Nước rỉra từcác bãi chôn lấp rác khác nhau nói chung không giống nhau, đặc
tính nước rỉrác thường khác nhau do có nhiều yếu tố ảnh hưởng nhưthời gian
chôn lấp rác (còn gọi tuổi chôn lấp rác), cấu trúc bãi chôn lấp rác, cách chôn lấp
lèn chặt hay tựdo, khối rác dày hay mỏng, nguồn gốc rác, loại rác , phương thức
quản lý và khai thác bãi rác. Rất nhiều quá trình biến đổi sinh học, hoá học và vật
lý xảy ra xen kẻ, nối tiếp nhau trong suốt thời gian rác được tập trung và chôn lấp
trong điều kiện thiếu hoặc không có không khí, môi trường pH và nhiệt độcao
trong bãi rác. Kết quảcủa hàng loạt quá trình biến đổi này là tạo ra nhiều thành
phần hữu cơvà vô cơgây ô nhiễm ởnhững cấp độkhác nhau cũng nhưtạo ra
nhiều hợp chất có cấu trúc hoá học phức tạp ởnhững cấp độkhác nhau, chúng có
thểdễbịphân hủy sinh học hoặc khó hoặc không thểbịphân hủy sinh học.
51 trang |
Chia sẻ: netpro | Lượt xem: 4306 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Áp dụng các quá trình oxi hóa nâng cao (AOPs) để xử lý nước rỉ rác đã qua xử lý sinh học ở nhà máy xử lý Gò Cát, thực hiện trên hệ pilot 15-20 m3/ngày, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
phần amoniac trong nước thải là
chúng có hàm lượng rất cao, đến trên 2000 mg/L và lại rất bền vững, không bị
biến đổi theo thời gian, là thành phần vô cơ khó xử lý nhất trong nước rỉ rác.
(3) Thành phần các chất độc hại: vi trùng, vi khuẩn, mầm bệnh, virus các loại
và một số kim loại nặng.
Đặc tính của nước rỉ rác được phân chia thành ba nhóm khác nhau phụ thuộc
vào thời gian ( tuổi) chôn lấp như sau (bảng II-1):
16
Bảng II.1- Đặc trưng của nước rỉ rác ở các bãi chôn lấp với thời gian khác nhau
Loại Mới (trẻ) Trung bình Đã ổn định (già)
Tuổi, năm 10
pH 7,5
COD, mg/l >20.000 3.000-15.000 <2.000
BOD/COD >0,3 0,1-0,3 <0,1
TOC/COD 0,3 - 0,4
Chất hữu cơ Chủ yếu là 70-
90% VFA
20-30% VFA,
70-80% axit
Humic và Fulvic
Chủ yếu là axit
Humicvà axit Fulvic
Nitơ, mg/l 100 – 2.000 TKN
TKN/COD 0,1 0,13-0,66 1,0
Kim loại, g/l 2 <2 <2
Trong một bãi chôn lấp rác trẻ hay già, quá trình phân hủy sinh học đều xảy ra
trong điều kiện yếm khí qua 3 giai đọan kế tiếp nhau trong toàn bộ khối rác bị
chôn lấp: giai đoạn tạo axit (pha axit), giai đoạn tạo mêtan (pha mêtan) và giai
đoạn trung gian (pha chuyển tiếp từ pha axit sang pha mêtan). Tuỳ theo thời gian
chôn lấp rác mà ưu thế của từng giai đoạn nói trên sẽ thay đổi. Thời gian chôn lấp
càng lâu, tuổi của bãi rác càng già, pha mêtan sẽ càng chiếm phần chủ yếu. Ngược
lại, tuổi bãi rác chôn lấp càng trẻ, pha axit chiếm phần ưu thế.
Có thể căn cứ vào tỷ số BOD/COD trong các giới hạn sau để phân biệt các
giai đoạn xảy ra trong bãi rác chôn lấp :
- Pha axit: BOD/COD ≥ 0,4
- Pha chuyển tiếp : 0,4 > BOD/COD > 0,2
- Pha mêtan : BOD/COD ≤ 0,2
17
2.1.2- Đặc tính nước rỉ rác Gò Cát
Qua khảo sát trong khoảng thời gian tháng 3/2006 và tháng 7/2006 của Nhà
máy xử lý nước rác Gò Cát cho thấy thành phần và tính chất của nước rỉ rác ở
Công trường chôn lấp rác Gò Cát nằm trong giới hạn sau (bảng II-2):
Bảng II.2 – Thành phần và tính chất của nước rỉ rác Gò Cát
Thông số Đơn vị Thấp Cao Trung bình
pH - 7,4 7,6 7,5
COD mg/L 13.655 16.814 15.234
BOD mg/L 6.272 9.200 7.735
BOD/COD - 0,46 0,55 0,50
TKN mg/L 1.821 2.427 2.124
N-NH3 mg/L 1.680 2.887 2.283
P tổng mg/L 10,3 19,8 15,05
SS mg/L 700 2.020 1.360
Cảm quang Đục, nhiều cặn, màu nâu đen đến đen, mùi hôi khó chịu
Nguồn : Công ty môi trường Đô thị Thành phố HCM
Những số liệu trên đây cho thấy nước rỉ rác Công trường chôn lấp rác Gò Cát
thuộc loại đã chuyển sang tuổi trung bình, đặc trưng ở độ pH không có tính axit
(pH~7); hàm lượng COD không quá cao như nước rác ở độ tuổi trẻ (>20.000
mg/L) và cũng không quá thấp như nước rác ở độ tuổi cao (<2.000 mg/L), mà nằm
ở mức trung bình (~15.000 mg/L); tỷ số BOD/COD ~0,5, hàm lượng TKN cao
(~2.000 mg/L), và tỷ số TKN/COD nằm giữa 1,0 và 0,1 (~0,14).
Với nước rỉ rác ở độ tuổi này, trong thành phần ô nhiễm hữu cơ ngoài các chất
axit hữu cơ bay hơi còn chứa một phần lớn (70-80%) là các axit trọng lượng phân
tử lớn (cao phân tử) như axit humic và axit fulvic như đã mô tả trên. Đây là những
18
chất ô nhiễm hữu cơ khó hoặc không thể bị phân hủy sinh học, do đó, để việc xử
lý nước rác Gò Cát đạt kết quả mong muốn, không thể áp dụng công nghệ chỉ
dựa vào các quá trình phân hủy sinh học.
Ngoài ra, như mọi loại nước rỉ rác, trong nước rỉ rác Gò Cát cũng chứa các chất
độc hại, các mầm bệnh, vi trùng, virus nguy hiểm cho sức khoẻ con người khi tiếp
xúc, khi xâm nhập vào các nguồn nước mặt, ao hồ, hoặc vào các mạch nước ngầm,
nước giếng trong khu vực quanh các bãi chôn lấp rác. Nước rỉ rác tích đọng trong
các hồ chứa thường trực phát tán mùi hôi thối ra môi trường trong một bán kính
rất rộng, làm ô nhiễm môi trường không khí, ảnh hưởng rất xấu đến sức khoẻ và
sinh hoạt hàng ngày của ngưới dân .
2.1.3- Vấn đề có tính chất “chìa khóa” trong xử lý nước rỉ rác Gò Cát nói
riêng và nước rỉ rác nói chung
Như đã khảo sát trên đây, nước rỉ rác là loại nước ô nhiễm toàn diện ở mức độ
rất nặng và rất khác biệt so với nước thải sinh hoạt hoặc nước thải công nghiệp
thông thường. Để xử lý nước rỉ rác đạt hiệu quả mong muốn, phải xác định thành
phần ô nhiễm nào cần phải tập trung tìm giải pháp xử lý đặc biệt mang tính chất
quyết định hay còn gọi mang tính chất “chìa khoá” để hóa giải, thành phần ô
nhiễm nào không cần các giải pháp xử lý đặc biệt vẫn có thể đạt yêu cầu mong
muốn.
Đối với nước rỉ rác Gò Cát từ công trường chôn lấp rác Gò Cát, đã nhận diện
hai vấn đề mang tính “chìa khoá” cần phải giải quyết về mặt công nghệ khi xử
lý chúng:
1- Vấn đề xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ có tải lượng ô nhiễm cao, trong
đó ngoài thành phần hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học còn đặc
biệt phải xử lý thành phần các chất hữu cơ khó hoặc không thể phân
hủy bằng vi sinh, chủ yếu là axit humic và axit fulvic. Giảm tải lượng ô
19
nhiễm hữu cơ COD 12.000-16.000 mg/L, BOD 7.000-9.000 mg/L xuống
đến giới hạn yêu cầu COD ~ 100 mg/L, BOD ~ 50 mg/L, nghĩa là phải
xử lý loại bỏ >99% trong nước rác.
2- Vấn đề xử lý các chất ô nhiễm vô cơ, chủ yếu là Nitơ dưới dạng ion
amoni có tải lượng ô nhiễm cao khác thường so với các loại nước thải
khác. Giảm Ntổng từ 2.000-2.500 mg/L và N-NH3 từ ~2.000 mg/L xuống
đến giới hạn yêu cầu Ntổng ~ 30mg/L, N-NH3 ~10 mg/L nghĩa là phải
xử lý loại bỏ 98-99% trong nước rác.
Nếu có giải pháp công nghệ xử lý được hai vấn đề nêu trên, việc xử lý những
phần ô nhiễm còn lại trong nước rỉ rác (Ptổng số, SS, màu, mùi, mầm bệnh) cũng
sẽ được giải quyết theo, và do đó, việc xử lý toàn bộ nước rỉ rác Gò Cát xem như
đã giải quyết được một cách cơ bản và triệt để.
2.2- Nghiên cứu giải pháp xử lý hàm lượng COD cao, đặc biệt hàm lượng
các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy trong nước rỉ rác Gò Cát
2.2.1- Giải pháp phân hủy hóa học dựa vào các quá trình Oxi hóa nâng cao
(Advanced Oxidation Processes – AOPs)
Để xử lý thành phần ô nhiễm hữu cơ khó hoặc không thể bị phân hủy sinh
học, áp dụng phương pháp phân hủy hoá học bằng các quá trình Oxi hóa nâng
cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs). Đây là phương pháp đặc hiệu để
xử lý những thành phần ô nhiễm hữu cơ mà các phương pháp xử lý sinh học
không thể giải quyết nổi và là sự lựa chọn của đề tài này. Phương pháp này được
xem như thành tựu khoa học mới trong lĩnh vực xử lý nước và nước thải trong gần
hai thập kỷ gần đây của thế giới, được chúng tôi giới thiệu trong sách “Các quá
trình oxi hóa nâng cao trong xử lý nước và nước thải – Cơ sở khoa học và ứng
dụng”, do Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật xuất bản năm 2006[16].
20
Bản chất phương pháp là tiến hành phân hủy các thành phần ô nhiễm hữu
cơ bền vững (không thể bị phân hủy sinh học) dựa vào quá trình oxi hóa mạnh hơn
bình thường (tức quá trình oxi hóa nâng cao- AOP), để đủ khả năng phá hủy các
liên kết hóa học bền vững trong các chất ô nhiễm. Quá trình oxi hóa nâng cao
dựa vào tác nhân oxi hóa mạnh là gốc tự do Hydroxyl (*OH), khả năng oxi hóa
cao cao hơn tất cả những tác nhân oxi hóa thường sử dụng trong công nghiệp hóa
học như Ozon, Clo hoặc Hydrogen peroxit, đồng thời khi phản ứng với các chất ô
nhiễm hữu cơ, chúng xảy ra với tốc độ rất nhanh, hàng nghìn đến hàng tỷ lần so
với các tác nhân oxi hóa thông thường.
Ưu thế cơ bản của gốc tự do hydroxyl *OH là:
- Khả năng oxi hóa của gốc tự do Hydroxyl *OH cao gần 1,5 lần so với Ozon,
gần 1,6 lần so với Hydrogen Peroxit, gấp hơn 2 lần so với Clorin, nên có khả năng
oxi hóa hầu như tất cả các hợp chất hữu cơ, dù là bền vững nhất.
- Nhờ khả năng oxi hóa mạnh của gốc tự do hydroxyl *OH nên có khả năng
phá hủy những gốc mang màu, làm sáng màu nước xử lý kèm theo oxi hóa
phá hủy những chất gây mùi, làm mất mùi nước rác.
- Nhờ khả năng oxi hóa mạnh của gốc tự do hydroxyl *OH nên có khả năng
diệt khuẩn, khử trùng triệt để kể cả virus, mạnh gấp đôi so với clorin
Một điều đáng lưu ý là gốc tự do này không có sẵn như các tác nhân oxi
hóa thông thường mà chúng chỉ sinh ra ngay trong quá trình xử lý (in situ) khi cho
các tác nhân hóa học tác dụng với nhau. Quá trình oxi hóa nâng cao bằng tác nhân
oxi hóa là gốc tự do *OH được sử dụng cho xử lý nước rỉ rác Gò Cát là quá trình
PEROXON (Peroxone Process). Trường hợp này cho các tác nhân Ozon O3 và
Hydrogen Peroxit H2O2 tác dụng trực tiếp với nhau trong thiết bị, sẽ tạo ra gốc
*OH ngay tức khắc theo phản ứng sau:
H2O2 + 2O3 Æ 2*OH + 3O2 (II.1)
21
2.2.2- Giải pháp xử lý các chất humic (axit humic và axit fulvic) bằng quá
trình tổ hợp keo tụ - tạo phức chất – Fenton-
Đây là giải pháp mới, tổ hợp cả 3 quá trình: keo tụ, tạo phức chất, phân hủy
hóa học gần như đồng thời:
(1) Quá trình keo tụ và tạo phức chất PFS-Humic- Trong nhóm các hợp
chất ô nhiễm hữu cơ khó hoặc không thể phân hủy sinh học, đáng chú ý nhất là
các chất humic (axit humic và axit fulvic), là những hợp chất ô nhiễm hữu cơ có
chứa các nhân thơm đa tụ bền vững và liên kết càng hóa (chelate) với các kim loại
nặng dạng phức chất nên vừa khó phân hủy, vừa gây màu mạnh nhất. Vì vậy,
trong xử lý nước rỉ rác, loại bỏ nhóm hợp chất này là tối cần thiết vì sẽ làm giảm
đáng kể COD, giảm dáng kể độ màu của nước rỉ rác, nhưng lại rất khó khăn và
nặng nề nhất so với xử lý các thành phần còn lại.
Khi nghiên cứu giải pháp công nghệ để xử lý loại bỏ các hợp chất này, chúng
tôi đã dựa vào tính chất đặc thù của axit humic và axit fulvic. Axit Humic là những
hợp chất cao phân tử có trọng lượng phân tử >100.000, axit fulvic cũng là những
hợp chất cao phân tử nhưng có trọng lượng thấp hơn, 2000-100.000. Trong môi
trường kiềm, các muối kiềm hóa trị 1 của axit humic (Natri Humat) tan tốt trong
nước, nhưng trong môi trường axit, chúng lại kết tủa dưới dạng các hạt keo axit
humic và không tan trong nước. Trong khi đó, axit fulvic lại tan tốt trong cả trong
môi trường kiềm lẫn môi trường axit [18].
Khi sử dụng các hoá chất keo tụ thông thường Fe(III) dạng monomer như
FeCl3 hoặc Fe2(SO4)3 trong môi trường axit, chúng chỉ có khả năng keo tụ phần
lớn axit humic nhưng không loại bỏ được axit fulvic vì trong điều kiện đó, chỉ có
axit humic kết tủa và được tách ra nhờ Fe(OH)3 do phản ứng thủy phân FeCl3 hoặc
Fe2(SO4)3 trong môi trường axit. Trong khi đó, axit fulvic vẫn nằm trong nước ở
dạng hoà tan, đã làm cho nước vẫn còn màu sẫm và COD cao.
22
Để loại bỏ cả axit humic và axit fulvic, chúng tôi đã sử dụng hợp chất sắt (III)
dạng polymer là Polyferric sulfat (PFS) [Fe2(OH)n(SO4)3-(n-2)]x , trong đó n<2
và x>10. Trong môi trường axit (pH 4-5) sự thủy phân của Fe(III) dạng polyme
(tức Polyferric sulfat) rất chậm so với sự thủy phân Fe(III) dạng monome (tức
FeCl3, Fe2(SO4)3), vì vậy khi PSF chưa kịp thủy phân, giữa các nhóm định chức
axit của axit humic cũng như của axit fulvic và PFS xảy ra sự tạo phức chất PFS
và axit Humic-Fulvic dạng kết tủa không tan. Phản ứng tạo phức xảy ra rất
nhanh, và kết tủa phức chất PFS-H/F axit cũng lắng xuống rất nhanh [17].
Do đó, chỉ có sử dụng Polyferric sulfat mới có khả năng xử lý loại bỏ đồng
thời cả axit humic và axit fulvic nhờ cơ chế tách axit Humic và axit Fulvic bằng
PFS xảy ra thông qua sự tạo phức, trong khi với FeCl3 chỉ có thể tách được axit
humic thông qua Fe(OH)3 do sự thủy phân FeCl3.
(2) Quá trình kiểu như Fenton (Fenton-like Process)- Trong quá trình tạo
phức giữa PFS và axit humic, axit fulvic ở môi trường pH thấp, phần phức chất
không tan tách ra, phần dung dịch còn lại bao giờ cũng có mặt ion Fe(III) do phản
ứng thủy phân của Polyferric sulfat xảy ra bên cạnh phản ứng tạo phức với các
chất axit humic và axit fulvic. Để tận dụng lượng Fe(III) nói trên và để nâng cao
hiệu quả quá trình xử lý, đã bổ sung một lượng nhỏ Hydrogen Peroxit H2O2 để
thực hiện quá trình kiểu như FENTON (Fenton-like process). Đây cũng là một
dạng của quá trình oxi hóa nâng cao (AOPs)[16].
Ở quá trình Fenton chính thống, sử dụng ion Fe(II) với hệ Fe2+/H2O2, bấy giờ
xảy ra phản ứng tạo ra gốc tự do Hydroxyl *OH như sau:
Fe2+ + H2O2 Æ Fe3+ + *OH + OH- (II.2)
Ở trường hợp sử dụng tác nhân Fe(III) tác dụng với H2O2 cũng sẽ tạo ra gốc
*OH kiểu như FENTON nhưng theo hai bậc như sau:
Fe3+ + H2O2 Æ Fe2+ + H+ + *HO2 (II.3)
23
Với Fe2+ vừa mới sinh ra này, sẽ tác dụng với H2O2 tạo ra gốc tự do *OH theo
phản ứng Fenton (II.2) nói trên.
(3) Quá trình xử lý kết hợp giữa keo tụ - tạo phức với phân hủy kiểu như
Fenton gọi tắt là quá trình tổ hợp keo tụ - tạo phức – Fenton được xem là quá
trình xử lý đạt hiệu quả rất cao, chẳng những làm giảm chất rắn lơ lửng (SS) nhờ
quá trình keo tụ, mà còn làm giảm rất đáng kể COD, trong đó đã loại bỏ gần như
hoàn toàn axit humic và axit fulvic, nhờ đó kéo theo làm giảm hẳn độ màu của
nước rỉ rác.
2.3- Nghiên cứu giải pháp xử lý hàm lượng Ntổng và N-NH3 cao trong nước
rỉ rác bằng ba phương pháp kết hợp
Nếu việc tìm giải pháp công nghệ để xử lý hàm lượng ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt
hàm lượng các chất humic và các chất khó phân hủy sinh học trong nước rỉ rác cao
đã khó, việc tìm giải pháp để xử lý hàm lượng các chất ô nhiễm vô cơ, chủ yếu là
các hợp chất của Nitơ như N-NH3 càng khó khăn hơn nhiều. Nguyên nhân vì hàm
lượng NH3 trong nước rỉ rác, dù ở bãi chôn lấp rác loại già hay trẻ đều rất cao,
hàng nghìn mg/L, chúng rất bền, không bị phân hủy hoặc tự giải thoát theo thời
gian.
Vì hàm lượng N-NH3 rất cao trong nước rỉ rác, nên khi xử lý đã thực hiện bằng
3 giải pháp kết hợp như sau:
2.3.1- Giải pháp stripping một phần(không hoàn toàn) -
Giải pháp này thực hiện qua 2 giai đoạn:
- Chuyển ion NH4+ thành NH3 dạng tự do bằng cách nâng cao độ pH (pH 9-11)
nhờ dung dịch kiềm NaOH, phản ứng xảy ra như sau:
NH4+ + OH- Æ NH3 + H2O (II.4)
24
- Giải thoát NH3 bằng cách thổi khí cưỡng bức qua tháp stripping (stripping
tower).
Phương pháp này tách được hầu hết lượng NH3 tạo thành ra khỏi nước rác, tuy
nhiên đòi hỏi lượng không khí sục vào rất lớn (tỷ lệ thể tích không khí / nước
trong giới hạn ~ 150-200/1), thời gian sục không khí kéo dài, chi phí năng lượng
cao. Hơn nữa, khi lượng NH3 thoát ra nhiều (trên 6 mg/m3), trước khi thải ra môi
trường phải xử lý qua dung dịch axít.
Vì vậy, để tiết kiệm chi phí năng lượng, quá trình stripping được thực hiện
trong tháp tưới của tháp lọc sinh học nhỏ giọt không có thổi khí, và nhờ nước
được dàn trải qua bề mặt giá thể có diện tích riêng lớn nên đã hỗ trợ cho quá trình
bốc hơi NH3 được thuận lợi. Một phần NH3 (khoảng 30-40%) được giải thoát có
tác dụng không làm ức chế quá trình nitrat hóa sinh học tiếp sau. Phần N-NH3 còn
lại tiếp tục được xử lý bằng phương pháp sinh học.
2.3.2- Giải pháp sinh học-
Việc xử lý loại bỏ thành phần amoni bằng giải pháp sinh học được thực hiện
trong hai giai đoạn :
- Oxi hóa NH3 thành nitrat (nitrat hóa) nhờ các vi khuẩn Nitrosomonas,
Nitrobacter trong điều kiện có oxi không khí :
NH4+ Æ NH2OH Æ NO2- Æ NO3- (II.5)
- Sau đó khử nitrat (denitrat hoá) xảy ra theo từng bậc cho đến nitơ N2
nhờ vi khuẩn và nấm Bacillus, Paracocus, Pseudomonas, Alcaligenes,... trong điều
kiện thiếu oxi không khí :
NO3- Æ NO2- Æ NO Æ N2O Æ N2 (II.6)
Giải pháp sinh học xử lý được các hợp chất Nitơ đạt kết quả. Tuy nhiên,
phương pháp sinh học có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng làm cho quá trình khó kiểm
soát để đạt kết quả thuận lợi mong muốn. Các yếu tố ảnh hưởng thường gặp là thời
25
gain cần dài vì quá trình xảy ra chậm, đặc biệt chậm nhất và khó khăn nhất là giai
đoạn nitrat hóa; vi khuẩn quá trình nitrat hóa rất nhạy với pH và độ kiềm của môi
trường, các vi khuẩn lại dễ bị ngộ độc với kim loại nặng có trong nước rác; sự có
mặt NH3 nồng độ cao làm ức chế quá trình nitrat hóa; đồng thời có sự cạnh tranh
giữa vi khuẩn dị dưỡng phân hủy chất hữu cơ và vi khuẩn nitrat hóa, các vi khuẩn
dị dưỡng phát triển rất nhanh có thể đàn áp không cho vi khuẩn nitrat hóa phát
triển nên rất khó kiểm soát, quá trình này thường gặp hiện tượng hoặc là xảy ra
hoàn toàn, hoặc là câm hoàn toàn (all-or-none phenomenon hay on-or-off
phenomenon). Hiện tượng “câm” này đã từng xảy ra ở nhà máy xử lý nước Gò
Cát, được thấy rõ qua các số liệu sau (bảng II.3):
Bảng II.3- Biến thiên hàm lượng N-NH3 và Ntổng qua các thiết bị xử lý Nitơ ở Gò Cát
Thời điểm Chỉ tiêu,
mg/L
Sau UASB Sau tiền khử
Nitơ
Sau bể
aerotank
Sau hậu khử
Nitơ
Ntổng 1.636 1.389 1.625 1.513 07/2006
N-NH3 1.606 1.337 1.323 1.281
Nguồn : Công ty Môi trường Độ thị TP HCM
Do 2 giải pháp trên đều có những nhược điểm nhất định, nên khó xử lý được N-
NH3 triệt để với hiệu quả ổn định để hàm lượng N- NH3 từ hàng ngàn mg/L xuống
còn <10 mg/L, tức phải loại bỏ đến ~99% NH3 trong nước rỉ rác.
Vì vậy, sau khi thực hiện cả hai giải pháp nói trên, đại bộ phận Nitơ (~80%) đã
được xử lý, phần nhỏ còn lại (<10%) sẽ thực hiện giải pháp hoá học ở khâu cuối
cùng. Với giải pháp kết hợp này cho phép xử lý triệt để hàm lượng Nitơ trong
nước rỉ rác Gò Cát.
2.3.3- Giải pháp hóa học
Bản chất của giải pháp hóa học là chuyển N-NH3 còn lại thành N2 trong thiết
bị phản ứng hóa học, ở đó được sục khí Ozon và có mặt muối Brom (NaBr hoặc
26
KBr) trong môi trường axit [19,20].
Phản ứng xảy ra như sau:
O3 + NaBr + H+ Æ HOBr + O2 + Na+ (II.7)
3HOBr + 2NH3 Æ N2 + 3Br- + 3H+ + 3H2O (II.8)
Phản ứng xảy ra nhanh và triệt để, Nitơ dạng khí được giải phóng và thoát ra tự
do ngoài môi trường. Giải pháp xử lý loại bỏ NH3 này bắt buộc phải có Ozon,
đồng thời phải sử dụng hóa chất KBr hoặc NaBr. Lượng Br cho quá trình xác định
bằng phương trình hóa học trên.
Do trong giải pháp xử lý những thành phần ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy sinh
học đã áp dụng các quá trình oxi hóa nâng cao trong đó có sử dụng Ozon, nên giải
pháp này thực hiện rất thuận lợi. Hơn nữa, vì là phương pháp dựa trên các phản
ứng hóa học nên xảy ra nhanh, thiết bị không đòi hỏi lớn, cồng kềnh, không tốn
chi phí năng lượng cung cấp không khí cho giai đoạn nitrat hoá, không tốn chi phí
nguồn Cacbon bổ sung cho giai đoạn denitrat hóa, quá trình dễ điều khiển, ổn
định.
Vấn đề quan trọng trong quá trình Ozone hoá để xử lý nước nói chung có chứa
Br là lưu ý đến nồng độ HOBr trong nước, chỉ có hợp chất này mới cần chú ý vì
có thể là tác nhân gây ung thư.
Tuy nhiên, khi có NH3, do có phản ứng mạnh giữa HOBr và NH3 nên toàn bộ
lượng HOBr tạo ra đều bị NH3 bắt giữ để phóng ra N2. Do đó, chính NH3 là tác
nhân hạn chế độc tính của Br khi Ozone hoá. Vấn đề ở đây là phải khống chế một
cách chủ động tỉ lệ Br/N ở trong khoảng 0,4-0,6 và pH ~ 6 thì dư lượng HOBr sẽ
tối thiểu, dưới mức cho phép trong nước thải.
27
CHƯƠNG III : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1- Thử nghiệm kiểm tra các quá trình chính trong phòng thí nghiệm để
xác định công nghệ xử lý
3.1.1- Quá trình keo tụ – tạo phức – Fenton
Nước rỉ rác thô, sau khi xử lý phân hủy sinh học kỵ khí trong bể UASB ở hệ
thống xử lý Gò Cát được lấy làm mẫu nước thí nghiệm trực tiếp cho quá trình keo
tụ – tạo phức – Fenton. Ký hiệu MUASB
Chất keo tụ Polyferric sulfat (PFS) do Viện Công nghệ Hóa học (Trung tâm
khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia) nghiên cứu chế tạo và cung cấp. Nồng
độ Fe(III) trong dung dịch PFS ~12% (TL), pH < 2, tỷ trọng 1,4.
Thí nghiệm keo tụ bằng PFS - Mỗi thí nghiệm lấy 1000 ml mẫu nước MUASB
nói trên vào cốc thủy tinh, sau đó cho dung dịch PFS vào từng cốc để sao cho có
những nồng độ khác nhau :
- mẫu M1 : 100 mg Fe3+/L
- mẫu M2 : 200 mg Fe3+/L
- mẫu M3 : 300 mgFe3+/L
- mẫu M4 : 400 mg Fe3+/L
Dùng máy khuấy khuấy nhanh trong vòng 5 phút, sau đó khuấy chậm thêm
20 phút. Phần nước trong tách ra đem phân tích trị số COD và đánh giá hiệu quả
xử lý của quá trình bằng % COD đã được xử lý loại bỏ so với trị số COD của mẫu
MUASB. Kết quả cho thấy, lượng PFS sử dụng càng nhiều, % COD được xử lý loại
bỏ càng cao, nhưng với lượng PFS từ 300-400 mg/L, mức độ có tăng không nhiều,
từ 53-55% (hình III.1)
28
010
20
30
40
50
60
100 200 300 400
Löôïng chaát keo tuï, mg Fe(III)/L
H
ie
äu
qu
aû
xö
û ly
ù, %
C
O
D
Hình III.1- Anh hưởng lượng chất keo tụ đến hiệu quả xử lý COD (% so với mẫu
MUASB)
Thí nghiệm phân hủy kiểu như Fenton - Tiến hành keo tụ như thí nghiệm
trước, nhưng sau khi cho PSF vào và khuấy nhanh với nồng độ PSF như mẫu M3,
tiếp tục cho thêm H2O2 vào với nồng độ H2O2 thay đổi và khuấy chậm:
- mẫu M5 : 300 mg/L
- mẫu M6 : 400 mg/L
- mẫu M7 : 500 mg/L
- mẫu M8 : 600 mg/L
Tiếp tục khuấy nhẹ và sau 120 phút, tách phần nước lắng trong ra. Phần nước
trong tách ra đem phân tích trị số COD và đánh giá hiệu quả xử lý của quá trình
bằng % COD đã được xử lý loại bỏ so với trị số COD của mẫu MUASB do kết quả
tổng hợp của toàn bộ quá trình keo tụ – Fenton. Kết quả cho thấy như trên hình
III.2 dưới đây:
29
64
66
68
70
72
74
76
78
300 400 500 600
Haøm löôïng H2O2, mg/L
H
ie
äu
qu
aû
xö
û ly
ù,%
C
O
D
Hình III.2- Anh hưởng lượng H2O2 đến hiệu quả xử lý COD (% so với mẫu MUASB)
Kết quả trên cho thấy, để thực hiện quá trình oxi hóa kiểu như Fenton, chỉ
cần cho thêm một lượng H2O2 khoảng 500 mg/L đã có thể đạt hiệu quả xử lý rất
cao, đến ~76% so với chỉ thực hiện quá trình keo tụ đơn thuần bằng PFS chỉ đạt
được ~53%.
3.1.2- Quá trình PEROXON tiếp sau quá trình keo tụ – tạo phức – Fenton
Với nước sau khi lắng trong của mẫu M7, trung hòa chuyển pH ~8, lấy 200 ml
cho vào bình phản ứng khoảng 1000 ml và sục khí ozon. Sử dụng máy phát sinh
ozon chạy bằng oxy công nghiệp, công suất 3 g/giờ, lưu lượng oxi 5,0 L/phút. Cho
thêm H2O2 vào với lượng 300 mg/L, và sục khí Ozon trong thời gian khác nhau :
- mẫu M9 : 5 phút
- mẫu M10 : 10 phút
- mẫu M11 : 20 phút
- mẫu M12 : 30 phút
Sau thời gian sục ozon, lấy nước ra đem phân tích trị số COD và đánh giá
hiệu quả xử lý của quá trình bằng % COD đã được xử lý loại bỏ so với trị số
COD của mẫu MUASB. Kết quả cho thấy như trên hình III.3 dưới đây:
30
020
40
60
80
100
120
5 10 20 30
Thôøi gian suïc Ozon, phuùt
H
ie
äu
qu
aû
xö
û ly
ù, %
C
O
D
Hình III.3- Anh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu quả xử lý COD (% so với mẫu
MUASB)
Kết quả tốt nhất đạt được với thời gian sục ozon khoảng 30 phút, lượng H2O2
sử dụng 300 mg/L. Kết quả trên cho thấy, nếu tiếp sau quá trình keo tụ – tạo
phức – Fenton, tiến hành thêm quá trình oxi hóa nâng cao Peroxon, chỉ cần
thực hiện phản ứng với ozon trong vòng 30 phút đã có thể đạt hiệu quả xử lý
cuối cùng cao hơn nữa, loại bỏ đến ~97% so với COD của mẫu ban đầu MUASB.
Tổng hợp các kết quả thu được từ các thí nghiệm tốt nhất như sau (bảngIII.1):
Bảng III.1- Hiệu quả xử lý COD qua các quá trình khác nhau
Quá trình xử lý COD, mg/L Hiệu quả xử lý,
%COD
Sau UASB 3.060 0
Sau Keo tụ-Tạo phức 1.425 53,4
Sau keo tụ – Tạo phức - Fenton 733 76,1
Sau keo tụ – Tạo phức – Fenton - Peroxon 76,8 97,5
31
3.2- Xây dựng công nghệ xử lý nước rỉ rác Gò Cát
Trên cơ sở những thí nghiệm sơ bộ trong phòng thí nghiệm, đã giúp xác định
được công nghệ xử lý nước rỉ rác từ sau bể xử lý sinh học kỵ khí UASB sẽ phải
qua các giai đoạn như sau :
NƯỚC SAU BỂ SINH HỌC KỴ KHÍ UASB
HOÀN THIỆN XỬ LÝ SINH HỌC KỴ KHÍ
TRONG THÁP LỌC SINH HỌC KỴ KHÍ VÀ LỌC SINH HỌC NHỎ
GIỌT
TỔ HỢP KEO TỤ – TẠO PHỨC - FENTON
LẮNG
XỬ LÝ NITƠ Ở pH CAO TRONG THÁP TƯỚI NHỎ GIỌT TRÊN GÍA
THỂ
XỬ LÝ NITƠ TRONG THÁP NITRAT HOÁ
XỬ LÝ NITƠ TRONG THÁP DENITRAT HÓA
PHÂN HỦY HÓA HỌC OXI HÓA NÂNG CAO – PEROXON
CẶN BÙN
XỬ LÝ NITƠ TRONG THIẾT BỊ SỤC OZON
NƯỚC RỈ RÁC ĐÃ XỬ LÝ
Hình III.4 . Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước rỉ rác Gò Cát do ECHEMTECH
nghiên cứu và xây dựng
32
3.3- Xây dựng thiết bị pilot để thực hiện các quá trình chính trong công
nghệ xử lý nước rỉ rác công suất 15-20 m3/ngày
3.3.1- Thiết bị cho quá trình keo tụ –tạo phức – FENTON
Xử lý hoá lý bằng quá trình tổ hợp keo tụ- tạo phức – Fenton được thực hiện
trong hệ thiết bị gồm các thành phần sau:
- Thiết bị keo tụ – tạo phức bằng tác nhân Polyferric Sulfat (PFS)
[Fe2(OH)n(SO4)3-(n-2)]x được thiết kế với dung tích 200 L, có trang bị máy khuấy
tốc độ nhanh (>500 vòng/phút)
- Thiết bị Fenton và kết bông bằng polyme được thiết kế với dung tích 500L,
có trang bị máy khuấy tốc độ chậm (<50 vòng/phút).
- Thiết bị lắng tách bùn keo tụ trong hệ thống chùm ống nghiêng (Þ49, 300
ống PVC).
Modun hệ tổ hợp keo tụ – tạo phức – Fenton lắp đặt tại Gò Cát được trình bày
như dưới đây (hình III.5):
Hình III.5- Sơ đồ modun hệ keo tụ tích hợp keo tụ – tạo phức – Fenton lắp đặt trong
hệ pilot Gò Cát :
P- Bơm ly tâm ; F- Lưu lượng kế; 1- Thiết bị keo tụ- tạo phức có máy khuấy tốc độ
nhanh (>500v/phút); 2- Thiết bị Fenton – kết bông có máy khuấy tốc độ chậm (<50
v/phút); 3- Thiết bị lắng dạng chùm ống nghiêng
33
3.3.2- Thiết bị cho quá trình PEROXON
Thiết bị thực hiện quá trình xử lý hóa học
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 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.pdf