Nghiên cứu công nghệ oxi hoá bậc cao để xử lý sulfide trong nước thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA MÔI TRƯỜNG & KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ OXI HOÁ BẬC CAO ĐỂ XỬ LÝ SULFIDE TRONG NƯỚC THẢI Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Thị Kiều Ngân Sinh viên thực hiên : Nguyễn Quốc Trường Mã số sinh viên : 25216505385 Lớp : K25 TNM Đà Nẵng 2023 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn và sự tri ân sâu sắc với những thầy cô của khoa Môi Trường và Khoa Học Tự Nhiên trường Đại học Duy Tân đặc biệt là cô Ths Trần Thị Kiều Ngân đã tạo điều kiện để em làm tốt đồ án tốt nghiệp lần này Em xin chân thành cảm ơn cô đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình để em hoàn thành được đồ án của mình Trong quá trình viết báo cáo và làm đồ án chắc chắn em còn mắc phải nhiều sai sót rất mong các thầy cô bỏ qua Đồng thời, với kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô, để em có thể hoàn thành tốt bài báo cáo tốt nghiệp và học hỏi thêm nhiều kinh nghiệm Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Nguyễn Quốc Trường MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3 1.1 Sơ lược về nước thải chứa sulfide 3 1.2 Mức độ độc hại của nước thải chứa sulfide 4 1.2.1.Mùi hôi 4 1.2.2 Tác hại của hydrogen sulfide đối với sức khỏe con người .5 1.2.3 Độc tính đối với vi sinh vật 5 1.2.4 Những ảnh hưởng khác: 6 1.2.5 Tiêu thụ oxy trong nước 6 1.3 Tình hình ô nhiễm của nước thải có chứa sulfide 7 1.4 Phương pháp xử lý 10 1.5 Giới thiệu đối tượng vật liệu chất xúc tác 12 1.6 Kết Luận 16 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 17 2.1 Vật liệu hoá chất dụng cụ thiết bị 17 2.1.1 Vật liệu xúc tác 17 2.1.2 Hoá chất dụng cụ và thiết bị 17 2.2 Chế tạo vật liệu xúc tác 17 2.3 Nghiên cứu khả năng oxy hóa sulfide của vật liệu xúc tác 18 2.4 Thiết lập mô hình xử lý 20 2.5 Phương pháp phân tích 21 2.6 Kết Luận 23 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 3.1 Đặc trưng của vật liệu xúc tác .24 3.2 So sánh hiệu quả của hệ thống xử lý ở những mức độ hoạt hoá oxy khác nhau 25 3.3 Nhân tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hoá xúc tác sulfide 27 3.4 Kết luận 30 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .31 DANH MỤC THAM KHẢO 32 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT pH : là chỉ số đo hoạt động của các iON hydro (H+) có trong dung dịch PRD : là việc tạo ra lỗ khoan trong môi trường địa chất cứng và cả môi trường nước SEM-EDS: độ lún, phân tích ăn mòn và các thành phần hợp kim SRB : là công nghệ xử lý nước thải sinh học theo mẻ UV-C : là công nghệ diệt khuẩn bằng đèn bức xạ MB : là quá trình xử lý nhân tạo thông qua việc áp dụng vật liệu làm giá thể cho vi sinh bám vào để sinh trưởng và phát triển NR-SOB : là quá trình xử lý nhân tạo thông qua việc áp dụng vật liệu làm giá thể cho vi sinh bám vào để sinh trưởng và phát triển DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Máy ép nhiệt polymer dùng quá trong quá trình chế tạo vật liệu xúc tác 18 Hình 2 Mô hình thực tế xử lý sulfide bằng phương pháp oxy hóa bậc cao sử dụng chất xúc tác dị thể 20 Hình 3 Sự phụ thuộc của điện thế dung dịch sulfide vào thể tích của dung dịch AgNO3 trong quá trình chuẩn độ điện thế .22 Hình 4 Ảnh SEM của vật liệu xúc tác MnO2/CuO polypropylene 25 Hình 5 Hiệu quả loại bỏ sulfide ở những điều kiện hoạt hoá oxy khác nhau 26 Hình 6 Hiệu quả loại bỏ sulfide ở những điều kiện hoạt hoá oxy khác nhau .28 Hình 7 Hiệu quả loại bỏ sulfide ở những điều kiện hoạt hoá oxy khác nhau 29 Hình 8 Hiệu quả loại bỏ sulfide ở những điều kiện hoạt hoá oxy khác nhau 30 MỞ ĐẦU Việc xử lý sulfide là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực bảo vệ môi trường và công nghệ xử lý nước thải Trong số các loại nước thải có chlà một chất gây ô nhiễm nặng do tính chất không thể phân hủy tự nhiên của nó Việc xử lý hiệu quả sulfide có trong nước thải là cần thiết để ngăn chặn ô nhiễm nước và bảo vệ sức khỏe con người Sulfide (S2-) là một trong số những chất ô nhiễm phổ biến trong nước thải hiện nay, Có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm sulfide như, nước thải từ công nghiệp, nước thải từ quá trình xử lý nước, nước thải từ cơ sở chăn nuôi, nước thải từ quá trình tự nhiên, nước thải từ hệ thống thoát nước, nước thải từ quá trình khai thác than Các dòng nước thải sulfide đã gây nhiều tác động lớn đến với sức khoẻ con người cũng như hệ sinh thái dưới nước Vì vậy phải xử lý loại nước thải này Độc tố của H2S nằm ở hàm lượng gây độc và tác động của nó đến sức khoẻ của con người Cụ thể, H2S ở nồng độ thấp có thể gây nhức đầu, khó chịu, ảnh hưởng đến đường hô hấp, niêm mạc và giác mạc, Với hàm lượng cao trên 150 ppm, H2S làm tê liệt thần kinh khứu giác, bất tỉnh và có thể dẫn đến tử vong Ở nồng độ khoảng 700ppm - 900ppm có thể xuyên màng phổi, xâm nhập mạch máu dẫn đến tử vong Sulfide chỉ tồn tại trong nước thải có độ pH>9, cho nên các phương pháp xử lý hiện nay như keo tụ tạo bông, trao đổi ion không thể được áp dụng để loại bỏ sulfide Phương pháp sinh học tuy có thể loại bỏ sulfide, tuy nhiên không khả thi khi nồng độ sulfide và pH môi trường quá cao Trong trường hợp này oxy hoá để đưa sulfide trở thành các dạng ít độc tố là phương án được sử dụng hiện nay để giảm thiếu tác hại của sulfide Thông thường ở các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, sulfide sẽ được oxy hoá và chuyển thành sulfur, thiosulfate và sulfate Hoá trị oxy hoá càng cao, thì sản phẩm càng ít độc tính Có rất nhiều chất oxy hoá khác nhau đã được sử dụng để oxy hoá sulfide, tuy nhiên sử dụng oxy không khí để oxy hoá sulfide vẫn là phương án tối ưu nhất về mặt kinh tế mặc dù hiệu suất oxy hoá không cao Việc đưa vào chất xúc tác để thúc đẩy quá trình này là một trong những giải pháp để nâng cao tính hiệu suất oxy hoá của oxy không khí cũng như đảm bảo được tính kinh tế cho doanh nghiệp Ngoài [Date] 1 ra còn có một số phương pháp khác để nâng cao hiệu suất oxy hoá của oxy không khí trong việc xử lý sulfide Nghiên cứu này đưa ra giải pháp sử dụng chất xúc tác MnO2/CuO trên nền polypropylene kết hợp với tia UV để nâng cao quá trình oxy hoá sulfide bằng oxy không khí.Mục tiêu của đề tài: Thiết lập mô hình xử lý sulfide theo dạng dòng chảy liên tục kết hợp với công nghệ oxy hoá bậc cao; So sánh hiệu xuất xử lý sulfide của các trường trường hợp sau: sục khí O2, sục khí O2 có xúc tác, sục khí O2 có xúc tác dưới sự chiếu xạ tia UV, sục khí O2 có xúc tác thông qua quá trình ozon hoá, sục khí O2 có xúc tác thông qua quá trình ion hoá khí Từ đó tìm ra phương án tối ưu trong việc xử lý sulfide bằng công nghệ oxy hoá bậc cao; Đánh giá các thông số vận hành của hệ thống xử lý như lưu lượng khí đầu vào, tốc độ dòng của nước thải, thời gian lưu, nhiệt độ đến quá trình xử lý sulfide Từ đó tối ưu hoá hệ thống Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chiếu UV, ozon hoá và ion hoá kết hợp với xúc tác từ hợp chất của kim loại chuyển tiếp để xử lý sulfide trong nước thải; So sánh tác dụng của tia UV, ozon và khí ion hoá trong việc xử lý sulfide Ý nghĩa của đề tài: Đề tài có ý nghĩa là Bảo vệ nguồn nước, bảo vệ môi trường và bảo vệ sức khỏe của con người [Date] 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược về nước thải chứa sulfide Nguyên tố lưu huỳnh (S) là nguyên tố phổ biến thứ sáu trong sinh khối, chiếm khoảng 1% trọng lượng khô của vi sinh vật Nó có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với sự sống và nhiều phản ứng sinh học và hóa học thiết yếu Môi trường nước thải và nước thải là trọng tâm của nghiên cứu này cũng chứa lưu huỳnh với nồng độ tương đối cao Trong phần này, các loại lưu huỳnh vô cơ được tập trung, bởi vì việc loại bỏ sinh học sunfua, chủ đề chính của nghiên cứu này, bao gồm chủ yếu các loại lưu huỳnh vô cơ Nước thải chứa sulfide là nước thải có chứa hàm lượng ion sulfide (S2-) hoặc các hợp chất chứa sulfide ở mức độ cao Sulfide có thể có trong nước thải do các quá trình công nghiệp khác nhau như khai thác mỏ, lọc dầu sản xuất hoá chất và xử lý nước thải Nó cũng có thể được tìm thấy trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt ở những khu vực có hàm lượng lưu huỳnh cao trong nguồn nước hoặc do sự phân hủy chất hữu cơ Sulfide được hình thành thông qua quá trình phân huỷ vi sinh vật của vật liệu hữu cơ trong điều kiện kỵ khí (thiếu oxy) Chúng cũng được đưa vào thông qua quá trình xã nước thải có chứa hợp chất lưu huỳnh hoặc thông qua các quá trình hoá học xảy ra trong nước thải [1] Các loại sunfua bao gồm khí hydro sunfua (H2S), dung dịch hydro sunfua(H2S), bisulfua (HS –) và sunfua (S2–) Nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào H+ sunfua hòa Việc xả nước thải có chứa sunfat ở mức 200–250 mg/l vào môi trường (Sawyer và McCarty 2000) đang ngày càng được quan tâm Việc xả nước thải công nghiệp có hàm lượng sunfat cao vào nước mặt góp phần trực tiếp vào khả năng khoáng hóa và ăn mòn của nước tiếp nhận Mức sunfat dưới 250 mg/l có thể được chấp nhận để thải vào các dòng công cộng theo tiêu chuẩn do Ban Kiểm soát Ô nhiễm Trung ương Ấn Độ quy định [11] Sulfide (S2-) là một trong số những chất ô nhiễm phổ biến trong nước thải hiện nay, Có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm sulfide như: + Nước thải từ công nghiệp [11] + Nước thải từ quá trình xử lý nước [11] + Nước thải từ cơ sở chăn nuôi [11] + Nước thải từ quá trình tự nhiên [11] [Date] 3 + Nước thải từ hệ thống thoát nước [11] + Nước thải từ quá trình khai thác than [11] Các dòng nước thải sulfide đã gây nhiều tác động lớn đến với sức khoẻ con người cũng như hệ sinh thái dưới nước vì vậy phải xử lý loại nước thải này [1] H2S là 1 chất khí không màu, có mùi thối khó chịu (mùi trứng thối) và rất độc, nặng hơn không khí nên nó thường tập trung ở vùng trũng, khu vực kín, kém thông gió như tầng hầm, hố ga, đường cống thoát nước, hầm ngầm và hố chứa phân do đó nó còn có một vài cái tên khí thải, khí đầm lầy, khí phân Cấu trúc phân tử của H2S tương tự cấu trúc phân tử của nước, H2S bị phân cực, khả năng tạo thành liên kết Hydro của H2S yếu hơn nước và ít tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ Xét về tính chất hoá học, khí H2S sở hữu tính axit yếu và cũng là chất khử mạnh Ngoài ra, H2S là một chất khí rất dễ cháy và hỗn hợp khí / không khí có thể gây nổ Nếu bị đốt cháy, khí đốt tạo ra hơi và khí độc, chẳng hạn như SO2 [1] Trong tự nhiên: Phần lớn khí H2S sinh ra tự nhiên và chiếm hơn 90% tổng lượng H2S ở sinh quyển Một số hoạt động tự nhiên sinh ra nhiều khí H2S như sự phân huỷ các hợp chất hữu cơ, hoạt động địa chất như núi lửa, suối nước nóng… H2S là một nhân tố chính tham gia trong chu trình sinh địa hoá của lưu huỳnh trên trái đất, nó là sản phẩm của sự phân hủy người chết, động thực vật, chất thải động vật… đặc biệt là khi điều này xảy ra trong điều kiện ẩm ướt, oxy hạn chế Trong điều kiện thiếu ôxy, vi khuẩn lưu huỳnh (sulfur bacteria) khử sulfat, sunfua để lấy năng lượng từ quá trình oxy hóa hydro hoặc phân tử hữu cơ; bằng cách chuyển lưu huỳnh hoặc sulfat thành H2S Các vi khuẩn khác giải phóng H2S từ các axit amin chứa lưu huỳnh, điều này làm phát sinh mùi của trứng thối Ngoài ra, trong các đầm lầy, hồ phú dưỡng hoặc vùng hết của đại dương ở thiếu khí, các vi khuẩn khử sunfat sẽ lấy sunfat có trong nước để oxy hóa các chất hữu cơ và tạo ra H2S giải phóng ra ngoài môi trường [1] [Date] 4