TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC --------------
NGUYỄN THỊ HUYỀN TRANG
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ
TRONG NƢỚC RỈ RÁC BẰNG PHƢƠNG
PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA ĐIỆN CỰC SẮT
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
TS. LÊ THANH SƠN
HÀ NÔI – 2017
LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thiện chƣơng trình Đại học và thực hiện tốt khóa luận tốt
nghiệp, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu
sắc nhất tới các thầy cô khoa Hóa học, trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội 2 đã luôn
quan tâm và tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời
gian theo học tại trƣờng.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và tri ân sâu sắc tới TS. Lê Thanh Sơn và
các anh chị phòng Công nghệ Hóa lý Môi trƣờng – Viện Công nghệ Môi trƣờng là
những ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong
quá trình nghiên cứu và suốt thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp này.
Em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp theo đúng tiến độ của nhà trƣờng đề ra
với cố gắng và sự nhiệt tình của bản thân, tuy nhiên em không tránh khỏi những thiếu
sót. Em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp của các thầy, cô và các bạn để khóa luận tốt
nghiệp đƣợc hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin dành lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, những
ngƣời vẫn luôn quan tâm, động viên và là chỗ dựa tinh thần giúp em hoàn thành tốt
nhiệm vụ đƣợc giao trong suốt thời gian học tập và quá trình nghiên cứu thực hiện
khóa luận tốt nghiệp vừa qua.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 07 tháng 5 năm 2017
Sinh viên
Nguyễn Thị Huyền Trang
PHỤ LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................... 2
1.1.Tổng quan về nƣớc rỉ rác. ..................................................................................... 2
1.1.1.Sự hình thành nƣớc rỉ rác. .................................................................................. 2
1.1.2.Đặc điểm của nƣớc rỉ rác. .................................................................................. 3
1.1.3.Ảnh hƣởng của nƣớc rỉ rác đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. .............. 12
1.1.4.Các phƣơng pháp xử lý nƣớc rỉ rác. ................................................................. 14
1.1.5.Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc rỉ rác trong và ngoài nƣớc. ......................... 16
1.2.Tổng quan về nhu cầu oxi hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand). ......... 18
1.2.. Tổng quan về COD. .......................................................................................... 18
1.2.. Các phƣơng pháp phân tích COD ..................................................................... 20
1.3.Tổng quan về công nghệ keo tụ điện hóa. ........................................................... 21
1.3.1.Giới thiệu về phƣơng pháp keo tụ điện hóa. .................................................... 21
1.3.2.Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể keo tụ điện hóa ................................ 23
1.3.3.Các yếu tố ảnh hƣởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa. ....... 25
1.3.4.Ƣu điểm của phƣơng pháp keo tụ điện hóa. .................................................... 26
1.3.5.Ứng dụng của keo tụ điện hóa trong xử lý môi trƣờng. ................................... 27
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 29
2.1. Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu. .................................................................... 29
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu...................................................................................... 29
2.1.2. Mô hình thiết bị ............................................................................................... 31
2.1.3. Mục đích và nội dung nghiên cứu. .................................................................. 37
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu. ................................................................................... 39
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 41
3.1. Ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ điện hóa. .......................................................................... 41
3.2. Ảnh hƣởng của độ pH đến hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ điện hóa…. ........................................................................................................................ 42
3.3. Ảnh hƣởng của vật liệu điện cực đến hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ
điện hóa. .................................................................................................................... 44
3.4. Ảnh hƣởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD của quá trình
keo tụ điện hóa. ......................................................................................................... 45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 48
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 48
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Các thành phần cân bằng nƣớc trong ô chôn lấp ........................................ 3
Hình 1.2. Cơ chế của quá trình keo tụ ....................................................................... 22
Hình 1.3. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ ............................................ 23
Hình 2.1. Điện cực sắt ............................................................................................... 32
Hình 2.2. Tám kẹp điện cực ...................................................................................... 32
Hình 2.3. Máy khuấy từ gia nhiệt ............................................................................. 33
Hình 2.4. Máy đo pH ................................................................................................ 34
Hình 2.5. Nguồn điện một chiều (DC REGULATED POWER SUPPLY) .............. 34
Hình 2.6.Sơ đồ thiết kế bể keo tụ điện hóa ............................................................... 35
Hình 2.7. Hệ thống thí nghiệm bể keo tụ điện hóa. .................................................. 36
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất
xử lý COD của quá trình keo tụ điện hóa................................................................. 41
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý COD của phƣơng pháp keo tụ điện
hóa ............................................................................................................................. 43
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của vật liệu điện cực đến hiệu suất xử lý COD của phƣơng
pháp keo tụ điện hóa ................................................................................................. 45
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD ............. 46
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần nƣớc rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới ........................... 5
Bảng 1.2. Thành phần nƣớc rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á .................................. 6
Bảng 1.3. Đặc trƣng thành phần nƣớc rỉ rác ở một số thành phố Việt Nam............... 7
Bảng 1.4. Đặc điểm bãi chôn lấp mới và bãi chôn lấp lâu năm .................................. 9
Bảng 1.5. Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nƣớc rác của các bãi chôn
lấp mới và lâu năm .................................................................................................... 10
Bảng 1.6. Tiêu chuẩn Việt Nam của COD ................................................................ 19
Bảng 2.1. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc rỉ rác của hồ kỵ khí ...................... 30
Bảng 2.2. Đặc điểm nƣớc rỉ rác ở hồ làm thoáng ..................................................... 31
Bảng 3.1. Ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất
xử lý COD của quá trình keo tụ điện hóa.................................................................. 41
Bảng 3.2. Ảnh hƣởng của độ pH đến hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ điện
hóa ............................................................................................................................. 43
Bảng 3.3. Hiệu suất xử lý COD của thí nghiệm ảnh hƣởng của vật liệu điện cực đến
quá trình keo tụ điện hóa ........................................................................................... 44
Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD ............. 46
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT
NRR Nƣớc rỉ rác
DO Lƣợng oxi hòa tan trong nƣớc
(Dissolved Oxygen)
COD Nhu cầu oxi hóa học
(Chemical Oxygen Demand)
BOD Nhu cầu oxi sinh học
(Biochemical Oxygen Demand)
SS Chất rắn lơ lửng
(Suspended Solid)
TOC Tổng hợp cacbon hữu cơ
(Total Organic Cacbon)
BCL Bãi chôn lấp
PTPƢ Phƣơng trình phản ứng
KHCNVN Khoa học công nghệ Việt Nam
CNMT Công nghệ môi trƣờng
VSV Vi sinh vật
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay cùng với sự phát triển của xã hội đời sống của nhân dân dần đƣợc
cải thiện và nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng, dẫn đến lƣợng rác thải sinh ra ngày
càng nhiều. Đặc biệt là rác thải sinh hoạt (RTSH), các chất thải rắn phát sinh tại các
khu đô thị vẫn chƣa đƣợc xử lí triệt để. Lƣợng RTSH tăng dẫn đến lƣợng nƣớc rỉ
rác sinh ra ngày càng nhiều. Chôn lấp vẫn là hình thức phổ biến đƣợc áp dụng trong
xử lí chất thải rắn ở nƣớc ta do kĩ thuật đơn giản và chi phí xử lí thấp hơn so với các
phƣơng pháp xử lý khác nhau nhƣ đốt, hóa rắn… Tuy nhiên, kéo theo đó là vấn đề
ô nhiễm môi trƣờng do bãi chôn lấp (BCL) không hợp vệ sinh, không đạt tiêu chuẩn
gây ra nhiều bất cập làm ảnh hƣởng tới môi trƣờng xung quanh và cuộc sống con
ngƣời.
Đặc biệt, hầu hết nƣớc rỉ rác tại BCL đều phát thải trực tiếp vào môi trƣờng,
khuếch tán mầm bệnh gây tác động xấu đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. Vấn
đề này đang là tình trạng phải đối mặt của nhiều quốc gia trên thế giới.
Đây là một trong những vấn đề cần giải quyết để nhằm giảm thiểu tình trạng
ô nhiễm môi trƣờng do chôn lấp. Trong những năm qua, một số công nghệ xử lí
nƣớc rỉ rác đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng nhƣ kết hợp nƣớc rỉ rác với nƣớc thải
sinh hoạt, quay vòng nƣớc rỉ rác, xử lý hóa lý hay xử lý bằng các hố sinh học….
Nhƣng tất cả các biện pháp này đều không mang lại hiệu quả khả quan trong thực
tế.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Xuất phát từ thực trạng ô nhiễm ở nƣớc ta hiện nay, em lựa chọn đề tài “
Nghiên cứu xử lý COD trong nƣớc rỉ rác bằng phƣơng pháp keo tụ điện hóa
điện cực sắt” để góp một phần nhỏ vào việc làm giảm nồng độ ô nhiễm của nƣớc
1
thải rỉ rác, bảo vệ nguồn nƣớc và môi trƣờng trong sạch.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nƣớc rỉ rác
1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác
Nƣớc rỉ rác là sản phẩm của quá trình phân hủy chất thải bởi quá trình lý, hóa
và sinh học diễn ra trong lòng bãi chôn lấp. Nƣớc rỉ rác chứa nhiều chất ô nhiễm
hòa tan từ quá trình phân hủy rác và lắng xuống đáy ô chôn lấp. Thành phần hóa
học nƣớc rỉ rác cũng rất khác nhau và phụ thuộc vào thành phần rác thải chôn lấp
cũng nhƣ thời gian chôn lấp. Lƣợng nƣớc rỉ rác đƣợc hình thành trong bãi chôn lấp
chủ yếu do các quá trình sau [4]:
- Nƣớc thoát ra từ chất thải rắn: chất thải luôn chứa một lƣợng nƣớc nhất định.
Trong quá trình đầm nén nƣớc tách ra khỏi chất thải và gia nhập vào nƣớc rỉ rác.
- Nƣớc từ quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ: nƣớc là một trong
những sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ.
- Nƣớc mƣa thấm từ trên xuống qua lớp phủ bề mặt.
- Nƣớc ngầm thấm qua đáy hoặc thân ô chôn lấp vào bên trong bãi chôn lấp.
Lƣợng nƣớc rỉ rác phát sinh trong bãi chôn lấp phụ thuộc vào sự cân bằng
nƣớc trong ô chôn lấp. Các thành phần tác động tới quá trình hình thành lƣợng nƣớc
rỉ rác đƣợc trình bày trong hình 1.1. và lƣợng nƣớc rỉ rác đƣợc tính theo công thức:
LC = R + RI – RO – E - V [4]
Trong đó: LC - Nƣớc rỉ rác,
R - nƣớc mƣa thấm vào ô chôn lấp,
RI - dòng chảy từ ngoài thâm nhập vào ô chôn lấp ( bao gồm dòng
chảy mặt và nƣớc ngầm gia nhập từ bên ngoài vào ô chôn lấp),
RO - dòng chảy ra khỏi khu vực ô chôn lấp,
2
E - nƣớc bay hơi,
V - sự thay đổi lƣợng nƣớc chứa trong ô chôn lấp: độ ẩm ban đầu
của rác và bùn thải mang đi chôn lấp; độ ẩm của vật liệu phủ; lƣợng nƣớc thất thoát
trong quá trình hình thành khí; lƣợng nƣớc thất thoát do bay hơi theo khí thải. lƣợng
nƣớc thất thoát ra từ đáy bãi chôn lấp chất thải rắn; sự chênh lệch về hàm lƣợng
nƣớc trong cấu trúc hóa học của rác.
Hình 1.1. Các thành phần cân bằng nước trong ô chôn lấp
Điều kiện khí tƣợng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khí
hậu… lƣợng mƣa ảnh hƣởng đáng kể đến lƣợng nƣớc rò rỉ sinh ra. Tốc độ phát sinh
nƣớc rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Lƣợng
nƣớc rỉ rác sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần sau khi đóng
cửa BCL do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên trên mặt… giữ nƣớc làm
giảm độ ẩm thấm vào.
1.1.2.1. Thành phần và tính chất của nước rỉ rác
1.1.2. Đặc điểm của nước rỉ rác
Nƣớc rỉ rác là chất lỏng đƣợc sinh ra từ quá trình phân hủy vi sinh đối với
3
các chất hữu cơ có trong rác, thấm qua các lớp rác của ô chôn lấp và kéo theo các
chất bẩn dạng lơ lửng, keo và tan từ các chất thải rắn. Do đó, trong nƣớc rỉ rác
thƣờng chứa cả các chất ô nhiễm hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật.
Thành phần nƣớc rỉ rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào tuổi của bãi chôn
lấp, loại rác, khí hậu. Mặt khác, độ dày, độ nén, lớp che phủ trên cùng cũng tác
động lên thành phần nƣớc rỉ rác. Thành phần và tính chất nƣớc rỉ rác còn phụ thuộc
vào các phản ứng lý, hóa, sinh xảy ra trong BCL. Các quá trình sinh hóa xảy ra
trong BCL chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ chất
thải rắn làm nguồn dinh dƣỡng cho hoạt động sống của chúng.
Nƣớc rỉ rác chứa đa số thành phần chất ô nhiễm với nồng độ cao và khó phân
hủy, do vậy cần kết hợp nhiều phƣơng pháp xử lý nhƣ: xử lý cơ học, xử lý hóa học,
xử lý sinh học, xử lý oxi hóa nâng cao…
Sự phân hủy chất thải rắn trong BCL gồm các giai đoạn sau:
- Giai đoạn 1: Giai đoạn thích nghi ban đầu.
- Giai đoạn 2: Giai đoạn chuyển tiếp.
- Giai đoạn 3: Giai đoạn lên men.
- Giai đoạn 4: Giai đoạn lên men metan.
- Giai đoạn 5: Giai đoạn ổn định.
Đặc điểm chung là nƣớc rỉ rác có hàm lƣợng các chất ô nhiễm nhƣ BOD,
4
COD, TOC, chất rắn hòa tan, tổng Nitơ rất cao, vƣợt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần.
Bảng 1.1. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới
Columbia Cannada Đức
Clover Bar Pereira Thành Phần Đơn Vị
BCL CTR đô thị (5năm vận hành) (Vận hành từ năm 1975)
– 7,2 – 8,3 8,3 – pH
4.350 –65.000 1.090 2.500 COD mgO2/l
1.560– 48.000 230 39 BOD mgO2/l
200– 3.800 1.100 455 NH4
– 920 – TKN
Chất rắn tổng cộng 7.990 – 89.100 – – mg/l
190– 27.800 Chất rắn lơ lửng – – mg/l
mg /l 7.800–61.300 – – Tổng chất rắn hoà tan
mg/l 2 – 35 – – Tổngphosphat(PO4)
Độ kiềm tổng 3.050 – 8.540 4.030 – mgCaCO3/l
200 – mg/l Ca –
150 – mg/l Mg –
1.150 – mg/l Na –
5
Nguồn: Lee & Jone, 1993; Diego Paredes, 2003; F. Wang etal,2004;KRUSE,1994.
Bảng 1.2. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia Châu Á
Thái Lan Hàn Quốc
Thành Phần Đơn Vị BCL pathumthani Sukdowop NRR1 năm Sukdowop NRR 12 năm
pH – 7,8 – 8,7 5,8 8,2
Độ dẫn điện µS/cm 19.400 – 23.900
4.119 – 4.480 12.500 2.000 COD mgO2/l
750 – 850 7.000 500 mgO2/l BOD5
141 410 400 20 SS mg/l
10.588 – 14.373 – IS mg/l
1.764 – 2.128 200 1.800 mg/l N-NH3
– 300 – 600 – N-Org mg/l
– 25 – 34 – Phospho tổng mg/l
3.200 – 3.700 4.500 4.500 Cl- mg/l
– 0,873 – 1,267 – Zn mg/l
– – Cd mg/l
– 0,09 – 0,330 – Pd mg/l
– 0,1 – 0,157 – Cu mg/l
– 0,495 – 0,657 – Cr mg/l
Độ kiềm – 2.000 10.000 mgCaCO3/l
(Kwanrutai Nakwan, 2002)
Nhƣ vậy có thể thấy rằng nƣớc rỉ rác gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi
trƣờng sống vì nồng độ các chất ô nhiễm có trong nƣớc rất cao và lƣu lƣợng đáng
kể. Do đó số lƣợng các công trình nghiên cứu xử lý nƣớc rỉ rác trên thế giới là rất
6
đáng kể.
Bảng 1.3. Đặc trưng thành phần nước rỉ rác ở một số thành phố Việt Nam
Thông số Đơn vị BCL Nam Sơn BCL Gò Cát BCL BCL
( Hà Nội) (HCM) Thủy Phƣơng Tràng Cát
( Huế) (Hải Phòng)
Ph - 6,81 – 7,98 7,4 – 7,6 7,7 – 8,5 6,5 – 8,22
TDS mg/l 6.913 -19.875 - - 4,47 – 9,24
TSS mg/l 120- 2.240 700 –2.020 42- 84 21 – 78
COD mg/l 1.020 – 22.783 13.655 –16.814 623 – 2.442 327 –1.001
mg/l 495 – 12.302 6.272 –9.200 148 – 398 120 – 465 BOD5
- 0,485 – 0,540 0,459 –0,547 0,234 -0,163 0,370-0,465 BOD5/COD
+
Tổng N mg/l 423 – 2.253 1.821 –2.427 179- 507 -
-
mg/l - 1.680 –2.887 184- 543 - N- NH4
mg/l - 0 – 6,2 - - N- NO3
Tổng P mg/l 6,51 – 24,80 10,3 – 19,8 3,92 – 8,562 -
mg/l - 1.419- 4.874 - -
Độ cứng CaCO3
Cl- mg/l - 518- 1.199 - -
As mg/l 0,001 – 0,003 - 0,047- 0,086 -
Pb mg/l 0,050 – 0,086 - <0,05 -
Cd mg/l 0,010 – 0,025 - <0,01 -
Hg mg/l 0,0001 –0,0009 - 0,0001 -
9 2 7 Tuổi BCL Năm 7
[6] [11] Nguồn trích dẫn [6] [14]
Nhìn chung nƣớc rỉ rác ở một số bãi chôn lấp ở nƣớc ta cũng có thành phần
7
chất hữu cơ dao động trong khoảng lớn, COD từ vài trăm đến trên mƣời nghìn mg/l,
thậm chí cao hơn một số bãi chôn lấp ở Đài Loan và Indonesia. Tỉ lệ BOD5/COD ở
một số bãi chôn lấp ở nƣớc ta cao hơn một số bãi chôn lấp ở châu Âu, Châu Mỹ và
Châu Phi.
Ở nhiều nƣớc trên thế giới, nhiều bãi chôn lấp đã áp dụng việc phân loại rác
tại nguồn và áp dụng các công nghệ thu hồi, tái chế chất thải rắn nên thành phần và
tính chất nƣớc rỉ rác ít phức tạp hơn các bãi chôn lấp ở Việt Nam. Hầu hết chất thải
rắn ở nƣớc ta không đƣợc phân loại. Vì thế, thành phần nƣớc rỉ rác ở Việt Nam
không những thay đổi theo thời gian mà còn phức tạp hơn so với một số nƣớc khác.
Thành phần nƣớc rỉ rác ở nƣớc ta cao và phức tạp cũng do ảnh hƣởng của việc vận
hành bãi chôn lấp chƣa đảm bảo một bãi chôn lấp hợp vệ sinh và điều kiện khí hậu
ẩm ƣớt, mƣa nhiều. Vì thế, việc lựa chọn công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác phù hợp ở
1.1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rỉ rác
nƣớc ta cũng gặp nhiều khó khăn.
Thành phần nƣớc rỉ rác rất khó xác định vì có nhiều yếu tố tác động lên sự
hình thành nƣớc rỉ rác [19]:
a. Thời gian chôn lấp
Tính chất nƣớc rỉ rác thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều nghiên cứu cho
rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc rác giảm dần. Thành phần của nƣớc rỉ rác
thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học
đang diễn ra. Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản đƣợc hình thành nhƣ các
axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ.
Khi rác đƣợc chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra. Khi đó chất rắn
trong bãi chôn lấp đƣợc ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thời
8
gian. Giai đoạn tạo thành khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa.
Bảng 1.4. Đặc điểm bãi chôn lấp mới và bãi chôn lấp lâu năm
Bãi chôn lấp mới Bãi chôn lấp lâu năm
- Nồng độ các axit béo dễ bay hơi - Nồng độ các axit béo dễ bay hơi (VFA) cao. thấp.
- pH nghiêng về tính axit. - pH trung tính hoặc kiềm.
- BOD cao. - BOD thấp.
+ và nito hữu cơ
- Tỷ lệ BOD/COD cao. - Tỷ lệ BOD/COD thấp
- Nồng độ NH4 cao. - Vi sinh vật có số lƣợng nhỏ. - Vi sinh vật có số lƣợng lớn. - Nồng độ các chất vô cơ hòa tan - Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và và kim loại nặng thấp.
George Tchobanoglos và cộng sự 1993, Handbook of solid waste management
9
và kim loại nặng cao.
Bảng 1.5. Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác của các bãi
chôn lấp mới và lâu năm
Giá trị, mg/l
Bãi mới ( < 2 năm) Thành phần Bãi lâu năm ( >10 năm) Khoảng Trung bình
2.000 – 55.000 10.000 100 – 200 BOD5
TOC 1.500 – 20.000 6.000 80 – 160
COD 3.000 – 90.000 18.000 100 – 500
Chất rắn hòa tan 10.000 – 55.000 10.000 1.200
Tổng chất rắn lơ lửng 200 – 2.000 500 100 – 400
Nitơ hữu cơ 10 – 800 200 80 – 120
Amoniac 10 – 800 200 20 – 40
Nitrat 5 – 40 25 5 – 10
Tổng lƣợng phốt pho 5 – 100 30 5 – 10
Othophotpho 4 – 80 20 4 – 8
1.000 – 20.900 3.000 200 – 1000 Độ kiềm theo CaCO3
Ph 4,5 – 7,5 6 6,6 – 9
300 – 25.000 3.500 200 – 500 Độ cứng theo CaCO3
Canxi 50 – 7.200 1.000 100 – 400
Magie 50 – 1.500 250 50 – 200
Clorua 200 – 5.000 500 100 – 400
Sunphat 50 – 1.825 300 20 – 50
Thuyết mình đề tài KHCN thuộc các hướng KHCN ưu tiên cấp Viện Hàn lâm KHCNVN[9]
10
Tổng sắt 50 – 5.000 60 20 – 200
Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nƣớc rỉ rác cũng có sự
thay đổi.
Khi bãi rác đã đóng cửa trong thời gian dài thì hầu nhƣ nƣớc rò rỉ chỉ chứa
một phần nhỏ các chất hữu cơ, mà thƣờng là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
b. Thành phần của chất thải rắn
Thực tế, thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng tác động đến tính chất
của nƣớc rỉ rác. Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị
phân hủy. Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nƣớc rỉ rác cũng có các đặc
tính tƣơng tự.
c. Chiều sâu bãi chôn lấp
Nhiều nghiên cứu cho thấy BCL có chiều sâu chôn lấp càng lớn thì nồng độ
chất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn lấp khác trong cùng điều kiện về lƣợng
mƣa và quá trình thấm. Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nƣớc để đạt trạng thái bão
hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy.
Do vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nƣớc và rác sẽ lớn
hơn và khoảng cách di chuyển của nƣớc sẽ tăng. Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra
hoàn toàn hơn nên nƣớc rò rỉ chứa một hàm lƣợng lớn các chất ô nhiễm.
d. Độ ẩm rác và nhiệt độ
Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt. Khi bãi chôn lấp đạt trạng
thái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nƣớc FC, thì độ ẩm trong rác là không thay đổi
nhiều. Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nƣớc rò rỉ đƣợc hình
thành là nhanh hay chậm sau khi rác đƣợc chôn lấp. Độ ẩm trong rác cao thì nƣớc
rò rỉ sẽ hình thành nhanh hơn.
Nhiệt độ có ảnh hƣởng rất nhiều đến tính chất nƣớc rò rỉ. Khi nhiệt độ môi
trƣờng cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lƣu lƣợng nƣớc rác. Đồng
thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp
11
càng diễn ra nhanh hơn làm cho nƣớc rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao hơn.
Ngoài ra còn nhiều yếu tố khác nhƣ: ảnh hƣởng từ bùn; các quá trình thấm và
chảy tràn, bay hơi; cống rãnh và chất thải độc hại; độ nén; chiều dày và nguyên liệu
làm lớp phủ…đều ảnh hƣởng tới thành phần nƣớc rỉ rác.
1.1.3. Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường và sức khỏe con người
Trong thành phần rác thải, nƣớc thải sinh hoạt, thông thƣờng hàm lƣợng hữu
cơ chiếm tỷ lệ lớn. Các loại rác hữu cơ dễ phân hủy gây hôi thối, phát triển vi khuẩn
làm ô nhiễm môi trƣờng đất, nƣớc, không khí, làm mất vệ sinh môi trƣờng và ảnh
1.1.3.1. Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường
hƣởng tới đời sống con ngƣời.
Ảnh hưởng của nước rỉ rác tới môi trường nước
Nƣớc rỉ rác có chứa hàm lƣợng chất ô nhiễm cao ( chất hữu cơ: do trong rác
có phân xúc vật, thức ăn thừa… chất thải độc hại từ các bao bì đựng phân bón,
thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, mỹ phẩm…) nếu không đƣợc thu gom, xử lý sẽ xâm
nhập vào nguồn nƣớc mặt và nƣớc ngầm gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc nghiêm
trọng.
Hàm lƣợng nito cao là chất dinh dƣỡng kích thích sự phát triển của rong rêu,
tảo … gây hiện tƣợng phú dƣỡng hóa làm bẩn trở lại nguồn nƣớc, gây thiếu hụt DO
trong nƣớc do oxi bị tiêu thụ trong quá trình oxi hóa chất hữu cơ.
Tạo ra xói mòn trên tầng đất nén và lắng đọng trong lòng nƣớc mặt chảy qua.
Cũng có thể chảy vào các tầng nƣớc ngầm và các dòng nƣớc sạch gây ra ảnh hƣởng
nghiêm trọng đến sức khỏe ngƣời dân sử dụng nguồn nƣớc.
Nƣớc là đƣờng truyền bệnh rất nguy hiểm. Nguồn nƣớc ô nhiễm tác động
đến con ngƣời thể hiện qua sức khỏe cộng đồng, khi ăn các loại thực phẩm nhƣ cá,
tôm, cua,… bị nhiễm độc do nƣớc ô nhiễm, con ngƣời sẽ mắc nhiều chứng bệnh,
trong đó có cả bệnh ung thƣ. Ngoài ra, nguồn nƣớc còn gây ra cả bệnh thƣơng hàn,
kiết lị, dịch tả, da liễu…. nguyên nhân là do trong nƣớc ô nhiễm có nhiều vi khuẩn
12
và nấm gây bệnh cho ngƣời.
Khi nguồn nƣớc bị ô nhiễm dù ở mức độ nặng hay nhẹ đều gây ảnh hƣởng
xấu đến giới tự nhiên, hệ sinh thái, động- thực vật thủy sinh.
Khi môi trƣờng nƣớc bị ô nhiễm vùng ven sông rạch, vùng bán ngập do mực
nƣớc ngầm nông, nguồn nƣớc mặt bị ô nhiễm với nhiều yếu tố độc hại đã di chuyển
thẳng xuống mạch nƣớc ngầm theo phƣơng thẳng đứng hoặc từ nƣớc sông ngấm
vào mạch nƣớc ngầm theo phƣơng nằm ngang, dƣới tác dụng của thủy triều mà
không qua gạn lọc, làm sạch tự nhiên của môi trƣờng.
Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường không khí
Khí hậu nhiệt đới nóng ẩm và mƣa nhiều ở nƣớc ta hiện nay là điều kiện
thuận lợi cho các thành phần hữu cơ trong rác thải phân hủy, thúc đẩy nhanh quá
trình lên men, thối rữa và tạo nên mùi khó chịu gây ô nhiễm môi trƣờng không
khí.Các khí phát sinh từ quá trình phân hủy chất hữu cơ trong rác thƣờng là: Amoni
có mùi khai, phân có mùi hôi, hydrosunfua mùi trứng thối, sunfur hữu cơ nhƣ bắp
cải rữa, Mecaptan mùi hôi nồng, amin nhƣ cá ƣơn, điamin nhƣ thịt thối, Cl2 nồng,
Phenol mùi xốc đặc trƣng. Ngoài ra, quá trình đốt rác sẽ phát sinh nhiều khí ô
nhiễm nhƣ: SO2, NOx, CO2, bụi….
Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường đất
Trong thành phần nƣớc rác có chứa nhiều chất độc hại, khi rác thải đƣợc đƣa
vào môi trƣờng và không đƣợc xử lý khoa học thì những chất độc xâm nhập vào đất
sẽ tiêu diệt nhiều loài sinh vật có ích cho đất nhƣ: giun, vi sinh vật, nhiều loài động
vật không xƣơng sống, ếch nhái… làm cho môi trƣờng đất bị giảm tính đa dạng
1.1.3.2. Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến sức khỏe con người
sinh học và phát sinh nhiều sâu bọ phá hoại cây trồng.
Nƣớc rỉ rác ảnh hƣởng gián tiếp đến sức khỏe con ngƣời. Cụ thể, qua đƣờng
tiêu hóa, đƣờng hô hấp, tiếp xúc qua da…Thông qua quá trình sinh hoạt, sử dụng
nguồn nƣớc, thức ăn bị nhiễm độc… ( Ví dụ: rau muống trồng ở gần ven sông, ao
13
có khả năng hấp phụ kim loại nặng tốt;và tôm cá ở ao hồ, sông, suối ) dẫn đến các
chất ô nhiễm độc hại đi vào cơ thể con ngƣời làm cho con ngƣời có thể mắc các
bệnh nhƣ: ; bệnh đƣờng tiêu hóa; nhiễm độc kim loại nặng ;kích thích đến sự hô hấp
của con ngƣời và kích thích nhịp tim đập nhanh gây ảnh hƣởng xấu đối với những
ngƣời mặc bệnh tim mạch.
1.1.4. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác
Công nghệ xử lý nƣớc thải rất phong phú, có tới hàng chục loại hình công
nghệ đang đƣợc sử dụng trong thực tiễn trên nền của các quá trình công nghệ cơ
bản theo từng cấp.
Có hai nhóm phƣơng pháp xử lý cơ bản áp dụng trong xử lý nƣớc rỉ rác là
phƣơng pháp hóa lý và sinh học [1,3]. Phƣơng pháp hóa học, hóa lý gồm: keo tụ,
hấp phụ, trao đổi ion, oxi hóa, kết tủa, màng lọc và lắng. Phƣơng pháp sinh học: Xử
lý vi sinh yếm khí, hiếu khí, thiếu khí và các tổ hợp của chúng.
Một số công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác đƣợc áp dụng phổ biến hiện nay[7].
- Xử lý vi sinh kỵ khí xử lý vi sinh hiếu khí ao hồ ổn định xả ra
nguồn tiếp nhận.
- Xử lý vi sinh kỵ khí xử lý vi sinh hiếu khí oxi hóa bằng hóa chất ao
hồ ổn định xả ra nguồn tiếp nhận.
- Xử lý sinh học đƣa về nhà máy xử lý chung với nƣớc thải sinh hoạt.
- Keo tụ lắng ( hoặc tuyển nổi) xử lý vi sinh kỵ khí xử lý vi sinh hiếu
khí ao hồ ổn định xả ra nguồn tiếp nhận.
- Oxi hóa bằng hóa chất lắng xử lý vi sinh kỵ khí xử lý vi sinh hiếu
khí ao hồ ổn định xả ra nguồn tiếp nhận.
- Keo tụ lắng ( tuyển nổi) xử lý vi sinh kỵ khí xử lý vi sinh hiếu khí
14
hấp phụ xử lý màu ao hồ ổn định xả ra nguồn tiếp nhận.
Nhƣ vậy các công nghệ xử lý nƣớc rỉ rác vẫn phổ biến là xử lý bằng nhiều
công đoạn, trong đó công nghệ sinh học đƣợc áp dụng ở hầu hết các dây chuyền.
Các công nghệ hóa lý cũng đƣợc áp dụng phổ biến nhƣ keo tụ, oxi hóa..
Hiệu quả của một số phƣơng pháp xử lý nƣớc rỉ rác đƣợc đánh giá bởi Abbas
và cộng sự (2009) [30], cụ thể:
- Phƣơng pháp kết hợp xử lý nƣớc rỉ rác với nƣớc thải sinh hoạt có hiệu quả
cao với xử lý nƣớc rác mới và trung bình nhƣng phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là
tồn dƣ sinh khối và chất dinh dƣỡng.
- Quá trình hiếu khí thích hợp xử lý nƣớc rỉ rác mới và trung bình, nhƣợc
điểm là bị ức chế bởi các chất khó phân hủy sinh học và tồn dƣ sinh khối.
- Quá trình kỵ khí thích hợp xử lý nƣớc rác mới và trung bình, nhƣợc điểm là
bị ức chế bởi các chất khó phân hủy sinh học, rất chậm và tạo khí sinh học.
- Keo tụ thích hợp xử lý nƣớc rỉ rác cũ và trung bình để loại bỏ kim loại nặng
và chất rắn lơ lửng. Tuy nhiên, phƣơng pháp này tạo ra nhiều bùn thải chôn lấp.
- Oxi hóa hóa học xử lý tốt với nƣớc rỉ rác cũ và trung bình để loại bỏ các
chất hữu cơ. Phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là sinh khí ozon dƣ, tạo bùn thải có
nhiều sắt( quá trình Fenton).
- Stripping thích hợp với nƣớc rỉ rác cũ và trung bình nhằm xử lý amoni,
phƣơng pháp này đòi hỏi bổ sung thiết bị để kiểm soát ô nhiễm không khí.
- Trao đổi ion thích hợp với tất cả các loại nƣớc rỉ rác để xử lý các hợp chất
hào tan, các cation/anion nhƣng chi phí lớn.
- Lọc màng thẩm thấu ngƣợc có thể có hiệu quả tốt trong xử lý nƣớc rỉ rác để
loại bỏ các hợp chất vô cơ và hữu cơ nhƣng chi phí rất cao và yêu cầu tiền xử lý.
- Lọc nano áp dụng tốt cho tất cả các loại nƣớc rỉ rác để xử lý muối sunfat.
15
Phƣơng pháp này cũng có chi phí rất cao.
Trong nhiều năm, phƣơng pháp sinh học và hóa lý là công nghệ phổ biến
trong xử lý nƣớc rỉ rác. Một số phƣơng pháp lọc màng có hiệu quả tốt nhƣng tốn
kém. Phƣơng pháp oxi hóa áp dụng xử lý nƣớc rỉ rác phù hợp với nƣớc rỉ rác có tuổi
trung bình và cũ.
1.1.5.1. Tình hình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong nước
1.1.5. Tình hình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước
Tô Thị Hải Yến và cộng sự Viện Công nghệ môi trƣờng [15] đã nghiên cứu “
tuần hoàn nƣớc rỉ rác và phân hủy vi sinh trong môi trƣờng sunfat trong công nghệ
chôn lấp rác thải sinh hoạt giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng do nƣớc rỉ rác”. Tô
Thị Hải Yến và đồng nghiệp [16] với công trình “ Thúc đẩy nhanh quá trình phân
hủy vi sinh rác và nƣớc rỉ rác bằng thay đổi chế độ vận hành và môi trƣờng hóa học
trong bãi chôn lấp” đã cho thấy, khi chôn lấp rác thải sinh hoạt có thành phần lignin
tới 15,2% trọng lƣợng khô làm phát thải khí metan không có lợi về kinh tế và môi
trƣờng. Với việc bổ sinh thêm môi trƣờng sunfat nhằm tạo điều kiện để phân hủy
thành phần hữu cơ thể rắn trong rác chuyển sang dạng lỏng trong nƣớc rỉ rác, vô cơ
hóa thành phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nƣớc rỉ rác. Trong môi
trƣờng sunfat, hệ thống chỉ thực sự phát huy tác dụng từ ngày thứ 95 của chu trình
chôn lấp rác. Ngoài ra nhóm tác giả cũng đã cho thấy rằng việc tuần hoàn nƣớc rỉ
rác tạo khả năng oxy hóa – khử mạnh hơn cho môi trƣờng phân hủy vi sinh các chất
hữu cơ trong rác ở thể rắn và vô cơ hóa chất hữu cơ ở thể lỏng.
Hoàng Thị Thu Hiền [2] đã sử dụng UV/Ozon để xử lý nƣớc rỉ rác. Kết quả
thu đƣợc trong điều kiện phòng thí nghiệm xử lý nƣớc rỉ rác từ BCL Nam Sơn cho
thấy, sau keo tụ, tác giả đã xác định đƣợc điều kiện thích hợp đạt đƣợc tại pH=7,5
và thời gian phản ứng là 100 phút; hiệu suất xử lý COD và độ màu nƣớc rỉ rác đạt
tƣơng ứng là 26% và 64% với hệ Ozon và 35%, 82% với hệ UV/O3.
Trịnh Văn Tuyên và cộng sự Viện Công nghệ môi trƣờng đã “ Áp dụng quá
trình ozon hóa làm giảm hàm lƣợng các chất hữu cơ khó phân hủy trong xử lý nƣớc
16
rỉ rác BCL CTR” [10]. Tập thể tác giả đã tìm đƣợc điều kiện thích hợp để ozon hóa
và Perozon có hiệu quả nƣớc rỉ rác nhƣ sau: pH= 8 – 9 , hàm lƣợng H2O2 là 2.000
mg/l, thời gian phản ứng đối với hệ Ozon là 100 phút và hệ Perozon là 80 phút và
để nâng cao hiệu quả xử lý cần tăng tƣơng tác của ozon với các chất hữu cơ trong
1.1.5.2. Tình hình xử lý nước rác ngoài nước
nƣớc rỉ rác bằng đệm sứ có bề mặt riêng lớn.
Tizaoui cùng cộng sự [18] đã nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp ozon hóa và
ozone kết hợp với hydrogen peroxide để xử lý nƣớc rỉ rác tại Tunisia, đƣợc đặc
trƣng bởi COD cao, khả năng bị phân hủy sinh học thấp và màu sắc tối. Kết quả thu
đƣợc cho thấy rằng hiệu quả ozon hóa đã gần nhƣ tăng gấp đôi khi kết hợp với
hydrogen peroxide khi nồng độ H2O2 là 2 g/l, nhƣng khi nồng độ H2O2 cao hơn 2g/l
lại cho hiệu quả thấp. pH có thể thay đổi không đáng kể do tác dụng của đệm
bicarbonate. Nồng độ sulfate cũng giảm nhệ. Ngƣợc lại, nồng độ chloride ban đầu
thì giảm, nhƣng sau một thời gian thí nghiệm lại tăng lên để đạt đƣợc giá trị ban đầu
của nó. Kết quả so sánh chi phí vận hành của 2 phƣơng pháp cho thấy các hệ thống
H2O2 /O3 tại H2O2 nồng độ 2g/l cho chi phí thấp nhất khoảng ~2.3 USD/kg COD
đƣợc loại bỏ.
Torres – Socisas và cộng sự [21] đã nghiên cứu sử dụng kết hợp các quá
trình vật lý – hóa – sinh học để xử lý nƣớc rỉ rác, bao gồm một giai đoạn vật lý –
hóa học sơ bộ tiếp theo là một quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) bằng Fenton
quang hóa và cuối cùng là phân hủy sinh học. Kết quả thu đƣợc cho thấy sự kết hợp
các công nghệ này xử lý hiệu quả mẫu nƣớc rỉ rác có tải trọng hữu cơ cao (COD
khoảng 40g/l và DOC là 15g/l): giai đoạn đầu đã làm giảm 17% hàm lƣợng hữu cơ
bền, sau khi thực hiện quá trình Fenton quang hóa (Fe 1 mM) trong khoảng thời
gian 11h đã vô cơ hóa các chất ô nhiễm hữu cơ thành các chất có thể phân hủy sinh học, với tỷ lệ khoáng hóa là 27% và tiêu thụ 22 g H2O2/l. Tổng chi phí để xử lý 1m3 nƣớc rỉ rác đƣợc ƣớc tính là khoảng 40€/m3.
Singh và cộng sự [20] đã tiến hành nghiên cứu xác định hiệu quả của ozon
17
hóa nƣớc rỉ rác trƣớc khi sử dụng thẩm thấu ngƣợc và màng lọc nano. Nƣớc thải từ
ba BCL khác nhau đƣợc thu thập với tỷ lệ BOD/COD ổn định trong khoảng 0,02 – 0,12. Một loạt các thí nghiệm ozon hóa đƣợc thực hiện với nồng độ ozon 66,7 g/m3
và thời gian từ 5 đến 30 phút. Đối với cả 3 loại nƣớc rỉ rác, các chất hấp thụ UV –
254 giảm tối đa 78% và cacbon hữu cơ hòa tan giảm 23%. Khi nồng độ ozon là 66,7 g/m3 thì thời gian ozon hóa hiệu quả là 10 phút, đƣợc chọn để xử lý sơ bộ nƣớc thải
trƣớc khi vận hành các quá trình lọc bằng màng.
1.2. Tổng quan về nhu cầu oxi hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand)
1.2.1. Tổng quan về COD
Các chất thuộc đối tượng của COD
Bao gồm các chất hữu cơ trong nƣớc và cả những chất khử vô cơ nhƣ axit
sunfuro, các chất gốc sunfat, sắt(II).
Khái niệm
COD là phép đo lƣợng oxy tƣơng đƣơng với lƣợng chất hữu cơ có trong mẫu
mà có thể bị oxy hóa bằng tác nhân oxy hóa mạnh. Nói cách khác, COD là phép đo
gián tiếp khối lƣợng chất hữu cơ trong một mẫu nƣớc. Do đó,đƣợc sử dụng làm chỉ
tiêu thể hiện mức độ ô nhiễm bởi chất hữu cơ trong nƣớc.
Ƣu điểm chính của phân tích chỉ tiêu COD là cho biết kết quả trong một
khoảng thời gian ngắn hơn nhiều (2 giờ) so với BOD (5 ngày). Do đó trong nhiều
trƣờng hợp, COD đƣợc dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ thay cho
18
BOD.
Bảng 1.6. Tiêu chuẩn Việt Nam của COD
Tên Tiêu chuẩn Giá trị COD
TCVN 5942 – 1995 Nƣớc sinh hoạt
- Nƣớc mặt dùng làm nguồn nƣớc cấp sinh học phải có giá trị COD<10 mgO2/l. - Nƣớc dùng trong mục đích khác phải có giá trị COD <35 mg O2/l
Nƣớc thải TCVN 5945 – 1995
- Nƣớc thải công nghiệp đƣợc phép đổ vào khu nƣớc dùng làm nguồn nƣớc sinh hoạt phải có giá trị COD<50 mg O2/l - Nƣớc thải công nghiệp có giá trị COD < 400 mg O2/l chỉ đƣợc phép vào những nơi quy định.
- Nƣớc thải công nghiếp đƣợc phép đổ vào các khu vực nƣớc dùng cho giao thông thủy, tƣới tiêu, nuôi trồng thủy sản, nông nghiệp phải có giá trị COD <100 mg O2/l. - Nƣớc thải công nghiệp có giá trị COD >400 mg O2/l không đƣợc phép thải ra môi trƣờng.
Nƣớc rỉ rác QCVN 25:2009/BTNMT
Tiêu chuẩn trích dẫn
TCVN 6491: 1999 ( ISO 6060:1989)
TCVN 6491: 1999 do ban kĩ thuật TCVN/TC147 “ Chất lƣợng nƣớc” biên
soạn, Tổng cục tiêu chuẩn- Đo lƣờng – Chất lƣợng đề nghị, Bộ Khoa học, Công
19
nghệ và Môi trƣờng ban hành.
1.2.2.1. Phương pháp kali pemanganate
1.2.2. Các phương pháp phân tích COD
Phƣơng pháp dùng kali pemanganat làm chất oxy hóa để oxy hóa nhờ tính
axit của axit sunfuric. (Tại Nhật Bản, phƣơng pháp này hiện đƣợc dùng làm phƣơng
pháp phân tích nƣớc thải và nƣớc môi trƣờng chuẩn).
Ngoài ra, phƣơng pháp dùng kali pemanganat làm chất oxy hóa để oxy hóa
nhờ tính kiềm. ( Hiện đƣợc dùng cho nƣớc biển).
Tiêu chuẩn trích dẫn
Phƣơng pháp này theo TCVN 4565 – 88.
Phạm vi áp dụng
Phạm vi áp dụng của phƣơng pháp là đối với nƣớc có hàm lƣợng Cl- < 300
mg/l. Nguyên tắc của phƣơng pháp này dựa trên việc oxy hoá các chất hữu cơ có
mặt trong nƣớc bằng dung dịch kali pemanganat 0,1N trong môi trƣờng axit ở nhiệt
độ sôi. Lƣợng dƣ kali pemanganat đƣợc chuẩn độ bằng axit ascorbic 0,1N.
Giá trị COD xác định bằng phƣơng pháp này luôn luôn nhỏ hơn nhiều so với
BOD5. Điều đó chứng tỏ rằng permanganate không thể oxy hóa hoàn toàn tất cả các
1.2.2.2. Phương pháp Kali dicromat
chất hữu cơ có trong nƣớc phân tích.
Phƣơng pháp dùng kali bicromat làm chất oxy hóa để oxh hóa nhờ tính axit
mạnh của axit sunfuric. Do tính oxy hóa mạnh nên đây là chỉ tiêu của tổng chất hữu
cơ trong nƣớc. ( Đo lƣờng nƣớc thải của Việt Nam hiện đang dùng phƣơng pháp
này).
Nguyên lý
Khi đun sôi trong môi trƣờng axit sunfuric đặc, bicromat sẽ chuyển hóa phần
lớn các chất vô cơ và hữu cơ trong nƣớc. Để oxi hóa hoàn toàn ta sử dụng chất xúc
20
tác Ag2SO4.
Phản ứng oxy hóa của bicromat diễn ra theo phƣơng trình sau:
Lƣợng dƣ kalibicromat thêm vào mẫu đƣợc xác định bằng cách chuẩn độ
bằng muối mohr với chỉ thị là axit n-phenylantranylic hoặc feroin.
Phạm vi áp dụng
Đây là phƣơng pháp áp dụng đối với các loại nƣớc có nồng độ COD từ 30
đến 700 mg/l, nếu nhƣ nồng độ COD cao vƣợt quá 700 mg/l thì cần phải pha loãng.
Giá trị COD nằm trong khoảng 300 đến 600 mg/l đạt đƣợc độ chính xác cao nhất.
1.3. Tổng quan về công nghệ keo tụ điện hóa
Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hoá học là đƣa vào nƣớc thải một hoá
chất nào đó, hoá chất này tác dụng với các chất ô nhiễm trong nƣớc thải để tạo
thành các cặn lắng hay chất hoà tan không độc hại.
Cơ sở của các phƣơng pháp hoá học là các quá trình hoá lý diễn ra giữa chất
bẩn và các hoá chất thêm vào. Những phản ứng diễn ra có thể là các phản ứng oxy
hoá-khử, các phản ứng tạo thành chất kết tủa hoặc các phản ứng phân huỷ các chất
độc hại [8].
Các phƣơng pháp hoá học thƣờng đƣợc sử dụng trong xử lý nƣớc thải là: keo
tụ, hấp phụ, khử trùng, trung hoà, khử Chlor,...[12]
Keo tụ điện hoá cũng là một phƣơng pháp hoá học. Tuy nhiên, phƣơng pháp
này kết hợp với phƣơng pháp lý học (dòng điện và các điện cực) nên có thể xem
phƣơng pháp này là một phƣơng pháp hoá - lý.
1.3.1. Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa
Keo tụ điện hoá là một phƣơng pháp điện hoá đƣợc sử dụng rộng rãi trong
xử lý nƣớc thải nhằm xử lý màu nƣớc, loại bỏ các chất rắn ở dạng lơ lửng, chất hòa
tan…bằng các chất keo tụ và các chất trợ keo tụ… tạo nên những bông cặn có kích
21
thƣớc lớn sẽ lắng xuống đáy. Trong đó dƣới tác dụng của dòng điện thì các điện cực
dƣơng (thƣờng sử dụng là nhôm hoặc sắt) sẽ bị ăn mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+ hoặc Fe3+) vào trong môi trƣờng nƣớc thải, kèm theo
đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọt khí ở cực âm [16].
Hình 1.2. Cơ chế của quá trình keo tụ
Đặc điểm của phương pháp keo tụ điện hóa
Phƣơng pháp keo tụ điện hóa có các đặc điểm sau đây[17]:
- Dòng điện đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp keo tụ điện hóa là dòng điện
một chiều.
- Các điện cực dƣơng là kim loại hòa tan có khả năng tạo chất keo tụ.
- Tùy vào pH và đặc tính của nƣớc thải ở từng trƣờng hợp cụ thể mà chọn
kim loại làm điện cực dƣơng.
- Thời gian lƣu nƣớc, cƣờng độ dòng điện, hiệu điện thế và hiệu suất vận
hành của bể có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau.
- Bể keo tụ điện hóa có thể hoạt động trong điều kiện nƣớc thải chỉ đƣợc nạp
một lần ( theo mẻ).
22
- Sự xáo trộn thích hợp, bọt khí, cánh khuấy điều chỉnh vận tốc.
- Hệ thống điện cực đƣợc đặt ngập trong nƣớc thải để đảm bảo khả năng tiếp
xúc giữa các bọt khí và các chất ô nhiễm là tốt nhất.
- Phản ứng tạo chất keo tụ cần alkalinity, oxi thích hợp.
Theo hold, Barton và Mitchell (2004), keo tụ điện hóa là phƣơng pháp giao
thoa của ba quá trình: điện hóa học, tuyển nổi điện phân, keo tụ [16]
1.3.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể keo tụ điện hóa
Bể keo tụ điện hóa có thể hoạt động trong cả hai điều kiện nạp nƣớc là theo
1.3.2.1. Cấu tạo
mẻ và liên tục.
Bể gồm có các phần chính: ống dẫn nƣớc đầu vào, thân bể hình hộp chữ
nhật, hệ thống các điện cực và bộ phận gạt váng bọt, bùn cặn, phao và ống thu nƣớc
1.3.2.2. Nguyên tắc hoạt động của bể keo tụ điện hóa
đầu ra, hố chứa bùn và ống thu bùn.
Nƣớc thải đầu vào cho vào bể một lần với thể tích đã đƣợc xác định. Nƣớc
thải phải làm ngập các hệ điện cực ở trong bể.
23
Hình 1.3. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ
Theo hold, Barton và Mitchell (2004), khi dòng điện một chiều đi qua các
điện cực thì tại điện cực dƣơng xảy ra quá trình hòa tan kim loại. Do đó, các điện
cực dƣơng đƣợc làm bằng nhôm hoặc sắt thì quá trình này sẽ giải phóng ra các cation ( Fe2+, Fe3+). Các cation này sẽ chuyển vào môi trƣờng nƣớc thải[16].
Những cation (Fe2+, Fe3+) sẽ kết hợp cùng với nhóm hydroxyl và tạo thành
các hidroxit (Fe(OH)2 , Fe(OH)3) là những chất keo tụ phổ biến trong xử lý nƣớc
thải. Các chất keo tụ này sẽ tác dụng vào các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nƣớc và liên
kết với nhau tạo thành bông cặn có kích thƣớc lớn hơn[8].
Fe2+ + 2H2O Fe(OH)2 + 2H+
1.3.2.3. Các phản ứng diễn ra trong bể keo tụ
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 +3H+
Trong trƣờng hợp điện cực dƣơng làm bằng sắt (Fe) còn điện cực âm làm
bằng sắt (Fe). Khi cho dòng điện một chiều đi từ cực dƣơng sang cực âm thì dƣới
tác dụng của dòng điện thì ở các điện cực xảy ra các quá trình:
Ở anot, xảy ra quá trình oxi hóa Fe và tạo thành ion Fe2+( hay Fe3+):
Fe Fe2 + 2e
Fe Fe3+ + 3e
Ở catot, xảy ra quá trình khử và tạo thành khí H2 [31]:
2H2O + 2e 2OH- + H2
Các bọt khí này có xu hƣớng đi lên mặt thoáng của bể keo tụ điện hóa. Trên
đƣờng đi của các bọt khí này chúng sẽ bám vào các chất rắn lơ lửng, bông bùn đã
đƣợc tạo ra ở trên và mang chúng theo trên mặt thoáng của bể. Quá trình này đi kèm
với việc cô đặc bùn ở bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ.
Các cation Fe2+ , Fe3+ đƣợc tạo thành sẽ phản ứng với các ion OH- có mặt
24
trong nƣớc hình thành các hydroxit sắt theo các PTPƢ sau:
Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2
Fe3+ + 3OH- Fe(OH)3
Các hydroxit kim loại này sẽ tham gia vào các phản ứng polymer hóa:
Fe(OH)2 (OH)Fe-O-Fe(OH) + H2O
Các polymer này có thể loại bỏ các chất ô nhiễm tan và không tan bởi quá
trình hấp phụ, tạo phức hay kết tủa[24].
1.3.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa
Do bể keo tụ điện hóa là phƣơng pháp giao thoa giữa ba phƣơng pháp: điện
hóa học, tuyển nổi điện phân và keo tụ nên các yếu tố ảnh hƣởng đến việc thiết kế
và vận hành bể keo tụ điện hóa sẽ tƣơng đồng với các bể ở trên.
Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hoạt động của bể keo tụ điện hóa [8]:
+ Các thông số của dòng điện: điện thế, cƣờng độ, điện trở suất,…Các
yếu tố này nên đƣợc xác định bằng thực nghiệm.
+ Vật liệu các điện cực: tốt nhất là các điện cực dƣơng bằng nhôm hay
bằng sắt, còn điện cực âm thì là kim loại khác nhôm hoặc sắt và phải đứng sau
nhôm hoặc sắt trong dãy điện hóa.
+ Thành phần hóa học của nƣớc thải: các loại nƣớc thải có thành phần nhƣ dầu,
mỡ cao thì hiệu suất xử lý cao.
+ Độ pH: đối với cực tan là nhôm thì khi pH<4,5 thì không xảy ra quá trình thủy
phân. Khi pH >7,5 làm cho muối kiềm kém tan ít đi và hiệu quả keo tụ bị hạn chế.
Trong trƣờng hợp này thì hiệu quả keo tụ cao nhất khi nƣớc có pH=5,5-7,5.
Đối với trƣờng hợp cực tan là sắt thì phản ứng xảy ra khi pH >3,5 và quá trình kết
tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH=5,5-6,5.
+ Nhiệt độ: đối với cực tan là nhôm thì nhiệt độ của nƣớc cao, tốc độ keo tụ xảy
ra nhanh chóng, hiệu quả keo tụ đạt đƣợc càng cao. Độ đục của nƣớc càng cao, thì
25
ảnh hƣởng của nƣớc càng rõ rệt. Nhiệt độ của nƣớc thích hợp khi dùng cực tan là
nhôm vào khoảng 20-400C, tốt nhất là 35-400C. Đối với cực tan là sắt thì khi thủy phân ít bị ảnh hƣởng của nhiệt độ, vì vậy nhiệt độ của nƣớc gần bằng 00C vẫn có thể
dùng phèn sắt làm chất kẹo tụ.
1.3.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa
Ưu điểm
Phƣơng pháp keo tụ điện hoá có các ƣu điểm sau [16]:
+ Thiết bị dùng trong bể keo tụ điện hóa rất đơn giản, dễ dàng vận hành.
+ Bông cặn đƣợc hình thành dễ dàng, có khả năng cô đặc bùn tốt.
+ Có thể loại bỏ nhiều thành phần khác nhau trong nƣớc thải nhƣ: chất rắn lơ
lửng nhỏ, độ màu, độ đục, kim loại nặng… có trong nƣớc thải.
+ Có thể loại bỏ khoảng 95-99% các kim loại nặng trong nƣớc thải.
+ Bọt khí sinh ra trong quá trình tuyển nổi nâng theo các chất lơ lửng, bông cặn
lên bề mặt bể để loại bỏ dễ dàng bằng các thiết bị gạt váng.
+ Có thể loại bỏ đƣợc các ion hòa tan trong nƣớc thải và tạo thuận lợi cho quá
trình keo tụ.
+ Không sử dụng hóa chất nên không gây dƣ thừa hóa chất rồi tốn hóa chất khác
để trung hòa.
Ngoài ra, bể keo tụ điện hoá còn có các ƣu điểm sau:
+ Tiết kiệm đƣợc chi phí mua hoá chất trong quá trình vận hành các bể xử lý hoá
học cổ điển.
+ Trong quá trình vận hành việc thay thế các điện cực là không thƣờng xuyên và
rất dễ dàng, không nguy hiểm do điện. Vì có hệ thống ngắt điện rất an toàn và dòng
điện sử dụng là dòng điện một chiều.
Nhược điểm
Điện cực dùng lâu sẽ bị các mảng kết tủa và oxi hóa bám lên bề mặt , làm
giảm hiệu suất của quá trình keo tụ điện hóa; đồng thời điện cực dễ bị ăn mòn do
26
dòng điện, do đó cần thay điện cực sau một khoảng thời gian sử dụng.
1.3.5.1. Ứng dụng keo tụ điện hóa để xử lý nước ô nhiễm ở trong nước
1.3.5. Ứng dụng của keo tụ điện hóa trong xử lý môi trường
Tình hình nghiên cứu các phƣơng pháp điện hóa nói chung, keo tụ điện hóa
nói riêng trong xử lý nƣớc ô nhiễm ở nƣớc ta còn chƣa phổ biến, cho đến nay mới
chỉ có mốt số công trình nghiên cứu nhƣ:
Tác giả Võ Anh Khuê, Đại học Đà Nẵng với công trình „Nghiên cứu phƣơng
pháp keo tụ điện hóa kết hợp với vi điện hóa để xử lý các ion kim loại nặng và
florua trong nƣớc thải‟[5] đã sử dụng phƣơng pháp keo tụ điện hóa với điện cực
anot Al kết hợp với quá trình vi điện hóa trên bề mặt các hạt Fe-C để xử lý các ion kim loại nặng nhƣ Pb2+, Zn2+, Cu2+ và ion F- trong nƣớc thải. Kết quả đã chỉ ra điều
kiện tối ƣu cho quá trình xử lý này là : pH = 5, thời gian xử lý 30 phút, khối lƣợng
hạt Fe-C là 60g, kích thƣớc hạt Fe-C là 20-27 mesh, điện áp 5V, nƣớc thải sau xử lý có dƣ lƣợng nồng độ các ion Pb2+, Zn2+, Cu2+ và F- lần lƣợt là 0,118 ; 0,369 ; 0,112
và 2,986 mg/l, đạt tiêu chuẩn nƣớc thải công nghiệp TCVN 5945 :2005 cột B đối với Pb2+ và cột A đối với các ion còn lại.
Luận văn thạc sỹ của Đinh Tuấn “ Nghiên cứu xử lý nƣớc thải dệt nhuộm
bằng phƣơng pháp keo tụ - tuyển nổi điện hóa với anot hòa tan nhôm, sắt” , tác giả
đã lần lƣợt nghiên cứu sự ảnh hƣởng của mật độ dòng điện, vai trò của muối điện
ly, pH của môi trƣờng, nhiệt độ, khoảng cách giữa 2 điện cực, dòng chảy- sục khí –
khuấy trộn đến quá trình keo tụ điện hóa xử lý các chất màu „ blach RBS‟, „
Indathrent Olivent‟, „ Indathrent Red‟ và Remazol‟ trong nƣớc và tìm đƣợc điều
kiện thí nghiệm thích hợp cho quá trình xử lý các chất màu là: mật độ dòng điện 0,5 -1 A/dm2, nồng độ NaCl ≤ 1 g/l, pH khoảng 6,5-8,5, khoảng cách điện cực 1-2 cm,
1.3.5.2. Ứng dụng keo tụ điện hóa để xử lý nước ô nhiễm ở ngoài nước
nhiệt độ khoảng 35°C [13].
Theo các kết quả nghiên cứu của Ilhan và cộng sự [22], Khandegar và
Saroha[23] , sự tăng độ dẫn điện của dung dịch điện phân sẽ tối ƣu hóa năng lƣợng
27
tiêu thụ và giảm thời gian xử lý bằng keo tụ điện hóa.
Nhƣ vậy trong quá trình keo tụ điện hóa bao gồm rất nhiều các hiện tƣợng
hóa lý, các phản ứng hóa học khác nhau. Sự kết hợp các hiện tƣợng khác nhau này
làm cho quá trình loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong nƣớc rất hiệu
quả[24]. Ngoài ra keo tụ điện hóa cũng loại bỏ hiệu quả các chất có phân tử lƣợng
lớn[25], là các chất thƣờng có mặt trong nƣớc rỉ rác, rất khó bị phân hủy bằng các
quá trình sinh học.
Một số công trình tiêu biểu nghiên cứu về ứng dụng phƣơng pháp keo tụ điện
hóa trong xử lý nƣớc ô nhiễm:
Nghiên cứu của Zarouala và cộng sự (2005) [26] về việc xử lý nƣớc thải dệt nhuộm
bằng phƣơng pháp EC đã đạt đƣợc kết quả: hiệu suất xử lý COD đạt từ 84 – 100%.
Kuokkanen và cộng sự [27] đã nghiên cứu xử lý nƣớc thoát ra từ các bãi than
bùn chứa các hợp chất humic bằng phƣơng pháp keo tụ điện hóa, sử dụng các điện
cực Fe, Al và thép không gỉ. Kết quả: Photpho tổng, các chất lơ lửng, các chất màu
bị loại bỏ hoàn toàn, trong khi Nitơ tổng loại bỏ 33-41%, COD là 75-90% còn
COD/TOC là 62-75%.
Fajardo và cộng sự [28] đã nghiên cứu loại bỏ các hợp chất phenol khỏi nƣớc
thải bằng quá trình keo tụ điện hóa sử dụng điện cực Zn. Ở các điều kiện tối ƣu: pH nƣớc thải 3,2; mật độ dòng điện 250A/m2, khoảng cách giữa 2 điện cực là 1,0 cm,
bổ sung 1,5 g/L dung dịch NaCl có thể loại bỏ khoảng 84,2% các hợp chất phenol,
40,3% COD ra khỏi nƣớc thải. Nhóm tác giả cũng đánh giá mức độ tiêu thụ năng lƣợng cho việc xử lý là khoảng 24 kWh/m3.
Un và cộng sự [29] đã nghiên cứu loại bỏ các ion F- trong nƣớc và nƣớc thải bằng phƣơng pháp keo tụ, kết quả cho thấy khả năng loại bỏ F- bằng điện cực Al
cao hơn khi sử dụng điện cực Fe do có sự tạo thành phức AlnFm(OH)(3n-m). Việc loại bỏ F- có thể đƣợc cải thiện bằng cách tăng mật độ dòng điện, pH giữ ở mức ~ 6 và
để giảm mức tiêu thụ năng lƣợng có thể bổ sung Na2SO4 để tăng độ dẫn điện của dung dịch. Tuy nhiên sự bổ sung muối này lại làm giảm hiệu suất xử lý F-. Việc loại bỏ F- khỏi nƣớc để đạt tiêu chuẩn của WHO (1,2 mg/l) và năng lƣợng tiêu thụ tƣơng
28
đối thấp, thời gian xử lý cần 5 phút.
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
- Nƣớc rỉ rác của BCL rác thải Nam Sơn – Sóc Sơn – Hà Nội.
- Địa điểm nghiên cứu: Đề tài đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm phòng Công
nghệ Hóa lý Môi trƣờng – Viện Công nghệ Môi trƣờng – Viện Hàn Lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam.
Đặc điểm nước rỉ rác tại KCL Nam Sơn
Nƣớc thải từ công trƣờng xử lý rác đƣợc gọi là nƣớc rỉ rác. Nƣớc rỉ rác có
thể gây đe dọa nghiêm trọng cho chất lƣợng nƣớc ngầm và nƣớc bề mặt. Cần đƣợc
trang bị một hệ thống xử lý nƣớc rỉ rác hiệu quả để đảm bảo chỉ một ít nƣớc rỉ rác
đƣợc tích lũy tại công trƣờng. Hệ thống xử lý nƣớc rỉ rác có thể bao gồm tuyến ống
thu nƣớc rỉ rác và chuyển về thiết bị xử lý trƣớc khi xả ra ngoài công trƣờng. Nƣớc
rỉ rác từ công trƣờng xử lý rác có thể có chất lƣợng khác nhau tùy thuộc vào loại rác
đƣợc vận chuyển đến công trƣờng. Có một số phƣơng án xử lý rác cho từng loại rác
nhất định. Hệ thống hiếu khí và kỵ khí sinh học, hệ thống xử lý hóa lý, công nghệ
màng lọc... Đặc điểm nƣớc rỉ rác hiện nay của hồ kỵ khí tại KCL Nam Sơn đƣợc thể
hiện qua nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc rác:
Thực trạng xử lý nước rỉ rác của bãi rác Nam Sơn
- Lƣợng nƣớc rỉ rác phát sinh: 2.000 m3/ngày.đêm
- Công suất xử lý: 1.500 m3/ngày.đêm
- Lƣợng nƣớc rỉ rác còn tồn lại: 500 m3/ngày.đêm
- Hệ thống hai trạm xử lý:
+ Trạm 1: công suất 600 m3/ngày.đêm vận hành từ tháng 10/2015
29
+ Trạm 2: công suất 1.100 m3/ngày.đêm vận hành từ tháng 10/2009
Bảng 2.1. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của hồ kỵ khí
Thông số Đơn vị Giá trị
8 ± 0.1 pH
14.000 – 20.000 ( mùa khô ) COD mg/l 8.000 – 9000 ( mùa mƣa )
mg/l 300 – 1.500 BOD5
TOC mg/l 500 – 2.500
mg/l 10 – 800 N-NH3
mg/l 5 – 40 N-NO3
3-
SS mg/l 200 – 1000
mg/l 600 – 800 P-PO4
Tổng P mg/l 1 – 70
Sắt tổng số mg/l 50 – 600
Độ kiềm mg/l 1000 – 10000
Độ cứng mg/l 300 – 10000
Ca mg/l 439 – 650
Mg mg/l 50 – 1500
30
Nguồn: Báo cáo khả thi dự án thu gas và xử lý nước rỉ rác, KCL rác thải Nam Sơn
Bảng 2.2. Đặc điểm nước rỉ rác ở hồ làm thoáng
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 PH - 8,5
2 BOD mg/l 300
3 COD mg/l 1500
4 SS mg/l 250
5 Nitơ tổng số mg/l 350
6 Phốt pho tổng số mg/l 7
Nguồn: Báo cáo khả thi dự án thu gas và xử lý nước rỉ rác, KCL rác thải Nam Sơn
Từ bảng 2.1 và bảng 2.2 ta thấy nồng độ các chất độc trong nƣớc rỉ rác của
KCL Nam Sơn khá cao, vào mùa khô nồng độ COD từ 14.000 – 20.000 mg/l, mùa
mƣa từ 8.000 – 9.000 mg/l ; ở hồ làm thoáng nồng độ COD là 300 mg/l và đều vƣợt
quá tiêu chuẩn TCVN 5945- 1995.
2.1.2. Mô hình thiết bị
2.1.2.1. Mô hình thiết bị đang sử dụng
a. Thiết bị thí nghiệm
Các điện cực đƣợc sử dụng bằng sắt ( kích thƣớc 10x11 cm): 4 cặp điện cực.
Hệ thống điện cực cực đƣợc đặt ngập trong dung dịch nƣớc thải, để đảm bảo khả
31
năng tiếp xúc giữa các bọt khí và các chất ô nhiễm là tốt nhất.
Hình 2.1. Điện cực sắt
Trong các thí nghiệm keo tụ điện hóa, điện cực đƣợc dùng là các tấm bằng
sắt với số lƣợng điện cực là 4 cặp ( 8 chiếc). Đây là loại điện cực rẻ tiền, dễ kiếm,
có thể sử dụng dòng điện để ăn mòn điện cực dƣơng để giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ là Fe2+, Fe3+ vào trong môi trƣờng nƣớc thải.
Kẹp điện cực
32
Hình 2.2. Tám kẹp điện cực
Kẹp điện cực có tác dụng cố định và dẫn dòng điện từ nguồn điện một chiều
vào các điện cực.
Máy khuấy từ gia nhiệt ( AHYQ, model 85-2, Trung Quốc) có tác dụng
tạo sự vận chuyển liên tục của dung dịch trong quá trình điện phân.
Hình 2.3. Máy khuấy từ gia nhiệt
Máy đo pH (HANNA HI 991001) đƣợc sử dụng để xác định pH của dung
dịch cần xử lý; máy nén khí có tác dụng cung cấp liên tục không khí vào dung dịch
33
trong suốt quá trình điện phân.
Hình 2.4. Máy đo pH
Dòng điện đƣợc sử dụng là dòng điện một chiều
Nguồn điện sử dụng là nguồn một chiều đƣợc lấy từ thiết bị chỉnh dòng có
khả năng điều chỉnh đƣợc các giá trị điện áp và cƣờng độ dòng điện. Dòng điện vào
là dòng xoay chiều 220V, dòng ra có thể điều chỉnh và là dòng một chiều. Giới hạn
điều chỉnh điện áp và cƣờng độ dòng của nguồn một chiều là 30V/20A.
34
Hình 2.5. Nguồn điện một chiều (DC REGULATED POWER SUPPLY)
Bể keo tụ điện hóa: kích thức bể keo tụ khoảng 14x14x21 cm, dạng hình
hộp chữ nhật, đƣợc làm bằng thủy tinh hữu cơ trong suốt dày 1cm. Có thể hoạt
động trong điều kiện nạp nƣớc thải đầu liên tục hoặc hoạt động trong điều kiện
nƣớc thải chỉ đƣợc nạp một lần ( theo mẻ).
Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu về quá trình hoạt động cũng nhƣ hiệu
suất xử lý của bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ.
Bể gồm có các phần chính:
+ Thân bể hình hộp chữ nhật
+ Hệ thống các điện cực.
+ Ống thu nƣớc đầu ra.
35
Hình 2.6.Sơ đồ thiết kế bể keo tụ điện hóa
b. Mô hình thí nghiệm
Sơ đồ hệ thí nghiệm:
Thí nghiệm xử lý COD trong nƣớc rỉ rác đƣợc thực hiện trên hệ thống bể keo
tụ điện hóa. Bể keo tụ điện hóa có thể hoạt động trong điều kiện nạp nƣớc thải đầu
liên tục hoặc hoạt động trong điều kiện nƣớc thải chỉ đƣợc nạp một lần ( theo mẻ).
Hệ thống điện cực đƣợc đặt ngập trong dung dịch nƣớc thải,để đảm bảo khả năng
tiếp xúc giữa các bọt khí và các chất ô nhiễm là tốt nhất.
Mẫu nƣớc rỉ rác đƣợc dùng cho thí nghiệm: Lấy 900ml nƣớc rỉ rác đem pha
loãng 2 lần, dung tích nƣớc rỉ rác sau khi pha loãng đƣợc dùng cho hệ là V=1,8 lít.
Hình 2.7. Hệ thống thí nghiệm bể keo tụ điện hóa.
2.1.2.2. Chế độ thí nghiệm và quy trình vận hành
Mẫu nƣớc rỉ rác đƣợc lấy từ khu liên hợp xử lý chất thải rắn Nam Sơn đƣợc
bảo quản trong tủ lạnh. Trƣớc lúc tiến hành thí nghiệm thì lấy mẫu và xả đông bằng
cách ngâm bình đựng mẫu vào nƣớc cho hết lạnh mới đƣợc dùng làm mẫu thí
nghiệm. Tiếp sau đó lấy 900 ml nƣớc rỉ rác rồi pha loãng 2 lần vào bình 2000 ml.
Con từ đƣợc đặt vào bên trong bể phản ứng, sau đó xếp các cặp điện cực vào
36
bể. Lấy lƣợng nƣớc rỉ rác đã đƣợc pha loãng đổ vào bể phản ứng, dùng kẹp điện cực
kẹp vào các đầu của điện cực với một bên là điện cực dƣơng (anot), một bên là điện
cực âm (catot). Sau đó dùng dây dẫn kết nối với dòng điện một chiều, dùng máy đo
Ampe kế để điều chỉnh cƣờng độ dòng điện, chỉnh hiệu điện thế phù hợp với yêu
cầu thí nghiệm của từng mẻ thí nghiệm.
Bắt đầu chạy hệ thí nghiệm và theo dõi các hiện tƣợng xảy ra trong quá trình
điện phân. Mẫu nƣớc trong quá trình chạy hệ đƣợc lấy theo các khoảng cách thời
gian là 10-20 phút/ 1 mẫu, Số lần lấy mẫu khoảng 4 lần.
2.1.3. Mục đích và nội dung nghiên cứu
2.1.3.1. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu xử lý COD trong nƣớc thải ( rỉ rác).
2.1.3.2. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện; ảnh hƣởng của thời gian
điện phân; ảnh hƣởng của pH và ảnh hƣởng của khoảng cách giữa 2 điện cực đến
hiệu quả của quá trình keo tụ điện hóa. Từ đó đƣa ra các điều kiện tối ƣu của các
yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình keo tụ điện hóa.
Hiệu quả của quá trình xử lý COD bằng phƣơng pháp keo tụ điện hóa đƣợc
đánh giá thông qua giá trị hiệu suất H(%):
( )
Trong đó:
H: hiệu suất (%)
CODv: nồng độ COD của mẫu vào (mg/l)
37
CODr: nồng độ COD của mẫu ra (mg/l)
a. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu quả của
quá trình keo tụ điện hóa
Đánh giá ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu
quả xử lý nƣớc rỉ rác bằng phƣơng pháp keo tụ điện hóa, thực hiện quá trình keo tụ
điện hóa nƣớc rỉ rác bằng cách lấy 900ml nƣớc rỉ rác đầu vào pha loãng 2 lần bằng
nƣớc RO không chỉnh độ pH rồi cho vào bể điện hóa đã lắp 8 điện cực sắt, sau đó
thực hiện quá trình keo tụ điện hóa cƣờng độ dòng điện lần lƣợt là 1A, 2A, 2,5A,
3A, 4A. Lấy một mẫu nƣớc rỉ rác đầu vào và lấy mẫu ra sau các khoảng thời gian
điện phân 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 60 phút, 80 phút. Với mỗi chế độ,
phân tích COD của từng mẫu và tính đƣợc hiệu suất H(%).
Từ kết quả thu đƣợc lựa chọn giá trị cƣờng độ dòng điện và thời gian điện
phân phù hợp.
b. Ảnh hưởng của pH
Đánh giá ảnh hƣởng của pH tới khả năng xử lý của quá trình keo tụ bằng
cách tiến hành các thí nghiệm với cƣờng độ dòng điện áp giữa 2 điện cực và thời
gian điện phân là giá trị đƣợc chọn ở trên, lần lƣợt với các giá trị pH= 5;6;7;8;9; 10
( điều chỉnh bằng cách thêm axit H2SO4 và NaOH). Sau đó tiến hành phân tích COD
bằng phƣơng pháp Bicromat K2Cr2O7) và tính hiệu suất H(%).
Từ kết quả thu đƣợc, lựa chọn giá trị pH phù hợp.
c. Ảnh hưởng của vật liệu điện cực
Đánh giá ảnh hƣởng của vật liệu điện cực đến hiệu quả xử lý nƣớc rỉ rác
bằng phƣơng pháp keo tụ điện hóa, thực hiện quá trình keo tụ điện hóa nƣớc rỉ rác
bằng cách lấy 900ml nƣớc rỉ rác đầu vào pha loãng 2 lần bằng nƣớc RO sau đó
dùng NaOH và H2SO4đ để chỉnh độ pH là giá trị đƣợc chọn ở trên rồi cho vào bể
điện hóa đã lắp 8 điện cực sắt sau đó thực hiện thí nghiệm quá trình keo tụ điện hóa
với các chỉ số cố định nhƣ: cƣờng độ dòng điện, thời gian điện phân là giá trị đƣợc
38
chọn ở trên. Phân tích giá trị COD của từng chế độ và tính hiệu suất H(%).
Quá trình thí nghiệm keo tụ điện hóa với điện cực bằng nhôm tƣơng tự với
quá trình với điện cực sắt chỉ khác ta thay điện cực sắt bằng điện cực nhôm. Từ kết
quả thu đƣợc, lựa chọn điện cực phù hợp.
d. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai điện cực
- Đánh giá ảnh hƣởng của khoảng cách điện cực tới khả năng xử lý của quá
trình keo tụ điện hóa dung dịch nƣớc rỉ rác với mật độ dòng điện áp đặt giữa 2 điện
cực, thời gian điện phân và pH là các giá trị đƣợc lựa chọn ở trên. Khoảng cách giữa
2 điện cực thay đổi từ 1 đến 7 cm. Sau đó tiến hành phân tích COD bằng phƣơng
pháp Bicromat K2Cr2O7 và tính hiệu suất H(%).
- Từ kết quả thu đƣợc, lựa chọn giá trị pH phù hợp.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phân tích COD đầu vào và ra của hệ thống nghiên cứu xác định theo phƣơng
pháp Bicromat K2Cr2O7.
Hóa chất
Nƣớc cất 2 lần.
Kalibicromat (K2Cr2O7): 0,04M.
Dung dịch muối Mohr (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O.
Dung dịch H2SO4 4M.
Dung dịch Ag2SO4.
Chỉ thị Feroin.
Dụng cụ
Bình tam giác 100ml.
Pipet: 1ml, 2ml, 5ml.
Ống đun COD có nắp vặn kín.
39
Bếp đun COD ( có khả năng điều chỉnh nhiệt độ và thời gian theo yêu cầu).
Quy trình phân tích
Bƣớc 1: Chuẩn bị ống đun sạch, tráng bằng nƣớc cất 2 lần, đem sấy khô.
Bƣớc 2 : Lấy 1ml K2Cr2O7, 2ml mẫu nƣớc phân tích, 3ml Ag2SO4. Bƣớc 3: Lắc đều,đậy nắp đem đun ở 1500C trong 2 giờ.
Bƣớc 4: Sau 2 giờ đun lấy ra để nguội, chuyển sang bình tam giác 100ml (
tráng rửa ống đun và nắp ống đun bằng nƣớc cất đến hết kết tủa).
Bƣớc 5: Nhỏ thêm 1 giọt Feroin, lắc đều và chuẩn độ bằng dung dịch muối
Mohr đến khi màu của dung dịch chuyển từ màu vàng xanh lá xanh biển đỏ
nhẹ thì dừng chuẩn độ. Ghi thể tích muối Mohr tiêu tốn.
Bƣớc 6: Mẫu trắng: thay mẫu nƣớc cần phân tích bằng nƣớc cất rồi tiến hành
tƣơng tự các bƣớc phân tích trên.
Chú ý: Vì nồng độ muối Mohr thay đổi theo từng ngày nên mỗi khi phân tích
ta phải chuẩn độ ngược để xác định lại nồng độ muối Mohr bằng cách: lấy 1ml
K2Cr2O7 ; 9ml H2SO4 4M ; chỉ thị Feroin cho vào bình nón. Chuẩn độ dưới dung
dịch muối Mohr tới khi dung dịch chuyển sang màu đỏ gạch nhẹ thì dừng.
Tính toán , xử lý số liệu và kết quả:
Trong đó:
VT: Thể tích muối Mohr tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng (ml).
VM: Thể tích muối Mohr tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu phân tích (ml).
V: Thể tích lấy mẫu phân tích (ml).
CMohr: Nồng độ đƣơng lƣợng của muối Mohr (mg/l).
8: Khối lƣợng của ½ phân tử Oxi (mg).
40
1000: Đơn vị đổi sang lít.
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ điện hóa
Kết quả phân tích giá trị COD tại thời điểm trƣớc và sau quá trình keo tụ
điện hóa đƣợc thể hiện trong bảng 3.1 và hình 3.1.
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất
xử lý COD của quá trình keo tụ điện hóa.
90
80
70
60
I=4A
)
50
%
I=3A
(
40
I=2.5A
t ấ u s u ệ i H
30
I=2A
20
I=1A
10
0
0
20
40
60
80
100
Thời gian (phút)
Đầu vào 10 phút 20 phút 30 phút 40 phút 60 phút 80 phút I = 1A 0.00 26.67 43.33 46.67 50.00 53.33 53.33 I = 2A 0.00 34.38 53.13 57.81 59.38 62.50 62.50 I = 2.5A 0.00 32.14 50.00 60.71 67.86 69.64 73.21 I = 3A 0.00 42.86 58.93 69.64 73.21 76.79 79.29 I = 4A 0.00 46.43 64.29 75.00 78.57 80.36 82.14
Hình 3.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian điện phân đến
41
hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ điện hóa
Các kết quả thí nghiệm cho thấy: Theo thời gian giá trị COD giảm dần,
lƣợng ion kim loại tạo ra ở anot tỉ lệ thuận với cƣờng độ dòng điện áp đặt giữa 2
điện cực, khi cƣờng độ dòng điện càng cao thì lƣợng kim loại tan ra càng nhiều, dẫn
tới quá trình tạo bông keo và loại COD ra khỏi nƣớc tăng lên quá trình keo tụ điện
hóa xử lý COD sẽ càng hiệu quả. Do đó, để hiệu suất xử lý COD cao mang lại hiệu
quả tốt thì cƣờng độ dòng điện phải lớn và thời gian điện phân càng lâu.
Hình 3.1 cũng cho thấy, hiệu suất xử lý COD tăng mạnh ở thời gian lƣu dƣới
30 phút. Khi tăng thời gian lƣu lên 40 phút, 60 phút và 80 phút thì hiệu quả xử lý
COD tăng dần nhƣng mức độ tăng không nhiều. Cụ thể,ở thời gian lƣu 40 phút thì
dòng điện 3A đạt 73,21%, dòng điện 4A đạt 78,57%; ở thời gian lƣu 60 phút thì
dòng điện 3A đạt 76,79%, còn dòng điện 4A đạt 80,36%. Đến thời gian lƣu 80 phút,
cƣờng độ dòng điện 3A đạt 79,29%; tại dòng 4A thì đại hiệu quả xử lý cao nhất
82,14%.
Có thể thấy, tại cƣờng độ dòng điện I = 3A và I = 4A đều có hiệu suất xử lý
cao, ở I = 4A có hiệu suất cao hơn nhƣng không cao hơn I = 3A quá nhiều mà lại
tiêu tốn nhiều điện năng hơn và cũng sẽ gây ăn mòn điện cực lớn. Do đó, để tiết
kiệm thì em chọn cƣờng độ dòng điện I = 3A. Thời gian điện phân từ 40 phút đến
80 phút thì cả hai giá trị I đều không có sự tăng đột phá nên chỉ cần sau 40 phút điện
phân là có thể dừng quá trình keo tụ.
Do đó, dựa vào kết quả phân tích và quá trình theo dõi, trong các thí nghiệm
tiếp theo chọn cƣờng độ dòng điện là 3A và thời gian điện phân là sau 40 phút là
điều kiện tối ƣu.
3.2. Ảnh hƣởng của độ pH đến hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ điện hóa.
Kết quả phân tích giá trị COD tại thời điểm trƣớc và sau quá trình keo tụ
42
điện hóa đƣợc thể hiện trong bảng 3.2 và hình 3.2.
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của độ pH đến hiệu suất xử lý COD của quá trình
keo tụ điện hóa
80
70
60
50
)
40
%
(
30
t ấ u s u ệ i H
COD
20
10
0
3
5
9
11
7 pH
pH = 5 0.00 50.00 pH = 6 0.00 69.62 I = 3A pH = 7 0.00 73.91 pH = 8 0.00 72.00 pH = 9 0.00 62.90 pH = 10 0.00 43.75 Đầu vào 40 phút
Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD của phương pháp keo
tụ điện hóa
Từ bảng 3.2 và hình 3.2 cho thấy: với cƣờng độ dòng điện 3A và thời gian
điện phân sau 40 phút thì khoảng pH ban đầu ảnh hƣởng lớn đến sự thủy phân trong
quá trình keo tụ nên có những tác động đến hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ.
Trong khoảng pH ban đầu từ 5 đến 7 hiệu quả keo tụ tăng mạnh. (trong đó tại
pH ban đầu =7 cho hiệu quả xử lý cao nhất). pH ban đầu từ 7 đến 10 hiệu suất xử lý
có xu hƣớng giảm dần, tại pH=10 hiệu suất đạt giá trị thấp nhất. Hiệu quả xử lý đạt
khoảng 70% trong khoảng pH=6-8, đây là khoảng pH có tính trung tính và kiềm
nhẹ, phù hợp cho các lựa chọn pH giả định để thiết kế các hệ thống xử lý nƣớc thải.
Có thể thấy, độ pH thấp quá hoặc cao quá đều không mang lại hiệu quả xử lý
cao. Kết quả này có thể đƣợc giải thích bằng sự phân bố của các ion sắt. Các
43
hydroxit khác nhau đƣợc hình thành trong quá trình keo tụ bị ảnh hƣởng bởi pH.
Lƣợng bề mặt của các hạt cũng có thể đƣợc thay đổi do sự thay đổi độ pH, điều này
chắc chắn ảnh hƣởng đến khả năng loại bỏ chất ô nhiễm.
điều kiện axit các ion Fe3+, Fe(OH)2+, Fe(OH)2
ion Fe(OH)4
Theo sơ đồ vùng ƣu thế của sắt (III)( Barrera – Diaz và cộng sự,2003): ở + chiếm ƣu thế và ở điều kiện kiềm - chiếm ƣu thế, hòa tan. Hơn nữa, độ tan của Fe(OH)3 tăng lên và những chất này không có hiệu quả để loại bỏ COD. Tuy nhiên, ở pH trung hòa Fe(OH)3 ổn
định, không hòa tan và có sẵn để hấp thụ chất ô nhiễm từ nƣớc thải. Do đó, Fe(OH)3
có vai trò chính trong việc loại bỏ COD.
Mặc dù, tại pH ban đầu bằng 7 hiệu quả xử lý COD là cao nhất. Nhƣng pH
ban đầu của nƣớc rỉ rác thô là 8 0.1, hơn nữa tại pH ban đầu bằng 8 thì hiệu quả xử
lý COD không kém hơn so với tại pH=7. Do đó, chọn pH=8 làm điều kiện tối ƣu
cho hệ thí nghiệm xử lý chỉ tiêu COD trong nƣớc rỉ rác.
3.3. Ảnh hƣởng của vật liệu điện cực đến hiệu suất xử lý COD của quá trình keo tụ điện hóa
Kết quả phân tích giá trị COD tại thời điểm trƣớc và sau quá trình keo tụ
điện hóa tại điều kiện : I=3A ; pH=8 đƣợc thể hiện trong bảng 3.3 và hình 3.3.
Bảng 3.2. Hiệu suất xử lý COD của thí nghiệm ảnh hưởng của vật liệu điện
cực đến quá trình keo tụ điện hóa
Thời gian(phút) 0 10 20 30 40 60 80
Điện cực sắt 0.00 43.33 60.00 66.67 70.00 71.33 71.33
44
Điện cực nhôm 0.00 6.90 17.24 22.41 37.93 44.83 44.83
80
70
60
50
)
t ấ u s
%
40
(
COD( Al)
u ệ i H
30
COD( Fe)
20
10
0
0
20
40
60
80
100
Thời gian (phút)
Hình 3.4. Ảnh hưởng của vật liệu điện cực đến hiệu suất xử lý COD của quá
trình keo tụ điện hóa
Từ bảng 3.3 và hình 3.3 cho thấy với các yếu tố đã chọn ở trên nhƣ cƣờng độ
3A, độ pH=8A và thời gian điện phân nhƣ trên thì điện cực sắt có khả năng xử lý
COD tốt hơn điện cực nhôm. Ở khoảng thời gian đầu, tốc độ xử lý của điện cực
nhôm chậm hơn nhiều so với điện cực sắt. Thời gian điện phân càng lâu thì hiệu quả
xử lý càng lớn. Kết quả này phù hợp với với nghiên cứu của M.Kobya và cộng
sự,2003 [32]; Li.X và cộng sự, 2011[33]
Vì vậy, có thể dựa vào kết quả phân tích ở các quá trình thí nghiệm trên,
chọn thông số tối ƣu cho hệ thí nghiệm keo tụ điện hóa theo mẻ với điện cực sắt
nhƣ sau: cƣờng độ dòng điện I=3A, thời gian điện phân t=40 phút và pH bằng 8.
3.4. Ảnh hƣởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD của quá
trình keo tụ điện hóa
Ảnh hƣởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD của quá trình
keo tụ điện hóa tại pH=8, cƣờng độ dòng điện I=3A, thời gian điện phân 40 phút
45
đƣợc thể hiện trong bảng 3.4 và hình 3.4.
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD
Điện cực
Hiệu suất (%) Hiệu điện thế (V) Điện cực 1-8 (7cm) 34.78 24.8 Điện cực 3-6 (3 cm) 45.16 11.9 Điện cực 4-5 (1 cm) 56.92 5.9
60
50
Điện cực 2-7 ( 5cm) 43.33 18.4
)
40
30
COD
20
%
( t ấ u s u ệ i H
10
0
0
2
6
8
4 Khoảng cách (cm)
Hình 3.4. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD
Từ hình 3.4 và bảng 3.4 cho thấy: trong khi khoảng cách càng gần thì hiệu
quả xử lý COD tăng dần. Khoảng cách 1 cm hiệu suất cao nhất đạt 56.92%, ở
khoảng cách 7 cm (điện cực 1-8) hiệu suất thấp nhất đạt 34.78%. Nguyên nhân có
thể do:
- Theo định luật ôm, ta có I=U/R. Lại có cƣờng độ dòng điện tối ƣu là 3A giữ
nguyên. Khi hiệu điện thế tăng thì điện trở suất cũng tăng, mà điện trở đặc trƣng
cho tính cản trở dòng điện của dây dẫn. Do đó khi khoảng cách càng xa, các ion
càng khó tƣơng tác với nhạu dẫn đến cần càng nhiều năng lƣợng. Vì vậy, với
khoảng cách càng gần càng có lợi cho quá trình keo tụ.
Kết quả này phù hợp với khoảng cách của hệ khi chạy 8 điện cực. Mỗi điện cực
cách nhau 1cm. Vì vậy, chọn điều kiện tối ƣu cho trƣờng hợp này là khoảng cách 1
46
cm.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Sau quá trình làm thực nghiệm tại viện nghiên cứu Viện Công nghệ Môi
trƣờng – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, qua quá trình nghiên
cứu xử lý COD trong nƣớc thải sinh hoạt bằng hệ thống keo tụ điện hóa, em đã xác định đƣợc ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện, thời gian điện phân, độ pH ,vật liệu
điện cực và khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD.
Để phân tích đƣợc hàm lƣợng COD một cách chính xác và tiết kiệm, em sử dụng phƣơng pháp Kalidicromat (K2Cr2O7). Điều kiện tối ƣu để xử lý COD theo phƣơng pháp keo tụ điện hóa theo mẻ đối với nƣớc rỉ rác của BCL Nam Sơn:
Sử dụng điện cực bằng sắt ( 8 điện cực)
Thời gian điện phân của hệ là sau 40 phút.
Cƣờng độ dòng điện là 3A.
pH=8.
Khoảng cách điện cực là 1 cm.
Kiến nghị
Qua nghiên cứu này, em thấy việc áp dụng phƣơng pháp keo tụ điện hóa vào
xử lý nƣớc thải là rất cần thiết. Em hy vọng sẽ có các nghiên cứu tiếp theo để tìm ra
đƣợc chế độ thích hợp nhất nhằm tối ƣu hóa điều kiện vận hành , nâng cao hiệu quả
47
xử lý để áp dụng vào thực tế góp phần xử lý nƣớc thải Việt Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN TIẾNG VIỆT
[1] Lê Văn Cát (2007), “Xử lý nước thải giàu hợp chất nito và photpho”, NXB
Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội;
[2] Hoàng Thị Thu Hiền (2012). “Nghiên cứu xử lý nước rác bằng kỹ thuật oxy hóa
nâng cao kết hợp Ozon và UV”, Luận văn Thạc sỹ Môi trƣờng, Trƣờng ĐHBK
Hà Nội, Hà Nội;
[3] Nguyễn Hồng Khánh, Tạ Đăng Toàn (2008), “Quản lý chất thải rắn đô thị
những vấn đề và giải pháp nhằm tiến tới quản lý chất thải rắn bền vững ở Việt
Nam”, Tạp chí khoa học và công nghệ, tập 46, số 6A, 209 – 217;
[4] Nguyễn Hồng Khánh, Tạ Đăng Toàn, Lê Văn Cát, Phạm Tuấn Linh (2009),
“Môi trường bãi chôn lấp chất thải và kỹ thuật xử lý nước rác”, NXB Khoa học
và Kỹ thuật, Hà Nội;
[5] Võ Anh Khuê (2014). “Nghiên cứu phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp với vi
điện hóa để xử lý các ion kim loại nặng và florua trong nước thải”. Tạp chí Khoa
học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 7 (80), 15 – 19;
[6] Nguyễn Ngọc Lân (2013), Báo cáo tổng kết đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng
phương pháp oxy hóa tiên tiến (AOP) trong xử lý nước thải chứa các hợp chất
hữu cơ khó phân hủy sinh học”. Đề án phát triển ngành công nghiệp môi trƣờng
đến năm 2015 tầm nhìn đến năm 2025, Bộ Công Thƣơng;
[7] Hoàng Ngọc Minh (2012), “Nghiên cứu xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu
cơ khó phân hủy sinh học bằng các phương pháp xử lý nâng cao”, Luận văn tiến
sĩ, trƣờng ĐHBK Hà Nội, Hà Nội;
[8] Trần Hiếu Nhuệ, 2001. “Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp”. NXB
48
khoa học và kỹ thuật;
[9] TS. Lê Thanh Sơn (2016), “Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp
keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học”. Thuyết mình đề tài KHCN thuộc các
hƣớng KHCN ƣu tiên cấp Viện Hàn lâm KHCNVN;
[10] Văn Hữu Tập, Trịnh Văn Tuyên. “Áp dụng quá trình ozon hóa làm giảm hàm
lượng các chất hữu cơ khó phân hủy trong xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp chất
thải rắn” Tạp chí phân tích Hóa, Lý, Sinh học (2012), 65 – 69;
[11] Trần Mạnh Trí (2007), Báo cáo kết quả thực hiện đề tài: “Áp dụng các quá
trình oxi hóa nâng cao (AOPs) để xử lý nước rỉ rác đã qua xử lý sinh học ở nhà máy xử lý Gò Cát, thực hiện trên hệ pilot 15 – 20 m3/ngày”. Trung tâm công
nghệ Hóa và Môi trƣờng;
[12] Nguyễn Văn Trực, 2006. “Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng bể bùn hoạt
tính kết hợp giá bám”. Luận văn tốt nghiệp Đại học Cần Thơ;
[13] Đinh tuấn (2011). “Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp
keo tụ- tuyển nổi điện hóa với anot hòa tan nhôm, sắt”. Luận văn Thạc sỹ kỹ
thuật, Đại học Đà Nẵng;
[14] Trƣơng Quý Tùng, Lê Văn Tuấn, Nguyễn Thị Khánh Tuyền, Phạm Khắc Liệu
(2009), “Xử lý nước rỉ rác bằng tác nhân UV- Fenton trong thiết bị gián
đoạn”, Tạp chí khoa học, Đại học Huế, tập 53, 165 – 175;
[15] Tô Thị Hải Yến, Trịnh Văn Tuyên (2010). “Thúc đẩy nhanh quá trình phân
hủy vệ sinh rác và nước rỉ rác bằng thay đổi chế độ vận hành và môi trường
hóa học trong bãi chôn lấp”, Kỷ yếu Hội nghị môi trƣờng toàn quốc (lần thứ
III), Hà Nội, 245 – 251;
PHẦN TIẾNG ANH
[16] Holt, Peter K.; Barton, Geoffrey W.; Mitchell, Cynthia A, 2004. “The future
for electrocoagulation as a localised water treatment technology”. J of
49
Chemoshpere 59 (3): 355-67;
[17] R. Ramesh Babu; N.S. Bhadrinarayana; K.M.Meera Sheriffa Begum;
N.Anantharaman, 2006. “Treatment of tannery wastewater by
electrocoagulation”. Journal of the University of Chemical Technology and
Metallurgy, 42, 2, 2007, 201-206;
[18] Tizaoui C., Bouselmi L., Mansouri L. and Ghrabi A. (2007). “Landfill leachate
treatment with ozone and ozone/hydrogen peroxide systems”. Journal of
Hazardous Materials, 140, 316 – 324;
[19] George Tchobanoglous (1993), “Handbook of solid waste management”;
[20] Singh S.K., Moody C.M. and Townsend T.G. (2014). “Ozonation pretreatment
for stabilized landfill leachate high- pressure membrane treatment”.
Desalination, 344, 163 – 170;
[21] Torres – Social E.D., Prieto- Rodríguez L., Zapata A., Fernández- Calderero
I., Oller I. and Malato S. (2015). “Detailed treatment line for a specific landfill
leachate remediation”. Brief economic assessment. Chemical Engineering
Journal, 261, 60 – 66;
[22] Ilhan F., Hariti M., Lounici H and Mameri N.(2011). “Treatment of the OUED
SMAR town landfill leachate by an electrochemical reactor”. Desalination,
280, 347-353;
[23] Khandegar V. and Saroha A.K. (2013). “Elechtrocoagulation for the theatment
of textile industry effluent –a review”. J.Environ.Manage, 128, 949 -963;
[24] Drogui P., Blais J.F, Mercier G. (2007). “Review of electrochemical
technologies for environmental applications”. Recent patents on engineering, 1,
257-272;
[25] Tsai C.T., Lin S.T., Shue Y.C. et Su P.L. (1997). “Electrolysis of soluble
organic matter in leachate from landfills”. Water Red., 31, 3073-3081;
50
[26] Zarouala, Azzia, Saiba and Chainetb (2005);
[27] Kuokkanen V., Kuokkanen T., Rämö J., Lassia U. (2015). “Electrocoagulation
treatment of peat bog drainage water containing humic substances”. Water
Research, 79, 79–87;
[28] Fajardo A.S., Rodrigues R.F., Martins R.C., Castro L.M., Quinta-Ferreira R.
M. (2015). “Phenolic wastewaters treatment by electrocoagulation process
using Zn anode”. Chemical Engineering Journal, 275, 331–341;
[29] Un U.T., Koparal A.S., Ogutveren U.B. (2013). “Fluoride removal from water
and wastewater with a bach cylindrical electrode using electrocoagulation”.
Chemical Engineering Journal., 223, 110–115;
[30] Abbas A.A., Jingsong G. Ping L.Z., Ya P.Y., Al-Rekabi W.S. (2009), “Review
on landfill leachate treatments”, American Journal of Applied Sciences, Vol. 6
(4), 672- 684;
[31] Chen G. (2004). Electrochemical technologies in wasstewater treatment. Sep.
Purif. Technol., 38, 11-41;
[32] Mehmet Kobya, Orhan Taner Can, Mahmut Bayramoglu (2003). Treatment of
textile wastewaters by electrocoagulation using iron and aluminum electrodes.
Journal of Hazardous Materials, 163-178;
[33] Li.X., Song J., Guo J., Wang Z. and Feng Q. (2011). Landfill leachate
treatment using electrocoagulation. Procedia Environmental Sciences, 10,
1159-1164 Undergraduate thesis VNU, University of Science, Hanoi 62;
CÁC WEBSITE THAM KHẢO
[34] http://luanvan.net.vn/luan-van/de-tai-cong-nghe-xu-ly-nuoc-ri-rac-45162/
[35] http://doc.edu.vn/tai-lieu/khoa-luan-nghien-cuu-xu-ly-nuoc-ri-rac-cua-bai-
chon-lap-phuoc-hiep-bang-phuong-phap-keo-tu-11625/
[36] Báo cáo thực tập phân tích một số chỉ tiêu trong nƣớc, internet:
51
https://issuu.com/daykemquynhon/docs/bcttptmscttn
PHỤ LỤC
Hình 1. Mẫu lấy sau các khoảng thời gian điện phân
52
Hình 2. Ống đo COD Hình 3. Bếp đo COD
53
Hình 3. Mẫu trƣớc và sau khi chuẩn độ
Bảng 1. Kết quả phân tích COD của thí nghiệm ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian điện phân đến quá trình keo tụ điện hóa
Hệ số Hiệu suất Mẫu Cƣờng độ COD (mg/l) Vmẫu trắng (ml) VMohr (ml) Vmẫu (ml) CODbđ (mg/l) pha loãng (%)
1A Đầu vào 2.260 125.22 50 6260.87 0.00 2.30 1.96
Sau 10‟ 2.260 91.83 50 4591.30 26.67 2.30 2.04
Sau 20‟ 2.260 70.96 50 3547.83 43.33 2.30 2.09
Sau 30‟ 2.260 66.78 50 3339.13 46.67 2.30 2.1
Sau 40‟ 2.260 62.61 50 3130.43 50.00 2.30 2.11
Sau 60‟ 2.260 58.43 50 2921.74 53.33 2.30 2.12
Sau 80‟ 2.260 58.43 50 2921.74 53.33 2.30 2.12
2.300 2A Đầu vào 126.94 50 6347.11 0.00 2,42 1.98
Sau 10‟ 2.300 83.31 50 4165.29 34.38 2,42 2.09
Sau 20‟ 2.300 59.50 50 2975.21 53.13 2,42 2.15
Sau 30‟ 2.300 50 2677.69 57.81 2,42 2.165 53.55
51.57 50 2578.51 59.38 2,42 2.17 Sau 40‟ 2.300
Sau 60‟ 2.300 47.60 50 2380.17 62.50 2,42 2.18
Sau 80‟ 2.300 47.60 50 2380.17 62.50 2,42 2.18
2.100 2,5A Đầu vào 123.30 50 6165.14 0.00 2.18 1.82
Sau 10‟ 2.100 83.67 50 4183.49 32.14 2.18 1.91
Sau 20‟ 2.100 61.65 50 3082.57 50.00 2.18 1.96
Sau 30‟ 2.100 48.44 50 2422.02 60.71 2.18 1.99
39.63 50 1981.65 67.86 2.18 2.01 Sau 40‟ 2.100
50 1871.56 69.64 2.18 Sau 60‟ 2.100 2.015 37.43
54
50 1651.38 73.21 2.18 Sau 80‟ 2.100 2.025 33.03
3A Đầu vào 2.100 2.18 1.82 123.30 50 6165.14 0.00
Sau 10‟ 2.100 2.18 1.94 70.46 50 3522.94 42.86
Sau 20‟ 2.100 2.18 1.985 50.64 50 2532.11 58.93
Sau 30‟ 2.100 2.18 2.015 37.43 50 1871.56 69.64
Sau 40‟ 2.100 2.18 2.025 33.03 50 1651.38 73.21
Sau 60‟ 2.100 2.18 2.035 28.62 50 1431.19 76.79
Sau 80‟ 2.100 2.18 2.042 25.54 50 1277.06 79.29
1.980 2.2 1.7 122.18 50 6109.09 0.00 4A Đầu vào
Sau 10‟ 1.980 2.2 1.83 65.45 50 3272.73 46.43
Sau 20‟ 1.980 2.2 1.88 43.64 50 2181.82 64.29
Sau 30‟ 1.980 2.2 1.91 30.55 50 1527.27 75.00
Sau 40‟ 1.980 2.2 1.92 26.18 50 1309.09 78.57
Sau 60‟ 1.980 2.2 1.925 24.00 50 1200.00 80.36
55
Sau 80‟ 1.980 2.2 1.93 21.82 50 1090.91 82.14
Bảng 2. Kết quả phân tích COD của thí nghiệm ảnh hưởng của độ pH đến quá trình keo tụ điện hóa
pH COD VMẫu Thời gian VMohr (ml) (mg/l) CODbđ (mg/l) VMẫu Trắng (ml) Hệ số pha loãng Hiệu suất xử lý
pH=5 Đầu vào 2.080 2.17 1.82 115.02 5751.15 50
Sau 40‟ 2.080 2.17 1.95 57.51 2875.58 50.00 50
pH=6 Đầu vào 2.080 2.17 1.82 115.02 5751.15 50
Sau 40‟ 2.080 2.17 2.001 34.95 1747.47 69.62 50
pH=7 Đầu vào 2.040 2.13 1.81 103.66 5183.10 50
Sau 40‟ 2.040 2.13 1.98 27.04 1352.11 73.91 50
I=3A pH=8 Đầu vào 2.040 2.13 1.79 112.68 5633.80 50
Sau 40‟ 2.040 2.13 1.97 31.55 1577.46 72.00 50
pH=9 Đầu vào 2.110 2.21 1.8 134.66 6733.03 50
Sau 40‟ 2.110 2.21 1.995 49.95 2497.74 62.90 50
pH=10 Đầu vào 2.110 2.21 1.79 139.00 6950.23 50
56
Sau 40‟ 2.110 2.21 1.93 78.19 3909.50 43.75 50
