Trang chủ / Tài liệu miễn phí / Luận Án Tiến Sĩ Công Nghệ Môi Trường

Hàm Lượng O3 Trước Và Sau Xử Lý Các Chất Hữu Cơ Trong Nước Rỉ Rác Bằng Perozon/quặng Mangan


sinh ra gốc hydroxyl ( OH ). Có thể minh họa phản ứng này theo các phương trình sau [83], M là chất xúc tác.

H O HO H

2 2 2

M H

2O2

M OH OH

M HO M HO

2 2


2

2

H2O2 OH H O HO

HO H O 

2 2

M O M O

2 2

H O O OH OH O

2 2 2 2


2

H2O2 HO OH H2O O2


Hình 3 43 Sự phân hủy H 2 O 2 trên bề mặt chất xúc tác 83 Quá trình phân hủy 1

Hình 3.43. Sự phân hủy H2O2 trên bề mặt chất xúc tác[83]

Quá trình phân hủy H2O2 bởi oxit kim loại của quặng mangan liên quan đến chuỗi phản ứng gốc và sự chuyển hóa phản ứng oxi hóa – khử của các oxit trong phản ứng. Trong chuỗi phản ứng trên, phản ứng của anion superoxit (O2-•) và gốc hydroperoxit (HO2•) với H2O2 để hình thành gốc hydroxyl linh động (OH•). Như vậy, O2-• và HO2• hình thành không oxi hóa trực tiếp các chất hữu cơ mà phản ứng với H2O2 tạo ra gốc oxi hóa mạnh hơn và là tác nhân làm tăng hiệu quả oxi hóa các chất hữu cơ trong nước rỉ rác. Như vậy, trong hệ Perozon/quặng mangan, nồng độ

gốc hydroxyl ( OH ) sinh ra sẽ cao hơn hệ Ozon/quặng mangan nhờ có thêm H2O2.


Do đó, hiệu quả oxi hóa các chất hữu cơ trong nước rỉ rác ở các hệ thí nghiệm Perozon/quặng mangan có hiệu quả xử lý cao hơn hệ Ozon/quặng mangan.

Bảng 3.25. Hàm lượng O3 trước và sau xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Perozon/quặng mangan

Quặng mangan (mg/l)

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

3,283

1,169

3,397

1,455

2,977

1,622

100

3,283

1,050

3,397

1,384

2,977

1,479

200

3,283

0,883

3,397

1,145

2,977

1,360

300

3,283

0,668

3,397

1,050

2,977

1,217

400

3,283

0,477

3,397

0,859

2,977

1,050

500

3,283

0,429

3,397

0,596

2,977

0,907

600

3,283

0,286

3,397

0,549

2,977

0,811

700

3,283

0,262

3,397

0,453

2,977

0,716

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 224 trang tài liệu này.

Kết quả phân tích hàm lương O 3trước và sau phan̉ ứ ng ở hệ Perozon/quặng

mangan cũng có xu hướng tương tự hệ Ozon/quặng mangan. Khi hàm lượng quặng mangan càng tăng thì lượng O3 dư càng giảm hay lượng O3 tham gia phản ứng phân hủy các chất hữu cơ trong nước rỉ rác càng tăng.

Bảng 3.26. Suất tiêu thụ trung bình O3 và H2O2 sau thí nghiệm hệ Perozon/quặng mangan 500 mg/l

Thông số

Đơn vị

Hệ Perozon/đệm sứ

Thể tích phản ứng

L

01

Thời gian xử lý

ph

80

Trung bình COD sau keo tụ (COD0)

mg/l

4.659

Trung bình COD sau 80 phút (COD80)

mg/l

1.412

∆COD = COD0 - COD80

mg/l

3.247

Trung bình lượng COD xử lý được

mg

3.247

Trung bình lượng O3 đầu vào trong 80 phút

mg

3.219

Lượng H2O2 cấp cho thí nghiệm 2.000 mg/l

mg

2.000

Suất tiêu thụ O3

kg O3/kg COD

1,009

Suất tiêu thụ H2O2

kg H2O2/kg COD

0,616

Với mức hàm lượng quặng mangan 500 mg/l, sau 80 phút phản ứng, hàm lượng O3 và H2O2 trung bình cấp cho phản ứng là 3,219g và 2,000g, COD giảm


trung bình là 3.247 mg/l. Như vậy, hàm lượng O3 và H2O2 tiêu tốn trung bình để xử lý COD tương ứng là 1,009 kg O3/kg COD và 0,616 kg H2O2/kg COD.

c. So sánh hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Ozon/quặng mangan và Perozon/quặng mangan

Hệ thí nghiệm Perozon vẫn mang lại hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác cao hơn hệ Ozon và hiệu suất xử lý COD và TOC cao hơn nhiều khi kết hợp Ozon hay Perozon với quặng mangan. Hiệu suất xử lý độ màu rất cao và không chênh lệch nhiều giữa các thí nghiệm.

Hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Perozon/quặng mangan cũng cao hơn Ozon/quặng mangan. Ở cùng điều kiện có xúc tác quặng mangan 500 mg/l, hiệu suất xử lý COD và TOC bằng Perozon/quặng mangan vẫn cao hơn hệ Ozon/quặng mangan tương ứng gần 1,2 lần. Mặc dù hệ Perozon/quặng mangan tiêu tốn ít O3 hơn hệ Ozon/quặng mangan 1,4 lần. Lượng O3 tiêu tốn ở hệ Ozon/quặng mangan là 1,421 kg O3/kg COD, trong khi với hệ Perozon/quặng mangan là 1,009 kg O3/kg COD.

Bảng 3.27. Tổng hợp suất tiêu thụ O3 và H2O2 trong thí nghiệm kết hợp Ozon và Perozon với đệm sứ và quặng mangan

Thông số

Ozon/đệm sứ

Perozon/đệm sứ

Ozon/quặng mangan

Perozon/quặng mangan

Suất tiêu thụ O3

(kg O3/kg COD)

4,813

3,440

1,421

1,009

Suất tiêu thụ H2O2

(kg H2O2/kg COD)

0

1,791

0

0,616

Kết quả tổng hợp ở bảng 3.27 cho thấy, suất tiêu thụ O3 ở hệ Perozon/quặng mangan thấp nhất. Suất tiêu thụ H2O2 ở hệ Perozon/quặng mangan cũng thấp hơn hệ Perozon/đệm sứ.

Như vậy, quặng mangan có nguồn gốc tự nhiên đã cải thiện rất lớn hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Ozon hay Perozon xúc tác. Từ các kết quả thí nghiệm cho thấy, hàm lượng quặng mangan sử dụng ở mức 500 mg/l là tối ưu cho quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Ozon/quặng


mangan hoặc Perozon/quặng mangan. Mức hàm lượng này thấp hơn so với kết quả nghiên cứu của Tizaoui và côṇ g sư ̣ (2007) [96], đã sử dụng một trong các vật liệu xúc tác ở dạng rắn (than hoaṭ tính (GAC), đá trân trâu mở rôṇ g (EP) và titan dioxyt

(TiO2)) để xử lý nước rỉ rác từ BCL J ebel Chakir (Tunisia) với hàm lượng chất xúc

tác lên đến 700 mg/l và xử lý được 45% COD.

3.3. TÍNH TOÁN HẰNG SỐ ĐỘNG HỌC GIẢ BẬC MỘT PHẢN ỨNG XỬ LÝ COD NƯỚC RỈ RÁC

3.3.1. Thí nghiệm nghiên cứu động học

Nghiên cứu động học quá trình xử lý COD nước rỉ rác gồm động học quá trình xử lý COD nước rỉ rác bằng Ozon đơn, Perozon, Ozon/đệm sứ, Perozon/đệm sứ, Ozon/quặng mangan và Perozon/quặng mangan. Để nghiên cứu được động học xử lý COD, các thí nghiệm xử lý nước rỉ rác bằng các hệ trên được thực hiện bổ sung với các điều kiện thí nghiệm theo bảng 3.28.

Bảng 3.28. Các điều kiện thí nghiệm nghiên cứu động học quá trình xử lý COD nước rỉ rác

Hệ Ozon đơn

Lưu lượng O3 = 2,996 g/h; [COD0] = 4.068 mg/l; pH = 8; Thời gian phản ứng = 40, 60, 80, 100, 120, 140 phút

Hệ Perozon

Lưu lượng O3 = 2,996 g/h; [COD0] = 4.068 mg/l; pH = 8; H2O2 = 2.000 mg/l; Thời gian phản ứng = 40, 60, 80, 100,

120, 140 phút

Hệ Ozon/đệm sứ

Lưu lượng O3 = 2,996 g/h; [COD0] = 4.068 mg/l; pH = 8; Loại đệm sứ có bề mặt riêng = 728 m2/m3; Thời gian phản ứng = 40, 60, 80, 100, 120, 140 phút

Hệ Perozon/đệm sứ

Lưu lượng O3 = 2,996 g/h; [COD0] = 4.068 mg/l; pH = 8; Loại đệm sứ có bề mặt riêng = 728 m2/m3; H2O2 = 2.000 mg/l; Thời gian phản ứng = 40, 60, 80, 100, 120, 140 phút

Hệ Ozon/Quặn mangan

Lưu lượng O3 = 2,996 g/h; [COD0] = 4.068 mg/l; pH = 8; Hàm lượng quặng mangan = 500 mg/l; Thời gian phản ứng = 40, 60, 80, 100, 120, 140 phút


Lưu lượng O3 = 2,996 g/h; [COD0] = 4.068 mg/l; pH = 8; H2O2 = 2.000 mg/l; Hàm lượng quặng mangan = 500 mg/l; Thời gian phản ứng = 40, 60, 80, 100, 120, 140 phút

Hệ Perozon/Quặng mangan

Tổng hợp kết quả xử lý COD nước rỉ rác được thể hiện ở bảng 3.29.

Bảng 3.29. Tổng hợp kết quả xử lý nước rỉ rác


Hệ thí nghiệm

Hiệu suất xử lý COD (%)

Ozon đơn

10,00 – 36,67

Perozon

17,79 – 41,11

Ozon/đệm sứ

16,11 – 47,96

Perozon/đệm sứ

25,66 – 50,09

Ozon/Quặn mangan

26,73 – 60,71

Perozon/Quặng mangan

36,28 – 70,27

Kết quả cho thấy, hệ Ozon đơn và hệ Perozon xử lý COD chưa cao, hiệu suất cao nhất tương ứng là 36,67% và 41,11%. Hệ Ozon/đệm sứ đã cải thiện một phần hiệu suất, đạt cao nhất tương ứng 47,96% và 50,09%. Tuy nhiên, hệ Ozon/quặng mangan và Perozon/quặng mangan đã cải thiện đáng kể hiệu suất xử lý, đạt tương ứng cao nhất là 60,71% và 70,27%. Hiệu suất xử lý COD bằng Ozon/quặng mangan và Perozon/Quặng mangan cao hơn Ozon đơn và Perozon gần 1,7 lần.

Đồ thị động học quá trình xử lý COD nước rỉ rác bằng các hệ Ozon và Perozon được thể hiện ở các hình 3.44 và 3.45.

Hình 3 44 Đồ thị động học xử lý COD nước rỉ rác của các hệ Ozon Hình 2

Hình 3.44. Đồ thị động học xử lý COD nước rỉ rác của các hệ Ozon


Hình 3 45 Đồ thị động học xử lý COD nước rỉ rác của các hệ Perozon Từ 3

Hình 3.45. Đồ thị động học xử lý COD nước rỉ rác của các hệ Perozon

Từ đồ thị 3.44 và 3.45 thấy rõ hệ Ozon/quặng mangan hay Perozon/quặng mangan đều có thể xử lý COD cao hơn nhiều các hệ Ozon đơn, Ozon/đệm sứ, Perozon và Perozon/đệm sứ.

3.3.2. Hằng số tốc độ phản ứng giả bậc một

Hằng số tốc độ phản ứng giả bậc một của hệ Ozon:

Sự phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ trong nước rỉ rác giả thiết tuân theo quy luật động học của phản ứng giả định bậc một, theo phương trình sau:


Tích phân ta được:

r dCA A dt

k CA

(3.1)

CA dC t

Ak dt

(3.2)

CAO CA 0


ln

C A

C AO


k t


(3.3)

Đồ thị hàm số ln(CA/CAO) = -k*t theo kết quả thực nghiệm có dạng đường thẳng và hê ̣số góc bằng hằ ng số tốc đô ̣phản ứ ng k *. Thiết lập đồ thị ta tính được giá trị k* theo từng quá trình xử lý bằng Ozon đơn, Ozon/đệm sứ, Ozon/quặng mangan, Perozon, Perozon/đệm sứ, Perozon/quặng mangan.


Hình 3 46 Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng giả bậc một k quá 4


Hình 3.46. Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng giả bậc một k* quá trình xử lý COD nước rỉ rác bằng Ozon

Từ đồ thị 3.46 có được các giá trị hằng số tốc độ phản ứng xử lý COD nước rỉ rác k*. Kết quả được thể hiện ở bảng 3.30.

Bảng 3.30. Tổng hợp kết quả tính hằng số tốc độ phản ứng giả bậc một k* quá trình xử lý COD trong nước rỉ rác của các hệ Ozon

Hệ thí nghiệm

Giá trị k* (ph-1)

Giá trị R

Ozon đơn

0,3753.10-2

0,970

Ozon/đệm sứ

0,5263.10-2

0,973

Ozon/quặng mangan

0,7397.10-2

0,967

Từ kết quả tính k* cho thấy, hằng số tốc độ xử lý COD của hệ Ozon/đệm sứ và hệ Ozon/quặng mangan tương ứng 0,5263.10-2 (ph-1) và 0,7397.10-2 (ph-1) tương ứng cao gấp 1,4 và 2,0 lần giá trị k* hệ Ozon đơn. Kết quả này có thể chứng minh mức độ ảnh hưởng của đệm sứ và quặng mangan đến hiệu suất xử lý COD nước rỉ rác bằng ozon là tốt, đặc biệt hệ Ozon/quặng mangan thì giá trị k* gấp đôi hệ Ozon đơn. Phản ứng giả bậc một có độ tương quan (R) của các hệ Ozon đơn, Ozon/đệm sứ và Ozon/quặng mangan tương ứng là 0,970; 0,973 và 0,967 theo thực nghiệm có

thể chấp nhận được.

Từ bảng 3.30 và phương trình (3.1) ta có phương trình tốc độ phản ứng xử lý COD tại bảng 3.31.


Bảng 3.31. Phương trình tốc độ phản ứng giả bậc một quá trình xử lý COD nước rỉ rác bằng quá trình ozon

TT

Hệ thí nghiệm

Phương trình tốc độ phản ứng

1

Ozon đơn

dCA k C 0,3753.10-2 C

dt A A

2

Ozon/đệm sứ

dCA k C 0,5263.10-2 C

dt A A

3

Ozon/quặng mangan

dCA k C 0,7397.10-2 C

dt A A


Hằng số tốc độ phản ứng giả bậc một của hệ Perozon:

Theo kết quả thực nghiệm xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng 5

Theo kết quả thực nghiệm xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Perozon, thiết lập đồ thị ln(CA/CAO) = -k*t và được thể hiện ở hình 3.47.


Hình 3.47. Đồ thị xác định hằng số tốc độ phản ứng giả bậc một k* quá trình xử lý COD nước rỉ rác bằng các hệ Perozon

Giá trị hằng số tốc độ phản ứng xử lý COD nước rỉ rác k* được xác định từ đồ thị 3.47 và được thể hiện ở bảng 3.32.

Xem tất cả 224 trang.

Ngày đăng: 20/10/2022
Trang chủ Tài liệu miễn phí