Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học tt

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Hiện với phát triển xã hội đời sống nhân dân dần cải thiện nhu cầu tiêu dùng ngày tăng, dẫn đến lượng rác thải sinh ngày nhiều, đặc biệt rác thải sinh hoạt (RTSH) tính trung bình năm tăng khoảng 12% Lượng RTSH tăng dần theo thời gian dẫn đến lượng nước rỉ rác (NRR) sinh ngày tăng NRR sinh từ bãi chôn lấp phát sinh trạm trung chuyển có mức độ ô nhiễm cao với số COD lên đến 70000 mg/l, chất rắn hòa tan tới 50000 mg/l, tổng chất rắn lơ lửng đến 2000 mg/l hàm lượng nitơ cao tới 3000 mg/l, NRR bốc mùi nặng lan tỏa nhiều kilomet, ngấm xun qua mặt đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm dễ dàng gây nhiễm nguồn nước mặt Do đó, ô nhiễm môi trường NRR từ lâu vấn đề nan giải, quan tâm đặc biệt công tác bảo vệ môi trường Mặc dù theo quy định bãi chơn lấp rác có hệ thống xử lý NRR phương pháp xử lý NRR áp dụng hầu hết bãi chơn lấp (BCL) nước ta cịn bộc lộ nhiều nhược điểm như: chất lượng nước sau xử lý thường không đạt tiêu chuẩn xả thải, đặc biệt hai tiêu COD nitơ (QCVN25 :2009/BTNMT, cột B), xử lý tiêu tốn nhiều hóa chất, chi phí xử lý cao, khó vận hành hệ thống xử lý, Nguyên nhân NRR có thành phần phức tạp thay đổi theo thời gian vận hành BCL Việc lựa chọn công nghệ xử lý chưa phù hợp dẫn đến nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường thải sơng, rạch cịn hạn chế lượng NRR bãi chơn lấp tiếp tục tăng lên Do đó, vấn đề tìm cơng nghệ thích hợp để xử lý hết lượng NRR phát sinh hàng ngày, cải tạo lại hệ thống xử lý NRR hoạt động trang bị cho bãi chôn lấp nhu cầu thiết Phương án kết hợp trình keo tụ điện hóa (EC) với q trình lọc sinh học (BF) giải pháp có nhiều triển vọng để tăng hiệu xử lý NRR Khác với q trình keo tụ hóa học, phải sử dụng lượng lớn chất keo tụ, tiêu tốn nhiều hóa chất lượng bùn cặn tạo nhiều, q trình EC có khả loại bỏ hiệu kim loại nặng, hợp chất chứa phốt pho, hợp chất phenol, hydrocacbon vài chủng vi sinh vật gây bệnh, thành phần khó phân hủy phương pháp sinh học độc hại với vi sinh vật sử dụng trình sinh học Ngồi ra, q trình dễ dàng tự động hóa giảm thiểu sử dụng hóa chất làm giảm lượng bùn cặn sinh Trong đó, q trình BF có hiệu suất xử lý hợp chất lơ lửng (TSS), nitơ tổng (TN) BOD5 cao Đặc biệt trình BF giá thể hữu rẻ tiền than bùn, vỏ gỗ, chất dẻo có suất xử lý cao trình BF thơng thường giá thể hữu xốp, có diện tích bề mặt riêng lớn, hấp thu lượng lớn vi sinh vật khu trú đó, đồng thời q trình hóa lý khác tham gia vào trình xử lý, dẫn đến trình khử nitrat diễn mạnh Việc kết hợp công nghệ cho phép tối ưu hóa q trình xử lý NRR, nước sau xử lý đạt QCVN25:2009/BTNMT cột B2 Trước thực trạng việc nghiên cứu thành công đưa vào ứng dụng công nghệ EC kết hợp với phương pháp sinh học cần thiết cho xử lý NRR Chính lý tơi chọn đề tài Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học Mục tiêu nghiên cứu: Luận án đặt mục tiêu nắm bắt công nghệ tiên tiến để xử lý NRR, đặc biệt cơng nghệ EC, BF sử dụng kết hợp công nghệ Thông qua nghiên cứu, luận án mong muốn đạt mục tiêu sau: 1/ Xác định điều kiện thích hợp cho xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR EC 2/ Xác định điều kiện thích hợp cho xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR sau trình xử lý EC BF Nhiệm vụ luận án nghiên cứu trình EC kết hợp với trình BF để tăng hiệu xử lý NRR, đảm bảo quy chuẩn môi trường QCVN25:2009/BTNMT cột B2 Nội dung nghiên cứu: Giai đoạn xử lý NRR EC 1/ Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng thơng số: mật độ dịng, thời gian điện phân, pH, khoảng cách điện cực đến trình xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR điện cực sắt điện cực nhôm Giai đoạn xử lý NRR BF sau trình EC 2/ Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng chế độ sục khí tải lượng đầu vào đến q trình xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR sau trình xử lý EC BF CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nước rỉ rác 1.1.1 Đặc điểm, thành phần nước rỉ rác NRR định nghĩa loại chất lỏng ô nhiễm rác thấm qua lớp rác ô chôn lấp kéo theo chất bẩn dạng lơ lửng, keo hòa tan từ chất thải rắn thải bãi rác Thành phần NRR khác phụ thuộc thành phần chất thải chôn lấp thời gian chôn lấp Hàm lượng chất ô nhiễm NRR bãi chôn lấp chất thải rắn cao nhiều so với BCL chất thải rắn lâu năm Vì BCL lâu năm hàm lượng chất hữu dễ phân hủy bị phân hủy gần hết Nước rác BCL mới, thường có pH thấp hàm lượng COD, BOD5, chất dinh dưỡng, TDS kim loại nặng cao Trái ngược với BCL nước rác bãi chơn lấp lâu năm thường có pH cao (do q trình metan hóa tăng lên) hàm lượng COD, BOD5, chất dinh dưỡng, TDS kim loại nặng lại giảm hầu hết kim loại chuyển sang trạng thái kết tủa pH tăng Đặc biệt, nước rác BCL lâu năm chứa nhiều hợp chất cao phân tử nhiều hóa chất độc hại vừa gây màu tối vừa có mùi khó chịu khó phân hủy phương pháp sinh học 3 1.1.2 Tác động nước rỉ rác đến mơi trường người NRR có nồng độ chất ô nhiễm cao như: COD = 2000 – 70000 mg/l, BOD = 1200 – 27000 mg/l nhiều chất độc hại khác thấm vào đất gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, thoát vào hệ thống nước mặt gây ô nhiễm nguồn nước mặt Mùi bốc lên từ NRR gây nhiễm mơi trường khơng khí Như NRR phát tán vào môi trường gây ô nhiễm môi trường nặng nề ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng 1.2 Tổng quan trình keo tụ điện hóa Cơ chế q trình keo tụ điện hóa “EC phương pháp điện hóa học để xử lý nước bị nhiễm, sử dụng dịng điện chiều để ăn mòn điện cực dương (thường nhơm sắt) để giải phóng chất có khả keo tụ (thường ion nhôm ion sắt) vào dung dịch” Khi điện phân điện cực kim loại xảy trình sau: M → Mn+ + neCác cation kim loại tạo kết hợp với ion OH- có mặt nước tạo thành hydroxit kim loại theo phương trình phản ứng sau: Mn+ + nOH- → M(OH)n 1.3 Tổng quan lọc sinh học 1.3.1 Cơ chế trình lọc sinh học BF kỹ thuật sử dụng màng vi sinh hình thành chất mang dạng rắn Chất mang có vị trí cố định thiết bị phản ứng dòng chất lỏng tạo thành màng mỏng chảy bề mặt lớp màng vi sinh kỹ thuật lọc nhỏ giọt; màng vi sinh tiếp xúc gián đoạn ln phiên với pha khí lỏng thơng qua biện pháp gắn với trục quay đĩa quay sinh học; chất mang có vị trí cố định tầng ngập nước nước chứa tạp chất chảy qua tầng vật liệu cột BF 1.3.2 Cơ sở lí thuyết q trình sinh học xử lý nitơ nước thải Xử lý nitơ nước thải thường điễn qua hai giai đoạn Giai đoạn q trình chuyển hóa amoni thành nitrat (nitrat hóa) Giai đoạn thứ trình khử nitrat thành nitơ bay lên (khử nitrat) 1.3.3 Kết hợp phương pháp xử lý nước rỉ rác Theo Wiszniowski cộng (2006) để xử lý NRR đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn xả thải cần phải kết hợp nhiều phương pháp để xử lý triệt để NRR Chủ yếu kết hợp phương pháp vật lý, hóa học sinh học Đã có nhiều cơng trình tính hiệu kết hợp phương pháp xử lý NRR Dưới đề cập tới kết hợp phương pháp EC BF xử lý NRR: Hiện nay, có cơng trình nghiên cứu kết hợp EC với BF xử lý NRR Một cơng trình kết hợp BF trước sau EC điện cực magie Một cơng trình kết hợp EC điện cực nhơm trước sau q trình BF Cả hai cơng trình kết cho thấy tính hiệu kết hợp EC BF xử lý NRR Tuy nhiên cần phải có nghiên cứu kết hợp với trình EC loại điện cực khác để tìm điều kiện thích hợp cho trình xử lý NRR với hiệu suất cao chi phí vận hành thấp Chính vậy, hướng mà luận án tập trung nghiên cứu xử lý NRR với kết hợp trình EC điện cực sắt với BF Luận án nghiên cứu so sánh hiệu xử lý NRR trình EC điện cực sắt với q trình EC điện cực nhơm Cho nên nghiên cứu xử lý NRR EC kết hợp BF hướng lựa chọn luận án CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu Chất ô nhiễm NRR (đánh giá thông qua thông số COD, amoni, TSS, độ màu) NRR dùng nghiên cứu lấy hồ sinh học Khu liên hiệp xử lý chất thải rắn Nam Sơn – Sóc Sơn – Hà Nội mang bảo quản lạnh 4oC 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu xử lý chất ô nhiễm NRR phương pháp EC kết hợp BF quy mơ phịng thí nghiệm Sơ đồ khối hệ thống nghiên cứu xử lý NRR phịng thí nghiệm thể hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ xử lý NRR phương pháp EC kết hợp BF 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.2 Phương pháp thực nghiệm keo tụ điện hóa Các thí nghiệm thực nhằm tìm điều kiện thích hợp mật độ dịng, thời gian điện phân, pH, khoảng cách điện cực để xử lý NRR 2.2.3 Phương pháp thực nghiệm lọc sinh học Các thí nghiệm thực nhằm tìm điều kiện thích hợp chế độ sục khí, tải lượng đầu vào để xử lý NRR sau trình xử lý EC (đánh giá thông qua thông số COD, amoni, nitrat, TSS, độ màu) CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác keo tụ điện hóa Hiện nay, EC sử dụng để xử lý môi trường nước Với NRR có COD, BOD, amoni, TSS độ màu cao phương pháp EC phương pháp mới, hiệu cao xử lý chất - Đối với COD, TSS chất màu xử lý theo chế keo tụ mà chất keo tụ tạo từ trình điện phân - Đối với amoni xử lý theo chế điện hóa, hấp phụ… Để tăng cường hiệu xử lý EC, thơng số mật độ dịng, thời gian điện phân, khoảng cách điện cực, vật liệu điện cực pH nước thải cần khảo sát tìm điều kiện tối ưu 3.1.1 Ảnh hưởng mật độ dòng thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu với điện cực sắt 90 30 80 60 50 40 1,298 mA/cm2 2,597 mA/cm2 3,246 mA/cm2 3,896 mA/cm2 4,545 mA/cm2 5,194 mA/cm2 30 20 10 HiƯu st xư lý amoni (%) HiƯu st xư lý COD (%) 25 70 20 15 1,298 mA/cm2 2,597 mA/cm2 3,246 mA/cm2 3,896 mA/cm2 4,545 mA/cm2 5,194 mA/cm2 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thoi gian (phut) Hình 3.1 Ảnh hưởng mật độ dịng thời gian điện hóa đến hiệu suất xử lý COD 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thêi gian (phót) Hình 3.2 Ảnh hưởng mật độ dịng thời gian điện hóa đến hiệu suất xử lý amoni 1,298 mA/cm2 2,597 mA/cm2 3,246 mA/cm2 3,896 mA/cm2 4,545 mA/cm2 5,194 mA/cm2 80 HiƯu st xư lý ®é mµu (%) HiƯu st xư lý TSS (%) 40 30 20 10 60 40 1,298 mA/cm2 2,597 mA/cm2 3,246 mA/cm2 3,896 mA/cm2 4,545 mA/cm2 5,194 mA/cm2 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 Thêi gian (phót) 40 50 60 70 80 90 Thêi gian (phót) Hình 3.3 Ảnh hưởng mật độ Hình 3.4 Ảnh hưởng mật độ dịng dịng thời gian điện hóa đến thời gian điện hóa đến hiệu suất xử lý TSS hiệu suất xử lý độ màu Sự biến đổi pH trình EC trình bày hình 3.5: 9.4 9.2 9.0 pH 8.8 8.6 1,298 mA/cm2 2,597 mA/cm2 3,246 mA/cm2 3,896 mA/cm2 4,545 mA/cm2 5,194 mA/cm2 8.4 8.2 8.0 7.8 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thêi gian (phót) Hình 3.5 Biểu đồ biến đổi pH NRR trình EC theo thời gian Bảng 3.1 Ảnh hưởng thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR (J = 3,896 mA/cm2) Hiệu suất xử lý (%) Thời gian phản ứng (phút) COD Amoni TSS Độ màu 10 42,86 8,75 9,83 27,90 20 58,93 12,29 15,95 46,75 30 69,64 17,50 23,98 54,56 40 73,21 19,36 30,46 59,10 60 76,79 23,64 38,61 71,67 80 79,29 24,38 38,97 79,39 Ảnh hưởng thời gian điện hóa từ 10 - 80 phút đến hiệu suất xử lý chất ô nhiễm NRR với điều kiện J = 3,896 mA/cm2 thể bảng 3.1 7 Khi J = 3,896 mA/cm2 theo bảng 3.1 ta lựa chọn thời gian điện hóa 60 phút cho nghiên cứu với thời gian hiệu suất chưa phải cao nhất, sau 60 phút hiệu suất tăng không nhiều Từ bảng 3.2 cho thấy, mật độ dịng tăng lượng điện tiêu thụ tăng Ở mật độ dòng J = 1,298 mA/cm2 (I = 1A) lượng điện tiêu thụ 1,05 KWh/m3 NRR Khi tăng J = 5,194 mA/cm2 (I = 4A) lượng điện tiêu thụ tăng đến 24,67 KWh/m3 NRR Ở mật độ dòng J = 3,896 mA/cm2 (I = 3A) lượng điện tiêu thụ 12,83 KWh/m3 NRR, tăng mật độ dòng lên 4,545 5,194 mA/cm2 lượng điện tiêu thụ tăng nhanh lên tương ứng đến 18,08 24,67 KWh/m3 NRR Kết bảng 3.2 cho thấy hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu mật độ địng điện J = 3,896 mA/cm2 thấp khơng nhiều so với J = 4,545 5,194 mA/cm2 Năng lượng tiêu thụ để xử lý m3 NRR với J = 5,194 mA/cm2 gần gấp đôi với J = 3,896 mA/cm2 Như chọn mật độ dòng đặt vào điện cực J = 3,896 mA/cm2 phù hợp mặt lượng hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu lại không thấp so với J = 4,545 5,194 mA/cm2 Bảng 3.2 cho thấy, chọn mật độ dòng < 3,896 mA/cm2 lượng điện tiêu thụ thấp hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu lại thấp nhiều mật độ dòng J = 3,896 mA/cm2 Vậy mật độ dòng đặt vào điện cực J = 3,896 mA/cm2 chọn cho nghiên cứu Bảng 3.2 Năng lượng tiêu thụ hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR (thời gian điện phân 60 phút) Cường Năng Hiệu Hiệu Hiệu Hiệu Hiệu độ Mật độ lượng suất suất suất suất xử điện dòng dòng tiêu thụ xử lý xử lý xử lý lý độ điện (mA/cm ) (KWh/m COD amoni TSS màu (V) (A) NRR) (%) (%) (%) (%) 1,0 1,298 1,9 1,05 53,33 14,03 6,85 42,2 2,0 2,597 4,4 4,89 62,50 15,03 20,79 56,5 2,5 3,246 5,5 7,64 69,64 18,32 26,57 59,6 3,0 3,896 7,7 12,83 76,79 23,64 38,61 71,67 3,5 4,545 9,3 18,08 78,71 24,32 39,04 74,27 4,0 5,194 11,1 24,67 80,36 24,99 40,16 74,91 Kết hợp hiệu suất xử lý bảng 3.1 lượng tiêu thụ bảng 3.2 chọn thời gian điện hóa 60 phút cho nghiên cứu 3.1.2 Ảnh hưởng pH ban đầu nước rỉ rác đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu với điện cực sắt Giá trị pH yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất xử lý trình EC Kết nghiên cứu luận án cho thấy, mơi trường trung tính (pH = - 8) hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu đạt hiệu suất cao Cụ thể bảng 3.3: 35 70 30 HiƯu st xư lý amoni (%) HiƯu st xư lý COD (%) 80 60 50 40 30 20 10 25 20 15 10 5 10 Hình 3.6 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý COD 10 Hình 3.7 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý amoni 60 100 55 90 Hiệu suất xử lý độ màu (%) Hiệu suất xử lý TSS (%) pH pH 50 45 40 35 30 25 20 15 10 80 70 60 50 40 30 20 10 0 pH 10 10 pH Hình 3.8 Ảnh hưởng pH đến Hình 3.9 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý TSS suất xử lý độ màu Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR giá trị pH khác (J = 3,896 mA/cm , thời gian điện phân 60 phút, khoảng cách điện cực cm) Hiệu suất xử lý (%) pH COD Amoni TSS Độ màu 50,00 14,33 16,65 24,11 69,62 22,02 18,95 40,99 73,91 22,63 30,55 67,1 72,00 24,88 39,93 72,2 62,90 19,22 19,26 50,71 10 43,75 11,23 15,74 34,58 Từ bảng 3.3 thấy rằng: hiệu suất xử lý đạt cao hai giá trị pH = Nghiên cứu ảnh hưởng pH đầu vào NRR pH > hiệu suấ xử lý COD, amoni, TSS độ màu giảm Thời gian điện phân tăng pH tăng (theo hình 3.5) dẫn tới hiệu suất xử lý giảm Đây sở để giải thích thời gian điện phân lớn 60 phút hiệu suất xử lý tăng khơng tăng Mặt khác, pH đầu vào vào NRR BCL Nam Sơn vào khoảng lựa chọn pH đầu vào khoảng - cho nghiên cứu để tiết kiệm hóa chất điều chỉnh pH chi phí 3.1.3 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực sắt đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu 80 28 26 HiƯu st xư lý amoni (%) HiƯu st xư lý COD (%) 70 60 50 40 30 20 24 22 20 18 16 14 12 10 10 Khoảng cá ch điện cực (cm) Khoảng cá ch ®iƯn cùc (cm) Hình 3.10 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD Hình 3.11 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý amoni 80 40 Hieu suat xu ly mau (%) HiƯu st xư lý TSS (%) 70 35 30 25 20 15 60 50 40 30 10 20 5 Khoảng cá ch ®iƯn cùc (cm) Hình 3.12 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý TSS Khoang cach dien cuc (cm) Hình 3.13 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý độ màu Bảng 3.4 Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR giá trị khoảng cách điện cực khác (J = 3,896 mA/cm2, thời gian điện phân 60 phút) Hiệu suất xử lý (%) Khoảng cách điện cực (cm) COD Amoni TSS Độ màu 76,79 23,64 38,61 71,67 63,71 20,38 27,21 64,2 50,00 14,85 21,1 44,1 45,65 10,54 8,02 28,5 Bảng 3.4 cho thấy khoảng cách điện cực cm cho hiệu suất xử lý đạt cao với hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu là: 76,79; 23,64; 38,61 71,67% Khi khoảng cách điện cực tăng hiệu suất xử lý chất ô nhiễm giảm mạnh Trong nghiên cứu giảm khoảng cách điện 10 cực xuống nhỏ cm đặc thù NRR Nam Sơn có hàm lượng TSS cao gây ổn định cho trình điện phân Do đó, khoảng cách điện cực cm lựa chọn áp dụng cho nghiên cứu Kết nghiên cứu cho thấy cường động dòng điện J = 3,896 mA/cm 2, pH NRR khoảng - khoảng cách điện cực cm điều kiện thích hợp cho q trình EC 3.1.4 So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu sử dụng điện cực sắt nhôm So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu sử dụng điện cực sắt nhôm thời gian điện phân khác 35 80 HiÖu st xư lý amoni (%) HiƯu st xư lý COD (%) 70 60 50 40 30 Fe Al 20 10 30 25 20 15 Fe Al 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 Hình 3.14 Ảnh hưởng thời gian điện hóa với điện cực nhơm sắt đến hiệu suất xử lý COD 40 50 60 70 80 90 Hình 3.15 Ảnh hưởng thời gian điện hóa với điện cực nhôm sắt đến hiệu suất xử lý amoni 80 Hiệu suất xử lý độ màu (%) 40 Hiệu st xư lý TSS (%) 30 Thêi gian (phót) Thêi gian (phót) 30 20 Fe Al 10 60 40 Fe Al 20 0 10 20 30 40 50 60 Thêi gian (phót) 70 80 90 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thêi gian (phót) Hình 3.16 Ảnh hưởng thời gian Hình 3.17 Ảnh hưởng thời gian điện hóa với điện cực nhơm sắt điện hóa với điện cực nhơm sắt đến hiệu suất xử lý TSS đến hiệu suất xử lý độ màu Vật liệu điện cực thông số ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứng điện hóa diễn bên dung dịch Trong phản ứng EC, anot hịa tan chất keo tụ đóng vai trò yếu tố quan trọng định hiệu phương pháp Ảnh hưởng thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu điện cực sắt nhôm thể bảng 3.5 11 Bảng 3.5 cho thấy hiệu suất xử lý COD, TSS độ màu điện cực sắt cao hẳn so với điện cực nhôm tất khoảng thời gian điện phân Trong hiệu suất xử lý amoni điện cực sắt điện cực nhôm lại phụ thuộc vào khoảng thời gian điện phân Như chọn điện cực sắt cho nghiên cứu xử lý NRR EC Bảng 3.5 Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR điện cực sắt nhôm thời gian điện phân khác (J = 3,896 mA/cm2, khoảng cách điện cực cm) Thời Hiệu suất xử lý (%) gian phản COD Amoni TSS Độ màu ứng Al Fe Al Fe Al Fe Al (phút) Fe 10 42,86 6,90 6,64 5,46 9,83 6,71 27,90 19,90 20 58,93 17,24 11,71 8,19 15,95 9,12 46,75 32,91 30 69,64 22,41 14,06 11,34 23,98 14,2 54,56 41,24 40 73,21 37,93 17,770 18,48 30,46 23,4 59,10 45,85 60 76,79 44,83 23,64 26,46 38,61 27,1 71,67 58,98 80 79,29 44,83 24,79 30,24 38,97 29,1 79,39 66,64 So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu sử dụng điện cực sắt nhôm pH đầu vào nước rỉ rác khác Fe Al 80 HiƯu st xư lý amoni (%) HiƯu st xư lý COD (%) 70 60 50 40 30 20 10 Fe Al 35 30 25 20 15 10 5 10 pH Hình 3.18 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý COD với điện cực nhôm sắt 10 pH Hình 3.19 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý amoni với điện cực nhôm sắt 12 60 100 Fe Al 50 HiƯu st xư lý TSS (%) Fe Al 90 HiƯu suất xử lý độ màu (%) 55 45 40 35 30 25 20 15 10 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 10 pH pH Hình 3.20 Ảnh hưởng pH đến Hình 3.21 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý TSS với hiệu suất xử lý độ màu với điện cực điện cực nhôm sắt nhôm sắt Bảng 3.6 Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR điện cực sắt nhôm pH khác (J = 3,896 mA/cm2, thời gian điện phân 60 phút, khoảng cách điện cực cm) Hiệu suất xử lý (%) pH COD Amoni TSS Độ màu Fe Al Fe Al Fe Al Fe Al 50,00 18.72 14.33 15.87 16.65 13.8 24.11 22.5 69.62 35.9 22.02 23.57 18.95 15.24 40.99 35.7 73.92 44.83 22.63 25,56 30.55 22.97 67.04 60.2 72,00 43.58 24.88 26.46 39.93 35.83 72.19 65.13 62.90 30.76 19.22 22.48 19.26 13.05 50.70 45.63 10 43.75 11.23 15.76 15.74 11.38 34.58 30.32 14.2 Bảng 3.6 cho thấy hiệu suất xử lý COD, TSS độ màu điện cực sắt cao hẳn so với điện cực nhôm tất giá trị pH Trong hiệu suất xử lý amoni điện cực nhôm lại cao điện cực sắt Ở môi trường axit (pH < 7) môi trường kiềm (pH > 8) hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu điện cực nhôm sắt thấp Hiện tượng Park cộng (2002) giải thích là: loại ion kim loại dung dịch tạo chất keo tụ khác dẫn tới hiệu suất xử lý chất nhiễm khác Ví dụ, điều kiện kiềm cao dung dịch diện phân hydroxit nhôm hydroxit sắt tồn dạng tương ứng Al(OH)4− Fe(OH)4− Những hydroxit có hoạt động keo tụ kém, sau đó, thơng thường (trừ số sản phẩm polyaluminum) q trình keo tụ khó thực mơi trường có tính axit (Fe: pH = - Al: pH = - 6) 13 Kết sở để chọn giá trị pH đầu vào NRR loại điện cực phù hợp Chọn pH = - cho hai loại điện cực khoảng pH cho hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu cao So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu sử dụng điện cực sắt nhôm khoảng cách điện cực khác 80 26 HiƯu st xư lý amoni (%) 70 HiƯu suÊt xö lý COD (%) Fe Al 28 Fe Al 60 50 40 30 20 24 22 20 18 16 14 12 10 10 7 Khoảng cá ch điện cực (cm) Khoảng cá ch điện cực (cm) Hình 3.22 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD điện cực nhôm sắt Hình 3.23 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý amoni với điện cực nhôm sắt Fe Al Fe Al 80 HiƯu st xư lý độ màu (%) Hiệu suất xử lý TSS (%) 40 35 30 25 20 15 10 70 60 50 40 30 20 5 Khoảng cá ch điện cực (cm) Hỡnh 3.24 nh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý TSS với điện cực nhôm sắt Khoảng cá ch điện cực (cm) Hình 3.25 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý độ màu với điện cực nhôm sắt Bảng 3.7 cho thấy hiệu suất xử lý COD, TSS độ màu điện cực sắt cao hẳn so với điện cực nhôm tất khoảng cách điện cực Trong hiệu suất xử lý amoni điện cực nhôm lại cao điện cực sắt không nhiều Kết sở để chọn khoảng cách điện cực loại điện cực phù hợp Kết nghiên cứu hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu điện cực nhôm sắt điều kiện thấy điện cực sắt tỏ ưu hiệu suất xử lý COD, TSS độ màu Tuy hiệu suất xử lý amoni điện cực nhơm có cao điện cực sắt không nhiều Cùng xử lý lượng chất nhiễm 14 lượng tiêu thụ dùng điện cực sắt tính nhỏ so với điện cực nhôm Giá thành điện cực vấn đề cần quan tâm, mà điện cực sắt có giá thấp điện cực nhơm Vì điện cực sắt lựa chọn cho nghiên cứu So sánh kết nghiên cứu điều kiện thích hợp với nghiên cứu trước hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR trình EC thể bảng 3.8: So sánh kết luận án với nghiên cứu khác thấy hiệu suất xử lý số tiêu NRR nghiên cứu cao có mức tiêu hao lượng thấp Bảng 3.7 Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR điện cực sắt nhôm khoảng cách điện cực khác (J = 3,896 mA/cm2, thời gian điện phân 60 phút) Hiệu suất xử lý (%) Khoảng cách điện cực (cm) COD Amoni TSS Độ màu Fe Al Fe Al Fe Al Fe Al 76,79 44,83 23,64 26,46 38,61 27,1 71,67 67,32 63,71 30,00 20,38 20,80 27,21 25,71 64,25 55,46 50,00 26,70 14,85 15,60 21,10 18,93 44,42 37,29 45,65 22,60 10,54 11,24 8,02 6,95 28,44 20,87 Nhận xét trình xử lý NRR EC Nghiên cứu xử lý NRR trình EC với điện cực nhơm điện cực sắt hiệu suất xử lý COD, TSS độ màu của điện cực nhôm thấp điện cực sắt, hiệu suất xử lý amoni điện cực nhôm lại cao điện cực sắt sau 40 phút phản ứng Đây sở để lựa chọn điện cực trình EC ứng dụng thực tế Hầu hết nghiên cứu trước chứng minh hiệu suất xử lý COD điện cực sắt cao điện cực nhôm, nghiên cứu Ilhan cộng (2008) lại cho kết ngược lại hiệu suất xử lý COD điện cực nhôm cao điện cực sắt Kết nghiên cứu cho thấy trình EC hiệu xử lý COD, độ màu COD độ màu loại bỏ q trình keo tụ điện hóa kết hợp với q trình điện hóa oxi hóa, hấp phụ Quá trình EC hiệu xử lý amoni khác với trình xử lý COD, TSS độ màu, amoni xử lý chủ yếu q trình điện hóa q trình hóa học Khi nghiên cứu trình EC xử lý NRR tìm điều kiện thích hợp cho q trình xử lý là: điện cực sắt, J = 3,896 mA/cm 2, pH = - 8, khoảng cách điện cực cm, thời gian điện phân 60 phút Kết nghiên cứu cho thấy sử dụng trình EC để xử lý NRR Tuy nhiên dùng trình EC nước thải đầu số tiêu chưa đạt yêu cầu xả thải Cần phải có q trình xử lý Trong luận án sau trình xử lý EC tiếp tục nghiên cứu xử lý BF 15 Sau q trình EC số số chất nhiễm NRR lại: COD < 30%, amoni > 75%, TSS > 60% độ màu < 30% so với ban đầu Như amoni TSS đối tượng cần quan tâm xử lý trình sinh học Bảng 3.8 So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR nghiên cứu khác điều kiện lựa chọn Năng lượng/m3 NRR (KWh) Hiệu suất xử lý (%) Nghiên cứu COD Amoni TSS Độ màu Luận án 71 - 77 24 - 25 38 - 40 71 - 72 12,83 Bouhezila F cs (2011) 68 15 (TN) - 28 19 Ilhan F cs (2008) 59 14 - - 12,5 – 19,6 Li X cs (2011) 49,8 38,6 - - - Catherine R cs (2014) - - - 80* - Top S cs (2011) 45 - - 60 - Orkun M O cs (2012) 65,85 - - - - Shivayogimath C.B cs (2014) 53,3 - - 65 - 3.2 Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác phương pháp lọc sinh học Bảng 3.9 Một số đặc tính NRR sau q trình EC dùng cho đầu vào trình BF TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị sau EC pH 8,7 – 9,1 COD mg/l 717 - 870 BOD5 mg/l 312 - 337 + NH4 -N mg/l 410 - 484 NO3 N mg/l 99 38 - 40 83,34 ± 0,53 - - - - Độ màu 71 - 72 16,7 ± 0,75 85 60 ± 13 - Năng 12,83 1,23 US$ lượng/m3 NRR (KWh) Hình 3.36 cho thấy hiệu suất xử lý tổng hệ COD, amoni, TSS độ màu tương ứng khoảng 91,7; 97,77; 87,65 75,89% Như hiệu suất xử 23 lý COD, amoni, TSS độ màu toàn hệ tương đối cao có kết hợp chặt chẽ hiệu suất xử lý trình EC BF BF EC 100 90 HiƯu st xư lý (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 COD Amoni TSS Do mau Hình 3.36 Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS độ màu NRR phương pháp EC kết hợp với BF (EC: J = 3,896 mA/cm2; t = 60 phút; khoảng cách điện cực cm BF: S/D = 15/105 phút; DO sục = -7 mg/l; lưu lượng lít/ngày) Thơng số đầu sau trình EC BF điều kiện lựa chọn thể bảng 3.13 Bảng 3.13 Thông số đầu sau trình EC BF điều kiện lựa chọn Sau BF Giá trị Đơn vị Trước EC Sau EC (S/D: 15/105 phút; đầu vào 7lít/ngày) COD mg/l 2930 - 3065 717 - 870 182 - 245 BOD5 mg/l 958 - 1106 312 - 337 15 - 32 + NH4 -N mg/l 556 - 635 410 - 484 4,8 – 5,2 NO3 -N mg/l 1,3 – 2,1