C ƯƠNG 1 TỔNG QN
1.3.5.Ưu điểm của phương pháp Fenton
- Một ưu điểm lớn và cơ bản khi sử dụng tác nhân Fenton để phân hủy các chất ô nhiễm trên là quá trình thực hiện ở nhiệt độ thường, áp suất thường, không cần gia nhiệt và thiết bị cao áp như trong phương pháp CWAO.
- H2O2, muối sắt tương đối rẻ, có sẵn, không độc hại, dễ vận chuyển, dễ sử dụng mà hiệu quả oxi hóa nâng cao cao hơn nhiều so với chỉ sử dụng H2O2.
- Hệ Fenton có khả năng xử lí thuốc nhuộm tan hoạt tính, axit, trực tiếp), thuốc nhuộm không tan hoàn nguyên, phân tán) ngay cả khi nước thải có nồng độ màu cao.
- Sử dụng hệ tác nhân Fe3+/C2O4 2-
/H2O2/UV-VIS thì còn tận dụng được nguồn năng lượng mặt trời. Quá trình này hiệu quả cao và chi phí xử lí thấp.
- Ngoài ra phức oxalat có khả năng quang hoạt cao dưới điều kiện ánh sáng mặt trời, nguyên nhân là do sắt oxalat có hệ số hấp thụ phân tử cao ở bước sóng nhỏ hơn ( = 550 nm) và tạo ra gốc HO với hiệu suất lượng tử cao.Như vậy, oxalat đóng vai trò quan trọng trong việc tạo gốc HO, phức Fe(III) - oxalat sẽ bị quang hóa tốt hơn so với Fe(III), phức Fe(II)–oxalat sẽ bị oxy hóa tốt hơn Fe(II) và đặc biệt phức oxalat có khả năng quang hóa rất tốt dưới ánh sáng mặt trời.
1.3.6. ng dụng phương pháp Fenton
a. Ứng dụng phương pháp Fenton xử lí nước thải dệt nhuộm [19]
Phương pháp Fenton là một công cụ khử màu hiệu quả. Phương pháp Fenton cổ điển cho kết quả rất nhanh với khử màu, vừa phải với COD nhưng rất chậm với khử TOC và khử độc trong nước thải dệt nhuộm. Hiện nay người
ta đã nâng cao hiệu quả của phương pháp bằng nhiều cách: H2O2/ than đá, H2O2 và xúc tác cùng với kim loại chuyển tiếp, phương pháp Fenton có vòng chelat trung gian và Cu(II)/ axit hữu cơ/H2O2.
Phương pháp Fenton có thể xử lý Axit Blue 74 (nhóm thuốc nhuộm indigoid), Axit Orange (10 hợp chất màu azo) và Axit Violet 19 (thuốc nhuộm triarylmethane). Chỉ với tỉ lệ khối lượng thuốc nhuộm: H2O2 là 1:0,5 mà sự khử màu có thể lên đến 96,95 và 99% đối với Axit Blue 74, Axit Orange 10 và Axit Violet 19. Sự loại màu thì dễ dàng hơn so với sự khử COD. Đối với mỗi loại thuốc nhuộm sự chuyển hóa COD là khác nhau phụ thuộc vào liều lượng H2O2. Với tỉ lệ khối lượng thuốc nhuộm: H2O2 là 1:2 quá trình là tối ưu. Phần trăm COD còn lại là 37%, 27%, 40% đối với lần lượt Axit Blue 74, Axit Orange 10 và Axit Violet 19.
Pooja Tripathi, Malay Chaudhuri (2004) áp dụng phương pháp Fenton/mặt trời để xử lý thuốc nhuộm azo và nước thải dệt nhuộm. Kết quả nhận thấy phương pháp Fenton/mặt trời rất hữu ích để xử lý nước thải dệt nhuộm ở vùng nhiệt đới và xích đạo. Hiệu suất phân hủy màu đã đạt được 90- 92% dưới chiếu xạ mặt trời [29].
b. Phương pháp xử lý nước bề mặt nhiễm thuốc trừ sâu bằng Fenton [23]
Các công trình nghiên cứu đã sử dụng Fenton và quang Fenton để loại bỏ sự ảnh hưởng của thuốc trừ sâu. Phương pháp Fenton đã xử lí rất thành công atrazine, 2,4-D và alachlor. Điều kiện tối ưu phản ứng là pH = 3 và tỉ lệ thuốc trừ sâu: Fe(II) : H2O2 từ 1:10:10 đến 1:10:1000 với nồng độ thuốc trừ sâu là 1,5 microgam/l. Tác nhân Fenton có thể loại trừ chỉ với lượng rất nhỏ thuốc trừ sâu trong nước bề mặt nhưng chỉ với pH axit. Sau 30 phút xử lý hỗn hợp cả ba loại thuốc trừ sâu trong nước bề mặt ở pH =3 và 4 thì nồng độ mỗi loại nằm dưới giới hạn phát hiện (0,05microgam/l).
c. Ứng dụng Fenton trong quá trình xử lý nước rỉ của bãi chôn lấp [24]
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 độc hại cho môi trường. Nước rỉ rác bao gồm nước mưa thấm qua các lớp rác và bản thân nước sẵn có trong bãi chôn lấp. Nó bao gồm một lượng lớn hợp chất hữu cơ, kim loại nặng và muối vô cơ. Kết quả là nó sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được xử lý trước khi thải ra môi trường. Phương pháp oxy hóa có thể sử dụng để loại trừ ảnh hưởng của các chất có hại và hợp chất hữu cơ độc. Fenton ( H2O2/ Fe2+) sẽ được áp dụng để xử lý nước rích từ bãi chôn lấp ở phía bắc của Tây ban Nha. Kết quả là đã loại bỏ được màu hoàn toàn và chuyển hóa được khoảng 70% COD.
1 4 GIỚI T IỆ VỀ VẬT IỆ Ấ Ụ B N Đ 1.4.1 Tổng quan về Bauxite 1.4.1 Tổng quan về Bauxite
Bauxite là một loại quặng nhôm trầm tích có màu hồng, nâu được hình thành từ quá trình phong hóa các đá giàu nhôm hoặc tích tụ từ các quặng có trước bởi quá trình xói mòn. Quặng bauxite phân bố chủ yếu trong vành đai xung quanh xích đạo đặc biệt trong môi trường nhiệt đới. Bauxite tồn tại ở 3 dạng chính tùy thuộc vào số lượng phân tử nước chứa trong nó và cấu trúc tinh thể gồm: gibbsit Al(OH)3, boehmit γ-AlO(OH), và diaspore α- AlO(OH),cùng với các khoáng vật oxit oxit sắt như goethite và hematite các khoáng vật sét kaolinite và đôi khi có mặt cả anatase (TiO2). Từ bauxite có thể tách ra alumina (Al2O3), nguyên liệu chính để luyện nhôm trong các lò điện phân, chiếm 95% lượng bauxite được khai thác trên thế giới. Tên gọi của loại quặng nhôm này được đặt theo tên gọi làng Les Baux-de-Provence ở miền nam nước Pháp, tại đây nó được nhà địa chất học là Pierre Berthier phát hiện ra lần đầu tiên năm 1821.
Bauxite hình thành trên các loại đá có hàm lượng sắt thấp hoặc sắt bị rửa trôi trong quá trình phong hóa. Các quặng bauxite phân bố chủ yếu ở khu vực nhiệt đới, Caribe, Địa Trung Hải và vành đai xung quanh xích đạo, người ta tìm thấy quặng bauxite ở các khu vực lãnh thổ như Úc, Nam và Trung Mỹ (Jamaica, Brazil, Surinam, Venezuela, Guyana), châu Phi (Guinea), châu Á (Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam), Nga, Kazakhstan và châu Âu (Hy Lạp).
1.4.2. Công nghệ Bayer
Công nghệ Bayer là phương thức sản xuất chính tinh luyện quặng thô bauxit để sản xuất ra quặng tinh alumina.Trong bauxit có đến 30-54% là alumina, Al2O3, phần còn lại là các silicat, nhiều dạng ôxít sắt, và điôxít titan.Alumina phải được tinh chế trước khi có thể sử dụng để điện phân sản xuất ra nhôm kim loại. Trong tiến trình Bayer, bauxite bị chuyển hóa bởi một luồng dung dịch natri hydroxit (NaOH) nóng lên tới 175 °C để trở thành hydroxit nhôm, Al(OH)3 tan trong dung dịch hydroxit theo phản ứng sau:
Al2O3 + 2 OH − + 3 H2O → 2 [Al(OH)4]−
Các thành phần hóa học khác trong bauxit không hòa tan theo phản ứng trên được lọcvà loại bỏ ra khỏi dung dịch tạo thành bùn đỏ. Chính thành phần
bùn đỏ này gây nên vấn nạn môi trường về vấn đề đổ thải giống như các loại quặng đuôi của các khoáng sản kim loại màu nói chung. Tiếp theo, dung dịch hydroxit được làm lạnh và hydroxit nhôm ở dạng hòa tan phân lắng tạothành một dạng chất rắn,bông, có màu trắng. Khi được nung nóng lên tới 1050°C trở thành alumin và giải phóng hơinước: 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
1 4 3 Bùn đỏ và tác hại của bùn đỏ
Bùn đỏ hoặc quặng thải bauxit là cách gọi chất thải từ quá trình hoà tách khoáng sản alumin ngậm nước của bauxit. Bauxite được hoà tách với dung dịch kiềm NaOH. Lượng Al2O3 hoà tan trong kiềm và được tách ra khỏi cặn không hoà tan, gọi là bùn đỏ. Bùn đỏ chứa các hạt thô (> 106 μm), gọi là cát.
Số lượng hạt cát thay đổi từ 0,1 đến 50 % trong chất thải hoà tách khác nhau, thông thường 5 %. Trong nhiều trường hợp hạt cát được tách ra khỏi trước khi gạn lọc và chuyển tới thiết bị rửa trong hệ thống tách. Như vậy, bùn đỏ về cơ bản vẫn là các nguyên tố có trong thành phần bauxite không hoà tan trong kiềm, nguyên tố có thêm thành phần Na (vì sử dụng kiềm để hoà tan), hoặc Ca (nếu công nghệ có sử dụng CaO làm chất xúc tác với lượng ít).
Quá trình điều chế Alumina, bauxite được nghiền nhỏ. Do đó, bùn thải khi khô là các hạt bụi mịn sẽ dễ phát tán bụi vào không khí gây ô nhiễm, tiếp xúc thường xuyên với bụi này gây ra các bệnh về da, mắt. Nước thải từ bùn tiếp xúc với da gây tác hại như ăn da, gây mất độ nhờn làm da khô ráp, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy, loét mủ ở vết rách vết xước trên da. Đặc biệt, khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm là rất cao khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài. Lượng bùn này phát tán mùi hôi, hơi hóa chất làm ô nhiễm, ăn mòn các loại vật liệu [5].
Mặt khác, trái đất hiện nay đang biến đổi không ngừng theo xu hướng ngày càng xấu đi, thiên tai, động đất, lũ lụt ngày càng phức tạp. Khi có những trận động đất, những cơn lũ xuất hiện tạo ra những dòng chảy rất mạnh mang theo cả bùn đỏ. Lúc đó không những Tây nguyên mà các tỉnh phía Đông Nam Bộ, miền Tây cũng bị ảnh hưởng bởi bùn đỏ. Vì việc xử lý chất thải này là vấn đề bức thiết mang tính sống còn cho các dự án Bauxit ở Tây Nguyên.
1 4 4 Tình hình thải bùn đỏ ở Việt Nam
Trên lãnh thổ Việt Nam, bauxite là một loại khoáng sản có tiềm năng lớn tầm cỡ thế giới với trữ lượng 5,8 tỷ tấn. Các mỏ có trữ lượng khai thác phân bố ở miền trung và miền nam. Chất lượng bauxite tốt với hàm lượng quặng từ 40 – 43%. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nơi có mỏ bauxite quan trọng ở Việt nam là tại tỉnh Đăk-Nông, một tỉnh nằm ở phí bắc Bảo Lộc, giữa Đà Lạt và Cambôt. Hai địa điểm đầu tiên đang
tiến hành việc khai thác là tại xã Nhân Cơ thuộc Đăk-Nông và xã Tân Rai ở ngay Bảo Lộc. Toàn tỉnh Đăk-Nông có 13 mỏ Bauxite, trải đều trên địa bàn các huyện nằm ở thượng nguồn hai hệ thống sông lớn là Srepok và Đồng Nai. Phần diện tích sông Srepok trên địa bàn Đăk-nông là 3.583km2. Thượng nguồn của cả hai hệ thống sông này đều có địa hình thuận lợi, tạo thành các hồ chứa bùn.
Theo các nhà khoa học Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, các khai thác đều cần đến những diện tích đất lớn làm bãi thải bùn. Để chế biến được 1 tấn Alumin từ Bauxite, các nhà máy phải thải ra môi trường 3 tấn bùn đỏ. Cứ mỗi năm trong giai đoạn 2007-2015 ở Tây Nguyên sẽ sản xuất 6,6 triệu tấn Alumin và lượng bùn đỏ là 20 triệu tân. Các hồ chứa quá mong manh trước biến cố thiên tai như lũ lụt, lũ quét... là nguyên nhân dẫn đến thảm họa môi trường trong tương lai.
Ở Lâm Đồng với công suất chế biến 630 nghìn tấn mỗi năm thì lượng bùn đỏ thải ra rất lớn, ước tính lên đến hàng trăm nghìn tấn mỗi năm. Bùn đỏ chứa NaỌH là một chất kiềm, tùy theo độ đậm đặc mà NaOH có thể làm phỏng da, giết chết sinh vật và cây cỏ.
Tại Tây nguyên bùn đỏ được tồn trữ trong hồ chứa, tích lũy lại thành một khối vĩ đại theo năm tháng. Nếu thành bị vỡ, hoặc lúc mưa bão, hồ chứa có thể bị tràn và nước chứa bùn đỏ sẽ chảy ra khắp nơi, giết chết cây cỏ và tôm cá trong các dòng nước mà Tây nguyên là nguồn phát xuất của sông Đồng Nai cung cấp nước cho Biên Hòa và Sài Gòn.
1 4 5 ột số phương pháp xử lý bùn đỏ
Bùn đỏ không thể dễ dàng xử lý. Trong hầu hết các quốc gia mà bùn đỏ được tạo ra, nó được bơm vào ao bùn đỏ. Những "ao" chỉ đơn giản là khu vực đầy bùn đỏ. Bùn đỏ là một vấn đề vì nó chiếm diện tích và khu vực đất này không thể dùng cho xây dựng hay làm trang trại ngay khi nó đã khô. Do quá
trình sản xuất bùn có chứa một lượng xút nhất định nên một số phương pháp được sử dụng để giảm độ pH cấp để giảm tác động đến môi trường. Người ta đang nghiên cứu để sử dụng thích hợp bùn đỏ cho ứng dụng khác [40]. Dưới đây là một số phương pháp xử lý bùn đỏ sử dụng hiện nay được tóm tắt ở bảng 1.2:
Bảng 1.2. Một số phương pháp xử lý bùn đỏ được sử dụng hiện nay[6]
Xử lý - tồn trữ
Chỉnh pH: rửa, trung hòa
Tách lọc: lắng với chất trợ keo tụ, ly tâm có chất keo tụ Đóng rắn: Phụ gia là than, hay dùng hóa chất muối
ammonium
Ổn định: Chất kết dính là polymer anion.
Thải ở đất liền: Tận dụng mỏ bauxite đã khai thác. Xử lý - tiêu
hủy
Phân hủy sinh học: Dùng vi khuẩn sắt, sản phẩm axit hòa tan nhôm. Sản phẩm là dung dịch muối sắt và nhôm Đốt tận dụng: Trộn với than và ép thành bánh nhiên liệu.
Xử lý - tận dụng
Nông nghiệp: Hoàn thổ làm đất trồng nông nghiệp Sản xuất vật liệu xây dựng
Xi măng, gạch tấm lợp cách âm có tính chống cháy Bột mầu vô cơ: Tận dụng thành phần sắt
Vật liệu san lấp mặt bằng: Tận dụng thành phần trơ Vật liệu composit bùn đỏ
Thu hồi kim loại quý dùng trong luyện kim
Sắt, nhôm, Natri aluminat, Canxi, magie, silic, titan.. Tận dụng sản xuất chất keo tụ trong công nghiệp hóa chất Ứng dụng trực tiếp trong công nghệ môi trường
Việc lựa chọn các phương án xử lý bùn đỏ sau thải được thực hiện tùy theo các nhà máy alumin cụ thể, tuy nhiên hiện nay phương án chôn lấp, hoàn thổ chiếm ưu thế và được áp dụng rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ đang được nghiên cứu, thử nghiệm vì chi phí để thực hiện cao, hiệu quả kinh tế thấp.
1 6 ỘT S ƯỚNG NG I N C NG DỤNG B N Đ 1.6.1. ử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải [5] 1.6.1. ử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải [5]
Nguyễn Trung Minh và cộng sự đã sử dụng thành phần có ích của bùn đỏ để tạo ra một loại vật liệu mới, có khả năng xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải, có khả năng hấp phụ cao, giá thành rẻ, phù hợp với điều kiện Việt Nam. Kết quả nghiên cứu đưa ra đã đáp ứng được cả hai mục tiêu [5]. Một là, giảm được lượng chất thải của quá trình khai thác, chế biến bauxite. Hai là, tận dụng chất thải dư thừa của quá trình khai thác, chế biến quặng, tạo ra loại vật liệu có khả năng xử lý các ô nhiễm ion kim loại nặng và các chất độc hại khác trong môi trường nước. Kết quả nghiên cứu ban đầu về sự hấp phụ của vật liệu chế tạo từ bùn đỏ Bảo Lộc, Lâm Đồng với ion kim loại nặng Pb2+ và các thông số hóa lý, hấp phụ đẳng nhiệt khác, đã chỉ ra khả năng sử dụng bùn đỏ để xử lý ô nhiễm nước thải. Trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu khoa học về bùn đỏ để tạo ra sản phẩm xử lý nước thải, nhưng chưa đi đến khâu sản xuất thành phẩm. Từ nghiên cứu điều kiện ở Việt Nam, sản phẩm thực nghiệm sản xuất ra giá chỉ bằng 1/10, nhưng có khả năng hấp phụ cao hơn của than hoạt tính đang bán trên thị trường từ 1,3 – 1,5 lần.
1.6.2. Sản xuất xi măng từ bùn đỏ [43]
Một sản phẩm xi măng mới ở Việt Nam vừa được Đỗ Quang Minh và cộng sự [40] nghiên cứu và chế tạo thành công từ nguồn chất thải bùn đỏ.Bằng quy trình trộn bùn đỏ, tro bay, vôi và thạch cao nung ở nhiệt độ trên 1250 độ C đã tạo nên loại xi măng mới với khả năng chịu ăn mòn, hấp thụ sóng, độ mịn...khá tốt; độ bóng rắn tương đối nhanh. Khả năng ứng dụng của
loại xi măng này thích hợp nhất với những kết cấu tải trọng không cao như gạch, nền…. Nghiên cứu này đã xây dựng một công nghệ mới sản xuất xi măng ở Việt Nam, mở ra một cái nhìn tích cực về xử lý chất thải rắn và những ngành công nghiệp vệ tinh từ việc xử lý các chất thải từ bùn đỏ.
1 6 3 Sản xuất gạch, đất sét nung từ bùn đỏ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bùn đỏ là chất thải từ quá trình sản xuất nhôm theo công nghệ Bayer.