Kỹ thuật xử lý nước và nước thải bậc cao (Advanced Wastewater Treatment technologies)

1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU.......................................................................................................................................3

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC VÀ NƯỚC

THẢI BẬC CAO.........................................................................................................................4

1.1. Các kỹ thuật cao trong xử lý nước và nước thảiI...................................................4

1.2. Đối tượng và sự cần thiết của các kỹ thuật xử lý nước và nước thải bậc cao........4

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT MÀNG .........................................................................................6

2.1. Kỹ thuật lọc micro (Microfitration – MF) [12].............................................................6

2.2. Kỹ thuật lọc ultra (Ultrfiltration – UF)...........................................................................8

2.2.1. Giới thiệu màng ..........................................................................................................8

2.2.2. Một số đặc điểm của kỹ thuật Ultrafiltration..........................................................8

2.2.3. Nguyên lý hoạt động của màng lọc Ultrafiltration................................................9

2.2.4. Ứng dụng của kỹ thuật lọc ultra...............................................................................9

2.3. Kỹ thuật lọc nano (Nanofiltration –NF).......................................................................10

2.3.1. Cơ sở lý luận khoa học của công nghệ nano ........................................................10

2.3.2. Chế tạo vật liệu nano...............................................................................................11

2.3.2.1. Phương pháp từ trên xuống(top-down)..............................................................11

2.3.2.2. Phương pháp từ dưới lên (bottom – up).............................................................11

2.3.3. Ứng dụng công nghệ nano vào công nghệ lọc nước............................................12

2.4. Kỹ thuật thẩm thấu ngược (Reverse osmosis – RO) [3] ............................................13

2.4.1. Hiện tượng thẩm thấu ..............................................................................................13

2.4.2. Kỹ thuật thẩm thấu ngược .......................................................................................14

2.4.3. Những điều cần lưu ý khi sử dụng kỹ thuật thẩm thấu ngược ............................14

2.4.4. Ứng dụng của kỹ thuật RO......................................................................................15

2.5. Kỹ thuật điện thẩm tách ED (Electro Dialysis) [3].....................................................15

2.5.1. Cơ sở của kỹ thuật điện thẩm tách .........................................................................15

2.5.2. Cấu tạo và tính chất của màng trao đổi ion..........................................................16

2.5.3. Ứng dụng và những điều cần lưu ý khi sử dụng ED............................................16

2.5.4. Kỹ thuật điện thẩm tách đảo chiều EDR (Electro Dialysis Reversal)...............17

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT OXI HÓA TĂNG CƯỜNG...................................................18

3.1 Các kỹ thuật oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng (Advanced Non

Photochemical Oxidation Processes-ANPOS) [1]..............................................................20

3.1.1. Quá trình Fenton......................................................................................................20

3.1.1.1. Quá trình Fenton đồng thể...................................................................................21

2

3.1.1.2. Quá trình Fenton dị thể........................................................................................24

3.1.1.3. Quá trình Fenton điện hóa...................................................................................26

3.1.2. Các quá trình oxi hóa nâng cao trên cơ sở ozon: Peroxon và catazon.............27

3.1.2.1. Quá trình Peroxon (O3

/ H2O2

)............................................................................27

3.1.2.2. Quá trình Catazon (O3

/Cat).................................................................................29

3.1.2.2.1. Quá trình Catazon đồng thể .............................................................................29

3.1.2.2.2. Quá trình Catazon dị thể...................................................................................30

3.1.3. Quá trình oxi hóa điện hóa .....................................................................................31

3.2. Các kỹ thuật oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng ...............................................31

3.2.1. Quá trình quang Fenton ..........................................................................................31

3.2.2. Các kỹ thuật quang xúc tác bán dẫn......................................................................33

3.2.2.1. Giới thiệu về vật liệu bán dẫn và xúc tác quang hóa ...........................................33

3.2.2.2. Tính chất xúc tác quang hóa của TiO2

...............................................................36

3.2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác của nano TiO2

...............39

3.2.2.3.1. Sự tái kết hợp lỗ trống và electron quang sinh. .............................................39

3.2.2.3.2. pH dung dịch ......................................................................................................41

3.2.2.3.3. Nhiệt độ ...............................................................................................................41

3.2.2.3.4. Các tinh thể kim loại gắn trên xúc tác.............................................................41

3.2.2.3.5. Pha tạp (doping) ion kim loại vào tinh thể TiO2

............................................42

3.2.2.3.6. Các chất diệt gốc hydroxyl ...............................................................................42

KẾT LUẬN ................................................................................................................................43

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................44

3

MỞ ĐẦU

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và đặc biệt là ô nhiễm môi trường

nước nói riêng đang là mối quan tâm của toàn nhân loại.

Nước là nhân tố quan trọng nhất quyết định sự sống trên Trái Đất. Cùng với sự

tăng dân số kéo theo nhu cầu sử dụng nước cũng tăng. Theo thống kê của tổ chức y tế thế

giới hiện nay có khoảng 1/3 dân cư trên thế giới thiếu nước sạch để sinh hoạt vì có rất

nhiều nguồn nước bị ô nhiễm do nước thải chưa được xử lý của các nhà máy công

nghiệp, nước thải sinh hoạt, nước thải nông nghiệp (thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực

vật….), nước rò rỉ từ các bãi chôn lấp chất thải rắn…

Ở Việt Nam, nhiều khu, cụm, điểm công nghiệp trên cả nước chưa đáp ứng được

những tiêu chuẩn về môi trường theo quy định. Thực trạng đó làm cho môi trường sinh

thái ở một số địa phương bị ô nhiễm nghiêm trọng đặc biệt là các cộng đồng dân cư lân

cận với các khu công nghiệp. Cùng với sự ra đời ồ ạt các khu, cụm, điểm công nghiệp,

các làng nghề thủ công truyền thống cũng có sự phục hồi và phát triển mạnh mẽ. Việc

phát triển các làng nghề có vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội và giải

quyết việc làm ở các địa phương. Tuy nhiên, hậu quả về môi trường do các hoạt động sản

xuất làng nghề đưa lại cũng ngày càng nghiêm trọng. Hình thức các đơn vị sản xuất của

làng nghề rất đa dạng, có thể là gia đình, hợp tác xã hoặc doanh nghiệp. Tuy nhiên, do

sản xuất mang tính tự phát, sử dụng công nghệ thủ công lạc hậu, chắp vá, mặt bằng sản

xuất chật chội, việc đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải ít được quan tâm, ý thức

bảo vệ môi trường sinh thái của người dân làng nghề còn kém nên tình trạng ô nhiễm môi

trường tại các làng nghề ngày càng trầm trọng.

Vì vậy, một yêu cầu được đặt ra cho các nhà khoa học và công nghệ phải nghiên

cứu các kỹ thuật cao xử lý triệt để các chất ô nhiễm môi trường. Do đó, chúng tôi chọn đề

tài: “Kỹ thuật xử lý nước và nước thải bậc cao(Advanced Wastewater Treatment

technologies)”

4

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC VÀ NƯỚC

THẢI BẬC CAO

1.1. Các kỹ thuật cao trong xử lý nước và nước thải

Những kỹ thuật cao đã xuất hiện trong thập kỷ gần đây đã được đưa vào thực tế để

xử lý nước và nước thải. Công nghệ xử lý nước thải bậc cao được định nghĩa là: “Bất kỳ

quá trình thiết kế nào để tạo ra nước thải có chất lượng cao hơn nước thải bình thường

đạt được bởi các quá trình xử lý thứ cấp hoặc bao gồm các công đoạn không có trong xử

lý thứ cấp”. Nổi bật là kỹ thuật lọc bằng màng, kỹ thuật khử trùng bằng bức xạ tử ngoại,

kỹ thuật phân hủy khoáng hóa chất ô nhiễm hữu cơ bằng các quá trình oxy hóa nâng cao

1.2. Đối tượng và sự cần thiết của các kỹ thuật xử lý nước và nước thải bậc cao

Hóa chất bảo vệ thực vật bao gồm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ nấm.. là

những hóa chất độc hại, bền vững và khó phân hủy trong môi trường. Với những nước

sản xuất nông nghiệp như nước ta, lượng hóa chất bảo vệ ngày càng tăng, nên lượng hóa

chất bảo vệ thực vật tan trong nước, ngấm xuống đất thâm nhập vào nguồn nước mặt,

sông ngòi, ao hồ, lan truyền vào những mạch nước ngầm tích lũy ngày càng nhiều.

Nước thải dệt nhuộm là sự tổng hợp nước thải phát sinh từ tất cả các công đoạn hồ

sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hoàn tất. Theo phân tích của các

chuyên gia, trung bình một nhà máy dệt nhuộm sử dụng một lượng nước đáng kể, trong

đó, lượng nước được sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là

trong công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. Xét hai yếu tố là lượng nước thải và thành

phần các chất ô nhiễm trong nước thải, ngành dệt nhuộm được đánh giá là ô nhiễm nhất

trong số các ngành công nghiệp. Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm

là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp

chất halogen hữu cơ (AOX- Adsorbable Organohalogens), muối trung tính làm tăng tổng

hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao (thấp nhất là 40°C) và pH của nước thải cao do lượng

kiềm trong nước thải lớn. Trong số các chất ô nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm, thuốc

nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc nhuộm azo không tan – loại thuốc

nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm 60-70% thị phần. Thông thường, các

chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm

mà bao giờ cũng còn lại một lượng dư nhất định tồn tại trong nước thải. Lượng thuốc

nhuộm dư sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50% tổng lượng thuốc nhuộm được sử