TRUONG DAI HOC NONG LAM TP.HCM
KHOA MOI TRUONG VA TAI NGUYEN
rer Lash
1955 ⁄4
DE CUONG
PHUONG PHAP NGHIEN CUU KHOA HOC MOI TRUONG
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ UV - FENTON NHAM NANG CAO HIEU QUA XU LY NUOC RI
RAC TAI BAI CHON LAP CHAT THAI RAN
NAM BINH DUONG
GVHD TS Lé Quéc Tuan
Thuc hién: Nhom DH11MT
1 Trần Thị Hồng Phụng 11127170 2 Trần Thị Thủy 11127217 3 Trần Thị Kim Thoa 11127211 4 Trần Hoàng Ngọc 11127021 5 Nguyễn Thanh Tân 11127313 6 Nguyễn Thị Ngọc Mỹ 11127137 7 Nguyễn Thị Hằng 11127292
Tp Hô Chí Minh, tháng 10 năm 2013
Trang 2MỤC LỤC
Chương 1: MỞ ĐẦU .-(- ST 111 1111111 1111 T1 T111 TT 1 T11 1 TT H111 rệt 5
| ee 5
H — Tính cấp thiết của đề tài << 5 ư E9 ưng gơgøge 5
II nä .,ÔỎ 6
IV Đối tượng và phạm vỉ nghiên CỨU . 2< S25 e s9 eseSxesssse 6
v Ý ¡1E u:TR, 8) PP ồễồ”.'ỐẦ£Ÿ 6
Chương 2: TÔNG QUAN VỀ CÁC TÀI LIỆU LIÊN QUAN - - - S6 Sex sec 6
1 Tổng quan về thành phần nước rÏ rÁC . 5 << s° 5° s99 se 59 s9 se se 6 1.1 Thành phần nước rỉ rác trên thế giỚi - s5 s3 9 E9 cư 5 gu 6 1.2 Thanh phan nước rỉ rác Việt Nam G- G- SE SE x4 S93 3S hư gx gi 10 1.3 Tính chất nước rỉ rác của bãi chôn lấp chất thải rắn Nam Bình Dương 14
H — Các phương pháp xử lý nước FỈ FÁC co co 0S 9 S90 90.6.9090 0000 006 9969686866606066996 16
1.1 Phuong pháp xử lý cơ học chất thải rắn <6 sư s93 9 cư vu cưa 16 1.2 Phuong phap xi 16 1.3 Phuong phap xi ly sinh h0C 0 16 1.4 Phương pháp xử lý hoá hỌcC Q00 0000003030103 010030109509 5 0 0909 n9 100 008 6.9 17 II Một số công nghệ xử lý nước rỉ rác hiện nay 5 5 << se se 5s se se se ses 18
Trang 31.1 Ánh sáng tử ngoại UV (Ultraviolet Liglh†) - - - + << + £k£Ee + xcvseeeersrscxe 32 1.2 Quá trình Fenton đồng thỂ - 6 sư CS 9x Tư S9 cư ng gu cư 32 1.3 Quá trình Fenfon dị thỂ - << s6 sư Cư S4 E9 Tư cư ng gu cư 33 1.4 Qua trinh 09 33 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình Fenton và quang Fenfon s5 «+ sss<£s£+ 34 1.6 Ứng dụng của phương pháp F€nfton - -G- + Sẻ SE SE k3 ve 35
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . -6c 5c the 35
I, TVậT lÏỆU GG 5G 5 5 S9 9 0 00.000.006 00 9.0009 0 0006.9000004 9000006000006 90009999000 35 TI, — Phương pháp nghiên CỨU ooooooGGGGG 5G 55999990 9 9 0 9.06 996.90 9.966 10 6 000 00 069665966698660900990% 36 II NHI oi) 36 IVANgnh i09) 0 0ì: i0 0n 37 1.3 Phương pháp điều tra thỰC địa 5< se Se S9 tư Sư ng gu cư 37 1.4 Phương pháp lẫy mẫu và bảo quản mẫu - - - se SE 8 eEs xe E93 va 37 1.5 HH in i09) 3 in à.)n in — 38 1.6 Phương pháp phân tích mẫu theo chỉ tiêu môi trường . ¿2 se «+s£s + #+s£+£+š 40 1.7 Phương pháp đánh giá, biểu điển sỐ liệu -G- 5-5 Sẻ SE SE SEx E9 E13 9 28s e5 42 1.8 Phương pháp xây dựng mô hình pIÏOf - - 5 + + < + + 2 S299 1399 9151511151555 43
CHƯƠNG 4: DU KIEN KET QUA DAT DUOC VA KE HOACH THUC HIEN 46
Trang 4IxÄă“{ì on 8n 6 HHẬH ,ÔỎ 47 CHƯƠNG 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO - Sa St Set SE S3 E E135 1115151551111 EE1EeEererd
Trang 5CHUONG 1: MO DAU
L — Đặt vấn để
Nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa Việc phát triển các khu
công nghiệp luôn đi kèm với yêu cầu phát triển bền vững, tức là phát triển phải song hành
với giữ gìn và bảo vệ mơi trường Ngày nay, khi chất lượng cuộc sống được cải thiện thì vẫn
đề mơi trường cũng được quan tâm, đặc biệt là vẫn đề rác thải và nước thải Rác thải sinh ra
từ mọi hoạt động của cơn người và ngày càng tăng về khối lượng Hầu hết rác thải ở nước ta đều chưa được phân loại tại nguồn, do đó gây rất nhiều khó khăn trong quản lý và xử lý,
chôn lắp là giải pháp chủ yếu, do đó sinh ra một loại nước thải đặc biệt ô nhiễm là nước rỉ
rác Những câu chuyện về rác và những hệ lụy môi trường từ rác đang “nóng lên” trong những năm gần đây
Bình Dương là một tỉnh có tốc độ phát triển kinh tế nhanh, kéo theo đó là nhu cầu cấp bách cho việc xử lý rác thải tại địa phương Khu liên liệp xử lý chất thải rắn Nam Bình
Dương được xây dựng nhằm giải quyết vẫn đề này và đồng thời, hỗ trợ xử lý một lượng rác
cho thành phố Hồ Chí Minh Bãi chôn lấp (BCL) rác tại khu liên hiệp đảm bảo yêu cau BCL
hợp vệ sinh, có hệ thơng xử lý nước rỉ rác với công suất 480m/ngày đêm đã giải quyết được
lượng nước rỉ rác tại (NRR) các hồ chứa có chống thấm Chất lượng nước sau khi xử lý đạt loại A theo quy chuẩn QCVN 25:2009/BTNMIT
I Tính cấp thiết của đề tài
Với tình hình hiện nay, mỗi ngày BCL chôn lắp một lượng rác không lồ, do đó, BCL rác dễ trở thành nơi ô nhiễm nghiêm trọng do lượng NRR khơng lồ có hàm lượng ô nhiễm cao
Việc xử lý NRR ngày càng gặp nhiều khó khăn, bất cập, chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố
như nồng độ NRR, mức độ pha trộn giữa nước mưa với nước rác, hệ số thấm, lớp phủ bề
mặt và hệ thống thu gom, điều hòa NRR Vấn để đặt ra ở đây là phải tìm ra cơng nghệ thích
hợp để có thể xử lý hiệu quả lượng NRR, cải tạo lại các hệ thông xử lý NRR hiện hữu Yêu câu cần phải có sự phối hợp đồng bộ nhiều phương pháp hóa lý — hóa học — sinh học để xử
lý hiệu quả Trong các phương pháp hóa học, phương pháp oxy hóa bậc cao đem lại hiệu quả
cao và chi phí chấp nhận được, lại dễ dàng thực hiện Do đó, đề tài “Nghiên cứu công nghệ
UV - Fenton nhằm năng cao hiệu quả xử lý nước rỉ rác tại bãi chôn lấp chất thải rắn Nam Bình Dương” được hình thành với mong muốn đưa ra một phương pháp xử lý hiệu
quả cao, dễ dàng thực hiện và chi phí khơng q lớn
Trang 6HII Mục đích, yêu câu
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý NRR tại BCL chất thải rắn Nam Bình Dương bằng
phương pháp oxy hóa bậc cao dùng công nghệ UV — Fenton IV Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
NRR của BCL chất thải rắn Nam Bình Dương thuộc khu liên hiệp xử lý BCL Nam Bình
Dương
V Ý nghĩa của đề tài
s* Khoa học:
- _ Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý NRR bằng công nghệ UV — Fenton
- - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng tác nhân Fenton và xác
định điều kiện tối ưu
s* Môi trường: Giúp xử lý NRR đạt hiệu quả, góp phần bảo vệ mơi trường đất, nước
s* Kinh tế: Tiết kiệm chỉ phí xử lý, mang lại hiệu quả kinh tế
CHUONG 2: TONG QUAN VE CAC TAI LIEU LIEN QUAN
IL Tổng quan về thành phần nước rỉ rác 11 Thanh phan nước rỉ rác trên thế giới
NRR từ các BCL có thể được định nghĩa là chất
lỏng thấm qua các lớp chất thải rắn mang theo các
chất hòa tan hoặc các chất lơ lửng (Tchobanoglous et
al., 1993) Trong hâu hết các BCL, NRR bao gồm chất lỏng đi vào BCL từ các nguồn bên ngoài như nước mặt, nước mưa, nước ngầm và chất lỏng tạo
thành trong quá trình phân hủy các chất thải Các
nguồn chính tạo ra NRR bao gồm nước từ phía trên
BCL, độ âm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ Hình I Nước rỉ rác
bùn nếu việc chôn lắp bùn, được cho phép Việc mất
đi của nước được tích trữ trong bãi rác bao gồm nước tiêu thụ trong các phản ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theo khí và nước thốt ra từ đáy BCL Đặc
tính của chất thải phụ thuộc vào nhiều hệ số
Trang 7
Mặc dù mỗi quốc gia có quy trình vận hành BCL p khác nhau, nhưng nhìn chung
thành phân NRR chịu ảnh hưởng bởi các yếu tơ chính như sau: - Chất thải được đưa vào chôn
lấp: loại chất thải, thành phần chất thải và tỉ trọng chất thải
- Quy trinh van hanh BCL: qua
trình xử lý sơ bộ và chiều sâu
chôn lấp
- - Thời gian vận hành BCL
- Điều kiện khí hậu: độ âm và nhiệt độ khơng khí
- _ Điều kiện quản lý chất thải
Hình 3 Nước rỉ rác từ bãi chôn lap
Các yếu tô trên ảnh hưởng rất nhiêu đến đặc tính NRR, đặc biệt là thời gian vận hành BCL, yếu tố này sẽ quyết định được tính chất NRR như NRR cũ hay mới, sự tích lũy các chất hữu cơ khó hoặc khơng có khả năng phân hủy sinh học nhiều hay ít, hợp chất chứa
nitơ sẽ thay đối câu trúc Thành phần đặc trưng của NRR ở một số nước trên thế giới được trình bày cụ thể trong Bảng 1.1 và Bảng L.2
Bảng 1.1 Thành phân nước rỉ rác tại một số quốc gia trên trễ giới
Trang 8
Colombia(ii) Canada(ii) Dire (iv)
¬ Clover Bar (Vận
Thanh Phan Don Vi ere © nam ven | hành từ năm ành) 1975) BCL CTR đô thị
pH - 7.2 —8.3 8.3 -
COD mgO,/l 4350- 65000 1090 2500
BOD mgO,/l 1560- 48000 39 230
NH, mg/L 200 — 3800 455 1100
TKN mg/L - - 920
Chat ran tong cộng mg/L 7990- 89100 - -
Chat ran lơ lửng mg/L 190 — 27800 - -
Tong chat ran hoà tan mg /L 7800- 61300 - -
HO mg/L 2-35 - -
Độ kiêm tông mgCaCO,/L 3050 — 8540 4030 -
Ca mg/L - - 200 Mg mg/L - - 150
Na mg/L - - 1150
Neguon: (i) : Lee & Jone, 1993 (ii): Diego Paredes, 2003
(iii): F Wang et al., 2004 (iv) : KRUSE, 1994 Bảng 1.2 Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia ở Châu Á
Thái Lan Han Quéc
` x Sukdowop | Sukdowop NRR
Thành Phân Đơn VỊ BCL pathumthani NRR | nim 12 năm pH - 7.8— 8.7 3.8 8.2 D6 dan dién uS/cm 19400- 23900
COD mgO,/L 4119- 4480 12500 2000 BOD; mgO,/L 750 — 850 7000 500
SS mg/L 141 — 410 400 20
Trang 9IS mg/L 10588-14373 - - N-NH; mg/L 1764- 2128 200 1800 N-Org mg/L 300 — 600 - - Phospho téng mg/L 25 — 34 - - Cl 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 - - Độ kiêm mgCaCOz/L - 2000 10000 VFA mg/L 56 — 2518 - -
( Nguôn: Kwanrutai Nakwan, 2002)
Tuy đặc điểm và công nghệ vận hành BCL khác nhau ở mỗi khu vực nhưng NRR nhìn chung đều có tính chất giống nhau là có nồng độ COD, BOD; cao (có thê lên đến hàng chục
ngàn mgO+/L) đối với NRR mới Từ các số liệu thống kê trên cho thấy, trong khi giá trị pH
của NRR tăng theo thời gian, thì hầu hết nồng độ các chất ô nhiễm trong NRR lại giảm dần, ngoại trừ NH; trung bình khoảng 1800mg/L Nơng độ các kim loại hầu như rất thấp, ngoại trừ sắt
Kha năng phân hủy sinh học của NRR thay đổi theo thời gian, dễ phân hủy trong giai
đoạn đầu vận hành BCL và khó phân hủy khi BCL đi vào giai đoạn hoạt động ôn định Sự
thay đổi này có thể được biểu thị qua tỷ lệ BOD./COD, trong thời gian đầu tỷ lệ này có thể lên đến 80%, với tỷ lệ BOD;/COD lớn hơn 0.4 chứng tỏ các chất hữu cơ trong NRR có khả
năng phân hủy sinh học, còn đối với các BCL cũ tỷ lệ này thường rất thấp nằm trong khoảng
0.05 — 0.2; tỷ lệ thấp như vậy do NRR cũ chứa các hợp chất lignin, axít humic và axít fulvic là những chất khó phân hủy sinh học
Trang 10
Hình 4 Nhà máy xử lý nước rỉ rác tại Hàn Quốc
1.2 Thành phần nước rỉ rác Việt Nam
Hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh có 2 BCL chất thai ran sinh hoạt hợp vệ sinh dang hoạt động là BCL Đa Phước và Phước Hiệp Mặc dù các BCL đều có thiết kế hệ thống xử lý
NRR nhưng công suất của các hệ thống này hầu như không xử lý hết lượng NRR phát sinh
ra hằng ngày tại BCL, do đó phân lớn các hồ chứa NRR ở các BCL hiện nay đều trong tình trạng đầy ứ và việc tiếp nhận NRR thêm nữa là điều rất khó khăn Thậm chí cịn có trường
hợp phải sử dụng xe bồn để chở NRR sang nơi khác xử lý hoặc có nơi phải xây dựng thêm
hồ chứa để giải quyết một cách tạm thời tình trạng ứ đọng NRR Ngoài ra, việc vận hành BCL chưa đúng với thiết kế, hoạt động quá tải của BCL, và các sự cỗ xảy ra trong quá trình
vận hành (trượt đất, hệ thống ống thu nước rỉ rác bị nghẹt, .) còn khiến cho thành phan NRR thay đổi rất lớn gây ảnh hưởng mạnh đến hiệu quả xử lý NRR
NRR phát sinh từ hoạt động của BCL là một trong những nguồn gây ô nhiễm lớn nhất đến mơi trường Nó bốc mùi hôi nặng nề lan tỏa nhiều kilomet, NRR có thể ngẫm xuyên qua
mặt đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm và dễ dàng gây ô nhiễm nguồn nước mặt vì nồng độ
các chất ô nhiễm có trong đó rất cao và lưu lượng đáng kể Cũng như nhiều loại nước thải
khác, thành phần (pH, độ kiêm, COD, BOD, NH¿, SO¿, ) và tính chất (khả năng phân hủy sinh học hiếu khí, kị khí, ) của NRR phát sinh từ các BCL là một trong những thông số
quan trọng dùng để xác định công nghệ xử lý, tính tốn thiết kế các cơng trình đơn vị, lựa
chọn thiết bị, xác định liều lượng hoá chất tối ưu và xây dựng quy trình vận hành thích hợp Thành phần NRR của một số BCL tại thành phố Hồ Chí Minh được trình bày trong Bảng! 3
Bảng 1.3 Thành phần nước rỉ rác của một số BCL tại Thành phố Hồ Chí Minh
Trang 11
CHỈ TIÊU Gò Cát Phước Hiệp Nam Bình Dương NRR | NRR | NRR [NRRcũ| NRRmới | NRR cũ
Thời gian | ĐƠNVỊI | mới cũ mới | 4/03- | 2/4/2002 | 8,11/200
Trang 13(Nguồn: CENTENMA, 2002) Số liệu phân tích thành phần NRR cho thấy NRR mới tại 3 BCL đều có tính chất giống
nhau là có nồng độ COD cao có thê lên đến trén 50000 mO,/L, ti 16 BOD;/COD cao trong
khoảng 0.5 — 0.9; nồng độ NH; không cao và giá trị pH thấp Tuy nhiên, chỉ sau một thời
gian ngăn vận hành nồng độ COD, BOD giảm rất đáng kể, tỉ lệ BODz/COD thấp, nồng độ
NH¿' tăng lên đáng kể và giá trị pH tăng
Kết quả phân tích cũng cho thấy sự khác biệt giữa thành phần NRR tại hai BCL Đa
Phước và Phước Hiệp, sau hơn 5 năm vận hành BCL Đa Phước nồng độ COD trong NRR
vẫn còn khá cao, trung bình dao động trong khoảng 20000 — 25000mgO//L, tỉ lệ BODz/COD dao động trong khoảng 0.45 — 0.50; với nồng độ NHạ cao nhất lên đến > 2000mg/1, giá trị pH lớn hơn 7.3 Trong khi đó BCL Phước Hiệp hoàn toàn khác biệt, chỉ sau gần một năm
vận hành nồng độ COD giảm còn rất thấp trung bình dao động trong khoảng 2000 — 3000
mgOz/L, cao nhất đạt đến 6000 mgOzL, tỉ lệ BOD;/COD thấp dao động trong khoảng 0.L5 - 0.30, nồng độ NH; tăng lên trên 1000mg/L theo thời gian vận hành và giá trị pH lớn 8.0 Giải thích sự khác biệt số liệu giữa hai BCL là do qui trình vận hành của mỗi BCL và hệ
thống thu gom NRR ở BCL Phước Hiệp và BCL Đa Phước cũng khác nhau nên dẫn đến
thành phần các chất ô nhiễm trong NRR ở 2 BCL cũng khác nhau
Nhìn chung thành phần BCL mới của BCL ở Việt Nam cũng tương tự như trên thế ĐIỚI,
hàm lượng chất hữu cơ cao trong giai đoạn đầu (COD: 45000 mgOz/L, BOD: 30000 mgOz/L) và giảm dần theo thời gian vận hành của BCL, các hợp chất hữu cơ khó hoặc khơng có khả năng phân hủy sinh học tích lũy và tăng dần theo thời gian vận hành Khi thời gian vận hành BCL càng lâu hàm lượng amonium càng cao.Giá trị pH của NRR cũ cao hơn hơn NRR mới
Trang 14
Hình 5 Bãi chơn lấp chất thải rắn Gò Cát TP HCM
1.3 Tính chất nước rỉ rác của bãi chôn lấp chất thải rắn Nam Bình Dương
% Bãi chơn lấp: có diện tích khoảng 50ha
BCL dam bảo các yêu cầu của BCL hợp vệ sinh như: lót lớp chống thắm HDPE, cát, sỏi và đất ở trên, có hệ thống xử lý NRR ( đưa vào hệ thống năm 201 1), đảm bảo xử lý triệt
để nguồn ô nhiễm
Hiện nay, trung bình mỗi ngày, BCL tiếp nhận 800 tấn rác sinh hoạt, § tấn rác công
nghiệp và nguy hại
Đề theo dõi sự thay đôi thành phần NRR của BCL nam Bình Bương mẫu nước rỉ rác được
lay tại ô chôn lấp số 2 trong những khoảng thời gian xác định trong suốt quá trình vận hành cua BCL
Trang 15“Tông quan nha may xu ly TIIƯỚC ri rac
Hình 6 Nhà máy xử lý nước rỷ rác tại khu liên hiệp xu ly CTR Nam Binh Duong
Bảng 1.4 Thanh phần nước rỉ rác của BCL Nam Bình Dương biến thiên theo mùa
STT j Chủởa | ĐơnM | “Sếnuớnl) | l2đếntháng
1 pH - 7.9 — 8.08 7.9 —8.19 2 TDS g/l 8.00 — 9.24 12.1— 14.5 3 COD mgO,/L 5105 — 31950 6621 — 59750 4 BOD; mgO,/L 3340 — 25120 5150 — 48000 5 N-NH; mg/L 2189 — 2520 2058 — 2660 6 Phospho tông mg/L 17— 25 31—37
Kết quả trên cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm vào mùa mua va mua nang không
khác nhau nhiêu vì trong quy trình vận hành BCL thì sau khi qua cầu cân, rác sẽ được đỗ tại sàn trung chuyên, công trường sẽ điều tiết và vận chuyển rác vào ô chôn rác đã được lót đáy bằng tắm nhựa HDPE Tại các ô chôn lấp, rác sẽ được san phẳng bằng xe ủi và
được đầm nén kỹ Khi chiều dày lớp rác đạt đến chiều cao 2.2m thì sẽ phủ lớp đất lên
trên bề mặt rác, cuối cùng là phủ một lớp nhựa PE để hạn chế mùi hôi và tránh nước mưa
Trang 16xâm nhập vào Vì vậy mà thành phân nước rỉ rác của BCL Nam Bình Dương giữa mùa mua va mua nang tai thoi diém lây mầu không khác nhau nhiêu
IN, Cac phuong phap xt ly nic ri rac 11 Phương pháp xử lý cơ học chất thải rắn
Các cơng trình xử lý cơ học được áp dụng rộng rãi là: song/ lưới chắn rác, thiết bị
nghiền rác, bê điều hoà, khuẫy trộn, bề lắng, bê tuyên noi Mỗi cơng trình được áp dụng đối với từng nhiệm vụ cụ thể
- Uudiém:
+ Đơn giản, dễ sử dụng và quản lý
+ Rẻ, các thiết bị dễ kiếm
+ Hiệu quả xử lý sơ bộ nước thải tốt
- - Nhược điểm;
+ Chỉ hiệu quả đối với các chất không tan
+ Không tạo được kết tủa đối với các chất lơ lửng
1.2 Phương pháp xử lý hóa — lý
Phương pháp này dùng để tách các chất hữu cơ, các tạp chất bằng cách cho hóa chất
vào nước thải để xử lý Các q trình hóa lý điễn ra giữa các chất bân với hóa chất cho thêm vào Các cơng trình xử lý hóa — lý thường được sử dụng là: hấp phụ, keo tụ, tuyển
nổi, trao đổi ion, tách bằng màng
- Ưu điểm;
+ Tạo được kết tủa với các chất lơ lửng
+ Loại bỏ được các tạp chất nhẹ hơn nước
+ Đơn giản, dễ sử dụng
- Nhược điểm:
+ Chí phí hóa chất cao (đối với một số trường hợp)
+ Không hiệu quả với các chất hòa tan
13 Phương pháp xử lý sinh học
Nguyên lý của phương pháp này là dựa vào hoạt động sống của các loài vi sinh vật sử dụng các chất có trong nước thải như Photpho, nitơ và các nguyên tô vi lượng làm nguồn dinh dưỡng để phân huỷ các phân tử của các chất hữu cơ có mạch cabon dài thành các
Trang 17phân tử đơn giản hơn và sản phẩm cuối cùng là CO; và HạO (hiếu khí); CH, va CO; (ki khí) Qúa trình xử lý sinh học có thể được thực hiện trong 2 điều kiện hiếu khí hoặc kị khí
- Uu điểm:
+ Hiệu quả cao, ôn định về tính sinh hoc
+ Nguồn nguyên liệu dễ kiếm, hâu như là có sẵn trong tự nhiên
+ Thân thiện với môi trường
+ Chi phí xử lý thấp
+ Ít tốn điện năng và hoá chất
+ Thường không gây ra chất ô nhiễm thứ cấp
- - Nhược điểm:
+ Thời gian xử lý lâu và phải hoạt động liên tục,chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ,
ánh sáng, pH, DO, hàm lượng các chất dinh dưỡng, các chất độc hại khác
+ Chịu ảnh hưởng nhiều của điều kiện thời tiết, do đó việc vận hành và quản lý khó, hầu như chỉ sử dụng ở giai đoạn xử lý bậc 2, 3
+ Hiệu quả xử lý không cao khi trong nước thải chứa nhiều thành phần khác
nhau
+ Hạn chế khi thành phần nước đâu vào biến động trong một dải rộng
+ Yêu cầu diện tích khá lớn để xây dựng các cơng trình + Phương pháp này hạn chế đối với nước thải có độc
1.4 Phương pháp xử lý hoá học
Phương pháp hoá học sử dụng các phản ứng hoá học để xử lý nước thải Các cơng
trình xử lý hoá học thường kết hợp với các công trình xử lý lý học Các cơng trình
thường được áp dụng là: trung hòa, khử trùng, oxi hóa bậc cao
- Ưu điểm:
+ Các hoá chât dễ kiêm
+ Dễ sử dụng và quản lý
+ Không gian xử lý nhỏ
Trang 18- Nhược điểm
+ Chi phi hoa chat cao
+ Có khả năng tạo ra một sô chât 6 nhiém thir cap HI Một số công nghệ xử lý nước rỉ rác biện nay
11 Công nghệ xứ lý nước rỉ rác trên thế giới s* Đức
Một trong những công nghệ xử lý NRR của Đức được tham khảo là công nghệ kết hợp giữa 3 quá trình: sinh học, cơ học và hóa học Bước đầu tiên trong công nghệ xử lý
là áp dụng các quá trình nitrat hóa và khử nitrat để loại bỏ nitơ, bên cạnh đó bể lắng được áp dụng với mục đích lắng các bơng cặn từ q trình sinh học và để giảm ảnh hưởng của chất rắn lơ lửng đến quá trình oxy hóa bằng ozone bề lọc được áp dụng để loại bỏ một
phần độ màu của NRR và xử lý triệt để cặn lơ lửng Phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh
học còn lại sau quá trình khử nitơ được oxy hóa với ozone nhằm cắt mạch các chất hữu
cơ khó phân hủy sinh học thành các chất có khả năng phân hủy sinh học làm tăng hiệu
quả xử lý cho quá trình sinh học phía sau và khống hóa một phân chất hữu cơ tạo thành CO; và H;O Sau bể oxy hóa bằng ozone các thành phần hữu cơ có khả năng phân hủy
sinh học được tiếp tục loại bỏ trong bê tiếp xúc sinh học quay Bề lọc là bước cuối cùng của dây chuyền xử lý với mục đích loại bỏ các cặn lơ lửng từ bề tiếp xúc sinh học quay, sơ đồ công nghệ xử lý NRR ở miền Bắc nước Đức được trình bày trong Hình 7 Với quy
trình xử lý trên các thành phân ô nhiễm chính trong NRR như COD, NH¿ sau quá trình
xử lý đạt tiêu chuẩn xả vào nguồn tiếp nhận
Bang 1.5 Nông độ nước rỉ rắc trước và sau xử lý và giới hạn cho phép xả vào nguôn tiêp nhận theo tiêu chuân của Đức đơi với nước rÍ rác
Thông |J Đâu Sau khử Sauoxy | Sau xử lý sinh | Nông độ giới
Z Don vi ` ,
sô vào Nitrat hóa học hạn
COD | mg/L | 2600 900 130 70 200 NH, | mg/L | 1100 0.3 - - 70
(Nguon: ATV 7.2.26, Anonymus 1996)
Trang 19Nitrat hoa Khử nitrat Lắng Lọc
Oxy hóa với Ozone
Bê tiêp xúc sinh học
Nguồn tiếp nhận
Hình 7 Cơng nghệ xử lÿ nước rỉ rác của Đức
Tuy nhiên, công nghệ được áp dụng có chi phí vận hành cao do sử dụng ozone và công đoạn nitrate hóa và khử mitrate địi hỏi năng lượng cao
s* Hàn Quốc
Công nghệ xử lý NRR của một số BCL ở Hàn Quốc cũng giống như ở Đức là áp dụng
quá trình sinh học (kị khí, nitrate hố và khử mitrate) và quá trình xử lý hóa lý (keo tụ hai
giai đoạn được ứng dụng nhằm loại bỏ các chất hữu cơ khó/khơng có khả năng phân hủy
sinh học) Sơ đồ công nghệ xử lý NRR tại BCL Sudokwon Hàn Quốc, công suất 3500 — 7500m/ngày được trình bày trong Hình 8
Trang 20Bê ôn định
Thiết bị phân hủy ky khí
Nitrat hoa Khử nitrat Bề keo tụ I Bề keo tụ 2 Nước rỉ rác sau xử lý
(Nguon: Jong-Choul Won et al., 2004)
Hình 8: Cơng nghệ xử lý nước rỉ rác tại BCL Sudokwon, Hàn Quốc
Công nghệ xử lý NRR ở Hàn Quốc bao gồm hai cơng trình chính: quá trình xử lý sinh
học (quá trình phân hủy sinh học ki khí và quá trình khử nitơ) và quá trình hóa lý Trong giai
đoạn đầu vận hành BCL (1992) quá trình phân hủy kị khí là một cơng đoạn cân thiết để xử
lý các chất hữu cơ có nồng độ cao như nước rỉ rác phát sinh trong giai đoạn đầu vận hành
BCL, đến năm 2004, do sự giảm tải trọng chất hữu cơ sau 12 năm hoạt động (1992-2004)
nên hiện tại quá trình phân hủy kị khí được thay thế bằng quá trình sinh học bùn hoạt tính lơ
lửng
Trang 21Q trình hóa lý là bước thứ hai được thực hiện tiếp theo sau quá trình sinh học để được
xử lý triệt đê các thành phần ô nhiễm trong NRR, quá trình xử lý hóa lý bao gồm hai bậc với sử dụng hóa chất keo tụ là FeSOx Thành phan chat 6 nhiém trong BCL tai BCL Sudokwon Hàn Quốc cho thấy nồng độ COD đầu vào trạm xử lý không cao
Bảng 1.6 Nông độ các chất ô nhiễm trước và sau xử lý
Thông số Trước xử lý Sau xử lý
COD (mg/L) 2200 — 3600 220 — 300 BOD (mg/L) 700 — 1600 - Nito tong (mg/L) 1300 — 2000 54 — 240 N-NH4+ (mg/L) 1200 — 1800 1-20 Độ màu - 171
(Nguon: Jong-Choul Won et al., 2004)
Với tính chất NRR của BCL Hàn Quốc có tỉ lệ BOD/COD khoảng 0.3 — 0.4; Hàn Quốc
cũng đã áp dụng phương pháp sinh học kết hợp hóa lý để xử lý chất hữu cơ và nitơ có trong NRR Kết quả cho thay bê oxy hóa amonium hoạt động rất hiệu quả, nồng độ ammonium
được xử lý đến 99% (N-NH¿Ÿ đầu ra dao động khoảng 1 — 20mg/L), tuy nhiên tổng nitơ đầu
ra có khi lên đến 240mg/L Kết quả chứng minh răng với nồng độ ammonium cao
(2000mg/L) thì phương pháp khử nitơ bằng phương pháp truyền thống không đạt hiệu quả
cao là do sự ức chế của các vi khuân nitrosomonas và nitrobacter
Nông độ COD đầu ra cao có thê được giải thích rằng một số hợp chất hữu cơ khó/khơng
phân hủy sinh học như axít fulvic vẫn không thể khử được bằng quá trình keo tụ
Tóm lại, quy trình cơng nghệ xử lý NRR của các nước trên thế giới đều kết hợp các quá
trình sinh học, hóa học và hóa lý, hầu hết các công nghệ xử lý đều bắt đầu xử lý nitơ bằng
phương pháp cô điển (nitrate hóa và khử nitrate), tuy nhiên với nồng độ nitơ cao (2000mg/L) thì phương pháp này cũng bị hạn chế Tùy thuộc vào thành phần nước NRRri rác cũng như
tiêu chuẩn xả thải mà quy trình xử lý tiếp theo được thay đối với việc áp dụng quá trình cơ
học (màng lọc), hóa lý (keo tụ/ tạo bông) và oxy hóa nâng cao (Fenton, ozone, )
Trang 221.2 Cong nghệ xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam
BCL là phương pháp xử lý chất thải rắn sinh hoạt thích hợp nhất đang được áp dụng ở Việt Nam đo chỉ phí thấp, dễ vận hành và cũng là phương pháp chủ yếu để giải quyết vấn đề
xử lý chất thải rắn tại nước ta Tuy nhiên, phương pháp này đã gây ra những ảnh hưởng tất lớn đối với môi trường như hoạt động của các xe vận chuyền rác gây ra bụi, rung và tiếng
ồn, khí rác, mùi, đặc biệt là nước rỉ rác là nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm môi trường của các BCL hiện nay Công nghệ xử lý NRR ở Việt Nam hiện nay bộc lộ rất nhiều nhược điểm
nguyên nhân là do:
— Thiết kế hệ thống thu gom NRR chưa tối ưu
— Quy trinh van hanh BCL
— Thành phần chất thải rắn sinh hoạt và chất thải rắn đô thị đưa vào BCL
— Sự thay đổi nhanh của nồng độ chất ơ nhiễm có trong NRR
— Nhiệt độ cao do Việt Nam nam trong khu vực nhiệt đới — Giá thành xử lý bị khống chế
— Giới hạn về chi phí đầu tư
Một số công nghệ xử lý NRR được coi là điển hình hiện đang áp dụng tại các BCL Nam Sơn (Hà Nội), Gò Cát, Phước Hiệp (thành phố Hồ Chí Minh) và mới đây nhất là BCL của khu liên hợp xử lý chất thải rắn Nam Bình Dương được liệt kê đưới đây:
1.2.1 Trạm xứ lý nước rỉ rác Bãi chôn lắp Nam Sơn (Hà Nội)
Trạm xử lý NRR được đưa vào vận hành sau khi BCL đã hoạt động gần một năm (1999) với công suất 500 - 700m /ngày.đêm Sơ đồ dây chuyền công nghệ của trạm xử lý NRR BCL Nam Sơn trong giai đoạn đầu được trình bày trong Hình 9
Trang 23Ngăn thu nước Trạm bơm Bề UASB Bé thơi khí Bẻ lắng Hô sinh vật Nguồn tiếp nhận
Hình 9: Sơ đơ dây chuyên công nghệ ban đâu của trạm xử lÿ nước rỉ rác Nam Son
Trong sơ đồ dây chuyên công nghệ này, bề UASB là cơng trình quan trọng nhất có khả năng tiếp nhận nước thải với nồng độ và tải trọng rất cao (COD = 50000 mg/L và L = 50 —
80 kgCOD/mỶ.ngđ) Bê thổi khí và hồ sinh vật có nhiệm vụ giảm nồng độ chất hữu cơ và
Trang 24hoạt động khá tốt, các quan sát cho thấy lượng khí sinh ra khá lớn, hiệu quả xử lý đạt đến 70-80% Tuy nhiên sau một thời gian ngắn, hiệu quả xử lý của UASB giảm đáng ké va tram xử lý đã phải ngừng hoạt động sau 8 tháng vận hành Cho đến nay, để khắc phục tình trạng
trên, công nghệ xử lý NRR tại BCL Nam Sơn đã được cải tạo và xây dựng mới với sơ đồ
cơng nghệ được trình bày trong Hình 10
Sục khí HạO;+ FeSO, PAC+NaOH — —-——— Than hoạt tính Na(OC]); DH11MT Hồ sinh hoc
Song chăn rac
Trang 25Hình 10: Công nghệ xử lÿ nước rỉ rác cải tiễn tại bãi chôn lấp
Nam Sơn 1IOHE SƯ UU Cong ng wen ¡x<KR được bơm trực tiêp từ các hô thu nước lên hô sinh học, , , ›
hồ sinh học có chức năng như bể điều hòa va xử lý một phần chất hữu cơ Với nồng độ
ammonium cao trong NRR sẽ ảnh hưởng đến các công đoạn sinh học phía sau nên bước khử
nitơ đuợc áp dụng Phương pháp xử lý nitơ được áp dụng là phương pháp đuổi khi (air
stripping) voi bé sung voi nham muc dich nang pH của nước rỉ rác lên 10 —12 để tăng cường chuyên hoa NH,’ sang NH3 Với nồng độ ammonium lớn hơn 1.000mg/L thì phương pháp xử lý nifơ bằng phương pháp truyền thống không cho hiệu quả cao nhưng đối với việc ấp
dụng quá trình air stripping sé co higu qua hon Sau quá trình air stripping NRR được chỉnh pH (6.5 + 7.5) trước khi vào hệ thống xử lý sinh học bằng quá bùn hoạt tính lơ lửng dạng
mẻ, trong quá trình này các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học sẽ được khử và ammonium còn lại sau quá trình air stripping cũng được khử triệt để hơn trong giai đoạn
này Kế tiếp NRR lại được xử lý bằng hệ thống UASB đây là cơng trình xử lý chất hữu cơ với tải lượng chất hữu cơ cao, đây chính là điểm khơng hợp lý của công nghệ xử lý vì với nồng độ COD đầu vào thấp và phần chủ yếu là các hợp chất hữu cơ khó/khơng có khả năng
phân hủy sinh học thì áp dụng UASB sẽ khơng có hiệu quả Các hợp chất hữu cơ khó/khơng phân hủy sinh học được khử bằng quá trình oxy hóa bậc cao (hệ Fenton) Sau bước Fenton quá trình keo tụ/tạo bơng kết hợp lắng với chất keo tụ là PAC và chỉnh pH về ngưỡng tỗi ưu
được thực hiện trong bể Semultech Với quá trình Fenton và keo tụ các hợp chất hữu cơ khó
phân hủy được loại bỏ một phần mà chủ yếu là axít humic Các chất hữu cơ khó phân hữu cịn lại trong NRR chủ yếu là axít fulvic được xử lý triệt để bằng quá trình hấp phụ sử dụng
than hoạt tính, sau bước này NRR được khử trùng trước khi thải vào nguôn tiếp nhận, thành
phần NRR sau hệ thống xử lý tại BCL Nam Sơn — Hà Nội được trình bày trong Bang 1.7 Bảng 1.7: Thành phần NRR sau hệ thống xử lý tại BCL Nam Sơn — Hà Nội
Trang 26
5 Phospho tông mg/L 0.02 — 0.4 6 6 N-NH; mg/L 0.15 — 0.3 1 7 Nitơ tông mg/L 17-31 60 8 Độ màu Pt-Co 19—20 - 9 As mg/L 0.001 — 0.008 0.1 10 Ca“” mg/L 16— 20 - 11 Fe” mg/L 1.2-1.8 - 12 Fe” mg/L 0.6 — 1.0 - 13 Sắt tông mg/L 1.8—2.8 5 14 Cu mg/L 0.14 — 0.2 1 15 Pb mg/L 0.011 — 0.04 0.5 l6 Cd mg/L 0.005 — 0.007 0.02 17 Zn mg/L 0.91 —0.98 2 18 Mn mg/L 0.04 —0.16 1 19 Hg mg/L 0.001 0.005 20 Cl, mg/L 0.70 — 1.67 2 21 Coliform MPN/100ml 1950 10000
(Nguồn: Công ty cô phân kỹ thuật SEEN 01/2006) 1.2.2 Công nghệ xứ lý nước rỉ rác tại Bãi chơn lắp Gị Cát
BCL Gị Cát có diện tích 25 ha với vốn đầu tư lên đến 22 triệu USD được xây dựng theo tiêu chuẩn cao hơn (tiêu chuẩn của BCL vệ sinh hiện đại), thời gian họat động của BCL Gò Cát từ năm 2001 đến 2006 Hệ thống xử lý NRR tại BCL Gò Cát được xây dựng với công suất 400m/ngày đêm Sơ đồ dây chuyển xử lý NRR BCL Gị Cát theo cơng nghệ của Hà
Lan được trình bày tóm tắt trong Hình 11
Trang 27Trạm bơm
Bê lên men kị khí (1.000m”)
Bé loc ap luc (17,8m°/h)
Thiét bi loc mang UF
Bé théi khi
Nguồn tiếp nhận
Hình 11: Sơ đơ dây chuyên công nghệ ban đầu của trạm xử lÿ nước rỉ rác Gò Cát
Với dây chuyền công nghệ trên, trong giai đoạn đầu vận hành BCL NRR đã bị pha loãng bởi nước mưa và đã bị phân hủy sinh học (nồng độ COD chỉ còn trên dưới 1000 mg/L) cho thấy kết quả rất tốt, nồng độ COD còn lại khoảng 17-32 mg/L, các thành phần khác đều đạt
Nhung khi BCL hoạt động với công suất 2000 tắn/ngày và lượng NRR sinh ra có nồng độ
COD lên đến 50000-60000 mg/L, thì hiệu quả xử lý chỉ còn trên đưới 50%, nồng độ COD của NRR sau khi xử lý còn hơn 20000 mg/L, thời gian hoạt động và công suất của thiết bị
UF giảm đáng kẻ, thời gian hoạt động giảm từ 24 — 48h còn 2 — 3h và lưu lượng giảm từ
17.8 m’/h còn 8-9 m”⁄h
Trang 28Sau đó tồn bộ hệ thống đã phải ngưng hoạt động và yêu cầu tư vấn Hà Lan hiệu chỉnh
lại
Với hiệu quả xử lý thấp, hệ thống xử lý NRR được thiết kế và xây dựng lại với sơ đồ
cơng nghệ được trình bày trong Hình 12
Bề khuấy trộn Khử Ca UASB Tiền khử Nitơ Bê hiệu khí Hậu khử Nitơ Bé lang Bê chứa FcCl3 Xử lý hoá lý H2SO4 Bề lọc cát Màng lọc nano Nguồn tiếp nhận
Hình 12: Cơng nghệ xử lý nước rỉ rác cải tiễn tại bãi chơn lấp Gị Cát
Trang 29Công nghệ xử lý được áp dụng bao gồm quá trình sinh học kết hợp hóa lý và chức năng
của môi cơng trình chính như sau:
— Khử Canxi: loại bỏ hàm lượng Canxi có trong NRR để tránh hiện tượng bêtơng hố trong bê UASB
— UASB: ứng dụng với mục đích xử lý các hợp chất hữu cơ với tải trọng cao
—_ Tiền hiếu khí, và khử Nitơ: đây là các q trình chính để xử lý các hợp chất nitơ
— Hóa lý (keo tụ): khử các hợp chất hữu cơ khó/khơng có khả năng phân hủy sinh hoc nhu humic, lignin
— Lọc màng Nano: xử lý các hợp chất hữu cơ còn lại sau q trình hóa lý
Bang 1.8 Thành phần nước rỉ rác BCL Gò Cát trước và sau xử lý (mẫu lấy ngày
31/8/06) TCVN
Thôn a “Rt UASB | Tién Hau Loc ~¬
Stt Ấ Š vt „ khử | Aeroten khử Lang ° 1995
sô rác nito nito nano os
Trang 30it
10 | Nite | met | 1568| tong - - 40
Photpho 11 mg/L| 5.6 7.8 7.8 7.5 10.8 8.7 0 - tong a3 Pt- 12 | DO mau 6650 - - - - - 22 6 Co 13 | Độ đục | FAU | 1200 - - - - - 3 50
1.2.3 Công nghệ xứ lý nước rỉ rác tại bãi chôn lấp chất thải rắn Nam Bình Dương
‹ ww Nhà máy xử lý NRR: theo thiết kế, hệ thơng xử lý NRR có công suất 480 m3/ngày NRR được đưa về nhà máy xử lý bằng hệ thống đường ống, và tập trung NRR tại bể điều hịa
Đưa vơi vào trong nước đề nâng pH lên 10-11
Nước từ bể điều hòa sẽ được dẫn qua bề lăng vôi> bề xử lý - tháp Stripping ( tại nhà máy hiện có 3 bể Stripping) Tại đây, hệ thống quạt thôi khí vào trong bề, khử Canxi
và giảm pH xuống 9 Châm thêm acid sunfuric và đi tới quá trình xử lý sinh học
Sau xử lý sinh học xử lý hóa lý (thêm Fe (IID), polime), do pH, dé lang bun> bê
lắng thứ cấp.tại đây, nước được khử trùng bằng Javen rồi nâng pH lên >I1 (NH4+>
NH3)
Sau bê lắng thứ cấp cụm bể Fenton: phan img Oxy hóa bậc cao để bẻ gãy mạch
Cacbon trong môi trường pH từ 2 - 4, châm thêm H2O2 và Fe(II> bể lọc cát (khử
trùng bằng Javen tiếp nếu 1 lần không đủ)> hồ sinh học
Trang 31
Hình 13: Một số cơng trình xử lÿ nước rỉ rác ở Nam Bình Dương
ia ae
— etl
: Hinh 14: Nước rỉ rác sau khi xử lý ở Nam Bình Dương
ITƯ Vai trò của phương pháp oxy hóa bậc cao trong qHá trình xử lý nước rỉ rác
Trong thời gian gần đây đã có nhiều nỗ lực để giảm thiêu lượng và tính độc của NRR, xử lý sinh học được xem là sự lựa chọn kinh tế nhất so với các phương pháp khác Tuy nhiên đối với NRR chứa các chất hữu cơ độc hại và khó phân hủy sinh học thì phương pháp này lại
tỏ ra không hiệu quả
Ơxi hóa nâng cao (AOPs- Advanced Oxidation Processes) là những phương pháp tạo ra một lượng lớn các chất trung gian có hoạt tính cao, trong đó quan trọng nhất là các gốc
hydroxyl co kha nang ơxi hóa hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ Trong AOPs thì quá trình Fenton và các quá trình kiểu Fenton (Fenton- like processes) được biết đến là phương pháp hiệu quả và không quá đắt cho quá trình làm sạch nước rỉ rác
Vai trị của q trình oxy hóa này trong các cơng trình xử lý bao gồm:
- _ Biến đổi chất khó phân hủy bằng vi sinh thành chất dễ phân hủy do thay đổi cẫu trúc
liên kết của các hợp chất này
- _ Biến đôi các chất không thê phân hủy hay độc hại thành chất có thể phân hủy được do
thay đôi cấu trúc liên kết, hoặc thành phần của các hợp chất này, biến chúng thành
các hợp chất ít hoặc khơng còn gây độc hại
- _ Oxy hóa triệt để, biến các hợp chất cacbon hữu cơ thành CO¿
Trang 32I Sơ lược về UV va qua trinh Fenton
1.1 Anh sang ti ngoai_UV (Ultraviolet Light)
Tất cả các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng đều dựa vào năng
lượng của các bức xạ tử ngoại hay bức xạ UV (Ultraviolet radiation - UV) Bức xạ UV
được xác định như một bức xạ điện từ có bước sóng nằm giữa 100 và 400 nm, đó là
miền năm giữa miền tia X và miền ánh sang kha kiến Phố bức xạ điện từ của UV được
phân chia các thành phần đặc trưng theo bước sóng như sau (Phillipins, 1983): UVA
(340 đến 315 nm), UVB (315 đến 280 nm), UVC (280 đến 200 nm) và UVV (vacuum UV- UV trong chân không) từ 200 đến 100 nm
Tùy theo bước sóng của các tia tử ngoại, sẽ xác định được tương ứng các mức năng lượng khác nhau được sử dụng cho từng trường hợp cụ thê của q trình oxy hóa nâng
cao nhờ tác nhân ảnh sáng tử ngoại
Có 2 nguồn UV là: nguồn UV thiên nhiên (bức xạ mặt trời) và nguồn UV nhân tạo (các đèn UV)
1.2 Quá trình Fenton đồng thé
- Hệ tác nhân Fenton cổ điển là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị 2 (thường dùng muỗi FeSO¿) và hydro peroxit H;O;, chúng tác dụng với nhau sinh ra gốc tự do hydroxyl
*OH, cịn Fe”” bị oxi hóa thành Fe”” theo phản ứng:
Fe” + H;O; Fe” + *OH + OH
- Phản ứng Fenton đã tiếp tục được nhiên cứu bởi rất nhiều tác giả sau này Các nghiên cứu đã cho thấy ngoài phản ứng trên là phản ứng chính thì trong q trình Fenton cịn có xảy ra các phản ứng khác Tổng hợp lại bao gồm:
Fe”” + H;O; Fe” + *OH + OH (1)
Fe” + HạO; Fe” + *HO; + HỈ (2)
*OH + Fe” OH + Fe” (3)
*OH + H;O H,O + *HO, (4)
Fe’ + *HO, Fe’ + HO, (5)
Fe” + *HO; Fe” + O; + H (6)
*HO; + *HO; HO; + O; (7)
- Theo các tác giả trên thì gốc tự do *OH sinh ra có kha năng phản ứng với Fe”” và H;O; theo các phản ứng (3) và (4) nhưng quan trọng nhất là khả năng phản ứng với
nhiều chất hữu cơ (RH) tạo thành các gốc hữu cơ có khả năng phản ứng cao, từ đó sẽ
phát triển tiếp tục theo kiểu dây chuỗi:
*OH + RH H,O + *R oxy hóa tiếp các chất khác (8)
Trang 33- Tuy cơ chế hình thành gốc hydroxyl van con nhiéu tranh cãi, tuyệt đại đa số đều nhất
trí cao với cơ chế quá trình Fenton xảy ra theo các phản ứng (1) — (7) nêu trên và thừa
nhận vai trò của gốc hydroxyl tạo trong quá trình này (Neyens và Baeyens, 2003) 1.3 Quá trình Fenton dị thể
Nhược điểm chủ yếu của quá trình Fenton đồng thê là phải thực hiện ở pH thấp, sau đó
phải nâng pH của nước thải sau xử lý lên > 7 bằng nước vôi hoặc dung dịch kiêm nhằm
chuyên các ion Fe” vừa hình thành từ chuỗi phản ứng trên sang dạng keo Fe(OH); kết tủa Lượng kết tủa này được tách khỏi nước nhờ quá trình lắng hoặc lọc, kết quả là tạo ra một
lượng bùn sắt kết tủa khá lớn Để khắc phục nhược điểm trên, đã có nhiều cơng trình nghiên
cứu thay thế xúc tác sắt dạng dung dich (mudi sat) bằng quặng sắt Gocthite (a-FeOOH), cát
có chứa sắt hoặc sắt trên các loại chất mang khác nhau như Fe/S1Oa, Fe/T1O;, Fe/than hoạt tinh, Fe/Zeolite (Lin va Gurol, 1996; Ravikumar va Gurol, 1994) Quá trình này xảy ra
cũng giống như quá trình Fenton đã đề cập ở trên nên gọi là quá trinh kiéu Feonton di thể Cơ chế quá trình di thể kiểu như Fenton xảy ra với H;O; trên quặng sắt loại Goethitc (ơ-FeOOH) có thê xảy ra theo cơ chế đơn giản nhất như sau (Lu, 2000):
- - Phản ứng Fenton được khởi đầu bang viéc sinh ra Fe” nhờ sự có mặt của HO; xảy ra hiện tượng khử - hòa tan Gocthite:
ơ-FeOOHf) + 2H” + “H;O; Fe”” + ⁄2 O; + 2H;O (9)
- Sau do, xảy ra sự tái kết tủa Fe?” về Goethite:
Fe’* + H,O, Fe” + *OH + OH (1)
Fe’ + H,O + OH ơ-FeOOH@) + 2H” (10)
Theo cơ chế trên, trên khía cạnh nào đó thì q trình dị thể cũng tương tự như quá trình
Fenton đồng thê với khởi đầu là xảy ra sự khử và hòa tan Fe”` vào dung dịch
1.4 Qua trinh quang Fenton
Phản ứng Fenton là phản ứng phân hủy H;O; dưới tác dụng xúc tác của Fe””:
Fe’ + HạO; Fe + *OH + OH (1)
Gốc *OH tạo ra có thể tác dụng với các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước đề phân hủy,
khống hóa chúng, hoặc cũng có thể tác dụng lại với ion Fe”" để tạo Fe””:
*OH + Fe” OH + Fe” (3)
Trang 34Mặt khác, sự phân hủy H;O; cũng có thể xảy ra dưới tác dụng xúc tác của Fe”” theo phản ứng:
Fe” + H;ạO; Fe’ + *HO, + H” (2)
Phản ứng (2) dan đến sự tạo thành Fe2+ nên lại tiếp tuc xay ra phan tng Fenton (1) Tuy
nhiên vì hằng số tốc độ phản ứng (2) rất thấp so với tốc độ phản ứng (1), nên quá trình phân hủy HO; chủ yếu do phản ứng (1) thực hiện Vì thế trong thực tế, phản ứng (1) xảy ra với
tốc độ chậm dẫn sau khi toàn bộ Fe” đã sử dụng hết và chuyên thành Fe””
Các nghiên cứu có liên quan được tiến hành trong khoảng 2 thập kỉ trở lại đây đều cho thấy tốc độ phản ứng (1) và thậm chí cả phản ứng (2), nếu được thực hiện với sự có mặt của ánh sáng thuộc vùng tử ngoại (UV) và lân cận tử ngoại với khả kiến (UV-VIS) đều được nâng cao rõ rệt và nhờ đó có thể khống hóa dễ dàng các chất ô nhiễm hữu cơ, thậm chí cả
những chất hữu cơ khó phân hủy như các loại thuốc trừ sâu hay các chất diệt cỏ Quá trình
này được gọi là quá trình quang Fenton, thực chất là quá trình Fenton được nâng cao nhờ bức xạ của các photon ánh sáng
Bản chất của hiện tượng trên là ở pH thấp (pH < 4), ion Fe”” phần lớn sẽ nằm dưới dang phức [Fe”'(OH)]“” và chính dạng này hấp thu ánh sáng UV trong miễn bước sóng 250 < À.<
400 nm rất mạnh (mạnh hơn hẳn so với ion Fe””) Sự hấp thu bức xạ của [Fe”'(OH)]” trong
dung địch cho phép tạo ra một số gốc hydroxyl *OH phụ thêm:
Fe” + HạO [Fe”(OH)]J7 + H' (11)
[Fe**(OH)]”* + hv Fe’ + *OH (12)
Tiếp theo sau phản ứng (12) sẽ là phản ứng Fenton thông thường đã đề cập ở trên (1)
Như vậy, rõ ràng là nhờ tác dung cua buc xa UV, ion sắt được chuyển hóa từ trạng thái Fe?” sang Fe”” và sau đó ngược lại, từ Fe”” sang Fe” bang qua trinh Fenton thông thường tạo
thành một chu kỳ không dừng Đây chính là điểm khác biệt cơ bản giữa quá trình quang Fenton với quá trình Fenton thơng thường là quá trình bị chậm dần do Fe”' chuyển một chiêu thành Fe”” cho đến khi không còn Fe”” trong dung dịch (Trần Mạnh Trí và Trần Mạnh Trung, 2006)
15 Các yếu tơ ảnh hưởng q trình Fenton và quang Fenton
—_ Ảnh hưởng của độ pH
— _ Ảnh hưởng của nồng độ H;O; và tỉ lệ Fe”” : HạO;
— Ảnh hưởng của các anion vô cơ
— _ Ảnh hưởng của bước sóng bức xạ (đối với quá trình quang Fenton)
Trang 351.6 Ứng dụng của phương pháp Fenton
Quá trình Fenton có ưu việt ở chỗ tác nhân H;O; và muối sắt tương đối rẻ và có sẵn, đồng thời khơng độc hại và dễ vận chuyên, dễ sử dụng trong khi hiệu quả ơxi hóa nâng cao
cao hơn rất nhiễu so với sử dụng H;O; một mình, đồng thời khơng gây ra các chất độc hại hoặc các chất có màu trong quá trình xử lý Áp dụng quá trình Fenton để xử lý nrr có thể dẫn
đến khống hóa hoàn toàn các chất hữu cơ thành CO;, HạO và các ion vơ cơ Nó có thể tiễn hành ở nhiệt độ bình thường và khơng có u cầu nào về ánh sáng Tác nhân này có hiệu quả
rõ ràng, dễ dàng lưu kho và an toàn
Ngày nay phản ứng Fenton được dùng để xử lý các loại chất thải công nghiệp khác nhau, chứa những hợp chất hữu cơ độc hại (phenol, formaldehyde, nước thải dệt nhuộm, thuốc trừ
sâu, chất phụ gia, nước rỉ rác, ) Qúa trình này có thể áp dụng cho nước thải, bùn thải hay
dat ô nhiễm đề:
- Khtr COD, BOD
- Giam tinh doc
- Tang kha nang phan huy sinh hoc - Kho trung
- Khvt màu va mui
Một số ứng dụng điển hình của quá trình Fenton trong xử lý nước thải tại Việt Nam gồm: — Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm
— Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước rỉ rác từ BCL
— Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước thải sản xuất giấy
— Ứng dụng quá trình Fenton trong xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Lr — Vật liệu
- _ Dụng cụ: thùng xốp đựng mẫu nước thải (có đá lạnh để ướp nước thải), chai
nhựa, găng tay, khẩu trang y tế, cốc thủy tính, ống nghiệm, can nhựa PE 10L, 30L và chai nhựa PET 1,5L và một số hóa chất khác, các dụng cụ, máy móc sử dụng phục vụ thí nghiệm,
giấy lọc sợi thủy tính
- Hóa chất:
° Dung dịch H,SO, 10%
¢ Dung dich NaOH 5% ¢ Dung dich FeSO, 1g/l
Trang 36° Dung dich HO; 30%
IT, Phương pháp nghiên cứu
11 Phương pháp luận
Tác nhân chính xử lý nước thải của quá trình quang Fenton là gốc hydroxyl tự do *OH
sinh ra do phản ứng sau:
Fe2* + H202 Fe?’ + OH’ + *OH (1)
Gôc *OH tạo ra có thê tác dụng với các chât ô nhiêm hữu cơ trong nước đê phân hủy,
khoán hoá chúng hoặc cũng có thể tác dụng lại với in Fe" dé oxy hoá thành Fe2”
*OH + Fe2* | Fe?” + OH (2)
Mặt khác, sự phân hủy H2O2 cũng có thê xảy ra theo phản ứng:
Fe? + H2O2 Fe“ + *OH2 +HT (3)
Theo những nghiên cứu gần đây của Pignatcllo, J.J (1992) cho thấy phản ứng (1) và ngay cả phản ứng (3) nếu đặt dưới bức xạ của tia UV hoặc ánh sáng khả kiến đều được nâng ca lên rõ rệt Chính vì lý do này mà chúng có thể khống hóa dễ dàng các chất hữu cơ và chất bân trong nước thải (chúng có thể oxy hoá được cả các chất khó oxy hóa như thuốc trừ sâu, thuốc trừ cỏ).Trong môi trường pH thấp (pH<4), ion Fe2T phân lớn năm
dưới dạng phức [Fe2'(OH) ]“T Chính dạng ion này đã hấp thu rất mạnh tia UV trong
miền bước sóng 250 < A < 400 (nm) so với ion Fe2T Phản ứng khử [Fe?*(OH) 27
trong dung dịch bằng quá trình quang hóa học cho phép tạo ra một số gốc *OH theo phan ứng:
Fe3T + H2O [Fe2'(OH)]“T +HỶ +*OH (4)
[Fe2T(OH) ]2T +hv Fe2T + *OH (5)
Hay Fe?! +H2O +hv Fe2” + HỶ +*OH (6)
3 2+
Chính nhờ điều này mà ion Fe T chuyển sang ion Fe“” và ngược lại Quá trình này
diễn ra một cách liên tục dưới tác dụng của tia UV Đây chính là ưu điểm của quá trình
quang Fenton
Trang 37
Quang phân Quang phân Quang phần Phản ứng phức của Fe”” HO; trực tiếp A~+hv *OH +A i Bước sóng >300nm Bước sóng >300nm | |
A" A*
CD [~ fo
A b y hoa A bi oxy hoa
| y
Phan tmg Fenton _ Goc hydroxyl
Fe” + HạO; ` *OH
Hinh 15; Cac phan ung trong qua trinh quang Fenton
Trong do : hv là tác nhân UV
A : các chất ô nhiễm cân xử lý
A"*, A* : các chất trung gian của phản ứng
Mặt khác, tia UV trong ảnh sảng mặt trời có bước sóng < 400nm Do đó, phương pháp quang Fenton rất thích hợp cho việc xử lý nước thải sinh hoạt nói riêng và nước thải nói
chung vói ưu điểm tiết kiệm chi phí, tận dụng năng lượng thiên nhiên
1.2 Phương pháp thu thập tài liệu
Thu thập, tìm hiểu trên mạng, sách, những nghiên cứu trước về quá trình quang Fenton
trong xử lý NRR để từ đó sử dụng năng lượng mặt trời vào quá trình này nhằm nâng cao
hiệu quả xử lý cung như tận dụng được nguồn năn lượng sạch năng lượng mặt trời
Nghiên cứu, kế thừa, biên hội các tài liệu có liên quan về các công trình xử lý nước thải bằng q trình oxy hóa
13 Phương pháp điều tra thực địa
Khảo sát khu vực nghiên cứu (BCL CTR Nam Bình Dương), Phương pháp nghiên cứu tài
liệu nâng cao của các tác giả
1.4 Phương pháp lẫy mẫu và bảo quản mẫu
- Phuong phap lay mau
Trang 38Mục đích của việc lây mẫu nhằm xác định thành phân, tính chất của nước thải dé từ đó có những tính tốn thích hợp cho lượng hố chất cần xử lý Mẫu NRR được lây ở BCL chat
thải rắn Nam Bình Dương Mẫu được lẫy bể chứa trung gian và bể arotank, mẫu sẽ được
lấy ngẫu nhiên 3 mẫu tại 3 điểm sau đó trộn lại
- Mẫu sau khi chuyển về phịng thí nghiệm được bảo quản lạnh bằng thùng xốp đậy
kín, chứa hỗn hợp nước đá và muối sống, hoặc bằng tủ lạnh ở nhiệt độ 2-4°C
Kỹ thuật lẫy mẫu, vận chuyển bảo quản mẫu theo tiêu chuân TCVN 6663-1/2011
1.5 Phương pháp thực nghiệm
Dùng phương pháp Fenton để xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong NRR
Phương pháp nghiên cứu là phương pháp thực nghiệm dựa trên cơ sở khảo sát các yêu tố ảnh
hưởng đến khả năng phân hủy của các chất hữu cơ khó phân hủy trong NRR bằng phản ứng oxy hóa bậc cao với tác nhân quang Fenton Các yếu tô tham gia vào phản ứng như: pH,
H;O;, xúc tác Fe””, nồng độ các chất, thời gian, nhiệt độ đều ảnh hưởng đến khả năng, hiệu
quả phân hủy
Nghiên cứu trong phịng thí nghiệm Khảo sát sự ảnh hưởng của Fe2+, H2O2 đến hiệu quả
xử lý
Đối với mỗi loại hóa chất, tiến hành thí nghiệm ứng với từng liều lượng khác nhau trên mô hình Jartest Sau đó, so sánh kết quả để tìm ra giá trị tối ưu
Trang 39Nguồn điện
VỊ ot bom —> ——> Vi tri lay mau
hoa chat
Hệ thống bảo vệ bức xạ UV
ĐER.UÝ ;
Ong thuy tinh thach anh
May khuay tir
Hình 16 Sở đồ binh phan tng UV-Fenton
> Bé tri thi nghiém quang Fenton
Bình phản ứng được làm bằng thủy tinh chịu nhiệt hình trụ (bomex, đường kính 3,6 cm và chiều cao 30 cm) Sử dụng nguồn UV nội từ đèn thủy ngân hiệu Sankyo Denki G8T7-Nhat
Bản ( À = 200-275 nm), công suất 40W, đèn được bọc trong ống thủy tính thạch anh chịu
nhiệt và nhúng ngập vào bể phản ứng Với hệ thống đèn UV nội này có thể tăng tối đa sự
tiếp xúc của đèn với dung dịch Sơ đồ bình phản ứng sử dụng trong nghiên cứu NRR bằng
hệ UV-Fenton ở điều kiện gián đoạn được trình bày ở hình 2 Đong chính xác 150 ml NRR
cho vào cốc nhỏ (250ml), sử dụng H2SO4 5N và NaOH 1N để điều chỉnh pH của NRR đến giá trị khảo sát rồi cho vào bình phản ứng Thêm các tác nhân cần thiết(dung dịch H2O2 30%, dung dịch Fe2+) vào bình phản ứng, khuấy trên máy khuấy ở tốc độ cô định, kiểm tra hệ thống bảo vệ (để tránh sự rò rỉ của bức xạ UV) và bật đèn UV Thời điểm bật đèn được tính là thời điểm bắt đầu phản ứng Thời gian của một đợt phản ứng kéo dài 120 phút với tần suất lầy mẫu là 20 phút/lần
> Thí nghiệm Jafesf
Trang 40¢ Xác định pH tối ưu:
Đong nước thải vào 6 becker 300 — 400ml
Chỉnh pH của mỗi becker theo lần lược có giá trị là: 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, bằng H;SO¿ hay NaOH/vôi
Cho vào mỗi becker một hàm lượng Fe ”,H;O; nhất định
Cho vào dàn Jartest tiễn hành:
Khuấy nhanh 100 — 150 v/ph trong 1 phut
Khuấy chậm 25 — 30 v/ph trong 15 — 20 phút
Tắt máy và để yên lắng trong 30 phút
Phân tích COD ở mỗi becker, becker nào có hàm lượng COD thấp nhất sẽ ứng với giá trị
pH tối ưu
Vẽ đường biểu diễn COD theo pH
‹ - Xác định hàm lượng Fe ”,H;O; tối ưu:
Đong nước thô vào 6 becker 300 — 400ml
Chỉnh pH của mỗi becker theo pH tối ưu đã thực hiện ở thí nghiệm trên
Cho vào mỗi becker một lượng Fe ”,H;O; tăng dẫn ( 5, 7, 10, 12, 15, 20 mg/l)
Cho vào dàn Jartest tiễn hành:
Khuấy nhanh 100 — 150 v/ph trong 1 phút Khuấy chậm 25 — 30 v/ph trong 15 — 20 phút
Tắt máy và đề yên lắng trong 30 phút
Phân tích COD ở mỗi becker, becker nào có hàm lượng COD thấp nhất sẽ ứng với lượng
Fe ”,HạO; tối ưu
Vẽ đường biểu diễn COD theo Fe`”,H;O;
1.6 Phương pháp phân tích mẫu theo chỉ tiêu môi trường > Các chỉ tiêu cân phân tích