồng

Luận văn Thạc sĩ: Đặc điểm nhân vật chính trong ba tác phẩm của Franz Kafka: Lâu đài, Vụ án, Hóa thân

Kháo luận tốt nghiệp: Vận dụng lí thuyết học tập trải nghiệm vào dạy học Thống kê - Xác suất ở lớp Hai

Luận văn Thạc sĩ: Xây dựng hệ thống điều khiển và thu nhận dữ liệu cho Robot dịch vụ

Luận văn Thạc sĩ: Thế giới nhân vật trong truyện ngắn Lê Minh Khuê sau năm 1975

Luận văn Thạc sĩ: Tác động của cấu trúc vốn đến hiệu quả hoạt động của các ngân hàng thương mại cổ phần niêm yết trên thị trường chứng khoán Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Kiểm soát rủi ro tín dụng bán lẻ tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Đầu tư và Phát triển Việt Nam chi nhánh Thủ Thiêm

Luận văn Thạc sĩ: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả kinh doanh của ngân hàng thương mại cổ phần niêm yết trên thị trường chứng khoán Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Các nhân tố ảnh hưởng đến hành vi sử dụng dịch vụ ngân hàng điện tử tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Ngoại thương Việt Nam – Chi nhánh Thủ Đức

Luận văn Thạc sĩ: Các yếu tố tác đồng đến nợ xấu tại Ngân hàng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn - Chi nhánh Tiền Giang

Luận văn Thạc sĩ: Yếu tố ảnh hưởng đến quyết định sử dụng dịch vụ thanh toán không dùng tiền mặt tại Ngân hàng TMCP Công thương Việt Nam (Vietinbank)

Luận văn Thạc sĩ tóm tắt: Pháp luật về du lịch biển, thực tiễn tại tỉnh Bình Định

Luận văn Thạc sĩ: Ảnh hưởng của các yếu tố thương hiệu với vai trò trung gian của Marketing truyền miệng đến quyết định chọn việc làm của nhân viên GenZ tại chuỗi nhà hàng gà rán Popeyes khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

Luận văn Thạc sĩ: Ảnh hưởng của Marketing mix đến ý định học cao học của sinh viên khối ngành kinh tế thuộc Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh

Tài liêu mới

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng thuật toán thích nghi và học tăng cường cấu trúc Actor - Critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum

Luận án Tiến sĩ: Cơ cấu bệnh tim mạch và chất lượng cuộc sống của người cao tuổi mắc suy tim, rung nhĩ điều trị tại Bệnh viện Thống Nhất, thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng giải pháp đảm bảo an toàn thông tin cho quá trình học liên kết dựa trên mật mã

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Phát triển năng lực đánh giá công nghệ cho học sinh trong dạy học môn Công nghệ 11 ở trường trung học phổ thông

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phân loại chi cầu diệp – Bulbophyllum Thouars (Orchidaceae) ở vùng Tây Nguyên bằng phương pháp hình thái và phân tử