Header Page of 126 TR Đ I H C QU C GIA HÀ N I NGăĐ I H C KHOA H C T NHIÊN ======= HOÀNGăVĔNăTÚ NGHIÊN C U TI N X LụăN C R RÁC C A BÃIăRÁCăNAMăS N BẰNG KEO T ĐI N HÓA LU NăVĔNăTH CăSĨăKHOAăH C Hà N i - 2016 Footer Page of 126 Header Page of 126 TR Đ I H C QU C GIA HÀ N I NGăĐ I H C KHOA H C T NHIÊN ======= HOÀNGăVĔNăTÚ NGHIÊN C U TI N X LụăN C R RÁC C A BÃIăRÁCăNAMăS N BẰNG KEO T ĐI N HÓA Chuyên ngành: Hóa môi tr Mã s : 60440120 ng LU NăVĔNăTH CăSĨăKHOAăH C Ng iăh ng d n khoa h c: TS Lê Thanh Sơn TS Trần Đình Trinh Hà N i ậ 2016 Footer Page of 126 Header Page of 126 L I C Mă N Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành c m ơn TS Lê Thanh Sơn TS Trần Đình Trinh giao đề tài tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình làm luận văn Em xin c m ơn thầy cô, anh chị b n phòng thí nghiệm môn Hóa Môi trường – Trường Đ i học Khoa học tự nhiên - ĐảQẢảN giúp đỡ t o điều kiện cho em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin c m ơn thầy cô, anh chị phòng Công nghệ Hóa – Lý môi trường lãnh đ o Viện công nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam t o điều kiện sở vật chất, tinh thần cho em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Cuối em xin gửi lời cám ơn đến gia đình, b n bứ, đồng nghiệp người tin tưởng, ng hộ em Giúp em hoàn thành luận văn c a Em xin chân thành c m ơn! Hà Nội, tháng ỉăm 2017 Học viên ảỊàỉg Văỉ Tú Footer Page of 126 Header Page of 126 Hoàng Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 M CL C M C L C DANH M C B NG DANH M C HÌNH DANH M C CÁC T VI T T T M Đ U CH NG T NG QUAN .3 1.1 T ng quan v n c r rác 1.1.1 Đặc điểm nước rỉ rác .3 1.1.2 Các phương pháp xử lý nước rỉ rác .11 1.1.3 Một số công trình nghiên c u xử lý nước rỉ rác 13 1.2 Ph ng pháp keo t n hoá .18 1.2.1 Định nghĩa, chế 18 1.2.2 Đặc điểm c a phương pháp keo tụ điện hoá 20 1.2.3 ng dụng keo tụ điện hoá xử lý môi trường 21 CH NG TH C NGHI M VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U 25 2.1 Thi t b hóa ch t .25 2.1.1 Thiết bị 25 2.1.2 Hóa chất 25 2.2 H thí nghi m keo t n hóa 25 2.2.1 S đồ hệ thiết b thí ỉghiệm 25 2.2.2 Bể điệỉ hóa 27 2.2.3 Điệỉ cực 28 2.2.4 Nguồỉ chiều 28 2.2.5 Kẹị điệỉ cực 29 2.3.ăĐ i t ng n i dung nghiên c u .29 2.3.1 Đối tượng nghiên c u .29 2.3.2 Nội dung nghiên c u 30 2.3.2.1 Nghiên c u nh hưởng c a cường độ dòng điện đến trình KTĐả 31 2.3.2.2 Nghiên c u nh hưởng c a pả đến hiệu qu c a trình KTĐả 31 2.3.2.3 Nghiên c u nh hưởng c a d ng điện cực anot tới hiệu qu c a trình KTĐả .32 Footer Page of 126 Header Page of 126 Hoàng Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 2.4 Các phương pháp phân tích 32 CH NG K T QU VÀ TH O LU N 35 3.1.ăĐặcăđiểm n c r rác Nam S n 35 3.2 nh h ng c a m t s y u t đ n hi u qu c aăquáătrìnhăKTĐH 37 3.2.1 nh hưởng c a cường độ dòng điện 37 3.2.2 nh hưởng c a pH 41 3.3.3 nh hưởng c a b n chất điện cực anot 45 3.3.ăĐánhăgiáătiêuăth nănĕngăc a trình keo t n hóa 48 K T LU N 51 TÀI LI U THAM KH O 52 PH L C 57 Footer Page of 126 Header Page of 126 Hoàng Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 DANH M C B NG B ng 1.1 Đặc điểm nước rỉ rác bãi chôn lấp chất th i rắn .4 B ng 1.2 Thành phần nước rỉ rác số BCL Châu M̃ Châu Âu B ng 1.3 Thành phần nước rỉ rác số BCL Châu Á B ng 1.4 Đặc trưng thành phần nước rỉ rác số thành phố Việt Nam 10 B ng 1.5 Các phương pháp xử lý nước rỉ rác 12 B ng 3.1 Đặc điểm c a nước rỉ rác Nam Sơn 34 B ng 3.2 Một số thông số đầu vào c a nước rỉ rác c a bãi Nam Sơn .35 B ng 3.3 Các đặc điểm c a mẫu nước rỉ rác đầu vào từ bãi chôn lấp rác Nam Sơn 36 B ng 3.4 Giá trị COD c a nước rỉ rác trình thực KTĐả 36 B ng 3.5 nh hưởng c a cường độ dòng điện đến kh xử lý NH4+ 38 B ng 3.6 nh hưởng c a cường độ dòng điện đến kh xử lý NO3- 39 B ng 3.7 nh hưởng c a pH tới kh xử lý COD 40 B ng 3.8 nh hưởng c a pả đến kh xử lý NH4+ 42 B ng 3.9 nh hưởng c a pả đến kh xử lý NO3- 43 B ng 3.10 nh hưởng c a d ng điện cực anot 44 B ng 3.11 Năng lượng tiêu thụ xử lý nước rỉ rác keo tụ điện hoá .47 Footer Page of 126 Header Page of 126 Hoàng Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 DANH M C HÌNH Hình 1.1 Quá trình keo tụ t a 18 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý c a phương pháp KTĐả xử lý nước th i .19 ảình 2.1 Máy đo pả 26 Hình 2.2 Máy khuấy từ gia nhiệt 26 Hình 2.3 Sơ đồ thí nghiệm keo tụ điện hoá 27 Hình 2.4 Cấu t o bể điện hóa 28 ảình 2.5 Điện cực sắt nhôm dùng thí nghiệm 28 Hình 2.6 Nguồn chiều 29 Hình 2.7 Tám kẹp điện cực 29 Hình 3.1 nh hưởng c a cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý COD 37 Hình 3.2 nh hưởng c a cường độ dòng điện đến kh xử lý Amoni .39 Hình 3.3 nh hưởng c a cường độ dòng điện đến kh xử lý NO3- .40 Hình 3.4 nh hưởng c a pả đến kh xử lý COD .41 Hình 3.5 nh hưởng c a pả đến kh xử lý Amoni 42 Hình 3.6 nh hưởng c a pH tới kh xử lý NO3- .43 Hình 3.7 nh hưởng c a lo i điện cực đến kh xử lý COD 44 Hình 3.8 nh hưởng c a lo i điện cực đến kh xử lý Amoni 45 Hình 3.9 nh hưởng c a d ng điện cực đến kh xử lý NO3- 46 ảình 3.10 Điện tiêu thụ kh xử lý c a trình keo tụ điện hoá .48 ảình 3.11 Điện tiêu thụ để xử lý kg COD trình keo tụ điện hoá 48 Footer Page of 126 Header Page of 126 Hoàng Văn Tú Hóa môi tr DANH M C CÁC T ng - K25 VI T T T AOPs Advanced Oxidation Processes – Các trình oxi hóa tiên tiến BCL Bãi chôn lấp RTSH Rác th i sinh ho t BTNMT Bộ Tài nguyên Môi tr BOD Biological Oxygen Demand – Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học DT- Module Module màng thẩm thấu ng DOC Cacbon hữu hòa tan NXB Nhà xuất b n MIEX Trao đ i ion từ tính QCVN Quy chuẩn kỹ thuật qu c gia KTĐH Keo t điện hóa RO Màng thẩm thấu ng SBR Sequencing Batch Reactor – Bể ph n ứng theo mẻ SMEWW Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater SS Suspended Solids - Chất rắn lơ lửng TCVN Tiêu chuẩn Việ Nam TOC Total Organic Carbon – T ng cacbon hữu UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket - Bể xử lý sinh học dòng ch y ng ng c d ng đĩa- ng c c qua tầng bùn kỵ khí UF Ultrafitration membrane – Màng siêu lọc URENCO Công ty trách nhiệm hữu h n thành viên môi tr Nội UV Footer Page of 126 Ultraviolet - tia tử ngo i ng đô thị Hà Header Page of 126 Hoàng Văn Tú Hóa môi tr M ng - K25 Đ U Hiện với phát triển xã hội đ i s ng nhân dân dần đ c i thiện nhu cầu tiêu dùng ngày tăng, dẫn đến l c ng rác th i phát th i ngày nhiều, đặc biệt rác th i sinh ho t (RTSH) đư tăng trung bình kho ng 10% năm T i Việt Nam, hầu hết rác th i sinh ho t đ c đ a tới bãi chôn lấp (BCL) để xử lý, nh ng l i t n t i khó khăn không nh việc xử lý n ớc rỉ rác từ ô chôn lấp N ớc rỉ ŕc th ng chứa hàm l ng lớn ćc chất hữu hoà tan, ion vô cơ, ion kim lo i nặng Mặt khác tính chất n ớc rỉ rác thay đ i theo lo i chất th i rắn mà thay đ i theo tu i bãi chôn lấp theo mùa năm, khó kiểm soát xử lý [27] Nếu n ớc rỉ ŕc ph́t th i trực tiếp vào môi tr ô nhiễm môi tr ng mà không đ c xử lý kiểm soát chặt chẽ gây ng nghiêm trọng Việt Nam nay, phần lớn tỉnh thành đư thực công tác thu gom chôn lấp chất th i rắn sinh ho t, s s l tuân thủ quy chuẩn chôn lấp n ớc rỉ ŕc ph́t sinh đ lớn khu vực ch a đ đ ng nh BCL c xử lý, l i phần c phân lo i chôn lấp quy định Chất th i rắn c tập h p từ ngu n khác nên thành phần đa d ng, th ng chứa chất hữu khó phân hủy độc h i Chính vậy, vấn đề xử lý kiểm soát n ớc rỉ rác toán khó gi i lý n ớc rỉ rác phần lớn khu vực Hệ th ng xử nhiều BCL đư vào ho t động nh ng ch a đ t đ c hiệu qu cao Nhiều hệ th ng sau th i gian ho t động đư ph i c i t o nhiều lần [2] Vì vậy, việc nghiên cứu công nghệ xử lý mới, đ t hiệu qu t t thay công nghệ cũ l c hậu cần đ c tiến hành Để xử lý hiệu qu n ớc rỉ rác, ph i x́c định rõ thành phần độc h i cần xử lý Theo tác gi Trần M nh Tŕ (2007) [17], xử lý n ớc rỉ rác cần tập trung vào gi i pháp xử lý hai thành phần b n chính, thứ nhất: chất ô nhiễm hữu n ớc rỉ ŕc, đặc biệt chất hữu khó phân hủy, h p chất humic nh ax́t fulvic ax́t humic Thứ 2: chất ô nhiễm vô n ớc rỉ rác, chủ yếu amoniac (NH3) d ới d ng ion amoni (NH4+) n ớc rỉ rác có hàm l ng cao Footer Page of 126 Header Page 10 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 Vì cần nghiên cứu tìm công nghệ thích h p để xử lý hết l ng n ớc rỉ ŕc t n đọng, c i t o l i hệ th ng xử lý n ớc rỉ rác hữu, không ngừng nghiên cứu công nghệ để xử lý n ớc rỉ rác BCL t ơng lai Với m c đ́ch b ớc đầu tiến hành nghiên cứu tiền xử lý n ớc rỉ rác nhằm làm gi m hàm l ng chất ô nhiễm, chất độc h i với n ng độ cao xu ng n ng độ thấp nhằm m c đ́ch ph c v cho công nghệ xử lý phía sau đ t hiệu qu hơn, nghiên cứu lựa chọn ph ơng ph́p keo t điện hóa (KTĐH) để thực đề tài: “Nghiên c u tiền xử lý ỉ ớc r rác c a bãi rác Nam S ỉ keo tụ điện hóa” Đề tài thuộc nhánh nh đề tài “Nghiên cứu xử lý n ớc rỉ rác ph ơng ph́p keo t điện hóa kết h p lọc sinh học” Viện Hàn Lâm Khoa học công nghệ Việt Nam thực năm năm 2016 2017 Footer Page 10 of 126 Header Page 23 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr g/m3 th i gian ozon hóa hiệu qu 10 phút, đ ng - K25 c chọn để xử lý sơ n ớc th i tr ớc vận hành trình lọc màng Torres-Socías cộng [36] đư nghiên cứu sử d ng kết h p ćc qú trình vật lý-hóa-sinh học để xử lý n ớc rỉ bãi rác, bao g m giai đo n vật lý-hóa học sơ trình oxy hóa nâng cao (AOPs) Fenton quang hóa cu i phân hủy sinh học Kết qu thu đ c cho thấy kết h p công nghệ xử lý hiệu qu mẫu n ớc rỉ rác có t i trọng hữu cao (COD kho ng 40 g/l DOC 15 g/l) : giai đo n đầu đư làm gi m 17% hàm l ng hữu bền, sau thực trình Fenton quang hóa (Fe mM) kho ng th i gian 11 gi đư vô hóa ćc chất ô nhiễm hữu thành ćc chất phân hủy sinh học, với tỷ lệ khoáng hóa 27% tiêu th 22 g H2O2/l T ng chi ph́ để xử lý m3 n ớc rỉ c ớc tính kho ng 40 €/m3 ŕc đ Singh cộng [33] đư tiến hành thí nghiệm để đ́nh gí t́nh hiệu qu keo t (FeCl3) trao đ i ion từ t́nh (MIEX) tr ớc sử d ng thẩm thấu ng c (RO) màng lọc nano (NF) xử ĺ n ớc rỉ ŕc N ớc rỉ rác từ ba BCL khác đ c thu thập với tỷ lệ BOD/COD n định kho ng 0,02 -0,11 Kết qu nghiên cứu cho thấy ph ơng ph́p keo t FeCl3 MIEX lần l t làm gi m t i đa 71% 34% cacbon hữu hòa tan (DOC) , 94% 48% chất hữu hấp th UV-254 N ng độ t i u FeCl3 MIEX phù h p để xử lý sơ n ớc rỉ rác tr ớc xử lý trình màng lần l đ t 22 mM ml/l N ớc rỉ rác sau c tiền xử lý (bằng keo t FeCl3 MIEX) sau đ màng lọc RO NF, kết qu cho thấy thông l tiền xử lý nh thông l c qua hệ th ng ng thấm đ i với n ớc rỉ ŕc đư đ ng thấm đ i với n ớc rỉ ŕc thô (ch a đ c c tiền xử lý), nguyên nhân đư có biến đ i đặc điểm n ớc rỉ ŕc, đặc biệt pH tăng lên sau tiền xử lý Top cộng [35] đư nghiên cứu xử lý n ớc rỉ rác nhà máy t i Istanbul (Th Nhĩ Kỳ) ph ơng ph́p KTĐH kết h p với lọc màng nano N ng độ trung bình COD, Nitơ t ng (TN) amoni n ớc rỉ ŕc ban đầu có giá trị lần l t 6200, 587,5 110 mg/l Kết qu nghiên cứu cho thấy c 15 Footer Page 23 of 126 ng độ dòng Header Page 24 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 điện h p lý 15,9 mA /cm2 th i gian xử lý h p lý 30 phút làm gi m t i đa COD, màu sắc, lo i b ph t pho, t ơng ứng 45%, 60% 91,8% 1.1.3.2 Một số công trình nghiên c u nước Nhìn chung nghiên cứu xử lý n ớc rỉ ŕc n ớc chủ yếu tập trung vào công nghệ sinh học, gần bắt đầu có công trình nghiên cứu sử d ng ćc ph ơng ph́p oxy hóa nâng cao nh Fenton, Ozon Hầu hết nghiên cứu xử lý n ớc rỉ rác qua nhiều giai đo n nh Keo t - T o phức – Fenton –Perozon, fenton nhiều bậc, UV/fenton, hầu hết hiệu qu xử lý ch a cao, kể s công trình tiêu biểu nh : Tô Thị H i Yến công [10] đư nghiên cứu tuần hoàn n ớc rỉ rác phân hủy vi sinh môi tr thiểu ô nhiễm môi tr ng sunphat chôn lấp rác th i sinh ho t giúp gi m ng n ớc rỉ rác Tô Thị H i Yến đ ng nghiệp [11] với công trình ”Thúc đẩy nhanh trình phân hủy vi sinh ŕc n ớc rỉ rác thay đ i chế độ vận hành môi tr ng hóa học BCL” đư cho thấy, chôn lấp rác th i sinh ho t có thành phần lignin tới 15,2% trọng l metan l i kinh tế môi tr ng khô làm phát th i khí ng Với việc b sung thêm môi tr ng sunphat nhằm t o điều kiện để phân hủy thành phần hữu thể rắn rác chuyển sang d ng l ng n ớc rỉ ŕc, vô hóa thành phần chất hữu khó phân hủy sinh học n ớc rỉ ŕc Trong môi tr ng sunphat, hệ th ng thực phát huy tác d ng từ ngày thứ 95 chu trình chôn lấp rác Ngoài nhóm tác gi đư cho thấy việc tuần hoàn n ớc rỉ rác t o kh oxy hóa- khử m nh cho môi tr ng phân hủy vi sinh chất hữu ŕc hữu thể l ng thể rắn vô hóa chất Nguyễn H ng Khánh [2] đư nghiên cứu so sánh công nghệ n ớc xử lý n ớc rỉ ŕc, s t́c gi đư đề xuất công nghệ xử lý n ớc rỉ rác cho BCL địa bàn thành ph Hà Nội Từ nghiên cứu này, tác gi đề xuất công nghệ xử lý n ớc rỉ rác cho BCL Nam Sơn với đ i t ng n ớc rỉ ŕc cũ áp d ng kỹ thuật SBR c i tiến (vừa mang tính mẻ giai đo n nh ng l i vận hành liên t c) giai đo n cu i oxy hóa fenton 16 Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 Trần M nh Trí [7] đư ́p d ng qú trình oxy hóa nâng cao (AOPs) để xử lý n ớc rỉ ŕc đư qua xử lý sinh học nhà máy xử lý n ớc rỉ rác Gò Cát Tác gi đư sử d ng trình Keo t -T o phức-Fenton-Perozon để xử lý n ớc rỉ rác sau phân hủy sinh học kỵ khí bể UASB (COD 5.424 mg/l) Cát Quá trình keo t /Fenton đ hệ th ng xử lý n ớc rỉ rác Gò c thực cách b sung polyferic sunphat (300 mg Fe3+/l) sau khuấy nhanh b sung tiếp 500 mg H2O2/l vào khuấy chậm 120 phút Vói trình xử lý này, hiệu suất xử lý COD cao (đ t 76%) Sau trình Keo t - T o phức- Fenton, n ớc rỉ rác tiếp t c đ lý đ c xử lý Perozon đư xử c 97% chất hữu n ớc rỉ rác Tr ơng Quý Tùng cộng [9] đư nghiên cứu xử lý n ớc rỉ rác phát sinh từ BCL Thủy Tiên – Thừa Thiên Huế t́c nhân UV/Fenton N ớc rỉ rác có tỷ lệ BOD5/COD = 0,16± 0,2 Tác gi đư xử lý n ớc rỉ rác tác nhân Fenton với hỗ tr đèn UV (200-275 nm, 40W) đ ứng để sử dung t i đa l lo i b đ c b trí ngập vào thiết bị ph n ng đèn Kết qu cho thấy, trình c 71% COD 90% độ màu n ớc rỉ rác pH ~ 3, n ng độ H2O2 125 mg/l, n ng độ Fe2+ 50 mg/l, sau th i gian ph n ứng gi Ngoài ra, kh phân hủy sinh học n ớc rỉ rác sau xử lý đư tăng đ́ng kể, tỉ lệ BOD5/COD tăng từ 0,15 lên 0,46 Nguyễn Văn Ph ớc cộng [5] đư nghiên cứu xử lý n ớc rỉ rác trình Fenton bậc (COD đầu vào 665 mg/l, H2O2 750 mg/l, t ng phèn sắt ba bậc 3.750 mg/l, th i gian ph n ứng phút) hiệu suất xử lý COD đ t 87,5% Các tác gi đư nhận định công nghệ xúc tác ph n ứng fenton theo bậc sử d ng H2O2 triệt để để t o g c OH●, nâng cao hiệu qu xử lý COD, rút ngắn th i gian xử lý n ớc rỉ rác Hoàng Ngọc Minh [4] đư nghiên cứu xử lý n ớc rỉ rác BCL chất th i rắn Nam Sơn – Sóc Sơn trình Ozon Perozon, sử d ng ngu n O3 với máy phát công suất 4,5 g O3/gi , n ng độ H2O2 mà 1.000-3.000 mg/l Với n ớc rỉ rác có COD độ màu đầu vào t ơng ứng 455 mg/l 397 Pt-Co, sau 60 phút xử lý Perozon, hiệu suất đ t t ơng ứng 41% 58% Theo nghiên cứu tác gi pH thích h p cho qú trình ozon hóa n ớc rỉ rác kho ng 8-9,5 17 Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 Hoàng Thị Thu Hiền [1] đư sử d ng UV/Ozon để xử lý n ớc rỉ rac Kết qu thu đ c điều kiện phòng thí nghiệm xử lý n ớc rỉ rác từ BCL Nam Sơn cho thấy, sau keo t , tác gi đư x́c định đ c điều kiện thích h p đ t đ c t i pH = 7,5 th i gian ph n ứng 100 phút; hiệu suất xử lý COD độ màu n ớc rỉ ŕc đ t t ơng ứng 26% 64% với hệ Ozon 35%, 82% với hệ UV/O3 Trịnh Văn Tuyên cộng [6] đư áp d ng qú trình ozon hóa làm gi m hàm l ng ćc chất hữu khó phân hủy xử lý n ớc rỉ ŕc BCL chất th i rắn Tập thể t́c gi đư tìm đ c điều kiện th́ch h p để ozon hóa Perozon có hiệu qu n ớc rỉ ŕc nh sau: pH – 9, hàm l ng H2O2 2.000 mg/l, th i gian ph n ứng đ i với hệ Ozon 100 phút hệ Perozon 80 phút để nâng cao hiệu qu xử lý cần tăng t ơng t́c ozon với ćc chất hữu n ớc rỉ ŕc đệm sứ có bề mặt riêng lớn 1.2 Ph ngăphápăkeoăt n hoá 1.2.1 Đ ỉh ỉghĩa, c chế Ph ơng ph́p keo t t o ph ơng ph́p hóa lý đ rãi xử lý n ớc th i nhằm xử lý màu n ớc, lo i b chất rắn c sử d ng rộng d ng lơ lửng, chất hòa tan…bằng chất keo t (phèn nhôm Al2(SO4)3 phèn sắt FeCl3 hay FeSO4) chất tr keo t nh polymer, PAC…t o nên cặn có kích th ớc lớn lắng xu ng đ́y Hình 1.1 Quá trình keo tụ t a Trong keo t hóa học sử d ng trực tiếp chất keo t nh : Al2(SO4)3, FeSO4, FeCl3 cho vào n ớc để t o nên cặn có ḱch th ớc lớn lắng 18 Footer Page 26 of 126 Header Page 27 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 xu ng đ́y KTĐH qú trình điện hóa học, sử d ng dòng điện để ăn mòn điện cực d ơng (th ng nhôm sắt) để gi i phóng chất có kh keo t (cation Al3+ Fe2+) vào môi tr ng n ớc th i : Al  Al3+ + 3eFe  Fe2+ + 2eĆc cation đ c t o thành ph n ứng với ion OH- có mặt n ớc hình thành hydroxit nhôm hay sắt [1] theo ćc PTP sau: Al3+ + 3OH-  Al(OH)3 Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2 catot x y trình khử n ớc t o thành bọt khí Hydro [15]: H2O + 2e-  H2 + 2OHCác hydroxit kim lo i tham gia vào ph n ứng polymer hóa: Al(OH)3  (OH)2Al-O-Al(OH)2 + H2O Fe(OH)2  (OH)Fe-O-Fe(OH) + H2O Các polyme lo i b chất ô nhiễm tan không tan b i trình hấp ph , t o phức hay kết tủa [16] Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý c a phương pháp KTĐả xử lý nước th i 19 Footer Page 27 of 126 Header Page 28 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 Hiệu qu trình KTĐH ph thuộc nhiều vào b n chất điện cực, th i gian điện phân, c ng độ dòng điện, pH, độ dẫn điện dung dịch: - Các d ng điện cực đ c sử d ng ph biến sắt nhôm, theo ćc kết qu nghiên cứu Bouhezila cộng [13], Ilhan cộng [19] điện cực Al xử lý độ đ c, chất màu NH4+ hiệu qu điện cực Fe Kết qu nghiên cứu Li cộng [24] cho thấy điện cực Fe l i xử lý COD hiệu qu điện cực Al - Theo định luật Faraday, th i gian điện phân lớn, l sinh ng ion kim lo i điện cực nhiều, kh lo i b chất ô nhiễm trình KTĐH cao, nhiên th i gian điện phân lâu tiêu t n l ng [24] - Cũng theo định luật Faraday, l c ng ion kim lo i t o ng độ dòng điện ́p đặt điện cực, tăng c anot tỷ lệ thuận với ng độ dòng điện, trình KTĐH hiệu qu [37] - Tùy thuộc vào độ pH dung dịch mà ion Al3+, Fe2+ hình thành chất keo t khác Sự thủy phân ion Al3+ hình thành ion Al(H2O)63+, Al(H2O)52+ , Al(H2O)42+, sau từ ion hình thành monome polyme nh : Al(OH)2+, Al(OH)2+ , Al2(OH)24+, Al(OH)4-, Al6(OH)153+, Al7(OH)174+,…[3] T ơng tự, thủy phân ion Fe2+ hình thành monome Fe (OH)3 phức polymer nh Fe(H2O)63+, Fe(H2O)5(OH)2+, Fe(H2O)4(OH)2+, Fe2(H2O)8(OH)24+ , Fe2(H2O)6(OH)44+,…[27] 1.2.2 Đặc điểm c a ịh ỉg ịháị keỊ tụ điệỉ hỊá Ph ơng ph́p keo t điện hó có ćc đặc điểm nh sau: - Dòng điện đ c sử d ng ph ơng ph́p keo t điện hó dòng điện chiều - Ćc điện cực d ơng đ c sử d ng th giá trị pH đặc tính n ớc th i tr cực làm điện cực d ơng 20 Footer Page 28 of 126 ng sắt nhôm Tuỳ vào ng h p c thể mà x́c định xem điện Header Page 29 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr - Th i gian l u n ớc, c ng - K25 ng độ dòng điện, hiệu điện thể hiệu suất vận hành bể có m i quan hệ chặt chẽ với - Hệ th ng điện cực đ c đặt ngập n ớc th i, để đ m b o kh tiếp xúc bọt khí chất ô nhiễm t t - Bể keo t điện hoá ho t động điều kiên n p n ớc th i đầu vào liên t c ho t động điều kiện n ớc th i đ c n p lần (theo mẻ) Theo Hold cộng (2004), keo t điện hó ph ơng ph́p giao thoa ba qú trình: điện hoá học, tuyển n i điện phân, keo t Một s u điểm trình keo t điện hoá: - Thết bị dùng bể keo t điện hoá đơn gi n, dễ dàng vận hành - Bông cặn đ c hình thành dễ dàng, có kh cô đặc bùn t t - Có thể lo i b nhiều thành phần kh́c n ớc th i nh : chất rắn lơ lửng nh , độ màu, độ đ c, kim lo i nặng có n ớc th i - Có thể lo i b kho ng 95 – 99% kim lo i nặng n ớc th i (Hold cộng (2004)) - Bọt khí sinh trình tuyển n i nâng theo chất lơ lửng, cặn lên bề mặt bể để lo i b dễ dàng thiết bị g t váng - Có thể lo i b đ c ćc ion hoà tan n ớc th i t o thuận l i cho trình keo t - Không sử d ng hoá chất nên không gây d thừa hoá chất, t n hoá chất để trung hoà 1.2.3 ỉg dụỉg keỊ tụ điệỉ hỊá trỊỉg xử lý môi tr ờỉg 1.2.3.1 Các công trình ng dụng quốc tế Theo kết qu nghiên cứu Ilhan cộng [19], Khandegar Saroha [21], tăng độ dẫn điện dung dịch điện phân t i u hóa l ng tiêu th gi m th i gian xử lý KTĐH Nh trình KTĐH bao g m nhiều t ph n ứng hóa học khác Sự kết h p t ng hóa lý, ng khác làm cho trình lo i b chất ô nhiễm hữu vô n ớc hiệu qu [16] Ngoài 21 Footer Page 29 of 126 Header Page 30 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr KTĐH lo i b hiệu qu chất có phân tử l th ng - K25 ng lớn [37], chất ng có mặt n ớc rỉ rác, khó bị phân hủy trình sinh học Nghiên cứu ứng d ng ph ơng ph́p KTĐH xử lý n ớc ô nhiễm đư đ c nhiều nhóm nghiên cứu giới tiến hành, kể s công trình tiêu biểu nh sau: Butler cộng [14] đư KTĐH có kh xử lí màu, nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) đ t hiệu qu cao quy trình xử ĺ nhanh hơn, hiệu qu ph ơng ph́p keo t hóa học truyền th ng; t n so với ćc ph ơng ph́p xử ĺ kh́c nh tia cực t́m (UV) ozone Do ph ơng ph́p KTĐH đ c sử d ng để xử lí lo i n ớc th i nhiều lĩnh vực, bao g m c công nghiệp, nông nghiệp sinh ho t Shruthi cộng [31] đư nghiên cứu xử ĺ Asen n ớc ngầm ph ơng ph́p KTĐH với cực d ơng sắt Các kết qu thu đ c từ mẫu n ớc ngầm giàu Asen cho thấy việc lo i b hiệu qu đ t đ 6V, th i gian c điện phân 15 phút , n ng độ Asen n ớc sau xử ĺ đ t tiêu chuẩn n ớc u ng quy định 0,01 mg /L, pH dao động ph m vi tiêu chuẩn n ớc u ng 6,5 đến 8,5 Đây ph ơng ph́p có hiệu qu , t ơng đ i nhanh chóng s ch so với ph ơng ph́p thông th ng khác, chẳng h n nh keo t hóa học Nhóm nghiên cứu Yang [41] đư nghiên cứu xử ĺ độ đ c dầu t ng h p ph ơng ph́p KTĐH sử d ng điện cực sắt kim lo i Bằng cách thêm NaCl n ng độ100 mg/L vào để tăng độ dẫn ion ngăn chặn th động ćc điện cực sắt, giọt dầu đ c hấp th vào hydroxit sắt cao phân tán Fe (OH)3 kết tủa Bùn giàu dầu m t o ho t động sau đ t o thành lớp màng đ c th n i lên bề mặt c lo i vớt b Quá trình xử lí làm gi m độ đ c nhũ t ơng từ 1800 xu ng 60 đơn vị FAU kho ng phút Điện phân liên t c với c ng độ dòng điện 2A l u l ng 320 mL/phút, sau xử ĺ độ đ c gi m xu ng mức d ới 14 FAU Kuokkanen cộng [23] đư nghiên cứu xử lý n ớc thoát từ bãi than bùn chứa h p chất humic ph ơng ph́p KTĐH, sử d ng ćc điện cực Fe, Al thép không gỉ Kết qu cho thấy Photpho t ng, chất lơ lửng, chất màu 22 Footer Page 30 of 126 Header Page 31 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 bị lo i b hoàn toàn, Nitơ t ng lo i b 33-41%, COD 75-90% COD/TOC 62-75% Ezechi cộng [17] đư nghiên cứu lo i b Bo kh i n ớc th i thăm dò dầu kh́ kh́ đ t Kết qu nghiên cứu cho thấy Bo đư bị lo i b hiệu qu trình KTĐH ćc điều kiện t i u: pH = 7, điện l ng 2400 Ah/m3, kho ng cách ćc điện cực 0,5 cm th i gian điện phân 90 phút Fajardo cộng [18] đư nghiên cứu lo i b h p chất phenol kh i n ớc th i trình KTĐH sử d ng điện cực Zn ćc điều kiện t i u: pH n ớc th i 3,2; mật độ dòng điện 250A/m2, kho ng cách điện cực 1,0 cm, b sung 1,5 g/L dung dịch NaCl lo i b kho ng 84,2% h p chất phenol, 40,3% COD kh i n ớc th i Nhóm tác gi đ́nh gí mức độ tiêu th l ng cho việc xử lý kho ng 24 kWh/m3 Un cộng [38] đư nghiên cứu lo i b ion F- n ớc n ớc th i ph ơng ph́p keo t , kết qu cho thấy kh lo i b F- điện cực Al cao sử d ng điện cực Fe có t o thành phức AlnFm(OH)(3n-m) Việc lo i b F- đ c c i thiện ćch tăng mật độ dòng điện, pH giữ để gi m mức tiêu th l mức ~ ng b sung Na2SO4 để tăng độ dẫn điện dung dịch Tuy nhiên b sung mu i l i làm gi m hiệu suất xử lý F- Việc lo i b F- kh i n ớc để đ t tiêu chuẩn WHO (1,2 mg/l) l ng tiêu th t ơng đ i thấp, th i gian xử lý cần phút 1.2.3.2 Các công trình ng dụng nước Tình hình nghiên cứu ćc ph ơng ph́p điện hóa nói chung, KTĐH nói riêng xử lý n ớc ô nhiễm n ớc ta ch a ph biến, có s công trình nghiên cứu nh : Luận văn th c sỹ Đinh Tuấn ‘Nghiên cứu xử lý n ớc th i dệt nhuộm ph ơng ph́p keo t -tuyển n i điện hóa với anot hòa tan nhôm, sắt’, t́c gi đư lần l t nghiên cứu nh h môi tr ng mật độ dòng điện, vai trò mu i điện ly, pH ng, nhiệt độ, kho ng cách điện cực, dòng ch y-s c khí-khuấy trộn đến trình KTĐH xử lý chất màu ‘blach RBS’, ‘Indathrent Olivent’, ‘Indathrent Red’ Remazol’ n ớc tìm đ 23 Footer Page 31 of 126 c điều kiện thí nghiệm thích Header Page 32 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 h p cho trình xử lý chất màu : mật độ dòng điện 0,5-1 A/dm2, n ng độ NaCl ≤ g/l, pH kho ng 6,5-8,5, kho ng ćch điện cực 1-2 cm, nhiệt độ kho ng 35°C [8] Tác gi Võ Anh Khuê, Đ i học Đà Nẵng với công trình ‘Nghiên cứu ph ơng pháp KTĐH kết h p với vi điện hóa để xử lý ion kim lo i nặng florua n ớc th i’ [3] đư sử d ng ph ơng ph́p KTĐH với điện cực anot Al kết h p với trình vi điện hóa bề mặt h t Fe-C để xử lý ion kim lo i nặng nh Pb2+, Zn2+, Cu2+ ion F- n ớc th i Kết qu đư điều kiện t i u cho qú trình xử lý : pH = 5, th i gian xử lý 30 phút, kh i l ng h t Fe-C 60g, kích th ớc h t Fe-C 20-27 mesh, điện ́p 5V, n ớc th i sau xử lý có d l ion Pb2+, Zn2+, Cu2+ F- lần l ng n ng độ t 0,118 ; 0,369 ; 0,112 2,986 mg/l, đ t quy chuẩn n ớc th i công nghiệp QCVN 24:2009/ BTNMT cột B đ i với Pb2+ cột A đ i với ion l i 24 Footer Page 32 of 126 Header Page 33 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 TÀI LI U THAM KH O Tài li u ti ng vi t [1] Hoàng Thị Thu Hiền (2012) “Nghiên c u xử lý nước rác k̃ thuật oxy hóa nâng cao kết hợp Ozon UV” Luận văn Th c sỹ Môi tr ng Tr ng ĐHBK Hà Nội Hà Nội [2] Nguyễn H ng Khánh Lê Văn Ćt T Đăng Toàn Ph m Tuấn Linh (2009) “Môi trường bãi chôn lấp chất th i k̃ thuật xử lý nước rác” NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [3] Võ Anh Khuê (2014) “Nghiên c u phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp với vi điện hóa để xử lý ion kim lo i nặng florua nước th i” T p chí Khoa học Công nghệ Đ i học Đà Nẵng s 7(80) 15-19 [4] Hoàng Ngọc Minh (2012) “Nghiên c u xử lý nước th i ch a hợp chất hữu khó phân h y sinh học phương pháp xử lý nâng cao” Luận án Tiến sĩ tr ng ĐHBK Hà Nội Hà Nội [5] Nguyễn Văn Ph ớc Võ Ch́ C ng (2007) “Nghiên c u nâng cao hiệu qu xử lý COD khó phân h y sinh học nước rỉ rác ph n ng fenton” T p chí phát triển khoa học công nghệ tập 10 71-78 [6] Văn Hữu Tập (2015) “Nghiên c u xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp phương pháp ozon hoá” Luận án tiến sĩ công nghệ môi tr ng Học viện Khoa học Công nghệ [7] Trần M nh Trí (2007) Báo cáo kết qu thực đề tài: “Áp dụng trình oxi hóa nâng cao (AOPs) để xử lý nước rỉ rác qua xử lý sinh học nhà máy xử lý Gò Cát thực hệ pilot 15-20 m3/ngày” Trung tâm công nghệ Hóa học Môi tr ng [8] Đinh Tuấn (2011) “Nghiên c u xử lý nước th i dệt nhuộm phương pháp keo tụ-tuyển điện hóa với anot hòa tan nhôm sắt” Luận văn Th c sỹ kỹ thuật Đ i học Đà Nẵng [9] Tr ơng Quý Tùng Lê Văn Tuấn Nguyễn Thị Khánh Tuyền Ph m Khắc Liệu (2009) “Xử lý nước rỉ rác tác nhân UV-fenton thiết bị gián đo n” T p chí khoa học Đ i học Huế tập 53 165-175 52 Footer Page 33 of 126 Header Page 34 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 [10] Tô Thị H i Yến Nguyễn Thế Đ ng Trịnh Văn Tuyên Trần Thị Thu Nga Ph m Thị Thu Hà Phan Thế D ơng Kosuke Kawai Saburo Matsui (2008) “Tuần hoàn nước rác phân h y vi sinh môi trường sunphat công nghệ chôn lấp rác th i sinh ho t giúp gi m thiểu ô nhiễm môi trường nước rỉ rác” T p chí Khoa học Công nghệ Viện Hàn lâm khoa học Công nghệ Việt Nam tập 46 s 6A 176 – 183 [11] Tô Thị H i Yến Trịnh Văn Tuyên (2010) “Thúc đẩy nhanh trình phân h y vệ sinh rác nước rỉ rác thay đổi chế độ vận hành môi trường hóa học bãi chôn lấp” Kỷ yếu Hội nghị môi tr ng toàn qu c (lần thứ III) Hà Nội 245-251 Tài liệu tiếng anh [12] Bhalla B Saini M.S Jha M.K (2013) “Effect of age and seasonal variations on leachate characteristics of municipal solid waste landfill” International Journal of Research in Engineering and Technology Vol No pp 223232 [13] Bouhezila F Hariti M Lounici H and Mameri N (2011) “Treatment of the OUED SMAR town landfill leachate by an electrochemical reactor” Desalination 280 347-353 [14] Butler E Hung Y.T Yeh R.Y.L and Ahmad M.S.A (2011) “Electrocoagulation in Wastewater Treatment” Water 495-525 [15] Chen G (2004) “Electrochemical technologies in wastewater treatment” Sep Purif Technol 38 11-41 [16] Drogui P Blais J.F Mercier G (2007) “Review of electrochemical technologies for environmental applications” Recent patents on engineering 257-272 [17] Ezechi E.H Isa M.H Kutty S.R M Yaqub A (2014) “Boron removal from produced water using electrocoagulation” Process Safety and Environmental Protection 92 509–514 53 Footer Page 34 of 126 Header Page 35 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 [18] Fajardo A.S Rodrigues R.F Martins R.C Castro L.M Quinta-Ferreira R M (2015) “Phenolic wastewaters treatment by electrocoagulation process using Zn anode” Chemical Engineering Journal 275 331–341 [19] Ilhan F Kurt U Apaydin O and Gonullu M.T (2008) “Treatment of leachate by electrocoagulation using aluminum and iron electrodes” J Hazard Mater 154 381-389 [20] Nguyen Manh Khai Hoang Thi Quynh Trang (2012) “Chemical Precipitation of Ammonia and Phosphate from Nam Son Landfill Leachate ảanoi” Iranica J Energy & Environ Special Issue on Environmental Technology pp.32-36 [21] Khandegar V and Saroha A.K (2013) “Electrocoagulation for the treatment of textile industry effluent -a review” J Environ Manage 128 949-963 [22] Kim S.M Geissen S.U Vogelpohl A (1997) “Landfill leachate treatment by a photoassisted Fenton reaction” Water Science and Technology Vol 35 p 239-248 [23] Kuokkanen V Kuokkanen T Rämö J Lassia U (2015) “Electrocoagulation treatment of peat bog drainage water containing humic substances” Water Research 79 79–87 [24] Li X Song J Guo J Wang Z and Feng Q (2011) “Landfill leachate treatment using electrocoagulation” Procedia Environmental Sciences 10 1159-1164 [25] Mehmet Kobya Orhan Taner Can Mahmut Bayramoglu (2003) “Treatment of textile wastewaters by electrocoagulation using iron and aluminum electrodes” Journal of Hazardous Materials B100 pp 163–178 [26] Moh Faiqun Ni’am Fadil Othman Johan Sohaili Zulfa Fauzia (2007) “Removal of cod and turbidity to improve wastewater quality using electrocoagulation technique” The Malaysian Journal of Analytical Sciences Vol 11 No pp.198-205 [27] Mollah M.Y Morkovsky P Gomes J.A Kesmez M Parga J and Cocke D.L (2004) “Fundamentals present and future electrocoagulation” J Hazard Mater 114 199-210 54 Footer Page 35 of 126 perspectives of Header Page 36 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 [28] Munz G Gori R Mori G and Lubello C (2007) “Powdered activated carbon and membrane bioreactors (MBRPAC) for tannery wastewater treatment: long term effect on biological and filtration process performances” Desalination 207 349-360 [29] Reungoat J Escher B.I Macova M Argaud F.X Gernjak W and Keller J (2012) “Ozonation and biological activated carbon filtration of wastewater treatment plant effluents” Water Research 46 863-872 [31] S Safari1, M Azadi Aghdam1, H.-R Kariminia1, 2016 Electrocoagulation for COD and diesel removal from oily wastewater International Journal Environmental Science and Technology, 13, 231-242 [31] Shruthi M Mahesh S and Sahana M (2013) “Removal of Arsenic from Groundwater using Electrochemical Coagulation Process” International Journal of Current Engineering and Technology 624-626 [32] Singh S.K Moody C.M and Townsend T.G (2014) “Ozonation pretreatment for stabilized landfill leachate high-pressure membrane treatment” Desalination 344 163-170 [33] Singh S.K Townsend T.G and Boyer T.H (2012) “Evaluation of coagulation (FeCl3) and anion exchange (MIEX) for stabilized landfill leachate treatment and high-pressure membrane pretreatment” Separation and Purification Technology 96 98-106 [34] Tizaoui C Bouselmi L Mansouri L and Ghrabi A (2007) “Landfill leachate treatment with ozone and ozone/hydrogen peroxide systems” Journal of Hazardous Materials 140 316-324 [35] Top S Sekman E Hoşver S and Bilgili M.S (2011) “Characterization and electrocaogulative treatment of nanofiltration concentrate of a full-scale landfill leachate treatment plant” Desalination 268 158-162 [36] Torres-Socías E.D Prieto-Rodríguez L Zapata A Fernández-Calderero I Oller I and Malato S (2015) “Detailed treatment line for a specific landfill leachate remediation Brief economic assessment” Chemical Engineering Journal 261 60-66 55 Footer Page 36 of 126 Header Page 37 of Hoàng 126 Văn Tú Hóa môi tr ng - K25 [37] Tsai C.T Lin S.T Shue Y.C et Su P.L (1997) “Electrolysis of soluble organic matter in leachate from landfills” Water Res 31 3073-3081 [38] Un U.T Koparal A.S Ogutveren U.B (2013) “Fluoride removal from water and wastewater with a bach cylindrical electrode using electrocoagulation” Chemical Engineering Journal 223 110–115 [39] Ushikoshi K Kobayashi T Uematsu K Toji A Kojima D and Matsumoto K (2002) “Leachate treatment by the reverse osmosis system” Desalination 150 121-129 [40] Xiangdong Li Junke Song Jiandong Guo Zhichao Wang Qiyan Feng (2011) “Landfill leachate treatment using electrocoagulation” Procedia Environmental Sciences 10 pp 1159 – 1164 [41] Yang C.L (2006) “Electrochemical coagulation demulsification” Sep Purif Technol 54 388–395 56 Footer Page 37 of 126 for oily water ... ph́p keo t điện hóa (KTĐH) để thực đề tài: Nghiên c u tiền xử lý ỉ ớc r rác c a bãi rác Nam S ỉ keo tụ điện hóa Đề tài thuộc nhánh nh đề tài Nghiên cứu xử lý n ớc rỉ rác ph ơng ph́p keo t điện. .. phần nước rỉ rác số thành phố Việt Nam 10 B ng 1.5 Các phương pháp xử lý nước rỉ rác 12 B ng 3.1 Đặc điểm c a nước rỉ rác Nam Sơn 34 B ng 3.2 Một số thông số đầu vào c a nước rỉ rác. .. v n c r rác 1.1.1 Đặc điểm nước rỉ rác .3 1.1.2 Các phương pháp xử lý nước rỉ rác .11 1.1.3 Một số công trình nghiên c u xử lý nước rỉ rác 13 1.2 Ph ng pháp keo t n