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

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu xử lý nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực sắt

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ===o0o=== LÊ THỊ THU NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA ĐIỆN CỰC SẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường NNNgười hướng dẫn khoa học TS. LÊ THANH SƠN 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 truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường. Em xin gửi lời cám ơn đến 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 gia đình, bạn bè, đặc biệt là những người bạn làm nghiên cứu cùng trong thời gian 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 Lê Thị Thu
3. DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT BCL Bãi chôn lấp BOD5 Nhu cầu oxy sinh học COD Nhu cầu oxy hóa hóa học EDTANa Dinatri dihidro etylendinitrilotetraaxetat Hb Hemoglobin MetHb Methehemoglobin RO Thẩm thấu ngược SS Chất rắn lơ lửng TDS Tổng chất rắn hòa tan TKN Tổng Nitơ TOC Tổng Cacbon TSS Tổng chất rắn lơ lửng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
4. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn 5 Bảng 1.2. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới 6 Bảng 1.3. Đặc trưng thành phần nước rỉ rác ở một số thành phố của Việt Nam 8 Bảng 1.4. Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải 20 Bảng 2.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩncó nồng độ khác nhau 36 Bảng 2.2. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau 40 Bảng 2.3. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau 44 - Bảng 3.1. Nồng độ NO3 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các mức cường độ dòng điện và thời gian khác nhau (mg/l) 47 + Bảng 3.2. Nồng độ NH4 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các mức cường độ dòng điện khác nhau (mg/l) 49 - Bảng 3.3. Nồng độ NO3 cuả nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các mức pH khác nhau (mg/l) 51 + Bảng 3.4. Nồng độ NH4 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các mức pH khác nhau (mg/l) 53 - Bảng 3.5. Nồng độ NO3 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l) 55 + Bảng 3.6. Nồng độ NH4 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l) 57
5. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Chu trình Nitơ trong tự nhiên 14 Hình 1.2. Sơ đồ phương pháp điện hoá học 23 Hình 1.3. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ 24 Hình 2.1. Sơ đồ thiết kế bể keo tụ điện hóa. 30 Hình 2.2. Hệ thống thí nghiệm bể keo tụ điện hóa phòng thí nghiệm 30 Hình 2.3.a) Nguồn điện một chiều (DC REULATED POWER SUPPLY - QJ3020S -0~30V/20A)b) Máy khuấy từ gia nhiệt 31 Hình 2.4.a) Dạng điện cực sắt b) Kẹp điện cực 32 Hình 2.5. Mẫu nước rỉ rác được lấy trong quá trình điện phân 33 Hình 2.6. Đường chuẩn Nitrit đo ở bước sóng 540nm 36 Hình 2.7. Thí nghiệm đun cách thủy mẫu 39 Hình 2.8. Mẫu được chuyển sang bình định mức 25 ml 39 Hình 2.9. Hình ảnh cuvet và máy đo quang UV-Vis 40 Hình 2.10. Đường chuẩn Nitrat đo ở bước sóng 415nm 41 Hình 2.11. Mẫu để sau 60 phút 43 Hình 2.12. Đường chuẩn Amoni đo ở bước sóng 672nm 44 Hình 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý - NO3 bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt 48 Hình 3.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý + NH4 bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt 50 - Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý NO3 trong nước rỉ rác. 52 Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt. 54 - Hình 3.5. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NO3 trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt 55 + Hình 3.6. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NH4 trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt 57
6. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 3 1.1 Tổng quan về nước rỉ rác. 3 1.1.1. Khái niệm 3 1.1.2. Nguồn gốc phát sinh 3 1.1.3. Thành phần và tính chất nước rỉ rác 4 1.1.4. Tác hại của nước rỉ rác 9 1.1.5. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác. 10 1.1.6. 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 14 1.2.1. Trạng thái của Nitơ trong nước thải 14 1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong môi trường nước. 17 1.2.3. Tác hại của Nitơ trong nước thải 18 1.2.4. Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải 20 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 24 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa .25 1.3.4. Ưu điểm của quá trình keo tụ điện hóa. 26 1.3.5. Ứng dụng keo tụ điện hóa trong xử lý môi trường. 27 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1. Đối tượng nghiên cứu và mục đích nghiên cứu 29 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 29 2.1.2. Mô hình thiết bị 29 2.1.3. Mục đích nghiên cứu 33 2.2. Các nội dung nghiên cứu 33 2.2.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian 33
7. 2.2.2. Ảnh hưởng của pH 34 2.2.3. Ảnh hưởng của khoảng giữa hai điện cực. 34 2.3. Phương pháp phân tích chỉ tiêu nitơ trong mẫu thu được sau khi xử lý bằng công nghệ keo tụ điện hóa. 34 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu 34 2.3.2. Phương pháp phân tích. 34 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1. Kết quả quá trình điện phân 45 3.2. Kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ điện hóa đối với chỉ tiêu Nitơ 46 3.2.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý quá trình keo tụ điện 46 3.2.3. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng xử lý Nitơ 51 3.2.4. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến khả năng xử lý Nitơ 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 63
8. MỞ ĐẦU  Tính cấp thiết của đề tài. Xã hội ngày càng phát triển đồng nghĩa với việc có nhiều vấn đề đặt ra cần được giải quyết, trong đó có vấn đề rác thải. Vấn đề rác thải hiện nay đang là một nguy cơ nghiêm trọng đối với con người, không có một quốc gia nào tránh khỏi việc đối mặt với nguy cơ này, nhất là các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Cùng với tốc độ tăng trưởng nhanh thì lượng rác thải ngày càng lớn, mức độ ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng dẫn đến lượng nước rỉ rác ngày càng nhiều. Nhìn chung, nước rỉ rác chứa các chất hữu cơ hòa tan và các ion vô cơ với hàm lượng cao khó xử lý [20]. Nếu nước rỉ rác phát thải trực tiếp vào môi trường mà không được kiểm soát có thể gây ô nhiễm môi trường. Tính chất nước rỉ rác không những thay đổi theo loại mà còn thay đổi theo tuổi bãi chôn lấp và theo mùa trong năm.Do đó, việc xử lý tình trạng ô nhiễm do nước rỉ rác là mối quan tâm lo ngại hàng đầu trong công tác bảo vệ môi trường. Ở Việt Nam, hầu hết các tỉnh thành đều thực hiện công tác thu gom và chôn lấp chất thải sinh hoạt.Tuy nhiên, chất thải rắn ở nhiều khu vực vẫn chưa được phân loại, chôn lấp chưa thực sự tuân thủ các kỹ thuật chôn lấp hợp vệ sinh.Thành phần chất thải rắn được chôn lấp rất đa dạng, chứa cả các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và độc hại. Trên địa bàn cả nước chỉ có 17/91 bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Vì thế, vấn đề xử lý nước rỉ rác là bài toán khó giải quyết ở nhiều khu vực. Hệ thống xử lý nước rỉ rác ở nhiều bãi chôn lấp mặc dù đã đi vào hoạt động nhưng chưa thực sự đem lại hiệu quả mong muốn,bộc lộ nhiều nhược điểm như chất lượng nước sau xử lý thường không đạt tiêu chuẩn xả thải, đặc biệt là hai chỉ tiêu COD và N (QCVN 25:2009/BTNMT, cột B), hoặc xử lý được nhưng tiêu tốn hóa chất, giá thành xử lý rất cao, khó kiểm soát và công suất xử lý không đạt thiết kế. Vấn đề đặt ra ở đây là phải tìm ra công nghệ thích hợp để có thể xử lý hết lượng nước rỉ rác đang tồn đọng, cải tạo lại các hệ thống xử lý nước rỉ rác hiện hữu và công nghệ tham khảo điển hình đối với xử lý nước rỉ rác của các bãi chôn lấp mới trong tương lai.Vì vậy, cần nhanh chóng tiến hành nghiên cứu công nghệ xử lý 1
9. nước rỉ rác đạt tiêu chuẩn xả thải giảm thiểu sự ảnh hưởng đối với sức khỏe và môi trường xung quanh. Vấn đề Nitơ là vấn đề khó trong việc xử lý nước rỉ rác, hơn thế nữa nếu để lâu dài chúng có thể dẫn đến các hợp thành phần hữu cơ cao phân tử chứa halogen là những chất độc nếu rơi vào nguồn nước và đất. Trên thực tế có nhiều nghiên cứu về xử lý nước rỉ rác, trong đó có phương pháp keo tụ điện hóa - phương pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành "Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa" trong khóa luận tốt nghiệp này. Sau khi đã phân bổ công việc rõ ràng thì tôi chịu trách nhiệm đề tài “Nghiên cứu xử lý Nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực sắt”.  Mục đích của đề tài. Trên cơ sở thực tế hiện trạng nước rỉ rác, thu thập số liệu, thực hiện quá trình xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp điện hóa; trước tình hình môi trường bị ô nhiễm gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, môi trường sống sinh vật. Do đó, mục tiêu của đề tài này là tìm điều kiện tối ưu để đạt hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa đạt hiệu suất cao nhất. 2
10. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về nước rỉ rác 1.1.1. Khái niệm Nước rỉ rác là sản phẩm của quá trình phân hủy chất thải bởi quá trình hóa, lý và sinh học diễn ra trong lòng bãi chôn lấp. Nước rỉ rác chứa nhiều chất ô nhiễm hòa tan từ quá trình phân hủy rác và lắng xuống đáy ô chôn lấp. 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. 1.1.2. Nguồn gốc phát sinh Nước rỉ rác được hình thành khi nước thấm vào ô chôn lấp. Lượng nước rỉ rác được hình thành trong bãi chôn lấp chủ yếu do các quá trình: - Nước thoát ra từ chất thải rắn: chất thải luôn chứa một lượng nước nhất định. Trong quá trình đầm nén nước tách ra khỏi chất thải và gia nhập vào nước rỉ rác. - Nước sẵn có và tự hình thành khi phân hủy rác hữu cơ trong bãi chôn lấp. - Mực nước ngầm có thể dâng lên vào các ô chôn rác. - Nước có thể rỉ vào qua các cạnh (vách) của ô rác. - Nước từ các khu vực khác chảy qua có thể thấm xuống các ô chôn rác. - Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp rác trước khi được phủ đất và trước khi ô rác đóng lại. - Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp rác sau khi ô rác đầy (ô rác được đóng lại) Tuy nhiên, nước rỉ rác tại các bãi rác được hình thành do hai nguồn chính là độ ẩm của rác và quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ tạo ra sản phẩm là nước và trở thành nước rác. Đối với bãi chôn lấp hợp vệ sinh thì nước rỉ rác thường ít hơn vì đã loại bỏ được lượng nước ngầm thấm qua đáy. Như vậy lượng nước rỉ rác phát sinh ra phụ thuộc vào: - Điều kiện tự nhiên khu vực chôn lấp (lượng mưa, bốc hơi, nước ngầm ) - Độ ẩm của chất thải chôn lấp. 3
11. - Kỹ thuật xử lý đáy bãi chôn lấp và hệ thống kiểm soát nước mặt. Ngoài ra, tốc độ phát sinh nước rỉ rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. 1.1.3. Thành phần và tính chất nước rỉ rác Nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp có thành phần phức tạp, thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào tuổi bãi chôn lấp, loại rác, khí hậu. Mặt khác độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rác Nó có khả năng gây ô nhiễm cao. Song nước rỉ rác gồm 2 thành phần chính: Các chất hữu cơ: Chất có phân tử lượng lớn (axit humic, axit fulvic, ), các hợp chất hữu cơ (photpho hữu cơ, 1,4-dioxan, ) Các chất vô cơ: Các hợp chất của Nitơ, photpho, lưu huỳnh. Thành phần và tính chất nước rỉ rác 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. 1.1.3.1. Thành phần của nước rỉ rác trên thế giới 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. Bởi vì trong bãi chôn lấp 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 [2]. 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. Khi mới chôn lấp tỉ lệ này thường trên 0,5. Khi tỉ lệ BOD5/COD trong khoảng 0,4 - 0,6 hoặc lớn hơn thì chất hữu cơ 4
12. 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 [2, 13]. Chất lươṇg 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 là các hợp chất hữu cơ và amoni. Mối quan hê ̣giữa nồng đô ̣ các chất trong nước rỉ rác và tuổi bãi chôn lấp 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 Bajinder Tatyana Bajinder Tatyana Bajinder pH - 7,5 > 7,5 COD 3.000- 4.000- mg/l >20.000 >10.000 0,3 >0,3 0,1 -0,3 0,1-0,3 60 Chủ yếu fulvic Tổng Nitơ 100- mg/l - - - - - 2.000 Tổng kim Thấp đến mg/l 2 <2 Thấp <2 Thấp loại trung bình Khả năng Trung phân hủy - - Chủ yếu - - Thấp bình sinh học Ghi chú: (-) : không đánh giá Nguồn: [13],[22] 5
13. Như vậy, thành phần nước rỉ rác khác nhau theo tuổi bãi chôn lấp. Các bãi chôn lấp có tuổi càng trẻ (COD >10.000 mg/l), chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh hoc̣, pH thấp hơn 6,5. Tuổi bãi chôn lấp càng cao thì pH càng tăng và nồng đô ̣các chất ô nhiêm̃ càng giảm nhưng lại khó phân huỷ sinh học vì chứa chủ yếu các hơp̣ chất hữu cơ bền vững. Các yếu tố môi trường và cơ chế vận hành bãi chôn lấp có ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính nước rỉ rác, đặc biệt là thời gian vận hành quyết định tính chất nước rỉ rác như nước rỉ rác cũ hay mới, sự tích lũy các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học nhiều hay ít. Bảng 1.1. Thành phần nước rỉ rác tại một số quốc gia trên thế giới Columbia Cannada Đức Thành Phần Đơn Vị Pereira Clover Bar BCL CTR (5 năm vận (Vận hành từ đô thị hành) năm 1975) 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 mg /l 7.800-61.300 - - tan Tổngphosphat(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 :[15] 6
14. 1.1.3.2. Thành phần nước rỉ rác ở Việt Nam Việt Nam vẫn chưa áp dụng biện pháp phân loại rác tại nguồn nên thành phần của nước rỉ rác rất phức tạp. Nước rỉ rác không chỉ chứa các chất hữu cơ mà còn chứa các chất vô cơ hoà tan, kim loaị nặng, các chất hữu cơ độc hại. Vì vậy, vấn đề vướng mắc hiện nay mà hầu hết các bãi chôn lấp ở Việt Nam gặp phải nhưng chưa có phương hướng giải quyết tối ưu đó là vấn đề xử lý nước rỉ rác. Các thành phần nước rỉ rác có thể biến động rất lớn, tùy thuộc vào tuổi,chiều sâu bãi chôn lấp, thời gian lấy mẫu - mùa mưa hay mùa khô, thành phần, các quá trình thẩm thấu, tràn, bay hơi và các xu hướng khác. Vì vậy, việc khảo sát các đặc trưng của nước rỉ rác tại các bãi chôn lấp suốt một thời gian dài, ngay từ khi mới đi vào hoạt động, có thể cung cấp những thông tin quan trọng làm cơ sở để chọn lựa công nghệ xử lý phù hợp. Ngoài ra, thiết kế và thực tế vận hành của các bãi chôn lấp cũng có những ảnh hưởng quan trọng đến đặc trưng nước rỉ rác. Kết quả phân tích nước rỉ rác được tổng hợp qua bảng 1.3, pH trong khoảng 6,5 - 8,5. Giá trị COD tại ô chôn lấp cao: 327 - 22.783 mg/l. Nồng đô ̣Nitơ dao động lớn 62 - 2.427 mg/l. Có thể thấy đặc trưng nhất của nước rỉ rác là hàm lượng TDS, BOD5, COD, tổng nitơ cao và dao động rất lớn theo thời gian. Như vậy, các đặc trưng hóa lý nước rỉ rác được phân chia thành hai loại: nước rỉ rác mới (2 - 3 năm sau khi bãi chôn lấp đi vào hoạt động) và nước rỉ rác cũ (từ năm thứ 4 - 5 trở đi), có thể nhận thấy nước rỉ rác mới cũng chia thành hai loại khác nhau: trong giai đoạn 3 - 6 tháng đầu, nước rỉ rác mới mang tính axít, với nồng độ COD, BOD, các kim loại + nặng đều từ cao đến rất cao, pH và NH4 tương đối thấp. Giai đoạn tiếp theo, nồng + độ các ion tự do giảm nhiều, pH trung tính, NH4 bắt đầu tăng, nhưng COD và BOD vẫn còn rất cao. Nhìn chung, nước rỉ rác ở một số bãi chôn lấp ở nước ta cũng có thành phần chất hữu cơ dao động trong khoảng lớn, COD từ vài trăm đến trên mười nghìn mg/l. Tỉ lệ BOD5/COD ở một số bãi chôn lấp ở nước ta cao hơn một số bãi chôn lấp thế giới. Hàm lượng chất rắn lơ lửng được trình bày ở bảng 1.4 rất cao. Ở nhiều nước trên thế giới, nhiều bãi chôn lấp đã áp dụng việc phân loại rác tại nguồn và áp dụng 7
15. các công nghệ thu hồi, tái chế chất thải rắn nên thành phần và tính chất nước rỉ rác ít phức tạp hơn các bãi chôn lấp ở Việt Nam. Hầu hết chất thải rắn ở nước ta không được phân loại. Vì thế, thành phần nước rỉ rác ở Việt Nam không những thay đổi theo thời gian mà còn phức tạp hơn so với một số nước khác. Thành phần nước rỉ rác ở nước ta cao và phức tạp cũng do ảnh hưởng của việc vận hành bãi chôn lấp chưa đảm bảo một bãi chôn lấp hợp vệ sinh và điều kiện khí hậu ẩm ướt, mưa nhiều. Bảng 1.3. Đặc trưng thành phần nước rỉ rác ở một số thành phố của Việt Nam BCL BCL Gò Cát BCL Tràng BCL Đơn BCL Thủy Thông số Nam Sơn (Hồ Chí Cát (Hải Xuân Sơn vị Phương (Huế) (Hà Nội) Minh) Phòng) (Hà Nội) pH - 6,81-7,98 7,4-7,6 7,7-8,5 6,5-8,22 7,7 TDS mg/l 6,913-19,875 - - 4,47-9,24 - TSS mg/l 120-2.240 700-2.020 42-84 21-78 986 COD mg/l 1.020-22.783 13.655-16.814 623-2.442 327-1001 3.540 BOD5 mg/l 495-12.302 6.272-9.200 148-398 120-465 2.150 BOD5/COD - 0,485-0,540 0,459-0,547 0,234-0,163 0,370-0,465 0,670 Tổng N mg/l 423-2.253 1.821-2.427 - 179-507 62 + N-NH4 mg/l - 1.680-2.887 184-543 - 17,2 + N-NO3 mg/l - 0-6,2 - - 12,5 Tổng P mg/l 6,51-24,80 10,3-19,8 - 3,92-8,562 4,31 Độ cứng mg/l - - 1.419-4.874 - - CaCO3 Cl- mg/l - - 518-1.199 - - As mg/l 0,001-0,003 - - 0,047-0,086 0,2 Pb mg/l 0,050-0,086 - - 0,34 Cd mg/l 0,010-0,025 - - 0,14 Hg mg/l 0,0001-0,0009 - - 0,0001 - Tuổi BCL năm 7 7 9 2 10 Nguồn trích dẫn [2] [7] [10] [2] [6] 8
16. 1.1.4. Tác hại của nước rỉ rác Nước rỉ rác chứa một lượng lớn chất hữu cơ, chất lơ lửng, một số kim loại nặng, độ màu lớn, mùi khó chịu, khi thải ra môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường nước mặt, nước ngầm, ảnh hưởng tới sức khỏe của con người, ô nhiễm môi trường đất. - Hàm lượng chất hữu cơ dễ bị phân huỷ trong môi trường nước sẽ tác động mạnh làm cạn kiệt lượng oxi trong nước gây hại đến các loại thủy sinh, cũng như các loại động vật trong nước. - Các kim loại nặng nêú tồn tại trong nước sẽ tiêu diệt các loài thủy sinh, hoặc tác động tích lũy vào cơ thể chúng theo chuỗi thức ăn. - Chất lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan do làm tăng độ đục nguồn nước và gây bồi lắng nguồn nước tiếp nhận. Đối với các nguồn nước ngầm, quá trình ngấm của nước rò rỉ từ bãi rác có khả năng làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nước ngầm như: NH4, NO3, NO2 có độc tính cao đối với con người và động vật sử dụng nước đó. Khi các chất lạ xuất hiện trong môi trường nước đến một giới hạn nhất định sẽ là tác nhân gây bệnh tật cho con người. Nó tác động trực tiếp đến sức khỏe con người thông qua quá trình sinh hoạt, sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm các chất độc hại khi sử dụng các loại thức ăn được 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 - hóa - lý diễn ra bên trong cơ thể và từ đó dẫn đến nhiều loại bệnh tật: ung thư, kiết lị, dịch tả, bệnh ngoài da qua chuôi thức ăn và quá trình tích tụ sinh học. Nước rỉ rác khi thấm qua những lớp đất bề mặt, lưu giữ trong đất làm cho sự tăng trưởng và quá trình hoạt động của vi khuẩn trong đất kém đi, làm thuyên giảm quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành chất dinh dưỡng cho cây trồng, trực tiếp làm giảm năng suất canh tác và gián tiếp làm đất bị thoái hóa, bạc màu.Ngoài ra còn gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, từ đó làm ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của các loài thực, động vật. 9
17. Do đó, khi nguồn nước bị ô nhiễm ở mức độ nặng hay nhẹ đều gây ảnh hưởng xấu đến giới tự nhiên, hệ sinh thái, động - thực vật thủy sinh. 1.1.5. Các phương pháp xử lý nước rỉ rác Nguyên tắc để lựa chọn công nghệ xử lý nước rỉ rác: Trong điều kiện ở Việt Nam, việc lựa chọn công nghệ xử lý nước rỉ rác phải theo nguyên tắc: - Công nghệ xử lý phải đảm bảo chất lượng nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn vào nguồn. Nước sau khi xử lý có thể xả vào sông hoặc hồ gần nhất, ngoài ra có thể dùng cho trồng trọt. - Công nghệ xử lý phải đảm bảo mức độ an toàn trong trường hợp có sự thay đổi lớn về lượng mưa, nồng độ nước rỉ rác trong mùa mưa và mùa khô. - Công nghệ xử lý phải đơn giản, dễ vận hành, có tính ổn định cao, chi phí và vốn đầu tư phải phù hợp. - Công nghệ xử lý phải phù hợp với điều kiện Việt Nam, nhưng phải mang tính hiện đại và có khả năng sử dụng trong thời gian dài. - Công nghệ xử lý dựa vào: Lưu lượng và thành phần nước rác; tiêu chuẩn thải nước rác sau khi xử lý vào nguồn; điều kiện thực tế về quy hoạch, xây dựng và vận hành của BCL; điều kiện về địa chất công trình và địa chất thuỷ văn; điều kiện về kỹ thuật (xây dựng, lắp ráp và vận hành); khả năng vốn đầu tư. - Công nghệ xử lý phải có khả năng thay đổi dễ dàng khi áp dụng các quy trình xử lý mới đem lại hiệu quả cao. - Công nghệ xử lý mới có khả năng tái sử dụng nguồn chất thải (năng lượng, phân bón ) Hiện nay có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải đang được ứng dụng trong thực tiễn. Nhưng 2 phương pháp xử lý cơ bản được áp dụng trong xử lý nước rỉ rác là phương pháp hóa lý và phương pháp sinh học. - Phương pháp hóa lý: keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, oxy hóa, kết tủa và phương pháp màng lọc, lắng. - Phương pháp sinh học: xử lý vi sinh yếm khí, hiếu khí, thiếu khí và tổ hợp của chúng. 10
18. Với biện pháp xử lý mang tính sinh vật học thì phương pháp sinh học có các công đoạn thay đổi như phương pháp bùn hoạt tính, thông khí tiếp xúc, tháp lọc sinh học, xử lý bằng phương pháp kỵ khí, đặc biệt gần đây chuyển sang công đoạn loại bỏ Nitơ. Tuy nhiên nước rỉ rác có nồng độ cao và hàm lượng độc nhiều, do phải duy trì sức chứa nên tiêu tốn đất xử lý với quy mô lớn và sau khoảng thời gian nhất định có nhược điểm là chức năng của phần xử lý tính kỵ khí giảm. Phương pháp xử lý mang tính vật lý hóa học với các phương pháp như: keo tụ, ozon hóa lọc cát, hấp phụ than hoạt tính, oxi hóa Fenton, phân ly màng. Với phương pháp hóa học, chủ yếu thường dùng phương pháp kết tủa đông hay oxi hóa Fenton nhưng chi phí khá tốn kém và cần chú ý vận hành. Với phương pháp vật lý, chủ yếu là sử dụng thẩm thấu ngược (R/O: Reverse Osmosis Membrane) và cũng có hiệu quả đáng kể, tuy nhiên cũng cần chú ý đến nhược điểm của phương pháp này trước khi xử lý nhằm ngăn ngừa tích tụ bẩn do các chất vô cơ và hữu cơ. Dó đó để mang lại kinh tế trong quá trình xử lý nước rỉ rác cần phải biết cách kết hợp giữa các phương pháp xử lý mang tính sinh vật học với phương pháp mang tính vật lý - hóa học. 1.1.6. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước 1.1.6.1. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác ở nước ngoài Nước rỉ rác gây ô nhiễm nặng nề đến môi trường sống vì nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước rất cao và lưu lượng đáng kể. Do đó số lượng các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trên thế giới là rất đáng kể, có thể kể ra đây một số công trình tiêu biểu:  Tizaoui cùng cộng sự [24] đã nghiên cứu sử dụng phương pháp ozon hóa và ozone kết hợp với hydrogen peroxide để xử lí nước rỉ rác tại Tunisia, được đặc trưng bởi COD cao, khả năng bị phân hủy sinh học thấp và màu sắc tối. Kết quả thu được cho thấy rằng hiệu quả ozon hóa đã gần như tăng gấp đôi khi kết hợp với hydrogen peroxide khi nồng độ H2O2 là 2 g/L, nhưng khi nồng độ H2O2 cao hơn 2g/L lại cho hiệu quả thấp. pH có thể thay đổi không đáng kể do tác dụng của đệm bicarbonate. Nồng độ sulphate cũng giảm nhẹ. Ngược lại, nồng độ chloride ban đầu 11
19. thì giảm, nhưng sau một thời gian thí nghiệm lại tăng lên để đạt được giá trị ban đầu của nó. Kết quả so sánh chi phí vận hành của 2 phương pháp cho thấy các hệ thống H2O2/O3 tại H2O2 nồng độ 2 g/L cho chi phí thấp nhất khoảng ~ 2.3 USD/kg COD được loại bỏ.  Hệ thống nước rỉ rác được nghiên cứu bởi Ushikoshi cùng cộng sự [26] được lắp đặt tại Yachiyo Town ở quận Kanto, được đưa vào phục vụ vào tháng 4 năm 1999. Hệ thống nàjy được trang bị module màng thẩm thấu ngược (RO) dạng đĩa - ống được gọi là DT - Module, đã hoạt động một cách hiệu quả trong nhiều năm qua, nước sau xử lý đạt chất lượng cao. Mặt khác, tại Nhật Bản vấn đề dioxin đã trở lên ngày càng nghiêm trọng, có mặt phổ biến trong các nước rỉ rác và hệ thống DT-Module cho thấy hiệu suất rất cao trong việc loại bỏ dioxin từ nước rỉ rác. Bằng cách áp dụng hệ thống DT-Module cùng với hệ thống lò thiêu đã tạo ra một hệ thống xử lý nước rỉ rác hoàn chỉnh: Dioxin từ trong bùn từ các bể lắng và muối khô trong pha đặc của hệ thống RO được tiêu hủy trong lò thiêu kết với tỷ lệ loại bỏ dioxin bởi hệ thống DT - Module kết hợp lò thiêu kết là trên 99,9%.  Top và cộng sự [25] 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%. 1.1.6.2. Các công trình nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong nước. Hiện nay công nghệ xử lý nước rỉ rác rất phong phú, đa dạng, đáp ứng nhu cầu cầu cải thiện môi trường. Xử lý nước rác ở Việt Nam mới được quan tâm từ khoảng thời gian không quá 10 năm trở lại đây, nên những nghiên cứu về công nghệ chưa nhiều. Các hệ thống được xây dựng để xử lý nước rác được hình thành chủ yếu là tính bức xúc của xã hội tại địa phương nơi có bãi chôn lấp rác. Nhìn chung các nghiên cứu xử lý nước rỉ rác trong nước chủ yếu tập trung vào công nghệ sinh học, gần đây mới bắt đầu có những công trình nghiên cứu sử dụng 12
20. các phương pháp oxy hóa nâng cao như Fenton, Ozon. Hầu hết các nghiên cứu đều xử lý nước rỉ rác qua nhiều giai đoạn như Keo tụ - Tạo phức - Fenton - Perozon, fenton nhiều bậc, UV/fenton, và hầu hết hiệu quả xử lý đều chưa cao, có thể kể ra đây một số công trình tiêu biểu như:  Tô Thị Hải Yến và công sự Viện Công nghệ môi trường [12] 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.  Trần Mạnh Trí [7] đã áp dụng quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) để 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 3+ sunphat (300 mg Fe /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 [10] đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác phát sinh từ bãi chôn lấp Thủy Tiên - Thừa Thiên Huế bằng tác nhân UV/Fenton. Nước 13
21. 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 nước rỉ rác ở pH ~ 3, nồng 2+ 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. 1.2. Tổng quan về sự ô nhiễm Nitơ trong nước rỉ rác 1.2.1. Trạng thái của Nitơ trong nước thải Trong nước thải, các hợp chất của nitơ tồn tại dưới 3 dạng: các hợp chất hữu cơ, amoni và các hợp chất dạng oxy 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. Nitơ phân tử N2 Cố định Nitơ N- Protein thực vật N-Protein động vật Amôn hóa Khử Nitrat + NH4 hoặc NH3 + O2 Nitrat hóa - NO2 - NO3 + O2 Hình 1.1. Chu trình Nitơ trong tự nhiên 14
22. 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, urê. + 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. 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 Urê (N-CO(NH2)2) là 0,7g, còn lại là các loại Nitơ khác. Ure thường được amoni hóa theo phương trình sau: + Trong mạng lưới thoát nước ure bị thủy phân: CO(NH2)2+ 2H2O = (NH4)2CO3 + Sau đó bị thối rửa ra: (NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O Như vậy NH3 chính là lượng nitơ amôn trong nước thải. Trong điều kiện yếm khí amoniac cũng có thể hình thành từ Nitrat do quá trình khử Nitrat của vi khuẩn Denitrificans. Lượng chất bẩn nitơ amôn (N-NH4) một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước: 7g/ng.ngày +  Amoni (NH4 ) trong nước bề mặt tự nhiên vùng không nhiễm được phát hiện dưới dạng vết (dưới 0.05ppm). Nồng độ amoni trong nước ngầm cao hơn nhiều. Lượng amoni trong nước thải từ khu dân cư và nước thải các nhà máy hóa chất chế biến thực phẩm, sữa có thể lên tới 10100mg/l. Amoni không gây độc trực tiếp cho con người nhưng sản phẩm chuyển hoá từ amoni là nitrit và nitrat là yếu tố gây độc. Các hợp chất Nitrit và Nitrat hình thành do quá trình oxi hoá của vi sinh vật trong quá trình xử lý, tàng trử và chuyển tải nước đến người tiêu dùng. Vì vậy việc xử lý amoni trong nước là đối tượng rất đáng quan tâm -  Nitrit (NO2 ) là sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa amoniac hoặc nitơ amoni trong điều kiện hiếu khí nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas. Sau đó nitrit hình thành tiếp tục được vi khuẩn Nitrobacter oxy hóa thành nitrat. Các quá trình nitrit và nitrat hóa diễn ra theo phản ứng bậc I: 15
23. kn km + - - NH4 NO2 NO3 Trong đó: kn, km là các hằng số tốc độ Nitrit và Nitrat hóa. Các phương trình phản ứng Nitrit và Nitrat hóa được biểu diễn như sau: Nitrosomonas + - + NH4 + 1,5O2 NO2 + H2O + 2H Nitrobacter - - NO2 + 0,5O2 NO3 Phương trình tổng: + VSV - + NH4 + 2O2 NO3 + H2O + 2H Qúa trình Nitrat hóa cần 4,57g oxy cho 1g nitơ amôn. Các loại vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter là các loại vi khuẩn hiếu khí thích hợp với điều kiện nhiệt độ từ 2030ºC. Nitrit là hợp chất không bền, nó có thể là sản phẩm của quá trình khử Nitrat trong điều kiện yếm khí. Ngoài ra Nitrit còn có nguồn gốc từ nước thải quá trình công nghiệp điện hóa. Trong trạng thái cân bằng ở môi trường nước, nồng độ Nitrit, Nitrat thường rất thấp, nó thường nhỏ hơn 0,02 mg/L. Nếu nồng độ Amoni, giá trị pH và nhiệt độ nước quá cao, quá trình Nitrat hóa diễn ra thuận lợi và nồng độ của nó có thể đạt đến giá trị lớn. Trong quá trình xử lý nước, Nitrit trong nước sẽ tăng lên đột ngột. -  Nitrat (NO3 ) là dạng hợp chất vô cơ của Nitơ có hóa trị cao nhất và có nguồn gốc chính từ nước thải sinh hoạt hoặc nước thải một số ngành công nghiệp thực phẩm, hóa chất chứa một lượng lớn các hợp chất Nitơ. Khi vào sông hồ, chúng tiếp tục bị Nitrat hóa, tạo thành Nitrat. Nitrat hóa là giai đoạn cuối cùng của quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ chứa Nitơ. Nitrat trong nước thải chứng tỏ sự hoàn thiện của công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Mặt khác, quá trình Nitrat hóa còn tạo nên sự tích lũy oxy trong hợp chất Nitơ để cho các quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ tiếp theo, khi lượng oxy hòa tan trong nước rất ít hoặc bị hết. 16
24. Khi thiếu oxy và tồn tại Nitrat hóa sẽ xảy ra quá trình ngược lại: tách oxy khỏi Nitrat và Nitrit để sử dụng lại trong các quá trình oxy hóa các chất hữu cơ khác. Quá trình này được thực hiện nhờ các vi khuẩn phản Nitrat hóa (vi khuẩn yếm khí tùy tiện). Trong điều kiện không có oxy tự do mà môi trường vẫn còn chất hữu cơ cacbon, một số loại vi khuẩn khử Nitrat hoặc Nitrit để lấy oxy cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ. Qúa trình đó được gọi là khử Nitrat và được tổng hợp qua bốn phản ứng nối tiếp sau: - NO3 → 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 bị oxy hóa, đồng thời NO3 nhận điện và bị khử về N2. - + 4NO3 + 4H + 5Chữu cơ → 5CO2 + 2N2 + 2H2O Trong quá trình phản nitrat hóa, 1g Nitơ sẽ giải phóng 1,71g O2 (khử Nitrit) và 2,85g O2 (khử nitrat) 1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong môi trường nước - 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 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 17
25. 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 thải 1.2.3.1. Tác hại của Nitơ đối với sinh vật và sức khỏe cộng đồng Trên bình diện sức khỏe Nitơ tồn tại trong nước thải có thể gây nên hiệu ứng về môi trường. Sự có mặt của nitơ trong nước thải có thể gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. - Đối với sinh vật Khi trong nước thải có chứa nhiều amoniac có thể gây độc cho cá và hệ động vật thuỷ sinh, làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước. Khi hàm lượng Nitơ 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. Nuôi trồng thủy sản: tôm, cá nước ngọt và các sinh vật thủy sinh khác. Khi - tôm tiếp xúc với nồng độ NO3 cao trong thời gian dài sẽ bị cụt râu, mang bất thường và gan tụy bị tổn thương. Cơ quan gan tụy ở tôm sản xuất enzyme tiêu hóa và chịu trách nhiệm thúc đẩy sự hấp thu các chất dinh dưỡng. Khi bị tổn thương sự hấp thu sẽ giảm, dẫn đến tăng trưởng tôm thấp. Nitrit không chỉ làm cá thiếu oxy vì tạo ra MetHb mà còn tác động đến nhiều cơ quan khác bởi nhiều cơ chế khác nhau. Ví dụ ở cá hồi thì Nitrit gây giãn mạch, bằng chứng là tăng sự rối loạn nhịp tim gây ra cao áp huyết; hoặc nitrit chuyển sang dạng nitric oxide (NO) làm cản trở quá trình điều hòa; làm rối loạn quá trình tiết hoocmon của tuyến nội tiết như quá trình tổng hợp hoocmon sinh dục bị ức chế khi đó những hoocmon này bị chuyển thành dạng ammonia hoặc urea để thải ra ngoài. Nitrit không dừng lại ở mang và máu mà còn tích lũy trong gan, não và cơ. Lúc đầu khi lượng Nirit vào cơ thể sẽ được máu - (HbO2) chuyển hóa thành Nitrat (NO3 ) ít độc hơn và quá trình chuyển hóa này cũng xảy ra ở gan nhằm giải độc Nitrit cho cơ thể nhưng nếu nồng độ Nitrit quá cao thì cá có thể chết do nồng độ MetHb trong cơ thể tăng cao. 18
26. - Đối với sức khỏe cộng đồng Khi xử lý Nitơ trong nước thải không tốt, để hợp chất Nitơ đi vào trong chuỗi thức ăn hay trong nước cấp có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm. - Thực ra NO3 không độc nhưng khi vào cơ thể nitrat được chuyển hóa thành Nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột. Ion này còn nguy hiểm hơn Nitrat đối với sức khỏe con người. Do vậy, khi ăn uống nước có chứa Nitrit thì cơ thể sẽ hấp thu Nitrit. Nitrit có tác dụng oxy hóa hemoglobin (huyết sắc tố) chứa trong hồng cầu, biến hemoglobin (Hb) thành methemoglobin (MetHb) không có khả năng vận chuyển O2 và thành khí giống như hemoglobin. Trẻ sơ sinh rất mẫn cảm với bệnh này trẻ sơ sinh không có đủ enzyme trong máu để chuyển hóa methemoglobin trở lại thành hemoglobin. Trẻ em mắc chứng bệnh này thường xanh xao và dễ bị đe dọa đến mạng sống, đặc biệt là trẻ dưới 6 tháng tuổi. Khi bị ngộ độc nitrit thì cơ thể sẽ không thể làm tròn chức năng hô hấp, có các biểu hiện như khó thở, ngột ngạt. Thông thường, trẻ từ 6 tháng tuổi trở lên và người lớn ít bị ảnh hưởng bởi methemoglobinemia do hệ tiêu hóa có khả năng hấp thụ và thải loại nitrat. Mặc dù đã có những nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng gây ung thư do ăn uống nước bị ô nhiễm nitrat và nitrit (ở nồng độ cao) trong thời gian dài, nhưng cho đến nay các kết quả nghiên cứu chưa đủ để khẳng định mối tương quan giữa ăn uống nước bị nhiễm nitrat và nitrit trong thời gian dài và ung thư. Tuy nhiên, Nitrat và Nitrit (đặc biệt là Nitrit) vẫn được khuyến cáo là có khả năng gây ung thư ở người do nitrit sẽ kết hợp với các axit amin trong thực phẩm làm thành một họ chất nitrosamine - 1 hợp chất tiền ung thư. Hàm lượng nitrosamin cao khiến cơ thể không kịp đào thải, tích lũy lâu ngày trong gan có thể gây ra hiện tượng nhiễm độc, ung thư gan hoặc ung thư dạ dày. Trường hợp nhiễm độc trầm trọng nếu không được cứu chữa kịp thời dẫn đến nguy cơ tử vong cao. 1.2.3.2. Tác hại của 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 loài thực vật phù du như rêu, 19
27. tảo gây tình trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng + nước, sản sinh nhiều chất độc trong nước NH4 , H2S,CH4, CO2, tiêu diệt nhiều sinh vật có ích trong nước. Hiện nay, phú dưỡng thường gặp trong các đô thị, các sông và kênh dẫn nước thải. Đặc biệt là khu vực Hà Nội, sông Sét, sông Tô Lịch, sông Lừ đều có màu xanh đen hoặc đen, có mùi hôi thối do thoát H2S. Hiện tượng này tác động tiêu cực đến hoạt động sống của cư dân đô thị, làm biến đổi hệ sinh thái của nước hồ, tăng thêm mức độ ô nhiễm không khí của khu vực. 1.2.4. Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải Đã có nhiều phương pháp, nhiều công trình xử lý Nitơ trong nước thải được nghiên cứu và đưa vào vận hành trong đó có cả phương pháp hóa học, sinh học, vật lý, Nhưng phần lớn chúng đều chưa đưa ra được mô hình xử lý Nitơ chuẩn để áp dụng trên một phạm vi rộng. Dưới đây là bảng phân tích một cách tổng quan nhất về dạng và hiệu suất làm việc của các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải đã được nghiên cứu và ứng dụng. Bảng 1.4.Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải Các phương Hiệu suất xử lý nitơ (%) Hiệu - pháp xử lý Nitơ dạng hữu NH3 NO3 suất xử + cơ NH4 lý (%) Xử lý thông thường Bậc I 10-20% 0 0 5-10% Bậc II 15-50% < 10% Hiệu suất thấp 10-30% Xử lý bằng phương pháp sinh học Vi khuẩn hấp 0 40-70% Hiệu suất thấp 30-70% phụ Nitơ Qúa trình khử 0 0 80-90% 70-95% nitrat Thu hoạch tảo Chủ yếu chuyển Thu hoạch sinh Thu hoạch sinh 50-80% thành NH3, khối khối + NH4 20
28. Qúa trình nitrat Xử lý có giới Chuyển hóa 0 5-20% hóa hạn thành nitrat Hồ oxy hóa Chủ yếu chuyển Xử lý bởi quá Tách bằng quá 20-90% thành NH3, trình làm thoáng trình nitrat và + NH4 khử nitrat Các phương pháp hóa học Châm clo Kém ổn định 90-100% 0 80-95% Đông tụ hóa học 50-70% Hiệu suất thấp Hiệu suất thấp 20-30% Cacbon dính 30-50% Hiệu suất thấp Hiệu suất thấp 10-20% bám Trao đổi ion có Hiệu suất thấp, 80-97% 0 70-95% chọn lọc với kém ổn định Amoni Trao đổi ion có Hiệu suất thấp Hiệu suất thấp 75-90% 70-90% chọn lọc với Nitrat Các phương pháp vật lý Lọc 30-95% N dạng Hiệu suất thấp Hiệu suất thấp 20-40% cặn hữu cơ Làm thoáng 0 60-90% 60-90% 60-90% Kết tủa bằng 100% N dạng 30-50% 30-50% 40-50% điện cực cặn hữu cơ Thẩm thấu 60-90% 60-90% 60-90% 80-90% ngược Qua bảng phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý Nitơ, ta thây việc xử lý Nitơ bằng phương pháp sinh học có hiệu quả rất cao. Cùng với việc ứng dụng phương pháp sinh học để khử Nitơ trong nước thải, ta còn lưu ý đến các phương pháp khác như: hóa học (châm clo), vật lý (thổi khí), trao đổi ion Theo thống kê các nhà maý 21
29. ứng dụng công nghệ xử lý Nitơ thì chỉ có 6/1200 nhà máy là sử dụng biện pháp thổi khí, 8/1200 nhà máy sử dụng biện pháp châm clo và duy nhất có 1 nhà máy là sử dụng biện pháp trao đổi ion. Sở dĩ những biện pháp này ít được dùng vì chi phí đầu tư lớn, thêm vào đó là sự phức tạp trong quá trình vận hành và bảo dưỡng. 1.3. Tổng quan về công nghệ keo tụ điện hóa 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. 1.3.1. Giới thiệu về phương pháp keo tụ điện hóa 1.3.1.1. Khái niệm Keo tụ điện hoá là một phương pháp điện hoá trong xử lý nước thải, 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 [17]. 1.3.1.2. Đặc điểm của phương pháp keo tụ điện hoá [23] 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 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). Keo tụ điện hóa là phương pháp giao thoa của ba quá trình: điện hoá học, tuyển nổi điện phân, keo tụ [17]. 22
30.  Điện hóa học Điện hoá học là phương pháp làm sạch các tạp chất hoà tan hoặc phân tán trong nước thải nhờ tác dụng của dòng điện một chiều khi xảy ra quá trình oxi hoá ở cực dương và quá trình khử ở cực âm [1]. Hình 1.2. Sơ đồ phương pháp điện hoá học [1] Khi có 2 điện cực cùng nhúng trong một dung dịch chất điện li và cho dòng điện một chiều đi qua thì: + Tại cực dương (anot): các ion âm sẽ cho electron, nghĩa là xảy ra phản ứng oxi hoá điện hoá: A → An++ ne + Tại cực âm (catot): các ion dương sẽ nhận electron, nghĩa là xảy ra phản ứng - - khử : 2H2O + 2e → 2OH + H2  Keo tụ - tạo bông Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hoá chất. Tuy nhiên với phương pháp keo tụ điện hóa các chất keo tụ được tự tạo ra trong quá trình điện phân nhờ quá trình ăn mòn điện cực. Trong đó các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng hay tuyển nổi [5 ]. Khi có chất keo tụ trong nước thải, các hạt keo bản thân trong nước bị mất tính ổn định, tương tác với nhau, kết cụm lại hình thành các bông cặn lớn, dễ lắng [8]. 23
31.  Tuyển nổi điện phân Tuyển nổi điện phân là phương pháp được thực hiện dựa trên cơ sở sự điện ly của nước tạo thành những dòng khí rất nhỏ [5] Phương pháp này thì các điện cực sẽ được đặt ở dưới đáy bể. Dòng điện một chiều sẽ điện phân dung dịch nước thải tạo nên các bọt khí. Các bọt khí oxi được tạo nên ở các điện cực dương và khí hidro tạo ra ở cực âm sẽ nổi lên và bám vào các hạt chất rắn lơ lửng tạo lực nâng chúng lên bề mặt tạo thành lớp váng để sau đó loại bỏ chúng bằng thanh gạt. 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. 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 1.3. Sơ đồ bể keo tụ điện hóa hoạt động theo mẻ. 24
32. Khi cho dòng điện một chiều đi qua các điện cực thì tại cực dương (anot) sẽ diễn ra quá trình hòa tan kim loại. Do đó, các điện cực dương được làm bằng sắt (hoặc nhôm) thì quá trình này sẽ giải phóng ra các cation Fe3+ (hoặc Al3+) Fe → Fe3+ + 3e- Các cation này sẽ di chuyển vào trong môi trường nước thải [17]. Những cation Fe3+ (hoặc Al3+) sẽ kết hợp cùng với nhóm hidroxyl và tạo thành các hidroxit (Fe(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 [4] 3+ - Fe + 3OH → Fe(OH)3 Bên cạnh đó, việc các phản ứng điện phân đã xảy ra và tạo ra các bọt khí tại cực âm (catot). 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. - 2H2O + 2e → H2 + 2OH Các hydroxit kim loại sẽ tham gia vào các phản ứng polyme hóa: 2Fe(OH)3 → (OH)2Fe - O - Fe(OH)2 + H2O Các polyme này có thể loại bỏ các chất ô nhiễm tan và không tan bởi quá trình hấp phụ, tạo phức và kết tủa [16]. 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 [11]. 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành bể keo tụ điện hóa . Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của bể keo tụ điện hoá [4]: + 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. 25
33. + 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 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 điểm của quá trình keo tụ điện hóa [17] 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. 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. 26
34. + 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 keo tụ điện hóa trong xử lý môi trường 1.3.5.1. Các công trình ứng dụng quốc tế Theo các kết quả nghiên cứu của Ilhan và cộng sự [18], Khandegar và Saroha [19], 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 [14] 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 [24] 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 0,01mg/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.  Nhóm nghiên cứu của Yang [27] 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 27
35. 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. 1.3.5.2. Các công trình ứng dụng trong nước Tình hình nghiên cứu các phương pháp điện hóa nói chung, keo tụ điện hóa nói riêng trong xử lý nước ô nhiễm ở nước ta vẫn còn chưa phổ biến, cho đến nay mới chỉ có một số công trình nghiên cứu 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 [9].  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” [3] 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. 28
36. CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu và mục đích nghiên cứu 2.1.1 . Đối tượng nghiên cứu - Nước rỉ rác của BCL Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội - Địa điểm nghiên cứu: 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. 2.1.2. Mô hình thiết bị 2.1.2.1. Hệ thí nghiệm keo tụ điện hóa điện cực sắt Sơ đồ hệ thiết bị thí nghiệm a) Bể keo tụ điện hóa 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 được làm bằng thủy tinh hữu cơ 14 x 14 x 21 cm, dạng hình hộp chữ nhật. 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. 29
37. Hình 2.1. Sơ đồ thiết kế bể keo tụ điện hóa. Hình 2.2. Hệ thống thí nghiệm bể keo tụ điện hóa phòng thí nghiệm 30
38. b) Điện cực Trong các thí nghiệm keo tụ điện hóa, điện cực được dùng là các tấm bằng sắt, có kích thước là 0,4 x 10 x 11 (cm) với số lượng điện cực là 4 cặp (8 chiếc). c) Nguồn điện một chiều 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. d) Máy khuấy tư gia nhiệt 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. e) Kẹp điện cực Gồm 4 cặp Hình 2.3. a) Nguồn điện một chiều (DC REULATED POWER SUPPLY - QJ3020S -0~30V/20A) b) Máy khuấy từ gia nhiệt 31
39. Hình 2.4. a) Dạng điện cực sắt b) Kẹp điện cực 2.1.2.2. Tiến trình 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. Trước lúc tiến hành thí nghiệm thì lấy mẫu và xả đông bằng cách 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 2000 ml. Con từ được đặt vào bên trong bể phản ứng, sau đó xếp 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 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, thời gian lấy mẫu lần lượt là 0, 10, 20, 40, 60 phút; tức cả mẫu đầu vào là 5 mẫu. 32
40. Hình 2.5. Mẫu nước rỉ rác được lấy trong quá trình điện phân 2.1.3. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu xử lý Nitơ trong nước rỉ rác và tìm điều kiện vận hành tối ưu. 2.2. 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 và thời gian, ảnh hưởng của pH, ảnh hưởng khoảng cách giữa 2 điện cực đến hiệu quả của quá trình keo tụ điện hóa. Hiệu quả của quá trình xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa được đánh giá thông qua giá trị hiệu suấtkhoáng hóa H (%) : (C 푛đầ − c ò푛푙ạ푖) (%) = × 100% C 푛đầ - - + 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. 2.2.1. 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, 10, 20, 40, 60 33
41. 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 Nitơ (NO2 , NO3 , NH4 ) bằng phương pháp đo quang. Từ kết quả thu được lựa chọn giá trị cường độ dòng điện và thời gian phù hợp. 2.2.2. 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, thời gian lưu tối ưu, nhiệt độ phòng thí nghiệm, V = 1,8 L, nước rác được pha loãng 2 lần. Mẫu được lấy trước và trong quá trình điện phân với thời gian điện phân đã - - + được chọn như trên, sau đó tiến hành phân tích Nitơ (NO2 , NO3 , NH4 ) bằng phương pháp đo quang. Từ kết quả thu được lựa chọn giá trị pH phù hợp. 2.2.3. Ảnh hưởng của khoảng giữa hai điện cực. Đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách điện cực tới khả năng xử lý của quá trình keo tụ điện hóa dung dịch nước rỉ rác với các mức cường độ dòng điện áp đặt giữa hai điện cực, pH là giá trị lựa chọn ở trên, thời gian lấy đã lựa chọn. Khoảng cách điện cực là 7, 5, 3, 1 (cm) ứng với các cặp điện cực 1-8, 2-7, 3-6, 4-5. Sau đó - - + tiến hành phân tích Nitơ (NO2 , NO3 , NH4 ) bằng phương pháp đo quang. Từ kết quả thu được lựa chọn giá trị khoảng cách giữa hai điện cực phù hợp. 2.3. Phương pháp phân tích chỉ tiêu nitơ trong mẫu thu được sau khi xử lý bằng công nghệ keo tụ điện hóa. 2.3.1.Phương pháp nghiên cứu tài liệu Phương pháp này được sử dụng nhằm xác định,phân tích, đánh giá điều kiện về tự nhiên, môi trường và được thu thập, tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau có liên quan đến nguồn nước rỉ rác và định hướng trong việc ứng dụng công nghệ xử lý. 2.3.2. Phương pháp phân tích. Phân tích một số chỉ tiêu để đánh giá chất lượng nước: Nitrit, Nitrat, Amoni. 2.3.2.1. Xác định Nitrit 34
42. Theo TCVN 6178:1996  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 khoàng - 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.  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.  Dụng cụ, thiết bị - Máy đo quang - Pipet 1ml - Bình định mức 25ml - Bình đựng nước cất, bình tia, quả bóp cao su  Hóa chất Thuốc thử nitrit: Cân chính xác 5g axit sunphaniamide và 0.5g N-(1-naphthyl) etylene diamin dihydrochoride (NED) dihydrochloride. Chuẩn bị khoảng 100ml nước cất thêm 50ml dung dịch axit H3PO4 85% và 5g axit sulphaniamide. Sau khi hòa tan hoàn tan hoàn toàn axit sunlphaniamide, thêm 0.5g N-(1-naphthyl) etylene diamin dihydrochoride (NED) dihydrochloride. Hòa tan hoàn toàn vào định mức đến 250ml dung dịch này bền trong một tháng kể từ ngày pha khi được bảo quản trong bóng tối ở trong tủ lạnh.  Cách tiến hành thí nghiệm Hút 1ml mẫu vào bình định mức 25ml sau đó nhỏ 1ml thuốc thử nitrit, định mức tới vạch bằng nước cất, lắc đều. Để 20 phút rồi đo bước sóng 540nm.  Đường chuẩn 35
43. Từ kết quả đo độ hấp thụ quang tại các giá trị khác nhau ta xây dựng được đường chuẩn của chỉ tiêu Nitrit cho phương pháp đo quang như sau: Bảng 2.1. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau Độ hấp thụ quang (Abs) 0,019 0,108 0,43 1,047 2,131 Nồng độ (CN-NO2) 0,1 1 4 10 20 Trêm cơ sở kết quả này, ta xây dựng được đường chuẩn như dưới hình 2.6, với hệ số tương quan R2 = 0,9992. - Phương trình đường chuẩn NO2 là: y= 9,4277x - 0,0225 Trong đó: x- Biểu diễn giá trị độ hấp thụ quang (Abs) - y- Biểu diễn giá trị nồng độ NO3 trên đồ thị 25 y = 9.4277x - 0.0225 20 R² = 0.9992 15 10 Nồng Nồng độ (C) 5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Độ hấp thụ quang (Abs) Hình 2.6.Đường chuẩn Nitrit đo ở bước sóng 540nm 36
44. 2.3.2.2. Xác định Nitrat (Theo TCVN 6180: 1996 (ISO 7890: 1988))  Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định hàm lượng ion Nitrat đối với mẫu nước thô, nước thải, nước sinh hoạt, các mẫu nước có nồng độ Nitơ của Nitrat đến 0.2mg/l - 25mg/l  Nguyên tắc phương pháp Đo độ hấp thụ quang của hợp chất màu vàng ở bước sóng 415nm 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.  Yếu tố cản trở - Dinatri dihidro etylendinitrilotetraaxetat (EDTANa) được thêm vào với kiềm để tránh kết tủa của các muối canxi và magie. - Độ đục của mẫu: để loại bỏ yếu tố ảnh hưởng này trước khi phân tích phải để lắng mẫu.  Thiết bị, dụng cụ - Máy đo quang - Cốc thủy tinh 50 ml - Pipet 10 ml, 1 ml - Bình định mức 25 ml - 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 cách thêm o o 2ml H2SO4 trongkhoảng nhiệt độ từ 2 C đến 5 C, nhưng phải kiểm tra để khẳng định đối với mỗi loại mẫu. 37
45.  Hóa chất * Axit sunfuric, H2SO4 1,8 g/ml - Dung dịch H2SO4 98%, d= 1.84g/ml (cảnh báo: phải mặc quần áo bảo hộ và bảo vệ mắt khi sử dụng thuốc thử này). * Dung dịch natri salixylat Dung dịch natri salixylat, HO-C6H4-COONa 10g/l: hòa tan 1g ± 0,1g HO- C6H4-COONa trong 100ml nước cất. Bảo quản dung dịch trong chai thủy tinh hoặc chai polyetylen. *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. (Cảnh báo: phải mặc quần áo bảo hộ và bảo vệ mắt khi sử dụng thuốc thử này).  Cách tiến hành thí nghiệm. Tráng rửa sạch bình định mức. * Mẫu phân tích - Bước 1: Lấy 1ml mẫu cho vào cốc 50ml - Bước 2: Thêm 1ml Natrisalyxilat vào mỗi cốc. - Bước 3: 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. 38
46. Hình 2.7. Thí nghiệm đun cách thủy mẫu Bước 4: Để cho cặn nguội, thêm từ từ vào mỗi cốc 1ml dung dịch H2SO4 đặc, lắc đều sao cho cặn tan hết, sau đó để yên trong 10 phút cho phản ứng xảy ra. Bước 5: Cho thêm 10 ml EDTA vào các cốc, chuyển hết mẫu sang các bình định mức 25 ml, định mức bằng nước cất đến vạch sau đó lắc đều. Ghi các nhãn trên bình định mức tương ứng với cốc đựng mẫu ban đầu để tránh nhầm lẫn. Hình 2.8.Mẫu được chuyển sang bình định mức 25 ml 39
47. Bước 6: Để khoảng 20 phút rồi đem đi đo trên máy đo quang ở bước sóng 415 nm. Hình 2.9. Hình ảnh cuvet và máy đo quang UV-Vis *Mẫu trắng Thay 1ml mẫu phân tích bằng 1ml nước cất và tiến hành tương tự như mẫu môi trường. Chú ý : Tiến hành trong tủ hút và đeo khẩu trang, gang tay.  Đường chuẩn 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 2.10, 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 40
48. 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 25 20 y = 31.886x - 0.4102 R² = 0.9992 15 10 Nồng Nồng độ (C) 5 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 -5 Độ hấp thụ quang (Abs) Hình 2.10. Đường chuẩn Nitrat đo ở bước sóng 415nm 2.3.2.3. Xác định Amoni Theo TCVN 6179-1:1996 (ISO 7150-1:1984)  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 <1mg/l.  Nguyên tắc phương pháp Đo độ hấp thụ quang 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 phải để lắng mẫu trước khi phân tích. 41
49. - 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.  Thiết bị, dụng cụ - Máy đo 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 cách thêm o o 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 natri hydroxit 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 trong 2 tuần. Chú ý: Pha trong tủ hút,đi găng tay và đeo khẩu trang. 42
50.  Cách tiến hành thí nghiệm Trước khi lấy mẫu phải để mẫu lắng xuống vì có cặn sẽ ảnh hưởng đến độ hấp thụ màu. Tráng rửa bình định mức bằng nước cất. * Mẫu phân tích: Dùng bình định mức 25ml và 50ml. - Lấy 1ml mẫu cần phân tích 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 đo ở bước sóng 672nm trên máy đo quang UV-Vis. * Mẫu trắng: Thay mẫu phân tích bằng nước và tiến hành tương tự như mẫu môi trường. Hình 2.11. Mẫu để sau 60 phút 43
51.  Dựng đường chuẩn 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 2.3. Kết quả đo độ hấp thụ quang cho các dung dịch chuẩn có nồng độ khác nhau Độ hấp thụ quang (Abs) 0 0,079 0,15 0,309 0,626 0,767 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 2.13, với hệ số tương quan R2 = 0,9998. Do đó có thể sử dụng phương pháp đo quang để phân tích nitrat 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 1.2 1 y = 1.2936x + 0.0003 R² = 0.9998 0.8 0.6 0.4 Nồng độ amoni Nồng độ amoni (mg/l) 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Độ hấp thụ quang (Abs) Hình 2.12. Đường chuẩn Amoni đo ở bước sóng 672nm 44
52. CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả quá trình điện phân Bằng quan sát trực quan theo thời gian lấy mẫu ta thấy: + Mẫu nước ban đầu có màu nâu không đậm do nước thải đầu vào đã được pha loãng 2 lần nên độ màu và mùi của chúng giảm đi. + Trong quá trình điện phân khoảng thời gian đầu (10 phút) thấy có bọt khí trắng xuất hiện trên bề mặt, trên điện cực anot xuất hiện các mảng bám, catot sinh ra nhiều bọt khí. Các bọt khí trắng xuất hiện ngày một dày kín trên bể phản ứng. Có hiện tượng này là do dòng điện một chiều điện phân dung dịch nước thải tạo nên các bọt khí. Các bọt khí oxy được tạo nên ở điện cực dương và khí hidro tạo ra ở cực âm sẽ nổi lên và bám vào các hạt chất rắn lơ lửng tạo lực nâng chúng lên bề mặt tạo thành lớp váng. Theo thời gian điện phân thì các bọt khí sinh ra càng nhiều khiến lớp váng càng dày, tức các chất lơ lửng trong nước thải sẽ nổi hết lên bề mặt. + Tiếp tục, một vài mảng bám bọt khí đen trên bề mặt, mảng bám trên anot cũng nhiều hơn. Các mảng bọt khí trắng đen xen kẽ nhau từng lớp, sau mảng màu đen chuyển dần thành màu nâu đỏ. Diện tích mảng màu nâu đỏ nhiều hơn diện tích mảng màu trắng. + Cuối cùng bể phản ứng sẽ trong hơn, kết tủa sắt tăng lên, các bọt khí trắng vẫn nằm đan xen các bọt khí nâu đỏ. Một phần kết tủa đen lắng xuống đáy bể. Màn khí chuyển dần sang nâu đỏ đậm kín bề mặt. Xuất hiện nhiều kết tủa trắng trên bề măt điện cực, nước trong các khoang trong hơn. Do: Trong quá trình điện phân, dưới tác dụng của dòng điện thì tại điện cực dương (điện cực sắt) bị ăn mòn và giải phóng ra các chất có khả năng bị keo tụ là Fe2+ vào trong môi trường nước thải: Fe → Fe2+ + 2e Các cation này sẽ phản ứng với ion OH- có mặt trong nước hình thành các 2+ - hydroxit sắt theo phản ứng: Fe + OH → Fe(OH)2 Lớp váng ban đầu có màu trắng sau đó chuyển thành nâu đỏ là do Fe(OH)2 phản ứng với oxy trong không khí tạo thành Fe(OH)3 (nâu đỏ) (trong điều kiện pH 45
53. thấp (<6) ở điện cực dương cũng xảy ra quá trình khử nước tạo oxy: 2H2O → O2 + 4H++ 4e-) 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 Bên cạnh đó, việc các phản ứng điện phân đã xảy ra và tạo ra các bọt khí tại cực âm (catot). 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. - H2O + 2e → H2 + 2OH Trong khi đó, các bông keo có kích thước lớn hơn và lặng hơn sẽ lắng xuống đáy bể.Trên quy đạo lắng của các bông cặn này chúng sẽ va chạm ,tương tác, tạo phức như 3+ 2+ Fe(OH)6 , Fe(H2O)5(OH) , và kết tủa. Như vậy quá trình lắng sẽ tốt hơn. 3.2. Kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ điện hóa đối với chỉ tiêu Nitơ 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 nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện, thời gian lấy mẫu, khoảng cách giữa 2 điện cực và pH. Trước tiên các thí nghiệm được tiến hành dựa trên hai yếu tố cường độ dòng điện và thời gian lấy mẫu. Thực nghiệm thực hiện trên điện cực là sắt. Từ kết quả tương quan đó ta sẽ lựa chọn ra được giá trị cường độ dòng điện, thời gian lấy mẫu, khoảng cách điện cực, pH phù hợp để xử lý hiệu quả nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa. Vì hàm lượng NO2 trong nước rỉ rác rất thấp so với tiêu chuẩn cho phép nên - + chỉ tiến hành xử lý đối với chỉ tiêu NO3 và NH4 . 3.2.1 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý Nitơ trong quá trình keo tụ điện hóa Để nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến quá trình keo tụ điện hóa xử lý nước rỉ rác. Thí nghiệm được tiến hành với điện cực là sắt. Cường độ dòng điện dao động từ 1 - 4A. Thời gian lấy mẫu lần lượt là 0, 10, 20, 40, 60 phút. 46
54. - + Kết quả đo giá trị NO3 và NH4 tại các thời điểm trước và sau quá trình keo tụ điện hóa được thể hiện trong bảng. - a) Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý NO3 - Kết quả thực hiện phân tích NO3 của nước rỉ rác tại các thời điểm khác nhau và cường độ dòng diện khác nhau được thể hiện trên bảng 3.1, 3.2 và hình 3.1 - Bảng 3.1. Nồng độ NO3 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa ở các mức cường độ dòng điện và thời gian khác nhau (mg/l) Thời gian I = 1A I = 2A I = 2.5A I = 3A I = 4A (phút) 0 2.496 2.304 2.177 2.368 2.560 10 1.603 1.093 0.965 1.284 1.157 20 1.142 0.774 0.710 0.965 1.093 40 0.901 0.646 0.646 0.710 0.710 60 0.774 0.327 0.264 0.200 0.136 47
55. 100 90 80 70 60 I=1A 50 I=2A 40 Hiệu Hiệu suất (%) I=2.5A 30 I=3A 20 I=4A 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Thời gian (phút) - Hình 3.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý NO3 bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt Nhìn vào biểu đồ hình 3.1, tại bất kì giá trị cường độ dòng điện nào cũng đều - thấy hiệu suất xử lý NO3 tăng. Từ khoảng thời gian 0 - 40 phút hiệu suất cao nhất mới chỉ đạt 72,255% ở cường độ dòng điện 4A, giá trị hiệu suất này chưa cao. Tại thời điểm 60 phút, thấy hiệu suất cao nhất là 94,679% ở cường độ dòng điện 4A, cạnh đó khi cường độ dòng điện là 3A thì hiệu suất đạt 91,557% Như vậy khi thay đổi dòng điện từ 3A đến 4A thì hiệu suất xử lý chỉ tăng 3,122%. Do đó cần xem xét đâu là cường dộ dòng điện tối ưu. Theo định luật Faraday: m = AIt/nFV, thời gian điện phân càng lâu, cường độ dòng điện càng lớn thì các chất bị điện phân trên các điện cực càng nhiều dẫn đến - gia tăng tốc độ keo tụ điện hóa. Như vậy, muốn đạt hiệu quả xử lý NO3 cao thì thời gian điện phân phải càng lâu, cường độ dòng điện lớn. Tuy nhiên, thời gian điện phân lâu sẽ tiêu tốn điện năng, cường độ dòng điện lớn gây ăn mòn điện cực, làm 48
56. cho hiệu suất Faraday giảm. Từ những kết quả phân tích trên ta chọn khoảng thời gian 60 phút và cường độ dòng điện 3A là lựa chọn phù hợp cho việc áp dụng xử lý chỉ tiêu Nitrat trong nước nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa. b) Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý + NH4 + Bảng 3.2. Nồng độ NH4 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các mức cường độ dòng điện và thời gian khác nhau (mg/l) Cường độ dòng điện Thời gian Nồng độ sau pha loãng I=1A 0 1345,94 10 1273,50 20 1247,63 40 1201,06 60 1157,08 I = 2A 0 1325,25 10 1263,15 20 1190,71 40 1133,79 60 1126,03 I = 2,5A 0 1426,15 10 1330,42 20 1255,39 40 1188,12 60 1164,84 I = 3A 0 1389,93 10 1268,33 20 1219,17 40 1120,86 49
57. 60 1161,35 I = 4A 0 1480,48 10 1333,01 20 1278,68 40 1180,36 60 1110,51 30.00 25.00 20.00 I=1A 15.00 I=2A I=2.5A Hiệu Hiệu suất (%) 10.00 I=3A I=4A 5.00 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 Thời gian (phút) + Hình 3.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu suất xử lý NH4 bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt - + Nhìn vào hình 3.2, cũng giống quá trình xử lý NO3 , hiệu suất xử lý NH4 cũng tăng dần theo độ tăng thời gian và cường độ dòng điện. Ở thời gian 60 phút thì cường độ dòng điện 3A và 4A đạt hiệu suất cao nhất (23,64% và 24,99%). So sánh tương quan giữa dòng điện 3A - 4A thì chọn cường độ dòng điện và thời gian là 3A 50
58. và 60 phút vẫn là hợp lý nhất để không tiêu tốn nhiều điện năng và ít gây ăn mòn điện cực hơn. - + Như vậy qua thí nghiệm với cả NO3 và NH4 thì lựa chọn thời gian là 60 phút và cường độ dòng điện là 3A là hoàn toàn hợp lý. Kết quả này sẽ được áp dụng làm điều kiện cho các thí nghiệm sau đó. 3.2.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng xử lý Nitơ Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu quả xử lý Nitơ bằng keo tụ điện hóa điện cực sắt với dòng điện có cường độ đã chọn là 3A, thời gian là 60 phút, nhiệt độ phòng thí nghiệm, V=1,8L, mẫu nước được pha loãng 2 lần. Các giá trị pH dao động từ 5 - 10. a) Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng xử lý Nitrat - Bảng 3.3. Nồng độ NO3 cuả nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các mức pH khác nhau (mg/l) Thời Nồng độ (mg/l) gian pH=5 pH=6 pH=7 pH=8 pH=9 pH = 10 (phút) 0 1,025 1,057 0,929 0,897 0,993 0,960 60 0,228 0,196 0,068 0,036 0,164 0,227 51
59. 100.00 90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 Hiệu Hiệu suất (%) 30.00 20.00 10.00 0.00 4 5 6 7 8 9 10 11 pH - Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý NO3 trong nước rỉ rác. Quan sát hình 3.3 ta thấy, pH dao động từ 5-10 thì sự thay đổi hiệu suất xử lý - NO3 chia thành 2 giai đoạn: Hiệu suất xử lý tăng dần trong khoảng pH từ 5 - 8 và khi qua ngưỡng pH = 8 thì hiệu suất xử lý bắt đầu giảm dần. Hiệu quả xử lý đạt trên 81% trong khoảng pH = 6 - 9, đây là khoảng pH có tính trung tính và kiềm nhẹ. Điều này phù hợp với lựa chọn pH giả định để thiết kế các hệ thống xử lý nước thải. Nguyên nhân có thể do pH dưới 8 thì lượng Fe2+ sinh ra khó tạo thành hydroxit của nó (vì trong môi trường axit có nhiều ion H+, ít ion OH-) dẫn đến làm giảm tác nhân keo tụ trong xử lý nước thải, lúc này hiệu suất xử lý Nitrat giảm xuống. Khi pH lớn hơn 8 xu hướng giảm cũng thể hiện là do khi pH cao thì lượng Fe2+ sinh ra sẽ nhanh chóng tạo thành các bông keo tại ngay sát bề mặt điện cực do đó cản trở phản ứng của các ion Fe2+ được sinh ra tiếp theo trong quá trình điện phân với nhóm OH-, tác nhân keo tụ giảm nên hiệu suất xử lý cũng giảm xuống. Như vậy có thể lựa chọn pH = 8 là điều kiện tối ưu để áp dụng xử lý chỉ tiêu Nitrat trong nước thải bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực sắt. 52
60. b) Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng xử lý Amoni + Bảng 3.4. Nồng độ NH4 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các mức pH khác nhau (mg/l) pH Thời gian (phút) Nồng độ sau pha loãng pH=5 0 1480.48 60 1268.33 pH=6 0 1374.40 60 1071.70 pH=7 0 1428.73 60 1105.33 pH=8 0 1257.98 60 944.93 pH=9 0 1278.68 60 1032.89 pH= 10 0 1312.31 60 1164.84 53
61. 30 25 20 15 Hiệu Hiệu suất (%) 10 5 0 4 5 6 7 8 9 10 pH Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý amoni trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt. Quan sát hình 3.4, khi pH dao động từ 5 - 8 thì hiệu suất xử lý tăng dần từ 14,330% lên 24,885%. Khi qua ngưỡng pH = 8 thì hiệu suất xử lý bắt đầu giảm dần (từ 24,885% xuống 11,237%). Hiệu suất cao nhất tại pH = 8 (24,885%) So sánh tương quan giữa 2 giai đoạn dao động pH từ 5-8 và 8-10 thì lựa chọn pH = 8 là hợp lý nhất. Như vậy, lựa chọn pH = 8 là điều kiện tối ưu để áp dụng xử lý chỉ tiêu Amoni trong nước thải bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực sắt. 3.2.4. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến khả năng xử lý Nitơ Để nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu quả xử lý Nitơ bằng keo tụ điện hóa dung dịch nước rỉ rác với điện cực sắt dòng điện có cường độ 3A, thời gian là 60 phút, nhiệt độ phòng thí nghiệm, pH = 8, V = 1,8L, mẫu nước được pha loãng 2 lần. Các giá trị khoảng cách điện cực được xét là 1, 3, 5, 7 (cm) tương ứng với các cặp điên cực 1-8, 2-7, 3-6, 4-5. 54
62. a) Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến khả năng xử lý Nitrat - Bảng 3.5. Nồng độ NO3 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l) Khoảng Thời gian (phút) Nồng độ (mg/l) cách (cm) 7 0 1,758048 60 0,610152 5 0 1,949364 60 0,38695 3 0 1,885592 60 0,323178 1 0 2,013136 60 0,195634 100.00 80.00 60.00 40.00 Hiệu Hiệu suất (%) 20.00 0.00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Khoảng cách (cm) - Hình 3.5. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NO3 trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt 55
63. Từ hình 3.5 ta thấy, hiệu suất xử lý Nitrat cao nhất đạt 90,28% ở khoảng cách điện cực 1cm, thấp nhất ở khoảng cách điện cực 7cm là 65,29%. 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 lượng. Sự thủy phân các ion Fe2+ ở cực dương kết hợp với các ion OH- ở cực âm để tạo thành các phân tử keo tụ xảy ra theo các phản ứng nối tiếp nên khoảng cách điện cực có vai trò quan trọng. Mặt khác khoảng cách điện cực càng xa thì khả năng kết hợp giữa hai ion càng khó, dẫn đến hiệu suất xử lý Nitrat thấp. Vì vậy ta lựa chọn khoảng cách điện cực 1cm là điều kiện tối ưu cho hệ thống keo tụ điện hóa để áp dụng xử lý chỉ tiêu Nitrat trong nước thải để lượng chất keo tụ sinh ra phân tán đồng đều hơn và giảm tiêu hao năng lượng. 56
64. b) Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến khả năng xử lý Amoni + Bảng 3.6. Nồng độ NH4 của nước rỉ rác trong quá trình keo tụ điện hóa điện cực sắt ở các khoảng cách điện cực khác nhau (mg/l) Khoảng cách (cm) Thời gian Nồng độ sau pha loãng (phút) (mg/l) 7 0 1325,25 60 1170,01 5 0 1351,12 60 1157,08 3 0 1309,72 60 1038,07 1 0 1268,33 60 988,91 57
65. 25 20 15 10 Hiệu Hiệu suất (%) 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Khoảng cách (cm) + Hình 3.6. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý NH4 trong nước rỉ rác bằng công nghệ keo tụ điện hóa điện cực sắt + Quan sát hình 3.6, ta thấy hiệu suất xử lý NH4 cao nhất tại khoảng cách điện cực là 1cm đạt 22,03%, thấp nhất ở khoảng cách điện cực 7cm là 11,71%. Cũng tương tự như việc giải thích ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến khả năng xử - lý NO3 trong nước thải ta chọn khoảng cách điện cực 1cm là điều kiện tối ưu cho hệ thống keo tụ điện hóa để áp dụng xử lý chỉ tiêu Amoni trong nước thải. 58
66. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ  Kết luận Các nghiên cứu trong luận văn đã đưa ra được một số kết luận sau: 1. Đã nghiên cứu, tìm hiểu và nắm được đặc điểm, nguyên lý của quá trình keo tụ điện hóa. 2. Đã đánh giá ảnh hưởng của cường độ dòng điện và thời gian đến hiệu quả xử lý Nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực sắt. Kết quả phân tích chọn được điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý là I = 3A, t = 60 phút. 3. Đã đánh giá ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý Nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực sắt. Với pH xét từ 5 đến 10, kết quả phân tích chọn được điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý là pH = 8. 4. Đã đánh giá được ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu quả xử lý Nitơ trong nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa điện cực sắt. Với khoảng cách điện cực được xét là 7, 5, 3, 1 (cm), kết quả phân tích chọn được điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý là 1(cm).  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 Nitơ 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 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 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. 59
67. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Lê Trịnh Hùng (2006), Kỹ thuật xử lý nước thải, NXB Giáo dục. [2] Nguyễn Hồng Khánh, Lê Văn Cát, Tạ Đăng Toàn, Phạm Tuấn Linh (2009), Môi trường bãi chôn lấp chất thải và kỹ thuạt xử lý nước rác, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. [3] 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. [4] Trẩn Hiếu Nhuệ (2001), Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, NXB Khoa học và Kỹ thuật. [5] Nguyễn Thị Thu Thủy (2000), Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp, NXB Khoa học và Kỹ thuật. [6] Vũ Đức Toàn (2012), Đánh giá ảnh hưởng của BCL Xuân Sơn, Hà Nội đến môi trường nước và đề xuất giải pháp, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, số 39, 28-33 [7] Trần Mạnh Trí (2007), 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, Báo cáo khoa học, Trung tâm công nghệ Hóa học và Môi trường. [8] Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2006), Xử lý nước thỉ đô thị và công nghiệp, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. [9] 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. [10] 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. [11] Lê Hoàng Việt (2002), Giáo trình phương pháp xử lý nước thải, Đại học Cần Thơ. 60
68. [12] 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, tr.176 - 183. Tài liệu tiếng anh [13] Bhalla B., Saini M.S., Jha M.K. (2013), Effect of age and seasonal variations on leachate characteristics of municipal solid waste landfill, International Journal of Research in Engineering and Technology, Vol. 2, No. 8, 223-232. [14] Butler E., Hung Y.T., Yeh R.Y.L. and Ahmad M.S.A. (2011), Electrocoagulation in Wastewater Treatment, Water, 3, 495-525. [15]Chuleemus Boonthai Iwai and Thammared Chuasavath (2002), Mitree Siribunjongsak and Thares Srisatit (2004). [16] Drogui P., Blais J.F., Mercier G. (2007), Riview of electrochemical technologies for enviromental applications, Recent patents on engineering, 1 , 257-272. [17] 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. [18]Ilhan F., Kurt U., Apaydin O. and Gonullu M.T. (2008), Treatment of leachate by electrocoagulation using aluminum and iron electrodes, J.Hazard. Mater., 154, 381-389. [19]Khandegar V. and Saroha A.K. (2013), Electrocoagulation for the treatment of textile industry effluent -a review, J. Environ. Manage., Vol.128, 949-963. [20]Kim S.M., Geissen S.U., Vogelpohl A. (1997), Landfill leachate treatment by a photoassisted Fenton reaction, Water Science and Technology, Vol. 35, pp. 239-248. 61
69. [21] Kuokkanen V., Kuokkanen T., Rämö J., Lassia U.(2015),Electrocoagulation treatment of peat bog drainage water containing humic substances, Water Research, 79, 79-87. [22] 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, pp.179-186. [23] R. Ramesh Babu, N.S. Bhadrinarayana, K.M.Meera Sheriffa Begum, N.Anantharaman (2006), Treatment of tannery wastewater by electrocoagulation, Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 42, 2, 2007, 201-206 [24] 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 [25] 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, Desalination, 268, 158-162. [26] Ushikoshi K., Kobayashi T., Uematsu K., Toji A., Kojima D. and Matsumoto K., (2002), Leachate treatment by the reverse osmosis system, Desalination, 150, 121-129. [27] Yang C.L, (2006), Electrochemical coagulation for oily water demulsification, Sep. Purif. Technol., 54, 388-395. 62
70. PHỤ LỤC b) a) Hình 1.a.Hiện tượng điện phân sau 10 phút 1.b.Hiện tượng điện phân sau 40 phút Hình 2.Hiện tượng điện phân trong các khoảng thời gian tiếp theo