›

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

pdf 76 trang thiennha21 15/04/2022 9070
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Nghiên cứu xử lý nitơ 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_nito_trong_nuoc_ri_rac_bang_phuon.pdf

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu xử lý nitơ 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 ====== KHIẾU THỊ NGỌC MAI NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITƠ 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 HÀ NỘI - 2016
  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 hóa học, đặc biệt là Hóa học Môi trường và cùng đó tạo điều kiện giúp em trong quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo ThS. Lê Cao Khải cùng thầy giáo TS. Lê Thanh Sơn, 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 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 – số 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội 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 em xin được bày tỏ lời cảm ơn tới 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. Do còn hạn chế về trình độ và kinh nghiệm thực tế, nên trong đề tài này không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ sung của thầy cô và bạn bè để khóa luận của em được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 26 tháng 5 năm 2017 Khiếu Thị Ngọc Mai
  3. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT BOD5 Nhu cầu oxy sinh học BCL Bãi chôn lấp COD Nhu cầu oxy hóa học DO Lượng oxy hòa tan trong nước FC Độ ẩm UV Tia tử ngoại PAC Poly Aluminium Choloride TKN Nitơ tổng VFA Nồng độ các axit béo dễ bay hơi TDS Tổng chất rắn hòa tan TOC Tổng cacbon hữu cơ
  4. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn 5 Bảng 1.2. Thành phần và tính chất nước rỉ rác của các bãi chôn lấp mới và lâu năm 6 Bảng 1.3. Thành phần nước rỉ rác mới và nước rỉ rác cũ 8 Bảng 2.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau 40 Bảng 2.2. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau 44 Bảng 2.3. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau 48 - Bảng 3.1. Nồng độ NO3 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các cường độ dòng điện khác nhau (mg/l) 50 + Bảng 3.2. Nồng độ NH4 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các cường độ dòng điện khác nhau (mg/l) 52 - Bảng 3.3. Nồng độ NO3 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l) 53 + Bảng 3.4. Nồng độ NH4 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l) 54 - Bảng 3.5. Nồng độ NO3 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các điều kiện pH khác nhau (mg/l) 57 + Bảng 3.6. Nồng độ NH4 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các điều kiện pH khác nhau (mg/l) 59
  5. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Chu trình Nitơ trong tự nhiên 14 Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động bể SBR 20 Hình 1.3. Sơ đồ dây chuyền công nghệ AO 21 Hình 1.4. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ 24 Hình 2.1. Máy khuấy từ gia nhiệt (AHYQ, model 85-2, Trung Quốc) 32 Hình 2.2. Nguồn một chiều (DC REULATED POWER SUPPLY - QJ3020S – 0 ~ 30V 20A) 33 Hình 2.3. Kẹp điện cực 33 Hình 2.4. Sơ đồ thiết kế bể keo tụ điện hóa 34 Hình 2.5. Hệ thống thí nghiệm bể keo tụ điện hóa 35 - Hình 2.6. Đường chuẩn của phương pháp phân tích nồng độ NO2 bằng đo quang 40 Hình 2.7. Thí nghiệm đun cách thủy mẫu 43 Hình 2.8. Mẫu được chuyển sang bình định mức 25 ml 43 Hình 2.9. Hình ảnh Cuvet và máy trắc quang 44 - Hình 2.10. Đường chuẩn của phương pháp phân tích nồng độ NO3 bằng đo quang. 45 Hình 2.11. Màu của amoni sau 60 phút. 47 + Hình 2.12. Đường chuẩn của phương pháp phân tích nồng độ NH4 bằng đo quang 48 - Hình 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý NO3 50 + Hình 3.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý NH4 52 - Hình 3.3. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NO3 54 + Hình 3.4. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NH4 55 - Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NO3 58 + Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NH4 60
  6. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I. 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 1.1.2.1. Thành phần và tính chất nước rỉ rác 4 1.1.2.2. Các yếu tổ ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rỉ rác 7 1.1.3. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước 11 1.2. Tổng quan về sự ô nhiễm Nitơ trong nước rỉ rác 13 1.2.1. Trạng thái tồn tại của Nitơ trong nước rỉ rác 13 1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong nước rỉ rác 17 1.2.3. Tác hại của Nitơ trong nước rỉ rác 18 1.2.3.1. Tác hại của Nitơ đối với sức khỏe cộng đồng 18 1.2.3.2. Tác hại ô nhiễm Nitơ đối với môi trường 19 1.2.4. Một số công nghệ xử lý Nitơ trong nước rỉ rác 19 1.2.4.1. Aeroten hoạt động theo mẻ (SBR) 19 1.2.4.2. Bể AO (Anoxic-Oxic) 21 1.3. Tổng quan về công nghệ keo tụ điện hóa 22 1.3.1. Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa 22 1.3.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể keo tụ điện hóa 23 1.3.2.1. Cấu tạo 24 1.3.2.2. Nguyên tắc hoạt động 24 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa . 26 1.3.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa 27 1.3.5. Ứng dụng của keo tụ điện hóa trong xử lý môi trường 28 1.3.5.1. Ứng dụng keo tụ điện hóa để xử lý nước ô nhiễm ở trong nước . 28 1.3.5.2. Ứng dụng keo tụ điện hóa để xử lý nước ô nhiễm ở ngoài nước . 29
  7. CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 32 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 32 2.2. Hệ thí nghiệm keo tụ điện hóa 32 2.2.1. Sơ đồ hệ thiết bị thí nghiệm 32 2.2.2. Tiến hành thí nghiệm 36 2.3. Các nội dung nghiên cứu 36 2.3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian 37 2.3.2. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực 37 2.3.3. Ảnh hưởng của pH 37 2.4. Phương pháp phân tích chỉ tiêu Nitơ trong mẫu thu được sau khi xử lý bằng công nghệ keo tụ điện hóa 38 2.4.1. Xác định Nitrit 38 2.4.1.1. Phương pháp xác định Nitrit 38 2.4.1.2. Cách tiến hành 39 2.4.1.3. Dựng đường chuẩn và tính toán kết quả 39 2.4.2. Xác định Nitrat 40 2.4.2.1. Phương pháp xác định Nitrat. 40 2.4.2.2. Cách tiến hành 41 2.4.2.3. Dựng đường chuẩn và tính toán kết quả 44 2.4.3. Xác định Amoni 45 2.4.3.1.Phương pháp xác định 45 2.4.3.2. Cách tiến hành 46 2.4.3.3. Dựng đường chuẩn và tính toán kết quả 47 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý Nitơ 49 - 3.1.1. Hiệu suất xử lý NO3 49 + 3.1.2. Hiệu suất xử lý NH4 52 3.2. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến quá trình xử lí Nitơ 53
  8. - 3.2.1. Hiệu suất xử lý NO3 53 + 3.2.2. Hiệu suất xử lý NH4 54 3.3. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng xử lý Nitơ 56 - 3.3.1. Hiệu suất xử lý NO3 57 + 3.3.2. Hiệu suất xử lý NH4 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC
  9. MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Xã hội ngày càng phát triển nhờ những tiến bộ của khoa học kĩ thuật, cuộc sống của con người được trợ giúp nhiều hơn nhờ các loại máy móc tân tiến. Tuy nhiên, kéo theo đó là một số hệ lụy mà chúng ta không thể coi thường. Và một trong số đó là vấn đề rác thải. Vấn đề rác thải hiện nay đang là một nguy cơ nghiêm trọng đối với con người, không có quốc gia nào tránh khỏi việc buộc phải đối mặt với nguy cơ này, nhất là các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam. Hiện nay, lượng rác thải phát sinh, thải ra môi trường ngày một tăng nhanh về số lượng. Đặc biệt, hầu hết nước rỉ rác đều phát thải trực tiếp vào môi trường, khuếch tán mầm bệnh gây tác động xấu đến môi trường và sức khỏe con người. Nó bốc mùi hôi nặng nề lan tỏa nhiều kilomet, có thể ngấm xuyên qua mặt đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm và dễ dàng gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Và ô nhiễm gây bởi nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp tập trung trở thành vấn đề nóng hàng chục năm nay. Nước rỉ rác sinh ra từ các bãi chôn lấp cũng như phát sinh tại trạm trung chuyển rất độc hại, chứa nhiều chất ô nhiễm như khí Nitơ, Amoniac, kim loại nặng, các vi trùng, vi khuẩn gây bệnh, BOD, COD hàm lượng cao có khả năng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nếu thấm vào đất, sẽ gây ô nhiễm trầm trọng nguồn nước ngầm và đất, nếu chảy vào kênh, nó sẽ hủy hoại môi trường thủy sinh ở khu vực đó Hàm lượng Nitơ cao là chất dinh dưỡng kích thích sự phát triển của rong, rêu, tảo, gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa làm bẩn trở lại nguồn nước, gây thiếu hụt oxy hòa tan (DO) trong nước. NH3 cao còn độc đối với thủy sinh. Vì vậy, xử lý Nitơ trong nước rỉ rác là vấn đề cần quan tâm. 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. 1
  10. Xuất phát từ những lí do trên, để góp phần nhỏ vào việc bảo vệ môi trường, đặc biệt là môi trường nước bước đầu em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý Nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm”. Mục đích nghiên cứu - Nắm bắt được công nghệ keo tụ điện hóa xử lí nước rỉ rác. - Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian lưu nước, ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực, ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý Nitơ trong nước bằng công nghệ keo tụ điện hóa điệc cực Nhôm, từ đó lựa chọn được điều kiện tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ điện hóa. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Nước rỉ rác của khu liên hợp xử lý chất thải rắn Nam Sơn – Sóc Sơn – Hà Nội. - 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
  11. CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về nước rỉ rác 1.1.1. Sự hình thành nước rỉ rác Nước rỉ rác là sản phẩm của quá trình phân hủy chất thải bởi quá trình lý, hóa và sinh học diễn ra trong lòng bãi chôn lấp. Do được sinh ra từ rác thải, loại nước thải này rất độc hạị, chứa nhiều chất ô nhiễm như khí Nitơ, amoniac, kim loại nặng, các vi trùng, vi khuẩn gây bệnh, BOD, COD hàm lượng cao có khả năng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nước rỉ rác là loại nước thường bị ô nhiễm nặng bởi các chất nguy hại nên thành phần hóa học của nước rỉ rác cũng rất khác nhau và phụ thuộc vào thành phần rác đem chôn cũng như thời gian chôn lấp. Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ, sản phẩm là nước và trở thành nước rác, nước từ phía trên bãi chôn lấp, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chôn bùn được cho phép. Việc mất đi của nước được tích trữ trong bãi rác bao gồm nước tiêu thụ trong các phản ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theo khí và nước thoát ra từ đáy bãi chôn lấp (nước rò rỉ). 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 rác sinh ra - Khu vực chôn lấp - Độ ẩm chất thải chôn lấp - Kĩ thuật xử lý đáy bãi chôn lấp và hệ thống kiểm soát nước mặt. * Phân loại nước rỉ rác Theo đặc điểm và tính chất, nước rác được phân làm 2 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 3
  12. Theo đặc điểm hoạt động 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. - Nước rác phát sinh từ các bãi chôn lấp đang hoạt động hoặc ngừng vận hành. 1.1.2. Đặc điểm nước rỉ rác 1.1.2.1. Thành phần và tính chất nước rỉ rác Hàm lượng chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của bãi chôn lấp chất thải rắn mới chôn lấp cao hơn rất nhiều so với bãi chôn lấp chất thải rắn lâu năm, chất thải rắn đã được ổn định do các phản ứng sinh hóa diễn ra trong thời gian dài, các chất hữu cơ đã được phân hủy hầu như hoàn toàn, các chất vô cơ đã bị cuốn trôi đi. Trong bãi chôn lấp mới, thông thường pH thấp, các thành phần như BOD5, COD, chất dinh dưỡng kim loại nặng, TDS có hàm lượng rất cao. Khi các quá trình sinh học trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan hóa thì pH tăng lên (6,8 – 8,0), đồng thời BOD5, COD, TDS và nồng độ các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) thấp hơn. Hàm lượng kim loại nặng giảm vì pH tăng thì hầu hết các kim loại ở trạng thái kém hòa tan [1]. Khả năng phân hủy của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian. Khả năng phân hủy sinh học có thể xét thông qua tỉ lệ BOD5/COD trong khoảng 0,4 – 0,6 hoặc lớn hơn thì chất hữu cơ trong nước rác dễ phân hủy sinh học. Trong các bãi chôn lấp chất thải rắn lâu năm, tỉ lệ BOD5/COD rất thấp, khoảng 0,005 – 0,2. Khi đó nước rỉ rác chứa nhiều axit Humic và axit Fulvic khó phân hủy sinh học [1,7]. Chất lượng nước rỉ rác có sự thay đổi lớn và liên quan trực tiếp đến sự thay đổi lượng mưa, thành phần chất thải rắn, tuổi bãi chôn lấp và mùa. Các chất ô nhiễm chính trong nước rỉ rác và tuổi bãi chôn lấp được tổng hợp từ 4
  13. nguồn [7,16] và được thể hiện ở bảng 1.1. Bảng 1.1. Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn Tuổi bãi chôn lấp Trung bình (5 – 10 Mới (0 – 5 năm) Cũ ( > 10 năm) Thông số Đơn vị năm) BCL BCL BCL BCL BCL BCL Tatyana Barjinder Tatyana Barjinder Tatyana Barjinder pH - 7,5 > 7,5 >20.00 3.000- 40.000- COD mg/l 0,3 > 0,3 0,1–0,3 0,1–0,3 60 Chủ yếu fulvic 100 – Tổng Nitơ mg/l - - - - - 2.000 Thấp đến Tổng kim mg/l 2 trung < 2 Thấp < 2 Thấp loại bình Khả năng Trung phân hủy - - Chủ yếu - - Thấp bình sinh học Ghi chú (-): không đánh giá Như vậy, thành phần nước rỉ rác khác nhau theo tuổi bãi chôn lấp. Các 5
  14. bãi chôn lấp có tuổi càng trẻ ( 10.000 mg/l), chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, pH thấp hơn 6,5. Tuổi bãi chôn lấp càng cao thì pH càng tăng và nồng độ các chất ô nhiễm càng giảm nhưng lại khó phân hủy sinh học vì chứa chủ yếu các hợp chất hữu cơ bền vững. 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 Bảng 1.2. Thành phần và tính chất nước rỉ rác của các bãi chôn lấp mới và lâu năm Giá trị, mg/l Thành phần Bãi mới ( 10 Khoảng Trung bình 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 200 – 2.000 500 100 – 400 lửng Nitơ hữu cơ 10 – 800 200 80 – 120 6
  15. Giá trị, mg/l Thành phần Bãi mới ( 10 Khoảng Trung bình năm) Amoniac 10 – 800 200 20 – 40 Nitrat 5 – 40 25 5 – 10 Tổng lượng phốt 5 – 100 30 5 – 10 pho Othophotpho 4 – 80 20 4 – 8 Độ kiềm theo 1.000 – 20.900 3.000 200 – 1000 CaCO3 pH 4,5 – 7,5 6 6,6 – 9 Độ cứng theo 300 – 25.000 3.500 200 – 500 CaCO3 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 Nguồn: Tchobanoglouset và cộng sự 1993 [12] 1.1.2.2. Các yếu tổ ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rỉ rác Rác được chôn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa, sinh cùng lúc xảy ra. Thành phần chất ô nhiễm trong nước rỉ rác phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, chiều sâu bãi chôn lấp, ta sẽ lần lượt xét qua các yếu tố chính ảnh hưởng đến thành phần và tính chất nước rỉ rác. * Thời gian chôn lấp Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều nghiên cứu 7
  16. 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. 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 (VFA) Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp 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 kim loại nặng cao loại nặng thấp Nguồn: Tchobanoglos và cộng sự 1993 [12] * Thành phần và các biện pháp xử lý 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 8
  17. 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 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. * 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. * 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 9
  18. * 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, đạt tới khả năng giữ nước FC, thì độ ẩm trong rác là không thay đổi nhiều. Độ ẩm là một 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. * 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. 10
  19. 1.1.3. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước a. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trên thế giới Billa và cộng sự (2005) [8] đã đánh giá hiệu quả xử lí nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn đô thị Gramacho ở Rio De Janeiro, Brazil. Nước rỉ rác có tỉ lệ BOD5/COD thấp 0,05. Ozon được sử dụng để nâng cao khả năng xử lí sinh học nước rỉ rác sau quá trình keo tụ. Sau keo tụ bằng Al2(SO4)3 ở giai đoạn 1, COD và DOC giảm tương ứng 40 và 25%. Quá trình xử lí bằng ozon sau đó đã làm tăng tỉ lệ BOD5/COD từ 0,05 lên 0,3 và đã xử lí được tương ứng 73% COD và 63% DOC với lượng O3 tiêu tốn là 3g/l nước rỉ rác. Ntampou và cộng sự (2006) [15] đã sử dụng ozon và keo tụ để xử lí nước rỉ rác từ bãi chôn lấp chất thải rắn Thessaloniki (Hy Lạp). Tác giả đã sử dụng hai quá trình (ozon/keo tụ và keo tụ/ozon) để xử lí nước rỉ rác. Kết quả cho thấy, xử lí bằng ozon/keo tụ không đạt được hiệu suất cao mà hiệu suất cao chỉ đạt được ở hệ keo tụ/ozon. COD giảm từ 1.000 mg/l xuống dưới 180 mg/l. Tuy nhiên, thời gian phản ứng và hàm lượng ozon tiêu tốn tương ứng 240 phút và 2 g/h cho 500 ml nước rỉ rác với hàm lượng COD nước rỉ rác là 1.000 mg/l. Tiazui cùng cộng sự (2007) [18] đã nghiên cứu sử dụng phương pháp ozon hóa và ozone kết hợp với hydrozen peroxide để xử lý nước rỉ rác tại Tunisia, được đặc trưng bởi COD cao, khả năng bị phân hủy sinh học thấp và màu sắc tối. Với nồng độ khí ozon đầu vào 80 g/m3, COD ban đầu 5.230 mg/l. Hiệu suất xử lí nước rỉ rác tăng gấp đôi (từ 25% lên 48%) khi kết hợp O3/H2O2 với nồng độ 2g H2O2/l, thời gian phản ứng 60 phút, tỉ lệ BOD5/COD tăng từ 0,1 lên 0,7 ở hệ thí nghiệm O3/H2O2. Các tác giả cũng tính chi phí để xử lí là 2,3 USD/kg COD. Nghiên cứu xử lí nước rỉ rác (Bãi chôn lấp Tehran, Iran) với kết hợp keo tụ và ozon được thực hiện bởi Jamali và cộng sự (2009) [13]. COD nước 11
  20. rỉ rác trước xử lí 130.000 mg/l. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu suất xử lí COD và độ màu tương ứng là 41% và 81%, tỉ lệ BOD5/COD tăng từ 0,36 lên 0,45, hiệu suất xử lí độ màu đạt cao nhất là 81% ở mức hàm lượng O3 là 180g O3/l nước rỉ rác. Tác giả cũng khẳng định việc kết hợp keo tụ và ozon xử lí nước rỉ rác không mang lại hiệu quả cao và cần được xử lí tiếp bằng than hoạt tính hay lọc màng. Top và cộng sự [19] đã nghiên cứu xử lí nước rỉ rác của một nhà máy tại Instanbul (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 lí là 15,9 mA/cm2 và thời gian xử lí hợp lí là 30 phút sẽ làm giảm tối đa COD, màu sắc, và loại bỏ photpho, tương ứng là 45%, 60% và 91,8%. b. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong nước Xử lí nước rỉ rác ở Việt Nam mới được quan tâm trong những năm gần đây, vì thế những nghiên cứu về công nghệ chưa nhiều. Vấn đề xử lí nước rỉ rác ở nước ta chưa được giải quyết triệt để là do ở phần công nghệ chỉ dựa vào quá trình phân hủy sinh học là chính, các quá trình này chưa đủ mạnh để phân hủy những phần ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy và bền vững trong nước rỉ rác. Trên phương diện nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, cho đến nay đã có một số nghiên cứu xử lí nước rỉ rác được triển khai: Tô Thị Hải Yến và đồng nghiệp (2008) [4] đã nghiên cứu “Tuần hoàn nước rỉ rác và phân hủy vi sinh trong môi trường sunphat trong công nghiệp chôn lấp rác thải sinh hoạt giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước rỉ rác”; Tô Thị Hải Yến và đồng nghiệp (2010) [5] 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 12
  21. thải sinh hoạt có thành phần lignin tới 12,5% 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 oxi 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. Nguyễn Hồng Khánh (2007) [3] đã nghiên cứu so sánh các công nghệ ở trong và ngoài nước về xử lý nước rỉ rác, trên cơ sở đó tác giả đã đề xuất công nghệ xử lý nước rỉ rác cho các bãi chôn lấp trên địa bàn thành phố Hà Nội. Từ nghiên cứu này, tác giả đã đề xuất công nghệ xử lý nước rỉ rác cho bãi chôn lấp Nam Sơn và với đối tượng nước rỉ rác cũ là áp dụng kĩ thuật SBR cải tiến (vừa mang tính mẻ kế tiếp giai đoạn nhưng lại có thể vận hành liên tục) và giai đoạn cuối cùng là oxi hóa bằng fenton. 1.2. Tổng quan về sự ô nhiễm Nitơ trong nước rỉ rác 1.2.1. Trạng thái tồn tại của Nitơ trong nước rỉ rác Trong nước rỉ rác, các hợp chất của Nitơ tồn tại dưới 3 dạng: các hợp chất hữu cơ, Amoni và các hợp chất dạng oxi hóa (Nitrit và Nitrat). Các hợp chất Nitơ là các chất dinh dưỡng, chúng luôn vận động trong tự nhiên, chủ yếu nhờ các quá trình sinh hóa. 13
  22. Nitơ phân tử N2 Cố định Nitơ N-protein thực vật N-protein động vật Amôn hóa Khử Nitrat NH + hoặc NH 4 3 + O2 Nitrat hóa - - NO 3 NO2 + O 2 Hình 1.1. Chu trình Nitơ trong tự nhiên Hợp chất hữu cơ chứa Nitơ là một phần cấu thành phân tử protein hoặc là thành phần phân hủy protein như là các peptit, axit amin, ure. + Hàm lượng amoniac (NH3) chính là lượng Nitơ amoni (NH4 ) trong nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp thực phẩm và một số loại nước thải khác có thể rất cao. Các tác nhân gây ô nhiễm Nitơ trong nước thải công nghiệp: chế biến sữa, rau quả, đồ hộp, chế biến thịt, sản xuất bia rượu, thuộc da. Trong nước thải sinh hoạt Nitơ tồn tại dưới dạng vô cơ (65%) và hữu cơ (35%). Nguồn Nitơ chủ yếu là từ nước tiểu. Mỗi người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước 1,2 lít nước tiểu, tương đương với 12g Nitơ tổng số. Trong số đó, Nitơ trong ure (N-CO(NH2)2) là 0,7g, lượng chất bẩn Nitơ amôn (N-NH4) một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước là 14
  23. 7g/ng.ngày còn lại là các loại Nitơ khác [23]. * Các quá trình oxi hóa và khử của Nitơ trong nước rỉ rác Phương pháp xử lý Nitơ trong nước rỉ rác được thực hiện qua hai quá trình nối tiếp là Nitrat hóa và khử Nitrat. Trong đó quá trình Nitrat hóa chuyển hóa Amoni thành Nitrat, còn quá trình khử Nitrat chuyển Nitrat thành Nitơ tự do N2. Quá trình Nitrat hóa * Vi sinh vật và điều kiện của quá trình Nitrat hóa Vi sinh vật của quá trình Nitrat hóa thuộc hai nhóm vi sinh vật: Nitrosomonas và Nitrobacter. Đây là vi sinh vật tự dưỡng hóa năng vì chúng nhận được năng lượng do sự sinh trưởng và tổng hợp tế bào phần lớn từ quá - trình oxy hóa các hợp chất cacbon vô cơ (HCO3 là chính) và Nitơ vô cơ. Ngoài ra chúng tiêu thụ mạnh oxy (Vi khuẩn hiếu khí). Cả 2 nhóm vi sinh vật này đều có những yêu cầu khá đặc trưng đối với các điều kiện môi trường như pH, nhiệt độ, oxy hòa tan (DO); và chúng có tốc độ tăng sinh khối ở mức thấp hơn nhiều so với vi khuẩn dị dưỡng. + - Nitrosomonas chỉ có thể oxy hóa NH4 thành NO2 , sau đó Nitrobacter làm - - chức năng chuyển hóa NO2 thành NO3 . * Cơ chế của quá trình Nitrat hóa: Quá trình chuyển hóa về mặt hóa học với sự tham gia của vi sinh vật được viết như sau: Nitrosomonas + - + NH4 + 1,5 O2 NO2 + 2 H + H2O (1) Nitrobacte - - NO2 + 0,5 O2 r NO3 (2) Phương trình tổng VSV + - + NH4 + 2O2 NO3 + 2 H + H2O (3) Nếu tính cả các quá trình tổng hợp sinh khối (vi khuẩn), theo Gujer và 15
  24. Jenkin: VSV + - - 1,02NH4 + 1,89O2 + 2,02HCO3 0,021C5H7O2N + 1,00NO3 + 1,92H2CO3 + 1,06H2O (4) Từ phương trình (4) ở trên, ta có thể thấy điều kiện cơ bản cho quá trình Nitrat hóa là đảm bảo độ kiềm cho vi sinh vật thực hiện quá trình oxy hóa [22]. Quá trình khử Nitrat hóa * Vi sinh vật và điều kiện của quá trình Nitrat hóa Khác với quá trình Nitrat hóa, quá trình khử Nitrat hóa sử dụng oxy từ Nitrat nên gọi là anoxic (thiếu khí). Các vi khuẩn ở đây là vi khuẩn dị dưỡng nghĩa là cần nguồn cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới. Quá trình khử Nitrat là tổng hợp của 4 phản ứng nối tiếp nhau: - - NO3 NO2 NO(k) N2O(k) N2(k) Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất – chất cho điện tử, chúng có thể là chất hữu cơ (phổ biến là các dạng cacbon hữu cơ), H2 và S. Khi có mặt đồng thời - - NO3 và các chất cho điện tử, chất cho điện tử bị oxy hóa, đồng thời NO3 nhận điện và bị khử về N2. Gayle đã phân lập được ít nhất 14 loại vi khuẩn tham gia vào quá trình khử Nitrat. Những nhóm vi khuẩn phổ biến là: Bacillius denitrificans, Microcous denitrificans, Pseudomonas stutzeri và Achrommobacter, Paracocus, Spirilum và Thiobacilus, Phần lớn các vi khuẩn này là dị dưỡng nghĩa là chúng dùng cacbon hữu cơ mà chúng sẽ oxy hóa để tổng hợp tế bào mới. Chỉ có Thiobacilus denitrificans là sử dụng nguồn điện tử từ S nguyên tố - để tạo năng lượng và nguồn cacbon vô cơ (từ CO2 và HCO3 ) để tổng hợp tế bào mới. Cơ chế quá trình khử Nitrat 16
  25. Các phương trình tỉ lượng của quá trình khử Nitrat hóa phụ thuộc vào bản chất của nguồn cacbon sử dụng như sau: VSV - - 6NO3 + 5CH3OH 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH VSV - - 8NO3 + 5CH3COOH 4N2 + 10CO2 + 6H2O + 8OH VSV - - 8NO3 + 5CH4 4N2 + 5CO2 + 6H2O + 8OH VSV - - 10NO3 + C10H19O3N 5N2 + 10CO2 + 3H2O + NH3 + 10OH - VSV NO3 + 1,08CH3OH + 0,24H2CO3 0,056C5H7NO2 + 0,47N2 + - 1,68H2O + HCO3 Khi kết hợp quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat có các ưu điểm sau: - Giảm thể tích khí cần cung cấp cho quá trình Nitrat hóa và khử BOD5. - Không cần bổ sung nguồn cacbon cho quá trình khử Nitrat. - Giảm công trình lắng cho riêng mỗi quá trình. - Có khả năng khử 60 – 80% tổng lượng Nitơ trong nước rỉ rác. 1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong nước rỉ rác * Nguồn gốc tự nhiên Do cấu tạo địa chất và lịch sử hình thành địa tầng: các hiện tượng xói mòn, xâm thực, hiện tượng sét trong tự nhiên xảy ra giải phóng các hợp chất của Nitơ dẫn tới các quá trình Nitrat hóa, Nitrit hóa. Tuy nhiên, trong môi trường tự nhiên, các hợp chất này có khả năng được đồng hóa và đưa về trạng thái cân bằng. * Nguồn gốc nhân tạo Sử dụng quá mức lượng phân bón hữu cơ, thuốc trừ sâu, hóa chất, thực 17
  26. vật đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới nguồn nước hoặc do quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ càng làm đẩy nhanh quá trình nhiễm Nitrat, Nitrit trong nước. Quá trình khoan khai thác nước diễn ra phổ biến cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước ngầm do lượng nước bị khai thác lớn mà lượng nước mới chưa kịp bổ sung dẫn tới quá trình xâm thực được đẩy mạnh, nước ngầm được bổ sung bằng việc thấm từ nguồn nước mặt xuống. Do các hoạt động của nguồn trên đã dẫn đến sự gia tăng nồng độ các chất Nitơ trong nước bề mặt. Các chất này theo nước mặt thấm xuyên từ trên xuống hoặc thấm qua sườn các con sông, xâm nhập vào nước ngầm dẫn tới tình trạng tăng nồng độ hợp chất Nitơ. 1.2.3. Tác hại của Nitơ trong nước rỉ rác 1.2.3.1. Tác hại của Nitơ đối với sức khỏe cộng đồng Nitơ tồn tại trong nước rỉ rác có thể ngấm vào đất ảnh hưởng đến nguồn nước và gây nên hiệu ứng trong môi trường. Sự có mặt của Nitơ trong nước có thể gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Khi trong nước thải có nhiều amoniac có thể gây độc cho cá và hệ động vật thủy sinh, làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước. Khi làm lượng oxy hòa tan trong nước cao cộng thêm hàm lượng photpho có thể gây phú dưỡng nguồn tiếp nhận làm nước có màu và mùi khó chịu đặc biệt là lượng oxy hòa tan trong nước giảm mạnh gây ngạt cho cá và hệ sinh vật trong hồ. Khi xử lý Nitơ trong nước rỉ rác không tốt để hợp chất Nitơ đi vào trong chuỗi thức ăn trong nước cấp có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm. Nitơ tạo chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo thành các Nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở người cao tuổi. Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với Nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nước dùng làm pha sữa. Khi lọt vào cơ thể, Nitrat chuyển hóa thành Nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột. Ion này 18
  27. còn nguy hiểm hơn Nitrat đối với sức khỏe con người. Khi tác dụng với các Amin hay Alkyl Cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo thành các hợp chất chứa Nitơ gây ung thư. Trong cơ thể Nitrit có thể oxy hóa Sắt II ngăn cản quá trình hình thành Hemoglobin làm giảm lượng oxy trong máu có thể gây ngạt, nôn, khi nồng độ cao có thể dẫn đến tử vong. 1.2.3.2. Tác hại ô nhiễm Nitơ đối với môi trường Nitơ trong nước thải cao, chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng. Do đó nó gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như rêu, tảo gây tình trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, + giảm chất lượng nước, sản sinh nhiều chất độc trong nước như NH4 , H2S, CH4, CO2, tiêu diệt nhiều sinh vật có ích trong nước. Hiện tượng đó gọi là phú dưỡng nguồn nước. Hiện nay, phú dưỡng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn nước thải. Đặc biệt là tại khu vực Hà Nội, sông Sét, sông Lừ, sông Tô Lịch đều có màu xanh đen hoặc đen, có mùi hôi thối do thoát khí H2S. Hiện tượng này tác động tiêu cực tới hoạt động sống của dân cư đô thị, làm biến đổi hệ sinh thái của nước hồ, tăng thêm mức độ ô nhiễm không khí của khu dân cư. 1.2.4. Một số công nghệ xử lý Nitơ trong nước rỉ rác 1.2.4.1. Aeroten hoạt động theo mẻ (SBR) 19
  28. Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động bể SBR Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể bao gồm: làm đầy nước thải, thổi khí, lắng tĩnh, xả nước và xả bùn. Trong bước 1, khi nạp nước thải vào bể, nước thải sẽ được trộn với bùn hoạt tính được lưu lại ở chu kỳ trước. Sau đấy, hỗn hợp nước thải và bùn được sục khí ở bước 2 với thời gian thổi khí đúng như thời gian yêu cầu. Quá trình diễn ra gần với điều kiện trộn hoàn toàn và các chất hữu cơ sẽ được oxi hóa trong giai đoạn này. Bước 3 là quá trình lắng bùn trong điều kiện tĩnh. Sau đó nước trong nằm phía trên lớp bùn sẽ được xả ra khỏi bể. Bước cuối cùng là xả lượng bùn dư được hình thành trong quá trình thổi khí ra khỏi ngăn bể, và các ngăn bể khác hoạt động lệch pha nhau để đảm bảo cho việc cung cấp nước thải vào trạm xử lý được diễn ra liên tục. Công trình hoạt động gián đoạn có chu kỳ, các quá trình trộn nước thải với bùn, lắng bùn cặn, diễn ra gần giống điều kiện lý tưởng nên hiệu quả xử lý nước thải cao. BOD nước thải sau xử lý thường thấp hơn 20mg/l. Hệ thống SBR có thể khử được N, P sinh hóa do có thể điều chỉnh được quá 20
  29. trình hiếu khí, thiếu khí, kị khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp oxi. * Ưu, nhược điểm của công trình: Ưu điểm: - Khả năng tự động hóa cao - Chiếm ít diện tích - Khử được các chất dinh dưỡng N, P Nhược điểm: - Vận hành phức tạp - Chi phí xây dựng và quản lý cao 1.2.4.2. Bể AO (Anoxic-Oxic) Hình 1.3. Sơ đồ dây chuyền công nghệ AO Bể A-O là công trình xử lý sinh học dựa trên quá trình bùn hoạt tính, gồm 2 ngăn thiếu khí và hiếu khí. Tại ngăn Oxic: Nước thải được xáo trộn với các vi sinh vật hiếu khí nhờ hệ thống cấp không khí. Quá trình này tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và phát triển. Trong quá trình tiếp xúc đó, vi sinh vật hiếu khí lấy các chất ô nhiễm có trong nước thải (COD, BOD, Nitơ, photpho, kim loại nặng, ) làm thức ăn của chúng, làm tăng sinh khối và kết thành các + - bông bùn. Quá trình oxy hóa NH4 → NO3 diễn ra tại ngăn này. 21
  30. Tại đây dưới sự tác động của sinh vật hiếu khí, và hệ thống phân phối khí trong bể các chỉ tiêu COD, BOD được xử lý hiệu quả 92 – 98% làm tăng chỉ số oxy hòa tan trong nước (DO). Mức duy trì chỉ số DO trong ngăn Oxic luôn ở mức 1,5 – 2 mg/l. Tại ngăn Anoxic: Khử Nitơ tổng thông qua quá trình thiếu khí - (Anoxic), ở đây NO3 được chuyển hóa thành N2 khi không có mặt Oxy hoặc có với mật độ thấp. Đây là quá trình bắt buộc nhằm giảm được Nitơ trong nước thải * Ưu, nhược điểm của công trình: Bể AO có nhiều ưu điểm và có tính ứng dụng cao. Ngày này một số công nghệ xử lý nước thải mới được đưa ra dựa trên nguyên lý hoạt động của bể AO như công nghệ AO kết hợp màng lọc sinh học MBR hay sử dụng các giá thể vi sinh vật sinh trưởng dính bám MBBR [24]. 1.3. Tổng quan về công nghệ keo tụ điện hóa 1.3.1. Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa Phương pháp keo tụ tạo bông là một phương pháp hóa lý được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải nhằm xử lý màu nước, loại bỏ các chất rắn ở dạng lơ lửng, chất hòa tan bằng các chất keo tụ (phèn nhôm) Al2(SO4)3 hoặc phèn sắt FeCl3 hay FeSO4 và các chất trợ keo tụ như polymer, PAC tạo nên những bông cặn có kích thước lớn sẽ lắng xuống đáy. Trong khi keo tụ hóa học sử dụng trực tiếp các chất keo tụ như: Al2(SO4)3, FeSO4, FeCl3 cho vào trong nước để tạo nên những bông cặn có kích thước lớn lắng xuống đáy thì keo tụ điện hóa là quá trình điện hóa học, sử dụng dòng điện để ăn mòn điện cực dương (thường là nhôm hoặc sắt) để giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+ hoặc Fe3+) vào trong môi trường nước thải. Keo tụ điện hóa là một phương pháp điện hóa trong xử lý nước thải, 22
  31. trong đó dưới tác dụng của dòng điện thì các điện cực dương (thường sử dụng là Nhôm hoặc Sắt) sẽ bị ăn mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+ hoặc Fe3+) vào trong môi trường nước thải, kèm theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọt khí ở cực âm (Hold, Barton và Mitchell, 2004). Đặc điểm của phương pháp keo tụ điện hóa Theo Ramesh Babu, Bhadrinarayana, Meera Sheriffa BegumAnantharaman (2006), phương pháp keo tụ điện hóa có các đặc điểm sau đây: - Dòng điện được sử dụng trong phương pháp keo tụ điện hóa là dòng điện một chiều. - Các điện cực dương được sử dụng thường là bằng nhôm hoặc sắt. Tùy vào giá trị pH và đặc tính của nước thải ở từng trường hợp cụ thể mà xác định xem điện cực nào là cực dương, điện cực nào là cực âm. - Thời gian lưu nước, cường độ dòng điện, hiệu điện thế và hiệu suất vận hành của bể có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau. - 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. - Bể keo tụ điện hóa có thể hoạt động trong điều kiện là nạp nước thải đầu vào liên tục hoặc hoạt động trong điều kiện nước thải chỉ được nạp một lần (theo mẻ). Theo Hold, Barton và Mitchell (2004), keo tụ điện hóa là phương pháp giao thoa của ba quá trình: điện hóa học, tuyển nổi điện phân và keo tụ. 1.3.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể keo tụ điện hóa Bể keo tụ điện hoá có thể hoạt động trong cả hai điều kiện nạp nước là liên tục và theo mẻ. 23
  32. 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 1.4. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ 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 hoặc sắt thì quá trình này sẽ giải phóng ra các cation ( Fe2+, Fe3+ hoặc Al3+). Các cation này sẽ di chuyển vào trong môi trường nước thải. Fe(II) được chuyển thành Fe(III), Fe(III) cùng với Al(III) bị thủy phân tạo ra chất kết tủa kéo theo các hạt lơ lửng có kích thước nhỏ lắng xuống tạo ra bông cặn có kích thước lớn hơn. 3+ + Al + 3H2O = Al(OH)3 + 3H (1) 2+ + Fe + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H (2) 3+ + Fe + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H (3) Al mang bản chất lưỡng tính, cho phèn Al vào pH giảm: 24
  33. - pH càng thấp: AlO2 tạo thành muối, phản ứng (1) không xảy ra pH cao: thì có xu hướng chống lại không tạo kết tủa Al mà tạo muối - AlO2 . Vì thế cần một nồng độ pH thích hợp. * Đối với dung dịch nước rỉ rác có pH = 5 – 7, khi điện phân do sự thoát khí O2 trên anot, H2 trên catot, nhôm ion bị thủy phân nên pH dung dịch thấp, 2+ + 3+ thành phần chủ yếu là Al(OH) và Al(OH)2 ngoài ra còn có Al và Al(OH)3. Nếu dung dịch có tính axit, hàm lượng phức hydroxo tích điện dương khá cao, chúng nằm phân tán, chậm liên kết lại để tạo hạt keo lớn hơn. * Khi tăng pH > 6, ion Al3+ vừa hình thành sẽ bị thủy phân hoàn toàn, phức 2+ hydroxo Al(OH) , Al(OH)2+ tiếp tục thủy phân, sản phẩm thủy phân là Al(OH)3. Đến pH = 7 – 8, Al(OH)3 đạt nồng độ cực đại. Như vậy khi tăng pH, hàm lượng các hạt keo dương giảm dần, các sản phẩm thủy phân dễ liên kết lại với nhau hơn tạo thành các hạt keo lớn hơn. Thứ tự các phản ứng thủy phân như sau: 3+ 2+ + Al .6H2O + H2O → Al(OH) .5H2O + H3O 2+ + Al(OH) .5H2O + H2O → Al(OH)2 + 4H2O + H3O 3+ + Al .6H2O + 2H2O → Al(OH)2 + 4H2O + 2H3O Al(OH)2 + 4H2O + H2O → Al(OH)3.3H2O + H2O Trong quá trình điện phân, pH của lớp dung dịch sát anot giảm dần do tạo ra keo nhôm và thoát O2 nên các hydroxo tích điện dương có độ phân tán cao. Trong điện trường, H+ chuyển về catot sẽ trung hòa các ion OH- chuyển từ catot sang anot, giúp cho quá trình thủy phân hình thành các hydroxo dễ dàng. Trong khoảng pH = 5,7 – 7,0 các thành phần chính là Al(OH)2+, + Al(OH)2 và Al(OH)3. Tăng pH và thời gian điện phân, các phân tử đó liên 25
  34. kết tạo các hạt đa nhân [2]. 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. 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa Do bể keo tụ điện hoá là phương pháp giao thoa giữa ba phương pháp: keo tụ - điện hoá học - tuyển nổi điện phân nên các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa sẽ tương đồng với các bể ở trên. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của bể keo tụ điện hoá: + Thành phần hóa học của nước thải: các loại nước thải có thành phần như dầu, mỡ cao thì hiệu suất xử lý cao. + Vật liệu các điện cực: (tan hoặc không tan) tốt nhất là các điện cực dương bằng nhôm hay sắt, còn điện cực âm thì là kim loại khác nhôm hoặc sắt và phải đứng sau nhôm hoặc sắt trong dãy điện hóa. + Khoảng cách giữa các điện cực. + 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. Đối với trường hợp cực tan là sắt thì phản ứng xảy ra khi pH > 3,5 26
  35. và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5,5 - 6,5. + 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 cực tan là nhôm vào khoảng 20 – 40oC, tốt nhất là 35 – 40oC . Đối với cực tan là sắt thì khi thuỷ phân ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ, vì vậy nhiệt độ của nước gần bằng 0oC vẫn có thể dùng phèn sắt làm chất keo tụ. 1.3.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa Phương pháp keo tụ điện hoá có các ưu điểm sau: + Thiết bị dùng trong bể keo tụ điện hóa rất đơn giản, dễ dàng vận hành. + 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. + 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. Bên cạnh đó phương pháp này cũng có một số nhược điểm: + Điện cực dùng lâu sẽ bị các mảng kết tủa và oxi hóa bám lên bề mặt, làm 27
  36. giảm hiệu suất của quá trình keo tụ điện hóa. Đồng thời điện cực dễ bị ăn mòn do dòng điện, nên sau một khoảng thời gian cần thay thế điện cực. 1.3.5. Ứng dụng của keo tụ điện hóa trong xử lý môi trường 1.3.5.1. Ứng dụng keo tụ điện hóa để xử lý nước ô nhiễm ở trong nước Nhìn chung tình hình nghiên cứu phương pháp keo tụ điện hóa trong xử lí nước ô nhiễm ở nước ta còn chưa được phổ biến, chỉ có một số công trình nghiên cứu tiêu biểu như: 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 [2]. 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”, 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 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 [6]. 28
  37. 1.3.5.2. Ứng dụng keo tụ điện hóa để xử lý nước ô nhiễm ở ngoài nước Theo các kết quả nghiên cứu của Ilhan và cộng sự, Khandega và Saroha, sự tăng độ dẫn điện của dung dịch điện phân sẽ tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ và giảm thời gian xử lý bằng keo tụ điện hóa. Như vậy, trong quá trình keo tụ điện hóa bao gồm rất nhiều các hiện tượng hóa lý, các phản ứng hóa học khác nhau. Sự kết hợp các hiện tượng khác nhau này làm cho quá trình loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong nước rất hiệu quả. Ngoài ra keo tụ điện hóa cũng loại bỏ hiệu quả các chất có phân tử lượng lớn, là các chất thường có mặt trong nước rỉ rác, rất khó bị phân hủy bằng các quá trình sinh học. 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: Butler và cộng sự [9] đã chỉ ra rằng keo tụ điện hóa có khả năng xử lí màu, nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) đạt hiệu quả cao và quy trình xử lí nhanh hơn, hiệu quả hơn phương pháp keo tụ hóa học truyền thống; ít tốn kém hơn so với các phương pháp xử lí khác như tia cực tím (UV) và ozone. Do đó phương pháp keo tụ điện hóa có thể được sử dụng để xử lí các loại nước thải của nhiều lĩnh vực, bao gồm cả công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt. Shruthi và cộng sự [17] 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 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 29
  38. như keo tụ hóa học. Nhóm nghiên cứu của Yang [21] đã nghiên cứu xử lí độ đục của dầu tổng hợp bằng phương pháp keo tụ điện hóa sử dụng điện cực sắt kim loại. Bằng cách thêm NaCl nồng độ100 mg/l vào để tăng độ dẫn ion và ngăn chặn sự thụ động của các điện cực sắt, các giọt dầu được hấp thụ vào các hydroxit sắt cao phân tán và Fe(OH)3 kết tủa. Bùn giàu dầu mỏ tạo ra trong các hoạt động sau đó được thả nổi lên trên bề mặt tạo thành một lớp màng được loại vớt bỏ. Quá trình xử lí làm giảm độ đục của nhũ tương từ 1800 xuống còn 60 đơn vị FAU mất khoảng 4 phút. Điện phân liên tục với cường độ dòng điện 2A và lưu lượng 320 ml/phút, sau xử lí độ đục giảm xuống mức dưới 14 FAU. Kuokkanen và cộng sự [14] đã nghiên cứu xử lý nước thoát ra từ các bãi than bùn chứa các hợp chất humic bằng phương pháp keo tụ điện hóa, sử dụng các điện cực Fe, Al và thép không gỉ. Kết quả: Photpho tổng, các chất lơ lửng, các chất màu bị loại bỏ hoàn toàn, trong khi Nitơ tổng loại bỏ 33-41%, COD là 75-90% còn COD/TOC là 62-75%. Ezechi và cộng sự [10] 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. Fajardo và cộng sự [11] đã nghiên cứu loại bỏ các hợp chất phenol khỏi nước thải bằng quá trình keo tụ điện hóa sử dụng điện cực Zn. Ở các điều kiện tối ưu: pH nước thải 3,2; mật độ dòng điện 250A/m2, khoảng cách giữa 2 điện cực là 1,0 cm, bổ sung 1,5 g/l dung dịch NaCl có thể loại bỏ khoảng 84,2% các hợp chất phenol, 40,3% COD ra khỏi nước thải. Nhóm tác giả cũng đánh giá mức độ tiêu thụ năng lượng cho việc xử lý là khoảng 24 kWh/m3. 30
  39. Un và cộng sự [20] đã nghiên cứu loại bỏ các ion F- trong nước và nước thải bằng phương pháp keo tụ, kết quả cho thấy khả năng loại bỏ F- bằng điện cực Al cao hơn khi sử dụng điện cực Fe do có sự tạo thành phức - AlnFm(OH)(3n-m). Việc loại bỏ F có thể được cải thiện bằng cách tăng mật độ dòng điện, pH giữ ở mức ~ 6 và để giảm mức tiêu thụ năng lượng có thể bổ sung Na2SO4 để tăng độ dẫn điện của dung dịch. Tuy nhiên sự bổ sung muối này lại làm giảm hiệu suất xử lý F-. Việc loại bỏ F- khỏi nước để đạt tiêu chuẩn của WHO (1,2 mg/l) và năng lượng tiêu thụ tương đối thấp, thời gian xử lý cần 5 phút. 31
  40. CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm - Hóa chất: sử dụng axit H2SO4 và bazơ NaOH để điều chỉnh pH của nước rỉ rác phù hợp với điều kiện của từng thí nghiệm. - Dụng cụ thí nghiệm: Sử dụng bình định mức 1000 ml, 25ml, 50ml; pipet 10ml, 5ml, 2ml, 1ml; cốc thủy tinh; bình đựng nước cất; bình tia; quả bóp; thiết bị đun cách thủy và máy trắc quang. 2.2. Hệ thí nghiệm keo tụ điện hóa 2.2.1. Sơ đồ hệ thiết bị thí nghiệm - Thí nghiệm được tiến hành trên mô hình keo tụ điện hóa bao gồm: + Máy khuấy từ gia nhiệt (AHYQ, model 85-2, Trung Quốc) có tác dụng tạo sự vận chuyển liên tục của dung dịch trong quá trình điện phân. Hình 2.1. Máy khuấy từ gia nhiệt (AHYQ, model 85-2, Trung Quốc) 32
  41. + Nguồn điện một chiều Hình 2.2. Nguồn một chiều (DC REULATED POWER SUPPLY - QJ3020S – 0 ~ 30V 20A) Nguồn điện sử dụng là nguồn một chiều được lấy từ thiết bị chỉnh dòng có khả năng điều chỉnh được các giá trị điện áp và cường độ dòng điện. Dòng điện vào là dòng xoay chiều 220V, dòng ra có thể điều chỉnh và là dòng một chiều. Giới hạn điều chỉnh điện áp và cường độ dòng của nguồn một chiều là 30V/20A. + Các điện cực được sử dụng bằng nhôm (có thành phần chính khoảng 99,5% Al; 0,5% của Si, Fe, Zn ) có kích cỡ 10x11 cm, dày 4mm. 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. + Kẹp điện cực (4 cặp) Hình 2.3. Kẹp điện cực 33
  42. + Bể keo tụ điện hoá có thể hoạt động trong điều kiện là nạp nước thải đầu vào liên tục hoặc hoạt động trong điều kiện nước thải chỉ được nạp một lần (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 bằng thủy tinh hữu cơ trong suốt. Mẫu nước rỉ rác được dùng cho thí nghiệm: Lấy 900 ml nước rỉ rác đem pha loãng 2 lần, dung tích nước mẫu sau khi pha loãng được dùng cho hệ thí nghiệm là 1,8L. Hình 2.4. Sơ đồ thiết kế bể keo tụ điện hóa 34
  43. Hình 2.5. Hệ thống thí nghiệm bể keo tụ điện hóa Trong các thí nghiệm keo tụ điện hóa, điện cực được dùng là các tấm bằng nhôm với số lượng điện cực là 4 điện cực mỗi loại: Đây là loại điện cực rẻ tiền, dễ kiếm, có thể sử dụng dòng điện để ăn mòn điện cực dương để giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ là Al3+ vào trong môi trường nước thải: Al Al3+ + 3e- Các cation được tạo thành sẽ phản ứng với các ion OH- có mặt trong nước hình thành các hydroxit nhôm theo PTPƯ sau: 3+ - Al + 3OH Al(OH)3 Ở catot xảy ra quá trình oxy hóa nước tạo thành các bọt khí Hydro: - - H2O + 2e H2 + 2OH Các hydroxit kim loại này sẽ tham gia vào các phản ứng polymer hóa, 2+ 4+ 4- 3+ tạo ra các phức: Al(OH) , Al2(OH)2 , Al(OH) , Al6(OH)15 Các polyme này có thể loại bỏ các chất ô nhiễm tan và không tan bởi quá trình hấp phụ, tạo phức hay kết tủa. 35
  44. 2.2.2. Tiến hành thí nghiệm Đối tượng thí nghiệm: nước rỉ rác được lấy từ khu liên hợp xử lý chất thải rắn Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội. Đặc điểm nước rỉ rác: Màu nâu đen, mùi hôi, nhiều chất rắn lơ lửng. * Chuẩn bị: Mẫu nước rỉ rác được lấy từ khu liên hợp xử lý chất thải rắn Nam Sơn được bảo quản trong tủ lạnh. Trước lúc tiến hành thí nghiệm thì lấy mẫu và ngâm bình đựng mẫu vào nước 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 1800 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 (Al), một bên là điện cực âm (Al). 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 tốc độ 200 rm 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. 2.3. Các nội dung nghiên cứu Trong đề tài này các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý Nitơ trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa được nghiên cứu là: Ảnh hưởng cường độ dòng điện, ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực và ảnh hưởng của pH. Hiệu quả của quá trình xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa 36
  45. được đánh giá thông qua giá trị hiệu suất khoáng hóa H (%) : - - + Trong đó: Ccòn lại: là nồng độ(mg/l) của dung dịch (NO2 , NO3 , NH4 ) tại thời điểm t. - - + Cban đầu: là nồng độ (mg/l) của dung dịch (NO2 , NO3 , NH4 ) trước khi thực hiện phản ứng keo tụ điện hóa. 2.3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian Đánh giá ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian 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 NO2 , NO3 , NH4 bằng phương pháp đo quang. Ta tìm được Itối ưu và ttối ưu. 2.3.2. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực Theo như các nghiên cứu về bể keo tụ điện hóa thì kim loại được sử dụng làm điện cực thường là nhôm hoặc sắt. Tuy nhiên đối với tùy từng loại nước thải mà người ta sử dụng các kim loại làm điện cực khác nhau. Ở thí nghiệm này sẽ tiến hành với điện cực là kim loại nhôm (1 cặp) để xác định hiệu quả xử lý Nitơ trong nước rỉ rác. Mẫu được lấy trước và trong quá trình điện phân với thời gian điện phân là ttối ưu , khoảng cách điện cực là 1, 3, 5, 7 cm, cường độ dòng điện Itối ưu, nhiệt độ phòng thí nghiệm, pH = 8, V = 1,8L; nước rác pha loãng 2 lần. Sau - - + đó tiến hành phân tích Nitơ (NO2 , NO3 , NH4 ) bằng phương pháp đo quang. 2.3.3. Ảnh hưởng của pH Đánh giá ảnh hưởng của cường độ dòng điện tới khả năng xử lý của quá trình bằng cách tiến hành các thí nghiệm với pH khác nhau: pH= 4, 5, 6, 37
  46. 7, 8, 9, 10. Điều kiện thí nghiệm thực hiện ở Itối ưu, thời gian ttối ưu, nhiệt độ phòng thí nghiệm, V=1,8L; nước rác được pha loãng 2 lần. Mẫu được lấy trước và trong quá trình điện phân với thời gian điện - - + phân ttối ưu ; sau đó tiến hành phân tích Nitơ (NO2 , NO3 , NH4 ) bằng phương pháp đo quang. 2.4. Phương pháp phân tích chỉ tiêu Nitơ trong mẫu thu được sau khi xử lý bằng công nghệ keo tụ điện hóa Phân tích một số chỉ tiêu để đánh giá chất lượng nước: Nitrit, Nitrat, Amoni 2.4.1. Xác định Nitrit 2.4.1.1. Phương pháp xác định Nitrit * Phạm vi áp dụng Phương pháp này áp dụng xác định hàm lượng ion Nitrit đối với tất cả các loại nước mẫu nước - Phương pháp áp dụng với mẫu nước có hàm lượng NO2 nằm trong - khoảng 0.002 mgN/l – 0.25 mgN/l, mẫu nước có hàm lượng NO2 lớn hơn 0.25 mgN/l cần pha loãng mẫu trước khi phân tích. * Tiêu chuẩn trích dẫn TCVN 6178:1996 * Nguyên tắc phương pháp Phản ứng của Nitrit trong mẫu thử với thuốc thử 4-Aminobenzen Sunfonamid với sự có mặt của axit Photphoric để tạo muối diazo, muối này sẽ tạo thuốc nhuộm màu hồng với N-(1 Naphtyl)-1,2- Diamonietan Dihdroclorua (được thêm vào bằng thuốc thử 4-Aminobenzen Sunfonamid), độ hấp thu quang của dung dịch được đo ở bước sóng ở 540 nm. 38
  47. 2.4.1.2. Cách tiến hành * Thiết bị, dụng cụ: máy trắc quang; bình định mức 25ml; pipet; bình đựng nước cất; quả bóp. * Lấy mẫu và bảo quản mẫu Các mẫu thí nghiệm được lấy vào các chai thủy tinh và phải tiến hành phân tích càng sớm càng tốt ngay sau khi lấy mẫu. Có thể bảo quản mẫu bằng o o cách thêm 2mL H2SO4 trong khoảng nhiệt độ từ 2 C đến 5 C, nhưng phải kiểm tra để khẳng định đối với mỗi loại mẫu. * Hóa chất Thuốc thử I: p-Aminbenzen Sunfonic: 0,5g/50 ml + 5ml H3PO4 Thuốc thử II: Naphtyamin: 0,3g/50 ml + 0,5ml HCl * Cách tiến hành thí nghiệm: Trước khi lấy mẫu phải lọc mẫu để loại bỏ cặn vì có cặn thì sẽ ảnh hưởng đến độ hấp thụ màu. Tráng rửa sạch bình định mức - Lấy thể tích mẫu phù hợp cho vào bình định mức 25ml - Thêm 0,25ml dung dịch thuốc thử I - Thêm 0,25ml dung dịch thuốc thử II - Định mức tới 25ml - Đo trên máy trắc quang ở bước sóng 520nm. Pha mẫu trắng: thay mẫu phân tích bằng nước cất và tiến hành tương tự. 2.4.1.3. Dựng đường chuẩn và tính toán kết quả Từ kết quả đo độ hấp thụ quang tại các giá trị nồng độ khác nhau ta xây dựng được đường chuẩn của chỉ tiêu Nitrit cho phương pháp đo quang như sau: 39
  48. Bảng 2.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau Độ hấp thụ quang 0 0,019 0,108 0,43 1,047 2,131 (Abs) Nồng độ (CN-NH4) 0 0,1 1 4 10 20 Trên cơ sở kết quả này, đường chuẩn được xây dựng như dưới hình 2.6, với hệ số tương quan R2 = 0,999. Do đó có thể sử dụng phương pháp đo quang để phân tích Nitrit trong dải nồng độ mg/l. - Phương trình đường NO2 phương pháp đo quang là: y = 9,4277x – 0,0225 Trong đó: x: Biểu diễn giá trị của độ hấp thụ quang (Abs) trên đồ thị - y: Biểu diễn giá trị nồng độ NO2 trên đồ thị - Hình 2.6. Đường chuẩn của phương pháp phân tích nồng độ NO2 bằng đo quang 2.4.2. Xác định Nitrat 2.4.2.1. Phương pháp xác định Nitrat. * Phạm vi áp dụng 40
  49. Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định ion Nitrat trong nước. Phương pháp này thích hợp phân tích mẫu nước thô, nước thải và nước sinh hoạt. * Tiêu chuẩn trích dẫn TCVN 6180: 1996 (ISO 7890: 1988) * Nguyên tắc phương pháp Xác định độ hấp thụ quang của hợp chất màu vàng được hình thành bởi phản ứng của axit Sunfosalixylic (hình thành do việc thêm Natri Salixylat và axit Sunfuric vào mẫu thử) với Natri và tiếp theo xử lý với kiềm. Dinatri Dihidro Etylendinitrilotetraaxetat (EDTANa) được thêm vào với kiềm để tránh kết tủa của các muối Canxi và Magie. Đo độ hấp thu của dung dịch ở bước sóng 415nm. * Yếu tố ảnh hưởng Khoảng nồng độ của các chất thường gặp trong các mẫu nước đã được kiểm tra về khả năng gây nhiễu đối với phương pháp này. Các yếu tố gây cản trở chính đối với phương pháp là clorua, octophotphat, magie và mangan. 2.4.2.2. Cách tiến hành * Thiết bị, dụng cụ: máy trắc quang; cốc thủy tinh 50ml, 100ml; pipet 10ml, 5ml, 3ml, 2ml, 1ml; bình định mức 25ml, 50ml, 100ml, 1000ml; quả bóp, bình đựng nước cất, bình tia, thiết bị đun cách thủy. * Lấy mẫu và bảo quản mẫu Các mẫu thí nghiệm được lấy vào các chai thủy tinh và phải tiến hành phân tích càng sớm càng tốt ngay sau khi lấy mẫu. Có thể bảo quản mẫu bằng o o cách thêm 2ml H2SO4 trong khoảng nhiệt độ từ 2 C đến 5 C, nhưng phải kiểm tra để khẳng định đối với mỗi loại mẫu. * Hóa chất Axit Sunfuric, H2SO4 1,8 g/ml 41
  50. Dung dịch H2SO4 98%, d = 1.84g/ml Dung dịch Natri Salixylat Dung dịch Natri Salixylat, HO-C6H4-COONa 10g/l: hòa tan 1g ± 0,1g HO-C6H4-COONa trong 100ml nước. Bảo quản dung dịch trong chai thủy tinh hoặc chai polyetylen. Chuẩn bị dung dịch mới trong ngày làm thí nghiệm. Dung dịch Dinatri Dihidro Etylendinitrilotetraaxetat (EDTANa) Hỗn hợp dung dịch NaOH 200g/l và EDTANa 50g/l: Tiến hành hòa tan cẩn thận 200g ±2g NaOH dạng hạt trong 800ml nước, thêm 50g±0.5g Dinatri DihidroEtylendinitrilotetraaxetat(EDTANa:[CH2N(CH2COOH)CH2COONa]2 .2H2O) hòa tan. Để nguội nhiệt độ phòng thêm nước đến 1 lít. Bảo quản trong chai polyetylen. Thuốc thử này bền trong thời gian dài. * Cách tiến hành thí nghiệm Trước khi lấy mẫu phải lọc mẫu để loại bỏ cặn vì có cặn thì sẽ ảnh hưởng đến độ hấp thụ màu. Tráng rửa sạch bình định mức. - Lấy 1ml mẫu đã lọc cho vào cốc 50ml - Thêm 1ml Natrisalyxilat vào mỗi cốc. -Tiến hành đun cách thủy cho đến khi nước trong cốc bốc hơi hết ta thu được cặn. Trong giai đoạn cuối của quá trình nước bốc hơi, phải chú ý tránh không để cặn bị cháy. 42
  51. Hình 2.7. Thí nghiệm đun cách thủy mẫu - Để cho cặn nguội, thêm từ từ vào mỗi cốc 1ml dung dịch H2SO4 đặc, lắng đều sao cho cặn tan hết, sau đó để yên trong 10 phút cho phản ứng xảy ra. - Cho thêm 10 ml EDTA vào các cốc, chuyển hết mẫu sang các bình định mức 25 ml, định mức tới 25ml. Pha mẫu trắng: Thay 1ml mẫu phân tích bằng 1ml nước cất và tiến hành tương tự như mẫu môi trường. Hình 2.8. Mẫu được chuyển sang bình định mức 25 ml 43
  52. - Để khoảng 20 phút rồi đem đi đo trên máy trắc quang ở bước sóng 415nm. Hình 2.9. Hình ảnh Cuvet và máy trắc quang 2.4.2.3. Dựng đường chuẩn và tính toán kết quả Từ kết quả đo độ hấp thụ quang tại các giá trị nồng độ khác nhau ta xây dựng được đường chuẩn của chỉ tiêu Nitrat cho phương pháp đo quang như sau: Bảng 2.2. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau Độ hấp thụ quang 0 0.018 0.052 0.141 0.33 0.637 (Abs) Nồng độ (CN-NO3) 0 0.1 1 4 10 20 Trên cơ sở kết quả này, đường chuẩn được xây dựng như dưới hình 2.12, với hệ số tương quan R2 = 0,9992. Do đó có thể sử dụng phương pháp đo quang để phân tích Nitrat trong dải nồng độ 0 – 20 mg/L. - Phương trình đường chuẩn NO3 cho phương pháp đo quang là: y = 31.886x – 0.4102 Trong đó: x: Biểu diễn giá trị của độ hấp thụ quang (Abs) trên đồ thị - y: Biểu diễn giá trị nồng độ NO3 trên đồ thị 44
  53. - Hình 2.10. Đường chuẩn của phương pháp phân tích nồng độ NO3 bằng đo quang. 2.4.3. Xác định Amoni 2.4.3.1.Phương pháp xác định *Phạm vi áp dụng Phương pháp này có thể áp dụng để phân tích nước sinh hoạt và hầu hết nước thải và nước thô. Phương pháp cho phép xác định Amoni tính theo Nitơ tới hàm lượng < 1 mg/l. * Tiêu chuẩn trích dẫn TCVN 6179-1:1996 (ISO 7150-1:1984) *Nguyên tắc phương pháp Đo phổ ở bước sóng khoảng 672 nm của hợp chất màu xanh được hình thành bởi phản ứng của Amoni với Salixylat và ion Hypoclorit có sự tham gia của Natri Nitrosopentaxyano, Sắt (III) Taxyano, Sắt (III) (Natri Nitroprusiat). *Yếu tố ảnh hưởng - Độ đục của mẫu: để loại bỏ yếu tố ảnh hưởng này trước khi phân tích ta 45
  54. phải lọc mẫu trước khi phân tích. - Ion Ca2+, Mg2+: Do phản ứng tạo phức xảy ra trong môi trường kiềm nên các ion Ca2+, Mg2+có thể tạo ra kết tủa nếu chúng có mặt ở nồng độ cao. Natri xitrat có trong thuốc thử sẽ loại trừ cản trở của các cation này. 2.4.3.2. Cách tiến hành *Thiết bị, dụng cụ: Máy trắc quang; bình định mức 25ml, 50ml; pipet 1ml, 2 ml; bình đựng nước cất, bình tia, quả bóp cao su *Lấy mẫu và bảo quản mẫu Các mẫu thí nghiệm được lấy vào các chai thủy tinh và phải tiến hành phân tích càng sớm càng tốt ngay sau khi lấy mẫu. Có thể bảo quản mẫu bằng o o cách thêm 2ml H2SO4 trong khoảng nhiệt độ từ 2 C đến 5 C, nhưng phải kiểm tra để khẳng định đối với mỗi loại mẫu. *Hóa chất - Thuốc thử màu (Thuốc thử 1) Hòa tan 130g Natrisalixylat (C7H6O3Na) và 130g Natrixytrat ngậm 2 phân tử nước (C6H5O7Na3.2H2O) trong bình định mức 1000 ml. Thêm một lượng nước vừa đủ để cho tổng thể tích chất lỏng khoảng 950ml. Sau đó thêm 0.97g Natrinitrosopentaxyano Sắt(III) ngậm 2 phân tử nước (Natri Nitroprusiat: {Fe(CN)5NO}Na2.2H2O)vào dung dịch. Hòa tan chất rắn trong dung dịch. Sau đó định mức tới vạch. Bảo quản trong lọ thủy màu hổ phách, thuốc thử bền ít nhất trong 2 tuần. - Thuốc thử dung dịch Natridiclorosoxyanurat (Thuốc thử 2) Hòa tan 32g Natrihydroxit trong 500ml. Làm nguội dung dịch đến nhiệt độ phòng và thêm 2g Natridiclorosoxyanurat ngậm 2 phân tử nước (C2N2O3Cl2Na2.H2O) vào dung dịch. Hòa tan chất rắn và chuyển toàn bộ dung dịch sang bình định mức dung tích 1000ml thêm nước và định mức tới vạch. Bảo quản trong lọ thủy tinh màu hổ phách. Thuốc thử này ổn định ít nhất 46
  55. trong 2 tuần. *Cách tiến hành thí nghiệm Trước khi lấy mẫu phải lọc mẫu để loại bỏ cặn vì có cặn thì sẽ ảnh hưởng đến độ hấp thụ màu. - Tráng rửa bình định mức bằng nước cất. - Lấy 1ml mẫu cần phân tích đã lọc bỏ cặn cho vào bình định mức 50ml, định mức tới 50ml bằng nước cất. - Sau đó lấy 1ml từ bình định mức 50ml trên vào bình định mức 25ml. - Thêm 2ml thuốc thử 1 + 2ml thuốc thử 2. Định mức tới 25ml. Để ít nhất 60 phút sau đó đem so màu ở bước sóng 672nm trên máy trắc quang. Pha mẫu trắng: Thay mẫu phân tích bằng nước cất và tiến hành tương tự Hình 2.11. Màu của amoni sau 60 phút. 2.4.3.3. Dựng đường chuẩn và tính toán kết quả Từ kết quả đo độ hấp thụ quang tại các giá trị nồng độ khác nhau ta xây dựng được đường chuẩn của chỉ tiêu Amoni cho phương pháp đo quang như sau: 47
  56. Bảng 2.3. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau Độ hấp thụ quang 0 0,079 0,15 0,309 0,626 0,767 (Abs) Nồng độ (CN-NH4) 0 0,1 0,2 0,4 0,8 1 Trên cơ sở kết quả này, đường chuẩn được xây dựng như dưới hình 2.11, với hệ số tương quan R2 = 0,999. Do đó có thể sử dụng phương pháp đo quang để phân tích Amoni trong dải nồng độ mg/L. + Phương trình đường NH4 phương pháp đo quang là: y = 1,2936x + 0,0003 Trong đó: x: Biểu diễn giá trị của độ hấp thụ quang (Abs) trên đồ thị + y: Biểu diễn giá trị nồng độ NH4 trên đồ thị + Hình 2.12. Đường chuẩn của phương pháp phân tích nồng độ NH4 bằng đo quang 48
  57. CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Để đưa ra được các lựa chọn khách quan trong việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Nitơ của nước rỉ rác bằng quá trình keo tụ điện hóa. Các yếu tố được tiến hành nghiên cứu là cường độ dòng điện, thời gian, pH và khoảng cách điện cực. Trước tiên các thí nghiệm được tiến hành dựa trên hai yếu tố cường độ dòng điện và thời gian. Thực nghiệm thực hiện trên vật liệu làm điện cực nhôm. Từ kết quả tương quan đó ta sẽ lựa chọn ra được giá trị cường độ dòng điện và thời gian lưu nước phù hợp của các yếu tố đối với hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa. Tiến hành thí nghiệm, đầu tiên khi dùng 2 điện cực trong cùng một bể phản ứng sau đó cho dòng điện một chiều đi qua thì tại cực âm sẽ xảy ra phản ứng khử còn cực dương sẽ xảy ra phản ứng oxi hóa. Quá trình đó nước thải đang được điện phân tạo nên các bọt khí. Các bọt khí oxi được tạo nên bởi điện cực dương và khí hidro được tạo nên bởi điện cực âm sẽ nổi lên và bám vào các hạt chất rắn lơ lửng tạo lực nâng chúng lên bề mặt và tạo thành lớp váng. Theo thời gian điện phân thì các bọt khí sinh ra càng nhiều khiến lớp váng càng dày, tức là các chất rắn lơ lửng trong nước thải sẽ nổi hết lên bề mặt và được gạt đi. Trong quá trình điện hóa, dưới tác dụng của dòng điện thì các điện cực dương (được dùng là nhôm) sẽ được ăn mòn và giải phóng ra chất có khả năng keo tụ là cation Al3+ vào trong môi trường nước thải. 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý Nitơ Vì hàm lượng Nitrit trong mẫu nước rỉ rác rất thấp (dưới mức TCVN 6179:1996), nên ta chỉ tiến hành phân tích Nitrat và Amoni. - 3.1.1. Hiệu suất xử lý NO3 Tại các thời điểm khác nhau và cường độ dòng điện khác nhau, ta thu - được các kết quả từ việc phân tích NO3 thể hiện ở bảng 3.1. 49
  58. - Bảng 3.1. Nồng độ NO3 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các cường độ dòng điện khác nhau (mg/l) Thời gian (phút) I = 1 I = 2 I = 2.5 I = 3 I = 4 0 2.304 2.368 1.922 1.922 1.986 20 1.986 1.922 1.667 1.348 1.348 40 1.858 1.794 1.220 1.220 1.157 60 1.794 1.603 0.774 0.455 0.455 80 1.603 1.348 0.646 0.264 0.136 Hiệu suất xử lý Nitrat thể hiện ở hình 3.1. - Hình 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý NO3 Dựa vào bảng 3.1 ta thấy, thời gian điện phân càng lâu, hay cường độ - dòng điện tăng thì nồng độ NO3 đều giảm dần. Tuy nhiên mức giảm này không đồng đều ở từng khoảng thời gian với từng giá trị cường độ, nhưng không đáng kể. Điều này có thể là do lượng Nitrat trong nước rỉ rác rất nhỏ. Quan sát hình 3.1, ta thấy hiệu suất khoáng hóa dung dịch tăng dần theo thời gian và cường độ dòng điện. Điều này là hợp lí, vì theo định luật 50
  59. 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. Trong quá trình điện phân sẽ tạo nên các bọt khí. Các bọt khí O2 được tạo nên bởi điện cực dương và khí H2 được tạo nên bởi điện cực âm sẽ nổi lên và bám vào các hạt chất rắn lơ lửng tạo lực nâng chúng lên bề mặt và tạo thành lớp váng. Theo thời gian điện phân thì các bọt khí sinh ra càng nhiều khiến lớp váng càng dày, tức là các chất rắn lơ lửng trong nước thải sẽ nổi lên bề - mặt và được gạt đi. Như vậy, muốn đạt hiệu quả xử lí NO3 cao thì thời gian điện phân phải càng lâu. Tuy nhiên, khi điện phân quá lâu thì hiệu quả xử lí sẽ xấu do các keo bông bị phá vỡ. Đồng thời tăng thời gian điện phân sẽ làm nhiệt độ dung dịch tăng cao, tiêu tốn điện năng, tiêu hao điện cực anot nhôm. Vì vậy chọn thời gian điện phân và cường độ dòng điện thích hợp là điều kiện cần thiết phải khảo sát nhằm chọn điều kiện tối ưu cho quá trình xử lí nước thải. Hình 3.1 cho thấy, ở thời gian lưu 80 phút, I = 4A, thì hiệu suất đạt cao nhất là 93,14%. Tuy nhiên thời gian điện phân càng lớn sẽ gây tiêu tốn điện năng, phần tiêu hao điện năng thành nhiệt năng cũng tăng lên làm cho hiệu suất faraday giảm. Vì vậy, hiệu suất xử lí hiệu quả nhất chỉ trong một khoảng thời gian nhất định. Khi ta tăng cường độ dòng điện từ I = 3A tới I = 4A thì hiệu suất cũng tăng theo thời gian điện phân nhưng không đáng kể. Như khi ở thời gian điện phân 60 phút, hiệu suất tăng từ 76,32% đến 77,08% (tăng 0,76%). Do đó để giảm ăn mòn điện cực ta chọn điều kiện tối ưu là I = 3. Ta cũng nhận thấy, ở thời gian lưu từ 60 đến 80 phút, tại I = 3 hiệu suất tăng từ 76,32% đến 86,28%. Tuy nhiên dù hiệu suất xử lí có tăng nhưng thời gian điện phân càng lớn sẽ gây tiêu tốn điện năng, vì vậy chọn thời gian t = 60 phút là hợp lý. Từ những phân tích trên ta thấy ở khoảng thời gian lưu 60 phút và 51
  60. cường độ dòng điện 3A là lựa chọn phù hợp cho việc áp dụng xử lí chỉ tiêu Nitrat trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực nhôm. + 3.1.2. Hiệu suất xử lý NH4 Tại các thời điểm khác nhau và cường độ dòng điện khác nhau, ta thu + được các kết quả từ việc phân tích NH4 thể hiện ở bảng 3.2. + Bảng 3.2. Nồng độ NH4 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các cường độ dòng điện khác nhau (mg/l) Thời gian (phút) I = 1 I = 2 I = 2.5 I = 3 I = 4 0 1345.94 1309.72 1291.61 1232.11 1325.25 20 1273.50 1214.00 1198.47 1131.21 1157.08 40 1203.65 1146.73 1133.79 1004.43 1048.42 60 1157.08 1066.53 1038.07 880.25 913.88 80 1126.03 1030.31 1004.43 859.55 900.95 Hiệu suất xử lý Amoni thể hiện ở hình 3.2. + Hình 3.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý NH4 52
  61. Quan sát hình 3.2 ta thấy cũng giống như với phân tích chỉ tiêu Nitrat, với phân tích Amoni thì hiệu suất khoáng hóa của dung dịch cũng tăng dần theo thời gian và cường độ dòng điện. Từ thời điểm ban đầu đến t = 60 phút thì hiệu suất xử lí Amoni tăng nhanh (từ 0 → 32,02%, với I = 4A). Nhưng ở khoảng thời gian 60 – 80 phút thì hiệu suất tăng không đáng kể (từ 31,04% → 32,02%, tăng 0,98%). Tương tự với I = 3A và I = 4A thì hiệu suất dường như không thay đổi hoặc thay đổi ít. Do đó để tiết kiệm chi phí và giảm thiểu sự ăn mòn điện cực thì lựa chọn cường độ dòng điện 3A và thời gian 60 phút được lựa chọn. Như vậy, kết quả thí nghiệm cho thấy, cường độ dòng điện 3A và thời gian lưu 60 phút chính là điều kiện tối ưu cho quá trình keo tụ điện hóa điện cực nhôm. Kết quả lựa chọn này sẽ được sử dụng làm điều kiện thí nghiệm cho các thí nghiệm sau đó. 3.2. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến quá trình xử lí Nitơ - 3.2.1. Hiệu suất xử lý NO3 Tiến hành thí nghiệm với I = 3A, thời gian điện phân 60 phút và - khoảng cách điện cực khác nhau, thu được các kết quả từ việc phân tích NO3 thể hiện ở bảng 3.3. - Bảng 3.3. Nồng độ NO3 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l) Thời gian (phút) 1 cm 3 cm 5 cm 7 cm 0 2.013 2.300 2.587 2.842 60 0.546 0.674 0.929 1.024 Hiệu suất xử lý Nitrat khi khoảng cách điện cực khác nhau, thể hiện ở hình 3.3. 53
  62. - Hình 3.3. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NO3 + 3.2.2. Hiệu suất xử lý NH4 Tiến hành thí nghiệm với I = 3A, thời gian điện phân 60 phút và + khoảng cách điện cực khác nhau, thu được các kết quả từ việc phân tích NH4 thể hiện ở bảng 3.4. + Bảng 3.4. Nồng độ NH4 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l) Thời gian (phút) 1 cm 3 cm 5 cm 7 cm 0 830.79 816.56 936.87 909.70 60 606.04 662.62 790.69 753.18 Hiệu suất xử lý Amoni thể hiện ở hình 3.4. 54
  63. + Hình 3.4. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NH4 Để khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến quá trình xử lý nước thải ta tiến hành thí nghiệm ở các khoảng cách khác nhau, với 1 cặp điện cực đặt cách nhau 1, 3, 5, 7 cm. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý Nitrat và Amoni được thể hiện ở hình 3.3 và 3.4 cho thấy, khi khoảng cách điện cực tăng dần thì hiệu suất đều giảm dần. Với xử lý Amoni, khi tăng khoảng cách từ 5 → 7 cm thì hiệu suất xử lý tăng nhưng không đáng kể (từ 15,603% → 17,206%, tăng 1,603%). Khi khoảng cách giữa 2 điện cực là - 1cm, thì hiệu suất trong cả hai trường hợp đều đạt cao nhất (NO3 là 72,859% + và NH4 là 20,553%). Khoảng cách điện cực có vai trò quan trọng, vì dung dịch nước thải dẫn điện kém, điện thế trong dung dịch tăng theo khoảng cách điện cực. Sự thủy phân của ion nhôm tạo thành các phân tử keo tụ xảy ra theo chuỗi các 55
  64. phản ứng nối tiếp nên khoảng cách điện cực có vai trò quan trọng trong sự phân tán và phân bố của chất keo tụ trong toàn khối dung dịch, duy trì cơ chế trung hòa điện tích của quá trình keo tụ. Bên cạnh đó ta có điện dung C là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên 2 điện cực của bể keo tụ điện hóa. Điện dung phụ thuộc vào khoảng cách giữa 2 điện cực theo công thức: S C  d Trong đó: C: là điện dung ε: là hệ số điện môi của lớp cách điện (trong trường hợp này là dung dịch nước rỉ rác) S: diện tích của 2 điện cực d: khoảng cách giữa 2 điện cực. Ta có thể thấy khi εvà S không đổi thì điện dung C tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa 2 điện cực. Như vậy khi d càng nhỏ thì C càng lớn, hay điện tích được tích tụ ở 2 bề mặt điện cực càng lớn. Ở anot, Al sẽ bị ăn mòn nhiều hơn và tạo ra một lượng lớn Al3+. Các ion Al3+ tan vào dung dịch nước rỉ rác tạo ra các phức nhôm và cuối cùng tạo thành kết tủa Al(OH)3. Hiệu suất xử lý Nitrat và Amoni sẽ tăng lên. Còn ở catot, các ion H+ của dung dịch điện li di chuyển đến, tại đây chúng bị khử thành H2 tự do, sau đó thoát ra khỏi dung dịch. Như vậy, kết quả thí nghiệm cho thấy, trong cả xử lý Nitrat và Amoni thì khoảng cách điện cực bằng 1cm là điều kiện tối ưu cho hệ thống keo tụ điện hóa để áp dụng xử lý chỉ tiêu Nitrat và Amoni trong nước rỉ rác bằng điện cực nhôm. 3.3. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng xử lý Nitơ 56
  65. Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu quả xử lí Nitrat bằng keo tụ điện hóa, thực hiện quá trình keo tụ điện hóa dung dịch nước rỉ rác với điện cực nhôm dòng điện có cường độ I = 3A, thời gian 60 phút, nhiệt độ phòng thí nghiệm, V = 1,8l, mẫu nước rác được pha loãng 2 lần. Các giá trị pH dao động từ 4 – 10. - 3.3.1. Hiệu suất xử lý NO3 - Kết quả đo giá trị NO3 tại các thời điểm trước và sau quá trình keo tụ điện hóa ở các pH khác nhau được thể hiện trong bảng 3.5. - Bảng 3.5. Nồng độ NO3 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các điều kiện pH khác nhau (mg/l) Thời gian pH = 4 pH = 5 pH = 6 pH = 7 pH = 8 pH = 9 pH=10 (phút) 0 2.842 2.721 2.364 2.906 3.480 2.651 2.236 60 1.248 0.865 0.706 0.738 0.929 0.929 0.865 Hiệu suất xử lý Nitrat tại các pH khác nhau thể hiện ở hình 3.5. 57
  66. - Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NO3 Qua các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của pH sau 60 phút phản ứng - cho thấy, khi pH tăng từ 4 đến 7 thì hiệu suất xử lý NO3 tăng dần (từ 56,094% đến 74,614%). Trong khoảng pH = 7 – 8, hiệu suất thay đổi không nhiều (giảm 1,311%). Tuy nhiên khi pH tiếp tục tăng từ 8 đến 10 thì hiệu suất lại giảm. Điều này có thể giải thích do trong khoảng pH = 4 – 7, khi điện phân do sự thoát khí O2 trên anot, H2 trên catot, nhôm ion bị thủy phân nên pH 2+ + dung dịch thấp, thành phần chủ yếu là Al(OH) và Al(OH)2 ngoài ra còn có 3+ Al và Al(OH)3. Nếu dung dịch có tính axit, hàm lượng phức hydroxo tích điện dương khá cao, chúng nằm phân tán, chậm liên kết lại để tạo hạt keo lớn hơn. Khi tăng pH > 6, ion Al3+ vừa hình thành sẽ bị thủy phân hoàn toàn, 2+ + phức hydroxo Al(OH) , Al(OH)2 tiếp tục thủy phân, sản phẩm thủy phân là Al(OH)3. Đến pH = 7 – 8, Al(OH)3 đạt nồng độ cực đại. Như vậy khi tăng pH, hàm lượng các hạt keo dương giảm dần, các sản phẩm thủy phân dễ liên kết 58
  67. lại với nhau hơn tạo thành các hạt keo lớn hơn. Tiếp tục tăng pH = 8 – 10, dung dịch nước rỉ rác sẽ có môi trường bazơ - xu hướng tạo muối AlO2 nhiều hơn, làm cho lượng kết tủa Al(OH)3 bị giảm đi, hiệu suất xử lý Nitrat giảm. Vì vậy, có thể chọn pH = 7 – 8 để áp dụng xử lý Nitrat trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực nhôm. Bên cạnh đó, nước rỉ rác Nam Sơn có pH đầu vào khoảng bằng 8 nên chọn pH = 8 cho các quá trình tiếp theo để giảm chi phí hóa chất điều chỉnh pH. + 3.3.2. Hiệu suất xử lý NH4 + Kết quả đo giá trị NH4 tại các thời điểm trước và sau quá trình keo tụ điện hóa được thể hiện trong bảng 3.6. + Bảng 3.6. Nồng độ NH4 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các điều kiện pH khác nhau (mg/l) Thời gian pH = 4 pH = 5 pH = 6 pH = 7 pH = 8 pH = 9 pH=10 (phút) 0 1325.25 1348.53 1291.61 1309.72 1340.77 1296.79 1351.12 60 1151.90 1157.08 1066.53 1058.76 1053.59 1061.35 1126.03 Hiệu suất xử lý Amoni tại các pH khác nhau thể hiện ở hình 3.6. 59
  68. + Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NH4 + Kết quả thể hiện ở bảng 3.6 và hình 3.6 cho thấy, hiệu suất xử lý NH4 tăng trong khoảng pH = 4 – 8 (13,080% → 21,419%). Tại, pH = 8 hiệu suất đạt giá trị cao nhất (21,419%). Tuy nhiên hiệu suất lại giảm khi tăng pH = 9 – 10. Tương tự như đối với xử lý Nitrat, tại pH = 8 thì Al(OH)3 đạt nồng độ cực đại do sự thủy phân các phức của nhôm nên hiệu suất tại đó là cao nhất. + Khi pH 8, thì có xu hướng chống lại không tạo kết tủa Al mà - tạo muối AlO2 . Do đó lượng kết tủa Al(OH)3 rất ít nên hiệu suất xử lý Amoni không cao. Như vậy, chọn pH = 8 là điều kiện tối ưu cho hệ thống keo tụ điện hóa để áp dụng xử lý chỉ tiêu Amoni trong nước rỉ rác bằng điện cực nhôm. Và giá trị này cũng gần với giá trị pH tự nhiên của nước rỉ rác. 60
  69. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Sau quá trình nghiên cứu thu được các kết quả sau: 1. Đã đánh giá ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu quả của quá trình keo tụ điện hóa xử lí Nitơ trong nước rỉ rác ở các cường độ dòng điện từ 1A đến 4A. Kết quả cho thấy cường độ dòng điện càng cao và thời gian điện phân càng lâu thì hiệu quả xử lí của quá trình keo tụ điện hóa càng tốt. Tuy nhiên qua thực nghiệm cũng lựa chọn được điều kiện tối ưu cho quá trình xử lí là ở cường độ dòng điện I = 3A và thời gian điện phân là 60 phút. 2. Đã đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực đến hiệu quả xử lí của quá trình keo tụ điện hóa xử lí nước rỉ rác bằng điện cực nhôm. Từ các kết quả có thể thấy được lựa chọn khoảng cách 1cm thì hiệu suất xử lý Nitrat và Amoni bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực nhôm sẽ đạt cao nhất. 3. Đã đánh giá ảnh hưởng của pH đến hiệu quả của quá trình keo tụ điện hóa xử lí Nitơ trong nước rỉ rác bằng điện cực nhôm. Với các pH được đánh giá từ 4 đến 10 có thể kết luận rằng pH = 8 là điều kiện tối ưu nhất cho việc xử lý đạt hiệu quả cao. 2. Kiến nghị Sau khi kết thúc đề tài này em rất muốn được tạo thêm điều kiện để tiến sâu hơn vào việc nghiên cứu xử lý các chỉ tiêu khác bằng công nghệ keo tụ điện hóa. Nhận thấy rằng công nghệ keo tụ điện hóa đã cho thấy được hiệu quả rõ rệt trong việc loại bỏ Nitrat và Amoni trong nước rỉ rác. Nếu có thể, có thể kiểm nghiệm thêm khả năng xử lý của công nghệ keo tụ điện hóa với các loại nước thải khác nhau. Vì thành phần và tính chất của từng loại nước thải thường khác nhau, không ổn định. Do đó để khách quan hơn thì cần tiến hành 61
  70. xử lý các loại nước thải khác nhau để khẳng định hiệu quả xử lý của công nghệ này. Bên cạnh đó có thể phát triển việc nghiên cứu theo hướng kết hợp hệ keo tụ điện hoá với hệ xử lý bằng lọc sinh học hay phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp với bể USBF trên các đối tượng nước thải khác nhau. Từ đó có thể đưa ra quy trình xử lý nước thải nói chung hay nước rỉ rác nói riêng một cách triệt để hơn. 62
  71. TÀI LIỆU THAM KHẢO * Tài liệu Tiếng Việt [1] Đặng Xuân Hiển, Văn Hữu Tập (2013). “Bước đầu nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn bằng tác nhân O3 và UV/O3”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, tập 51, số 3B, 224-230. [2] Đinh Tuấn (2011). “Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ-tuyển nổi điện hóa với anot hòa tan nhôm, sắt”. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng. [3] Nguyễn Hồng Khánh, Tạ Đăng Toàn (2008). “Quản lý chất thải rắn đô thị, những vấn đề và giải pháp nhằm tiến tới quản lý chất thải rắn bền vững ở Việt Nam”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ, tập 46, số 6A, 209-217. [4] Tô Thị Hải Yến, Nguyễn Thế Đồng, Trịnh Văn Tuyên, Trần Thị Thu Nga, Phạm Thị Thu Hà, Phan Thế Dương, Kosuke Kawai, Saburo Matsui (2008). “Tuần hoàn nước rác và phân hủy vi sinh trong môi trường sunphat trong công nghệ chôn lấp rác thải sinh hoạt giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước rỉ rác”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ. Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, tập 46, số 6A, 176-183. [5] Tô Thị Hải Yến, Trịnh Văn Tuyên (2010). “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”. Kỷ yếu Hội nghị môi trường toàn quốc (lần thứ III), Hà Nội, 245-351. [6] Võ Anh Khuê (2014). “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”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 7(80), 15-19. 63
  72. *Tài liệu Tiếng Anh [7] Bhalla B., Saini M.S., Jha M.K. (2003). “Effect of age and seasonal variation on leachate characteristics of municipal solid waste landfill”. International Journal of Research in Engineering and Technology, Vol 2, 223-232. [8] Bilaa D.M., Montalvaob A.F., Silvaa A.C., Dezotti M. (2005). “Ozonation of a landfill leachate: evaluation of toxicty removal and biodegradability improvement”. Journal of Hazardous Materials, Vol 117, 235-242. [9] Butler E., Hung Y.T., Yeh R.Y.L. and Ahmad M.S.A. (2011). “Electrocoagulation in Wastewater Treatment”. Water, 3, 495-525. [10] Ezechi E.H., Isa M.H., Kutty S.R. M., Yaqub A. (2014). “Boron removal from produced water using electrocoagulation”. Process Safety and Environmental Protection, 92, 509–514. [11] Fajardo A.S., Rodrigues R.F., Martins R.C., Castro L.M., Quinta-Ferreira R. M. (2015). “Phenolic wastewaters treatment by electrocoagulation process using Zn anode”. Chemical Engineering Journal, 275, 331–341. [12] George Tchobanoglous, Hilary Theisen, Samuel Vigil (1993). “Intergrated Solid Waste Management”. Mc Graw – HillIct, USA. [13] Jamali H.A., Mahvi A.H., Nabizadeh R., Vaezi F., Omrani G.A (2009). “Combination of coagulation-flocculation and ozonation processes for treatment of partially stabilized landfill leachate of Tehran”. World Applied Sciences Journal 5 (Special Issue for Environment), Vol 5, 9-15. [14] Kuokkanen V., Kuokkanen T., Rämö J., Lassia U. (2015). “Electrocoagulation treatment of peat bog drainage water containing humic substances”. Water Research, 79, 79–87. [15] Ntampou X., Zouboulis A.I., Samaras P. (2006). “Appropriate 64
  73. combination of physico-chemical methods (coagulation/flocculation and ozonation) for the efficient treatment of landfill leachate”. Chemosphere, Vol 62, 722-730. [16] Pan L., Ji M., Wang X., Zhao L. (2010). “Influence of calcination temperature on TiO2 nanotubes catalysis for TiO2/UV/O3 in landfill leachate solution”. Transactions of Tianjin University, Vol 16, 179-186. [17] Shruthi M., Mahesh S. and Sahana M. (2013). “Removal of Arsenic from Groundwater using Electrochemical Coagulation Process”. International Journal of Current Engineering and Technology, 9, 624-626 [18] Tizaoui C., Mansouri L., Ghrabi A., (2007). “Landfill leachate treatment with ozone and ozone/hydrogen peroxide systems”. Journal of Hazardous Materials, Vol 140, 316-324. [19] Top S., Sekman E., Hosver S. and Bilgili M.S. (2011). “Characterization and electrocaogulative treatment of nanofiltration concentrate of a full- scale landfill leachate treament plant”. Desalination,286, 158-162. [20] Un U.T., Koparal A.S., Ogutveren U.B. (2013). “Fluoride removal from water and wastewater with a bach cylindrical electrode using electrocoagulation”. Chemical Engineering Journal., 223, 110–115. [21] Yang C.L. (2006). “Electrochemical coagulation for oily water demulsification”. Sep. Purif. Technol., 54, 388–395. * Các trang wed tham khảo [22] nuoc-thai-va-cac-phuong-phap.html [23] [24] 65
  74. PHỤ LỤC Hình 1. Hệ thí nghiệm khi bắt đầu điện Hình 2. Hiện tượng diễn ra sau 10 phút phân điện phân Hình 3. Hiện tượng diễn ra sau 20 phút điện phân Hình 4. Kết thúc điện phân
  75. Hình 5. Hệ bắt đầu điện phân với Hình 6. Hệ sau 20 phút điện phân với khoảng cách điện cực 7cm khoảng cách điện cực 7cm Hình 7. Hệ sau 40 phút điện phân với Hình 8. Hệ sau 60 phút điện phân với khoảng cách điện cực 7cm khoảng cách điện cực 7cm