các quá trình khử cod trong nước rỉ rác bằng phương pháp aop báo cáo chuyên đề

ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HCM ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HCM SỞ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VIỆN KTNĐ&BVMT ___________________ ______________ B B Á Á O O C C Á Á O O C C H H U U Y Y Ê Ê N N Đ Đ Ề Ề Chuyên đề : C C Á Á C C Q Q U U Á Á T T R R Ì Ì N N H H K K H H Ử Ử C C O O D D T T R R O O N N G G N N Ư Ư Ớ Ớ C C R R Ỉ Ỉ R R Á Á C C B B Ằ Ằ N N G G P P H H Ư Ư Ơ Ơ N N G G P P H H Á Á P P A A O O P P THỰC HIỆN: TS. TRẦN MINH CHÍ TP HỒ CHÍ MINH THÁNG 11/2007 MỤC LỤC Trang 1. CÁC KỸ THUẬT OXY HÓA TĂNG CƯỜNG (AOTs VÀ AOPs) ÁP DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1 1.1. Quá trình Fenton (H 2 O 2 /Fe 2+ ) 1 1.2. Quá trình sử dụng UV/ozon/Hydrogen peroxide 3 1.2.1. Ozon hoá để phân hủy các hợp chất hữu cơ 3 1.2.2. Áp dụng UV/ozone để oxy hóa chất hữu cơ 4 1.2.3. Áp dụng UV/hydrogen peroxide và phản ứng Fenton cho việc oxy hóa hợp chất hữu cơ 4 1.3. Hoá siêu âm (sonochemistry) 5 1.4. Sự cần thiết áp dụng các quá trình AOPs để xử lý NRR 11 2. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PILOT ÁP DỤNG CÁC QUÁ TRÌNH AOPs ĐỂ XỬ LÝ NRR 13 2.1. Quá trình keo tụ – tạo phức – Fenton 13 2.1.1. Kết quả thí nghiệm của Trung tâm Công nghệ Hóa học và Môi trường (ECHEMTECH) như sau: 13 2.1.2. K ết quả nghiên cứu của Trung tâm CN&QLMT CENTEMA 15 2.2. Thí nghiệm oxy hóa Peroxon 16 2.3. Kết quả nghiên cứu của Khoa Môi trường – Trường ĐHBK Tp. HCM 18 3. KẾT LUẬN 20 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP 1. CÁC KỸ THUẬT OXY HÓA TĂNG CƯỜNG (AOTs VÀ AOPs) ÁP DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Những kỹ thuật oxy hóa hóa học cho xử lý nước và khử trùng đã được triển khai từ đầu những năm 1890. Vào thời gian đó, quá trình clo hóa khử trùng nước đang được sử dụng rộng rãi. Từ những năm 1970, khi các sản phẩm nước uống từ nước bề mặt sử dụng phương pháp clo hóa bị phát hiện tạ o ra các độc chất trihalomethanes thì những quan niệm truyền thống về làm sạch nước uống đã thay đổi. Phát hiện này và các khám phá tương tự đã ảnh hưởng mạnh tới các qui định về môi trường liên quan tới các tạp chất vi lượng (micropollutants), và dẫn đến các quy định hiện hành về mức giới hạn tạp chất tối đa ở mức ppb đối với rất nhiều tạp chất hữu c ơ. Đồng thời là sự gia tăng mối quan tâm đến việc xây các phương pháp khác để cải thiện chất lượng nước uống nhằm loại bỏ các tạp chất hữu cơ. Kỹ thuật oxy hóa bằng ozon hoặc bằng H 2 O 2 đã được triển khai như các phương pháp quan trọng mới thay thế cho phương pháp clo hóa, do không tạo ra các độc chất clo hữu cơ. Như vậy, quá trình ozone hóa cho khử trùng nước uống cũng như các kỹ thuật oxy hóa tăng cường (AOTs), bao gồm các qui trình oxy hóa nâng cao (AOPs) và các phương pháp chuyển đổi hóa lý đã được được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi ở Châu Âu trong khoảng hơn 25 năm nay. Vào những năm 1990, với việc áp dụng AOTs để xử lý nướ c thải được triển khai nhanh chóng, rất nhiều kỹ thuật oxy hóa tăng cường nhận được sự quan tâm rộng rãi và đã được thảo luận trong rất nhiều tài liệu và hội nghị khoa học. Bên cạnh các qui trình oxy hóa tăng cường (AOPs) sử dụng ozone, H 2 O 2 và tia UV, các qui trình AOPs hiện nay còn có thêm các kỹ thuật mới như non-plasma utraviolet, sonolysis dùng dòng điện và phát xạ gamma, oxy hóa có xúc tác, oxy hóa bằng phương pháp điện hóa và điện ly, xúc tác quang hóa và sự kết hợp của các phương pháp trên, hoặc là sự kết hợp với các kỹ thuật xử lý bằng sinh học. 1.1. Quá trình Fenton (H 2 O 2 /Fe 2+ ) Quá trình Fenton có thể coi là khởi đầu của các quá trình AOPs. Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu của tác giả J.H Fenton, trong đó ông quan sát thấy phản ứng oxy hóa axit malic bằng hydrogen peroxit đã được gia tăng mạnh khi có mặt các ion sắt. Sau đó, tổ hợp H 2 O 2 và muối sắt Fe 2+ được sử dụng làm tác nhân oxy hóa rất hiệu quả cho nhiều đối tượng rộng rãi các chất hữu cơ và được mang tên “tác nhân Fenton” (Fenton Reagent). Những năm gần đây, hệ xúc tác Fenton được nghiên cứu rất mạnh và phát triển rộng hơn bằng nhiều công trình trên thế giới không những ở dạng tác nhân Fenton cổ điển (H 2 O 2 /Fe 2+ ) và tác nhân Fenton biến thể (H 2 O 2 /Fe 3+ ), mà còn sử dụng những ion Thực hiện: TS. Trần Minh Chí 1 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP kim loại chuyển tiếp và các phức chất của chúng ở trạng thái oxi hóa thấp như Cu(I), Cr(II) và Ti(III) tác dụng với H 2 O 2 để tạo ra gốc *OH, được gọi chung là các tác nhân kiểu Fenton (Fenton-like Reagents). Hệ tác nhân Fenton là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị 2 (thông thường dùng muối FeSO 4 ) và hydrogen peroxit, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do hydroxyl *HO, còn ion Fe 2+ bị oxy hóa thành ion Fe 3+ . Những ion Fe 2+ mất đi sẽ được tái sinh lại nhờ phản ứng giữa Fe 3+ và H 2 O 2 dư theo phương trình phản ứng sau: Fe 2+ + H 2 O 2 Æ Fe 3+ + *HO + OH - (1) Fe 3+ + H 2 O 2 Æ Fe 2+ + H + + *HO 2 (2) Sự oxy hóa Fe 2+ thành Fe 3+ và gốc tự do hydroxyl *HO theo phương trình (1) xảy ra rất nhanh được xem như khởi đầu của phản ứng Fenton, trong khi đó, phản ứng (2) xem như khởi đầu của phản ứng Fenton biến thể tạo ra Fe 2+ để sau đó tiếp tục xảy ra theo phản ứng (1) tạo ra gốc tự do hydroxyl *HO. Vì vậy, đường đi của các phản ứng kế tiếp của các phản ứng Fenton và Fenton biến thể cũng một kiểu như nhau. Gốc tự do hydroxyl *HO sinh ra có khả năng phản ứng với Fe 2+ và H 2 O 2 theo các phản ứng kế tiếp như sau, đặc biệt có khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ tạo thành các gốc hữu cơ có khả năng phản ứng cao: *HO + Fe 2+ Æ OH - + Fe 3+ (3) *HO + H 2 O 2 Æ H 2 O + *HO 2 (4) *HO + RH Æ *R + H 2 O (5) Các gốc hữu cơ *R có thể oxy hóa Fe 2+ theo phương trình (10), khử Fe 3+ theo phương trình (11) hoặc dimer hóa theo phương trình (12): *R + Fe 2+ Æ Fe 3+ + RH (6) *R + Fe 3+ Æ Fe 2+ + “sản phẩm” (7) *R + *R Æ “sản phẩm” (dimer) (8) Gốc *HO 2 có thể tác dụng trở lại với Fe 2+ và Fe 3+ theo kiểu như sau: *HO 2 + Fe 2+ Æ HO 2 - + Fe 3+ (9) *HO 2 + Fe 3+ Æ H + + O 2 + Fe 3+ (10) Phương trình phản ứng Fenton tổng cộng có dạng: H 2 O 2 + Fe 2+ + RH Æ H 2 O + Fe 3+ + CO 2 (11) Hằng số động học của các phản ứng Fenton được các tác giả khảo sát được như sau: Thực hiện: TS. Trần Minh Chí 2 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP Phản ứng Hằng số động học, L.mol -1 .s -1 Fe 2+ + H 2 O 2 Æ Fe 3+ + *HO + OH - (1) k 1 = 76 Fe 3+ + H 2 O 2 Æ Fe 2+ + H + + *HO 2 (2) k 2 3x10≤ -3 *HO + Fe 2+ Æ OH - + Fe 3+ (3) k 3 = 3x10 8 *HO + H 2 O 2 Æ H 2 O + *HO 2 (4) k 4 = 3.3x10 7 *HO + RH Æ *R + H 2 O (5) k 5 = 10 7 - 10 10 Trong phản ứng Fenton, độ phân hủy và nồng độ Fe 2+ ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ. Nguyên nhân vì trong môi trường axit, sự khử Fe 3+ Æ Fe 2+ do H 2 O 2 theo phản ứng (2) xảy ra dễ dàng, thuận lợi cho quá trình tạo gốc hydroxyl tự do *HO theo phản ứng (1), trong khi ở môi trường pH cao, quá trình kết tủa Fe 3+ Æ Fe(OH) 3 xảy ra nhanh hơn quá trình khử của phản ứng (2), làm giảm nguồn tạo ra Fe 2+ , trở thành yếu tố hạn chế tốc độ phản ứng. Nói chung phản ứng Fenton xảy ra thuận lợi khi pH < 4. 1.2. Quá trình sử dụng UV/ozon/Hydrogen peroxide Khái niệm về các qui trình oxy hóa tăng cường được định nghĩa bởi Glaze [1] vào năm 1987 là qui trình liên quan tới sự tạo ra các gốc tự do hydroxyl với số lượng đủ cho việc làm sạch nước. Trong tài liệu đó, đề cập tới các qui trình oxy hóa tăng cường sử dụng UV/O 3 , O 3 /H 2 O 2 , UV/H 2 O 2 hoặc phản ứng photo Fenton (UV/H 2 O 2 /Fe +2 hoặc Fe +3 ) cho mục đích trên. 1.2.1. Ozon hoá để phân hủy các hợp chất hữu cơ Cơ chế của sự ozone hóa hợp chất hữu cơ hòa tan (M) trong môi trường nước liên quan tới các phản ứng tạo gốc tự do qua các bước sau: Bước khởi đầu: Tạo ra các gốc tự do thông qua phản ứng với OH - và M trong dung dịch nước •+•→+ 2 - 2 - 3 HOOOHO (1) + +•→+ MOMO - 33 (2) Bước phát triển: •→+• + 3 - 3 HOHO (3) Oxid - 2 2 23 MOROO ROOOR RMOH OOHHO +•→• •→+• •→+• +•→• (4) (5) (6) (7) Trong bước này, các nhóm gốc tự do được phát triển và duy trì qua các phản ứng với H + và chất hữu cơ M có chứa các nhóm alkyl (R). Sự phát triển các gốc tự Thực hiện: TS. Trần Minh Chí 3 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP do cho kết quả là sự oxy hóa của các nhóm alkyl của M. • →+• MMOH (8) 1.2.2. Áp dụng UV/ozone để oxy hóa chất hữu cơ Trong quá trình UV/ozone, ozone hấp thụ tia UV (bước sóng ngắn hơn 310 nm) và bị quang phân hóa tạo ra hydrogen peroxide và các gốc tự do của hydroxyl, những thành phần này có khả năng oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Các thí nghiệm cho kết quả của sự phân hủy tương ứng khoảng 82 – 87% các alken halogen hóa và các hydrocacbon thơm có nồng độ từ 50 – 384 ppb với lượng ozone sử dụng 6 mg/L. Tốc độ phân hủy các hợp chất hữu cơ clo như chloroform, bromodichloromethane, tetrachloromethane nhanh hơn gấp từ 40 – 50 lần khi sử dụng kết hợp UV/ozone so với khi chỉ sử dụng một mình ozone. 1.2.3. Áp dụng UV/hydrogen peroxide và phản ứng Fenton cho việc oxy hóa hợp chất hữu cơ Hydrogen peroxide có thể được quang phân hóa để tạo ra hai gốc tự do hydroxyl nếu bước sóng của các photon ngắn hơn 370 nm. Những gốc tự do này có thể oxy hóa các chất hữu cơ có chứa nhóm alkyl R. So sánh với sự quang phân hóa ozone, hiệu quả phân hủy quang phân hóa c ủa hydrogen peroxide sẽ rất thấp nếu tia UV có bước sóng dài hơn 254 nm (chỉ vào khoảng 0.7% so với của ozone), bước sóng mà được tạo ra bởi các đèn thủy nhân bình thường. Về vấn đề này, đã có những phát triển đầy hứa hẹn cho việc sử dụng UV/hydrogen peroxide cùng với sự phát triển trong kỹ thuật sản xuất đèn có khả năng cho các đèn có bước sóng ngắn (185 nm) như đèn Antimony halide. Kỹ thuật sử d ụng H 2 O 2 trên nguyên tắc tạo ra các gốc tự do của hydroxyl tấn công vào các hợp chất hữu cơ trong nước thải, hiệu quả phân hủy sẽ càng cao khi càng có mặt nhiều gốc tự do của hydroxyl, bên cạnh việc sử dụng UV để phân hủy H 2 O 2 , có thể sử dụng thêm xúc tác. Xúc tác ion sắt được Fenton phát hiện vào năm 1894 rất thích hợp. Hóa chất Fenton – hỗn hợp của hydrogen peroxide và ion sắt gần đây được xem là chất oxy hóa khá phổ biến cho việc phân hủy các hợp chất hữu cơ. Các dạng oxy hóa như vậy được gọi là các phản ứng Fenton. Với sự có mặt của các ion sắt, hydrogen peroxide nhanh chóng được phân huỷ tạo ra các gốc tự do của hydroxyl theo phản ứng sau: OHOHFeFeOH -32 22 •++→+ ++ Một ứng dụng mới gần đây trong xử lý nước thải là việc sử dụng của sự chiếu xạ hoặc ánh sáng trong vùng khả kiến trong cả hai phản ứng Fenton (H 2 O 2 /Fe +2 ) và Fenton-like (H 2 O 2 /Fe +3 ). Áp dụng này được gọi là phản ứng photo Fenton Thực hiện: TS. Trần Minh Chí 4 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP (UV/H 2 O 2 /Fe +2 hoặc UV/H 2 O 2 /Fe +3 ). Các áp dụng khác của phản ứng photo Fenton như trong việc loại bỏ các thuốc trừ sâu diệt cỏ, PCBs, phenol, chlorophenol, nitrobenzene và nitrophenol trong nước thải. Tuy nhiên, vẫn có một số giới hạn trong việc sử dụng các gốc tự do hydroxyl như là một chất oxy hóa do nó rất không thích hợp cho sự phân hủy các hợp chất hữu cơ như poly hoặc per-fluorinated hoặc chlorinated alkane (Chen, 1998). Ưu thế cơ bản của gốc tự do hydroxyl *OH là: - Khả n ăng oxi hóa của gốc tự do Hydroxyl *OH cao gần 1,5 lần so với Ozon, gần 1,6 lần so với Hydrogen Peroxit, gấp hơn 2 lần so với Clorin, nên có khả năng oxi hóa hầu như tất cả các hợp chất hữu cơ, dù là bền vững nhất. - Nhờ khả năng oxi hóa mạnh của gốc tự do hydroxyl *OH nên có khả năng phá hủy những gốc mang màu, làm sáng màu nước xử lý kèm theo oxi hóa phá hủy những chất gây mùi, làm mất mùi nước rác. - Nhờ khả năng oxi hóa mạnh của gốc tự do hydroxyl *OH nên có khả năng diệt khuẩn, khử trùng triệt để kể cả virus, mạnh gấp đôi so với chlorin 1.3. Hoá siêu âm (sonochemistry) Hoá học siêu âm (sonochemistry, hóa âm học) là một ngành khoa học non trẻ, tuy vậy đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể đặc biệt trong lĩnh vực y tế và khoa học vật liệu, Năm 1867 đã có những quan sát đầu tiên về tác động tạo bọt khí của siêu âm trong môi trường lỏng (cavitation) (Tomlinson, Gernez). Năm 1917, mô hình toán học đầu tiên tiên đoán việc tạo nhiệt độ và áp suất cục bộ cực kì cao do sự vỡ ra của bọt khí. Năm 1927, công bố bài báo đầu tiên về ảnh hưởng hoá học của siêu âm (Rechards and Loonais, J. Am. Chem. Soc. 49 (1927) 3086). Giai đoạn 1980 đến nay là giai đoạn lớn mạnh không ngừng của lĩnh vực nghiên cứu liên quan đến ảnh hưởng hoá học củ a siêu âm. Năm 1989 đã diễn ra Hội nghị thế giới về hoá âm học lần đầu tiên [2], [5-7], [9-12], [16-20]. Ngành hoá âm học là ngành nghiên cứu ứng dụng siêu âm vào các phản ứng, các quá trình hoá học. Siêu âm là sóng có dải tần từ 20kHz đến 10MHz và có thể chia làm 3 vùng: vùng tần số thấp, năng lượng cao (20–100kHz); vùng tần số cao, năng lượng trung bình (100kHz–1MHz); vùng tần số cao, năng lượng thấp (1–10 MHz). Khoảng từ 20kHz – 1MHz thường được hoá âm học sử dụng. Vùng tần trên 1 MHz thường đượ c sử dụng trong y tế và chẩn đoán y khoa. Khác với sóng điện từ như sóng radio, ánh sáng thấy được, tia X, tia gamma, có thể truyền được dễ dàng trong chân không, siêu âm (âm thanh) là sóng cơ học nên không thể truyền trong chân không vì việc truyền các sóng nén giãn nhất thiết phải trong môi trường vật chất. Thực hiện: TS. Trần Minh Chí 5 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP Ngày nay, các nhà khoa học đã cho thấy tác động tích cực của siêu âm trong hoá học không những gia tăng về lượng (hiệu suất) mà còn đóng vai trò xúc tác tăng tốc độ phản ứng. Trong nhiều trường hợp, việc chiếu xạ siêu âm làm gia tăng độ phản ứng lên gần 1 triệu lần [20]. Ảnh hưởng của siêu âm thường rơi vào 3 trường hợp: hoá siêu âm trong môi trường lỏng đồng thể, hoá siêu âm trong môi trường dị thể lỏng – lỏng hoặ c lỏng – rắn, và siêu âm đóng vai trò xúc tác. Ngày nay, siêu âm đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và là cơ sở để hình thành ngành hóa âm và các ngành khoa học hẹp hơn, như điện hóa siêu âm (sonoelectrochemistry) chẳng hạn. Tuy nhiên, trong công nghiệp khởi đầu siêu âm chỉ được chú ý như một phương pháp vật lý đơn thuần.  Sự hình thành bọt khí âm Tác động cơ bản của siêu âm trong môi trường lỏng là sự hình thành những bọt khí âm học, tác độ ng này chỉ xảy ra trong môi trường lỏng [24]. Từ “bọt khí” xuất phát từ từ latin là cavus tương đương thuật ngữ cavity trong tiếng Anh. Khi siêu âm truyền qua môi trường sẽ tạo nên những sóng nén ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái dao động của phân tử môi trường bằng việc tạo ra sự nén – kéo giãn tuần hoàn tác động vào phân tử theo sự biến đổi của chu kỳ nén. Do đó, khoảng cách giữa các phân tử cũng thay đổi theo sự dao động xung quanh vị trí cân bằng của chúng. Chu kỳ giãn tạo ra một áp suất âm kéo phân tử ra khỏi vị trí của nó, khi cường độ siêu âm tăng lên. Tác động này sẽ tạo nên một bọt khí trong môi trường, đây là lúc áp suất âm vượt quá độ bền căng giãn của chất lỏng. Bọt này gọi là bọt khí hay bọt trống (cavitation bubble) và điểm bắt đầu diễn ra sự tạo bọt gọi là ngưỡng tạo bọt khí (Hình 1). Những b ọt khí nhỏ lớn lên nhờ hấp thu năng lượng của sóng âm hoặc thông qua quá trình kết hợp do khuếch tán thuỷ động và điều đó phụ thuộc nhiều vào cường độ chiếu xạ. Nếu cường độ chiếu xạ lớn sự lớn lên sẽ rất nhanh do những tác động quán tính. Dưới tác dụng của trường âm (sound field) trong chất lỏng, những bọt khí cũng sẽ giãn và co lại đồng thời l ớn lên theo chu kỳ nén - giãn. Kích thước của bọt khí sẽ đạt một giá trị tới hạn sau đó nổ vỡ, kích thước này gọi là kích thước cộng hưởng (resonant size), phụ thuộc vào môi trường lỏng cụ thể và tần số chiếu xạ. Khi những bọt khí đã đạt đến kích thước này chúng sẽ gắn rất tốt vào trường âm và hấp thụ năng lượng một cách hiệu quả và tiếp tụ c lớn lên trong một chu kỳ riêng. Sau khi tăng kích thước, những bọt khí sẽ không kết nối chặt chẽ với trường âm nữa. Tại thời điểm đó, lực căng bề mặt của chất lỏng kết hợp với sóng nén kế tiếp sẽ làm nổ bọt khí trong khoảng thời gian ngắn tính bằng micro giây. Sơ đồ của quá trình được thể hiện trên hình 1. Có hai dạng bọt sủi: dạ ng ổn định (stable) và dạng không ổn định (transient). Những bọt ổn định dao động xung quanh vị trí cân bằng của chúng trong một vài chu trình nén (compression cycles), trong khi đó, những bọt Thực hiện: TS. Trần Minh Chí 6 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP không ổn định sẽ gia tăng kích thước trong khoảng một chu trình và cuối cùng là bị phá hủy (vỡ) [1, 2]. Các cơ chế tác động của sóng siêu âm trong các môi trường khác nhau có thể tổng kết như sau: Hình 1. Cơ chế chung của “acoustic cavication” Tóm lại, sóng siêu âm có khả năng tạo ra các bọt khí. Chúng co giãn phụ thuộc vào các pha và áp lực sóng. Dưới những điều kiện thích hợp, chúng có thể vỡ tan, tạo ra một áp lực và nhiệt độ tại chỗ rất cao.  Thiết bị và ứng dụng Hình 2. Thiết bị siêu âm điển hình Siêu âm được truyền vào phản ứng hoá học thông qua một ống titan, ống này Thực hiện: TS. Trần Minh Chí 7 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP truyền dao động bởi một gốm áp điện (piezoelectric) chế tạo từ vật liệu gốm PZT, hợp kim zirconat titanat chì, dao động dưới dòng điện xoay chiều.  Khả năng áp dụng siêu âm để xử lý chất thải Theo nhiệt động học, chúng ta có công thức: PV = nRT Khi nguồn siêu âm tác động vào dung dịch nước, tốc độ thay đổi thể tích cuả các bọt khí cực kỳ cao, phụ thuộc vào tần số, dẫ n đến biến thiên nhiệt độ cực kỳ cao tại từng điểm: 5000 o C/ microsec Khi sóng siêu âm tác động vào môi trường nước các quá trình biến thiên nhiệt độ và áp suất cục bộ với tốc độ cao sản sinh ra một loạt sản phẩm như: H 2 ; H 2 O 2 ; HO 2 (superoxide), H  (atomic hydrogen), OH - (hydroxyl), và e-(aq) (solvated electrons) Chúng đều là các tác nhân oxy hoá – khử mạnh, có khả năng phân hủy nhiều chất rất bền vững: indigo, trichloroethane, pentachlorophenol, các hợp chất humic , đặc biệt sự có mặt của các các bọt khí dẫn đến hiện tượng hấp phụ khí – lỏng, kết quả là các hợp chất hữu cơ ít tan trong nước (hydrophobic) được hấp phụ trên bề mặt các bọt khí, chịu tác động trực tiếp của các tác nhân phân hủy kể trên [2, 3]. Hóa siêu âm được hi ểu là các hiệu ứng hóa học xảy ra bởi các phản ứng hóa học dưới tác dụng của sóng âm (Bremner 1990). Sóng siêu âm với tần số trong khoảng 15 kHz -10 MHz có các tác động rất mạnh đến phản ứng hóa học. Cơ chế chính tạo ra hiệu ứng đó còn được gọi là "acoustic cavitation" Các cơ chế tác động của sóng siêu âm trong các môi trường chất lỏng có thể tổng kết như sau: Thực hiện: TS. Trần Minh Chí 8 [...].. .Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP Hình 3 Cơ chế tác động của sóng siêu âm trong chất lỏng đồng nhất Hình 4 Cơ chế tác động gần bề mặt chất rắn Thực hiện: TS Trần Minh Chí 9 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP Hình 5 Cơ chế tác động lên chất rắn lơ lửng Hình 6 Cơ chế tác động trong chất lỏng không đồng... Với CODv 145 mg/l, Lượng H2O2 cần thiết cho oxy hóa là 0,5 lít/m3 nước thải Chọn tỉ lệ số mol H2O2/số mol FeSO4 = 2 - 4 cho xử lý nước rác Với CODv 320 mg/l, Lượng chất oxy hóa H2O2 cần thiết 0,75 - 1 lít/m3 nước thải, COD nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải Thực hiện: TS Trần Minh Chí 18 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP Bảng 4 Kết quả quá trình oxy hóa mẫu nước rác. .. thí nghiệm của quá trình Fenton, nước được để lắng tĩnh trong 30 phút và phần nước trong sẽ được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, độ màu, H2O2 dư, Fetcộng dư để xác định được các thông số tối ưu cho quá trình Thực hiện: TS Trần Minh Chí 15 360 340 320 300 280 260 240 220 200 350 300 Đ ộ m àu (Pt-C o ) C O D (m g/l) Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP 200 150 100... Mẫu được khuấy nhanh trong vòng 5 phút, sau đó khuấy chậm thêm 20 phút Phần nước trong tách ra đem phân tích trị số COD và đánh giá hiệu quả xử lý của quá trình bằng %COD đã được xử lý loại bỏ so với trị số COD của mẫu NRR Thực hiện: TS Trần Minh Chí 13 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP Hình 7 Ảnh hưởng lượng chất keo tụ đến hiệu quả loại COD (% so với mẫu NRR)... xử lý 2.2 Thí nghiệm oxy hóa Peroxon Nước rỉ rác sử dụng cho thí nghiệm là NRR sau keo tụ Quá trình Peroxon đạt hiệu quả cao khi giá trị pH dao động trong khoảng 7 – 8, do đó nước sau keo tụ có pH dao động từ 3,0-3,2 được chỉnh pH lên 7 Thực hiện: TS Trần Minh Chí 16 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP Thí nghiệm được thực hiện trong mô hình kín, lượng O3 dư sẽ được... đó, để việc xử lý nước rác Gò Cát đạt kết quả mong muốn, cần áp dụng các quá trình công nghệ không chỉ chỉ dựa vào các quá trình phân hủy sinh học, chẳng hạn các quá trình AOPs 2 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PILOT ÁP DỤNG CÁC QUÁ TRÌNH AOPs ĐỂ XỬ LÝ NRR 2.1 Quá trình keo tụ – tạo phức – Fenton 2.1.1 Kết quả thí nghiệm của Trung tâm Công nghệ Hóa học và Môi trường (ECHEMTECH) như sau: Nước rỉ rác thô, sau khi... phần nước lắng trong ra đem phân tích trị số COD và đánh giá hiệu quả xử lý của quá trình bằng % COD đã được xử lý loại bỏ so với trị số COD của mẫu NRR do kết quả tổng hợp của toàn bộ quá trình keo tụ – Fenton Kết quả cho thấy như trên hình 8 dưới đây: Hình 8 Ảnh hưởng lượng H2O2 đến hiệu quả xử lý COD (% so với mẫu NRR) Thực hiện: TS Trần Minh Chí 14 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong. .. hàm lượng các chất hữu cơ trong môi trường lỏng cao và cơ chế tấn công của các nhóm hydroxyl radical sẽ chiếm ưu thế khi hàm lượng thấp Thực hiện: TS Trần Minh Chí 10 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP Điều kiện khắc nghiệt bên trong các vi bọt khí sẽ chuyển hơi nước bên đó thành các radical hydroxyl và hydrô Tuy nhiên, hoạt tính cao của các nhóm radical trên sẽ... quả khử COD cũng được nâng lên rõ rệt Đồng thời H2O2 là chất tự phân hủy nên không gây ô nhiễm môi trường thứ cấp và không tạo ra các sản phẩm trung gian độc hại khác Việc ứng dụng quá trình loại COD của NRR bằng phương pháp oxy hóa nâng cao AOPs tuy giải quyết được chỉ tiêu thải về COD nhưng giá thành xử lý tương đối cao Thực hiện: TS Trần Minh Chí 20 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong. .. TOC /COD 0,3 0,4 Thực hiện: TS Trần Minh Chí 11 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP Loại Chất hữu cơ Nitơ, mg/l TKN /COD Kim loại, g/l Mới (trẻ) Trung bình Đã ổn định (già) Chủ yếu 20-30% Chủ yếu là axit là 70-90% VFA, 70Humicvà axit Fulvic VFA 80% axit Humic và Fulvic 100 – 2.000 TKN 0,1 0,13 - 0,66 1,0 2 . HCM 18 3. KẾT LUẬN 20 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP 1. CÁC KỸ THUẬT OXY HÓA TĂNG CƯỜNG (AOTs VÀ AOPs) ÁP DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Những kỹ thuật. 4 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp AOP (UV/H 2 O 2 /Fe +2 hoặc UV/H 2 O 2 /Fe +3 ). Các áp dụng khác của phản ứng photo Fenton như trong việc loại bỏ các. cân bằng của chúng trong một vài chu trình nén (compression cycles), trong khi đó, những bọt Thực hiện: TS. Trần Minh Chí 6 Báo cáo chuyên đề: Các quá trình khử COD trong NRR bằng phương pháp