Nghiên cứu sử dụng ozone với xúc tác xỉ thải kim loại để xử lý chất hữu cơ trong nước thải của nhà máy giấy

ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Nhiệm vụ nghiên cứu.

Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu. Những đóng góp mới của đề tài .2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 Tổng quan chung về nước thải ngành giấy Việt Nam .2 Các phương pháp xử lý nước thải ngành giấy .1 Phương pháp vật lý .2 Phương pháp hoá học .3 Phương pháp sinh học.4 Phương pháp oxy hoá nâng cao .3 Phương pháp oxy hoá nâng cao bằng tác nhân ozone .1 Ozone và cơ chế oxy hoá của ozone .2 Sản xuất ozone .3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ozone hoá .4 Ưu và nhược điểm của các quá trình ozone hoá trong xử lý nước và nước thải .5 Ứng dụng của ozone trong xử lý nước và nước thải .4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về xử lý nước thải ngành giấy .1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới .2 Tình hình nghiên cứu trong nước .5 Giới thiệu về nước thải Công ty cổ phần giấy An Hoà – Tuyên Quang .27 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 Nội dung, đối tượng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tượng nghiên cứu .2 Nội dung nghiên cứu.3 Phạm vi nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu.1 Hoá chất và thiết bị sử dụng .2 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm .3 Mô hình nghiên cứu .1 Mô hình tạo ozone trong phòng thí nghiệm .2 Mô hình nghiên cứu quá trình ozone và chất xúc tác .4 Quy trình thực nghiệm. 41 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .1 Đặc trưng nước thải sản xuất công ty cổ phần giấy An Hoà - Tuyên Quang .2 Đặc trưng các loại xỉ thải sử dụng làm xúc tác ozone .3 Ảnh hưởng của một số loại xỉ kim loại đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong nước thải giấy bằng ozone xúc tác. Hiệu quả xử lý màu và COD nước thải giấy bằng hệ ozone (O3/xỉ thải) xúc tác xỉ thải kim loại.

Hiệu quả xử lý màu và COD của nước thải bằng hệ kết hợp ozone với hydroperoxyt và chất xúc tác xỉ thải kim loại (Hệ O3/H2O2/xỉ thải) .4 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước thải bằng quá trình ozone hoá. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và màu của nước thải bằng hệ O3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và màu của nước thải giấy bằng hệ O3/xỉ Fe .3 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD và màu nước thải giấy bằng hệ O3/H2O2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD và màu nước thải giấy bằng hệ O3/H2O2/xỉ Fe .5 Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác đến hiệu quả xử lý nước thải bằng quá trình ozone hoá.

Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác đến hiệu suất xử lý COD và màu nước thải giấy bằng hệ O3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác đến hiệu suất xử lý COD và màu của nước thải bằng hệ O3/H2O2 .6 Tính toán hằng số tốc độ phản ứng xử lý COD nước thải giấy. 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .78 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AOPs : Advanced Oxidation Processes – Những quá trình oxy hóa tiên tiến AOX : Adsorbable Organically bound Halogens – Halogen hữu cơ dễ bị hấp thụ BOD : Biological Oxygen Demand – Nhu cầu oxy sinh hóa BTNMT : Bộ tài Nguyên và Môi trường BVTV : Bảo vệ thực vật COD : Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học DAF : Dissolved Air Flotation – Tuyển nổi áp lực HCHC : Hợp chất hữu cơ MBBR : Moving Bed Biofilm Reactor –Bể xử lý sinh học sử dụng các vật liệu làm giá thể cho vi sinh dính bám vào để sinh trưởng và phát triển MBR : Membrane Bio- Reactor – Bể lọc sinh học bằng màng NXB : Nhà xuất bản PAM : Polyacrylamide QCVN : Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia SS : Suspended Solids - Chất rắn lơ lửng SMEWW : Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater - Các phương pháp chuẩn phân tích nước và nước thải TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TOC : Total Organic Carbon – Tổng cacbon hữu cơ TNHH : Trách nhiệm hữu hạn TSS : Total Suspended Solid - Tổng chất rắn lơ lửng UASB : Upflow Anaerobic Sludge Blanket - Bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí UV : Ultraviolet - tia tử ngoại v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Quy trình sản xuất bột giấy.2 Quy trình sản xuất giấy.3 Sơ đồ ống phóng điện sản xuất ozone .4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của Công ty Roemond Hà Lan .5 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải giấy và bột giấy của Tập đoàn Hitachi- Asia .6 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải giấy và bột giấy của Công ty Stora Enso Nymölla – Thuỵ Điển .7 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải hiện tại của Công ty .8 Dây truyền xử lý nước thải Công ty sản xuất giấy DIANA .9 Dây chuyền sản xuất bột giấy tại Công ty CP An Hoà – Tuyên Quang.1 Thiết bị tạo ozone Next 20P tại phòng Thí nghiệm .2 Sơ đồ thí nghiệm oxy hóa bằng ozone (cho 1 bình phản ứng) .1 Ảnh SEM của các loại xỉ thải ban đầu: a- xỉ Fe; b- xỉ Cu; c- xỉ Pb; d- xỉ Zn; e- xỉ Cd .2 Thành phần các nguyên tố của các loại xỉ thải thông qua phân tích EDS .3 Ảnh hưởng của các loại xỉ đến hiệu suất xử lý màu – Hệ O3 .4 Ảnh hưởng của các loại xỉ đến hiệu suất xử lý COD nước thải giấy – Hệ O3 .5 Con đường oxy hóa các chất hữu cơ khi O3 kết hợp với xúc tác .6 Cơ chế hấp phụ trên chất xúc tác và oxy hóa các chất hữu cơ bị hấp phụ bởi O3 và OH* .7 Cơ chế phản ứng sinh ra gốc hydroxyl (OH*) hay các gốc khác bằng phản ứng của O3 với các kim loại bị khử của chất xúc tác .8 Ảnh hưởng của các loại xỉ đến hiệu suất xử lý màu của nước thải giấy bằng hệ O3/H2O2 .9 Ảnh hưởng của các loại xỉ đến hiệu suất xử lý COD của nước thải giấy bằng hệ O3/H2O2/xỉ thải. Hiệu suất xử lý COD của các hệ O3, O3/xỉ Fe, O3/H2O2, O3/H2O2/xỉ Fe.

Hiệu suất xử lý màu của các hệ O3, O3/xỉ Fe, O3/H2O2, O3/H2O2/xỉ Fe.12 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD – Hệ O3 .13 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu – Hệ O3 .14 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD – Hệ O3/xỉ Fe. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu – Hệ O3/xỉ Fe. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD nước thải giấy bằng hệ O3/H2O2 .17 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu của nước thải giấy– Hệ O3/H2O2 .18 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD - Hệ O3/H2O2/xỉ Fe .19 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu - Hệ O3/H2O2/xỉ Fe .20 Hiệu suất xử lý COD nước thải giấy tại pH 7 của các hệ O3; O3/xỉ Fe; O3/H2O2; và O3/H2O2/xỉ Fe .21 Hiệu suất xử lý màu nước thải giấy tại pH 7 .22 Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ Fe đến hiệu suất xử lý COD - Hệ O3. Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ Fe đến hiệu suất xử lý màu - Hệ O3.24 Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ Fe đến hiệu suất xử lý COD – Hệ O3/H2O2 .25 Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ Fe đến hiệu suất xử lý màu – Hệ O3/H2O2 .26 Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (k*) của quá trình xử lý COD nước thải giấy ở hệ Ozone với các loại xỉ thải .27 Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (k*) của quá trình xử lý COD nước thải giấy ở hệ Perozone với các loại xỉ thải .28 Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (k*) của quá trình xử lý COD nước thải giấy ở hệ Ozone đơn với các giá trị pH .29 Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (k*) của quá trình xử lý COD nước thải giấy ở hệ Ozone/xỉ Fe với các giá trị pH .30 Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (k*) của quá trình xử lý COD nước thải giấy ở hệ Perozone với các giá trị pH.31 Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (k*) của quá trình xử lý COD nước thải giấy ở hệ Perozone/xỉ Fe với các giá trị pH .32 Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (k*) của quá trình xử lý COD nước thải giấy ở hệ Ozone với các hàm lượng xỉ Fe .33 Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng (k*) của quá trình xử lý COD nước thải giấy ở hệ Perozone với các hàm lượng xỉ Fe.34 So sánh giữa hằng số tốc độ phản ứng k* của hệ Ozone và Perozone.

75 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải của 2 công đoạn chính trong sản xuất giấy.2 Thế oxy hóa của một số chất .1 Đặc trưng nước thải sản xuất của Công ty cổ phẩn giấy An Hoà .2 Hiệu suất xử lý COD và màu của hệ O3 và O3/xỉ Fe .3 Tổng hợp kết quả hằng số tốc độ phản ứng k* của quá trình xử lý COD trong nước thải giấy ở các hệ Ozone và Perozone với các loại xỉ thải .4 Tổng hợp kết quả hằng số tốc độ phản ứng k* của quá trình xử lý COD trong nước thải giấy ở các hệ Ozone và Perozone với các giá trị pH .5 Tổng hợp kết quả hằng số tốc độ phản ứng k* của quá trình xử lý COD trong nước thải giấy ở các hệ Ozone và Perozone có xúc tác xỉ sắt với các giá trị pH .6 Tổng hợp kết quả hằng số tốc độ phản ứng k* của quá trình xử lý COD trong nước thải giấy ở các hệ Ozone và Perozone với các hàm lượng xỉ sắt. Lý do chọn đề tài Hiện nay, ngành công nghiệp giấy đang tăng trưởng nhanh chóng và đóng góp vào tiến trình phát triển chung của nền kinh tế xã hội. Tuy nhiên, theo đánh giá của Ban chỉ đạo Quốc gia về nước sạch – Bộ Tài nguyên và Môi trường, ngành công nghiệp giấy lại là một trong những ngành gây ô nhiễm trầm trọng, đặc biệt đối với các nguồn nước. Tại Việt Nam có khoảng 300 nhà máy và xưởng sản xuất giấy và bột giấy với tổng sản lượng 332.000 tấn bột và 1.000 tấn giấy/năm, với tốc độ tăng trưởng hàng năm bình quân là 6,0%/năm [12].