HUÊ MINH THẮNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ VỚI CHẤT KEO TỤ LÀ PHÈN NHÔM VÀ PHÈN SẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP An Giang, 05/2011..
Tổng quan về bãi rác Bình Đức
Vị trí và quy mô của bãi rác
Rác sau khi thu gom được chuyển về bãi rác Bình Đức Bãi rác Bình Đức nằm tại phường
Bình Đức, cách trung tâm thành phố Long Xuyên 9km về hướng
Tây Bắc, cách quốc lộ 91 khoảng 700km Vị trí bãi rác cách nhà dân khoảng 500m
Diện tích bãi rác cũ: 2,2 ha hoạt động từ năm 1983 –
Diện tích của bãi rác mới: 3,5 ha hoạt động từ năm 2000 đến nay và theo dự kiến thì trong năm 2010 thì đóng cửa.
Hiện trạng môi trường tại bãi rác Bình Đức
Qua khảo sát tại bãi rác và khu vực lân cận, người dân dễ dàng nhận thấy vấn đề ô nhiễm môi trường chủ yếu do mùi hôi và ruồi, bên cạnh đó còn tồn đọng một lượng rác thải đáng kể.
Hình 2.1:Quy mô của bãi rác Bình Đức
Hình 2.2: Hiện trạng bãi rác Bình Đức lớn nước rò rỉ không được xử lý cũng góp phần gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước trong khu vực.
Tổng quan về nước rác
Định nghĩa về nuớc rỉ rác
Nước rỉ rác là loại nước bẩn được hình thành khi nước mưa và nước ép từ chất thải thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm và chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp Trong giai đoạn hoạt động của bãi chôn lấp, nước rỉ rác chủ yếu xuất hiện do sự tác động của nước mưa và quá trình nén chất thải.
Nguồn gốc phát sinh nước rác
Nước rỉ từ rác được hình thành khi nước thấm vào các ô chôn lấp
Nước có thể thấm vào rác theo một số cách sau đây:
Nước trong bãi chôn lấp bao gồm nước từ bề mặt, độ ẩm của rác thải, nước từ các vật liệu phủ và nước từ bùn nếu việc chôn bùn được cho phép Sự mất mát nước tích trữ trong bãi rác xảy ra do nước tiêu thụ trong các phản ứng hình thành khí, hơi nước bão hòa bốc hơi và nước thoát ra từ đáy bãi chôn lấp dưới dạng nước rò rỉ.
- Nước từ chất thải rắn: lượng nước đưa vào bãi chôn lấp để tạo ẩm cho rác
- Nước có từ các quá trình phân hủy rác sinh ra
- 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 chôn lấp rác trước khi được phủ đất và trước khi ô rác đóng lại
- Nước mưa rơi xuống khu vực bãi chôn lấp sau khi ô rác đầy
Thành phần và tính chất nước rác
Ngoài phụ thuộc rất lớn vào bản chất của rác thì thành phần và tính chất của nước rác còn phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Thời gian lưu trữ (tuổi của bãi rác)
- Cách quản lý, chế độ vận hành
- Độ nén, độ dày của lớp rác, loại bãi chôn lấp rác
Các hoạt động sinh học và hóa học tại các bãi rác mới thường có nước rác với pH thấp (4,5 – 6) và nồng độ BOD5, COD, TOC cùng kim loại nặng cao Ngược lại, ở các bãi rác cũ, pH cao hơn (6,5 – 7,5) và nồng độ ô nhiễm thấp hơn do đã trải qua quá trình phân hủy tự nhiên Tỉ số BOD5/COD giúp đánh giá khả năng phân hủy sinh học của nước rác, thường thấy ở bãi rác lâu năm tỉ số này thấp hơn nhiều so với bãi rác mới Bên cạnh đó, các bãi rác chứa nhiều chất vô cơ và kim loại nặng, trong khi nước rác từ bãi chôn lấp sinh hoạt lại có hàm lượng chất ô nhiễm sinh học và vi sinh vật cao.
Bảng 2.1: Thành phần và tính chất nước rác điển hình
Giá trị, mg/l Bãi mới Thành phần
Bãi lâu năm (trên 10 năm)
Tổng chất rắn lơ lửng 200 – 2000 500 100 -400
Othophotpho 4 - 80 20 5 - 10 Độ kiềm theo CaCO3 1000 - 10000 3000 200 - 8000 pH 4,5 – 7,5 6 6,6 - 9
Nitrat 5 - 40 25 5 -10 Độ cứng theo CaCO3 300 - 25000 3500 200 - 500
Tình hình xử lý nước rác
Tình hình xử lý nước trên thế giới
Hiện nay trên thế giới có 3 xu hướng xử lý nước rác:
+ Xử lý sơ bộ nước rác để tuần hoàn, tái sử dụng trong nông nghiệp
+ Xử lý sơ bộ nước rác để đưa vào hệ thống cống rãnh
+ Xử lý nước rác đạt tiêu chuẩn cho phép thải nguồn tiếp nhận
Bảng 2.2 trình bày mối liên hệ giữa tỷ số COD/TOC, BOD/COD và tuổi thọ của bãi rác, đồng thời phân tích hiệu suất khử chất hữu cơ từ nước rác Các đặc trưng của nước rác đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả xử lý của quá trình này.
Tuổi thọ bãi chôn lấp Mới (0,5 >10000 Tốt Xấu Trung bình Xấu
Khá Tốt Tốt Trung bình
Một số hệ thống xử lý nước rác của bãi chôn lấp rác sinh hoạt ở Mỹ
Công nghệ xử lý nước thải bao gồm ba phương pháp chính: kết tủa hydroxyde, xử lý sinh học và lọc nhiều lớp Trong đó, xử lý sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc khử N-amonia đạt 99% và giảm COD lên tới 91% Ngoài ra, việc sử dụng vôi polymer và chất keo tụ H2SO4, H3PO4 cũng góp phần nâng cao hiệu quả xử lý.
Bể điều hòa hết lớp tách amonia
Lọc ép Bể lưu bùn Bể nén bùn
Hình 2.5: Hệ thống xử lý nước rác
Tình hình xử lý nước rác ở Việt Nam
Tại Việt Nam, công nghệ xử lý nước rác đang được nghiên cứu và triển khai bởi nhiều đơn vị thiết kế khác nhau Tuy nhiên, hiện tại vẫn chưa có công nghệ nào được công nhận là hiệu quả và kinh tế nhất.
Sau đây là một số công nghệ xử lý nước rác được áp dụng tại Việt Nam:
Hình 2.6: Công nghệ xử lý nước rác ở bãi rác Gò Cát
Nước rỉ rác sau khi được xử lý qua tháp khử cứng sẽ tiếp tục đi vào bể kị khí UASB để giảm COD Tiếp theo, nước sẽ được dẫn qua cụm bể Anoxic 1 và Aerobic 1 nhằm hoàn thành quá trình khử COD còn lại, thực hiện nitrat hóa tại Aerobic 1 và khử nitrat kết hợp tại Anoxic 1.
Bể Anoxic 2 là giai đoạn Aerobic 2 nhằm tách khí N2 sinh ra từ bể Anoxic 2
Bùn lắng từ bể lắng được tuần hoàn về bể Anoxic 1, trong khi nước rỉ rác được xử lý để khử màu và giảm lượng COD khó phân hủy tại bể keo tụ, tạo bông và kết hợp lắng Các bông cặn nhỏ khó lắng sẽ được giữ lại ở bể lọc cát.
Vào Khử cứng UASB Anoxic
Lọc cát Bể keo tụ kết hợp
Na2CO3 Polymer H2SO4 FeCl2
Bùn dư Bùn tuần hoàn
H2SO4 được sử dụng để điều chỉnh pH về mức tối ưu, giúp quá trình keo tụ diễn ra hiệu quả hơn Chất keo tụ chính là phèn sắt (FeCl3) kết hợp với chất trợ keo tụ polymer Trước khi tiến hành lọc cát, pH cần được nâng lên mức trung hòa bằng dung dịch phù hợp.
Na2CO3 Tuy nhiên, trong thực tế quá trình vận hành hệ thống xử lý vẫn không đạt tiêu chuẩn quy định
Bể phân hủy kị khí
Hệ thống lọc áp lực
Hệ thống chôn lấp công nghiệp
Thải ra môi trường Không khí
Hình 2.7 : Công nghệ xử lý nước rác
2.4 T ổ ng quan v ề quá trình keo t ụ t ạ o bông
2.4.1 Huy ề n phù và ch ấ t keo
Nước chứa nhiều hợp chất được chia làm ba loại z Chất huyền phù lơ lửng
Các chất trong nước có nguồn gốc vô cơ như cát, đất sét, bùn phù sa, hoặc hữu cơ từ sự phân hủy thực vật và động vật, cùng với vi sinh vật như vi khuẩn, thực vật nổi, tảo và virus, góp phần tạo nên độ đục và màu sắc của nước Chất keo, là các chất huyền phù có kích thước nhỏ hơn và lắng đọng chậm, cũng ảnh hưởng đến độ đục và màu sắc của nước Các chất hòa tan trong nước cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất của nước.
Các anion và cation là những thành phần chính trong các chất hòa tan, bên cạnh đó, một số chất hữu cơ cũng tồn tại ở dạng hòa tan Ngoài ra, khí như O2, CO2 và H2S cũng được phát hiện Sự đông tụ và kết bông đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước và các ứng dụng công nghiệp.
Phương pháp đông tụ và kết bông là kỹ thuật hiệu quả để loại bỏ huyền phù và chất keo trong quá trình xử lý nước Quá trình này diễn ra trước khi thực hiện các bước tách pha rắn-lỏng như lắng gạn, tuyển nổi hoặc lọc.
Mỗi chất hòa tan cần có phương pháp xử lý riêng biệt, có thể bao gồm hoặc không bao gồm quá trình đông tụ-kết bông, và thậm chí có thể yêu cầu tách pha rắn-lỏng (Trung tâm đào tạo ngành nước và môi trường, 1999).
2.4.2 Khái ni ệ m quá trình keo t ụ
Keo tụ là một phương pháp xử lý nước hiệu quả, sử dụng hóa chất để kết nối các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước Quá trình này giúp hình thành các bông keo lớn hơn, từ đó dễ dàng tách chúng ra khỏi nước thông qua các biện pháp lắng lọc hoặc tuyển nổi.
2.4.3 Phá b ề n c ủ a các h ạ t keo huy ề n phù
Các chất huyền phù có kích thước và mật độ khác nhau, với một số đủ lớn để lắng xuống dễ dàng, trong khi những chất có kích thước nhỏ (10^-8 - 10^-5 m), gọi là huyền phù keo, có thể kết tụ thành các cụm hạt lớn hơn trong điều kiện thuận lợi Tuy nhiên, sự kết tụ này hiếm khi xảy ra tự nhiên trong nước do hiệu ứng tương tác đẩy tĩnh điện giữa các hạt keo, vì bề mặt của chúng mang điện tích, cản trở sự tiếp xúc giữa các hạt.
Tổng quan về các phương pháp xử lý nước rác
Phương pháp cơ học
Quá trình xử lý cơ học, hay còn gọi là tiền xử lý, thường được thực hiện ở các giai đoạn đầu của công trình xử lý nước thải Tùy thuộc vào tính chất, hàm lượng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết, chúng ta sẽ áp dụng các phương pháp xử lý phù hợp.
3 Điều hòa: Điều hòa lưu lượng trên dòng thải và ngoài dòng thải
3 Chắn rác: Các mảnh vụn được loại bỏ bằng các lưới chắn rác
3 Lắng: Các chất lơ lửng và bông cặn được loại bỏ do trọng lực
3 Tuyển nổi: Tạo ra các bọt khí kết hợp các hạt nhỏ đưa lên mặt nước và loại bỏ
3 Khử khí: Nước và không khí tiếp xúc với nhau trong các dòng nước chảy để đuổi amoniac và một số khí khác
3 Lọc: SS và độ đục được loại bỏ
3 Bay hơi: Phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, gió,…
Phương pháp hóa lý
Các quá trình hóa học và hóa lý xảy ra giữa chất bẩn và tác chất được thêm vào, dẫn đến các phản ứng quan trọng.
- Phản ứng oxy hóa khử
- Phản ứng chất độc hại,…
Xử lý hóa học và hóa lý là giai đoạn quan trọng trước khi thực hiện xử lý sinh học Tuy nhiên, trong một số trường hợp, các phương pháp này có thể được áp dụng sau khi xử lý sinh học để đảm bảo hiệu quả xử lý triệt để.
Sục khí bay hơi là quy trình hiệu quả trong việc loại bỏ hóa chất độc hại từ nước ngầm hoặc nước mặt ô nhiễm bằng cách đẩy khí qua Quá trình này biến đổi các chất lỏng thành khí thông qua tác động của không khí, sau đó thu hồi và làm sạch không khí Phương pháp này thường được áp dụng trong xử lý nước ngầm, đặc biệt là trong quá trình bơm, theo hướng dẫn của EPA (2001).
Oxy hóa học là một phương pháp hiệu quả để loại bỏ chất hữu cơ và kết tủa kim loại, dựa trên phản ứng oxy hóa khử Quá trình oxy hóa nâng cao (AOP) được phát hiện bởi Glaze et al (1987) và được định nghĩa là "quy trình xử lý nước ở nhiệt độ và áp suất gần với môi trường, trong đó sinh ra gốc hydroxil với số lượng đủ để ảnh hưởng đến độ tinh khiết của nước."
• Ưu điểm của việc sử dụng tác nhân oxy hóa nâng cao
- Tỉ lệ phản ứng nhanh
- Tiềm năng giảm độc chất và khả năng khoáng hóa hoàn toàn của các chất hữu cơ đã xử lý
- Không cô đặc nước thải đối với việc xử lý thêm nữa với các phương pháp khác như lọc bằng màng
- Không taọ ra sản phẩm đòi hỏi phải xử lý tiếp như “việc mất than” từ sự hấp phụ than hoạt tính
- Không tạo ra bùn như quy trình hóa lý hoặc sinh học (bùn thải sinh học)
• Nhược điểm của việc sử dụng tác nhân oxy hóa nâng cao
Phương pháp đông tụ là một quá trình quan trọng trong việc tách các hạt phân tán và chất nhũ tương, đặc biệt hiệu quả trong việc xử lý các hạt keo có kích thước từ 1-100 nm Việc áp dụng phương pháp này cần được tính toán cẩn thận để đạt được hiệu quả tối ưu trong các ứng dụng đặc biệt.
Trong quá trình xử lý nước thải, chất đông tụ đóng vai trò quan trọng bằng cách tạo ra các bông hydroxit kim loại, giúp lắng nhanh trong môi trường trọng lực Các bông này có khả năng hấp thụ các hạt keo và hạt lơ lửng, nhờ vào sự tương tác giữa điện tích âm yếu của các hạt keo và điện tích dương yếu của bông đông tụ, tạo ra lực hút hiệu quả giữa chúng.
Chất đông tụ phổ biến thường là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng, và việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc vào thành phần, tính chất hóa lý, giá thành, nồng độ tạp chất trong nước và pH Muối nhôm thường được sử dụng làm chất đông tụ bao gồm Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O và NH4Al(SO4)2.12H2O, trong đó sunphat nhôm là phổ biến nhất Sunphat nhôm hoạt động hiệu quả trong khoảng pH từ 5 đến 7,5, tan tốt trong nước và có giá thành tương đối rẻ, được sử dụng dưới dạng khô hoặc dung dịch 50%.
Phản ứng tạo bazơ , khi thêm ion Al 3+ vào nước tạo ra một sự kết tủa hydroxit mhôm cùng với giải phóng một số axit:
Al 3+ + 3 H2O ↔ Al(OH)3↓ + 3 H + Độ axit này có thể phản ứng với một vài loại chất hòa tan, đặc biệt đối với các ion bicacbonat:
HCO 3- + H + ↔ H2O + CO2 Độ axit này có thể được bù khi thêm các chất làm đông tụ bằng cách liên kết một bazơ (xút, vôi, cacbonat natri):
Al2(SO4)3 + 6H2O ↔ 2Al(OH)3↓ + 3 SO4 2- + 6CO2
Liều lượng sử dụng Al2(SO4)3.18H2O trong xử lý nước mặt tùy thuộc vào chất lượng nước, dao động từ 10 đến 150g/m³ Đối với xử lý nước thải, liều lượng khuyến nghị là từ 50 đến 300g/m³ (Sổ tay xử lý nước, 2005).
Nguyên lý phản ứng cũng như các muối nhôm
Ion sắt làm cho nước xử lý có màu
Clorua feric (lỏng, đôi khi kết tinh)
2Fe 2+ + 6HCO3 - ↔ 2Fe(OH)3↓ + 6Cl - + 6CO2
Liều lượng: Nước mặt lọc trong từ 5 đến 150g/m 3 clorua feric rắn (sổ tay xử lý nước, 2005)
Nghiên cứu của Thornton và Blanc (1973) cho thấy việc sử dụng vôi trong xử lý nước rỉ từ bãi chôn lấp rác dưới 2 năm tuổi hiệu quả hơn phèn nhôm trong việc loại bỏ chất rắn lơ lửng và màu Quá trình keo tụ cũng giúp loại bỏ các ion Mg, Ca, Fe và một phần chất hữu cơ Khi pH của nước rỉ tăng lên do sự bổ sung vôi, các hydroxit kim loại không tan được hình thành, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắng đọng các hạt keo.
Chian và Dewalle (1976) đã chứng minh rằng vôi có khả năng loại bỏ các chất hữu cơ vết có phân tử lượng lớn hơn 50,000 có trong nước rỉ rác của các bãi rác mới.
Nghiên cứu của Slater et al (1983) về xử lý nước rỉ rác từ bãi rác công nghiệp cho thấy vôi hiệu quả hơn phèn nhôm, FeCl3 và MgO trong việc loại bỏ độ đục, dầu, kim loại và chất rắn lơ lửng Ngoài ra, việc sử dụng polyme hỗ trợ quá trình lắng cũng được Slater nghiên cứu Sau quá trình keo tụ bằng vôi, pH của nước thải tăng lên 12, và để trung hòa và kết tủa Canxi, CO2 được sử dụng.
Liều lượng vôi được sử dụng trong nghiên cứu của Thornton và Slater dao động từ 1-1,5g/l, với hiệu quả xử lý đạt từ 20-40% Phương pháp này có khả năng loại bỏ kim loại nặng lên tới 90%, đồng thời giảm màu, chất rắn lơ lửng và độ đục từ 70-90%.
Phương pháp sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học tận dụng khả năng của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải, sử dụng chúng như nguồn dinh dưỡng để tạo ra năng lượng và tăng khối lượng sinh khối Phương pháp này hiệu quả trong việc loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan và các chất phân tán nhỏ, đồng thời cũng giúp khử các chất vô cơ như sulfit, muối amon và nitrat Hiện nay, nhiều loại vi sinh vật đã được phát hiện có khả năng phân hủy hầu hết các chất hữu cơ tự nhiên và nhiều chất hữu cơ tổng hợp Giải pháp xử lý sinh học được coi là một trong những phương pháp tốt nhất hiện nay.
- Có thể xử lý được các độc tố
Vi sinh vật là yếu tố quan trọng trong xử lý sinh học, do đó, dựa trên tính chất, hoạt động và môi trường sống của chúng, phương pháp sinh học được phân chia thành hai loại chính: phương pháp hiếu khí và phương pháp kị khí.
- Các lo ạ i hình công nghi ệ p x ử lý nu ớ c th ả i b ằ ng ph ươ ng pháp sinh h ọ c
Luơng Đức Phẩm (2002) đã phân các phuơng pháp sinh học xử lý nước thải ra làm các loại như sau:
Hình 2.8: Các phuơng pháp sinh học làm sạch nuớc thải
- Ứ ng d ụ ng các quá trình x ử lý sinh h ọ c
Các quá trình xử lý sinh học trên thường được ứng dụng để:
Các phương pháp sinh học xử lý nuớc thải
Hiếu khí Thiếu khí Kị khí (anaerobic)
Bùn hoạt tình Đĩa quay sinh học
Ao ổn định nuớc thải
Khử nitrat Bể kị khí
Bể lọc kị khí UASB
+ Khử các chất hữu cơ trong nước thải, thường biểu hiện bằng COD, BOD, TOC
2.6 T ổ ng quan v ề ph ươ ng pháp jartest
Phương pháp này được dùng trong phòng thí nghiệm để xác định các điều kiện tối ưu của sự keo tụ - tủa bông
2.6.1 Mô t ả ph ươ ng pháp
Thiết bị này bao gồm một máy khuấy được trang bị bộ biến đổi tốc độ, với mỗi cánh khuấy tương ứng với một bình có thể tích 1 lít, được khắc độ phân chia thể tích đến 1 lít.
Mỗi một bình được đổ đầy một thể tích nước nguyên khai như nhau Sau đó, tiến hành:
1 Cho chất keo tụ vào bình đồng thời khuấy mạnh (100 – 200 v/ phút) trong 2 – 3 phút (đôi khi có thể dài hơn) và điều chỉnh pH (việc này có thể làm trước khi đưa chất keo tụ vào) Đây là giai đoạn keo tụ
2 Khuấy chậm (20 – 40 v/ phút) trong 5 – 10 phút Đây là giai đoạn tủa bông: Làm to các cụm keo tụ
3 Gạn lọc kết tủa trong thời gian 20 đến 60 phút
Mục tiêu chính là xác định liều lượng tối ưu của chất keo tụ và chất tủa bông, đồng thời tìm ra vùng pH tối ưu cho quá trình keo tụ.
Trong nghiên cứu, thí nghiệm được thực hiện với các vùng pH khác nhau, cụ thể là pH 5,5 đến 7,5 cho nhôm (Al) và pH 4,5 đến 8 cho sắt (Fe), với liều lượng chất keo tụ cố định là 2mg Fe/mg cacbon hữu cơ hòa tan và 1mg Al/mg cacbon hữu cơ hòa tan Sau đó, cần tiến hành thử nghiệm thêm ở pH tối ưu với việc điều chỉnh liều lượng chất keo tụ để xác định lượng tối ưu tại pH này Đối với nước có độ kiềm cao (trên 200-280mg CaCO3/l), chỉ cần xác định liều lượng chất keo tụ mà không cần điều chỉnh pH trong quá trình keo tụ.
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 U 3.1 Đối tượng nghiên cứu
Thời gian nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu
Xác định các thông số thích hợp để xử lý nước rỉ rác bằng phèn nhôm, phèn sắt.
Nội dung nghiên cứu
- Chuẩn bị thiết bị và hóa chất để tiến hành thí nghiệm
- Phân tích các thông số có trong nước rỉ rác như: pH, SS, COD, NH4 +, Cu,
Pb, Cd trước khi xử lý
- Tiến hành bố trí thí nghiệm với các liều lượng vôi phèn khác nhau trên thiết bị Jartest
- Phân tích lại các chỉ tiêu đầu ra như pH, SS, COD, NH4 +, Cu, Pb, Cd
- Tính toán hiệu quả kinh tế khi sử dụng phèn nhôm và phèn sắt để xử lý 1m 3 nước rỉ rác.
Phương tiện và vật liệu nghiên cứu
- Hóa chất: CaCO3, FeCl3, Al2(SO4)3.18H2O
- Các dụng cụ và thiết bị dùng để phân tích mẫu.
Phương pháp nghiên cứu
3.6.1 Phân tích m ẫ u trong phòng thí nghi ệ m
Phương pháp đo pH Đo pH bằng pH kế
Phương pháp xác định COD
- Sử dụng phương pháp K2Cr2O7 trong môi trường acid:
+ 5ml dung dịch mẫu đã pha loãng (dung dịch pha loãng theo tỉ lệ 100) + 3ml dung dịch K2Cr2O7 0,1N
- Đậy nắp, lắc đều dưới vòi nước, cho lên giá đỡ ống nghiệm, đặt vào tủ sấy 2 giờ ở nhiệt độ 150 0 C
- Sau thời gian phản ứng 2 giờ lấy ống nghiệm ra để nguội đến nhiệt độ phòng, chuyển toàn bộ dung dịch qua erlen
- Thêm 2 – 3 giọt chỉ thị ferroin, đến khi dung dịch có màu xanh
- Tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch FAS 0,01N cho đến màu nâu đỏ thì dừng lại và ghi kết quả thể tích dung dịch FAS đã dùng
- Làm mẫu trắng với 5ml nước cất 2 lần thay cho mẫu và thực hiện các bước như trên
- Sau đây là công thức tính nồng độ của COD:
V0: Thể tích dung dịch FAS dùng chuẩn độ mẫu trắng (ml)
V1: Thể tích dung dịch FAS dùng chuẩn độ mẫu (ml)
N: Nồng độ FAS đã được kiểm tra
V: Thể tích mẫu đã được sử dụng (ml)
Phương pháp xác định chất rắn lơ lửng (SS)
Phân tích hàm lượng chất rắn bằng phương pháp lọc và xác định trọng lượng
+ Sấy giấy lọc ban đầu ở 103º-105º đến trọng lượng không đổi
+ Làm nguội trong bình hút ẩm 20 phút
+ Cân và ghi lại trọng lượng mo (g)
+ Lắc kỹ mẫu, đong một thể tích (ml)
+ Lọc qua mẫu giấy lọc đã chuẩn bị
+ Sấy giấy và cặn đã được lọc ở nhiệt độ 103º-105º đến trọng lượng không đổi
+Làm nguội trong bình hút ẩm 20 phút
+ Cân và ghi trọng lượng m1 (g)
Hàm lượng chất rắn lơ lửng tính bằng mg/l theo công thức:
X(ml/l) = [(m1-mo)*10 6 ]/V Trong đó: m1: Khối lượng giấy lọc và cặn (g)
Mo: Khối lượng giấy lọc (g) V: Thể tích mẫu đã dùng (ml)
Sử dụng phương pháp indophenols blue: Đong 25ml mẫu nước vào ống balcon Lần lượt cho các hóa chất:
- 1ml thuốc thử A (A: Hòa tan 15g Na3PO4.12 H2O và 15g C6H5O7.2H2O trong 100ml nước cất không đạm)
- 1ml thuốc thử B (B: Hòa tan 62,5g phenol trong methanol thành 100ml (PRE 2), tiếp tục lấy 75ml PRE 2 hòa tan với 0,1g Na2[Fe(CN)5NO].2H2O trong 100ml nước cất không đạm)
- 1ml thuốc thử C (C: Hòa tan 75ml PRE3 với PRE4, trong đó PRE3 là sodium hypochloric 5% và PRE4: Dung dịch NaOH 67,5% (hòa tan 67,5g NaOH thành 100ml nước cất không đạm)
- Chờ khoảng 20 – 25 phút xuất hiện màu xanh rồi đem so màu ở bước sóng 630nm
- Còn màu và mùi của nước rỉ rác ta quan sát bằng mắt thường
Phương pháp phân tích Cu, Pb, Cd
Phân tích Cu, Pb, Cd bằng máy hấp thu nguyên tử và hóa chất cần thiết
- Lọc mẫu bằng giấy băng xanh
- Lấy mẫu nước trong đi phân tích trên máy hấp thu nguyên tử ZEEnit700 bằng kỹ thuật là Graphite Furnace Technique (EA)
- Thí nghiệm 1: Xác định liều lượng chất đông tụ-phèn nhôm [Al2(SO4)2.18H2O] và vôi [CaCO3] thích hợp để loại bỏ chất rắn lơ lửng, COD
Trước khi tiến hành thí nghiệm, chúng tôi đã sục khí trong 1 giờ Sau đó, chúng tôi xác định thời gian khuấy và liều lượng phèn, vôi phù hợp bằng hóa chất phòng thí nghiệm Thí nghiệm được thực hiện trên một đợt lấy mẫu với 3 lần lặp lại, đồng thời theo dõi các chỉ tiêu pH, SS, COD và N-NH4 +.
Trong thí nghiệm này, chúng tôi sử dụng thiết bị Jartester để điều chỉnh vận tốc và thời gian khuấy, nhằm đảm bảo hóa chất hòa tan hiệu quả trong dung dịch.
+ Phần chứa nước thải: Gồm 5 cóc thủy tinh chứa nước rỉ từ rác với thể tích hữu dụng là 0,9L
Hệ thống khuấy được trang bị 6 cánh khuấy với nhiều cấp độ khuấy trộn khác nhau Trong thí nghiệm này, thiết bị được vận hành với vận tốc khuấy 120 vòng/phút trong 60 phút, sau đó để lắng trong 90 phút.
Hệ thống hoạt động bằng cách thu thập nước rỉ từ rác vào các bình chứa, sau đó tiến hành khuấy trộn dung dịch Đồng thời, hóa chất đông tụ được thêm vào để cải thiện quá trình xử lý.
Hình 3.3: Sục khí trước khi chạy Jartest thời gian khuấy, ngừng khuấy để cho quá trình lắng xảy ra trong 90 phút, lấy phần nước trong đi phân tích
+ Bố trí thí nghiệm như sau:
NT1: Đối chứng không có hóa chất
Sau khi xác định liều lượng tối ưu, tôi tiến hành thực hiện ở quy mô lớn hơn với thùng 60 lít có thiết kế 2 cánh khuấy Tuy nhiên, do không điều chỉnh được tốc độ khuấy, hiệu quả giảm so với mô hình thí nghiệm Jartest.
Thí nghiệm 2 sử dụng hóa chất keo tụ là phèn sắt (FeCl3) và vôi (CaCO3) nhằm mục đích loại bỏ các kim loại như Cu, Pb, Cd có trong nước rỉ rác Chúng tôi thực hiện một đợt lấy mẫu với 3 lần lặp lại và theo dõi các chỉ tiêu kim loại Thí nghiệm này được thực hiện trên thiết bị Jartester.
Bố trí thí nghiệm như sau:
NT1: Đối chứng không có hóa chất
Chúng tôi đã tiến hành tính toán hiệu quả kinh tế trong việc xử lý 1m³ nước rỉ rác, đồng thời thống kê để xác định hàm lượng vôi phèn phù hợp nhất và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
3.6.3 Ph ươ ng pháp đ ánh giá s ố li ệ u: Áp dụng QCVN 24:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp
Tổng hợp, phân tích, đánh giá số liệu bằng phần mềm Excell và SPSS.
KẾT QUẢ THẢO LUẬN
4.1 Thí nghiệm đông tụ loại bỏ SS và theo dõi các chỉ tiêu pH, COD,
Chúng tôi đã thực hiện phân tích và đánh giá sự biến đổi của các thông số pH, COD, SS, và NH4+ sau ba lần lặp lại thí nghiệm với năm nghiệm thức có nồng độ ban đầu tương đương Mục tiêu là so sánh và xác định nghiệm thức nào đạt hiệu suất xử lý nước rỉ rác cao nhất.
Kết quả pH được đo lần lượt trên tất cả các nghiệm thức Kết quả được thể hiện qua đồ thị sau:
Hình 4.1: Giá trị pH của các nghiệm thức
Kết quả từ hình 4.1 cho thấy giá trị pH của các nghiệm thức tăng dần từ nghiệm thức 2 đến nghiệm thức 5, dao động trong khoảng từ 8,86 đến 9,23, và đều cao hơn so với nghiệm thức đối chứng.
Mẫu thử cho thấy giá trị pH giảm hơn so với mẫu đối chứng ban đầu, điều này có thể do liều lượng vôi không đủ để kiềm hóa pH Hơn nữa, lượng phèn nhôm cao hơn lượng vôi cũng góp phần làm giảm pH.
Giá trị pH từ NT3 đến NT5 đều tăng so với mẫu đối chứng ban đầu, cho thấy tác dụng của vôi đã làm môi trường trở nên kiềm Sự gia tăng pH là kết quả của lượng vôi tăng thêm trong môi trường.
NT3 có khả năng kiềm hóa pH, cho thấy đây là lựa chọn tối ưu nhất.
Kết quả kiểm định giá trị pH bằng phép thử Duncan cho thấy nghiệm thức 3 (NT3) không có sự khác biệt so với NT1, NT2, NT4, và NT5 Cụ thể, NT1 và NT2 cũng như NT4 và NT5 không khác nhau đáng kể Điều này chỉ ra rằng liều lượng phèn và vôi trong nước rỉ rác chưa đủ để làm thay đổi giá trị pH Tuy nhiên, nghiệm thức đối chứng NT1, NT2 và NT4, NT5 có sự khác biệt có ý nghĩa ở mức độ tin cậy 95%, cho thấy rằng liều lượng phèn và vôi có ảnh hưởng đến giá trị pH của nước rỉ rác.
B ả ng 4.1: Kết quả kiểm định Duncan giá trị pH trung bình của 5 nghiệm thức
STT Nghiệm thức Giá trị trung bình pH
Hình 4.2: Kết quả xử lý COD của các nghiệm thức
Dựa vào hình 4.2, nồng độ COD của tất cả các nghiệm thức đều giảm so với nghiệm thức đối chứng, từ 168mg/l xuống còn 113mg/l, tương ứng với mức giảm 32,74% Nghiệm thức 3 (1g vôi + 1g phèn nhôm) cho thấy nồng độ COD giảm nhiều nhất, chỉ còn 113mg/l Tiếp theo là nghiệm thức 5 với nồng độ 114mg/l, và nghiệm thức 2 có mức giảm ít nhất, còn 119mg/l Điều này cho thấy vôi và phèn có khả năng xử lý COD trong nước rỉ rác hiệu quả.
B ả ng 4.2: Kết quả kiểm định Duncan giá trị COD (mg/l) trung bình của 3 lần thí nghiệm
STT Nghiệm thức Giá trị trung bình COD
Ghi chú: Các chữ giống nhau không khác biệt nhau
Kết quả kiểm định giá trị trung bình COD của 5 nghiệm thức bằng phép thử Duncan cho thấy NT2, NT3, NT4, NT5 có giá trị COD thấp hơn nghiệm thức đối chứng và khác biệt với NT1 ở mức độ tin cậy 95% Tuy nhiên, khi so sánh giữa 4 nghiệm thức này, không có sự chênh lệch lớn Điều này cho thấy hàm lượng vôi từ 0,5g đến 2g không làm gia tăng hiệu suất xử lý, và NT2 hoặc NT3 là nghiệm thức tối ưu.
Theo hình 4.3, hàm lượng chất rắn lơ lửng trong tất cả các nghiệm thức đều giảm đáng kể so với nghiệm thức đối chứng, từ 350mg/l xuống 83mg/l, tương ứng với mức giảm 76,19% Nghiệm thức 5 (2g vôi + 1g phèn nhôm) cho thấy hiệu quả giảm mạnh nhất, chỉ còn 83mg/l Hai nghiệm thức 3 và 4 có hàm lượng lần lượt là 116mg/l, trong khi nghiệm thức 2 giảm ít nhất với 200mg/l Điều này chứng tỏ rằng vôi và phèn có khả năng xử lý chất rắn lơ lửng trong nước rỉ rác rất hiệu quả.
Hình 4.3: Kết quả đo SS của các nghiệm thức
B ả ng 4.3: Kết quả kiểm định Duncan giá trị SS (mg/l) trung bình của 3 lần thí nghiệm
STT Nghiệm thức Giá trị trung bình SS
6 CV% 18,24% ẽ Ghi chỳ: Cỏc chữ giống nhau khụng khỏc biệt nhau
Kết quả từ phép thử Duncan cho thấy hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước rỉ rác giữa các nghiệm thức NT1, NT2, NT3, NT4, NT5 có sự khác biệt ở mức độ tin cậy 95% Nghiệm thức NT2 cho thấy hàm lượng chất rắn lơ lửng giảm so với mẫu đối chứng NT1, nhưng vẫn cao hơn so với NT3, NT4, NT5 Điều này chỉ ra rằng liều lượng vôi trong NT2 thấp hơn, dẫn đến hiệu quả xử lý kém hơn so với ba nghiệm thức còn lại Trong khi đó, NT3, NT4, NT5 không có sự khác biệt, cho thấy liều lượng vôi đã làm giảm hiệu quả keo tụ của phèn do pH tăng cao.
Từ đó ta có thể kết luận NT3 là tối ưu nhất
Khi so sánh hiệu suất xử lý COD và SS giữa NT2 và NT3, NT3 cho thấy hiệu suất vượt trội hơn Do đó, có thể kết luận rằng NT3 là lựa chọn tối ưu nhất.
Kết quả từ hình 4.4 cho thấy nồng độ NH4+ có sự thay đổi nhỏ nhưng vẫn giữ ổn định Sự tăng nhẹ này có thể được giải thích bởi hai nguyên nhân chính.
Nguyên nhân đầu tiên của sai số trong phân tích đến từ các yếu tố thực nghiệm, bao gồm sai số trong quá trình lấy mẫu, như sai số từ dụng cụ lấy mẫu và thao tác thực hiện, cũng như sự ảnh hưởng của máy phân tích.
Nguyên nhân thứ hai liên quan đến các thao tác thực nghiệm trong quá trình hòa tan phèn, bao gồm nhiệt độ môi trường, thiết bị khuấy trộn và thời gian thực hiện quá trình keo tụ.
Vậy ta có thể kết luận rằng phèn nhôm-vôi không có khả năng xử lý được NH4 +
Hình 4.4: Kết quả đo NH 4 + của các nghiệm thức
B ả ng 4.4: Kết quả kiểm định Duncan Nồng độ NH 4 + (mg/l) trung bình của 3 lần thí nghiệm
STT Nghiệm thức Giá trị trung bình NH 4 +
6 CV% 0% ẽ Ghi chỳ: Cỏc chữ giống nhau khụng khỏc biệt nhau
Kết quả kiểm định Duncan cho thấy không có sự khác biệt giữa các nghiệm thức NT1-NT2, NT3-NT4 và NT4-NT5 Tuy nhiên, có sự khác biệt đáng kể giữa nghiệm thức NT5 với NT1, NT2, NT3 ở mức độ tin cậy 95%, cũng như giữa NT4 với NT1, NT2 Điều này chỉ ra rằng liều lượng phèn và vôi khi thêm vào nước rỉ rác sẽ ảnh hưởng đến nồng độ NH4+ trong nước.
4.1.5 Ch ạ y mô hình trên thùng có th ể tích 60 lít
