1.5.3. Các nghiên cứu xử lý nướ c rỉ rá c bằng ozon ở Viêṭ Nam
Xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam mới được quan tâm trong những năm gần đây, vì thế những nghiên cứ u về công nghê ̣chưa nhiều . Các hệ thống được xây dựng để xử lý nước rỉ rác được hình thành chủ yếu do tính bức xúc của xã hội tại địa phương nơi có bãi chôn lấp rác. Do tính chất địa phương nên công nghệ xử lý nước rỉ rác
cũng có tính đặc thù cao được xác lập bởi đơn vị thực hiện công nghệ, năng lực công nghệ và điều kiện khả thi thực hiện của địa phương đó [5].
Vấn đề xử lý nước rỉ rác ở nước ta chưa được giải quyết triêṭ để là do ở phần công nghệ chỉ dựa vào quá trình phân hủy sinh học là chính, các quá trình này chưa đủ mạnh để phân hủy những phần ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy và b ền vững trong nước rỉ rác.
Các nghiên cứu công nghệ ozon trong xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam còn nhiều
hạn chế. Trên phương diên
nghiên cứ u khoa hoc
và phát triển công nghê ̣ , cho đến
nay đã có môt
số nghiên cứ u xử lý nước rỉ rác đươc
triển khai .
*. Các nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công nghệ sinh học:
Tô Thi ̣Hải Yến và đồng nghiêp (2008) [15] đã nghiên cứ u “tuâǹ hoaǹ nước ri
rác và phân huỷ vi sinh trong môi trường sunphat trong công nghệ chôn lấp rác thải
sinh hoaṭ giúp giảm thiểu ô nhiêm môi trường do nước rỉ rac”́ ; Tô Thi ̣Haỉ Yêń và
đồng nghiêp
(2010) [16] với công trình “Thúc đẩy nhanh quá trình phân huỷ vi sinh
rác và nước rỉ rác bằng thay đổi chế độ vận hành và môi trường hoá học trong bã i chôn lấp” đã cho thấy , khi chôn lấp rác thải sinh hoaṭ có thành phần lignin tớ i
15,2% trọng lượng khô làm phát thải khí metan không có lơi về kinh tế và môi
trường. Với viêc
bổ sung thêm môi trường sunphat nhằm tao
điều kiên
để phân huy
thành phần hữu cơ thể rắn trong rác chuyển sang dạng lỏng trong n ước rỉ rác, vô cơ hoá thành phần chất hữu cơ khó phân huỷ sinh học trong nước rỉ rác . Trong môi
trường sunphat, hê ̣thống chỉ thưc sư ̣ phat́ huy tać duṇ g từ ngaỳ thứ 95 của chu trình
chôn lấp rác . Ngoài ra nhóm tác giả cũng đ ã cho thấy rằng việc tuần hoàn nước rỉ rác tạo khả năng oxi hoá -khử maṇ h hơn cho môi trường phân huỷ vi sinh các chất hữu cơ trong rác ở thể rắn và vô cơ hoá chất hữu cơ ở thể lỏng .
Nguyên
Hồng Khánh (2007) [5] đã nghiên cứu so sánh các công nghệ ở trong
và ngoài nước về xử lý nước rỉ rác , trên cơ sở đó tác gi ả đã đề xuất công nghê ̣xử ly
nước rỉ rác cho các bai
chôn lấp trên đia
bàn thành phố Hà Nôi
. Từ nghiên cứ u này,
tác giả đề xuấ t công nghê ̣xử lý nước rỉ rác cho bai chôn lâṕ Nam Sơn và với đối
tươn
g nước rỉ rác cũ là áp duṇ g kĩ thuâṭ SBR cải tiến (vừ a mang tính mẻ kế tiếp giai
đoan
nhưng laị có thể vân
hành liên tuc
) và giai đoạn cuối cùng là oxi hoá b ằng
fenton.
* Các nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng ozon:
Trần Maṇ h Trí (2007) [13] đã áp dụng quá trình oxi hoá nâng cao (AOPs) để
xử lý nước rỉ rác đã qua xử lý sinh hoc ở nhà maý xử lý nư ớc rỉ rác Gò Cat́ . Tác giả
đã sử duṇ g quá trình Keo tu ̣ – Tạo phức – Fenton – Perozon để xử lý nước rỉ rác sau
phân huỷ sinh hoc
k ỵ khí trong bể UASB (COD 5.424 mg/l) ở hệ thống xử lý nước
rỉ rác Gò Cát . Quá trình Keo tụ /Fenton đươc
thưc
hiên
bằng c ách bổ sung polyferic
sunphát (300 mg Fe3+/l) và sau khuấy nhanh bổ sung tiếp 500 mg H2O2/l vào và
khuấy châm
120 phút. Với quá trình xử lý này , hiêu
suất xử lý COD rất cao (đat
76%). Sau quá trình Keo tu ̣ – Tạo phức – Fenton, nước rỉ rác tiếp tục được xử lý
bằng Perozon đã xử lý đươc
97% các chất hữu cơ trong nước rỉ rác.
Trương Quý Tùng và cộng sự (2009) [14] đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác phát sinh từ bài chôn lấp Thủy Tiên – Thừa Thiên Huế bằng tác nhân UV/Fenton. Nước rỉ rác có t ỷ lệ BOD5/COD = 0,16 ± 0,2. Tác giả đã xử lý nước rỉ rác này b ằng tác nhân Fenton với sự hỗ trợ của đèn UV (200 – 275 nm, 40W) được bố trí ngập vào
trong thiết bị phản ứng để sử dụng tối đa năng lượng của đèn. Kết quả cho thấy, quá
trình này có thể loại bỏ được 71% COD và 90% độ màu nước rỉ rác ở pH ~ 3, nồng độ H2O2 là 125 mg/l, nồng độ Fe2+ là 50 mg/l, sau thời gian phản ứ ng là 2 giờ. Ngoài ra, khả năng phân huỷ sinh học của nước rỉ rác sau xử lý đã tăng đánh kể , tỉ
lê ̣BOD5/COD tăng từ 0,15 lên 0,46.
Nguyễn Văn Phước và côṇ g sư ̣ (2007) [8] đã nghiên cứ u xử lý nước rỉ rác
bằng quá trình Fenton 3 bâc (COD đâù vaò 665 mg/l, H2O2750 mg/l, tổng pheǹ sắt
của ba bậc là 3.750 mg/l, thời gian phả n ứ ng 7 phút) thì hiệu suất xử lý COD đạt 87,5%. Các tác giả đã nhận định công ngh ệ xúc tác phản ứng fenton theo bậc sử
dụng H2O2 triệt để để tạo gốc thời gian xử lý nước rỉ rác.
OH , do đó nâng cao hiệu quả xử lý COD, rút ngắn
Hoàng Ngọc Minh (2012) [7] đã nghiên cứ u xử lý nước rỉ rác bãi chôn l ấp chất thải rắn Nam Sơn – Sóc Sơn bằng quá trình Ozon đơn và Perozon , sử duṇ g nguồn O 3 với máy phát công suất 4,5g O3/h, nồng đô ̣H 2O2 là 1.000 -3.000 mg/l. Với nước rỉ rác có COD và đ ộ màu đầu vào tương ứng là 455 mg/l và 397 Pt-Co,
sau 60 phút xử lý bằng Perozon , hiêu
suất đaṭ tương ứ ng 41% và 58%. Theo nghiên
cứ u của tác giả thì pH t ối ưu cho quá trình ozon hoá nước rỉ rác khoảng 8 – 9,5. Kết quả thực nghiệm cho thấy , đối với nước rỉ rác mới chưa phân huỷ , COD: 1.500 –
2.500 mg/l, sau 120 phút xử lý bằng Ozon đơn đạt hiệu qu ả xử lý COD: 11 – 15%, độ màu: 78 – 87%. Đối với nước rỉ rác đã phân huỷ sâu (nước rỉ rác trơ), xử lý đươc̣ 36% COD và 9% màu. Các tác giả cũng nghiên cứu ảnh hưởng của chất xúc tác đến
hiêu
quả xử lý của các quá trình Perozon và Catazon trong xử lý nước rỉ rác . Kết
quả cho thấy , hiêu
quả xử lý COD nước rỉ rác (cũ) của quá trình catazon xúc tác
Al2(SO4)3 cao hơn quá trình Perozon từ 1,27 – 1,31 lần với nồng đô ̣Al 2(SO4)3 là
1.000 mg/l và 2.200 mg/l. Đối với xúc tác FeSO 4, hiêu suât́ xử lý COD cao hơn quá
trình Perozon từ 1,47 – 1,68 lần. Hiêu suât́ xử lý độ màu của quá trình catazon với
xúc tác nhôm và sắt đều cao hơn so với quá trình Perozon từ 2,3 – 2,8 lần và xúc tác
sắt hiêu
quả hơn xúc tác nhôm về măṭ khối lương.
Hoàng Thị Thu Hiền (2012) [3] đã sử dụng UV/Ozon để xử nước rỉ rác. Kết quả thí nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm xử lý nước rác từ bãi chôn lấp Nam Sơn. Từ kết quả thực nghiệm xử lý nước rỉ rác sau keo tụ, tác giả đã xác định được điều kiện tối ưu đạt được tại pH = 7,5 và thời gian phản ứng là 100 phút; hiệu suất xử lý COD và độ màu nước rỉ rác đạt tương ứng là 26% và 64% với hệ Ozon đơn và 35%, 82% với hệ UV/O3.
Dư Thị Huyền Thanh (2012) [9] đã kết hơp Perozon và UV để xử lý nước rỉ
rác. Từ kết quả xử lý nước rỉ rác sau giai đoạn keo tụ, tác giả đã xác định được các điều kiện tốt nhất cho quá trình xử lý cho cả hệ O3/H2O2 và O3/H2O2/UV là: pH = 7,5; tỉ lệ mol H2O2/O3 = 0,7; thời gian phản ứng là 80 phút. Với điều kiện tốt nhất
trên thì hiệu suất xử lý độ màu và COD đạt được tương ứng là 40% và 75% (hệ O3/H2O2); 90% và 64% (hệ O3/H2O2/UV).
*. Nhân
xét về cá c nghiên cứ u xử lý nướ c rỉ rá c ở Việt Nam:
Nhìn chung , các nghiên cứu xử lý nước rỉ rác ở nước ta chủ yếu tập trung vào công nghệ sinh học, các nghiên cứu xử lý bằng ozon chưa nhiều . Tuy nhiên ,
gần đây cũng đã có môt số nghiên cứ u aṕ duṇ g quá trình oxi hoá nâng cao như
Fenton, Ozon. Hầu hết các nghiên cứ u đều xử lý nước rỉ rác qua nhiều giai đoan
như: Keo tu ̣ – Tạo phức – Fenton – Perozon; fenton nhiều bâc ; UV/Fenton;
UV/Ozon hoặc UV/Perozon; Ozon kết hơp
các chất xúc tác Fe 2+ hoăc
Al3+, với thời
gian xử lý kéo dài 60 phút hoặc 120 phút. Các kết quả nghiên cứu cho thấy , quá trình xử lý nước rỉ rác tiêu hao nhiều ozon và hiệu suất vẫn chưa cao trừ quá trình
xử lý bằng ozon kết hơp
Fe 2+ hoăc
Al 3+. Như vậy, ở nước ta, bước đầu đã có các
nghiên cứu sử dụng xúc tác trong xử lý nước rỉ rác bằng ozon.
1.5.4. Kết luận về tình hình nghiên cứ xử lý nước rỉ rác bằng ozon và định hướng nghiên cứu trong luận án
Trên thế giới, O3 đã được ứng dụng nhiều trong xử lý nước rỉ rác để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ. Từ các nghiên cứu ứng dụng Ozon đơn, Perozon, ozon kết hợp UV, Ozon/Fenton, Ozon/than hoạt tính đến các ozon xúc tác Fe2+, Al3+, S2O82- và TiO2/O3. Ở Việt Nam, việc ứng dụng ozon xử lý nước rỉ rác cũng được thực hiện, gồm xử lý bằng Ozon đơn, Perozon, ozon xúc tác Fe2+, Al3+.
Các quá trình ozon hóa trong xử lý nước rỉ rác có thể được cải thiện nếu tăng diện tích tiếp xúc bề mặt để ozon hòa tan tốt hơn vào nước rỉ rác. Diện tích tiếp xúc có thể tăng nếu trong cột phản ứng ở hệ ozon đơn hay Perozon có chứa vật liệu đệm. Nếu diện tích tiếp xúc tăng sẽ làm tăng khả năng phản ứng của ozon với nước rỉ rác bằng con đường trực tiếp và gián tiếp và sẽ tăng hiệu quả oxi hóa các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng ozon. Loại vật liệu đệm cũng cần phải có độ bền cao, không bị oxi hóa bởi ozon hay gốc hydroxyl ( OH ), không bị ăn mòn... Ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam, các loại vật liệu đệm đã được ứng dụng nhiều trong xử lý khí thải và nước thải, nhất là các quá trình xử lý sinh học để làm tăng hiệu quả xử lý. Vật liệu đệm có khả năng làm tăng diện tích tiếp
xúc của ozon và nước thải. Tuy nhiên, các loại vật liệu này cũng chưa được ứng dụng trong các nghiên cứu xử lý nước hay nước thải trong quá trình oxi hóa bằng ozon. Vì thế, trong luận án này, vật liệu đệm có độ bền cao được ứng dụng để nâng cao hiệu quả xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác.
Môt số oxit kim loaị sắt , đồng, niken, magie, mangan, silic, nhôm, kẽm,
titan, coban… đã đươc nghiên cứ u ứ ng duṇ g lam̀ chât́ xúc tać cho quá trình ozon
hoá bằng tác nhân ozon (O3) để xử lý các hợp chấ t hữu cơ khó phân huỷ trong nước
thải. Đa số các xúc tác đươc
tổng hơp
kết hơp
với môt
hoăc
nhiều oxit kim loaị khác
hoăc
kết hơp
với than hoaṭ tính d ạng hạt (GAC). Nghiên cứ u xử lý axit oxalic bằng
ozon có xúc tác TiO 2/Al2O3 [30]; sử dụng các xúc tác dị thể Fe /MgO, Fe/Al2O3, Fe/SiO2 và Fe/ZrO2 để xúc tác cho quá trình ozon hoá các axit humic [59] ; tích hợp
ozon và xúc tác tinh thể nano MgO để xử lý phenol trong nước thải măn
[69];
nghiên cứ u xử lý các hợp chất hữu cơ bằng ozon với xúc tác CeO 2[74]; sử duṇ g xúc tác CeO2/AC để xử lý chất hữu cơ như axit oxalic , anilin [45]. Quinones và côṇ g sư (2013) [79], sử duṇ g TiFeC (titan manhetit cacbon) như tác nhân xúc tác quang hoá cho quá trình ozon hoá để xử lý metopronol tatrat (MPT) ; Sable và côṇ g sư ̣ (2014)
[89] đã nghiên cứ u xử lý axit clofibric (CFA) bằng Ozon với xúc tác Mg /Al hydrotancit (HT) có chứa Fe, Cu và Ni.
Nhiều nghiên cứ u tâp trung sử dung Al2O3với sư ̣ hỗ trơ ̣ của cać oxit kim loai
khác cho phản ứng ozon. Gần đây, môt
số tác giả như Asgari và côṇ g sư ̣ (2013) [24]
đã khảo cứ u xương bò t hải đã nhiệt phân làm xúc tác cho phản ứng phân huỷ ozon
để t ăng hiêu
quả sản sinh gốc
OH
linh đôṇ g trong pha lỏng ; hay Ma và côṇ g sư
(2014) [67] đã hoaṭ hoá tro và mùn cưa bằng niken làm chất xúc tác cho ozon.
Đa số các nghiên cứ u sử dụng mangan (ở dạng MnO 2) làm chất xúc tác cho
phản ứng ozon đều kết hơp
với oxit nhôm (Al2O3) hay GAC để làm chất xúc tác cho
quá trình ozon hoá xử lý m ột số chất hữu cơ c ụ thể. Andreozzi và côṇ g sư ̣ (1996)
[23] đã sử duṇ g MnO 2làm chất xúc tác dị thể cho quá trình ozon hoá ax it oxalic . Einaga và côṇ g sư ̣ (2004) [40], xử lý benzen bằng ozon với xúc tác MnO 2/Al2O3.
Jun và côṇ g sư ̣ (2005) [60] đã nghiên cứ u ảnh hưởng của pH đến hiêu suât́ xử ly
nitrobenzen bằng ozon với xúc tác di ̣thể MnO x/GAC. Alsheyab và cộng sự (2007)
[22], nghiên cứ u so sánh ảnh hưởng của ozon và MnO 2/O3trong xử lý nước thải chứ a trihalometan (THMs), axit humic và fulvic . Rosal và côṇ g sư ̣ (2010) [87], nghiên cứ u xử lý thuốc diêṭ cỏ atrazin và linuron bằng ozon với xúc tác MnOx/Al2O3and MnOx/SBA-15. Ichikawa và côṇ g sư ̣ (2014) [56], đã sử duṇ g môṭ
số chất xúc tác kim loai (Co3O4, Fe2O3, SnO2, Mn3O4, CuO, ZnO, NiO, MgO và
Al2O3) trong xử lý amoni bằng quá trình ozon hóa . Sun và côṇ g sư ̣ (2014) [93], đa đánh giá ảnh hưởng của xúc tác di ̣thể MnOx/SBA-15để xử lý axit oxalic bằng ozon.
Như vậy, các oxit kim loại đã được sử dụng làm chất xúc tác cho quá trình ozon hóa trong nghiên cứu để xử lý một hay một số loại chất hữu cơ ô nhiễm cụ thể trong nước thải. Tuy nhiên, các nghiên cứu về ứng dụng các oxit kim loại làm chất xúc tác trong xử lý nước rỉ rác bằng quá trình ozon còn hạn chế.
Các xúc tác oxit kim loại có nguồn gốc tự nhiên có thể được sử dụng như
chất xúc tác cho quá trình oxi hóa các chất hữu cơ bằng ozon . Kết hơp Ozon (80
g/m3) với ba chất xúc tác ở daṇ g rắn (than hoaṭ tính (AC), đá trân trâu mở rôṇ g (EP) và titan dioxit (TiO2)) để xử lý nước rỉ rác từ BCL Jebel Chakir (Tunisia) [95]. Việt Nam có nhiều oxit kim loại có nguồn gốc tự nhiên khá phổ biến đư ợc sản xuất từ quặng như quặng sắt, quặng đồng hay quặng mangan…. Vì thế, các oxit kim loại có nguồn gốc tự nhiên có thể được sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng ozon hóa xử lý nước rỉ rác hứa hẹn mang lại hiệu quả tốt.
Tuy nhiên, chất xúc tác dị thể MnO2 hay chất xúc tác dị thể chứa nhiều gốc oxit kim loại từ quặng mangan có nguồn gốc tự nhiên chưa được nghiên cứu ứng dụng làm chất xúc tác trong quá trình ozon hóa. Quặng mangan có nguồn gốc tự nhiên đã được sử dụng trong xử lý nước cấp và nước thải.
Vật liệu có chứa nhiều gốc oxit kim loại từ quặng mangan có thể có tác dụng xúc tác tốt hơn vật liệu chỉ chứa một gốc oxit kim loại. Vì vậy, loại vật liệu này được sử dụng làm vật liệu xúc tác trong phản ứng oxi hóa các chất hữu cơ bởi ozon sẽ cải thiện nhiều hiệu quả xử lý nước rỉ rác. Quá trình oxi hóa các chất hữu cơ bởi ozon với xúc tác quặng mangan có thể sẽ cải thiện hiệu quả cao hơn so với việc xử lý bằng Ozon đơn, Perozon hay ozon với xúc tác của một oxit kim loại cụ thể. Hơn nữa, vật liệu xúc tác từ quặng mangan rất sẵn có trong tự nhiên và chi phí thấp, nhất
là ở Việt Nam. Từ các lý do trên, trong luận án này, quặng mangan được sử dụng như chất xúc tác dị thể cho quá trình Ozon trong xử lý các chất hữu cơ nước rỉ rác. Loại vật liệu này có thể cải thiện hiệu quả xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác bằng Ozon, Perozon. Đây cũng là nghiên cứu đầu tiên sử dụng quặng mangan làm chất xúc tác dị thể cho quá trình ozon hóa nước rỉ rác.
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁ P NGHIÊN CỨ U
2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu:
- Các chất hữu cơ trong nước rỉ rác (đánh giá thông qua các thông số độ màu, COD, TOC và BOD5).
Nước rỉ rác được lấy tại mương thu gom nước rỉ rác gần cống đổ ra hồ điều
hòa khu liên hiệp xử lý chất thải rắn Nam Sơn – Sóc Sơn (thành phố Hà Nội).
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ trong nước rỉ rác ở quy mô phòng thí nghiệm.
Các thí nghiệm được thực hiện tại viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Bảng 2.1 Tổng hợp kết quả phân tích nước rỉ rác được lấy tại Nam Sơn trước xử lý qua các đợt thí nghiệm.
Bảng 2.1. Một số đặc tính nước rỉ rác thí nghiệm
Đơn vị | Giá trị | |
pH | - | 7,87 – 8,52 |
Độ màu | Pt-Co | 2.025 – 6.060 |
COD | mg/l | 2.178 – 6.630 |
BOD5 | mg/l | 601 – 2.332 |
BOD5/ COD | - | 0,27 – 0,35 |
TOC | mg/l | 855 – 2.145 |
Nitơ tổng | mg/l | 724 – 1.806 |
NH4+ | mg/l | 670 – 1.668 |
NO3- | mg/l | 4,304 – 14,360 |
NO2- | mg/l | 0,409 – 2,366 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Đặc Trưng Thành Phần Nước Rỉ Rác Ở Một Số Thành Phố Việt Nam -
Ưu Và Nhược Điểm Của Ozon Hoá Trong Xử Lý Nước Và Nước Thải Ưu Điểm: -
Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp bằng phương pháp ozon hóa - 6 -
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
Xem toàn bộ 224 trang tài liệu này.
