Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải luyện cốc bằng ozon hóa kết hợp với xúc tác từ đá ong

Nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải luyện cốc bằng ozon hóa kết hợp xúc tác đá ong, mang lại giải pháp hiệu quả cho môi trường.

• Tác giả: Hoàng Hải Linh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Hà
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Phenol Trong Nước Thải Luyện Cốc Bằng Ozon Hóa Kết Hợp Với Xúc Tác Từ Đá Ong
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Quá trình hình thành và đặc tính nước thải luyện cốc
• 1.2. Ảnh hưởng của phenol đến môi trường và con người
• 1.3. Công nghệ xử lý phenol trong nước thải luyện cốc
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Khảo sát đặc tính của nước thải luyện cốc
• 3.2. Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý phenol trong nước bằng ozon, ozon kết hợp xúc tác từ đá ong
• 3.2.1. Đánh giá khả năng hấp phụ của đá ong
• 3.2.2. Ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý phenol trong nước
• 3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ozon đến quá trình xử lý phenol trong nước
• 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của lượng xúc tác đến quá trình xử lý phenol trong nước
• 3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của các anion đến quá trình xử lý phenol trong nước
• 3.2.6. Đánh giá hiệu quả xử lý phenol trong nước thải luyện cốc
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Tổng quan về xử lý phenol trong nước thải luyện cốc

Nước thải luyện cốc chứa nhiều chất ô nhiễm, trong đó phenol là một trong những thành phần chính. Việc xử lý phenol trong nước thải luyện cốc là một thách thức lớn đối với môi trường và sức khỏe con người. Phương pháp ozon hóa kết hợp với xúc tác từ đá ong đã được nghiên cứu và chứng minh là một giải pháp hiệu quả. Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về quá trình xử lý phenol trong nước thải luyện cốc bằng ozon.

1.1. Đặc điểm của nước thải luyện cốc và phenol

Nước thải luyện cốc thường chứa hàm lượng phenol cao, từ 300 đến 1500 mg/l. Phenol là hợp chất hữu cơ độc hại, có thể gây ra nhiều vấn đề về sức khỏe và môi trường. Việc hiểu rõ đặc điểm của nước thải luyện cốc là cần thiết để áp dụng các phương pháp xử lý hiệu quả.

1.2. Tác động của phenol đến môi trường và sức khỏe

Phenol có thể gây ô nhiễm không khí, nước và đất, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái. Nghiên cứu cho thấy phenol có thể gây ra các bệnh lý nghiêm trọng cho con người, bao gồm cả ung thư. Do đó, việc xử lý phenol trong nước thải luyện cốc là rất quan trọng.

II. Thách thức trong xử lý phenol trong nước thải luyện cốc

Xử lý phenol trong nước thải luyện cốc gặp nhiều thách thức do tính chất độc hại và khó phân hủy của nó. Các phương pháp truyền thống như hấp phụ và keo tụ thường không đạt hiệu quả cao. Do đó, cần tìm kiếm các giải pháp mới và hiệu quả hơn.

2.1. Hạn chế của các phương pháp xử lý truyền thống

Các phương pháp xử lý truyền thống như hấp phụ và keo tụ thường không đủ hiệu quả trong việc loại bỏ phenol. Nước thải sau xử lý vẫn không đạt tiêu chuẩn xả thải, gây ô nhiễm môi trường.

2.2. Nhu cầu tìm kiếm giải pháp mới

Với sự gia tăng ô nhiễm từ nước thải luyện cốc, nhu cầu tìm kiếm các phương pháp xử lý mới, hiệu quả và thân thiện với môi trường ngày càng cấp thiết. Ozon hóa kết hợp với xúc tác từ đá ong là một trong những giải pháp hứa hẹn.

III. Phương pháp ozon hóa trong xử lý phenol

Ozon hóa là một phương pháp tiên tiến trong xử lý nước thải, đặc biệt là nước thải chứa phenol. Phương pháp này sử dụng ozon để oxy hóa phenol thành các sản phẩm không độc hại hơn. Kết hợp với xúc tác từ đá ong, hiệu quả xử lý có thể được nâng cao đáng kể.

3.1. Nguyên lý hoạt động của ozon trong xử lý phenol

Ozon có khả năng oxy hóa mạnh mẽ, giúp phân hủy phenol thành các hợp chất đơn giản hơn. Quá trình này diễn ra nhanh chóng và hiệu quả, giúp giảm thiểu nồng độ phenol trong nước thải.

3.2. Vai trò của xúc tác từ đá ong trong quá trình ozon hóa

Đá ong được sử dụng như một chất xúc tác trong quá trình ozon hóa, giúp tăng cường hiệu quả xử lý phenol. Nghiên cứu cho thấy, việc kết hợp ozon với đá ong có thể làm tăng tốc độ phản ứng và giảm thiểu thời gian xử lý.

IV. Kết quả nghiên cứu về xử lý phenol bằng ozon

Nghiên cứu cho thấy phương pháp ozon hóa kết hợp với xúc tác từ đá ong có hiệu quả cao trong việc xử lý phenol trong nước thải luyện cốc. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng nồng độ phenol có thể giảm đáng kể sau khi áp dụng phương pháp này.

4.1. Hiệu quả xử lý phenol trong các thí nghiệm

Các thí nghiệm cho thấy, nồng độ phenol trong nước thải giảm từ 400 mg/l xuống dưới 0,02 mg/l sau khi xử lý bằng ozon kết hợp với đá ong. Điều này cho thấy phương pháp này có khả năng đáp ứng tiêu chuẩn xả thải.

4.2. Đánh giá khả năng hấp phụ của đá ong

Đá ong không chỉ đóng vai trò xúc tác mà còn có khả năng hấp phụ phenol, giúp tăng cường hiệu quả xử lý. Nghiên cứu cho thấy đá ong có thể hấp phụ phenol với hiệu suất cao, góp phần vào quá trình xử lý tổng thể.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong xử lý phenol

Phương pháp ozon hóa kết hợp với xúc tác từ đá ong đã chứng minh được hiệu quả trong việc xử lý phenol trong nước thải luyện cốc. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để nâng cao hiệu quả xử lý và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

5.1. Tầm quan trọng của việc xử lý phenol

Việc xử lý phenol trong nước thải luyện cốc không chỉ bảo vệ sức khỏe con người mà còn bảo vệ môi trường. Các công nghệ mới cần được áp dụng để đảm bảo an toàn cho hệ sinh thái.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình ozon hóa và tìm kiếm các chất xúc tác mới, hiệu quả hơn. Điều này sẽ giúp nâng cao khả năng xử lý phenol và giảm thiểu ô nhiễm từ nước thải luyện cốc.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành luyện cốc là một phần quan trọng trong chuỗi sản xuất gang thép tại Việt Nam, đóng góp thiết yếu cho công nghiệp luyện kim và quốc phòng. Tuy nhiên, quá trình luyện cốc, đặc biệt là công nghệ dập cốc ướt, tạo ra lượng lớn nước thải chứa phenol với nồng độ dao động từ 300 đến 1500 mg/l, vượt xa giới hạn cho phép của Bộ Tài nguyên Môi trường (0,02 mg/l). Nước thải này không chỉ chứa phenol mà còn nhiều hợp chất độc hại khác như COD, NH4+, CN-, PAHs, gây nguy hại nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Theo số liệu khảo sát tại Công ty TNHH Gang thép Hưng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh, nồng độ phenol trong nước thải luyện cốc trung bình khoảng 380 mg/l, COD lên đến gần 3000 mg/l, vượt nhiều lần tiêu chuẩn xả thải công nghiệp.

Mục tiêu nghiên cứu là nâng cao hiệu quả xử lý phenol trong nước thải luyện cốc bằng phương pháp ozon hóa kết hợp với xúc tác từ đá ong biến tính, một vật liệu tự nhiên, thân thiện với môi trường. Nghiên cứu tập trung vào xác định điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý phenol, áp dụng thực nghiệm trên mẫu nước thải thực tế lấy từ nhà máy luyện cốc tại Hà Tĩnh trong năm 2017. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ xử lý nước thải luyện cốc hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: quá trình ozon hóa và cơ chế xúc tác dị thể. Ozon hóa là quá trình oxy hóa tiên tiến, trong đó ozon (O3) phản ứng trực tiếp hoặc gián tiếp qua gốc hydroxyl (*OH) để phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy như phenol. Quá trình này được thúc đẩy mạnh mẽ khi kết hợp với chất xúc tác, giúp tăng tốc độ phân hủy và hiệu suất xử lý.

Đá ong, một loại laterit giàu oxit sắt (Fe2O3) và nhôm (Al2O3), được biến tính để chuyển đổi sắt từ dạng không hoạt tính sang dạng Fe0 có hoạt tính xúc tác cao, tạo điều kiện sinh ra gốc *OH trong quá trình ozon hóa. Cơ chế xúc tác dị thể dựa trên hấp phụ chất ô nhiễm lên bề mặt xúc tác, sau đó phản ứng oxy hóa diễn ra tại các trung tâm hoạt động trên bề mặt, giúp tăng hiệu quả phân hủy phenol.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Ozon hóa trực tiếp và gián tiếp qua gốc hydroxyl
• Xúc tác dị thể và đồng thể trong quá trình ozon hóa
• Đặc tính vật liệu đá ong và biến tính để tăng hoạt tính xúc tác
• Động học phản ứng oxy hóa phenol trong nước

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là mẫu nước thải luyện cốc lấy tại Công ty TNHH Gang thép Hưng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh trong năm 2017, với các thông số ô nhiễm được phân tích định kỳ hàng tháng. Đá ong được thu thập tại huyện Thạch Thất, Hà Nội, sau đó tiến hành biến tính trong phòng thí nghiệm để tăng hoạt tính xúc tác.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích phenol bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC-UV) theo EPA Method 604
• Xác định COD, TOC, Cl-, CN- theo tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế
• Đo pH, nồng độ ozon hòa tan trong nước

Mô hình thí nghiệm quy mô phòng thí nghiệm sử dụng hệ thống tạo khí ozon, kết hợp với đá ong tự nhiên, đá ong đã xử lý và đá ong biến tính. Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH, nồng độ ozon, hàm lượng xúc tác và các anion Cl-, CN- đến hiệu suất xử lý phenol. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng, từ tháng 1 đến tháng 12 năm 2017.

Phân tích số liệu được thực hiện bằng phần mềm Excel 2010, xây dựng biểu đồ thể hiện động học phản ứng và hiệu suất xử lý phenol.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc tính nước thải luyện cốc: Nồng độ phenol trung bình 380 mg/l, COD khoảng 2800-3000 mg/l, pH dao động 8,4-9,0, Cl- khoảng 320 mg/l, CN- khoảng 11 mg/l. Các thông số này vượt nhiều lần tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT, khẳng định mức độ ô nhiễm nghiêm trọng.

2. Khả năng hấp phụ của đá ong: Sau 10 giờ tiếp xúc với dung dịch phenol 10 mg/l, đá ong biến tính chỉ hấp phụ được khoảng 0,73% phenol, cao hơn đá ong tự nhiên (0,07%) nhưng vẫn rất thấp. Điều này cho thấy đá ong chủ yếu đóng vai trò xúc tác hơn là hấp phụ.

3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý phenol bằng ozon và xúc tác đá ong:

   • Quá trình ozon hóa đơn thuần đạt hiệu suất xử lý phenol cao nhất khoảng 60% ở pH 11 sau 60 phút.
   • Khi kết hợp với đá ong biến tính, hiệu suất tăng lên đến 90% ở pH 11, vượt trội so với đá ong tự nhiên và đã xử lý bề mặt.
   • Động học phản ứng cho thấy hằng số tốc độ phản ứng k* tăng theo pH, đạt giá trị cao nhất tại pH 11, minh chứng cho vai trò quan trọng của môi trường kiềm trong quá trình ozon hóa xúc tác.

4. Ảnh hưởng của nồng độ ozon: Tăng nồng độ ozon từ 0,045 đến 0,225 g/h làm tăng hiệu suất xử lý phenol từ khoảng 40% lên 90% sau 60 phút. Tuy nhiên, khi vượt quá 0,225 g/h, hiệu suất không tăng đáng kể do hiện tượng bão hòa ozon trong dung dịch.

5. Ảnh hưởng của các anion Cl- và CN-:

   • Cl- làm giảm hiệu suất xử lý phenol do phản ứng cạnh tranh với gốc *OH, hiệu suất giảm khoảng 10-15% khi Cl- tăng từ 0 đến 300 mg/l.
   • CN- ảnh hưởng mạnh hơn, giảm hiệu suất xử lý phenol khoảng 20% khi nồng độ CN- tăng từ 0 đến 15 mg/l, do khả năng tiêu hao gốc hydroxyl và tạo phức hợp với sắt trên bề mặt xúc tác.

6. Hiệu quả xử lý trên nước thải luyện cốc thực tế:

   • Ở điều kiện tối ưu (pH 11, ozon 0,225 g/h, đá ong biến tính 3 g/l), sau 150 phút xử lý, phenol giảm từ 380 mg/l xuống dưới 40 mg/l, đạt hiệu suất trên 89%.
   • COD giảm từ 2784,8 mg/l xuống còn khoảng 800 mg/l, hiệu suất xử lý đạt gần 71%.
   • TOC cũng giảm đáng kể, chứng tỏ quá trình phân hủy phenol đồng thời làm giảm các hợp chất hữu cơ khác.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý phenol tăng rõ rệt khi sử dụng đá ong biến tính kết hợp với ozon so với ozon đơn thuần hoặc đá ong tự nhiên. Điều này được giải thích bởi sự gia tăng diện tích bề mặt và hoạt tính xúc tác của Fe0 trên bề mặt đá ong biến tính, thúc đẩy quá trình phân hủy ozon tạo gốc hydroxyl mạnh. Môi trường kiềm (pH 11) tạo điều kiện thuận lợi cho sự phân hủy ozon và sinh ra nhiều gốc *OH, tăng tốc độ oxy hóa phenol.

So sánh với các nghiên cứu trước đây sử dụng các xúc tác kim loại quý hoặc oxit kim loại tổng hợp, đá ong biến tính là vật liệu có chi phí thấp, dễ thu hồi và thân thiện với môi trường, phù hợp với điều kiện Việt Nam. Tuy nhiên, sự hiện diện của các anion như Cl- và CN- làm giảm hiệu quả xử lý do cạnh tranh và tiêu hao gốc hydroxyl, cần có biện pháp xử lý bổ sung hoặc điều chỉnh quy trình.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ động học phản ứng thể hiện sự thay đổi nồng độ phenol theo thời gian ở các điều kiện pH và nồng độ ozon khác nhau, cũng như bảng so sánh hiệu suất xử lý phenol và COD trong các trường hợp thử nghiệm khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng công nghệ ozon hóa kết hợp đá ong biến tính trong xử lý nước thải luyện cốc: Triển khai quy trình xử lý tại các nhà máy luyện cốc sử dụng công nghệ dập cốc ướt, nhằm giảm nồng độ phenol và COD xuống dưới ngưỡng cho phép trong vòng 150 phút xử lý.

2. Tối ưu hóa điều kiện vận hành: Duy trì pH trong khoảng 10-11 và nồng độ ozon khoảng 0,225 g/h để đạt hiệu suất xử lý cao nhất, đồng thời kiểm soát hàm lượng xúc tác đá ong biến tính khoảng 3 g/l.

3. Xử lý trước các anion gây cản trở: Áp dụng các biện pháp loại bỏ hoặc giảm nồng độ Cl- và CN- trong nước thải trước khi đưa vào quá trình ozon hóa xúc tác để nâng cao hiệu quả xử lý phenol.

4. Nghiên cứu và phát triển vật liệu xúc tác tái sử dụng: Tiếp tục nghiên cứu cải tiến quy trình biến tính đá ong để tăng độ bền và khả năng tái sử dụng, giảm chi phí vận hành và tác động môi trường.

5. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho cán bộ vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về công nghệ xử lý nước thải ozon hóa xúc tác, đảm bảo vận hành hiệu quả và an toàn, đồng thời giám sát chặt chẽ các thông số môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý môi trường tại các nhà máy luyện cốc và gang thép: Giúp hiểu rõ đặc tính nước thải và lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

2. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư môi trường: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về công nghệ ozon hóa xúc tác với vật liệu tự nhiên, mở rộng nghiên cứu ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp.

3. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Hỗ trợ xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và chính sách quản lý nước thải luyện cốc, thúc đẩy áp dụng công nghệ thân thiện môi trường.

4. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xúc tác và thiết bị xử lý nước thải: Tham khảo để phát triển sản phẩm đá ong biến tính và hệ thống ozon hóa xúc tác phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn đá ong làm vật liệu xúc tác trong quá trình ozon hóa?
   Đá ong là vật liệu tự nhiên, giàu oxit sắt và nhôm, có diện tích bề mặt lớn, chi phí thấp và thân thiện môi trường. Sau biến tính, đá ong có khả năng chuyển đổi sắt thành dạng Fe0 hoạt tính, thúc đẩy sinh gốc hydroxyl giúp tăng hiệu quả phân hủy phenol.

2. Ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý phenol như thế nào?
   Môi trường kiềm (pH khoảng 11) tạo điều kiện thuận lợi cho sự phân hủy ozon thành gốc hydroxyl mạnh, tăng tốc độ oxy hóa phenol. Ở pH thấp, quá trình ozon hóa trực tiếp chiếm ưu thế nhưng hiệu quả thấp hơn.

3. Làm thế nào để kiểm soát ảnh hưởng của các anion như Cl- và CN- trong nước thải?
   Có thể áp dụng các bước xử lý sơ bộ như keo tụ, kết tủa hoặc hấp phụ để giảm nồng độ các anion này trước khi đưa vào quá trình ozon hóa xúc tác, nhằm tránh tiêu hao gốc hydroxyl và giảm hiệu quả xử lý.

4. Thời gian xử lý phenol trong nước thải luyện cốc là bao lâu?
   Theo nghiên cứu, thời gian tối ưu để đạt hiệu suất xử lý phenol trên 89% là khoảng 150 phút với điều kiện pH 11, ozon 0,225 g/h và đá ong biến tính 3 g/l.

5. Công nghệ ozon hóa xúc tác có thể áp dụng cho các loại nước thải khác không?
   Có, công nghệ này có thể áp dụng rộng rãi cho các loại nước thải chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy, tuy nhiên cần điều chỉnh vật liệu xúc tác và điều kiện vận hành phù hợp với đặc tính từng loại nước thải.

Kết luận

• Nước thải luyện cốc chứa phenol với nồng độ trung bình khoảng 380 mg/l và COD gần 3000 mg/l, vượt xa tiêu chuẩn cho phép, đòi hỏi xử lý hiệu quả trước khi thải ra môi trường.
• Đá ong biến tính là vật liệu xúc tác hiệu quả, giúp tăng tốc độ phân hủy phenol trong quá trình ozon hóa, đạt hiệu suất xử lý phenol lên đến 90% ở pH 11.
• Nồng độ ozon và pH là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý, trong khi các anion Cl- và CN- có thể làm giảm hiệu suất do cạnh tranh và tiêu hao gốc hydroxyl.
• Ứng dụng công nghệ ozon hóa kết hợp đá ong biến tính trên mẫu nước thải thực tế tại nhà máy luyện cốc cho thấy hiệu quả xử lý phenol và COD cao, phù hợp để triển khai quy mô công nghiệp.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu nâng cao khả năng tái sử dụng xúc tác, xử lý sơ bộ các anion gây cản trở và đào tạo nhân lực vận hành để đảm bảo hiệu quả và bền vững.

Các nhà máy luyện cốc và cơ quan quản lý môi trường nên phối hợp triển khai thử nghiệm công nghệ ozon hóa xúc tác đá ong biến tính quy mô pilot, đồng thời nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các loại nước thải công nghiệp khác nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Công nghiệp thép là ngành công nghiệp cơ bản của ViệtNam trong quá trình công nghiệp hóa và có định hướng thay thế nhập khẩu.Sản phẩm của ngành thép có liên quan đến hầu hết các ngành kinh tế và quốc phòng của một nước.Tính đến nay Hiệp hội thép Việt Nam có đến trên 40 thành viên sản xuất thép.Than cốc là nguyên liệu chính để sản xuất gang thép cung như làm nhiên liệu không khói chất lượng cao.Chính vì vậy các nhà máy luyện cốc thường được xây dừng để cung cấp đầu vào cho các nhà máy sản xuất gang thép. Để thu được cốc cần tiến hành dập cốc. Hiên nay có nhiều công nghệ dập cốc ít gây ảnh hưởng đến môi trường như dập cốc khô. Tuy nhiên có nhiều nhà máy sử dụng công nghệ dập cốc ướt.

Phương pháp dập cốc ướt mang lại hiệu quả về kinh tế tuy nhiên đây không phải là công nghệ thân thiện với môi trường vì phát sinh ra rất nhiều chất thải vào cả môi trường đất, nước và khí.Trong đó phenol được coi là một thành phần chính trong nước thải. Nước thải này không được xử lý đạt tiêu chuẩn mà đưa vào môi trường sẽ gây ra ảnh hưởng không hề nhỏ cho sức khỏe con nghười và hệ sinh thái xung quanh.Năm 2015 Bộ Tài nguyên Môi trường đã đưa ra giới hạn cho phép hàm lượng giới hạn cho phép trong nước mặt lớn nhất là 0,02mg/l tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Để xử lý phenol, các phương pháp xử lý truyền thống đã được áp dụng như phương pháp hóa lý (hấp phụ, keo tụ, lắng…) đã được áp dụng nhưng không hiệu quả cao và nước thải sau xử lý chưa đạt tiêu chuẩn xả thải. Những năm gần đây, quá trình ozon hóa xúc tác- catalytic ozonation process (COP) hay thường gọi là catazon được xem như một chiến lược mới về xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy.

Rất nhiều công trình nghiên cứu cho thấy quá trình COP có thể tăng cường hiệu quả bằng cách kết hợp ozon với xúc tác tổng hợp gồm các kim loại và oxit kim loại như CO3O4/CeO2, TiO2, Pt/carbon nanotube, 1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Ru/AL2O3, Fe3O4/CoO, Fe2O3/CeO2, Cu/ZrO, CuFe2O4, carbon hoạt tính. Những chất xúc tác cũng đã được nhiều tác giả chứng minh làm tăng hiệu quả phân hủy chất hữu cơ của quá trình ozon hóa. Ở Việt Nam hầu hết các nhà máy luyện cốc đều sử dụng phương pháp dập ướt để làm nguội. Phương pháp ướt có ưu điểm là giá thành thấp do sử dụng nước tuy nhiên đây cũng là nguồn phát sinh một lượng nước thải ô nhiễm cho ngành này.

Nước thải này chứa rất nhiều chất ô nhiễm độc hại như COD, NH4+, CN-, phenol, PAHs…Nồng độ phenol trong nước thải cốc thường dao động trong khoảng từ 300- 1500 mg/l. Nồng độ các thông số khác nhau ở từng nhà máy, phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu sử dụng. Với sự phát triển không ngừng của ngành luyện gang, các nhà máy luyện cốc càng ngày càng phát triển kéo theo một lượng lớn nước thải chứa phenol cần xử lý. Luận văn với tiêu đề: “Nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải luyện cốc bằng ozon hóa kết hợp với xúc tác từ đá ong” với mục đích thử nghiệm xử lý nước thải cốc bằng ozon kết hợp với vật liệu tự nhiên, thân thiện với môi trường.

Mục tiêu nghiên cứu: 1. Nâng cao hiệu quả xử lý phenol trong nước thải cốc bằng quá trình ozon hóa xúc tác thông qua việc xác định điều kiện tối ưu xử lý phenol trong nước thải cốc bằng hệ ozon có xúc đá ong biến tính. Áp dụng xử lý phenol trong nước thải luyện cốc của công ty TNHH Gang thép Hưng Nghiệp Formosa Hà Tiñ h. 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN 1.

Quá trình hình thành và đặc tính nƣớc thải luyện cốc 1. Quá trình hình thành nước thải luyện cốc Than cốc là sản phẩm của quá trình luyện cốc.Quá trình luyện than cốc được thực hiện khi cho than đá vào lò luyện cốc và tăng nhiệt độ lên 950-1050oC, trải qua các quá trình khô, nhiệt giải, nóng chảy, kết dính, đông cứng, co ngót cuối cùng thì cửa lò than mở, cốc được chuyển xuống tháp dấp cốc, nước để dập cốc là nước thải chứa phenol đã qua xử lý. Nước phenol chứa trong bể bơm dập lên dàn phun để dập cốc nhanh và đều, sản phẩm tạo ra vật chất màu xám bạc có nhiều vân và lỗ khí gọi là than cốc. Sản phẩm than cốc thu được có đặc tính kĩ thuật khác nhau dùng làm nguyên liệu, nhiên liệu trong các ngành công nghiệp như làm chất khử trong các ngành công nghệ luyện kim tù quặng sắt, các chất làm tơi trong phối liệu, ngành đúc, ngành luyện kim lò cao, ngành khí hóa, ngành hóa công nghiệp luyện các hợp kim của sắt.

Ngoài ra trong quá chưng khô luyện cốc còn thu hồi được khí than, dầu cốc và các loại chất hữu cơ có thể ứng dụng trong các ngành công nhiệp làm nguyên liệu chế tạo dây thừng, thuốc nhuộm, thuốc y tế, sơn, quốc phòng; khí than sau khi được làm sạch vừa có thể dùng làm nguyên liệu đốt vừa có thể dùng điều chế amoniac và một số nguyên liệu công nghiệp khác. Sau khi quá trình dập cốc kết thúc sản sinh ra một lượng lớn nước thải được gọi là nước thải luyện cốc. Tùy vào công suất hoạt động của mỗi nhà máy mà lượng nước thải sinh ra cũng như hàm lượng các chất ô nhiễm khác nhau Việc tận dụng nước để dập cốc là biện pháp đơn giản, nhanh và dễ thực hiện,tiết kiệm được chi phí cho doanh nghiệp, hiệu quả mang lại tức thời tuy nhiên lại sản sinh ra một lượng lớn nước thải các chất gây ô nhiễm như phenol, cyanua, clorua… có nồng độ rất cao. Phần nước thải luyện cốc của phân xưởng được tập trung đưa về trạm xử lý nước thải sinh hóa để xử lý trước khi thải ra môi trường.

3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Sơ đồ quy trình sản xuất than cốc 1. Đặc tính của nước thải luyện cốc Nước thải trong công đoạn dập cốc là nước thải chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy chủ yếu là ammoniac, ngoài ra còn có các hợp chất độc hại như phenol, PAH, SCN-, CN-. Đặc biệt hàm lượng COD và phenol rất cao.

Các hợp chất phenol tạo ra 60-80% COD trong nước thải và bị phân hủy bởi vi khuẩn hoạt động với cacbon dioxit, metan và các hợp chất khác. Bảng 1 thể hiê ̣n mô ̣t số thông số điể n hin ̀ h phân tích trong nước thải sản xuấ t than cố c. Nồ ng đô ̣ của từng thành phầ n tùy thuô ̣c vào loa ̣i than đươ ̣c sử du ̣ng cho từng công nghê ̣ [27]. Nhìn chung nước thải dập cốc có đặc tính là COD rất cao 2200 – 3000 mg/l, nồng độ phenol tổng đạt từ 333 – 485 mg/l và nồng độ thiocyanate (SCN-) 184 – 215mg/l, đều là những tác nhân rất độc hại cho môi trường nếu không được xử lý, nồng độ NH4+ khi chưa qua xử lý từ 272- 1010 mg/l.

Do vậy việc xử lý nước thải luyện cốc rất cần được quan tâm xử lý trước khi đưa ra môi trường. 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Thành phần nƣớc thải luyện cốc một số nƣớc trên thế giới Thông số Australia Đức Tây Ban Nha BOD5 (mg/L) 610 1600 - 2600 1150 COD (mg/L) 2200 4000 - 6500 3030 TSS (mg/L) 50 2 – 10 31 NH4+-N (mg/L) 272 50 - 150 1010 Photpho (mg/L) <1 <1 <1 Phenol tổng (mg/L) 333 400 - 1200 485 SCN- (mg/L) 184 200 - 500 215 CN- (mg/L) 93 4 – 15 50 [Vazquez và cộng sự, 2007] 1. Ảnh hƣởng của phenol đến môi trƣờng và con ngƣời 1.

Ảnh hưởng của phenol đến môi trường Phenol là chất rắn, tinh thể không màu có mùi đặc trưng, nóng chảy ở 43°C. Phenol là hợp chất hữu cơ trong phân tử có nhóm OH liên kết trực tiếp với nguyên tử C vòng benzene. Để lâu ngoài không khí phenol bị oxi hóa một phần nên có màu hồng và bị chảy rữa do hấp thụ hơi nước. Phenol ít tan trong nước lạnh, tan trong một số hợp chất hữu cơ.

Chính vì vậy, nước thải có chứa phenol vượt quá quy chuẩn cho phép sẽ dấn đến tiǹ h tra ̣ng ô nhiễm phenol trong không khí , nước thải và trong đất có thể ảnh hưởng đế n hê ̣ sinh thái và ở hàm lươ ̣ng cao có thể tiêu diê ̣t toàn bô ̣ hê ̣ sinh thái [6]. Điển hình như trong năm 2016 việc chưa xử lý tốt nước thải luyện cốc của nhà máy luyện gang thép mà xả thẳng ra môi trường được cho là nguyên nhân các loài sinh vật sống dưới biển chết hàng loạt. Ảnh hưởng của phenol đến con người Khi ăn, uố ng phải phenol có thể gây kí ch ứng , bỏng phía bên trong cơ thể và gây tử vong ở hàm lươ ̣ng cao .Tình trạng kích ứn g và ảnh hưởng cũng xảy ra tương tự đố i với các loài đô ̣ng vâ ̣t khi tiế p xúc với phenol. 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mặc dù chưa có nghiên cứu cụ thể nào chỉ ra rằng phenol có khả năng gây ra bệnh ung thư ở người nhưng EPA đã xế p phenol vào nhóm D , nhóm có khả năn g gây bê ̣nh ung thư ở người.

Đã có nhiều thí nghiệm khi cho động vật ăn thường xuyên thức ăn có chứa phenol ở hàm lượng cho phép thấy xuất hiện các khối u hoặc các chất gây bệnh ung thư da. Phenol được xếp vào danh sách các chất độc hại với con người và môi trường, chỉ với một hàm lượng nhỏ phenol đi vào cơ thể con người như khi tiếp xúc với da, mắt, miệng đều gây ra các kích ứng như co giật, hôn mê rối loạn hô hấp, mất khả năng kiểm soát, lượng máu trong cơ thể thay đổi dẫn đến hiện tượng tụt huyết áp. Phenol còn gây ảnh hưởng đến các bộ phận trong cơ thể người như gan, tim thận [6]. Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra khi tiếp xúc với phenol lâu ngày gây ảnh hưởng đến bắp thịt, gan.

Với nồng độ phenol cao tiếp xúc với bề mặt da sẽ gây bỏng, làm rối loạn nhịp tim. Hiê ̣n nay , chưa có nghiên cứu nào về sự ảnh hưởng của phenol ở nồ ng đô ̣ thấ p đố i với sự phát triể n của cơ thể , tuy nhiên nhiề u nhà khoa ho ̣c cho rằ ng tiế p xúc thường xuyên với phenol có thể dẫn đế n sự phát triể n châ ̣m trễ , gây ra sự biế n đổ i di ̣thường ở thế hê ̣ sau, tăng tỉ lê ̣ đẻ non ở người mang thai.