Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học

thông số như mật độ dòng, thời gian điện phân, khoảng cách điện cực, vật liệu điện cực và pH của nước thải cần được khảo sát và tìm được điều kiện tối ưu. 3.1.1. Ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu với điện cực sắt 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1,298 mA/cm 2 2,597 mA/cm 2 3,246 mA/cm 2 3,896 mA/cm 2 4,545 mA/cm 2 5,194 mA/cm 2 H iÖ u s u Êt x ö l ý C O D ( % ) Thoi gian (phut) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 5 10 15 20 25 30 1,298 mA/cm 2 2,597 mA/cm 2 3,246 mA/cm 2 3,896 mA/cm 2 4,545 mA/cm 2 5,194 mA/cm 2 H iÖ u s u Êt x ö l ý a m o n i (% ) Thêi gian (phót) Hình 3.1. Ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện hóa đến hiệu suất xử lý COD Hình 3.2. Ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện hóa đến hiệu suất xử lý amoni 6 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 1,298 mA/cm 2 2,597 mA/cm 2 3,246 mA/cm 2 3,896 mA/cm 2 4,545 mA/cm 2 5,194 mA/cm 2 H iÖ u s u Êt x ö l ý T S S ( % ) Thêi gian (phót) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 20 40 60 80 1,298 mA/cm 2 2,597 mA/cm 2 3,246 mA/cm 2 3,896 mA/cm 2 4,545 mA/cm 2 5,194 mA/cm 2 H iÖ u s u Êt x ö l ý ® é m µu ( % ) Thêi gian (phót) Hình 3.3. Ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện hóa đến hiệu suất xử lý TSS Hình 3.4. Ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện hóa đến hiệu suất xử lý độ màu Sự biến đổi pH trong quá trình EC được trình bày trong ở hình 3.5: 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 7.8 8.0 8.2 8.4 8.6 8.8 9.0 9.2 9.4 1,298 mA/cm 2 2,597 mA/cm 2 3,246 mA/cm 2 3,896 mA/cm 2 4,545 mA/cm 2 5,194 mA/cm 2 p H Thêi gian (phót) Hình 3.5. Biểu đồ biến đổi pH của NRR trong quá trình EC theo thời gian Bảng 3.1. Ảnh hưởng của thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR (J = 3,896 mA/cm2) Thời gian phản ứng (phút) Hiệu suất xử lý (%) COD Amoni TSS Độ màu 10 42,86 8,75 9,83 27,90 20 58,93 12,29 15,95 46,75 30 69,64 17,50 23,98 54,56 40 73,21 19,36 30,46 59,10 60 76,79 23,64 38,61 71,67 80 79,29 24,38 38,97 79,39 Ảnh hưởng của thời gian điện hóa từ 10 - 80 phút đến hiệu suất xử lý chất ô nhiễm trong NRR với điều kiện J = 3,896 mA/cm2 thể hiện ở bảng 3.1. 7 Khi J = 3,896 mA/cm2 thì theo bảng 3.1 ta có thể lựa chọn thời gian điện hóa 60 phút cho các nghiên cứu tiếp theo mặc dù với thời gian này hiệu suất chưa phải là cao nhất, nhưng sau 60 phút hiệu suất tăng không nhiều. Từ bảng 3.2 cho thấy, khi mật độ dòng tăng thì năng lượng điện tiêu thụ tăng. Ở mật độ dòng J = 1,298 mA/cm2 (I = 1A) thì năng lượng điện tiêu thụ là 1,05 KWh/m3 NRR. Khi tăng J = 5,194 mA/cm2 (I = 4A) thì năng lượng điện tiêu thụ tăng đến 24,67 KWh/m3 NRR. Ở mật độ dòng J = 3,896 mA/cm2 (I = 3A) thì năng lượng điện tiêu thụ là 12,83 KWh/m3 NRR, khi tăng mật độ dòng lên 4,545 và 5,194 mA/cm2 thì năng lượng điện tiêu thụ tăng rất nhanh lên tương ứng đến 18,08 và 24,67 KWh/m3 NRR. Kết quả bảng 3.2 cũng cho thấy hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu khi mật độ đòng điện J = 3,896 mA/cm2 thấp hơn không nhiều so với J = 4,545 và 5,194 mA/cm2. Năng lượng tiêu thụ để xử lý 1 m3 NRR với J = 5,194 mA/cm2 gần gấp đôi với J = 3,896 mA/cm2. Như vậy chọn mật độ dòng đặt vào các điện cực J = 3,896 mA/cm2 là phù hợp về mặt năng lượng trong khi đó hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu lại không thấp hơn mấy so với J = 4,545 và 5,194 mA/cm2. Bảng 3.2. cho thấy, nếu chọn mật độ dòng < 3,896 mA/cm2 thì năng lượng điện tiêu thụ thấp nhưng hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu lại thấp hơn nhiều ở mật độ dòng J = 3,896 mA/cm2. Vậy mật độ dòng đặt vào các điện cực J = 3,896 mA/cm2 được chọn cho các nghiên cứu tiếp theo. Bảng 3.2. Năng lượng tiêu thụ và hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR (thời gian điện phân 60 phút) Cường độ dòng điện (A) Mật độ dòng (mA/cm2) Hiệu điện thế (V) Năng lượng tiêu thụ (KWh/m3 NRR) Hiệu suất xử lý COD (%) Hiệu suất xử lý amoni (%) Hiệu suất xử lý TSS (%) Hiệu suất xử lý độ màu (%) 1,0 1,298 1,9 1,05 53,33 14,03 6,85 42,2 2,0 2,597 4,4 4,89 62,50 15,03 20,79 56,5 2,5 3,246 5,5 7,64 69,64 18,32 26,57 59,6 3,0 3,896 7,7 12,83 76,79 23,64 38,61 71,67 3,5 4,545 9,3 18,08 78,71 24,32 39,04 74,27 4,0 5,194 11,1 24,67 80,36 24,99 40,16 74,91 Kết hợp giữa hiệu suất xử lý ở bảng 3.1 và năng lượng tiêu thụ ở bảng 3.2 chọn thời gian điện hóa 60 phút cho các nghiên cứu tiếp theo. 3.1.2. Ảnh hưởng pH ban đầu của nước rỉ rác đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu với điện cực sắt Giá trị pH là một trong các yếu tố ảnh hưởng rất quan trọng đến hiệu suất xử lý của quá trình EC. Kết quả nghiên cứu luận án cũng cho thấy, tại môi trường trung tính (pH = 7 - 8) hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu đều đạt hiệu suất cao nhất. Cụ thể ở bảng 3.3: 8 5 6 7 8 9 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 H iÖ u s u Êt x ö l ý C O D ( % ) pH 5 6 7 8 9 10 5 10 15 20 25 30 35 H iÖ u s u Êt x ö l ý a m o n i (% ) pH Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý amoni 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 H iÖ u s u Êt x ö l ý T S S ( % ) pH 5 6 7 8 9 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 H iÖ u s u Êt x ö l ý ® é m µu ( % ) pH Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý TSS Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH đến suất xử lý độ màu Bảng 3.3. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR tại các giá trị pH khác nhau (J = 3,896 mA/cm2, thời gian điện phân 60 phút, khoảng cách điện cực 1 cm) pH Hiệu suất xử lý (%) COD Amoni TSS Độ màu 5 50,00 14,33 16,65 24,11 6 69,62 22,02 18,95 40,99 7 73,91 22,63 30,55 67,1 8 72,00 24,88 39,93 72,2 9 62,90 19,22 19,26 50,71 10 43,75 11,23 15,74 34,58 Từ bảng 3.3 có thể thấy rằng: hiệu suất xử lý đạt cao nhất tại hai giá trị pH = 7 và 8. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đầu vào của NRR cũng chỉ ra là khi pH > 8 thì hiệu suấ xử lý COD, amoni, TSS và độ màu đều giảm. Thời gian điện phân càng tăng thì pH càng tăng (theo hình 3.5) dẫn tới hiệu suất xử lý giảm. Đây cũng là cơ sở để giải thích khi thời gian điện phân lớn hơn 60 phút thì hiệu suất xử lý tăng ít hoặc không tăng. Mặt khác, pH đầu vào vào NRR của 9 BCL Nam Sơn vào khoảng 8 vì vậy lựa chọn pH đầu vào là khoảng 7 - 8 cho nghiên cứu này để tiết kiệm hóa chất điều chỉnh pH và chi phí. 3.1.3. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực sắt đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu 1 2 3 4 5 6 7 10 20 30 40 50 60 70 80 H iÖ u s u Êt x ö l ý C O D ( % ) Kho¶ng c¸ch ®iÖn cùc (cm) 1 2 3 4 5 6 7 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 H iÖ u s u Êt x ö l ý a m o n i (% ) Kho¶ng c¸ch ®iÖn cùc (cm) Hình 3.10. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD Hình 3.11. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý amoni 1 2 3 4 5 6 7 5 10 15 20 25 30 35 40 H iÖ u s u Êt x ö l ý T S S ( % ) Kho¶ng c¸ch ®iÖn cùc (cm) 1 2 3 4 5 6 7 20 30 40 50 60 70 80 H ie u s u a t x u l y d o m a u ( % ) Khoang cach dien cuc (cm) Hình 3.12. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý TSS Hình 3.13. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý độ màu Bảng 3.4. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR tại các giá trị khoảng cách giữa các điện cực khác nhau (J = 3,896 mA/cm2, thời gian điện phân 60 phút) Khoảng cách điện cực (cm) Hiệu suất xử lý (%) COD Amoni TSS Độ màu 1 76,79 23,64 38,61 71,67 3 63,71 20,38 27,21 64,2 5 50,00 14,85 21,1 44,1 7 45,65 10,54 8,02 28,5 Bảng 3.4 cho thấy tại khoảng cách điện cực 1 cm cho hiệu suất xử lý đạt cao nhất với hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu lần lượt là: 76,79; 23,64; 38,61 và 71,67%. Khi khoảng cách giữa các bản điện cực tăng hiệu suất xử lý chất ô nhiễm giảm mạnh. Trong nghiên cứu này không thể giảm được khoảng cách điện 10 cực xuống nhỏ hơn 1 cm do đặc thù của NRR Nam Sơn có hàm lượng TSS cao gây mất ổn định cho quá trình điện phân. Do đó, khoảng cách điện cực 1 cm được lựa chọn áp dụng cho nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu cho thấy ở cường động dòng điện J = 3,896 mA/cm2, pH NRR là khoảng 7 - 8 và khoảng cách điện cực 1 cm là điều kiện thích hợp cho quá trình EC. 3.1.4. So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu khi sử dụng điện cực sắt và nhôm So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu khi sử dụng điện cực sắt và nhôm ở các thời gian điện phân khác nhau 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Fe Al H iÖ u s u Êt x ö l ý C O D ( % ) Thêi gian (phót) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 5 10 15 20 25 30 35 Fe Al H iÖ u s u Êt x ö l ý a m o n i (% ) Thêi gian (phót) Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian điện hóa với điện cực nhôm và sắt đến hiệu suất xử lý COD Hình 3.15. Ảnh hưởng của thời gian điện hóa với điện cực nhôm và sắt đến hiệu suất xử lý amoni 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40 Fe Al H iÖ u s u Êt x ö l ý T S S ( % ) Thêi gian (phót) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 20 40 60 80 Fe Al H iÖ u s u Êt x ö l ý ® é m µu ( % ) Thêi gian (phót) Hình 3.16. Ảnh hưởng của thời gian điện hóa với điện cực nhôm và sắt đến hiệu suất xử lý TSS Hình 3.17. Ảnh hưởng của thời gian điện hóa với điện cực nhôm và sắt đến hiệu suất xử lý độ màu Vật liệu điện cực là một trong các thông số ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứng điện hóa diễn ra bên trong dung dịch. Trong mỗi phản ứng EC, anot hòa tan và chất keo tụ đóng vai trò là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của phương pháp. Ảnh hưởng của thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu của điện cực sắt và nhôm thể hiện ở bảng 3.5. 11 Bảng 3.5 cho thấy hiệu suất xử lý COD, TSS và độ màu của điện cực sắt cao hơn hẳn so với điện cực nhôm ở tất cả các khoảng thời gian điện phân. Trong khi đó hiệu suất xử lý amoni của điện cực sắt và điện cực nhôm lại phụ thuộc vào khoảng thời gian điện phân. Như vậy chọn điện cực sắt cho nghiên cứu xử lý NRR bằng EC. Bảng 3.5. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR của điện cực sắt và nhôm ở thời gian điện phân khác nhau (J = 3,896 mA/cm2, khoảng cách điện cực 1 cm) Thời gian phản ứng (phút) Hiệu suất xử lý (%) COD Amoni TSS Độ màu Fe Al Fe Al Fe Al Fe Al 10 42,86 6,90 6,64 5,46 9,83 6,71 27,90 19,90 20 58,93 17,24 11,71 8,19 15,95 9,12 46,75 32,91 30 69,64 22,41 14,06 11,34 23,98 14,2 54,56 41,24 40 73,21 37,93 17,770 18,48 30,46 23,4 59,10 45,85 60 76,79 44,83 23,64 26,46 38,61 27,1 71,67 58,98 80 79,29 44,83 24,79 30,24 38,97 29,1 79,39 66,64 So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu khi sử dụng điện cực sắt và nhôm ở các pH đầu vào của nước rỉ rác khác nhau 5 6 7 8 9 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Fe Al H iÖ u s u Êt x ö l ý C O D ( % ) pH 5 6 7 8 9 10 5 10 15 20 25 30 35 Fe Al H iÖ u s u Êt x ö l ý a m o n i (% ) pH Hình 3.18. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD với điện cực nhôm và sắt Hình 3.19. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý amoni với điện cực nhôm và sắt 12 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Fe Al H iÖ u s u Êt x ö l ý T S S ( % ) pH 5 6 7 8 9 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Fe Al H iÖ u s u Êt x ö l ý ® é m µu ( % ) pH Hình 3.20. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý TSS với điện cực nhôm và sắt Hình 3.21. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu với điện cực nhôm và sắt Bảng 3.6. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR của điện cực sắt và nhôm ở các pH khác nhau (J = 3,896 mA/cm2, thời gian điện phân 60 phút, khoảng cách điện cực 1 cm) pH Hiệu suất xử lý (%) COD Amoni TSS Độ màu Fe Al Fe Al Fe Al Fe Al 5 50,00 18.72 14.33 15.87 16.65 13.8 24.11 22.5 6 69.62 35.9 22.02 23.57 18.95 15.24 40.99 35.7 7 73.92 44.83 22.63 25,56 30.55 22.97 67.04 60.2 8 72,00 43.58 24.88 26.46 39.93 35.83 72.19 65.13 9 62.90 30.76 19.22 22.48 19.26 13.05 50.70 45.63 10 43.75 14.2 11.23 15.76 15.74 11.38 34.58 30.32 Bảng 3.6 cho thấy hiệu suất xử lý COD, TSS và độ màu của điện cực sắt cao hơn hẳn so với điện cực nhôm ở tất cả các giá trị pH. Trong khi đó hiệu suất xử lý amoni của điện cực nhôm lại cao hơn điện cực sắt. Ở môi trường axit (pH 8) thì hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu của cả 2 điện cực nhôm và sắt đều thấp. Hiện tượng này được Park và cộng sự (2002) giải thích là: mỗi loại ion kim loại trong dung dịch có thể tạo ra các chất keo tụ khác nhau dẫn tới hiệu suất xử lý chất ô nhiễm cũng khác nhau. Ví dụ, điều kiện kiềm cao trong dung dịch diện phân hydroxit nhôm và hydroxit sắt tồn tại ở dạng tương ứng là Al(OH)4− và Fe(OH)4−. Những hydroxit này có hoạt động keo tụ kém, sau đó, thông thường (trừ một số sản phẩm polyaluminum) quá trình keo tụ khó được thực hiện ở môi trường có tính axit (Fe: pH = 4 - 5 và Al: pH = 5 - 6). 13 Kết quả này là cơ sở để chọn giá trị pH đầu vào của NRR và loại điện cực phù hợp. Chọn pH = 7 - 8 cho cả hai loại điện cực vì đây là khoảng pH cho hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu cao nhất. So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu khi sử dụng điện cực sắt và nhôm ở các khoảng cách điện cực khác nhau 1 2 3 4 5 6 7 10 20 30 40 50 60 70 80 Fe Al H iÖ u s u Êt x ö l ý C O D ( % ) Kho¶ng c¸ch ®iÖn cùc (cm) 1 2 3 4 5 6 7 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Fe Al H iÖ u s u Êt x ö l ý a m o n i (% ) Kho¶ng c¸ch ®iÖn cùc (cm) Hình 3.22. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD giữa điện cực nhôm và sắt Hình 3.23. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý amoni với điện cực nhôm và sắt 1 2 3 4 5 6 7 5 10 15 20 25 30 35 40 Fe Al H iÖ u s u Êt x ö l ý T S S ( % ) Kho¶ng c¸ch ®iÖn cùc (cm) 1 2 3 4 5 6 7 20 30 40 50 60 70 80 Fe Al H iÖ u s u Êt x ö l ý ® é m µu ( % ) Kho¶ng c¸ch ®iÖn cùc (cm) Hình 3.24. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý TSS với điện cực nhôm và sắt Hình 3.25. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý độ màu với điện cực nhôm và sắt Bảng 3.7 cho thấy hiệu suất xử lý COD, TSS và độ màu của điện cực sắt cao hơn hẳn so với điện cực nhôm ở tất cả các khoảng cách điện cực. Trong khi đó hiệu suất xử lý amoni của điện cực nhôm lại cao hơn điện cực sắt nhưng không nhiều. Kết quả này là cơ sở để chọn khoảng cách điện cực và loại điện cực phù hợp. Kết quả nghiên cứu hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu của điện cực nhôm và sắt ở cùng điều kiện thấy điện cực sắt tỏ ra ưu thế hơn về hiệu suất xử lý COD, TSS và độ màu. Tuy hiệu suất xử lý amoni của điện cực nhôm có cao hơn điện cực sắt nhưng không nhiều. Cùng xử lý một lượng chất ô nhiễm thì năng 14 lượng tiêu thụ khi dùng điện cực sắt có thể tính được là nhỏ hơn so với điện cực nhôm. Giá thành điện cực cũng là vấn đề cần quan tâm, mà điện cực sắt có giá thấp hơn điện cực nhôm. Vì vậy điện cực sắt được lựa chọn cho nghiên cứu này. So sánh kết quả nghiên cứu ở điều kiện thích hợp với các nghiên cứu trước đó về hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR bằng quá trình EC thể hiện ở bảng 3.8: So sánh kết quả của luận án với các nghiên cứu khác thấy hiệu suất xử lý một số chỉ tiêu NRR trong nghiên cứu cao và có mức tiêu hao năng lượng thấp. Bảng 3.7. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR của điện cực sắt và nhôm ở các khoảng cách điện cực khác nhau (J = 3,896 mA/cm2, thời gian điện phân 60 phút) Khoảng cách điện cực (cm) Hiệu suất xử lý (%) COD Amoni TSS Độ màu Fe Al Fe Al Fe Al Fe Al 1 76,79 44,83 23,64 26,46 38,61 27,1 71,67 67,32 3 63,71 30,00 20,38 20,80 27,21 25,71 64,25 55,46 5 50,00 26,70 14,85 15,60 21,10 18,93 44,42 37,29 7 45,65 22,60 10,54 11,24 8,02 6,95 28,44 20,87 Nhận xét về quá trình xử lý NRR bằng EC Nghiên cứu xử lý NRR bằng quá trình EC với điện cực nhôm và điện cực sắt thì hiệu suất xử lý COD, TSS và độ màu của của điện cực nhôm thấp hơn điện cực sắt, nhưng hiệu suất xử lý amoni của điện cực nhôm lại cao hơn điện cực sắt sau hơn 40 phút phản ứng. Đây là cơ sở để lựa chọn điện cực trong quá trình EC khi ứng dụng trong thực tế. Hầu hết các nghiên cứu trước đều chứng minh hiệu suất xử lý COD của điện cực sắt cao hơn điện cực nhôm, nhưng nghiên cứu của Ilhan và cộng sự (2008) lại cho kết quả ngược lại là hiệu suất xử lý COD của điện cực nhôm cao hơn điện cực sắt. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy quá trình EC hiệu quả khi xử lý COD, độ màu vì COD và độ màu có thể loại bỏ cơ bản bằng quá trình keo tụ điện hóa kết hợp với quá trình điện hóa như oxi hóa, hấp phụ. Quá trình EC kém hiệu quả khi xử lý amoni vì khác với quá trình xử lý COD, TSS và độ màu, amoni được xử lý chủ yếu bằng quá trình điện hóa và quá trình hóa học. Khi nghiên cứu quá trình EC trong xử lý NRR tìm được các điều kiện thích hợp cho quá trình xử lý là: điện cực sắt, J = 3,896 mA/cm2, pH = 7 - 8, khoảng cách điện cực là 1 cm, thời gian điện phân là 60 phút. Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể sử dụng quá trình EC để xử lý NRR. Tuy nhiên nếu chỉ dùng mỗi quá trình EC thì nước thải đầu ra một số chỉ tiêu chưa đạt yêu cầu xả thải. Cần phải có quá trình xử lý tiếp theo. Trong luận án này sau quá trình xử lý bằng EC tiếp tục được nghiên cứu xử lý bằng BF. 15 Sau quá trình EC chỉ số một số chất ô nhiễm trong NRR còn lại: COD < 30%, amoni > 75%, TSS > 60% và độ màu < 30% so với ban đầu. Như vậy amoni và TSS là đối tượng cần quan tâm xử lý ở quá trình sinh học tiếp theo. Bảng 3.8. So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR của các nghiên cứu khác nhau ở điều kiện lựa chọn Nghiên cứu Hiệu suất xử lý (%) Năng lượng/m3 NRR (KWh) COD Amoni TSS Độ màu Luận án 71 - 77 24 - 25 38 - 40 71 - 72 12,83 Bouhezila F. và cs (2011) 68 15 (TN) - 28 19 Ilhan F. và cs (2008) 59 14 - - 12,5 – 19,6 Li X. và cs (2011) 49,8 38,6 - - - Catherine R. và cs (2014) - - - 80* - Top S. và cs (2011) 45 - - 60 - Orkun M. O. và cs (2012) 65,85 - - - - Shivayogimath C.B. và cs (2014) 53,3 - - 65 - 3.2. Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học Bảng 3.9. Một số đặc tính của NRR sau quá trình EC dùng cho đầu vào của quá trình BF TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị sau EC 1 pH - 8,7 – 9,1 2 COD mg/l 717 - 870 3 BOD5 mg/l 312 - 337 4 NH4+-N mg/l 410 - 484 5 NO3--N mg/l < 1 6 TSS mg/l 471 - 578 7 Độ màu Pt-Co 316 - 402 Để xử lý triệt để COD, amoni, TSS và độ màu, trong luận án đã kết hợp cả hai phương pháp EC và tiếp theo là xử lý triệt để dùng BF. Cũng tương tự như đối với phương pháp EC, xử lý sinh học cần tối ưu điều kiện xử lý như: quá trình xử lý hiếu khí, thiếu khí, tốc độ sục khí, lượng oxy hòa tan, tải lượng đầu vào cũng cần được khảo sát và tìm ra điều kiện tối ưu. 3.2.1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu bằng quá trình lọc sinh học Để đánh giá ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD, amoni, nitrat, TSS và độ màu, một loạt các thí nghiệm được thực hiện với lưu lượng dòng vào 3 lít/ngày ở 4 chế độ sục khí khác nhau từ chế độ 1 - 4. Thể tích của hệ lọc sinh học này luôn được cố định. 3.2.1.1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD 16 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 200 300 400 500 600 700 800 900 COD vµo COD ra C O D ( m g /l ) Thêi gian (ngµy) 50 60 70 80 90 100 HiÖu suÊt xö lý COD H iÖ u s u Êt x ö l ý C O D ( % ) Hình 3.26. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD 3.2.1.2. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý amoni 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 100 200 300 400 500 600 700 amoni vµo amoni ra N å n g ® é a m o n i (m g /l ) Thêi gian (ngµy) 95.0 95.5 96.0 96.5 97.0 97.5 98.0 98.5 99.0 99.5 100.0 HiÖu suÊt xö lý amoni H iÖ u s u Êt x ö l ý a m o n i (% ) Hình 3.27. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý amoni 3.2.1.3. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý nitrat CĐ1: 60/60 CĐ2: 45/75 CĐ3: 30/90 CĐ4: 15/105 CĐ2: 45/75 CĐ1: 60/60 CĐ3: 30/90 CĐ4: 15/105 17 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Nitrat vµo Nitrat ra N å n g ® é n it ra t (m g /l ) Thêi gian (ngµy) Hình 3.28. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến nồng độ nitrat đầu ra 3.2.1.4. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý TSS 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 100 200 300 400 500 600 TSS vµo TSS ra N å n g ® é T S S (m g /l ) Thêi gian (ngµy) 70 75 80 85 90 95 100 HiÖu suÊt xö lý H iÖ u s u Ê t x ö l ý T S S ( % ) Hình 3.29. Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý TSS 3.2.1.5. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý độ màu CĐ1: 60/60 CĐ2: 45/75 CĐ3: 30/90 CĐ4: 15/105 CĐ1: 60/60 CĐ2: 45/75 CĐ3: 30/90 CĐ4: 15/105 18 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 § é mµu vµo § é mµu ra § é m µu ( P t- C o ) Thêi gian (ngµy) 20 30 40 50 60 70 80 HiÖu suÊt xö lý ®é mµu H iÖ u s u Êt x ö l ý ® é m µu ( % ) Hình 3.30. Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý độ màu Bảng 3.10 cho thấy, khi giảm thời gian sục khí thì hiệu suất xử lý COD, amoni và độ màu đều giảm, nhưng hiệu suất xử lý TSS lại tăng. Như vậy CĐ 1 sục/dừng = 60/60 phút có hiệu suất xử lý cao nhất đối với lý COD, amoni và độ màu nhưng nồng độ nitrat đầu ra quá lớn theo tiêu chuẩn quy định. Trong khi đó ở CĐ 4 sục/dừng = 15/105 phút thì nồng độ nitrat đầu ra khoảng 44 mg/l. Nếu tiếp tục giảm thời gian sục khí trong một chu kỳ thì theo quy luật khả năng xử lý nitơ của hệ tốt hơn nhưng hiệu suất xử lý COD, amoni và độ màu lại thấp. Chi phí vận hành của hệ BF thiếu khí – hiếu khí phần lớn là chi phí cho quá trình sục khí. Cho nên thời gian sục khí trong một chu kỳ càng ngắn thì chi phí về năng lượng càng thấp. Xét về hiệu quả xử lý ở các chế độ (đặc biệt với xử lý nitơ) và chi phí cho quá trình sục khí chọn chế độ sục/dừng = 15/105 phút cho các nghiên cứu tiếp theo. Bảng 3.10. Hiệu suất xử COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR ở các chế độ sục khí khác nhau Chế độ S/D (phút) HSXL COD (%) HSXL amoni (%) Nồng độ nitrat ra (mg/l) HSXL TSS (%) HSXL Độ màu (%) CĐ 1 (60/60) 90,64 ± 0,88 99,88 ± 0,04 371,87 ± 9,13 84,36 ± 0,66 55,13 ± 1,81 CĐ 2 (45/75) 84,91 ± 1,17 99,62 ± 0,03 254,5 ± 14,70 87,39 ± 0,52 46,03 ± 1,14 CĐ 3 (30/90) 79,54 ± 1,00 99,52 ± 0,03 160,32 ± 8,44 89,20 ± 0,57 39,09 ± 1,61 CĐ 4 (15/105) 77,45 ± 1,31 99,21 ± 0,03 43,64 ± 1,16 91,07 ± 0,52 34,75 ± 1,30 CĐ2: 45/75 CĐ3: 30/90 CĐ1: 60/60 CĐ4: 15/105 19 Với chế độ sục/dừng = 15/105 phút, nếu coi tổng nitơ là tổng của amoni, nitrat và nitrit thì tổng nitơ đầu ra đạt QCVN25: 2009/BTNMT cột B2. 3.2.2. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý COD, amoni, nitrat, TSS và độ màu của quá trình lọc sinh học Tải lượng chất ô nhiễm có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của phương pháp BF. Wijeyekoon và các cộng sự (2004) chỉ ra tải lượng chất ô nhiễm cũng ảnh hưởng đến tăng trưởng sinh khối. Cụ thể: cấu trúc VSV bên trong chịu ảnh hưởng khi tải lượng tăng, làm tăng nồng độ bùn bên trong kết quả là độ xốp của màng vi sinh bị giảm. Vì vậy, tải lượng đầu vào là yếu tố cần khảo sát để đánh giá ngưỡng xử lý của hệ BF. Hàng loạt thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý COD, amoni, nitrat, TSS và độ màu được thiết lập theo các CĐ 4 – 8, với các điều kiện: chế độ sục khí /dừng sục khí 15/105 phút; pH của dung dịch NRR sau xử lý bằng EC khoảng 8,7 – 9,1; lưu lượng đầu vào thay đổi từ 3 đến 7 lít/ngày, DO khi sục khí là 6 - 7 mg/l, nhiệt độ phòng (25 – 32oC). 3.2.2.1. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý COD 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0.05 0.10 0.15 0.20