Luận án 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

Luận án nghiên cứu ứng dụng ozone và xúc tác xỉ thải kim loại trong xử lý chất hữu cơ nước thải nhà máy giấy, mang lại hiệu quả cao.

• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Chất Hữu Cơ Trong Nước Thải Nhà Máy Giấy Bằng Ozone Và Xúc Tác Xỉ Thải Kim Loại
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan chung về nước thải ngành giấy Việt Nam
• 1.2. Các phương pháp xử lý nước thải ngành giấy
• 1.2.1. Phương pháp vật lý
• 1.2.2. Phương pháp hoá học
• 1.2.3. Phương pháp sinh học
• 1.2.4. Phương pháp oxy hoá nâng cao
• 1.3. Phương pháp oxy hoá nâng cao bằng tác nhân ozone
• 1.3.1. Ozone và cơ chế oxy hoá của ozone
• 1.3.2. Sản xuất ozone
• 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ozone hoá
• 1.3.4. Ưu và nhược điểm của các quá trình ozone hoá trong xử lý nước và nước thải
• 1.3.5. Ứng dụng của ozone trong xử lý nước và nước thải
• 1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về xử lý nước thải ngành giấy
• 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.5. Giới thiệu về nước thải Công ty cổ phần giấy An Hoà – Tuyên Quang
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.1.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Hoá chất và thiết bị sử dụng
• 2.2.2. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
• 2.2.3. Mô hình nghiên cứu
• 2.2.3.1. Mô hình tạo ozone trong phòng thí nghiệm
• 2.2.3.2. Mô hình nghiên cứu quá trình ozone và chất xúc tác
• 2.4. Quy trình thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc trưng nước thải sản xuất công ty cổ phần giấy An Hoà - Tuyên Quang
• 3.2. Đặc trưng các loại xỉ thải sử dụng làm xúc tác ozone
• 3.3. 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
• 3.3.1. Hiệu quả xử lý màu và COD nước thải giấy bằng hệ ozone (O3/xỉ thải) xúc tác xỉ thải kim loại
• 3.3.2. 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)
• 3.4. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước thải bằng quá trình ozone hoá
• 3.4.1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và màu của nước thải bằng hệ O3
• 3.4.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và màu của nước thải giấy bằng hệ O3/xỉ Fe
• 3.4.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD và màu nước thải giấy bằng hệ O3/H2O2
• 3.4.4. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD và màu nước thải giấy bằng hệ O3/H2O2/xỉ Fe
• 3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác đến hiệu quả xử lý nước thải bằng quá trình ozone hoá
• 3.5.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác đến hiệu suất xử lý COD và màu nước thải giấy bằng hệ O3
• 3.5.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác đến hiệu suất xử lý COD và màu của nước thải bằng hệ O3/H2O2
• 3.6. Tính toán hằng số tốc độ phản ứng xử lý COD nước thải giấy
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Nước thải từ ngành giấy tại Việt Nam đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng do lượng chất ô nhiễm cao. Theo thống kê, ngành công nghiệp giấy sử dụng từ 100 đến 350 m3 nước cho mỗi tấn sản phẩm, dẫn đến lượng nước thải lớn. Nước thải này chứa nhiều hợp chất hữu cơ khó phân hủy, đặc biệt là BOD và COD cao. Việc xử lý nước thải này là cần thiết để bảo vệ môi trường. Các phương pháp xử lý hiện tại bao gồm phương pháp vật lý, hóa học và sinh học, nhưng vẫn chưa đạt hiệu quả tối ưu. Do đó, nghiên cứu về phương pháp oxy hóa nâng cao, đặc biệt là sử dụng ozone và xúc tác xỉ thải kim loại, là một hướng đi mới nhằm cải thiện hiệu quả xử lý nước thải.

1.1. Tình hình nước thải ngành giấy tại Việt Nam

Ngành giấy tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, với hơn 300 nhà máy sản xuất. Tuy nhiên, lượng nước thải từ các nhà máy này rất cao, gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn quốc tế. Nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm như lignin, BOD, COD, và các hóa chất độc hại. Việc không có hệ thống xử lý hiệu quả dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Cần có các giải pháp xử lý nước thải hiệu quả hơn để giảm thiểu tác động đến môi trường và sức khỏe con người.

1.2. Các phương pháp xử lý nước thải hiện tại

Các phương pháp xử lý nước thải hiện tại bao gồm phương pháp vật lý, hóa học và sinh học. Phương pháp vật lý chủ yếu là lắng và tuyển nổi, trong khi phương pháp hóa học sử dụng các chất oxy hóa để phân hủy chất ô nhiễm. Phương pháp sinh học thường không đạt hiệu quả cao với các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Do đó, việc áp dụng phương pháp oxy hóa nâng cao, đặc biệt là sử dụng ozone, có thể mang lại hiệu quả cao hơn trong việc xử lý nước thải ngành giấy.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp oxy hóa nâng cao với ozone và xúc tác xỉ thải kim loại để xử lý chất hữu cơ trong nước thải. Các thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm với các điều kiện khác nhau như pH, hàm lượng xúc tác và thời gian xử lý. Mô hình nghiên cứu bao gồm việc tạo ozone và đánh giá hiệu quả xử lý của các hệ thống khác nhau. Kết quả từ các thí nghiệm sẽ được phân tích để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý.

2.1. Mô hình nghiên cứu

Mô hình nghiên cứu được thiết kế để tạo ra ozone và kiểm tra hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong nước thải. Các thí nghiệm được thực hiện với các loại xỉ thải kim loại khác nhau để xác định loại xúc tác hiệu quả nhất. Kết quả sẽ được so sánh với các phương pháp xử lý truyền thống để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của phương pháp oxy hóa nâng cao.

2.2. Quy trình thực nghiệm

Quy trình thực nghiệm bao gồm các bước chuẩn bị mẫu nước thải, tạo ozone, và thêm xúc tác xỉ thải kim loại. Các thông số như pH, thời gian xử lý và hàm lượng xúc tác sẽ được điều chỉnh để tìm ra điều kiện tối ưu. Kết quả sẽ được phân tích để đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ, từ đó đưa ra các khuyến nghị cho việc áp dụng công nghệ này trong thực tế.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng ozone kết hợp với xúc tác xỉ thải kim loại mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý chất hữu cơ trong nước thải. Các thí nghiệm cho thấy sự giảm đáng kể về BOD và COD, cũng như cải thiện độ màu của nước thải. Điều này chứng tỏ rằng phương pháp oxy hóa nâng cao có thể là giải pháp hiệu quả cho vấn đề xử lý nước thải trong ngành giấy.

3.1. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ

Các thí nghiệm cho thấy hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong nước thải giấy bằng hệ thống ozone và xúc tác xỉ thải kim loại đạt được kết quả khả quan. Sự kết hợp này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tận dụng được nguồn chất thải rắn từ quá trình sản xuất. Kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc xử lý nước thải trong ngành giấy, góp phần bảo vệ môi trường.

3.2. Tác động môi trường

Việc áp dụng công nghệ oxy hóa nâng cao không chỉ giúp xử lý nước thải hiệu quả mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Sự giảm thiểu chất ô nhiễm trong nước thải sẽ góp phần bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu này có thể được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy giấy tại Việt Nam, giúp cải thiện tình hình ô nhiễm môi trường hiện nay.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp giấy tại Việt Nam đang phát triển nhanh chóng với hơn 300 nhà máy và xưởng sản xuất, tổng sản lượng đạt khoảng 332.000 tấn bột giấy và 1.000 tấn giấy mỗi năm, tốc độ tăng trưởng bình quân khoảng 6% mỗi năm. Tuy nhiên, ngành này cũng là một trong những nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước do lượng nước sử dụng lớn và nước thải chứa hàm lượng BOD, COD, độ màu và pH cao. Để sản xuất một tấn giấy, các nhà máy truyền thống sử dụng từ 100 đến 350 m³ nước, cao hơn nhiều so với các nhà máy hiện đại trên thế giới chỉ dùng 10-60 m³/tấn giấy. Nước thải ngành giấy chứa nhiều hợp chất hữu cơ khó phân hủy như lignin, các hợp chất clo hữu cơ độc hại, và các chất rắn lơ lửng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường nếu không được xử lý triệt để.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ngành giấy bằng phương pháp oxy hóa nâng cao sử dụng ozone kết hợp với xúc tác xỉ thải kim loại nhằm giảm thiểu ô nhiễm hữu cơ trong nước thải của Công ty cổ phần giấy An Hòa – Tuyên Quang. Nghiên cứu thực hiện trong phạm vi phòng thí nghiệm từ tháng 9/2018 đến tháng 4/2019, tập trung vào các thông số COD và độ màu của nước thải. Ý nghĩa của nghiên cứu là góp phần phát triển công nghệ xử lý nước thải ngành giấy truyền thống, tiết kiệm nước và nâng cao chất lượng nước thải trước khi xả ra môi trường, hướng tới phát triển bền vững ngành công nghiệp giấy tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Phương pháp oxy hóa nâng cao (AOPs): Sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh như ozone (O3), hydrogen peroxide (H2O2) để tạo ra gốc hydroxyl (OH*), một tác nhân oxy hóa mạnh nhất với thế oxy hóa 2,8 V, giúp phân hủy triệt để các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải.
• Cơ chế oxy hóa của ozone: Ozone có thể oxy hóa trực tiếp các hợp chất hữu cơ hoặc gián tiếp qua gốc OH* sinh ra trong quá trình phân hủy ozone trong nước, hiệu quả phụ thuộc vào pH môi trường và sự có mặt của các chất xúc tác.
• Quá trình Peroxone (O3/H2O2): Kết hợp ozone và hydrogen peroxide để tăng sinh gốc OH*, nâng cao hiệu quả oxy hóa so với ozone đơn thuần.
• Xúc tác xỉ thải kim loại: Sử dụng các loại xỉ thải kim loại (Fe, Cu, Cd, Zn, Pb) làm chất xúc tác dị thể để tăng cường quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải bằng ozone, tận dụng nguồn chất thải rắn công nghiệp.

Các khái niệm chính bao gồm COD (Chemical Oxygen Demand), độ màu Pt-Co, pH, gốc hydroxyl (OH*), và các loại xỉ thải kim loại.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Mẫu nước thải được lấy từ Công ty cổ phần giấy An Hòa – Tuyên Quang, đặc trưng bởi hàm lượng COD và độ màu cao, đại diện cho nước thải ngành giấy truyền thống.
• Phương pháp phân tích: COD được xác định bằng phương pháp bicromat theo TCVN 6491:1999, độ màu đo bằng máy UV-Vis theo TCVN 6185:1996, nồng độ ozone đo bằng phương pháp chuẩn độ iot, và các ion Cl-, SO42- phân tích theo SMEWW 4110B:2012.
• Thiết bị và hóa chất: Máy tạo ozone Next 20P công suất 5 g/h, các loại xỉ thải kim loại lấy từ Công ty luyện kim Thái Nguyên, các hóa chất chuẩn và dụng cụ phòng thí nghiệm tiêu chuẩn.
• Phương pháp thí nghiệm: Thí nghiệm được tiến hành trong bình phản ứng thủy tinh 1 lít, sục khí ozone với lưu lượng oxy 10 lít/phút, thời gian phản ứng từ 5 đến 120 phút. Các biến số nghiên cứu gồm loại xỉ thải kim loại, pH (3-11), hàm lượng xỉ thải (0,125-2,0 g/l), và sự kết hợp với H2O2 (100 mg/l).
• Phân tích số liệu: Sử dụng thống kê mô tả để biểu diễn kết quả, đồng thời áp dụng phương pháp động học phản ứng giả bậc 1 để tính hằng số tốc độ phản ứng phân hủy COD.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của loại xỉ thải kim loại đến hiệu quả xử lý:

   • Xỉ thải Fe cho hiệu quả xử lý COD và độ màu cao nhất trong hệ O3/xỉ thải, với hiệu suất xử lý COD đạt khoảng 65% sau 60 phút, vượt trội hơn so với các loại xỉ thải Cu, Cd, Zn, Pb (dao động 40-55%).
   • Khi kết hợp hệ O3/H2O2/xỉ Fe, hiệu suất xử lý COD tăng lên khoảng 80%, độ màu giảm hơn 75%, cho thấy sự cộng hưởng hiệu quả giữa ozone, hydrogen peroxide và xúc tác xỉ Fe.

2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý:

   • pH trung tính (khoảng 7) là điều kiện tối ưu cho cả hai hệ O3/xỉ Fe và O3/H2O2/xỉ Fe, với hiệu suất xử lý COD và độ màu cao nhất.
   • Ở pH thấp (3-5), hiệu quả xử lý giảm khoảng 15-20% do quá trình oxy hóa gián tiếp qua gốc OH* bị hạn chế.
   • Ở pH cao (9-11), hiệu quả xử lý cũng giảm do sự tiêu hao gốc OH* bởi các anion như CO32- và HCO3-.

3. Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ thải Fe:

   • Tăng hàm lượng xỉ Fe từ 0,125 đến 0,5 g/l làm tăng hiệu suất xử lý COD từ 50% lên 70% trong hệ O3/xỉ Fe.
   • Khi hàm lượng xỉ Fe vượt quá 1,0 g/l, hiệu quả xử lý không tăng đáng kể, thậm chí có xu hướng giảm nhẹ do hiện tượng che phủ bề mặt xúc tác và tạo bông cặn.
   • Hệ O3/H2O2/xỉ Fe cũng có xu hướng tương tự, với hiệu suất tối ưu ở khoảng 0,5 g/l xỉ Fe.

4. Tính toán hằng số tốc độ phản ứng:

   • Phản ứng phân hủy COD trong nước thải giấy theo mô hình giả bậc 1, với hằng số tốc độ phản ứng k* của hệ O3/xỉ Fe đạt khoảng 0,025 phút⁻¹ tại pH 7.
   • Hệ O3/H2O2/xỉ Fe có hằng số k* cao hơn, khoảng 0,035 phút⁻¹, cho thấy tốc độ phân hủy nhanh hơn nhờ sự sinh gốc OH* mạnh hơn.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý cao của hệ O3/xỉ Fe và O3/H2O2/xỉ Fe được giải thích bởi khả năng xúc tác của xỉ Fe trong việc tăng sinh gốc hydroxyl, thúc đẩy quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải giấy. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế cho thấy các ion kim loại chuyển tiếp như Fe(II) có vai trò quan trọng trong quá trình catazone, tăng hiệu quả oxy hóa so với ozone đơn thuần.

Ảnh hưởng của pH phản ánh cơ chế oxy hóa trực tiếp và gián tiếp của ozone, trong đó pH trung tính tạo điều kiện cân bằng cho cả hai cơ chế, tối ưu hóa hiệu suất xử lý. Sự giảm hiệu quả ở pH cao do sự tiêu hao gốc OH* bởi các anion cacbonat cũng được ghi nhận trong các nghiên cứu trước đây.

Hàm lượng xỉ thải Fe tối ưu khoảng 0,5 g/l cho thấy cần cân bằng giữa lượng xúc tác đủ để tăng sinh gốc OH* và tránh hiện tượng bít tắc bề mặt xúc tác. Tính chất động học phản ứng giả bậc 1 giúp mô hình hóa quá trình xử lý và dự báo hiệu quả trong các điều kiện khác nhau.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý COD và độ màu theo thời gian, pH và hàm lượng xỉ thải, cũng như bảng tổng hợp hằng số tốc độ phản ứng k* cho các hệ thí nghiệm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng hệ thống xử lý ozone kết hợp xúc tác xỉ thải Fe tại các nhà máy giấy truyền thống nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, giảm COD và độ màu, đảm bảo đạt tiêu chuẩn môi trường. Thời gian thực hiện: 12-18 tháng; chủ thể: các doanh nghiệp sản xuất giấy và đơn vị tư vấn công nghệ môi trường.

2. Điều chỉnh pH nước thải về khoảng 7 trước khi xử lý ozone để tối ưu hóa hiệu quả oxy hóa, giảm chi phí vận hành và tăng tuổi thọ thiết bị. Thời gian thực hiện: 3-6 tháng; chủ thể: nhà máy xử lý nước thải.

3. Tận dụng xỉ thải kim loại từ các ngành công nghiệp luyện kim làm chất xúc tác trong xử lý nước thải giấy, vừa giảm chi phí nguyên liệu xúc tác, vừa góp phần xử lý chất thải rắn công nghiệp. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng; chủ thể: nhà máy giấy phối hợp với các nhà máy luyện kim.

4. Nghiên cứu mở rộng kết hợp phương pháp oxy hóa nâng cao với xử lý sinh học như MBBR hoặc MBR để xử lý triệt để các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, nâng cao hiệu quả xử lý tổng thể. Thời gian thực hiện: 18-24 tháng; chủ thể: viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp.

5. Xây dựng hệ thống quan trắc tự động các chỉ tiêu COD, độ màu, pH và ozone để kiểm soát chất lượng nước thải liên tục, đảm bảo vận hành ổn định và tuân thủ quy chuẩn môi trường. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng; chủ thể: nhà máy giấy và đơn vị cung cấp thiết bị.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và kỹ sư môi trường tại các nhà máy giấy: Nghiên cứu cung cấp giải pháp công nghệ xử lý nước thải hiệu quả, giúp cải thiện chất lượng nước thải và giảm thiểu tác động môi trường.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành môi trường, hóa học: Luận văn trình bày chi tiết về cơ chế oxy hóa nâng cao, phương pháp thí nghiệm và phân tích dữ liệu, là tài liệu tham khảo quý giá cho nghiên cứu khoa học.

3. Các doanh nghiệp sản xuất và xử lý nước thải công nghiệp: Tham khảo để áp dụng công nghệ ozone kết hợp xúc tác xỉ thải kim loại, tận dụng nguồn chất thải rắn công nghiệp, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả xử lý.

4. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Cung cấp thông tin khoa học và thực tiễn về xử lý nước thải ngành giấy, hỗ trợ xây dựng chính sách và quy chuẩn kỹ thuật phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Ozone có ưu điểm gì so với các chất oxy hóa khác trong xử lý nước thải giấy?
   Ozone là chất oxy hóa mạnh nhất với thế oxy hóa 2,07 V, có khả năng phân hủy triệt để các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, không để lại phụ phẩm độc hại và phân hủy nhanh sau phản ứng, giúp xử lý nước thải hiệu quả và an toàn.

2. Tại sao cần sử dụng xúc tác xỉ thải kim loại trong quá trình ozone hóa?
   Xỉ thải kim loại như Fe giúp tăng sinh gốc hydroxyl (OH*), thúc đẩy quá trình oxy hóa gián tiếp, nâng cao hiệu quả phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải, đồng thời tận dụng nguồn chất thải rắn công nghiệp.

3. Ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý ozone như thế nào?
   pH trung tính (khoảng 7) là điều kiện tối ưu cho cả oxy hóa trực tiếp và gián tiếp bằng gốc OH*, giúp tăng hiệu quả xử lý. pH quá thấp hoặc quá cao làm giảm hiệu quả do hạn chế sinh gốc OH* hoặc tiêu hao gốc OH* bởi các anion.

4. Có thể áp dụng công nghệ này cho các nhà máy giấy sử dụng nguyên liệu tái chế không?
   Công nghệ ozone kết hợp xúc tác xỉ thải kim loại phù hợp với nước thải có hàm lượng hữu cơ cao và khó phân hủy, do đó có thể áp dụng cho cả nhà máy sử dụng nguyên liệu truyền thống và tái chế, tuy nhiên cần điều chỉnh điều kiện vận hành phù hợp.

5. Chi phí vận hành công nghệ ozone kết hợp xúc tác có cao không?
   Chi phí vận hành cao hơn so với phương pháp truyền thống do tiêu thụ năng lượng cho sản xuất ozone và bảo dưỡng thiết bị, nhưng hiệu quả xử lý cao giúp giảm chi phí xử lý sau và giảm thiểu tác động môi trường, mang lại lợi ích lâu dài.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả vượt trội của hệ O3/xỉ Fe và O3/H2O2/xỉ Fe trong xử lý nước thải ngành giấy, với hiệu suất xử lý COD đạt tới 80% và giảm độ màu trên 75%.
• pH trung tính là điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa nâng cao bằng ozone và xúc tác xỉ thải kim loại.
• Hàm lượng xỉ thải Fe khoảng 0,5 g/l là mức tối ưu để tăng hiệu quả xử lý mà không gây hiện tượng bít tắc bề mặt xúc tác.
• Phản ứng phân hủy COD tuân theo động học giả bậc 1 với hằng số tốc độ phản ứng k* cao hơn khi kết hợp H2O2 và xúc tác xỉ Fe.
• Đề xuất áp dụng công nghệ này tại các nhà máy giấy truyền thống nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành công nghiệp giấy Việt Nam.

Các nhà máy giấy và đơn vị nghiên cứu nên phối hợp triển khai thí điểm công nghệ xử lý ozone xúc tác xỉ thải kim loại, đồng thời phát triển nghiên cứu kết hợp xử lý sinh học để hoàn thiện quy trình xử lý nước thải ngành giấy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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].