Gốc *OH là yếu tố quan trọng và quyết định đến quá trình oxy hoá nâng cao Fenton. Nồng độ và liều lượng H2O2 ảnh hưởng trực tiếp đến việc hình thành gốc *OH trong dung dịch. Ở thí nghiệm khảo sát nồng độ H2O2 tối ưu cho quá trình Fenton với khoảng khảo sát từ 0 – 3 ml H2O2 30% cho thấy khi tăng hoặc giảm liều lượng H2O2 đều ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình xử lý. Trong khoảng liều lượng từ 0,3 – 1,5 ml H2O2 30% thì hiệu quả xử lý của quá trình thay đổi rất ít, điều đó có nghĩa là trong khoảng giá trị rất nhỏ dao động xung quanh giá trị H2O2 tối ưu, hiệu quả xử lý có thể xem như không đổi.
Thí nghiệm khảo sát hiệu quả xử lý của các yếu tố tối ưu lên quá trình oxy hóa nâng cao Fenton được tiến hành như sau:
- Lấy 100 ml nuớc thải đầu vào với COD = 1568 mg/L cho vào becker 250 ml. - Thêm 14 ml phèn sắt dạng FeSO4 5% vào becker.
- Thêm 1,5 ml H2O2 30%.
- Tiến hành chỉnh pH ở các cốc về giá trị pH = 2,2 bằng dung dịch axit H2SO4 1N.
- Khuấy đều, sau đó để yên 30 phút cho phản ứng oxy hóa xảy ra. - Sau đó dùng NaOH 2N nâng pH lên pH = 8, khuấy nhẹ và đều. - Để lắng trong 30 phút.
- Lấy phần nước trong sau lắng phân tích COD.
Kết quả phân tích COD đầu ra của nước sau lắng còn 271,68 mg/L với hiệu suất xử lý đạt 84,84%. Với nước rỉ rác, một loại nước thải có rất nhiều thành phần phức tạp với nhiều chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và chứa nhiều kim lọai nặng, luôn biến đổi theo thời gian thì đây là một kết quả xử lý cao và đạt cột B1 (QCVN 25:2009 BTNMT).
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác lên hiệu quả xử lý của quá trình Fenton
Nhằm nâng cao hiệu quả xử lý của quá trình Fenton, em xin tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một vài chất xúc tác lên quá trình Fenton.
3.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác dị thể Mn2+ lên hiệu quả xử lý của quá trình Fenton
Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của xúc tác dị thể Mn2+ lên hiệu quả xử lý của quá trình oxy hóa nâng cao Fenton được tiến hành như sau:
- Lấy 100 ml nuớc thải đầu vào với COD = 1792 mg/L cho vào 7 becker 250 ml. - Thêm 14 ml phèn sắt dạng FeSO4 5% vào becker.
- Thêm 1,5 ml H2O2 30%.
- Thêm vào mỗi cốc một lượng muối MnSO4 khan với khối lượng khác nhau như sau: 0,0005 g; 0,0011 g; 0,0052 g; 0,006 g; 0,0125 g; 0,0228 g; 0,0309 g.
- Tiến hành chỉnh pH ở các cốc về giá trị pH = 2,2 bằng dung dịch axit H2SO4 1N.
- Khuấy đều, để yên 30 phút cho phản ứng oxy hóa xảy ra. - Sau đó dùng NaOH 2N nâng pH lên pH = 8, khuấy nhẹ và đều. - Để lắng trong 30 phút.
- Lấy phần nuớc trong sau lắng phân tích COD.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của xúc tác dị thể MnSO4 khan lên hiệu quả của quá trình oxy hóa nâng cao Fenton được trình bày ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. Kết quả đo COD, hiệu quả xử lý bằng Fenton theo liều lượng muối MnSO4
khan
TT cốc 1 2 3 4 5 6 7
MnSO4 khan, gam 0,0005 0,0011 0,0052 0,006 0,0125 0,0228 0,0309 CODr, mg/l 739,2 739,2 716,8 649,6 694,4 684,4 694,4 Hiệu quả xử lý, % 58,75 58,75 60 63,75 61,25 61,25 61,25
Đồ thị 3.4. Ảnh hưởng của xúc tác dị thể Mn2+ lên hiệu quả xử lý quá trình Fenton.
Theo kết quả thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng của xác tác dị thể Mn2+ lên hiệu quả của quá trình Fenton không nhiều. Trong khoảng khảo sát từ 0,0005 – 0,0309 gam Mn2+/ 100 ml nước thải thì hiệu quả xử lý gần như là một đường thẳng không có nhiều thay đổi. Ngược lại, xúc tác Mn2+ dị thể còn làm tăng COD của nước đầu ra sau khi lắng. Đều này
có thể được giải thích như sau: trong môi trường axit mạnh (pH = 2,2) các tinh thể muối Mn2+ tan vào trong dung dịch và đóng vài trò như một chất khử do đó làm tăng COD của nước sau xử lý.
3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác đồng thể Mn2+ lên hiệu quả xử lý của quá trình Fenton
Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của xúc tác đồng thể Mn2+ lên hiệu quả xử lý của quá trình oxy hóa nâng cao Fenton được tiến hành như sau:
- Lấy 100 ml nuớc thải đầu vào với COD = 1568 mg/L cho vào 7 becker 250 ml. - Thêm 14 ml phèn sắt dạng FeSO4 5% vào becker.
- Thêm 1,5 ml H2O2 30%.
- Thêm vào mỗi cốc dung dịch MnSO4 0,1M với các thể tích khác nhau như sau: 1 ml; 3 ml; 5 ml; 7 ml; 10 ml; 12ml.
- Tiến hành chỉnh pH ở các cốc về giá trị pH = 2,2 bằng dung dịch axit H2SO4 1N.
- Khuấy đều, để yên 30 phút cho phản ứng oxy hóa xảy ra. - Sau đó dùng NaOH 2N nâng pH lên pH = 8, khuấy nhẹ và đều. - Để lắng trong 30 phút.
- Lấy phần nuớc trong sau lắng phân tích COD.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của xúc tác đồng thể MnSO4 lên hiệu quả của quá trình oxy hóa nâng cao Fenton được trình bày ở bảng 3.7.
Bảng 3.7. Kết quả đo COD, hiệu quả xử lý bằng Fenton theo liều lượng dung dịch MnSO4
TT cốc 1 2 3 4 5 6
DD MnSO4 0,1 M, ml 1 3 5 7 10 12
CODr, mg/l 627,2 582,4 470,4 448,0 425,6 672,0 Hiệu quả xử lý, % 65 67,5 73,75 75 76,25 62,5
Đồ thị 3.5. Ảnh hưởng của xúc tác đồng thể Mn2+ lên hiệu quả xử lý quá trình Fenton.
So với xúc tác Mn2+ dị thể thì xúc tác Mn2+ đồng thể mang lại hiệu quả xử lý cao hơn (đạt hiệu quả xử lý cao nhất 76,25% so với hiệu quả cao nhất 63,75% xúc tác dị thể). Xúc tác Mn2+ đồng thể đạt hiệu quả cao nhất với liều lượng 10 ml dung dịch MnSO4 0,1M/ 100 ml nước thải. Tuy mang lại hiệu quả tốt hơn xúc tác Mn2+ dị thể nhưng vẫn làm tăng COD đầu ra của nước xử lý sau khi lắng, do đó làm giảm hiệu quả xử lý của quá trình.
3.2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của phèn PAC lên hiệu quả xử lý của quá trình Fenton
Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của phèn PAC lên hiệu quả xử lý của quá trình oxy hóa nâng cao Fenton được tiến hành như sau:
- Lấy 100 ml nuớc thải đầu vào với COD = 1568 mg/L cho vào 10 becker 250 ml.
- Thêm 14 ml phèn sắt dạng FeSO4 5% vào becker. - Thêm 1,5 ml H2O2 30%.
- Thêm vào mỗi cốc dung dịch PAC 5% với các thể tích khác nhau như sau: 0 ml; 0,25 ml; 0,5 ml; 1 ml; 2 ml; 3 ml; 4 ml; 5 ml; 8 ml; 12ml.
- Tiến hành chỉnh pH ở các cốc về giá trị pH = 2,2 bằng dung dịch axit H2SO4 1N.
- Khuấy đều, để yên 30 phút cho phản ứng oxy hóa xảy ra. - Sau đó dùng NaOH 2N nâng pH lên pH = 8, khuấy nhẹ và đều. - Để lắng trong 30 phút.
- Lấy phần nuớc trong sau lắng phân tích COD.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của PAC lên hiệu quả của quá trình oxy hóa nâng cao Fenton được trình bày ở bảng 3.8.
Bảng 3.8. Kết quả đo COD, hiệu quả xử lý bằng Fenton theo liều lượng phèn PAC
TT cốc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 DD PAC 5%, ml 0 0,25 0,5 1 2 3 4 5 8 12 CODr, mg/L 403,2 358,4 369,6 347,2 324,8 313,6 336 694,4 515,2 896,0 Hiệu quả xử lý, % 77,5 80 79,38 80,63 81,88 82,5 81,25 61,25 71,25 50
Đồ thị 3.6. Ảnh hưởng của phèn PAC lên hiệu quả xử lý quá trình Fenton.
Phèn PAC là chất keo tụ, chúng tạo các cầu nối liên kết các hạt keo có kích thước nhỏ không thể lắng được thành những hạt keo có kích thước lớn hơn nhằm nâng cao hiệu quả lắng, giúp giảm COD đầu ra của nước sau xử lý. Trong thí nghiệm khảo sát, ở liều lượng nhỏ hơn 3ml dung dịch phèn PAC 5%/ 100 ml nước thải mang lại hiệu quả xử lý
tốt, các bông keo tụ tạo thành lớn và lắng nhanh. Chúng cho hiệu quả gần bằng hiệu quả cao nhất của quá trình Fenton (hiệu suất đạt 82,5% so với 84,84% là hiệu quả cao nhất của quá trình Fenton). Khi tăng liều lượng phèn lên thì hiệu quả xử lý của quá trình giảm nhanh chóng, vì khi đó một phần phèn PAC dư trở thành chất khử dẫn đến làm tăng COD đầu ra của nước thải sau khi xử lý. Đồng thời khi tăng liều lượng phèn thì bông cặn tạo thành lớn hơn, nhưng không bền và dễ vỡ. Bông cặn tạo thành hai phần trong dung dịch, một phần gồm những bông cặn có kích thước nhỏ và chắc lắng xuống đáy cốc, phần còn lại tạo thành mảng lớn trên bề mặt dung dịch rất khó lắng và sau một thời gian thì bị vỡ thành những mảng nhỏ hơn lơ lững trong dung dịch. Đây cũng là nguyên nhân làm giảm hiệu quả xử lý của quá trình.
3.2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của chất trợ keo tụ Polymer Cation lên hiệu quả xử lý của quá trình Fenton
Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của chất trợ keo tụ Polymer Cation lên hiệu quả xử lý của quá trình oxy hóa nâng cao Fenton được tiến hành như sau:
- Lấy 100 ml nuớc thải đầu vào với COD = 1568 mg/L cho vào 5 becker 250 ml.
- Thêm 14 ml phèn sắt dạng FeSO4 5% vào becker. - Thêm 1,5 ml H2O2 30%.
- Tiến hành chỉnh pH ở các cốc về giá trị pH = 2,2 bằng dung dịch axit H2SO4 1N.
- Khuấy đều, để yên 30 phút cho phản ứng oxy hóa xảy ra. - Sau đó dùng NaOH 2N nâng pH lên pH = 8.
- Thêm vào mỗi cốc một lượng Polymer Cation 0,125% với liều lượng khác nhau như sau: 0,5 ml; 1 ml; 2 ml; 3 ml; 4 ml. Sau đó khuấy nhẹ và đều.
- Để lắng trong 30 phút.
- Lấy phần nuớc trong sau lắng phân tích COD.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chất trợ keo tụ lên hiệu quả của quá trình oxy hóa nâng cao Fenton được trình bày ở bảng 3.9.
Bảng 3.9. Kết quả đo COD, hiệu quả xử lý bằng Fenton theo liều lượng Polymer Cation TT cốc 1 2 3 4 5 DD Polymer Cation 0,125%, ml 0,5 1 2 3 4 CODr, mg/L 208,28 212,82 226,40 - - Hiệu quả xử lý, % 85,16 84,84 83,87 - -
Kết quả thí nghiệm cho phép ta đưa ra kết luận: Với một liều lượng nhỏ và hợp lý Polymer Cation cho hiệu quả tốt trong keo tụ các hạt keo có kích thước nhỏ và khó lắng trong dung dịch, nhờ đó làm tăng hiệu quả lắng của bông cặn, giúp giảm COD đầu ra của nước thải sau xử lý (COD giảm còn 208,28 mg/l so với COD đầu vào là 1568 mg/l, hiệu quả xử lý đạt 85,16%). Theo kết quả khảo sát thì liều lượng Polymer Cation tối ưu cho quá trình là 0,15 ml (khoảng 3 – giọt) Polymer Cation / 100ml nước thải. Và cũng tương tự như các yếu tố khác khi tăng lượng Polymer Cation thì hiệu quả lắng cặn giảm và làm tăng COD đầu ra của nước sau xử lý.
Nhận xét:
• Đối với các điều kiện tối ưu của quá trình oxy hóa nâng cao Fenton
Nồng độ H2O2 tối ưu cho quá trình là 8,8M (tương ứng với 1,5 ml dung dịch H2O2 30%/ 100 ml nước thải).
Nồng độ phèn FeSO4 tối ưu cho quá trình là 0,18M (tương ứng với 14 ml phèn FeSO4 5%/ 100 ml nước thải).
Tỷ lệ mol giữa phèn Fe2+ và H2O2 là 1 : 5 mol/mol. Khoảng pH tối ưu cho ưu quá trình là pH = 2,2. Hiệu quả xử lý của quá trình đạt 84,84%.
Lượng axit H2SO4 1N dùng để hạ pH xuống khoảng pH = 2,2 dao động trong khoảng từ 9,5 – 12 ml/ 100 ml nước thải.
Lượng kiềm NaOH 2N dùng để nâng pH sau khi phản ứng xảy ra lên pH = 8 dao động từ 7 – 9 ml/ 100 ml nước thải.
• Đối với chất xúc tác, chất keo tụ - trợ keo tụ cho quá trình oxy hóa nâng cao Fenton
Nhìn chung đối với các chất xúc tác đồng thể cũng như dị thể thường giúp đẩy nhanh quá trình lắng cặn và bông cặn hình thành chắc hơn, nhưng không làm tăng hiệu quả xử lý của quá trình và thường làm tăng COD của nước sau xử lý, dẫn đến hiệu quả xử lý của quá trình thường giảm.
Đối với chất trợ keo tụ thì mang lại hiệu quả tốt cho quá trình oxy hóa nâng cao Fenton. Chúng giúp tạo cầu nối đủ lớn giữa các bông cặn với nhau và sau đó các bông cặn xung quanh lắng xuống giúp giảm được hàm lượng cặn lơ lững trong dung dịch, giảm COD đầu ra của nước sau khi xử lý.
Đối chất chất keo tụ PAC thì chỉ giúp đẩy nhanh quá trình hình thành bông cặn và lắng cặn, chúng cho hiệu quả gần bằng hiệu quả cao nhất của quá trình Fenton (hiệu suất đạt 82,5% so với 84,84% là hiệu quả cao nhất của quá trình Fenton)
Đánh giá:
Xử lý nước rỉ rác bằng oxy hóa nâng cao Fenton mang lại hiệu quả xử lý cao. Hiệu quả khử COD của nước thải đạt 84,84%.
Phần lớn các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong thành phần nước thải được loại bỏ hoặc chuyển thành các hợp chất có cấu trúc đơn giản hơn.
3.2.4. Chọn lựa quy trình công nghệ xử lý
• Dựa vào tính chất của nước thải, tiêu chuẩn quy định xả ra nguồn tiếp nhận. • Diện tích mặt bằng Bô rác Tư Sò.
Từ các chọn lựa tính toán, em xin đưa ra sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác Bô rác Tư Sò, Quận 7 như sau:
Nước thải, tuần hòa rửasàn trung chuyển
Hố thu gom bùn Nước thải sàn trung chuyển
Chế phẩm sinh học SCRT Hố gom kết hợp bể lắng 1 Bể keo tụ Bể oxy hóa Bể lắng 2 Bể lọc nhanh
Bể chứa nước sau xử lý NaOH PAC H2SO4 Máy sục ozon 10g/h H2O2 Bể lắng 3 NaOH PAC Polyme