Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác bằng phương pháp fenton truyền thống và fenton cải biên

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Nước ta giai đoạn cơng nghiệp hóa, đại hóa Việc phát triển khu công nghiệp kèm với yêu cầu phát triển bền vững, tức phát triển phải song hành với giữ gìn bảo vệ mơi trường Ngày nay, chất lượng sống cải thiện vấn đề môi trường quan tâm, đặc biệt vấn đề rác thải nước thải Rác thải sinh từ hoạt động người ngày tăng khối lượng Hầu hết rác thải nước ta nói chung Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng chưa phân loại nguồn, gây nhiều khó khăn quản lý xử lý, đồng thời sinh loại nước thải đặc biệt ô nhiễm nước rỉ rác Những câu chuyện rác hệ lụy môi trường từ rác “nóng lên” năm gần Theo thống kê Sở Tài nguyên - Môi trường thành phố Hồ Chí Minh với khối lượng khoảng 7.000 chất thải rắn sinh hoạt phát sinh ngày, phương pháp xử lý áp dụng Việt Nam nói chung thành phố Hồ Chí Minh nói riêng chơn lấp Hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh có bãi chơn lấp (BCL) hoạt động Đa Phước Phước Hiệp Tổng khối lượng rác chôn lấp BCL lên đến số 7.900.000 tấn, Đa Phước 3.500.000 tấn, Phước Hiệp 4.500.000 Quá trình tiếp nhận rác liên tục có thời điểm vượt xa khối lượng dự kiến thống kê dẫn đến hậu mặt môi trường, mùi hôi nồng nặc phát sinh từ BCL phát tán xa hàng kilomét vào khu vực dân cư xung quanh Ngoài ra, vấn đề nghiêm trọng khác tồn đọng hàng trăm ngàn mét khối nước rác BCL với lượng nước rỉ rác phát sinh thêm ngày khoảng 1.000 - 1.500m3 nuớc rỉ rác nguồn hiểm họa ngầm mơi trường tính chất phức tạp có khả gây nhiễm cao Mặc dù BCL có hệ thống xử lý nước rỉ rác phương pháp xử lý nước rỉ rác áp dụng bộc lộ nhiều nhược điểm chất lượng nước sau xử lý thường không đạt tiêu chuẩn xả thải (TCVN 7733-2007, cột B), đặc biệt tiêu COD, BOD, N, P, kim loại nặng, tiêu tốn nhiều hóa chất, giá thành xử lý cao, khó kiểm sốt, cơng suất xử lý khơng đạt thiết kế Nguyên nhân thay đổi nhanh thành phần nước rỉ rác theo thời gian vận hành SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI BCL, với thành phần phức tạp (nồng độ chất hữu khó/khơng có khả phân hủy sinh học tăng dần nồng độ ammonium tăng đáng kể theo thời gian), không ổn định, việc lựa chọn công nghệ xử lý chưa phù hợp dẫn đến nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường thải sông, rạch hạn chế lượng nước rỉ rác BCL tiếp tục tăng lên hàng ngày Vấn đề đặt phải tìm cơng nghệ thích hợp để xử lý hiệu lượng nước rỉ rác tồn đọng, cải tạo lại hệ thống xử lý nước rỉ rác hữu Với đặc trưng nước rác rò rỉ thường có chứa lượng lớn hợp chất hữu khó/khơng có khả phân huỷ sinh học, việc áp dụng đơn phương pháp sinh học để xử lý loại nước trở nên không tưởng Do vậy, nước rỉ rác việc phối hợp đồng nhiều phương pháp hóa lý – hóa học – sinh học để xử lý điều dễ hiểu Trong số phương pháp hóa học, phương pháp oxy hóa bậc cao chứng tỏ hiệu ưu điểm nó có khả khống hóa hồn tồn hợp chất hữu khó khơng thể phân hủy sinh học với chi phí chấp nhận được, lại dễ dàng thực Dựa sở đó, đề tài “Nghiên cứu xử lý chất hữu khó phân hủy nước rỉ rác phương pháp Fenton truyền thống Fenton cải biên” hình thành với mong muốn đưa phương pháp xử lý đạt hiệu cao, dễ dàng thực nhiệt độ thường, thời gian xử lý nhanh, hoá chất dễ tìm chi phí vận hành khơng q lớn MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu hiệu xử lý nước rỉ rác phương pháp oxy hóa bậc cao dùng tác nhân Fenton trình Fenton truyền thống cải biên NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Để đạt mục đích trên, nội dung nghiên cứu sau thực hiện: - Thu thập số liệu thành phần nước rỉ rác giới Việt Nam - Thu thập tổng hợp kết nghiên cứu vận hành thực tế trình xử lý nước rỉ rác giới Việt Nam - Phân tích chất lượng nước rỉ rác sau bể xử lý sinh học hiếu khí BCL Phước Hiệp SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI - Xác định điều kiện tối ưu xử lý nước rỉ rác theo phương pháp Fenton truyền thống Fenton cải biên ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nước rỉ rác BCL Phước Hiệp thành phố Hồ Chí Minh, lấy sau bể Aeroten PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Phương pháp điều tra thực địa Khảo sát khu vực nghiên cứu (BCL Phước Hiệp)  Phương pháp phân tích tổng hợp Thu thập tài liệu tiêu chuẩn, phương pháp xử lý nước rỉ rác nước giới, phương pháp xử lý nước rỉ rác BCL Việt Nam Tìm hiểu thành phần tính chất nước rỉ rác  Phương pháp chuyên gia Tham vấn ý kiến giáo viên hướng dẫn chuyên gia ngành môi trường xử lý nước thải  Phương pháp thực nghiệm + Phân tích thông số đầu vào nước rỉ rác + Dùng phương pháp Fenton để xử lý hợp chất hữu khó phân hủy nước rỉ rác Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI VI.1 Ý nghĩa khoa học Bổ sung thêm liệu vào giảng đề cập đến ứng dụng trình Fenton truyền thống cải biên VI.2 Ý nghĩa thực tiễn Giúp xử lý nước rỉ rác đạt hiệu quả, góp phần bảo vệ mơi trường nước Hình thành phương pháp xử lý phù hợp với nước rỉ rác đạt hiệu kinh tế SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ CÓ LIÊN QUAN 1.1 THÀNH PHẦN NƯỚC RỈ RÁC 1.1.1 Thành phần nước rỉ rác giới Nước rỉ rác từ bãi chơn lấp định nghĩa chất lỏng thấm qua lớp chất thải rắn mang theo chất hòa tan chất lơ lửng (Tchobanoglous et al., 1993) Trong hầu hết bãi chôn lấp nước rỉ rác bao gồm chất lỏng vào bãi chơn lấp từ nguồn bên ngồi, nước mặt, nước mưa, nước ngầm chất lỏng tạo thành q trình phân hủy chất thải Đặc tính chất thải phụ thuộc vào nhiều hệ số Mặc dù quốc gia có quy trình vận hành bãi chơn lấp khác nhau, nhìn chung thành phần nước rỉ rác chịu ảnh hưởng yếu tố sau: - Chất thải đưa vào chôn lấp: loại chất thải, thành phần chất thải tỷ trọng chất thải; - Quy trình vận hành BCL: trình xử lý sơ chiều sâu chôn lấp; - Thời gian vận hành bãi chơn lấp; - Điều kiện khí hậu: độ ẩm nhiệt độ khơng khí; - Điều kiện quản lý chất thải Các yếu tố ảnh hưởng nhiều đến đặc tính nước rỉ rác, đặc biệt thời gian vận hành bãi chôn lấp, yếu tố định tính chất nước rỉ rác chẳng hạn nước rỉ rác cũ hay mới, tích lũy chất hữu khó/khơng có khả phân hủy sinh học nhiều hay ít, hợp chất chứa nitơ thay đổi cấu trúc Thành phần đặc trưng nước rỉ rác số nước giới trình bày cụ thể Bảng 1.1 Bảng 1.2 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Bảng 1.1 Thành phần nước rỉ rác số quốc gia giới Colombia(ii) Thành Phần Đơn Vị Pereira (5 Canada(ii) năm Clover vận hành) pH Bar Đức (iv) (Vận BCL CTR hành từ năm 1975) đô thị - 7.2 – 8.3 8.3 - COD mgO2/l 4350 – 65000 1090 2500 BOD mgO2/l 1560 – 48000 39 230 NH4 mg/L 200 – 3800 455 1100 TKN mg/L - - 920 Chất rắn tổng mg/L 7990 – 89100 - - Chất rắn lơ lửng mg/L 190 – 27800 - - Tổng chất rắn hoà mg /L 7800 – 61300 - - mg/L – 35 - - mgCaCO3/L 3050 – 8540 4030 - Ca mg/L - - 200 Mg mg/L - - 150 Na mg/L - - 1150 cộng tan Tổng phosphate (PO4) Độ kiềm tổng Nguồn: (i): Lee & Jone, 1993 (ii): Diego Paredes, 2003 (iii): F Wang et al., 2004 (iv): KRUSE, 1994 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Bảng 1.2 Thành phần nước rỉ rác số quốc gia Châu Á Thái Lan Thành Phần pH Đơn Vị BCL pathumthani Hàn Quốc Sukdowop NRR Sukdowop NRR năm 12 năm 5.8 8.2 - 7.8 – 8.7 Độ dẫn điện µS/cm 19400 – 23900 COD mgO2/L 4119 – 4480 12500 2000 BOD5 mgO2/L 750 – 850 7000 500 SS mg/L 141 – 410 400 20 IS mg/L 10588 – 14373 - - N-NH3 mg/L 1764 – 2128 200 1800 N-Org mg/L 300 – 600 - - Phospho tổng mg/L 25 – 34 - - - mg/L 3200 – 3700 4500 4500 Zn mg/L 0.873 – 1.267 - - Cd mg/L - - Pd mg/L 0.09 – 0.330 - - Cu mg/L 0.1 – 0.157 - - Cr mg/L 0.495 – 0.657 - - mgCaCO3/L - 2000 10000 mg/L 56 – 2518 - - Cl Độ kiềm VFA - ( Nguồn: Kwanrutai Nakwan, 2002) Tuy đặc điểm công nghệ vận hành bãi chôn lấp khác khu vực nước rỉ rác nhìn chung có tính chất giống có nồng độ COD, BOD cao (có thể lên đến hàng chục ngàn mgO2/L) nước rỉ rác Từ số liệu thống kê cho thấy, giá trị pH nước rỉ rác tăng theo thời gian, hầu hết nồng độ chất nhiễm nước rỉ rác lại giảm dần, ngoại trừ NH trung bình khoảng 1800mg/L Nồng độ kim loại thấp, ngoại trừ sắt Khả phân hủy sinh học nước rỉ rác thay đổi theo thời gian, dễ phân hủy giai đoạn đầu vận hành BCL khó phân hủy BCL vào giai đoạn hoạt động ổn định Sự thay đổi biểu thị qua tỷ lệ BOD 5/COD, thời gian đầu tỷ lệ lên đến 80%, với tỷ lệ BOD 5/COD lớn 0.4 chứng tỏ SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI chất hữu nước rỉ rác có khả phân hủy sinh học, cịn bãi chơn lấp cũ tỷ lệ thường thấp nằm khoảng 0.05 – 0.2; tỷ lệ thấp nước rỉ rác cũ chứa hợp chất lignin, axít humic axít fulvic chất khó phân hủy sinh học 1.1.2 Thành phần nước rỉ rác Việt Nam Hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh có BCL chất thải rắn sinh hoạt hợp vệ sinh hoạt động BCL Đa Phước Phước Hiệp Mặc dù BCL có thiết kế hệ thống xử lý nước rỉ rác công suất hệ thống không xử lý hết lượng nước rỉ rác phát sinh ngày BCL, phần lớn hồ chứa nước rỉ rác BCL tình trạng đầy ứ việc tiếp nhận nước rỉ rác thêm điều khó khăn Thậm chí cịn có trường hợp phải sử dụng xe bồn để chở nước rỉ rác sang nơi khác xử lý có nơi phải xây dựng thêm hồ chứa để giải cách tạm thời tình trạng ứ đọng nước rỉ rác Ngồi ra, việc vận hành BCL chưa với thiết kế, hoạt động tải BCL, cố xảy trình vận hành (trượt đất, hệ thống ống thu nước rỉ rác bị nghẹt, …) khiến cho thành phần nước rỉ rác thay đổi lớn gây ảnh hưởng mạnh đến hiệu xử lý nước rỉ rác Nước rỉ rác phát sinh từ hoạt động BCL nguồn gây ô nhiễm lớn đến mơi trường Nó bốc mùi nặng nề lan tỏa nhiều kilomet, nước rỉ rác ngấm xuyên qua mặt đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm dễ dàng gây nhiễm nguồn nước mặt nồng độ chất nhiễm có cao lưu lượng đáng kể Cũng nhiều loại nước thải khác, thành phần (pH, độ kiềm, COD, BOD, NH3, SO4, ) tính chất (khả phân hủy sinh học hiếu khí, kị khí, ) nước rỉ rác phát sinh từ bãi chôn lấp thông số quan trọng dùng để xác định cơng nghệ xử lý, tính tốn thiết kế cơng trình đơn vị, lựa chọn thiết bị, xác định liều lượng hố chất tối ưu xây dựng qui trình vận hành thích hợp Thành phần nước rỉ rác số BCL thành phố Hồ Chí Minh trình bày Bảng 1.3 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Bảng 1.3 Thành phần nước rỉ rác số BCL Thành phố Hồ Chí Minh CHỈ TIÊU Gị Cát Phước Hiệp Đơng Thạnh ĐƠN VỊ Thời gian NRR NRR cũ NRR NRR cũ NRR NRR cũ lấy mẫu 2,3,4/2002 8/2006 1,4/2003 4/03 – 2,4/2002 8,11/2003 8/06 pH - 4.8 – 6.2 7.5 – 8.0 5.6 – 6.5 7.3 – 8.3 6.0 – 7.5 8.0 – 8.2 mg/L 7300 – 9800 – 18260 – 6500 – 10950 – 9100 – 12200 16100 20700 8470 15800 11100 mgCaCO3 5833 – 590 5733 – - 1533 – 1520 – tổng /L 9667 8400 1860 Ca2+ mg/L 1670 – 100 – 190 TDS Độ cứng 8100 40 – 165 2740 SS VSS mg/L mg/L 2031 – 110 – 1122 – 2191 6570 11840 - 1280 – 1760 – 90 – 790 – 169 – 240 4310 4000 6700 1120 – - - - - - 39614 – 2950 – 24000 – 1510 – 38533 – 916 – 59750 7000 57300 4520 65333 1702 30000 – 1010 – 18000 – 240 – 33570 – 235 – 735 48000 1430 48500 2.120 56250 21878 – - 16777 - - - 1360 – 760 – 1590 – 1245 – 520 - 785 1720 1550 2190 1765 - 252 – 400 110 – 202 – 319 - - - 30 – 45 767 – - 275 – 375 - 36.2 – 3270 3190 COD BOD VFA mgO2/L mgO2/L mg/L 25182 N-NH3 N-hữu mg/L mg/L 297 – 790 336 – 678 159 SO4 mg/L 1600 – - 2340 Humic mg/L - 2300 – 2560 297 – 250 – 350 359 Lignin mg/L - 52 – 86 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 1150 - 74.7 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI 52.6 Dầu mg/L - - - - - 10 – 16.5 H2S mg/L 106 - 4.0 - - - Phenol mg/L - - - - - 0.32 – Khoáng 0.60 Phospho mg/L 55 – 90 14 – 55 – 30 – 20 14 – 42 11 - 18 mg/L - - KPH KPH KPH KPH mg/L - KPH KPH KPH KPH KPH Mg2+ mg/L 404 – 687 119 - - 259 – 265 373 Fe tổng mg/L 204 – 208 13.0 - - - 64 – 120 Al mg/L 0.04 – 0.50 - - - 0.23 – - tổng Tetrachlor ethylen Trichloret hylen 0.26 Zn mg/L 93.0 – KPH 0.25 - - 0.3 – 0.48 202.1 Cr Tổng mg/L 0.04 – 0.05 KPH KPH - KPH – 0.05 Cu mg/L 3.50 - 4.00 0.22 0.25 - 0.85 – 0.1 – 0.14 3.00 Pb mg/L 0.32 – 1.90 0.076 0.258 - 14 – 21 0.006 – 0.05 Cd mg/L 0.02 -0.10 KPH 0.008 - – 0.03 0.002 – 0.008 Mn mg/L 14.50 - 0.204 33.75 - 32.17 Ni mg/L 2.21 – 8.02 0.458 0.762 - 4.22 – 0.66 – 11.33 0.73 0.63 – 0.65 -0.1 184 Hg mg/L - - 0.01 - - 0.01 – 0.04 As mg/L - - - - - 0.010 – 0.022 Sn mg/L - - SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY KPH - - 2.2 – 2.5 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI (Nguồn: CENTENMA, 2002) Số liệu phân tích thành phần nước rỉ rác cho thấy nước rỉ rác BCL có tính chất giống có nồng độ COD cao lên đến 50000 mO 2/L, tỉ lệ BOD5/COD cao khoảng 0.5 – 0.9; nồng độ NH không cao giá trị pH thấp Tuy nhiên, sau thời gian ngắn vận hành nồng độ COD, BOD giảm đáng kể, tỉ lệ BOD5/COD thấp, nồng độ NH4+ tăng lên đáng kể giá trị pH tăng Kết phân tích cho thấy khác biệt thành phần nước rỉ rác hai BCL Đa Phước Phước Hiệp, sau năm vận hành BCL Đa Phước nồng độ COD nước rỉ rác cao, trung bình dao động khoảng 20000 – 25000mgO2/L, tỉ lệ BOD5/COD dao động khoảng 0.45 – 0.50; với nồng độ NH cao lên đến > 2000mg/l, giá trị pH lớn 7.3 Trong BCL Phước Hiệp hoàn toàn khác biệt, sau gần năm vận hành nồng độ COD giảm thấp trung bình dao động khoảng 2000 – 3000 mgO2/L, cao đạt đến 6000 mgO2/L, tỉ lệ BOD5/COD thấp dao động khoảng 0.15 – 0.30, nồng độ NH tăng lên 1000mg/L theo thời gian vận hành giá trị pH lớn 8.0 Giải thích khác biệt số liệu hai BCL qui trình vận hành BCL hệ thống thu gom nước rỉ rác BCL Phước Hiệp BCL Đa Phước khác nên dẫn đến thành phần chất ô nhiễm nước rỉ rác BCL khác Nhìn chung thành phần nước rỉ rác BCL Việt Nam tương tự giới, hàm lượng chất hữu cao giai đoạn đầu (COD: 45000 mgO2/L, BOD: 30000 mgO2/L) giảm dần theo thời gian vận hành BCL, hợp chất hữu khó/khơng có khả phân hủy sinh học tích lũy tăng dần theo thời gian vận hành Khi thời gian vận hành BCL lâu hàm lượng amonium cao Giá trị pH nước rỉ rác cũ cao hơn nước rỉ rác 1.1.3 Tính chất nước rỉ rác BCL Phước Hiệp BCL Phước Hiệp bao gồm ô chôn lấp rác chôn lấp theo phương pháp chiếu Mỗi ô chôn lấp có hố thu nước rỉ rác từ nước rỉ rác bơm vào hồ chứa nước rỉ rác trước xử lý Để theo dõi thay đổi thành phần nước rỉ rác BCL Phước Hiệp mẫu nước rỉ rác lấy ô chôn lấp số khoảng thời gian xác định suốt trình vận hành BCL SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 10 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI với kết nghiên cứu Phạm Khắc Liệu cộng đề cập điều kiện pH thời gian phản ứng, nhiên nước rỉ rác Phước Hiệp địi hỏi nồng độ hóa chất sử dụng cao nhiều Theo kết nghiên cứu Đào Sỹ Đức cộng trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia – Hà Nội năm 2009 ảnh hưởng ánh sáng Mặt trời lên hiệu xử lý màu nước thải giấy phương pháp Fenton với thời gian, hiệu xử lý giảm dần theo điều kiện: ánh sáng Mặt trời + xúc tác TiO 2; ánh sáng Mặt trời; ánh sáng đèn sợi đốt; không chiếu sáng Đặc biệt, mặt dù điều kiện ánh sáng Mặt trời bổ sung xúc tác TiO 2, hiệu suất xử lý màu đạt 100% hiệu suất trình xử lý dùng ánh sáng Mặt trời đạt tới 99% mà khơng tốn chi phí hóa chất (TiO 2) Kết nghiên cứu lô nhà trời nghiên cứu phù hợp với kết nghiên cứu Đào Sỹ Đức cộng đề cập Mẫu nước trước xử lý H2O2 = 400 H2O2 = 500 H2O2 = 600 Hình 3.12 Kết xử lý nước rỉ rác trình quang Fenton (sử dụng ánh sáng Mặt Trời) tỉ lệ H2O2/Fe2+ = 2/1 Mẫu nước trước xử lý H2O2 = 400 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY H2O2 = 500 57 H2O2 = 600 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Hình 3.13 Kết xử lý nước rỉ rác q trình Fenton phịng mơ hình có mái che tỉ lệ H2O2/Fe2+ = 2/1 Đây bước cải tiến trình phản ứng Fenton với việc tận dụng nguồn lượng tự nhiên Mặt trời để nâng cao hiệu xử lý chất hữu khó phân hủy Nguồn lượng có đặc điểm dễ kiếm, khơng tốn thêm chi phí, hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng áp dụng thực tiễn, quốc gia dồi ánh sáng Mặt trời quanh năm Việt Nam 3.2.2 Xử lý nước rỉ rác trình Fenton dùng mạt sắt làm chất xúc tác Điều kiện tiến hành thí nghiệm bao gồm: - Nồng độ H2O2: 600 mg/l - Sử dụng mạt sắt làm chất xúc tác (thay Fe2+) với hàm lượng thay đổi: 1; 2; 3; 4; 5; g/l - pH = 3,5 - Thời gian tiếp xúc: 90 phút - Tốc độ quay cánh khuấy: 200 vòng/phút - Sau 90 phút phản ứng, chỉnh pH 8, khuấy chậm lại 50-60 vòng/phút khoảng 10 phút Sau để lắng dung dịch mẫu xử lý 45 phút, hút nước phía mặt để đo đạc xác định hiệu xử lý Kết xử lý mẫu nước rỉ rác với trình Fenton dùng mạt sắt làm chất xúc tác trình bày hình 3.14 3.15 Mẫu nước trước xử lý Mạt sắt = 1g/l SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY Mạt sắt = 2g/l 58 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Mạt sắt = 3g/l GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Mạt sắt = 4g/l Mạt sắt = 5g/l Mạt sắt = 6g/l Hình 3.14 Kết xử lý mẫu nước rỉ rác với trình Fenton dùng mạt sắt làm chất xúc tác Hình 3.15 Hiệu xử lý nước rỉ rác theo liều lượng mạt sắt cho vào Theo đồ thị 3.15, hàm lượng mạt sắt tăng dần khoảng từ – g/l hiệu xử lý COD tăng theo Đó tăng hàm lượng mạt sắt tức tăng lượng chất xúc tác làm tăng số lượng gốc hydroxyl tạo thành Khi hàm lượng mạt sắt lớn 4g/l hiệu xử lý COD tăng lên khơng đáng kể, chí cịn giảm trường hợp hàm lượng mạt sắt lớn 5g/l Hiệu xử lý cao đạt tương ứng với hàm lượng mạt sắt 4g/l Cơ chế phản ứng dùng mạt sắt làm chất xúc tác giải thích ban đầu, cho mạt sắt vào, kim loại Fe hòa tan thành dạng ion Fe 2+ mơi trường axit, sau ion Fe2+ sinh tác dụng với H2O2 tạo gốc hydroxyl theo chế phản ứng Fenton thông thường Hiện tượng hiệu xử lý giảm nồng độ mạt sắt lớn Fe2+ sinh dư phản ứng ngược lại với gốc tự hydroxyl khiến số lượng OH• giảm làm cho hiệu xử lý giảm (K Barbusiński, 2003) SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 59 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Mạt sắt + H+ → Fe2+ Fe2+ + H2O2 → OH• + OH- + Fe3+ Fe2+ + OH• → Fe3+ + OHỞ hàm lượng mạt sắt g/l, hiệu xử lý COD đạt tương ứng 88.9% Tại BOD5, độ màu nước rỉ rác tương ứng giảm theo 78,02% 91,6% Theo kết nghiên cứu K Barbusiński (Viện Kỹ thuật nước nước thải, Đại học Công nghệ Silesia, Ba Lan, 2003) dùng mạt sắt chất xúc tác để xử lý màu nước thải nhuộm cho thấy hiệu suất xử lý màu vòng 60 phút 95.4% Như mạt sắt sử dụng chất xúc tác giống muối sắt (II) Kết nghiên cứu đề tài (hiệu xử lý COD đạt 88.9%) không khác biệt nhiều so với kết nghiên cứu K Barbusiński Có thể coi hướng cải tiến việc tận dụng lượng mạt sắt vụn thải bỏ cửa hàng gia công đồ sắt, giúp giảm chi phí mà hiệu xử lý không thay đổi Tuy nhiên, phương án có nhược điểm tạo lượng bùn Fe(OH)3 lớn mạt sắt phải sử dụng liều lượng cao 3.2.3 Xử lý nước rỉ rác trình Fenton bậc xúc tác Điều kiện tiến hành thí nghiệm sau: - Nồng độ H2O2 Fe2+ đưa vào mẫu thay đổi theo mức sau: + Mức 1: nồng độ H2O2 = 600mg/l, Fe2+ bậc 1= 150 mg/l, Fe2+ bậc = 150 mg/l + Mức 2: nồng độ H2O2 = 500mg/l, Fe2+ bậc 1= 125 mg/l, Fe2+ bậc = 125 mg/l + Mức 3: nồng độ H2O2 = 400mg/l, Fe2+ bậc 1= 100 mg/l, Fe2+ bậc = 100 mg/l + Mức 4: nồng độ H2O2 = 300mg/l, Fe2+ bậc 1= 75 mg/l, Fe2+ bậc = 75 mg/l - pH = 3,5 - Tốc độ quay cánh khuấy: 200 vòng/phút - Thời gian tiếp xúc bậc 1: 60 phút - Sau 60 phút phản ứng, thêm xúc tác bậc (Fe 2+) vào mẫu với nồng độ tương đương bậc - Thời gian tiếp xúc bậc 2: 60 phút SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 60 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP - GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Sau 60 phút phản ứng bậc 2, chỉnh pH 8, khuấy chậm lại với tốc độ 5060 vòng/phút khoảng 10 phút Sau để lắng dung dịch mẫu xử lý 45 phút, hút nước phía mặt để đo đạc xác định hiệu xử lý Kết xử lý biểu diễn theo hình 3.16 3.17 sau: Hình 3.16 Hiệu xử lý nước rỉ rác trình Fenton bậc xúc tác SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 61 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Mẫu nước trước xử lý Mức GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Mức Mức Mức Hình 3.17 Kết xử lý nước rỉ rác trình Fenton bậc xúc tác Theo đồ thị 3.16, thấy với tổng nồng độ H 2O2 Fe2+ tương đương Fenton truyền thống tiến hành cho xúc tác Fe 2+ làm lần tách biệt hiệu xử lý COD cao so với bổ sung xúc tác lần Khi bổ sung xúc tác làm lần, với nồng độ H2O2 tổng nồng độ Fe2+ nhỏ hơn, hiệu xử lý COD trội so với bổ sung xúc tác lần Điều chứng minh rõ đồ thị hình 3.13, hiệu xử lý nước rỉ rác sử dụng 400 mg/l H 2O2 200 mg/l Fe2+ với lần bổ sung Fe2+ (mức 3, cột màu xanh đồ thị) chí cao hiệu xử lý dùng tới 600 mg/l H2O2 300 mg/l Fe2+ q trình Fenton thơng thường (mức 1, cột màu đỏ) Như vậy, trình Fenton bậc xúc tác giúp tiết kiệm đáng kể lượng hóa chất cần tiêu hao để oxy hóa chất hữu Nói cách khác, q trình Fenton bậc xúc tác sử dụng triệt để H 2O2 dư để tạo gốc OH•, nâng cao hiệu xử lý COD, rút ngắn thời gian xử lý bậc, giảm chi phí hóa chất tiêu hao (Nguyễn Văn Phước Võ Chí Cường, 2007) SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 62 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Vậy mức bổ sung hóa chất lựa chọn mức 3, hiệu xử lý đạt 91.7% sử dụng 400 mg/l H2O2 200 mg/l Fe2+ với lần bổ sung xúc tác, lần 100 mg/l Ứng với mẫu có hiệu xử lý cao tính theo COD thơng số nhiễm khác mẫu tương ứng giảm theo, kết cụ thể trình bày bảng 3.3 sau: Bảng 3.3 Kết thông số nước rỉ rác trước sau xử lý trình Fenton bậc xúc tác Thông số Giá trị nước COD (mg/l) BOD5 (mg/l) Độ màu (Pt-Co) BOD5/COD 1152 296 1092 0.26 96 49 73,8 0.5 91,7 83,45 93,2 - trước xử lý Giá trị nước sau xử lý Hiệu xử lý (%) Theo kết nhóm nghiên cứu thuộc trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia – TP Hồ Chí Minh (Nguyễn Văn Phước Võ Chí Cường, 2007) khảo sát q trình Fenton bậc xúc tác để xử lý COD nước rỉ rác cho thấy công nghệ xúc tác Fenton theo bậc giúp sử dụng triệt để H2O2 để tạo gốc OH•, nâng cao hiệu xử lý COD khó phân hủy sinh học nước rỉ rác rút ngắn thời gian xử lý nước rác, đồng thời chi phí hóa chất H2O2 giảm 15 – 20 % Kết nghiên cứu đề tài phù hợp với kết nghiên cứu Nguyễn Văn Phước Võ Chí Cường Đây bước cải tiến cơng nghệ cho q trình oxy hóa Fenton 3.2.4 Xử lý nước rỉ rác trình Fenton bậc nối tiếp Điều kiện tiến hành thí nghiệm sau: - pH = 3.5 - Tốc độ quay cánh khuấy: 200 vòng/phút - Nồng độ H2O2 Fe2+ đưa vào mẫu thay đổi theo kiểu sau: SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 63 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI + Kiểu 1: nồng độ bậc H 2O2 200 mg/l, Fe2+ 100 mg/l Sau 60 phút phản ứng tiến hành Fenton bậc với nồng độ H2O2 200 mg/l Fe2+ 100mg/l Thời gian tiếp xúc bậc 60 phút + Kiểu 2: nồng độ bậc H 2O2 200 mg/l, Fe2+ 100 mg/l Sau 60 phút phản ứng chỉnh pH 8, để lắng 45 phút lấy nước mặt tiến hành Fenton bậc với nồng độ H2O2 200 mg/l Fe2+ 100mg/l Thời gian tiếp xúc bậc 2: 60 phút - Sau 60 phút phản ứng bậc 2, chỉnh pH 8, khuấy chậm lại với tốc độ 5060 vòng/phút khoảng 10 phút Sau để lắng dung dịch mẫu xử lý 45 phút, hút nước phía mặt để đo đạc xác định hiệu xử lý Kết xử lý nước rỉ rác Phước Hiệp kiểu Fenton bậc nối tiếp biểu diễn theo hình 3.18 3.19 sau: Hình 3.18 Hiệu xử lý nước rỉ rác trình Fenton bậc nối tiếp SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 64 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI Mẫu nước Kiểu trước xử lý Kiểu Hình 3.19 Kết xử lý nước rỉ rác trình Fenton bậc nối tiếp Đồ thị hình 3.18 cho thấy với tổng liều lượng hóa chất H 2O2 Fe2+ giống thí nghiệm Fenton truyền thống tiến hành cho hóa chất vào hệ phản ứng thành bậc nối tiếp hiệu xử lý COD cao Điều giải thích áp dụng trình Fenton bậc nối tiếp tận dụng phần dư hóa chất tốt hơn, đưa thêm H2O2 Fe2+ bậc có tác dụng “kích hoạt” lại lượng hóa chất dư lại từ bậc Trong nghiên cứu kiểu bổ sung hóa chất cho hiệu xử lý cao kiểu mức khác biệt không đáng kể Các thông số ô nhiễm khác mẫu tương ứng giảm theo, cụ thể bảng 3.4: Bảng 3.4 Kết thông số nước rỉ rác trước sau xử lý trình Fenton bậc nối tiếp Thông số Giá trị nước COD (mg/l) BOD5 (mg/l) Độ màu (Pt-Co) BOD5/COD 1152 296 1092 0.26 89 41 55,4 0.46 92.3 86,2 95 - trước xử lý Giá trị nước sau xử lý Hiệu xử lý (%) 3.2.5 Kết luận chung trình Fenton cải biên để xử lý nước rỉ rác Phước Hiệp Từ kết thực nghiệm cho thấy, hiệu xử lý nước rỉ rác Phước Hiệp trình quang Fenton đạt cao so với q trình Fenton thơng thường tất SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 65 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI tỉ lệ H2O2/Fe2+ Hiệu xử lý cao trình quang Fenton 93.6% ứng với nồng độ H2O2 600 mg/l, Fe2+ 300 mg/l, pH = 3,5 Đặc biệt, trình quang Fenton giúp tiết kiệm 20 – 50% hóa chất so với Fenton truyền thống Quá trình Fenton dùng mạt sắt làm chất xúc tác để xử lý nước rỉ rác đạt hiệu cao liều lượng mạt sắt g/l Ở liều lượng này, nồng độ COD giảm 88.9% Đây hướng cải tiến việc tận dụng lượng mạt sắt vụn thải bỏ cửa hàng gia công đồ sắt, giúp giảm chi phí mà hiệu xử lý khơng thay đổi Xử lý nước rỉ rác trình Fenton bậc xúc tác bậc nối tiếp đạt hiệu cao q trình Fenton thơng thường với nồng độ H 2O2 tổng nồng độ Fe2+ nhỏ Ở nồng độ H2O2 400mg/l, tổng nồng độ Fe2+ 200 mg/l hiệu xử lý với Fenton bậc xúc tác, Fenton bậc nối tiếp Fenton truyền thống 91,7%; 92,3% 83,3% SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 66 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI CHƯƠNG KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN  Đề tài “Nghiên cứu xử lý chất hữu khó phân hủy nước rỉ rác phương pháp Fenton truyền thống Fenton cải biên” thực nội dung sau:  Thu thập số tài liệu việc áp dụng trình Fenton truyền thống Fenton cải biên làm chất oxy hóa ứng dụng xử lý nước rỉ rác loại nước khó xử lý  Đánh giá khả hiệu xử lý chất hữu khó/khơng phân hủy sinh học nước rỉ rác  Đưa hướng nghiên cứu để xử lý nước rỉ rác phương pháp Fenton cải biên: quang Fenton, Fenton dùng mạt sắt, Fenton bậc xúc tác Fenton bậc nối tiếp  Sau trình thực nghiệm, số kết luận cụ thể kết nghiên cứu bao gồm:  Nồng độ hydroperoxit (H2O2) cần thiết cho q trình oxy hóa nước rỉ rác Phước Hiệp 600 mg/l; tỉ lệ H2O2/Fe2+ = 2/1; pH = 3.5; thời gian phản ứng 90 phút  Với phương pháp quang Fenton ánh sáng Mặt trời có tác dụng tích cực đến hiệu xử lý chất hữu khó khơng thể phân hủy sinh học nước rỉ rác Theo kết nghiên cứu, tất tỉ lệ H 2O2/Fe2+ hiệu xử lý chất hữu khó phân hủy nước rỉ rác Phước Hiệp trình quang Fenton ln lớn q trình Fenton thơng thường Hiệu xử lý cao tỉ lệ H2O2/Fe2+ 2/1 ứng với nồng độ H 2O2 600 mg/l, Fe2+ 300 mg/l, pH = 3,5, thời gian tiếp xúc 90 phút 93.6% so với trình Fenton thơng thường, q trình quang Fenton giúp tiết kiệm 20 – 50% lượng hóa chất cần thiết  Quá trình Fenton cải biên dùng mạt sắt làm chất xúc tác giúp tận dụng lượng mạt sắt vụn cửa hàng gia công đồ sắt Hiệu xử lý đạt 88.9% nồng độ H2O2 600 mg/l, liều lượng mạt sắt g/l SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 67 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI  Quá trình Fenton bậc xúc tác trình Fenton bậc nối tiếp tận dụng hàm lượng H2O2 dư để nâng cao hiệu xử lý chất hữu khó phân hủy nước rác Hiệu xử lý trình đạt cao q trình Fenton thơng thường Ứng với nồng độ H2O2 400mg/l, tổng nồng độ Fe2+ 200 mg/l, hiệu xử lý trình Fenton bậc xúc tác Fenton bậc nối tiếp 91,7% 92.3%  Tỉ lệ BOD5/COD nước rác sau xử lý tăng thành 0,4 – 0,5 so với trước xử lý (0.26), chứng tỏ khả phân hủy sinh học nước rác sau oxy hóa trình Fenton cải thiện rõ rệt  Như vậy, phản ứng oxy hóa dùng tác nhân Fenton nhìn chung có hiệu xử lý chất hữu cao, khoảng 70 ÷ 95% 4.2 KIẾN NGHỊ Vì thời gian nghiên cứu có giới hạn, nên đề tài tập trung đánh giá hiệu xử lý chất hữu khó phân hủy nước rỉ rác phương pháp Fenton Chính thế, đề tài cần tiếp tục nghiên cứu thêm với hướng như: - Tiếp tục nghiên cứu, tìm hiểu phương pháp Fenton cải tiến khác để áp dụng vào xử lý hợp chất hữu khó phân hủy sinh học nhằm đạt hiệu cao - Cần mở rộng khả áp dụng trình Fenton cải biên để xử lý hợp chất hữu khó khơng thể phân hủy sinh học nhiều loại nước thải khác như: nước thải mực in, nước thải dệt nhuộm,… SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 68 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 ĐẶT VẤN ĐỀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ CÓ LIÊN QUAN .4 1.1 THÀNH PHẦN NƯỚC RỈ RÁC 1.1.1 Thành phần nước rỉ rác giới .4 1.1.2 Thành phần nước rỉ rác Việt Nam 1.1.3 Tính chất nước rỉ rác BCL Phước Hiệp 10 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC 12 1.2.1 Phương pháp xử lý học .12 1.2.2 Phương pháp xử lý hóa – lý 12 1.2.3 Phương pháp xử lý sinh học 12 1.2.4 Phương pháp xử lý hoá học 13 1.3 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC HIỆN NAY 14 1.3.1 Công nghệ xử lý nước rỉ rác giới .14 1.3.2 Công nghệ xử lý nước rỉ rác Việt Nam 18 1.4 VAI TRÒ CỦA PHƯƠNG PHÁP OXY HĨA BẬC CAO TRONG Q TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC 29 1.5 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH FENTON 30 1.5.1 Quá trình Fenton đồng thể 30 1.5.2 Quá trình Fenton dị thể 31 1.5.3 Quá trình quang Fenton 31 1.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng trình Fenton quang Fenton 33 1.6 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP FENTON 33 CHƯƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .34 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 34 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 69 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.2.1 Phương pháp thực nghiệm 35 2.2.2 Mơ hình thực nghiệm .35 2.2.3 Các thông số quan trắc hiệu xử lý trình thực nghiệm 36 2.3 CÁC GIAI ĐOẠN TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 37 2.3.1 THÍ NGHIỆM VỚI Q TRÌNH FENTON TRUYỀN THỐNG 38 2.3.1.1 Thí nghiệm 1: Xác định nồng độ H 2O2 tối ưu thời gian thích hợp cho trình xử lý 38 2.3.1.2 Thí nghiệm 2: Xác định tỉ lệ H2O2/Fe2+ tối ưu 39 2.3.1.3 Thí nghiệm 3: Xác định pH tối ưu 39 2.3.2 THÍ NGHIỆM VỚI Q TRÌNH FENTON CẢI BIÊN 39 2.3.2.1 Thí nghiệm 4: Thí nghiệm với quang Fenton (sử dụng ánh sáng Mặt Trời) .39 2.3.2.2 Thí nghiệm 5: Thí nghiệm với Fenton cải biên dùng mạt sắt .40 2.3.2.3 Thí nghiệm 6: Nghiên cứu phản ứng với trình Fenton bậc xúc tác 40 2.3.2.4 Thí nghiệm 7: Nghiên cứu phản ứng với trình Fenton bậc nối tiếp 40 2.4 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .41 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .42 3.1 KẾT QUẢ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG QUÁ TRÌNH FENTON 42 3.1.1 Ảnh hưởng nồng độ chất oxy hóa H2O2 thời gian khuấy trộn đến hiệu xử lý nước rỉ rác .42 3.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ H2O2/Fe2+ đến hiệu xử lý nước rỉ rác 46 3.1.3 Ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý 48 3.1.4 Kết luận chung điều kiện phù hợp áp dụng trình Fenton truyền thống để xử lý nước rỉ rác Phước Hiệp 50 3.2 KẾT QUẢ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG QUÁ TRÌNH 50 3.2.1 Xử lý nước rỉ rác trình quang Fenton (sử dụng ánh sáng 51 3.2.2 Xử lý nước rỉ rác trình Fenton dùng mạt sắt làm chất xúc tác 57 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 70 MSSV: 107108070 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI 3.2.3 Xử lý nước rỉ rác trình Fenton bậc xúc tác .59 3.2.4 Xử lý nước rỉ rác trình Fenton bậc nối tiếp 61 3.2.5 Kết luận chung trình Fenton cải biên để xử lý nước rỉ rác Phước Hiệp 63 CHƯƠNG KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 65 4.1 KẾT LUẬN 65 4.2 KIẾN NGHỊ 66 SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THÙY 71 MSSV: 107108070 ... thực Dựa sở đó, đề tài ? ?Nghiên cứu xử lý chất hữu khó phân hủy nước rỉ rác phương pháp Fenton truyền thống Fenton cải biên? ?? hình thành với mong muốn đưa phương pháp xử lý đạt hiệu cao, dễ dàng thực... ưu xử lý nước rỉ rác theo phương pháp Fenton truyền thống Fenton cải biên ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nước rỉ rác BCL Phước Hiệp thành phố Hồ Chí Minh, lấy sau bể Aeroten PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN... Kế tiếp nước rỉ rác lại xử lý hệ thống UASB cơng trình xử lý chất hữu với tải lượng chất hữu cao, điểm khơng hợp lý cơng nghệ xử lý với nồng độ COD đầu vào thấp phần chủ yếu hợp chất hữu khó/ khơng