TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M1 2012
SO SÁNH HI!U QU X( LÝ Đ

MÀU VÀ CH T H)U CƠ TRONG NƯ*C TH I

S N XU T CÀ PHÊ B T HỊA TAN S( D+NG Q TRÌNH O3, H2O2 VÀ O3/H2O2
Nguy,n Như Sang(1) ), Huỳnh Ng c Loan(1), Lê Dung(2)
(1) Vi n Mơi Trư ng và Tài Ngun, ĐHQG-HCM
(2) Phòng Tài Ngun và Mơi Trư ng qu n Bình Tân, Thành ph H Chí Minh

TĨM T T: Nghiên c u này s d ng các q trình oxy hóa b$c cao như O3, H2O2 và O3/H2O2 đ
so sánh hi u qu x lý đ màu và ch t h u cơ đ i v i nư c th i sau q trình x lý sinh h"c c!a nhà
máy s n xu t cà phê b t hòa tan. Ch t h u cơ còn l i c!a nư c th i sau q trình x lý k2 khí và hi u
khí ph%n l n

d ng Ch t h u cơ khó phân h!y sinh h"c. Hi u qu lo i b đ màu và COD đư c kh o

sát b&ng cách thay đ3i các y u t
–

2–

anion Cl , SO4 ,

HCO3–.

nh hư ng như pH, hàm lư ng O3, H2O2, t l mol O3:H2O2 và các

Q trình oxy hóa b$c cao dùng O3/H2O2 có hi u qu cao nh t so v i t ng tác

nhân O3, H2O2 riêng bi t. Kho ng giá tr# pH t i ưu t 7 đ n 9 cho c 3 tác nhân oxy hóa và t l mol

O3:H2O2 t i ưu b&ng 3. Hi u qu kh màu và COD cao nh t

đi u ki n t i ưu c!a O3, H2O2 và O3/H2O2

l%n lư t tương ng là 71 % và 62 %, 70 % và 47 %, 95 % và 73 %. Ngồi ra, khi nư c th i có hàm
lư ng các anion như Cl–, HCO3– , SO42– cao có th làm gi m hi u qu x lý màu và COD. Q trình oxy
hóa b$c cao dùng O3/H2O2 có th

ng d ng như m t phương pháp hi u qu đ x lý nư c th i cà phê

b t hòa tan sau q trình x lý sinh h"c.
T khóa: oxy hóa b$c cao, O3, H2O2 và O3/H2O2, COD, đ màu, nư c th i cà phê hòa tan
1. GI*I THI!U

q trình t o ra và s d ng g c t do hydroxyl

Năm 2010, Vi t Nam là qu c gia xu t kh-u

(•OH) như là ch t oxy hóa m nh đ& phân h y

cà phê l n th hai trên th gi i v i s n lư ng

ch t h)u cơ khơng th& oxy hóa b'ng các ch t

đ t 1.162.000 t n v i kim ng ch 1,76 t+ đơ la,

oxy hóa thơng thư ng. Ozone (O3), hydrogen

có m t trên 90 qu c gia và vùng lãnh th% [1].


peroxide (H2O2) là các tác nhân oxy hóa m nh

Cà phê b t hòa tan là s n ph-m ch bi n đ&

có kh năng t o ra g c •OH thư ng đư c áp

tăng giá tr h t cà phê, tuy nhiên, quy trình s n

d ng [2].

xu t làm phát sinh lư ng nư c th i r t l n.

O3, H2O2 và k t h p hai tác nhân này thành

Nư c th i t q trình s n xu t cà phê b t hòa

h

tan có thành ph n ơ nhi m cao, đ c bi t là n ng

c u đ& x lý COD và đ màu trong nư c th i

đ COD và đ màu, r t khó x lý tri t đ& b'ng

nhu m [2,3]. AOPs dùng O3 oxy hóa di n ra

q trình sinh h c. Nư c th i sau x lý sinh

theo 2 cách, 1) tr c ti p, các phân t O3 ph n


h c h u h t khơng đ t tiêu chu-n x th i mà

ng tr c ti p v i các h p ch t hòa tan và 2)

c n thi t ph i có cơng đo n x lý ti p theo như

gián ti p, các g c •OH t o thành t q trình

q trình oxy hóa b c cao (AOPs). AOPs là

phân h y O3 ph n ng v i các h p ch t hòa tan

peroxone (O3/H2O2) thư ng đư c nghiên

Trang 17


Science & Technology Development, Vol 15, No.M1 2012
trong nư c th i. AOPs dùng H2O2 riêng bi t

ít. Masahiro và c ng s ñã nghiên c u x lý

thư ng hi u qu kh màu và ch t h)u cơ th p

màu trong nư c th i cà phê b'ng quá trình oxy

hơn O3 riêng bi t do ñ c tính là m t ch t oxy

hóa b c cao áp d ng photo-Fenton [10,11].


hóa y u hơn [4]. AOPs dùng O3/H2O2 giúp

Zayas và c ng s ñã nghiên c u x lý COD và

ph n ng di n ra nhanh và c i thi n hi u qu

màu trong nư c th i cà phê b'ng quá trình keo

s n sinh ra g c •OH. / các giá tr pH th p,

t và oxy hóa b c cao dùng UV/H2O2, UV/O3

ph n ng gi)a H2O2 và O3 di n ra r t ch m

và UV/H2O2/O3 [12]. Do quá ít các nghiên c u

nhưng khi tăng pH l n hơn 5, H2O2 s0 b phân

liên quan nên áp d ng các công ngh này vào

−

ly thành ion HO2 và ph n ng phân h y O3 t o

th c ti n g p khó khăn do thi u các s li u thi t

ra g c •OH làm tăng t c ñ ph n

ng [5,6].


k và v n hành. M c tiêu c a nghiên c u này là

Th oxy hóa c a O3, H2O2 và •OH l n lư t là

so sánh hi u qu x lý ch t h)u cơ và ñ màu

2,08; 1,78 và 2,8 V [7] và hi u qu c a quá

dư i tác ñ ng c a các y u t

trình oxy hóa ph thu c vào th oxy hóa này.

pH, hàm lư ng O3, H2O2, t! l mol O3:H2O2 và

Hi u qu và t c ñ ph n ng oxy hóa x lý lo i

các anion Cl–, SO42–, HCO3– áp d ng quá trình

b

màu và ch t h)u cơ c a O3, H2O2 và

oxy hóa b c cao v i các tác nhân O3, H2O2 và

O3/H2O2 ph thu c vào n ng ñ màu và ch t

h perozone (O3/H2O2) như là m t b% sung các

h)u cơ trong nư c th i, pH, hàm lư ng O3,


thông s th c nghi m ñ& x lý nư c th i cà phê

–

H2O2 cung c p và các anion như Cl ,
HCO3

–

SO42–,

[4,8,9]. Khi trong nư c th i có các

anion như Cl–, SO42–, HCO3– nó s0 ph n ng
tr c ti p v i các g c •OH ñ& l n lư t t o ra các
g c Cl2•–, HCO3• , SO4•– có th oxy hóa và t c
ñ ph n ng th p hơn làm gi m hi u qu ph n
ng. Do thành ph n nư c th i khá ph c t p và
m t chu(i các ph n ng di n ra ñ ng th i trong
quá trình oxy hóa b c cao, r t khó xác ñ nh
chính xác các ngư,ng n ng ñ các anion này là
bao nhiêu s0 nh hư ng ñ n hi u qu x lý [9].
AOPs áp d ng O3, H2O2 và O3/H2O2 ñ& x lý
ñ màu và ch t h)u cơ trong nư c th i nhu m
[2,3] h a h1n có tính kh thi cao khi áp d ng ñ&
x lý nư c th i cà phê b t hòa tan.

nh hư ng như

hòa tan.

2. V T LI!U VÀ PHƯƠNG PHÁP
Mô hình th c nghi.m
C u t o và sơ ñ th c nghi m c a mô hình
nghiên c u ñư c th& hi n

hình 1. Bình ph n

ng d ng hình tr , có ñư ng kính D = 100 mm,
chi u cao H = 150 mm, th& tích th c V = 1178
ml, th& tích h)u ích V = 800 ml. Phía trên có
l"p motor (có th& ñi u ch!nh t c ñ quay) và
g"n cánh khu y bên trong, l( ti p xúc gi)a n"p
bình ph n

ng và tr c cánh khu y ñư c g"n

mi ng cao su ch ng thoát khí ra bên ngoài.
Ngoài ra, trên n"p bình ph n ng còn có m t l(
cũng g"n nút cao su ñ& châm nư c th i vào và
m t l( g"n ng thu khí thoát ra. 2ng thu khí

Các công b v nghiên c u lo i b ñ màu

thoát ra ñư c nhúng vào trong 300 ml dung

và COD trong nư c th i cà phê b t hòa tan

d ch KI 10% ñ& ño khí Ozone th a sau ph n

dùng quá trình oxy hóa b c cao hi n nay là r t


ng. Sát ñáy bình ph n ng ñư c n i v i m t

Trang 18


TAẽP CH PHAT TRIEN KH&CN, TAP 15, SO M1 2012
ng cung c p khớ ozone v phõn ph i b'ng c c

hi u Ozomax (Canada) cụng su t t i ủa 100

ủỏ b t. Bờn kia sỏt ủỏy bỡnh ph n ng cú m t

mg/gi , cú ủ ng h

ng thu n c ra ủ& l y m u. Mỏy t o ozone

l ng khớ cung c p.

v van ủi u ch!nh lu

Motor khu y

M

Khớ O 3 d

150

100

Bỡnh ph n ng L y
Mỏy phỏt
Ozone

Lu l ng
k

m u

Dung d ch
KI 10%

Hỡnh 1. S ủ c u t o mụ hỡnh th c nghi m

Cỏc giỏ tr pH c a n c th i ủ c thay ủ%i l

Tớnh ch t n c th i
N c th i s d ng trong nghiờn c u ny l

3, 5, 7, 9 v 11 b'ng cỏc dung d ch H2SO4

n c th i sau quỏ trỡnh x lý sinh h c k3 khớ

0,025N v NaOH 1N. B t motor cỏnh khu y

v hi u khớ t tr m x lý n c th i Cụng ty C

t c ủ 100 vũng/phỳt. Th i gian th c hi n cho

phờ Biờn Hũa. Tớnh ch t n c th i v i cỏc ch!


m(i thớ nghi m l 120 phỳt, 20 ml m u ủ c

tiờu chớnh nh sau: pH trong kho ng 6 7; ủ

l y t i cỏc th i ủi&m 20, 40, 60, 80, 100 v 120

mu trong kho ng 420 460 Pt-Co; BOD5

phỳt v xỏc ủ nh cỏc ch! tiờu ủ mu v COD.

trong kho ng 50 60 mg/l; COD trong kho ng

+ Thớ nghi m 1.1: khụng chõm H2O2, l ng

200 230 mg/l; TSS trong kho ng 100 110

O3 cung c p l 36,8 mg (tng ủng v i 18,4



mg/l; Cl trong kho ng 500 600 mg/l; SO4

2

trong kho ng 180 190 mg/l v ủ ki m trong
kho ng 800 850 mgCaCO3/l.

ủ


mu v

n c th i c phờ b t hũa tan d i nh h ng
c a pH, hm l ng O3, H2O2, t! l mol O3:H2O2


v cỏc anion Cl , HCO3 ,

+ Thớ nghi m 1.2: khụng s c khớ O3, chõm
d ch H2O2 3%).

COD khi dựng O3, H2O2 v O3/H2O2 ủ i v i



lu l ng khớ 0,1 m3/gi ).

27 mg H2O2 (tng ủng v i 0,9 ml dung

N/i dung th c nghi.m:
Nghiờn c u kh nng lo i b

mg/gi

SO42.

- Th c nghi m 1: 4nh h ng c!a pH

+ Thớ nghi m 1.3: l ng O3 cung c p l 36,8
mg v l ng H2O2 l 27 mg.

- Th c nghi m 2: 4nh h ng c!a hm l ng
O3, H2O2 v t l mol O3/H2O2
i u ch!nh giỏ tr pH t i u tỡm ủ c t
Th c nghi m 1 b'ng cỏc dung d ch H2SO4

Trang 19


Science & Technology Development, Vol 15, No.M1 2012
0,025N và NaOH 1N. B t motor cánh khu y

- Th c nghi m 3: 4nh hư ng c!a các anion
Cl–, HCO3–, SO42–

t c ñ 100 vòng/phút. Th i gian th c hi n cho
m(i thí nghi m là 120 phút, 20 ml m u ñư c

Giá tr pH ñư c ñi u ch!nh ñ n 8, b t motor

l y t i các th i ñi&m 20, 40, 60, 80, 100 và 120

cánh khu y

phút và xác ñ nh các ch! tiêu ñ màu và COD.

th c hi n cho m(i thí nghi m là 120 phút, 20

Lư ng O3 dư

ml m u ñư c l y t i các th i ñi&m 20, 40, 60,


thí nghi m 2.1 và H2O2 dư

t c ñ 100 vòng/phút. Th i gian

thí nghi m 2.2 ñư c xác ñ nh ngay sau khi k t

80, 100 và 120 phút và xác ñ nh các ch! tiêu ñ

thúc m(i thí nghi m.

màu và COD.

+ Thí nghi m 2.1: Xác ñ nh hàm lư ng O3

+ Thí nghi m 3.1: bao g m 03 thí nghi m,

t i ưu b'ng cách thay ñ%i lư ng O3 cung c p là

m(i thí nghi m l n lư t châm 0,085 mol m(i

36,8; 73,6 và 110,4 mg (tương ñương v i lưu

lo i anion Cl–, HCO3– , SO42–. Khí O3 cung c p

3

lư ng khí 0,1; 0,2 và 0,3 m /gi ), không châm

là theo hàm lư ng t i ưu


H2O2.

không châm H2O2.

thí nghi m 2.1,

+ Thí nghi m 2.2: Xác ñ nh hàm lư ng H2O2

+ Thí nghi m 3.2: bao g m 03 thí nghi m,

t i ưu b'ng cách thay ñ%i hàm lư ng H2O2

m(i thí nghi m l n lư t châm 0,085 mol m(i

cung c p là 30; 60; 90; 120 và 150 mg H2O2,

lo i anion Cl–, HCO3– , SO42–. Không s c khí

không s c khí O3.

O3, châm hàm lư ng H2O2 t i ưu theo thí

+ Thí nghi m 2.3: Xác ñ nh t! l

mol

nghi m 2.2.

O3:H2O2 t i ưu theo các t! l 2; 2,5; 3; 3,5 b'ng


+ Thí nghi m 3.3: bao g m 03 thí nghi m,

cách c ñ nh lư ng O3 cung c p là 73,6 mg và

m(i thí nghi m l n lư t châm 0,085 mol m(i

thay ñ%i hàm lư ng H2O2 tương

lo i anion Cl–, HCO3– , SO42–.

ng là 26;

20,8; 17,3 và 14,9 mg H2O2.

mol

O3:H2O2 cung c p t i ưu theo thí nghi m 2.3.

90

50

90

30

Hi.u qu (%)

30

60

Hi.u qu (%)

Hi.u qu (%)

T! l

10

60
pH = 3
pH = 5
pH = 7
pH = 9
pH = 11

30

-10

(A)

(B)

0

(C)

-30

0

20

40

60

80

Th0i gian (phút)

100

120

0
0

20

40

60

80

Th0i gian (phút)

100


120

0

20

40

60

80

Th0i gian (phút)

Hình 2. 4nh hư ng c a pH ñ n hi u qu lo i b ñ màu theo th i gian ph n ng:
(A) O3; (B) H2O2 và (C) O3/H2O2

Trang 20

100

120


TAẽP CH PHAT TRIEN KH&CN, TAP 15, SO M1 2012
Phng phỏp phõn tớch cỏc ch! tiờu pH, ủ


2


kho ng 7 ủ n 9 thỡ hi u qu kh mu l cao



mu, BOD5, COD, TSS, Cl , SO4 , HCO3 , ủ

nh t ủ t kho ng 87 % ủ i v i O3/H2O2 (hỡnh

ki m ủ c th c hi n t i phũng thớ nghi m Vi n

2C), nhng khi pH b'ng 11 thỡ hi u qu kh ủ

Mụi tr ng v Ti nguyờn d a theo Standard

mu gi m ủỏng k& ch! cũn kho ng 77 % ủ i v i

methods

O3/H2O2. mu ủ c kh

for

Examination

Water

and

th


nhanh v nhi u

Wastewater 21 , APHA, 2005. Khớ O3 d h p

nh t trong 60 phỳt ủ u ph n ng khi s d ng

thu ủ c phõn tớch d a theo Kerwin v c ng s

O3 (hỡnh 2A), kho ng 20 phỳt ủ u khi s d ng

[13] v ủo H2O2 d theo phng phỏp c a

H2O2 v O3/H2O2 (hỡnh 2B,C). i v i ch! tiờu

Eisenberg [14].

COD, hi u qu x lý ủ i v i 3 tỏc nhõn O3,

3. K T QU V TH O LU N

H2O2 v O3/H2O2 ủ c th& hi n

ỏp d ng O3, H2O2 riờng bi t thỡ hi u qu x lý

nh h1ng c a pH ủ2n hi.u qu lo3i b4 ủ/

COD khỏ th p, ch! kho ng t 20 ủ n 48 % ủ i

mu v COD


v i O3 v t 11 ủ n 35 % ủ i v i H2O2 sau 120

K t qu nghiờn c u nh h ng c a pH ủ n
hi u qu x lý ủ mu
9, 11 ủ c th& hi n

phỳt ph n ng (hỡnh 3A, B). C i thi n hi u qu

cỏc giỏ tr pH 3, 5, 7,

kh

Hỡnh 2. Cỏc giỏ tr pH

cao nh t

lý ủ mu v khi pH tng t 3 ủ n 9 thỡ hi u

cỏc giỏ tr pH trong kho ng 7 ủ n 9

(hỡnh 3C).

mu cng tng theo, v i pH trong

50

COD rừ r t khi dựng O3/H2O2, hi u qu

tng lờn t kho ng 58 ủ n 77 % v hi u qu


thay ủ%i nh h ng r t nhi u ủ n hi u qu x
qu kh

hỡnh 3. Khi

40

80

30

60

30

20

Hi.u qu (% )

Hi.u qu (% )

Hi.u qu (%)

40

20

10


10

(B)

(C)

0
20

40

60

80

100

pH = 3
pH = 5
pH = 7
pH = 9
pH = 11

20

(A)
0
0

40


120

0
0

20

Th0i gian (phỳt)

40

60

80

Th0i gian (phỳt)

100

120

0

20

40

60


80

100

120

Th0i gian (phỳt)

Hỡnh 3. 4nh h ng c a pH ủ n hi u qu lo i b COD theo th i gian ph n ng:
(A) O3; (B) H2O2 v (C) O3/H2O2
Hi u qu kh COD c a n c th i nhu m sau
x lý sinh h c

dựng O3 cng th p tng t [16]. i v i tỏc

giỏ tr pH 8.4 ủ i v i quỏ trỡnh

nhõn H2O2 oxy húa riờng bi t, k t qu cho th y

O3 riờng bi t l 75 % [15], cao hn so v i k t

hi u qu phõn h y ch t h)u c r t th p, sau 180

qu c a nghiờn c u ny. Tuy nhiờn, ủ i v i

phỳt

n c th i c n r u thỡ hi u qu x lý COD khi

20, 39 v 12% v hi u qu nh t


cỏc pH 3, 7 v 9 cú k t qu tng ng l
pH 7 [4]. Khi

Trang 21


Science & Technology Development, Vol 15, No.M1 2012
dùng h O3/H2O2 ñ& nghiên c u x lý nư c th i

hàm lư ng O3, H2O2 và t! l mol O3:H2O2 ñư c

nhân t o ch a các lo i màu thu c nhu m cho

th& hi n qua b ng 1. Khi hàm lư ng O3 tăng lên

th y các k t qu r t cao, kho ng 99 ñ n 100 %

t 36,8 mg và 73,6 mg (tương ng hàm lư ng

ñ i v i màu và kho ng 76 ñ n 88 % ñ i v i

O3 ph n ng là 30,32 và 65,97 mg) thì hi u qu

COD [17]. T c ñ và hi u qu ph n ng kh

kh

màu và COD khác nhau ñư c gi i thích là do


COD tăng t 46 ñ n 62 %, khi tăng lên 110,4

nh hư ng c a các giá tr pH ñ i v i t ng tác

mg (hàm lư ng O3 ph n ng là 69,36 mg) thì

màu cũng tăng t

54 ñ n 71 % và kh

nhân. Theo gi i thích c a Nothe và c ng s

hi u qu kh

[18], AOPs dùng O3 riêng bi t, khi pH b'ng 8

(hi u qu kh màu ñ t 69 % và COD kho ng

thì t c ñ ph n ng c a O3 v i nư c th i chia

62 %) (b ng 1, thí nghi m 2.1). K t qu ño

làm 3 ph n. Ph n ñ u tiên ph n ng r t nhanh

hàm lư ng O3 dư

0,04 ñ n 0,2 giây (k = 0.071 (mgDOC)
ph n th

hai di n ra


0.011 (mgDOC)

−1

−1

−1

(mgDOC)

s )

trư ng h p cung c p 110,4

s ),

mgO3 là 41,07 mgO3 cao g p 5,4 l n so v i

0,2 ñ n 10 giây (k =

lư ng O3 dư trong trư ng h p cung c p 36,8

−1

s ) và ph n còn l i t c ñ

mgO3. Có th& do vi c thay ñ%i lưu lư ng khí

di n ra ch m hơn r t nhi u (k = 0.0019

−1 −1

màu và COD không tăng n)a

th i gian kéo dài ñ n 3 phút.

cung c p làm tăng t c ñ xáo tr n, làm gi m
th i gian ti p xúc gi)a pha khí và l ng d n ñ n

/ các giá tr pH th p, các tác nhân O3 và H2O2

kh

riêng bi t ph n ng l a ch n v i các h p ch t

gi m. Theo k t qu nghiên c u c a tác gi

h)u cơ nên không th& phân h y hi u qu . Đ i

Konsowa [19] v quá trình kh màu c a nư c

v i AOPs s d ng O3/H2O2,

pH 8 thì x y ra

th i d t nhu m ch a thành ph n thu c nhu m

ng t o các g c •OH,

tr c ti p cho th y r'ng t c ñ th%i khí O3 có


m t chu(i các ph n

−

peroxyl (HO2•), superoxide (O2• ) r t nhanh và

năng khu ch tán c a khí O3 vào nư c

nh hư ng r t l n ñ n hi u qu kh màu. Khi

g c •OH ph n ng không l a ch n v i các g c

tăng lưu lư ng khí O3 cung c p thì hi u qu x

t do v a t o ra và h p ch t h)u cơ nên t c ñ

lý cũng tăng ñ n m t ñi&m gi i h n thì hi u

6

8

ph n ng di n ra nhanh hơn g p 10 ñ n 10

qu x lý là cao nh t, sau ñó hi u qu x lý

l n so v i t ng quá trình O3 và H2O2 riêng bi t

gi m xu ng. Hàm lư ng cung c p tăng (t c lưu


[16].

lư ng s c khí l n) s0 sinh ra nhi u b t khí làm

nh hư1ng c a các hàm lư ng O3, H2O2
và t5 l. mol O3:H2O2

tăng t n su t va ch m và chúng k t h p l i v i
nhau t o thành m t chùm b t khí l n, làm gi m

Nghiên c u ñư c ti n hành v i pH c a nư c

di n tích b m t ti p xúc và kh năng khu ch

th i ñư c ñi u ch!nh n'm trong kho ng t i ưu

tán, d n ñ n gi m hàm lư ng O3 hòa tan, k t

t 7 ñ n 9. K t qu nghiên c u nh hư ng c a

qu là hi u qu AOPs s0 gi m.

Trang 22


TAẽP CH PHAT TRIEN KH&CN, TAP 15, SO M1 2012
320

90


120
Cl-

70

60
50

280

100

HC O3 -

/ mu (Pt-Co)

80

/ mu (Pt-Co)

/ mu (Pt-Co)

O

S O42240

200

40


(C)

160
20

40

60

80

100

120

60

40

(B)

(A)

80

20
20

40


60

Th0i gian (phỳt)

80

100

120

20

40

Th0i gian (phỳt)

60

80

100

120

Th0i gian (phỳt)

Hỡnh 4. 4nh h ng c a cỏc anion Cl, HCO3, SO42 v m u 0 (ủ i ch ng) ủ n kh nng x
lý lo i b ủ mu theo th i gian ph n ng: (A) O3; (B) H2O2 v (C) O3/H2O2.
mu ban ủ u (phỳt 0) l 455 Pt-Co.

220

190

160

130

180

N6ng ủ/ COD (mg/l)

N6ng ủ/ COD (mg/l)

N6ng ủ/ COD (mg/l)

220

210

150

200

120

190

(A)


(C)

180
40

90

(B)

100
20

O
C lHC O3S O42-

60

80

100

120

60

20

40

Th0i gian (phỳt)


60

80

Th0i gian (phỳt)

100

120

20

40

60

80

Th0i gian (phỳt)

100

120

Hỡnh 5. 4nh h ng c a cỏc anion Cl, HCO3, SO42 v m u 0 (ủ i ch ng) ủ n kh nng x lý lo i
b COD theo th i gian ph n ng: (A) O3; (B) H2O2 v (C) O3/H2O2.
N ng ủ COD ban ủ u (phỳt 0) l 221 mg/l.

K t qu


thớ nghi m xỏc ủ nh hm l ng

H2O2 nh h ng ủ n hi u qu kh mu, COD
th& hi n

b ng 1 m c thớ nghi m 2.2. K t qu

trong n c th i. AOPs dựng H2O2 riờng bi t
n c th i nhu m cng cho th y khụng hi u qu
cỏc giỏ tr pH khỏc nhau v hm l ng khỏc

cho th y khi tng hm l ng H2O2 cung c p thỡ

nhau trong nghiờn c u c a Olcay v c ng s

hi u qu x lý tng, tuy nhiờn khi hm l ng

[20].

H2O2 tng t 120 ủ n 150 mg thỡ hi u qu kh

Hi u qu t quỏ trỡnh kh mu v COD

cỏc

mu v COD g n b'ng nhau (hi u qu kh mu

t! l mol O3:H2O2 th& hi n


l 70 % v COD l 48 %). Tỏc nhõn H2O2 cú

2.3. K t qu cho th y r'ng trong kho ng t! l

th oxy húa th p hn th oxy húa c a O3 v

mol O3:H2O2 t 2 ủ n 3 thỡ hi u qu kh mu

OH, do ủú kh nng kh mu v COD b gi i

v COD tng tng ng trong kho ng 83 95

h n ủ i v i m t s ch t h)u c, vỡ v y khi tng

%, 50 73 % v ủ t giỏ tr cao nh t

hm l ng H2O2 cng khụng gia tng hi u qu

O3:H2O2 b'ng 3. D a theo phng trỡnh ph n

x

lý m ch! lm tng hm l ng H2O2 d

b ng 1 thớ nghi m

t! l mol

ng (2O3 + H2O2 2OH + 3O2) thỡ v m t lý


Trang 23


Science & Technology Development, Vol 15, No.M1 2012
thuy t t! l mol O3:H2O2 b'ng 2. Do khi cung

ch t cyclophosphamid b'ng h peroxone c a

c p khí O3 t pha khí vào pha l ng, O3 có th& t

Hernandez và c ng s cũng ch! ra r'ng

phân h y ho c thoát ra, m t ph n ph n

pH 7 v i t! l mol O3:H2O2 b'ng 3,4 s0 cho hi u

ng

giá tr

tr c ti p v i các ch t ô nhi m trong nư c th i,

qu t t nh t [22]. Tuy nhiên, nghiên c u kh

ph n còn l i k t h p H2O2 sinh ra g c •OH, do

DOC c a Nothe và c ng s [18] thì t! l mol

ñó t! l này luôn l n hơn lý thuy t và ph thu c


O3:H2O2 b'ng 2, t c ñ ph n ng nhanh nh t

vào tính ch t thành ph n nư c th i, nhi t ñ ,

ñ t k = 1,5 x 103 mol−1 s−1. Đi u này cho th y

t c ñ

m(i lo i nư c th i khác nhau thì t! l

s c khí. 4nh hư ng c a t! l

mol

mol

O3:H2O2 c a h peroxone trong quá trình lo i

O3:H2O2 có giá tr t i ưu riêng và ñ i v i nư c

b các vi sinh v t cho th y r'ng khi t! l mol

th i cà phê hòa tan trong nghiên c u này t! l

O3:H2O2 b'ng 3,33 thì hi u qu c a quá trình

b'ng 3 là hi u qu nh t.

m c cao nh t [21]. Quá trình phân h y h p
B ng 1.Hi u qu x lý

Thí
nghi m
2.1

Lư ng O3 cung
c p và (dư)
(mg)

các hàm lư ng O3, H2O2 và t! l mol O3:H2O2 khác nhau

Lư ng O3
ph n ng
(mg)

Lư ng H2O2
cung c p và
(dư)

Lư ng
H2O2 ph n
ng

(mg)

(mg)

Hi u qu kh
màu (%) sau
120 phút


Hi u qu
kh COD
(%) sau 120
phút

36,8 (6,48)

30,32

54

46

73,6 (7,63)

65,97

71

62

110,4 (41,04)

69,36

69

62

2.2


30 (5)

25

48

17

60 (8)

52

59

33

90 (11)

79

59

42

120 (15)

105

69


48

150 (48)

102

70

47

2

83

50

2,5

94

54

3

95

73

3,5


84

42

2.3

–

–

nh hư1ng c a các anion Cl , HCO3 ,

SO42–

ñ2n hi.u qu lo3i b4 ñ/ màu và COD
Nghiên c u nh hư ng c a các anion như Cl–
, HCO3– , SO42– ñ n hi u qu x
ñư c th& hi n

lý ñ màu

Hình 4. So v i m u ñ i ch ng,

kh năng kh ñ màu khi b% sung các anion
vào nư c th i h u h t ñ u th p hơn. Tương t
như hi u qu AOPs dùng H2O2 riêng bi t, khi

Trang 24


T! l mol
O3/H2O2

b% sung các anion vào nư c th i thì hi u qu
x lý c a tác nhân H2O2 là th p nh t. Đ u vào
là 455 Pt-Co, ñ u ra sau 120 phút ph n

ng

n'm trong kho ng 170 ñ n 207 Pt-Co, hi u qu
ñ t kho ng 49 ñ n 58 % (hình 4B). Hi u qu
kh màu khi dùng O3 và O3/H2O2 có hi n di n
c a các anion có cao hơn khi dùng H2O2,
nhưng hi u qu cũng r t th p so v i m u ñ i
ch ng (hình 4A, C). Anion Cl–

nh hư ng


TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M1 2012
nhi u nh t đ n hi u qu kh màu c a q trình
O3/H2O2 so v i anion SO4

2–

c a q trình O3 và

H2O2 riêng bi t. Tương t hi u qu kh màu,
–


ra các ph n ng gi)a các g c oxy hóa vơ cơ
v a t o ra, làm gi m hàm lư ng và t c đ ph n
ng c a g c •OH [6].

hi u qu kh

COD khi thêm các anion Cl ,

–

đ t đư c r t th p (hình 5). V i

Nghiên c u đã đánh giá hi u qu x lý đ&

n ng đ COD vào là 221 mg/l, n ng đ COD

lo i b đ màu và COD nư c th i s n xu t cà

sau ph n ng 120 phút đ t đư c khi s d ng

phê hòa tan khi s d ng các tác nhân oxy hóa

O3, H2O2 và O3/H2O2 b% sung Cl– l n lư t là

b c cao O3, H2O2 và O3/H2O2 và các y u t

198, 202 và 120 mg/l (tương ng v i hi u qu

hư ng đ n q trình. AOPs dùng O3/H2O2 có


l n lư t là 10, 9 và 46 %). Hi u qu x lý ch t

hi u qu cao nh t so v i t ng tác nhân riêng

h)u cơ khi b% sung các anion khác như HCO3–,

bi t, trong đó kho ng giá tr pH t i ưu t 7 đ n

SO42– tuy hi u qu có cao hơn khi b% sung Cl–

9, t! l mol O3:H2O2 t i ưu b'ng 3 v i hi u su t

nhưng cũng r t th p so v i m u đ i ch ng.

lo i b đ màu và COD đ t l n lư t là 95 % và

Kiwi và c ng s [23] cũng ch! ra s s t gi m

73 %. Ngồi ra, khi hàm lư ng các anion như

hi u qu kh màu Orange II nư c th i nhu m

Cl–, HCO3– , SO42– trong nư c th i tăng có th&

HCO3 ,

SO42–

khi thêm anion Cl


–

tương t như k t qu c a

4. K T LU N

nh

làm gi m hi u qu x lý màu và COD. K t qu

nghiên c u này. Ngồi ra, Joseph và c ng s

nghiên c u cho th y rõ ràng r'ng s

[6] cũng ch! ra s

O3/H2O2 có tính kh thi đ& ng d ng lo i b đ

nh hư ng gi m hi u qu x

lý h p ch t h)u cơ khi có m t c a Cl–, SO42–

d ng

màu và COD trong nư c th i s n xu t cà phê

khi dùng Fe(III)/H2O2 trong nghiên c u c a

hòa tan sau q trình x lý sinh h c. C n thi t


mình. S dĩ hi u qu x lý gi m có th& là do

có thêm nh)ng nghiên c u v

các ion Cl–, HCO3–, SO42– dư i tác d ng c a
–

nh hư ng đ ng

–

th i c a các anion Cl , HCO3–, SO42– và

AOPs có th& t o ra các g c oxy hóa như Cl2• ,

ngư,ng n ng đ

HCO3• , SO4•– . Các g c này có th oxy hóa và

Ngồi ra, nghiên c u v

h'ng s t c đ ph n ng th p hơn g c •OH [24,

peroxone k t h p quang hóa (O3/H2O2/UV) là

–

–

25]. Do đó, các ion Cl , HCO3 ,


SO42–

nh hư ng lên hi u qu x lý.
AOPs s

d ng

có th&

r t h)u ích đ& b% sung các thơng s thi t k và

nh hư ng đ n hi u qu x lý là do 1) di n ra

v n hành cho q trình x lý nư c th i cà phê

các ph n ng gi)a các g c oxy hóa t o thành,

b t hòa tan.

2) t o ra các g c oxy hóa vơ cơ khác và 3) di n

Trang 25


Science & Technology Development, Vol 15, No.M1 2012
COMPARISON OF O3, H2O2 AND O3/H2O2 PROCESSES FOR DECOLORISATION
AND COD REMOVAL OF INSTANT COFFEE WASTEWATER
Nguyen Nhu Sang (1), Le Dung (2), Huynh Ngoc Loan (1)
(1) Institute for Environment and Resources, VNU-HCM

(2) Department of Natural Resources and Environment, Binh Tan District, Ho Chi Minh City

ABSTRACT: Application of advanced oxidation processes including O3, H2O2 and O3/H2O2 for
decolorisation and COD concentration removal of instant coffee wastewater treatment after anaerobic
treatment. This wastewater mainly contains inert COD that is hard treated by the biological process.
The efficiency of decolorisation and COD removal is investigated by changing of pH, concentrations of
O3 and H2O2, O3:H2O2 molar ratio, and concentrations of Cl–, SO42–, HCO3–. The advanced oxidation
process applied O3/H2O2 is the highest efficiency of decolorisation and COD removal to compare with
that of O3 and H2O2 separately. A pH optimum range is between 7 and 9 of O3, H2O2 và O3/H2O2 and the
best molar ratio of O3:H2O2 is 3 for the highest efficiency. In the optimal conditions, decolorisation and
COD removal efficiencies of O3, H2O2 and O3/H2O2 are 71 % and 62 %, 70 % and 47 %, 95 % and 73
%, respectively. Additionally, a presence of Cl–, HCO3–, SO42– ions will moderately decrease the
decolorisation and COD removal efficiencies. Advanced oxidation process using O3/H2O2 is applied as
a possible method for instant coffee wastewater removal after treated by the biological processes.
Key words: advanced oxidation process, O3, H2O2 and O3/H2O2, COD, color, instant coffee
wastewater
TÀI LI!U THAM KH O

Environmental Science and Technology,
37, 315–377, (2007).

[1]. C c Ch bi n, thương m i nông lâm
th y s n và ngh

mu i - B

Nông

nghi p và Phát tri&n Nông thôn,
/>ail.aspx?CatId=5&Id=5985.

[2]. Adel A., Azni I., Katayon S., and Chuah
T.G., Treatment of textile wastewater
by advanced oxidation processes – A
review, Global Nest: the International
Journal, 6, (3) 222–230, (2004).
[3]. Faisal I.H., Hybrid treatment systems
for dye wastewater, Critical Reviews in

Trang 26

[4]. Wu J.J., Yang J.S., Muruganandham
M., and Wu C.C., The oxidation study
of

2-propanol

advanced
Separation

using

ozone-based

oxidation

processes,

and

Purification


Technology, 62, 39–46, (2008).
[5]. Staehlin

J.,

and

Hoigne

J.,

Decomposition of ozone in water: rate
of initiation by hydroxide ions and
hydrogen

peroxide,

Environmental


TAẽP CH PHAT TRIEN KH&CN, TAP 15, SO M1 2012
Science & Technology, 16, 676681,

solar

(1982).

kinetics, Water Research, 42, (18)


[6]. Glaze W.H., and Kang J.W., Advanced

light dose on decolorization

46654673, (2008).

oxidation processes: Test of a kinetic

[12]. Zayas P. T., Geissler G., and Hernandez

model for the oxidation of organic

F., Chemical oxygen demand reduction

compounds with ozone and hydrogen

in coffee wastewater through chemical

peroxide

reactor,

flocculation and advanced oxidation

Chemical

processes, Journal of Environmental

in


Industrial

a

semibatch

Engineering

Research, 28, 15801587, (1989).

Sciences, 19, (3) 300305, (2007).

[7]. Metcalf and Eddy Inc., Wastewater

[13]. Kerwin R., Gilbert G., Bruno L., Willy

Engineering, Treatment and Reuse,

M., Nobuo M., Yves R., Michael R.,

McGraw Hill, 4 edition, (2003).

and Isao S., Guideline for measurement

[8]. Joseph D.L., Giang T.L., and Bernard

of Ozone concentration in the process

L.A., A comparative study of the effects


gas from an ozone generator, Ozone

of chloride, sulfate and nitrate ions on

Science and Engineering, 18, 209229,

the rates of decomposition of H2O2 and

(1996).

organic compounds by Fe(II)/H2O2 and

[14]. Eisenberg

G.M.,

Colorimetric

Fe(III)/H2O2, Chemosphere, 55, 715

determination of hydrogen peroxide,

723, (2003).

Industrial Engineering Chemistry, 15,

[9]. Mei M.D., Stephen P.M., and Fernando
L.R., Reactivity of Effluent Organic

327328, (1943).

[15]. Muhammad A., Shafeeq A., Butt M.A.,

Matter (EfOM) with hydroxylas a

Rizvi

function

weight,

Rehman S., Decolorization and removal

Environmental Science & Technology,

of COD and BOD from raw and

44, 57145720, (2010).

biotreated textile dye bath effluent

of

molecular

Z.H.,

Chughtai

M.A.,


and

[10]. Masahiro T., Ayano O., Hussein T.Z.,

through Advanced Oxidation Processes

and Yoshinori K., UV light assisted

(AOPS), Brazilian Journal of Chemical

decolorization of dark brown colored

Engineering, 25, (03) 453459, (2008).

coffee effluent by photo-Fenton reactor,

[16]. Marco S.L., Josộ A.P., and Gianluca

Water Research, 40, (20) 37753784,

L.P., Treatment of winery wastewater

(2006).

by ozone-based advanced oxidation

[11]. Masahiro T., Ayano O., Hussein T.Z.,

processes (O3,O3/UV and O3/UV/H2O2)


and Yoshinori K., Decolorization of

in a pilot-scale bubble column reactor

dark brown colored coffee effluent by

and process economics, Separation and

solor photo-Fenton reaction: Effect of

Trang 27


Science & Technology Development, Vol 15, No.M1 2012
Purification Technology, 72, 235–241,

Alvares

C.,

and

(2010).

Cyclophosphamide

Basada

V.,


degradation

by

and

ozone under advaced oxydation process

Darinka B.V., Comparison of H2O2/UV,

conditions, IOA World Ozone Congress,

[17]. Kurbus

T.,

Alenka

H2O2/O3 and H2O2/Fe

M.L.M.,
2+

processes for

Strasbourg, (2005).

the decolorisation of vinylsulphone

[23]. Kiwi, J., Lopez, A., and Nadtochenko,


reactive dyes, Dyes and Pigments, 58,

V., Mechanism and kinetics of the OH-

245–252, (2003).

radical

intervention

during

Fenton

[18]. Nothe T., Fahlenkamp H., and Clemens

oxidation in the presence of a significant

V.S., Ozonation of Wastewater: Rate of

amount of radical scavenger (Cl–),

Ozone consumption and hydroxylyield,

Environmental Science & Technology,

Environmental Science & Technology,

34, 2162–2168, (2000).


43, 5990–5995, (2009).
[19]. Konsowa

Greenstock,

C.L.,

Helman, W.P., and Ross, A.B., Critical

wastewater containing dye by ozonation

review of rate constants for reactions of

in a bath bubble cloumm reactor,

hydrated electrons, hydrogen atoms and

Desalination, 158, 233–240, (2003).

hydroxyl radicals (•OH/O•–) in aqueous

[20]. Olcay T., Isik K., Gülen E. and Derin

solution, Journal of Physical Chemical

Color

wastewaters,


Decolorization

G.U.,

of

O.,

A.H.,

[24]. Buxton,

removal
Water

from
Science

textile
and

Technology, 34, 9–11, (1996).

Reference Data, 17, 513–886, (1988).
[25]. Neta, P., Huie, R.E., and Ross, A.B.,
Rate

constants

for


reactions

for

[21]. Wolfe R.L., Stewart M.H., Liang S.,

inorganic radicals in aqueous solution,

and McGuire M.J., Disinfection of

Journal of Physical Chemical Reference

model indicator organisms in a drinking

Data,

water pilot plant by using peroxone,
Applied Environmental Microbiology,
55, 2230–2241, (1989).
[22]. Hernandez C., Fernandez L.A., Bataller
M., Lopez A., Veliz E., Ledea O.,
[26].

Trang 28

17,

1027–1247,


(1988).