MƠ PILOT XỬ LÝ MỘT SỐ LOẠI HÌNH CHẤT THẢI CƠNG NGHIỆP NGUY HẠI ĐIỂN HÌNH Ở TP.HỒ CHÍ MINH
Trong cơng nghệ xử lý chất thải thì phương pháp chơn lấp an tịan và phương pháp đốt là hai phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất. Các phương pháp này tuy đơn giản, nhưng sự phát triển của khoa học đã chứng minh rằng phương pháp chơn lấp khơng xử lý được triệt để chất thải, tốn nhiều diện tích và tồn tại nhiều vấn đề mơi trường khác, trong khi đĩ phương pháp đốt thì phát sinh nhiều sản phẩm phụ cĩ hại cho mơi trường. Hiện nay, xu hướng chung của thế giới là nghiên cứu các phương pháp khác nhau để xử lý cho từng loại chất thải khác nhau nhằm giảm lượng chất thải đem chơn lấp và đốt. Trong phạm vi đề tài, nhĩm nghiên cứu đã tiến hành thực hiện 5 mơ hình xử lý chất thải bằng các phương pháp khác nhau, các loại hình chất thải được nghiên cứu là các chất hữu cơ độc hại, bùn chứa kim loại nặng và đất nhiễm kim loại nặng. Đối với các loại
chất thải này cĩ nhiều phương pháp để xử lý, tuy nhiên nhĩm nghiên cứu chỉ
chọn 5 phương pháp để nghiên cứu đĩ là:
- Oxy hĩa kết hợp bức xạ UV (được thực hiện bởi Nhĩm nghiên cứu của ĐH Văn Lang)
- Ổn định đĩng rắn (được thực hiện bởi Nhĩm nghiên cứu của ĐH Văn Lang)
- Phương pháp siêu âm (được thực hiện bởi Nhĩm nghiên cứu của ĐH Khoa học Tự nhiên)
- Phương pháp sinh học (được thực hiện bởi Nhĩm nghiên cứu của ĐH Văn Lang)
- Phân tích nhiệt bằng TGA (được thực hiện bởi Nhĩm nghiên cứu của ĐH Bách Khoa)
Trong đĩ, phưong pháp oxy hĩa kết hợp bức xạ UV được nghiên cứu để xử lý nước thải chứa hĩa chất hữu cơ như nước thải từ nhà máy sản xuất hĩa chất bảo vệ thực vật và giày da. Phương pháp siêu âm được ứng dụng để nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý thuốc bảo vệ thực vật gốc clo, điển hình là diclovos. Ổn định
đĩng rắn được ứng dụng vào việc nghiên cứu xử lý chất thải là bùn chứa kim loại nặng. Phương pháp sinh học được dùng để xử lý đất nhiễm dầu nhớt. Và phương pháp TGA được nghiên cứu nhằm đề xuất tiêu chí của chất thải cĩ thể
áp dụng phương pháp đốt cho hiệu quả.
Các kết quảđạt được của mơ hình thực nghiệm là cơ sởđể đánh giá khả năng xử
lý các loại chất thải được nghiên cứu, bước đầu định hướng cho các nghiên cứu nhằm gĩp phần nâng cao năng lực xử lý các loại chất thải nguy hại khác nhau mà khơng dùng phương pháp đốt hoặc chơn lấp. Các phần sau đây chỉ trình bày tĩm tắt các kết quả nghiên cứu, các nội dung nghiên cứu chi tiết được trình bày trong các báo cáo chuyên đề tương ứng, là các sản phẩm độc lập của đề tài.
Mơ hình oxy hĩa hĩa học kết hợp bức xạ UV
Sơ đồ qui trình áp dụng cho nghiên cứu xử lý nước thải bằng phương pháp oxy hĩa kết hợp bức xạ UV như sau:
Hình 31. Sơđồ qui trình cơng nghệ thí nghiệm xử lý chất thải bằng phương pháp oxy hĩa kết hợp UV
Thí nghiệm tiến hành khảo sát các thơng số như nồng độ hay liều lượng hố chất sử dụng, thời gian phản ứng, pH của quá trình phản ứng. Kết quả từ mơ hình đã đưa ra được giới hạn về nồng độ và thời gian để định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo, nhằm giúp cho các nghiên cứu tiếp theo (cùng lĩnh vực) tiết kiệm thời gian trong
việc tìm điều kiện tối ưu của quá trình. Kết quả đạt được từ mơ hình thực nghiệm cho thấy cĩ thể xử lý chất thải chứa chất hữu cơ nguy hại bằng phương pháp này. Để đạt kết quả tốt hơn, các nghiên cứu theo hướng này cần tiến hành thực nghiệm theo các thơng số định hướng như sau: Đối với hệ oxy hĩa UV/H2O2 nên chọn H2O2 < 0.2 v/v , Thời gian là trên 60 phút, pH = 7; đối với hệ
oxy hĩa UV/H2O2/Fe2+ nên chọn H2O2 < 0.2 v/v , Fe2+ < 0.25 mM, Thời gian là trên 60 phút, pH = 2,8.
Mơ hình xử lý bùn chứa kim loại bằng ổn định hĩa rắn
Đối tượng nghiên cứu là bùn thải từ trạm xử lý nước thải của Cơng ty TNHH Vĩnh Phú Hưng (Lơ 11F, đường C, KCN Tân Tạo, Bình Tân) và Cơng ty Đặng Tư Ký (Lơ 24A-24B, đường số 3, KCN Lê Minh Xuân). Ngành nghề sản xuất
Thùng chứa nước thải, cĩ khuấy trộn bằng
motor cánh khuấy (xử dụng thêm chất oxi hố trong phương
án 2 và 3) Bơm Đèn UV Oxy già (H2O2) Fenton (Fe2+) Motor (khuấy) Nước thải Nước thải đầu ra
chính của Cơng ty Vĩnh Phú Hưng là xi mạ và của Cơng ty Đặng Tư Ký là các loại giày da, túi xách bằng da.
Mơ hình khảo sát các thơng số như: kích thước hạt bùn, tỉ lệ bùn : ximăng : nước. Từ đĩ tìm ra điều kiện tối ưu để xử lý theo phương pháp này. Kết quả
thu được từ thực nghiệm cho thấy kích thước hạt
bùn ảnh hưởng rất lớn đến Chuẩn bị mẫu bùn Chuẩn bị đĩng gạch khả năng ổn định hĩa rắn. Xét về mặt kinh tế và độ bền nén nên chọn tỷ lệ phối trộn ximăng : bùn là 40:60 cho các loại bùn cĩ kích thước 1÷5mm và 30:70 cho các loại bùn cĩ kích thước 5÷9mm. Thành phần vữa gồm xi măng : bùn : cát tốt nhất nên chọn tỷ lệ phối trộn 30:40:30 cho kích thước hạt bùn < 0,16mm. Ở tỷ lệ
này độ bền nén của khối vữa đạt giá trị lớn nhất (53,84kg/cm2) nhưng lượng bùn xử lý chỉ chiếm 40% khối lượng. Lượng bùn xử lý đạt hiệu quả cao hơn khi kích thước hạt bùn nằm trong khoảng 1÷5mm vì khi đĩ tỷ lệ phối trộn đạt 20:50:30
(ximăng : bùn : cát) và độ bền nén tương đối cao (44,50kg/cm2). Tĩm lại, với thành phần bùn cĩ kích thước nhỏ (<1mm) nên chọn tỷ lệ phối trộn là 30:40:30 cịn với thành phần bùn cĩ kích thước lớn (>1mm) nên chọn tỷ lệ phối trộn là 20:50:30 vì
ở các tỷ lệ này khối vữa cĩ độ bền nén cao và khối lượng bùn xử lý lớn.
Khơng nên sử dụng mơ hình ổn định hĩa rắn sử dụng xi măng, bùn, cát, đá vì khơng đạt chỉ tiêu độ bền nén cũng như chỉ tiêu độ rị rỉ.
Xét về hiệu quả kinh tế, xử lý bùn thải bằng phương pháp ổn định đĩng rắn với thành phần phối trộn là xi măng : bùn với kích thước lỗ rây bùn (b) là 1mm < b < 5 mm cĩ giá thành là 1.303.000 đồng và 1.803.000 đồng với thành phần phối trộn là xi măng : bùn : cát và kích thước lỗ rây (b) là 1mm < b < 5 mm. Tính tốn chi phí xử lý bùn thải bằng phương
pháp ổn định hĩa rắn dựa trên kết quả tối ưu Chuẩn bị nung gạch của quá trình nghiên cứu với tỷ lệ phối trộn giữa xi măng và bùn là 40 : 60 (kích thước lỗ rây bùn (b) là 1mm < b < 5 mm) và tỷ lệ phối trộn giữa xi măng, bùn, cát, lần lượt là 30 : 40 : 30 (kích thước lỗ rây bùn (b) là 1mm < b < 5 mm). Bên cạnh đĩ, sản phẩm sau khi ổn định đĩng rắn cĩ thể tận dụng làm gạch lát đường và làm chất màu gốm sứ.
Mơ hình xử lý chất thải bằng phương pháp siêu âm
Đối tượng nghiên cứu của phương pháp này là thuốc bảo vệ thực vật 2,4-D và Dichlorvos. Thực nghiệm tiến hành khảo sát 5 thơng số liên quan đến quá trình xử lý Dichlorvos, đĩ là: cĩ và khơng cĩ sục khí trong quá trình phản ứng, thời gian phản ứng, nồng độ thuốc BVTV, năng lượng cung cấp (cho thiết bị siêu
âm), nhiệt độ phản ứng. Cịn đối với 2,4-D thì khảo sát 2 thơng số là nồng độ
thuốc cần xử lý và thời gian, các thơng số cịn lại kế thừa từ kết quả khảo sát cho Dichlorvos. Các kết quả đạt được: Đã tìm ra được điều kiện tốt nhất để xử lý 2 loại hĩa chất trên như sau: Dichlorvos phân hủy đạt >99% trong khoảng thời Mơ hình thí nghiệm
gian 35 phút với điều kiện thanh siêu âm. Các yếu tố nhiệt độ (200C),nồng độ đầu vào (20ppm), năng lượng siêu âm đã dược khảo sát cho thấy với mức năng lượng càng tăng hiệu suất càng tăng, và ở khoảng 45 W (20 KHz-V=50 ml) sự
phân hủy đạt được là tối đa. Việc cĩ sục khí cũng được nghiên cứu và đây là yếu tố quan trọng trong phản ứng siêu âm. Động học phản ứng bước đầu đã cho thấy
đĩ là một quá trình phức tạp tạo nhiều sản phẩm trung gian, nhưng sản phẩm cuối cùng là các ion vơ cơ phosphate, clorua, điều này cho thấy các chất đã phản
ứng hồn tồn. Cịn đối với 2,4-D (10ppm) phân hủy >99% sau thời gian 3 giờ.
Error! Not a valid link. Error! Not a valid link.
Xử lý diclorvos Xử lý 2,4-D
Hình 32. Sự thay đổi hiệu suất xử lý diclorvos và 2,4 – D theo thời gian phản ứng
Mơ hình xử lý đất ơ nhiễm bằng phương pháp sinh học
Mơ hình này được thử nghiệm trên đất nhiễm dầu lấy tại cơ sở tái chế dầu nhớt tại quận 9 TP HCM, tiến hành xử lý theo 2 mơ hình và so sánh kết quả của 2 mơ hình theo thời gian. Mơ hình 1 – khơng trộn với bùn hoạt tính: Đất nhiễm dầu được trộn đều, sau đĩ cân một lượng đất nhất định 3kg, Đất nhiễm dầu tại cơ sở tái chế nhớt
trộn đều với nước với tỷ lệ 15% khối lượng đất và 450ml nước, sau đĩ cho vào mơ hình. Cứ lặp lại quy trình này đến khi lượng đất trong thùng cao khoảng 20cm. Khối lượng đất sau khi trộn trong thùng là 60kg.
Mơ hình 2 – trộn với bùn hoạt tính: Đất nhiễm dầu được trộn đều, cân một lượng
đất nhất định 3kg, trộn thêm bùn với tỷ lệ 2% khối lượng đất tính theo khối lượng khơ của bùn (tổng độ ẩm vẫn là 15%). Trộn đều mẫu đất và bùn. Cho đất
trộn này vào mơ hình 2.Cứ lặp lại quy trình này đến khi lượng đất trong thùng cao khoảng 20cm. Khối lượng đất sau khi trộn trong thùng là 54 kg.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 23/04/07 15/05/07 25/05/07 4/6/2007 19/06/07 5/7/2007 16/07/07 10/8/2007 mg /k g Dầu khống MH 1 Dầu khống MH 2 Kết quả của mơ hình 2 cho thấy, khi cĩ thêm lượng bùn hoạt tính (2% theo chất khơ), thì mức độ phân hủy dầu cao hơn so với mơ hình khơng thêm bùn hoạt tính một ít. Số liệu xử lý khơng cĩ sự khác biệt nhiều giữa 2
mơ hình, nguyên nhân cĩ Hiệu quả xử lý đất nhiễm dầu theo thời gian thể giải thích là vi sinh vật hiếu khí của bùn hoạt tính cĩ thể khơng phải là loại
đặc thù xử lý chất ơ nhiễm cĩ nguồn gốc từ dầu mỏ. Tuy nhiên, kết quả trên cho thấy vẫn cĩ sự tác dụng khi thêm lượng bùn hoạt tính này. Bùn cĩ thểđĩng vai trị như một lượng cơ chất mới trong quá trình phân hủy cũng như sự thêm các chất dinh dưỡng cĩ trong bùn.
Phân tích nhiệt từ quá trình đốt một số loại chất thải nguy hại ứng dụng TGA
TGA là phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng cho phép ta đo liên tục biến thiên nhiệt độ của mẫu theo nhiệt độ và thời gian. Mẫu cĩ thểđược gia nhiệt hay làm lạnh với vận tốc cho trước (dynamic) hoặc giữ ở nhiệt độ khơng đổi. Dạng phổ biến nhất là nung nĩng lị và mẫu với vận tốc từ 5÷200C/phút. Điều kiện cân bằng nhiệt được sử dụng và cĩ khả năng theo dõi khối lượng mẫu theo khoảng thay đổi nhiệt độ.
Cấu tạo đơn giản của máy như sau: mẫu được đặt vào buồng đốt, nhiệt độ buồng
đốt được đặt theo chương trình từ thấp đến cao (nhiệt độ tối đa cĩ thể lên đến 2.4000C). Theo thời gian, cân sẽ tự động ghi nhận sự thay đổi của trọng lượng mẫu trong suốt quá trình thí nghiệm (chính xác đến 10-3g). Mẫu cĩ thểđược kết nối với cân bằng nhiều cách khác nhau. Nĩ cĩ thể được treo lơ lửng trực tiếp trên địn cân để giữ trong lị nung hay mơi trường kiểm tra nhiệt độ.
Dựa vào đồ thị phân tích TGA ta cĩ thể xác định được: - Sự thay đổi khối lượng (xác định hàm lượng ẩm, hàm lượng dung mơi, hàm lượng chất độn, sự mất nước,…)
- Vận tốc phân hủy nhiệt – dm/dt
T onset
- Nhiệt độ phân hủy
đặc trưng – DTG- peak…
Sơđồ mẫu của một dạng phân tích nhiệt trọng lượng
Nhĩm nghiên cứu đã tiến hành phân tích một số mẫu bùn của một số nganh cơng nghiệp như: ngành sản xuất lớp phủ bề mặt,ngành dệt nhuộm, ngành sản xuất resin, ngành sản xuất bút bi, mực in, ngành sản xuất ơtơ, ngành xi mạ
Qua các số liệu đã được phân tích đối với các mẫu trên, ta nhận thấy các loại bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải ở một số ngành sản xuất cơng nghiệp khác nhau cĩ độ bền nhiệt khác nhau tùy thuộc vào đặc tính và thành phần của các chất cĩ trong bùn thải. Bùn thải của các ngành dệt nhuộm, sản xuất bút bi, resin và mực in cĩ điểm cháy thấp. Điều này chứng tỏ thành phần chất hữu cơ và các thành phần dễ cháy trong bùn chiếm tỷ lệ cao. Ngược lại, bùn thải từ các ngành xi mạ, sản xuất và sửa chữa ơ tơ cĩ điểm cháy cao chứng tỏ thành phần hữu cơ trong bùn thấp. Thành phần chất vơ cơ cịn lại trong các loại bùn khác nhau cũng rất khác nhau. Thành phần vơ cơ cịn lại khơng cháy (đốt đến nhiệt độ 900oC) của các loại bùn thải như sau: - Ngành sản xuất chất phủ bề mặt: 31,03% - Dệt nhuộm : 19,73% - Resin : 9,9% - Bút bi : 50,89% - Mực in : 13,82% - Ơtơ : 75,41% - Xi mạ : 90,40%
Thành phần hữu cơ cịn lại là một trong những tiêu chí quan trọng để đánh giá hiệu quả giải pháp thiêu đốt. Bùn thải từ các ngành cơng nghiệt sản xuất chất phủ bề mặt, dệt nhuộm, resin và mực in cĩ thành phần vơ cơ cịn lại thấp nên việc áp dụng giải pháp thiêu đốt sẽ mang lại hiệu quả xử lí cao. Ngược lại, các ngành cơng nghiệp ơtơ, sản xuất bút bi, xi mạ cĩ thành phần vơ cơ khơng cháy lớn (trên 50%) nên khơng thể tiến hành thiêu đốt ở nhiệt độ thấp hơn 1000oC.
Đối với các bùn thải này cần tiến hành thiêu đốt ở các lị đốt cĩ nhiệt độ cao hơn 1000oC và điều này sẽ rất tốn kém. Vì vậy giải pháp hợp lí là chúng ta cần tiến hành các giải pháp xử lí khác nhưđĩng rắn.