Ảnh Hưởng Của Ph Đến Tỉ Lệ Bod5/cod Sau Xử Lý Bằng Ozon Đơn Bàn Luận:

Hiêu

suất xử lý đ ộ màu không chênh lệnh nhiều ở các mi ền pH khác nhau măc

dù trong môi trường kiềm , đô ̣màu giảm nhiều hơn môt chút . Nguyên nhân là ở các

miền pH khác nhau , các tác nhân oxi mạnh (O3 hoăc

gốc

OH ) đều đã phá vỡ cấu

trúc phân tử của các hợp chất h ữu cơ mang màu trong nư ớc rỉ rác điển hình như các axit humic, axit fulvic, lignin... làm mất màu và trở thành cá c chất hữu cơ trung gian. Các chất hữu cơ này tiếp tục bị oxi hoá đến các mức độ khác nhau ở các miền

pH khác nhau , trong đó , chúng bị oxi hoá mạn h hơn ở pH cao. Hiêu

suất tối ưu tại

pH 8 – 9. Ở pH = 8, hiệu suất xử lý độ màu, COD và TOC trung bình tương ứng 71%, 24% và 19%.

Bảng 3.2. Trung bin

h hiêu

suấ t xử lý cá c chấ t hữu cơ bằng Ozon đơn với ảnh hưởng của pH

pH

Độ màu (%)	COD (%)	TOC (%)
5	69,81	10,95	6,54
6	70,25	14,16	11,35
7	70,84	17,43	12,18
8	71,76	23,83	19,51
9	73,73	24,67	19,43
10	72,68	22,92	16,42

Có thể bạn quan tâm!

• Sơ Đồ Thí Nghiệm Xử Lý Nước Rỉ Rác Bằng Ozon Đơn Hoặc Perozon
• Đặc Điểm Đệm Sứ Được Sử Dụng Trong Nghiên Cứu
• Tư Liệu Thống Kê Ban Đầu Ở Dạng Vô Thứ Nguyên
• Nghiên Cứu Xử Lý Các Chất Hữu Cơ Trong Nước Rỉ Rác Bằng Perozon
• Ảnh Hưởng Thời Gian Phản Ứng Đến Độ Màu Sau Xử Lý Bằng Perozon
• Hàm Lượng O3 Trước Và Sau Xử Lý Các Chất Hữu Cơ Trong Nước Rỉ Rác Bằng Ozon/đệm Sứ

Xem toàn bộ 224 trang tài liệu này.

Bảng 3.2 thể h iện kết quả tru ng bình hiêu suât́ xử lý các chất hữu cơ trong

nước rỉ rác bằng Ozon đơn ở các thí nghiêm an̉ h hưởng của pH . Kêt́ quả đã cho

thấy, hiêu

suất xử lý COD và TOC đaṭ t ối ưu ở pH 8 - 9, trong khi đó hiêu

suất xư

lý độ màu cao và không có nhiều chênh lêc̣ h trong miền pH nghiên cứ u .

Xu hướng biến đổi tỉ lê ̣BOD 5/COD cũng tương tư ̣ COD và TOC . Qua hình 3.7 cho thấy, sau quá trình oxi hoá bằng Ozon đơn , tỉ lệ BOD 5/COD đều tăng và tă ng

cao nhất đaṭ đươc

ở pH 8 – 9. Tỉ lệ này cũng tăng đáng kể sau xử lý . Nước rỉ rác sau

keo tu ̣có tỉ lê ̣BOD 5/COD trung bình 0,30; sau oxi hoá ở pH 8 – 9, tỉ lệ này đã tăng lên trung bình là 0,36. Như vâỵ , quá trình oxi hoá bằng O3 không những có thể phân huỷ các chất hữu cơ chuyển thành các chất vơ cơ mà còn có khả năng chuyển các

chất hữu cơ khó phân huỷ thành các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh hoc .

0,45

0,40

BOD₅COD

0,35

0,30

0,25

0,20

4 5 6 7 8 9 10

pH

Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2Thí nghiệm 3

Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH đến tỉ lệ BOD5/COD sau xử lý bằng Ozon đơn Bàn luận:

Nguyên nhân ảnh hưởng của pH có thể đươc giaỉ thích như sau:

Ở pH thấp, các chất hữu cơ chủ yếu bị oxi hoá trực tiếp bởi phân tử O3 với tốc độ phản ứng chậm (KD = 1,0 – 103 l.mol-1s-1 [46], nên hiệu suất xử lý thấp.

CHC + O3 → Sản phẩm oxi hoá

Khi pH < 7, O3 chủ yếu phản ứng trực tiếp với các chất hữu cơ trong nước rỉ rác. Khi pH ≥ 7, ngoài oxi hóa trực tiếp, O3 còn oxi hóa các chất hữu cơ trong nước rỉ rác mạnh hơn qua tác n hân oxi hoá thứ cấp là gốc hydroxyl ( OH ) [75]. Trong môi trường kiềm, quá trình oxi hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl ( OH ) là chủ yếu. Do đó , ở môi trường kiềm, quá trình oxi hoá các chất hữu cơ trong nước rỉ rác

đươc

thưc

hiên

bởi cả hai con đường oxi hóa trưc

tiếp bằng O 3 và gián tiếp qua gốc

hydroxyl ( OH ).

Phản ứng oxi hoá các chất hữu cơ (CHC) trong nước rỉ rác bởi O3nhanh hơn thông qua con đường oxi hoá gián tiếp với sư ̣ hình thành gốc hydroxyl ( OH ).

OH + CHC→ Sản phẩm oxi hoá

Tốc đô ̣tao

gốc

OH 

trong quá trình oxi hoá phu ̣thuôc

tốc đô ̣phân huỷ O 3

trong nước theo phương trình [41]:

dCO 

3k

.C .C





dt 

O3 O3

OH 

Trong đó :

k - hằng số tốc đô ̣phân huỷ O 3 trong nước ;

C - nồng đô ̣ozon

O

3

O

3

-

trong nước; COH - nồng đô ̣OH

Theo phương trình trên , quá trình phân huỷ O 3 tạo gốc hydroxyl ( OH ) càng

thuân

lơi

khi pH càng tăng. Ngoài ra, trong môi trường kiềm , đô ̣hoà tan của O 3 cao

hơn trong môi trường axit . Vì thế, trong môi trường kiềm quá trình oxi hoá các chất

hữu cơ trong nước rỉ rác thuân

lơi

hơn trong môi trường axit.

Con đường oxi hoá gián tiếp các chất hữu cơ thông qua gốc

OH 

với hầu hết

các chất hữu cơ trong nước với tốc độ phản ứng nhanh (KD = 108 – 1010 l.mol-1s-1

[46]. Do đó, con đường oxi hoá gián tiếp có hiệu quả cao hơn . Gốc hydroxyl ( OH ) có thể được hình thành gián tiếp qua phản ứng O3 ở pH cao (O3/OH-).

Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng pH đến 10 thì hiêu

suất xử lý các chất hữu cơ trong

2-

nước rỉ rác lại giảm so với pH 8 và 9. Nguyên nhân là do trong nước rỉ rác tồn tại

một số chất phân hủy gốc

OH . Nếu pH > 9, HCO3- bị chuyển hoá thành CO 3 và

là tác nhân phân hủy gốc hydroxyl [62]. Tốc đô ̣phản ứ ng của CO 3- (k = 20 x 107 l.mol-1s-1) cao hơn nhiều so với HCO 3- (k = 1,5 x 107 l.mol-1s-1) [49]. Kết quả ảnh hưởng của các ion CO32- và HCO3- đến gốc hydroxyl ( OH ) tương tự như trên cũng

được nhiều tác giả khác khẳng định [46, 51, 66]. Ngoài ra, trong nước rỉ rác nghiên

cứ u còn chứ a lươn

g l ớn clo dưới dạng Cl - và đ ây cũng là tác nhân phân h ủy gốc

hydroxyl linh đôṇ g . Do đó , ở pH > 9, hiêụ rỉ rác bằng Ozon đơn thấp hơn ở pH 8 và 9.

quả oxi hoá các chất hữu cơ trong nư ớc

Các phản ứng phân hủy gốc OH• đươc

Cl OH ClOH 

minh hoa ̣dưới đây [49, 51, 62, 66]:

k = 4,3 x 109 l.mol-1s-1

3

2

HCO OH H

O CO 

k = 1,5 x 107 l.mol-1s-1

3

2

7 -1 -1

CO3 OH OH CO3 k = 20 x 10 l.mol s

Hàm lượng các ch ất phân hủy gốc hydroxyl ( OH ) trong nước rỉ rác nghiên

cứ u đươc

thể hiên

ở bảng 3.3.

Bảng 3.3. Môt

số ion phân hủy gốc OH• trong thí nghiệm Ozon đơn

pH

Thí nghiệm 1			Thí nghiệm 2			Thí nghiệm 3
Cl- (mg/l)	HCO3- (mg/l)	CO32- (mg/l)	Cl- (mg/l)	HCO3- (mg/l)	CO32- (mg/l)	Cl- (mg/l)	HCO3- (mg/l)	CO32- (mg/l)
Ban đầu	2.409	15.625	198	1.526	10.389	234	3.481	9.842	219
Sau keo tụ	2.349	9.397	140	1.469	8.816	128	3.269	8.151	102
5	2.215	1.025	4,9	1.299	618	5,7	2.231	1.207	4,6
6	2.224	4.968	41	1.299	1.770	50	2.285	4.026	69
7	2.139	5.915	143	1.419	3.967	296	2.239	5.304	297
8	2.119	6.433	168	1.519	5.077	521	2.359	5.101	245
9	2.059	7.313	318	1.469	5.362	845	2.409	5.772	475
10	2.019	10.723	1.424	1.379	6.954	3.511	2.399	6.812	1.549

Trong nước rỉ rác tồn tại các chất có khả năng phân hủy gốc hydroxyl linh

đôṇ g ( OH ) với hàm lươn

g khá cao đã làm gi ảm nồng độ gốc

OH 

dẫn đến giảm

hiệu quả xử lý. Qua bảng 3.3 có thể thấy , hàm lượng ion Cl-cao và hầu như không thay đổi ở hầu hết các mi ền pH sau xử lý so với trước xử lý . Trong khi đó , nồng đô ̣ của các ion HCO 3-và CO32- tăng khi tăng giá tri ̣pH . Ở các thí nghiệm với pH = 10, nồng đô ̣CO32- là cao nhất. Kết quả phân tích cũng cho thấy, hàm lượng các ion này

cao và không giảm sau quá trình xử lý bằng ozon nên ở các phần nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng, đệm sứ và quặng mangan không phân tích lại hàm lượng các ion này.

Bảng 3.4. Hàm lượng O3 trước và sau xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Ozon đơn với ảnh hưởng của pH

pH

Thí nghiệm 1		Thí nghiệm 2		Thí nghiệm 3
Hàm lượng O3 vào (g)	Hàm lượng O3 dư (g)	Hàm lượng O3 vào (g)	Hàm lượng O3 dư (g)	Hàm lượng O3 vào (g)	Hàm lượng O3 dư (g)
5	3,264	1,646	2,748	1,460	2,691	1,532
6	3,264	1,460	2,748	1,360	2,691	1,374
7	3,264	1,260	2,748	1,274	2,691	1,174
8	3,264	1,131	2,748	1,202	2,691	0,973
9	3,264	0,988	2,748	0,973	2,691	0,744
10	3,264	0,787	2,748	0,759	2,691	0,501

Kết quả phân tích O3 dư sau phản ứng cho thấy, O3 dư giảm dần khi tăng pH, chứng tỏ trong môi trường kiềm, O3 hoạt động tốt hơn trong môi trường axit. pH càng cao thì khả năng hòa tan của O3 vào trong nước càng tăng. Trong điều kiện thí nghiệm này, O3 hoạt động tốt nhất ở pH 10. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý đạt tối ưu tại

miền pH 8 – 9. Như vậy, khi pH trên 9, một phần gốc

OH 

đã bị các ion (Cl-,

HCO3-, CO32-) phân hủy nên hiệu quả xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác giảm.

Như vậy, kết quả thí nghiệm cho thấy, pH 8 - 9 là tối ưu cho quá trình oxi hoá các chất hữu cơ tron g nước rỉ rác bằng Ozon đơn. Kết quả nghiên cứ u này tương t ự

kết quả nghiên cứ u của môt số tać giả : Kurniawan và côṇ g sư ̣ (2006) [62] xác định

đươc pH tối ưu: 8 – 9, Hagman và cộng sự (2008) [50] xác định được pH tối ưu là

9. Tuy nhiên , kết quả trong nghiên cứu này cũng khác với một số tác giả như : Benitez và côṇ g sư ̣ (2000) [29] và Ratanatamsku l và cộng sự (2009) [82] tìm được giá trị pH tối ưu trong phản ứng oxi hoá nước rỉ rác bằng tác nhân ozon là 11.

b. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng

pH 8 - 9 đã được xác định là tối ưu nên các thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của thời gian phản ứng được thực hiện ở điều kiện này. Để thống nhất về so sánh kết quả, pH = 8 được lựa chọn cho tất cả các thí nghiệm trong nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng vì giá trị này gần với giá trị pH tự nhiên của nước rỉ rác. Các khảo sát sơ bộ cho thấy, quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong nước rỉ rác với thời gian phản ứng dưới 40 phút thì hiệu quả xử lý rất thấp, độ màu giảm không đáng kể. Vì thế, các thí nghiệm được đánh giá sau 40 phút phản ứng và được thể hiện qua các hình 3.8, 3.9 và 3.10. Nước rỉ rác trước xử lý bằng ozon được xử lý sơ bộ bằng keo tụ và hiệu suất xử lý bằng ozon cũng được tính theo nồng độ các chất sau keo tụ.

2500

2000

Độ màu (Pt-Co)

1500

1000

500

0

20 40 60 80 100 120 140

Thời gian phản ứng (ph)

Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2 Thí nghiệm 3

Hình 3.8. Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ màu sau xử lý bằng Ozon đơn

2400

2000

COD (mg/l)

1600

1200

800

20 40 60 80 100 120 140

Thời gian phản ứng (ph)

Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2Thí nghiệm 3

Hình 3.9. Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến COD sau xử lý bằng Ozon đơn

700

650

TOC (mg/l)

600

550

500

450

400

20 40 60 80 100 120 140

Thời gian phản ứng(ph)

Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2Thí nghiệm 3

Hình 3.10. Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến TOC sau xử lý bằng Ozon đơn

Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi tăng thời gian phản ứng 40 – 140 phút, hiệu suất xử lý độ màu, COD và TOC tăng dần. 40 phút đầu phản ứng, hiệu suất tăng chậm, sau đó tăng nhanh và đạt ổn định sau 100 phút phản ứng.

Sau thời gian phản ứng 100 phút, hiệu suất xử lý độ màu, COD và TOC cao

nhất tương ứng 78 - 89%, 40 - 51% và 28 - 30%. Như vâỵ , hiêu

suất xử lý đ ộ màu

tương đối cao, hiêu

suất xử lý COD và TOC khá tốt m ặc dù hiệu suất xử lý TOC

thấp hơn so với COD. Kết quả này cũng tương tự như kết quả nghiên cứu của tác giả Frontistis và cộng sự (2008) [43] sau 360 phút phản ứng đã xử lý được 50% COD và 25% TOC. Hiệu suất xử lý đạt ổn định sau 100 phút phản ứng. Nếu tiếp tục tăng thời gian phản ứng thì hiệu suất tăng không đáng kể. Kết quả tính trung bình

hiêu suất xử lý các ch ất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Ozon đơn so v ới hàm lượng

các chất hữu cơ sau keo tụ ở các thí nghiệm ảnh hưởng của th ời gian phản ứng từ 40

đến 140 phút được thể hiện ở bảng 3.5. Sau 100 phút phản ứng, hiêu màu, COD và TOC đaṭ trung bình tương ứng là 84%, 43% và 30%.

suất xử lý đ ộ

Bảng 3.5. Trung bin

h hiêu

suấ t xử lý cá c chấ t hữu cơ nước rỉ rác bằng Ozon

đơn với ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Thời gian (ph)

Độ màu (%)	COD (%)	TOC (%)
40	20,20	18,20	14,29
60	58,88	27,55	20,64
80	73,96	39,22	26,08
100	84,14	43,04	29,51
120	86,93	44,08	31,41
140	88,27	44,56	32,38

0,50

0,45

BOD₅/COD

0,40

0,35

0,30

0,25

0,20

20 40 60 80 100 120 140

Thời gian phản ứng (ph)

Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2 Thí nghiệm 3

Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến BOD5/COD sau xử lý bằng Ozon đơn

Tỉ lệ BOD5/COD tăng dần theo thời gian phản ứng. Sau keo tụ, tỉ lệ này khoảng 0,30 và đã tăng dần sau xử lý, đạt ổn định trung bình khoảng 0,41. Sau 100 phút phản ứng, tỉ lệ BOD5/COD không chênh lệch đáng kể, tăng lên 0,41. Kết quả này một lần nữa khẳng định, quá trình oxi hoá bằng ozon có khả năng chuy ển hóa t ốt các chất hữu cơ khó phân h ủy trong nước rỉ rác thành các chất hữu cơ dễ phân huỷ

sinh hoc tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý sinh học.

Từ bảng 3.6 cho thấy, thời gian phản ứng càng tăng thì lượng O3 cấp cho phản ứng càng lớn và hiệu suất sử dụng O3 càng tăng. Vì lượng O3 cấp tăng theo thời gian nên lượng O3 dư cũng tăng theo. Sau 100 phút phản ứng, lượng O3 hòa tan trong nước tăng không nhiều, có thể lượng O3 hòa tan đã đạt mức bão hòa.

Bảng 3.6. Hàm lượng O3 trước và sau xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Ozon đơn với ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Thời

gian (ph)

Thí nghiệm 1		Thí nghiệm 2		Thí nghiệm 3
Hàm lượng O3 vào (g)	Hàm lượng O3 dư (g)	Hàm lượng O3 vào (g)	Hàm lượng O3 dư (g)	Hàm lượng O3 vào (g)	Hàm lượng O3 dư (g)
40	2,061	0,945	1,927	0,315	2,023	0,830
60	3,092	1,646	2,891	1,202	3,034	1,460
80	4,123	2,376	3,855	1,804	4,045	2,262
100	5,153	2,791	4,818	1,947	5,057	2,748
120	6,184	3,679	5,782	2,805	6,068	3,550
140	7,215	4,638	6,746	3,550	7,079	4,180