Chương IV: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC BỊ NHIỄM MTBE
4.2.3.1Công nghệ kết hợp Ozone/ Tia cực tím (O3/UV)
Việc sử dụng chiếu xạ tia cực tím (MP-UV, LP-UV hay P-UV) để sản xuất các gốc hydroxyl với ozone được xảy ra bởi các phản ứng sau đây:
Mô tả hệ thống:
Có hai cấu hình thiết kế lò phản ứng UV cơ bản được sử dụng cho việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm hữu cơ từ nước. Calgon Carbon, Inc (Markham, Ontario, Canada) hiện đang sử dụng cả hai thiết kế lò phản ứng cho việc loại bỏ MTBE, tùy thuộc vào
tốc độ dòng chảy (Crawford, 1999). Đối với các ứng dụng nước uống quy mô lớn (>500 gpm), một thiết kế dạng tháp thường được sử dụng.Trong cấu hình tháp, nhiều đèn UV được sắp xếp theo chiều ngang bên trong lò phản ứng (một thùng phản ứng duy nhất) với nước bị ô nhiễm chảyvuông góc qua đèn UV. Ví dụ, một hệ thống tháp có thể bao gồm 12 đèn UV 20 kW sắp xếp theo chiều ngang qua tháp. Nhiệt truyền cho đèn MP-UV thường nhỏ hơn 1°C cho mỗi 4 kWh/ 1000 gallon. Vì vậy, không cần thiết có hệ thống làm mát cho tháp quy mô lớn.
Đối với hệ thống quy mô nhỏ (<500 gpm), Calgon Carbon (Markham, Canada) sử dụng các lò phản ứng với mỗi lò phản ứng có một đèn UV duy nhất được bố trí theo chiều dọc. Ví dụ, một hệ thống quy mô nhỏ có thể là một hệ thống bao gồm ba lò phản ứng, mỗi lò có một đèn UV 30kW bố trí theo chiều dọc của lò. Đối với hệ thống rất nhỏ (<50 gpm), các loại đèn công suất cao hơn hoạt động ở nhiệt độ cao hơn và do đó, đòi hỏi phải cóquạt làm mát (Crawford, 1999). Hệ thống Interlock an toàn được sử dụng trên lò phản ứng UV Calgon để bảo vệ nhân viên khỏi các bức xạ UV và nguồn điện có điện áp cao (Calgon AOT Handbook, 1996).
Hình IV-3 ở phần trên là mô hình hệ thống oxy hóa nâng cao bằng H2O2/O3 trang bị đèn UV để xử lý nước nhiễm MTBE của Komex H2O Science [9]. Với hệ thống O3/UV là tương tự, ngoại trừ là không có hệ thống nguyên liệu H2O2.
Ưu điểm:
Có hiệu quả khử trùng nước.
Hiệu quả hơn quá trình chỉ có một mình H2O2 hoặc O3.
Hiệu quả hơn trong việc tạo thành gốc hydroxyl sao với quá trình H2O2/UV khi nồng độ chất oxy hóa là bằng nhau.
Nhược điểm:
Đòi hỏi nhiều năng lượng và chi phí. Có khả năng hình thành bromate.
Độ đục của nước ảnh hưởng đến sự xâm nhập của tia UV. Sự khuếch tán ozone có thể dẫn đến hạn chế sự chuyển khối. Nhiều chất khác cũng có thể hấp thụ tia UV.
Đèn UV có thể gây ô nhiễm nước do thủy ngân.
4.2.3.2 Công nghệ kết hợp Hydrogen Peroxide/ Tia cực tím
(H2O2/UV)
Giống như quá trình O3/UV, hiệu quả của quá trình H2O2/UV dựa vào một số cơ chế oxy hóa hiệp đồng cho sự phá hủy MTBE. Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ có
thể xảy ra bởi quang phân trực tiếp hoặc phản ứng với các gốc hydroxyl. Các gốc hydroxyl được sản xuất từ sự phân ly quang phân H2O2 trong nước bằng cách chiếu các tia UV (Wagler và Malley, 1994; Calgon AOT Handbook, 1998). Như trong các hệ thống O3/UV và H2O2/O3, sự suy giảm của MTBE là chủ yếu do các phản ứng oxy hóa được khởi xướng bởi các gốc tự do hydroxyl hoạt động mạnh:
Mô tả hệ thống:
Tất cả các cấu hình lò phản ứng cho quá trình O3/UV đã được đề cập ở những phần trên đều có thể áp dụng cho quá trình H2O2/UV. Hệ thống H2O2/UV được trang bị một hệ thống lưu trữ hydrogen peroxide, một hệ thống phun và khuếch tán cho máy phát ozone. Hydrogen peroxide được phun ngược dòng trong lò phản ứng nhờ việc sử dụng các máy bơm (Crawford, 1999).
Ưu điểm:
Không có khả năng hình thành bromate.
Có thể oxy hóa trên 95% MTBE so với nhỏ hơn 10% đối với các quá trình chỉ có một mình UV hoặc H2O2.
Các tia UV có khả năng khử trùng nước. Không yêu cầu xử lý khí thải.
Không hạn chế quá trình chuyển khối như trong quá trình O3.
Nhược điểm:
Độ đục của nước ảnh hưởng đến sự xâm nhập của tia UV. Nhiều chất khác cũng có thể hấp thụ tia UV.
Hiệu quả thấp hơn trong việc tạo thành gốc hydroxyl sao với quá trình O3/UV khi nồng độ chất oxy hóa là bằng nhau.
4.3 Công nghệ xử lý bằng quá trình hấp phụ.
Quá trình hấp phụ là quá trình hút khí bay hơi hoặc chất hòa tan trong chất lỏng bằng chất rắn xốp. Chất bị hút gọi là chất bị hấp thụ, chất rắn xốp gọi là chất hấp thụ. Các chất hấp thụ được quan tâm trong xử lý bao gồm: cacbon hoạt tính, nhựa trao đổi ion, các oxit kim loại, hydroxit, cacbonat, nhôm hoạt tính, đất sét và một số chất rắn khác.
Hấp phụ là một quá trình hữu hiệu và quan trọng trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ từ các nước. Các lợi thế chính của hấp phụ so với các công nghệ xử lý khác là hấp phụ không yêu cầu phải xử lý khí thải và tạo ra rất ít sản phẩm phụ. Quá trình hấp phụ, đặc biệt là than hoạt tính dạng hạt (GAC- granular activated carbon), đã được chứng minh là một công nghệ hiệu quả, chi phí hợp lý và đã được kiểm chứng trong việc xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước bị ô nhiễm, bao gồm cả MTBE.
Kể từ cuối những năm 1970, nhựa tổng hợp đã được thử nghiệm rộng rãi và nhận thấy là có hiệu quả trong việc loại bỏ các hóa chất hữu cơ từ nước ngầm bị ô nhiễm. Tuy nhiên, do chi phí các loại nhựa tổng hợp là còn cao nên cho đến bây giờ vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi. Cải tiến gần đây trong nhựa tổng hợp làm cho chúng có hoạt tính cao hơn và chúng có khả năng tái sinh thông qua các quá trình stripping hơi nước hoặc trích ly dung môi đã làm tăng vòng đời của nhựa tổng hợp, qua đó giảm chi phí và tăng tính cạnh tranh với các công nghệ xử lý khác, bao gồm cả GAC.
Hình IV-4 là sơ đồ xử lý nước bị ô nhiễm sử dụng GAC thường dùng trong các hệ thống nước uống công cộng [9]. Trong một hệ thống nhiều thùng chứa GAC hoạt động sao cho đảm bảo chất lượng nước thoát ra ở thùng cuối cùng trong hệ thống vẫn đạt tiêu chuẩn, trong khi đó GAC ở những thùng đầu được sử dụng để loại bỏ phần lớn của các chất ô nhiễm hòa tan trong nước ở đầu vào. Một khi nồng độ nước ở đầu ra từ các thùng đầu đạt đến một mức nào đó (ví dụ, nồng độ đầu ra là 50% hoặc lớn hơn), thùng đầu tạm ngừng hoạt động, thay thế carbon mới, và sau đó hoạt động trở lại như là thùng cuối cùng trong hệ thống. Sự luân chuyển một cách phù hợp các thùng của hệ thống GAC đảm bảo nồng độ đầu ra của hệ thống luôn đảm bảo chất lượng. Hệ thống nhiều thùng GAC thường được sử dụng trong các trường hợp các hợp chất có tính bị hấp phụ kém, chẳng hạn như MTBE, hoặc trong các trường hợp tiêu chuẩn nước thải nghiêm ngặt (ví dụ, trong hệ thống nước uống).
Hình IV - 38: Sơ đồ xử lý nước bị ô nhiễm sử dụng GAC thường dùng trong các hệ thống nước uống công cộng [9].
4.4 Chi phí cho các công nghệ loại bỏ MTBE.
Chi phí đã khấu hao của một số công nghệ xử lý nước ô nhiễm sau khi xử lý 1000 gallon nước (dollar Mỹ) được thể hiện ở Bảng IV-2 [9].
Qua bảng trên ta thấy rằng quá trình stripping không khí bằng tháp đệm là quá trình có chi phí hiệu quả nhất. Tuy nhiên, quá trình stripping không khí bằng tháp đệm không xử lý được các quá trình đòi hỏi hiệu quả xử lý cao (trên 99,98%).
Bảng IV-13: Chi phí đã khấu hao của một số công nghệ xử lý nước ô nhiễm sau khi xử lý 1000 gallon nước (dollar Mỹ) [9]
Lưu lượng (gpm ) Nồng độ đầu vào (µg/l) Nồng độ đầu ra (µg/l) Hiệu quả xử lý (%) Stripping không khí AOP GAC Nhựa tổng hợp Tháp đệm Cấu hình thấp H2O2/ MP-UV O3/ H2O2 60 20 5 75,00 $1,66 ND $2,18 $2,63 ND $2,50 20 0,5 97,50 $1,75 $1,86 $2,50 $2,68 $2,30 $2,81 200 20 90,00 $1,66 $1,70 $2,32 $2,65 ND $4,16 200 5 97,50 $1,75 $1,80 $2,50 $2,68 ND $4,16 200 0,5 99,75 $1,82 $1,89 $2,72 $2,98 $3,10 $4,16 2000 20 99,00 $1,79 $1,90 $3,07 $3,29 ND $4,56 2000 5 99,75 $1,82 $2,02 $3,47 $3,31 ND $4,57 2000 0,5 99,98 ND ND $4,11 $3,62 $4,61 $4,57 600 20 5 75,00 $0,30 $0,78 $0,57 $0,82 ND $1,01 20 0,5 97,50 $0,34 $0,92 $0,91 $0,90 $0,77 $1,01 200 20 90,00 $0,32 $0,85 $0,71 $0,84 ND $1,16 200 5 97,50 $0,34 $0,96 $0,96 $0,90 ND $1,17 200 0,5 99,75 $0,37 $1,09 $1,27 $0,95 $1,15 $1,17 2000 20 99,00 $0,36 $0,96 $1,52 $1,07 ND $1,32 2000 5 99,75 $0,37 $1,09 $1,75 $1,13 ND $1,36 2000 0,5 99,98 ND ND $2,08 $1,19 $2,37 $1,38 6000 20 5 75,00 $0,13 $0,34 $0,32 $0,35 ND $0,30 20 0,5 97,50 $0,16 $0,48 $0,52 $0,43 $0,50 $0,36 200 20 90,00 $0,15 $0,41 $0,42 $0,37 ND $0,39 200 5 97,50 $0,16 $0,48 $0,60 $0,43 ND $0,41 200 0,5 99,75 $0,17 $0,64 $0,74 $0,48 $0,97 $0,41 2000 20 99,00 $0,17 ND $0,65 $0,56 ND $0,53 2000 5 99,75 $0,18 ND $1,24 $0,59 ND $0,54 2000 0,5 99,98 ND ND $1,59 $0,68 $2,22 $0,58
CHƯƠNG V: