›

Khóa luận Nghiên cứu xử lý chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm

pdf 53 trang thiennha21 15/04/2022 5230
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Nghiên cứu xử lý chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_nghien_cuu_xu_ly_chat_huu_co_trong_nuoc_ri_rac_ban.pdf

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu xử lý chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ===o0o=== HẦU THỊ VÂN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA ĐIỆN CỰC NHÔM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công Nghệ - Môi trường Người hướng dẫn khoa học ThS. Lê Cao Khải HÀ NỘI, 2017
  2. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã trang bị cho em rất nhiều kiến thức chuyên sâu về lĩnh vực môi trường và cùng đó tạo điều kiện giúp em trong quá trình học tập và hoàn thành khóa luận này. Em xin gửi lời cám ơn đến thầy giáoThS. Lê Cao Khải, người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành khóa luận này kịp tiến độ. Trong thời gian làm việc với thầy, em không những tiếp thu được thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả. Xin cảm ơn TS. Lê Thanh Sơn và các anh chị trong Phòng Công nghệ Hoá lý Môi trường thuộc Viện Công Nghệ Môi Trường - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp vừa qua để sẵn sàng mọi kiến thức hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Cuối cùng xin được bày tỏ lời cảm ơn tới gia đình, tất cả bạn bè, đặc biệt là những người bạn làm nghiên cứu cùng em trong học kỳ này, đã cùng nhau trao đổi kiến thức và giúp đỡ lẫn nhau trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2017 Sinh viên Hầu Thị Vân
  3. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT DO Lượng oxi hòa tan trong nước (Dissolved Oxygen) COD Nhu cầu oxi hóa học (Chemical Oxygen Demand) BOD Nhu cầu oxi sinh học (Biochemical Oxygen Demand) SS Chất rắn lơ lửng (Suspended Solid) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam BCL Bãi chôn lấp
  4. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1.Thành phần và tính chất nước rác của các bãi chôn lấp mới và lâu năm 5 Bảng 1.2. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới 6 Bảng 1.3. Thành phần nước rỉ rác mới và nước rỉ rác cũ 7 Bảng 3.1. Điện năng tiêu thụ trong quá trình xử lý COD ở các khoảng cách điện cực khác nhau 37 Bảng 3.2. Điện năng tiêu thụ trong quá trình xử lý COD trong nước rỉ rác điện cực nhôm 39
  5. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ 15 Hình 2.1. Bể keo tụ điện hóa 21 Hình 2.2. Điện cực nhôm 22 Hình 2.3. Nguồn một chiều (Programmable PFC D.C.Supply 40V/30A, VSP 4030, BK Precision) 22 Hình 2.4. Mấy khuấy từ gia nhiệt 23 Hình 2.5. Kẹp điện cực 23 Hình 2.6. Hệ thí nghiệm khi bắt đầu điện phân 23 Hình 2.7. Hiện tượng diễn ra sau 10 phút 24 Hình 2.8. Hiện tượng diễn ra sau 30 phút điện phân 24 Hình 2.9. Hiện tượng xảy ra sau khoảng 60 phút điện phân 25 Hình 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý COD 33 Hình 3.2. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD 35 Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD 36 Hình 3.4. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực tới điện năng tiêu thụ điện 38 Hình 3.5. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện tới khả năng tiêu thụ điện 39
  6. MỤC LỤC Error! Bookmark not defined. MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 3 1.1. Tổng quan về nước rỉ rác 3 1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác 3 1.1.2. Đặc điểm nước rỉ rác 4 1.1.3. Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường và sức khỏe con người 9 1.1.4. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước 11 1.2. Giới thiệu về COD 13 1.2.1. Khái niệm về COD 13 1.2.2. Ý nghĩa giá trị của COD 14 1.3. Tổng quan về công hệ keo tụ điện hóa 14 1.3.1. Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa điện cực Nhôm 14 1.3.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể keo tụ điện hóa điện cực Nhôm 15 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa điện cực Nhôm 17 1.3.4. Ưu điểm của phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm 17 1.3.5. Ứng dụng của keo tụ điện hóa trong xử lý môi trường 18 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 21 2.1. Đối tượng nghiên cứu 21 2.2. Hệ thí nghiệm keo tụ điện hóa điện cực Nhôm 21 2.3. Các nội dung nghiên cứu 25 2.4. Phương pháp phân tích 26 2.4.1. Phương pháp xác định COD bằng phương pháp bicromat (K2Cr2O7) 26 1
  7. 2.4.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 27 2.4.3. Cách tiến hành thí nghiệm 30 2.4.4. Tính kết quả 32 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý COD 33 3.2. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD 34 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD 36 3.4. Điện năng tiêu thụ 37 3.4.1. Điện năng tiêu thụ khi khoảng cách điện cực khác nhau 37 3.4.2. Điện năng tiêu thụ khi các cường độ dòng điện khác nhau 38 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 2
  8. MỞ ĐẦU ➢ Tính cấp thiết của đề tài Nước ta đang mạnh mẽ bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Bên cạnh sự phát triển vượt bậc của nền kinh tế nói chung và công nghiêp hóa nói riêng thì vấn đề rác thải hiện nay đang là mối nguy cơ nghiêm trọng đáng lo ngại, đe dọa đến sự phát triển bền vững. Lượng chất thải rắn ngày càng tăng, mức độ ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng. Trong đó chất thải rắn có thành phần, tính chất phức tạp gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí xung quanh khu vực nước thải, đặc biệt nước rỉ rác phát sinh từ các bãi chôn lấp có nồng độ chất ô nhiễm rất cao. Các bãi chôn lấp chất thải rắn ở Việt Nam hiện nay đang phát sinh lượng nước rỉ rác lớn do các quá trình phân hủy rác, do các chất hữu cơ có trong rác thải, trong đó nước rỉ rác chứa các loại chất hữu cơ độc hại cao và khó phân hủy sinh học. Nếu không xử lý tốt, nước rỉ rác sẽ ngấm vào nước mặt, nước ngầm, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Hiện nay có rất nhiều nghiên cứu về các phương pháp xử lý và các công trình xử lý nước rỉ rác nhưng việc ứng dụng vào thực tế còn rất hạn chế. Một trong số những phương pháp xử lý đó thì phương pháp “Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa’’là phương pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Do vậy em chọn đề tài: “Nghiên cứu xử lý COD trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm”. Mục đích của đề tài - Nắm bắt được công nghệ keo tụ điện hóa xử lý nước thải - Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện, thời gian, ảnh hưởng của pH và khoảng cách điện cực đến quá trình xử lý COD bằng phương pháp keo tụ điện hóa. Từ đó lựa chọn tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ điện hóa 1
  9. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Nước rỉ rác của BCL chất thải rắn Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội bằng phương pháp keo tụ điện hóa. - Phạm vi thực hiện: Đề tài được thực hiện tại phòng thí nghiệm phòng Công nghệ Hóa lý môi trường - Viện Công nghệ môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 2
  10. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về nước rỉ rác 1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác Nước rò rỉ từ bãi rác là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp. Nước rỉ rác là loại nước thường bị ô nhiễm nặng bởi các chất nguy ngại nên thành phần hóa học của nước rỉ rác cũng khác nhau và phụ thuộc vào thành phần rác đem chôn cũng như thời gian chôn lấp. Quá trình hình thành nước rỉ rác bắt đầu từ khi bãi rác đạt đến khả năng giữ nước hoặc bão hòa nước. Trong đó khả năng giữ nước của chất thải rắn là tổng lượng nước có thể lưu lại trong bãi rác dưới sự tác dụng trọng lực. Đây là yếu tố quan trọng trong việc xác định sự hình thành nước rỉ rác. Khả năng giữ nước phụ thuộc vào trạng thái bị nén của rác và việc phân hủy chất thải trong bãi chôn lấp. • Các nguồn chính tạo ra nước rỉ rác: - Quá trình phân hủy sinh học tạo các chất hữu cơ, sản phẩm là nước và trở thành nước rác. - Nước gia nhập từ bên ngoài (nước mưa, nước ngầm), nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn. - Nước thoát ra từ độ ẩm rác (bản thân chất thải nhất là chất thải đô thị cũng chứa một hàm lượng ẩm, trong quá trình đầm nén nước tách ra khỏi chất thải và gia nhập vào nước rác). • Lượng nước rác sinh ra phụ thuộc vào: - Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khí hậu, lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến nước rỉ rác sinh ra. - Khu vực chôn lấp - Độ ẩm chất thải chôn lấp - Kĩ thuật xử lí đáy bãi chôn lấp và hệ thống kiểm soát nước mặt. 3
  11. 1.1.2. Đặc điểm nước rỉ rác 1.1.2.1. Phân loại nước rỉ rác Theo đặc điểm và tính chất, nước rỉ rác được phân làm hai loại: - Nước rác tươi, nước rác khi không có mưa. - Nước rác khi có nước mưa: mưa thấm qua bãi rác và hòa lẫn nước rác. Theo độ tuổi của bãi chôn lấp: - Nước rác phát sinh từ các bãi chôn lấp cũ, đã đóng cửa hoặc ngừng hoạt động, thành phần, tính chất của loại nước rác này phụ thuộc vào thời gian đã đóng bãi, mức độ phân hủy các thành phần hữu cơ trong bãi rác. 1.1.2.2. Thành phần và tính chất nước rỉ rác Thành phần nước rác thay đổi nhiều, phụ thuộc vào tuổi của bãi chôn lấp, loại rác, khí hậu, độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rác Song nước rỉ rác gồm 2 thành phần chính đó là các hợp chất hữu cơ và các hợp chất vô cơ. Các chất hữu cơ: Axit humic, axit fulvic, các hợp chất tananh, các loại hợp chất hữu cơ có nguồn gốc nhân tạo. Các chất vô cơ : Là các hợp chất của nitơ, photpho, lưu huỳnh. Thành phần và tính chất nước rò rỉ còn phụ thuộc vào các phản ứng lý, hóa, sinh xảy ra trong bãi chôn lấp. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi chôn lấp chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ chất thải rắn làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được chia thành các nhóm chủ yếu sau: - Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0-20°C - Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20-40°C - Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40-70°C Sự phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp bao gồm các giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Giai đoạn thích nghi ban đầu 4
  12. - Giai đoạn 2: Giai đoạn chuyển tiếp - Giai đoạn 3: Giai đoạn lên men axit - Giai đoạn 4: Giai đoạn lên men metan - Giai đoạn 5: Giai đoạn ổn định Bảng 1.1.Thành phần và tính chất nước rác của các bãi chôn lấp mới và lâu năm Giá trị, mg/l Thành phần Bãi mới ( 10 năm) BOD5 2.000 - 55.000 10.000 100 - 200 TOC 1.500 - 20.000 6.000 80 - 160 COD 3.000 - 90.000 18.000 100 - 500 Chất rắn hòa tan 10.000 - 55.000 10.000 1.200 Tổng chất rắn lơ lửng 200 - 2.000 500 100 - 400 Nitơ hữu cơ 10 – 800 200 80 - 120 Amoniac 10 – 800 200 20 - 40 Nitrat 5 – 40 25 5 - 10 Tổng lượng phốt pho 5 – 100 30 5 - 10 Othophotpho 4 – 80 20 4 - 8 Độ kiềm theo CaCO3 1.000 - 20.900 3.000 200 - 1000 pH 4,5 - 7,5 6 6,6 - 9 Độ cứng theo CaCO3 300 - 25.000 3.500 200 - 500 Canxi 50 - 7.200 1.000 100 - 400 Magie 50 - 1.500 250 50 - 200 Clorua 200 - 5.000 500 100 - 400 Sunphat 50 - 1.825 300 20 - 50 Tổng sắt 50 - 5.000 60 20 - 200 5
  13. Bảng 1.2. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới Columbia Cannada Đức Pereira Clover Bar BCL Thành Phần Đơn Vị (5 năm vận (Vận hành từ CTR đô hành) năm 1975) thị pH - 7,2 - 8,3 8,3 - COD mgO2/l 4.350 -65.000 1.090 2.500 BOD mgO2/l 1.560- 48.000 39 230 NH4 200- 3.800 455 1.100 TKN - - 920 Chất rắn tổng cộng mg/L 7.990 - 89.100 - - Chất rắn lơ lửng mg/L 190- 27.800 - - Tổng chất rắn hoà tan mg /L 7.800-61.300 - - 3- Tổng phốt phát (PO4 ) mg/L 2 - 35 - - Độ kiềm tổng mgCaCO3/L 3.050 - 8.540 4.030 - Ca mg/L - - 200 Mg mg/L - - 150 Na mg/L - - 1.150 Nguồn:Lee & Jone, 1993; Diego paredes, 2003; F.Wang et al, 2004; Kruse, 1994 [9] 1.1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rỉ rác Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến thành phần của nước rỉ rác [17, 18] a) Thời gian chôn lấp Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò rỉ là một hàm theo thời gian. Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần. 6
  14. Thành phần của nước rò rỉ thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học đang diễn ra. Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dài đến vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng là quá trình tạo ra khí metan. Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ. Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra. Khi đó chất thải rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thời gian. Giai đoạn tạo thành khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa. Bảng 1.3. Thành phần nước rỉ rác mới và nước rỉ rác cũ Nước rỉ rác mới Nước rỉ rác cũ Nồng độ các axit béo dễ bay hơi Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp (VFA) cao pH nghiêng về tính axit pH trung tính hoặc kiềm BOD cao BOD thấp Tỷ lệ BOD/COD cao Tỷ lệ BOD/COD thấp + + Nồng độ NH4 và nitơ hữu cơ cao Nồng độ NH4 thấp Vi sinh vật có số lượng lớn Vi sinh vật có số lượng nhỏ Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và loại nặng cao kim loại nặng thấp Tchobanoglos và cộng sự 1993 [10] b) Thành phần và các biện pháp xử lí sơ bộ chất thải rắn Rõ ràng thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng nhất tác động đến tính chất nước rò rỉ. Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị phân hủy. Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nước rò rỉ cũng có các đặc tính tương tự. Chẳng hạn như, chất thải có chứa nhiều chất 7
  15. độc hại thì nước rác cũng chứa nhiều thành phần độc hại Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những tác động đến tính chất nước rác. Chẳng hạn như, các bãi rác có rác không được nghiền nhỏ. Bởi vì, khi rác được cắt nhỏ thì tốc độ phân hủy tăng lên đáng kể so với khi không nghiền nhỏ rác. Tuy nhiên, sau một thời gian dài thì tổng lượng chất ô nhiễm bị trôi ra từ chất thải rắn là như nhau bất kể là rác có được xử lý sơ bộ hay không. c) Chiều sâu bãi chôn lấp Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn lấp càng lớn thì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa và quá trình thấm. Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nước để đạt trạng thái bão hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy. Do vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn và khoảng cách di chuyển của nước sẽ tăng. Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toàn hơn nên nước rò rỉ chứa một hàm lượng lớn các chất ô nhiễm. d) Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan trọng trong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng nhanh thời gian tạo nước rò rỉ cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước. Khi quá trình thấm xảy ra nhanh thì nước rò rỉ sẽ có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm nhỏ. Quá trình bay hơi làm cô đặc nước rác và tăng nồng độ ô nhiễm. Nhìn chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ e) Độ ẩm rác và nhiệt độ Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt. Khi bãi chôn lấp đạt trạng thái bão hòa, thì độ ẩm trong rác là không thay đổi nhiều. Độ ẩm là một 8
  16. trong những yếu tố quyết định thời gian nước rò rỉ được hình thành là nhanh hay chậm sau khi rác được chôn lấp. Độ ẩm trong rác cao thì nước rò rỉ sẽ hình thành nhanh hơn. Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rò rỉ. Khi nhiệt độ môi trường cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lưu lượng nước rác. Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao hơn. f) Ảnh hưởng từ bùn cống rãnh và chất thải độc hại Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống rảnh và bùn của trạm xử lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rò rỉ. Bùn sẽ làm tăng độ ẩm của rác và do đó tăng khả năng tạo thành nước rò rỉ. Đồng thời chất dinh dưỡng và vi sinh vật từ bùn được chôn lấp sẽ làm tăng khả năng phân hủy và ổn định chất thải rắn. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chôn lấp chất thải rắn cùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên, nước rò ri có pH thấp và BOD5 cao hơn. Việc chôn lấp chất thải rắn đô thị với các chất thải độc hại làm ảnh hưởng đến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các chất ức chế như kim loại nặng, các chất độc đối với vi sinh vật Đồng thời, theo thời gian các chất độc hại sẽ bị phân hủy và theo nước rò rỉ và khí thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi trường cũng như các công trình sinh học xử lý nước rác. 1.1.3. Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường và sức khỏe con người a. Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường nước Một thực trạng cần phải nói lên ở đây là ảnh hưởng của rác thải tới môi trường nước mặt và nước ngầm. Trên thực tế các cơ quan, đơn vị, nhà máy, xí nghiệp phần lớn chưa có thùng rác, bể chứa rác riêng, cộng với ý thức người 9
  17. dân trong việc giữ gìn vệ sinh chung còn chưa cao nên rác thải thường bị đổ bừa bãi. Những thành phần rác hữu cơ dễ bị phân hủy trong môi trường nước sẽ tác đông mạnh làm cạn kiệt lượng oxi có trong nước gây hại đến các loại thủy sinh, cúng như các loại động vật trong nước. Các kim loại nặng nếu tồn tại trong nước sẽ tiêu diệt các loại thủy sinh, hoặc tác động tích lũy vào cơ thể theo chuỗi thức ăn. Những vi trùng có trong nước rỉ rác khi xâm nhập vào môi trường nước cũng gây ra các bệnh dịch như: đau mắt hột, sốt xuất huyết, giun sán, bệnh ngoài da Chất lượng nước ngầm cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi rác thải, chẳng hạn như: hàm lượng các chất hữu cơ sau khi bị phân huỷ sẽ ngấm vào nước ngầm làm hạn chế nguồn nước ngầm được sử dụng vào truyền nhiễm những bệnh nguy hiểm, nếu chúng ta sử dụng chúng để sản xuất và sinh hoạt. Chính vì vậy, cần phải thu gom kịp thời và xử lý một cách hợp lý thì mới có thể ngăn chặn sự lây lan bệnh tật cho con người b. Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường không khí Nước rỉ rác với các thành chất hữu cơ chiếm chủ yếu gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh đặc biệt là môi trường không khí. Dưới tác động của nhiệt độ, độ ẩm và các vi sinh vật các chất hữu cơ có trong nước rỉ rác bị phân hủy và sản sinh ra các chất khí như NH4, CO2 và một số chất khí khác. Các chất khí này khi tồn tại trong không khí sẽ phát sinh ra các mùi khó chịu như NH4 có mùi khai, H2S mùi trứng thối Cùng một số kim loại nặng và hợp chất chứa kim loại (như thủy ngân, chì) cũng có thể bay hơi theo tro bụi phát tán vào môi trường. Khi con người, động vật hít phải những chất này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe. c. Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường đất 10
  18. Nước rỉ rác có thể được tích lũy dưới đất trong thời gian dài gây nguy cơ tiềm tàng đến môi trường đất. Trong nước rỉ rác có chứa các kim loại, đặc biệt là kim loại nặng như chì, kẽm, đồng, cadimi Các kim loại này tích lũy trong đất làm mất đi một số thành phần và chất dinh dưỡng trong đất dẫn đến làm ảnh hưởng đến các cây trồng, thực vật và khi con người ăn phải những cây trồng có chưa các chất độc đó sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe. d. Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến sức khỏe con người Như đã nói ở trên, sự ô nhiễm rác thải đã dẫn đến ô nhiễm môi trường nước, đó là sự xuất hiện của các chất lạ trong môi trường nước. Những chất này đến một giới hạn nhất định sẽ là tác nhân gây ra bệnh tật cho con người. Mọi người phải sinh sống trong khu vực bị ô nhiễm, khi đó nguồn nước sinh hoạt của người đó bi nhiễm các chất bẩn. Thông qua quá trình sinh hoạt, sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm con người sẽ bị lan truyền các chất bẩn vào cơ thể. Cơ thể con người cũng có thể bị nhiễm các chất độc hại khi họ sử dụng những loại thức ăn chế biến từ các loại sinh vật bị nhiễm độc do ô nhiễm nước. Chính sự tồn tại của các chất độc hại đó trong cơ thể sẽ làm rối loạn các quá trình sinh - lý - hoá diễn ra bên trong cơ thể và từ đó dẫn đến các loại bệnh tật. 1.1.4. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước. 1.1.4.1. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác ở nước ngoài. Singh và cộng sự [14] đã tiến hành nghiên cứu xác định hiệu quả của ozon hóa thời gian từ 5 đến 30 phút. Đối với cả 3 loại nước rỉ rác, các chất hấp thụ UV-254 giảm tối đa 78% và cacbon hữu cơ hòa tan giảm 23%. Khi nồng độ ozon là 66,7 g/m3 thì thời gian ozon hóa hiệu quả là 10 phút, được chọn để xử lý sơ bộ nước thải trước khi vận hành các quá trình lọc bằng màng. Torres-Socías và cộng sự [15] đã nghiên cứu sử dụng kết hợp các quá trình vật lý-hóa-sinh học để xử lý nước rỉ bãi rác, bao gồm một giai đoạn vật 11
  19. lý-hóa học sơ bộ tiếp theo là một quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) bằng Fenton quang hóa và cuối cùng là phân hủy sinh học. Kết quả thu được cho thấy sự kết hợp các công nghệ này xử lý hiệu quả mẫu nước rỉ rác có tải trọng hữu cơ cao (COD khoảng 40 g/L và DOC là 15 g/L): giai đoạn đầu đã làm giảm 17% hàm lượng hữu cơ bền, sau khi thực hiện quá trình Fenton quang hóa (Fe 1 mM) trong khoảng thời gian 11h đã vô cơ hóa các chất ô nhiễm hữu cơ thành các chất có thể phân hủy sinh học, với tỷ lệ khoáng hóa là 27% và 3 tiêu thụ 22 g H2O2/L. Tổng chi phí để xử lý 1 m nước rỉ rác được ước tính là khoảng 40 €/m3. Top và cộng sự [16] đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác của một nhà máy tại Istanbul (Thổ Nhĩ Kỳ) bằng phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp với lọc màng nano. Nồng độ trung bình của COD, Nitơ tổng (TKN) và amoni trong nước rỉ rác ban đầu có giá trị lần lượt là 6200, 587,5 và 110 mg/L. Kết quả nghiên cứu cho thấy cường độ dòng điện hợp lý là 15,9 mA /cm2 và thời gian xử lý hợp lý là 30 phút sẽ làm giảm tối đa COD, màu sắc, và loại bỏ phốt pho, tương ứng là 45%, 60% và 91,8%. 1.1.4.2. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong nước xử lý nước rỉ rác đã qua xử lý sinh học ở nhà máy xử lý nước rỉ rác Gò Cát. Tác giả đã sử dụng quá trình Keo tụ-Tạo phức-Fenton-Perozon để xử lý nước rỉ rác sau phân hủy sinh học kỵ khí trong bể UASB (COD 5.424 mg/l) ở hệ thống xử lý nước rỉ rác Gò Cát. Quá trình keo tụ/Fenton được thực hiện bằng cách bổ sung polyferic sunphat (300 mg Fe3+/l) và sau khuấy nhanh bổ sung tiếp 500 mg H2O2/l vào và khuấy chậm 120 phút. Với quá trình xử lý này, hiệu suất xử lý COD rất cao (đạt 76%). Sau quá trình Keo tụ- Tạo phức- Fenton, nước rỉ rác tiếp tục được xử lý bằng Perozon đã xử lý được 97% các chất hữu cơ trong nước rỉ rác. Trương Quý Tùng và cộng sự [6] đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác phát 12
  20. sinh từ bãi chôn lấp Thủy Tiên - Thừa Thiên Huế bằng tác nhân UV/Fenton. Nước rỉ rác có tỷ lệ BOD5/COD = 0,16 ± 0,2. Tác giả đã xử lý nước rỉ rác này bằng tác nhân Fenton với sự hỗ trợ của đèn UV (200-275 nm, 40W) được bố trí ngập vào trong thiết bị phản ứng để sử dung tối đa năng lượng của đèn. Kết quả cho thấy, quá trình này có thể loại bỏ được 71% COD và 90% độ màu 2+ nước rỉ rác ở pH ~ 3, nồng độ H2O2 là 125 mg/l, nồng độ Fe là 50 mg/l, sau thời gian phản ứng là 2 giờ. Ngoài ra, khả năng phân hủy sinh học của nước rỉ rác sau xử lý đã tăng đáng kể, tỉ lệ BOD5/COD tăng từ 0,15 lên 0,46. Hoàng Ngọc Minh [2] đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn Nam Sơn - Sóc Sơn bằng quá trình Ozon và Perozon, sử dụng nguồn O3 với máy phát công suất 4,5 g O3/giờ, nồng độ H2O2 mà 1.000-3.000 mg/l. Với nước rỉ rác có COD và độ màu đầu vào tương ứng là 455 mg/l và 397 Pt- Co, sau 60 phút xử lý bằng Perozon, hiệu suất đạt tương ứng 41% và 58%. Theo nghiên cứu của tác giả thì pH thích hợp cho quá trình ozon hóa nước rỉ rác khoảng 8-9,5. 1.2. Giới thiệu về COD 1.2.1. Khái niệm về COD COD (Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học) là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Như vậy, COD là lượng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong nước. Phương pháp phổ biến để xác định COD là phương pháp kali bicromat. Cơ chế của nó diễn ra theo phương trình sau: 2- + 3+ Chất hữu cơ + Cr2O7 + H → CO2 + H2O +2 Cr 2- Lượng dư Cr2O7 được chuẩn độ bằng dung dịch muối Morth (Fe(NH4)(SO4)2) và sử dụng ferroin làm chất chỉ thị. Điểm kết thúc chuẩn độ là điểm khi dung dịch chuyển từ màu xanh lam sang màu nâu đỏ. 13
  21. 2+ + 3+ 3+ 6 Fe + Cr2O7 + 14 H → 6Fe + 2 Cr + 7 H2O 1.2.2. Ý nghĩa giá trị của COD COD thường được sử dụng như là một thông số đo lường mức độ ô nhiễm trong nước thải và tự nhiên. Thường đính kèm với chỉ tiêu BOD (Biohecmical oxygen demand - nhu cầu oxy sinh hóa). COD là chỉ số rất hữu hiệu cho biết mức độ có mặt của chất độc và các chất hữu cơ không bị oxy hóa sinh học. TCVN 5942 - 1995 quy định Nước mặt dùng làm nguồn nước cấp sinh học phải có giá trị COD 400 mg O2/L không được phép thải ra môi trường Tiêu chuẩn về nước rỉ rác: QCVN 25:2009/BTNMT 1.3. Tổng quan về công hệ keo tụ điện hóa 1.3.1. Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa điện cực Nhôm Keo tụ điện hoá cũng là một phương pháp hoá học. Tuy nhiên, phương pháp này kết hợp với phương pháp lý học (dòng điện và các điện cực) nên có thể xem phương pháp này là một phương pháp hoá - lý. Keo tụ điện hoá là một phương pháp điện hoá trong xử lý nước thải, 14
  22. trong đó dưới tác dụng của dòng điện thì các điện cực dương là Al sẽ bị ăn mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+) vào trong môi trường nước thải, kèm theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọt khí ở cực âm [8]. 1.3.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể keo tụ điện hóa điện cực Nhôm Bể keo tụ điện hoá có thể hoạt động trong cả hai điều kiện nạp nước là liên tục và theo mẻ. 1.3.2.1. Cấu tạo Bể gồm có các phần chính: ống dẫn nước đầu vào, thân bể hình hộp chữ nhật, hệ thống các điện cực và bộ phận gạt váng bọt, bùn cặn, phao và ống thu nước đầu ra, hố chứa bùn và ống thu bùn. 1.3.2.2. Nguyên tắc hoạt động Nước thải đầu vào cho vào bể một lần với thể tích đã được xác định. Nước thải phải làm ngập các hệ điện cực ở trong bể. Hình 1.1. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ Theo Hold, Barton và Mitchell (2004) khi cho dòng điện một chiều đi qua các điện cực thì tại cực dương sẽ diễn ra quá trình hòa tan kim loại. Do đó, các điện cực dương được làm bằng nhôm thì quá trình này sẽ giải phóng ra các 15
  23. cation (Al3+). Các cation này sẽ di chuyển vào trong môi trường nước thải Những cation (Al3+) sẽ kết hợp cùng với nhóm hidroxyl và tạo thành các hidroxit (Al(OH)3) là những chất keo tụ phổ biến trong xử lý nước thải. Các chất keo tụ này sẽ tác dụng vào các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước và liên kết với nhau tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn [3]. Bên cạnh đó, việc các phản ứng điện phân đã xảy ra và tạo ra các bọt khí tại cực âm. Các bọt khí này thường là khí H2 và chúng có xu hướng đi lên mặt thoáng của bể keo tụ điện hoá. Trên đường đi của các bọt khí này chúng sẽ bám vào các bông keo đã được tạo ra ở trên và mang chúng theo lên mặt thoáng của bể. Trong khi đó, các bông keo có kích thước lớn và nặng hơn thì sẽ lắng xuống phía dưới đáy bể. Trên quỹ đạo lắng của các bông cặn này chúng sẽ va chạm và kết cụm với các bông cặn khác, như thế quá trình lắng sẽ diễn ra tốt hơn [7] Tiếp theo, các váng bọt ở phía trên và các bông cặn ở phía dưới đáy bể sẽ được thu gom bằng hệ thống các thanh gạt. Nhưng chúng không được gạt một cách liên tục như bể keo tụ điện hoá hoạt động trong điều kiện nạp nước liên tục mà sẽ được gạt một lần duy nhất vào những phút cuối của thời gian lưu (mục đích là để cô đặc bùn). Sau đó, bùn sẽ được đưa ra khỏi bể bởi những ống xả. Nước thải đầu ra sẽ được thu bởi hệ thống phao nổi và ống thu. Sau đó, nước thải được dẫn qua các đơn vị xử lý tiếp theo. * Các phản ứng điện phân xảy ra ở các điện cực. Trong trường hợp điện cực bằng nhôm (Al). Khi cho dòng điện một chiều đi từ cực dương sang cực âm thì dưới tác dụng của dòng điện thì ở các điện cực xảy ra các quá trình. Cực dương: Xảy ra quá trình oxi hóa Al tạo thành ion Al3 Al → Al3+ + 3e Cực âm: Cực âm xảy ra quá trình khử nước và tạo thành khí H2 16
  24. - 2H2O +2e → 2OH + H2 Cation Al3+ được giải phóng ra trong quá trình hòa tan kim loại ở điện cực dương sẽ kết hợp với nhóm hydroxyl và tạo thành các hidroxit (Al(OH)3) là chất keo tụ phổ biến trong xử lý nước thải. 3+ + Al + 3H2O → Al(OH)3 + 3H Al(OH)3 không tạo lên bông cặn có độ nhớt cao, Al(OH)3 lắng xuống với vận tốc chậm sẽ mang theo chất rắn lơ lửng [7]. Các hydroxit kim loại sẽ tham gia phản ửng polymer hóa Al(OH)3 →(OH)2Al-O-Al(OH)2 + H2O 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa điện cực Nhôm Có những yếu tố ảnh hưởng sau: [3] + Thành phần hóa học của nước thải: các loại nước thải có thành phần như dầu, mỡ cao thì hiệu suất xử lý cao. + Các thông số của dòng điện: điện thế, cường độ, điện trở suất Các yếu tố này nên được xác định bằng thực nghiệm. + Độ pH: đối với cực tan là nhôm thì khi pH 7,5 làm cho muối kiềm kém tan ít đi và hiệu quả keo tụ bị hạn chế. Trong trường hợp này thì hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước có pH = 5,5 -7,5 + Nhiệt độ: đối với cực tan là nhôm thì nhiệt độ của nước cao, tốc độ keo tụ xảy ra nhanh chóng, hiệu quả keo tụ đạt được càng cao. Độ đục của nước càng cao, thì ảnh hưởng của nước càng rõ rệt. Nhiệt độ của nước thích hợp khi dùng điện cực nhôm là 20 - 400C tốt nhất ở nhiệt độ 35 - 400C. 1.3.4. Ưu điểm của phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm Phương pháp keo tụ điện hoá có các ưu điểm sau: [8] + Thiết bị dùng trong bể keo tụ điện hóa rất đơn giản, dễ dàng vận hành. 17
  25. + Bông cặn được hình thành dễ dàng, có khả năng cô đặc bùn tốt. + Có thể loại bỏ nhiều thành phần khác nhau trong nước thải như: chất rắn lơ lửng nhỏ, độ màu, độ đục, kim loại nặng có trong nước thải. + Có thể loại bỏ khoảng 95-99% các kim loại nặng trong nước thải. + Bọt khí sinh ra trong quá trình tuyển nổi nâng theo các chất lơ lửng, bông cặn lên bề mặt bể để loại bỏ dễ dàng bằng các thiết bị gạt váng. + Có thể loại bỏ được các ion hòa tan trong nước thải và tạo thuận lợi cho quá trình keo tụ. + Không sử dụng hóa chất nên không gây dư thừa hóa chất rồi tốn hóa chất khác để trung hòa. Ngoài ra, bể keo tụ điện hoá còn có các ưu điểm sau: + Tiết kiệm được chi phí mua hoá chất trong quá trình vận hành các bể xử lý hoá học cổ điển. + Trong quá trình vận hành việc thay thế các điện cực là không thường xuyên và rất dễ dàng, không nguy hiểm do điện. Vì có hệ thống ngắt điện rất an toàn và dòng điện sử dụng là dòng điện một chiều. 1.3.5. Ứng dụng của keo tụ điện hóa trong xử lý môi trường 1.3.5.1. Các công trình ứng dụng quốc tế Nghiên cứu ứng dụng phương pháp keo tụ điện hóa trong xử lý nước ô nhiễm đã được rất nhiều các nhóm nghiên cứu trên thế giới tiến hành, có thể kể ra một số công trình tiêu biểu như sau: Nghiên cứu của Moh Faiqun Ni’am và cộng sự (2006) [11] về việc xử lý nước thải thuộc da bằng phương pháp EC đã đạt được kết quả: hiệu suất xử lý SS 92,3%, độ đục 81,25%. Shruthi và cộng sự [12] đã nghiên cứu xử lí Asen trong nước ngầm bằng phương pháp keo tụ điện hóa với cực dương bằng sắt. Các kết quả thu được từ các mẫu nước ngầm giàu Asen cho thấy việc loại bỏ hiệu quả nhất đạt được ở 18
  26. 6V, thời gian điện phân trong 15 phút , nồng độ Asen trong nước sau xử lí đạt tiêu chuẩn nước uống quy định 0,01 mg /L, pH dao động trong phạm vi tiêu chuẩn nước uống 6,5 đến 8,5. Đây là phương pháp có hiệu quả, tương đối nhanh chóng và sạch so với phương pháp thông thường khác, chẳng hạn như keo tụ hóa học. Ezechi và cộng sự [13] đã nghiên cứu loại bỏ Bo ra khỏi nước thải thăm dò dầu khí và khí đốt. Kết quả nghiên cứu cho thấy Bo đã bị loại bỏ khá hiệu quả bằng quá trình keo tụ điện hóa ở các điều kiện tối ưu: pH = 7, điện lượng 2400 Ah/m3, khoảng cách giữa các điện cực là 0,5 cm và thời gian điện phân là 90 phút. 1.3.5.2. Các công trình ứng dụng trong nước Luận văn thạc sỹ của Đinh Tuấn ‘Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ-tuyển nổi điện hóa với anot hòa tan nhôm, sắt’ tác giả đã lần lượt nghiên cứu sự ảnh hưởng của mật độ dòng điện, vai trò của muối điện ly, pH của môi trường, nhiệt độ, khoảng cách giữa 2 điện cực, dòng chảy-sục khí-khuấy trộn đến quá trình keo tụ điện hóa xử lý các chất màu ‘blach RBS’, ‘Indathrent Olivent’, ‘Indathrent Red’ và Remazol’ trong nước và tìm được điều kiện thí nghiệm thích hợp cho quá trình xử lý các chất màu là : mật độ dòng điện 0,5-1 A/dm2, nồng độ NaCl ≤ 1 g/l, pH khoảng 6,5- 8,5, khoảng cách điện cực 1-2 cm, nhiệt độ khoảng 35°C. Tác giả Võ Anh Khuê, Đại học Đà Nẵng với công trình ‘Nghiên cứu phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp với vi điện hóa để xử lý các ion kim loại nặng và florua trong nước thải’[1] đã sử dụng phương pháp keo tụ điện hóa với điện cực anot Al kết hợp với quá trình vi điện hóa trên bề mặt các hạt Fe- C để xử lý các ion kim loại nặng như Pb2+, Zn2+, Cu2+ và ion F- trong nước thải. Kết quả đã chỉ ra điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý này là : pH = 5, thời gian xử lý 30 phút, khối lượng hạt Fe-C là 60g, kích thước hạt Fe-C là 19
  27. 20-27 mesh, điện áp 5V, nước thải sau xử lý có dư lượng nồng độ các ion Pb2+, Zn2+, Cu2+ và F- lần lượt là 0,118 ; 0,369 ; 0,112 và 2,986 mg/l, đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp TCVN 5945 :2005 cột B đối với Pb2+ và cột A đối với các ion còn lại. Tô Thị Hải Yến và công sự Viện Công nghệ môi trường đã nghiên cứu "tuần hoàn nước rỉ rác và phân hủy vi sinh trong môi trường sunphat trong nghệ chôn lấp rác thải sinh hoạt giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước rỉ rác”. Tô Thị Hải Yến và đồng nghiệp với công trình ”Thúc đẩy nhanh quá trình phân hủy vi sinh rác và nước rỉ rác bằng thay đổi chế độ vận hành và môi trường hóa học trong bãi chôn lấp” đã cho thấy, khi chôn lấp rác thải sinh hoạt có thành phần lignin tới 15,2% trọng lượng khô làm phát thải khí metan không có lợi về kinh tế và môi trường. Với việc bổ sung thêm môi trường sunphat nhằm tạo điều kiện để phân hủy thành phần hữu cơ thể rắn trong rác chuyển sang dạng lỏng trong nước rỉ rác, vô cơ hóa thành phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước rỉ rác. Trong môi trường sunphat, hệ thống chỉ thực sự phát huy tác dụng từ ngày thứ 95 của chu trình chôn lấp rác. Ngoài ra nhóm tác giả cũng đã cho thấy rằng việc tuần hoàn nước rỉ rác tạo khả năng oxy hóa- khử mạnh hơn cho môi trường phân hủy vi sinh các chất hữu cơ trong rác ở thể rắn và vô cơ hóa chất hữu cơ ở thể lỏng. 20
  28. CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2.1. Đối tượng nghiên cứu • Nước rỉ rác ở BCL Nam Sơn thuộc huyện Sóc Sơn, Hà Nội. Có tổng diện tích là 83 hecta. • Hằng ngày bãi chôn lấp tiếp nhận một lượng khoảng 1500 - 2500 tấn rác mỗi ngày • Lượng rác phát sinh 2000 m3/ ngày đêm • Công suất xử lý là 1800 m3/ ngày đêm • Lượng nước rỉ rác còn tồn đọng: 500 m3/ ngày đêm • Hệ thống có hai trạm xử - Trạm 1: Công suất 600 m3/ ngày đêm - Trạm 2: Công suất 1100 m3 / ngày đêm 2.2. Hệ thí nghiệm keo tụ điện hóa điện cực Nhôm a. Bể keo tụ Bể keo tụ điện hoá có thể hoạt động theo mẻ. Hệ thống điện cực được đặt ngập trong nước thải, để đảm bảo khả năng tiếp xúc giữa các bọt khí và các chất ô nhiễm là tốt nhất. Kích thước bể phản ứng dự tính là: 14 cm x 14 cm x 21 cm, dạng hình hộp chữ nhật, được làm từ vật liệu thủy tinh hữu cơ. Hình 2.1. Bể keo tụ điện hóa 21
  29. b. Điện cực Trong các thí nghiệm keo tụ điện hóa, điện cực được dùng là các tấm bằng nhôm và sắt với số lượng điện cực là 4 cặp (8 chiếc) gồm 4 cực điện cực nhôm và 4 điện cực sắt. Mỗi điện cực có kích thước 0,4 x 10 x 11 cm. Hình 2.2. Điện cực nhôm c. Nguồn điện một chiều Hình 2.3. Nguồn một chiều (Programmable PFC D.C.Supply 40V/30A, VSP 4030, BK Precision) 22
  30. d. Máy khuấy từ Hình 2.4. Mấy khuấy từ gia nhiệt e. Kẹp điện cực Hình 2.5. Kẹp điện cực f. Các diễn biến tiến trình xảy ra khi điện phân - Các hiện tượng xảy ra trong quá trình chạy hệ thí nghiệm Hình 2.6. Hệ thí nghiệm khi bắt đầu điện phân 23
  31. Hình 2.7. Hiện tượng diễn ra sau 10 phút + Sau 10 phút hệ điện phân thì các bọt khí trắng bắt đầu xuất hiện trên bề mặt (hình 2.7) Hình 2.8. Hiện tượng diễn ra sau 30 phút điện phân + Tiếp tục xuất hiện mảng màu bọt khí trắng trên bề mặt, mảng bám trên anot cũng nhiều hơn. Bọt khí trắng xuất hiện dày kín bề mặt bể phản ứng (hình 2.8) 24
  32. Hình 2.9. Hiện tượng xảy ra sau khoảng 60 phút điện phân + Tiếp theo nước trong bể phản ứng bắt đầu trong hơn, các kết tủa nhôm tiếp tục tăng, các bọt trắng vẫn hiện lên ngày càng nhiều Kết tủa trắng trên bề mặt điện cực ngày càng nhiều, nước trong các khoang trong hơn. 2.3. Các nội dung nghiên cứu a. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian Đánh giá ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian lưu nước tới khả năng xử lý của quá trình bằng cách tiến hành các thí nghiệm với các mức cường độ dòng điện khác nhau: 1A, 2A, 2,5A, 3A, 4A. Thời gian lấy mẫu lần lượt là 0, 20, 40, 60, 80 phút. Điều kiện thí nghiệm ở pH =8, nhiệt độ phòng, V=1,8 L, nước rác được pha loãng 2 lần. Sau đó tiến hành phân tích COD. b. Ảnh hưởng của pH Đánh giá ảnh hưởng của pH tới khả năng xử lý của quá trình bằng cách tiến hành các thí nghiệm với pH khác nhau: pH= 5, 6, 7, 8, 9, 10. Điều kiện thí nghiệm thực hiện ở cường độ dòng điện tối ưu I = 3A, thời gian tối ưu 60 phút, nhiệt độ phòng thí nghiệm, V=1,8 L, nước rác được pha loãng 2 lần. 25
  33. c. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực. Đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách điện cực tới khả năng xử lý của quá trình bằng cách tiến hành các thí nghiệm với các khoảng cách điện cực khác nhau:1, 3, 5, 7 cm. Điều kiện thí nghiệm thực hiện ở cường độ dòng điện tối ưu I= 3A, thời gian tối ưu 60 phút, nhiệt độ phòng, V= 1,8 L, nước được pha loãng 2 lần. 2.4. Phương pháp phân tích 2.4.1. Phương pháp xác định COD bằng phương pháp bicromat (K2Cr2O7) a. Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định nhu cầu oxy hoá học COD của nước. Tiêu chuẩn này áp dụng được cho các loại nước có giá trị COD từ 30 mg/l đến 700 mg/l Hàm lượng clorua không được vượt quá 1000 mg/l. Mẫu nước phù hợp với các điều kiện này được sử dụng trực tiếp cho phân tích. Nếu giá trị COD vượt quá 700 mg/l, mẫu nước cần được pha loãng. Giá trị COD nằm khoảng 300 mg/l đến 600 mg/l đạt được độ chính xác cao nhất. Trong điều kiện phản ứng đã cho, các hợp chất hữu cơ bị oxy hoá triệt để. Ngoại trừ các chất có các nguyên tố có cấu trúc nhất định (ví dụ nhân pyridine, các hợp chất nitơ bậc 4). Một ít chất kỵ nước có thể bay hơi và thoát khỏi sự oxy hoá. Các chất vô cơ bị oxy hoá trong điều kiện phản ứng là, ví dụ: - Các ion brôm, ion iốt; - Một số hợp chất lưu huỳnh nhất định; - Các ion nitrit; - Một số hợp chất kim loại. Mặt khác một số chất nhất định có thể tham gia phản ứng như là tác nhân oxy hoá. Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng kết quả phép thử, cần lưu ý các tình huống này. 26
  34. Các chất cản trở, đáng chú ý là clorua. b. Tiêu chuẩn trích dẫn Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6491:1999 (ISO 6060: 1989) c. Nguyên tắc phương pháp Đun hồi lưu mẫu thử với lượng kali dicromat đã biết trước khi có mặt thuỷ ngân (II) sunfat và xúc tác bạc trong axit sunfuric đặc trong khoảng thời gian nhất định, trong quá trình đó một phần dicromat bị khử do sự có mặt các chất có khả năng bị oxy hoá. Chuẩn độ lượng dicromat còn lại với sát (II) amoni sunfat. Tính toán giá trị COD từ lượng dicromat bị khử, 1 mol -2 dicromat (Cr2O7 ) tương đương với 1,5 mol oxy (O2). Nếu phần mẫu thử có chứa clorua lớn hơn 1000 mg/l cần phải áp dụng quy trình khác. 2.4.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ❖ Hóa chất 1. Axit sunfuric, nồng độ (H2SO4) = 4 mol/l Thêm từ từ và cẩn thận 220 ml axit sunfuric (d = 1,84 g/ml) vào khoảng 500 ml nước cất. Để nguội và pha thành 1000 ml. 2. Bạc sunfat - axit sunfuric Cho 10 g bạc sunfat (Ag2SO4) và 35 ml nước. Cho từ từ 965 ml axit sunfuric đặc (d = 1,84 g/ml). Để 1 hoặc 2 ngày cho tan hết. Khuấy dung dịch để tăng thêm nhanh sự hoà tan. 3. Kali dicromat Dung dịch chuẩn có nồng độ 0,040 mol/l, chứa muối thuỷ ngân. Hoà tan 80 g thuỷ ngân (II) sunfat (HgSO4) trong 800 ml nước. Thêm vào một cách cẩn thận 100 ml axit sunfuric (d = 1,84 g/ml). Để nguội và hoà tan 11,768 g kali dicromat đã sấy khô ở 1050C trong 2 giờ vào dung dịch. Chuyển toàn bộ dung dịch vào bình định mức và định mức đến 1000 ml. Dung dịch bền ít nhất 1 tháng. 27
  35. 4. Sắt (II) amoni sunfat, dung dịch chuẩn có nồng độ [(NH4)2Fe(SO4)2 . 6H2O] =0,12 mol/l. Hoà tan 47,0 g sắt (II) amoni sunfat ngậm 6 phân tử nước vào trong nước. Thêm 20 ml axit sunfuric đặc (d = 1,84 g/ml). Làm nguội và pha loãng bằng nước thành 1000 ml. Dung dịch này phải chuẩn lại hàng ngày theo cách như sau: Pha loãng 10,0 ml dung dịch kali dicromat đến khoảng 100 ml với axit sunfuric. Chuẩn độ dung dịch này bằng dung dịch sắt (II) amoni sunfat nói trên sử dụng 2 hoặc 3 giọt chỉ thị feroin. 5. Kali hidro phtalat, dung dịch chuẩn, (KC8H5O4) = 2,0824 mmol/l. Hoà tan 0,4251 g kali hidro phtalat đã được sấy khô ở 1050C, vào trong nước và định mức đến 1000 ml. Dung dịch này có giá trị COD lý thuyết là 500 mg/l. Dung dịch bền ít nhất một tuần nếu bảo quản trong xấp xỉ 40C. 6. Feroin, dung dịch chỉ thị Hoà tan 0,7 g sắt (II) sunfat ngậm 7 phân tử nước (FeSO4. 7H2O) hoặc 1 g sắt (II) amoni sunfat ngậm 6 phân tử nước [(NH4)2Fe(SO4)2. 6H2O] trong nước. Thêm 1,50 g 1,10 - phenantrolin ngậm một phân tử nước C12H8N2. H2O và lắc cho đến khi tan hết. Pha loãng thành 100 ml. Dung dịch này bền trong vài tháng nếu được bảo quản trong tối. Có bán sẵn các dung dịch này trên thị trường. *Những điều cần lưu ý: Cảnh báo: phương pháp này liên quan đến việc xử lý và đun sôi các dung dịch axit sunfuric đặc và dicromat. Cần phải sử dụng quần áo bảo hộ, găng tay và mặt nạ. Khi xảy ra rơi rớt, nhanh chóng rửa nhiều lần bằng nước sạch là cách làm hiệu quả và đơn giản nhất. - Khi thêm axit sunfuric đặc vào nước cần phải luôn luôn tiến hành rất cẩn thận và lắc nhẹ bình chứa. 28
  36. - Cần phải cẩn thận khi chuẩn bị và xử lý dung dịch chứa bạc sunfat và thuỷ ngân sunfat vì đây là những chất độc. - Các thuốc thử đã qua sử dụng chứa muối thuỷ ngân, bạc và cromat khi thải ra ngoài cần phải được xử lý theo các quy định của quốc gia hoặc địa phương. - Khi phân tích, chỉ sử dụng các thuốc thử có độ tinh khiết phân tích đã được thừa nhận và nước cất hoặc nước có độ tinh khiết tương đương. - Chất lượng nước là yếu tố rất quan trọng đối với độ chính xác của kết quả. Kiểm tra chất lượng nước bằng cách thực hiện mẫu trắng và tiến hành song song mẫu thử không đun nóng nhưng giữ nguyên các điều kiện khác. Lưu ý sự tiêu tốn của dung dịch sắt (II) amoni sunfat trong cả hai trường hợp. Sự khác nhau lớn hơn 0,5 ml chứng tỏ chất lượng nước kém. Để xác định giá trị COD dưới 100 mg/l thì sự khác biệt không được vượt qua 0,2ml. Chất lượng của nước cất thường có thể được cải thiện bằng cách cất lại từ dung dịch kali dicromat axit hoá hoặc dung dịch kali pecmanganat, dùng thiết bị chưng cất bằng thuỷ tinh toàn bộ. ❖ Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 1. Ống COD: Trước khi dùng phải làm sạch bằng cách súc với nước cất sau mỗi lần chuẩn độ. Không được sử dụng bất kỳ chất tẩy rửa nào. 2. Bếp đun có khả năng đun sôi mẫu trong vòng 10 phút. Phải bảo đảm rằng các dụng cụ làm việc không gây ra quá nóng cục bộ cho dung dịch đang được đun. 3. Buret chính xác, dung tích 10 ml, có vạch chia 0,02 ml phù hợp với TCVN 1609: 1988 (hoặc ISO 385 - 1). 4. Bình nón, pipet, quả bóp. Lưu ý khi chuẩn bị dụng cụ thuỷ tinh: Các dụng cụ thuỷ tinh cần được rửa sạch cẩn thận và giữ không để bị bám bụi và chỉ để dùng riêng cho phép thử COD. 29
  37. ❖ Lấy mẫu và bảo quản mẫu Mẫu phòng thí nghiệm phải được ưu tiên lấy vào lọ thuỷ tinh. Phân tích mẫu càng sớm càng tốt và không để quá 5 ngày sau khi lấy mẫu. Nếu mẫu cần phải được bảo quản trước khi phân tích, thêm 10 ml axit sunfuric cho 1 lít mẫu. Giữ mẫu ở 00C đến 50C. Lắc các lọ mẫu bảo quản và phải đảm bảo chắc chắn rằng mẫu trong các lọ được đồng nhất khi lấy một phần mẫu đem phân tích. 2.4.3. Cách tiến hành thí nghiệm Mẫu nước rỉ rác được lấy từ khu liên hợp xử lý chất thải rắn Nam Sơn được bảo quản trong tủ lạnh nhiệt độ 40C. Trước lúc tiến hành thí nghiệm thì lấy mẫu và xả đông bằng cách ngâm bình đựng mẫu vào nước cho đến nhiệt độ phòng mới được dùng làm mẫu thí nghiệm. Tiếp sau đó lấy 900ml nước rỉ rác rồi pha loãng 2 lần vào bình 1000 ml. Con từ được đặt vào bên trong bể phản ứng, sau đó xếp các cặp điện cực vào bể. Lấy lượng nước rỉ rác đã được pha loãng đổ vào bể phản ứng, dùng kẹp điện cực kẹp vào các đầu của điện cực với một bên là điện cực dương (anot), một bên là điện cực âm (catot). Sau đó dùng dây dẫn kết nối với dòng điện một chiều, dùng máy đo Ampe kế để điều chỉnh cường độ dòng điện, chỉnh hiệu điện thế phù hợp với yêu cầu thí nghiệm của từng mẻ thí nghiệm. Bắt đầu chạy hệ thí nghiệm bật con từ quay với tốc độ 200 vòng/phút và theo dõi các hiện tượng xảy ra trong quá trình điện phân. Mẫu nước trong quá trình chạy hệ được lấy theo các khoảng cách thời gian là 10-20 phút/ 1 mẫu, số lần lấy mẫu khoảng 4 lần tức là kể cả mẫu đầu vào sẽ có 5 mẫu nước rác được lấy để làm thí nghiệm phân tích các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của phương pháp keo tụ điện hóa xử lý nước rỉ rác, sau đó để mẫu lắng xuống. Từ đó điều chỉnh các mức thời gian lấy mẫu, dòng diện, hiệu điện thế phù hợp sao cho đạt hiệu quả xử lý tốt nhất. 30
  38. * Các bước phân tích COD Chuẩn bị ống đun sạch có tráng lại bằng nước cất 2 lần, để khô lần lượt cho các hóa chất như sau: Bước 1: Cho 2 ml mẫu nước phân tích, 1ml K2Cr2O7, 3ml Ag2SO4, lắc đều đậy lắp đem đun ở 150oC trong 2 giờ. Bước 2: Sau 2 giờ đun lấy ra để nguội chuyển sang bình tam giác 100 ml. Nhỏ thêm 1 giọt Feroin, lắc đều và chuẩn độ bằng muối Morth đến khi màu của dung dịch chuyển từ màu vàng đỏ chuyển sang màu đỏ thì dừng chuẩn độ. Ghi lại thể tích muối Morth. Mẫu trắng: Thay mẫu nước cần phân tích bằng nước cất rồi tiến hành tương tự như các bước phân tích trên. Vì muối Morth có nồng độ thay đổi từng ngày nên mỗi lần xác định độ oxi hóa cần kiểm tra nồng độ của muối Morth Bằng cách: Hút 1ml K2CrO7 và 31
  39. 9 ml H2SO4 (4M) vào bình tam giác 100 ml, nhỏ 1 giọt Feroin lắc đều và chuẩn độ bằng dung dịch muối Morth chuyển từ màu vàng đỏ sang màu đỏ thì dừng chuẩn độ. 2.4.4. Tính kết quả Cách tính kết quả − = ∗ 8 ∗ ∗ 1000 Trong đó: VT: thể tích muối Morh tiêu tốn khi chẩn độ mẫu trắng (ml) VM: thể tích muối Morh tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu môi trường (ml) V: thể tích mẫu môi trường (V=2ml) N C M: nồng độ đương lượng của muối Morh (N) 8: khối lượng mol của ½ phân tử oxi 1000: đơn vị đổi từ lít sang mililit Chú ý: Khi cho Ag2SO4 vào mà thấy còn màu vàng thì COD nằm trong khoảng chuẩn độ được, còn khi cho Ag2SO4 vào mà chuyển sang màu xanh thì lượng K2Cr2O7 thiếu → nồng độ COD cao phải pha loãng mẫu trước khi phân tích. 32
  40. CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý COD Để nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến quá trình keo tụ điện hóa điện cực nhôm xử lý nước rỉ rác. Cường độ dòng điện được lựa chọn: 1A, 2A, 2,5A, 3A, 4A. Hiệu suất xử lý COD tại các thời điểm và cường độ dòng điện khác nhau của quá trình keo tụ điện hóa điện cực nhôm được thể hiện ở hình 3.1. 50 45 40 35 30 25 20 Hiệu suất (%) suấtHiệu 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 Thời gian ( phút ) I=1 I=2 I=2,5 I=3 I=4 Hình 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý COD Theo định lật Faraday, thời gian điện phân càng lớn lượng ion kim loại sinh ra ở điện cực càng nhiều do đó khả năng loại bỏ chất ô nhiễm của quá trình keo tụ càng cao. Như vậy, muốn đạt hiệu quả xử lý COD cao thì thời gian điện phân phải càng lâu. Ta có thể thấy ở hình 3.1 kết quả trong thời gian 33
  41. 80 phút thì hiệu suất xử lý đạt 44,85% cao nhất tuy nhiên thời gian điện phân càng lớn sẽ gây tiêu tốn điện năng. Vì vậy hiệu suất xử lý hiệu quả phải trong một khoảng thời gian nhất định. Ở hình 3.1 thời gian 80 phút và cường độ dòng điện là 3A hiệu suất đạt cao nhất 44,85%, sau đó đến cường độ dòng điện 4A 42,55%. Thời gian 60 phút ở cường độ dòng điện 4A hiêu suất đạt 44,68%, còn dòng 3A đạt 43,1%. Ta nhận thấy rằng, hiệu suất xử lý ở khoảng thời gian 60 - 80 phút khi cường độ dòng điện thay đổi từ 3A đến 4A tăng không đáng kể và cường độ cao hơn 3A dễ gây ăn mòn điện cực. Như vậy mặc dù hiệu suất có tăng nhưng ở mức thời gian 80 phút sẽ gây tiêu tốn điện năng. Từ những phân tích trên thì thời gian 60 phút và cường độ dòng điện 3A là lựa chọn phù hợp cho việc xử lý COD trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực nhôm. 3.2. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD Để khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách điện cực nhôm đến quá trình xử lý COD trong nước rỉ rác ta tiến hành thí nghiệm ở các khoảng cách điện cực khác nhau: 1, 3, 5, 7 cm. Hiệu suất xử lý COD với thời gian 60 phút và cường độ dòng điện I = 3A ở các khoảng cách điện cực khác nhau thể hiện ở hình 3.2. 34
  42. 50 45 40 35 30 25 20 t=60 Hiệu suất (%) suất Hiệu 15 10 5 0 0 2 4 6 8 Khoảng cách điện cực (cm) Hình 3.2. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD Hình 3.2 cho thấy hiệu suất xử lý COD giảm dần khi khoảng cách điện cực tăng dần. Và hiệu suất đạt cao nhất 45,16% khi khoảng cách điện cực là 1cm. Ta có thể giải thích như sau: Khoảng cách điện cực có vai trò quan trọng vì dung dịch nước rỉ rác dẫn điện kém, điện thế tăng dần theo khoảng cách điện cực dẫn đến tiêu hao năng lương. Sự thủy phân của các ion nhôm (Al3+) ở điện cực dương kết hợp với ion hydroxyl (OH-) ở điện cực âm để tạo thành các phân tử keo tụ Al(OH)3 xảy ra theo chuỗi các phản ứng nối tiếp nên khoảng cách điện cực có vai trò quan trọng vì khoảng cách càng xa thì khả năng kết hợp giữa hai ion càng khó, dẫn đến hiệu suất xử lý COD kém. Vì vậy ta chọn khoảng cách điện cực nhôm tối ưu để xử lý nước rỉ rác là 1cm để keo nhôm sinh ra được phân tán đồng đều hơn và giảm tiêu hao năng lượng. 35
  43. 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD Hiệu suất xử lý COD với thời gian 60 phút và cường độ dòng điện I = 3A ở các pH khác nhau thể hiện ở hình 3.3. 70 60 50 40 30 t=60 Hiệu suất (%) suất Hiệu 20 10 0 0 2 4 6 8 10 pH Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD Trên hình 3.3 ta nhận thấy, pH dao động trong khoảng từ 4 - 6 thì hiệu suất xử lý tăng dần. Ở pH = 4 hiệu suất xử lý đạt 29,17% với pH = 6 hiệu suất đạt cao nhất 59,09%. Khi qua ngưỡng 6 thì hiệu suất xử lý giảm dần. Và ta thấy hiệu suất xử lý đạt cao nhất trong khoảng pH= 5 - 7. Có thể giải thích điều này như sau: Khi quá trình điện phân diễn ra thì ở điện cực dương nhôm (Al) phân li 3+ thành các ion Al , sau đó các ion này bị thủy phân thành Al(OH)3 3+ + Al + 3H2O → Al(OH)3 ↓ + 3H (1) Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ được tạo thành. - - pH càng thấp: AlO2 tạo thành muối, phản ứng (1) không xảy ra 36
  44. - pH cao: thì có xu hướng chống lại không tạo kết tủa Al mà tạo muối - AlO2 Chính vì thế khi pH 7 làm cho kết tủa Al(OH)3 ít đi và hiệu quả keo tụ bị giảm. Cho nên hiệu suất xử lý đạt cao nhất trong khoảng pH = 5 - 7, mặt khác ở pH = 6 hiệu suất xử lý cao nhất 59,09%. Như vậy có thể lựa chon pH = 6 là để điều kiện tối ưu cho hệ thống keo tụ điện hóa điện cực nhôm để áp dụng xử lý COD trong nước rỉ rác. 3.4. Điện năng tiêu thụ Áp dụng công thức tính điện năng tiêu thụ: A= U x I x t Trong đó: U: điện áp (hiệu điện thế) (V) I: cường độ dòng điện (A) t: thời gian (s) A: Điện năng tiêu thụ (J) 3.4.1. Điện năng tiêu thụ khi khoảng cách điện cực khác nhau Trong trường hợp này ta áp dụng cường độ dòng điện tối ưu I = 3A và thời gian tối ưu là 60 phút. Áp dụng công thức ta được bảng sau: Bảng 3.1. Điện năng tiêu thụ trong quá trình xử lý COD ở các khoảng cách điện cực khác nhau Khoảng cách U (V) A (J) điện cực (cm) 1 7,7 83160 3 8,8 95040 5 12,5 135000 7 14,7 158760 37
  45. 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 t=60 40000 Điện năng tiêu thụ (J) thụ tiêu năng Điện 20000 0 0 2 4 6 8 Khoảng cách điện cực (cm) Hình 3.4. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực tới điện năng tiêu thụ điện Trên hình 3.4 ta thấy khoảng cách điện cực càng lớn thì điện năng tiêu thụ càng nhiều. Ở khoảng cánh điện cực 1 cm thì điện năng tiêu thụ là 83160 (J), ở khoảng cách điện cực là 7 cm điện năng tiêu thụ là 158760 (J) Ta có giải thích nhận xét trên như sau: Khi khoảng cách điện cực càng tăng thì hiệu điện thế cũng tăng theo và theo công thức tính điện năng tiêu thụ: A = U x I x t Với cường độ dòng điện là cố định nên khi hiệu điện thế tăng thì tỉ lệ thuận với điện năng tiêu thụ. Chính vì vậy điện năng tiêu hao ít nhất khi khoảng cách điện cực ngắn nhất. 3.4.2. Điện năng tiêu thụ khi các cường độ dòng điện khác nhau Trong trường hợp này ta xét điện áp U ở khoảng cách điện cực là 1 cm (U = 7,7 V) và thời gian tối ưu 60 phút. Áp dụng công thức ta được bảng sau: 38
  46. Bảng 3.2. Điện năng tiêu thụ trong quá trình xử lý COD trong nước rỉ rác điện cực nhôm Cường độ dòng điện (A) A (J) 1 27,720 2 55,440 2,5 69,300 3 83,160 4 110,880 120 100 80 60 40 t=60 20 Điện năng tiêu thụ (J) thụ tiêunăng Điện 0 0 1 2 3 4 5 Cường độ dòng điện (A) Hình 3.5. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện tới khả năng tiêu thụ điện Trên hình 3.5 ta thấy cường độ dòng điện càng tăng thì điện năng tiêu thụ càng nhiều vì theo công thức tính điện năng tiêu thụ cường độ dòng điện tỉ lệ thuận với điện năng tiêu thụ. Tuy nhiên cường độ dòng điện quá nhỏ thì khả năng điện phân trong nước rỉ rác kém dẫn đến hiệu suất xử lý COD kém. Điều đó đã được chứng minh bằng thực nghiệm, còn dòng điện cao hơn 3A dễ gây ăn mòn điện cực. Vì vậy cần phải có một cường độ dòng điện phù hợp để xử COD trong 39
  47. nước rỉ rác tốt nhất. Ta thấy cường độ dòng điện I = 3A có hiệu suất xử lý tốt nhất và tiêu tốn điện năng hợp lý. Cho nên ta chọn cường độ dòng điện I = 3A là dòng điện tối ưu. 40
  48. KẾT LUẬN Nghiên cứu trong khóa luận đã thu được một số kết quả sau: 1. Đã đánh giá được ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý COD trong nước rỉ rác ở các cường độ dòng điện khác nhau từ 1A đến 4A. Thấy rằng hiệu suất xử lý COD tốt nhất khi cường độ dòng điện càng cao và thời gian càng lâu. Tuy nhiên qua thực nghiệm, ta lựa chọn được các điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý là cường độ dòng điện I= 3A và thời gian là 60 phút. 2. Đã đánh giá được ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD trong nước rỉ rác ở các khoảng cách điện cực khác nhau: 1, 3, 5, 7 cm. Kết quả cho thấy rằng khoảng cách điện cực 1cm thì hiệu suất xử lý là tốt nhất, Chính vì vậy khoảng cách điện cực 1cm là điều kiện tối ưu cho việc xử lý COD đạt hiệu quả cao. 3. Đã đánh giá được ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD trong nước rỉ rác ở các pH khác nhau từ 4 đến 8. Kết quả cho thấy rằng đối với điện cực nhôm thì pH trong khoảng từ 5 đến 7 thì hiệu suất tốt nhất và với pH = 6 thì hiệu suất đạt xử lý cao nhất 59,09%. Chính vì vậy pH = 6 là điều kiện tối ưu cho việc xử lý COD đạt hiệu quả cao. 4. Đã tính toán được điện năng tiêu thụ ở các khoảng cách điện cực khác nhau. Và kết quả cho thấy rằng khoảng cách điện cực càng ngắn thì điện năng tiêu thụ càng ít. 5. Đã tính toán được điện năng tiêu thụ ở các cường độ dòng điện khác nhau. Và cường độ dòng điện I = 3A là cường độ dòng điện phù hợp nhất cho quá trình xử lý COD. 41
  49. TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT [1] Tác giả Võ Anh Khuê, Đại học Đà Nẵng với công trình ‘ Nghiên cứu phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp với vi điện hóa để xử lý các ion kim loại nặng và Florua trong nước Thải’. [2] Hoàng Ngọc Minh (2012). Nghiên cứu xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học bằng các phương pháp xử lý nâng cao, Luận án Tiến sĩ, trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội. [3] Trần Hiếu Nhuệ, 2001. Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp. NXB khoa học và kỹ thuật. [4] Trần Thị Thanh - Trần Yêm - Đồng Kim Loan, 2004. Giaos trình công nghệ môi trường. NXB Đại học Quốc gia Hà Nôi. [5] Trần Mạnh Trí (2007). Báo cáo kết quả thực hiện đề tài: Áp dụng các quá trình oxi hóa nâng cao (AOPs) để xử lý nước rỉ rác đã qua xử lý sinh học ở nhà máy xử lý Gò Cát, thực hiện trên hệ pilot 15-20 m3/ngày. Trung tâm công nghệ Hóa học và Môi trường. [6] Trương Quý Tùng, Lê Văn Tuấn, Nguyễn Thị Khánh Tuyền, Phạm Khắc Liệu (2009). Xử lý nước rỉ rác bằng tác nhân UV-fenton trong thiết bị gián đoạn. Tạp chí khoa học, Đại học Huế, tập 53, 165-175. [7] Lê Hoàng Việt, 2002. Giáo trình phương pháp xử lý nước thải. Đại học cần thơ TÀI LIỆU TIẾNG ANH [8] Holt, Peter K.; Barton, Geoffrey W.; Mitchell, Cynthia A, 2004. The future for electrocoagulation as a localised water treatment technolog. J of Chemoshpere 59 (3): 355-67. [9] Chuleemus Boonthai Iwai and Thammared Chuasavath, 2002; Mitree Siribunjongsak and Thares Srisatit, 2004. 42
  50. [10] Kwanrutai Nakwan, 2002. [11] Moh Faiqun Ni’am, Fadil Othman, Johan Sohaili và Zulfa Fauzia (2006). [12] Shruthi và cộng sự. [13] Ezechi và cộng sự. [14] Singh S.K., T.G. and Boyer T.H. (2012). Evaluation of coagulation (FeCl3) and anion exchange (MIEX) for stabilized landfill leachate treatment and high-pressure membrane pretreatment. [15] Torres-Socías E.D., Prieto-Rodríguez L., Zapata A., Fernández- Calderero I., Oller I. and Malato S. (2015). Detailed treatment line for a specific landfill leachate remediation. Brief economic assessment. [16] Top S., Sekman E., Hoşver S. and Bilgili M.S. (2011). Characterization and electrocaogulative treatment of nanofiltration concentrate of a full- scale landfill leachate treatment plant. INTERNET [17] [18] 43
  51. PHỤ LỤC Bảng 1. Nồng độ và hiệu suất xử lý COD tại các thời điểm và cường độ dòng điện khác nhau Cường độ Thời gian Nồng độ Hiệu suất Ngày dòng điện (A) (phút) (mg/l) (%) 1 0 5212,67 2 20 4452,49 14,58 25/10 2,5 40 4343.09 16,67 3 60 3800,9 27,08 4 80 3909,5 25 1 0 7316,4 2 20 6429,56 12,12 26/10 2,5 40 5431,87 25,76 3 60 5099,31 30,3 4 80 4988,45 31,82 1 0 7210,76 2 20 5919,28 17,91 27/10 2,5 40 5273,54 26,87 3 60 4843,05 32,84 4 80 4743,09 32,84 1 0 6660,29 2 20 5856,46 12,07 1/11 2,5 40 5167,46 22,41 3 60 3789,47 43,1 44
  52. 4 80 3674,64 44,83 1 0 5397,13 2 20 4478,47 17,02 2/11 2,5 40 3559,81 34,04 3 60 2985,65 44,68 4 80 3100,48 42,55 Bảng 2. Nồng độ và hiệu suất xử lý COD tại các khoảng cách điện khác nhau Khoảng cách điện Thời gian Nồng độ Hiệu suất cực (cm) (phút) (mg/l) (%) 1 0 137,78 60 75,56 45,16 3 0 135,21 60 94,65 30.00 5 0 135,85 60 99,62 26,67 7 0 143,77 60 111,30 22,58 Bảng 3. Nồng độ và hiệu suất xử lý COD tại các pH khác nhau Thời gian Nồng độ Hiệu suất pH (phút) (mg/l) (%) 0 5454,72 4 60 2502,37 29,17 5 0 5972,35 45
  53. 60 1990,78 35,19 0 5004,75 6 60 2502,37 59.09 0 4423,96 7 60 2543,78 50 0 5459,72 8 60 3184,83 41,67 46