X (g/L) nước chưa xử lý nước loại 1 nước loại 2 nước loại 3 nước loại 4 nước loại 5 0 2,476 2,476 2,476 2,476 2,476 2,476 8 2,62 2,74 2,83 2,59 2,52 2,55 rg(g/L/h) 0,018 0,033 0,044 0,014 0,0055 0,0093
Theo kết quả bảng 3.7, bảng 3.8, bảng 3.9 và theo đồ thị hình 3.6 ta thấy:
% nước thải t (h)
Nước thải chưa qua xử lý CWAO:
Trong giờ đầu tiên COD giảm khá nhanh so với các hệ còn lại, tốc độ xử lý COD rSU = 14,0 (mg/L/h) vi sinh phân hủy được lượng BOD là 14 mg /L (10,14 % BOD của hệ), thời điểm 3 giờ thì tốc độ xử lý COD tăng hơn đạt rSU = 25,7 (mg/L/h), điều này chứng tỏ ở giờ đầu tiên vi sinh cần thích nghi với nước thải lạ nên tốc độ phân hủy chất hữu cơ không cao bằng 2 giờ sau đó, nhưng thời gian thích nghi nhỏ là do vi sinh cũng đã được thích nghi trước đó một phần, tới giờ thứ 3 vi sinh hoạt động mạnh hơn, phân hủy được 77 mg/L BOD tức 55,8 % BOD của mẫu (BODmẫu = 138 mg/L)
Trong khoảng thời gian từ thời điểm t = 4 giờ trở đi COD giảm chậm (từ 502 mg/L xuống còn 495 mg/L, chỉ giảm đi 7 mg/L) chứng tở hệ xử lý chậm, trước đó lượng BOD đã giảm nhiều, tới thời điểm này vi sinh cạnh tranh về lượng thức ăn và phải thực hiện hiện các phản ứng cắt mạch các phân tử lớn thành các phân tử nhỏ để thực hiện q trình đồng hóa được dễ dàng, nên lượng COD giảm đi không đáng kể so với khoảng thời gian 3 giờ lưu trước đó. Hiệu suất cả q trình phản ứng 8 giờ theo COD của đạt 16,24 %, hiệu suất xử lý BOD đạt 68,12 %, nồng độ vi sinh thời điểm ban đầu X = 2,476 g/L sau 8 giờ đạt X = 2,62 g/L tức tốc độ tăng trưởng rg(g/L/h) = 0,018 , tới giờ thứ 3 vi sinh hoạt động mạnh nhất, tốc độ tiêu thụ cơ chất lớn nhất.
Nước thải loại 1:
Trong giờ đầu tiên vi sinh cũng đang thích nghi với cơ chất, nhưng tốc độ xử lý COD rSU = 30,0 (mg/L/h) vi sinh phân hủy được 30 mg/L, các số liệu trong giờ đầu tiên khả quan hơn nước thải chưa xử lý qua CWAO. Vi sinh ngay trong giờ đầu tiên đã có hoạt tính rất mạnh và đã xử lý rất hiệu quả COD cho đến thời điểm t = 120 phút (là thời điểm xử lý mạnh nhất rSU = 33.5 (mg/L/h). Sau đó cơ chất giảm dần nên tốc độ xử lý còn 24.3 (mg/L/h) ở thời điểm t = 4 (h). Nhưng ở mẫu này COD đã giảm mạnh trong khoảng thời gian dài hơn do mẫu này lượng BOD đầu vào cao hơn mẫu nước thải chưa xử lý qua CWAO.
Hiệu suất xử lý COD sau 8 giờ phản ứng đạt 30,8 %, tăng 14,6 % so với xử lý nước thải chưa qua oxi hóa xúc tác. Lượng COD mất đi là 133 (mg/L) so với lượng BOD đo được ở đầu vào của hệ BHT là 252 (mg/L) như vậy chứng tỏ phản ứng oxi hóa xúc tác vẫn chưa chuyển hóa hồn tồn các chất hữu cơ khó xử lý về dạng đơn giản phù hợp để vi sinh phân hủy.
Trong giờ đầu tiên tốc độ xử lý đạt rSU = 33.0 (mg/L/h) cao hơn các hệ còn lại, ở các giờ sau tốc độ xử lý của vi sinh vẫn lớn, sang giờ thứ 2 tốc độ xử lý đạt rSU = 46.5 (mg/L/h) tức chỉ trong 60 phút nồng độ COD giảm từ 442 mg/L xuống còn 429 mg/L. Nhận thấy ở mẫu nào COD càng giảm, BOD càng tăng lên một chút ( tức là tỉ lệ BOD/COD càng tiến gần về tỉ lệ ~ 0,6) thì hệ xử lý càng tốt.
Hiệu suất xử lý COD sau 8 giờ phản ứng đạt 34,6 %, tăng 5,6 % so với xử lý nước thải loại 1, đạt hiệu suất xử lý COD cao nhất so với các hệ khác. Thời điểm có tốc độ xử lý cao nhất trong giờ thứ hai và cũng cao nhất so với 5 loại nước ở 5 hệ còn lại.
Nước thải loại 3, loại 4, loại 5 cũng có diễn biến tương tự, vi sinh cần giờ đầu tiên thích nghi với nước thải, tăng tốc độ xử lý trong giờ thứ hai và giảm dần ở các thời điểm sau đó. Hiệu suất xử lý COD sau 8 giờ phản ứng lần lượt đạt 26,8 %, 17,5 %, 23,87 %.
Nước thải dệt nhuộm đã được tiền xử lý qua CWAO sau đó được xử lý tiếp bằng hệ BHT kết quả cho thấy COD đầu ra sau hệ BHT đã gần đạt đến tiêu chuẩn loại B (tiêu chuẩn loại B cho COD = 150 mg/L – theo QCVN 13-2008).
Bảng 3.10 - Kết quả theo dõi độ màu (Pt – Co) theo thời gian Nước chưa xử lý Nước loại 1 Nước loại 2 Nước loại 3 Nước loại 4 Nước loại 5 0 1862 1257 689 389 372 355 1 1792 1185 312 272 285 205 2 1692 1149 299 269 279 202 3 1669 1145 282 275 245 202 4 1655 1145 279 265 245 172 6 1655 1145 229 262 245 159 7 1655 1145 165 239 245 155 8 1655 1145 165 239 242 149
Biểu diễn các kết quả thu được ở bảng 3.10 trên đồ thị ta được:
% nước thải t (h)
Hình 3.7 – Biểu đồ sự giảm nồng độ màu (Pt – Co) của các mẫu nước thải theo thời gian
Kết quả thu được cho thấy:
Nước thải chưa qua xử lý CWAO: Độ màu của loại nước thải này giảm nhanh từ giờ đầu tiên tới thời điểm t = 3 (h) (từ 1862 (Pt – Co) xuống cịn 1669 (Pt – Co) thời điểm sau đó giảm rất chậm. Từ thời điểm t = 4 (h) đến thời điểm t = 8 (h) thì giá trị độ màu khơng thay đổi. Hiệu xuất xử lý độ màu (Pt – Co) đạt 11,12 %. Phổ UV – VIS của nước thải theo thời gian cho thấy các phổ đều xuất hiện píc quanh vùng bước sóng ~ 602 nm (màu xanh) và ~ 484 nm (màu da cam) chỉ giảm về cường độ cụ thể ABS602nm sau 8h từ 1,433 giảm xuống 1,277 (giảm 10,9 %) và ABS484nm sau 8h từ 0,651 giảm xuống 0,52 (giảm 20,1 %).
Nước thải loại 1: Độ màu cũng giảm nhanh ở thời điểm t = 1 (h) đến thời điểm t = 3 (h) ) (từ 1275 (Pt – Co) xuống còn 1145 (Pt – Co). Từ thời điểm t = 4 (h) đến thời điểm t = 8 (h) thì giá trị độ màu khơng thay đổi. Hiệu suất xử lý độ màu (Pt – Co) đạt 10,19 %. Phổ UV – VIS của nước thải theo thời gian cho thấy các phổ đều xuất hiện píc quanh vùng bước sóng ~ 522 nm (màu đỏ) ABS522nm sau 8h từ 0,565 giảm xuống 0,513 (giảm 9,2 %).
Nước thải loại 2: Độ màu giảm nhanh ngay trong giờ đầu tiên hiệu suất đạt 54,7 % (từ 689 (Pt – Co) xuống còn 312 (Pt – Co)), ở các thời điểm tiếp theo độ màu giảm tốt. Hiệu suất xử lý màu sau 8 (h) cao hơn ở các hệ khác đạt 76 %, hiệu suất xử lý màu cho nước thải loại 3, loại 4, loại 5 lần lượt đạt 38,56 %, 34,9 %, 58,0%.
Qua kết quả theo dõi sự thay đổi độ màu của các hệ, cho thấy khả năng xử lý màu của vi sinh mạnh trong 2 – 3 giờ đầu, và tới t = 4 (h) độ màu thay đổi khơng đáng kể, có hệ khơng có sự giảm màu sau t = 4 (h).
Bảng 3.11 – Hiệu suất xử lý COD và độ màu (Pt-Co) khi t = 4(h)
Thông số Nước chưa
xử lý Nước loại 1 Nước loại 2 Nước loại 3 Nước loại 4 Nước loại 5 HCOD (%) 17,5 22,5 25,6 18,1 14 21,2 Hđộ màu (%) 11,1 8,9 59,5 31,9 34,1 51,5
Biểu diễn kết quả bảng 3.11 trên đồ thị ta được
Hình 3.8 - Hiệu suất xử lý COD và độ màu (Pt-Co) khi t = 4(h)
Ở mẫu nước thải loại 0 và nước thải loại 1 vi sinh xử lý màu kém hơn COD (phù hợp với các tài liệu tham khảo), nhưng ở các mẫu còn lại vi sinh xử lý màu tốt hơn xử lý COD cho thấy ở các mẫu này có hiện tượng vi sinh hấp phụ màu.
Sự thay đổi phổ UV – VIS được chỉ ra ở các hình 3.9, hình 3.10, hinh 3.11, hình 3.12, hình 3.13, hình 3.14 dưới đây (kết quả về bước sóng, ABS được đưa ra ở phần phụ lục). Nước thải loại 0 Nước thải loại 1 Nước thải loại 2 Nước thải loại 3 Nước thải loại 4 Nước thải loại 5
Mối quan hệ giữa COD và BOD
Các kết quả đã nêu cho thấy, oxi hoá hoá học càng sâu thì COD sau xử lí càng thấp, nhưng điều thú vị là BOD lại cao. Sản phẩm của q trình oxi hố hố học là các hợp chất trung gian thấp phân tử, khi oxi hoá vi sinh các chất này dễ dàng được vi sinh (VS) hấp thụ và chuyển hoá thành CO2, H2O và sinh khối mới VS’.
Bảng 3.12 – Tỉ lệ BOD/COD và hiệu suất xử lý COD của hệ vi sinh
Thông số Nước chưa
xử lý Nước loại 1 Nước loại 2 Nước loại 3 Nước loại 4 Nước loại 5 BOD/COD 0,2 0,6 0,6 0,5 0,5 0,8 HCOD (%) 17,5 22,5 25,6 18,1 14,0 21,2
Biểu diễn kết quả bảng 3.12 trên đồ thị ta được
Hình 3.15 - Tỉ lệ BOD/COD đầu vào hệ vi sinh và hiệu suất xử lý COD của hệ vi sinh
Khi BOD/COD ≥ 0,5 thì việc áp dụng BHT để xử lý nước thải càng hiệu quả, mẫu nước thải loại 0, nước thải loại 1 và nước thải loại 2 có diễn biến theo hướng này. Nhưng ở mẫu nước thải loại 3 và loại 4 mặc dù BOD/COD = 0,5 cao hơn tỉ lệ BOD/COD ở nước thải loại 0 nhưng vi sinh xử lý COD cho hiệu suất thấp, điều này một phần do sự phân bố lượng vi sinh khỏe ở các hệ không đều, mặt khác
Nước thải loại 0 Nước thải loại 1 Nước thải loại 2 Nước thải loại 3 Nước thải loại 4 Nước thải loại 5
Mẫu nước thải H (%)
do ở quá trình xử lý CWAO thực hiện ở nhiệt độ khác nhau, thời gian khác nhau, dùng xúc tác khác nhau: quặng Mn – CB; xúc tác hai cấu tử 2Q_Mn:3Fe, 1Q_Mn:3Fe …, xúc tác ba cấu tử: 1Q_Cu : (1Q_Mn : 3 Fe) … Sau phản ứng hàm lượng Cu tan ra theo thời gian khác nhau [6], hàm lượng kim loại chuyển tiếp trong nước thải lớn gây độc cho vi sinh nên ở mẫu nước thải loại 3, loại 4 và loại 5 chưa thể hiện rõ qui luật về hiệu quả xử lý COD theo tỉ lệ BOD/COD.
3.4. Đánh giá khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxi hóa ở nhiệt độ gần nhiệt độ nước thải thực, áp suất khí quyển.
Nước thải nhuộm được xử lý bằng phương pháp oxi hóa xúc tác pha lỏng sau đó được xử lý tiếp bằng vi sinh nhưng cho kết quả COD và độ màu chưa đạt QCVN 13:2008/BTNMT. Mà phương pháp oxi hóa xúc tác pha lỏng địi hỏi chi phí cao về nhiệt độ, áp suất, xúc tác. Mà quặng Mn – CB có hoạt tính xúc tác tốt nhất trong các nghiên cứu cả về xử lý màu và xử lý COD [6]. Nên thực hiện xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxi hóa ở nhiệt độ gần nhiệt độ nước thải thực, áp suất khí quyển với xúc tác quặng Mn – CB có d < 45 μm. Mục tiêu là làm sạch màu nước thải, và xử lý COD với hiệu suất cao hơn.
* Kết quả nghiên cứu ở nhiệt độ 70 oC ± 0,5 oC.
Nước thải đầu vào có COD0 = 782 mg/L, độ màu C = 2805 (Pt – Co), pH = 9, độ dẫn = 5,3 mS. Thí nghiệm thực hiện trên máy lắc điều nhiệt, tốc độ lắc 150 vòng/ phút, với lượng nước thải trong mỗi hệ là 50 ml, ở nhiệt độ 70 oC ± 0,5 oC. Nồng độ xúc tác lần lượt là 5 g/L, 7,5 g/L, 10 g/L, 12 g/L, 15 g/L, 17g/L. Xác định COD, độ màu (Pt – Co) của dịch lọc, pH, độ dẫn điện, xác định thời gian phản ứng đạt cân bằng.
Kết quả theo dõi sự giảm độ màu (Pt – Co) theo thời gian khi sử dụng nồng độ xúc tác khác nhau ở 70 oC ± 0,5 oC thể hiện ở bảng 3. 13
Bảng 3. 13 – Sự giảm độ màu (Pt – Co) theo thời gian khi sử dụng nồng độ xúc tác khác nhau ở 70 o C ± 0,5 oC 5g/l 7.5g/l 10 g/l 12 g/l 15 g/l 17 g/l 0 2805 2805 2805 2805 2805 2805 10 705 599 552 532 532 455 20 695 595 545 532 522 475 30 695 592 545 532 522 439 40 675 592 539 535 522 439 50 665 592 539 535 522 422 60 615 595 532 532 523 415 120 615 595 549 515 522 415 180 612 589 549 532 522 409 240 612 589 542 532 522 405 300 612 579 542 539 520 395 360 609 575 532 532 522 402 420 609 575 539 532 522 389
Biểu diễn các kết quả thu được ở bảng 3.13 trên đồ thị ta được
Hình 3.16 – Sự giảm độ màu (Pt – Co) của nước thải dệt nhuộm khi sử dụng nồng độ xúc tác khác nhau ở 70 oC ± 0,5 oC
Từ kết quả thu được và từ đồ thị ta thấy: tốc độ xử lý của Mn – CB ở các nồng độ xúc khác nhau đều rất nhanh, tại t = 10 phút hiệu suất xử lý khi nồng độ
C quặng t (phút) (g/L)
xúc tác là 5 (g/L), 7,5 g/L, 10 g/L, 12 g/L, 15 g/L, 17g/L lần lượt đạt 74,9 %; 78,6%; 80,3 %; 81,0%; 81,0 %; 83,8 %; tại các thời điểm t = 20 phút, t = 30 phút độ màu giảm chậm, hiệu suất xử lý màu tại các thời điểm t = 10 phút, t = 20 phút, t = 30 phút chỉ chênh nhau ~ 1 % hoặc gần như không đổi (khi sử dụng nồng độ quặng 5 g/L tại thời điểm t = 10 phút hiệu suất đạt 74,9 %, t = 20 phút hiệu suất đạt 75,2 %, t = 30 phút hiệu suất đạt 75,2 %; khi sử dụng nồng độ quặng 10 g/L tại thời điểm t = 10 phút hiệu suất đạt 80,3 %, t = 20 phút hiệu suất đạt 80,6 %, t = 30 phút hiệu suất đạt 80,6 %), ở các thời điểm sau ABS chỉ chênh nhau 0,001 điều này có thể do sai số thiết bị đo cho phép. Vậy có thể nói sau 10 phút phản ứng xử lý màu ở các hệ gần như và sau 30 phút đạt cân bằng hoàn toàn. Hiệu suất xử lý độ màu khi hệ đạt cân bằng với các nồng độ quặng 5 (g/L), 7,5 g/L, 10 g/L, 12 g/L, 15 g/L, 17g/L lần lượt đạt 78,1 %; 79,5 %; 80,8 %; 81,0 %; 81,4 %; 86,1 %.
Kết quả theo dõi sự giảm COD theo thời gian khi sử dụng nồng độ xúc tác khác nhau ở 70 oC ± 0,5 oC thể hiện ở bảng 3. 14
Bảng 3.14 - Sự giảm COD theo thời gian khi sử dụng nồng độ xúc tác khác nhau ở 70 oC ± 0,5 oC 5g/l 7.5g/l 10 g/l 12 g/l 15 g/l 17 g/l 0 782 782 782 782 782 782 10 425 395 345 345 352 369 20 425 389 339 335 349 349 30 425 389 339 335 329 345 40 422 385 335 332 329 329 50 415 385 332 335 329 349 60 405 379 319 332 329 325 120 405 379 319 332 332 319 180 405 375 315 319 329 312 240 405 379 315 319 322 305 300 402 352 319 319 322 302 360 402 352 319 315 319 302 420 402 345 319 315 312 295
Biểu diễn các kết quả thu được ở bảng 3.14 trên đồ thị ta được C quặng
Hình 3.17 – Sự giảm COD của nước thải dệt nhuộm theo thời gian khi sử dụng nồng độ xúc tác khác nhau ở 70 oC ± 0,5 oC
Từ kết quả thu được và từ đồ thị ta thấy: Sự biến thiên COD cũng xảy ra tương tự sự biến thiên độ màu: tốc độ xử lý đều rất nhanh tại t = 10, khi t = 20 phút, t = 30 phút COD giảm chậm, hiệu suất xử lý tại các thời điểm t = 10 phút, t = 20 phút, t = 30 phút chỉ chênh nhau ~ 1 – 2 % hoặc gần như khơng đổi (ví dụ: khi sử dụng nồng độ xúc tác 5 g/L tại thời điểm t = 10 phút hiệu suất đạt 45,7 %, t = 20 phút hiệu suất đạt 45,7 %, t = 30 phút hiệu suất đạt 45,7 %; khi sử dụng nồng độ xúc tác 10 g/L tại thời điểm t = 10 phút hiệu suất đạt 55,8 %, t = 20 phút hiệu suất đạt 56,7, t = 30 phút hiệu suất đạt 56,7), ở các thời điểm sau thấy COD vẫn giảm nhưng giảm rất ít ABS chỉ chênh nhau 0,001- 0,002. Vậy có thể nói sau 30 phút COD của hệ gần như đạt cân bằng. Hiệu suất xử lý COD khi hệ đạt cân bằng với các nồng độ quặng 5 (g/L), 7,5 g/L, 10 g/L, 12 g/L, 15 g/L, 17g/L lần lượt đạt 48,6