c. Tuyển nổi với việc dùng các chất tạo bọt (tuyển nổi hoá học):
1.4.3. Ứng dụng Fenton trong quá trình xử lý nước rỉ rác của bãi chôn lấp
Chôn lấp là một bước trong kế hoạch quản lý rác thải tuy nhiên nếu trong một thời gian dài nó có thể tạo ra các chất ựộc hại cho môi trường.
Việc lấp ựầy bãi chôn lấp cùng với rác thải ựô thị và công nghiệp là rất quan trọng và tuyệt ựối cần thiết cho hệ thống quản lý rác thải ở châu Âu và thế giới. Một trong các vấn ựề nghiêm trọng nhất về môi trường ựó là nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp chứa một lượng lớn các hợp chất hữu cơ, amoniac, muối vô cơ và kim loại nặng. Nước rỉ rác từ bãi chôn lấp là một loại nước thải bao gồm rất nhiều thành phần phức tạp. Tùy thuộc vào loại chất thải rắn và tuổi thọ của bãi chôn lấp mà xác ựịnh ựược nồng ựộ của các hợp chất hữu cơ. Nước rỉ rác của bãi chôn lấp trẻ bao gồm một lượng lớn axit béo bay hơi tự do, COD, BOD, NH3-N và alkalinity cao trong khi ựó trong bãi chôn lấp tuổi thọ cao hoặc bãi trẻ ựã ựược xử lý sinh học bao gồm một lượng lớn phân tử chất hữu cơ ựộc hại. Kết quả cho thấy loại nước rỉ rác này có giá trị COD cao, BOD thấp, NH3-N và alkalinity khá cao. Phương pháp xử lý sinh học có thể ựược sử dụng ựể loại trừ số lượng lớn chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học, nhưng hầu hết rác thải lại bao gồm rất nhiều các chất ngăn chặn, kìm hãm hoặc ựộc ựối với quá trình xử lý sinh học do ựó các phương pháp như ngưng tụ, ựông tụ, oxy hóa hóa học hoặc lọc màng lại ựược áp dụng Theo truyền thống, sự phân hủy của các hợp chất hữu cơ và sự chuyển hóa nitrogen có thể ựược thực hiện bởi phương pháp AOPs. AOPs ựược sử dụng ựể làm tăng khả năng phân hủy sinh học của rác thải bao gồm các loại hợp chất hữu cơ khác nhau mà khó phân hủy sinh học hoặc ựộc cho các vi sinh vật.
Tác nhân Fenton với sự kết hợp của H2O2 và muối sắt II là một trong các AOPs. Phản ứng Fenton có khả năng phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ trong các loại nước rác khác nhau. Nó có thể tiến hành ở nhiệt ựộ bình thường và không có yêu cầu nào về ánh sáng. Tác nhân này có hiệu quả rõ ràng, dễ dàng lưu kho và an toàn.
Việc sử dụng Fenton ựể làm giảm BOD và COD trong nước rỉ rác bãi chôn lấp ựã ựược ựề cập trong các tài liệu tuy nhiên cần chú ý trong các trường hợp khi nước rỉ rác chứa các hợp chất ựặc biệt.
Trong phương pháp này, quá trình Fenton ựược nghiên cứu cho việc xử lý nước rác từ các bãi chôn lấp chất thải sinh hoạt tại Cantabiria (miền Bắc của Tây Ban Nha) như là một phương pháp riêng lẻ, hoặc có thể ựi kèm với các phương pháp khác.
Bảng 1.4. Thành phần trung bình của nước rỉ rác
Thủ tục thắ nghiệm:
Các thắ nghiệm ựược tiến hành trong bình thủy tinh hình trụ 1 lắt. Sử dụng một thanh khuấy từ ựể ựảo trộn hoàn toàn. Rất nhiều thắ nghiệm ựã ựược thực hiện như sau:
Ớ Nước rỉ rác ựược lọc với cái lọc 0,45 ộm
Ớ 0,75 lắt của nước rỉ rác này ựược ựưa vào thiết bị phản ứng, pH ựược ựiều chỉnh bởi H2SO4 95-97%. Gắa trị ban ựầu của pH là 3-3,5 vì phản ứng oxi hóa Fenton xảy ra hiệu quả nhất ở ựiều kiện môi trường axit.
Thông số đơn vị
Giá trị
Nước rác ban ựầu Nước rác sau tiền xử
Ớ Nồng ựộ Fe2+ ựược ựiều chỉnh bởi viêc thêm 1 lượng cần thiết FeSO4.7H2O.
Ớ Thêm vào dung dịch trên dung dịch H2O2 35% .
Ớ Sau phản ứng, quá trình trung hòa ựược thực hiện sử dụng dung dịch NaOH 2M ựể kết tủa ion Fe3+.
Ớ Ở giai ựoạn cuối của quá trình xử lý Fenton, bùn ựặc ựược lắng.
Hình 1.6. Tiến trình xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp Fenton
Liều lượng H2O2 ựược giới hạn tại một tỉ lệ H2O2:COD 10-16
(mg/l:mg/l) và H2O2:Fe nằm tromg dải 62-32. Khi tỉ lệ H2O2:COD cao thì xảy ra viêc khoáng hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ.
Sự xử lý nước rỉ rác bằng Fenton
Hình biểu diễn lượng TOC và COD ựược xử lý trong mỗi bước của quá trình khi nước rỉ rác bãi rác ựược xử lý bởi phản ứng Fenton
Hình 1.7. Biểu diễn sự giảm TOC và COD trong hệ thống xử lý nước ric (t= 120 phút)
Ở dòng ra TOC ựã giảm ựi ựáng kể (94%). TOC giảm ựáng kể nhất sau giai ựoạn ựiều chỉnh pH (77%). Mục ựắch ựiều chỉnh từ pH 8-9 (pH ban ựầu) ựến pH nhỏ hơn 4, sau một khoảng thời gian ngắn, ựể hình thành các kết tủa. COD giảm ắt hơn, 71% , ựạt ựược sau toàn bộ thời gian xử lý. Trong trường hợp này, phản ứng Fenton có vai chắnh nhằm giảm COD (63%). Hàm lượng COD trong quá trình Fenton ựược biều diễn trong biểu ựồ 3, H2O2 ựã bị phá huỷ hoàn toàn khi kết thúc phản ứng.
Nếu quá trình lọc ban ựầu không ựược thực hiện, giá trị hàm lượng COD cuối cùng cao hơn 9% khi quá trình lọc ựược tiến hành. Mặc dù quá trình Fenton có thể ựược thực hiện khi có mặt của các cặn, nhưng quá trình lọc vẫn có các tác ựộng tắch cực trong xử lý tổng thể.
Nếu nước rỉ rác sau xử lý sẽ ựược thải vào nước bề mặt hoặc sử dụng lại vắ dụ như cho nông nghiệp, nó cần giảm ựộ màu. Màu ựược phân tắch ở bước sóng 436 nm theo tiêu chuẩn ISO 7887:1994. Lượng giảm là 63% sau phản ứng Fenton và 97% cuối quá trình xử lý tổng thể.
Xử lý nước rỉ rác ựã qua xử lý sinh học sơ bộ
Hình biểu diễn hàm lượng TOC và COD sau mỗi giai ựoạn của quá trình xử lý, khi nước nước rỉ rác khi ựã qua xử lý sinh học sơ bộ
Hình 1.9. Sự giảm TOC và COD trong nước ric tiền xử lý sinh học
TOC giảm 96% tại dòng ra. Một lần nữa, sự ựiều chỉnh pH là giai ựoạn dẫn tới sự giảm ựáng kể nhất TOC (80%). COD ựược loại bỏ tăng lên ựến 69%. Trong trường họp này, phản ứng Fenton là quan trọng nhất làm giảm COD 68%. Hàm lượng COD trong suốt quá trình Fenton ựược biểu diễn trong hình dưới ựây. Cuối phản ứng không phát hiện ra lượng H2O2 còn dư.
Hình 1.10. Sự giảm TOC và COD trong nước rỉ rác tiền xử lý sinh học
Khi quá trình lọc ban ựầu không ựược tiến hành, nồng ựộ COD cuối cùng tăng 15 %. Trong những thắ nghiệm này màu sắc cũng ựược phân tắch và sau phản ứng oxy hóa có thể ựạt ựược mức ựộ giảm trung bình là 89% (phân tắch hấp thụ ở bước song 436 nm theo tiêu chuẩn ISO 7887:1994). Sự khử gần như hoàn toàn (99%) sau giai ựoạn trung hoà.
Hiệu suất của quá trình Fenton trong xử nước rỉ rác ựã ựược ựánh giá qua việc sử dụng trong bể phản ứng theo mẻ, cho thấy rằng các hợp chất hữu cơ trong nước ric có thể bị oxy hóa thành công bởi phản ứng Fenton. Nghiên cứu rút ra ựược kết luận sau:
- Sự xử lý nước rỉ rác (COD= 3100-1800 mg/l) và sử dụng lượng hoá chất là 30000 mg/l H2O2 (H2O2/COD = 16) và 500 mg/l Fe2+. Lượng COD lớn nhất có thể xử lý khoảng 71% giá trị ban ựầu nhưng ngược lại hàm lượng TOC ựược xử lý khoảng 94%.
- đối với nước rỉ rác ựã qua xử lý sinh học sơ bộ sử dụng 15000 mg/l H2O2 (H2O2/COD = 10) và 500 mg/l Fe2+ thì COD xử lý ựược 69% và TOC là 96%.
- Có thể nói rằng quá trình lọc và quá trình trung hoà là các giai ựoạn có hiệu quả ựặc biệt khi xử lý nước rỉ rác, mặt khác quá trình oxy hoá Fenton ựạt ựến kết quả tốt hơn trong xử lý nước rỉ rác ựã qua xử lý sinh học sơ bộ.
- Sau quá trình trung hoà và kết tủa, màu xử lý hoàn toàn và nồng sắt còn lại nhỏ hơn 2 mg/l.