4. Ý nghĩa của đề tài
3.4.1.Ảnh hưởng của chất xúc tác đến quá trình xử lý mangan trong nước
nước thải mò than hầm lò
Đường chuẩn Mn2+
: y = 0,175x – 0,003 Đường chuẩn tổng Sắt: y = 0,1982x + 0,0019
Cho các dung dịch nước thải chứa hỗn hợp sắt và mangan vào các bình định mức 100ml , sau đó điều chỉnh về các giá trị pH trong khoảng 4 đến 9, tiếp tục làm theo thí nghiệm sau :
+ TN1: Đổ các dung dịch đã được điều chỉnh pH khác nhau vào bình nón và sục khí trong vòng 2h
+ TN2: Cân 0.5 g vật liệu MnO2 cho vào mỗi bình nón rồi đổ các dung dịch đã được điều chỉnh pH vào các bình nón đó, tiến hành sục khí trong 2h
Kết quả đo hàm lượng Mangan và Sắt thu được cho dưới bảng sau:
Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chất xúc tác
pH
Không dùng vật liệu Vật liệu MnO2 dạng hạt
Mn2+ (mg/l) Tổng Sắt (mg/l) Mn2+ (mg/l) Tổng Sắt (mg/l)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4 8.5 10.2 8.79 10.4 5 8.0 9.4 8.12 9.2 6 7.2 5.32 6.84 4.36 7 5.6 3.11 4.58 2.5 8 3.3 0.79 2.0 0.16 9 0.8 KPHD 0.5 KPHD
KPHD: Không phát hiện được
Hình 3.4 : Đồ thị ảnh hưởng của chất xúc tác trong các điều kiện pH khác nhau
Nhận xét: Từ hình 3.4 ta thấy hiệu suất xử lý sắt và mangan trong điều kiện sử dụng chất xúc tác hiệu quả hơn so với không sử dụng chất xúc tác, nguyên nhân có thể do quá trình hấp phụ hoặc quá trình oxi hóa Mn2+ xảy ra trên bề mặt MnO2. Tuy nhiên, mức chênh lệch hiệu xuất xử lý không lớn, mà hiệu suất xử lý phụ thuộc nhiều hơn vào nồng độ pH, tại khoảng pH = 7- 8, quá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
oxy hóa sắt diễn ra nhanh làm hàm lượng sắt giảm đáng kể , tại khoảng pH < 8, quá trình oxy hóa mangan diễn ra chậm, nồng độ mangan giảm không đáng kể, nhưng khi tăng pH đến khoảng ~ 9 , nồng độ mangan giảm đột biến, điều đó chứng tỏ quá trình oxy hóa mangan trong khoảng pH này diễn ra nhanh và hiệu quả hơn.
3.4 ịch nước oxy
(H2O2)
Đường chuẩn Mn2+
: y = 0,175x – 0,003 Đường chuẩn tổng Sắt: y = 0,1982x + 0,0019
Cho các dung dịch nước thải chứa hỗn hợp sắt và mangan vào các bình định mức 1000 ml, sau đó điều chỉnh về các giá trị pH trong khoảng 6 đến 9, lấy vào mỗi bình nón mỗi bình 200 ml dung dung dịch nước thải, thêm vào mỗi bình 5-6 giọt dung dịch nước oxy, sau đó lắc đều và để ổn định trong các khoảng thời gian từ 10 phút đến 90 phút ta thu được kết quả sau:
Bảng 3.4. Kết quả xử lý mangan và sắt trong nước thải của nước oxy Đơn vị: (mg/l) Thời gian (phút) pH =6 pH = 7 pH = 8 pH = 9 Mn2+ Tổng Fe Mn 2+ Tổng Fe Mn 2+ Tổng Fe Mn 2+ Tổng Fe 10 8.7 4.0 8.3 1.2 8.0 0.05 7.8 0 20 6.8 3.64 6.15 0.45 5.64 0 5.43 0 30 6.5 3.37 5.24 0.11 5.0 0 4.76 0 40 5.6 3.11 4.78 0.03 4.21 0 3.5 0 50 5.2 3.0 4.0 0.01 3.30 0 2.11 0 60 4.8 3.12 3.12 0.01 2.18 0 1.34 0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
70 4.0 2.89 2.49 0 1.50 0 0.69 0
80 3.17 2.45 2.04 0 1.52 0 0.45 0
90 3.0 2.46 1.84 0 1.46 0 0.27 0
Hình 3.5. Đồ thị khả năng xử lý sắt và mangan trong nước thải của nước oxy
Nhận xét: Từ hình 3.5 ta thấy quá trình oxy hóa sắt trong nước thải bằng dung dịch nước oxy diễn ra nhanh trong điều kiện pH >= 7, hàm lượng sắt trong nước thải giảm nhanh, thậm chí có thể coi như bị oxy hóa hoàn toàn nhưng khả năng oxy hóa mangan vẫn phụ thuộc vào nồng độ pH, nước oxy chỉ ô xy hóa mangan trong nước thải xuống dưới giới hạn cho phép ( Nồng dộ = 1mg/l) khi nồng độ pH ~ 9 . Khi nồng độ pH < 8.5 hàm lượng Mn giảm và bão hòa ở mức dao động trong giới hạn cho phép
3.4 (O3)
Đường chuẩn Mn2+ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
: y = 0,175x – 0,003 Đường chuẩn tổng Sắt: y = 0,1982x + 0,0019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Cho các dung dịch nước thải chứa hỗn hợp sắt và mangan vào các bình định mức 1000 ml, sau đó điều chỉnh về các giá trị pH trong khoảng 6 đến 8, lấy vào mỗi cốc lọc mỗi cốc 200 ml dung dung dịch nước thải, tiến hành sục khí o zôn trong các khoảng thời gian từ 2 phút đến 20 phút ta thu được kết quả sau:
Bảng 3.5. Kết quả xử lý mangan và sắt trong nước thải của ô zôn
Thời gian (phút) pH =6 pH = 7 pH = 8 Mn2+ (mg/l) Tổng Fe (mg/l) Mn2+ (mg/l) Tổng Fe (mg/l) Mn2+ (mg/l) Tổng Fe (mg/l) 0 11.4 8.9 11.4 8.8 11.2 7.6 2 5.4 3.7 5.2 3.6 5.0 3.24 4 4.2 2.5 4.11 2.7 4.36 2.43 6 3.5 1.37 3.37 1.3 3.10 1.3 8 2.6 1.12 2.19 1.0 2.06 0.89 10 1.8 0.6 1.58 0.67 1.84 0.53 12 1.6 0.37 1.43 0.33 1.64 0.28 14 1.8 0.2 1.45 0.2 1.28 0.17 16 2.0 KPHĐ 1.43 KPHĐ 1.21 KPHĐ 18 2.0 KPHĐ 1.47 KPHĐ 1.10 KHHĐ 20 2.0 KPHĐ 1.52 KPHĐ 1.12 KHHĐ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.6. Kết quả xử lý mangan và sắt trong nước thải của ô zôn
Nhận xét: Dựa vào hình 3.6 ta thấy, khả năng ô xy hóa sắt và mangan của ô zôn diễn ra nhanh, hàm lượng sắt và mangan trong nước thải giảm mạnh, tuy nhiên giá trị mangan chỉ giảm đến mức dao động trong ngưỡng cho phép và vẫn nằm trên GHCP trong khi hàm lượng sắt gần như được ozon oxy hóa hoàn toàn.
3.4.4. Tổng hợp kết quả
- Như vậy đối với nước thải chứa hỗn hợp sắt và mangan cao, hàm lượng sắt dễ dàng bị oxy hóa bởi oxy không khí trong điều kiện pH > = 7 và gần như bị ô xy hóa hoàn toàn dưới tác dụng của các chất ô xy hóa mạnh như nước oxy, khí ozon trong điều kiện pH > 6, điều đó thể hiện thông qua biểu đồ :
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.7: Khả năng ô xy hóa sắt trong các môi trường Ghi chú:
- GHCP: Giới hạn cho phép Theo QCVN 40:2011/BTNMT cột B = 5 mg/l.
Đối với hàm lượng Mn, do có sự cạnh tranh của quá trình oxy hóa sắt, hiệu quả hóa mangan bị ảnh hưởng rõ rệt, ngay cả khi sử dụng các chất oxy hóa mạnh :
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.8: Khả năng ô xy hóa mangan trong các môi trường Ghi chú: GHCP :
- Giới hạn cho phép Theo QCVN 40:2011/BTNMT cột B = 1 mg/l.
Dựa vào hình trên ta thấy, khả năng oxy hóa Mangan trong nước có chứa lẫn hàm lượng sắt phụ thuộc nhiều vào giá trị pH, hàm lượng Mn chỉ nằm dưới giới hạn cho phép khi giá trị pH = 8.5-9. Điều này do ảnh hưởng của các yếu tố:
+ Do sự cạnh canh oxy hóa của sắt
+ Do quá trình oxy hóa mangan diễn ra chậm + Mangan dễ bị hòa tan lại khi nồng độ pH giảm.
3.4.5. Đề xuất công nghệ xử lý
Để đáp ứng nhu cầu xả thải của ngành công nghiệp khai thác khoáng sản, đặc biệt ngành công nghiệp khai thác than hầm lò đang ngày càng gia tăng, việc đề xuất ra một dây chuyền công nghệ trong xử lý nước thải đem lại hiệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
quả cao là điều hết sức cần thiết đối với các đơn vị, doanh nghiệp nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Yêu cầu đối với hệ thống xử lý sẽ đề ra:
- Quy trình công nghệ đơn giản; - Không tốn nhiều diện tích;
- Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp; - Hiệu suất xử lý cao
Tác giả đề xuất một số công nghệ xử lý nước thải than hầm lò có chứa hỗn hợp sắt và mangan được đề xuất như sau:
Do quá trình oxy hóa loại bỏ mangan chỉ thực sự hiệu quả trong điều kiện pH = 8.5- 9 mà không cần đến những chất oxy hóa mạnh hay chất xúc tác nên tác giả đề xuất xây dựng trạm xử lý mới theo công nghệ sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.9: Sơ đồ đề xuất công nghệ xử lý
Nước thải hầm lò qua song chắn rác để loai bỏ rác thải trước khi được chảy vào Bể điều hòa. Bể điều hòa vừa có chức năng điều hòa lưu lượng, ổn định dòng chảy vừa có chức năng lắng cát loại bỏ hạt lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải. Nước sau bể điều hòa được bơm lên bể phản ứng, tại bể phản ứng, nước thải được nâng pH lên khoảng 9 bằng cách cung cấp vào 1 lượng sữa vôi hoặc dung dịch xút đặc (NaOH), sử dụng bộ đo pH tự động để đảm bảo ổn định giá trị pH, đồng thời, tại đây ta cũng dùng máy nén khí cấp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
khí vào nước thải để tạo tác nhân oxy hóa. Nước sau bể phản ứng được đưa qua bể khuấy trộn, tại bể khuấy trộn hóa chất keo PAC và trợ keo tụ PA được bơm vào, dưới tác dụng của bộ máy khuấy hóa chất được hòa tan đều trong nước thải. Nước sau bể khuấy trộn tự chảy về bể lắng. Trước hết cho PAC vào để giảm độ nhớt, tăng khả năng hút giữa các hạt có kích thước nhỏ tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn, sau đó cho tiếp PA để tăng khả năng hội tụ của các hạt khi tiếp xúc với nhau tạo thành thể keo tụ lớn, tăng tốc độ lắng đọng. Tại bể lắng, cặn lơ lửng kết thành bông có kích thước lớn, phần lớn lắng đọng xuống đáy bể.
Nước thải sau bể lắng loại bỏ được phần lớn hàm lượng các chất ô nhiễm và cặn lơ lửng được tự chảy sang bể trung hòa, tại đây một lượng dung dịch axit loãng được bơm vào hệ thống đưa giá trị pH về trung tính (Đối với nước thải không sử dụng để tuần hoàn phục vụ các mục đích sản xuất khác mà chỉ xả thẳng ra môi trường với yêu cầu chất lượng theo cột B QCVN 40:2011/BTNMT thì có thể bỏ qua giai đoạn này) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nước thải sau bể trung hòa được được đưa qua hệ thống lọc áp lực, hệ thống lọc áp có tác dụng loại bỏ bớt các cặn bẩn, dàu mỡ, hấp phụ các thành phần gây ô nhiễm.
Nước sau hệ thống lọc áp đạt tiêu chuẩn xả thải và được xả thải trực tiếp ra môi trường.
Tại đáy bể lắng lắp đặt các ống hút bùn nối với máy bơm bùn. Bơm bùn định kỳ hoạt động hút bùn lên bể chứa bùn, sau đó bùn tại bể chứa bùn được bơm lên máy ép bùn để ép. Nước xả cặn rửa lọc tại bể lọc trọng lực cũng được thu về xử lý tại bể chứa bùn. Nước sau ép bùn được tuần hoàn về bể điều hòa để tham gia lại từ đầu quá trình xử lý.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
+ Tốn ít diện tích xây dựng
+ Đáp ứng được với lưu lượng dòng thải lớn
+ Hiệu suất xử lý cao, khả năng xử lý tốt hàm lượng kim loại, đặc biệt là sắt và mangan trong nước thải.
+ Công suất vận hành lớn
+ Nước sau xử lý có thể tuần hoàn hoàn lại phục vụ các mục đích sản xuất khác.
+ Có thể cải tạo trực tiếp từ những trạm xử lý có sẵn. - Nhược điểm của hệ thống:
+ Hệ thống có nhiều giai đoạn xử lý phức tạp nên yêu cầu năng lực vận hành cao.
Ứng dụng đề xuất cải tạo trạm xử lý nước thải công ty TNHH MTV 618
Một số công việc công ty TNHH MVT – Tổng Công ty than Đông Bắc cần tiến hành để cải tại trạm xử lý nước thải khai thác than hầm lò như sau:
- Xây dựng thêm bể phản ứng bể khuấy trộn hóa chất, bể sục khí, lắp đặt thiết bị cung cấp khí và hệ thống máy khuấy trộn hóa chất keo tụ.
- Lắp đặt bộ thiết bị đo pH tự động. - Tận dụng thiết bị lắng Lamen hiện tại
- Cải tạo hệ thống thiết bị lọc tự động, bổ sung thêm vật liệu lọc hấp phụ, cân bằng pH để làm tăng hiệu suất lọc và lọa bỏ các chất độc hại trong nước thải.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện luận văn nghiên cứu khả năng oxy hóa của mangan và sắt trong nước thải khai thác than hầm lò, luận văn đã thể hiện được những kết quả chính sau:
1) Khái quát được điều kiện tự nhiên, tình hình kinh tế xã hội, môi trường tại khu vực huyện Đông Triều – Tỉnh Quảng Ninh có ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động khai thác than khoáng sản, đặc biệt là khai thác than hầm lò của Công ty TNHH MTV 618 – Tổng công ty than Đông Bắc.
2) Đánh giá được hiện trạng, nêu lên bức tranh ô nhiễm kim loại nặng đặc biệt là sắt và mangan trong nước thải khai thác than hầm lò công ty TNHH MTV 618 thuộc khu vực huyện Đông Triều – Tỉnh Quảng Ninh với hàm lượng ô nhiễm sắt trong nước thải trước xử lý cao hơn giới hạn cho phép từ 1,27 – 2,3 lần, hàm lượng mangan trước xử lý cao hơn giới hạn cho phép từ 6,3 đến 11,3 lần . Nước thải sau xử lý vẫn còn hàm lượng mangan cao hơn giới hạn cho phép từ 1,94 đến 2,7 lần. Hiệu suất xử lý các thành phần ô nhiễm khác như TSS, dàu mỡ khoáng,… của trạm xử lý hiện tại trong nước thải còn chưa cao, chỉ nằm dao động trong ngưỡng giới hạn cho phép.
3) Nghiên cứu các thí nghiệm xử lý nước thải chứa hàm lượng sắt và mangan cao trong phòng thí nghiệm. Từ đó tìm ra môi trường pH chính là yếu tố ảnh hưởng lớn đến khả năng ô xi hóa hàm lượng mangan trong nước thải. Tại khoảng pH ~ 9, mangan dễ dàng bị loại bỏ bằng ô xi không khí mà không cần thiết sử dụng đến các chất ôxy hóa mạnh như clo, ô zôn,….
4) Dựa trên số liệu đánh giá hiện trạng công nghệ xử lý, kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, đề xuất sơ đồ công nghệ cải tạo hệ thống xử lý nước thải hầm lò cũ cũng như xây dựng hệ thống xử lý nước thải hầm lò mới
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
đạt hiệu quả cao, nước thải sau xử lý có thể tuần hoàn phục vụ vào các mục đích sản xuất khác. Áp dụng sơ đồ công nghệ đề xuất đề đưa ra phương án cải tạo trạm xử lý nước thải hầm lò Công ty 618
KIẾN NGHỊ
- Công ty TNHH MTV 618 cần sớm tiến hành cải tạo, áp dụng công nghệ đề xuất trên vào trạm xử lý nước thải hiện tại để đảm bảo tiêu chuẩn xả thải, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
- Cần quan trắc nước trước và sau xử lý, thực hiện việc quan trắc theo quy định, giám sát các chỉ tiêu môi trường, từ đó dự đoán được các biến đổi môi trường . Xây dựng các biện pháp xử lý trước khi biến đổi môi trường xảy ra.
- Phải tập huấn, đào tạo công nhân làm quen với hệ thống xử lý, tránh những sai xót do thiếu nhận thức của người lao động trong quá trình sản xuất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tài liệu trong nƣớc
1. Lê Tuấn Anh (2005), Bài giảng Công trình xử lý nước thải, Trường Đại học Cân Thơ
2. văn .
3. Nguyễn Ngọc Dung(2005), Xử lý nước cấp, Nhà xuất bản xây dựng
4. Tr (2003),
5. (1990),
TH
6. (1976), ,
Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.
7. (2000), 2, Nhà xuất bản
.
8. Trịnh Thị Thanh, Đồng Thi Kim Loan, Phạm Ngọc Hồ (2009), Giáo trình cơ sở môi trường nước, Nhà xuất bản Giáo dục.
9. Đào Đình Thuần (2004), Giáo trình phân tích nước, Trường Đại học Mỏ