TÓM TẮT Bãi chôn lấp là một công nghệ lợi ích về mặt kinh tế ở các nước đang phát triển để xử lý chất thải rắn sinh hoạt ở các đô thị. Tuy nhiên, việc tạo ra nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp cần phải được xử lý thêm. Trong số các công nghệ xử lý nước rỉ rác khác nhau, các quá trình oxy hoá nâng cao (AOPs) là một trong những phương pháp mãnh mẽ để xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy và các tác nhân Fenton đã phát triển thành một AOPs đầy hứa hẹn để xử lý nước rỉ rác. Đặc biệt, khi có sự kết hợp của tia bức xạ UV với các tác nhân phản ứng của Fenton kết hợp với axit oxalic là phương pháp tạo ra gốc hydroxyl và phức ferrioxalat góp phần làm tăng hiệu quả xử lý. Trong nghiên cứu này, kết quả cho thấy hiệu suất xử lý COD cao đạt 86.3±1.3%, hiệu suất xử lý màu là 60.4±2.7% với pH ban đầu là 4, nồng độ H2O2 tối ưu là 180 mgl, nồng độ Fe3+ là 20 mgl, nồng độ H2C2O4 là 60 mgl ở thí nghiệm dạng liên tục. Thí nghiệm dạng mẻ cho hiệu suất cao nhất là 80% với pH ban đầu là 4, nồng độ H2O2 tối ưu là 180 mgl, nồng độ Fe3+ là 20 mgl, nồng độ H2C2O4 là 60 mgl và hiệu suất xử lý màu là 48%. Các kết quả của các thông số ảnh hưởng và nồng độ tối ưu để loại bỏ COD có thể kết luận rằng đối với các quá trình quang Fenton thì hiệu quả để loại bỏ COD nghiên cứu này cao hơn và cạnh tranh được với các công nghệ khác để xử lý nước rỉ rác. PHẦN MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục tiêu của đề tài 1 3. Đối tượng nghiên cứu 2 4. Phạm vi nghiên cứu 2 5. Giới hạn đề tài 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Tổng quan về nước rỉ rác 3 1.1.1. Khái niệm và sự hình thành nước rỉ rác 3 1.1.1.1. Khái niệm nước rỉ rác 3 1.1.1.2. Sự hình thành nước rác 3 1.1.2. Đặc trưng ô nhiễm của nước rác: 3 1.1.3. Tác động nguy hại của nước rỉ rác tới môi trường 6 1.1.3.1. Tác hại tới môi trường nước 6 1.1.3.2. Tác hại tới môi trường không khí 6 1.1.3.3. Tác hại tới sức khỏe con người 6 1.2. Phương pháp oxy hoá nâng cao 6 1.2.1. Khái niệm oxy hóa nâng cao 6 1.2.2. Phân loại các phản ứng oxi hóa nâng cao trên cơ sở tác nhânOH 7 1.2.3. Vai trò của quá trình oxy hoá bậc cao trong xử lý nước thải 10 1.2.3. Các quá trình Fenton 11 1.2.3.1. Giới thiệu chung về Fenton 11 1.2.3.2. Cơ chế của quá trình Fenton 12 1.2.3.3. Quá trình Fenton đồng thể 13 1.2.3.4. Quá trình Fenton dị thể 14 1.2.3.5. Quá trình quang Fenton còn gọi là Photo Fenton 14 1.2.4. Cơ chế hệ UV Fe3+ _ OxalatH2O2 15 1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton và quang Fenton 16 1.2.5.1. Ảnh hưởng độ pH 16 1.2.5.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe2+H2O2 17 1.2.5.3 Ảnh hưởng của các anion vô cơ 17 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 18 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 18 1.3.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 19 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1. Vật liệu nghiên cứu 20 2.2. Phương pháp nghiên cứu 20 2.2.1. Quy trình tiến hành thí nghiệm 20 2.2.2. Bố trí thí nghiệm 22 2.2.2.1. Thí nghiệm mẻ 22 2.2.2.2. Thí nghiệm dòng liên tục 22 2.2.3. Thí nghiệm khảo sát điều kiện tối ưu ở dạng mẻ 24 2.2.3.1. Thí nghiệm 1: Xác định ảnh hưởng của thời gian phản ứng 24 2.2.3.2. Thí nghiệm 2: Xác định ảnh hưởng của nồng độ axit oxalic. 24 2.2.3.3. Thí nghiệm 3: Xác định ảnh hưởng của pH 24 2.2.3.4. Thí nghiệm 4: Xác định ảnh hưởng nồng độ H2O2 25 2.2.3.5. Thí nghiệm 5: Xác định ảnh hưởng nồng độ nồng độ Fe3+ 25 2.2.3.6. Đánh giá hiệu quả xử lý với các điều kiện tối ưu 26 2.2.4. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu. 26 2.2.4.1 Phương pháp lấy mẫu 26 2.2.4.2 Phương pháp bảo quản mẫu 26 2.2.5. Phương pháp phân tích 27 2.2.5.1. Phương pháp xác định pH 27 2.2.5.2. Phương pháp xác định COD 27 2.2.5.3. Phương pháp xác định độ hấp thụ màu 27 2.2.5.4. Phương pháp xử lý số liệu 27 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ KHẢO LUẬN 28 3.1. Hiệu suất xử lý với thí nghiệm dạng mẻ ở các điều kiện khảo sát 28 3.1.1. Thời gian phản ứng 28 3.1.2. Nồng độ axit oxalic tối ưu 28 3.1.3. Giá trị pH tối ưu 30 3.1.4. Nồng độ H2O2 tối ưu 32 3.1.5. Nồng độ nồng độ ion Fe3+ tối ưu 33 3.1.6. Kết quả thí nghiệm với các thông số tối ưu 35 3.2. Kết quả xử lý ở mô hình dòng liên tục 37 3.3. Nhận xét và thảo luận 38
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỢT KHOA TÀI NGUN MƠI TRƯỜNG KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ COD VÀ ĐỘ MÀU CỦA NƯỚC RỈ RÁC BẰNG QUÁ TRÌNH FENTON KẾT HỢP AXIT OXALIC TÊN SINH VIÊN: PHẠM VŨ TÂN NGƯỜI HƯỚNG DẪN: Th.S NGUYỄN THỊ KHÁNH TUYỀN Bình Dương, tháng 05 năm 2017 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỢT KHOA TÀI NGUN MƠI TRƯỜNG KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ COD VÀ ĐỘ MÀU CỦA NƯỚC RỈ RÁC BẰNG QUÁ TRÌNH FENTON KẾT HỢP AXIT OXALIC Giáo viên hướng dẫn SV thực Mã số SV: 1324403010078 Lớp: D13MT01 Th.S.NGUYỄN THỊ KHÁNH TUYỀN PHẠM VŨ TÂN Bình Dương, tháng 05 năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học Ths Nguyễn Thị Khánh Tuyền Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố với hình thức trước Nếu có phát có gian lận tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn i LỜI CÁM ƠN Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới đoàn thể quý thầy cô Trường Đại học Thủ Dầu Một, Quý thầy cô khoa Môi trường dạy dỗ, truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt ba năm học tập rèn luyện trường Em xin cảm ơn cô Nguyễn Thị Khánh Tuyền, người nhiệt tình hướng dẫn em thực tốt khóa luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, tạo điều kiện Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm trường Đại học Thủ Dầu Một, ban giám đốc đặc biệt giám đốc TS Nguyễn Thị Liên Thương, cán quản lý Trung tâm, khoa Tài Nguyên Mơi Trường nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em trình thực khóa luận Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Q thầy, hội đồng chấm khóa luận dành thời gian quý báu để xem xét góp ý cho điểm cịn thiếu sót giúp em rút kinh nghiệm cho khóa luận trình nghiên cứu sau Rất mong nhận bảo tận tình Q thầy, góp ý chân thành bạn Em xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤCC LỤC LỤCC PHẦN MỞ ĐẦUN MỞ ĐẦU ĐẦN MỞ ĐẦUU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng nghiên cứu .2 Phạm vi nghiên cứu Giới hạn đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆUNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆUNG QUAN TÀI LIỆUU 1.1 Tổng quan nước rỉ rác .3 1.1.1 Khái niệm hình thành nước rỉ rác 1.1.1.1 Khái niệm nước rỉ rác .3 1.1.1.2 Sự hình thành nước rác .3 1.1.2 Đặc trưng ô nhiễm nước rác: 1.1.3 Tác động nguy hại nước rỉ rác tới môi trường 1.1.3.1 Tác hại tới môi trường nước .6 1.1.3.2 Tác hại tới môi trường khơng khí .6 1.1.3.3 Tác hại tới sức khỏe người 1.2 Phương pháp oxy hoá nâng cao .6 1.2.1 Khái niệm oxy hóa nâng cao 1.2.2 Phân loại phản ứng oxi hóa nâng cao sở tác nhân*OH 1.2.3 Vai trò trình oxy hố bậc cao xử lý nước thải 10 1.2.3 Các trình Fenton .11 1.2.3.1 Giới thiệu chung Fenton .11 1.2.3.2 Cơ chế trình Fenton 12 1.2.3.3 Quá trình Fenton đồng thể 13 1.2.3.4 Quá trình Fenton dị thể 14 1.2.3.5 Quá trình quang Fenton gọi Photo - Fenton 14 1.2.4 Cơ chế hệ UV/ Fe3+ _ Oxalat/H2O2 15 1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình Fenton quang Fenton 16 1.2.5.1 Ảnh hưởng độ pH 16 iii 1.2.5.2 Ảnh hưởng tỉ lệ Fe2+/H2O2 17 1.2.5.3 Ảnh hưởng anion vô .17 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 18 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nước 18 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 19 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆUNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUT LIỆUU VÀ PHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆUNG PHÁP NGHIÊN CỨUU 20 2.1 Vật liệu nghiên cứu .20 2.2 Phương pháp nghiên cứu .20 2.2.1 Quy trình tiến hành thí nghiệm .20 2.2.2 Bố trí thí nghiệm 22 2.2.2.1 Thí nghiệm mẻ 22 2.2.2.2 Thí nghiệm dịng liên tục 22 2.2.3 Thí nghiệm khảo sát điều kiện tối ưu dạng mẻ 24 2.2.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định ảnh hưởng thời gian phản ứng 24 2.2.3.2 Thí nghiệm 2: Xác định ảnh hưởng nồng độ axit oxalic 24 2.2.3.3 Thí nghiệm 3: Xác định ảnh hưởng pH 24 2.2.3.4 Thí nghiệm 4: Xác định ảnh hưởng nồng độ H2O2 25 2.2.3.5 Thí nghiệm 5: Xác định ảnh hưởng nồng độ nồng độ Fe3+ .25 2.2.3.6 Đánh giá hiệu xử lý với điều kiện tối ưu 26 2.2.4 Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu 26 2.2.4.1 Phương pháp lấy mẫu 26 2.2.4.2 Phương pháp bảo quản mẫu .26 2.2.5 Phương pháp phân tích 27 2.2.5.1 Phương pháp xác định pH .27 2.2.5.2 Phương pháp xác định COD 27 2.2.5.3 Phương pháp xác định độ hấp thụ màu 27 2.2.5.4 Phương pháp xử lý số liệu 27 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆUNG 3: KẾT QUẢ VÀ KHẢO LUẬNT QUẢ VÀ KHẢO LUẬN VÀ KHẢ VÀ KHẢO LUẬNO LUẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUN 28 3.1 Hiệu suất xử lý với thí nghiệm dạng mẻ điều kiện khảo sát .28 3.1.1 Thời gian phản ứng .28 3.1.2 Nồng độ axit oxalic tối ưu .28 iv 3.1.3 Giá trị pH tối ưu 30 3.1.4 Nồng độ H2O2 tối ưu .32 3.1.5 Nồng độ nồng độ ion Fe3+ tối ưu 33 3.1.6 Kết thí nghiệm với thơng số tối ưu 35 3.2 Kết xử lý mơ hình dịng liên tục 37 3.3 Nhận xét thảo luận 38 KẾT QUẢ VÀ KHẢO LUẬNT LUẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUN VÀ KIẾT QUẢ VÀ KHẢO LUẬNN NGHỊ .40 Kết luận 40 Kiến nghị 40 TÀI LIỆUU THAM KHẢ VÀ KHẢO LUẬNO 42 PHỤC LỤC LỤC LỤCC HÌNH 45 PHỤC LỤC LỤC LỤCC BẢ VÀ KHẢO LUẬNNG 50 v DANH MỤC LỤCC HÌNH Hình 2.1 Quy trình thí nghiệmm 21 Hình 2.2 Bố trí thí nghiệm dạng mẻ trí thí nghiệmm dạng mẻng mẻ .22 Hình 2.3 Bố trí thí nghiệm dạng mẻ trí thí nghiệmm dạng mẻng liên tụcc .23 Hình 3.1 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý COD theo thời giani gian 28 Hình 3.2 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý COD theo nồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianng độ H H 2C2O4 29 Hình 3.3 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý màu theo nồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianng độ H H2C2O4 30 Hình 3.4 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý COD theo giá trị pH pH .30 Hình 3.5 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý màu theo giá trị pH pH .31 Hình 3.6 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý COD theo nồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianng độ H H 2O2 .32 Hình 3.7 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý màu theo nồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianng độ H H2O2 .33 Hình 3.8 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý COD theo nồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianng độ H Fe3+ .34 Hình 3.9 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý COD theo nồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianng độ H Fe3+ .35 Hình 3.10 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý COD theo thơng số trí thí nghiệm dạng mẻ tố trí thí nghiệm dạng mẻi ưuu 36 Hình 3.11 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý màu theo thơng số trí thí nghiệm dạng mẻ tố trí thí nghiệm dạng mẻi ưuu 37 Hình 3.12 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý COD theo thí nghiệmm liên tụcc .37 Hình 3.12 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian thểu đồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gian hiệmn hiệmu suất xử lý COD theo thời giant xử lý COD theo thời gian lý màu theo thí nghiệmm liên tụcc .38 vi DANH MỤC LỤCC BẢ VÀ KHẢO LUẬNNG B ng 1.1 Đặc trưng nước rỉ rác bãi chôn lấp lâu năm.c trưung nước rỉ rác bãi chôn lấp lâu năm.a nưuớc rỉ rác bãi chôn lấp lâu năm.c rỉ rác bãi chôn lấp lâu năm rác bãi chôn lấp lâu năm bãi chôn lất xử lý COD theo thời gianp mớc rỉ rác bãi chôn lấp lâu năm.i lâu năm B ng 1.2 Các trình oxi hóa nâng cao dựa vào gốc hydroxyl *OHa vào gố trí thí nghiệm dạng mẻc hydroxyl *OH .8 B ng 1.3 Hiệmu qu xử lý COD theo thời gian lý COD đố trí thí nghiệm dạng mẻi vớc rỉ rác bãi chôn lấp lâu năm.i loạng mẻi nưuớc rỉ rác bãi chôn lấp lâu năm.c rỉ rác bãi chôn lấp lâu năm rác khác bãi chôn lấp lâu năm liềuu lưuợng Fenton khác nhau.ng Fenton khác 12 B ng 2.2 Kh o sát nh hưuở bãi chôn lấp lâu năm.ng nước rỉ rác bãi chôn lấp lâu năm.a nồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianng độ H axit oxalic .24 B ng 2.3 Kh o sát nh hưuở bãi chôn lấp lâu năm.ng nước rỉ rác bãi chôn lấp lâu năm.a pH .25 B ng 2.4 Kh o sát nh hưuở bãi chôn lấp lâu năm.ng nồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianng độ H H2O2 25 B ng 2.5 Kh o sát nh hưuở bãi chôn lấp lâu năm.ng nồ thể hiệu suất xử lý COD theo thời gianng độ H Fe3+ 26 B ng 2.6 Thí nghiệmm kh o sát thơng số trí thí nghiệm dạng mẻ tố trí thí nghiệm dạng mẻi ưuu .26 26 vii TÓM TẮT Bãi chơn lấp cơng nghệ lợi ích mặt kinh tế nước phát triển để xử lý chất thải rắn sinh hoạt đô thị Tuy nhiên, việc tạo nước rỉ rác bãi chôn lấp cần phải xử lý thêm Trong số công nghệ xử lý nước rỉ rác khác nhau, q trình oxy hố nâng cao (AOPs) phương pháp mãnh mẽ để xử lý hợp chất hữu khó phân hủy tác nhân Fenton phát triển thành AOPs đầy hứa hẹn để xử lý nước rỉ rác Đặc biệt, có kết hợp tia xạ UV với tác nhân phản ứng Fenton kết hợp với axit oxalic phương pháp tạo gốc hydroxyl phức ferrioxalat góp phần làm tăng hiệu xử lý Trong nghiên cứu này, kết cho thấy hiệu suất xử lý COD cao đạt 86.3±1.3%, hiệu suất xử lý màu 60.4±2.7% với pH ban đầu 4, nồng độ H 2O2 tối ưu 180 mg/l, nồng độ Fe3+ 20 mg/l, nồng độ H2C2O4 60 mg/l thí nghiệm dạng liên tục Thí nghiệm dạng mẻ cho hiệu suất cao 80% với pH ban đầu 4, nồng độ H2O2 tối ưu 180 mg/l, nồng độ Fe3+ 20 mg/l, nồng độ H2C2O4 60 mg/l hiệu suất xử lý màu 48% Các kết thông số ảnh hưởng nồng độ tối ưu để loại bỏ COD kết luận trình quang Fenton hiệu để loại bỏ COD nghiên cứu cao cạnh tranh với công nghệ khác để xử lý nước rỉ rác viii