Xử lý nước rỉ rác bằng quy trình công nghệ mới

BÀI GIỮA KÌ MÔN: ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN THỊ DIỆU CẨM Họ tên : NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA VÕ ĐÌNH NHÂM Dịch báo Tiền xử lý nước rỉ rác trình Fenton Tóm tắt Mục đích nghiên cứu để kiểm tra hiệu thuốc thử Fenton (Fe 2+ + H2O2 + H+) cho tiền xử lý bãi rác thành phố với mục đích cải thiện phân hủy sinh học tổng thể nó, đánh giá tỷ lệ BOD / COD, tăng đến giá trị tương thích với xử lý sinh học Các nước rò rỉ từ bãi rác vệ sinh thành phố nằm miền nam nước Ý giá trị trung bình thông số thu là: pH = 8,2; COD = 10540 mg l -1; BOD5 = 2300 mg l -1 ;TOC = 3900 mgl ;NH4 -N =5210 mg l -1; dẫn = 45.350 ms cm -1; kiềm = 21 470 mgl -1 CaCO3 Ảnh hưởng giá trị pH ban đầu hiệu xử lý đánh giá chuẩn độ lượng axit sản phẩm hình thành Mức độ nước thải oxy hóa giám sát kiểm soát độ pH đo lường tiềm oxi hóa khử Các điều kiện hoạt động tốt để đạt mục tiêu mong muốn (tức là, BOD / COD ⩾ 0,5) cho kết quả: Fe 2+ = 275 mg l -1; H 2O2 = 3300 mg l -1 ;pH ban đầu = 3; thời gian phản ứng = h Vào cuối tiền xử lý Fenton, phép xử lý sinh học tiếp theo, ion sắt sót lại gỡ bỏ tăng pH lên đến 8,5 cách thêm gl -1 Ca (OH)2 mg l -1 polyelectrolyte cation Giới thiệu Mặc dù nước rỉ rác chứng minh độc hại gây ảnh hưởng đến môi trường, chôn lấp phương pháp để xử lí chất thải rắn đô thị công nghiệp Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng số lượng nước rỉ rác , chẳng hạn diễn biến thời tiết theo mùa, kỹ thuật chôn lấp, phương pháp đóng cọc xử lí, loại chất thải thành phần, cấu trúc rác,… Đặc biệt, thành phần nước rỉ rác thay đổi phụ thuộc lớn vào độ tuổi bãi rác (Baig et al., 1999) Theo đó, số công nghệ xử lý sử dụng thực tế (Haapea et al., 2002) Để loại bỏ phần lớn chất ô nhiễm, phương pháp sinh học thường ưa chuộng lý-hóa học (Im et al., 2001) Tuy nhiên, trình xử lí tốt thu với biện pháp sinh học nước rỉ rác Trong trường hợp nước rỉ rác củ chưa xử lí, thay vào đó, hàm lượng COD (nhu cầu oxy hóa học) tối đa cho phép (MAC) thải trực tiếp gián tiếp đáp ứng xuất chất ô nhiễm ức chế hoạt động sinh khối / khó phân hủy sinh học Trong trường hợp vậy, Giá trị MAC thường thực phương pháp lý hóa đắt tiền flocculation-kết tủa, hấp phụ than hoạt tính, bốc hơi, trình oxy hóa hóa học, thiêu hủy Trong số đó, tập trung vào trình nâng cao oxy hóa, AOP, (Huang et al, 1993; Schroder, năm 1996), khai thác tiềm oxy hóa mạnh gốc hydroxyl (HO•), đạt hai mục tiêu : (i) (ii) Giảm COD content nước thải lên đến giá trị MAC mong muốn thông qua khoáng chất ô nhiễm khó xử lí (tức là, chuyển đổi thành CO2) Tăng cường việc phân hủy sinh học nước thải xử lý với mục đích làm cho trình xử lý sinh học Nói chung, AOP định nghĩa trình oxy hóa mà tạo gốc hydroxyl với số lượng đủ để ảnh hưởng đến nước xử lý nước thải (Huang et al., 1993) Các gốc hydroxyl gốc tự phản ứng mạnh chất oxy hóa mạnh (HO• + H + + e- =>H2O; E0= 2,33 mV) Nhiều hệ thống phân loại AOP hầu hết số sử dụng kết hợp của: hai chất oxy hóa (ví dụ, O3 cộng H2O2); chất xúc tác cộng oxy hóa (ví dụ, Fe 2+ + H2O2); oxy hóa cộng với chiếu xạ (ví dụ, H 2O2 cộng UV); oxy hóa cộng với chất xúc tác (ví dụ, H2O2 cộng với TiO2); oxy hóa cộng với siêu âm (ví dụ, H 2O2 cộng với siêu âm) Việc sử dụng hệ thống với nhu cầu cao lượng điện cho thiết bị Máy ozon, đèn UV, siêu âm, điều làm cho chi phí xử lí cao Ngoại lệ trình Fenton Trong trình vậy, thực tế, điều kiện có tính axit, hỗn hợp Fe 2+ / H2O2 tao gốc OH• cách hiệu Ưu điểm thuốc thử Fenton (Fe 2+ + H2O2 + H+) là: (i) (ii) (iii) (iv) Cả sắt hydrogen peroxide có giá rẻ không độc hại Không có giới hạn chuyển nhượng khối lượng chất xúc tác đồng Không có hình thức lượng liên quan chất xúc tác Quá trình công nghệ đơn giản Vì tính năng, trình Fenton áp dụng nhiều lĩnh vực (Prousek, 1995) có nước thải khó xử lí / nước rỉ rác (Koyama Nakamura, 1994; Gau Chang, 1996; Tang Huang, 1996; Bae et al., 1997; Kim et al., 1997; Steensen, 1997; Kwong et al., 1999; Rivas et al., 2001; Zhu et al., 2001) Tuy nhiên, trường hợp nước rỉ rác, trình Fenton sử dụng chủ yếu cách đạt mong muốn COD Giá trị MAC tiền xử lý phép xử lý sinh học kinh tế hơn(Chamarro et al., 2001) Trên sở cân nhắc trên, việc điều tra mô tả trình xử lí nước rỉ rác thành phố thực đặc biệt để kiểm tra hiệu của Fenton với mục đích cải thiện phân hủy sinh học tổng thể lên đến giá trị tương thích để xử lí sinh học hiếu khí Đo phân hủy sinh học tỷ lệ nhu cầu oxy sinh hóa đo sau ngày (BOD5) COD, giá trị phải ≥ 0.5 Thực nghiệm 2.1 Thủ tục xử lý Fenton Xử lý nước rỉ rác Fenton nhiệt độ môi trường xung quanh theo sau bước Mẫu nước thải đưa vào cốc thủy tinh khuấy từ tính; giá trị pH điều chỉnh để cố định H2SO4 95-97% (w / w) Hàm lượng Fe2+ đạt cách thêm dung dịch FeSO4.7H2O Một thể tích biết đến 35% (w / w) dung dịch H2O2 thêm vào bước Sau cố định thời gian phản ứng (2 h), trước thực kiểm tra BOD, gl-1 calcium hydroxide mg l- cation polyelectrolyte (Dryfloc 652) thêm vào để xử lí mẫu nước thải để ion sắt kết tủa lại kết để đông lại tốt bùn Vào cuối trình xử lí Fenton, khuấy tắt bùn xử lí Trong trường hợp, tất phân tích nước thải xử lý thực lọc mẫu 2.2 Phân tích hóa chất Tổng carbon hữu (TOC) phân tích máy phân tích TOC 5050 từ Shimadzu, Nhật Bản Nồng độ H2O2 xác định phương pháp iod (Kolthoff et al, 1974.) Kim loại phân tích cách quang phổ phát xạ plasma với hệ thống Optima 3000 ICP-OES từ Perkin Elmer, Norwalk-CT / USA Redox tiềm pH đo hệ thống Mettler DL 40 RC bị DG 111-SC bạch kim DM 14 kết hợp từ Mettler-Toledo, Milano, Italia BOD5, COD, TS, TSS, PO4-P, NH4-N, độ kiềm clorua đo theo tiêu chuẩn phương pháp (APHA, 1995) Trong Fenton xử lý mẫu nước rỉ rác, COD tính toán chênh lệch tổng số đo COD để H2O2 dư (Kang et al., 1999) Tất hóa chất sử dụng phân tích từ Baker, Đức Cationic polyelectrolyte Dryfloc 652 từ Nymco-Acque, Cormano, Ý Kết thảo luận Thành phần nước thải thống kê Bảng Có tính đến nồng độ thấp kim loại nặng, giá trị pH (8.2), mức thấp giá trị BOD / COD tổng [(2300/10540) = 0,2] thành phần NH4-N (5210 mg l- 1) độ kiềm (21 470 mg l- 1), nước rỉ rác phân loại '' cũ '' không phân hủy (Baig et al., 1999) Đề cập đến trình Fenton, tỷ lệ hydrogen peroxide cao chất nền, nồng độ ion sắt cao mang lại kết nhanh Tuy nhiên, để tối đa hóa hiệu trình này, cần thiết xác định tỷ lệ khối lượng H 2O2 / Fe2+ Trong thực tế, thuốc thử Fenton (Fe2+ + H2O2 + H+) => Fe3+ + H2O + HO•) sử dụng để sản xuất gốc hydroxyl cần thiết để ôxy hóa chất hữu (OM) theo phản ứng sau (Edwards Curci, năm 1992; Huang et al, 1993) Sản phẩm oxy hóa Chú ý, lượng Fe2+ H2O2 phù hợp để tránh không mong muốn gốc HO• phản ứng xảy diện dư thừa thuốc thử (Tang Huang, 1997) Các nghiên cứu trước, thực tế, chứng minh hiệu trình oxy hóa tốt đạt phản ứng (1) hàm lượng H 2O2 Fe2+ phù hợp, lượng gốc HO• đủ lớn có sẵn cho trình oxy hóa hợp chất hữu (Tang Huang, 1997) Nói cách khác, tỷ lệ H 2O2 Fe2+ phải cố định Để đánh giá tỷ lệ vậy, trì liên tục nồng độ H2O2 6300 mg l- 1, tập hợp thí nghiệm thực tăng dần liều lượng Fe 2+ Theo nghiên cứu trước, tất thí nghiệm tiến hành theo thời gian phản ứng h pH ban đầu 3,0 (Prousek,1995) Hình 1, cho thấy kết thí nghiệm vậy, chứng minh nước rỉ rác xử lý lại, giá trị COD thường xuyên giảm với hàm lượng sắt tăng Tuy nhiên, Fe2+ dư (Fe2+> 500 mg l- 1) kết hợp với gốc HO• thông qua phản ứng (2) xu hướng ngược lại Giá trị TOC lại giá trị H2O2 dư, xu hướng cho thấy giảm rõ ràng nồng độ Fe2+ 250 mg l- Thực tế là, Fe2+ khoảng nồng độ 250-500 mg l-1, COD giảm nhiều so với TOC rằng, chất hữu tiếp tục bị oxy hóa mức độ biến đổi thành CO2 thấp so với trước Hình Ảnh hưởng liều lượng Fe 2+ thông số đo lựa chọn xử lí Fenton nước rỉ rác mẫu Tất thí nghiệm thực hang loạt ban đầu pH = 3.0, hàm lượng H2O2 (6300 mg l -1), Thời gian phản ứng 2h Hình cho thấy nồng độ Fe2+ cao 500 mg l- lại Giá trị TOC không thay đổi COD thường xuyên tăng Có nghĩa chất hữu khoáng tiến triển (tức là, chuyển đổi thành CO 2), gây cách tăng nồng độ Fe2+, dừng lại liều lượng Fe2+ 500 mg l-1 Bất kỳ thêm ion kim loại màu gây giảm dần mức độ oxy hóa chất hữu lại đo TOC Thực tế, cho lượng TOC, mức độ oxy hóa thấp hơn, giá trị COD cao Xu hướng giải, diện lượng dư Fe2+, phản ứng (2) chiếm ưu phản ứng (1) Vì vậy, cao Nồng độ Fe2+, thấp số lượng gốc OH• có sẵn để ôxy hóa chất hữu theo phản ứng (1) Trong thực tế, hình tối ưu tỉ lệ khối lượng (H 2O2 / Fe2+) khoảng 12 [tức (6300/500)] Tuy nhiên, theo tác giả khác, giá trị nhiều biến động theo lớp chất ô nhiễm gây tác động nước thải phức tạp (Prousek, năm 1995; Tang Huang, 1997) Duy trì liên tục tỷ lệ H 2O2 / Fe2+, ổn định nồng độ gốc hydroxyl phụ thuộc vào hàm lượng H2O2 Fe2+ Vì vậy, để đánh giá tỷ lệ phần trăm COD lượng COD loại bỏ, thí nghiệm tiến hành khối lượng H 2O2 / Fe2+ (ví dụ, 12) xử lý nước rỉ rác với lượng tăng hai chất phản ứng Trong hình 2, kết thí nghiệm vậy, canxi hydroxit cation polyelectrolyte cần thiết phép xử lý sinh học tiếp Hình chứng minh COD tổng nước thải xử lý thường xuyên giảm với lượng H 2O2 Fe2+ tăng lên đến giá trị H 2O2 10 000 l mg -1; sau đó, liều lượng lớn không thay đổi COD dư Xu hướng giải thích trình kết thúc, sản phẩm phụ phản ứng oxy hóa chủ yếu chuỗi axit hữu ngắn mà khó bị ôxy hóa (Rivas et al., 2001) Hình chứng minh chất bị oxy hóa nhiều nước rỉ rác (tức thấp COD), lớn thêm COD cho bước xử lí tiếp Kết thực tế gốc HO • , phản ứng oxy hóa, gây hiệu ứng phụ, chẳng hạn như: (i) (ii) hình thành hạt keo từ hòa tan chất hữu thông qua ngưng tụ / phản ứng polyme hóa mà thay đổi kích thước phân tử chất hữu kích thước lớn (ii) tăng cường phức ion sắt chất hữu bị oxy hóa (Lee et al., 1996; Kang Chang năm 1997; Kang Hwang, 2000; Lau et al., 2001) Sau đánh giá tỷ lệ khối lượng H2O2 / Fe2+ (ví dụ, 12), tối đa đạt COD (tức 60%) tỉ lệ H 2O2 Fe2+ cần thiết để đạt tối đa (tức là, H 2O2 = 10 000 mg l- Fe2+ =830 mg l- 1), thí nghiệm tiến hành để đánh giá tăng cường phân hủy sinh học nước thải, tỉ lệ BOD / COD tổng tăng, đạt trình xử lí Fenton Kết thí nghiệm trình bày hình rằng, để đạt cải tiến phân hủy sinh học khai thác (BOD5 / COD> 0,5), đủ để xử lí nước rỉ rác với H 2O2 Fe2+ 3300 275 mg l-1 tương ứng, tránh nhu cầu sử dụng lượng lớn để giảm COD (xem hình 2) Hình Ảnh hưởng tăng liều lượng H2O2 Fe2+, với tỷ lệ khối lượng không đổi (H2O2 / Fe2+ = 12), COD loại bỏ COD dư đo trình kết thúc xử lí Fenton trước(chấm đen) sau ( chấm trắng) Thêm 3m g -1 Ca(OH) mgl- cation polyelectrolyte (Dryfloc 652) Điều kiện thí nghiệm: pH ban đầu = 3.0, thời gian phản ứng h Hình Ảnh hưởng tăng liều lượng H2O2 Fe2+, với tỷ lệ khối lượng không đổi (H2O2 / Fe2+ = 12), BOD / COD đo tỷ lệ sau thêm gl- Ca (OH) mg l- cation polyelectrolyte (Dryfloc 652) Điều kiện thí nghiệm: ban đầu pH = 3.0, thời gian phản ứng = h Các thử nghiệm tiến hành để đánh giá xem phản ứng lớn 2h, tức thời gian cố định suốt toàn trình, cho kết có lợi phạm vi trình oxy hóa nước rỉ rác Các kết hiển thị hình xác nhận sau hai trình oxy hóa qua và, sau đó, giá trị mà sử dụng bước thiết kế lò phản ứng xử lí nước thải Hình chứng minh tiến độ xử lí Fenton theo dõi pH trình oxi hóa nước rỉ rác Điều quan trọng từ công nghệ khả giám sát trình '' thời gian sống '' luôn mong muốn Cuối cùng, ảnh hưởng pH ban đầu xử lí Fenton nước rỉ rác với hiệu trình oxy hóa đánh giá tính axit sản phẩm hình thành Trong thực tế, trước , sản phẩm phụ phản ứng Fenton chủ yếu axit cacboxylic Vì vậy, oxy hóa mức độ cao Fenton lớn số lượng axit sản phẩm hình thành Hình cho thấy đường cong thu cách chuẩn độ với 1N NaOH xử lý Fenton bãi rác leachates có pH ban đầu khác Con số chứng minh rõ ràng lượng dùng NaOH cần thiết nhiều để trung hoà nước rỉ rác xử lý, trước xử lí Fenton, cố định 3.0, phù hợp giá trị dự kiến cố định để thực toàn trình xử lí Hình Xu hướng xử lí Fenton với thông số lựa chọn cho trình xử lí nước rỉ rác Điều kiện thí nghiệm ban đầu: pH =3,0, H 2O2 =6300 mg l- 1, Fe2+=500 mg l-1 Hình 5.đường cong chuẩn độ mẫu nước thải thu sau phương pháp xử lí Fenton giá trị pH khác ban đầu (pH0) Điều kiện thí nghiệm: H 2O2 = 6300 mg l -1, Fe2+ = 500 mg l-1, thời gian phản ứng = h Kết luận Nhằm kiểm tra tính hiệu thuốc thử Fenton cho việc tăng cường phân hủy sinh học, bãi rác thành phố thực quy mô phòng thí nghiệm nhiệt độ môi trường xung quanh Quá trình xử lí dẫn đến kết sau: • Gía trị COD tối thiểu cho tiền xử lý Fenton khoảng 60% giá trị ban đầu (tức 10 540 mg l- 1) Như loại bỏ tối đa đạt cách sử dụng liều thuốc thử cao 10 000 mg l- H2O2 830 mg l-1 Fe2+ • BOD5 / COD tổng nước rỉ rác tăng lên từ 0.2, giá trị ban đầu, lên đến 0.5, tối thiểu giá trị với trình xử lí sinh học tiếp theo, sử dụng tối ưu điều kiện: pH ban đầu = 3,0; Fe 2+ =275 mg l -1; H2O2 = 3300 mg l -1; thời gian phản ứng = h • Sự tiến tiền xử lý Fenton theo dõi việc đo pH oxi hóa khử nước rò rỉ trình oxy hóa, đó, cho thấy khả trình theo dõi • Một chuẩn độ acid-base trình Fenton xử lí nước rỉ rác chứng minh phần có liên quan đến sản phẩm hình thành trình xử lí thực hợp chất có tính axit, chứng minh trình oxy hóa Fenton lớn lượng axit hình thành • Sau tiền xử lý Fenton, phép xử lý sinh học tiếp theo, ion sắt dư kết tủa làm đông tụ với g l- Ca (OH) mg l- cation polyelectrolyte Bước xử lí cuối loại bỏ COD lại Trong kết luận, kết khích lệ có giá trị tương đối quy mô lớn công nghệ đơn giản với hiệu chi phí phương pháp cải thiện phân hủy sinh học nước thải khó xử lí [...]... được bằng cách chuẩn độ với 1N NaOH xử lý Fenton bãi rác leachates có pH ban đầu là khác nhau Con số này chứng minh rõ ràng rằng lượng dùng NaOH cần thiết nhiều để trung hoà các nước rỉ rác đã xử lý, trước khi xử lí Fenton, là cố định ở 3.0, do đó sự phù hợp của các giá trị dự kiến và cố định để thực hiện toàn bộ quá trình xử lí Hình 4 Xu hướng trong xử lí Fenton với các thông số lựa chọn cho quá trình. .. toàn bộ quá trình, sẽ cho kết quả có lợi trong phạm vi của quá trình oxy hóa của nước rỉ rác Các kết quả được hiển thị trong hình 4 xác nhận rằng sau hai giờ quá trình oxy hóa đã qua và, sau đó, đây là giá trị mà đã được sử dụng trong các bước thiết kế lò phản ứng xử lí nước thải Hình 4 cũng chứng minh rằng tiến độ xử lí Fenton có thể được theo dõi bởi pH hoặc quá trình oxi hóa của nước rỉ rác Điều này... quá trình xử lí sinh học tiếp theo, sử dụng tối ưu các điều kiện: pH ban đầu = 3,0; Fe 2+ =275 mg l -1; H2O2 = 3300 mg l -1; thời gian phản ứng = 2 h • Sự tiến bộ của tiền xử lý Fenton có thể được theo dõi bởi việc đo pH hoặc oxi hóa khử trong nước rò rỉ của quá trình oxy hóa, do đó, cho thấy khả năng của một quá trình theo dõi tiếp theo • Một chuẩn độ acid-base quá trình Fenton xử lí nước rỉ rác. .. bãi rác thành phố đã được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm tại nhiệt độ môi trường xung quanh Quá trình xử lí đã dẫn đến kết quả như sau: • Gía trị COD tối thiểu cho tiền xử lý của Fenton là khoảng 60% giá trị ban đầu (tức là 10 540 mg l- 1) Như một loại bỏ tối đa đạt được bằng cách sử dụng các liều thuốc thử cao như 10 000 mg l- 1 của H2O2 và 830 mg l-1 của Fe2+ • BOD5 / COD tổng của nước rỉ rác. .. tiến độ xử lí Fenton có thể được theo dõi bởi pH hoặc quá trình oxi hóa của nước rỉ rác Điều này quan trọng từ các công nghệ như khả năng giám sát một quá trình '' thời gian sống '' luôn luôn là mong muốn Cuối cùng, ảnh hưởng của pH ban đầu trên xử lí Fenton của nước rỉ rác với hiệu quả quá trình oxy hóa được đánh giá về tính axit các sản phẩm hình thành Trong thực tế, như đã chỉ trước đây , sản phẩm... quan đến các sản phẩm hình thành trong quá trình xử lí được thực hiện bởi hợp chất có tính axit, do đó chứng minh rằng quá trình oxy hóa Fenton lớn hơn là lượng axit hình thành • Sau khi tiền xử lý của Fenton, để cho phép xử lý sinh học tiếp theo, các ion sắt dư được kết tủa và làm đông tụ với 3 g l- 1 Ca (OH) 2 và 3 mg l- 1 của một cation polyelectrolyte Bước xử lí cuối cùng này loại bỏ COD còn lại... cố định để thực hiện toàn bộ quá trình xử lí Hình 4 Xu hướng trong xử lí Fenton với các thông số lựa chọn cho quá trình xử lí nước rỉ rác Điều kiện thí nghiệm ban đầu: pH =3,0, H 2O2 =6300 mg l- 1, Fe2+=500 mg l-1 Hình 5.đường cong chuẩn độ mẫu nước thải được thu sau phương pháp xử lí Fenton ở các giá trị pH khác nhau ban đầu (pH0) Điều kiện thí nghiệm: H 2O2 = 6300 mg l -1, Fe2+ = 500 mg l-1, thời... polyelectrolyte Bước xử lí cuối cùng này loại bỏ COD còn lại Trong kết luận, kết quả trên có vẻ khá khích lệ và có giá trị tương đối trên một quy mô lớn hơn và chỉ ra một công nghệ đơn giản với hiệu quả chi phí của phương pháp cải thiện sự phân hủy sinh học của nước thải khó xử lí