màu, COD và TOC đã giảm tương ứng: 78 – 82%, 36 – 39% và 21 – 26%. Sau xử lý hệ Ozon/quặng mangan (500 mg/l): độ màu, COD và TOC giảm tương ứng 85 – 87%, 58 – 63% và 37 – 40%. Nếu tiếp tục tăng hàm lượng quặng mangan đến 700 mg/l thì hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác tăng không đáng kể.
Bảng 3.21. Trung bin
h hiêu
suấ t xử lý cá c chấ t hữu cơ trong nướ c rỉ rác bằng Ozon/quặng mangan
Độ màu (%) | COD (%) | TOC (%) | |
0 | 79,59 | 37,77 | 23,98 |
100 | 81,49 | 39,97 | 27,46 |
200 | 82,78 | 46,47 | 33,35 |
300 | 84,16 | 51,16 | 34,51 |
400 | 85,17 | 57,16 | 37,17 |
500 | 85,87 | 60,53 | 38,64 |
600 | 85,81 | 61,22 | 39,27 |
700 | 85,93 | 61,83 | 39,18 |
Có thể bạn quan tâm!
-
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 -
Hàm Lượng O3 Trước Và Sau Xử Lý Các Chất Hữu Cơ Trong Nước Rỉ Rác Bằng Perozon/quặng Mangan -
Tổng Hợp Kết Quả Tính Hằng Số Tốc Độ Phản Ứng Giả Bậc Một K* Quá Trình Xử Lý Cod Nước Rỉ Rác Của Các Hệ Perozon -
Đề Xuất Sơ Đồ Dây Chuyền Công Nghệ Xử Lý Nước Rỉ Rác
Xem toàn bộ 224 trang tài liệu này.
Trung bình hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Ozon/quặng mangan cho thấy, hiệu suất xử lý độ màu, COD và TOC ở các thí nghiệm Ozon/quặng mangan đều cao hơn nhiều các thí nghiệm hệ Ozon đơn. Đối với hệ Ozon xúc tác 500 mg/l, hiệu suất xử lý COD và TOC trung bình tương ứng khoảng 61% và 39% cao hơn hệ Ozon đơn khoảng 1,6 lần. Như vậy, việc sử dụng quặng mangan làm vật liệu xúc tác cho phản ứng Ozon đã cải thiện đáng kể hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác.
Tỉ lệ BOD5/COD được cải thiện đáng kể sau xử lý bằng Ozon/quặng mangan. Tỉ lệ trung bình sau keo tụ là 0,35 đã tăng lên 0,41 sau xử lý bằng Ozon đơn và đã tăng rõ rệt ở mức hàm lượng quặng mangan 500 mg/l là 0,45.
0,55
0,50
BOD₅ /COD
0,45
0,40
0,35
0,30
0 100 200 300 400 500 600 700
Hàm lượng quặng mangan (mg/l)
Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2 Thí nghiệm 3
Hình 3.35. Ảnh hưởng của quặng mangan đến tỉ lê ̣BOD5/COD sau xử lý bằng Ozon/quặng mangan
Bàn luận:
Nguyên nhân được giải thích như sau: Ở hệ Ozon/quặng mangan, phản ứng của O3 với các chất hữu cơ trong nước rỉ rác theo con đường trực tiếp và gián tiếp. Khi có mặt quặng mangan đã làm tăng khả năng oxi hóa các chất hữu cơ cũng theo con đường trực tiếp của O3 với chất hữu cơ trên bề mặt quặng mangan hoặc gián tiếp thông qua quá trình phản ứng của ozon với quặng mangan.
Quặng mangan là vật liệu xúc tác chứa nhiều gốc oxit kim loại, chủ yếu là MnO2 và SiO2, ngoài ra còn có Fe2O3, CaO, Al2O3, TiO2, CuO, ZnO. Các oxit kim loại này cùng tồn tại trong quặng mangan đã làm cho khả năng xúc tác của vật liệu này mạnh hơn từng chất xúc tác riêng biệt như nhiều nghiên cứu trước đã sử dụng.
Khi có mặt quặng mangan trong nước rỉ rác và sục O3 vào có ba pha hòa trộn với nhau là pha khí (khí chứa O3), pha lỏng (nước rỉ rác) và pha rắn (vật liệu xúc tác
- quặng mangan). Có hai cơ chế ozon xúc tác xảy ra như sau:
(1) Cơ chế phản ứng trên bề mặt. Trong cơ chế này, quặng mangan hoạt động như chất hấp phụ. Bề mặt lớn của quặng mangan hấp phụ các chất hữu cơ trong nước rỉ rác. Có thể xảy ra các trường hợp sau: một là, các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bị hấp phụ trên bề mặt quặng mangan và trong quá trình chuyển động O3 và quặng mangan gặp nhau nên O3 đã oxi hóa các chất hữu cơ bị hấp phụ đó. Hai là,
cả O3 và các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bị hấp phụ trên bề mặt quặng mangan và phản ứng trực tiếp với nhau. Như vậy, các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bị oxi hóa bằng khí O3 và O3 hay gốc hydroxyl ( OH ) hòa tan trong nước rỉ rác. Cơ chế này được minh họa bằng sơ đồ hình 3.36.
Hình 3.36. Con đường oxi hóa các chất hữu cơ khi O3 kết hợp với xúc tác [72]
Hình 3.37. Cơ chế hấp phụ trên chất xúc tác và oxi hóa các chất hữu cơ bị hấp phụ bởi O3 và OH• [48]
Quặng mangan chứa các gốc kim loại Mn4+, Si4+, Fe3+, Ca+2, Al3+, Ti4+, Cu2+,
Zn2+ hoạt động như chất hấp phụ (Me-OH, Me là các kim loại trên quạng mangan);
O3 và
OH
là các chất oxi hóa. Các chất hữu cơ bị hấp phụ trên bề mặt quặng
mangan tạo ra bề mặt mang điện tích âm mạnh trên quặng mangan. O3 và OH sẽ
oxi hóa các chất hữu cơ bị hấp phụ trên bề mặt quặng mangan tạo ra các sản phẩm bị oxi hóa hoặc là hòa tan trong nước rỉ rác hoặc vẫn bám ở trên bề mặt quặng mangan.
(2) Cơ chế
OH : các chất xúc tác oxit kim loại (MnO2, SiO2, Fe2O3, CaO,
Al2O3, TiO2, CuO, ZnO) trên quặng mangan làm tăng khả năng hòa tan của O3 vào trong nước rỉ rác và phân hủy nó. O3 hòa tan trong nước rỉ rác bị hấp phụ trên bề
mặt quặng mangan, một chuỗi các phản ứng xảy ra để tạo ra nhiều gốc này sinh ra sẽ oxi hóa các chất hữu cơ trong nước rỉ rác.
OH . Gốc
Trong cơ chế này, quặng mangan cũng phản ứng với cả O3 và các chất hữu cơ bị hấp phụ trên bề mặt. Bắt đầu với các oxit kim loại trong quặng mangan bị khử, O3 oxi hóa các kim loại của quặng mangan. Phản ứng của O3 với các kim loại bị khử (MeredOH) của quặng mangan sinh ra gốc hydroxyl (OH•). Các chất hữu cơ
bị hấp phụ trên bề mặt quặng mangan chứa các kim loại bị oxi hoá (MeoxOH) và tiếp tục bị oxi hoá bởi phản ứng chuyển hoá electron và tái tạo chất xúc tác bị khử. Sau đó gốc hữu cơ Ao dễ dàng được giải hấp trên chất xúc tác và bị oxi hoá bởi O3 hoặc OH• trong nước rỉ rác.
Hình 3.38. Cơ chế phản ứng sinh ra gốc hydroxyl (OH•) hay các gốc khác bằng phản ứng của O3 với các kim loại bị khử của chất xúc tác [48]
Kết quả phân tích hàm lương O 3trước và sau phan̉ ứ ng cho thâý , hàm lượng
O3dư ở các thí nghiêm
Ozon /quặng mangan đều thấp hơn so với thí nghiêm
Ozon
đơn. Hàm lượng quặng mangan càng tăng thì hàm lượng O3 dư càng giảm. Như vậy, quặng mangan đã làm tăng khả năng phản ứng của O3 với các oxit kim loại của quặng mangan và các chất hữu cơ trong nước rỉ rác.
Bảng 3.22. Hàm lượng O3 trước và sau xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Ozon/quặng mangan
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) | |
0 | 4,103 | 2,028 | 4,246 | 2,266 | 3,722 | 1,908 |
100 | 4,103 | 1,789 | 4,246 | 1,956 | 3,722 | 1,694 |
200 | 4,103 | 1,598 | 4,246 | 1,861 | 3,722 | 1,598 |
300 | 4,103 | 1,336 | 4,246 | 1,479 | 3,722 | 1,551 |
400 | 4,103 | 1,169 | 4,246 | 1,336 | 3,722 | 1,360 |
500 | 4,103 | 0,835 | 4,246 | 1,145 | 3,722 | 1,074 |
600 | 4,103 | 0,740 | 4,246 | 1,050 | 3,722 | 1,002 |
700 | 4,103 | 0,692 | 4,246 | 1,002 | 3,722 | 0,835 |
lươn
Ở thí nghiệm Ozon/quặng mangan 500 mg/l, sau 100 phút phản ứng , hàm g O 3 trung bình cung cấp cho phản ứ ng là 4,024g, COD giảm trung bình là
2.823 mg/l. Như vậy, hàm lươn
O3/kg COD.
g O 3 tiêu tốn trung bình để xử lý COD là 1,421 kg
Bảng 3.23. O3 tiêu thụ ở thí nghiệm Ozon/quặng mangan 500 mg/l
Đơn vị | Hệ Ozon/đệm sứ | |
Thể tích phản ứng | L | 01 |
Thời gian xử lý | ph | 100 |
Hàm lượng quặng mangan | mg/l | 500 |
Trung bình COD sau keo tụ (COD0) | mg/l | 4.659 |
Trung bình COD sau 100 phút (COD100) | mg/l | 1.836 |
∆COD = COD0 – COD100 | mg/l | 2.823 |
Trung bình lượng COD xử lý được | mg | 2.823 |
Trung bình lượng O3 đầu vào trong 100 phút | mg | 4.024 |
Suất tiêu thụ O3 | kg O3/kg COD | 1,421 |
b. Nghiên cứu kết hợp Perozon với quặng mangan (Perozon/quặng mangan)
Tương tự hệ Ozon/quặng mangan, hệ Perozon/quặng mangan cũng được thực hiện ở pH = 8 và thời gian phản ứng = 80 phút và hàm lượng H2O2 là 2.000 mg/l. Kết quả được thể hiện ở các hình 3.39, 3.40, 3.41.
1000
900
Độ màu (Pt-Co)
800
700
600
500
400
300
0 100 200 300 400 500 600 700
Hàm lượng quặng mangan (mg/l)
Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2 Thí nghiệm 3
Hình 3.39. Ảnh hưởng của quặng mangan đến độ màu sau xử lý bằng Perozon/quặng mangan
3500
3000
COD (mg/l)
2500
2000
1500
1000
500
0 100 200 300 400 500 600 700
Hàm lượng quặng mangan (mg/l)
Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2 Thí nghiệm 3
Hình 3.40. Ảnh hưởng của quặng mangan đến COD sau xử lý bằng Perozon/quặng mangan
1500
1400
TOC (mg/l)
1300
1200
1100
1000
900
800
0 100 200 300 400 500 600 700
Hàm lượng quặng mangan (mg/l)
Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2Thí nghiệm 3
Hình 3.41. Ảnh hưởng của quặng mangan đến TOC sau xử lý bằng Perozon/quặng mangan
Kết quả cho thấy, sau 80 phút phản ứng, hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác tăng dần khi tăng hàm lượng quặng mangan. Trong các chỉ tiêu phân tích, hiệu suất xử lý độ màu là cao nhất và không chênh lệch nhiều ở các thí nghiệm Perozon/quặng mangan và Perozon. Khi hàm lượng quặng mangan ≥ 200 mg/l thì hiệu suất xử lý bắt đầu tăng nhanh. Sau xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Perozon thì độ màu, COD và TOC đã giảm tương ứng 82 – 86%, 47 – 52% và 28 – 34%. Với các thí nghiệm ở hệ Perozon/quặng mangan 500 mg/l thì độ màu, COD và TOC giảm tương ứng 89 – 90%, 68 – 72% và 41 – 49%. Tương tự như kết hợp ozon với quặng mangan, hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác tăng không đáng kể khi tiếp tục tăng hàm lượng quặng mangan đến 700 mg/l.
Bảng 3.24. Trung bin
h hiêu
suấ t xử lý cá c chấ t hữu cơ trong nướ c rỉ rác bằng Perozon/quặng mangan
Độ màu (%) | COD (%) | TOC (%) | |
0 | 84,18 | 49,85 | 30,78 |
100 | 84,89 | 54,57 | 34,65 |
200 | 85,32 | 60,41 | 37,84 |
300 | 86,88 | 62,89 | 41,75 |
400 | 88,84 | 66,41 | 43,46 |
500 | 89,05 | 69,77 | 44,87 |
Độ màu (%) | COD (%) | TOC (%) | |
600 | 89,11 | 70,68 | 46,39 |
700 | 89,29 | 70,20 | 46,84 |
Hiệu suất xử lý COD và TOC nước rỉ rác bằng Perozon/quặng mangan 500 mg/l trung bình tương ứng khoảng 70% và 45% cao hơn hệ Perozon khoảng 1,4 và 1,45 lần. Nhìn chung, hiệu suất xử lý TOC vẫn thấp hơn nhiều so với COD. Như vậy, khi bổ sung quặng mangan như một vật liệu xúc tác dị thể cho hệ Perozon đã cải thiện rất đáng kể hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác.
Hình 3.42. Ảnh hưởng của quặng mangan đến tỉ lê ̣BOD5/COD sau xử lý bằng Perozon/quặng mangan
Tỉ lệ BOD5/COD cũng được cải thiện đáng kể sau xử lý bằng Perozon/quặng mangan. Tỉ lệ này đã tăng đáng kể từ 0,35 lên 0,44 ở hệ Perozon. Tuy nhiên, sau xử lý bằng Perozon/quặng mangan 500 mg/l thì tỉ lệ này tăng cao hơn lên đến 0,48.
Bàn luận:
Kết hợp Perozon với quặng mangan đã làm tăng hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác cũng được giải thích như trường hợp kết hợp Ozon với quặng mangan. Ở cả hai hệ Ozon/quặng mangan và Perozon/quặng mangan đều có phản ứng của O3 với các oxit kim loại của quặng mangan. Tuy nhiên, hệ Perozon/quặng mangan có hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác cao hơn hệ Ozon/quặng
mangan do ngoài tác dụng oxi hóa của riêng O3 hay của gốc
OH
theo con đường
gián tiếp còn được tăng cường thêm tác nhân oxi hóa gián tiếp ( OH ) qua phản ứng của O3 với H2O2 và quá trình phân hủy H2O2 bởi các kim loại của quặng mangan