Nghiên cứu xác định các thông số thích hợp để xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp hóa lý với chất keo tụ là phèn nhôm và phèn sắt

HUÊ MINH THẮNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ VỚI CHẤT KEO TỤ LÀ PHÈN NHÔM VÀ PHÈN SẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP An Giang, 05/2011..

HUÊ MINH THẮNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ VỚI CHẤT KEO TỤ

LÀ PHÈN NHÔM VÀ PHÈN SẮT

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

An Giang, 05/2011

HUÊ MINH THẮNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ VỚI CHẤT KEO TỤ

LÀ PHÈN NHÔM VÀ PHÈN SẮT

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths Phan Trường Khanh GVPB: Ths Hồ Liên Huê

Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh

An Giang, 05/2011

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC RỈ

RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ VỚI CHẤT KEO TỤ LÀ PHÈN NHÔM VÀ

PHÈN SẮT

Z @ Y NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Sinh viên thực hiện đề tài: Huê Minh Thắng

Lời nhận xét của giảng viên hướng dẫn:

Long Xuyên, ngày… tháng… năm 2011 Ký xác nhận của giảng viên hướng dẫn ………

Ths Phan Trường Khanh

LỜI CẢM ƠN

# "

Qua 4 năm học đại học và qua 4 tháng nghiên cứu làm luận văn tốt nghiệp em đã được sự chỉ dạy tận tình tận tình của các thầy cô Những kiến thức kinh nghiệm mà em nhận được qua sự truyền đạt của thầy cô là vô cùng quý báu đối với em Bằng tất cả tấm lòng của mình em xin bày tỏ lòng biết ơn đến:

Thầy Phan Trường Khanh, thầy đã dành nhiều thời gian quý báo để hướng dẫn rất tận tình kỹ lưỡng, giải đáp những thắc mắc, khó khăn mà em dấp phải trong quá trình làm luận văn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn môi trường, tập thể lớp DH8MT đã động viên, khích lệ và giúp đỡ trong suốt thời gian làm luận văn

Đây là lần đầu tiên có cơ hội tiếp cận công việc nghiên cứu khoa học và với khoảng thời gian ngắn nên em còn gặp rất nhiều khó khăn, nhưng được sự động viên giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô, gia đình và bạn bạn bè đã giúp

em có thêm nghị lực để tiếp tục nghiên cứu và hoàn thành khóa luận này Qua

đó, em có điều kiện tiếp thu những kiến thức mới, những phương pháp nghiên cứu khoa học vô cùng quý báo cho bản thân

Trong quá trình thực hiện khóa luận không thể không tránh khỏi những sai sót, em xin ghi nhận những nhận xét, đóng góp ý kiến của quý thầy cô để

đề tài của em được hoàn thiện với chất lượng tốt hơn

Em xin chân thành cám ơn!

MỤC LỤC

Chương 1: GIỚI THIỆU 1 U

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2 U

2.1 Tổng quan về bãi rác Bình Đức 2

2.1.1 Vị trí và quy mô của bãi rác 2

2.1.2 Hiện trạng môi trường tại bãi rác Bình Đức 2

2.2 Tổng quan về nước rác 3

2.2.1 Định nghĩa về nuớc rỉ rác 3

2.2.2 Nguồn gốc phát sinh nước rác 3

2.2.3 Thành phần và tính chất nước rác 4

2.4 Tình hình xử lý nước rác 6

2.4.1 Tình hình xử lý nước trên thế giới 6

2.4.2 Tình hình xử lý nước rác ở Việt Nam 8

2.5 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước rác 11

2.5.1 Phương pháp cơ học 11

2.5.2 Phương pháp hóa lý 11

2.5.3 Phương pháp sinh học 14

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 U 3.1 Đối tượng nghiên cứu 18

3.2 Thời gian nghiên cứu 18

3.3 Mục tiêu nghiên cứu 18

3.4 Nội dung nghiên cứu 18

3.5 Phương tiện và vật liệu nghiên cứu 18

3.6 Phương pháp nghiên cứu 18

3.6.1 Phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm 18

3.6.2 Bố trí thí nghiệm 22

3.6.3 Phương pháp đánh giá số liệu: 24

Chương 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN 25

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

5.1 Kết luận 42

5.2 Kiến nghị 43

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Quy mô của bãi rác Bình Đức 2

Hình 2.2: Hiện trạng bãi rác Bình Đức 2

Hình 2.3: Nước rỉ rác 3

Hình 2.4: Nước rỉ rác 4

Hình 2.5: Hệ thống xử lý nước rác V 7

Hình 2.6: Công nghệ xử lý nước rác ở bãi rác Gò Cát 8

Hình 2.7: công nghệ xử lý nước rác 9

Hình 2.8: Các phuơng pháp sinh học làm sạch nuớc thải 15

Hình 2.9: Thiết bị Jartest 16

Hình 3.1: Xác định COD 19

Hình 3.2: Đo NH4+ 21

Hình 3.3: Sục khí trước khi chạy Jartest 22

Hình 3.4: Thiết bị Jartest 23

Hình 4.1: Giá trị pH của các nghiệm thức 25

Hình 4.2: Kết quả xử lý COD của các nghiệm thức 27

Hình 4.3: Kết quả đo SS của các nghiệm thức 29

Hình 4.4: Kết quả đo NH4+của các nghiệm thức 31

Hình 4.5: Kết quả đo SS 33

Hình 4.6: Kết quả đo COD 34

Hình 4.7: Kết quả đo SS 35

Hình 4.8: Kết quả đo COD 36

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần và tính chất nước rác điển hình 5

Bảng 2.2: Mối liên hệ giữa tỷ số COD/TOC, BOD/COD và tuổi thọ của bãi rác với hiệu suất khử chất hữu cơ từ nước rác 6

Bảng 2.3: Mối liên hệ giữa tính chất nước thải và các giải pháp xử lý 7

Bảng 4.1: Kết quả kiểm định Duncan giá trị pH trung bình của 5 nghiệm thức 26

Bảng 4.2: Kết quả kiểm định Duncan giá trị COD (mg/l) trung bình của 3 lần thí nghiệm 28

Bảng 4.3: Kết quả kiểm định Duncan giá trị SS (mg/l) trung bình của 3 lần thí nghiệm 30

Bảng 4.4: Kết quả kiểm định Duncan Nồng độ NH4+ (mg/l) trung bình của 3 lần thí nghiệm 32

Bảng 4.5: Kết quả phân tích chạy mô hình với thể tích thùng 60 lít 33

Bảng 4.6: Kết quả phân tích khi chạy trên thiết bị Jartest ở liều lượng 1g của 3 lần lặp lại 33

Bảng 4.7: Hiệu suất xử lý của hai lần chạy mô hình theo thời gian khác nhau 38

Bảng 4.8: Kết quả loại bỏ đồng(mg/l) 39

Bảng 4.9: Kết quả loại bỏ Cadimi (mg/l) 39

Bảng 4.10: Kết quả loại bỏ chì (mg/l) 40

Bảng 4.11: Đơn giá các hóa chất 40

Bảng 4.12: Tổng tiền khi xử lý 60 lít nước rỉ rác 41

Bảng 4.13: Đơn giá các hóa chất 41

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

BOD5: Nhu cầu oxy sinh học

COD: Nhu cầu oxy hóa học

SS: Hàm lượng chất rắn lơ lửng

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

BTNMT: Bộ tài nguyên môi trường

CV%: Hệ số biến động (%)

NT1: Nghiệm thức 1 (mẫu đối chứng)

NT2: Nghiệm thức 2 (mẫu nước rỉ rác cho vào 0,5g vôi)

NT3: Nghiệm thức 3 (mẫu nước rỉ rác cho vào 1g vôi)

NT4: Nghiệm thức 4 (mẫu nước rỉ rác cho vào 1,5g vôi)

NT5: Nghiệm thức 5 (mẫu nước rỉ rác cho vào 2g vôi)

Chương 1: GIỚI THIỆU

Phát triển kinh tế - xã hội luôn gắn liền với những bất cập vấn đề về môi trường nhất là về rác thải Ngày nay, rác thải đang là mối đe dọa của mỗi quốc gia, mỗi thành phố Cũng như các nước đang phát triển trên thế giới, ở nước ta rác thải chiếm một khối lượng lớn với các thành phần phức tạp đã gây

ra những áp lực nặng nề đến môi trường, việc xử lý rác tại các bãi chôn lấp làm giảm đáng kể ô nhiễm do rác thải sinh ra Tuy nhiên, trong quá trình chôn lấp không thể tránh khỏi những phát sinh như nước rò rỉ, khí sinh học từ bãi rác, côn trùng gây bệnh truyền nhiễm, mùi hôi,… Trong số đó, nước rỉ rác là nguồn ô nhiễm nghiêm trọng nhất và là một trong những vấn đề nan giải đang được sự quan tâm của toàn xã hội

Chất thải rắn sinh hoạt thường có nhiều thành phần khác nhau, từ các chất hữu cơ dễ phân huỷ đến các chất hữu cơ khó phân huỷ, từ các chất không nguy hại đến các chất nguy hại,…kết quả là nước rỉ rác cũng có nhiều thành phần phức tạp gây khó khăn cho việc xử lý Thêm vào đó là nồng độ các chất

ô nhiễm có trong nuớc rỉ rác thường rất cao, chúng thay đổi theo từng bãi chôn lấp và chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Vì thế khiến cho việc xử

lý nước rỉ rác gặp nhiều khó khăn và trở ngại

Việc nghiên cứu các công nghệ xử lý nước rỉ rác đã và đang được thực hiện nhưng kết quả nước sau xử lý thì COD không đạt Các phương pháp xử

lý hóa học được áp dụng đối nước rác như: keo tụ bằng muối FeCl3, Al2(SO4)3, PAC lọc màng, hấp phụ cũng được áp dụng để xử lý nước rác nhưng cũng đem lại một kết quả nhất định, tuy nhiên hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm chưa được triệt để, các thiết bị lọc màng khi sử dụng rất hay bị nghẹt và không ổn định

Vì vậy, để có thể xử lý đồng thời các chất có hại, SS, N-NH4, COD, Cu,

Pb, Cd có trong nước rỉ rác, chúng tôi tiến hành thực hiện “Nghiên cứu xác

định các thông số thích hợp để xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp hóa lý với chất keo tụ là phèn nhôm và phèn sắt” là rất cần thiết góp phần bảo vệ

môi trường, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về bãi rác Bình Đức

2.1.1 Vị trí và quy mô của bãi rác

Rác sau khi thu gom được

chuyển về bãi rác Bình Đức Bãi

2.1.2 Hiện trạng môi trường tại bãi rác Bình Đức

Qua quá trình khảo sát tại bãi rác và khu vực xung quanh bãi rác, vấn

đề gây ô nhiễm môi trường mà người dân trong khu vực và vùng lân cận dễ nhận thấy chủ yếu là do mùi và ruồi, đồng thời tại đây còn tồn đọng một lượng

Hình 2.1: Quy mô của bãi rác Bình Đức

Hình 2.2: Hiện trạng bãi rác Bình Đức

lớn nước rò rỉ không được xử lý cũng góp phần gây ô nhiễm nghiêm trọng

nguồn nước trong khu vực

2.2 Tổng quan về nước rác

2.2.1 Định nghĩa về nuớc rỉ rác

Nuớc rỉ rác là nuớc bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm từ

rác chảy vào tầng đất duới của bãi chôn lấp Trong giai đoạn hoạt động của bãi

chôn lấp nuớc rỉ rác hình thành chủ yếu do nuớc mưa và nuớc ép ra từ các lỗ

rỗng của chất thải do các thiết bị đầm nén

2.2.2 Nguồn gốc phát sinh nước rác

Nước rỉ từ rác được hình thành khi nước thấm vào các ô chôn lấp

Nước có thể thấm vào rác theo một số cách sau đây:

- Nước từ phía trên bãi chôn lấp, độ ẩm của rác, nuớc từ các vật liệu

phủ, nuớc từ bùn nếu việc chôn 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 nuớc thoát ra từ đáy

bãi chôn lấp (nước rò rỉ)

- Nước từ chất thải rắn: lượng nước đưa vào bãi chôn lấp để tạo ẩm cho

rác

- Nước có từ các quá trình phân hủy rác sinh ra

- Nước sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn

lấp

- Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn rác

Hình 2.3: Nước rỉ rác

- Nước có thể rỉ vào qua các cạnh (vách) của ô rác

- Nước từ các khu vực khác chảy qua có thể thấm xuống các ô chôn rác

- Nước mưa rơi xuống khu vực chôn lấp rác trước khi được phủ đất và trước khi ô rác đóng lại

- Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp sau khi ô rác đầy

(Trần Hiếu Nhuệ &ctv, 2001)

2.2.3 Thành phần và tính chất nước rác

Ngoài phụ thuộc rất lớn vào bản chất của rác thì thành phần và tính chất của nước rác còn phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Thời gian lưu trữ (tuổi của bãi rác)

- Điều kiện khí hậu

- Cách quản lý, chế độ vận hành

- Độ nén, độ dày của lớp rác, loại bãi chôn lấp rác

- Các hoạt động sinh học, hóa học, độ ẩm, nhiệt độ, pH,…

Ở những bãi rác mới, nước rác thường có pH thấp (4,5 – 6) nhưng nồng

độ BOD5, COD, TOC và kim loại nặng cao, còn ở những bãi rác cũ thì pH cao hơn (6,5 – 7,5), nồng độ các chất ô nhiễm thấp do đã trải qua một quá trình phân hủy tự nhiên Thông qua tỉ số BOD5/COD người ta có thể đánh giá khả năng phân hủy sinh học của nước rác đó Thường thì những bãi rác lâu năm tỉ

số BOD5/COD thấp hơn nhiều so với bãi rác mới Ngoài ra, những bãi rác chứa các chất vô cơ và kim loại nặng khá cao, còn nước rác sinh ra từ các bãi chôn lấp sinh hoạt thì chứa các hàm lượng chất ô nhiễm sinh học và hàm lượng vi sinh cao

Hình 2.4: Nước rỉ rác

Bảng 2.1: Thành phần và tính chất nước rác điển hình

Giá trị, mg/l Bãi mới Thành phần

2.4 Tình hình xử lý nước rác

2.4.1 Tình hình xử lý nước trên thế giới

Hiện nay trên thế giới có 3 xu hướng xử lý nước rác:

+ Xử lý sơ bộ nước rác để tuần hoàn, tái sử dụng trong nông nghiệp

+ Xử lý sơ bộ nước rác để đưa vào hệ thống cống rãnh

+ Xử lý nước rác đạt tiêu chuẩn cho phép thải nguồn tiếp nhận

Bảng 2.2: Mối liên hệ giữa tỷ số COD/TOC, BOD/COD và tuổi thọ của bãi

rác với hiệu suất khử chất hữu cơ từ nước rác

Kết tủa hóa học (với vôi) Kém Khá Kém

Oxi hóa hóa học Ca(ClO)2 Kém Khá Khá

Hấp phụ than hoạt tính Kém Khá Tốt

Nhựa trao đổi ion Kém Khá Khá

( Nguồn: Chian and De Walle,1977 )

Bảng 2.3: Mối liên hệ giữa tính chất nước thải và các giải pháp xử lý

Tính chất nước thải Hiệu quả giải pháp

>0,5 >10000 Tốt Xấu Trung bình Xấu

0,1 – 0,5 2000 -

10000

Trung bình

Bể trộn

Bể tạo bông

Bể lắng

Bể trung hòa

Bể tiếp xúc

Than hoạt tính

2.4.2 Tình hình xử lý nước rác ở Việt Nam

Ở nước ta việc tìm công nghệ xử lý nước rác đã và đang thực hiện, rất

có nhiều đơn vị thiết kế các công nghệ khác nhau Tuy nhiên, vẫn chưa có

công nghệ nào có thể xem là đảm bảo về mặt hiệu quả và kinh tế nhất

Sau đây là một số công nghệ xử lý nước rác được áp dụng tại Việt Nam:

Hình 2.6: Công nghệ xử lý nước rác ở bãi rác Gò Cát

Nước rỉ rác sau khi qua lớp tháp khử cứng, đi qua bể kị khí UASB để khử COD Sau đó nước rỉ rác qua cụm bể Anoxic 1 và Aerobic 1 để tiếp tục

khử COD còn lại, nitrat hóa (ở Aerobic 1) và khử nitrat kết hợp (ở Anoxic 1)

Bể Anoxic 2 là giai đoạn Aerobic 2 nhằm tách khí N2 sinh ra từ bể Anoxic 2

Bùn lắng ở bể lắng được tuần hoàn về bể Anoxic 1 Nước rỉ rác được khử

màu đồng thời làm giảm lượng COD khó phân hủy 1 lần nữa ở bể keo tụ - tạo

bông và kết hợp lắng Bông cặn nhỏ khó lắng sẽ được giữ lại ở bể lọc cát

hoàn

H2SO4 được sử dụng để đưa pH về mức thích hợp cho quá trình keo tụ xảy ra

tốt hơn Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn sắt (FeCl3) và chất trợ keo tụ

polymer Trước khi lọc cát, pH được đưa lên giá trị trung hòa bằng dung dịch

Na2CO3 Tuy nhiên, trong thực tế quá trình vận hành hệ thống xử lý vẫn không

đạt tiêu chuẩn quy định

Thải ra môi trường Không khí

Hình 2.7: Công nghệ xử lý nước rác

2.4 Tổng quan về quá trình keo tụ tạo bông

z Chất keo

Đó là các chất huyền phù có cùng nguồn gốc như trên, nhưng có kích thước nhỏ hơn mà quá trình lắng hết sức chậm Chúng cũng tạo nên độ đục và màu sắc của nước

z Chất hòa tan

Nói chung chúng là các anion hoặc cation Một bộ phận các chất hữu

cơ cũng có dạng hòa tan Người ta cũng thấy cả khí (như O2, CO2, H2S…)

z Vai trò của sự đông tụ và kết bông

Phương pháp đông tụ và kết bông dễ dàng loại bỏ huyền phù và chất keo Quá trình này thực hiện trước khi tách pha rắn-lỏng: Lắng gạn, tuyển nổi hay lọc

Loại bỏ các chất hòa tan đối với mỗi chất cần có cách xử lý riêng, cần hoặc không cần đông tụ-kết bông, thậm chí cả việc tách pha rắn - lỏng (Trung tâm đào tạo ngành nước và môi trường, 1999)

2.4.2 Khái niệm quá trình keo tụ

Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng lọc hay tuyển nổi (Nguyễn thị thu thủy, 2000)

2.4.3 Phá bền của các hạt keo huyền phù

Nói chung, các chất ở trạng thái huyền phù có kích thước khác nhau Một số có kích thước và mật độ đủ lớn để có thể dễ dàng bị sa lắng Một số có kích thước đủ nhỏ (10-8- 10-5 m), được gọi là huyền phù keo, trong những điều kiện thuân lợi, chúng có thể kết tụ lại với nhau thành các tổ hợp (cụm) hạt lớn hơn, có thể lắng gạn được Sự tổ hợp đó rất ít khi tự xảy ra một cách tự nhiên trong nước vì hiệu ứng tương tác đẩy tĩnh điện giữa chúng (bề mặt hạt keo

mang điện), các điện tích cung dấu cản trở sự tiếp xúc giữa các hạt (Nguyễn hữu phú, 2001)

2.5 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước rác

Do nước rác có thành phần chất hữu cơ dễ phân hủy, do đó phương pháp sinh học được xem là rất hiệu quả, đặc biệt là hiệu quả về kinh tế khi các biện pháp sinh học không mang lại hiệu quả thì người ta thường dùng các phương pháp xử lý bậc cao đó là phương pháp xử lý hóa học và phương pháp

xử lý hóa lý hoặc kết hợp các phương pháp lại với nhau nhằm xử lý triệt để hơn Và các phương pháp xử lý nước rác đó là:

2.5.1 Phương pháp cơ học

Quá trình xử lý cơ học (tiền xử lý) thường áp dụng ở các giai đoạn đầu của công trình Tùy vào tính chất, hàm lượng, lưu lượng nước thải, mức độ làm sạch mà ta áp dụng các quá trình:

3 Điều hòa: Điều hòa lưu lượng trên dòng thải và ngoài dòng thải

3 Chắn rác: Các mảnh vụn được loại bỏ bằng các lưới chắn rác

3 Lắng: Các chất lơ lửng và bông cặn được loại bỏ do trọng lực

3 Tuyển nổi: Tạo ra các bọt khí kết hợp các hạt nhỏ đưa lên mặt nước

Ï Sục khí bay hơi

Sục khí bay hơi là một quy trình đẩy khí đi xuyên qua nước ngầm hay nước mặt ô nhiễm để loại bỏ các hóa chất có hại Không khí tác động đến hóa chất để biến đổi từ chất lọng sang chất khí (bay hơi) Sau đó, không khí được thu lại và làm sạch Sục khí bay hơi thường được sử dụng để xử lý nước ngầm như là một phần của quá trình bơm và là một biện pháp để xử lý (EPA, 2001)

Ï Phương pháp oxy hóa nâng cao

Oxy hóa học là phương pháp xử lý được sử dụng để loại bỏ chất hữu cơ

và kết tủa kim loại Nó dựa trên phản ứng oxy hóa khử Quá trình oxy hóa nâng cao (AOP) được phát hiện bởi Glaze et at (1987) như là “quy trình xử lý nước có nhiệt độ và áp suất gần với môi trường, mà nó bao gồm việc sinh ra gốc hydroxil với số lượng đủ ảnh hưởng đến độ tinh khiết của nước”

• Ưu điểm của việc sử dụng tác nhân oxy hóa nâng cao

- Phức tạp nên cần được tính toán gây ra các ứng dụng đặc biệt

Ï Phương pháp đông tụ kết tủa

Đông tụ là quá trình thô hóa các hạt phân tán và chất nhũ tương Phương pháp đông tụ hiệu quả nhất khi sử dụng để tách các hạt keo phân tán

có kích thước 1-100µm

Trong xử lý nước thải, sự đông tụ diễn ra dưới ảnh hưởng của chất bổ sung gọi là chất đông tụ Chất đông tụ trong nước tạo thành các bông hydroxit kim loại, lắng nhanh trong trường trọng lực Các bông này có khả năng hút các

hạt keo và hạt lơ lững kết hợp với nhau Bởi vì các hạt keo có điện tích âm yếu còn các hạt bông đông tụ có điện tích dương yếu nên giữa chúng có sự hút lẫn nhau

Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp giữa chúng Việc chọn chất đông tụ phụ thuộc thành phần, tính chất hóa lý và giá thành của nó, nồng độ tạp chất trong nước, pH và giá thành phần muối của nước Các muối nhôm thường làm chất đông tụ là Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O và NH4Al(SO4)2.12H2O.Trong số đó, phổ biến nhất là sunphat nhôm Nó hoạt động hiệu quả khi pH = 5-7,5 Sunphat nhôm tan tốt trong nước và có giá thành tương đối rẻ Nó được sử dụng ở dạng khô hoặc dạng dung dịch 50% (Nguyễn Văn Phước, 2000)

 Muối sắt

Nguyên lý phản ứng cũng như các muối nhôm

Fe3+ + 3H2O ↔ Fe(OH)3↓ + 3H+

Fe3+ + HnPO4-(3-n) ↔ FePO4 + nH+

Ion sắt làm cho nước xử lý có màu

Clorua feric (lỏng, đôi khi kết tinh)

2Fe2+ + 6HCO3- ↔ 2Fe(OH)3↓ + 6Cl- + 6CO2

Liều lượng: Nước mặt lọc trong từ 5 đến 150g/m3 clorua feric rắn (sổ tay

xử lý nước, 2005)

 Vôi

Thornton và Blanc (1973) đã nghiên cứu việc sử dụng phèn nhôm và vôi để keo tụ và kết tủa nước rỉ ở bãi chôn lấp rác chưa đến 2 năm tuổi và thấy rằng vôi có khả năng loại bỏ chất rắn lơ lửng và màu tốt hơn phèn nhôm Ngoài ra quá trình keo tụ còn loại bỏ Mg, Ca, Fe và một ít chất hữu cơ Việc gia tăng pH của nước rỉ từ rác khi chúng ta cho vôi vào dẫn đến việc tạo thành các hydroxit kim loại không tan Các bông cặn hỗ trợ việc lắng các hạt keo

Chian và Dewalle (1976) đã chứng minh rằng vôi có khả năng loại bỏ chất hữu cơ vết (có phân tử lượng lớn hơn 50000) có trong nước rỉ rác của các bãi rác mới

Các nghiên cứu việc xử lý nước rỉ rác từ bãi rác công nghiệp chứa nhiều nhũ tương của Slater et at (1983) đã chứng minh rằng việc sử dụng vôi cho hiệu quả tốt hơn phèn nhôm, FeCl3 và MgO Vôi giúp loại bỏ độ đục, dầu, kim loại và chất rắn lơ lửng, ngoài ra Slater còn nghiên cứu việc sử dụng các polyme để hỗ trợ quá trình lắng Sau quá trình keo tụ bởi vôi, pH của nước thải tăng lên đến 12, để trung hòa và kết tủa Canxi người ta sử dụng CO2

Liều lượng vôi sử dụng trong các nghiên cứu của Thornton và Slater là 1-1,5g/l, hiệu quả của phương pháp này là 20-40%, kim loại nặng khoảng 90%, màu, chất rắn lơ lửng và độ đục giảm từ 70-90%

2.5.3 Phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là sử dụng khả năng sống

và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải Các

vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng để tạo ra năng lượng Xây dựng tế bào sinh trưởng và sinh sản, do đó khối lượng sinh khối được tăng lên Phương pháp sinh học thường được sử dụng để loại

bỏ các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ Đối với các chất vô cơ chứa trong nước thải thì phương pháp này dùng để khử chất sulfit, muối amon, nitrat tức là các chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn Cho đến ngày nay người ta đã

biết nhiều loại vi sinh vật có thể phân hủy tất cả các chất hữu cơ có trong thiên

nhiên và rất nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo Giải pháp xử lý bằng biện

pháp sinh học có thể được xem là tốt nhất trong các phương pháp vì:

- Chi phí thấp

- Có thể xử lý được các độc tố

- Xử lý được N-NH3

- Tính ổn định cao

Do vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên

căn cứ vào tính chất, hoạt động và môi trường sống của chúng ta có thể chia phương pháp sinh học thành phương pháp hiếu khí và phương pháp kị khí

- Các loại hình công nghiệp xử lý nuớc thải bằng phương pháp sinh học

Luơng Đức Phẩm (2002) đã phân các phuơng pháp sinh học xử lý nước thải ra làm các loại như sau:

Hình 2.8: Các phuơng pháp sinh học làm sạch nuớc thải

- Ứng dụng các quá trình xử lý sinh học

Các quá trình xử lý sinh học trên thường được ứng dụng để:

Các phương pháp sinh học xử lý nuớc thải

Hiếu khí Thiếu khí Kị khí (anaerobic)

Ao

ổn định nuớc thải

Khử nitrat Bể kị

khí

Bể lọc

kị khí UASB

+ Khử các chất hữu cơ trong nước thải, thường biểu hiện bằng COD, BOD, TOC

+ Khử nitrat

+ Nitrat hóa

+ Khử phospho

+ Ổn định chất thải

2.6 Tổng quan về phương pháp jartest

Phương pháp này được dùng trong phòng thí nghiệm để xác định các điều kiện tối ưu của sự keo tụ - tủa bông

2.6.1 Mô tả phương pháp

Thiết bị được sử dụng nói chung gồm một máy khuấy, có trang bị bộ biến đổi tốc độ Mỗi cánh khuấy ứng với một bình có thể tích 1 lít ( có khắc độ phân chia thể tích đến 1 lít)

Mỗi một bình được đổ đầy một thể tích nước nguyên khai như nhau Sau đó, tiến hành:

1 Cho chất keo tụ vào bình đồng thời khuấy mạnh (100 – 200 v/ phút) trong 2 – 3 phút (đôi khi có thể dài hơn) và điều chỉnh pH (việc này có thể làm trước khi đưa chất keo tụ vào) Đây là giai đoạn keo tụ

Hình 2.9: Thiết bị Jartest

2 Khuấy chậm (20 – 40 v/ phút) trong 5 – 10 phút Đây là giai đoạn tủa bông: Làm to các cụm keo tụ

3 Gạn lọc kết tủa trong thời gian 20 đến 60 phút

2.6.2 Mục tiêu của phép thử Jartest:

Có hai mục tiêu là xác định liều lượng tối ưu của chất keo tụ (và cả chất tủa bông) và xác định vùng tối ưu của pH keo tụ

Nói chung, người ta tiến hành thí nghiệm với các vùng pH khác nhau (giữa pH 5,5 và 7,5 đối với Al và pH 4,5 và 8 đối với Fe) ở một liều lượng không đổi chất keo tụ (2mg Fe/mg cacbon hữu cơ hòa tan và 1mgAl/mg cacbon hữu cơ hòa tan) Sau phép thử này, cần tiến hành thêm một phép thử ở

pH (tối ưu) với sự thay đổi liều lượng chất keo tụ để tìm được lượng chất keo

tụ tối ưu tại một pH tối ưu

Đối với các loại nước giàu chất vô cơ (độ kiềm > 200-280mg CaCO3/l) thỉ chỉ cần tiến hành về phép thử xác định liều lượng chất keo tụ vì không cần phải quan tâm đến việc điều chỉnh pH nữa trong quá trình keo tụ

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Phương pháp keo tụ sử dụng phèn nhôm, phèn sắt để xử lý nước rỉ rác

3.2 Thời gian nghiên cứu

Từ ngày 15/11/2010 – 30/04/2011

3.3 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định các thông số thích hợp để xử lý nước rỉ rác bằng phèn nhôm, phèn sắt

3.4 Nội dung nghiên cứu

- Chuẩn bị thiết bị và hóa chất để tiến hành thí nghiệm

- Phân tích các thông số có trong nước rỉ rác như: pH, SS, COD, NH4+, Cu,

Pb, Cd trước khi xử lý

- Tiến hành bố trí thí nghiệm với các liều lượng vôi phèn khác nhau trên thiết bị Jartest

- Phân tích lại các chỉ tiêu đầu ra như pH, SS, COD, NH4+, Cu, Pb, Cd

- Tính toán hiệu quả kinh tế khi sử dụng phèn nhôm và phèn sắt để xử lý 1m3 nước rỉ rác

3.5 Phương tiện và vật liệu nghiên cứu

- Nước rỉ rác

- Hóa chất: CaCO3, FeCl3, Al2(SO4)3.18H2O

- Các dụng cụ và thiết bị dùng để phân tích mẫu

3.6 Phương pháp nghiên cứu

3.6.1 Phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm

 Phương pháp đo pH

Đo pH bằng pH kế

 Phương pháp xác định COD

- Sử dụng phương pháp K2Cr2O7 trong môi trường acid:

- Cho vào ống nghiệm:

+ 5ml dung dịch mẫu đã pha loãng (dung dịch pha loãng theo tỉ lệ 100) + 3ml dung dịch K2Cr2O7 0,1N

- Thêm 2 – 3 giọt chỉ thị ferroin, đến khi dung dịch có màu xanh

- Tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch FAS 0,01N cho đến màu nâu đỏ thì dừng lại và ghi kết quả thể tích dung dịch FAS đã dùng

- Làm mẫu trắng với 5ml nước cất 2 lần thay cho mẫu và thực hiện các bước như trên

- Sau đây là công thức tính nồng độ của COD:

X (mg/l) = [(V0 – V1) * N * 8000 * F]/V

Trong đó:

Hình 3.1: Xác định COD

V0: Thể tích dung dịch FAS dùng chuẩn độ mẫu trắng (ml)

V1: Thể tích dung dịch FAS dùng chuẩn độ mẫu (ml)

N: Nồng độ FAS đã được kiểm tra

+ Lọc qua mẫu giấy lọc đã chuẩn bị

+ Sấy giấy và cặn đã được lọc ở nhiệt độ 103º-105º đến trọng lượng không đổi

+Làm nguội trong bình hút ẩm 20 phút

+ Cân và ghi trọng lượng m1 (g)

Hàm lượng chất rắn lơ lửng tính bằng mg/l theo công thức:

X(ml/l) = [(m1-mo)*106]/V Trong đó: m1: Khối lượng giấy lọc và cặn (g)

Mo: Khối lượng giấy lọc (g) V: Thể tích mẫu đã dùng (ml)

- 1ml thuốc thử C (C: Hòa tan 75ml PRE3 với PRE4, trong đó PRE3 là sodium hypochloric 5% và PRE4: Dung dịch NaOH 67,5% (hòa tan 67,5g NaOH thành 100ml nước cất không đạm)

- Chờ khoảng 20 – 25 phút xuất hiện màu xanh rồi đem so màu ở bước sóng 630nm

- Còn màu và mùi của nước rỉ rác ta quan sát bằng mắt thường

 Phương pháp phân tích Cu, Pb, Cd

Phân tích Cu, Pb, Cd bằng máy hấp thu nguyên tử và hóa chất cần thiết

- Lọc mẫu bằng giấy băng xanh

- Lấy mẫu nước trong đi phân tích trên máy hấp thu nguyên tử ZEEnit700 bằng kỹ thuật là Graphite Furnace Technique (EA)

Hình 3.2: Đo NH4 +

3.6.2 Bố trí thí nghiệm

- Thí nghiệm 1: Xác định liều lượng chất đông tụ-phèn nhôm

[Al2(SO4)2.18H2O] và vôi [CaCO3] thích hợp để loại bỏ chất rắn lơ lửng, COD

+ Trước khi làm thí nghiệm, chúng tôi tiến hành sục khí trong 1 giờ Đầu tiên, chúng tôi xác định thời gian khuấy với liều lượng phèn, vôi thích hợp bằng hóa chất dùng trong phòng thí nghiệm Ở thí nghiệm này, chúng tôi tiến hành trên một đợt lấy mẫu và 3 lần lặp lại và theo dõi các chỉ tiêu pH, SS, COD, N-NH4+

+ Trong thí nghiệm này, chúng tôi làm trên thiết bị Jartester Với mô hình này, ta có thể điều chỉnh vận tốc khuấy và thời gian khuấy thích hợp sao cho hóa chất có thể hòa tan tốt trong trong dung dịch

+ Phần chứa nước thải: Gồm 5 cóc thủy tinh chứa nước rỉ từ rác với thể tích hữu dụng là 0,9L

+ Hệ thống khuấy: 6 cánh khuấy với nhiều cấp độ khuấy trộn khác nhau Ở thí nghiệm này, tôi vận hành thiết bị với vận tốc khuấy là 120 vòng/phút trong 60 phút, sau đó lắng 90 phút

+ Cách vận hành hệ thống: Cho nước rỉ từ rác vào các bình chứa Sau

đó khuấy trộn dung dịch Đồng thời cho hóa chất đông tụ vào Sau khoảng

Hình 3.3: Sục khí trước khi chạy Jartest

thời gian khuấy, ngừng khuấy để cho quá trình lắng xảy ra trong 90 phút, lấy phần nước trong đi phân tích

+ Bố trí thí nghiệm như sau:

NT1: Đối chứng không có hóa chất

- Thí nghiệm 2: Với hóa chất keo tụ là phèn sắt (FeCl3), vôi (CaCO3) Mục đích loại bỏ kim loại Cu, Pb, Cd có trong thành phần nước rỉ rác Thí nghiệm này, chúng tôi cũng tiến hành một đợt lấy mẫu với 3 lần lặp lại và theo dõi các chỉ tiêu kim loại Ở thí nghiệm này chúng tôi làm trên thiết bị Jartester

Bố trí thí nghiệm như sau:

NT1: Đối chứng không có hóa chất

NT2: 0,5g phèn sắt /l

Hình 3.4: Thiết bị Jartest