ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ kết hợp OZONE và UV trong xử lý nước cấp sinh hoạt

KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI:

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KẾT HỢP OZONE VÀ UV TRONG XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHO SINH HOẠT

TS PHẠM VĂN TOÀN TRẦN PHẠM ĐĂNG HUY B1205055

TS NGUYỄN VĂN DŨNG PHAN THỊ THÚY VY B1205126

Cần Thơ, 5/2016

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Cần Thơ, ngày….tháng….năm 2016

Phạm Văn Toàn Nguyễn Văn Dũng

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Cần Thơ, ngày….tháng….năm 2016

Cán bộ phản biện 01 Cán bộ phản biện 02

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Môi Trường & Tài Nguyên Thiên Nhiên – Trường Đại Học Cần Thơ đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của các thầy

cô thì em nghĩ bài luận văn này của em rất khó có thể hoàn thiện được Trong quá trình thực tập, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo thực tập, khó tránh khỏi sai sót, rất mong các Thầy, Cô bỏ qua Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót,

em rất mong nhận được ý kiến đóng góp Thầy, Cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn những công việc sau khi ra trườngsắp tới

Cuối lời, xin chúc cha mẹ, quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe, luôn thành công trong công việc cũng như trong cuộc sống

Cần Thơ, ngày 9 tháng 5 năm 2016

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Trần Phạm Đăng Huy Phan Thị Thúy Vy

có chất lượng rất khác nhau Có thể nói, hầu hết các nguồn nước thiên nhiên đều không đáp ứng được yêu cầu về mặt chất lượng cho các đối tượng dùng nước

Trước tình hình đó thì đề tài “ Đánh giá hiệu quả kết hợp của ozone và UV trong

xử lý nước cấp cho sinh hoạt” được nghiên cứu để đáp ứng cho nhu cầu nước sạch

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài luận văn tốt nghiệp “Đánh giá hiệu quả kết hợp ozone và UV trong xử lý nước cấp cho sinh hoạt” được hoàn thành dựa trên việc tổng hợp các kết quả mà chúng tôi nghiên cứu được, đồng thời các kết quả này hoàn toàn chưa được công bố hay được sử dụng từ bất kỳ một luận văn cùng cấp nào khác

Cần Thơ, ngày 9 tháng 5 năm 2016

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Trần Phạm Đăng Huy Phan Thị Thúy Vy

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ii

LỜI CẢM TẠ iii

TÓM TẮT iv

LỜI CAM ĐOAN vi

MỤC LỤC vii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3

1.2.1 Mục tiêu tổng quát: 3

1.2.2 Mục tiêu cụ thể: 3

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 4

2.1 SƠ LƯỢC VỀ NƯỚC TỰ NHIÊN 4

2.1.1 Thành phần, cấu tạo và tính chất của nước 4

2.1.2 Trữ lượng nước trên Trái Đất 6

2.2 SƠ LƯỢC VỀ NƯỚC CẤP 6

2.2.1 Các loại nguồn nước cấp 6

2.2.2 Tính chất của nước 7

2.2.3 Tiêu chuẩn chất lượng nước thô làm nước cấp 8

2.3 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG VÀ CÔNG NGHỆ XỮ LÝ NƯỚC CẤP Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 9

2.3.1 Tổng quan về chất lượng nước sông 9

2.3.2 Tổng quan về công nghệ xử lý nước cấp ở Đồng bằng sông Cửu Long 10 2.4 SƠ LƯỢC VỀ OZONE VÀ UV 13

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

2.4.1 Sơ lược về ozone (O3) 13

2.4.2 Sơ lược về UV (Ultraviolettrays) 17

2.5 SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP TẠO OZONE VÀ UV BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÓNG ĐIỆN VẦNG QUANG 21

2.5.1 Phương pháp tạo ozone từ phóng điện vầng quang 21

2.5.2 Các quá trình xảy ra 22

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM THỰC HIỆN 26

3.1.1 Địa điểm thực hiện 26

3.1.2 Thời gian thực hiện:từ tháng 01/2016 – 4/2016 26

3.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 26

3.3 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 27

3.3.1 Phương tiện thí nghiệm 27

3.3.2 Vận hành mô hình 28

3.4 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 28

3.4.1 Thí nghiệm Jartest: nhằm xác định lượng phèn thích hợp cho quá trình keo tụ 28

3.4.2 Thí nghiệm định hướng xác định thời gian lưu thích hợp để thực hiện thí nghiệm chính thức 28

3.4.3 Thí nghiệm vận hành mô hình xử lý nước cấp kết hợp ozone và UV bằng phương pháp phóng điện vầng quang qui mô phòng thí nghiệm 29

3.5 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẪU 32

3.6 XỬ LÝ SỐ LIỆU 33

CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

4.1 KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA NƯỚC SÔNG 34

4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH LƯỢNG PHÈN THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH KEO TỤ 35

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

4.3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐỊNH HƯỚNG XÁC ĐỊNH THỜI GIAN LƯU

NƯỚC THÍCH HỢP ĐỂ THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM CHÍNH THỨC 37

4.4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP OZONE VÀ UV 38

4.4.1 Sự biến động giá trị pH 38

4.4.2 Sự biến động giá trị nitrit (NO2 -) và nitrat (NO3 -) 40

4.4.3 Độ dẫn điện (EC) 42

4.4.4 Hàm lượng rắn lơ lửng (SS) 44

4.4.5 Độ đục 45

4.4.6 Hàm lượng Oxi hòa tan (DO) 47

4.4.7 Hiệu quả xử lý Coliform 48

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

5.1 KẾT LUẬN: 50

5.2 KIẾN NGHỊ 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

PHỤ LỤC A 54

PHỤ LỤC B 56

PHỤ LỤC C 61

PHỤ LỤC D 67

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Một số tính chất vật lý của nước 5

Bảng 2.2 Mối liên hệ giữa nhiệt độ sôi và áp suất của nước thường 5

Bảng 2.3 Thể tích các nguồn nước tự nhiên trên thế giới 6

Bảng 2.4 Thành phần hoá học trung bình của nước sông hồ 7

Bảng 2.5 Tỷ lệ cấp nước theo các giải pháp cấp nước vùng ĐBSCL 11

Bảng 2.6 Hiệu quả diệt vi sinh vật trong nước của ozone 16

Bảng 2.7 Tiêu chuẩn vệ sinh công nghiệp ozone 17

Bảng 2.8 Hằng số tốc độ phản ứng của gốc hydroxyl (*OH) so với ozone 25

Bảng 3.1 Phương pháp và phương tiện phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước 33 Bảng 4.1 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của nước sông 35

Bảng 4.2 Kết quả liều lượng chất keo tụ thích hợp 35

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm xác định thời gian lưu nước thích hợp 37

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Cấu tạo phân tử nước 4

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống và công nghệ xử lý nước mặt 12

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống và công nghệ xử lý nước ngầm 13

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống cấp nước ngầm đơn giản 13

Hình 2.5 Bước sóng của bức xạ điện từ 18

Hình 2.6 Phân loại tia UV theo tác động đến sức khỏe con người và môi trường 19

Hình 2.7 Phân loại tia UV theo tác dụng vật lý 20

Hình 2.8 Tác động của UV lên DNA 21

Hình 2.9 Tia UV sinh ra từ hiện tượng phóng điện vầng quang 21

Hình 2.10 Cấu trúc phân tử Ozone (O3) 22

Hình 2.11 Cơ chế hình thành phân tử ozone (O3) 23

Hình 2.12 khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa 24

Hình 3.1 Địa điểm lấy mẫu 26

Hình 3.2 Mô hình kết hợp ozone và UV trong xử lý nước cấp cho sinh hoat 27

Hình 3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian lưu thích hợp 29

Hình 3.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình đối với nước chưa keo tụ 30

Hình 3.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình đối với nước đã keo tụ 32

Hình 4.1 Biểu đồ thể hiện tương quan giữa pH và độ đục 36

Hình 4.2 Nồng độ Ozone ứng với các mốc thời gian lưu 38

Hình 4.3 Biến động nồng độ pH ở 2 thí nghiệm 39

Hình 4.4 Biến động của nồng độ nitrit ở 2 thí nghiệm 40

Hình 4.5 Biến động của nồng độ pH theo nồng độ nitrat ở thí nghiệm 1 40

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

Hình 4.6 Biến động của nồng độ pH theo nồng độ nitrat ở thí nghiệm 2 41

Hình 4.7 Độ dẫn điện của nước keo tụ và nước chưa keo tụ 43

Hình 4.8 Giá trị SS ở thí nghiệm 1 và 2 44

Hình 4.9 Giá trị độ đục của nước ở thí nghiệm 1 và 2 45

Hình 4.10 Độ đục của nước thải đầu vào và đầu ra ở thí nghiệm 1 46

Hình 4.11 Độ đục của nước thải đầu vào và đầu ra ở thí nghiệm 2 46

Hình 4.12 Hàm lượng DO trong 2 thí nghiệm 1 và 2 47

Hình 4.13 Tương quan giữa Tổng Coliform và nồng độ Ozone ở thí nghiệm 1 48

Hình 4.14 Tương quan giữa Tổng Coliform và nồng độ Ozone ở thí nghiệm 2 48

cơ Nguồn gốc của sự hình thành và tích lũy chất hữu cơ sơ sinh và hiện tượng quan hợp được thực hiện dưới tác dụng của ánh nắng mặt trời với sự góp mặt của nước

và không khí Trong quá trình trao đổi chất, nước đóng vai trò trung tâm Những phản ứng lý, hoá học dưới sự tham gia bắt buộc của nước Nước là dung môi bắt buộc của nhiều chất, đóng vai trò dẫn đường cho muối khoáng đi vào cơ thể

Trong khu dân cư, nước phục vụ cho mục đích sinh hoạt, nâng cao đời sống người dân Một ngôi nhà hiện đại, quy mô lớn nhưng không có nước khác nào cơ quan không có máu Nước đóng vai trò quan trọng trong đời sống và sản xuất, phục vụ cho hàng loạt các ngành công nghiệp khác nhau

Đối với cây trồng, nước là nhu cầu thiết yếu đồng thời còn có vai trò điều tiết các chuyển động nhiệt, ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thoáng khí trong đất,

đó là những nhân tố quan trọng cho sự phát triển của sinh vật

Do đó, việc bảo vệ nguồn nước, khai thác nguồn nước hợp lí, hiệu quả phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất là một vấn đề đã và đang được quan tâm hiện nay Nước trong thiên nhiên được dùng làm các nguồn nước cung cấp cho sinh hoạt và công nghiệp có chất lượng rất khác nhau Có thể nói, hầu hết các nguồn nước thiên nhiên đều không đáp ứng được yêu cầu về mặt chất lượng cho các đối tượng dùng nước

Trung bình mỗi ngày trên trái đất có khoảng 2 triệu tấn chất thải sinh hoạt đổ ra sông hồ và biển cả, 70% lượng chất thải công nghiệp không qua xử lý bị trực tiếp

đổ vào các nguồn nước tại các quốc gia đang phát triển Đây là thống kê của Viện Nước quốc tế (SIWI) được công bố tại Tuần lễ Nước thế giới (World Water Week) khai mạc tại Stockholm, thủ đô Thụy Điển ngày 5/9

Theo ước tính của Quỹ Nhi đồng Liên Hợp Quốc (UNICEF) ở Việt Nam có khoảng

17 triệu (52%) trẻ em chưa được sử dụng nước sạch và khoảng 20 triệu (59%) chưa

có nhà tiêu hợp vệ sinh Hàng năm, 4.000 trẻ em tử vong vì nước bẩn và vệ sinh kém.Đây là con số được Quỹ Nhi đồng Liên Hợp Quốc UNICEF công bố Giám đốc Điều hành UNICEF, bà Ann M Veneman cho biết: “Trên thế giới, cứ 15 giây

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

lại có một trẻ em tử vong bởi các bệnh do nước không sạch gây ra và nước không sạch là thủ phạm của hầu hết các bệnh và nạn suy dinh dưỡng Một trẻ em lớn lên trong những điều kiện như thế sẽ có ít cơ hội để thoát khỏi cảnh đói nghèo” Giống như một số nước trên thế giới, Việt Nam cũng đang đứng trước thách thức hết sức lớn về nạn ô nhiễm môi trường nước, đặc biệt là tại các khu công nghiệp và đô thị Trong quá trình sinh hoạt hàng ngày, nước dùng trong sinh hoạt của dân cư ngày càng tăng nhanh, do tăng dân số về các đô thị Từ nước thải sinh hoạt cộng với nước thải của các cơ sở tiểu thủ công nghiệp trong khu dân cư là đặc trưng của sự ô nhiễm, của các đô thị ở nước ta Các loại nước thải đều được trực tiếp thải ra môi trường, chưa qua xử lý.dưới tốc độ phát triển như hiện nay con người vô tình làm ô nhiễm nguồn nước bằng các hóa chất, chất thải từ các nhà máy, xí nghiệp Các đơn

vị cá nhân sử dụng nước ngầm dưới hình thức khoan giếng, sau khi ngưng không sử dụng không bịt kín các lỗ khoan lại làm cho nước bẩn chảy lẫn vào làm ô nhiễm nguồn nước ngầm Các nhà máy xí nghiệp xả khói bụi công nghiệp vào không khí làm ô nhiễm không khí, khi trời mưa, các chất ô nhiễm này sẽ lẫn vào trong nước mưa cũng góp phần làm ô nhiễm nguồn nước

Theo thống kê của Công ty TNHH MTV Cấp thoát nước Cần Thơ (2010), tỷ lệ hộ dân sử dụng nước cấp từ nhà máy của toàn thành phố đạt từ 32% đến 33% Riêng ở

5 quận (Ninh Kiều, Bình Thủy, Cái Răng, Ô Môn, Thoát Nốt), đạt tỷ lệ 52% hộ dân Như vậy, khoảng 48% hộ gia đình không có điều kiện sử dụng nguồn nước sạch đã qua xử lý

Chính vì vậy việc xử lý và cung cấp nước sạch là một vấn đề cấp thiết đang được Đảng và Nhà nước ta quan tâm, nhằm cải thiện sức khỏe cộng đồng, kinh tế- xã hội, xây dựng cơ sở hạ tầng nâng cao đời sống người dân

Trước tình hình đó thì đề tài “ Đánh giá hiệu quả kết hợp của ozone và UV trong

xử lý nước cấp cho sinh hoạt” được nghiên cứu để đáp ứng cho nhu cầu nước sạch

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung 1: Tìm ra liều lượng hóa chất và nồng độ pH thích hợp cho quá trình keo

tụ tạo bông nhằm loại bỏ độ đục, SS hiệu quả

Nội dung 2: Xác định các thông số vận hành của hệ thống kết hợp ozone và UV

trong xử lý nước cấp

Hình 2.1: Cấu tạo phân tử nước

Trong nguyên tử oxy, hạt nhân của nó thường có điện tích rất mạnh Chính vì thế nó

có xu hướng kéo điện tử bật khỏi nguyên tử hiđro nhỏ hơn Kết quả là chúng có ưu thế trong mối liên kết cộng hóa trị Do đó, trong phân tử nước có điện tích dương gần với nguyên tử hiđro và có điện tích âm gần với nguyên tử oxy

Nước có M = 18 là nước thường, chiếm 99,8% tổng lượng nước tự nhiên

Nước có M ≥ 19 là nước nặng, chiếm 0,2% tổng lượng nước tự nhiên

Hàm lượng các loại nước nặng trong tự nhiên phân bố rất khác nhau Nguyên nhân

là do hàng loạt các quá trình vật lý, hóa học, sinh học xảy ra khác nhau tạo ra sự phân bố các đồng vị (H và O) khác nhau

Nước là một phân tử phân cực, nên các phân tử nước có tính chất hấp dẫn lẫn nhau nhờ lực hút tĩnh điện Sự hấp dẫn này tạo nên mối liên kết hiđro, nhờ đó ở nhiệt độ thường chúng ở trạng thái lỏng Giữa các nhóm phân tử nước tồn tại xen kẽ với các phân tử nước đơn lẻ:

mH2O ⇔ (H2O)m có ΔH < 0

Giá trị m thay đổi theo nhiệt độ (ở thể hơi m = 1; ở thể rắn m = 5; )

Ở trạng thái rắn, cấu trúc cơ bản gồm một phân tử nước ở trung tâm và bốn phân

O (H2O)

Nước nặng

2

H2 16

- Nhiệt độ sôi của nước giảm khi áp suất bên ngoài giảm (Bảng 2.2)

Bảng 2.2 Mối liên hệ giữa nhiệt độ sôi và áp suất của nước thường

- Nước là một loại dung môi rất tốt, có khả năng hòa tan một số chất rắn, khi nồng

độ chất tan trong nước càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao và nhiệt độ đông đặc của dung dịch càng thấp

- Độ hoà tan của các khí trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất

- Sức căng bề mặt của nước lớn hơn sức căng bề mặt của các chất lỏng khác

- Nước là chất lỏng không có màu, trong suốt, cho ánh sáng và sóng dài đi qua (hấp thụ ánh sáng sóng ngắn mạnh hơn) giúp cho quá trình quang hợp có thể thực hiện ở

độ sâu trong nước

- Nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cực đại ở 3,98oC (≈ 4oC) không phải là điểm đóng băng, do vậy mà nước đã nở ra khi đóng băng Tỷ trọng của nước thay đổi theo nhiệt độ

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

2.1.2 Trữ lượng nước trên Trái Đất

Theo F Sargen (1974) và Miller (1988), tổng trữ lượng nước tự nhiên trên Trái đất khoảng từ 1.385.985.000 km3 đến 1.457.802.450 km3 Nước tự nhiên tập trung phần lớn ở biển và đại dương (trên 97,61%), sau đó là các khối băng ở cực (1,83%), rồi đến nước ngầm (0,54%) Nước ngọt tầng mặt chiếm một tỉ lệ không đáng kể (0,02%), Lượng nước trong khí quyển chiếm khoảng 0,001%, trong sinh quyển 0,002%

Hằng năm có khoảng 5 triệu km3 nước bay hơi từ đất và các nguồn nước mặt (sông,

hồ, đại dương, ) sau đó ngưng tụ và mưa xuống, lượng nước do khối nước trên bay hơi hấp thụ xấp xỉ gần 3.1020kcal/năm

Bảng 2.3 Thể tích các nguồn nước tự nhiên trên thế giới

(nguồn: F Sargen (1974) và Miller (1988), trích Lê Quốc Tuấn (2013))

2.2 SƠ LƯỢC VỀ NƯỚC CẤP

2.2.1 Các loại nguồn nước cấp

Theo Trịnh Xuân Lai, 2004 cho rằng các nguồn cung cấp nước sạch ở ĐBSCL gồm có:

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

-Thành phần hóa học của nước sông được quyết định bởi đặc tính vốn có của con sông ấy Đặc tính ấy bao gồm các yếu tố sau: nguồn nước cung cấp, cấu tạo địa chất, khí tượng, thuỷ văn, khí hậu, tốc độ dòng chảy,…

Bảng 2.4 Thành phần hoá học trung bình của nước sông hồ

b Nước ngầm

Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua Do vậy nước chảy qua các tầng địa tầng chứa cát hoặc granit thường có tính axit và chứa ít chất khoáng Khi chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat khá cao Ngoài ra, các đặc trưng chung của nước ngầm là:

- Độ đục thấp

- Nhiệt độ và thành phần hoá học tương đối ổn định

- Không có oxy, nhưng có thể chứa nhiều khí H2S, CO2,…

- Chứa nhiều chất khoáng hoà tan, chủ yếu là sắt, mangan, canxi, magie, flo

- Không có sự hiện diện của vi sinh vật

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

-Tính chất hóa học gồm: độ kiềm, độ cứng, độ oxy hóa, các hợp chất chứa nito, các hợp chất photpho, các hợp chất silic, clorua, sunfat, flour, sắt, mangan, nhôm, khí hòa tan hóa chất bảo vệ thực vật, chất hoạt động bề mặt

-Tính chất vi sinh: không thể xác định tất cả các loại vi sinh vật gây bệnh qua đường nước Để đánh giá mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước có thể xác định số lượng vi sinh chỉ thị ô nhiễm phân, vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí

2.2.3 Tiêu chuẩn chất lượng nước thô làm nước cấp

a Tiêu chuẩn chất lượng nguồn cấp nước

Để dùng làm nguồn cấp nước, nguồn nước cần đảm bảo một số yêu cầu nhất định,

cụ thể nguồn cấp nước được lựa chọn theo QCVN 08:2008/BTNMT – Quy chuẩn

kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt do Bộ Tài nguyên & Môi trường (phụ lục A)

b Tiêu chuẩn vệ sinh nước sạch:

QCVN 02:2009/BYT do Cục Y tế dự phòng và Môi trường biên soạn và được Bộ trưởng Bộ Y tế ban hành theo Thông tư số: 05/2009/TT – BYT ngày 17 tháng 6 năm 2009 (phụ lục A)

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 (gọi tắt là nước sinh hoat)

Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt

Theo Sổ tay hướng dẫn cấp nước và trữ nước an toàn hộ gia đình, (2014) cho rằng các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng nước:

-Nguồn nước

+ Chứa nhiều chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng do hiện tượng rửa trôi bề mặt và có nhiều vi khuẩn, vi sinh vật

Chất lượng nước thay đổi liên tục theo ngày, theo mùa

Dễ bị nhiễm bẩn từ các nguồn gây ô nhiễm khác nhau:

+ Do nước thải sinh hoạt (tắm, giặt, vệ sinh, )

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

+ Do sản xuất nông nghiệp (phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, chất thải vật nuôi, )

2.3 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG VÀ CÔNG NGHỆ XỬ

LÝ NƯỚC CẤP Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

2.3.1 Tổng quan về chất lượng nước sông

Với lượng mưa tương đối cao 1600-2200 mm/năm và dòng chảy lớn của sông Mekong có lưu lượng trung bình 15000 m3/s, vùng Đồng bằng sông Cửu Long nhận được một nguồn tài nguyên nước ngọt trên mặt đất rất lớn, xấp xỉ 450-475 tỉ

m3/năm.(Tuan and Guido, 2003)

Theo Lê Anh Tuấn (2010) hiện nay và tương lai, tài nguyên nước ở Đồng bằng Sông Cửu Long phải đối diện với ba vấn đề về chất lượng nước: nhiễm mặn, nhiễm phèn và nhiễm bẩn Tình trạng này đang có xu thế gia tăng do tác động của hiện tượng biến đổi khí hậu – nước biển dâng và vấn đề nước xuyên biên giới như các dự

án phát triển và vận hành hồ chứa – thuỷ điện ở thượng nguồn, gia tăng tình trạng phá rừng, thay đổi do sử dụng đất, đô thị hóa, thu hẹp các khu đất ngập nước tự nhiên, nguy cơ chuyển nước – khai thác nước trong mùa khô và ô nhiễm nguồn nước từ gia tăng các hoạt động công nghiệp và nông nghiệp dọc theo hai bên bờ sông

Hiện nay, chất lượng nước trên sông chính (sông Tiền và sông Hậu) trong hệ thống nước mặt vẫn xem là còn tốt, có thể sử dụng cho tưới, nuôi cá và cấp nước Tuy nhiên khi vào sông rạch và kênh mương nhỏ, sự ô nhiễm thể hiện khá rõ nét Có nhiều báo cáo và số liệu hàng năm từ các Trung tâm quan trắc môi trường các tỉnh

và Chi cục bảo vệ môi trường cho thấy chất lượng môi trường vùng nông thôn giảm

đi ngày một rõ rệt Nhiều chỉ tiêu chất lượng nước cho thấy ô nhiễm lý học hóa học

và sinh học đều vượt mức tiêu chuẩn cho phép nhiều lần (Masayuki, 2002; Phạm Đình Đôn, 2007)

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

2.3.2 Tổng quan về công nghệ xử lý nước cấp ở Đồng bằng sông Cửu Long

a Hiện trạng cấp nước nông thôn vùng Đồng bằng sông Cửu Long

Hiện nay ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long có các loại hình cấp nước chủ yếu, bao gồm công trình cấp nước tập trung (CTCN), giếng khoan, giếng đào, bể chứa nước mưa, bể lọc chậm và lu chứa nước mặt hộ gia đình (HGĐ) Tổng dân số nông thônvùng ĐBSCL là trên 14 triệu dân, trong đó số dân được sử dụng nước hợp vệ sinh đạt 75,82 %, số dân sử dụng nước đạt QC02 chiếm tỷ lệ 36,52% Theo đó tỉnh

có tỷ lệ dùng nước HVS cao nhất là tỉnh Long An, đạt 89,8%, thấp nhất là tỉnh Trà Vinh, đạt 66% Tỷ lệ dân cư được sử dụng nước đạt QCVN 02:2009/BYT, theo số liệu thu thập được, cao nhất là TP Cần Thơ đạt 57,76%, thấp nhất là tỉnh Cà Mau, 0% (Nguồn: Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn, 2012) Tỷ lệ hiện trạng cấp nước HVS và đạt QC02 theo các giải pháp cấp nước theo địa bàn tỉnh được thể hiện tại Bảng 2.5

Nước mưa

Nước sông kênh

ao làng

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

Đối với nguồn nước là nước mặt, sơ đồ hệ thống và công nghệ xử lý được sử dụng phổ biến tại các CTCN được thể hiện trên Hình 2.2

Đối với nguồn nước là nước ngầm, có hai sơ đồ được sử dụng phổ biến ở ĐBSCL:

- Sơ đồ Hình 2.3 được áp dụng đối với các CTCN quy mô lớn, vừa và một số CTCN quy mô nhỏ

- Sơ đồ Hình 2.4 được áp dụng ở các sử dụng phổ biến đối với các CTCN khai thác nước ngầm quy mô nhỏ và rất nhỏ (hệ nối mạng) khai thác nước ngầm

từ các tầng chứa nước có chất lượng nước đạt tiêu chuẩn HVS

Các CTCN hiện nay thuộc vùng ĐBSCL đều cấp nước đạt tiêu chuẩn HVS, tuy nhiên nhiều CTCN không đảm bảo cấp nước đạt QCVN 02-2009/BYT do công nghệ xử lý chưa phù hợp hoặc vận hành quản lý chưa đảm bảo theo yêu cầu, đặc biệt với các trạm cấp nước ngầm đơn giản, cấp nước không qua xử lý

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống và công nghệ xử lý nước mặt

Bể trộn

Bể lắng

Bể lọc nhanh

Bể chứa nước sạch

Trạm bơm cấp II

Đài nước

Mạng lướiđường ống

Điểm tiêu thụ nước Chất kiềm hóa

Bể phản ứng

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống và công nghệ xử lý nước ngầm

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống cấp nước ngầm đơn giản 2.4 SƠ LƯỢC VỀ OZONE VÀ UV

2.4.1 Sơ lược về ozone (O 3 )

a Đặc điểm chung

Ozone được xem như là hoạt chất ít ảnh hưởng đến sức khỏe con người để thay thế clo trong xử lý nước thải (Liberti and Notarnicola, 1999) Richardson et al.(1999) phát hiện rằng ozone sản sinh ra ít các hợp chất gây độc so với phương pháp sử dụng clo Hơn nữa, ozone không gây ra phản ứng phụ vì nó không bền trong môi trường nước Ozone có hiệu quả xử lý cao hơn clo vì khả năng oxy hóa của ozone gấp 1,52 lần và thời gian xử lý ngắn hơn 3 lần so với clo (Blanken, 1985; Bocci, 2002) Ozone bắt đầu được sử dụng để tiệt trùng và làm sạch nước nước uống từ

1990 và trở thành phương pháp phổ biến để xử lý nước đóng chai, nước thải trong sinh hoạt và công nghiệp(Martinez, Parra and Suay, 2011)

Ozone có thể loại bỏ cyanide từ nước thải công nghiệp, phân rã các hợp chất hữu cơ trong nước thải ngành công nghiệp dệt, phân hủy phenol và các hydrô cacbon trong nước thải của công nghiệp ngành lọc dầu và giảm hàm lượng COD từ nước rỉ bãi rác hoặc nước thải từ công nghiệp hóa chất (Rice, 1997) Ngoài khả năng diệt khuẩn

Chất keo tụ

Bể chứa nước sạch

Chất khử trùng thiết bị khử trùng

Trạm bơm cấp II

Đài nước

Mạng lưới đường ống

Điểm tiêu thụ nước

Giếng+ trạm

Mạng lưới đường ống

Điểm tiêu thụ nước

Mặc dù ozone có rất nhiều ưu điểm nhưng bên cạnh đó nó vẫn còn tồn tại một số

không khí ẩm hiện diện trong quá trình sản sinh ozone (Nguyễn Văn Dũng, 2015)

b Một số đặc tính hóa học của ozone

-Ozone và các muối đạm hóa

Một loạt phản ứng oxy hóa ozone của chất đạm hóa diễn ra như sau:

hạ thấp

- Ozone và muối oxit nito

Các phản ứng giữa oxit nito và ozone diễn ra như sau:

NO2 + O3 → NO3 + O2

Oxit nito là sản phẩm trung gian của phân giải chất hữu cơ, nguyên sinh chất như lòng trắng trứng (protein) trong nước Ozone có tác dụng phân giải rất mạnh đối với oxit nito, khi tiếp xúc với ozone, oxit nito sẽ bị oxy hóa hoàn toàn (sinh ra nitrat ) Trên lý thuyết, lượng ozone tiêu hao để oxy hóa mỗi mgNO2 cần 1,04 mgO3

- Phản ứng ozone với vật chất hữu cơ

Phản ứng ozone với các chất hữu cơ có 2 con đường: Theo con đường trực tiếp ozone phân tử cùng với vật chất hữu cơ có trong nước phản ứng với nhau; Theo con đường gián tiếp ozone và một loại gốc tự do phản ứng mạnh của sản phẩm sau phản ứng phân giải trong nước, phản ứng với chất hữu cơ, trong đó mạnh nhất là gốc hydroxyl (OH*)

Moigue và Bader chứng minh rằng phản ứng trực tiếp xảy ra nhanh ở điều kiện pH thấp, ngược lại thì sẽ ưu thế cho các phản ứng gián tiếp Lượng chất vô cơ trong nước có tác dụng ức chế cho các phản ứng gián tiếp Vì chúng rất dễ phản ứng với các gốc OH*, hạn chế phản ứng của gốc này với chất hữu cơ

- Ozon và nông dược

Khi dùng ozon để oxy hóa một loại nông dược nào đó thì trong dung dịch cũng đồng thời bị mất hết mùi hôi thối, hợp chất ban đầu cũng bị phân hủy Với nồng độ ozone là 4,6mg/mg thì 98% của hợp chất lân hữu cơ (như paraxon vốn không ổn định trong nước ) có thể bị phân hủy thành các sản phẩm không có độc tính

- Ozone tác dụng tẩy màu

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

Phần lớn nước thiên nhiên trên mặt đất có màu sắc là vì trong nước có tồn tại các acid hữu cơ có màu, phần nhiều là loại cao phân tử và hợp chất phân loại của chứa chất đạm, tác dụng tẩy màu dung dịch chất mùn xác thực vật (cở 70%) và tác dụng phân hủy oxy hóa là có quan hệ với nhau, cho nên trong tình huống này carbon chuyển hóa thành khí carbonic không vượt quá 30% Khi ozone bắt đầu phản ứng, các gốc hydroxyl (OH) và liên kết của chúng bị oxy hóa thành hợp chất gốc oxy carbon (CO), acid carbonic và chất bay hơi, Quá trình mất màu lúc này

có thể giải thích đại thể là gốc hydroxyl của phenol bị oxy hóa thành các cồn tương ứng Phản ứng oxy hóa ozone thêm một bước khiến các phân tử khác và liên kết kế tiếp của vòng nhân thơm sinh ra chất hoại trắng làm phai màu tạp nhiễm Khi đưa ozone liều lượng lớn thì tác dụng phá hoại phát sinh thông qua quá trình sinh ra acid thô, ngăn cản hoàn nguyên, làm tăng cường quá trình tẩy màu (Đinh Lan Anh, 2012)

- Tác dụng của ozone với vi khuẩn trong nước

Ozone có hiệu quả sát diệt vi khuẩn trong nước khá cao Khi dùng nồng độ ozone 0.5-1.5mg/l có thể tiêu diệt căn bản hoàn toàn vi sinh vật trong nước Tốc độ sát khuẩn của ozone cao hơn Clo, có tác dụng oxy hóa cực mạnh gây sức sát khuẩn, độc bệnh, trực khuẩn, phá hoại nội độc tố khuẩn que (Martinez, Parra and Suay,

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

- Tác dụng của ozone đối với con người

Nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết trong nhiều năm đã chứng minh rằng ozone sử dụng trong việc khử độc có ảnh hưởng tương đối ít đến con người Do đặc tính của

nó dưới điều kiện nồng độ cao, cỡ 2ppm-4ppm tiếp xúc 45 phút có thể gây ho sặc sụa Grisword et al (2002) căn cứ vào kết quả thí nghiệm về độc tính của ozone đối với chức năng phổi đã đưa ra giới hạn trên của nồng độ ozone là 1,5-2,0 ppm Có nghiên cứu cho rằng ozone cũng không gây biến tính xuyên thấu tới nội tạng Bên cạnh tác dụng khử độc ozone cũng gây ra cho người và động vật những phản ứng sinh lý, thậm chí thương tổn nhất định, song so với các chất khử trên Thế giới còn chưa thấy ghi ozone vào danh mục độc hại

Giới khoa học các nước đã tiến hành nhiều nghiên cứu lâu dài về tác dụng tổn hại sinh lý của việc sản xuất ozone và đã đề ra những tiêu chuẩn tương ứng, như nêu trên bảng 4 nhằm bảo vệ sức khỏe người thường xuyên tiếp xúc với ozone

Bảng 2.7 Tiêu chuẩn vệ sinh công nghiệp ozone

(Nguồn: Đinh Lan Anh, 2012)

2.4.2 Sơ lược về UV (Ultraviolettrays)

a Khái niệm bức xạ

Bức xạ là dạng năng lượng phát ra dưới dạng sóng điện từ trong quá trình vận động

và biến đổi của vật chất

Mỗi dạng bức xạ được đặc trưng bằng một dải năng lượng hay tương ứng với nó, một dải bước sóng xác định

Mối liên hệ giữa năng lượng E và bước sóng λ

E = h.f = h

Hình 2.5 Bước sóng của bức xạ điện từ

- UVB (315 – 280nm) chúng gây ra các nguy cơ trực tiếp đến tế bào DNA, gây ra sự xám nắng của da và cũng là nguyên nhân của ung thư da UVB bị ozone hấp thụ phần lớn

- UVC (280 – 100nm) là bức xạ mạnh nhất và nguy hiểm nhất đối với con người, có khả năng khử trùng Tuy nhiên tia UVC từ mặt trời bị chặn lại ở tầng ozone trong khí quyển, không truyền được xuống đất

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

Hình 2.6 Phân loại tia UV theo tác động đến sức khỏe con người và môi trường

 Phân loại dựa trên tác dụng vật lý của tia tử ngoại

- Tử ngoại chân không VUV (200 – 10nm)

Tác dụng lên Protein của sinh vật

Hiệu quả khử trùng bằng tia cực tím phụ thuộc vào các đặc tính của nước thải, cường độ của các bức xạ cực tím, thời gian tiếp xúc của vi sinh vật với tia cực tím

và cấu trúc buồng phản ứng (Hanzon and Vigilia, 1999)

Dưới tác dụng của tia tử ngoại, phân tử protein bị tổn thương khá mạnh mà biểu hiện thường thấy là dung dịch protein bị vẩn đục hay có độ nhớt, tốc độ lắng và mật

độ quang bị thay đổi Những biến đổi phân tử dễ dàng phát hiện dưới tác dụng của tia tử ngoại:

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

+ Đứt mạch chính, dẫn tới sự giảm trọng lượng phân tử

+ Phá hủy cấu trúc thứ cấp, liên kết hydro trong phân tử protein có năng lượng liên kết nhỏ, dễ bị phá hủy làm cho cấu hình phân tử thay đổi rõ rệt

Protein thường có vùng phổ hấp thụ 200nm ÷ 400 nm trong đó các acid amin thơm như Tryptophan, Tyrosin, Phenyl-alanine và Cystein đóng vai trò là tâm hấp thụ Khi acid amin thơm hấp thụ bức xạ tử ngoại thì trước hết bản thân nó bị phá hủy và sau đó dẫn tới mất hoạt tính enzym

Quá trình xảy ra theo các bước sau:

+ Acid amin thơm (AH) hấp thụ tia tử ngoại và chuyển sang trạng thái kích thích:

+Quá trình quang ion hóa làm bứt e- khỏi AH*:

AH* AH+ + e+ Khi có oxy thì gốc tự do A sẽ kết hợp với oxy tạo ra các gốc peroxid:

Các gốc peroxid lại có khả năng tương tác nhau và kèm theo sự phát quang hóa học Cũng có thể xảy ra các quá trình gây ra bởi e- được bứt ra, có tính khử mạnh nên tác dụng với acid amin khác để tạo ra gốc tự do hữu cơ và giải phóng NH3 Cụ thể:

Như vậy: Tia tử ngoại ảnh hưởng không chỉ tới cấu trúc mà cả cấu hình phân tử

Do đó mà khả năng xúc tác phản ứng của phân tử protein bị giảm xuống và có thể làm cho protein mất chức năng sinh học của nó

Tác dụng lên các DNA (Deoxylibo Nucleic Acid)

Khi bức xạ cực tím xuyên qua vách tế bào của sinh vật, nó thâm nhập vào vật chất

di truyền của sinh vật (DNA hoặc ARN) từ đó phá hủy khả năng sinh sản của tế bào Tia tử ngoại tác động lên liên kết đơn bất thường giữa hai nhiễm sắc thể (NST) đơn kế cận

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

Hình 2.8 Tác động của UV lên DNA

Kết quả là DNA có một chỗ phình to trong cấu trúc, gây đột biến NST ở vi sinh vật, khiến nó không thể thực hiện các chức năng bình thường nữa

2.5 SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP TẠO OZONE VÀ UV BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÓNG ĐIỆN VẦNG QUANG

2.5.1 Phương pháp tạo ozone từ phóng điện vầng quang

Khi điện áp cao 7kV, tần số 30 kHz được đặt vào 2 đầu điện cực cao áp tạo ra điện trường khoảng 03 kV/mm sẽ làm phát sinh hiện tượng phóng điện vầng quang Dưới tác dụng của các điện tử năng lượng cao, ghi nhận được sự hình thành của ozone, tia UV và các thành phần oxi hóa mạnh khác, đặc biệt là gốc hydroxyl tự do (*OH) Tác động tổng hợp của ozone, tia UV và các thành phần oxi hóa mạnh khác

có hiệu quả cao trong việc tiêu diệt hoặc bất hoạt vi khuẩn và các vi sinh vật khác cũng như khả năng tác động vào các chất hữu cơ và vô cơ

Hình 2.9 Tia UV sinh ra từ hiện tượng phóng điện vầng quang

- Quá trình hình thành ozone dưới tác động của điện tử năng lượng cao:

a Quá trình tạo ozone (O 3 )

Phân tử ozone là một tổ hợp bao gồm ba nguyên tử oxy mang điện tích âm Các phân tử ozone này rất không ổn định nên thông thường rất dễ trở về dạng ban đầu của nó sau một thời gian, theo cơ chế phản ứng sau đây:

2O3⇌ 3O2

Hình 2.10 Cấu trúc phân tử Ozone (O3)

Xét về mặt cơ bản, phân tử ozone chính là sự kết hợp của một phân tử oxy này với một nguyên tử oxy khác ở điều kiện điện áp cao Ozone có thể được tạo ra bằng phương pháp phóng điện vầng quang hoặc tia lửa điện với nồng độ khoảng 01- 10.000 mg/L (Nguyễn Văn Dũng, 2015) Ở đây, các phân tử oxy trong không khí sẽ

bị các điện tử phân tách thành các nguyên tử oxy tự do, những gốc oxy tự do này sẽ kết hợp với các với phân tử oxy tạo thành ozone (O3) theo cơ chế:

Gốc *OH sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng oxi hóa, xâm nhập vào màng

tế bào của vi khuẩn và phá hủy khả năng tái tạo của tế bào

c Quá trình tạo gốc Hydroxyl tự do *OH

Định nghĩa quá trình oxy hóa nâng cao: Các quá trình oxy hóa nâng cao là

những quá trình phân hủy oxy hóa dựa trên gốc tự do hoạt động hydroxyl *OH được tạo ra ngay trong quá trình xử lý (Trần Mạnh Trí et al., 2006)

Gốc hydroxyl tự do *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 bất kỳ một hợp chất hữu cơ nào, biến chúng thành những hợp chất vô cơ không độc hại như CO2, H2O và các acid vô cơ Thế oxy hóa của gốc hydroxyl *OH là 2,8 V, 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 bày ở hình 2.12

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

(Nguồn: Zhou, H and Smith, D.H., 2001 trích từ Trần Mạnh Trí et al., 2006)

Hình 2.12 khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa

Đặc tính của gốc tự do là trung hòa về điện Mặt khác, các gốc này không có sẵn như những tác nhân oxy hóa thông thường, mà được sản sinh ngay trong quá trình phản ứng, có thời gian tồn tại rất ngắn, khoảng vài giây nhưng liên tục được sinh ra trong quá trình phản ứng

Từ những tác nhân oxy hóa thông thường, có thể nâng cao khả năng oxy hóa của chúng bằng các phản ứng hóa học khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, thực hiện quá trình oxy hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl, vì vậy các quá trình này được gọi là các quá trình oxy hóa được nâng cao hay gọi tắt là các quá trình oxy hóa nâng cao (Avanced Oxidation Processes – AOPs)

Cơ chế phản ứng và phương thức phản ứng của gốc hydroxyl *OH

Gốc hydroxyl *OH có thể tác kích với các chất ô nhiễm theo các kiểu sau đây:

Phản ứng cộng với các hợp chất không no dây thẳng hoặc vòng thơm, tạo ra gốc mới hydroxyl hoạt động:

*OH + CH2=CH2 → *CH2-CH2(OH)

Phản ứng tách hydrogen từ các hợp chất no hoặc không no, tạo thành nước và gốc mới hoạt động:

*OH + CH3-CO-CH3 → *CH2COCH3 + H2O

Phản ứng trao điện tử tạo ra gốc ion mới hoạt động:

*OH + CH3-S-C6H5 → [CH3-S- C6H5]+* + OH- Quá trình phản ứng tiếp tục phát triển nhờ các gốc tự do mới sinh ra theo kiểu phản ứng dây chuỗi cho đến khi vô cơ hóa (khoáng hóa) hoàn toàn hoặc dây chuỗi bị đứt Mục đích cuối cùng của quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm trong nước thải là để vô

cơ hóa hoặc khoáng hóa, tức chuyển hóa các hợp chất ô nhiễm hữu cơ thành các hợp chất vô cơ đơn giản và không độc hại Ví dụ như:

+Carbon, hydrogen trong phân tử chất ô nhiễm thành carbon đioxit, nước

+Photpho trong phân tử chất ô nhiễm thành photphat hoặc photphoric acid

+Sunfua, nitơ trong phân tử chất ô nhiễm thành sunfat, nitrat

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

+Halogen trong phân tử chất ô nhiễm thành halogen axit

+Các hợp chất vô cơ thành trạng thái oxy hóa cao hơn

Hằng số động học phản ứng giữa gốc hydroxyl *OH và các chất hữu cơ

Xét về tốc độ phản ứng hầu như tất cả các hợp chất hữu cơ đều bị gốc hydroxyl

*OH oxy hóa với tốc độ nhanh hơn so với ozone – một chất oxy hóa mạnh nhất trong số các chất oxy hóa thông dụng – từ hàng nghìn đến hàng tỷ lần

Bảng 2.8 Hằng số tốc độ phản ứng của gốc hydroxyl (*OH) so với ozone

Đặc điểm chung của các chất oxy hóa bằng các tác nhân oxy hóa thường dùng là không thể xảy ra với mọi chất và không thể xảy ra triệt để Hơn nữa, đặc trưng quan trọng của gốc hydroxyl *OH là hầu như không chọn lựa khi phản ứng với bất kỳ một chất nào để oxy hóa và phân hủy chúng

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM THỰC HIỆN

3.1.1 Địa điểm thực hiện

Mô hình xử lý nước cấp kết hợp ozone và UV bằng công nghệ phóng điện vầng quang được đặt tại Phòng thí nghiệm - Bộ môn Kỹ thuật Điện, Khoa Công nghệ, trường Đại học Cần Thơ

Phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm tại các phòng thí nghiệm Xử lý nước, Xử lý chất thải rắn thuộc Bộ môn Kỹ thuật Môi trường, khoa Môi trường & Tài nguyên thiên nhiên, trường Đại học Cần Thơ

3.1.2 Thời gian thực hiện:từ tháng 01/2016 – 4/2016

3.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Thí nghiệm được thực hiện trên nước sông thuộc nhánh sông Hậu đoạn chảy qua địa bàn tỉnh Cần Thơ

Địa điểm lấy mẫu:

Mẫu được lấy trực tiếp tại xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ

Hình 3.1 Địa điểm lấy mẫu

Hình thức lấy mẫu: lấy tại 5 địa điểm khác nhau dọc theo chiều dòng chảy của sông, mỗi địa điểm cách nhau 200m, mỗi nơi lấy 6 lít nước, tổng cộng là 30 lít

Mẫu được chứa trong can nhựa 30 lít, không trữ lạnh và được chuyển ngay về phòng thí nghiệm Bộ môn Kĩ thuật môi trường tiến hành xử lý sơ bộ trước khi đưa vào hệ thống xử lý

SVTH: Trần Phạm Đăng Huy B1205055

3.3 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

3.3.1 Phương tiện thí nghiệm

Quá trình xử lý nước cấp được thực hiện theo mẻ trên mô hình xử lý bằng công nghệ kết hợp ozone và UV được đặt tại phòng thí nghiệm Kỹ thuật điện, thuộc khoa

Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ

Mô hình gồm có: 01 bộ nguồn, 01 buồng tạo ozone, 01 máy biến áp, 01 máy bơm nước và 01 thùng chứa nước

Mô hình xử lý nước cấp kết hợp ozone và UV bằng phương pháp phóng điện vầng quang được thiết kế bao gồm 01 bộ nguồn được kết nối trực tiếp với buồng tạo ozone và máy biến áp để điều chỉnh mức điện áp, ống venturi hút khí cung cấp lượng ozone cần thiết cho quá trình xử lý Nước từ thùng chứa sẽ được máy bơm đưa đến buồng phản ứng và quay về thùng chứa Qui trình diễn ra liên tục cho đến khi hoàn thành 1 mẻ xử lý

Hình 3.2 Mô hình kết hợp ozone và UV trong xử lý nước cấp cho sinh hoat (Chú

thích: 1: thùng chứa, 2: máy bơm, 3: buồng tạo ozone và UV, 4: bộ nguồn, 5: máy

biến áp, 6: đèn UV)

Điện áp được chọn là 7kV vì ở mức điện áp 4kV sẽ không tạo ra được ozone do không sinh ra hiện tượng phóng điện vầng quang, ở mức điện áp 12kV sinh ra hiện tượng phóng điện đánh thủng

và 100 mg/l, mỗi cốc chứa 1L nước

- Hàm lượng phèn thay đổi theo các giá trị 20, 40, 60, 80, 100 (mg/l)

- Cho cùng một lúc chất keo tụ vào các mẫu đang khuấy nhanh (200 vòng/phút) trong 1 phút

- Tiếp tục khuấy chậm (60 vòng/phút) trong 20 phút

- Tắt máy khuấy, để lắng tĩnh 30 phút Sau đó lấy phần nước trong xác định chỉ tiêu độ đục NTU

- Lặp lại thí nghiệm trên 3 lần, xử lý số liệu, lượng phèn tối ưu ứng với độ đục thấp nhất

3.4.2 Thí nghiệm định hướng: xác định thời gian lưu thích hợp để thực hiện thí nghiệm chính thức

Nước sông được chuyển về phòng thí nghiệm trước khi đưa vào hệ thống Thí

nghiệm định hướng xác định thời gian lưu thích hợp được thực hiện trên 04nghiệm thức, mỗi nghiệm thức 12 lít ứng với các thời gian lưu là: 03 phút, 09 phút, 15 phút