C2O42- + HO* → CO2 + CO22-
Khi nồng độ (COOH)2 quá cao thì hiệu suất xử lý COD giảm và nồng độ tối ưu của thí nghiệm này là 60 mg/l.
Hình 3.22: Hiệu suất xử lý COD theo nồng độ axit oxalic và thời gian
Thí nghiệm xác định điều kiện pH tối ưu
Kết quả thí nghiệm thể hiện ở hình 3.23 và bảng 3.2.
Bảng 3.2: Kết quả nồng độ COD đo được trong nước thải
Nồng độ COD (mg/l) | Hiệu suất xử lý COD (%) | |
Ban đầu | 185 - 212 | 15-26 |
2 | 142,6 – 189 | 24-43 |
3 | 114,9 – 197,1 | 21-54 |
4 | 102 - 151 | 40-59 |
5 | 176,3 – 224,7 | 10-30 |
6 | 185,3 – 177,5 | 15-29 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Đánh Giá Chất Lượng Môi Trường Nước Sông Tô Lịch -
Giá Trị Cod Của Các Mẫu Quan Trắc Sông Tô Lịch Trong Mùa Khô -
Giá Trị Nh 4 + Của Các Mẫu Quan Trắc Sông Tô Lịch Vào Mùa Mưa -
Nghiên cứu khả năng xử lý ô nhiễm chất hữu cơ tại sông Tô Lịch bằng hệ thống sục khí sử dụng pin năng lượng mặt trời - 12 -
Nghiên cứu khả năng xử lý ô nhiễm chất hữu cơ tại sông Tô Lịch bằng hệ thống sục khí sử dụng pin năng lượng mặt trời - 13
Xem toàn bộ 109 trang tài liệu này.
Từ thí nghiệm rút ra được kết quả là với pH = 4 hiệu suất xử lý COD cao nhất đạt 59% và pH = 3 hiệu suất đạt 54%. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu đã báo cáo rằng khi pH nằm trong khoảng 3 – 4 thì Fe(III) chủ yếu tồn tại ở dạng [Fe(C2O4)2]- và [Fe(C2O4)3]-3 có tính quang hoạt cao [29]. Tuy nhiên khi giá trị pH
tăng lên khoảng 4 – 5 thì Fe(III) – oxalat tồn tại ở dạng Fe(C2O4)+ và [FeIII(C2O4)3]3-
với độ quang hoạt thấp dẫn đến hiệu suất xử lý COD thấp.
Hình 3.23: Hiệu suất xử lý COD theo pH và thời gian
Thí nghiệm xác định nồng độ H2O2 tối ưu
Kết quả thí nghiệm thể hiện ở hình 3.24 và bảng 3.3
Bảng 3.3: Kết quả nồng độ COD đo được trong nước thải
Nồng độ COD (mg/l) | Hiệu suất xử lý COD (%) | |
30 | 157,5 – 192,1 | 23-37 |
60 | 192,2 – 150 | 23-40 |
90 | 142,6 – 181 | 28-43 |
120 | 57,4 - 127,7 | 49-77 |
180 | 35,3 – 85,2 | 66-86 |
200 | 37,4 – 85,3 | 66-85 |
Hiệu suất cao nhất đạt khoảng 86% là H2O2 với nồng độ 180 mg/l và 200 mg/l với hiệu suất 85% với thời gian tối ưu là 60 phút với H2O2 càng cao thì hiệu suất trong 10 phút đầu rất cao nhưng hiệu suất không tăng với nồng độ 200 mg/l. Điều này cho thấy khi đạt tới 86% thì H2O2 không thể xử lý được nữa vì COD còn lại trong nước rỉ rác bền vững.
Hình 3.24: Hiệu suất xử lý COD theo nồng độ H2O2 và thời gian
Thí nghiệm xác định nồng độ ion Fe3+ tối ưu
Kết quả thí nghiệm ở hình 3.25 và bảng 3.4:
Bảng 3.4: Kết quả nồng độ COD đo được trong nước thải
Nồng độ COD (mg/l) | Hiệu suất xử lý COD (%) | |
0 | 90,1 – 105,1 | 58-64 |
4 | 87,5 – 104,9 | 58-65 |
12,5 | 87,3 – 104,8 | 58-65 |
20 | 55,2 – 87,5 | 65-78 |
40 | 76,1 – 125 | 50-70 |
Dựa vào kết quả cho thấy hiệu suất xử lý COD cao nhất đạt 78% ứng với nồng độ Fe3+ là 20 mg/l. Hiệu quả xử lý COD tăng dần từ 0 lên đến 20 mg/l và giảm tại nồng độ 40 mg/l.
Hợp chất tạo bởi Fe3+ và axit oxalic bao gồm: Fe(C2O4)+, Fe(C2O4)2- và Fe(C2O4)33-: [7]
[Fe(C2O4)3]3- hv → Fe(II) + C2O4*- + 2C2O42- C2O4*- + [Fe(C2O4)3]3- → Fe(II) 3C2O42- + 2CO2 C2O4*- + O2 → O2*-+ 2CO2
O2*- + H+ → HO2* HO2* + HO2* → H2O2 + O2
H2O2 Fe(II) → Fe(III) *OH + OH-
.
Hình 3.25: Hiệu suất xử lý COD theo nồng độ Fe3+
Khi thêm Fe(III) vào sẽ được chuyển thành Fe(II) và làm giảm nồng độ của nó ban đầu tạo điều kiện để cho [Fe(C2O4)2]- hình thành đó sẽ là Fe(III) – oxalat oxy hóa các chất hữu cơ trong dung dịch. Mặt khác, khi thêm Fe3+làm cho tỷ lệ Fe(III)
– oxalat và [Fe(C2O4)3]3- giảm thấp hơn tỷ lệ C2O4*-/CO2*- phản ứng với O2 hơn là phản ứng với Fe(III) và do đó tỷ lệ hình thành và nồng độ các chất oxy giảm làm cho hiệu suất xử lý COD giảm [29] .
Kết luận
Sau khi tiến hành các thí nghiệm thì nhận thấy để xử lý nước thải có COD từ nồng độ ban đầu và 250 ± 10 mg/l xuống còn 87,5 mg/l (tương đương hiệu suất xử lý 78%) khuấy trộn 100 vòng/phút trong thời gian 80 phút (Với các điều kiện pH = 4, nồng độ H2O2 là: 180 mg/l, nồng độ Axit oxalic: 60 mg/l) thì liều lượng Fe3+ cần là 20 mg/l.
3.2.3 So sánh ưu nhược điểm của 2 phương pháp xử lý COD
Bảng 3.5: So sánh ưu nhược điểm
Phương pháp sục khí | Phương pháp sử dụng hợp chất chứa sắt | |
Ưu điểm | - Không tốn nhiều năng lượng - Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỷ thuật phức tạp - Không cần sử dụng hóa | - Các tác nhân H2O2 và muối sắt tương đối rẻ, không độc hại - Hiệu quả xử lý cao và xử lý được các CHC khó phân hủy |
chất, thân thiện với môi trường - Ít tốn kém | - Một số KLN cũng có thể được loại bỏ | |
Nhược điểm | - Hiệu quả xử lý chưa thật sự cao, còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố - Chưa xử lý hiệu quả được các CHC khó phân hủy | - Phải thực hiện ở pH thấp - Tạo lượng bùn sắt kết tủa lớn - Phải sử dụng thêm hóa chất sau xử lý - Phải xử lý loại bỏ gốc HCO3- trong nước trước xử lý |
Dựa trên cách tiếp cận của luận văn theo định hướng sinh thái và PTBV:
- Tìm cách tốt nhất, hợp lý nhất để có thể đạt được sự hài hòa giữa lợi ích thu được từ các chức năng sinh thái của sông nội đô với việc phục hồi khả năng tự làm sạch, giảm ô nhiễm
- Giảm tối đa nhu cầu sử dụng vật liệu xử lý và hạn chế tối đa chất thải phát sinh thêm từ quá trình xử lý, đồng thời nâng cao khả năng tự làm sạch của các sông nội đô
Luận văn lựa chọn oxy không khí làm chất oxy hóa để xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước sông.
3.2.4 Sử dụng pin năng lượng mặt trời cho hệ thống sục khí
3.2.4.1 Tiềm năng sử dụng pin năng lượng mặt trời
Hà Nội có điều kiện tự nhiên thuộc vùng khí hậu Bắc Bộ với đặc điểm của khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, mùa hè nóng, mưa nhiều, mùa đông lạnh, mưa ít. Nằm trong vùng nhiệt đới, Hà Nội quanh năm tiếp nhận lượng bức xạ mặt trời rất dồi dào và có nhiệt độ cao. Mùa hè diễn ra liên tục với nhiều đợt nắng nóng diện rộng, cường độ mạnh hơn trung bình các năm từ 2015 đến 2018, nhiều hơn so với các năm trước.
Theo nghiên cứu của Sở Công Thương Hà Nội, năng lượng mặt trời khu vực Hà Nội chỉ ở mức trung bình thấp. Các đại lượng về mật độ năng lượng mặt trời
trung bình ngày và số giờ nắng trung bình năm có các giá trị tương ứng là 3,95 kWh/m2.ngày và 1.631 giờ/năm.
Hình 3.26: Bản đồ tiềm năng NLMT tại Việt Nam năm 2017
Nếu tính năng lượng mặt trời trung bình trên 1 m2 khu vực Hà Nội trong một năm đạt gần 1442 kWh. Nếu sản xuất điện bằng pin mặt trời hiệu suất 13% thì thu được 187,5 kWh/m2.năm điện năng. Nếu sản xuất nhiệt bằng bộ thu NLMT hiệu suất 45% thì thu được gần 1,8 kWh/m2.ngày hay 649 kWh/m2.năm.
Bên cạnh đó, sự phân bố năng lượng mặt trời trong các tháng trong năm không đều. Có hai mùa rõ rệt: mùa Đông - Xuân trong các tháng 12, 1, 2 và 3; mùa Hè - Thu trong các tháng từ tháng 4 đến tháng 11. Các tháng 12, 1, 2, 3 lượng bức xạ quá thấp, đặc biệt là tháng 1 đến tháng 3. Trong các tháng này do mây mù nhiều nên lượng trực xạ rất thấp (tháng 1: 0,73; tháng 2: 0,47; tháng 3: 0,44 kWh/m2.ngày).
Theo Sở Công Thương Hà Nội, với các thiết bị thu năng lượng mặt trời hội tụ thì trong các tháng đầu năm không thể làm việc bình thường được. Từ tháng 5 đến tháng 10 hàng năm ở Hà Nội có bức xạ mặt trời khá lớn, lân cận 5 kWh/m2.ngày và số giờ nắng trung bình khoảng 180 giờ/tháng. Trong các tháng này các thiết bị năng lượng mặt trời sẽ làm việc hiệu quả. Để giải quyết vấn đề này, sử dụng công tơ điện 2 chiều đấu nối vào hệ thống điện. Khi năng lượng mặt trời
không đủ cung cấp cho hệ thống hoạt động thì sẽ lấy nguồn điện từ hệ thống điện lưới và khi năng lượng mặt trời ở mức cao thì nguồn điện thừa sẽ được chạy vào hệ thống điện lưới. Vào thời gian cao điểm sử dụng điện, hoặc mùa nắng nóng, thì hệ thống sẽ cung cấp một phần, hoặc toàn phần nhu cầu tiêu thụ, và có thể phát lên lưới điện giúp giảm quá tải các trạm biến áp, giảm khả năng sự cố điện.
3.2.4.2 Tính toán và thiết kế sơ đồ hệ thống sục khí sử dụng pin NLMT
Theo công nghệ sục khí ngầm là công nghệ áp dụng sục khí cưỡng bức kiểu ống chữ U đã được áp dụng trên sông San Joaquin (Mỹ) đã tính toán được để cung cấp 1kg O2 vào nước sông hằng năm dao động từ 0,5 USD đến 0,7 USD. Theo kết quả quan trắc chất lượng nước sông Tô Lịch, hàm lượng COD trung bình quan trắc được tại mùa khô với hàm lượng 127,9 mg/l. Như vậy, để xử lý được hàm lượng COD đạt QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1 (30 mg/l) cần cung cấp 97,9 mgO2/l
tương đương 97,9 g O2/m3, với hiệu suất sục khí khoảng 70% thì lượng O2 cần cung
cấp 139,9 g O2/m3. Để xử lý 1m3 nước sông nội đô chi phí cần khoảng 0,07 USD đến 0,10 USD.
Giả sử với mỗi một đoạn sông ta đặt 10 máy sục công suất 1kW sục 24h/ngày thì ta cần 240kW/ngày. Vậy công suất dàn pin mặt trời cần là: 240 x 1,2 = 288 kW/ngày (trong đó 1,2 là hệ số tiêu hao điện năng).
Hình 3.27: Bức xạ NLMT trong ngày theo từng tháng ở Việt Nam
Kịch bản 1: Mùa mưa
Tại khu vực Hà Nội, bức xạ mặt trời đo được cao nhất vào khoảng tháng 6, tháng 7. Các tháng 5, 8, 9, 10 có xu hướng giảm dần vì chuyển mùa, tuy nhiên các tháng này lượng bức xạ cũng gần trong TP Hồ Chí Minh.
Tính toán theo hình 3.27 thì lượng bức xạ trung bình trong ngày đo được của mùa mưa là 5,15 kWh/m2/ngày. Với lượng bức xạ này thì sẽ dư thừa lượng điện năng để cung cấp cho hệ thống sục khí. Lượng điện năng thừa sẽ được bán lại cho
EVN. Với hiệu suất chuyển đổi khoảng 20% thì trung bình 1 ngày với diện tích dàn pin 400 m2 thì lượng điện năng có thể tạo ra là 5,15* 20% * 400 = 412 kW/ngày.
Vậy theo ước tính thì một ngày lượng điện năng dư ra là 124 kW/ngày, một tháng lượng điện dư ra là 3.720 kW/tháng.
Kịch bản 2: Mùa khô